废水处理新技术材料

第一部分生物处理新技术A-B法工艺该工艺将曝气池分为高低负荷两段，各有独立的沉淀和污泥回流系统。高负荷段人段停留时间约20-40分钟，以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应，生物主要为短世代的细菌群落，去除BOD达50%以上。B段与常规活性污泥相似，负荷较低，泥龄较长。一、工艺流程二、AB法的主要特点未设初沉池，由吸附池和中间沉淀池组成的A段为一级处理系统；B段由曝气池和二沉池组成；A、B两段各自拥有独立的污泥回流系统，两段完全分开，各自有独特的微生物群体，有利于功能稳定。三、 A段特征1、 不设初沉池，原废水中的微生物全部进入吸附池，A段是一个开放性的生物反应器；2、 负荷很高，有利于增殖速度快、适应能力强的微生物生长；3、 BOD去除率为40-70%，出水可生化性有所提高，有利于B段的继续降解；4、 污泥产率较高，吸附能力强；5、 对有机物的去除，吸附作用为主，生物降解占1/3左右。四、 B段特征1、 来水为A段出水，水质、水量较稳定；2、 负荷率为总负荷率的30-60%；3、 污泥龄较长，有利于硝化反应。序批式间歇活性污泥法（SBR）一、 SBR的工作原理在SBR工艺中国，主要的反应器只有一个曝气池，在该曝气池中完成进水、曝气、沉淀、排水等功能，因此在SBR工艺中反应池内的运行一般可以分为以下的五个工序：1、进水2、曝气反应3、沉淀：静止沉淀，效果良好4、排水5、闲置二、 工艺流程三、SBR的特征1） 五大优点•:•工艺流程，节省费用：不设二沉池、回流污泥及其设备，大多数情况不需要调节池；•理想的推流过程使生化反应推力大、效率高；•运行方式灵活，脱氮除磷效果好；•防止污泥膨胀的最好工艺；•耐冲击负荷、处理能力强。2） 缺点•连续进水时，对于单一SBR反应器需要较大的调节池；•对于多个SBR反应器，其进水和排水的阀门自动切换频繁；•无法达到大型污水处理项目之连续进水、出水的要求；•设备的闲置率较高；•污水提升水头损失较大；•如果需要后处理，则需要较大容积的调节池。四、SBR的变形1间歇式循环延时工艺（ICEAS）2循环式活性污泥工艺（CASS/CAST/CASP）3间歇排水延时曝气工艺（IDEA）4连续和间歇曝气工艺（DAT-IAT）5UNITANK工艺6改良式序批式间歇反应器（MSBR）膜生物反应器（SBR）、膜生物反应器膜生物反应器是由膜分离技术与生物反应器相结合的生化反应系统，是一项废水生物处理技术和膜分离技术相结合的新技术。二、特点SRT与HRT完全分开，在维持较短HRT的同时，又可保持极长的SRT；膜截流的高效性可使世代时间长的硝化菌等在生物反应器内生长，因此脱氮效果较好；可维持很高的MLSS；膜分离可使大分子颗粒状难降解物质在反应器内停留较长时间，最终得以去除；可溶性大分子化合物也可被截留下来，不会影响出水水质，最终也可被降解；膜的高效截留作用可使出水悬浮物浓度极低。上流式厌氧污泥床（UASB）反应器、概念上流式厌氧污泥床反应器是一种处理污水的厌氧生物方法，又叫升流式厌氧污泥床。污水自下而上通过UASB。反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床，污水中的大部分有机污染物在此间经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳。因水流和气泡的搅动，污泥床之上有一个污泥悬浮层。反应器上部有设有三相分离器，用以分离消化气、消化液和污泥颗粒。消化气自反应器顶部导出；污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床；消化液从澄清区出水。UASB负荷能力很大，适用于高浓度有机废水的处理。运行良好的UASB有很高的有机污染物去除率，不需要搅拌，能适应较大幅度的负荷冲击、温度和pH变化。二、工艺特征•:•在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器；•:•在反应器底部设置了均匀布水系统；・••反应器内的污泥能形成颗粒污泥：・•・水力停留时间大大缩短，具有很高的容积负荷；•适于处理高、中浓度有机工业废水，也可以处理低浓度城市污水；•将生物反应与沉淀分离集中在一个反应器内，结构紧凑；•无需设置填料，节省费用，提高容积利用率。PS：三相分离器由沉淀区、回流缝和气封组成，其功能是将气体（沼气）、固体（污泥）和液体（废水）等三相进行分离。沼气进入气室，污泥在沉淀区进行沉淀，并经回流缝回流到反应区。经沉淀澄清后的废水作为处理水排出反应器。曝气生物滤池BAF一、概念曝气生物滤池，也叫淹没式曝气生物滤池，是在普通生物滤池、高负荷生物滤池、生物滤塔、生物接触氧化法等生物膜法的基础上发展而来的，被称为第三代生物滤池。其工艺原理为：在滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料，滤料表面生长着高活性的生物膜，滤池内部曝气。污水流经时，利用滤料的高比表面积带来的高浓度生物膜的氧化降解能力对污水进行快速净化，此为生物氧化降解过程；同时，污水流经时，滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水漂出，此为截留作用；运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物以及更新生物膜，此为反冲洗过程。二、曝气生物滤池的特征：（1） 用粒状填料作为生物载体，如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等。（2） 区别于一般生物滤池及生物滤塔，在去除BOD、氨氮时需进行曝气。（3） 高水力负荷、高容积负荷及高的生物膜活性。（4） 具有生物氧化降解和截留SS的双重功能，生物处理单元之后不需再设二次沉淀池。（5） 需定期进行反冲洗，清洗滤池中截留的SS以及更新生物膜。第二部分高级氧化技术臭氧氧化一、 概念臭氧在常温常压下是一种不稳定、具有特殊刺激性气味的浅蓝色气体。臭氧具有极强的氧化性能，其氧化能力仅次于氟，高于氯和高锰酸钾。基于臭氧的强氧化性，且在水中可短时间内自行分解，没有二次污染，是理想的绿色氧化药剂。因此，臭氧氧化方法已逐渐发展成为一种高级氧化技术，在水处理领域中臭氧技术已在许多方面得到了应用。臭氧应用于水处理过程中其作用主要是除臭、脱色、杀菌和去除有机物。二、 特点与有机物反应时速度快，使用方便，不产生二次污染，用于污水处理可有效地消毒、除色、除臭、去除有机物和降低COD等。但单独的臭氧氧化法造价高、处理成本昂贵，且其氧化反应具有选择性，对某些卤代烃及农药等氧化效果比较差。三、 原理臭氧之所以表现出强氧化性，是因为臭氧分子中的氧原子具有强烈的亲电子或亲质子性，臭氧分解产生的新生态氧原子，和在水中形成具有强氧化作用的羟基自由基・OH，它们的高度活性在水处理中被用于杀菌消毒、破坏有机物结构等等，其副产物无毒，基本无二次污染，有着许多别的氧化剂无法比拟的优点，不仅可以消毒杀菌，还可以氧化分解水中污染物。四、影响因素1、臭氧化混合气进气量2、搅拌速度3、溶液pH4、有机物浓度5、溶液温度6、催化剂7、气态O3的投加方式五、应用进展（1） 饮用水的处理在饮用水处理中，臭氧主要用于三个方面：>臭氧预处理，在常规净水工艺前增设臭氧工艺；臭氧-生物活性炭处理，O3与颗粒活性炭结合，在常规净水工艺后，对水作深度处理，以除去各种有机物和色、嗅、味等；>臭氧消毒，用以代替氯对水进行消毒。（2） 废水的处理臭氧可用来去除COD、BOD，并破坏有害的化学物。已用于炼油废水中酚类化合物的去除、电镀含氤废水处理、含染料废水的脱色、洗涤剂的氧化、照片洗印漂洗、氤化铁废液的回收与再利用等。（3） 臭氧氧化新技术1、O3/UV高级氧化技术2、O3/H2O2高级氧化技术3、O3/H2O2/UV高级氧化技术4、臭氧/活性炭协同降解有机物处理技术5、超声强化臭氧氧化技术过氧化氢氧化技术一、概念以及原理H2O2的标准氧化还原电位为1.77V，仅次于高锰酸钾、次氯酸和二氧化氯，并在一定触媒（如紫外），以及其他氧化剂（如臭氧）的作用下产生氧化性极强的羟基自由基・OH（氧化还原电位为2.8V），通过提供-OH来氧化水中有机污染物和构成微生物的有机物质。•OH是一种极强的化学氧化剂,它的氧化电位比普通氧化剂高得多，这意味着・OH的氧化能力要大大高于普通化学氧化剂.同时在饮用水处理中H2O2分解速度很慢,又可保证较长时间的残留消毒作用，并可作为脱氯剂,不会再产生有机卤代物#其分解产物是H2O和H2,不产生新的污染物,是具有很好前景的饮用水深度处理技术.二氧化氯氧化技术一、概念二氧化氯催化氧化法是一种新型高效的催化氧化技术，它利用强氧化剂二氧化氯在非均相催化剂的存在下，氧化降解废水中的有机物,可直接氧化有机污染物为最终产物或将大分子有机污染物氧化成小分子物质,提高废水的可生化性。二、原理1、 污染物与催化剂上活性中心以活化络合物形式结合，使反应活化能降低；2、 催化剂对二氧化氯和污染物的强烈吸附作用，使氧化剂和有机物质在催化剂表面具有很高的浓度；3、 经表面改性后的催化剂表面存在着大量的含氧基团，二氧化氯受激发也能产生多种氧化能力极强的自由基，促进氧化反应的进行,这样在催化剂表面强氧化剂与有机物的浓度大大高于液相中浓度，反应条件得到改善，效率大大提高。超临界水氧化技术一、 概念超临界水氧化技术是利用水在超临界状态下的低介电常数、低黏度、高扩散系数及与有机物和氧气（空气）等气体互溶的特性，使有机物和氧化剂在超临界水介质中发生快速氧化反应来彻底去除有机物的新型氧化技术。二、 原理超临界水氧化技术是在高温、高压下，利用分子氧作为氧化剂，以超临界水作为溶剂，把有机物氧化分解为CO2和H2O的反应过程。超临界水氧化反应，可以用自由基反应理论来解释，产生自由基的过程为：RH+OTR•+HO•RH+HO•TR•+HOPhOH+OTPhO•+HO•PhOH+HO2•TPhO•+HO^在具有液体和气体的性质的超临界水中加入分子氧，活性氧与键能最弱的C-H作用产生自由基HO2-，它与有机物中的H生成H2O2,H2O2进一步分解产生羟基自由基：H2O2f2HO・羟基自由基HO•与有机物反应产生有机自由基R，而有机自由基又与O2反应得到有机过氧自由基，有机过氧自由基进一步与有机物反应产生有机过氧氢化物和有机自由基，由于过氧氢化物不稳定，其键发生断裂而生成较小分子量的化合物乙酸或甲醇，最后转化为CO2、H2O等物质。电催化氧化技术一、概念电催化氧化技术是利用具有催化性能的金属氧化物电极，产生具有强氧化能力的羟基自由基或其它自由基和基团攻击溶液中的有机污染物，使其完全分解为无害的H2O和CO2的绿色化学技术。二、原理电化学法降解有机污染物是一个很复杂的过程，其机理研究还在探索之中，有研究者认为，其原理是利用电极在电场作用下，分解田。，产生具有强氧化能力的经基自由基（-OH基团），从而使许多难以降解的有机污染物分解为。入或其他简单化合物。根据氧化机理的不同，可分为阳极氧化、阴极还原和阴阳两极协同作用三种形式。1、 阳极氧化是在电化学反应器中，选用具有活性的阳极材料，污染物在电极上发生直接电化学反应或利用电极表面产生的强氧化性活性物质使污染物发生氧化还原反应。2、 阴极还原作用是通过在适当电极电位下，通过合适阴极的还原作用产生过氧化氢或Fe2+再通过外加合适的试剂发生类Fenton试剂的反应，从而间接降解有机物，但一般效率较低。3、 阴阳两极协同降解工艺是在阳极氧化工艺和阴极还原工艺的基础上，通过合理设计电化学反应器，能同时利用阴阳两极的作用，使得处理效率较单电极作用大大增强。三、 特点优点：电催化氧化废水处理技术具有操作管理方便，氧化条件可控程度高，易实现自动化控制，且处理废水无需很多化学药品，后处理简单，设备集成度高，占地少缺点：1、电极的研制开发缺乏完备的理论指导2、电流效率仍然偏低，能耗高四、 应用1、 去处金属离子污染物，用在电镀、冶金等行业的废水处理。2、 出去无机污染物，主要包括有毒有机盐和被细菌分解时要消耗说中溶解氧的耗氧无机物。3、 出去有机污染物，主要用于处理难降解有机废水、含酚废水、难生化有机废水等离子体技术一、 概念等离子体是具有化学反应性的，表现出与其他物质状态不同的特异性能的气体，又称为物质的第四态。一般认为等离子体是由电子、正负离子、激发态的原子、分子以及自由基等粒子组成的并表现出集体行为的一种准中性非凝聚系统。二、 原理等离子体通过气体放电产生。等离子体中的自电子与气体中的原子和分子碰撞，引发原子、分子的能态变化，产生激发、分解和电离，所产生的物质具有不稳定性，相互之间发生各种化学反应生成新的反应产物。湿式催化氧化一、概念湿式氧化法是在高温、高压下操作条件下，在液相中，用氧气或空气作为氧化剂，氧化水中呈溶解态或悬浮态的有机物或还原态的无机物的一种处理技术。二、原理湿式氧化过程比较复杂，一般认为有两个主要步骤:①空气中的氧从气相向液相的传质过程；②溶解氧与基质之间的化学反应。超声技术一、定义及原理一般认为频率范闱16kHz到1MHz的超声波辐照溶液会弓I起许多化学变化，产生超声空化。超声空化在溶液中除形成局部高温高压区，还生成局部高浓度氧化性物质如・0曰和H2O2,并可形成超临界水。这样，超声空化降解化学物质有三种主要途径：(1)自由基氧化，(2)高温热解，(3)超临界水氧化。超声空化技术利用声解将水体中有机污染物转化为CO2、H2O、无机离子或比原有机物毒性小的有机物，具有操作方便、高效、无污染或少污染的特点，被认为是一种清洁且具有良好前景的方法。光催化氧化技术一、 概念光催化氧化技术是一种利用新型的复合纳米高科技功能材料的技术、低温深度反应技术。它是指在可见光或紫外光的作用下，利用易于吸收光子能量的中间产物(常指催化剂)首先形成激发态，然后再诱导引发反应物分子的氧化过程。二、 原理光催化剂纳米粒子在一定波长的光线照射下受激生成电子一空穴对，空穴分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基，电子使其周围的氧还原成活性离子氧，从而具备极强的氧化一还原作用，将光催化剂表面的各种污染物摧毁。三、 特点优点：1、低温深度反应2、净化彻底3、绿色能源4、氧化性强5、广谱性6、寿命长缺点：催化剂的光催化氧化效率不高，不能充分利用太阳能，光反应器的设计不适应工业生产四、 影响因素光催化氧化技术的影响因素有氧气或双氧水用量、催化剂种类与用量、光强度、溶液浓度及PH值、温度、无机盐类、循环污水的流速等。五、应用1、用于甲酸废水的处理2、有机氯化物废水的处理3、染料废水的处理4、农药废水的处理5、含表面活性剂废水的处理6、氟利昂及其他氟代烃的降解7、含油废水的处理Fenton氧化技术一、原理在含有Fe2+的酸性溶液中投加H2O2,H2O2在Fe2+催化作用下，产生具高活性的・OH，并引发自由基链式反应，自由基作为氧化剂攻击有机物分子，使有机物被氧化降解形成CO2,H2O等无机物质。优点:1、 Fenton试剂可以氧化水中的大多数有机物，适合处理难生物降解和一般物理化学方法难以处理的废水；而对于一般的试剂难以氧化持久性有机物，特别是芳香类化合物及一些杂环类化合物，Fenton试剂对其中的绝大部分都可以无选择地氧化降解。2、 产生的OH可迅速降解多种有机物，提高废水的可生化性，反应不会造成二次污染，H2O2的加入可以提供一部分溶解氧，而且铁的来源丰富，减少了体系的处理成本，有较好的经济效益。3、 在黑暗中就能降解有机物，节省了设备投资。缺点：1、 反应速率较慢,H2O2的利用率低，有机物矿化不充分，处理后的水可能带有颜色，较难应用于饮用水的处理。2、 不能充分矿化有机物，在反应过程中有部分初始反应物转化成某些中间产物，这些中间产物或与Fe3+形成络合物，或与・OH的生成路线发生竞争，并可能对环境的危害更大3、 Fe2+和H2O2的利用率不高。三、 Fenton氧化技术影因素1、H2O2投加量及投加方式2、Fe2+投加量3、反应时间4、溶液pH值5、系统温度6、其它金属离子催化作用四、 应用1、用于处理酚类废水2、用于处理焦化废水3、用于处理农药废水4、用于处理垃圾渗滤液Fenton试剂在处理各种废水的时候，其既可以在废水处理的中段提高废水的可生化性，又可以在处理系统的末端进行深度处理，再配合其他处理技术以达到中水回用，实现循环利用的目标。联用一、 类Fenton试剂把^、氧气等引入Fenton试剂，增强了Fenton试剂的氧化能力，节约了过氧化氢的用量。由于过氧化氢的分解机理与Fenton^剂极其相似，均产生。日自由基，因此将各种改进了的Fenton试剂称为类Fenton试剂。主要有以下几个系统1、H2O2+UVM^2、H2O2+UV+Fe2+系统3、引入氧气的Fenton系统二、 臭氧/生物活性炭技术原理：该工艺是将臭氧化学氧化、臭氧灭菌消毒、活性炭物理化学吸附、生物氧化降解4种技术合为一体的工艺。简而言之，就是在传统水处理工艺的基础上，以预臭氧氧化代替预氯化，在快滤池后设置生物活性炭滤池、利用臭氧预氧化作用，初步氧化分解水中的有机物及其他还原性物质，以降低生物活性炭滤池的有机负荷，同时臭氧氧化能使水中难以生物降解的有机物断链、开环，将大分子有机物氧化为小分子有机物，提高原水中的有机物的可生化性和可吸附性，从而减小活性炭床的有机负荷，延长活性炭的使用寿命。三、 O3/H2O2氧化技术O3和H2O2是两种常用的氧化剂，将它们结合起来使用，其氧化能力大大加强，作为一种高级氧化工艺已被用于处理废水和废气。原理：O3与H2O2的组合能够产生一种氧化能力极强的活性基团-。日自由基o«OH自由基能够激发有机环上的不活泼氢，通过脱氢反应，生成日自由基，成为进一步氧化的引剂；・OH自由基还能通过羟基取代反应，将芳烃环上的—SO3H、-NO2等基团取代下来，从而生成不稳定的羟基取代中间体，易于继续发生开环裂解，直至完全降解为无机物。四、 UV/O3氧化技术原理：水中臭氧光解的第一步是产生H2O2,H2O2在紫外光照射下产生・OH，其主要过程如下：()3+HQ—+HQ?O3*H2Od+2・OH由于有羟基自由基产生，，臭氧的氧化能力大大提高。五、 超声强化臭氧氧化技术原理：超声波通过超声空化作用强化臭氧氧化能力，提高臭氧利用率。超声空化作用原理是当有一定功率的超声波辐射水溶液时，水中的微小泡核在超声负压和正压的作用下急速膨胀和压缩、破裂和崩溃。由于该过程发生在纳米级到微米级的范围内，气泡内的气体受压后急剧升温，可达到5000K。高温将气泡内的气液界面的介质裂解产生强氧化性的自由基。六、 高压电晕与臭氧联合技术原理：1、 氧可通过脉冲产生的紫外线或高能电子形成・O和・OH进行一系列的链式反应，紫外光还会激发溶液中的部分有机物产生活性臭氧还能与田02发生偶联反应将有机物降解。2、 高压脉冲放电所产生的紫外光降解及等离子通道的热解以及等离子通道的高温可以使臭氧分解速率加快。3、 高压电晕和臭氧联用则充分利用高压脉冲放电产生的液电空化效应，在电极之间的气泡周期性的膨胀一收缩，产生大量细小气泡并增大接触面积促使臭氧大量进入液相或在气液界面反应，提高了臭氧氧化的利用效率，因而对有机污染物也有很好的降解效果4、 由于臭氧密度较小，介电常数较小值＜1)，液介电常数较大值为80)因而，在液体中，臭氧的存在易于引起气体的局部放电，最终导致等离子通道的形成使有机物降解。七、Fenton法与光催化联合(UV/TiO2/Fenton)原理：将光催化与Fenton法相结合，可以使两者取长补短。当Fenton试剂与UV/TiO2ffi结合时,可发生两类氧化反应:①Fenton试剂自身生成的・OH氧化水中污染物；②Fenton试剂在UV照射下产生大量的・OH»而使TiO2的表面羟基化，促进光催化氧化反应的发生。当pH值条件适当时两个反应都发生，且反应速率较快;当pH值较低或较高时，后者成为主反应，产生的-OH仍可使水中的污染物得到降解。第三部分膜分离技术、膜分离技术的原理膜分离技术是指用半透膜作为障碍层,借助于膜的选择渗透作用,在能量、浓度或化学位差的作用下对混合物中的不同组分进行分离提纯。由于半透膜中滤膜孔径大小不同，可以允许某些组分透过膜层，而其它组分被保留在混合物中，以达到一定的分离效果。康分离技术的优点1、 膜分离过程装置比较简单，同时操作方便、结构紧凑、维修费用低且方便、易于自动控制;2、 膜分离过程一般不涉及相变，无二次污染且能耗较低;膜分离过程可以在室温或低温下操作，适宜热敏感物质(酶、药物)的浓缩分离；3、 膜分离过程具有相当大的选择性,适用对象广泛，可以分离肉眼看得见的颗粒，也可以分离离子和气体；4、 该过程可以在室温下连续操作，设备易于放大,可以专一配膜，选择合适的膜,从而得到较高的回收率；5、 膜分离处理系统可以在密闭系统中循环进行,因而可以防止外界的污染；6、 在过程中不用添加任何外来的化学物质,透过液可以循环使用，从而降低了成本，并可以减少环境污染。三、膜分离技术的缺点1、 在操作过程中，膜面易受污染，形成附着层，使膜的性能降低，降低膜的透水率，形成浓差极化现象。为了减少浓差极化，常采用错流流程,即过滤液主体水平流过膜面，而过滤液是垂直通过膜面。2、 在膜分离技术中容易遇到膜污染问题，即膜的透水量随运行时间延长而下降。因此需采用一定的方法对膜面或膜内的污染物进行清洗,以使透水量得到提高。常用清洗方法是高流速水清洗和用化学清洗剂对膜进行清洗。四、膜分离技术在废水处理中的应用1、 使用电渗析、反渗透法处理和回收电镀废水中的铜、锌、隔、铬、镍等重金属及氤化物;2、 使用电渗析、反渗透、超滤等技术处理造纸工业废水和废液并从中回收化学药品；3、 使用电渗析法处理重金属废水和放射性废水;4、 使用反渗透、超滤处理城市污水，可达到“中水”的指标，也可用于医院污水以及化工、冶金焦化废水的处理；5、 可使用反渗透法处理食品工业、照相工业、制药废水；6、 超滤可以处理城市污水、含油废水、制毛、皮革、纸浆及纤维加工废水、颜料和染料废水、光学玻璃研磨废水等；7、 微滤则用于电子、半导体工业以及医药工业中高纯水的制备，油田采出水处理、城市污水的深度处理；8、 液膜法可处理有机废水、含氨或含氤废/水、含阴离子（如P043一NO，一）废水等。八种膜的应用一、 微滤微滤是以多孔细小的薄膜作为过滤的介质，以筛分原理为根据的薄膜过滤。在压力作为推动力的作用下，溶剂、水、盐类及大分子物质均能透过薄腾而微细颗粒和超大分子等颗粒直径大于膜孔径的物质均被滞留下来,以达到分离的目的,进一步使溶液净化。二、 超滤超滤是