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污水处理技术的研究与发展
发布日期：2015-01-12 17:24:49
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水是人类赖以生存的资源，离开了水，人类的生产和生活较无法进行。随着城市化建设进程的快速发展，城市给水系统成为保证人民生活及经济发展的基础，在城市发展过程中，对水量和水质的要求也在不断的提高，这就与我国现阶段水资源的短缺、污染、水质和水压的下降相互矛盾，制约了城市的经济建设进程，所以为了保证城市的健康发展，我们需要对污水处理技术进行研究。
一、污水来源
社会在前进，科学技术在发展，客观环境在不断出现新情况、新问题，因此不仅在政治思想方面要与时俱进，科学技术也要与时俱进，不断调整，不断翻新，不断前进。例如城市生活污水的处理，建立管网把污水收集起来，通过污水处理厂进行一系列物理、生物、化学处理进行沉淀、分解、消毒等无害化处理，达到规定的标准然后排入江河。单纯从保持城市清洁、把废物处理掉的角度评价是合理的，而且长期以来也是世界各国普遍采用的方法。我国许多城市在引进国外经验的基础上，建立了不少污水处理厂，也确实改善了城市环境，为当代城市发展起到了积极的作用。
二、污水处理技术
1、活性炭吸附法
活性炭具有极大的比表面积，其颗粒越小，比表面积越大，吸附效果越好，在微污染水的预处理中是应用较为有效的方法。活性炭可以通过极大表面积的吸附和一部分生物降解作用有效地去除水中色度、臭味，同时可以去除水中所含的多数有机污染物以及有毒的重金属和消毒副产物。研究表明活性炭固定床吸附器可以有效的去除雷玛素活性黄染料中的溶解色度。研究了活性炭和二氧化钛联用技术表明，活性炭在 1 h 内对色度的去除率可以达到90%。同时，二氧化钛通过光催氧化作用可以对活性炭比表面吸附的有机物进行分解，达到使活性炭可以得到再生重复利用目的。
2、超临界水氧化法
超临界水氧化法(SCWO) 是在高温(T≥374 ℃) 高压(P≥221 MPa)条件下，利用超临界水所具有的良好的溶剂化和传输性能，在很短的时间内，使有机物被氧化为 H2O 和 CO2等小分子物质。其采用 SCWO 处理酒精厂废水，其可以将废水中的糖浆等有机物质完全氧化成H2O 和 CO2，而不产生其他物质。SCWO是一种具有潜在优势的新型环保水处理技术，该技术可以不需其他组合工艺而直接把各类难降解废水处理到中水的水质标准，而且没有任何副产物产生，能够达到完全降解，但是该技术需要高温高压等条件，对反应设备的耐高压和耐腐蚀要求较高，投资和运行成本大，所以该技术的应用还需进一步研究。
3、臭氧氧化法
臭氧是一种强的化学氧化剂，其可与污水中的大多数有机化合物和官能团发生直接或间接反应，其还可以氧化污水中不易水解的大分子物质，使其成为可以被生物利用的小分子物质。臭氧能很好的去除由于各种杂质所造成的色度和异味，其对色度的去除效果要好于活性炭。同时，臭氧可以改善絮凝作用，对浊度也有很好的去除能力。臭氧可以减少由于自来水进行加氯消毒过程中所产生的有毒有害副产物。
4、生物法
生物法是利用经培养驯化的微生物新陈代谢作用来处理污水中污染物的水处理方法。生物法根据其需氧条件主要包括好氧生物法和厌氧生物法两种方法。好氧生物法现已广泛应用于处理生活和工业废水及污水，其包括生物接触氧化法、活性污泥法、生物膜法等；厌氧生物法其主要应用于高浓度难降解有机废水及污水的处理，包括上流式厌氧污泥床反应器(UASB)、复合式生物膜反应器以及厌氧生物膜法。生物法可以去除污水中的大多数有机污染物，其出水水质较好，可以满足中水的水质标准要求。同时，生物法一般处理规模大、集约化程度高，对水中的污染物有较高的去除效率，其已被广泛用于城市二级污水处理以及工业废水的终端处理中，尤其是在污水回用中，生物法有着极其重要的地位。
5、混凝—沉淀—过滤组合法。
以混凝—沉淀—过滤组合工艺处理地表水和微污染水源以及市政污水处理厂的二级出水，出水水质品质高，可以很好的达到中水回用的标准。结合某供水能力为 1*105 m3/d 的再生水厂的实际运行情况，采用混凝—沉淀—过滤工艺处理市政污水处理厂的二级出水，该工艺的出水 COD，SS 和 TP 可以达到 90% 以上的去除率，而且通过前端增加 BAF 单元，BOD5和 TN 的去除率也都可以达到 90% 以上的去除率。由于混凝—沉淀—过滤工艺需要投加药品，因此提高了运行成本，限制了其的推广和应用。
三、污水处理技术的发展
目前，污水处理发展的趋势是节能和降耗。
由于现行的污水处理中对有机碳采用了氧化成二氧化碳的技术路线，所以去除碳源污染物需要消耗大量的能源。从节能降耗、碳减排和可持续发展的多重目标出发，这种传统的处理模式需要向新型的污水资源化模式转变。污水中碳源的资源化将向两个方向发展，一个方向是将碳源转化成能源，另一个方向是将碳源转化成有机材料。由于污水中的碳源浓度相对较低，直接利用污水中的碳源有一定的难度。有研究通过控制运行条件（包括：溶解氧和停留时间等）使活性污泥积累PHAs，从而获取富含有机碳的微生物细胞，进而制取有机材料或生物柴油。但直接从污水培养的细胞中有机碳含量较低，目前这些技术还只是处于实验室研究的水平。利用污水处理产生的剩余污泥获取能源和碳源的技术更为成熟。污泥厌氧消化技术需要进一步研究提高厌氧消化系统装备的质量，优化厌氧反应器的运行条件，形成适合我国污泥特点的成熟的污泥厌氧消化的系列技术。于污泥运输增加了污泥处理的成本，因此采用污泥集中处理模式的前提是在各厂先将污泥脱水，然后运到一定距离以外的污泥处理厂进行处理。这种模式要求研发高含固率的污泥厌氧消化技术，需要研究含水率低的污泥进行厌氧消化时厌氧反应器中的传质机理、反应速率和微生物种群，从而研发出高含固率污泥厌氧消化的新型反应器以及加速反应的生物及化学药剂。
节能主要是节约电能，在污水处理厂污水提升、鼓风曝气和污泥脱水消耗了约90%的用电量，因此这三大环节是研发节能技术的重点。污水处理厂的降耗是指降低药耗，主要是设法减少用于化学除磷的除磷剂、用于反硝化补充碳源的药剂和用于污泥脱水的絮凝剂。对于已经建成的污水处理厂，主要的节能潜力在于运行条件的优化和精确控制。污水处理厂在设计时为了保证高峰负荷下处理出水水质达到排放标准，在反应时间和设备能力上都有较大的冗余。如果处理厂经常处于这种冗余的状态下运行，就会造成电能和药剂的过度消耗。我国污水处理厂运行技术的研究起步较晚，与发达国家的先进污水处理厂相比，在监控技术、运行水平和人员素质上都有较大差距，因此在这方面尚需开展大量的研发工作。首先，针对占污水处理厂能耗50%以上的鼓风曝气系统需要研发高效的、具有良好调节功能的鼓风机，为实施精确曝气奠定基础。先进的研究工作是将水量水质的监测仪表设置到污水处理厂上游的管线中，为提升泵的编组方案和进水水质水量的变化提供预警数据。在降低药耗方面，对于反硝化投加碳源需要研发基于硝酸盐浓度监测参数的反馈加药控制系统，对于化学除磷，可以研发基于来水磷酸盐负荷的前馈—出水磷酸盐浓度反馈的加药控制系统。运用这些加药控制系统实现适量加药，避免药剂的浪费。污泥脱水的加药控制还有待深入研究，首先需要确定与污泥含水率相应的监测参数，其次是建立检测参数与药剂投加量的剂量效应模型，从而建立控制系统。这方面还有大量的关键技术需要深入研究。需要确保处理出水达标排放的前提下，实现污水处理节能降耗的目标。
结束语
随着高新技术引入水污染控制领域，以资源化为导向的新型处理技术将不断涌现，污水处理的目标将从达标排放向节能降耗、低碳运行和资源化的新目标迈进。
参考文献
[1] 李燕城，吴俊奇主编. 水处理实验技术[M]. 北京: 中国建筑工业出版社，2004: 11-26
[2] 周彤.污水回用决策与技术［M］.北京：化学工业出版社，2001.
[3] 许保玖，龙腾锐主编. 当代给水与废水处理原理[M]. 北京: 高等教育出版社，2000
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