欧洲污水处理技术 22页

'欧洲污水处理技术、成本与收费　　　对于欧洲各国来说，幸运的是没有严重的水方面的问题，诸如大范围的洪水泛滥、干旱或大范围的水资源短缺，而且，也未收到通过水源作为传播渠道的致命的传染性疾病的困扰。总体上来说，欧洲的水资源状况良好。但是，与此同时也存在着一些威胁到、影响到水质状况的问题。因此，为保证在欧洲范围内水质和水量的可持续发展，欧共同制定了覆盖面广泛的基础法规。欧洲的水资源的状况归纳如下：　　·虽然自从上个世纪九十年代起，欧共体提出了要达到的水质目标，但是河流水质并没有完全改善。据统计，目前仍有20%的地表水受到严重污染。然而，自七十年代以来，那些污染最为严重的河流得到了改善。　　·因农业生产排放硝酸盐所引起的河流、湖泊、水库、海岸和海水的富营养面源污染还在不断增长，同时，对其所产生的危害性估计不足。　　·在过去的五年中，由于在工业方面、在污水处理方面采取了一些措施，并且在家庭中采用无磷的洗涤剂，因而，磷化合物的排放量已减少了40-60%。　　·在欧洲地下水占饮用水水源的65%。但是，地下水的水质、及其引起的人体健康正受到浓度过高的硝酸盐、杀虫剂、重金属、碳水化合物和有机氯化物等的威胁。　　· 欧洲各国对于水资源的应用各不相同。在地中海国家，水资源主要被用于农业灌溉。而对于北欧诸国来说，水资源主要用于满足居民、公众事业、商业的需求。　　欧洲各国对于水资源的管理是相当复杂的。欧盟的各成员国对于水质和污水处理的观点各不相同，有时甚至是相互对立的。有些国家认为本国经济发展受到了欧洲的环境保护法规的限制。另外，还存在着河流水体边界不清和水源污染的问题。在欧洲，某些河流流经不同的区域和国家，其流域的不同段分别由不同的行政部门或地区单位管理，需要互相间的合作与支持。　　欧盟在水资源管理的立法方面可分为三个阶段。第一阶段为1975年通过的有关地表水的法规和1980年通过的有关饮用水的法规。主要是针对不同类型的水源和不同用途的水的水质：　　·渔业养殖水　　·贝类养殖水　　·游泳水　　·地下水　　第二阶段主要针对排放标准。在这方面有两部重要的法规，1991年通过的硝酸盐法规和城市污水处理的法规（UWTD）。UWTD的主要内容是：　　·所有已建成的区域，根据其规模和所处的位置，必须在1998，2000或2005年底以前逐步建立起污水收集系统和处理系统。　　·根据接受水体对污染的敏感程度，将处理污水处理深度分为一级处理、二级处理或 三级处理　　·污水处理工艺可以由三级连续的处理工艺和被称为预处理的初级处理工艺组成。　　·预处理是通过机械处理，如格栅、沉淀或气浮，去除污水中所含的石块、砂石和脂肪、油脂等。　　·一级处理是通过沉淀池或气浮池去除悬浮的固体物。　　·二级处理是生物处理：污水中的污染物在微生物的作用下被降解和转化为污泥。　　·三级处理是污水的深度处理，它包括营养物的去除和通过加氯、紫外辐射或臭氧技术对污水进行消毒。UWTD实施的最后期限和有关规定见表1。　表1:UWTD实施的最后期限和有关规定人口当量0－20002000－-1000010000－1500015000－+敏感区域如果有收集系统2005年12月31日适当的处理收集系统2005年12月31日二级处理(1)收集系统2005年12月31日深度处理收集系统2005年12月31日深度处理收集系统2005年12月31日深度处理 一般区域如果有收集系统2005年12月31日适当的处理收集系统2005年12月31日二级处理(1)收集系统2005年12月31日二级处理收集系统2005年12月31日二级处理收集系统2005年12月31日二级处理非敏感区域(沿海水域)如果有收集系统2005年12月31日适当的处理收集系统2005年12月31日二级处理(1收集系统2005年12月31日一级或二级处理收集系统2005年12月31日一级或二级处理收集系统2005年12月31日一级例外)或二级处理(1)当排入沿海水体时进行适当的处理　　UWTD的制定是为了改善水体的水质。未经处理的污水的排放是欧洲最显著的水问题之一。各成员国花费了大量的资金用于污水收集和处理设施的建设。　　第三阶段为去年通过的新的水体系的法规（WFD）。WFD将排放标准和水质目标有机地结合在一起。WFD的主要组成部分是：　　·欧洲的所有的水资源将受到这一法规的保护（地表水、地下水、过渡水体和沿海水体）　　· 所有这些水体最终必须达到良好的状态。　　·一种将排放标准和水质标准结合起来的新的方法将被用来实现这些目标。　　·正如某些成员国已经进行的，按流域设置管理机构，处理所有的水资源问题。　　·水的主要价值应集中体现为水价，同时强化谁污染谁付费的原则。　　·居民们将更多地结合在水资源管理过程中。　　·法规将被更简化，但更有效地执行。2.污水处理技术和费用的比较研究　　在这方面的比较研究还是很匮乏的。有两个研究成果值得大家注意。一是1994年水研究中心提出的研究报告[5]，该报告由当时12个欧盟成员国的污泥处理与处置的专家完成；二是1997年在前EWPCA指导下进行的研究[3]，其对15个欧洲国家在污水处理方面有关的观点、数据和不同形式的报告进行了比较。此外，由Kraemer先生和Rudolph先生合作完成的有关部分欧洲国家的污水处理费用的比较[6]。3.目标　　在这种背景下，成立了一个由来自于水资源管理、废弃物管理和工程结构方面的专家组成的专家组(BWK)进行“国际污水净化技术和费用的比较研究” 。　　在这个研究小组成立之前，总部设在Cologne的AEW－Plan工程公司应有关方面的要求曾对欧洲6国在污水净化技术和费用方面进行了详尽地比较。这6个国家是德国、丹麦、法国、意大利、荷兰和瑞士。4.基础数据　　表2简单地给出了有关的基础数据。污水处理的费用与外部条件有很大的关系，这些外部条件相当稳定，不会有太大的变化。然而，我们有必要了解这方面的情况，以便我们理解不同国家间某些特殊的区别。　　在被研究的这六个国家中，荷兰的人口密度最高，其次是德国。国土面积最大的法国，人口密度最低。另外，面积较小的丹麦和荷兰的城市人口的比例高于德国。　表2:基础数据　丹麦德国法国意大利荷兰瑞士人口百万人5.281.858.357.315.57.0面积1000km243.1357544301.341.540121229107190373175 人口密度人/km2城市人口的比例%878475709060降雨mm/年500-750600-950550-900500-1000700-800800-1200　　由于这些国家都处在中欧气候带中，所以各国的年平均降雨量没有很大的差别。只有意大利南部的降雨量很少，瑞士的某些地区的降雨量很高，这些区域都不在研究的范围之内。另外，在研究瑞士的具体情况时必须考虑地表形态的影响。因为在瑞士境内有60%的地区位于阿尔卑斯山脉的区域内，山区的地形增加了建造污水净化设施的费用。5.污水处理概况 　　现将污水处理的的重要数据归纳于表3中。　表3:污水处理数据一览　丹麦德国法国意大利荷兰瑞士处理构筑物的数量座1,67510,51810,3689,800424967城市排水接管率%869390869192污水处理率%858668639090处理人口当量人2.6006,5003,7003,70032,0006,400合流制系统所占的比例%~10053<8080~10070-80用水量145132156249175237 升/人*天　　目前还缺乏有关的标准化指标来评估这六个国家的污水处理厂的数目和分布情况。特别是，对于污水处理厂还没有明确的定义。因此，运用以下某些数据时必须十分的谨慎。在荷兰，污水处理厂的建设正在不断地向高处理能力的方向发展。而在丹麦、法国和意大利污水处理厂的规模一般较小，因而其总体数量较大。　　在大多数国家中，合流制排水系统仍占据着主导地位。但是，现在采用分流制的排水系统正逐渐成为一种趋势。在污水处理厂里进行处理的污水由生活污水、工业废水、渗透水和经处理的雨水所组成。来自于家庭的生活污水量与饮用水量有关，在德国为132升/(人*天)，是所有这六个国家中最少的。尤其是在瑞士和意大利生活污水的量几乎是德国的两倍。有关外渗水量还没有足够的资料。在德国，外渗水量似乎要低于其他各国。由于这6国居民的生活习惯很相似，因而污水的浓度取决于所产生的污水量。6.设计与建造 　　各国家间对污水处理厂的设计和建造过程各不相同。在德国、法国、瑞士和意大利已经形成了自己的一套规范的、昂贵的批复程序。尤其是在德国、法国和瑞士，对环境的维护和治理占了主导的决定因素。对于意大利，这种关系还不是十分的确定。在瑞士，建造过程往往分步进行，每进行两步建造就要进行评估。在荷兰，也有一个批复的程序，但是相关的申请方同时也是批复的机构。在丹麦一般不需要设计的批复和官方的批复，但是当出水值超过了设计极限值时，必须修改设计。在德国，对设计和施工均有相应的合同规定。一般来说，设计由专门的设计咨询公司完成，具体的建造越来越由具工程总包能力的公司完成。在荷兰和瑞士，设计阶段和招标阶段比较相似。在法国、丹麦和意大利，对设计的细节要求相对较少。因此，图纸仍有可修改的余地，其被用于施工公司对项目的评估，施工图设计主要由施工公司完成。　表4:设计和建造　丹麦德国法国意大利荷兰瑞士设计单位设计公司(建筑公司)设计公司(业主)专家(工程师事务所)工程师事务所工程师事务所(业主)工程师事务所(建筑公司)图纸类型初步设计详细设计(初步设计)初步设计(详细设计)初步设计详细设计(初步设计)详细设计私营模式没有少多少、在增加无无 7.设计计算　　这六个国家对于污水处理厂的设计计算各不相同。在德国标准化的设计计算主要是基于行标ATV－A131。相类似的只有在瑞士才有设计标准。在法国和意大利，设计由施工公司完成，公司对知识产权进行严格控制。经STOWA的推荐的动态模拟的计算方法已在荷兰被运用于设计计算中，同时它也在德国、瑞士和丹麦不断地得到了重视。　表5:活性污泥法的设计计算　丹麦德国法国意大利荷兰瑞士输入的数据60%可靠度85%可靠度未定义未定义80%可靠度计算过程非正式Henze&Bundgaard(动态模拟)A131(HSG)(动态模拟)非正式没有标准非正式没有标准非正式动态模拟A131VSA-模式(动态模拟)计算温度6°-8°10°12°?10°根据具体情况而定 　　选择输入的数据对计算结果很重要。在德国，设计时按照85%可靠度进行设计计算。在瑞士设计的可靠度为80%，而在丹麦只有60%。基于安全性的考虑，在德国污水处理厂的设计温度为10°C。8.技术路线　　根据氮化物地去除率，在传统的工艺基础上，各个国家间所采取的工艺有着明显的差异。表6（下一页)给出了这些国家污水处理工艺的主要差别。9.污水处理的费用　　为了对上述6个国家的污水处理费用进行比较，我们对污水处理厂进行了以下的分类：　　从每一个国家中处理规模为（2,000人口当量；10,000人口当量；100,000人口当量）的污水处理厂中各选出两个污水处理厂根据以下指标进行比较：　　·新建的污水处理厂或扩建的旧污水处理厂；　　·通过硝化/反硝化处理脱氮；　　·通过沉淀法或生物法除磷；　　· 基础的处理工艺为活性污泥法，同时结合某些国家特殊的处理方法，例如，在荷兰的克劳塞尔法。　　选择处理厂时必须综合考虑考虑到以上指标。　　对于所有选择出来的污水处理厂的投资和运行费用必须在当地进行研究。费用数据用德国马克表示，参考中央银行的外币兑换率的统计和国家统计局1996年的价格指数进行换算。投资费用根据统一的利率和污水处理厂的使用寿命换算成年平均资本。这与污水处理厂的规模有关。　　运行费用也可相应地确定。由于它与系统的实际负荷和利用率有很大的关系，因此在这里引进了一个因素来显示利用率对运行费用的影响。这个因素的35％为年运行费用，其与系统的复杂程度相关，另外65％则与系统的实际运行负荷相关。　表6:技术路线的比较　氮化物的去除常用的工艺特殊的工艺丹麦全部:·硝化·反硝化除磷低负荷的曝气工艺;同步-好氧污泥稳定;极少生物滤池生物反硝化，生物除磷德国大部分:·硝化·反硝化·除磷曝气工艺;部分生物滤池;厌氧污泥稳定许多两步处理系统，常用生物除磷，接触式滤池，很多方式法国曝气工艺,氧化塘生物滤池， 部分地:·硝化·反硝化·除磷斜板斜管沉淀池，很多方式意大利很少:·硝化·反硝化·除磷曝气工艺去除碳化物，去除污染物质;厌氧污泥稳定常采用机械处理法荷兰全部:·硝化·反硝化·除磷低负荷的曝气工艺;同步-好氧污泥稳定氧化沟,克劳塞尔工艺瑞士很小一部分硝化，几乎没有反硝化，全部:·除磷低负荷的曝气工艺,生物滤池,生物转盘;厌氧污泥稳定生物滤池,斜板斜管沉淀池膨润土在印染废水处理中的应用进展　　　  1．引言    印染废水是我国目前主要的有害、难处理工业废水之一，主要污染物有染料、浆料、助剂、纤维杂质、油剂、酸碱以及无机盐等。其特点是废水量大、水质复杂、有机物浓度高、难生物降解、色深、水质变化快而无规律等特点，其中尤以染料的污染最为严重，其残存的染料组分即使浓度很低，也会造成水体透光率降低，导致生态环境的破坏。因此，如何使印染废脱色是处理的重要问题。   目前国内处理印染废水多以生化法为主，有些也辅以化学法，但普遍存在处理投资费用大、运行成本高、处理效果不佳、色度去除困难等缺点。在此基础上，采用物理和化学处理法的研究也比较多通过吸附、混凝沉淀、化学氧化等均可去除一定的COD和色度。其中，吸附脱色技术是依靠吸附剂的吸附作用来脱除染料分子的。吸附剂包括可再生吸附剂如活性炭、离子交换纤维等和不可再生吸附剂如各种天然矿物（膨润土、硅藻土）、工业废料（煤渣、粉煤灰）及天然废料（木炭、锯屑）等。膨润土是以蒙脱石为主要成份的粘土，蒙脱石是2∶1型层状硅铝酸盐，在层间具有可交换的钙、镁、钠等离子，膨润土颗粒表面往往存在负电荷和正电荷，负电荷又包括恒定负电荷和pH控制负电荷，这些性质决定了膨润土具有良好的吸附、离子交换等性能，在印染废水处理中获得了广泛的应用。本文对膨润土在印染废水处理中的应用研究的现状、作用机理及发展趋势作一综述和探讨。   2．膨润土在印染废水处理中的应用   2.1天然膨润土直接处理印染废水    杭瑚等[1]研究了天然膨润土对阳离子、分散、还原、中性、活性和直接类有机染料的吸附特性。溶液pH值对膨润土吸附影响分两类，一类如分散染料和还原染料，它们水溶性低，主要呈细颗粒分散于水中，易吸附在土粒上而沉降，脱色率相对较高且与pH值关系不大；另一类是水溶性且分子中含有胺基染料，如直接大红、活性红等，其脱色率随pH值减小而升高。   赵东源等[2]利用主要成份辽宁抚顺膨润土为主要成份的天然蒙托土对印染厂废水进行了处理，对pH值、催化剂、蒙托土用量、反应温度、反应时间等因素的影响进行了考察，探索了最佳工艺条件，研究表明，蒙托土对含有酸性阳离子染料的印染废水有较好的处理能力，脱色率达90%以上，COD去除率达96.9%。蒙托土是通过吸附机理对印染废水处理的，具有操作简单、周期适中、易再生、投资少等特点。   2.2膨润土改性处理后处理印染废水   由于未经改性的膨润土对去除废水中有机物和脱色效果较差，故一般用于废水处理的膨润土都要经过改性，增大其比表面积，提高吸附能力。目前膨润土的改性方法主要有三种：焙烧法、酸浸法、盐浸法。这三种方法均能改变膨润土的表面结构，提高其吸附能力[3，4]。   2.2.1焙烧法 刘德汞[5]将优质煤粉与膨润土按3%的比例混合，550℃焙烧2h后对印染废水处理，结果表明与煤粉混合高温焙烧改性的膨润土比直接焙烧改性的膨润土具有更强的吸附能力，水处理后只需较短时间静止就可实现液固分离，且高温活化后可多次重复使用。因此，膨润土与煤粉混合高温焙烧是一种低成本的改性方法。王连军等人[6]通过比表面测定、扫描电镜、Ｘ射线能谱元素测定等，探讨了膨润土的结构与改性机理。研究结果表明：高温焙烧法活化膨润土有较好的效果，其对染化废水COD和色度有良好的去除能力，当投加0.11%改性膨润土，COD去除率可达74%，脱色率达95%以上。为天然膨润土的表面改性及其在染化废水处理中的应用提供了有价值的参考依据。   2.2.2酸浸法   膨润土的主要组分是蒙脱石，其晶体是由铝氧八面体和硅氧四面体层状结构组成，具有离子交换和吸附性能，将其酸性活化后具有更大的比表面和孔径，对印染废水的处理能达到较理想的效果[7]。   宫克[8]用硫酸改性膨润土对分散染料印染废水脱色，pH值的最佳范围为5.5~8.0之间，投药量为200mg/L时，脱色率可达90%以上，效果较好。   夏新奎等[9]将钙基膨润土酸性活化，然后对印染废水脱色处理，当pH为7.0~8.0，加入量达到30g/L 时在室温条件下搅拌时间35min时，其一次性COD去除率达76%，色度去除率达87%；若经双层滤料柱进行过滤处理，色度去除率达93%以上，COD去除率达78%，处理后的印染废水达到国家规定的排放要求。   周珊[10]将200ml色度10000倍、吸光度A为0.2480、pH为6的酸性蓝印染废水，调节pH值3~6后，加入30g20%盐酸酸化处理过的膨润土，慢速搅拌10min，静置20min滤，取其滤液测色度，滤液色度由开始的10000倍降解至400倍，色度去除率高达96%，若再加入600mg/L的FeCl3絮凝剂，絮凝剂沉淀后，色度进一步降至20倍，可达国家工业废水二级排放标准（GB8978-88）的色度要求。   2.2.3盐浸法   裘祖楠等[11]用金属离子（铝盐-镁盐）对膨润土进行改性，对水中活性艳红染料进行了吸附脱色发现改性膨润土还具有一定的光化学催化降解作用。   钙基膨润土通过酸活化、热活化、TiCl4活化、羟基铝和AlCl3活化，对碱性紫染料溶液进行处理，发现用TiCl4和AlCl3活化的膨润土对碱性紫染料脱色率分别达到89%和98%以上，比原土脱色率显著提高；通过Ｘ射线分析发现：TiCl4和AlCl3活化的膨润土具有较大层间距，而且吸附性能明显提高。改性膨润土吸附碱性紫溶液时主要是通过阳离子交换作用和染料分子与膨润土颗粒发生共沉淀作用[12]。    2.2.4其它改性方法   邵颖等[13]对膨润土改性及其在分散大红溶液脱色处理方面进行了研究，采用了新型无机—有机改性方法，对浙江临安膨润土进行改性，有效地将双长链阳离子表面活性剂引入膨润土层间，从而提高了有机膨润土的亲油性和对废水中有机污染物的吸附能力，改性后膨润土在处理分散大红时平衡速度快，吸附性能佳，脱色率可达90%。冀静平等[14]对膨润土改性及对染料废水处理进行了研究。通过对酸性大红BS、活性艳红KE-3B和酸性黑10B等染料废水的实验证明，聚铁改性的膨润土对含各种类型染料废水都有稳定的去除效果。作者认为，膨润土的转型和改性，使膨润土在水中由单晶片形成层状缔合结构，从而在缔合颗粒之间形成吸附容纳有机大分子的空间，增加了晶面间距和膨润土的比表面积。经吸附饱和后的膨润土可用于工业烧砖，使有机物燃烧分解，减少了二次污染。冀静平等[10]的研究表明，经钠改型和羟基铁改性的膨润土吸附剂在投加量为5～6g/L时，处理酸性大红COD去除率达45%，活性艳红COD去除率为71%，酸性黑COD去除率达60%。用氯化十六烷基吡啶（CPC）或溴化十六烷基三甲胺（CTMAB）加入膨润土反应，过滤，再在80~90℃烘干，105℃活化，研磨后过100目筛制得了有机膨润土，该改性膨润土用于处理含苯胺染料的废水效果甚好。   Jae-Hyunbae 等[15]研究了HDTMA－膨润土对阴离子型染料酸性二号橙和阴离子型表面活性剂DBS（十二烷基苯磺酸盐）的竞争吸附行为。KonduruR和Ramakrishna等[16]比较了泥煤、钢厂矿渣、有机膨润土以及飞灰吸附处理染料废水的效果。研究发现，飞灰和矿渣对酸性染料有较高的脱色率；而有机膨润土和泥煤对碱性染料的脱色率较高。   2.3改性膨润土混凝剂处理印染废水   张建英[17]探讨了改性膨润土混凝剂Scpb（改性膨润土混凝剂Scpb是由膨润土添加SCMC和PAC改性制成的80目固体颗粒。主要成份是膨润土、PAC和SCMC）对印染废水的实际处理效果，结果表明：Scpb在短时间内不但能够使COD去徐率达到60%以上，去浊率达70%以上，脱色率达60%以上，而且有较宽的pH适用范围。冯雄汉等[18]研究了有机膨润土混凝剂处理阳离子染料废水的性能，考察了pH值、反应温度、反应时间、膨润土用量、助剂、无机盐等因素的影响。他采用酸和有机铵盐复合改性膨润土，对含100mg/L阳离子染料废水，投入400mg/L的复合改性膨润土，平均脱色率超过99％，COD去除率达92％以上，饱和吸附量明显优于原土。   2.4膨润土与其它工艺联用处理印染废水   周珊等[19]研究了膨润土-絮凝-内电解法处理印染废水。研究结果表明：经膨润土和絮凝后，色度去除率达99.5%，经内电解降解后，COD去除率达98.2%，达到国家印染废水一级排放标准（GB4287-92）。 杭瑚等[20]比较了膨润土吸附-絮凝法与单纯絮凝法处理染料水溶液的脱色效果，前者比后者的脱色率提高40%~200%，使用0.01%的膨润土加0.005%的聚合氯化铝，可使以阳离子染料为主的印染废水脱色率达94%~100%。肖子敬、叶玲等[21]把膨润土Na-Mont和AlCl3交联剂、淀粉S、PVA及偶氮二甲酰胺AZO等材料或化合物混合，用水调匀，经挤压成型后于烘箱中烘干。然后在电炉中以600℃先灼烧4h，再于不同温度800℃下继续灼烧1h，制成膨润土基多孔粘土材料。应用于吸附红色染液废水中最难处理的直接大红和阳离子红X-GRL等。结果表明，该多孔材料对印染废水具有很好的脱色效果，并可克服污泥增多而造成二次污染等缺点。　　3展望　　膨润土来源极其广泛，成本较低，吸附性能较好，在工艺上具有投资小、方法简便易行的优点，尤适合中小型印染厂废水的处理。但目前，利用膨润土处理印染废水主要还处于实验室研究阶段，应用于工业化生产报道还不多，此方法还存在着泥渣的产生量大且难以处理的缺点。因此要进一步扩大在膨润土印染废水处理中的应用，今后的研究中应加强对膨润土改性方法以及吸附饱和膨润土处置技术的研究。 　　另外，由于印染废水的水质十分复杂，单一吸附脱色技术往往难以达到理想的效果。特别对于多种类型染料以及其他有机物的复杂废水，因此需不断开发、研究具有较广适用范围的复合吸附剂和集成脱色处理工艺。　'