饮用水处理新技术综述（共10篇）
饮用水处理新技术综述 篇1
摘要：随养我国水资源污染的不断加剧, 饮用水处理的难度不断增加, 饮用水安全问题己经引起人们的高度重视。对此, 介绍了几种有效的新兴水处理技术, 以满足人们对饮用水质量的要求。对饮用水处理技术进行系统归类和总结, 具有重要的理论意义和研究价值。
关键词：饮用水,污染物,技术
1 概述
随着人们生活水平的提高和人们对健康意识的逐渐重视, 人们越来越来关心自己的饮用水健康问题[1]。一方面饮用水水源水质日益恶化, 另一方面, 用户对饮用水出厂水质提出了更加严格的要求。对于供水企业来说, 普遍面临原水水质恶化和出厂水水质标准提高的双重压力[2]。现有饮用水常规处理工艺存在安全隐患, 急需技术升级[3]。而目前饮用水处理技术的研究工作大多是独立的、分散的, 缺乏有机联系, 限制了技术优势耦合, 无法满足技术应用的需求。因此进行饮用水处理技术现状评价及技术集成研究十分必要, 从总体的层次上, 对饮用水处理技术进行系统归类和总结, 具有重要的理论意义和研究价值。我国饮用水水源大致可以分为两类:地表水源和地下水源, 其中地表水源包括河流水、湖泊水、水库水、溪沟水和坑塘水;地下水源包括潜水、承压水和泉水。在缺水地区, 降水 (雨) 也可积蓄起来作为饮用水等。由于饮用水源污染的不断严重, 单纯依靠常规工艺 (混凝-沉淀-过滤-消毒) 己经远远不能达到对饮用水水质的要求[7]。针对如何有效去除饮用水中的污染物问题, 近些年来涌现了不少新技术[8]。
2 膜技术
纳滤 (NF) 膜[9]是20世纪80年代末期发展起来的一种新型分离膜, 其特点主要有两个:一是它的截留分子量 (MWCO) 介于反渗透膜和超滤膜之间, 约为200-1000Da (孔径0.5-1.0nm) , 兼有反渗透 (RO) 和OF的特点;二是因其表面分离层由聚电解质构成 (带电荷) , 而使得它对无机电解质具有一定的截留率。即纳滤膜是一种具有纳米级带电微孔结构的分离膜, 其在应用过程中具有两个显著特性:一是筛分效应, 可以截留小分子量的中性溶质-有机物和病毒;二是对于不同价态的阴离子具有筛分和电荷双重效应 (电荷效应又称为Donnan效应, 即离子与膜所带电荷的静电相互作用) , 这就是纳滤膜在很低压力下 (相对反渗透的高压) 仍对离子型无机物具有一定截留率的重要原因。由于纳滤分离兼有RO和OF的特点, 可以同时去除水中有机物和无机离子, 所以将纳滤膜用于饮用水深度处理, 可以将水中的有机物 (包括溶解性有机物和新兴有机污染物) 和有害无机物等一次性同时去除, 但保留对人体有益的矿物质;而且运行管理和MF/UF膜分离一样可以简单地实现自动控制, 既可用于人力资源缺乏的小型水厂, 又可作为臭氧/生物活性炭的替代工艺在大型水厂应用;并且纳滤分离是一种“清洁”的分离技术 (没有副产物) 。所以, 以纳滤膜为基础的饮用水处理工艺, 可能是臭氧/生物活性炭的理想替代工艺。事实上, 目前在以国际河流为水源的欧洲国家, 为了应对由蒸发残留物等问题引发的诸多水处理问题, 已经开始实施由臭氧/生物活性炭工艺向以纳滤分离为基础的饮用水处理工艺转换。
3 活性炭吸附技术
活性炭作为一种环境友好型吸附剂, 具有较强的吸附性和催化性能, 原料充足且安全性高, 耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂、易再生等优点, 对水中溶解的有机污染物如苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力, 而且对用生物法和其他化学法难以去除的有机污染物, 如色度、亚甲基蓝表而活性物质、除草剂、杀虫剂、合成染料及许多人工合成的有机化合物都有较好的去除效果;对水中的重金属也有较强的吸附能力;对水质浑浊有明显的澄清作用, 可以除去水中的异臭、异味, 对细菌也有极好的过滤作用。近些年, 各种活性炭改性研究不断开展, 活性炭与其他工艺的结合成为研究热点。如臭氧氧化处理是利用臭氧的强氧化性对饮用水中的污染物进行氧化, 从而有效去除水中的污染物。臭氧氧化处理是一种高效环保的处理方法, 结合活性炭吸附, 其处理的物质的种类和效率都大大得到提高。Thomasa等研究发现, 活性炭吸附对各种药物残余有很好的吸附性能, 臭氧对特定的药物也有很好的氧化去除效果。两种工艺的联合使得绝大部分药物的处理效率达到97%以上。臭氧氧化-生物活性炭联用技术是以去除难降解的微量有机污染物为主的新型给水深度处理技术, 是对传统的臭氧氧化-活性炭联用技术的改进。
4 硅藻土过滤技术
硅藻土过滤是一种以硅藻土作为过滤介质, 预涂成膜后, 靠细孔吸附、孔道截留和膜过滤使水澄清的深层过滤技术。硅藻土是以硅藻遗骸 (壳体) 为主的硅质生物沉积岩, 具有密度小, 稳定性高, 耐酸、耐热, 吸附性、悬浮性、分散性好, 锻烧加工后湿度低, 渗透性能好等优点, 因此硅藻土非常适合用来生产精细过滤的助滤剂。
陈莉研究了硅藻土处理设备对微污染水的处理效果, 结果表明, 活化硅藻土兼有混凝、吸附的双重作用, 不仅能去除水中的悬浮物和胶体, 还能吸附水中有机物。硅藻土过滤技术是一项符合“地表水处理规范”要求的技术, 具有很好的应用前途。研究文献表明, 硅藻土过滤技术用于给水时, 不仅能有效去除浊度、细菌病毒等常规污染, 还能通过吸附、混凝等作用对有机物进行部分去除, 特别对水中卤代烃物质的去除率较高。另外, 硅藻土过滤技术还适用于重金属、石油、工业废水等突发污染的情。
5 新型气浮技术
针对近年来河湖富营养化日益频繁, 水源受藻类污染的水体, 通常采用预氯化除藻的方法, 这种方法虽然能够满足要求, 但在原水中有机物含量较高的情况下, 存在养由于预加氯而产生较多卤代有机物, 对人体有致癌的危险, 而气浮工艺在不破坏藻细胞的情况下, 对藻类和藻毒素具有较好去除效果, 但一旦原水浊度突然升高或持续升高时, 气浮工艺的处理效果就会显著变差, 并且随浊度的升高越来越差。
针对气浮除藻工艺的缺陷, 刘强等在保证气浮工艺的运行参数的情况下, 对原有的侧向流斜板气浮沉淀工艺加以改进, 即新型气浮-沉淀工艺, 该工艺是将气浮工艺与沉淀工艺有机结合在一起的工艺形式, 能够实现在同一个构筑物内根据原水的浊度或藻类情沉适时切换运行气浮工艺或沉淀工艺, 使气浮与沉淀工艺都能达到良好的处理效果, 满足生活饮用水标准GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》。
6 结论
针对目前饮用水源普遍受污染的情况在近时期内只能依靠行之有效的水处理工艺和技术来达到对饮用水水质的要求。开发高效经济的水质净化技术并建立其调控与强化方法, 这是在技术层次上根木解决我国水质安全保障问题的客观需求, 也是饮用水质安全保障的重要研究内容和技术发展方向。根据水污染的特点, 并结合当地的环境、经济条件, 合理选择适合自身需求的工艺。但从长远角度来看, 应该从源头上解决导致水源污染的问题, 对排污企业进行严格管理, 对生活污水进行有效处理, 对农业而源污染进行科学指导, 构建和谐稳定的水环境。
参考文献
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[4]韩晓刚.城市水源水质风险评价及应急处理方法研究[D].西安:西安建筑科技大学, 2011.
饮用水处理新技术综述 篇2
摘要：水的生物处理技术具有运行成本低、节能、剩余污泥量少、可以处理高浓度和好氧条件下生物难降解有机物质，具有良好的环境效应和经济效应。水的生物处理技术有：塔式生物滤池、生物转盘反应器、生物膨胀床与流化床、生物接触氧化法、膜生物反应器、电生物反应器等。
关键词：环境 水污染 废水处理 生物技术
Biological treatment technology overview
Abstract：Water biological treatment technology with lower cost, energy saving, excess sludge quantity is little, can handle high-concentration oxygen conditions be reconciled biological hard-degradation organic material, have good environmental effect and economic effect.Water biological treatment technology are: tower biological filter, rotating bio-disc reactor, biological expansion bed with fluidized bed, biological contact oxidation, the membrane bioreactor, electricity bioreactor, etc.Key words: environmentwater pollutionwaste water treatmentbiotechnology 正文：
1.背景分析：
随着我国经济的飞速发展和人们生活水平的不断提高，我国的能源、资源和环境问题日益突出。在大面积的地区性缺水的同时，伴随着严重的水污染问题，使得多数江河湖海水质下降甚至失去了使用功能，这进一步加剧了水资源的短缺，形成恶性循环的局面。同时，由于我国矿物能源资源的匮乏和使用的低效，使得我国对再生能源的需求日益增长。在水处理工艺中，采用传统的处理方法要消耗大量能源，并产生大量需要二次处理的污泥，所以世界各国都在不断探索和研究高效低能耗的新型废水处理技术。水的生物处理技术由于具有运行成本低、节能、剩余污泥量少、可以处理高浓度和好氧条件下生物难降解有机物质的特点等，近年来已成为国内外环境科学与工程领域研究的热点。
与其他水处理的技术相比，水的生物处理技术具有以下优势：
①与物理和化学净化技术相比，生物处理更为经济有效。就现代净水技术而言。生物预处理已成物理化学处理工艺的必要补充。该方法投资少。见效快，能去除常规传统工艺不能去除的污染物，操作管理简单，只需增加预处理单元，对后续常规处理单元影响小，同时能使后续工艺简单易行，运行费用增加少，处理效果比较理想，出水水质明显改善，适于大规模推广，适合中国国情。
②对铁、锰、酚、色、嗅、味、浊度及色等均有较好的去除效果。如果设置在沉淀出水后，则可以减轻后续处理的负荷，还可以和其他工艺联合使用，延长过滤或活性炭吸附等物化处理工艺的使用周期，使炭不必再生，仅需经常地反复冲洗即可长期运行，并且可以和臭氧等结合进行深度处理，优势互补，最大可能地发挥水处理工艺的整体作用，提高出水水质，降低水处理费用。
2.生物处理技术
水源水生物处理技术的本质是水体天然净化的人工化，通过微生物的降解，去除水源水中包括腐殖酸在内的可生物降解的有机物及可能在加氯后致突变物质的前驱物和NH3—N，NO2—等污染物，再通过改进的传统工艺的处理，使水源水水质大幅度提高。常用方法有生物滤池、生物转盘、生物流化床，生物接触氧化池和生物活性炭滤池。这些处理技术可有效去除有机碳及消毒副产物的前体物，并可大幅度的降低NH3—N，对铁、锰、酚、浊度、色、嗅、味均有较好的去除效果，费用较低，可完全代替预氯化。
一、塔式生物滤池
轻质滤料的开发与采用，为塔式生物滤池的应用创造了条件。生物塔滤增加了滤池高度，分层放置填料，通风良好克服了普通生物滤池（非曝气）溶解氧不足的缺陷。国外广泛采用塑料材质大孔径波纹孔板滤料，我国常采用环氧树脂固化玻璃钢蜂窝填料。塔式生物滤池的净化作用也是通过填料表面的生物膜的新陈代谢活动来实现的。塔式滤池的优点是负荷高、产水量大、占地面积小，对冲击负荷水量和水质的突变适应性较强。缺点是动力消耗较大，基建投资高，运行管理不便。
二、生物转盘反应器
生物转盘在污水处理中已广泛采用，目前在给水处理领域，对某些污染程度较为严重的微污染水进行了一些研究。日本、我国台湾地区以及国内学者的试验研究表明，采用生物转盘预处理在适宜水力负荷下改善微污染水水质是有效的。
生物转盘的特点表现为，生物膜能够周期的运行于空气与水相两者之中，微生物能直接从大气中吸收需要的氧气（减少了溶液中氧传质的困难性），使生物过程更为有利的进行。转盘上生物膜生长面积大，生物量丰富，不存在类似于生物滤池的堵塞情况，有较好的耐冲击负荷的能力，脱落膜易于清理处置。但存在的不足是生物氧化接触时间较长，构筑物占地面积大，盘片价格较贵，基建投资高。
三、生物膨胀床与流化床
生物膨胀床是介于固定床和流化床之间的一种过渡状态，流化床中的填料随水、气流的上升流速的增加而逐渐由固定床经膨胀床最后成为流化床。生物膨胀床与流化床通过选用适度规格粒径（约为0.2~1.0mm）的生物载体，如砂、焦碳、活性炭、陶粒等，采用气、水同向混合自下而上，使载体保持适度膨胀或流化的运转状态。与固定床相比，从两个方面强化了生物处理过程：一方面，载体粒径变小，比表面积增大，单位溶剂的比表面积可达到2000~3000m2/m3，这大大提高了单位生物池的生物量。另一方面，由于颗粒在反应器中处于自由运动（膨胀或流化）状态，避免了生物滤池的堵塞现象，提高了水与生物颗粒的接触机会；同时可采用控制膨胀率的办法来控制水流紊动对生物颗粒表面的剪力水平，进而控制填料上生物膜的厚度，有利于形成均匀、致密、厚度较薄且活性较高的生物膜。这些都大大的强化了水中可生物降解基质向生物膜内的传递过程，使生物膨胀床、流化床的单位容积的基
质降解速率得到提高。生物膨胀床、流化床含有活性高的较大生物量，处理水力负荷增大，并保证出水水质良好。
采用生物膨胀床与流化床，可解决固定填料床中常出现的堵塞问题，进一步提高净化效率，且占地面积少。但由于保持膨胀或流化状态，消耗的动力费用较高，且维护管理复杂，尤其是当池体比较大的情况，如一旦停止运行，再启动很困难，运行中水力学条件难以控制等。在运行过程中还存在流化介质跑料现象，其工程应用还很少见。
四、生物接触氧化法
生物接触氧化工艺是利用填料作为生物载体，微生物在曝气充氧的条件下生长繁殖，富集在填料表面上形成生物膜，其生物膜上的生物相丰富，有细菌、真菌、丝状菌、原生动物、后生动物等组成比较稳定的生态系统，溶解性的有机污染物与生物膜接触过程中被吸附、分解和氧化，氨氮被氧化或转化成高价形态的硝态氮。反应过程如下：
有机污染物氧化反应：4CxHyOz+(4x+y-2z)O2——4xCO2+2yH2O+Q（1）
氨氮氧化方程式：2NH4++3O2——2NO2—+4H++2H2O+Q（2）
2NO2—+ O2——2NO3—+Q（3）
生物接触氧化法的主要优点是处理能力大，对冲击负荷有较强的适应性，污泥生成量少；缺点是填料间水流缓慢，水力冲刷小，如果不另外采取工程措施，生物膜只能自行脱落，更新速度慢，膜活性受到影响，某些填料，如蜂窝管式填料还易引起堵塞，布水布气不易达到均匀。另外填料价格较贵，加上填料的支撑结构，投资费用较高。
现有生物接触氧化法在曝气充氧方式、生物填料上都有所改进。国内填料已从最初的蜂窝管式填料，经软性填料、半软性填料，发展到近几年的YDT弹性立体填料；曝气充氧方式也从最初的单一穿孔管式，发展到现在的微孔曝气头直接充氧以及穿孔管中心导流筒曝气循环式。在一定程度上，促进了膜的更新，改善了传质效果。
五、膜生物反应器
膜生物反应器是指以超滤膜组件作为取代二沉池的泥水分离单元设备，并与生物反应器组合构成的一种新型生物处理装置，英文称之为Membrane Bioreactor。由于超滤膜能够很好的截留来自生物反应器混合液中的微生物絮体、分子量较大的有机物及其他固体悬浮物质，并使之重新返回生化反应器中，这就使反应器内的活性污泥浓度得以大大提高，从而能够有效的提高有机物的去除率。用于膜生物反应器的膜有微滤膜和超滤膜。
水处理容量小是膜生物反应器法经济，水处理容量大时活性污泥法经济。
六、电生物反应器
将电极装置与生物反应器组合起来就构成了所谓电生物反应器（英文名称为
Electro-Bioreactor）。Mellor等的研究表明，在外加电流的条件下，由于电子的产生，生物膜和固定化酶的反硝化作用得以强化，其反应方程为：
2H++2e—H2（1）
2H2O+2e—H2+2OH—（2）
2NO3—+5H2+2H+—N2+6H2O（3）
显然，通过对水的电解，阴极提供电子，产生氢，而氢作为电子供体与硝酸盐发生了方程
（3）所示的反应，使生化反应速率及去除率得以提高，从而减少了水中硝酸盐的含量。从原理上讲，这种方法除了可以实现反硝化处理外，还可以去除水体中的有机物，但目前对电生物反应器尚处于基础理论和动力学研究阶段，离实际应用还有相当一段距离。
3、技术展望
水源水的水质问题越来越受到人们的重视。上述这些工艺去除有机物的原理是吸附、氧化、生物降解、膜滤等，几种工艺组合起来，互相取长补短，可以综合起到多种去除作用，效果更好。因此，生物处理和其他水处理技术联合应用是目前国内水厂改善出水水质的发展趋势。
此外，生物预处理工艺出水对人体健康的影响还有待进一步研究，如果要从根本上解决水源水水质问题，还须加强污水处理。提高污水处理率．从源头上控制污染物，即加强水源保护。这不仅有利于饮用水水质的提高，水源水水质的改善，更是恢复生态平衡，造福子孙后代的大事。综上所述，可知生物处理工艺，有着十分广阔的发展前景，对于获得有利于人类健康优质水和消除环境污染具有重大的意义。
4、参考文献
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饮用水处理新技术综述 篇3
【关键词】粉末活性炭 饮用水 吸附
【中图分类号】 TQ424.1【文献标识码】 A【文章编号】1672-5158（2013）07-0044-01
1 粉末活性炭简介
活性炭可由含碳物质（如木材、锯末、椰壳、果壳、煤以及焦炭等）经炭化和活化后制成，经高温炭化和活化后的活性炭具有稳定的化学性能，能耐强酸或强碱，能经受住水浸、高温、高压的作用，且不易破碎[1]。根据其外观形状、制造方法及用途等不同，有多种分类方法。从外观形状上，活性炭可分为粉末活性炭、颗粒活性炭、破碎状炭等。作为多孔性吸附剂的活性炭基本上是非结晶性物质，它由微细的石墨状微晶和碳氢化合物部分构成。其固体部分之间的间隙形成孔隙，给予活性炭所特有的吸附性能。
活性炭具有多种机能的最主要原因在于其多孔性结构。活性炭中具有各种孔隙，不同的孔径能够发挥出与其相应的功能。微孔（孔隙直径<2nm）比表面积很大，呈现出很强的吸附作用；中孔（直径2-50nm）可以起到通道和吸附的作用；大孔（直径>50nm）主要是溶质到达活性炭内部的通道，还可以通过微生物在其中的繁殖，使无机的碳材料发挥生物质功能。
2 粉末活性炭在饮用水处理中的应用
自1929年美国芝加哥市一水厂用粉末活性炭去除嗅味开始，粉末活性炭用于给水处理已有80多年的历史，是水处理中最常用的吸附剂。其对水中的色、嗅、味去除效果明显，对农药、酚类和卤代烃等消毒副产物及其前体物均有较强的吸附能力，特别适合受突发性水污染影响及原水水质季节性变化较大的水厂 [2]。美国环保署有关饮用水标准的有机污染物指标中，有51项将活性炭应用列为最有效处理技术[3]。
粉末活性炭吸附水中溶质分子是一个十分复杂的过程，是由分子间力、化学键力和静电引力所形成的物理吸附、化学吸附和离子交换吸附综合作用的结果。活性炭对污染物质的吸附过程主要是物理吸附，其受活性炭的物理结构影响很大，如微孔数量的发达程度等。物理吸附是一个放热过程，不需要活化能，可在低温下进行，可以形成单分子层或多分子层吸附，在吸附的同时被吸附的分子由于热运动还会离开活性炭表面，出现解吸现象；活性炭在制造过程中形成的官能团，使活性炭也具备了化学吸附的性能，此过程需要大量的活化能，需要在较高的温度下进行。化学吸附具有选择性，只能形成单分子层吸附，不易出现解吸现象；在吸附过程中，伴随着等量离子的交换，由静电引力引起的离子交换吸附主要由离子的电荷决定。
2.1 国外研究进展
随着水源污染的日益严重，粉末活性炭在水处理工艺上的应用范围不断扩大，国外对粉末活性炭的研究已经深入到了具体污染物的程度。投加粉末活性炭可以与强化混凝形成互补，提高工艺对腐殖酸、苯酚等的去除效果[4，5]，将DOC的最大去除率由单独使用混凝时的45%提高到76%，使UV254和CODMn的去除率分别达到99%和89%。Maria等还发现，先混凝后投加粉末活性炭进行吸附的效果比混凝剂与粉末活性炭同时投加的效果要好。天然有机物（NOM）、浊度和絮体大小对粉末活性炭去除痕量目标有机物有重要的影响，随着浊度和铝盐混凝剂投加量的增加，形成了大尺寸的絮体，将粉末活性炭包裹，导致MIB的去除效果下降，而天然有机物的特性对粉末活性炭吸附效果的影响比絮体结构的影响更大，主要是因为对活性炭吸附点位的竞争和孔隙堵塞[6-8]，粉末活性炭中大孔和中孔比例的提高有助于解决孔隙堵塞的问题。
2.2 国内研究进展
我国自20世纪60年代末期开始活性炭吸附技术的研究，已取得大量的研究成果，并在实际应用中取得了成功。傅金祥等研究了粉末活性炭应急处理水源水苯酚污染的可能性，结果显示粉末活性炭对苯酚的吸附性能符合Freundlich吸附等温线，在苯酚的平衡质量浓度为0.002mg/L时，粉末活性炭对其吸附容量为1.46mg/g，粉末活性炭吸附20min即达到吸附容量的90%以上[9]。蒋晓风等以乐果、邻苯二甲酸二乙酯、苯和甲醛为目标有机物，研究了粉末活性炭对目标污染水源水的处理效果，结果发现粉末活性炭对前三种污染物的去除效果较好，而对于甲醛类极性小分子即使增加粉末活性炭的投量也不能达到理想的去除效果[10]。粉末活性炭对硝基氯苯和2，4二硝基氯苯的吸附符合假二级反应动力学，在5-25℃的范围内吸附能力随着温度的降低而增强[11]。陈蓓蓓等利用中试装置研究了阿特拉津突发污染的处理措施，结果发现投加粉末活性炭可有效去除阿特拉津，当粉末活性炭投量为50mg/L时，可使初始浓度为0.2mg/L的阿特拉津降到0.002mg/L的标准以下；高锰酸钾与粉末活性炭联用比单独使用粉末活性炭的效果略有改善但不显著，预氯化会降低粉末活性炭对阿特拉津的去除率[12]。2005年的松花江硝基苯污染事件中，粉末活性炭为保障供水安全发挥了重要的作用。赵志伟等针对受硝基苯污染的松花江水，研究了5种不同的粉末活性炭去除硝基苯的性能，发现比表面积最大、碘值和亚甲基蓝值最大、同时水分和灰分含量较低的炭种对硝基苯的去除效果最好[13]；张振宇等进行了粉末活性炭去除硝基苯的生产性试验研究，结果发现当硝基苯超标50倍以上时，投加80mg/L粉末活性炭，吸附时间不低于2h，可将出水硝基苯含量控制在国家标准以下，并具有很高的稳定性[14]。
3 结束语
粉末活性炭具有设备投资小，价格便宜，吸附速度快，对突发性水质污染适应能力强的特点。应用粉末活性炭吸附技术应对突发性有机物水污染事件，保障城市饮用水安全，有着广阔的前景。在使用时处理好炭种选择、投加点、投加方式等问题，对于不同的水质，最佳粉末活性炭处理工艺的确定，主要应通过试验模拟手段或根据已有相似水质水量的现有工艺的经验获得。
参考文献
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[2] 金伟， 李怀正， 范瑾初. 粉末活性炭吸附技术在水厂中应用的关键问题[J].给水排水， 2001， 27（10）：11
饮用水处理新技术综述 篇4
关键词：钠米材料,钠米金属,饮用水处理,纳米技术风险
随着全球人口的不断增加,可用于饮用水供应的水源却在不断减少。据估计,全世界每年约有11亿人受到因缺水而带来的威胁。在发展中国家,每年有35%的人的死亡与水有关。到2025年,全世界将会有一多半的国家面临因为缺水的危险[1]。而随着全世界工业的发展、科技的进步以及大量纳米级污染物质的排放,世界各地均出现了饮用水水源受到污染的状况。在这些受污染的水源水体中,存在着大量纳米级别的生物或非生物的污染物质,这些污染物质靠常规的净水处理工艺很难去除。据世界卫生组织报道,饮用水水源中重金属As、Pb、Hg等的污染已经成为影响公众健康的世界性问题[2]。
这些纳米级的污染物质如何去除,是目前各国研究人员正在努力的一个课题。在过去的几十年里,很多研究人员开始应用纳米金属离子作为饮用水的水处理材料来去除水中的污染物质。纳米金属材料是指材料的几何尺寸达到纳米级(1～100 nm)尺度水平,并且具有特殊性能的金属材料。目前应用比较多的金属材料主要有银、铜、锌、钛和钴等,这些金属材料很多已经使用在饮用水灭菌领域。这些金属颗粒,即使在很低的浓度下,也会使微生物失去活性。微量的金属即显示出其消灭微生物、杀菌和杀灭病毒的特性。然而,为什么还要进一步将这些金属材料减小到纳米级别的颗粒去灭菌呢?主要是因为这些金属颗粒在纳米级别时具有极高的表面积、有效接触时间和较好的洗脱特性。这些特性使得这些材料可以用来作为目前常用的杀菌材料的替代品。另外,合成材料方面的研究发现,纳米金属颗粒应用于杀菌,不但非常有效,而且在合成产品、药剂用量和价格方面都更具有优势。纳米金属颗粒将会在未来的水处理净化方面起到重要的作用[1]。
1 国内应用研究进展
我国在纳米金属颗粒方面的研究开始于上个世纪末。最初的研究主要是利用零价金属降解有机卤化物。与传统的普通零价金属相比,纳米级金属存在许多优势。纳米粒子的小尺寸造成该类材料具有巨大的表面积,使得纳米级的还原性金属的反应活性比传统金属高10～1 000倍。我国研究比较多的传统纳米材料包括TiO2、Ag、Fe、ZnO等。目前国内的研究主要是将纳米金属颗粒应用于污水处理,用于饮用水净化方面的研究比较少。
纳米TiO2在低于385 nm的紫外光照射下,TiO2表面产生的-OH可通过直接或间接的方式与细菌细胞结合,对微生物具有抑制或杀灭作用,从而达到抗菌的目的。陶阳阳等人[3]研究了TiO2光催化对自来水和水源水的灭菌性能,结果表明,水样经TiO2膜光催化处理后可以有效去除细菌,5 min灭菌率即接近100%。李田等人[4]将TiO2固定于玻璃纤维网上形成催化膜,对城市自来水进行深度净化处理,结果显示,自来水中有机物总量去除率在60%以上,19种优先污染物中有5种被完全去除,其他21种有害有机物有10种的浓度降至检测限以下。同时,细菌总数也明显降低,全面提高了水质,达到直接安全饮用的要求。理论上TiO2在灭菌过程中不消耗,且可重复使用。另外,可将TiO2添加到陶瓷、涂料和纺织品中来制造抗菌陶瓷、抗菌涂料、抗菌织物等领域。近年来关于TiO2光催化杀菌技术在水处理领域的应用已受到研究者广泛关注[5]。
Ag作为重金属类抗菌剂的一种,很早就作为灭菌材料使用,也是目前最常用的灭菌材料之一。银离子接触细菌细胞时,与细胞机体中酶蛋白的巯基(-SH)反应,使一些必要的酶丧失活性,从而达到抗菌目的[6]。当前市场上有100多种含有Ag纳米粒子的杀菌剂。这些纳米材料有可以提高UV抑制病毒的处理效果,并能减轻微生物对膜造成的污染[7]。胡粉娥等人[8]制备的13X载银分子筛,负载于分子筛表面及微孔中的银的为纳米银,载银分子筛对大肠杆菌具有较强的抗菌性能。剂量为0.05 mg/mL的2.12%载银分子筛能完全杀灭实验菌水样中的大肠杆菌,虽然天然水样中存在杂质的影响,载银分子筛的杀灭率也可达98%以上,且处理过的水样中银离子浓度低于50 μg/L。邱峰等人[9]研究发现纳米Ag/PVC膜、载银纳米TiO2/PVC膜有明显的抑菌性能,对含大肠杆菌的溶液进行过滤研究,发现膜过滤出水中细菌数明显降低,当膜中纳米Ag、载银纳米TiO2含量均为2%时,改性后膜的细菌截留率分别提高了22%和24%。张敬一等人[10]通过在埃洛石纳米管(HNTs)负载纳米银,将其作为抗菌剂和聚醚砜共混制备杂化抗菌超滤膜,此种方法制得的膜具有更好的抗菌性能,对大肠杆菌及金葡菌的抑菌率均接近100%。
纳米零价铁以其尺寸小、比表面积大、表面活性高等特点在氯代有机物降解方面很早就引起人们的关注。已有研究证明纳米铁对很多有机物具有良好的去除能力,尤其是卤代物。也可用于某些杀虫剂、有机染料、消毒副产物等的去除。同时,纳米铁还可以用于去除重金属离子、Cl-、SO
除了上述常用的纳米金属材料外,纳米ZnO、纳米Cu等也逐渐引起人们的关注,已经有部分研究开始使用这些材料来进行水处理方面的研究[20]。
近年来,人们越来越多的关注双金属联用。双金属纳米材料存在着各种各样的组合如Ag/Fe[21]、Cu/Fe[22]、Ni/Fe[23]、Cu/Zn[20]等。研究结果表明,两种金属协同作用可以取得单金属所没有的高活性和高选择性[24]。
2 国际应用研究进展
国际上对纳米金属应用于水处理方面的研究起始于20世纪80年代,目前的研究成果已经比较多,有些技术也相对比较成熟。所使用的纳米金属材料与我国的基本一致,主要包括Ag、Fe、TiO2、Cu、Zn、Ni等。
国外研究较多的纳米银颗粒主要来源于各种银盐,如AgNO3,AgCl,AgBr,AgI等。其中AgNO3被广泛用于各种消毒灭菌中。根据高山正彦的研究结果,Ag+同其他金属离子相比有非常好的杀菌作用,其最小杀菌浓度(1/6 h)为0.5 μg/ml,最小杀菌浓度(24 h)为0.05 μg/mL,但是对霉菌等静菌作用并不好[25]。根据使用目标的不同,AgNO3的浓度变化范围从0.000 1～0.7 mol/L不同[1]。为了防止银离子转化为零价的银,Ag离子也被用于不同的载体材料上,如颗粒活性炭、活性炭纤维、聚氨酯、沸石、陶瓷材料等,同样显示出其有效性。Le等人使用活性炭纤维作为载休材料,当加载0.05 wt%的银时,其消灭大肠菌的时间需要30 min[26]。据Savage等人的研究,使用非有机玻璃纤维作为载体材料时,使用2.9 wt%的纳米银,其一小时后大肠菌存活率为0,这远比使用含炭材料作为载体的效率要好[27]。
TiO2作为一种具有光催化氧化作用的纳米材料,被国内外普遍使用。但由于TiO2只能在紫外线照射下发生光催化氧化,这很大程度上限制了TiO2的使用。加宽TiO2的使用光谱范围,使其能在可见光下被催化氧化,是目前很多研究者在努力的方向。国外很多研究者将氮掺入TiO2中对其进行改性,将其转化为TiON。通过使用漫反射光谱检测,发现TiON在可见光范围内(400～600 nm)出现明显的变化[28]。除了可以加入氮外,还可以加入C、S、F等非金属元素和金属元素Pd[28]来使得TiO2在可见光范围内发生光催化氧化反应。还有研究者使用其他方法对TiO2进行改性增加其反应光谱范围[29,30,31],改性后的TiO2可发生光催化氧化的光谱范围均明显加宽,光催化氧化性能也有所加强。
1992年,Nakayama等人就研究发现,当纳米ZnO的浓度为1%时,5 min内,对金黄色葡萄球菌的杀菌率为98.86%,对大肠杆菌的杀菌率为99.93%[25]。作为一种有效的抗菌金属材料,ZnO也被负载到膜上,改善膜的性能,经Shrestha等人研究证明,负载了ZnO的膜在抗菌性与使用寿命上大大延长[32]。
纳米技术的出现为膜技术带来了研发适合抵抗多种污染物、具有多功能膜的机遇。目前国外研究较多的是将纳米金属颗粒与膜技术结合使用。如TiO2经紫外线照射可成为一种灭菌剂,并能降解大量的有机污染物。将这种光催化及抗菌纳米颗粒应用于水处理技术,可以创造出一种能够减轻膜污染,并同时去除一些小尺寸颗粒(不能被膜截留的污染物)的方法。有研究者通过使纳米TiO2沉积在芳香聚酰胺膜上,制得了复合薄膜,用于解决膜污染问题[33,34]。而将银离子加载到膜上,可以有效增加膜的杀菌效果与抗污染效果[35,36,37,38]。
双金属纳米颗粒与膜联用在国外的研究也比较多,Fe/Ni[39,40,41]、Fe/Pd[41,42]、Pd/Au[43]和零价铁[44]等与膜联用,可以用来去除水中卤代有机物的污染。与现有技术相比,双金属纳米颗粒与膜技术联用技术除污速度更快、效率更高。
3 国内外研究差距与建议
对比国内与国外在金属纳米材料方面的研究,可以看出国内外的研究基本一致,都集中于比较常用的几种纳米金属材料上。但国内外的研究也存在明显不同:①国内学者进行的研究基本上处在实验室阶段,且其研究结果的可重复性与稳定性都需要进一步考核。而国外学者的很多研究结果都基本上得到了不同程度的验证,而且更多的趋向于努力将这些高端材料向实际的工程应用方面转化。比如在TiO2研究方面,国外很多研究人员正通过对TiO2进行改性,研究增加其在可见光范围内的光催化氧化性能。②国内研究人员将纳米金属与其他载体相结合用在水处理方面的应用比较少,现在的研究则只进行了简单的过滤杀菌效果方面的研究。国外研究人员则将纳米金属颗粒与膜处理相结合进行多方面的研究,包括膜抗菌性、抗污染性以及膜的使用寿命方面等。随着全世界对饮用水水质要求越来越高,这些研究对于未来生物膜的工程化应用会更加有用。③国外现在对纳米金属颗粒的研究,除了寻找更多更好的纳米金属颗粒外,很多研究趋向于如何降低其制作成本上。因为一个新技术的推广应用,如果没有一个市场可以接受的价格,则很难被应用。④现在,国内外越来越多的研究者开始研究纳米金属颗粒与双金属纳米颗粒的制作方法以及将这些纳米材料与其他载体材料相结合的方法。很多情况下,这些纳米材料很难与载体材料紧密结合,在使用过程中很容易被洗脱下来,国内学者在这方面的研究则有所缺乏。
鉴于这些不同与差距,建议国内的研究者们将更多的精力投入到研究如何将这些新技术应用到实际工程方面。如研究如何提高TiO2在可见光下的光催化氧化性能;如何降低纳米金属颗粒的制作成本;如何提高纳米金属颗粒的负载技术等方面。
4 纳米材料的潜在风险
尽管纳米材料在饮用水净化方面有很多优点,但纳米粒子对健康的影响还不得而知,更不用说其暴露和暴露途径及其在环境中的转化和归宿问题。美国Rice大学Mark Wiesner[45]最早对水体中纳米材料对组织的暴露进行研究。研究结果表明纳米材料能够以很高的速率在水层和土壤中传输。由于纳米材料的粒径介于单个原子、分子和常规材料之间,因而更易被生物组织吸收,生物组织和纳米材料的相互作用也可能对活细胞产生不利影响。之后,各国研究人员[46,47,48]均开始对使用纳米材料产生的潜在风险进行评价研究。中国科学院院士、国家纳米科学中心首席科学家解思深[49]也提出,在纳米产品生产过程中产生的污染、纳米产品技术不过关、对纳米产品认识不足等因素都会给人类带来危害。
目前,世界各国的研究人员已开始研究纳米材料对自然界、人类及其他生物造成的危害进行研究。但在这方面的研究仍显不足,有待深入。因此,我们在享受纳米材料带来好处的同时,也要对纳米材料带来的风险做好准备。
5 结 语
纳米金属颗粒作为一个新兴的技术,已经在很多领域得到了应用,同样也可用于饮用水处理与污水处理行业。纳米金属颗粒的特性使得其在净化处理水体中一些难降解有机物污染、无机阴离子以及部分重金属离子污染上有明显的优势。纳米金属离子同时可以负载到生物膜、陶瓷颗粒等载体上,提高水处理效果的同时,延长载体的使用寿命。双金属纳米颗粒的协同作用具有更高的选择性和更高的活性。负载双金属纳米颗粒的载体除污速度更快,效率更高。但纳米技术使用过程中存在一定的风险,因此纳米技术应在合理范围内使用,并对其使用过程与后续产物进行严格控制。
污水处理技术综述与方案比选 篇5
1.1 污水处理方案选择
开发区为规划新区，现状仅有零星的天然排水沟渠，没有任何污水处理设施，管网和污水处理厂都需重新规划设计。雨水、污水管网规划和河道整治一并进行，且整个规划区内的污水收集后输送至污水处理厂进行二级处理，以满足污水排放的要求。由于城市污水处理厂工程的建设和运行不但耗资巨大，而且受诸多因素影响，其中处理方案的优化对确保污水厂的运行性能和降低费用最为关键。按照南充市城市规划，该规划新区污水汇至沿河道主干管后，输送至下游的城市污水厂集中处理。毕业设计课题中由于仅针对该规划新区，因此为满足毕业设计工作量和内容深度要求，考虑该规划新区城市污水单独进行生化处理。
污水处理方案的选择分析：
由于该规划新区排水范围不大（约1.957 km2左右），污水处理方案之一是将整个新区的污水收集后输送至旧城区处理。这一方案的优点是，在一定程度上可以减少初期投资费用。但是缺点也有很多，如由于该新区地形的整体坡度较大，排水管线太长会造成管道埋深过大，并会由此设置中途提升泵站，增加管网投资维护费用及日常泵站运行的费用，导致纳入旧城区污水厂获得的收益都不够弥补修建管渠的投资费用。而在规划新区单独修建污水厂就会避免这些情况的发生。
另外，从目前国内城镇污水处理设施的建设现状来看，多采取在城区中单独修建污水处理厂的方式，其建设、运营和管理维护具有较多的可借鉴经验。从水资源持续利用的角度看，考虑规划区建成后对污水进行回用，若是将污水纳入旧城区处理，需要修建较长的管道将回用水从旧城输送到新区，管网投资较高。从毕业设计课题训练的角度，该规划新区雨污分流后收集的污水单独修建污水处理厂进行处理，也是本设计课题的主要内容。
当然，在新区内单独修建污水处理厂也有其不足之处，比如：新建污水厂占地大，运行管理不方便，劳动定员单独安排，运行管理费用增加等。但是，新建污水厂可选用高效节能的设备，稳定可靠、占地少且经济实用的污水处理先进工艺及污泥处理先进技术，使厂区面积小，污水处理效率高，经济效益好，且便于管理运营。
从整体优化的观念出发，结合设计规模、污水水质特征以及南充市的实际条件和要求，通过科学地规划和设计管网系统，采用高效节能、占地少、技术先进的脱氮除磷优化工艺，处理效果和运行管理都将等同于甚至优于城区统一建设的污水处理厂厂址选择
污水处理厂，实现环境效益、社会效益和经济效益的统一。在满足治理污水要求的前提下，该方案具有建设的经济性和实施的可行性。
河道两岸污水量分别为142.5L/s及102.2L/s，河道为人工河道，且水深3m，管道过河的设计施工可与河道整治一并进行，因此，两岸污水统一进入该规划新区污水厂，集中处理区内污水，实现城市污水的达标排放，具有良好的可行性。
综上所述，本课题确定在规划新区内集中收集河道两岸的污水，单独修建污水处理厂，集中处理区内污水，达标排放，以满足水环境保护的要求。并且通过优化方案，使得污水处理厂的处理效果和运行管理都将等同于甚至优于城区统一建设的污水处理厂，实现环境效益、社会效益和经济效益的统一。
1.2 厂址的选择与确定
1.2.1 厂址的选择原则
在城市污水处理系统中，污水处理厂厂址的选定是重要的环节，它与城市的总体规划、城市排水系统的走向、布置、处理后污水的出路都密切相关。污水处理厂的厂址选择应根据城市总体规划，结合污水厂规模和城市规划地形等因素综合考虑。在一个城市（区）中，选择污水厂的厂址时，依据《室外排水设计规范》、《城市排水工程规划规范》，通常应遵循下列原则：
①符合城市总体规划和排水工程专业规划的要求； ②在城市水系的下游并应符合供水水源防护要求； ③在城市夏季最小频率风向的上风侧； ④有良好的工程地质条件；
⑤少拆迁，少占良田，与城市规划居住、公共设施保持至少30m的卫生防护距离；
⑥有扩建的可能；
⑦厂区地形不应受洪涝灾害影响，防洪标准不应低于城镇防洪标准，有良好的排水条件；
⑧靠近污水、污泥的排放和利用地段；
⑨有方便的交通、运输和水电条件。
1.2.2 厂址的选择与确定
为了避免污染建筑的不利影响，污染建筑布置应在主导风向的下风向，最小污水处理厂厂址选择
风频的上方向。由于该地区的主导风向为西北风向，从这个因素考虑将污水厂建在开发区的东南方向对环境影响最小。从地形图上可以看出道路低点位于规划地块内邻近滨江路的东南地块，地面设计标高约为285.1m，人工河道把规划区划分为两个排水组团，由西向东流经整个片区。因此，拟将污水处理厂选择在该区域东南部空地。
①污水厂选址位于城市的下风向，且附近建筑少，与居住区有适当的安全距离，满足卫生要求。拟建污水厂位于河道下游的岸边，其出水排放对整个规划片区影响不大，对水环境质量的潜在影响较小；
② 拟建厂选址区域地势较低，有利于污水管道的重力自流，减少污水泵站的设置，并相应减少整个市政管网的费用；
③ 污水厂选址区域不占农田无需拆迁，无集中饮用水水源，且地质条件可行，交通方便。
综上所述，在满足有关污水处理厂选址规定以及符合规划区总体规划的前提下，同时考虑风向、地质条件、地形、河流情况、经济等条件。将拟建污水处理厂厂址选择在开发区的东南地块内（具体位置见管网平面图），可行性良好。
1.2.3 建厂条件综合论证
城市污水处理厂尾水排放形式的确定需考虑受纳水体的水质、水体功能、流速、流量、河道情况、处理水的水质、水量等因素。
尾水排江主要有江心排放和岸边排放两种形式。江心排放指铺设较长管道将污水直接排入河中。岸边排放分直接岸边排放和间接岸边排放。所谓直接岸边排放是指尾水通过排污管道直接排入江河；间接岸边排放即充分利用项目排口所在地的湿地对尾水进一步处理，降低尾水的污染物浓度。江心排放的工程造价较高，施工期间影响航行，一般大型污水厂或只经过一级处理就排放的才采用。在基本不影响河流水质的条件下，尾水岸边和河中排放都能有效降低排污口附近区域的污染物浓度，加快下游河流污染物的稀释扩散作用。因此，本工程采用岸边排放的方式。
为了最大程度的减小污水厂产生的臭气对周边环境的影响，还可以通过工程措施来减小这种环境污染，主要可以对水污染控制、恶臭污染物控制、噪声防治、污泥处置、风险事故控制等方面采取措施。① 水污染控制措施
与环保部门共同监测污水水质，在污水厂正常排放口安装废水在线监测仪，监测废水中pH、流量、氨氮和COD等指标，掌握尾水排放的达标情况。污水处理厂厂址选择
根据进厂水质、水量变化，调整运行工况。做好日常水质化验、分析、保存记录的各项资料。
及时整理汇总、分析运行记录，建立运行技术档案。建立各构筑物和设备的维护保养的档案。建立信息系统，定期总结运行经验。② 恶臭污染物控制措施
污水处理厂在污水处理的同时，会产生的具有异味的副产品。臭气的主要成份是硫化氢(H2S)、氨、四硫醇类等，主要来自腐化污水和污泥。这些臭气难免对周围环境造成影响，为了减少臭气对周围环境的不利影响，污水处理厂内设置生物除臭措施。污水处理常用的方法有：化学吸收法、生物法、土壤法三大类。
近年来，生物除臭技术以其工艺相对成熟、基建费用低、操作维护简单、无二次污染等特点而在实际应用中逐渐推广，已成为城市污水厂臭气处理的主流工艺。因此本设计选用生物除臭技术。
对于任意一个高效的恶臭气体控制和收集系统而言，臭源的密封和臭气的收集都是一个极为重要的关键因素，因为该系统从源头决定了恶臭控制和处理系统的能力及大小。对污水处理厂而言，应该采取密闭回收、集中处理的治理方法。此外，在臭气收集系统的设计中还需要考虑安全生产问题、防腐问题，以及户外加盖材料的防紫外线问题。③ 噪声防治措施
噪声主要来源于各种泵、风机以及起重和搅拌机械产生的机械动力性噪声。噪声防治措施包括：
选用新型低噪声设备，并采取降噪、隔声措施，使作业场所的噪声强度符合《工业企业噪声控制设计规范》的要求。空压机、风机、水泵等噪声设备应设单独房间，并尽可能安排在底层，外墙开门窗，内窗采用双层密闭隔声观察窗，如内墙留有门窗，则必须与生产区之间设置隔离通道以隔声，并设立隔声值班室。
此外，在污水处理厂中通过种植绿化带，既能美化环境，又起到降噪的作用。④ 污泥处置设施
本设计采用机械脱水的污泥处理方法和污泥外运作农用的最终处置方法，该方法基本实现污泥稳定化、减量化。为了进一步减缓污泥处理和处置对环境影响，提出以下控制措施。
经过处理的污泥虽然是一种很好土壤改良剂，处理污水种类不同污泥中会含有不同份量的病原菌、难降解有机物以及重金属，因此将污泥直接用于农肥会造成许多环境生态问题。
据文献资料，采用污泥农用工艺，其中复合微生物肥的效果是比较好的。复合微生物肥是以污泥作为原料生产出的耐高温、耐干旱的菌种，这些菌种包括了污水处理厂厂址选择
固磷菌、解磷菌以及解钾菌，这三种菌种互相不具有抑制作用，且当施进土壤之后能够起到固定磷钾、促进吸收的功效。这种复合微生物肥要比其它类型的生物肥存活能力更强，可达2~3倍。经实际测算，复合微生物肥的利润为每吨200元。
此外，如果污泥不能及时外运，必须设置污泥临时贮存场地。为了避免二次污染发生，临时贮存场地必须是一个独立的有盖单体，防止雨水、大风对其的影响。
⑤ 风险事故控制措施
1）个人防护
接触酸、碱的作业人员配备符合要求的工作服、靴、手套、口罩和防护眼镜，防止或减轻眼睛和皮肤的化学性灼伤。按照《工业企业职工听力保护规范》的规定，对工作场所噪声接触卫生限值超标和有可能每班接触噪声LAeq18h≥85dB的工人配备3种以上声衰值足够、舒适有效的护耳器(耳塞或耳罩)，并经常维护、检修，定期检测其性能和效果，按期更换，确保处于正常使用状态，保障作业工人身体健康。
2）应急救援
在污水处理工位设置硫化氢高毒作业区域红色警示线和告知牌，说明产生职业中毒危害的种类、后果、预防以及应急救治措施等。
设置自动报警装置和事故通风设施，其通风换气次数不小于12次/h，通风口的位置应设在墙面的低部。
使用盐酸和氢氧化钠的工序有可能发生化学灼伤事故，其工作地点应设置冲洗眼睛和皮肤的事故喷淋装置，其服务半径(距离酸、碱作业点)宜15m内，一旦溅到眼内或皮肤，按操作规程可及时冲洗和救治，防止或减少对眼睛和皮肤的损伤。
作业工人一旦发生中毒，应首先报警，有组织地实施应急救援预案，防止为救人而死亡的悲剧发生。中毒者应立即脱离现场，更换衣服，给氧气吸入，保持呼吸道畅通，防止喉及肺水肿的发生，并配备足够数量的氧气呼吸器及急救药物。污水处理厂厂址选择 污水处理厂处理规模的确定
污水处理厂处理规模的确定，对于污水厂工艺选择来说也是十分必要的。不同的进水水量有着不同的相适应的主体工艺。
2.1 规划建设年限
片区污水处理厂及配套主干管工程建设年限：近期：3年 远期：5年
2.2 污水量的设计计算
根据《城市排水工程规划规范》(GB50318-2000)，城市排水工程规划期限应与城市总体规划期限一致。在城市排水程规划中应重视近期建设规划，且应考虑城市远景发展的需要。且污水处理厂规模应根据平均日污水量确定。
根据《南充市规划新区控制性详细规划》文本，规划区污水量按给水量的85%计，（即产污系数为85％）计算，即近期为340L/cap.d，远期为480 L/cap.d，结合污水管网设计远期计算结果，确定远期污水厂处理规模为2.2×104 m3/d。项目分期建设，近期规模为远期规模的1/2，即1.1×104 m3/d。
（1）近期水量计算 规划新区近期平均污水量
Q1.1104m3/d127.315L/s0.127m3/s
由此求得，总变化系数KZ2.72.71.58 0.110.11Q127.315则污水厂近期最高日最高时流量
QmaxQKZ1.11041.581.738104m3/d201.157L/s0.201m3/s（2）远期水量计算
结合管网计算结果，确定污水厂远期规模，即开发区平均污水流量
Q244.696L/s2.11104m3/d
取污水处理厂远期设计规模为2.2104m3/d254.63L/s0.254m3/s。由此求得，总变化系数KZ2.72.71.47 Q0.11254.630.113 污水处理厂厂址选择
则污水厂远期最高日最高时流量
QmaxQKZ2.21041.473.234104m3/d374.306L/s0.374m3/s（3）各构筑物设计流量
污水厂的各处理构筑物，采用不同的设计进水水量。根据污水量的实际变化，各构筑物的处理工艺特点及其他污水厂的一些设计经验，最终确定：预处理和一级处理涉及到处理构筑物（粗格栅、提升泵房、细格栅、沉砂池等）采用最高日最高时的污水量来进行相关设计计算。二级处理涉及到的处理构筑物（生物处理构筑物，二次沉淀池）采用最高日平均时的污水量进行相关计算。污水厂设计进、出水水质
3.1 污水厂设计水质
3.1.1 进水水质论证
污水处理厂的进水水质对于整个污水处理厂的规划设计来说都是至关重要的。它不仅决定着主体处理工艺的合理选取，还关系到整个工艺流程的确定。污水厂的处理流程是根据进水水质和出水水质，确定出需要达到的处理程度后，再进行比选。
《室外排水设计规范》（GBJ50014-2006）中规定，城市污水处理厂的设计水质应根据调查资料确定，或参照邻近城镇类似工业区和居住区的水质确定。
因水质受多种因素的影响，实际值是时刻变化的，因此还需要参照同类地区污水处理厂的实测与设计数据，来确定本工程的设计水质。
部分地区部分污水处理厂的进水水质
厂名 唐家沱污水处理厂 唐家桥污水处理厂 南充区城市污水处理厂 自贡市污水处理厂 成都污水处理厂 绵阳污水处理厂 CODCr
BOD5SS NH3-NTP TN
（mg/L（mg/L）（mg/L）（mg/L）（mg/L）（mg/L））300 220 320 300 400 350
128 144 160 200 110
220 170 189 200 260 230 27 32 25 35 30 2.7 5.7 8 7 5.1
23.07 38 38 40 35
pH
— 7.6 — 7.5 — 6.8 污水处理厂厂址选择
本次设计的污水处理厂的污水来源主要为规划新区的居民生活污水以及宾馆、酒店等公共建筑排水，无工厂工业废水。各公共建筑产生的污废水，也都是经过自行处理，达到《污水排入城市下水道水质标准》（CJ343-2010）的各项指标后，再排入城市排水管网的。由于该城区的居民生活习惯基本无异于南充城区其他商住区，因此，该开发区的生活污水水质等同于普遍的生活污水。所以，可通过对重庆主城区或部分类似功能定位的商住区的污水厂的进水水质情况的整理归纳，最终确定出本次设计的污水处理厂的设计进水水质。
综合上表中所列的各项污水指标，参考开发区规划资料，确定本次设计开发区的城市污水处理厂的设计进水水质如下表。
规划新区污水厂设计进水水质
CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS（mg/L）180～260 220
NH3-N(mg/L)27～35 32
TP(mg/L)3.0～6.0 4.5
TN（mg/L）35～40 38
pH 6.8~7.5 7.2
水温（℃）12~30 18
碱度
220～400 110～200 310 160
220～
270
245 上表所列为根据收集的资料所总结出的设计进水水质，待到污水厂实际运行时，会根据污水水质实际监测结果，最终确定出污水厂的实际进水水质，而对污水厂进行调控管理。
另根据常年水质监测，最冷月平均水温为10℃，最热月平均水温为28℃。实际水温可在污水厂正式运行后，根据水质监测结果，最终确定。
3.1.2 设计出水水质与处理程度
出水水质：因污水处理厂出水受纳水体水域功能要求为GB3838-2002地表水Ⅲ类，且结合总体规划，目前按照GB18918－2002的规定，应执行一级标准的B标准，条件成熟时，实施提标一级A标准。具体见表1.2。
出水水质一览表
序号 1 2 3 4 5 6
水质指标 CODcr BOD5 SS TN NH3-N TP
浓度(mg/L)/B标
20 20 20 8 1
浓度(mg/L)/A标
10 10 15 5 0.5 污水处理厂厂址选择
根据以上确定的污水处理厂进水水质和出水水质，各污染物要求达到的处理程度见下表。
污水处理程度
污染物 COD BOD5 SS TN NH4+-N TP 进水浓度(mg/L)310 160 220 38 32 4.5
出水浓度/B标
(mg/L)
≤60 ≤20 ≤20 ≤20 ≤8 ≤1
去除率/B标（%）≥80.64 ≥87.50 ≥90.91 ≥47.37 ≥75 ≥77.78
出水浓度/A标
(mg/L)
≤50 ≤10 ≤10 ≤15 ≤5 ≤0.5
去除率/A标（%）≥83.87 ≥93.75 ≥95.45 ≥60.53 ≥84.38 ≥88.89 污水处理工艺方案论证及流程说明
4.1 污水处理技术综述
现阶段，用于城市污水厂的处理工艺众多，主要有传统活性污泥法与生物膜法。传统活性污泥法：氧化沟工艺，SBR工艺，AB法工艺及这些工艺的改进型。生物膜法： 曝气生物滤池等。
众多工艺都在实际工程中都得到了应用，并且都已取得良好的处理效果。但这些工艺并不都是普遍适用的，他们都各有优缺点，也都有其适用的具体领域。熟悉了解国内外这些工艺，对其利弊进行客观的辨正分析，因地制宜地合理选择适用技术，对我们的城市污水处理工程设计和建设都有着重要意义。
城市污水处理技术发展已近百年，大都采用的是以活性污泥为主体的工艺。
2000年5月29日颁布实施的《城市污水处理及污染防治技术政策》中规定日处理能力在20万立方米以上(不包括20万立方米/日)的污水处理设施，一般采用常规活性污泥法。也可采用其它成熟技术。日处理能力在10~20万立方米的污水处理设施，可选用常规活性污泥法、氧化沟法、SBR法和AB法等成熟工艺。日处理能力在10万立方米以下的污水处理设施，可选用氧化沟法、SBR法、水解好氧法、AB法和生物滤池法等技术，也可选用常规活性污泥法。这些工艺均具有污染物去除率高，抗冲击负荷强，可不设初级沉淀池，有时还可不设二次沉淀池，结构较为简单，操作较为方便。但中小型污水处理厂具有进水水质水量变化较大、处理条件不宜控制等特点。由以上叙述可以看出，以A2/O、氧化沟、SBR工艺和AB法工艺的应用最为广泛。
由于污水处理厂远期处理规模为3.2万吨/天，属于小型污水处理厂，而且设计对脱氮除磷有要求，故选取二级强化处理工艺。根据《城市污水处理及污染防治技术政策》，在对氮、磷污染物有控制要求的地区，日处理能力在10万立方米以下的污水处理设施，除采用A/O 污水处理厂厂址选择
法、A/A/0法外，也可选用具有除磷脱氮效果的氧化沟法、SBR法、水解好氧法和生物滤池法等。考虑后两种方法在国内还不太成熟，A/O法与A/A/0区别不大，所以最后确定可供选取的工艺有：A/A/0工艺，SBR及其改良工艺，氧化沟工艺。
4.1.1 A2/O工艺
A2/0工艺流程见图1.1。
图1.1 A2/O工艺流程图
工作原理：
污水首先进入厌氧池与回流污泥混合，在兼性厌氧发酵菌的作用下，废水中易生物降解的大分子有机物转化为VFAs这一类小分子有机物。聚磷菌可吸收这些小分子有机物，并以聚β羟基丁酸（PHB）的形式贮存在体内，其所需要的能量来自聚磷链的分解。随后，废水进入缺氧区，反硝化菌利用废水中的有机基质对随回流混合液而带来的NO3－进行反硝化，将污水中含氮物转化为氮气而去除。废水进入好氧池时，废水中有机物的浓度较低，聚磷菌主要是通过分解体内的PHB而获得能量，供细菌增殖，同时将周围环境中的溶解性磷吸收到体内，并以聚磷链的形式贮存起来，经沉淀以剩余污泥的形式排出系统。好氧区的有机物浓度较低，这有利于好氧区中自养硝化菌的生长，从而达到较好的硝化效果，达到在去除C源物质的同时，达到脱氮除磷的目的。
优点：①工艺简单，总的水力停留时间少与其他工艺。
②在厌氧，缺氧与好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量繁殖，抑制污泥膨胀。③污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。
④运行中不需投药，两个A段只需轻缓搅拌，运行费用低。缺点：①除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定限度。
②脱氮效果也难于进一步提高。
③进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释磷的现象。但溶解氧的浓度也不宜过高，以防止循环混合液对缺氧反应器的干扰。
④进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释磷的现象。
4.1.2 SBR法
SBR工艺流程见图1.2。污水处理厂厂址选择
图1.2 SBR工艺流程图
SBR工艺又称序批式活性污泥处理系统，是间歇性活性污泥法。现行的各种活性污泥法系统的运行方式，很多都是按连续方式考虑的。污泥回流，曝气充氧以及混合液的各项指标都能够通过自动检测仪表作到自控操作，污水处理场整个系统都能够作到自控运行，这样就位活性污泥处理系统的间歇运行在技术上创造了条件。
它由一个或多个曝气反应池组成，污水分批进入池中，经活性污泥净化后，上清夜排出池外即完成一个运行周期。每个工作周期顺序完成进水、反应、沉淀、排放、闲置5个工艺过程。
优点：
①理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内处于厌氧、好氧交替状态，净化效果好，不易产生污泥膨胀。特别是在污水进入生化处理装置期间，维持在厌气状态下，使得SVI（污泥指数）降低，而且还能节减曝气的动力费用。②运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，因此泥水分离稳定，且污泥量少，容易脱水。
③工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。
④工艺流程简单，造价低，曝气反应池集曝气沉淀污泥回流于一体，不需设置二沉池、混合液回流和污泥回流系统，处理构筑物少，布置紧凑，占地面积小。⑤有效去除氮，在SBR反应池中的活性污泥交替处于厌氧、缺氧和好氧的状态，因此经适当改变运行条件和运行时间，就可达到较好脱氧、除磷的效果。
⑥具有一定的调节均化功能，可缓解进水水质、水量波动对系统带来的不稳定性。耐冲击负荷强，氧的转移率高。SBR反应严格按时间进行的，因而在运行过程中存在着较高的有机物浓度梯度，故能处理高浓度或有害的废水。缺点：
①操作管理维护复杂。
②自动控制和连续在线分析仪器仪表要求高，对工人素质要求高。③容积及设备利用率一般低于50%。④初磷脱氮效果一般。
4.1.3 氧化沟法
氧化沟工艺流程见图1.3。污水处理厂厂址选择
图1.3 氧化沟工艺流程图
氧化沟工艺是一种延时曝气的活性污泥法，由于负荷很低，耐冲击负荷强，出水水质较好，污泥产量少且稳定，构筑物少，氧化沟可以按脱氮设计，也可以略加改进实现脱氮除磷。
20世纪90年代中期，氧化沟工艺因其良好的脱氮效果并且无需沉淀池开始被推广，此时期建设的大型污水处理厂项目基本上采用氧化沟工艺。近几年来，国内对各种类型氧化沟工艺的除磷脱氮效果、设计、充氧设备及运行控制等方面进行了大量的研究。国内许多污水处理厂使用的情况证明，氧化沟工艺是一种工艺流程简单、管理方便、投资省、运行费用低、工艺稳定性高的污水处理技术，目前国内较多采用的氧化沟主要有Orbal氧化沟、Carrousel氧化沟、T型氧化沟、DE型氧化沟、一体化氧化沟等。
工作原理：
氧化沟是活性污泥处理法的一种类型，它以连续循环式反应池作为生物反应器，混合液在其中连续循环流动。池型为环形沟渠状，从氧化沟的水流特点看，既具备完全反应器的特点，也具有推流式反应器的特点，污水通常在封闭的沟渠中循环流动多次，并且曝气装置在沟中布置的特点使氧化沟中溶解氧呈现分区变化，且曝气强度可以调节，氧化沟中的溶解氧浓度在远离曝气装置的区域溶解氧较低，使氧化沟中某一段出现缺氧区，用以进行硝化和反硝化，这样在氧化沟中溶解氧、有机物（BOD）和氨氮浓度梯度十分有利于活性污泥生物絮凝和生物脱氮。
优点：
①可考虑不设初沉池，有机性悬浮固体在氧化沟内能达到好氧稳定的程度。可考虑不单设二次沉淀池，使氧化沟与二次沉淀池合建，可省去污泥回流装置。②BOD负荷低，同活性污泥法的延时曝气系统，对水温、水质、水量的变动有较强的适应性，抗冲击负荷；污泥龄一般可达15～30d，为传统活性污泥法的3～6倍，可以存活、繁殖世代时间长，增殖速度慢的微生物，如硝化菌，在氧化沟内可产生硝化反应。如果运行得当，氧化沟能够具有较强的反硝化脱氮的效应。③管理方便，运行费低，虽然氧化沟占地较大，但是由于其不设初沉池，一般也不建污泥厌氧消化系统，因此，节省了构筑物之间的空间，使污水厂总占地面积并未增大，在经济上具有竞争力。处理流程简单，构筑物少，基建费用省，处理效果好，有较稳定的脱氮除磷功能。
④对高浓度工业废水有较强的稀释能力，污泥产率低，并且已多达稳定，污泥不经消化处理也容易脱水，污泥处理费用较低。污水处理厂厂址选择
⑤较其他工艺，臭味较小。
⑥氧化沟法自问世以来，应用普遍，技术资料丰富。可以用自动化程度较高的设备，使于管理。处理厂只需要最低限度的机械设备，增加了污水处理厂正常运转的安全性。缺点：
①回流污泥溶解氧较高，对除磷效果有一定影响，容积及设备利用率不高。②占地面积较大。
4.2 污水处理工艺方案比选
4.2.1 工艺比选原则
污水处理厂工艺选择的关键原则，概括为四个字：“技术合理”。主要内涵包括：指标先进、经济节能、成熟可靠、易于管理。具体来讲，一般应按当地污水水质水量、下水道的完善程度、接纳水体情况、污水资源化利用程度、剩余污泥的出路及技术管理水平等综合考虑，通过技术经济比较确定。
① 指标先进
主要指具备高效的处理效果达到或优于国家标准规定的处理水质指标。这是污水处理最重要的目标。也是污水处理厂产品的质量要求。在必要的场合，应该充分考虑氮、磷等营养物的去除效率，这对保护水环境和污水的再生利用有着重要意义。
② 经济节能
节省工程投资是城市污水处理厂建设的重要前提。合理确定处理标准，选择简捷紧凑的处理工艺，尽可能地减少占地，力求降低地基处理和土建造价。同时，必须充分考虑节省电耗和药耗，把运行费用减至最低。对于我国现有的经济承受能力来说，这一点尤为重要。较低的经济指标同样是先进性的重要体现。
③成熟可靠
合理把握工艺先进性和成熟性(可靠性)的辨证关系，一方面，应当重视技术经济指标的先进性，同时必须充分考虑适合中国的国情和工程的性质。城市污水处理工程不同于一般点源治理项目，它作为城市基础设施工程，具有规模大、投资高的特点，且是百年大计，应该确保百分之百的成功。工艺的选择必须注重成熟性和可靠性。因此，强调技术的合理，而不是简单地提倡技术先进。必须把技术的风险降到最小程度。在颁布的城市污水处理的技术政策中规定“对在国内首次应用的新工艺，必须经过中试和生产性试验，提供可靠设计参数后再进行应用”也是强调了可靠性原则。
④ 易于管理
城市污水处理是我国的新兴行业，专业人才相对缺乏。在工艺选择过程中，必须充分考 污水处理厂厂址选择
虑到我国现有的运行管理水平，尽可能做到设备简单，维护方便。适当采用可靠实用的自动化技术。应特别注重工艺本身对水质变化的适应性及处理出水的稳定性。某些工艺尽管技术经济指标先进，但对运行管理有过分精细的要求，或完全依赖于全自动化运行，在现阶段可能并不适应国情，尤其难以适用于中小城镇。
事实上，任何一种工艺总是有利有弊，关键在于适用性如何。有的工艺技术适合用于中小型污水处理厂而不适用于大型污水处理厂，而有的则适用于大厂而不宜于小厂；有的地方要求严格的脱氮除磷工艺技术，有的地方适宜于利用大水域的自净能力。在工程实践中，应该具体情况具体分析，因地制宜，综合比较，取长补短，做出较为优化的选择。
4.2.2设计进水水质分析
1）BOD5/CODCr 污水BOD5/CODCr值是判定污水可生化性的最简便易行和最常用的方法。一般认为BOD5/CODCr>0.45可生化性较好，BOD5/CODCr>0.3可生化，BOD5/CODCr<0.3较难生化，BOD5/CODCr<0.25不易生化。
片区污水厂进水水质BOD =160mg/L，CODCr =310mg/L，BOD5/CODCr=0.52，可生化性较好，生化法易于处理。
2）BOD5/TN（即C/N）比值
C/N比值是判别能否有效脱氮的重要指标。从理论上讲，C/N≥2.86就能进行脱氮，但一般认为，C/N≥3.5才能进行有效脱氮；《城市污水生物脱氮除磷处理设计规程》则规定，C/N宜大于4。
本工程进水水质C/N=160/38=4.21，满足生物脱氮要求。3）BOD5/TP比值
该指标是鉴别能否生物除磷的主要指标。进水中的BOD5是作为营养物供除磷菌活动的基质，故BOD5/TP是衡量能否达到除磷的重要指标，一般认为该值要大于20，比值越大，生物除磷效果越明显。
分析片区进水水质，BOD5/TP =160 / 4.5= 35，可以采用生物除磷工艺。
综上所述，片区污水处理厂进水水质不仅适宜于采用二级生化处理工艺，而且具有采用生物脱氮除磷的工艺条件。
4.2.3污水处理工艺初选
综合以上的这些要求，对于本工程建设的污水厂，A2/O法及奥贝尔氧化沟为首先考虑的工艺方案。
1）A2/O的特点：
a.工艺简单，总的水力停留时间少与其他工艺。污水处理厂厂址选择
b.厌氧，缺氧与好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量繁殖，抑制污泥膨胀。c.污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。
d.运行中不需投药，两个A段只需轻缓搅拌，以不增加溶解氧为度，运行费用低。2）奥贝尔氧化沟工艺的特点：
a.可考虑不设初沉池，有机性悬浮固体在氧化沟内能达到好氧稳定的程度。可考虑不单设二次沉淀池，使氧化沟与二次沉淀池合建，可省去污泥回流装置。
b.BOD负荷低，同活性污泥法的延时曝气系统，对水温、水质、水量的变动有较强的适应性，抗冲击负荷；污泥龄一般可达15～30d，为传统活性污泥法的3～6倍，可以存活、繁殖世代时间长，增殖速度慢的微生物，如硝化菌，在氧化沟内可产生硝化反应。如果运行得当，氧化沟能够具有较强的反硝化脱氮的效应。
c.管理方便，运行费低，虽然氧化沟占地较大，但是由于其不设初沉池，一般也不建污泥厌氧消化系统，因此，节省了构筑物之间的空间，使污水厂总占地面积并未增大，在经济上具有竞争力。处理流程简单，构筑物少，基建费用省，处理效果好，有较稳定的脱氮除磷功能。
d.对高浓度工业废水有较强的稀释能力，污泥产率低，并且已多达稳定，污泥不经消化处理也容易脱水，污泥处理费用较低。
e.较其他工艺，臭味较小。
f.氧化沟法自问世以来，应用普遍，技术资料丰富。可以用自动化程度较高的设备，使于管理。处理厂只需要最低限度的机械设备，增加了污水处理厂正常运转的安全性。
3）奥贝尔氧化沟与A2/O相比又具有以下特点：
a.建设费用低，由于省去了初次沉淀池，奥贝尔氧化沟工艺可节省10%～20%。工艺流程简洁，污水厂主要构筑物为集水池、沉砂池、奥贝尔氧化沟、二沉池、污泥池，布局紧凑，占地面积可减少15%；
b.运行费用省，由于外沟道溶解氧平均值很低，大部分区域D O 为0.0 m g/ L，氧的传递作用是在亏氧条件下进行的，具有较高的效率，由于大部分氧化和硝化反应在外沟道发生，且具有较高的反硝化，因而节能效益显著。通常可以节省电耗15% 以上。
c.有机物去除率高，出水水质好，奥贝尔氧化沟作为一种多级串联的反应器，有利于降解生化难降解的有机物，一般可以获得较好的出水水质和稳定的处理效果。
d.具有较好的脱氮功能。在外沟道的脉冲曝气和大区域的缺氧的环境下，可以较高程度地实现“同时硝化反硝化”的效果，在不设内回流的条件下，也具有较高的脱氮效率。
e.管理简单，运行可靠，污水处理厂设备种类和数量较少，控制系统简单，运行安全可靠。污水处理厂厂址选择
综上所述，根据工艺特点，结合当地的水质具体情况，本设计选择奥贝尔氧化沟法（方案一）、A/A/O法（方案二）作为片区污水处理厂污水处理工艺的备选方案，进行详细的技术经济比较。
方案Ⅰ：奥贝尔氧化沟工艺 方案Ⅱ：传统 A2/O工艺
4）工艺流程比较：
普通A2O法处理工艺流程
奥贝尔氧化沟处理工艺流程 可见，奥贝尔氧化沟和AO工艺的构筑物基本差不多，不同之处是AO工艺需要建造厌氧池、缺氧池和好氧池三个池子，并且还需要二沉池，但奥贝尔氧化沟可以将氧化沟与二沉池合建，节省用地。另外相比较A2O工艺复杂的污泥循环和混合液循环，奥贝尔氧化沟都是在池内进行循环，节省管线。综上所述，在工艺流程方面，奥贝尔氧化沟也是优于A2O工艺的。污水处理厂厂址选择
4.2.4污泥处理方案比选
污水生物处理过程中将产生大量的生物污泥，有机物含量较高且不稳定，易腐化，并含有寄生虫卵，若不妥善处理和处置，将造成二次污染。
污泥处理要求如下：
1)减少有机物，使污泥稳定化；
2)减少污泥体积，降低污泥后续处置费用； 3)减少污泥中有毒物质；
4)利用污泥中可用物质，化害为利；
5)选用生物脱氮除磷工艺，尽量避免磷的二次污染。污泥处理方案包括浓缩脱水和消化。
污泥处理方案的推荐，需要同污水处理方案结合考虑，有时需要在厂内考虑污泥稳定措施。对于比较大型的污水处理厂，由于产泥量比较大，污泥中温消化是不错的选择，一方面，污泥经过消化，减少了污泥中的有机物含量和污泥的体积，另一方面大量杀灭污泥中的病原体，此外，产生的沼气还可以综合利用，体现了污泥处理减量化、无害化和资源化的原则。对于小城镇污水处理厂，由于规模相对较小，污泥总量相对不大，从经济上考虑小城镇污水处理应慎重选择妥善处理污泥的技术和剩余污泥的处置方式。
由于本工程规模较小，剩余污泥量较少，污泥厌氧消化产生的沼气收益不够弥补建设消化设备的费用，因此本设计污泥的处理采用直接浓缩脱水的方式。
污泥浓缩、脱水有两种方案可供选择，处理后的污泥含水率均能达到80%以下： 方案一：污泥机械浓缩、机械脱水 方案二：污泥重力浓缩、机械脱水
重力浓缩工艺过去在污水处理厂使用较为普遍，其处理能耗相比机械浓缩要低很多，且具有操作简单的特点。但随着科技的进步人们的标准提高，重力浓缩的弊端就越显突出，尤其是在污水有除磷要求的时候，含有磷的污泥会重新流回集水井中造成磷在处理工艺中形成内循环，为此还需设计另外的除磷池，使得系统复杂、预算增加。因此现在普遍使用机械浓缩的工艺，这种工艺不仅避免了上述重力浓缩的缺点，还提高了处理效率，在应用中很快就能收回成本。
综上所述，因此，本工程污泥处理工艺推荐采用机械浓缩、机械脱水方案。
4.3 工艺方案的技术经济比较
4.3.1 两工艺方案的技术比较 污水处理厂厂址选择
污水处理工艺的比较
表4.6
序号
项目
比较内容
工艺
普通活性污泥法(含A/O、A/O)国内外广泛应用、经验多 可满足一级排放标
准 较差 量大，稳定性差，1 技术
剩余污泥情况
需要建设污泥硝化系统以稳定污泥，增加了投资费用
对自控要求 产生污泥膨胀的可能性 运行管理 管理人员 基建投资 经济
运行费用 动力消耗 占地面积 环境状况
噪声 臭味
高 容易发生 较复杂 多 较大 较低 较大 最大 较大 较大
低 容易发生 简单 较少 较小 较高 较小 一般 较大 较小 污泥有一定稳定
性
2氧化沟(含Orbal、Carrousel)国内外广泛应用、经验多 可满足一级排放
标准 较好
应用情况
出水水质 抗冲击负荷
4.3.2 两工艺方案的经济比较（暂时未计算）
投资比较详见11.1节，运行费用比较详见11.2节，比较结果列入下表：（不包括地基处理）。
方案运行费用比较表
序号 1 投资
项
目
总投资（万元）(含征地费)
方案1 4060.13
方案2 3808.49
比较 1>2 污水处理厂厂址选择
吨水投资（元/吨）占地
征地面积（亩）占地指标（m2/吨）处理成本
年总成本（万元）单位处理费（元/吨）运行成本
年经营成本（万元/年）单位经营成本（元/吨）
1990 42.00 0.82 837.21
1865 40.62 0.80 800.34
1>2 1>2 1>2 1>2 1>2 1>2 1>2
1.12 482.47 0.65
1.07 462.53 0.62
从表中可见方案Ⅰ比方案Ⅱ优。
4.3.3 比较结果
奥贝尔氧化沟法在管理及保证出水水质方面更适合本工程需要，故将方案一奥贝尔氧化沟工艺作为污水处理推荐方案。
（1）技术经济层面
从以上技术比较可以看出，两个方案处理效果都可以满足要求，并且技术先进成熟，运行也稳妥可靠，其不足之处是氧化沟法能耗略高。A/A/O法的优点是能耗低，在国内外污水处理中应用广泛，技术成熟，但设备较多，对设备性能要求较高，运行管理复杂，要求自动化运行。
A2/O法有两套机械回流系统，而奥贝尔氧化沟只有一套机械回流系统。且经计算（见11.1），氧化沟曝气系统的耗电量低于A2/O的鼓风曝气系统。因此氧化沟总能耗低于A2/O法。从经济比较可以看出，奥贝尔氧化沟明显优于A/A/O法。总的来说奥贝尔氧化沟法，其最大优点是运行管理简单、工艺稳定、对自控依赖性低。
（2）环境影响
两个工艺方案都是建立在相同的处理标准上的，因此均能满足排放的要求，实现预期的环境目标。由于氧化沟本身就具有脱氮功能，因此在脱氮方面具有优势。根据工艺评述，氧化沟在除磷脱氮方面更具优势。
（3）系统的可靠性
由于氧化沟具有显著的抗冲击负荷能力，这对于水质、水量变化剧烈的中小型污水厂很有利。氧化沟出水水质稳定，易于人工手动操作并容易实现自动控制，具有运行工况调整方便等一系列优点，因此奥贝尔氧化沟方案的系统可靠性优于A/A/O法方案。
（4）运行管理
由于A/A/O法方案的回流系统较多，较复杂，设备类型较多，运行和维护管理较复杂，而奥贝尔氧化沟方案流程简单，操作简易，容易掌握。从操作管理维护及抗冲击负荷能力等 污水处理厂厂址选择
技术特性上看，奥贝尔氧化沟方案较好。
饮用水深度处理技术研究 篇6
水环境污染是当今世界范围内与水资源短缺并存的问题。
哈尔滨冬季水体缺氧, 自净能力较差。因此冬季水体污染更加严重。另外, 天然溶解性有机物的存在, 促使冬季水体形成了一个更加稳定的体系。如何保证冬季水质安全一直是研究的重点。
1 低温低浊水处理技术现状及发展趋势
对低温低浊水的有效处理一直是人们研究的重点问题, 目前, 国内外在该领域内的研究多着眼于强化混凝方面和预氧化方面。国内外的试验研究和实际生产结果表明, 传统的常规工艺处理低温低浊水效果有限, 通过常规的混凝、沉淀及过滤工艺只能去除水中有机物的20%~30%, 且由于溶解性有机物存在, 不利于破坏胶体的稳定性而使常规工艺对原水浊度去除效果也明显下降 (仅为50%~60%) 。
为了提高对低温低浊水的处理效果, 众多的技术得到了研究与应用, 主要技术为:
1.1 优选混凝剂和助凝剂。
通过优选受水温影响小的混凝剂以及添加合适的助凝剂来改善混凝效果是一种解决低温低浊水处理问题的途径, 采用成熟的聚合铝铁盐新型药剂作混凝剂处理哈尔滨市松花江的低温低浊水, 其处理效果明显好于一般的混凝剂, 采用改性活化硅酸作助凝剂处理冬季低温低浊水时, 使处理效果得到很大提高。
1.2 传统工艺强化处理技术。
改进和强化传统净水处理工艺是改善出厂水水质最经济最具实效的手段。对传统净化工艺进行改造、强化, 可以降低出水浊度, 提高有机物的去除率, 全面提高水质。目前广泛应用的方法主要包括强化混凝、强化沉淀、强化过滤技术。
1.3 臭氧-生物活性炭处理技术。
臭氧具有很强的氧化能力, 可以通过破坏有机污染物的分子结构达到改变污染物性质的目的, 对有机物的去除可进一步提高水的混凝性能。活性炭具有发达的细孔结构和巨大的比表面积, 不仅对除臭、去味、脱色具有良好的效果, 而且还具有良好的除浊效果和去除有机污染物的能力。同时优选混凝剂并与活性炭联用, 可以提高低温低浊水的处理效果。
近年来在处理低温低浊微污染水源水过程中出现了一些新型组合处理工艺, 主要有:高锰酸钾与粉末活性炭联合除污染技术, 微絮凝直接过滤工艺, 臭氧氧化结合微絮凝直接过滤工艺, 气浮应用——生物活性炭处理技术等, 这些新型工艺的研究与应用, 将为进一步提高对低温低浊水的处理效果提供技术支持。
2 哈尔滨供水三厂处理工艺现状
哈尔滨供水三厂目前采用传统的常规处理工艺, 即混凝→沉淀→过滤→消毒。在冬季, 为了保证净水效果, 提高出厂水的水质, 在常规处理工艺基础上增加了粉末活性炭预处理。
通过对哈尔滨市供水三厂近五年出厂水水质数据进行分析, 结果表明其水质问题主要体现在冬季低温低浊期间, 在所检测的指标中, 浊度、耗氧量和氨氮的污染问题都比较严重, 每年大约有5个月的时间出厂水水质不能满足卫生部颁布的《生活饮用水水质卫生规范》的要求。
在冬季 (12月份~翌年3月份) , 进水浊度偏低 (<10NTU) , 经常规处理之后, 出水浊度均大于1NTU, 出水浊度的控制效果不好, 将直接影响到后续的消毒效果, 同时导致消毒剂用量增加, 由此将增加水中消毒副产物的含量, 使出水的安全性降低。
在冬季 (12月份~翌年3月份) , 进水耗氧量较低, 但是, 经过传统的常规净水工艺处理后, 出水中的耗氧量仍然大于3mg/L, 对其的去除率明显低于夏季。由此可见, 常规净水工艺对低温低浊水的净化能力是有限的。
在冬季 (12月份~翌年3月份) , 进水氨氮值较高, 而在夏季, 进水氨氮值很低。常规净水工艺对氨氮的去除效果很差, 特别是在冬季, 出水氨氮值很高, 去除率仅有15%左右。氨氮的存在, 会降低加氯的消毒作用, 增加氯耗, 另一方面生成氯胺 (NH2CI) 致突变物。若采用折点加氯消毒、加氯量增加, 造成消毒后水中的THMs及其它消毒副产物的增加, 降低饮用水的安全性。
从以上的分析可以看出, 哈尔滨供水三厂的处理工艺在冬季运行时无法提供高质量的饮用水, 因此, 为了生产出优质饮用水, 并适应即将颁布的水质标准, 必须对哈尔滨供水三厂的处理工艺进行技术改造, 即在强化常规工艺基础上增加深度处理工艺, 以全面提高处理后水质。
3 工作内容
3.1 试验平台工艺流程。
在借鉴其他水司试验平台的成功经验, 并结合东北寒冷地区的气候特点和水质特性的基础上, 建立两套处理水量1m3/hr的试验平台, 其工艺流程如下:a.原水→臭氧预氧化→混凝→斜管沉淀池→普通快滤池→主臭氧→普通活性炭→消毒 (液氯) →出水;b.原水→ (药剂) 预氧化→混凝→斜管沉淀池→普通快滤池→催化臭氧→生物活性炭→消毒 (氯胺) →出水。
两套试验处理流程可以灵活组合, 即可以作独立运行试验, 也可以作平行对比试验。这两套试验装置即可以满足三水厂松花江水源水的试验要求, 同时亦可以满足平房水厂磨盘山水源水的试验要求。
3.2 研究内容。
松花江水源水的水质问题主要体现在冬季低温低浊期间, 浊度、耗氧量和氨氮等指标偏高, 混凝剂用量加大。针对这类水源的水质特点和现有工艺存在的主要问题, 本试验研究将水厂内处理工艺的各环节作为一个完整的技术体系, 开展全过程的技术研究和技术集成。
3.2.1 化学预氧化工艺研究。
化学预氧化是通过在给水处理工艺前端投加氧化剂强化处理效果的预处理措施, 其目的主要是去除微量有机物, 除嗅味, 控制氯化消毒副产物、氧化助凝, 去除铁锰, 常用的处理技术有臭氧预氧化技术、化学药剂预氧化技术。本研究将以上述两种技术为主, 在强化对嗅味、微量有机污染物去除并有效控制消毒副产物前质的同时, 评价采用预氧化新技术产生有害中间产物的健康风险及其消减方法, 评选出一至两种价格性能比好、安全可靠、适合寒冷地区低温低浊水质特点的最佳实用技术。
3.2.2 强化混凝技术研究。
针对松花江水水质特征, 在制备与选择高效混凝剂的基础上, 通过高效混凝剂和高分子助凝剂的应用及与投药监控技术的结合, 强化混凝整体工艺过程中的相互作用和功能, 建立高效絮凝集成化技术系统。同时开展混合池、反应池和沉淀池水利条件和内部结构形式的优化研究, 经济有效的提高混凝沉淀对浊度、微量有机物、消毒副产物的去除效果, 确定该技术在投加量等方面的最佳技术参数。
3.2.3 强化过滤技术。
探讨原水水质化学、混凝剂以及滤料对过滤工艺的影响, 着重研究絮体、沉积物结构与物化性能在过滤过程中去除污染物的作用, 结合滤料的选配、过滤过程监控技术和工艺条件优化, 改善过滤除浊效果。开发中孔结构的、易于微生物附着生长的生物活性滤料, 实施强化过滤, 在保证滤后水浊度的同时, 提高过滤工艺对氨氮及微量有机物的去除效果。
3.2.4 臭氧——强化生物活性炭技术。
开发高效臭氧接触传质扩散器和专用填料, 提高臭氧对有机物的去除率;研究以臭氧和多相催化剂为核心的高级氧化技术对水中高稳定性有机物的氧化分解规律、去除效果和影响因素;通过对臭氧投加量的控制, 研究对后续生物活性炭的影响作用与优化条件;开发低温条件下生物活性炭优势菌群增强技术, 进一步提高生物活性炭对有机物和氨氮的去除效能;探讨生物活性炭对溴酸的控制效果、活性炭的使用寿命及可能存在的生物泄露问题。
3.2.5 安全消毒与二次污染控制。
研究短时游离氯与氯胺相结合的协同消毒方法, 发挥游离氯灭菌效果好、氯胺消毒副产物少的优势, 并根据消毒有效性、安全性和经济可行性进行系统评价, 实现对微生物和消毒副产物安全性的综合控制。
根据松花江水源水中消毒副产物前体物的特性及消毒副产物生成的过程特点, 以消毒副产物和消毒副产物生成潜能为指标, 通过安全预氧化、强化常规和深度处理等工艺环节最大程度地去除消毒副产物前质, 以优化消毒和协同消毒的方式减少消毒副产物的产生, 形成控制消毒副产物生成的综合技术。
4 主要技术指标
4.1 通过预氧化、强化常规和深度处理工艺及其优化组合, 提高对高锰酸盐指数的去除效果, 使其值低于2mg/l;
4.2 使出水浊度低于0.2NTU;
4.3 出水氨氮低于0.5mg/l;
4.4 氯化消毒副产物生成量与现有常规工艺相比减少50%以上;
4.5 研制出高性能的稳定聚合絮凝剂, 混凝效率比常规药剂体高20%以上。
总结
建立的试验平台应达到国内先进水平, 能够适应松花江水源及磨盘山水源的试验要求, 满足进行新技术研发的需要;确定水厂技术改造最佳的工艺流程和最佳的工艺参数, 并初步提出相关的经济指标, 为哈供排水集团水厂改造的总体规划奠定技术基础。研究成果总体达到国际先进水平, 部分达到国际领先水平。
摘要：简要概述了饮用水处理技术的发展历史和深度处理工艺的现状。
农村饮用水微污染处理技术展望 篇7
1 目前我国农村饮用水污染现状
农村饮用水污染源主要包括乡镇企业排放污水的污染;农业生产活动造成的污染;生活污水及人畜粪便的污染和固体废弃物随降雨产生的二次污染等。农村饮用水微污染物大致可分为有机污染物、无机污染物、病原微生物污染物三大类[1,2,3]。
农村饮用水中的有机污染物主要来源于农药和化肥的过量使用。据统计,全国农药施用总量由1991年的76.5万t增加至2000年的128万t,增幅近70%。2009年全国农用化肥施用量达到了5404.4万t,全国耕地化肥施用量远高于美国等其他国家[4]。农村饮用水中的无机污染物主要是氟化物、重金属污染物和硝酸盐污染物等。饮用水中的含氟量偏高或偏低对人体健康都是不利的,缺氟会引起龋齿,氟含量太高则要患不同程度的氟斑牙,甚至导致严重的氟骨症。重金属污染具有累积性,如当人体镉的富集量达到一定程度时,会导致骨痛病。Gatseva等[5]研究发现饮用水中硝酸盐含量过高会引起易感人群(尤其是农村的儿童和孕妇)甲状腺功能紊乱。此外,病原微生物对部分农村生活饮用水也存在污染[6]。
2 饮用水微污染处理技术
2.1 膜分离技术
膜分离技术是以压力为推动力,利用不同孔径的膜进行水与水中颗粒物质筛除分离的技术。按滤膜孔径大小分为微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF),当前以纳滤膜的研究最为热门。Uyak等[7]认为纳滤技术是去除三卤甲烷(THM)最有效的方法之一,具有高效性和经济性的特点。Gao等[8]研究发现在敌草隆初始浓度为0.2~3.0mg/L、流速30L/h、温度20℃和压力0.3 MPa条件下纳滤膜对其的去除效率大于90%。
膜分离技术在美国、日本等国家的供水行业中已经得到大规模的推广,但在我国还处于尝试阶段。该技术虽然被认为是解决水问题的有效方法,但膜污染和较高的膜成本限制了其应用推广。
2.2 活性炭组合技术
通常,单独使用活性炭吸附对水中污染物去除能力有限,如不能去除极性短链含氧有机物,对卤代烃吸附能力也不高。因此常与其它方法组合,如臭氧活性炭技术、生物活性炭技术、光催化剂/活性炭复合技术和活性炭硅藻土联用(PDF技术)[9]等。
(1)臭氧活性炭技术
臭氧活性炭技术是利用臭氧的氧化能力和活性炭的吸附能力降解长链、大分子的难降解有机物,将其转化为较小且可降解的有机物,达到水质净化的目的。Kawasaki等[10]研究比较了活性炭(AC)、臭氧(OZ)和臭氧活性碳组合(OZAC)处理技术对三卤甲烷前体物(THMFP)的去除效果,结果表明,AC或OZ处理可以分解或去除THMFP;然而,要实现THMFP高效去除还需在AC中加入OZ才行。
但该技术也存在不足的地方,如臭氧在破坏一些有机物结构的同时也可能产生一些有毒有害的中间产物。研究结果表明,水经臭氧活性炭吸附处理,氯化后出水水质可能仍具有致突变性[11]。
(2)生物活性炭技术
生物活性炭技术是在活性炭上固定微生物形成生物膜,利用活性炭吸附与微生物降解的协同作用,达到去除污染物的目的。Yapsakli等[12]采用生物活性炭(BAC)过滤处理饮用水中的有机碳和氨氮,结果发现BAC能有效去除可生物降解溶解性有机碳,同时硝化作用去除了部分氨氮,氯的投加量随之减少。Lou等[13]研究发现生物粉末状活性碳系统(BPACS)可以有效去除原水中的三卤甲烷前体物(THMFP)和卤乙酸前体物(HAAFP)消毒副产物。
但是,生物活性炭技术在水处理应用中也存在一些问题:如由于微生物的存在,对进水水质和温度有一定要求;由于长期固定培养,细小活性炭颗粒上生长的细菌对外界环境有较强的适应性,对消毒有更大的抗性,氯化消毒往往难以杀死这些微生物,从而使出水水质不能完全达标[14]。
(3)光催化剂/活性炭复合技术
光催化氧化技术是在水中加入一定量的半导体催化剂,在紫外或可见光辐射下降解有机污染物,得到的最终产物是CO2和H2O等无机物。纳米TiO2光催化剂因光化学稳定性好和催化活性高,反应前后性质不变而被普遍研究。该技术具有强氧化性、对作用对象的无选择性与最终可使有机物完全矿化的特点[11]。但其在农村饮用水微污染处理方面的应用研究还不多。
TiO2/活性炭复合技术是利用活性炭吸附水中低浓度的有机物,使与活性炭复合的TiO2光催化剂表面的有机物浓度大大增加,从而显著提高TiO2光催化效率。用颗粒活性炭作为载体,还有助于解决光催化剂的流失、分离和回收问题。
李佑稷等[15]研究发现:吸附在TiO2/AC上的大肠杆菌数比吸附在活性炭和TiO2都多。Slimen等[16]采用溶胶-凝胶法制备TiO2/AC,在可见光辐射下降解亚甲蓝(MB)水溶液,结果发现TiO2/AC的光催化活性比单独使用TiO2提高了两倍多。我们实验室最近采用自组装方法制备纳米TiO2/AC复合材料,实验结果显示:0.2g/L的TiO2/AC在紫外光下和可见光下对5mg/L亚甲基蓝的降解率分别达到了99.7% 和71.19%,具有潜在的应用前景。
2.3 光催化氧化技术的发展
近年来,许多研究者对提高TiO2等光催化性能方面展开了深入的研究,研究的内容主要包括3个方面:
(1)TiO2光催化剂成膜技术的研究
TiO2光催化剂成膜可以很好的解决悬浮态TiO2易失活、回收难等问题,同时提高了其光催化性能[17]。 李青霞等[18]采用自组装方法在低温液相中制备出大尺寸二维纳米TiO2薄膜和掺铁TiO2薄膜,且研究发现掺铁TiO2薄膜对甲基橙溶液具有很高的降解效率。然而,制备形成具有一定规模的TiO2光催化剂膜将有助于其更广泛的推广应用,这将是今后成膜技术的一个研究方向。
(2)固化法制备负载型TiO2
用固化方法制备具有活性基体(活性炭、沸石、硅藻土等)的负载型TiO2,不仅可以固定TiO2防止流失,便于回收,还能协同TiO2增加污染物的吸附和去除,如前面我们提到的TiO2/AC复合技术。
(3)TiO2光催化剂改性研究
TiO2的带隙能较宽,电子和空穴容易发生复合,在很大程度上制约了光催化技术的推广。通过贵金属沉积、离子掺杂、半导体复合、表面光敏化和表面鳌合及衍生等改性手段可以提高TiO2的光谱响应范围和催化效率。
3 结论与展望
膜分离技术、活性炭组合技术和光催化氧化技术作为当前国内外的饮用水微污染处理技术,将它们直接应用到农村饮用水微污染处理中还存在各自的问题,主要体现在:
(1)纳滤膜技术可以得到优质饮用水,但较高的膜成本限制了其在农村饮用水微污染处理中应用。随着膜生产工艺的改进和膜成本下降,纳滤膜技术在农村饮用水微污染处理中有很好的应用前景。
(2)活性炭组合技术中臭氧活性炭技术在处理过程中可能产生一些有毒有害的中间产物;生物活性炭技术由于微生物的存在而相对增加了水处理的难度;光催化剂/活性炭复合技术因TiO2光催化剂化学稳定性好和催化活性高,在饮用水处理中显示出潜在的优势。
(3)光催化氧化技术在净化水质的同时还具有很好的杀菌消毒作用,这特别适合农村分散户储水水质的净化。但是,实现TiO2光催化剂在可见光照射下即可发生高效的光催化反应是该技术能否应用于农村饮用水微污染处理的关键,也是今后该领域研究工作的重点。
摘要：概述了目前我国农村饮用水污染现状,阐述了近年来饮用水微污染处理新技术,主要包括膜分离技术、活性炭组合技术和光催化氧化技术,着重讨论了臭氧活性炭、生物活性炭和光催化/活性炭复合技术,以及光催化氧化技术的发展趋势,最后对农村饮用水微污染处理技术进行了展望。
饮用水处理新技术综述 篇8
1 超滤技术在饮用水处理中的应用情况
Amoncourt水厂是世界上第一座采用超滤技术的水厂, 其建立于20世纪80年代的法国, 我国紧跟时代, 在法国建立水厂之后也开始了相关研究, 并于2005年在苏州建立了采用超滤技术的水厂。随后, 超滤技术开始在全球各地投入使用, 例如:德国、日本、新加坡等等。随着此项技术的发展与日趋完善, 我国开始在各大经济重区城市开始使用该项技术, 对水进行净化处理, 此项技术已经过一些科研人员的细微观察, 才投入到再生水厂中应用。
2 普通处理用水工艺中存在的问题以及使用超滤技术的必然性
2.1 常规水处理技术存在的问题
2.1.1 水溴酸盐浓度超标
使用臭氧活性炭结合常规方法进行水处理时容易与含溴离子较高的原水产生反应, 形成溴酸盐, 溴酸盐是一种具有极高致癌性的物质, 其被国际癌症研究机构认证后, 全球各国纷纷开始制定相关的水中溴酸盐的含量规格标准。调查研究表明, 活性炭并不能降低水中溴酸盐的含量, 因此, 对于含溴离子较高的原水, 不宜使用此种方法, 以免人体出现溴中毒现象。
2.1.2 微生物安全性降低
碳离子可以对一些微生物产生保护作用, 导致微生物产生一定的抗氧性, 从而抵抗臭氧活性炭的清理, 常规中的生物膜可以成为许多微生物繁衍的温床, 产生大量的微生物, 从而降低饮水质量。
2.2 使用超滤技术的必然性
超滤技术是一种新型处理水源技术。其主要优点包括以下几点: (1) 超滤是一种绿色物理分离技术, 其作用原理为利用超滤膜将水中各类杂质进行筛选与分离, 在不加混凝剂的情况下, 可以有效的祛除原水中的悬浮物及凝胶物体。降低出水的浑浊度, 提高企业效益; (2) 超滤技术可以有效祛除目前对人体有害的全部致病微生物, 处理过的水质可以达到国际标准, 因此, 进行采用超滤技术进行水处理后, 无需进行二次消毒。 (3) 超滤可以节流天然水中所有的有机物, 并在拦截过程中对一些微生物进行筛选, 减少消毒剂的使用, 降低消毒剂带来的副作用, 提高用水的安全性。
3 超滤技术在应用中存在的问题及解决措施
3.1 超滤技术在应用中存在的问题
3.1.1 膜池水不均匀对膜系统造成影响
(1) 导致膜池间运行负荷大小不一, 膜的使用寿命降低; (2) 膜池膜组件污染速度与污染程度的差异变大; (3) 造成同个系统膜的清洗周期不一致, 增加运行调度成本; (4) 膜的变化不一致, 造成后期膜运行与护理的难度。
3.1.2 管路气密性对膜系统的影响
(1) 增加输水管道阻力与膜之间的压力, 减少膜的净水能力; (1) 增加设备能耗, 造成设备使用寿命缩短; (3) 清洗时造成膜组件损坏, 导致膜系统无法正常作业。
3.1.3 膜工艺自动控制系统不够稳定
(1) 执行设备的型号没有达标, 其检测仪表与使用设备型号不符合; (2) 膜系统的工艺操作性不稳定, 控制人员的配置方案参差不齐影响了编程质量, 造成施工质量问题。
3.2 超滤技术在应用中的解决措施
3.2.1 膜池水不均匀的解决措施
(1) 采用调节阀继续拧调节, 控制水流; (2) 控制施工过程, 针对流堰的标高进行检查, 确保其精确度; (3) 过滤时采用敏感度与控制度较高的调节阀; (4) 通过设置不同的过滤值来调节恒液。
3.2.2 维持管路气密性对策
(1) 选择适合的真空引水装置, 增加膜组件与输水管道的连接精确度; (2) 保证管路焊接的密封性, 焊接完毕后, 对管路进行耐压与气密性检测; (3) 连接管路与阀门丝口时, 保障其密封性并选择性能良好的阀门, 连接完毕后进行检验。
3.2.3 维护膜系统自动控制稳定性的对策
(1) 科学、合理的布置膜系统部件, 控制布置流程形成系统性的管理; (2) 选择适合的相关设备, 并在使用前进行检测, 确保使用设配与显示仪表的兼容性, 对程序编制过程进行控制, 对其设置的参数继续拧反复试验并随时对其进行调整, 将膜工艺的各环节依照其物理关联性进行子系统的构件, 使其既具有独立性也具有整体性。
4 结语
综上所述, 与传统技术相比, 超滤技术在当今的应用具有一定的必然性, 虽然超滤技术在具体应用中存在着膜池间运行负荷大小不一、膜的使用寿命降低、膜池膜组件污染速度与污染程度的差异大、同个系统膜的清洗周期不一致、检测仪表与使用设备型号不符合、编程质量差等问题, 但经过分析研究, 笔者根据自己的工作经验提出了相应的解决措施, 希望对我国的净水工作有一定帮助。
摘要：随着我国经济的高速发展, 人们生活水平的提高, 人们越来越重视身体健康问题, 对饮用水的质量有了一定要求。我国在这种大环境下制定了严格的生活饮水卫生标准, 由于各个地方政策落实的情况并不相同, 处理用水的技术有限, 我国的水质依然不容乐观, 本文针对超滤技术用于饮用水处理过程进行分析, 探讨了超滤技术在处理应用水中出现的问题, 经过研究分析, 提出相应的解决措施。
关键词：超滤技术,饮用水,处理,问题,措施
参考文献
饮用水处理新技术综述 篇9
在我国, 随着经济建设的快速发展, 水污染呈发展趋势, 工业发达地区水域污染尤为严重水, 资源短缺问题也日益突出, 城市缺水现象越来越严重。农村地区的饮用水问题更为严重。农村地区饮用水的水源呈现分散、多样性和不稳定的特点, 水源得不到有效保护, 饮水处理往往只经简单的沉淀或澄清处理, 不能有效杀灭细菌、病毒等微生物, 更不能去除有机农药的残留物, 使生活在农村地区的人群的生命健康受到严重影响。
传统的饮用水处理技术及强化常规处理技术, 已无法满足人们对饮用水水质的要求。目前国内外的水深度处理技术, 主要有生物氧化、臭氧氧化、活性炭吸附技术、高锰酸钾氧化、膜法处理等。其中膜法饮用水处理技术作为一种革命性的技术, 已在发达国家广泛应用, 在我国也已广为关注。本文就一个150 t/d的小型超滤膜法水厂实例, 分析超滤技术对于铁、锰及微生物指标严重超标的地表饮用水源的实际处理效果。
1 工程概况
该工程位于山东省滨州市沾化县大张村, 由于村庄分散且附近水源地得不到有效保护, 村民原来一直饮用经简单沉淀处理后不达标的河水。作为山东省“千万农民饮用水工程”示范工程项目, 该水厂已于2005年12月投入运行, 日供水能力为150 t (运行24 h) , 目前主要供应2个自然村约150户村民的生活用水。
2 原水水质分析及工艺原理
2.1 原水水质
水源为河水, 主要不合格指标是色度、嗅和味、浊度、铁、锰、耗氧量 (KMnO4法) 、总大肠菌群。水源水中不合格项目及产水中对应项目的具体检验结果见表1, 检验依据:GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》。
2.2 超滤对于悬浮物和微生物的去除
超滤膜分离技术的主要特点是具有很高的过滤精度, 该工程采用的是公称过滤精度达到0.03 μm的超滤膜, 它能够实现:
(1) 对于造成水质混浊的悬浮物具有很高去除能力, 产水浊度通常达到0.2 NTU以下。
(2) 对于大肠杆菌等微生物具有99.99%以上的去除能力。由于微生物通常在0.5 μm以上, 因此0.03 μm的超滤膜对于去除微生物十分有效。
(3) 对于铁、锰、铝等胶体具有90%～95%以上的去除能力, 但对于呈溶解态的铁离子等没有去除能力。
2.3 超滤对于铁、锰的去除
超滤能够去除呈胶体或者悬浮物性质的铁、锰, 但不能去除水中溶解的亚铁离子和2价锰离子, 必须配合使用氧化剂, 把亚铁快速氧化成3价铁, 在中性pH附近形成不溶性的铁胶体, 把2价锰氧化成4价锰, 通过超滤过滤除去。
在常规水处理工艺中, 采用曝气加锰砂过滤的方法来去除水中溶解的铁、锰。在本工程中, 考虑到占地、投资等因素, 采用了在超滤进水投加次氯酸钠的方法来实现此目的, 加入量为6 mg/kg。发生下列反应:
2.4 超滤对于氟的去除
水源水中氟化物超标, 但超滤本身不能去除呈溶解态的氟离子。目前除氟工艺主要有活性氧化铝吸附过滤、骨炭吸附过滤、铝盐混凝沉淀、电絮凝、电渗析等, 本工程中用国产聚合氯化铝 (PAC) 作絮凝剂, 铝盐形成的矾花粒子Al (OH) 3对水中氟离子具有一定的吸附能力, 然后借助超滤对于铝盐水解形成的胶体的截留作用来实现除氟的目的。
铝离子在水中迅速水解形成水铝复合物, 其水解反应如下:
Al3++3H2O→Al (OH) 3 (S) +3H+
工程运行中, PAC加入量10 mg/kg, 氟化物的去除率为49%, 已经能够满足饮水要求。如果要提高去除率, 需投加更多的PAC量。
3 产水水质分析
经检测, 超滤的产水各项指标符合GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》, 见表2。
从表2中可以看到, 经过“氧化-超滤”的工艺, 水中总铁和锰能够去除得比较彻底;通过添加聚铝絮凝剂, 对氟也有一定的去除能力, 达到了饮用水的规范要求。其他各项指标也远远低于《生活饮用水卫生标准》的各项要求。
4 先进膜法饮用水处理工艺特点
与传统的饮用水处理工艺、常规的饮用水深度处理工艺相比, 膜法工艺具有以下优点:
(1) 过滤精度极高, 对于悬浮物、微生物、胶体具有很高的去除率。
(2) 产水水质稳定, 受进水波动影响小。
(3) 模块化的装置设计, 即满足大型水厂的需要, 又更适合小型分散供水系统。
(4) 流程短, 不需投加或投加少量化学药剂, 便于实现自动控制。
5 结 语
大张村饮用水处理项目开创了国内农村膜法饮用水处理的先例, 当地的老百姓已喝上了符合国家《生活饮用水卫生标准》的自来水, 从而告别了世代饮用“方便水”的历史。该项目取得了良好的社会效益, 为大规模的推广和运用提供了真实和可靠的依据, 膜法饮用水处理工艺将成为取代传统工艺最好的选择, 具有广阔的发展前景。
摘要：超滤的孔径为0.010.1 mm时, 对于水中悬浮物、胶体和微生物具有很高的去除率, 与传统工艺相比, 能够显著提高饮用水水质。总结了超滤在一个分散供水的农村饮用水厂的实际运行状况, 分析了超滤对于原水中显著超标的微生物、铁锰胶体的去除能力, 阐述了该技术的优越性。
关键词：超滤,膜技术,饮用水
参考文献
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试论饮用水中的强化混凝处理技术 篇10
1 强化混凝技术的机理及其常用方法
1.1 强化混凝机理
水处理中的混凝现象比较复杂。不同种类混凝剂以及不同的水质条件,混凝作用机理都有所不同。DLVO理论的提出,使胶体稳定性及在一定条件下的胶体凝聚的研究取得了巨大进展。目前认为,混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有三种:电性中和、吸附架桥和卷扫作用[1]。
强化混凝主要是通过改善混凝条件使有机物去除范围和去除率进一步扩大和提高,其作用机理阐述如下:胶体稳定性的增加是由于大分子天然有机物在无机胶体颗粒表面形成有机保护层,造成空间位阻或双电层排斥作用。混凝的主要作用是去除水中悬浮颗粒和胶体微粒。一般认为混凝过程是混凝剂水解产物对水中胶体进行电中和使其脱稳,从而形成细小的颗粒,继而絮凝为大而密实的矾花,并通过吸附架桥或网捕作用使脱稳的胶体生成粒度较大的絮凝体,再通过沉淀与过滤进行分离去除。而水中分子质量较小、溶解度较大的有机物(主要是腐殖酸类中的富里酸等)在一般混凝条件下去除率很低。主要原因是由于其具有良好的亲水性而不易被混凝剂的水解产物——金属氢氧化物所吸附,有机物不但增加了胶体表面电荷,而且造成空间位阻效应。但是,如果通过改善混凝处理条件,即在低pH、高混凝剂用量的强化混凝条件下形成大量金属氢氧化物,改善混凝剂水解产物的形态且使其正电荷密度上升,同时低pH条件会影响有机物离解度和改变水中有机物存在形态。有机物质子化程度提高,电荷密度降低,进而降低其溶解度及亲水性,成为较易被吸附的形态。
例如北京第九水厂的生产实践表明,在相同加药量下,机械搅拌澄清池对有机物和消毒副产物前体物的去除效果要优于反应池—沉淀池工艺,其原因就是在机械搅拌澄清池中大量保持的矾花可以充分发挥其吸附作用,而反应—沉淀工艺中矾花形成后即被沉淀去除,其吸附潜力尚未完全发挥。
1.2 强化混凝技术常用方法
1)加大混凝剂投加量,使有机物的水化壳压缩,水解的阳离子与有机物阴离子电中和,消除由于有机物对无机胶体的影响,从而使无机胶体脱稳。不同的水质对混凝剂用量的要求不同,混凝剂对水中大分子有机物(UV254值较大)和憎水性有机物有较好效果。2)投加有机或无机絮凝剂,采用具有絮凝作用的新型混凝药剂(如聚硅酸盐、铁盐等),增加吸附、架桥作用,使有机物易被絮体粘附而下沉。3)调整pH值:水的pH值对有机物去除影响明显。当原水pH较高时,可通过加酸来降低pH,一般有机物较多时,pH=5～6的条件有利于形成腐殖酸、富里酸的聚合物。加酸一般加在混凝剂投加前,以促使混凝剂水解形成高价正电荷。4)投加氧化剂,使有机物氧化(锰酸钾氧化、粉状炭吸附)。水体中的有机成分是增强水中胶体浊质稳定性的主要因素,我国姚重华等人的研究结果表明,如果黏土悬浮液中腐殖酸的浓度增至3 mg/L(以TOC计),硫酸铝的投量将增至5.8倍,如果腐殖酸的浓度增至7 mg/L,则硫酸铝的投量需增加到原来的10.2倍才能达到同样的混凝效果。利用常规的混凝剂再辅助以助凝剂处理这种有机污染严重的水质,不能取得良好的处理效果。因此需要高锰酸钾等强氧化剂来氧化水中的有机成分,以促进混凝剂的混凝效果,达到净化有机污染水质的目的。5)完善混合、絮凝等设施,从水力条件(控制G和GT)上加以改进,使混凝剂能充分发挥作用。比如增加混合与絮凝反应的时间、选用澄清工艺等使药剂充分发挥作用。6)铝盐混凝剂改为铁盐混凝剂(铁盐比铝盐更易于形成与腐殖酸和富里酸的聚合物),也可以起到强化混凝的效果。
2 强化混凝技术的影响因素
影响强化混凝的因素比较复杂,其中主要包括:混凝水力条件、pH值、混凝剂的类型及投加量等[2]。
1)水力条件的影响:水力条件对混凝效果有重要影响,在混合阶段,要求药剂迅速而均匀地扩散到水中,为此被处理水应在短时间内进行激烈紊动;到了反应阶段,要求水的紊动程度逐渐减弱,停留时间延长,以创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件,使微小的絮体继续成长。2)pH值的影响:水的pH值对混凝效果的影响程度,视混凝剂的品种而定。对铝盐而言,水的pH值直接影响Al3+反应,亦即影响铝盐水解产物的存在形态;对铁盐而言,适用于水的pH值范围就大一点;对高分子混凝剂而言,混凝效果受水的pH值影响较小。所以pH值是影响混凝效果的一个主要影响因素。对于腐殖酸最佳去除pH在4～6之间,富里酸为5～6。调低pH对于提高TOC的去除率是明显的。3)混凝投加量的影响:混凝剂投加量在试验过程中起到举足轻重的作用,混凝剂投加量不足,几乎没有形成凝聚,水中的杂质甚至保持原有的状态存在;投加量过多造成水中混凝剂正电荷过多,同杂质不吸附结合互相以分散状态存在,处理费用增加和污泥处理的困难。合适的投量应该根据水源水质特点和处理后水质要求来确定。4)混凝剂的类型的影响:无机(铁盐及铝盐)混凝剂对TOC去除效果比有机混凝剂好。因为有机阳离子高分子混凝剂在天然水的混凝过程中,只能产生电中和作用并参与腐殖酸和富里酸的沉淀,能吸附有机物。而铝盐和铁盐不但可以起电中和作用使胶粒脱稳形成腐殖酸和富里酸的铝、铁聚合物以利于沉淀去除,而且还能在形成的金属氢氧化物的表面提供强烈的吸附作用,同时还有网捕作用。相同投量铁盐比铝盐好。5)水温的影响:根据试验显示,水温对TOC的去除没有影响,但是低温降低了THMs形成的速率和范围。6)原水水质:原水水质对混凝效果的影响很大,原水中的有机物主要由有机颗粒和大分子有机物组成时,混凝可以有效地去除水中TOC。水源水的腐殖质含量极大地影响到TOC和UV254的去除,如混凝去除腐殖类和高分子量有机物的效果比去除非腐殖类和低分子量有机物好。
3结语
强化混凝技术不需要改变水厂的工艺流程,无需另辟场地,对原有水厂的改造费用较少,是较为经济、有效的技术。本文主要探讨了强化混凝技术的机理及其常用方法,以及强化混凝技术的影响因素,有利于我国自来水厂净化处理的工艺设计。
摘要：根据强化混凝技术在国内外的研究和发展状况,在分析强化混凝技术的机理及其常用方法的基础上,重点探讨了强化混凝技术的影响因素,对于自来水净化处理工艺设计具有一定帮助。
关键词：饮用水,净化处理,强化混凝处理,机理分析,影响因素
参考文献
[1]龚淑艳,宋庆原,高斌,等.强化混凝处理高藻水效果的研究[J].供水技术,2008(3):2-23.