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中國污水處理技術發展趨勢

發表時間:2019-05-14 16:59

水污染現狀

  中國環境狀況公報顯示,2008年全國地表水污染依然嚴重,全國七大水系407個國家監控斷面中, Ⅰ~Ⅲ類、Ⅳ~Ⅴ類、劣類水質的斷面比例分别為49.9%、26.5%和23.6%,七大水系水質總體為中度污染,浙閩區河流水質為輕度污染,西北諸河水質為優,西南諸河水質良好,湖泊(水庫)富營養化問題突出;近岸海域水質總體為輕度污染。

十一五期間,淮河、海河、遼河、巢湖、滇池、松花江、三峽庫區及其上遊、黃河中上遊等流域水污染防治規劃,共安排污染治理項目2712個,投資1600億元。截至20089月,已經建成881個,在建960個,完成投資510億元。2008年工業廢水治理投資194.6億元。

  根據政府對再生水的規劃測算,2010年中國城市污水再生設施将達到680t/d,再生水工程新增投資約100億元。

  廢水污染治理新技術

  城市生活污水

  目前,中國城市污水處理主要采用生物活性污泥法。目前形成的較典型的二級處理工藝有:傳統活性污泥法、AB法、A/O工藝、A2/O工藝、氧化溝工藝、ICEAS工藝、CASS工藝、SBBR工藝、BIOLAK工藝等。其中應用較多的為氧化溝工藝和CASS工藝(CASS工藝和BIOLAK工藝為較新型工藝)。

CASS工藝

CASS工藝是一種循環式活性污泥法,是SBR工藝的改進形式,通過曝氣和不曝氣階段的交替運行,實現反應器以厭氧缺氧好氧缺氧厭氧的方式運行。CASS池的變容運行提高了系統對水量水質變化的适應性和操作的靈活性;選擇器的設置加強了微生物對磷的釋放、反硝化、對有機物的吸附吸收等作用,增加了系統運行的穩定性,能很好地緩沖進水水量與水質的波動,有效去除污水中有機碳源污染物,具有良好的脫氮、除磷功能,排出的剩餘污泥穩定化程度較高。同時CASS工藝還能有效防止污泥膨脹。

BIOLAK工藝

BIOLAK工藝是由德國馮諾頓西公司開發的一種具有脫氮除磷功能的活性污泥處理系統。BIOLAK工藝的曝氣頭懸挂在浮鍊上,浮鍊被松弛地固定在曝氣池兩側,每條浮鍊可在池内一定區域蛇形運動,在曝氣鍊運動過程中自身的自然擺動就可以達到很好的混合效果,節省了混合所需的能耗。BIOLAK工藝采用HDPE防滲膜襯裡的土池結構,減少了投資;其活性污泥負荷較低,污泥回流量大,污泥在曝氣池中的停留時間長,減少了污泥量,增加了剩餘污泥的穩定性,有利于後續處置。

  工業廢水處理

  膜技術

  膜分離法常用的有微濾、納濾、超濾和反滲透等技術。由于膜技術在處理過程中不引入其他雜質,可以實現大分子和小分子物質的分離,因此常用于各種大分子原料的回收,如利用超濾技術回收印染廢水的聚乙烯醇漿料等。目前限制膜技術工程應用推廣的主要難點是膜的造價高、壽命短、易受污染和結垢堵塞等。伴随着膜生産技術的發展,膜技術将在廢水處理領域得到越來越多的應用。

  磁分離技術

  磁分離技術是近年來發展的一種新型的利用廢水中雜質顆粒的磁性進行分離的水處理技術。對于水中非磁性或弱磁性的顆粒,利用磁性接種技術可使它們具有磁性。磁分離技術應用于廢水處理有三種方法:直接磁分離法、間接磁分離法和微生物磁分離法。目前研究的磁性化技術主要包括磁性團聚技術、鐵鹽共沉技術、鐵粉法、鐵氧體法等,具有代表性的磁分離設備是圓盤磁分離器和高梯度磁過濾器。目前磁分離技術還處于實驗室研究階段,還不能應用于實際工程實踐。

Fenton及類Fenton氧化法

  典型的Fenton試劑是由Fe2+催化H2O2分解産生•OH,從而引發有機物的氧化降解反應。由于Fenton法處理廢水所需時間長,使用的試劑量多,而且過量的Fe2+将增大處理後廢水中的COD并産生二次污染。近年來,人們将紫外光、可見光等引入Fenton體系,并研究采用其他過渡金屬替代Fe2+,這些方法可顯著增強Fenton試劑對有機物的氧化降解能力,減少Fenton試劑的用量,降低處理成本,統稱為類Fenton反應。Fenton法反應條件溫和,設備較為簡單,适用範圍廣;既可作為單獨處理技術應用,也可與其他方法聯用,如與混凝沉澱法、活性碳法、生物處理法等聯用,作為難降解有機廢水的預處理或深度處理方法。

  臭氧氧化

  臭氧是一種強氧化劑,與還原态污染物反應時速度快,使用方便,不産生二次污染,可用于污水的消毒、除色、除臭、去除有機物和降低COD等。單獨使用臭氧氧化法造價高、處理成本昂貴,且其氧化反應具有選擇性,對某些鹵代烴及農藥等氧化效果比較差。為此,近年來發展了旨在提高臭氧氧化效率的相關組合技術,其中UV/O3H2O2/O3UV/H2O2/O3等組合方式不僅可提高氧化速率和效率,而且能夠氧化臭氧單獨作用時難以氧化降解的有機物。由于臭氧在水中的溶解度較低,且臭氧産生效率低、耗能大,因此增大臭氧在水中的溶解度、提高臭氧的利用率、研制高效低能耗的臭氧發生裝置成為研究的主要方向。

  濕式(催化)氧化

  濕式(催化)氧化法是在高溫(150~350℃)、高壓(0.5~20 MPa)、催化劑作用下,利用O2或空氣作為氧化劑(添加催化劑),(催化)氧化水中呈溶解态或懸浮态的有機物或還原态的無機物,達到去除污染物的目的。濕式空氣(催化)氧化法可應用于城市污泥和丙烯腈、焦化、印染等工業廢水及含酚、氯烴、有機磷、有機硫化合物的農藥廢水的處理。

  等離子體水處理技術

  低溫等離子體水處理技術,包括高壓脈沖放電等離子體水處理技術和輝光放電等離子體水處理技術,是利用放電直接在水溶液中産生等離子體,或者将氣體放電等離子體中的活性粒子引入水中,可使水中的污染物徹底氧化、分解。水溶液中的直接脈沖放電可以在常溫常壓下操作,整個放電過程中無需加入催化劑就可以在水溶液中産生原位的化學氧化性物種氧化降解有機物,該項技術對低濃度有機物的處理經濟且有效。此外,應用脈沖放電等離子體水處理技術的反應器形式可以靈活調整,操作過程簡單,相應的維護費用也較低。受放電設備的限制,該工藝降解有機物的能量利用率較低,等離子體技術在水處理中的應用還處在研發階段。

  電化學(催化)氧化

  電化學(催化)氧化技術通過陽極反應直接降解有機物,或通過陽極反應産生羟基自由基(•OH)、臭氧等氧化劑降解有機物。電化學(催化)氧化包括一維、二維和三維電極體系。由于三維電極體系的微電場電解作用,目前備受推崇。三維電極是在傳統的二維電解槽的電極間裝填粒狀或其他碎屑狀工作電極材料,并使裝填的材料表面帶電,成為第三極,且在工作電極材料表面能發生電化學反應。與二維平闆電極相比,三維電極具有很大的比表面,能夠增加電解槽的面體比,能以較低電流密度提供較大的電流強度,粒子間距小而物質傳質速度高,時空轉換效率高,因此電流效率高、處理效果好。三維電極可用于處理生活污水,農藥、染料、制藥、含酚廢水等難降解有機廢水,金屬離子,垃圾滲濾液等。

  超聲波氧化

  頻率在15~1000kHz的超聲波輻照水體中的有機污染物是由空化效應引起的物理化學過程。超聲波不僅可以改善反應條件,加快反應速度和提高反應産率,還能使一些難以進行的化學反應得以實現。它集高級氧化、焚燒、超臨界氧化等多種水處理技術的特點于一身,加之操作簡單,對設備的要求較低,在污水處理,特别是在降解廢水中毒性高、難降解的有機污染物,加快有機污染物的降解速度,實現工業廢水污染物的無害化,避免二次污染的影響上具有重要意義。近年來利用超聲波直接處理或強化處理有機廢水的研究日益增多,内容涉及降解機理、動力學、中間産物、影響因素、系統優化等方面。

  輻射技術

20世紀70年代起,随着大型钴源和電子加速器技術的發展,輻射技術應用中的輻射源問題逐步得到改善。利用輻射技術處理廢水中污染物的研究引起了各國的關注和重視。與傳統的化學氧化相比,利用輻射技術處理污染物,不需加入或隻需少量加入化學試劑,不會産生二次污染,具有降解效率高、反應速度快、污染物降解徹底等優點。而且,當電離輻射與氧氣、臭氧等催化氧化手段聯合使用時,會産生協同效應。因此,輻射技術處理污染物是一種清潔的、可持續利用的技術,被國際原子能機構列為21世紀和平利用原子能的主要研究方向。

  光化學催化氧化

  光化學催化氧化技術是在光化學氧化的基礎上發展起來的,與光化學法相比,有更強的氧化能力,可使有機污染物更徹底地降解。光化學催化氧化是在有催化劑的條件下的光化學降解,氧化劑在光的輻射下産生氧化能力較強的自由基。催化劑有TiO2ZnOWO3CdSZnSSnO2Fe3O4等。分為均相和非均相兩種類型,均相光催化降解是以Fe2+Fe3+H2O2為介質,通過光助-Fenton反應産生羟基自由基使污染物得到降解;非均相催化降解是在污染體系中投入一定量的光敏半導體材料,如TiO2ZnO等,同時結合光輻射,使光敏半導體在光的照射下激發産生電子空穴對,吸附在半導體上的溶解氧、水分子等與電子空穴作用,産生•OH等氧化能力極強的自由基。TiO2光催化氧化技術在氧化降解水中有機污染物,特别是難降解有機污染物時有明顯的優勢。

SCWO(超臨界水氧化)技術

SCWO是以超臨界水為介質,均相氧化分解有機物。可以在短時間内将有機污染物分解為CO2H2O等無機小分子,而硫、磷和氮原子分别轉化成硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸根和亞硝酸根離子或氮氣。美國把SCWO法列為能源與環境領域最有前途的廢物處理技術。SCWO反應速率快、停留時間短;氧化效率高,大部分有機物處理率可達99%以上;反應器結構簡單,設備體積小;處理範圍廣,不僅可以用于各種有毒物質、廢水、廢物的處理,還可以用于分解有機化合物;不需外界供熱,處理成本低;選擇性好,通過調節溫度與壓力,可以改變水的密度、粘度、擴散系數等物化特性,從而改變其對有機物的溶解性能,達到選擇性地控制反應産物的目的。超臨界氧化法在美國、德國、瑞典、日本等歐美國家已經有了工藝應用,但中國的研究起步較晚,還處于實驗室研究階段。

  鐵炭微電解處理技術

  鐵炭微電解法是利用Fe/C原電池反應原理對廢水進行處理的良好工藝,又稱内電解法、鐵屑過濾法等。鐵炭微電解法是電化學的氧化還原、電化學電對對絮體的電富集作用、以及電化學反應産物的凝聚、新生絮體的吸附和床層過濾等作用的綜合效應,其中主要是氧化還原和電附集及凝聚作用。鐵屑浸沒在含大量電解質的廢水中時,形成無數個微小的原電池,在鐵屑中加入焦炭後,鐵屑與焦炭粒接觸進一步形成大原電池,使鐵屑在受到微原電池腐蝕的基礎上,又受到大原電池的腐蝕,從而加快了電化學反應的進行。此法具有适用範圍廣、處理效果好、使用壽命長、成本低廉及操作維護方便等諸多優點,并使用廢鐵屑為原料,也不需消耗電力資源,具有以廢治廢的意義。目前鐵炭微電解技術己經廣泛應用于印染、農藥/制藥、重金屬、石油化工及油分等廢水以及垃圾滲濾液處理,取得了良好的效果。

  中國污水行業現狀及發展方向

  當前,中國污水處理行業市場存在的主要問題有相關政策、法規體系尚不完善;城鎮污水處理正處于行政管理體制的轉型階段,與市場化的要求還有一定的差距;部分城市污水處理廠的經營、監督主體混淆不清;收費制度實施不到位;投融資體制亟待完善;地方配套的污水收集管網建設滞後,污水收集率低,很多城鎮污水處理廠的水量水質與設計要求相差較大;對企業排污監督制度的不完善,部分工業企業存在不達标排放甚至偷排現象,對城市污水處理廠水質形成很大的沖擊,影響污水廠的正常運行。

  為推動中國污水處理行業的健康發展,必須完善各種排污收費、污水資源化監督管理等的法制規範建設;推行循環經濟發展模式,在工業企業的新建和升級改造時采用BAT技術,實現原材料的減量化、再循環、再利用,以污水資源化為基本,從源頭上減少污水及污染物的産生量;促進污水處理行業的産業化、市場化,在政府的培育、引導、監督下,推動污水處理和再生水回用的産業化發展;施行科學合理的運營管理體制,積極推行PPPBOTABS一體化運營模式;加強政府部門、企業自身、社會公衆的參與監督意識;設立環保基金用于處理突發污染事件和對廢棄工業企業遺留污染的治理。

  總結

  進入新世紀,政府對水污染嚴峻形式的重視程度和治污投資力度逐步加大,全國各大中型城市、縣城生活污水處理設施建設的步伐加快,2008年城市污水處理率達到70.2%;着力推進結構減排,加大對造紙、釀造、印染等行業落後産能淘汰力度,大力推進技術改造;積極推進農村污水的處理和資源化。這些措施扭轉了中國在國民經濟飛速發展的同時,水污染繼續惡化的不良勢頭,顯著改善了水環境。

  今後,要加大對污染源排放的控制力度,工業企業要采用深度處理達到穩定達标排放;除繼續建設污水處理廠外,對已建成污水處理廠要加強運營監管,包括污水處理廠負荷率的提升,污水收集管網的完善,污泥處理處置設施的建設運行,再生水的利用等;采用人工濕地、生态修複、區域截污等措施加強區域綜合治理;增加科研投資,促進新的治理技術和設備的開發和應用;加大水污染防治監督檢查力度,進一步完善水污染防治保障機制;加快相關政策、法規體系的建設;加快污水處理行業産業化、市場化的步伐。


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