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與大、中城市相比較,小城鎮污水主要為生活污水(占50%以上),污水中懸浮物濃度較高,特別是一些小城鎮排水系統不完善,大多采用明渠排水,雨水和地下水入滲現象嚴重,降低了污水中的有機物濃度。由于小城鎮人口規模小,污水水量、水質都呈現出較為突出的時間不均勻性和水質不穩定性。
針對我國小城鎮污水產生特點及小城鎮自身經濟發展特性,污水處理工藝技術的選擇既不能完全照搬目前在大、中城市中廣泛采用的城市污水處理工藝技術,也不能完全采用村莊居民點的污水處理方式,而必須按照經濟、高效、簡便、易行的原則進行選擇。具體地說,即適宜小城鎮采用的污水處理工藝應基建投資省、運行費用低、節能降耗明顯;處理工藝具有較強的耐沖擊負荷能力,去除效率高;處理工藝簡便易行、運行穩定、維護管理方便,利用當地小城鎮現有的技術與管理力量就能滿足設施正常運行的需要;處理工藝具有一定的靈活性,能較好地適應現階段達標處理排放要求與將來考慮進行再生利用需要的變化。
膜生物技術在豬糞廢水處理中應用
項目簡介:集約化畜禽糞便廢水的污染量已經超過工業廢水及生活污水,逐漸成為上海市地面水主要污染源。奉賢蘆涇飼養場豬糞廢水具有典型的高濃度、高SS、高NH3-N等特點,采用膜生物技術作為主要處理工藝,不僅避免了常規厭氧處理方法操作管理不便、系統酸化以及存在沼氣爆炸安全隱患等弊病,而且從調試結果看,以膜生物反應器為主的整套廢水處理設施處理能力大、凈化功能好、脫氮效果穩定,且不會出現污泥膨脹等影響正常運行的現象。膜生物技術作為處理該類廢水的一種有效方法值得進一步推廣。
該項目具有以下特點:(1)處理出水水質穩定; (2)處理設備占地面積小;(3)處理效率高,抗有機負荷沖擊能力強; (4)動力消耗低; (5)由于活性污泥不會流失,因此不會出現污泥膨脹影響正常運行的現象; (6)操作管理簡單。
項目負責:上海荏源公司。
水解酸化-曝氣生物濾池
處理小城鎮污水
項目簡介:中小城鎮污水主要為生活污水和以有機廢水為主的工業廢水的混合污水,其水量較小,一般不超過5萬m3/d,但是水質和水量波動較大。由于資金和技術、管理水平等多方面的原因,決定了在城鎮污水處理廠必須經濟、高效、節能和操作簡便。目前國內很多中小城鎮仍采用明渠排水,尤其是南方地區,大量雨水流入和地下水滲入,加之城鎮生活水平不高等原因決定了污水中有機物濃度較低。因此,必須結合當地污水的水量、水質以及溫度、氣候、氣象、地理、經濟等實際情況選擇適宜的處理工藝。
水解酸化―曝氣生物濾池工藝在工程投資、占地和能耗上具有極大的優勢,其可根據進出水水質要求的不同,分別采用的二段或三段處理工藝組合,且可根據水量的大小進行模塊化設計,是適合我國國情的中小城鎮污水處理新技術,具有很大的推廣價值。
城市污水水解-厭氧-微氧
聯合處理工藝
技術簡介:在原位復合尼龍-6/炭納米管(PA6/CNT)過程中,炭納米管將以其外壁上連接的羧基官能團(-COOH)參與尼龍-6(PA6)的加成聚合反應,并阻礙PA6分子的長大。這在很大程度上削弱了基體強度。采用改進原位復合法復合PA6/CNT,可大大提高PA6分子的平均分子量,減輕炭納米管對基體PA6強度的削弱,大幅度提高PA6/CNT復合材料的強度。研究結果表明:在總HRT不超過8.5h(水解2.5h、厭氧4.0h、微氧2.0h),平均溫度為19℃,進水濃度為30050mg/L時,總COD和SS的去除率分別可達75%和80%以上。總出水COD、BOD、SS完全達到國家二級排放標準。微氧單元對厭氧出水中殘余有機物去除效果良好,HRT不超過2h,DO控制在0.2"0.5mg/L左右,進水為150mg/L時,去除率可達53%以上。微氧污泥沉降性能良好,SVI=38.8ml/g。水解-厭氧-微氧工藝在突出低能耗的前提下,達到了較高的有機物去除率,與現有的城市污水處理工藝相比有一定的優越性。
該工藝與“水解-好氧”、“厭氧-好氧”工藝相比,在總停留時間相當的情況下,微氧工藝的氣水比為1:4左右,DO為0.2~0.5mg/L,減少好氧階段的曝氣量。在實驗室條件下,整個系統每日僅從微氧池排出少量的污泥,污泥產率VSS/COD約為0.018,更進一步降低了能耗與污泥的處理費用。
技術負責:中國輕工局。
滴流床反應器處理有機廢水研究
項目簡介:滴流床用在濕式氧化工藝上處理廢水的研究國內處在剛起步階段。廢水處理的對象主要是單一的模型廢水如酚、取代酚、環已醇、琥珀酸和乙醒等。提出和廣泛使用的反應器數學模型主要是一維恬塞流模型和一維軸向混合模型。滴流床反應器催化濕式氧化處理實際廢水、滴流床反應器的流體力學、傳質、傳熱對反應效果的影響、實際廢水滴流床催化濕式氧化的反應器模型和清流床催化濕式氧化工業化放大等方面的研究還有待于深入進行。
大量研究已經證明濕式氧化(WO)是處理高濃度難降解有機廢水的最佳方法之一,但WO過程中需要的高溫高壓以及對設備材質的高要求限制了它的推廣應用。為了降低反應溫度與壓力,非均相催化劑的催化濕式氧化(Catalyticwetoxidation,簡記CWO)技術研究與開發成為研究的熱點。適合非均相催化濕式氧化的氣液固三相反應器主要有滴流床(TBRs)、三相流化床和漿料反應器。
項目負責:同濟大學污染控制與資源化國家重點實驗室。
小城鎮生活污水處理新技術
項目簡介:小城鎮生活污水低成本處理及回用是困擾新農村建設的難題之一,此前一直沒有適合小城鎮處理污水的合適技術。新出現的一體化地下厭氧耗氧處理裝置,在工藝和設備方面有多項創新,占地面積小,整個設施為一體化地下構筑物,既克服了冬季運行中氣溫偏低造成的影響,又可在覆土后綠化或建設相應的管理用房。
該項目有耗能小、低投入、低運行費用、不產生二次污染、不使用任何化學藥物、簡易可行的自動操作等突出優點,平均消耗1度電可以處理約30噸的生活污水,直接運行費用僅0.05元/噸,適宜在廣大小城鎮和農村地區推廣。
項目負責:天津科技大學化工學院龐金釗教授。
硅藻精土處理污水技術
項目簡介:硅藻精土水處理劑工藝可適用于城市污水及垃圾滲濾液和各類工業廢水處理。該技術在云南、貴州、廣西、內蒙古建成污水處理工程,在各省環境監測中心站等部門的監測下,成功地把城市污水、多種工業廢水處理達到國家排放標準或實現循環使用。去除率分別是BOD59292.8、CODcr95以上、SS99.9、TN78、TP90.7。
該技術既具有傳統工藝的綜合優點,同時彌補了各處理技術的不足的污水處理新工藝、新技術。
項目負責:浙江省水利局。
意義:該工藝提供了既經濟又適用的最佳技術,組成專家組及中國硅藻土協會評定為國內首創。
氯化鈉改性沸石吸附水中苯酚
項目簡介:對于微污染含酚水處理,活性炭吸附有一定效果,但活性炭價格較高,再生費用昂貴,且每次再生損耗高達5%~15%。沸石是一種天然廉價的多孔礦物質,表面粗糙、比表面積大,吸附性能較強,用于處理氟、重金屬離子已有成功案例。該方法根據改性后沸石吸附苯酚的效果確定了合適的改性方法;研究了pH值、苯酚濃度、處理時間、沸石用量等對鈉型沸石吸附苯酚效果的影響;最佳條件下沸石處理低濃度含酚水的靜、動態試驗結果表明,改性沸石對低濃度的含酚水有良好的吸附效果。
項目負責:蘭州鐵道學院副教授王萍。
意義:沸石經氯化鈉改性后,在酸性條件下對苯酚有較好的去除效果,可用于微污染含酚水處理,吸附苯酚后的沸石可用堿液再生,該方法操作簡單,原料豐富,有較好的實際應用價值。
垃圾衛生填埋滲濾水控制與處理
技術簡介:土地處理是利用土壤――微生物――植物系統的陸地生態系統的自我調控機制和對污染物的綜合凈化功能來處理污水,使水質得到不同程度的改善,實現廢水資源化和無害化。因此,基于垃圾滲濾水土地處理的垃圾循環準好氧情填埋方式得到了越來越廣泛地關注。垃圾循環準好氧性填埋方式是將收集到的滲濾水循環回到填埋場中利用填埋場自身形成的穩定系統使滲濾水中的有機物經過垃圾層和覆土層來降解,從而加速滲濾水的凈化。在準好氧性填埋場中,有機成分(主要是BOD)能夠很快降解,但是氮化物的降解速度卻較慢。當通過將滲濾水循環到填埋場中,可以促進硝化和反硝化過程的進行,這樣有機成分和氮化物得到更加有效地去除,從而減輕了滲濾水的污染負荷,并且有利于減少滲濾水的最終水量和促進垃圾在填埋場中的穩定化。
調查結果表明,所有的垃圾簡單填埋處理后,在填埋場周圍的地下水均受到污染,許多有毒害物質在一般地下水中不存在,卻在填埋場周圍的地下水中出現。因此,現代意義的垃圾衛生填埋處理已發展成底部密封型結構,或底部和四周都密封的結構,從而防止了滲濾水的流出和地下水的滲入,并且對垃圾滲濾水進行收集和處理,有效地保證了環境的安全。
項目負責:國家給水排水工程技術研究中心范潔。
CASS法處理含鹽廢水研究
項目簡介:采用CASS生化處理系統處理含鹽的海產品加工廢水,處理效果比較理想。試驗出水的COD可以達到《污水綜合排放標準》(CB8987-1996)中的二級標準。因此可將本試驗過程放大,應用于臨海港建設的海產品加工廠的污水處理工程中。進水中Cl-的質量濃度在6300mg/L以下時,CASS系統可穩定運行,在Cl-的質量濃度超過8100mg/L時出水水質變壞,無法穩定運行。進水中Cl-的質量濃度在4500mg/L以下時,CASS生化處理系統的抗海水濃度波動能力比較強,遇見Cl-的質量濃度梯度為3600mg/L的沖擊可以在短的時間(1個運行周期)內恢復正常;當廢水中Cl-的質量濃度超過4500mg/L后,CASS生化處理系統的抗海水濃度波動能力減弱,遇到相同濃度的沖擊時,所需要的恢復時間則較長。對比海水比例上升和下降兩個過程的數據,可以發現相同的濃度梯度沖擊下,對CASS生化處理系統而言,海水比例降低產生的沖擊影響比海水比例升高產生的影響要大。
項目負責:大連機工機械環保研究所李琳琳。
意義:采用魚品加工廠生產廢水摻一定比例的海水作為試驗用水,通過含鹽量的不斷增加研究系統的耐鹽性,通過含鹽量的降低和升高研究系統可以在1個運行周期內恢復正常運行。
水解酸化-接觸氧化法
處理啤酒廢水
項目簡介:啤酒廢水屬中濃度的有機廢水,實踐證明,采用厭氧-好氧生物技術處理啤酒廢水是可行的。啤酒廢水懸浮物濃度較高,如果預處理措施不得當,則容易造成水解酸化池中布水系統發生堵塞或積泥。鑒于廢水中的細小麥糟、麥皮等不溶性有機物占有相當比重,建議在廢水進入水解酸化池前最好經過網目規格為60-80目的微濾機進行預處理,尤其是設布水器的工程務必如此。水解酸化池設計成池底設多孔布水管的上流式污泥床厭氧反應器,和UASB不同之處在于以彈性填料代替其三相分離器。若后續采用活性污泥法,則建議將好氧處理產生的剩余污泥排入水解池進行消化處理,這樣不僅可以得到脫水性能良好的污泥,而且總污泥產量比傳統工藝低20%-40%,沒有條件采用強化預處理措施和設置布水器的,建議池底增設泥斗以便及時排除沉淀污泥。
項目負責:山東省輕工業設計院高級工程師周煥祥。
意義:好氧處理若采用階段曝氣措施亦即多點進水方式,就這樣可消除池前端供氧量不足而池后端供氧量過剩的弊病,提高了生物處理效率,同時也降低了處理消耗。
粉煤灰處理含氟廢水
項目簡介:工業生產過程中使用含氟原料的工藝很多,如玻璃制造工業、電子部件制造工業、熔融鹽電解工業、原子有工業、鑄造工業及特種鋼材處理等一些工廠經常會排放出含氟化物的廢水。大量含氟廢水排入水體,將會污染河流,特別是污染了飲用水水源。我國常用的含氟廢水處理多采用加藥和吸附兩種方法,如加入石灰、鎂鹽、鋁鹽處理,或用羥基磷灰石、骨炭、活性氧化鋁等吸附。但這兩種方面多數工藝復雜、勞動條件差、費用較高。而作為工業廢物排出的粉煤灰,侵占土地,淤塞河道,造成揚塵、嚴重污染環境。其處理通常是采用水力沖灰輸送至貯灰場貯存。采用粉煤達處理含氟廢水,具有以廢治廢和資源綜合利用的好處。
粉煤灰具有一定除氟效果,對于高含氟廢水具有較好的處理效果。影響粉煤灰吸附容量的主要因素依次為:原水氟濃度粉煤灰投量攪拌時間。除氟后的粉煤灰可燒制成磚。攪拌時間在生產中可選定30-40min,混合方法宜采用分步混合方法,以降低出水氟濃度,提高粉煤灰吸附容量。
項目負責:航天部第三研究院曹仁堂。
二段法改良工藝處理高濃度
難降解城市污水
項目簡介:工業廢水經過企業內部處理后與生活污水混合,進入城市污水處理廠進行生物處理是可行的,工業廢水內部的難生物降解物質隨同生活污水中易生物降解物質,通過所謂的"協同降解"作用一起降解掉了。高濃度、難降解的城市污水處理的最大問題是硝化菌的難以存活,第二大問題則是有機物的去除,第三個問題是化學除磷的實施。因此,相關的處理工藝應圍繞著這三點進行技術上的突破。
奧貝爾氧化溝、二段法、AB法和延時曝氣法都具有一定的耐沖擊負荷的能力,但經過改進的二段法工藝一方面具有耐沖擊負荷,更適宜于處理城市污水中化工廢水比例高、廢水成分復雜、處理難度大的特點,另一方面在難以生物除磷的條件下,更易于布置成多點投藥,實現化學除磷。
項目負責:中國市政工程華北設計研究院陳立。
意義:在總結高濃度難降解的城市污水處理工程技術的基礎上,通過試驗提出了二段法改良工藝,并在高濃度難降解城市污水處理中硝化菌的難以存活、有機物的去除及化學除磷等技術上有所突破。二段法改良工藝一方面具有耐沖擊負荷,更適宜于處理城市污水中化工廢水比例高、廢水成分復雜、處理難度大的特點,另一方面在難以實施生物除磷的條件下,更易于布置成多點投藥,實現化學除磷。
銅冶煉含砷污水處理
技術簡介:銅冶煉企業含砷污水處理采用硫化法和石灰乳兩段中和加鐵鹽除砷工藝,能夠達到預期目標,但污酸處理存在著處理成本高的問題,有待于新的處理工藝運用,目前國內已有院校試驗電積法處理含砷污酸,其成本低于硫化法,將給企業帶來明顯的經濟效益。目前銅冶煉企業含砷工業污水雖然經處理后做到了達標排放,但在處理水返回使用,降低處理成本方面仍有許多工作可做,這些工作與企業體制,管理水平有著明確的聯系。做好這些工作可明顯提高企業的經濟效益和環境效益。
項目負責:銅陵有色設計研究院龍大祥。
意義:采用此辦法,將對銅冶煉企業含砷工業污水的形成以及如何處理達標排放提出一條新的捷徑,并確保不造成二次污染。
雙功能陶瓷膜生物反應器處理廢水
項目簡介:利用膜生物反應器(MembraneBioreactor,MBR)處理廢水正在受到人們的關注。而無機膜生物反應器(InorganicMembraneBioreactor,IMBR)則是在MBR基礎上興起的。IMBR的核心是采用無機膜,與有機膜比較,無機膜具有化學穩定性好、熱穩定性高、機械性能優異、通量大、壽命長、容易清洗等優點,但也存在著制造成本高,運行費用大等問題,特別是容易堵塞的問題。本研究針對上述陶瓷膜容易堵塞的問題。提出了一種新的膜生物反應器的設計方案。即將陶瓷膜設計成U型管狀,并置于反應器內,成為內置式膜反應器。該陶瓷膜既可以曝氣,又可以進行抽濾,形成一種具有雙重功能的陶瓷膜,在處理廢水的同時不斷地進行曝氣/抽濾的切換。而曝氣的同時又是對陶瓷膜的反吹,以解決陶瓷膜容易堵塞的問題,從而提高反應器處理廢水時的效率。
[關鍵詞] 廢水處理技術,高鹽濃度有機廢水,離子交換,鐵碳微電解,可生化性,硝化-反硝化(A/O)
High Salinity Organic Wastewater Treatment Technic
Zhou Wen Hua
(Shanghai Kaiyinda Chemical Engineering Design and Consultant Co., Ltd)
Abstract: The high salinity concentration of wastewater influence the effect of wastewater biological treatment. The sulfate ion(SO42) and the chlorine ion(CL-) in the wastewater is removed by the anion-exchange resin(R-0H). Iron-carbon microelectrolysis process is used in the treatment of high salinity organic wastewater. the biodegradability of treated wastewater is improve. Nitrification and denitrification process is used in effective treatment of wastewater.
Key words: wastewater treatment technic; high salinity organic wasterwater; ion-exchange; biodegradability; nitrification and denitrification(A/O)
1. 概述
高鹽濃度廢水是一種較難處理的廢水,較高的鹽濃度會對廢水生物處理系統產生抑制作用,從而會影響基質降解速率,導致有機物去除率下降。在厭氧系統中,當廢水中NaCL質量濃度由10g/L 增至30g/L時,COD比降速率下降了0.035d-1 由此可見,增加鹽質量濃度會對厭氧污泥產生抑制作用。當鹽質量分數大于1%時會導致細胞活性喪失,細胞瓦解,鹽濃度的增加會導致鹽析作用增強,脫氫酶的活性下降,新陳代謝作用減緩以及細胞組分的不斷釋放,從而導致COD比降解速率降低。某一精細化工廠,在生產過程中產生高鹽濃度有機廢水。廢水中主要含有鹽酸、硫酸、醋酸、鈉鹽、銨鹽、水合肼及其聚合物,水弱酸性。廢水量為48m3/d,水質情況為:CODcr 2200 mg/L, Cl- 7500 mg/L, 氨氮360 mg/L, 硫酸鹽1625 mg/L, PH 7.6, 廢水中總鹽含量達到11g/L。采用常規的生化處理方法很難實現廢水達標排放。因此需要強化廢水的預處理過程,除去廢水中的氯離子,改善廢水的可生化性,提高廢水處理效果。
2.廢水處理基本原理
2.1 用離子交換樹脂除去廢水中氯離子: 在廢水進調節池前對廢水進行離子交換處理,采用強堿性(R-OH)離子交換樹脂,除去廢水中的無機陰離子,離子交換系統再生采用2%-4%的NaOH溶液。
2.2 鐵碳微電解法廢水預處理: 含鹽廢水具有較高的導電性,這一特點為電化學法在高鹽度有機廢水處理方面的應用提供了良好的發展空間,利用金屬(Fe)的電化學腐蝕原理對廢水進行處理,從而實現大分子有機污染物的開環,斷鏈,提高廢水的可生化性。在酸性充氧條件下發生電化學反應,反應中產生的了初生態的Fe2+和原子H,它們具有高化學活性, 能改變污水中許多有機物的結構和特性,使有機物發生斷鏈、開環等作用。通過鼓風曝氣,即充氧和防止鐵屑板結。而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐漸水解生成聚合度大的Fe(OH)3 膠體絮凝劑,可以有效地吸附、凝聚水中的污染物,從而增強對污水的凈化效果,有利于后續廢水生物處理系統的正常運行。
2.3 廢水厭氧酸化(A),硝化-反硝化(A/O)生化處理:有機物在完全厭氧消化過程中依次經歷水解酸化、產氫產乙酸和甲烷化三個階段,研究證實:厭氧消化過程中的水解酸化階段不但能降低COD,,同時還可以提高廢水的可生化性。A/O 生物接觸氧化池是兼氧和好氧生物接觸氧化組合的生物處理技術,污水在生化系統各個不同的功能段,發生不同的生物化學反應,在好氧段發生硝化反應,在缺氧段發生反硝化反應, 研究表明,正常情況下,廢水中氨氮的硝化率很高,達到98%以上,但反硝化率卻很低,當以原污水中的有機碳為碳源時,反硝化率僅為15.1%,出水中硝態氮很高.因此當污水C/N比過低(BOD/TKN90%,CODcr>85%, NH4-N>90%,T-N>70% ,T-P>60%, SS>90%。(3) 在厭氧(缺氧),好氧交替運行條件下,絲狀菌不能大量繁殖,因而無污泥膨脹之憂.SVI值一般小于100,污泥沉降性能良好.(4)對脫氮為主要目標的A2/O工藝系統,剩余污泥產率較常規活性污泥法低.(5)污水中碳,氮,磷三種物質的含量比,以及它們在反應過程中的項目影響,是A2/O工藝系統運行效果的重要因素.
3.廢水處理工藝過程
3. 設計實例
設計處理廢水量: Q=2m3/h
廢水水質:
處理后水質要求: 達到上海市地方標準DB31/425-2009《污水排入城鎮下水道水質標準》
4. 廢水處理過程
(1)廢水預處理
工藝廢水首先進入廢水槽,由泵抽送至離子交換器進行處理,根據廢水含鹽濃度高,水量小的特點,為滿足強堿性離子交換器進水含鹽量
(2)A2/O生物接觸氧化
來自廢水預處理的廢水,首先進入厭氧酸化池,廢水厭氧處理后與內循環硝化液混合進入缺氧池和好氧池處理,內循環硝化液回流倍數為5倍。經過生物處理后廢水進入斜板沉淀池,最后達標排入城鎮污水排水管。污泥由回流污泥泵抽出回流,剩余污泥去污泥處理。
(3)污泥處理
各類污泥首先進入污泥濃縮池,池內投加適量的助凝劑RAM,經過濃縮后上清液返回廢水調節池,濃縮污泥由螺桿泵抽送至板框壓濾機進行脫水處理。濾清液返回廢水調節池,干污泥外運處理。
(4)主要工藝設備設計參數
陰離子交換器: 處理量50m3/h , 進水含鹽濃度
廢水調節池: 廢水停留時間HRT48hr。
催化反應池:廢水停留時間HRT7.5hr , 硫酸亞鐵濃度 50mg/h,H2O2 100 mg/h.。
A2/O生物接觸氧化池: 廢水總停留時間HRT 40hr, 硝化液回流倍數 5倍, 磷鹽投加濃度:5mg/L。
5. 技術經濟分析
(1) 藥劑消耗:
硫酸亞鐵投加量為50mg/L,H202投加量為100mg/L,磷鹽投加量為5mg/L, PAM 投加量為1mg/L, 藥劑費:0.5 元/噸水
(2)耗電:運行裝機容量:22.5kw。電費:6.0元/噸水
(3)日常運行費用約為: 7.2 元/噸水
6. 節能
(1) 耗電量大的設備主要是水泵和鼓風機,通過比較在滿足流量和壓力的前提下,合理選擇水泵,使水泵工作點位于效率最高區,以節省電耗。
(2) 在高程布置上,除必要的提升外(集水池,廢水調節池等),盡可能做到重力流,避免水泵的重復提升,相關設施合理布置,節約水頭損失,減少躍水高度。
7. 結束語
(1) 對于高鹽含量有機廢水必須加強廢水的預處理,采用離子交換措施,降低廢水中的鹽含量,有利于后續廢水生化處理的正常運行。如采用反滲透膜法處理高鹽含量有機廢水要注意二個問題:(a)廢水中的有機物會影響膜的使用壽命,(b)膜清洗廢水會產生二次污染。
(2)高鹽含量廢水具有較高的導電性,可以利用金屬的電化學腐蝕原理,分解廢水中難降解的有機物質,改善廢水的可生化性。
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關鍵詞:城市污水;原因分析;處理工藝
一、城市污水的現狀及原因分析
1、城市污水處理的現狀
據統計:目前全國年排污量約為350億立方米,全國超過80%的城市污水未經任何有效的收集處理就直接排放到附近的水體,使得原本具有泄洪和美化景觀作用的河渠變成了天然污水渠。目前,中國建制鎮污水處理率小于20%,而城市污水處理率大約為82%,縣城污水處理率約為60%。特別是在縣城與建制鎮中,污水排放量約占污水排放總量的一半以上,但這些中小城市(鎮)的污水處理能力都明顯低于全國平均水平。
2、原因分析
2.1排水管網建設滯后
排水管管徑小,淤積堵塞嚴重,排水能力低的問題越來越突出,一些排水管網建設缺乏專業規劃,布局不盡合理,系統的不完善等導致無法形成接納,傳送,處理,排放級檢測的完整體系。
2.2建設資金缺乏
目前我國城市污水處理廠的建設基金主要有中央財政、城市維護稅、地方預算等等。由于城市污水處理廠的建設費用是十分龐大的,經濟欠發達地區籌措基金有困難,經濟條件好的地區有錢也不愿意建設,因為污水處理廠沒有經濟效益。
2.3現行管理和運行機制使建設和運營陷入困境
由于沒有真正落實污水處理政策,各地區污水處理的收費標準不一,污水處理設施經費難以保證,致使一些污水處理廠廠偷排偷放,服務質量不達標等等不規范行為。一些城市對污水處理工作不重視,組織管理不力,致使有些污水廠建立以后無法正常運行。
二、解決城市廢水的方法及處理工藝
絕大多數城市污水處理廠都采用運行穩定、操作簡便、處理費用低廉的生化處理工藝,包括普通活性污泥法、接觸氧化法、氧化溝法、AB法以及SBR法等,
但傳統污水處理工藝對氮、磷的去除率相對不高,容易引起水體富營養化。只有少數城市污水處理廠因其實際情況而選用物理或物化的方法處理廢水。按廢水處理能力劃分,目前采用各種生化處理工藝處理的城市污水約占其處理總量的92%。
1.1 活性污泥法處理污水
是利用活性污泥在廢水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用,去除廢水中有機污染物的一種廢水處理方法。活性污泥法是向廢水中連續通入空氣,經一定時間后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥狀絮凝物。其上棲息著以菌膠團為主的微生物群,具有很強的吸附與氧化有機物的能力。
1.2 生物接觸氧化法
生物接觸氧化法屬浸沒型生物膜法,在生物接觸氧化塔內設置一定密度的填料,在充氧的條件下,微生物在填料的表面形成生物膜,污水浸沒全部填料并與填料上的生物膜廣泛接觸,通過微生物的新陳代謝作用,將污水中的有機物轉化為新生質和CO2,污水因此得以凈化。
1.3 AB污水處理法
污水處理中所謂的“AB法”工藝,簡言之就是分作A和B“兩階段曝氣”處理工藝,每個階段都有相互隔離的和獨立的曝氣過程和泥水分離過程,對于活性污泥的回流,也是相互隔離的,A段沉淀池所產生的活性污泥回流到A段曝氣池,B段沉淀池所分離出來的活性污泥回流到B段曝氣池內。
1.4 SBR污水處理法
SBR法為間隙式活性污泥法,是在單一的反應器中,按時間順序進行進水、反應(曝氣)沉淀、出水、待機(閑置)等基本操作,從污水流入開始到待機時間結束為一個周期,這種周期周而復始,從而達到污水處理的目的。
1)構筑物少,可省去初沉池;無二沉池和污泥回流系統。與其它生化處理法相比,基建和運行費用低,維護管理方便;
2)SBR的進水工序均化了污水逐時變化的水質、水量,一般不需設置調節池;
3)SBR工藝在時間上是理想的推流過程,在空間上是完全混合式,因此耐沖擊負荷;
4)污泥的SVI值較低,一般不會發生污泥膨脹;
5)運行方式靈活,可同時實現對氮磷的去除;
6)SBR工藝的沉淀過程是在靜止的狀態下進行,處理水質優于連續式活性污泥法;
7)運行操作、參數控制易實施自動化管理。
2.SBR法應用于制革廢水處理的工程實踐
三、城市廢水二級、三級處理技術
1.1 曝氣生物濾池(CCB),使污水在同一個處理池內,完成曝氣沉淀二次曝氣二次沉淀等過程。應用范圍中、小型城市污水處理廠。
1.2 城市污水SPR除磷工藝,該工藝以厭氧生物除磷機理為主要技術依托,采用SPR除磷工藝,通過強化厭氧釋磷,并輔以物化沉淀去除釋放磷的方法,達到整個生化處理系統的除磷要求。
1.3 厭氧消化法,在無氧條件下依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生化作用將污水中的有機物分解、轉化成甲烷和二氧化碳。影響厭氧消化過程的因素有很多,其中主要有厭氧條件、消化溫度、pH、營養物質、接種物、有毒物質和攪拌等。
厭氧消化的生化階段
第Ⅰ階段――水解產酸階段
第Ⅱ階段――厭氧發酵產氣階段
第Ⅰ階段產物甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和CO2+H2等小分子有機物在產甲烷菌的作用下,通過甲烷菌的發酵過程將這些小分子有機物轉化為甲烷。
1.4 A/O生物濾池處理工藝
A/O生物濾池組合工藝集初沉池、曝氣池、污泥回流設施以及供氧設施等于一身,大幅度簡化了污水處理流程,并能承受較強的沖擊負荷,適用于我國的中小城鎮污水處理廠的操作管理需求。
參考文獻:
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[2]朱雁伯《我國污水處理事業現狀及今后發展趨勢》給水排水技術動態2000年04期
【關鍵詞】非常規污水處理;小城市;污、廢水處理工藝
合理的利用水資源,改善城市的投資環境,已是可持續發展戰略的重要思想。但在一些小城市的工業發展進程中,工業廢水的排放難免會對水質的環境帶來一些影響。而隨著工業廢水的大量排放,小城市的污、廢水排放的比例也發生了很大的變化,當面對難以降解的物質時,就要考慮選用非常規的污水處理工藝,來促進城市污、廢水處理的質量。
一、污、廢水量比
小城市中的污水通常以生活污水為主,但由于經濟的發展,小城市的工業用水也得到了不斷地增加,造成了大量的污水排放,使得污、廢水量比形成了嚴重的失調現象。位于太湖以南的浙江,包含有錢塘江等比較大的水系,所以水體的功能一般要求達到Ⅲ類水以上。然而由于鄉鎮企業的迅速發展,使得工業的廢水量遠遠超過了生活的廢水量。在我國大多數的小城市中,雨、污水分流是排水體制的一個重要目標,但在近年來,截污率已經達到了0.55-0.65,而一些中型的工業地帶的廢水截污率則已經達到了100%,所以,污、廢水的比例也有所降低。在實際的污、廢水的設計中,可以對工程投資、處理工藝、進、出水質進行綜合的確定,來進行污、廢水的有效處理。
二、水質
與污水廠的進水水質要素相關的有:1.污、廢比;2.工業廢水污染物成份;3.居民生活用水量;4.地下管道入滲率;5.城市管網排水體制。通常來講,就小城市的污水水質而言,北方城市不如南方城市,但居民的生活水平、氣象環境、雨、污分流比例都會對小城市的實際水質造成一定的影響。下表是小城市污水中低濃度水質示例表。
項目 COD/mg/L BOD/mg/L TN/mg/L TP/mg/L SS/mg/L PH
濃度 250-300 100-150 20-40 4-6 150-220 6-9
對城市的污水處理廠而言,威脅運行較大的是工業廢水的水質,如印染廠、醫藥化工廠、造紙廠等工業廢水。如果污、廢比較小時,即促使廢水的處理,使之達到進污水管網的標準要求,會從本質上解決小城市的污水水質。下圖是污水排入城市下水道的水質標準要求表。
三、小城市非常規污水處理工藝
在常規的污水處理中,污、廢水比達到75%以上,才能達到出水的標準,即COD≤60mg/L。但如果不能達到這一比值時,就要應用非常規的污水處理方法進行污廢水的處理。與此同時,在污廢水的常規處理中,一般要求出水濃度要達到工業廢水的排放標準,其與城市污水廠的出水要求有著比較大的區別。為此,在確定非常規的處理方法中,要對常規處理方法中的除磷脫氮功能進行一定的保留,并具備降解殘余物質的能力。
對于生活污水而言,由于工業廢水的滲入,使得水質的特性發生率很大的變化,由于這一特點,進入污水管網的工業廢水的水質特性也發生了很大的變化。其兩者具有相輔相成的重要作用。對出水水質來講,處理的工藝對其有著重要的影響,污、廢水的性質對其也有著一定的影響。如果說,某一個城市的工業廢水主要是造紙、印染等,所采用的處理方法就是常規的污水處理工藝,它的入管BOD有75%的去除率,生活污水BOD和COD有95%和90%的去除率。在這一過程中,用化學除磷的工藝也是非常重要的,通過這一方法,就可以得知污、廢比條件下的出水水質,如下表。
從上表可以看出,如果污/廢比處于0.60/0.35時,若進行常規的方法進行污水的處理,能夠使出水達到城鎮的排放標準;但當這一比值超過0.45/0.55,時,只會讓出水水質達到城鎮的二級排放標準。為此,當這一比值低過以上的標準時,就要采取非常規的方法,進行小城市的污水處理。對于非常規的污水處理工藝而言,其可對工業廢水的成分和污、廢比進行一定的依據,在參照一下一些工藝的流程進行廢水的處理。
1.工藝流程一
2.工藝流程二
在上面的這些污水處理額非常規處理工藝中,對于調節池的設置,其主要考慮的是工業廢水的排放量和污、廢比。如果污、廢比的比值小于0.35/0.65,或出現反應池單元,就必須要進行調節池的設置,才能對處理過程中的藥劑投放量進行有效地控制。而對于水解池而言,它的設置考慮的是廢水中BOD/COD之比和入管中的難降解物質的濃度,其對制革、毛紡、造紙、水果罐頭食品、印染等廢水的處理均可適用。其中在設置初沉池時,一般要對進水的懸浮物濃度進行有效地取舍,如果具備混凝沉淀的功能,也要對其進行設置。此外,如果出現不溶性COD和難降解物質的存在,并在BOD/COD比值較低時,就要對反應池進行設置,在依據入管工業廢水的特性,可選擇性的添加氧化劑或混凝劑。通常來說,如果是制革和醫藥化工類的廢水,就可對其進行上述工藝的選用。
四、討論
(一)處理小城市污水時,入管難降解物質和工業廢水比例的增多會使廢水的處理難以達到合理的標準,一般來說,運用常規的污水處理方法,并不能夠達到很好的效果,以此實現水環境質量的改善。為此,就要對處理難降解工業廢水的方法進行有效地兼納,不斷地完善常規的生化處理工藝,來適應經濟的需求和發展。
(二)對污水處理的非常規的處理工藝進行一定的完善,并能夠依據出水濃度、入管廢水的性質、污廢比等內容進行工藝的設計,而對這些內容進行有效地考慮,也能夠對小城市污水處理的工藝設計進行一個可行性的判別,使應該使用非常規處理工藝卻運用常規處理工藝的現象有所避免,有效地保障出水的合格率。
【關鍵詞】工業廢水;活性炭;處理;應用
據我國環保部門統計,我國每年排放出來的工業廢水總量約有8×108m3。在這些工業廢水中,不僅含有工業重金屬鉻、鋅、鎳、鎢等,還含有一些無機劇毒成分和有機劇毒成分,這些廢水不經過處理直接排放的話,不僅對生態環境造成極大的破壞,對人的身體也會造成極大的損傷。工業廢水處理方法有很多種常規的工業廢水處理方法是沉淀法、電解法、膜處理法等。我國的活性炭工業廢水處理技術開始于20世紀70年代,1976年我國建成第一座處理煉油廢水的活性炭處理裝置,拉開了活性炭應用工業廢水處理的序幕。
一、活性炭概述
活性炭,又被稱為活性炭黑。是黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳。它的主要成分是碳、氧、氫等元素。主要原料幾乎可以是一切含碳的有機材料,例如煤、木材、果殼等。這些含碳材料在活化爐中經過高溫高壓的熱解作用下轉化成為活性炭。在活化過程中,活性炭巨大的表面積和復雜的空隙結構逐漸形成。活性炭的表面積非常大,平均每克活性炭的表面積就有500—1500平方米。因為活性炭表面積巨大且有著復雜的孔隙結構,所以造成了活性炭的吸附能力極強同時,活性炭還具備解毒的功效。解毒的作用就是利用活性炭巨大的表面積,將毒物吸附到活性炭的微孔中,使毒物不能擴散或揮發。活性炭一般分為兩類,分為粉末狀和顆粒狀兩種。粉末狀活性炭吸附能力強,制作較為容易,制作成本也相對較低。但是它的回收利用性不高,且再生非常困難;顆粒狀活性炭相對于粉末狀活性炭,它的造價較為昂貴,但是顆粒狀活性炭可以進行回收再利用,而且它在使用時所需要的勞動環境要求不高,操作起來也非常方便。所以在廢水處理和水凈化作業中,多采用顆粒狀活性炭。
二、活性炭工作機理
活性炭的工作機理,主要是利用它吸附能力強的特性。活性炭的吸附能力主要是指利用活性炭體表面對水中的一種或多種物質進行吸附,以此來達到凈化水質的目的。活性炭的吸附能力一般與活性炭自身的孔隙和結構有關。被吸附物質越小,孔隙擴散速度越快,活性炭的吸附能力就越強。在吸附廢有毒物質時,是一個非常復雜的過程,一般是物理吸附性和化學吸附性兩者同時進行的。
三、活性炭吸附法在工業廢水處理中的應用
在目前,因為活性炭卓越的吸附能力,使得活性炭作為固體吸附劑,被應用到化工、醫藥、環境凈化等方面,用來吸附分子量較大的有機物。
在這里筆者主要介紹活性炭在處理工業廢水的應用。
第一、處理油污水 在工業活動產生的廢水中,油污水占了相當大的比例。它涉及的范圍較廣,例如石油開采、石油煉制、產品油運輸和儲存、海上原油泄漏、機械制造、汽車清理等等,在這些生產生活活動中,都會產生油污水。油污水是一種常見的污染現象,但是它對生態環境造成破壞卻不容小覷。2011年我國渤海灣發生特大原油泄漏事故,波及到了漁業、航運、能源旅游等多個領域,直接影響了整個渤海灣地區的經濟發展。當今世界上處理油污水的方法有很多,常見的有重力分離法、空氣浮選法、過濾法、吸附法等。在這些方法中,大多造價昂貴,施工要求高。所以在處理油污水時,大多會選擇吸附法。吸附法是利用活性炭,將污水中的懸浮油、分散油及乳化油進行吸附。但是由于活性炭的吸附有限而且活性炭的造價昂貴,所以在進行吸附處理時,通常只用于對油污水多級處理中的最后一級處理。
第二、處理染料廢水 隨著紡織工業的發展,印染行業也逐漸興起。但是在印染行業興起的同時,它所帶來的污染也在呈逐漸增加的態勢向前發展。世界環保組織經過調查,全球每年印染產量約有70萬噸,在生產過程或使用過程中所造成的廢水污染就是油污水的兩倍。利用活性炭處理染料廢水,是利用活性炭超強的物理吸附能力,將廢水中的色度和COD吸附消除。活性炭吸附法在國內外的污水處理上都有應用,但多數是作為催化劑或作為深度處理的載體,單獨使用的情況還是少數。
第三、處理含有毒重金屬廢水 重金屬對人體內臟器和皮膚的損害特別大,在工業重金屬廢水中,汞和鉻的含量非常大。活性炭對于吸附汞和鉻這類重金屬有著很好的功效,但是因為吸附能力有限,利用活性炭處理重金屬廢水時,多數是應用在化學沉淀之后,處理殘存的重金屬。
四、活性炭的發展前景
隨著社會的不斷進步,科學技術的發展和工業廢水處理要求的不斷提高,人們也不再滿足于活性炭原有的吸附凈化能力。提高活性炭的凈化能力,就必須要加大對活性炭技術的開發,是活性炭能大規模使用在工業污水處理環節。在國際上,活性炭的市場還沒正式的形成,對于它的研究還是處在一個的發展階段,隨著水污染的日益嚴重,對活性炭需求量也會逐漸增加。目前,我國的活性炭市場因設備少、技術低、造價高等原因,阻礙了活性炭市場的發展。但是對于活性炭的認同,是不容置疑的,相信在未來的發展中,我國的活性炭市場發展問題,會得到有效的解決。
結束語
我國目前的活性炭市場還不是很完善,起步相對較晚,發展速度也不是很迅速。活性炭的生產設備也比較少,生產費用也較為昂貴,這些限制條件都限制了活性炭市場的發展和活性炭的廣泛使用。解決活性炭的生產設備和生產再利用的問題,是促進活性炭廣泛應用的關鍵因素。隨著工業的發展,需要活性炭的行業部門會越來越多,對于活性炭的功能性也有了更高的要求。因而要不斷開發和研究活性炭技術和活性炭產品,滿足不同行業對活性炭的要求,使活性炭技術向著更科學更美好的方向發展。
參考文獻
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關鍵詞:城鎮污水處理廠 綜合評價方法 可生化性線性關系
Abstract: the urban sewage treatment plant of water to the sewage treatment plant of biochemical design is of decisive significance. Selected papers on the monitoring data of relatively complete four urban wastewater treatment plant to 2006 ~ 2008 years in and out of the water quality monitoring data for analysis object index, first by the integrated evaluation method to some city town sewage treatment plant in and out of the water can biochemical sex for analysis. By comparison, biochemical sex standard, draw the city town of sewage treatment plant water can be biochemical good sex, suitable for the level 2 biochemical process for processing. And the water can be different biochemical sex, towns sewage treatment plants can be poor water biochemical sex, continue to the biochemical treatment methods are not suitable for.
Key words: the urban sewage treatment plant comprehensive evaluation method of linear relationship between the biochemical
中圖分類號:[R123.3]文獻標識碼:A 文章編號:
1、前言
城鎮污水處理廠進水的可生化性對污水處理廠的設計具有決定性意義。廢水的可生化性是影響廢水生物處理效果的重要因素,確定處理對象廢水的可生化性,對于廢水處理方法的選擇、確定生化處理工段進水量、有機負荷等重要工藝參數具有重要的意義。
收集了某市四家污水處理廠2006年-2008年連續監測的進水水質指標BOD5、CODcr,本文利用積累的三年翔實的實測數據,采用綜合評價方法,對該市處理規模較大的四家污水處理廠的可生化性進行分析。
2、可生化性評價方法及依據
BOD5與CODcr的比值是鑒定廢水好氧可生化性的一個重要指標。我國污水行業普遍認為:BOD5/CODcr≥45%,可生化性良好;BOD5/CODcr≥30%,可以生化的;BOD5/CODcr≤30%,可生化性差或不宜生化。
用BOD5/CODcr比值評價廢水好氧可生化性,方法簡便可行,但有其局限性。BOD5/CODcr一類的評價指標僅適用與生活污水及相類似的污水,但是對于工業污水尤其是有毒工業污水,利用BOD5/CODcr評價污水的可生化性可能會得出錯誤的結論。原因在于BOD5不能反映水中有毒有害物質的作用。劉永松等人認為可用BOD5/CODcr和CODNB/CODcr共同評價城鎮污水處理廠進水的可生化性更為合理[1][2]。本文采用CODNB/CODcr與BOD5/CODcr兩項指標共同評價城鎮污水處理廠可生化性。評價可生化性參考值見表2-1[3]。
(2-1)
又因為 (2-2)
因此得出 ;
其中,CODB代表能被生物降解的那部分物質,CODNB代表不能被生物降解的那部分物質。
表2-1 綜合評價污水可生化性表
3、某市城鎮污水處理廠數據分析
3.1某市城鎮污水處理廠進水BOD5與CODcr相關關系
某市目前大部分污水處理廠均采用二級生化處理工藝,對進水的可生化性要求較高,才能達到較高的BOD5與CODcr去除率。
對該市四家家污水處理廠2006年~2008年的水質監測數據采用回歸分析法求出不同污水處理廠的BOD5與CODcr相關式,見圖3-1至3-4。四家污水處理廠BOD5、CODcr、CODNB、BOD/CODcr、CODNB/CODcr列于表3-1,3-2。
圖3-1 B污水處理廠進水BOD5與CODcr線性關系圖
圖3-2 A污水處理廠進水BOD5與CODcr線性關系圖
圖3-3 C污水處理廠進水BOD5與CODcr線性關系圖
圖3-4 D污水處理廠進水BOD5與CODcr線性關系圖
表3-1該市城鎮污水處理廠進水BOD5與CODcr相關式及相關參數
0.430
注試驗分析時間:2006年-2008年
表3-2該市城鎮污水處理廠進水BOD5與CODcr平均值及各項比值
將 值與回歸方程的相關系數 值比較可知 ,說明各城鎮污水處理廠的BOD5與CODcr之間線性關系顯著。相關系數 有顯著性,回歸系數一定有顯著性。即BOD5與CODcr間有直線回歸關系存在。統計檢驗結果表明,上述各直線回歸方程均有意義。
由表3-1,表3-2可以看出,該市城市污水的BOD5/CODcr均大于45%、CODNB/CODcr均小于20%,可生化性良好 。該市針對生化性良好的城市污水,采用二級生化處理工藝是適宜的,且BOD5與CODcr達到了較高的去除率。2006年至2008年四家污水處理廠BOD5去除率均大于94%,CODcr去除率均大于89%。
3.2污水處理廠出水BOD5與CODcr相關關系
對某市四家污水處理廠2006年~2008年的出水水質監測數據采用回歸分析法求出不同污水處理廠的BOD5與CODcr相關式,見圖3-5至3-8。四家污水處理廠出水BOD5、CODcr、CODNB、BOD/CODcr、CODNB/CODcr列于表3-4,3-5。
圖3-5 B污水處理廠出水BOD5與CODcr線性關系圖
圖3-6 A污水處理廠出水BOD5與CODcr線性關系圖
圖3-7 C污水處理廠出水BOD5與CODcr線性關系圖
圖3-8 D污水處理廠出水BOD5與CODcr線性關系圖
表3-4 該市城鎮污水處理廠出水BOD5與CODcr相關式及相關參數
注試驗分析時間:2006年-2008年
表3-5 該市城鎮污水處理廠出水BOD5與CODcr平均值及各項比值
將 值與回歸方程的相關系數 值比較可知 ,說明各城鎮污水處理廠的出水BOD5與CODcr之間線性關系顯著。相關系數 有顯著性,回歸系數一定有顯著性。即出水BOD5與CODcr間有直線回歸關系存在。統計檢驗結果表明,上述各直線回歸方程均有意義。
通過出水BOD5與CODcr分析可知,出水BOD5/CODcr在0.22~0.23左右,且CODNB/CODcr比值在0.33~0.53之間,與進水水質相比,污水處理廠出水水質的可生化性明顯變差,因此污水處理廠如果升級改造再采用生化法不一定適宜,應分析出水殘留組分的特性,考慮過濾、混凝、膜處理等深度處理工藝。
4、結論與建議
(1)通過對該市城鎮污水處理廠的進水CODcr和BOD5監測數據進行回歸和驗證,結果表明,兩者具有很好的線性關系,相關系數均在0.93以上,所得的各項指標參數和定量關系方程是合理的。
(2)隨著工業結構及布局的調整和人民生活水平的提高,污水處理廠污水進水水質也隨之發生變化,污水的可生化性有所變化。根據該市2006年~2008年數據統計分析,該城鎮污水處理廠CODcr和BOD5的比值均在0.50左右,說明該市污水處理廠進水的可生化性良好。采用生化處理效果較好。
(3)該市城鎮污水處理廠的出水BOD5/CODcr在0.22~0.23左右,且CODNB/CODcr比值在0.33~0.53之間,與進水水質相比,BOD5/CODcr比值是不一樣的,經二級生化處理后出水可生化性大大降低,因此污水處理廠如果升級改造再采用生化法不一定適宜,應考慮過濾、混凝、膜處理等深度處理工藝。
參考文獻
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1膜分離技術的發展現狀
自20世紀60年代世界上出現了第一張高通量的反滲透膜,經過理論、材料、技術、設備、工藝及其集成技術的不斷創新,分離膜技術取得了快速發展,其應用領域已經從早期的脫鹽加工發展到國民經濟的各個行業,成為工農業生產、日常生活和國防領域中不可缺少的分離方法。高從堦院士詳細介紹了膜科學技術創新發展思路以及產業化的現狀,主要包括處理能力達52萬t/d的大型反滲透海水淡化工廠、用膜近萬平方米的大型超濾退漿廢水處理廠、30萬t/d的膜生物反應器廢水處理系統、每小時數萬標方的合成氨池放氣H2回收裝置、年產4.5萬m3無水乙醇滲透汽化廠、以及每年挽救超百萬人的醫用膜材料等。這些膜技術的應用案例充分體現了膜技術從無到有快速發展的近60年歷程。膜的種類根據其功能和結構的不同主要分為以下幾類:按外形可分為中空纖維膜、平板膜和管式膜;按推動力可分為納濾膜、反滲透膜、電滲析膜、微濾膜和超濾膜;按材料化學組成可分為無機膜、有機膜和復合膜。膜分離技術的突出優點是占地少、能耗低、無污染且可回收有用物質,是國內外一直高度關注的高新技術領域。我國是世界分離膜的主產區之一,設備完全國產化,主要生產以平板膜、中空纖維膜為主的功能性分離膜,同時培養出一批創新精神強、科研素質高的專家和團隊,帶動了一批實力強勁的創新型企業,形成了運轉良好的產業鏈。近30年來,我國膜法水處理技術也取得了較好成績:20世紀80年代,超濾/微濾主要用于中小型水凈化,反滲透開始規模化生產應用;20世紀90年代,膜生物反應器小型化生產應用,反滲透復合膜大規模普及使用;21世紀初期,超濾/微濾/膜生物反應器大規模用于工業及市政水處理;2010年以來,10萬t級超濾、20萬t級反滲透膜投產使用,用于工業污水和生活廢水處理,但與國外先進水平相比,我國的膜分離技術從整體上還有一定差距。
2高性能膜材料的研究
膜材料的研發是膜分離技術發展的重要保證,而選擇適當的膜材料對膜的開發和應用起著決定性作用,其成膜性、化學穩定性、熱穩定性、耐氧化、耐酸堿性和耐微生物侵蝕以及抗污染和親水性均是要考慮的重要因素之一。目前用于制作分離膜的高分子材料主要有纖維素酯類、聚砜類、聚酰(亞)胺類、聚酯及烯烴類、含氟(硅)類等,隨著技術發展,不斷有新型改性材料和其他新材料用于制備分離膜。雜萘聯苯聚芳醚主要是由雜萘聯苯類雙酚單體(DHPZ)及其衍生物合成功能性高分子材料,由于分子主鏈上含有全芳非共平面扭曲鏈結構,具有較好的耐化學穩定性和耐熱性,且可溶解于N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等常用制膜溶劑,是一類性能優良的高分子膜材料,在耐高溫分離膜和離子交換膜方面具有非常好的應用前景。蹇錫高院士指出,將制備的雜萘聯苯聚芳醚砜酮(PPESK)作為膜材料,采用干-濕法紡絲工藝紡制具有中空結構的氣體分離基膜,在膜表面涂覆硅橡膠后,制備得到具有氣體分離功能的中空纖維膜,再通過線性濁點關聯式和濁點滴定計算,得到氧氮分離系數為5.3的分離膜。即使在溫度升高時,也能保持較高的分離系數。目前,雜萘聯苯聚芳醚膜材料的應用領域向反滲透膜、納濾膜、超濾膜、氣體分離膜、離子交換膜等功能膜領域擴展。而以聚芳酯纖維為主的熱致型液晶高分子材料(TLCP),具有優異力學性能、低熔融黏度、自增強效應,在外力作用下分子鏈高度取向;并有突出的抗燃燒性、熱穩定性;優異的耐化學腐蝕、絕緣性和抗老化性等優點。東華大學王依民教授認為,在聚芳酯溶解體系中,低黏度和高黏度的性能具有很大區別,也就是趨向差異是非常大的,時間從長到短,結晶的趨向是非常好的,符合高性能纖維必要的結構模型;在應用于膜材料方面,耐熱、耐切割、耐化學品,耐酸堿等性能均比聚芳酰胺高很多,尤其是酸性環境下的過濾,同時有較好的振動衰減性、沖擊吸收性,電氣絕緣性;但是其成本太高,不利于大范圍推廣,如何通過添加不同第三單體來調節體系溶解度和黏度以降低成本,對制備出高性能的分離膜具有重大意義。浙江理工大學郭玉海教授向大家介紹了聚四氟乙烯(PTFE)微孔材料研發中對孔徑控制、親水處理、疏水處理的思路和觀點,所開發的產品已經在企業有較好應用。
3高性能分離膜的應用前景
膜分離技術被認為是新型環保技術,膜在分離過程中不發生相變,能耗低且分離效率高,是解決當前淡水污染和水資源緊缺等問題的重要方法之一。徐平研究員介紹了世界上最大的膜法海水淡化廠即以色列Ashkelon海水淡化廠,它提供的淡水占整個國家總用水量的5%~6%,是世界上制水成本最低的海水淡化廠之一。在我國同樣存在淡水資源緊張,已經嚴重制約了人民生活水平提高和工業發展,經過膜法對工業廢水進行回用和海水淡化將是破解此問題的重要手段。印染行業的水、氣、泥三大污染源是限制行業發展的瓶頸問題,在國家日益嚴格的排放標準下,已嚴重影響到企業的發展甚至是生存。可喜的是膜分離技術的應用實現了印染廢水的回用,為印染行業的持續發展解決了后顧之憂。以浙江某印染公司為例。該公司是一家大型紡織、印染、服裝、貿易企業。采用了“物化+生化+膜生物反應器+反滲透”廢水處理方式,目標是印染廢水回用,日處理廢水規模為14000m3,2012年2月投產運行并通過驗收,一直穩定運行至今。目前回用處理水量為10000m3(回用水6000m3,濃水4000m3),回用水返回至印染生產過程中,其余排放水水質達到污水綜合三級排放標準(GB8978—1996《污水綜合排放標準》)。其處理流程為:印染生產廢水—調節池—物化處理—冷卻塔—生物接觸氧化—膜生物反應器系統—反滲透系統—清水池—回用至印染車間。其中經膜生物反應器系統和反滲透系統處理的不可回用廢水進入廢水池至廢水管網達標排放。印染廢水經過此綜合系統的處理,約60%廢水成功回用,使廢水排放總量控制在指標之內,為公司印染業務的增加提供了保障。目前浙江、江蘇等地多家印染企業都開始嘗試使用這一新技術。膜分離技術處理印染廢水取得的良好效果,不僅拓寬了該技術的應用領域,也為印染行業的節能減排、水資源的開發再利用找到了正確的方向。與會專家也特別提醒,因為各廠產品和所用染料均不一樣,印染廢水組成成分較為復雜,要依據廢水的組分選擇合適的過濾膜材料和處理方式。煤礦也是工業污水的主要來源之一,每年煤礦排放量是45億t,占整個采礦業的80%,污水非常大,且目前大部分污水沒有處理直接排到江里,加重了水資源的短缺和環境污染。針對這一市場需求,清華大學的李繼定教授采用多層篩分型分離原理,研發了一套高效集成污水處理系統,具有工藝流程短、出水質量好、占地小、投資少、運行費用低的特點,受到煤礦企業的歡迎,但這一技術是否也可用于紡織廢水處理還有待進一步實驗。
4結語
關鍵詞:強化混凝混凝混凝劑絮凝絮凝劑
強化混凝是在常規混凝的基礎上,基于新型混凝劑的開發而發展起來的一種水處理工藝,能有效去除污染水體中的懸浮顆粒、膠體雜質、總磷和藻類等污染物質[1]。關于強化混凝,有強化混凝、化學強化一級處理和強化絮凝等多種提法,本文統稱之為強化混凝。強化混凝技術的概念還沒有形成權威的解釋,筆者認為,強化混凝技術是對常規混凝中藥劑、混合、凝聚和絮凝任一環節或多環節的強化和優化,從而進一步提高對水中污染物,包括低分子溶解性污染物的凈化效果。
強化混凝作用機理與常規混凝并無太大差別,主要包括壓縮雙電層作用、吸附電中和作用、吸附-架橋作用、沉析物網捕作用和特殊混凝作用等[2]。向污染水體投入混凝劑后,一方面通過壓縮雙電層和吸附電中和作用,膠體擴散層被壓縮,ξ電位降低,膠體脫穩;另一方面通過吸附-架橋和沉析物網捕等作用使脫穩后的膠體相互聚結成大的絮體并沉淀,最終固液分離。新型高分子混凝劑的使用使以上作用得到強化,它不僅具有以絮凝體吸附水中非溶性大分子有機污染物的物理吸附作用;又能對水中溶解性低分子有機物產生很強的化學吸附和強氧化等多種凈化效果,從而可以提高污染物的去除率。但是,要取得良好的混凝效果還和許多因素有關,其中包括混凝劑品種、混凝劑投加量、水質、水力條件、水溫、堿度和pH等。只有優化這些反應條件,使混凝劑在最佳條件下起作用,才能達到強化混凝提高常規混凝效果的目的。
1強化混凝技術在國內外的應用
1.1在生活污水處理中的應用
英國[3]早在1870年就開始應用混凝技術,但很快被生物處理所取代,到了20世紀80年代,隨著新型高效混凝劑的不斷問世,同時為了進一步提高污水中有機物和磷的去除率,強化混凝技術開始應用于實際工程。
美國對于強化混凝技術在給水處理中的研究和應用較多[4],但是在城市污水處理中也有報道[5]。美國落杉磯市的Hyperion污水處理廠采用一種陰離子高聚物(0.15mg/L),與10mg/L的FeCl3復配處理城市污水,連續運行6a,SS和BOD5的一級處理去除率穩定在83%和51%左右,同時對磷和重金屬的去除效果也很好,而其基建費和運行費卻只有二級處理廠的30%左右。南加利福尼亞4大污水處理廠通過對傳統一級處理的工藝進行改進,投加FeCl3混凝劑和部分助凝劑,處理效果大幅度提高。改進后的一級處理工藝,SS去除率達到了85%,BOD5的去除率增加到50%以上。Mete等[6]認為,從經濟和技術上來講,強化混凝法是一項簡單而有效的水處理技術,能有效去除水中溶解性有機物、膠體雜質等。
此外,以色列[7]、埃及[8]、日本[9]和挪威等國[10]對強化混凝的研究和應用均有較多成功的實例。近年來,隨著環境保護力度的加強,強化混凝技術在我國也得到一定的發展。
Harleman等[11]在香港最大的一座CEPT污水處理廠建造之前,曾做了強化混凝工藝和常規一級處理工藝的比較試驗。試驗表明,10mg/L的FeCl3和0.15mg/L的聚合物能使SS的去除率從71%提高到91%,BOD5的去除率從42%提高到80%,且可節省30%沉淀池體積。
臺灣的ChenChiuyang研究了城市污水排海前的強化混凝處理,投加硫酸鋁和PAC各30mg/L,沉淀1h,SS和BOD5的去除率分別為70%和60%,比強化處理前提高了25和35個百分點。
王東海[12]、任潔等[13]采用無機絮凝劑處理低濃度生活污水,當PAC投加量為30~50mg/L時,CODCr去除率達70%以上,達標排放。
強化混凝處理生活污水在國內外均有很多成功的實例,北歐大型湖泊周邊城鎮和南歐地中海沿岸城鎮經常采用強化混凝技術作為生活污水處理技術,可以說強化混凝是僅次于生化處理的生活污水處理主流技術。在強化混凝技術研究和應用方面,國內外均注重于現有常規混凝劑及絮凝劑的組合或復配,以求達到低成本和高去除率的統一。相對于常規生化處理工藝,強化混凝技術可以節省工程投資,減少水處理成本費用和節約用地面積,特別是該技術對導致水體富營養化元素之一的總磷的去除率能達到90%以上,是很多常規生物處理技術不可比擬的。因此,強化混凝技術是解決我國城鎮由于資金不足導致污水處理率低的出路之一。上海市在建的兩個超大型污水處理廠:竹園污水處理廠(一期)與白龍港污水處理廠(設計日處理能力分別為170萬m3與130萬m3)也采用以強化混凝為主的處理工藝流程。隨著強化混凝技術在我國的普及,2003年頒布的國家城鎮污水處理廠排放標準(GB189118-2002)中對該工藝技術的排放標準進行了規定。
1.2在工業廢水處理中的應用
強化混凝技術廣泛應用于工業廢水的(預)處理,特別是在化工廢水、染整廢水和造紙廢水的預處理中更為普遍。阮湘元等[14]用PAC、PAM預處理富含有機染料的染整廢水,聯合氧化絮凝床,出水可達工業污水排放標準;朱虹等[15]研究表明,新型絮凝劑聚磷硫酸鐵是一種更為有效的染整廢水處理絮凝劑。另外,強化混凝在染整廢水的脫色處理中應用較多,這方面,李春華等[16]做過比較詳細的綜述。
此外,強化混凝在造紙廢水處理中的應用較多,李福仁[17]用PAC與PAM復配預處理,聯合氣浮工藝處理高濃度CTMP制漿造紙廢水,處理效率高,出水水質穩定,可直接排入城市污水處理廠集中處理;張學洪等[18]比較了多種混凝劑對造紙廢水的處理,發現PAC最為合適,不必調節pH,出水達國家污水排放標準。
強化混凝在其他工業廢水處理中的應用國內常有報道。姚文娟等[19]研究表明,PAC、殼聚糖、膨潤土和PAM等絮凝劑對酒精槽的離心廢液有較好的絮凝效果,SS去除率為86.57%~89.62%,CODCr去除率為58.2%~59.2%;相波等[20]用Na2S、FeCl3、PAM復配對銅酞菁廢水預處理,聯合缺氧-好氧生物接觸氧化工藝,取得良好的效果,各項指標均達國家一級排放標準。吳敦虎等[21]研究表明,用聚合氯化硫酸鋁和聚合氯化硫酸鋁鐵混凝劑處理COD為1000~4000mg/L的制藥廢水,去除率達80%。
與生活污水的強化混凝技術相比,工業廢水的強化混凝技術研究更注重于針對不同種類廢水或污染物,開發處理效果更佳的新型混凝劑或含有新型混凝劑的復配混凝劑,以及強化混凝與其他工藝的聯合使用,而對經濟方面的要求相對較寬松。這是由于一些工業廢水含有有毒有害物質不能直接進行生物處理的原因。因此,研究更多更有效的新型混凝劑將推動強化混凝技術在工業廢水處理中的應用,也是治理工業廢水污染的有效方法之一。
1.3在污染地表水處理中的試驗
近幾年,強化混凝在污染地表水處理中的應用漸漸受到關注。中科院王曙光等[22]采用聚合氯化鐵(PFC)為混凝劑,對深圳市的龍崗河、觀蘭河、燕川河、大茅河水體進行了強化混凝處理的試驗研究。結果表明,當PFC投加量為50mg/L時,觀蘭河(原水CODCr=48.0mg/L)的CODCr去除率達70%以上,濁度去除率達91%,TP的去除率達到95%,TN的去除率達41%;大茅河(原水CODCr=84.0mg/L)的CODCr去除率達到50%以上,濁度去除率達78%,TP的去除率達96.5%,TN的去除率達41.6%,對重金屬也有一定的去除效果。處理后水質達到或接近地面水水質標準。
孫從軍等[23]以多種混凝劑,對數條嚴重污染的蘇州河支流水體進行強化混凝實驗室研究。結果表明,硅藻土較為有效,在最佳投藥量為200mg/L的條件下,CODCr去除率為43%~59%,P去除率為92%~100%,但NH3-N幾乎沒有去除。
ChengWenpo等[24]用Al2(SO4)3、PAC、FeCl3和PFS等混凝劑處理水庫水。結果表明,PFS比FeCl3有更好的溶解性有機物(DOC)去除率和更少的鐵殘留;Al2(SO4)3對濁度、色度和細菌的去除效果最好,但是對DOC的去除效果不夠理想;當PFS和Al2(SO4)3聯合使用時,處理效果最佳,DOC、濁度、色度都能得到很好的去除。
污染地表水是介于污水和清潔地表水之間的那部分水,特別是小型封閉水體,包括污染的城市景觀水體。這部分水體的治理,是強化混凝技術應用的新領域,國內已開始研究。由于其污染物濃度較小,相對去除率較低,但是磷的去除相當可觀,能有效防治水體的富營養化,具有廣闊的應用前景。通常可以采取建造構筑物或直接投撒的方式來實現污染水體的強化混凝處理。上海佛欣河道公司應用投撒混凝劑來壓制藻類的泛濫取得較好的效果。但是,某些混凝劑的安全性令人擔憂,特別是一些新型高效混凝劑和生物混凝劑的應用,在考慮到其處理效果和處理成本的同時,更應考慮其安全性。
2強化混凝技術研究新進展
2.1混凝劑研究新進展
2.1.1無機高分子混凝劑
無機高分子混凝劑(InorganicPolymerFlocculant,IPF)以其投藥量少、無毒或低毒、價廉和處理效果好等優點,越來越受到人們的重視,逐漸成為給水、工業廢水和城市污水處理的主流混凝劑[25],被稱為第二代混凝劑。目前應用比較多的還是聚鋁、聚鐵兩大系列,如PAC、PAFC等,但是新型的聚硅、聚磷和聚硫也不斷面世,并顯現出不凡的混凝效果,如聚硅酸鋁、聚磷酸鐵等。因此,無機高分子混凝劑呈現多品種、多組份和多功能的發展趨勢,但品種繁多,產品質量不夠穩定。在今后的研究應用中,應優化混凝劑的制備工藝,改進產品的性能和穩定性,同時根據特定的水質成分開發相應的混凝劑品種和配方,并結合高效混合反應器和智能化投藥監控技術,進一步提高混凝效果。
2.1.2有機高分子絮凝劑
有機高分子混凝劑主要是通過其鏈狀分子的吸附-架橋而起作用,它的應用能有效提高絮體顆粒尺寸,絮體顆粒直徑要比單一投加PAC形成的顆粒直徑大3~5倍[26],所以在強化混凝中得到廣泛應用。
有機高分子絮凝劑可分為天然和合成兩大類。合成有機高分子絮凝劑由于分子量大,分子鏈官能團多的結構特點,在市場上占絕對優勢,其中以聚丙烯酰胺系列最為廣泛,由于其殘留單體具有毒性,限制了其在某些水處理領域的發展。天然有機高分子絮凝劑由于原料來源廣泛,價格低廉,無毒,易于生物降解等特點顯示了良好的應用前景,但由于其電荷密度小,分子量較低,且易發生生物反應而失去絮凝活性,使其用量遠小于有機合成高分子絮凝劑。經過改性的天然高分子絮凝劑能克服以上缺點,特別受到關注。其中,淀粉改性絮凝劑的研究開發尤為引人注目[27]。因此,研究和開發高效、安全、可生物降解的有機高分子絮凝劑是今后的發展方向。
2.1.3其他混凝劑
除無機高分子混凝劑和有機高分子絮凝劑兩種主流混凝劑外,微生物絮凝劑(MicrobialFlocculantsMBF)近年來受到研究者極大關注[28]。它是利用生物技術,從微生物體或其分泌物中提取、純化而獲得的一種安全、高效,且能自然降解的新型水處理絮凝劑[29]。MBF可以克服無機高分子和合成有機高分子絮凝劑本身固有的安全與環境污染方面的缺陷,易于生物降解,無二次污染。目前,已應用于紙漿廢水、染料廢水處理及污泥脫水、發酵菌體去除等領域,取得了良好的絮凝效果[30]。但是,目前國內的研究多限于對其在實際應用中的研究,而對其作用機理等基礎性研究較少,有待進一步加強。余榮升等[31]指出,由于生物技術的飛速發展,人們對微生物細胞基因的認識和控制也越來越自如,即可根據不同的廢水水質研制出具有針對性的高效MBF,這樣不僅可大大降低絮凝劑的投加量,還可以降低處理成本。
另外,近年來礦物類混凝劑也有一定的發展,粉煤灰、硅藻土、沸石粉和膨潤土等礦物質制成的混凝劑也開始應用于水處理中。據報道,黃彩海[32]、于衍真等[33]制備的粉煤灰混凝劑,混凝效果優于傳統的單一鋁、鐵混凝劑,可用于各種工業廢水的處理。
2.1.4混凝劑的改性和復配
混凝劑的改性和復配能優化混凝劑性能,提高混凝效果。江霜英等[34]對上海污水二期工程污水強化混凝處理的試驗研究表明,聚合雙酸鋁鐵同有機高分子絮凝劑復配經濟有效。Petzold[35]、李爾等[36]也做過類似的研究,表明兩種或兩種以上混凝劑處理廢水,處理效果優于單一混凝劑的使用,有機和無機混凝劑相配合更為有效,具有廣闊的工程應用前景。
2.2強化混凝機理研究新進展
2.2.1表面絡合原理及其定量計算模式在強化混凝中的應用
70年代初期Stumn等首先提出對水合氧化物的分散體系中金屬離子的專屬吸附采用配位化學的處理方法,認為顆粒物界面上與H+、OH-和金屬離子的結合屬于絡合化學反應,此時的吸附量可以用與溶液中絡合平衡類似的方法,按質量作用定律加于討論。Schindler等對這一概念加于進一步的闡述,因而后來被稱為Stumn-Schindle絡合模式,近年被廣泛應用于固液界面上反應機制的研究。由于表面絡合模型的計算相當繁雜,主要應用計算機模塊來進行多組分多相的復雜計算,目前主要的計算機程序有REDE-QL,MINEQL,MICROQL,SUREQL,HYDRAQL,FITEQL等。它們可用來計算各種化學平衡和表面絡合反應中的平衡常數和組分濃度。例如MICROQL可以計算飽和Al(OH)3溶液中鋁的形態分布及其表面平衡常數。王向天等[37]應用Stumn-Schindle絡合模式,計算了高嶺土、二氧化硅的表面絡合常數,得到了與實驗數據相吻合的計算結果。
2.2.2分形理論在強化混凝中的應用
分形理論用于對混凝的研究也是一種有效的新手段。絮體結構和性能在混凝研究中一直有十分重要的地位,其大小、強度、密度與穿透性等特點對于污泥處置和出水水質至關重要,其形成往往具有分形特征。通過分形結構分析,用一非整數維數來描述非規則體中的無規則程度,為這些看起來復雜不規則形態提供一種數學框架,從而得以定量的描述,而分形結構分析中最重要的特征參數是分形維數(分維)。一般認為,對應于分形體的不規則和復雜性或空間填充程度,分維不同則反映了聚集體結構所具有的開放程度,在混凝研究中應用分維可以對不同條件下形成的絮體結構進行更為準確的描述。關于分形理論和研究方法及其在強化混凝中的應用,王東升等[38,39]作過比較詳細的論述。
2.2.3混凝作用機理研究逐漸向半定量仍至定量化發展
表面絡合理論和分形理論的引入推動了混凝研究的半定量和定量化進程,發展了多種計算模式和軟件,但多限于應用在傳統混凝劑,對新型高分子混凝劑混凝過程的計算尚存在困難,有待進一步的研究。王東升等[40]以典型IPF-顆粒物-水溶液體系的相互作用為例,對Dentel的吸附沉積-電中和模式(PrecipitationChargeNeutralizationModel,PCNM)作了適當改進,能夠較好地預測聚合鋁的混凝特征,實驗結果與模式預測值基本吻合。
2.3其他方面研究新進展
2.3.1混凝過程的在線控制
由于流動電流原理及其檢測技術在混凝中的應用,實現了混凝過程的在線控制,保證了混凝劑的最佳投藥量。另有報道,利用水中顆粒物對光的散射作用能很好地實現混凝過程的在線監測。金鵬康等[41]根據這一原理研制的光散射顆粒分析儀(PhotometricDispersionAnalyzer,PDA)對腐殖質混凝過程進行在線監測,并對得到的FI(FlocculationIndex)曲線的特征參數進行分析,發現FI曲線及其特征參數受混凝劑投藥量的影響很大,其變化情況與膠體穩定情況(ξ電位)及混凝效果(TOC去除率)具有良好的相關性,說明這種在線監測技術對混凝過程的在線監測是有效的。
2.3.2強化混凝設備的開發
混凝設備中混合器最為關鍵,其主要作用是讓藥劑與水盡快混合。常用的混合設備有水泵混合、管道混合、壓力式孔板混合、機械攪拌混合、渦流式混合及射流混合等,其中射流混合是混合技術的新發展,具有混合速度快,功率損失小、絮凝效率高等優點[42]。具體過程為用注入管將絮凝劑注入接近反應池的進口處,注入管的側面周邊有幾個小孔,混凝劑經小孔以很大的速度進入。在垂直于原水管的中軸處水流的紊動強度最大,混凝劑射流由此進入最易與原水完全混合。
3結語
強化混凝技術近年來得到了迅速的發展,在研究和應用中都取得了較大的進步。由于一些新理論新方法的引入,使對強化混凝的研究得以深入,特別是一些基礎性的機理研究越來越受到重視,但由于強化混凝是一個相當復雜的過程,其中的許多問題有待于進一步的深入研究,特別是以下幾方面應得到加強:
(1)繼續研制高效混凝劑和混凝設備,提高其混凝效果,降低其生產成本;
關鍵詞:水資源;開發利用;研究
1 我國水資源存在和利用的現狀
(1)我國水資源徑流量總量居世界第四位,但我國人均水資源擁有量僅相當于世界平均水平的四分之一。
(2)水資源分布不均。我國水資源時空分布不均。從整體上看,我國大多數地區雨量集中在夏秋兩季,冬春兩季較為干旱;另外在地區上南多北少,部分地區同一區域局部差別較大。
(3)水資源利用效率低,存在巨大的浪費。我國每一萬元工業增加值需要的用水量是世界上先進國家的近3倍;世界先進國家的農田灌溉水的有效利用系數為0.7-0.8,而我國只有0.52。在我國局部地區由于水資源的過度開發嚴重影響了水資源的可再生恢復,部分大河流域水資源的開發利用率遠遠超過國際水資源開發生態警戒線。比如黃河、海河、遼河等其開發率都超過了40%。過量開發嚴重破壞水環境,嚴重損害周圍的生態環境。
(4)水資源污染嚴重,污水處理和利用的技術落后于世界主要發達國家。
a.全國水資源污染形勢嚴峻。2013年調查報告顯示長江、黃珠江等十大江河流域的國控斷面中,Ⅰ~Ⅲ類、Ⅳ~Ⅴ類和劣Ⅴ類(喪失使用功能的水)水質斷面比例分別為71.7%、19.3%和9.0%。水體污染和水源短缺是這些流域面臨的嚴重問題,此外這些流域還存在普遍的有機物污染,以遼河、淮河為代表的部分河段的污染率超過了70%。
b.生產生活污水排放總量加大,污水處理利用率低。2006-2012六年間我國的污水排放總量呈持續增長態勢。城鎮生活污水排放量增速加快。另外,截止2012年,在我國建制鎮中,污水的處理率低于30%,而未處理的污水總量竟為城市與縣城的總和。除此之外村莊的污水處理情況堪憂,未處理的污水總量超過城市未處理污水總量一倍多。
c.我國企業在污水處理產業鏈中地位較低,核心技術較少。在水處理行業中利潤最高部分是設備領域,在實際市場中低端設備市場主要由民企占據,中高端設備市場中一半企業是外企,而利潤最豐厚的高端設備外企的優勢地位更加凸顯。
在技術領域中,活性污泥法①及其衍生技術是國內外通行的最為廣泛的污水處理工藝,而膜技術②處理法具有占地面積小、出水水質高、剩余污泥少等優點,具有廣闊前景。但是我國膜技術大多數從國外引進,國內具有自主研發實力的企業極少。
我國水資源開發利用的現狀要求我們必須打破舊的管理方式,加大技術研發力度,開創水資源開發利用的新局面。
2 創新水資源管理方式,增加節水和治污技術的研發,提高水資源開發利用效率
(1)合理配置水資源,打造合理的水資源調用體系。由于我國南北方水資源整體富集程度不同,為合理調度水資源我國提出并實施了“南水北調”工程,其中東線和中線已經取得了重要成果,這為緩解我國水資源短缺問題提供了有效保障。另外我國水資源還存在局部分配不合理的問題,這就需要我們在小范圍加強水利設施基礎建設,加強同一區域內部的水資源調配,保障水資源供應。
(2)大力倡導節約用水,推進節約用水工程。要嚴格限制高污染高耗水行業的擴張,對已投產的企業必須簽訂水資源保護協議,加大對污染水源企業的處罰力度,對積極參與工業水再利用的企業,政府應設立專項資金給予扶持。加強節水農業的開發和研究,推進先進灌溉技術的普及,各級政府要拿出專項經費支持微小水利工程的建設和運營。
(3)加強對水資源的統一管理。要加快建立水資源開發利用機制,明確上、下游地區的權利,強化水資源流域的整體管理。各部分要通力合作制定水資源的階梯定價機制,充分發揮水價對水資源使用的調節功能。
(4)借鑒發達國家經驗,加大對污水廢水技術處理的研發投入,增加政府對環保技術購買支出,減少對環保企業融資的限制,減少環保企業的稅收負擔。污水廢水處理是做好環保工作一項重要任務,因其廣泛的社會影響力所以具有鮮明的公共性特點,這要求政府必須起到引導作用。
在美國,環境保護署針對各州的污水處理工作,了《分散處理系統管理指南》,要求各州設立“清潔水州立滾動基金”,在該基金中,聯邦政府提供的資金數占八成,州政府占兩成;所有的基金均以低息或者無息的方式提供給當地的污水處理項目或涉及環保的項目,并規定貸款最長還款期限為20年,最終償還的貸款和利息將再次進入滾動基金用于支持新的項目。
美國的方式給我們做好污水廢水處理提供了有益經驗,我國污水廢水處理長期處于政府企業分頭治理的狀態,單純依靠任何一方都無法有效解決這個問題,必須進行多方面的合作。
(5)加強非常規水源開發利用,實現節水優先和系統治理。具體內容是將非常規水源和傳統水源統一進行配置和協調,充分考慮城市的總體規劃和產業布局,將水資源規劃和土地利用規劃、城市發展規劃有效對接,根據區域發展情況合理配置水資源。例如西咸新區推進的“海綿城市”建設,將城市發展與水源保護進行有效結合,創新非常規水源進行收集方法,根據用水途徑重新配置水資源。在城市道路和公共用地上鋪設滲水良好的材料,收集雨水;根據用水途徑不同將生活生產后產生的再生水、中水等重新補充到用水體系中,節約自來水。這些新的用水方式和理念給我們提供了有益參考。
3 結束語
縱觀我國現階段的發展,水資源的短缺和污染已經成為我國可持續發展的瓶頸。水資源的問題是在發展中產生的也必然要在發展中解決,我們相信只要全社會上下都能從戰略發展的高度關心水資源的保護和利用,嚴格節水用水制度,改進生產工藝方法,創新節約用水方式,我們一定能實現水資源的有效開發和利用。
注釋
①活性污泥法是一種污水的好氧生物處理法,由英國的克拉克(Clark)和蓋奇(Gage)于1912年發明。如今,活性污泥法及其衍生改良工藝是處理城市污水最廣泛使用的方法.
②利用膜的選擇性分離實現料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程.
參考文獻
[1]鄧榮森.對當前我國中小城鎮污水處理若干問題的思考[J].中國環保產業,2003(11).
[2]周海煒,鐘尉,唐震.我國跨界水污染治理的體制矛盾及其協商解決[J].華中師范大學學報(自然科學版),2006(2).