（化学工程专业论文）化工厂区雨排水回用循环水补水及时研究.pdf

摘要 本文以某化工厂区雨排废水( 主要由生产车间的机泵冷却水、地面冲洗水、 低温水回水、设备管道导淋水以及厂区雨排水组成) 为研究对象，探索将其回 用为循环水补水的工艺路线、操作参数，并在此基础上考察本实验主要处理单 元固定床生物膜反应器的工艺稳定性、抗污染冲击以及抗油污染冲击的能力。 通过采用以生物膜为主要处理单元，膜分离、混凝一絮凝、砂滤等为辅助处 理单元的六种工艺路线探索试验，确定了将该股废水回用为循环水补水比较经 济、实用的工艺路线是生物膜+ 砂滤组合工艺。生物膜处理单元采用固定床生物 膜反应器，该反应器利用了a o ( 缺氧好氧) 工艺，并且对常规的a o 工艺进 行了改进，其中a 段利用了固定颗粒物质作为微生物的载体，在o 段利用了半 软性组合填料作为生物载体，在缺氧段的兼性厌氧菌的作用下，有机物发生水 解酸化作用，提高废水的可生化性；在o 段利用填料上所附生物膜中微生物氧 化分解作用、填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流向下形成的食物链分级捕 食去除作用以及生物膜内部的反硝化作用，保证了出水的稳定性和抗冲击能力。 实验结果表明，半软性组合填料挂膜速度快、生物量大，处理效果优于多 孔旋转球型悬浮填料；固定床生物膜反应器处理该化工厂区雨排废水的最佳操 作参数为水力停留时间1 h ，气水比为0 5 ：1 ，在最佳操作参数下处理该股废水， c o d 、b o d 、n h 3 - n 去除率分别达7 0 、8 0 、6 5 以上；3 0 天的稳定运行试 验表明固定床生物膜反应器稳定性能良好，c o d 、b o d 、n h 3 - n 、浊度平均去 除率分别为7 2 3 7 、7 9 8 5 、7 5 5 7 、7 5 0 ，出水c o d 在2 0 m g l 左右，b o d 均在5m g l 以下，n h 。一n 均在3 5m g l 以下、浊度在5n t u 以下；固定床生物膜 反应器出水再经过砂滤处理，水质进一步提高，完全可以回用为循环水补水。 另外，抗有机污染冲击试验和油污染冲击试验表明，固定床生物膜反应器的抗 冲击性能强，冲击后调整进水水质，恢复运行1 0 天左右，生物膜逐渐恢复，去 除效果、出水水质恢复到冲击前的水平。同时，固定床生物膜反应器集厌氧生 物滤床与好氧生物膜于一体，具有良好的硝化反硝化功能。 该技术每年可节约新鲜水约1 0 0 x1 0 4 吨，年节约资金可达约2 0 5 万元，经 济效益、环境效益、社会效益显著，具有很好的应用前景。 关键词：化工厂区雨排水；循环水补水；生物膜；固定床生物膜反应器；a o a b s t r a c t t h ep r e s e n ts t u d yw a sf o c u s e do nc h e m i c a lp l a n ts e w a g e ( m a i n l yc o m p o s e db y p u m pc o o l i n gw a t e r , g r o u n df l u s h i n gw a t e r , l o wt e m p e r a t u r eb a c k w a t e r , e q u i p m e n t d r i pw a t e ra n dp l a n td r a i n a g er a i nw a t e r ) t h ep r o c e s sa n do p e r a t i o np a r a m e t e r so f r e c y c l i n gc h e m i c a lp l a n ts e w a g ef o rm a k e u pw a t e ro fc i r c u l a t i o nw e r es t u d i e d o n t h eb a s i so ft h ea b o v ei n v e s t i g a t i o n s ，p r o c e s ss t a b i l i t y , a n t i - p o l l u t i o na n da n t i - o i l p o l l u t i o np o w e ro ff i x e db e dr e a c t o ro fb i o m e m b r a n c ew e r es t u d i e d i nt h es t u d y , b i o m e m b r a n e ew a se m p l o y e da st h em a i np r o c e s s i n gu n i ta n d m e m b r a n c es e p a r a t i o nt e c h n i q u e ，c o a g u l a t e f l o c c u l a t i o n ，s a n df i l t r a t i o na n de ta 1 a s a u x i l a r yp r o c e s s i n gu n i t s a n dt h e ns i xw a y so fr e c y c l i n gc h e m i c a lp l a n ts e w a g ef o r m a k e u pw a t e ro fc i r c u l a t i o nw e r es t u d i e dc o m p a r a t i v e l y i tw a sf o u n dt h a tt h em o s t e c n o m i c a la n dp r a c t i c a lw a yi st h ec o m b i n a t i o no fb i o m e m b r a n c ea n ds a n df i l t r a t i o n f i x e db e dr e a c t o ro fb i o m e m b r a n c ew i t hi m p r o v e da o p r o c e s sw a su s e d i n a n a e r o b i c ( a ) p a r t ，f i x e dp a r t i c l e sw a su s e df o rm i c r o b ec a r r i e ra n di no x y g e n ( o ) p a r t s e m i s o f tf i l l e rw a su s e df o rm i c r o b ec a r r i e r i na n a e r o b i cp a r t ，u n d e rt h ea c t i o no f a n a e r o b i c b a c t e r i a ，o r g a n i cm a t e r i a l s w e r e h y d r o l y t i c l y a c d i f i e d b y w h i c h b i o c h e m i c a lp e r f o r m a n c eo fc h e m i c a lp l a n ts e w a g ew a si m p r o v e dg r e a t l y i no x y g e n p a r t ，u n d e rt h ec o m p o s i t ei m p a c t so fm i c r o b eo x y g e n o l y s i so nb i o m e m b r a n c ec a r r i e r , a d s o r p t i o nb l o c k i n go ff i l l e ra n db i o m e m b r a n c e ，g r a d e dp r e d a t i o na l o n gw i t hw a t e r f l o wd i r e c t i o ni nf o o dc h a i na n dd e n i t r i f i c a t i o ni nb i o m e m b r a n c e ，t h es t a b i l i t y a n di m p a c tp r o p e r t i e so fo u t l e tw a t e rw e r ep r e s e r v e d e x p e r i m e n t sr e s u l t si n d i c a t e dt h a tw h e nu s i n gs e m i s o f tf i l l e r , b i o m e m b r a n c e c u l t u r er a t ea n dm i c r o b eq u a n t i t yw e r ei n c r e a s e d ；t h ea s - t r e a t e de f f e c tw a sm o r e d e s i r a b l et h a nt h a to fp o r o u s r o t a r ys u s p e n d e df i l l e r t h eo p t i m a lo p e r a t i o n p a r a m e t e r s o f r e c y c l i n gc h e m i c a lp l a n ts e w a g eu s i n g f i x e db e dr e a c t o ro f b i o m e m b r a n c ew a s ：h y d r a u l i cr e s i d e n c et i m ew a s1 h ，g a s - t o - w a t e rr a t i oi s0 5 u n d e rt h i s o p t i m a lc o n d i t i o n ，t h e r e m o v a lr a t i o so fc o d ( c h e m i c a lo x y g e n d e m a n d ) ，b o d ( b i o c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) a n da m m o n i an i t r o g e nc a nb ea c h i e v e d m o r et h a n7 0 ，8 0 a n d6 5 r e s p e c t i v e l y t h i r t y d a y ss t e a d yt e s t si n d i c a t e dt h a t f i x e db e dr e a c t o ro fb i o m e m b r a n c es h o w e ds op e r f o r m a n c et h a tt h er e m o v a lr a t i o so f c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ，b i o c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ，a m m o n i an i t r o g e na n d a v e r a g et u r b i d i t yw e r ea c h i e v e dm o r et h a n7 2 3 7 ，7 9 8 5 ，7 5 5 7 a n d7 5 0 r e s p e c t i v e l y c h e m i c a lo x y g e nd e m a n do fo u t l e tw a t e ri sb e l o w e rt h a n2 0 m g l ； b i o c h e m i c a lo x y g e nd e m a n di sl o w e rt h a t5m g l ；m m o n i an i t r o g e ni sl o w e rt h a n 3 5m g la n dt u r b i d i t yi s5n t ul o w e r t h eo u t l e tw a t e rf r o mf i x e db e dr e a c t o ro f b i o m e m b r a n c ec a nb et r e a t e db ys a n df i l t r a t i o na n d w a t e rq u a l i t yc a nb ei m p r o v e d f u r t h e r l y t h ea s - m a d ew a t e rc a nb er e u s e df o rm a k e u pw a t e ro fc i r c u l a t i o n f u r t h e r m o r e ，a n t i p o l l u t i o na n da n t i o i lp o l l u t i o np o w e rt e s t si n d i c a t e dt h a tw h e n t r e r a t i n g w a t e rw i t h h i g h e rc o n t a m i n a n tc o n c e n t r a t i o n ，f i x e db e dr e a c t o ro f b i o m e m b r a n c ea l s os h o w e dg o o dp e r f o r m a n c e a f t e r10d a y sr u n ，b i o m e m b r a n c e r e c o v e r e da n di t sr e m o v a 】r a t i o ，o u t l e tw a t e rq u a l i t yw e r ea l s or e c o v e r e da sb e f o r e a l s of i x e db e dr e a c t o ro fb i o m e m b r a n c eh a db o t ha n a e r o b i cb i o f i l t e ra n da e r o b i c b i o m e m b r a n c ew h i c hm a d ei tg o o dn i t r i f i c a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o np e r f o r m a n c e s t h i sn o v e lt a c h i n i q u ec a ns a v i n gt h ef r e s hw a t e ra b o u t 1 , 0 0 0 0 0 0t o n sa n d f u n d sa b o u t2 0 5m i l l i o nr m b i tc a nb r i n gc h e m i c a lp l a n tg o o de c o n o m i ce f f e c t e n v i r o m e n te f f e c ta n ds o c i a le f f e c s k e yw o r d s ：c h e m i c a lp l a n ts e w a g e ；b i o m e m b r a n c e ；m a k e u pw a t e ro f c i r c u l a t i o n ： f i x e db e dr e a c t o ro fb i o m e m b r a n c e ；a o 2 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：匆讯抖日期狮7 年，月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：嘲 签字日期：弘夕年f 月g 日 ：蓐静声 黼飙1 舢 第一章前言 第一章前言 随着工业发展和城市人口增长，水资源短缺已成为全球性问题。我国水资 源短缺问题已经十分突出，据资料统计n 1 ，目前全国6 6 9 个城市中，4 0 0 个城市 常年供水不足，其中1 1 0 个城市严重缺水，日缺水量达1 6 0 0 万m 3 ，年缺水量 6 0 亿m 3 。预计到2 0 2 0 年，我国将年缺水量3 0 0 亿m 3 。由于缺水，每年都将影 响工业产值2 0 0 0 多亿元心1 。水资源短缺己成为制约我国经济发展的重要因素。 在当今水资源日趋短缺的背景下，水回用则是解决水资源短缺的重要途径 并在世界范围内得到普遍重视。美国在2 0 世纪3 0 年代就开始将城市污水回用 于循环冷却水，据估计口1 ，在美国总量为2 9 6 亿m 3 a 的城市污水回用中，用于 循环冷却水的已达1 9 6 亿m 3 a ，占回用总水量的6 6 2 ；日本在2 0 世纪6 0 年 代在一些缺水城市就开始考虑将城市污水厂的出水经进一步处理后回用于工业 冷却水，到2 0 世纪8 0 年代中期，日本的城市污水回用量就达到了0 6 3 x l o a m 3 d ； 以色列是一个水资源极度贫乏的国家，因此污水已经成为该国重要的水资源之 一，目前以色列1 0 0 的生活污水和7 2 的城市污水得到了回用。我国的污水回 用起步较晚，但已取得了很好的成效，如北京华能热电厂用高碑店污水厂二级 出水作水源，每月平均节约自来水4 5 x 1 0 4 m 叭钔；大连春柳河污水处理厂二级出 水回用于红星化工厂作工艺用水，水量达1 1 0 4 m 3 d 晦1 ；天津石化总厂供排水厂 二级出水回用于工业冷却及居民小区冲厕，水量达1 x 1 0 4 m 3 d 隋1 ；山东淄博市污 水处理厂二级出水回用于电厂冷却和居民区，水量达3 1 0 4 m 3 d n l 。因此，无论 是发达国家还是发展中国家，尤其是水资源短缺地区，必须考虑城市污水、工 业废水回用问题，制定以节水与洁水为目标、改善水环境质量、提高水资源的 综合利用为目的水资源可持续发展战略，寻求合理、有效的水资源可持续利用 与水污染控制方法，研制发展新型、经济高效的水回用处理技术，提高城市污 水回用率和工业废水水重复利用率，才能确保社会经济的可持续发展。 化工企业是用水大户，同时也是排污大户。化工企业在生产过程中排出了 大量品质不同的废水，其中有大部分是轻度、中度污染废水，如工艺凝结水、 蒸汽冷凝液、机泵冷却水、雨排水、污水场排水等。此类废水排放量大且可以 集中处理，因而是可重复利用的重要资源，而工业生产循环水系统用水量大、 水质要求不高，因此，开发先进的工业水回用及废水治理技术，将轻度、中度 污染的石化废水经处理后回用于循环冷却水系统具有重要意义。 第二章文献综述 2 1背景 第二章文献综述 2 1 1 我国水资源及水环境现状 水是自然界中唯一不可替代，也是唯一可以重复利用的资源。水资源的多 少是关系当前和今后国民经济发展和人民生活的一个重大问题。我国是一个水资 源短缺的国家。首先，我国的水资源并不丰富，是世界上1 3 个贫水国之一，年 降水量只有6 3 0 m m ，低于全球陆地面积年均降水量( 8 8 0 m m ) ，人均占有水资源 仅为世界人均平均水平的1 4 ，位居世界1 4 9 个国家中第1 1 0 位。其次，水资源 在时空上分布的不均匀，更使一些地区处于严峻的缺水状态。西北、华北地区显 得尤为突出。随着我国经济的发展和城市化进程的加快，城市缺水问题日益突出。 据资料统计阻1 ，目前全国6 6 9 个城市中，4 0 0 个城市常年供水不足，其中1 1 0 个 城市严重缺水，日缺水量达1 6 0 0 万m 3 ，年缺水量6 0 亿m 3 。由于缺水，每年都 将影响工业产值2 0 0 0 多亿元p 1 。水资源短缺已成为制约我国经济发展的重要因 素。 一方面水资源严重短缺，另一方面水环境污染状况却相当严重。根据( 2 0 0 7 年中国环境状况公报，2 0 0 7 年全国废水排放总量为5 5 6 7 协，其中工业污水排 放量为2 4 6 5 亿t ，生活污水排放量为3 1 0 2 亿t 。c o d 排放总量为1 3 8 1 8 万t ；氨氮 排放量为1 3 2 3 万t ，其中工业排放量为3 4 0 万t ，生活排放量为9 8 3 万t 。我国主 要水系长江、黄河、松花江、珠江、辽河、海河、淮河等七大水系总体为中度污 染，1 9 7 条河流4 0 7 个断面中，i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分 别为4 9 9 、2 6 5 和2 3 6 ，5 0 1 的水( 1 v v 类和劣v 类水) 失去了作为饮 用水源的功能。全国近岸海域i 类、类海水比例为6 2 8 ，i t 类为l1 8 ，v 类和劣v 类为2 5 4 ，四大海区近岸海域中，南海、黄海水质良好，渤海为轻度 污染，东海为重度污染n 们。与2 0 0 6 年比，七大水系总体水质明显好转，全国化 学需氧量比上年下降3 1 4 ，全国城镇污水处理率达到6 0 ，但湖泊富营养化问 题依然突出。 我国城市污水集中处理率不高，近4 0 的污水未经处理就直接排放，导致 全国近1 2 的河流遭受污染。近几年内，国家投入巨资提高污水处理率，即使这 样，仍然有大量的污水进入水体，水体污染不可避免，因此，水资源供需矛盾仍 将加剧，解决我国城市缺水问题迫在眉睫。 2 第二章文献综述 2 1 2 污水回用的必要性和意义 解决缺水的主要途径有节水和开辟新水源两种，一方面要提高人们的节水 意识，采用各种节水措施；另一方面就是寻找新的可利用水源。在开辟新水源方 面，由于地下水的过量开采，地面沉降现象屡屡发生，因此绝大多数地区的地下 水不仅不能再开采，而且还要进行回灌。地表水由于受到普遍的污染，能利用的 也越来越少。 城市污水是宝贵的淡水资源，污水厂二级出水经过适当处理后可以回用于 工业冷却水、绿化、市政景观等方面，在技术上也是可行的。城市供水中5 0 - 8 0 是工业用水，工业用水中8 0 是冷却用水，其对水质的要求不高，而水量很 大，考虑循环使用之外，补充水用量就占工业总取水量的3 0 n 。市政用水如浇 洒、绿化、景观、消防、生活杂用水等在水质上要求也不高，总水量亦占城市总 取水量的7 1 0 。因此，在对人体健康无影响的前提下，将污水回用于上述 各方面可以节约大量的新鲜水，经济、社会、环境效益显著。因此，城市污水回 用为我们提供了一个开辟水资源的新途径。 城市污水具有水量大、不受季节影响的特点，是当今世界各国可靠的第二 水资源。城市污水回用与开发其它水源相比具有以下优势：( 1 ) 城市污水回用具 有就近可得，易于收集处理，水量大且稳定可靠等优点；( 2 ) 经济上的优势：比 远距离引水便宜，其基建投资只相当于从3 0 公里外引水。我国水资源分布不均 衡，对于西北部贫水的城市，如果从东南部水资源丰富的地区引水，引水距离至 少为上百公里，甚至达到上千公里，工程十分浩大；比海水淡化经济，城市污水 所含杂质少于0 1 ，而且可用深度处理方法加以去除，而海水则含有3 5 的溶 解盐和大量有机物，其杂质含量为污水二级处理出水的3 5 倍以上，处理费用相 对要高得多u 刳。 综上所述，城市污水回用是解决城市缺水的有效途径，它既是一种开源的 新途径，又是一种规模大，效益高的节水措施。此外，城市污水的回用还减少了 污水的排放总量，在一定程度上缓解水体污染问题，可以起到维系良好的水环境， 实现水资源可持续利用的重要作用。因此，在我国缺水城市大力开展污水回用有 其必要性和紧迫性。 2 2 城市污水回用状况 世界性水资源短缺而使水资源可持续利用与节水回用得到极大重视，尤其 在美国、加拿大、日本、欧洲等发达国家，水的重复利用率已高达8 0 - - - 9 0 n 副。 美国、日本是世界上最早进行污水回用的国家之一，2 0 世纪7 0 年代初开始大规 3 第二章文献综述 模地兴建污水处理厂，随后开始了污水回用，目前有几百座污水处理厂的二级处 理出水经适当处理后回用，全国城市污水每年回用总量约9 4 1 0 9 m m “3 ，包括： 灌溉用水、景观用水、工艺用水、工业冷却用水、锅炉补水以及回灌地下水和娱 乐养鱼等多种用途。除了美国、日本外，俄罗斯、欧洲、以色列、南非和纳米比 亚的污水回用也很普遍。莫斯科市有3 6 家工厂的污水回用的总量达5 5 x 1 0 5 m 3 d 别；以色列城市污水中有6 5 的污水再净后用于灌溉n 明；德国的整个工业中1 9 6 9 年有6 0 以上的耗水量已经循环使用n 刀；南非和纳米比亚等家甚至建起了饮用水 再生制造厂。南非的约翰内斯堡每天有9 4 x 1 0 4m 3 饮用水来自再生水厂n 引；此外， 希腊、摩洛哥、约旦、塞普鲁斯、埃及、突尼斯等水资源较为短缺的国家，水回 用开发也比较普遍，而且收到了良好效果n 钊。国外对污水回用的认识和研究比较 深入，应用技术的领域比较广泛，一定程度上缓解了水的供需矛盾，收到了较好 的经济效益、环境效益和社会效益，为其他国家提供了成功的实践经验。 与发达国家相比，我国在污水回用方面起步较晚。从2 0 世纪5 0 年代开始 采用污水灌溉的方式回用污水，到8 0 年代末，随着大部分城市水资源紧缺的加 剧和污水回用技术的日趋成熟，污水回用的研究与实践才得以加速发展。目前我 国最大的水资源再利用项目一高碑店污水处理厂再生水回用项目已经实施 全线贯通，用于园林、环业、工业等行业。我国在1 9 8 5 年才将城市污水处理与 利用列入国家科研课题，相继在北京、大连、青岛、太原、泰安、天津、淄博等 城市开展了污水回用的实验研究工作，其中有些城市已修建了污水回用试点工程 并取得了积极的成果，如大连春柳河污水处理厂二级出水经脉冲澄清、双层滤料 滤池，消毒处理后回用于红星化工厂作工艺用水船们；天津石化总厂供排水厂二级 出水，经微絮凝纤维滤池过滤、消毒后供工业冷却及居民小区冲厕瞻；山东淄博 市污水处理厂二级出水经絮凝气浮、纤维滤池过滤、消毒后出水用于电厂冷却水 和居民区生活杂用水等瞳羽，这些成果为全国的中水回用提供了技术依据，积累了 一定的实践经验。 2 3 污水回用的处理技术及工艺 污水回用的处理技术与通常的水处理并无特殊差异，只是为了使处理后的 水质符合回用水的水质标准，在选择回用水工艺时所考虑的因素更为复杂。污水 回用技术早在2 0 世纪7 0 年代以前日本、美国、德国就开始广泛应用，并且能使 处理后的污水达到满足生活用水水质要求的程度。根据基理的不同，污水回用的 处理技术可分为物理法、化学法、物理化学法以及生物法，相应产生了以这几种 方法为核心的工艺技术。 4 第二章文献综述 2 3 1 传统工艺 “二级出水砂滤一消毒是最简单的传统处理工艺，二级出水经过砂滤、 消毒后回用，主要用于对水质要求不高的地方，如补充河湖、农业用水等。该工 艺只能达到进一步去除水中微细颗粒物和杀灭细菌的目的。 “二级出水一混凝一沉淀一澄清一过滤一消毒”是目前采用最多的传统处 理工艺，主要是在“二级出水一砂滤一消毒”工艺的基础上增加了混凝沉淀处 理单元，来达到进一步去除二级生化处理厂未能去除的胶体物质、部分重金属和 有机污染物的目的。有资料表明船3 1 ，该工艺可去除浊度7 3 - 8 8 ，悬浮物6 0 - - 7 0 ，色度4 0 - - 6 0 ，b o d5 3 1 7 7 ，c o d2 5 - - 4 0 ，总磷2 9 - - 9 0 。 研究表明瞄副，混凝一过滤法去除可生物降解的有机物比不易生物降解的有机物更 多，可使二级出水的浊度由6 一, 1 4 n t u 降至0 1 2 n t u ，总磷由1 3 - - 2 6 m g l 降至小 于0 1 m g l ，b o d 由7 - 1 3 m g l 降至1 2 5 m g l ，t o c 由l o 1 1m g l 降至4 2 4 5 m g l ，最佳的p h 是6 - - 6 5 。该工艺的优点是对含有重金属的污水处理效果较 好，缺点是对氨氮去除效果较差。 2 3 2 以物理化学处理为核心的工艺技术 除了传统处理工艺外，由于近年来污水回用技术的发展，出现了以活性炭 吸附、膜分离等为代表的以物理化学处理为核心的污水回用技术。 2 3 2 1 活性炭吸附 活性炭是一种多孔性物质，对水量、水质、水温变化的适应性强，可经济 有效地去除污水中的臭味、色度、重金属、消毒副产物、氯化有机物、农药、放 射性有机物等，其对分子量在5 0 0 - - 3 0 0 0 的有机物具有十分明显的去除效果，去 除率一般为7 0 o - - 8 6 7 瞳明。因此活性炭吸附法是一种具有广阔应用前景的污 水深度处理技术。在回用水处理中，活性炭吸附法处理的主要对象是二级处理出 水中用生化法难于降解的有机物或用一般氧化法难于氧化的溶解性有机物，包括 木质素、氯或硝基取代的芳烃化合物、杂环化合物、洗涤剂、合成染料、涂莠剂、 d d t 和可能含有的有毒痕量金属。但该工艺对于氯消毒产生的t h m s 去除能力较 低，仅达2 3 6 0 懵引。 常用的活性炭主要有粉末活性炭( p a c ) 、颗粒活性炭( g a c ) 。近年来，国 外对p a c 的研究已深入到其对各种具体污染物的吸附能力。淄博市引黄供水有限 公司根据水污染的程度，在水处理系统中，投加了p a c 以去除水中的c o d ，过滤 后水的色度能降低j 2 度，臭味也降低到0 度瞳7 1 。g a c 在国外水处理中应用较多， 处理效果也较稳定，美国环保署( u s e p a ) 饮用水标准的6 4 项有机物指标中，有 5 第二章文献综述 5 l 项将g a c 列为最有效技术啪1 。g a c 处理工艺的缺点是基建和运行费用较高， 且容易产生亚硝酸盐等致癌物，突发性污染适应性较差。因此，如何进一步降低 g a c 技术的基建投资、运行费用及活性炭再生成本将成为今后的研究重点。 生物处理与活性炭吸附结合形成的生物活性炭( b a c ) 可以发挥生化和物 化处理的协同作用，从而延长活性炭的工作周期，提高处理效率，改善出水水质。 但其不足之处在于活性炭微孔极易被阻塞、进水水质的p h 值适用范围窄、抗冲 击负荷差等。目前，欧洲应用b a c 技术的水厂已发展到7 0 个以上，广泛应用于 对水进行深度处理。抚顺石化分公司石油三厂采用b a c 技术，既节省了新鲜水的 补充量、减少了污水排放量、减轻了水体污染，又降低了生产成本，体现了经济 效益和社会效益的统一啪1 。b a c 技术今后的研究重点是降低投资成本和增加各种 预处理措施与b a c 的联用，以提高处理效果。 随着人们认识的加深，出现了p a c 基础上的集吸附和过滤一体的粉末活性炭 悬浮床过滤技术，还有粉末活性炭一硅藻土过滤联用技术( p d f 技术) ，其可以 同时取得精滤和吸附的双重效果，特别适合于回用作直接的饮用水或高质量的工 业用水【矧。采用活性炭吸附的主要缺点是价格昂贵，再生比较困难。 2 3 - 2 - 2膜分离 膜分离技术是以高分子分离膜为代表的一种新型流体分离单元操作技术。 它的最大特点是分离过程中不伴随有相的变化，仅靠一定的压力作为驱动力就能 获得很好的分离效果，是一种非常节省能源的分离技术。常用的膜分离方法有电 渗析、反渗透、超滤、微滤和纳滤。膜分离技术由于高教、实用、易控制、节能 和工艺简单，已经被广泛地应用于污水回用领域，并且随着膜制造工艺的提高， 曾被认为是十分昂贵的膜分离技术如今变得越来越经济了，具有很强的竞争力。 微滤可以去除沉淀不能去除的包括细菌、病毒在内的悬浮物，还可降低水 中的磷酸盐含量。天津开发区污水处理厂采用微滤膜对s b r - - 级出水进行深度处 理，满足了景观、冲洗路面和冲厕等市政杂用及生活杂用水的需求i ”j 。超滤已被 用于去除腐质酸等大分子，反渗透已被用于降低矿化度和去除总溶解性固体，纳 滤介于反渗透和超滤之间，可以直接去除一切病菌、细菌和寄生虫，同时大幅度 地降低溶解性有机物。采用膜分离技术作为污水回用处理单元时，需要解决的主 要问题就是如何防止膜污染，这就要求污水在进入膜分离处理单元前必须经过预 处理，在预处理工艺中将污水中微细颗粒和胶体物质去除，并将大分子有机物转 化为固相。采用的工艺有混凝沉淀、过滤、活性炭吸附等。此外，膜处理工艺与 其它工艺相比在价格上也要昂贵的多。今后的研究重点是开发制造高强度、长寿 命、抗污染、高通量的膜材料，着重解决膜污染、浓差极化及清洗等关键问题 随着活性炭吸附、膜分离等技术在污水回用中的广泛采用，出现了以膜分 6 第二章文献综述 离为主或以活性炭、滤膜分离为主体的各种组合处理工艺。此类工艺以城市污水 二级处理出水为处理对象，具有技术成熟、处理效果稳定、出水水质好等优点。 表2 - 1 活性炭吸附或膜分离为主体的组合工艺【3 2 】 t a b l e2 - 1p r o c e s s e sm a d eu po fa c t i v a t e dc a r b o na d s o r p t i o n o rm e m b r a n es e p a r a t i o n 序号工艺流程 二级出水一混凝一沉淀一过滤一活性炭吸附一消毒一回用 二级出水一混凝一沉淀过滤一膜分离一消毒一回用 二级出水一臭氧一超滤( 微滤) 一消毒一回用 二级出水一活性炭吸附一超滤( 微滤) 一消毒一回用 二级出水一混凝、沉淀、过滤一膜分离一活性炭吸附一消毒一回用 二级出水一絮凝一沉淀一砂滤一臭氧氧化一活性炭吸附一消毒一回用 2 3 3 以生物处理技术为核心的工艺技术 此类工艺以生物处理法为主体，主要由生物处理单元( 如生物接触氧化、 曝气生物滤池等) 、消毒等组成。一般地，出水能满足农业灌溉、简单工业用水 以及城市杂用水的水质要求。该工艺流程的优点是技术成熟、运行稳定、管理方 便、流程短、基建费用低。 2 3 3 1曝气生物滤池 曝气生物滤池( b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ，b a f ) 是上世纪8 0 年代末在普通生 物滤池的基础上，借鉴给水滤池工艺而开发的一种新型高负荷淹没式三相反应 器，它兼有活性污泥法和生物膜法两者优点。真正意义上的b a f 可以看作是在 整个体积空间内，填料处于淹没状态并提供微生物生长的场所，具有同时去除 s s 及其它污染物的反应器。它对废水的降解机理主要是反应器内填料上所附生 物膜中微生物氧化分解作用、生物絮凝作用、填料及生物膜的吸附阻留作用以及 沿着水流方向形成的食物链分级捕食作用，同时利用反应器内好氧区、缺氧区域 的存在，实现同步硝化反硝化。 b a f 从其结构以及运行方式的不同，可以有多种划分。根据不同的进水方 式，b a f 可分为上向流曝气生物滤池和下向流曝气生物滤池两种；根据不同去除 对象可分为单纯除碳、除碳硝化、除碳硝化反硝化以及除碳脱氮除磷4 种 工艺；根据所使用填料的比重不同又可以分为沉没式填料曝气生物滤池和悬浮式 填料曝气生物滤池。 填料作为曝气生物滤池的核心部分，对曝气生物滤池的发展有着至关重要 7 第二章文献综述 的影响。填料的不同选择也会使滤池的运行方式产生一定程度的变化。沸石作为 曝气生物滤池的填料，具有氨氮交换容量大，可减少氨氮冲击负荷，有利于硝化 杆菌生长等优点，已渐渐成为填料的研究重点啪1 。韩国科技学院研究开发了一种 下向流沸石曝气生物滤池( z b a f ) ，滤池采用双层填料，中间用隔板分开，每层 填料分别曝气，反冲洗也采用两套管路，两层同时反冲，该滤池对高浓度氨氮废 水具有很好的处理效果眦3 。通过对纺织废水处理的中试试验，在水利负荷为1 8 3 m 3 m 2 h 时，c o d 去除率可达9 2 1 ，b o d 为9 8 9 ，t n 的去除率可高达9 2 ， 表现除了很好的脱氮效果口鄹。东南大学在2 0 世纪末期开发出了国内首座b a f 专利 技术一上向流曝气生物滤池( u b a f ) ，同时开发出专利滤料一球形轻质生物陶粒 和单孔膜空气扩散器、专用滤头等专利产品，在已运行的工程项目中，取得了很 好的处理效果。重庆大学针对常规b a f - v 艺易堵塞的缺点，开发了一种折流式曝 气生物滤池( b b a f ) ，使用填料为自行开发的密度大于水的酶促生物填料。运行 中污水在池中上下折流，依次流经各单池，整体上呈推流状态。通过小试，滤池 c o d 和b o d 去除率均可达9 0 以上，氨氮、总氮、总磷分别为7 4 0 ，3 9 1 ， 4 6 5 。 b a f 作为一种高效、节能、占地面积小的新型污水处理技术，近年来已成为 国内外的研究热点。填料是曝气生物滤池的重要组成部分，填料的改变对b a f 工 艺的发展影响深远。由填料的发展历程可以看出，从最初的天然砂石到现如今的 球形生物陶粒、酶促填料等高科技产品，其趋势就是逐渐弱化自然影响因素，而 强化人工控制过程，使填料不断满足人们事先所设计好的要求。但一种填料同时 满足多种要求难度仍然相当之大，从而多种填料组合的多层或多段曝气生物滤池 将在很大程度上成为今后一段时期研究的重点。固定化微生物曝气生物滤池 技术( i b a f ) 也将是一个新的发展方向。国内有研究者将变异菌和酶制剂固定 在大孔网状载体上作为填料处理高难度有机工业废水，生物负载量可达到传统生 物处理工艺的3 - - - 1 0 倍，污染物去除率9 5 以上，有较强脱氮除磷功效口利。 作为一种新型的污水处理工艺，b a f 具有许多自身的特点：b o d 负荷高， 占地面积和池容为常规生物处理方法的1 1 0 1 5 左右，能有效的节约土地； 由于b a f 中滤料的截留作用，使得出水中活性污泥很少，无需设置二沉池等后 续处理单元，从而简化了处理流程，节省能耗；b a f 对污水具有很高的处理效 率，出水残余细菌少，去除率高达9 9 9 ，在满足排放标准的同时，可以作为中 水回用；基建费用、运转费用低，管理简单，无污泥膨胀问题，同时设施可间 断运行，长时间停用后再启动，可在很短时间恢复正常运行。 2 3 3 2 生物接触氧化 生物接触氧化法是一种具有活性污泥法特点的生物膜法，兼有生物膜法和 8 第二章文献综述 活性污泥法的优点，基本原理与一般生物膜法相同，即生物膜吸附废水中的有机 物，在有氧的条件下，有机物由微生物氧化分解，废水得到净化。其特点是在池 内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证 污水与污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均 的缺陷。 生物接触氧化法具有处理水量大，处理时间短，容积负荷高，对冲击负荷 有较强的适应性，耐停运，出水水质较稳定，污泥产率低，运行费用低，占地面 积小，运行灵活，操作管理方便等优点。生物接触氧化工艺的运行效果受诸多因 素的影响，如原水水质、水量及水温的变化、操作管理水平的高低、填料本身的 理化性质等。特别是水温对n h 3 一n 去除有较大的影响，当水温低于5 - - - 8 时， n h 3 - n 去除率较低啪1 。另外，与物化处理设备相比，生物处理需要进行生物挂膜， 所以需要更长的启动时间。 2 3 4 以化学氧化处理技术为核心的高级氧化技术 高级氧化法是运用氧化剂、光照、催化剂等生成活性极强的自由基( 主要 为o h ) ，使难降解的有机污染物转变成易降解的小分子物质，甚至直接生成c 0 2 和h 2 0 ，达到无害化的目的。能够产生羟基自由基的方法都可归为高级氧化法， 如臭氧氧化法、过氧化氢氧化法、超声氧化法、微波法等。羟基自由基非常活泼， 可以无选择的与水中的有机污染物反应将其降解，不会产生二次污染，并且由于 它是一种物理一化学处理过程，容易加以控制。 2 3 4 1 臭氧氧化技术 臭氧氧化在污水回用处理中应用非常广泛，它不但可以利用其强氧化作用， 杀灭细菌和病毒，还能氧化分解水中的各种杂质，包括显色有机物( 如有机酸、 有机染料等) ，因而能有效地去除水中的色、臭、味，且脱色效果优于氯和活性 炭。臭氧氧化作用可以使芳香族化合物全部或部分消失不饱和脂肪酸减少或消 失，可以明显提高污水的可生化降解性。同时，臭氧还可以降低电位，提高混凝 和过滤的去除率。预臭氧加传统处理可除去4 5 的t h m 前体，5 5 的u v 消光值， 5 5 的色度阳9 1 。由于二级出水成分复杂，存在许多难被臭氧氧化的有机物，而且 臭氧直接氧化具有高度的选择性，与某些有机物的反应速度太慢或难以反应，在 不加任何催化剂的条件下，用臭氧直接氧化二级出水时，臭氧投量大，c o d 下降 少，而在臭氧氧化同时向水中投加h 2 0 2 可大大有利于臭氧氧化反应h ，臭氧氧化 使芳族化合物、不饱和脂肪酸部分或全部消失，但对长链饱和脂肪酸无效，醛与 短链饱和脂肪酸出现或增加，色度、浊度、臭味改善明显，所有细菌被杀死，水 中溶解氧含量高。尽管c o d 减少，但u v 消光值和t o c 变化趋势未发生明显改变。 9 第二章文献综述 2 3 4 2 光化学催化氧化技术 目前研究较多的光化学催