水处理新技术、新工艺与设备 33页

为什么我的眼里常含泪水？因为...\n\n\n\n\n\nWeneed...\n水处理新技术、新工艺与设备\n“水处理”就是通过物理、化学、生物的手段，去除水中一些对生产、生活不需要的有害物质的过程。是为了适用于特定的用途而对水进行的沉降、过滤、混凝、絮凝，以及缓蚀、阻垢等水质调理的过程。由于社会生产、生活与水密切相关。因此，水处理领域涉及的应用范围十分广泛，构成了一个庞大的产业应用。一、定义\n常用的水处理方法（一）沉淀物过滤法（二）硬水软化法（三）活性炭吸附法（四）去离子法（五）逆渗透法（六）超过滤法（七）蒸馏法（八）紫外线消毒法（九）生物化学法(十)混合离子交换法\n二、水处理的发展历程\n水处理技术目前我国水处理中应用较多的技术包括：氧化沟工艺、SBR法、CASS工艺、接触氧化法、曝气生物滤池工艺（BAF）、MBR法和速分生物处理技术等。\n城市饮用水处理工艺的发展第一代工艺20世纪以前，城市饮用水安全得不到保障，致使强烈性传染病流行，给城市居民的生命健康构成了重大威胁，这使人类面临着一个重大的生存问题，即生物安全性问题。为了解决这个问题，20世纪初，研发出了混凝、沉淀、过滤、氯消毒工艺，人们把此工艺称之为常规水处理工艺，这一工艺使传染病流行得到控制，可称之为第一代工艺。第二代工艺上世纪70年代又发现了一些有毒物，这些物质能够致癌，长期饮用对人体有害。人类又一次面临饮水安全问题，这次遇到的是化学安全性问题，为了解决这个问题，人们在第一代工艺基础上增加了臭氧颗粒活性炭的工艺，称作第二代工艺。国外把它作为通用的工艺来推广，国内也在推广此类的工艺。第三代工艺——以超滤为核心技术的组合工艺针对这些新的生物安全性问题，第一代工艺或者第二代工艺都不能完全使新的生物安全性问题得到解决和控制，所以有待发展新的、更有效的技术和工艺。对水来说，生物安全性问题对人类危害是最大的，保证水的生物安全性应是首要的。\n我国水污染处理设备的发展历程大致分为四个阶段：（1）1980～1989年的快速起步阶段。（2）1990～1996年的落入低谷阶段。（3）1997～2005年的复苏发展阶段。（4）2006年以后的蓬勃发展阶段。\n三、原理、优缺点及应用\n3.1超临界水氧化技术（SCWO)原理:超临界状态下超临界水能与氧或空气完全互溶，将废水中所含的有机物用氧化剂迅速氧化分解为水、CO2等简单无害的小分子化合物。优缺点：超临界水氧化技术作为一种绿色环保技术，在处理有毒、难降解和高浓度有害物质上有众多优势，且目前其应用基础已经形成，国外也有实际的工业应用。但是超临界水氧化反应器的腐蚀和结垢问题，以及超临界水氧化的高耗能、高费用的问题严重阻碍了该技术在工业生产中的推广和发展，成为制约其工业化的瓶颈问题。\n应用：目前在欧美许多国家，已有许多中试和工业规模的SCWO装置投入了运行。1994年，ECO公司在美国的Texas设计和建造了第一个用于处理民用废物的工业装置。该装置处理酒精和胶的混合废液，100kg／h，TOC的去除率达到了99.9％。目前，SCWO技术主要被美国国防部和能源部用来处理化学武器，火箭推进剂，炸药等高能废物。德国和日本也采用了SCWO处理土壤中含有的多氯联苯，国内研究人员在SCWO处理造纸废水、有机磷氧乐果农药、含硫废水等方面同样取得了较好的结果。\n\n3.2湿式氧化技术（WAO）原理：是在高温（120～374℃）、高压（0.5～20Mpa）和液相条件下用氧化剂（空气或氧气）氧化水中溶解态或悬浮态有机物和还原态无机物的一种高级氧化技术。优缺点：与常规方法相比，该方法几乎可以无选择性的高效氧化各类高浓度有机废水，而且处理时间短、处理效率高、几乎没有二次污染、且具有能回收有用的物质和能量等优点，因而受到了世界各国科研人员的广泛重视。\n应用：CWAO处理工艺在日、美等发达国家备受重视，将其应用于石油、化工、制药等行业的工业废水、城市污泥处理等方面。\n\n\n3.3光催化氧化技术原理:在紫外线的照射下，光催化剂表面产生电子-空穴对，当存在合适的俘获剂或表面缺陷时，电子-空穴的复合会受到抑制，而复合前，在光催化剂表面发生氧化还原反应。空穴具有很强的化学反应活性，体系中多数光催化氧化反应，是直接或间接利用空穴的这一氧化能力，它一般与其表面吸附的H2O或OH-反应形成·OH，同时体系中还产生其他具有氧化性的自由基，如超氧离子自由基·O2-、H2O·自由基等，这些氧化性很强的自由基，能将各种有机物直接或间接催化为CO2、H2O等无机小分子物质。\n优缺点：利用光催化技术不仅能够处理染料、农药及其他含难降解污染物的废水，同时具有很好的杀菌抑制病毒活性的作用，且不会形成对人体有害的中间产物。TiO2光催化技术逐渐在水处理领域展现出了诱人的前景，并被认为是当前最具有开发前景的水处理技术。但是光催化氧化技术存在光能利用率低、电子-空穴复合率高、量子效率低等不足，因而限制了对该技术的应用。应用：(1)处理微量有机污染物(2)废水处理(3)灭活细菌\n\n3.4MBR污水生物处理技术原理：它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子物质截留，省掉二沉池，活性污泥浓度大大提高，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制，使难降解的物质在反应中不断反应、降解。优缺点：膜生物反应器与传统的生物处理方法相比，是目前最有前途的废水处理新技术之一。在使用过程中阻碍其发展的主要问题就是膜污染。因此MBR的运行费用略高于常规生物处理方法，但随着膜制造技术的进步，膜质量的提高和膜制造成本的降低，MBR的投资也会随之大幅度降低。另外，随着各种新型膜生物反应器的开发，其运行费用会大幅度下降。\n应用：MBR在国外已广泛应用，国内正在研究和推广应用。MBR重点应用领域：现有城市污水厂的更新升级；无排水管网地区的污水处理，如开发区、度假区、旅游风景区等；有污水回用需求的地区或场所；高浓度、有毒、难降解工业污水的处理；垃圾填埋渗滤液的处理及回用；小规模污水处理厂（站）的应用。另外，随着各种新型膜生物反应器的开发，如利用位差驱动出水和低水头间断工作的重力淹没式MBR、厌氧MBR等，与传统的好氧加压膜生物反应器相比，其运行费用会大幅度下降。\nMBR处理有机废水-常州大学科学技术处应用领域：分散式生活污水处理―居民小区、旅游度假村、船舶等；可生物降解的工业废水处理―印染、炼油、化工、食品业等。\n\n\n展望—FUTURE\n21世纪的水处理科技是水质科学的核心内容。由于水资源的世界性严峻形势，21世纪将成为水处理科技得到迅猛发展的时代,怎样发展？这虽然是一个世界性问题，但应该结合中国的情况来提问题。对中国来说，21世纪的水处理科技任务极为艰巨。大致说来，21世纪的水处理科技任务是：防止由于水资源水质恶化对国家的经济可持续发展产生瓶颈效应甚至水质灾害。中国水资源水质恶化主要来源于废水处理的旧债和新债。中国的七大水系中，63.1％的河段水质为Ⅳ类、Ⅴ类或劣Ⅴ类，失去作为饮用水水源的功能。这是旧债。按国家现有规划，2000年的城市废水集中处理率为25％，因此，有75%的废水处理率新债。但这些并不代表全部债。可以看出，在现有的水处理技术水平和资金来源机制的条件下，每年将不断出现新债。因此，21世纪可能会出现由于水资源水质继续恶化，对国家的经济持续增长产生严重的瓶颈效应，甚至要警惕可能出现的，可以类比于大面积洪水那样的水资源水量灾害的水资源水质灾害。中国水处理科技的时代任务与挑战是防止这一严重形势的出现。这当然也是水质科学与工程的学科时代任务与挑战。具体的设想有：在2025年内，开发出具有突破性的水处理新工艺以及强化现有工艺的改造技术，使水处理设施的建造和运行费用比现有同样规模的设施降低约1／4～1／3，甚至更多。这可称为“虚”的资金来源。实施水工业的水价概念，收费将是资金的实在来源。在两者的结合下，中国将有足够的资金做到，在2025年内逐步不再每年欠废水处理债，并在2025年前水资源不再出现Ⅳ类以及低于Ⅳ类水质水域的现象。\n