污水排海（精选3篇）
污水排海 篇1
近年来我国近海污染严重, 其危害严重的污染物是氮、磷及有机污染物。氮磷的过度排放近海, 造成海水的富营养化, 造成赤潮频发, 据统计我国水域富营养化污染严重, 赤潮发生率和污染面积一直呈上升趋势, 仅2008年我国海域共发生赤潮82次。赤潮发生的海域给海洋生物带来的是灭顶之灾, 被称为是“海上赤魔”。2008年夏季青岛近海涌入大量叫做浒苔的藻类植物, 影响面积2万km2余, 实际覆盖面积一度达400 km2余;农药残留、印染等有机污染物中间体污染水域环境。这些污染物化学性质稳定, 难于生化分解。人若是食用了被污染的鱼和贝类等, 将严重危害人们的健康。为防止近海污染, 排海污水的处理技术是重要的环节。
1 脱氮除磷工艺
19世纪70年代中后期, 我国开始建设城市污水处理厂, 这些污水处理厂均采用了传统推流曝气二级生物处理, 主要处理目标是有机污染物和悬浮物, 对于氮磷的去除率非常低。进入20世纪90年代, 水体中各种污染物尤其是氮磷的标准更为严格, 新建城市污水处理厂必须考虑对氮磷及有机污染物的控制, 老水厂进行了脱氮除磷技术改造。近年来随着科技的发展, 新研制的污水处理技术被不断的推广应用。目前, 国内外城市污水处理厂污水二级处理工艺是采用生化方法, 主要通过微生物的生命运动等手段来去除废水中的悬浮性, 溶解性有机物以及氮和磷等营养盐;双污泥脱氮除磷工艺和SHARON工艺和SHARON-ANAMMOX联合工艺是比较先进的污水处理工艺, 正在推广应用中。
1.1 双污泥脱氮除磷工艺
双污泥脱氮除磷工艺分前后两段, 前段采用活性污泥法, 主要由厌氧池、缺氧池、短泥龄好氧池和沉淀池等组成;后段主要采用曝气生物滤池。系统回流包括污水回流和污泥回流, 污水回流是将部分生物滤池出水回流至缺氧池, 以保证脱氮效果;污泥回流则是将沉淀池污泥部分回流到厌氧池, 其余富含磷的剩余污泥被排掉。厌氧池内有机物被活性污泥快速吸附或降解用于厌氧释磷, 同时以回流污水中的硝酸根为电子受体进行吸磷, 实现了“一碳两用”, 提高了易降解有机物的利用率。短泥龄好氧池通过采用较高污泥负荷和较短泥龄, 使好氧池内的硝化反应不完全, 创造适合聚磷菌生长的环境。曝气生物滤池提高了滤池内硝化细菌的浓度, 硝化细菌因处于专性好氧状态而大大增强了硝化效果。结果表明, 该工艺对COD、总磷和总氮的去除率分别高达85%、95%和90%, 处理效果稳定。另外, 将活性污泥法与生物膜法相结合, 开发出一种新型脱氮除磷处理工艺, 成功地解决了传统工艺中硝化细菌与除磷菌之间的泥龄矛盾问题。不但可达到双污泥脱氮除磷工艺, 同时处理效果稳定, 对水质的适应能力也较强。
双污泥脱氮除磷工艺是一种概念上完全不同于一般脱氮除磷工艺的全新工艺, 对于目前解决脱氮除磷这一难点和热点问题, 提供了一种新的思路, 这种工艺可以大幅度减少COD和氧气的消耗量, 被誉为适合可持续发展的绿色工艺。
1.2SHARON工艺和SHARON-ANAMMOX联合工艺
SHARON工艺是指“短程硝化”工艺; SHARON-ANAMMOX联合工艺是指“短程硝化-厌氧氨氧化联合工艺”, 短程硝化-厌氧氨氧化处理高氨氮有机废水。
SHARON工艺基本原理是将氨氮氧化控制在亚硝化阶段, 然后进行反硝化。用SHARON工艺来处理城市污水二级处理系统中污泥硝化上清液和垃圾滤出液等高氨氮废水, 可使硝化系统中亚硝酸积累达100%。该工艺核心是应用硝酸菌和亚硝酸菌的不同生长速率, 即在高温 (30℃～35℃) 下, 亚硝酸菌的生长速率明显高于硝酸菌的生长速率, 亚硝酸菌的最小停留时间小于硝酸菌这一固有特性, 通过控制系统的水力停留时间, 使其介于硝酸菌和亚硝酸菌最小停留时间之间, 从而使亚硝酸菌具有较高的浓度而硝酸菌被自然淘汰, 维持稳定的亚硝酸积累。工艺中温度和HRT值应严格控制。SHARON工艺由于在反硝化中需要消耗有机碳源, 并且出水浓度相对较高, 因此可以SHARON工艺作为硝化反应器, 而ANMMOX (厌氧氨氧化) 工艺作为反硝化反应器进行组合工艺。SHARON工艺可能控制部分硝化, 使出水中NH4+与NO2-比例为1∶1, 从而作为ANAMMOX工艺的进水, 组成一个新型的生物脱氮工艺。SHARON-ANAMMOX, 联合工艺具有耗氧少、污泥产量少、不需外加碳源等优点[1]。
短程硝化和厌氧氨氧化作为处理高氨氮废水的新兴工艺, 已从小规模试验开始走向工业应用。
2 有机污染物处理技术
2.1 树脂吸附法
吸附法以其能选择性富集某些化合物而受到广泛关注, 采用吸附剂有活性炭、改性纤维素、黏土矿物和硅胶等, 国内已有数十套工业装置投入运行。采用树脂吸附法不仅可处理废水, 还可回收有用的化工原料, 实现环境效益与经济效益的统一。
树脂吸附法的主要特点是适用范围宽, 吸附效果不受所含无机盐的影响;吸附效率高, 脱附容易, 不产生二次污染;可以回收废水中的有用的有机物;工艺简单, 操作方便。近年来该技术在我国发展很快, 工业化应用较多, 可用于吸附回收酚类、胺类、有机酸、硝基物和卤代烃等, 如用于难以处理的1-萘胺、1-萘酚、2-萘酚、周位酸和氨基J酸等萘系中间体废水, 硝基苯、硝基氯苯、苯胺、对氨基二苯胺、邻苯二胺、苯酚和对硝基酚等有机中间体的废水处理。
2.2 反渗透技术
反渗透技术是利用半渗透膜进行分子过滤来处理废水的一种新的方法, 又称膜分离技术。液膜主要由膜溶剂、乳化剂和添加剂组成, 按其构型和操作方式的不同, 又可分为乳状液膜和支持液膜。因在较高压力作用下, 这种膜可使水分子通过, 而不能使水中溶质通过, 可除去水中比水分子大的溶解固体、溶解性有机物和胶状物质。近年来多用于海水淡化、高纯水制造及苦咸水淡化等方面。反渗透技术是膜技术的重要体现, 具有膜薄、比表面积大、分离效率高、速度快、过程简单、成本低和用途广泛等优点, 但是膜的制备技术要求高。在国外该技术已应用于多种有机废水的处理。
近年来, 我国利用液膜技术处理有机中间体生产废水的研究工作进展很快, 并取得很大突破, 很多技术有望实现工业化, 如该技术用于处理以下废水:含酚废水、苯胺、氨基J酸、J酸、4-硝基甲苯-2-磺酸、邻苯二胺、乙酸和萘磺酸钠等。
液膜分离技术作为一种新型膜分离技术, 具有较好的发展前景。目前该技术要解决的关键问题是液膜的稳定性, 寻找快速节能的破乳方法以及开发连续运行的配套专用设备及高性能支撑液膜组件;同时, 应继续探索新的液膜材料、研究液膜法与其他分离技术的有机结构等。
2.3 氧化法
氧化法是一种有效处理高浓度难降解有机废水的方法。通常氧化法主要用于处理高浓度有机废水, 处理后废水再结合生化废水处理。主要氧化技术有化学氧化法、湿式氧化技术和催化氧化法等。
(1) 化学氧化法, 采用化学氧化剂如臭氧、过氧化氢、二氧化氯和氧气等, 存在氧化剂消耗高导致治理成本运转费用高的问题。目前该法在国内主要的研究与应用领域在硝基氯苯、酚类和有机磺酸等废水处理方面。
(2) 湿式氧化技术, 简称WAO, 特别适合处理高浓度、重污染和高毒性废水, 如传统染料、农药及其中间体生产废水。氧化反应后可以大幅度降低COD、BOD值。WAO采用封闭的反应器, 是一种无二次污染、高效和极具发展前途的水处理方法。目前国外已在含氰废水等处理中广泛应用。
(3) 催化氧化法, 催化氧化法是近年来发展起来的有机废水处理新技术, 尤其是光催化氧化技术成为当前有机废水处理技术的研究热点。研究证明, 众多难以降解有机废水在光催化氧化作用下可以有效去除或降解。光催化氧化技术主要采用光敏半导体为催化剂, 以TiO2为主。目前国内已展开大量研究, 如氯化乙烯、吐氏酸和萘乙酸, 以及多种染料和农药中间体的废水处理, 研究主要集中在纳米光催化剂的研制、固定化技术研究、复合光催化材料的研制及高效光催化反应器的研究等方面。另外, 常温常压催化氧化处理技术和高温高压催化氧化处理技术也在研究和开发之中, 催化氧化处理废水技术已成为极具发展潜力的有机废水处理技术[2]。
2.4 萃取技术
萃取法是处理有机废水的一种非常有效的方法, 基于可逆络合反应的萃取分离方法被称为络合萃取。目前国内有多套工业化处理装置运行。
萃取法是利用与水不相溶解或极少溶解的特定溶剂同废水充分混合接触, 使溶于废水中的某些污染物质量重新进行分配而转入溶剂, 然后将溶剂与除去污染物质后的废水分离, 从而达到废水净化和回收有用物质的目的。采用的溶剂称为萃取剂, 被萃取的物质称为溶质, 萃取后的萃取荆称萃取液 (萃取相) , 残液称为萃余液 (萃取相) 。在有机磺酸、有机羧酸、有机胺、酚类及带有两性官能团等有机物废水的治理方面显示出良好的发展前景, 处理了以前传统方法无法解决的难题, 萃取法具有处理水量大, 设备简单, 便于自动控制, 操作安全、快速且成本低等优点, 因而该法具有广阔的应用前景。
3 结束语
中国城镇污水处理厂污染物排放标准 (GB18918—2002) 对污水处理厂的出水越来越严, 特别提高了氮磷的标准。随着我国对水环境质量要求的提高, 上述污水新型脱氮除磷及有机污染物工艺处理技术已多数投入工业化运行中, 有的尚处于研究开发阶段, 代表了废水处理的发展趋势。
污水排海 篇2
阐述了实施大型排海管道施工健康监测的.必要性和迫切性,介绍了结构健康监测系统的概念、组成及其应用,以及大型排海管道施工控制的研究概况和智能控制的关键技术,最后指出了对大型排海管道施工进行健康监测的重大意义.
作 者：王海霞 刘红梅 施小周 WANG Hai-xia LIU Hong-mei SHI Xiao-zhou 作者单位：王海霞,刘红梅,WANG Hai-xia,LIU Hong-mei(南通大学建筑工程学院,江苏,南通,226019)
施小周,SHI Xiao-zhou(南通市建设监理有限责任公司,江苏,南通,226006)
污水排海 篇3
1 模拟模型
为了满足惠州大亚湾石化工业区新增污水排放的需求, 要新建一条污水排海管道, 污水由水下扩散器排入海洋水体中。
1. 1 几何模型
扩散器主管长度为154 m, 共分为三段, 首段内径0. 78 m、中段内径0. 5 m、末段内径0. 3 m。主管上每隔8 m布置一根上升管, 共有20 根上升管, 从入口段开始依次记为1# ~ 20#。1# ~ 12#为第一类上升管, 13# ~ 18#为第二类上升管, 19# ~ 20#为第三类上升管, 上升管管径分别为0. 2 m、0. 21 m、0. 224m, 每根上升管布有两个喷口, 射流角度为20o。为了保证射流出流的角度, 采用导流管来引流, 导流管管径为0. 10 m、0. 104 m、0. 108 m。扩散器具体结构参数见图1。
1. 2 数学模型
扩散器中污水的流动可以看做不可压缩、无热交换的湍流流动, 其运动可以用连续性方程和Reynolds时均Navier-Stokes方程表示, 其控制方程如下［6］:
连续性方程
Reynolds时均Navier-Stokes方程
式中t为时间, ρ 为污水的密度, u为时间平均流速, p为静压, 为Reynolds应力, Si为源项, i和j指标取值范围是 ( 1, 2, 3) 。方程式 ( 1) 和式 ( 2) 采用标准 κ-ε 模型来封闭。
μt可表示成k和 ε 的函数, 即:
其中, k是湍动能, ε 是湍动能耗散率。标准 κ-ε 模型常数的取值为:
1. 3 工艺参数
污水排放量: 3 800 m3/ h;
喷口处水深:25.9 m;
扩散器所在海域海水密度: 1 025 kg /m3;
排放污水密度:0.99 kg/m3。
2 网格划分及边界条件的确定
2. 1 网格划分
利用fluent软件的前处理程序Gambit根据扩散器的几何参数, 按照1∶ 1 的比例建立计算几何体, 并对该几何体分块划分网格。对扩散器主管的规则部分划分非结构网格, 变径部分划分混合网格, 对上升管部分划分混合网格, 网格数目在130 万左右, 见图2。
2. 2 边界条件的确定
进口条件: 采用速度入口条件, 均匀来流速度大小为2. 21 m/s;
出口条件: 采用压力出口条件, 共40 个出口, 每个出口压力大小为253. 82 k Pa;
壁面条件: 侧壁及顶部壁面采用无滑移边界条件。
3 结果及分析
3. 1 模拟结果
利用Fluent软件采用压力基隐式求解方法对扩散器的计算几何体进行了模拟, 得到各上升管处的主管流速、各喷口的平均流速、各喷口的出流流量, 具体结果见表1。
从表1 可以看出, 同一类上升管的喷口流速接近, 并且第一类上升管的喷口流速大于第二类上升管的喷口流速, 第三类上升管的喷口流速最小。所有喷口的流量十分接近。在扩散器主管的第一管段中, 离进口越远流速越小, 变径之后到第二管段, 速度突然增大, 随着流动的继续速度又逐渐减小, 之后变径到第三管段, 速度又有突然增大的过程, 图3 的速度云图可以清晰地表示此变化过程。可以看出对主管进行变径设计可明显地改变主管的流速分布, 进而改善扩散器的出流均匀性。其中, 可以求出扩散器的水头损失为20. 6 k Pa。
注: 上升管的喷口流速和喷口流量分别表示两个喷口的平均流速和平均流量。
3. 2 试验结果
根据上述扩散器的结构参数, 按照重力相似模型, 采取几何比尺为1∶ 10 制造了扩散器的物理模型, 各项模型比尺如下:
几何比尺: λl= 10;
流量比尺:λQ=λl5/2=316;
流速比尺:λV=λl1/2=3.16;
糙率比尺:λn=λl1/6=1.468;
具体物理模型见图4。
在空气中对该扩散器模型的出流均匀性进行了试验, 入口流量为12. 0 m3/ h, 对应于原型流量的相似值为3 792 m3/ h。模型材料采用有机玻璃管, 糙率n = 0. 008。原形钢管的糙率, 若为新钢管时n =0. 011, 一般n = 0. 012, 基本上可以满足糙率比尺的要求。试验得出扩散器的水头损失为22. 4 k Pa, 把在该工况条件下得到的喷口流速、主管流速和喷口流量转化为原型结果的相似值, 如表2 所示。
注: 上升管的喷口流速和喷口流量分别表示两个喷口的平均流速和平均流量。
3. 3 结果对比
把模拟结果与试验结果进行对比, 参见图5 ~图7。从图5 ~ 图7 中可以看出, 采用Fluent软件进行数值模拟所得各喷口流速、主管流速、各喷口流量与制造扩散器物理模型进行试验所得结果相近, 三者的误差分别在3. 6% 、6. 4% 、0. 4% 以内。数值模拟得出的扩散器的水头损失与物模试验所得扩散器的水头损失误差在8. 0% 左右。物理模型试验很好地验证了模拟结果的准确性。
4 结论
( 1) 通过与物模试验结果的比较, 可以得出该项目所选择的边界条件及湍流模型对扩散器内流体流动的模拟都是适用的。使用Fluent软件可以较准确地模拟扩散器内流体的流动情况。
( 2) 在扩散器的设计中, 可以采用Fluent数值模拟的方法对结构参数进行优化, 之后通过物模试验进行校核, 减少物模试验的工作量。
参考文献
[1] 张东华, 王虹.烟台市套子湾污水处理厂排海管道有关参数的确定.海岸工程, 2010;29 (1) :46—52
[2] 王春节, 王可钦.污水排海工程的扩散器水力设计与模型试验研究.海洋环境科学, 2001;20 (2) :47—50
[3] 刘维禄.污水扩散器非均匀排放的水力计算及海水入侵的研究.上海:同济大学, 2007
[4] Shannon N P, Mackinnon P A, Hamill G.Modeling of saline intrusion in marine outfalls.Proceeding of the ICE-Maritime Engineering, 2005;158 (2) :47—58
[5] 王福军.计算流体动力学分析.北京:清华大学出版社, 2012:1 —5