城市污水处理技术的发展【文献综述】 12页

'毕业设计文献综述环境科学城市污水处理技术的发展[摘要]水是人类赖以生存的基础,由于水资源污染而造成水资源日益紧缺已经成为世界性问题,成为制约全球经济发展的重要因素,也成为严重制约我国经济持续发展、影响人民生活和身体健康的突出问题。相应的对策就是加强水污染防治,选择处理效果好的处理工艺。本文将对近年来国内外较好解决污水问题的工程治理措施，即生物处理法、湿地净化法、固体吸附法研究现状及工程应用进行综述。[关键词]污水处理生物处理湿地净化固体吸附2 引言　我国是用水大国，人口众多，水资源相对缺乏，在水污染治理方面更不容忽视。污水再生是城市水资源利用的重大进步。所以针对以上水污染治理中出现的问题，我们应该尽力解决。尽管在很多城市中治理工艺相对先进，但是排放后的出水往往用一条粗长的“尾水排放管道”排到几公里至十几公里以外的大江大河或近海中，而污水处理厂的外面或附近却有乌黑发臭的河道。为什么舍近求远耗费大量投资建造“尾水排放管道”，并且消耗大量的电能远距离排放呢?这些问题都是在治理过程中不必要的损失。同时在先污染后治理这一到生观念盛行之下，工厂水污染治理的不及时性也使得理成果付之东流。在不同的城市中，所应用的治理技术不尽相同，一些发展较快、工业较多污染较多的城市治理技术相对先进一些。如北京、上海等城市采用的污水处理工艺先进，如AB、改进的A2/O、CAST．IKEAS、UNITANK、其它形式的SBRCSBR、MSBR)、MBBR、BAF(Biostyr和Biofor)[1]。本文对近年来国内外较好解决污水问题的工程治理措施，即固体吸附法，生物处理法、湿地净化法研究现状及工程应用进行综述。2 1生物处理法1.1厌氧生物处理法厌氧生物处理过程是在多种微生物的共同作用下,将大分子有机物,最终转化成甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨等。关于厌氧生物处理法的机理,1979年,M.P.Bryant[2]根据产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究,提出了三阶段理论。第一阶段为水解发酵阶段,在这个阶段,废水中的可溶性大分子有机物和不溶性有机物在细菌释放到水中的胞外酶的作用下水解成可溶性小分子有机物。不溶性有机物的主要成分是脂肪、蛋白质和多糖类,在细菌胞外酶作用下分解为长链脂肪酸、氨基酸、可溶性糖类。第二节阶段是产酸和脱氢阶段。水解形成的溶性小分子有机物被产酸细菌作为碳源和能源,最终产生短链的挥发酸,如乙酸等。第三阶段为产甲烷阶段。在该阶段中,产甲烷菌把第一阶段和第二阶段产生的乙酸、H2和CO2等转化为甲烷[3]。厌氧处理的连续反应过程。目前,对厌氧生物处理方法的研究成果有很多,如厌氧滤池(AF)、厌氧膨胀床和厌氧流化床、升流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)和内循环厌氧反应器(IC)、厌氧氨氧化(ANAMMON)等一系列[4]厌氧生物处理设备与方法,取得了良好的处理效果。厌氧技术发展到今天,其早期的一些缺点已经不复存在。但是从微生物和化学角度来看,厌氧处理仅仅提供了一种预处理,它一般需要后处理以去除出水中残余的有机物。因此,对于高浓度的有机废水一般要采取以厌氧生物处理技术为主,以好氧生物处理为辅的技术路线。所以,厌氧生物处理技术到目前为止仍存在它的局限性,这有待于进一步的完善和改良。1.2活性污泥法据估计，目前我国城市污水处理厂每年排放的干污泥量大约为600万吨，而且年增长率为10%，如果城市污水得到全部处理，则将产生干污泥量为1000万吨。这些数量巨大的干污泥将成为未来急需处理处置的难题。国内现有的处理方法有污泥浓缩和脱水，污泥经浓缩和脱水后一般含水率只能降低到80%左右[5]。如此高的含水率，污泥达到最终的妥善处理还是需要研究的重大课题。而发达国家正逐步要求污泥的含水率达20%-30%。因此，高效、经济的污泥处理技术将有巨大的市场。2 1.1生物膜法1.3.1生物飘带生物飘带是一种具有特殊围观结构和功能的新型填料，是以飘带为载体，由大量的微生物固着在飘带上形成生物膜而构成。生物飘带污水处理技术就是利用这种新型填料，采用淹没式结束一氧化法工艺治理河道污水的一项新技术[6]。固着在飘带上的生物膜结构分二层，内层紧靠飘带固着体，由于水中的溶解氧从生物膜表明向里传递时阻力较大的缘故，形成厌氧层；外层因为供养较为充沛，形成好氧层。生物飘带和生物膜相匹配，为生物菌的厌氧反应和好氧反应提供了良好的微生态环境，使好氧反应和厌氧反应能在同一处理池中同时进行。1.3.2生物挂膜由于微生物生长在粗糙多孔的滤料表面，微生物不易流失,微生物和滤料表面结合叫微生物挂膜.目前最新工艺有采用化学氧化一铁离子覆盖和化学氧化一表面接枝两种方法对聚乙烯生物填料进行表面改性，并使用接触角、描电镜及X射线光电子能谱等手段对改性前后的填料表面进行表征，同时还考察其在废水处理中的挂膜速度和处理效。结果表明，两种种改性方法都能使填料表面形成腐蚀坑而增加了表面粗糙度，并引入基团使填料表面呈正电性，使得填料亲水性与生物亲和性增强，有利于微生物的粘附。两种种改性方法可将挂膜时间分别缩短37．5%和60%，挂膜量分别提高4．8%和76．1%，COD的去除率也分别提高10．63%和8．64%生物填料是废水生物膜处理技术的核心之一，为了提高处理效率，往往要提高填料表面的生物量，而它的材质和表面性能将直接影响微生物的附着与生长[7]。1.3.3生物接触氧化法生物接触氧化法是以附着在载体（俗称填料）上的生物膜为主，净化有机废水的一种高效水处理工艺。具有活性污泥法特点的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的优点。在可生化条件下，不论应用于工业废水还是养殖污水、生活污水的处理，都取得了良好的经济效益。生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺，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。该法中微生物所需氧由鼓风曝气[1]2 供给，生物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落，并促进新生物膜的生长，此时，脱落的生物膜将随出水流出池外。HYBAS工艺将活性污泥工艺和MBBR工艺有机地结合在同一工艺池中，它具有活性污泥工艺和MBBR工艺的优点，HYBAS污水处理工艺中的微生物实际上由两部分组成：一部分是低污泥龄的活性污泥，另外一部分是悬浮填料污泥龄较长的生物膜。其中活性污泥主要承担COD的去除，生物膜主要承担硝化。HYBAS工艺处理生产、生活混合污水效果好，出水水质稳定。对氨氮的去除率大于90％，在进水C／N较低的情况下，对总氮和总磷都有较好的去除效果[8]。由于悬浮填料上附着的微生物具有一定的厚度，使得HYBAS工艺在污泥流失的情况下对污染物仍有较好的去除效果，并且悬浮填料上微生物的污泥龄较长，硝化效果好。2 1湿地净化法运用人工湿地处理污水可追溯到1903年，建在英国约克郡Earby的这个被认作世界上第一用于处理污水的人工湿地连续运行直到1992年。国外许多具有先进工艺的股价都建有用人工湿地处理污水的试验场和示范工程，且方兴未艾。在我国，也陆续建有人工湿地处理养猪场废水、人工湿地处理养殖废水和人工湿地处理染料废水的报道[9]。但对受污染的河流水体进行处理净化方面的研究报道目前不多见。人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统，类似自然沼泽地，但由人工建造和监督控制，是一种人为地将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择性地植入植物的污水处理生态系统。它是一种集物理、化学、生化反应于一体的废水处理技术；是一个独特的土壤、植物、微生物综合生态系统。1.1人工湿地的分类根据植物的存在状态，人工湿地主要分为三种类型：浮水植物系统、沉水植物系统、挺水植物系统。不同类型人工湿地结合使用以及和传统污水处理方法联合使用可以获得更好的出水水质；根据水的流动状态，该系统分为如下类型：自由水面系统（FWS），又称表面流湿地；潜流系统（SFS），又称潜流湿地。潜流湿地又分为水平流潜流系统（HFS）和垂直流潜流系统（VFS）。1.1.1自由水面系统自由水面系统的污水从系统表面流过，水深较浅(一般在0.1-0.6m)，氧通过自由扩散补给。进水中所含的溶解性和颗粒性污染物与系统介质和植物根系接触。常用的植物包括香蒲、芦苇、慈姑、莎草等。与SFS系统相比，其优点是投资省，缺点是负荷低。2.1.2潜流系统在潜流系统中，污水在湿地床的表面下流动，一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截留等作用，提高处理效果和处理能力；另一方面由于水流在地表下流动，保温性好处理效果受气候影响较小，且卫生条件较好，是目前国际上较多研究和应用的一种湿地处理系统，但此系统的投资比FWS系统略高。（1）水平潜流人工湿地、渗滤湿地可以有效地去除COD、SS和TP，但对TN的去除效果比较差，这是由于氮去除反应中的硝化反应受氧限制效率很低造成的。垂直流湿地SS2 的污染负荷较低，可以有效地去除COD和TP，也可以实现充分的硝化，但TN的去除率仍很低，反硝化由于碳源的缺乏难以进行导致此结果。水平潜流和垂直流组合的复合流湿地既可以有效去除COD、SS、TP等，也能够高效去除TN，因为它使水平潜流和垂直流优势互补，使硝化反应和反硝化反应不在同一环境下进行，复合流人工湿地是一种值得研究和推广的湿地形式［10］。（2）垂直流潜流系统：该系统通常在整个表面设置配水系统，并周期性进水。系统下部排水，水流处于系统表面以下，目的是系统可以排空水，以最大程度地进行氧补给。2 1固体吸附法吸附法是处理重金属废水的一种常用方法，常用的吸附剂有活性炭、腐植酸及硅酸盐类吸附剂等[11]。由于活性炭对重金属离子具有吸附速率快、容量大，并可同收利用金属等优点，从而得到广泛使用[12]。活性炭对重金属的吸附能力，不仅取决于其比表面积和孔结构，还与活性炭的表面有机官能团种类与含量密切相关[13]。活性炭石墨微晶的有机组合不仅形成了丰富的纳米孔体系，而且其众多的边缘不饱和碳原子和结构缺陷也赋予其极强的反应性，在活性炭的活化过程中，原料中氧、氢与边缘区域中的碳以化学键结合，在活性炭表面形成各种有机官能团形式的氧化物和碳氢化物，如羧基、酸酐、羟基、羰基及醌基等，这些基团使活性炭具有化学吸附和催化氧化、还原的性能，能有效地去除废水中的重金属离子[1415]。近年来报道较多的固体吸附剂主要是活性炭、蒙脱土、和分子筛。1.1活性炭活性炭具有较大的表面面积和强吸附性能，是最常用的吸附剂。但由于其运行奋勇较高，一般只用于废水的深度处理。MOUSER等[16]用四丁基碘化铵和二乙基二硫代氨基甲酸钠改性活性碳，用来处理废水中的Cu2+、Zn2+、Cr6+、、CN-。MARTIN[17]等吧预处理的淤泥与浓硫酸混合、干燥，700摄氏度氮气氛围下焙烧30min后冷却，经盐酸、蒸馏水洗涤后得到所需的活性炭。制备的活性炭的性能优于商业活性炭。MALIK[18]利用锯屑获取活性炭并用于废水中染料的消除，当溶液PH<3时，活性炭的吸附行为遵循一级反应速率方程，饱和吸附量可达到300mg/g。HAMAHI[19]等通过高温热分解费旧轮胎制备活性炭，用百草枯溶液作为模拟废水进行吸附性能测试。与商业活性炭进行比较结果显示，高温分解废旧轮胎制备的活性炭的吸附速度很快，反应开始5min内百草枯去除率达90%以上。效果优于商业活性炭。1.2蒙脱土1.2.1无机蒙脱土常通过往蒙脱土中加入无机盐改性剂，是分散的蒙脱土形成柱状层状缔合物结构，缔合颗粒之间形成较大的空间，从而该百年了蒙脱土在水中的分散状态及性能，提高蒙脱土的地府能力和离子交换能力。GUPTA[20]等用几何的Zr对梦国土进行改性，用于处理水中的PB，发现随着pH的增大PB吸附计量增加，整个吸附过程是自发的，放热的。TAHIR[21]2 等研究了蒙脱土用于处理废水中的Fe。Fe去除率可达98%以上，同时还研究了分水中其他阳离子对Fe去除的影响。孙家寿等用铝锆混合队蒙脱土进行改性，大幅度提高了蒙脱土对有机污染物的吸附能力，吸附率达89.6%。MAYL[22]等用Cu改性的蒙脱土处理亚甲基蓝，发现改性后的吸附量比原土有所减小。1.1.1有机蒙脱土有机蒙脱土表明具有亲水疏油性，不利于其在有机相中的分散一级对有机污染物的吸附，因而当蒙脱土用于有机体系时需要对其进行有机改性，以使蒙脱土表面疏水化。常用的有机改性剂主要有烷基铵盐、有机硅烷等。1.2分子筛分子筛是一种硅酸盐，zh主要由硅铝通过氧桥链接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。由于分子筛的微孔分布单一均匀，因此是一种高效能、高选择性的吸附剂。2 小结及讨论（1）生物法发处理污水效果比较好，目前能够做到一级排放标准并且可以实际应用大多数是生物法。生物法的缺陷是对于一些高浓度、高盐等难处理废水无法进行直接处理。对于部分高难度废水用化学、物理法进行预处理，然后进行生化法处理（2）人工湿地污水处理系统是一种较好的废水处理方式，特别是它充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益，因此具有较高的环境效益、经济效益及社会效益，比较适合于处理水量不大、水质变化不很大、管理水平不很高的城镇污水。（3）吸附法适用于水量较小的饮用水深度处理,吸附剂大多起阴离子交换作用,因此除氟效果十分明显,但都要加特殊的处理剂和设置特定设备,处理费用往往高于沉淀法,且操作复杂。使用羟基磷灰石活性氧化镁稀土金属氧化物等新型吸附剂可提高处理效果。（4）目前国内大多采用国外引进的延时曝气的氧化沟、SBR等工艺。选择不同的污水处理工艺，也要考虑是否适合这些国家的国情和社会、经济发展情况，并且因地制宜。2 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