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【摘要】本文阐明了深度处理技术将是未来全球水处理的必然趋势,综述了近年来研究与采用的废水深度处理技术。阐述了各种技术的原理、应用范围、应用情况、技术创新点及尚待改进技术难点,并展望了废水深度处理的前景。
【关键词】深度处理 废水 新技术
【中图分类号】TD926.5 【文献标识码】A 【文章编号】1673-8209(2010)07-0-01
水资源是世界上分布最广,数量最大的资源。随着人口的增长,工农业生产的不断发展,造成了水资源供需矛盾的日益加剧。从本世纪初以来,到70年代中期,全世界农业用水量增长了7倍,工业用水量增长了21倍。经济社会的发展,又加剧了对水资源的污染,使得水资源匮乏的形势更加严峻。
随着水资源短缺日益加剧和水污染日趋严重,各国专家积极致力于水处理工艺研究与开发。面对越来越严格的废水排放标准及节能减排的要求,一、二级处理工艺已不能满足要求,必须采取三级处理或深度处理。它是将二级处理出水再进一步进行物理、化学和生物处理,以便有效去除污水中各种不同性质的杂质,从而满足用户对水质的使用要求。深度处理的对象主要是水中残存的悬浮物、难降解有机物、氮和磷等营养盐、溶解性无机盐以及细菌、病毒等。常用的深度处理技术有:混凝沉淀、过滤、膜分离、高级氧化、活性炭吸附以及组合等技术。
1混凝、沉淀(澄清)、气浮
混凝沉淀是指,向水中投加药剂,通过快速混合,使药剂均匀分散在污水中,然后慢速混合形成大的可沉絮体,通过重力作用将其从水中分离出去。对于难以沉淀的絮体,还可以采取气浮进行分离。混凝、沉淀、澄清、气浮以及过滤是传统的废水深度处理技术,目前,这些技术在各种废水深度处理中广泛应用。
2 过滤
在废水深度处理技术中,过滤技术是最普遍的一种技术。过滤是以具有孔隙的粒状料层截留废水中的杂质从而使水变澄清的一种技术。滤池按滤料分为单层滤料滤池、双层滤料滤池、混合滤料滤池。单层滤料滤池多采用石英砂,双层滤料滤池多采用无烟煤和石英砂。多层滤料滤池的材料除了石英砂和无烟煤外,经常用磁铁或石榴石。滤料层是滤池的重要部分,是过滤技术改进的一个重要方向。随着化工行业的发展,新型的滤料的有了更强大的功能,不仅具有更高截污能力,滤料表面还可以辅助降解污染物。例如高效纤维过滤采用了一种新型的软填料——纤维束或纤维球,具有巨大的比表面积,可有效地去除水中的悬浮物、有机物和胶体。
3 膜分离
膜分离是用天然或人工合成的高分子薄膜,以外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集。常见的膜技术主要有:微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、电渗析(ED)等,各自有不同的分离的对象。
膜分离方法的工程应用:(1)微滤,主要分离对象:固体悬浮物、浊度、细菌、病毒等。工程应用:食品工业废水、电子工业废水、制药。(2)超滤,主要分离对象:高分子化合物、蛋白质、大多数细菌、病毒。工程应用:饮用水、纯水、生活污水深度处理、乳化油废水、电泳涂漆废水、冶金废水。(3)纳滤,主要分离对象:大分子物质。工程应用:纺织废水、染料废水、中药提取液回收。(4)反渗透,主要分离对象:小分子物质、色度、无机离子。
工程应用:海水淡化、电镀废水等。
膜分离技术对废水进行深度处理,出水水质优良,但膜的使用寿命是其应用中的一个关注点。如果解决了膜污染、膜劣化、浓差极化及膜组件价格昂贵等难题,膜技术将会在废水深度处理中广泛应用。
4 高级氧化
高级氧化法是利用强化化学氧化过程,将一些难降解的机污染物进行分解,消除其毒性。包括臭氧/UV、臭氧/H2O2、Fenton法、二氧化氯氧化法、光催化氧化法、超临界氧化等。高级氧化法最显著的特点是以羟基自由基为主要氧化剂与有机物发生反应,反应中生成的有机自由基可以继续参加-OH的链式反应,或者通过生成有机过氧化物自由基后,进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物CO2和H2O,从而达到了氧化分解有机物的目的。
同普通的化学氧化法相比,高级氧化法具有氧化能力强、氧化过程无选择性、反应彻底等优点,对含微量难降解有机物废水的处理具有极大的应用价值。高级氧化法既可作为单独处理,又可与其他处理过程相匹配。但对如何进一步提高其处理效率、降低处理成本以及消除各种不利因素(如碳酸盐等)对其影响等问题还需要在今后作进一步研究。
5 活性炭吸附
活性炭是一种非常优良的吸附剂,它是利用木炭、竹炭、各种果壳和优质煤等作为原料,通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。活性炭纤维比传统的活性炭吸附效率高,再生速度快,比例高,有一定的市场前景。改性后的活性炭比传统的活性炭适用范围有所改变,可能会引起活性炭应用工艺的变革。
随着活性炭的应用范围日趋广泛,活性炭的回收开始得到了人们的重视。如果用过的活性炭无法回收,除了每吨废水的处理费用将会增加外,还会对环境造成二次污染。因此,活性炭的再生是活性炭应用需研究的一个方面。
6 组合技术
单一的处理技术无法处理废水中的全部污染物时,可以多种处理技术组合后对废水进行综合处理,能够更有效地去除污染物,出水水质能满足各种不同的使用水质要求。组合技术就是指将物理、化学、生物等的处理技术有机地组合起来,采用优势互补,充分发挥各处理手段的长处,以期达到最佳的去除效果。
曝气生物滤池(Biological Aerated Filter简称BAF),它的实质是一种生物膜法。随着研究的深入,已经从单一工艺逐渐发展成综合工艺,具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮除磷、除去AOX的作用。在降解氨氮方面,R·Pujol等的实验结果表明,在温度为22℃、氨氮负荷2.5 kg/(m3·d)条件下,BAF对氨氮的去除率可达90%以上。目前,我国曝气生物滤池在乙烯废水、印染废水、焦化废水深度处理中等都有研究。
此外,新的组合技术不断出现如:微絮凝深床过滤—超滤组合工艺深度处理印染废水、臭氧—混凝法处理造纸废水、生化组合工艺对高浓度制浆造纸废水的深度处理、紫外线(UV)与(03、H2O2)等氧化剂的联用等组合处理工艺。活性炭工艺与其它手段的结合:臭氧—生物活性炭、生物活性炭法、活性炭负载纳米TiO2—电催化技术、微波—H2O2—活性炭协同催化氧化技术等,活性炭领域将有广阔的发展空间,发展势头难以估量。
7 结论
近年来废水深度处理技术的研究较为活跃,一方面是因为水资源匮乏、节能减排的大势所趋;另一方面是由于工业的发展,废水的特性和处理要求不一,需要低能耗、经济、高效、绿色的废水深度处理方式。所以,深度处理技术具有广阔的应用前景,但处理技术还需进一步研究开发。
参考文献
[1] 张艳萍.污水深度处理与回用.北京:化学工业出版社, 2009.
[2] 水的深度处理与回用技术.张林生.北京:化学工业出版社, 2004.
[3] Pujol R.Process improvements for upflo submerged biofilters [J].Water,2000,32(1):25-29.
[4] 曝气生物滤池(BAF)工艺原理深度处理中应用.梅巍、许峰.中国新技术新产品.2009,(14):7.
【关键词】深度处理 废水 新技术
【中图分类号】TD926.5 【文献标识码】A 【文章编号】1673-8209(2010)07-0-01
水资源是世界上分布最广,数量最大的资源。随着人口的增长,工农业生产的不断发展,造成了水资源供需矛盾的日益加剧。从本世纪初以来,到70年代中期,全世界农业用水量增长了7倍,工业用水量增长了21倍。经济社会的发展,又加剧了对水资源的污染,使得水资源匮乏的形势更加严峻。
随着水资源短缺日益加剧和水污染日趋严重,各国专家积极致力于水处理工艺研究与开发。面对越来越严格的废水排放标准及节能减排的要求,一、二级处理工艺已不能满足要求,必须采取三级处理或深度处理。它是将二级处理出水再进一步进行物理、化学和生物处理,以便有效去除污水中各种不同性质的杂质,从而满足用户对水质的使用要求。深度处理的对象主要是水中残存的悬浮物、难降解有机物、氮和磷等营养盐、溶解性无机盐以及细菌、病毒等。常用的深度处理技术有:混凝沉淀、过滤、膜分离、高级氧化、活性炭吸附以及组合等技术。
1混凝、沉淀(澄清)、气浮
混凝沉淀是指,向水中投加药剂,通过快速混合,使药剂均匀分散在污水中,然后慢速混合形成大的可沉絮体,通过重力作用将其从水中分离出去。对于难以沉淀的絮体,还可以采取气浮进行分离。混凝、沉淀、澄清、气浮以及过滤是传统的废水深度处理技术,目前,这些技术在各种废水深度处理中广泛应用。
2 过滤
在废水深度处理技术中,过滤技术是最普遍的一种技术。过滤是以具有孔隙的粒状料层截留废水中的杂质从而使水变澄清的一种技术。滤池按滤料分为单层滤料滤池、双层滤料滤池、混合滤料滤池。单层滤料滤池多采用石英砂,双层滤料滤池多采用无烟煤和石英砂。多层滤料滤池的材料除了石英砂和无烟煤外,经常用磁铁或石榴石。滤料层是滤池的重要部分,是过滤技术改进的一个重要方向。随着化工行业的发展,新型的滤料的有了更强大的功能,不仅具有更高截污能力,滤料表面还可以辅助降解污染物。例如高效纤维过滤采用了一种新型的软填料——纤维束或纤维球,具有巨大的比表面积,可有效地去除水中的悬浮物、有机物和胶体。
3 膜分离
膜分离是用天然或人工合成的高分子薄膜,以外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集。常见的膜技术主要有:微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、电渗析(ED)等,各自有不同的分离的对象。
膜分离方法的工程应用:(1)微滤,主要分离对象:固体悬浮物、浊度、细菌、病毒等。工程应用:食品工业废水、电子工业废水、制药。(2)超滤,主要分离对象:高分子化合物、蛋白质、大多数细菌、病毒。工程应用:饮用水、纯水、生活污水深度处理、乳化油废水、电泳涂漆废水、冶金废水。(3)纳滤,主要分离对象:大分子物质。工程应用:纺织废水、染料废水、中药提取液回收。(4)反渗透,主要分离对象:小分子物质、色度、无机离子。
工程应用:海水淡化、电镀废水等。
膜分离技术对废水进行深度处理,出水水质优良,但膜的使用寿命是其应用中的一个关注点。如果解决了膜污染、膜劣化、浓差极化及膜组件价格昂贵等难题,膜技术将会在废水深度处理中广泛应用。
4 高级氧化
高级氧化法是利用强化化学氧化过程,将一些难降解的机污染物进行分解,消除其毒性。包括臭氧/UV、臭氧/H2O2、Fenton法、二氧化氯氧化法、光催化氧化法、超临界氧化等。高级氧化法最显著的特点是以羟基自由基为主要氧化剂与有机物发生反应,反应中生成的有机自由基可以继续参加-OH的链式反应,或者通过生成有机过氧化物自由基后,进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物CO2和H2O,从而达到了氧化分解有机物的目的。
同普通的化学氧化法相比,高级氧化法具有氧化能力强、氧化过程无选择性、反应彻底等优点,对含微量难降解有机物废水的处理具有极大的应用价值。高级氧化法既可作为单独处理,又可与其他处理过程相匹配。但对如何进一步提高其处理效率、降低处理成本以及消除各种不利因素(如碳酸盐等)对其影响等问题还需要在今后作进一步研究。
5 活性炭吸附
活性炭是一种非常优良的吸附剂,它是利用木炭、竹炭、各种果壳和优质煤等作为原料,通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。活性炭纤维比传统的活性炭吸附效率高,再生速度快,比例高,有一定的市场前景。改性后的活性炭比传统的活性炭适用范围有所改变,可能会引起活性炭应用工艺的变革。
随着活性炭的应用范围日趋广泛,活性炭的回收开始得到了人们的重视。如果用过的活性炭无法回收,除了每吨废水的处理费用将会增加外,还会对环境造成二次污染。因此,活性炭的再生是活性炭应用需研究的一个方面。
6 组合技术
单一的处理技术无法处理废水中的全部污染物时,可以多种处理技术组合后对废水进行综合处理,能够更有效地去除污染物,出水水质能满足各种不同的使用水质要求。组合技术就是指将物理、化学、生物等的处理技术有机地组合起来,采用优势互补,充分发挥各处理手段的长处,以期达到最佳的去除效果。
曝气生物滤池(Biological Aerated Filter简称BAF),它的实质是一种生物膜法。随着研究的深入,已经从单一工艺逐渐发展成综合工艺,具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮除磷、除去AOX的作用。在降解氨氮方面,R·Pujol等的实验结果表明,在温度为22℃、氨氮负荷2.5 kg/(m3·d)条件下,BAF对氨氮的去除率可达90%以上。目前,我国曝气生物滤池在乙烯废水、印染废水、焦化废水深度处理中等都有研究。
此外,新的组合技术不断出现如:微絮凝深床过滤—超滤组合工艺深度处理印染废水、臭氧—混凝法处理造纸废水、生化组合工艺对高浓度制浆造纸废水的深度处理、紫外线(UV)与(03、H2O2)等氧化剂的联用等组合处理工艺。活性炭工艺与其它手段的结合:臭氧—生物活性炭、生物活性炭法、活性炭负载纳米TiO2—电催化技术、微波—H2O2—活性炭协同催化氧化技术等,活性炭领域将有广阔的发展空间,发展势头难以估量。
7 结论
近年来废水深度处理技术的研究较为活跃,一方面是因为水资源匮乏、节能减排的大势所趋;另一方面是由于工业的发展,废水的特性和处理要求不一,需要低能耗、经济、高效、绿色的废水深度处理方式。所以,深度处理技术具有广阔的应用前景,但处理技术还需进一步研究开发。
参考文献
[1] 张艳萍.污水深度处理与回用.北京:化学工业出版社, 2009.
[2] 水的深度处理与回用技术.张林生.北京:化学工业出版社, 2004.
[3] Pujol R.Process improvements for upflo submerged biofilters [J].Water,2000,32(1):25-29.
[4] 曝气生物滤池(BAF)工艺原理深度处理中应用.梅巍、许峰.中国新技术新产品.2009,(14):7.