水污染简介与防治.ppt

水污染控制概要 西南交通大学付永胜教授博士生导师 西南交通大学环境科学与工程学院 2 中国水环境形势水质标准现代水处理工艺概述常见处理工艺技术简介 授课内容 西南交通大学环境科学与工程学院 3 一 中国水环境形势 1 水资源短缺2010年全国水资源总量为29797 6亿m3 比常年值偏多11 6 人均水资源量约2110m3 相当于世界人均水资源量的1 4 1 5 同时 在全国有100多座城市严重缺水 在32个百万人口以上的特大城市中 有30个长期受缺水困扰 同时随着全国用水量持续增长 水资源短缺进一步加剧 西南交通大学环境科学与工程学院 4 2 水环境污染严重2010年全国废污水排放总量620亿t 2010年 对约15万km的河流水质进行了监测评价 类水河长占评价河长的3 5 类水河长占31 8 类水河长占25 9 类水河长占11 4 类水河长占6 8 劣 类水河长占20 6 对44个湖泊的营养状态进行评价 1个湖泊为贫营养 中营养湖泊有22个 轻度富营养湖泊有10个 中度富营养湖泊有11个 西南交通大学环境科学与工程学院 5 3 浪费惊人2010年全国总用水量6022 0亿m3 其中生活用水占12 7 工业用水占24 农业用水占61 3 生态与环境补水 仅包括人为措施供给的城镇环境用水和部分河湖 湿地补水 占2 0 与2007年比较 全国总用水量增加91亿m3 2010年全国用水消耗总量3182 2亿 其中农业耗水占73 工业耗水占11 2 生活耗水占12 4 生态与环境补水耗水占2 8 西南交通大学环境科学与工程学院 6 目前我国平均每立方米水实现国内生产总值仅为世界平均水平的 农业灌溉用水有效利用系数为0 4 0 5 435立方每亩 而发达国家为0 7 0 8 万元GDP用水量高达150立方米 而发达国家仅55立方米 一般工业用水重复利用率在60 左右 发达国家已达85 另外 许多城市输配水管网和用水器具的漏失率高达20 以上 我国在污水处理回用 海水 雨水利用等方面也处于较低水平 西南交通大学环境科学与工程学院 7 二 水处理标准选用 1 水环境标准水环境质量标准GB3838 2002 中华人民共和国地表水环境质量标准 GB T14848 93 中华人民共和国地下水质量标准 GB3097 1997 海水水质标准 西南交通大学环境科学与工程学院 8 水用途标准GB5749 生活饮用水卫生标准 CJ25 1 89 生活杂用水水质标准 GB12941 1991 景观娱乐用水水质标准 GB5084 92 农田灌溉水质标准 GB11607 89 渔业水质标准 西南交通大学环境科学与工程学院 9 污水排放标准综合排放标准GB8978 1996 污水综合排放标准 CJ18 1996 污水排入城市污水沟道水质标准 行业排放标准GB13457 1992 肉类加工工业水污染排放标准 GB3544 1992 造纸工业水污染排放标准 西南交通大学环境科学与工程学院 10 GB15580 1995 磷肥工业水污染物排放标准 GB11607 89 渔业水质标准 GB20425 2006 皂素工业水污染物排放标准 GB20426 2006 煤炭工业污染物排放标准 GB18466 2005 医疗机构水污染物排放标准 GB19821 2005 啤酒工业污染物排放标准 GB19430 2004 柠檬酸工业污染物排放标准 西南交通大学环境科学与工程学院 11 GB14470 1 2002 兵器工业水污染物排放标准火炸药 GB14470 2 2002 兵器工业水污染物排放标准火工药剂 GB14470 3 2002 兵器工业水污染物排放标准弹药装药 GB13458 2001 合成氨工业水污染物排放标准 GB3544 2001 造纸工业水污染物排放标准 GB18486 2001 污水海洋处置工程污染控制标准 GB18596 2001 畜禽养殖业污染物排放标准 GB14374 93 航天推进剂水污染物排放标准 西南交通大学环境科学与工程学院 12 GB13456 92 钢铁工业水污染物排放标准 GB4287 92 纺织染整工业水污染物排放标准 GB4914 85 海洋石油开发工业含油污水排放标准 GB4286 84 船舶工业污染物排放标准 GB4286 84 船舶工业污染物排放标准 GB19431 2004 味精工业污染物排放标准 GB18918 2002 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB15581 95 烧碱 聚氯乙烯工业水污染物排放标准 西南交通大学环境科学与工程学院 13 三 现代水处理工艺概述 水体污染污水 废水废水处理一级处理二级处理三级处理 西南交通大学环境科学与工程学院 14 一 水体中污染物的粒度分类 西南交通大学环境科学与工程学院 15 二 废水处理技术方法分类所有这些方法按处理作用原理可分为物理方法 化学方法 物理 化学方法 生物法和自然处理法五类 上图中仅第三行为生物处理法 物理法废水物理法的去除对象是水中不溶解的悬浮物质 应用的工艺有筛滤截留 重力分离 自然沉淀 上浮 离心分离等 常用的处理方法有 西南交通大学环境科学与工程学院 16 格栅Screening 沉淀池Sedimentationtank 沉砂池Gritchamber 气浮装置Flotationunit 离心分离Centrifugalseparator 西南交通大学环境科学与工程学院 17 化学法向废水中投加某些化学药剂 通过化学反应达到净化废水的目的 常见处理方法如下 中和法 Neutralization 混凝 Coagulation 氧化还原 Oxidationandreduction 吸附 Adsorption 离子交换 Ionexchange 反渗透 Reverseosmosis RO 电解 Electrolysis 等 西南交通大学环境科学与工程学院 18 物理 化学法物理 化学法指污水中污染物在物理 化学的综合作用下去除 如投加絮凝剂的气浮工艺 超滤去除高浓度污染物 吹脱等 生物法 可生化性BOD5 CODCr 0 3 主要是通过微生物的生命过程把污水中的污染物转化为新的微生物细胞以及简单的无机物 从而达到去处污染物的目的 应用微生物主要是细菌 应用形式主要有活性污泥法和生物膜法 西南交通大学环境科学与工程学院 19 西南交通大学环境科学与工程学院 20 自然处理法自然处理指污水中污染物在自然条件下经物理 化学 生物的综合作用下去除 如人工湿地 土地处理系统 生物塘法 厌氧塘 好氧塘 等 其处理负荷低 占地面积大 卫生条件差 易引起二次污染等 西南交通大学环境科学与工程学院 21 注意地方 1 各种方法的原理及优缺点2 投资及运行费用3 膜法 膜生物法及生物膜法的区别 西南交通大学环境科学与工程学院 22 物化法1 絮凝沉淀法优点 主要去处水中悬浮颗粒及胶体 操作简单 缺点 对溶解性污染物无去处能力 四 常用工艺技术简介 西南交通大学环境科学与工程学院 23 2 吹脱法优点 控制条件简单 可回收部分有用物质缺点 填料等与药剂作用易堵塞 当污染物浓度高时药剂消耗量大 此外易形成二次污染 西南交通大学环境科学与工程学院 24 湿式氧化法 西南交通大学环境科学与工程学院 25 湿式氧化法 WetAirOxidation 简称WAO 是在高温 高压下 利用氧化剂将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水 从而达到去除污染物的目的 一般认为有两个主要步骤 空气中的氧从气相向液相的传质过程 溶解氧与基质之间的化学反应 若传质过程影响整体反应速率 可以通过加强搅拌来消除 与常规方法相比 具有适用范围广 处理效率高 极少有二次污染 氧化速率快 可回收能量及有用物科等特点 西南交通大学环境科学与工程学院 26 局限性 WAO一般要求在高温高压的条件下进行 其中间产物往往为有机酸 故对设备材料的要求较高 须耐高温 高压 并耐腐蚀 因此设备费用大 系统的一次性投资高 由于WAO反应中需维持在高温高压的条件下进行 故仅适于小流量高浓度的废水处理 对于低浓度大水量的废水则很不经济 即使在很高的温度下 对某些有机物如多氯联苯 小分子羧酸的去除效果也不理想 难以做到完全氧化 WAO过程中可能会产生毒性题解强的中间产物 西南交通大学环境科学与工程学院 27 厌氧处理 1 第一代反应器 厌氧消化池 单相厌氧消化 两相厌氧消化 西南交通大学环境科学与工程学院 28 共同特点 水力停留时间 HRT 很长 但泥龄 SRT 不高 虽然HRT相当长 但传质速率低 处理效率低 占地面积较大 具有浓臭的气味 具有耐高SS的优点 控制要求简单 运行 制造 管理成本低等 西南交通大学环境科学与工程学院 29 2 第二代厌氧反应器 UASB AF等 30 UASB工程实例 交大环境学院 成都军区蜀阳制药厂污水治理工程 西南交通大学环境科学与工程学院 31 主要特点 HRT大大缩短 有机负荷大大提高 处理效率大大提高 HRT与SRT分离 SRT相对很长 HRT则可以较短 反应器内生物量很高 能回收甲烷气 部分抵消运行成本缺点对有毒物质敏感 不耐高SS控制要求较高 运行管理及制造成本均较高 不能脱N除P 西南交通大学环境科学与工程学院 32 3 第三代厌氧反应器 IC EGSB等 西南交通大学环境科学与工程学院 33 共同特点泥龄 SRT 较长 污泥物种丰富 泥水混合充分 传质速率较高 处理率高 占地面积少可回收生物能源缺点制造成本 运行管理成本均较高 不耐高SS 易堵塞 西南交通大学环境科学与工程学院 34 4 厌氧挡板反应器ABR 西南交通大学环境科学与工程学院 35 ABR工程实例 交大环境学院 西藏拉萨啤酒股份有限公司污水治理工程 西南交通大学环境科学与工程学院 36 主要特点与厌氧生物转盘相比 可省去转动装置 与UASB相比 可不设三相分离器而截流污泥 启动运行时间较短 运行较稳定 不需设置混合搅拌装置 不存在污泥堵塞问题 缺点第一格室易酸化导致反应器去除率低 西南交通大学环境科学与工程学院 37 好氧处理a 氧化沟工艺 OxidationDitch 西南交通大学环境科学与工程学院 38 西南交通大学环境科学与工程学院 39 西南交通大学环境科学与工程学院 40 西南交通大学环境科学与工程学院 41 构造上的特征 池体狭长 池深较浅 一般在2 5m左右 曝气装置多用表面机械曝气器 竖轴曝气器 如 低速曝气叶轮 横轴曝气器 如 曝气转刷 曝气转盘 进 出水装置简单 工艺上的特征 氧化沟内的流态呈循环混合态 沟内混合液呈推流式快速流动 0 4 0 5m s 进水流量与沟内流量相比很小 完全混合的 西南交通大学环境科学与工程学院 42 有机负荷很低 相当于延时曝气法 出水水质好 抗冲击负荷能力强 对水温 水质 水量等的变动有适应性 污泥产率低 剩余污泥产量少 污泥龄长 可达15 30d 具有生物脱氮的功能 缺点由于要保证沟内污泥的循环流动 氧化沟的高度有一定限制 因此其占地面积较大 水下推进器技术要求较高 西南交通大学环境科学与工程学院 43 Carrousel氧化沟 平行多渠形氧化沟 水深4 4 5m 沟内流速0 3 0 4m s 混合液在沟内每5 20min循环一次 沟内混合液总量是进水量的30 50倍 BOD5 TN TP去除率分别可达95 90 50 以上 典型氧化沟介绍 西南交通大学环境科学与工程学院 44 Orbal式氧化沟 同心圆型氧化沟 圆形或椭圆形的沟渠 能充分利用水流惯性 节省能耗 多沟串联可减少水流短路现象 西南交通大学环境科学与工程学院 45 交替工作式氧化沟 T型 两侧的A C二沟交替作为曝气池和沉淀池 而B沟则一直作为曝气池 无需二沉池和污泥回流装置原废水交替地从A沟和C沟进入 而出水则相应地从C沟及A沟流出 曝气器的利用率较高 58 交替运行的方式 为脱氮创造了条件 有良好的BOD去除效果和脱氮效果 西南交通大学环境科学与工程学院 46 一体化氧化沟 西南交通大学环境科学与工程学院 47 固液分离器 关键技术 西南交通大学环境科学与工程学院 48 b 间歇式活性污泥法 SBR SBR的主要反应器只有一个曝气池 同时完成进水 曝气 沉淀 排水 闲置等功能 西南交通大学环境科学与工程学院 49 SBR工程实例 交大环境学院 双汇食品有限公司污水处理站 西南交通大学环境科学与工程学院 50 SBR的工艺流程与特征从时间角度来看 是一种较理想的推流式曝气池 不设二沉池 曝气池兼具二沉池的功能 不设污泥回流设备 在多数情况下 无需设置调节池 SVI值较低 污泥易沉淀 污泥膨胀现象较少 易于维护管理 出水水质优于连续式 通过调节 可在单一曝气池内完成脱氮和除磷 易于实现自动化控制 缺点除P效果不佳 自控系统造价较高 西南交通大学环境科学与工程学院 51 SBR工艺主要变型有 ICEAS工艺 CASS工艺 DAT DAT工艺 UNITANK MSBR工艺 下面分别对上诉工艺加以介绍 ICEAS工艺 西南交通大学环境科学与工程学院 52 该工艺在反应器的进水端增加了一个预反应区 运行方式为连续进水 沉淀期和排水期仍保持进水 间歇排水 没有明显的反应阶段和闲置阶段 在处理市政污水和工业废水方面比传统的SBR费用更省 管理更方便 ICEAS工艺的装置简单 无污泥回流水泵送和管道系统 容积与占地面积都远远小于A2 O与氧化沟工艺 因此土建 设备投资及运行管理费用都比氧化沟工艺少得多 西南交通大学环境科学与工程学院 53 ICEAS工艺能轻易地改变反应时间 沉淀时间以及一个处理周期的时间 相当于改变装置规模 可以很好地适应负荷变动 同时 随着氮 磷环境标准的不断提高 ICEAS工艺可以将新的反应过程综合进来而满足新的排水标准 而A2 O与氧化沟由于反应池尺寸大小和设备数量已定 无法灵活地根据水量水质的变化而进行调整 西南交通大学环境科学与工程学院 54 CASS工艺CASS通过对厌氧 兼氧 好氧及污泥回流过程的控制 达到去除BOD的目的 在污泥增殖的同时去除磷 在局部缺氧过程中完成反消化脱氮过程 西南交通大学环境科学与工程学院 55 CASS工程实例 交大环境学院 遂宁高金食品有限公司污水治理工程 西南交通大学环境科学与工程学院 56 CASS是由生物选择器和变容反应器所组成的 此工艺采用单 反应池和用单一污泥进行生物处理和固液分离 针对污水的生物养份设计的脱氮除磷工艺 特别设计了控制丝状菌 防止污泥膨胀的功能 使用简单的 曝气和不曝气 周期工艺就可达到有氧 缺氧和厌氧的工艺要求 利用控制曝气强度 达到硝化 反硝化和生物除磷反应 CASS的最重要的特点是在于其推流式初始反应区和完全混合反应池 西南交通大学环境科学与工程学院 57 UNITANK工艺与传统SBR相比 UNITANK系统在恒水位条件下交替运行 水力负荷恒定 结合了 三沟式氧化沟 的优点 克服了SBR间歇进水 三沟式 占地大的缺点 西南交通大学环境科学与工程学院 58 其外形是一矩形体 里面被分隔成三个相等的矩形单元池 相邻的单元池之间以开孔的公共墙相隔 以使单元池之间彼此水力相通 在3个单元池内全部配有曝气扩散装置 其中外侧的两池具有双重功能 既作曝气池 也作沉淀池 两池上还设有固定出水堰及剩余污泥排放口 中间池始终作曝气池使用 进入系统的污水 通过进水闸控制可分时序分别进入三个矩形池中任意一池 西南交通大学环境科学与工程学院 59 MSBR与传统SBR最明显的区别就是MSBR实现了稳定液面的连续进 出水 改善了SBR池的容积利用率 使得MSBR可以用于大规模的污水处理 这得益于中间反应区的引入 进水不是直接到SBR池 而是先进入中间反应区 西南交通大学环境科学与工程学院 60 进水首先到厌氧池 优先保证聚磷菌对有机物需求 然后混合液进入曝气池 保证聚磷菌最大的磷动力 在曝气池里有机物得到降解 发生硝化作 SBR2是反应延伸阶段 根据需要继续曝气或者始反硝化 缺氧池是系统脱氮的主要场合 混合液氮后在中间沉淀池进行泥水分离 上清液进入曝池 高浓度污泥回流到厌氧池 在SBR2进行反的同时 SBR1作为澄清池将曝气池的混合液澄后排出系统 西南交通大学环境科学与工程学院 61 MSBR的中间沉淀池也是它的特点之一 其作用是对脱氮后的混合液进行泥水分离 污泥进入厌氧池 而上清液则引入曝气池 这样做一方面增加了氧池里的底物浓度和污泥浓度 加快了反应速率 对生物强化除磷有很好的作用 另一方面稀释了曝池里有机物的浓度 对硝化反应非常有利 MSBR的第三个特点就是它的澄清方式 当SBR用于澄清出水时 不采用传统的沉淀出水方式 而是先经过预沉淀在SBR池底部形成的厚厚污泥床 其中的悬浮物及胶体被拦截吸附 清水从水面引出 西南交通大学环境科学与工程学院 62 由于静止沉淀能够获得比较密实而稳定的污泥层 而过滤澄清的方式对极轻微的絮体和部分胶体也能捕获 故能够获得比普通二沉池更加清澈的出水 西南交通大学环境科学与工程学院 63 DAT DATDAT DAT由两个串联的反应池 连续曝气池 DAT 和间歇曝气池 IAT 构成 其中DAT池为主反应区 连续进水 连续曝气 大部分可溶性有机污染物在这里被去除 并有从IAT池回流的混合液流入 其出水连续流入IAT池 在IAT池内完成反应 沉淀 滗水和排除剩余污泥等工序 西南交通大学环境科学与工程学院 64 DAT DAT同一个反应池中设置导流墙 导流墙的前后分别作为DAT池和IAT池 原污水连续进入DAT池并连续曝气 对整个处理系统起到了水力均衡的作用 显著提高了系统运行的稳定性 特别是处理高浓度有机废水时 连续曝气加强了对难降解有机物的降解 相对缩短了运行周期 使鼓风曝气机的额定风量和功率也随之减少 而且DAT池的连续进水 利用普通的污水泵就能实现该操作 完全不必采用复杂的顺序进水闸阀及自控系统 西南交通大学环境科学与工程学院 65 自然处理方法 氧化塘人工湿地土地处理系统 西南交通大学环境科学与工程学院 66 氧化塘氧化塘也称生物塘 稳定塘 按塘水中氧的存在状态不同 可分为好氧塘 厌氧塘 兼性氧化塘 曝气氧化塘 处理污水具有节省投资 节省能耗和管理简单等优点 在氧化塘系统内可以养鸭 养鱼或某些水生植物 建立起相互协调的 食物链 提高污水处理效果 并具有一定的经济价值 西南交通大学环境科学与工程学院 67 西南交通大学环境科学与工程学院 68 氧化塘工程实践 西南交通大学环境科学与工程学院 69 人工湿地人工湿地是模拟自然湿地人为地将石 砂 土壤 煤渣等按介质一定比例构成基质 并有选择性地植入水生植物的污水处理生态系统 西南交通大学环境科学与工程学院 70 人工湿地原理示意图 西南交通大学环境科学与工程学院 71 人工湿地组合运行示意图 西南交通大学环境科学与工程学院 72 人工湿地及湿地植物 西南交通大学环境科学与工程学院 73 土地处理系统通过 土壤 微生物 植物 系统 进行一系列