（环境工程专业论文）过滤吸附在中水回用处理中的应用研究.pdf

青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 由于社会经济的快速发展和城市化步伐的加快，城市需水量剧增，而供水量却 相对减少，水资源短缺的问题尤为突出。而且，随着越来越严格的废水排放标准 的实施，许多水处理工艺已经不能满足废水的排放要求，二级处理出水往往有多 项指标过高，不能达到回用的目的，寻求一种技能满足水质排放要求又能解决水 资源危机的技术势在必行。因此，中水回用处理技术已经成为人们共同关注的焦 点。本课题来源于青岛市国际合作项目中水回用技术研究，是其中的一部分。 过滤吸附技术作为一种新兴的污水深度处理技术，对污水二级处理出水中未达 标的水质指标有很好的去除效果，能达到国家中水回用标准的要求( 生活杂用水 水质标准，c j t 4 8 1 9 9 9 ) 。本论文以c o d c ，和氨氮( n h 3 n ) 为主要评价指标，筛 选吸附性能较优的活性炭作为实验材料，考察了活性炭粒径、活性炭投加量、吸 附时间、温度和p h 对c o d c r 去除效果的影响，采用活性炭( g a c ) 、纤维球、沸 石进行对比实验，同时以活性炭为载体，采用城市污水处理厂的二沉池回流污泥 培养生物活性炭( b a c ) 滤料，然后采用生物活性炭过滤技术处理焦化废水生化 出水和城市污水二级出水进行试验研究，考察其处理效果；采用混凝一多级过滤 工艺处理城市污水二级出水，考察出水水质能否达到中水l 固用要求，分析工艺的 可行性和经济性。 实验结果表明，活性炭的粒径越小，吸附效果越好；随着活性炭投加量的增 大，c o d c ，的去除率逐渐增大，但是增长幅度逐渐减小，最终趋于平缓；随着吸 附时间的增加，c o d c ，的去除效果明显增大，3 0 m i n 以后去除率的增大速度减缓， 逐渐趋于稳定；温度和p h 对去c o d c r 的去除率影响不大。通过正交实验考查得出 结论，活性炭吸附去除c o d c ，的影响因素主次关系是：吸附时间 活性炭投加量 粒径 p i t ，最佳吸附条件为：活性炭的粒径为0 0 7 1 m m ，投加量为1 0 0 9 l ，吸附 时间为3 0 m i n ，p h 为6 。 采用生物活性炭( b a c ) 曝气滤柱深度处理焦化废水生化出水，最佳处理h 寸间为 8 h 。经b a c 滤柱处理出水c o d c f 为4 5 6 0 m g l ，去除率为4 9 5 6 ，n h 3 n 为 5 4 1 m g l ，去除率为8 1 1 2 。达到国家巾水回用标准的要求( 生活杂用水水质标 准，c j t 4 8 1 9 9 9 ) 。p t t 和温度对b a c 曝气滤柱处理效果的影响不大，可忽略。 青岛理工大学工学硕士学位论文 采用混凝一多级过滤工艺深度处理城市污水二级出水，出水c o d c r 为 3 0 2 0 m g l ，n h 3 一n 为8 5 4 m g l ，达到了国家中水回用标准的要求( 生活杂用水水 质标准，c j t 4 8 1 9 9 9 ) 。采用b a c 曝气滤柱深度处理城市污水二级出水，处理时 间为8 h ，出水c o d c ，为3 2 5 0 m g l ，n h 3 - n 为7 8 4 m g l ，达到了国家巾水回用标 准的要求( 生活杂用水水质标准，c j t 4 8 1 9 9 9 ) 。 关键词：中水回用；过滤；吸附；生物活性炭；混凝一多级过滤 青岛理工大学工学硕学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h e le c o n o m ya n ds o c i e t y , t h ed e m a n do ft h em i n i c i p a l w a t e rs u p p l yh a sb e e ni n c r e a s dd r a m a t i c a l l y , b u tw a t e rr e s o u c c sa r el i m i t t e d ，i nt h e o t h e rh a n d ，w i t hm o r es t r i n g e n tw a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d si m p l e m e n t a t i o n ，m a n y w a e t e r w a t e rt r e a t m e n tp l a n t sh a v eb e e nu n a b l et om e e tw a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d s ， a n dt h ei n d i c a t o r so fs e c o n d a r yt r e a t m e n te f f l u e n ta r eo f t e nt o oh i g h ，s oi ti su r g e n t t of i n dt h et e c h n o l o g yw h i c hc a ni m p r o v et r e a t m e n tp o r c e s sa n dm e e t d i s c h a r g e s t a n d a r d sa n dr e c y c l ew a s t e w a t e r t h e r e f o r e ，t h et e c h n o l o g i e so fw a s t e w a t e rr e c y l i n g h a v eb e c o m et h ef o c u so fw w t p s t h i st o p i cc o m e sf r o mi n t e r n a t i o n a lc o o p e r a t i o n p r o j e c t si nq i n g d a o ，”t h er e s e a r c h o fw a s t e w a t e rr e c y l i n g ，”a n di ti st h ep a r to ft h e r e s e a r c h t a san e wt e c h n o l o g yo fw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ,f i l t r a t i o na n da b s o r p t i o nc a n e f f e c t i v e l ya c h i e v ed i s c h a r g es t a n d a r d so fw w t p s ，a n dm e e tt h er e q u i r e m e n t so f w a s t e w a t e rr e c y l i n g ( m i s c e l l a n e o u sd o m e s t i cw a t e rq u a l i t ys t a n d a r d s ，c j t 4 8 - 19 9 9 ) i nt h et h e s i s ，c o d e ra n da m m o n i a ( n h 3 - n ) a r et h em a i ne v a l u a t i o ni n d e x s t h eb e s t a c t i v a t e dc a r b o nw a ss e l e c t e da st h ee x p e r i m e n t a lm a t e r i a l ，a n dp r o d u c i n gb i o l o g i c a l a c t i v a t e dc a r b o nf i l t e rm a t e r i a l r e s e a r c ho nt h ee f f e c t so fp a r t i c l es i z eo fa c t i v a t e d c a r b o n ，a n da c t i v a t e dc a r b o nd o s a g e ，a n da d s o r p t i o nt i m e ，a n dt e m p e r a t u r ea n dp hh a v e b e e nd o n e ，m e a n w h i l e ，t h es t u d yo nt h er e m o v a lo fc o d c r a n dt h ec o m p a r a t i v e e x p e r i m e n ti nt h eu s e o fa c t i v a t e dc a r b o n ( g a c ) ，f i b e rb a l la n dz e o l i t eh a v eb e e nt a k e n a tt h es a m et i m e ，t h ea c t i v a t e dc a r b o nu s i n ga st h ec a r r i e ra n dt h e yw e r ep r o d u c e di n t o b i o l o g i c a la c t i v a t e dc a r b o n ( s a c ) ，i nt h eu s eo ff i l t r a t i o no fr e t u r n e ds l u d g ef r o m s e c o n d a r ys e d i m e n t a t i o nt a n ko fw w t p s t h e nt h eb i o l o g i c a la c t i v a t e dc a r b o nw a s u a s e dt of i l t e rt h es e c o n d a r ye f f l u e n to fc o k i n gw a s t e w a t e ra n dt h es e c o n d a r ye f f l u e n to f m i n i c i p a ls e w a g e c o a g u l a t i o na n dm u l t i s t a g ef i l t e rw e r eu e s dt o t r e a ts e c o n d a r y e f f l u e n to f m i n i c i p a ls e w a g e ，a n ds t u d yt h er e s u l t so ft h ee f f l u e n tm a k i n g t h ea n a l y s i so f f e a s i b i l i t ya n de c o n o m y e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ea d s o r p t i o no ft h es m a l l e rp a r t i c l es i z eo f a c t i v a t e d c a r b o ni sb e t t e r i fi n c r e a s i n gd o s a g eo fc a r b o n ，r e m o v a lr a t eo fc o d c rw a si n c r e a s e d ， i i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 b u tt h es c a l eo fi n c r e a s er a t ew a sd e c r e a s e d ，e v e n t u a l l yl e v e l i n go f f w i t ht h ei n c r e a s eo f a d s o r p t i o nt i m e ，r e m o v a lr a t eo fc o d e rs i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d ，b u ta f t e r3 0 r a i nt h e r e m o v a lr a t eo fc o d c rs l o w e dd o w na n db e c a m em o r es t a b l e t e m p e r a t u r ea n dp hh a v e l i t t l ei n f l u e n c eo nt h er e m o v a lr a t eo fc o d e c o n c l u d e db ye x a m i n a t i o n so ft h e o r t h o g o n a le x p e r i m e n t s ，t h ec o d e rr e m o v a lr a t eo ft h ei n f l u e n c e sb yt h ef a c t o r so ft h e p r i m a r ya n ds e c o n d a r yr e l a t i o n s h i p u n d e ru s i n ga c t i v e dc a r b o ni s ：a d s o r p t i o nt i m e a c t i v a t e dc a r b o nd o s a g e s i z e p h t h eo p t i m u ma d s o r p t i o nc o n d i t i o n sa l e ：a c t i v a t e d c a r b o np a r t i c l es i z eo f o 0 7 1 m m ，d o s a g eo f1 0 o e j l ，a d s o r p t i o nt i m eo f 3 0 m i n ，p ho f 6 u s i n gt h ea e r a t i o nf i l t e ro fb i o l o g i c a la c t i v a t e dc a r b o n ( b a c ) ，c o k i n gw a s t e w a t e r e f f l u e n tw a st r e a t e d t h er e s u i l ss h o wt h a tt h eb e s ta d s o r p t i o nt i m ei s8 h t r e a e db yt h e b a c f i l t e r , t h ec o d c r v a l u eo fe f f l u e n ti s4 5 6 0 m g la n dt h er e m o v a lr a t ew a s4 9 5 6 n h 3 - ni s5 4 1 m g l ，t h er e m o v a lr a t ew a s81 12 t h ec o d c re f f l u e n ta n dt h en h 3 一n e f f l u e n th a v er e a c h e dt h en a t i o n a lw a t e rr e u s es t a n d a r d s ( m i s c e l l a n e o u sd o m e s t i cw a t e r q u a l i t ys t a n d a r d s ，c j t 4 8 - 19 9 9 ) p ha n dt e m p e r a t u r eh a v el i t t l ei n f l u e n c eo nt h ee f f e c t o fb a ca e r a t i o nf i l t e rc o l u m n ，s ot h e yc a nb ei g n o r e d u s i n gt h ep r o c e s so fc o a g u l a t i o na n dm u l t i - s t a g ef i l t r a t i o n ，t h es e c o n d a r ye f f l u e n to f u r b a ns e w a g e nh a s b e e nt r e a t e d c o d c ro ft h ee f f l u e n ti s 3 0 2 0 m g l ，n h 3 - ni s 8 5 4 m g l ，a n db o t hr e a c h e dt h en a t i o n a ls t a n d a r d so fw a t e rr e u s er e q u i r e m e n t s u s i n g b a ca e r a t i o nf i l t e rc o l u m n ，t h es e c o n d a r yo fu r b a ns e w a g e w a st r e a t e d ，a n dt h e t r e a t m e n tt i m ei s8 h c o d c ro ft h ee f f l u e n ti s3 2 5 0 m g l ，n h 3 - ni s7 8 4 m g l ，a n db o t h r e a c h e dn a t i o n a ls t a n d a r d sf o rw a t e rr e u s er e q u i r e m e n t s ( m i s c e l l a n e o u sd o m e s t i cw a t e r q u a l i t ys t a n d a r d s ，c j t 4 8 - 19 9 9 ) k e y w o r d s ：r e c l c l i n gw a s t e w a t e rr e u s e ；f i l t r a t i o n ；a b s o r p t i o n ；b i o l o g i c a la c t i v a t e d c a r b o n ；c o a g u l a t i o na n dm u l t i s t a g ef i l t r a t i o n i v 青岛理工大学工学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 中水与中水回用简介 “中水”是指城市生活污水和工业废水在经过一定工艺处理之后，能够达到 国家或地方相关规定的水质标准的要求，可以在某些领域重复使用的非饮用水， 其回用的领域主要是指对水质要求不高的农业灌溉、市政园林绿化、地面清洁、 景观用水、车辆厕所冲洗及工业冷却水等方面，因为它介于上水和下水之间，因 此称之为中水。在我国有关中水的概念，建设部1 9 9 5 年发布的城市中水设施暂行 办法第二条规定：中水是指部分生活优质杂排水经处理净化后，达到生活杂用 水水质标准，可以在一定范围内重复利用的非饮用水【lj 。 将污水处理为中水并加以使用的过程称为中水回用。中水在国际上被公认为 “城市第二水源”，中水回用不仅能够解决污水和废水对水体及淡水资源的影响， 更能够提高可用水资源的总量，是城市解决水资源短缺的有效措施之一1 2 j 。中水 回用具有以下特点：能降低污水处理的投资规模、处理负荷，对中水回用的实施 者有利，而且还能促进区域水资源的有效利用；中水倒用要求不能影响环境和人 们的日常生活，包括卫生方面、嗅觉和视觉方面以及公共设施，并且要求有稳定、 可靠的水处理技术，同时，还要建立相应的考核指标，便于监督、监测和管理， 在维持必要的水质条件下，处理成本要求经济、合理等等；另外，中水的水质必 须符合国家或地方相关的水质标准的要求【3 i 。城市污水再生利用城市杂用水水 质) ) ( g b t 1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) 、城市污水再生利用景观环境用水水质) ) ( g b t 1 8 9 2 1 2 0 0 2 ) 已在2 0 0 3 年5 月1 同起f _ f 式丌始实施。 1 2 中水回用的必要性和可行性 1 2 1 我国水资源和水污染现状 在我国，水资源淡水资源丰富，但人均占有量偏少，并且在时间和空间上分 布极不均衡，而用水总量高居世界第二，与世界发达国家相比，工业和城市生活 用水所占的比例较低，农业用水所占的比例过高；开发利用各地不平衡，南方多 水地区的利用率低，北方少水地区地表水丌发利用程度较高。 青岛理工大学工学硕士学位论文 目前，我国的水资源有效利用率和节水技术水平都较低，且水资源的浪费现 象及其严重。在用水效率方面，每立方水的产出明显低于发达国家，仅仅相当于 发达国家2 0 世纪7 0 年代的水平，且农业用水绝对量和相对量都很大，占全国总用 水量的6 9 2 ，而农业灌溉水利用系数全国平均为0 3 5 左右，还不到用水先进国 家0 7 0 8 的一半。我国在城市生活用水方面，供水、用水没施的节水技术含量低， 跑、滴、漏现象普遍存在：据不完全统计，全国城市目前使用的大量用水器具， 不仅耗水量大，且有1 4 漏水。可见，工农业和城市的节水水平我国都处于相对 落后的状态【4 1 。 2 0 i u - 纪8 0 年代以来，随着工业化和城镇化的发展，我国经济发展模式进入了 “高投入、高消耗、高污染 的阶段，工业、生活污水大量排放，导致我国水环 境总体恶化，有限的淡水资源正面临着严重的破坏。据统计1 5 1 ，2 0 0 4 年全国污水 排放总量为4 8 2 4 亿吨，比上年增加4 9 ，其中工业废水排放量2 2 1 1 亿吨，占污 水排放总量的4 5 8 ，城镇生活污水排放量2 6 1 3 亿吨，占废水排放总量的5 4 2 。 污水中化学需氧量排放量1 3 3 9 2 万吨。其中工业废水中化学需氧量排放量5 0 9 7 万吨，城镇生活污水中化学需氧量排放量8 2 9 5 万吨。从1 9 9 9 年起生活污水就已 超过工业污水成为影响水体的主要污染源。 根据2 0 0 2 年中国环境状况公报，我国七大水系污染程度由重到轻依次为： 海河、辽河、黄河、淮河、松花江、珠江、长江。七大水系7 4 1 个重点监测断面 中，2 9 1 的断面满足i i i i 类水质要求，3 0 0 的断面属于i v 、v 类水质，2 0 9 的断面属于劣v 类水质；主要污染指标是：石油类、生化需氧量、氨氮、高锰酸 盐指数、挥发酚和汞等。我国湖泊普遍受到氮、磷等营养物的污染，导致富营养 化问题突出。我围四大海区沿岸近海海域水质恶化日趋明显，其中渤海、东海污 染较重，南海较轻。重点河口、海湾、港口、大中城市附近海域污染较为严重。 据估计，我国每年因水污染所造成的经济损失达4 0 0 亿元。水环境的污染，已严 重地影响了人民的身体健康和生活水平的提高，限制了工农业及城市的可持续发 展。 1 2 2 我国水污染控制现状 当i i 我国而l 晦着水资源短缺和城市化、i , _ l k 化进程j j i i 速对水的需求量r 益增 大的矛盾，刚州也而临着水污染尚未得到有效遏制、水资源状况持续恶化与改善 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 城市环境、保证安全健康供水的要求同益增大之间的矛盾，因此水污染和水资源 短缺已然成为我国需要迫切解决的问题。 在我国水污染治理领域，现有建成运行的污水处理厂，特别是城市污水处理 厂，基本上都是采用传统活性污泥法及其变形工艺如氧化沟工艺、s b r 工艺、 a b 工艺。但是这些工艺都存在着工程投资高、占地面积大、能耗大及运行费用 高、管理复杂等缺点。此外，中低浓度和超低浓度的城市污水在我国很多城市中 大量存在，用活性污泥法二级污水处理厂来处理低浓度城市污水，不仅不能充分 地发挥投资效益，而且还会因为活性污泥系统中微生物所需营养不足，造成处理 效果无法保证的问题口i 们。由于处理工艺不能按设计水质运行，使得污水处理厂 运行和管理困难，而能耗和运行费用并未减少。实际上，我国约有l 3 的己建二 级污水处理厂由于能耗大、运行费高而不能j 下常运行，从而限制了污水处理率的 提高。与此同时，我国不少经济欠发达地区和中小城市由于资金短缺，无力修建 污水处理厂，难以对水环境污染进行控制。因此，研究适合我国围情的污水处理 工艺，从而降低污水处理的投资和运行费用、节省用地、管理方便、处理效果好， 能达到城市一般回用水质标准，将对我国国民经济、社会发展及环境保护具有十 分重要的意义。 近年来水处理技术迅速发展，以生物技术、膜技术、高级氧化技术和生态工 程为代表的高新技术主导了废水和污水处理技术的发展方向。其中生物处理技术 的应用最为广泛，随着新型滤料的丌发和配套技术的不断完善，与活性污泥法平 行发展起来的生物膜工艺，以其占地面积少、便于运行管理、抗冲击负荷、更为 经济节能、无污泥膨胀问题、具有一定的硝化与反硝化功能、可实现封闭运行防 止臭味等多方面技术经济优势。另外吸附法作为一种常用的水处理方法具有适用 范围广泛、处理效果明显、流程简单并且可回收有用物质的优点，因此在水处理 领域，吸附法得到了越来越多的关注和重视，各种新型多孑l 轻质过滤材料、高效 吸附材料、比表面积大、吸附性能好的微生物载体填料得到了广泛关注和应用1 7 j 。 1 2 3 中水回用的必要性 正是由于社会经济的快速发展和城市化步伐的加快，城市需水量剧增，而供 水量却相对减少，水资源短缺的问题尤为突出。而且，随着越来越严格的废水排 放标准的实施，许：多水处理工艺已经不能满足废水的排放要求，二级处理出水往 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 往有多项指标过高，不能达到回用的目的，寻求一种技能满足水质排放要求又能 解决水资源危机的技术势在必行。因此，中水回用技术已经成为人们共同关注的 焦点【8 i 。 1 2 4 中水回用的可行性 ( 1 ) 国家政策支持 2 0 0 0 年国务院召开的全国城市供水节水与水污染防治工作提出：大力提 倡城市污水陋i 用等非传统水资源的开发利用，并纳入水资源的统一管理和调配。 由此可见，城市污水处理率的提高，大量城市污水处理厂的建设，回用政策的逐 步完善，为城市污水回用创造了前所未有的机遇。 ( 2 ) 技术可行 我国近十几年来有关院校和科研部门组织科技攻关，在城镇和住宅小区的中 水回用；城市污水净化后回用与园林绿化、市政景观、道路1 费洒等；大型宾馆及 娱乐场所的中水回用系统；城市中水回用与工业冷却水系统及工艺用水等方面的 研究中都取得了丰硕的成果，而且也兴建了若干示范工程。一般来说，二级出水 经消毒处理后，用做市政杂用水、生活杂用水、农业用水和景观用水等；在这基 础上，经混凝过滤处理，可作为工业循环冷却水等：再经进一步处理，如用膜技 术处理或用活性炭吸附后，就可作为工业上工艺用水或地面水，地下水回灌补充 水等。 国内外已经有了很多成熟的经验。在天津市，仅中水洗车一项每年节约自来 水超过5 0 0 万t 。在大连，大连机车车辆厂1 9 9 8 年投资1 5 0 万元对污水处理厂进行 了改造，实施了中水凹用工程。现在日回用中水8 0 0 m 3 ，工厂绿化、冲厕及冷却 水等都用上了中水，年节约水2 0 万t 。通过大规模推进中水利用，发达国家的许 多城市在城市发展扩大的同时实现了用水需求的零增长甚至是负增k 。因此，从 技术上说是比较成熟的。 ( 3 ) 经济可行 中水利用在城市水资源规划中占有非常重要的地位，并且具有非常可观的经 济价值。 ( a ) 提供新水源：中水利用在对健康无影响的情况下，为我们提供了一个非 常经济的新水源，减少了由于远距离引水引起的数额巨大的工程投资。 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 ( b ) 中水回用在提供新水源的同时，可以减少新鲜自来水用量，因此相应减 少了城市自来水处理设施的投资。 ( c ) 中水利用还可以减少污水排放数量，减少控制水体污染引起的治理费 用。这些经济效益都是促使国内外许多城市采用中回用的因素。 据国内专家的统计，当采用小区污水为中水水源时，人口大于1 万或中水用 水量达至u 7 5 0 m 3 d 以上为经济：在城市污水处理厂增设中水回用系统，主要是新 建一个净水问，其投资只是新建一个净水厂投资的3 0 ，发达国家的经验证明， 在城市污水处理厂增发中水回用系统是最可行、有效的工程 引。 ， 1 3 中水回用技术研究现状 中水回用处理工艺根据处理方法的不同，可以分为物理化学法、生物法和膜 分离技术1 9 1 。 1 3 1 物理化学法 物理化学法是指运用物理和化学的综合作用净化废水的方法。在中水回用技 术中起的是预处理污水的作用，也可以用于处理污水水质受污染较轻的情况。絮 凝沉淀、吸附法、砂滤、消毒、蒸发浓缩等技术是最常用的技术。絮凝沉淀、砂 滤等方法主要是去除悬浮物、胶体等；吸附法主要是去除色度以及一些有机物。 该处理方法适合处理规模较小的中水工程，主要特点是处理工艺流程短，运行管 理简单、方便，占地相对较小；但相对于生物处理来说，运行费用较大，并且出 水水质受混凝剂种类和数量的影响，由一定的波动性。 卢建杭等【l o j 开发出宝钢焦化废水专用混凝剂m 1 8 0 ，处理宝钢a o 生化沉淀 池出水，在最佳有效投加量3 0 0 m l 和混凝p h 值6 0 6 5 的操作条件下，专用混凝 剂对各污染物都有良好的除去效果，且受进水水质波动的影响很小。 周静等【1 1 1 利用粉煤灰石灰体系作吸附剂，对焦化废水中氨氮进行深度处理， 考察t p h 、药剂投加量、吸附时间等因素对处理效果的影响，得出最佳处理条 件为：废水p h i 5 左右时，每l o o m l 废水中加入粒径为1 0 0 目以上的粉煤灰1 5 9 ， 生石灰0 2 5 9 ，吸附时问为l h ，处理后焦化废水的n h 3 n 可达污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 9 6 ) 中二级排放标准。 王细：悔和郑振晖i f 2 f 对膨涧上进行改性，将其用于焦化废水深度处理。结果 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 表明：用改性膨润土处理焦化废水最适宜的p h 为8 0 1 0 o 之f 百j ，投药量为 12 0 0 - 1 5 0 0 m g l 最经济，c o d e ，和氰化物的去除率可达2 6 5 和31 o 。 1 3 2 生物法 利用水中微生物的吸附、氧化分解污水中的有机物，从而达到去除污水中溶 解性有机物的目的。包括好氧和厌氧微生物处理，一般以好氧处理较多。而生物 处理法中活性污泥和接触氧化法的应用最为广泛，这种方法具有去除有机物效果 好、生物处理效果稳定、剩余污泥产量低、抗冲击负荷等优点，目的是去除污水 中的含有的大量有机物，一般处理规模较大，处理效率较高，广泛用于城市二级 污水处理厂以及工业废水的终端处理中。厌氧处理主要是将大分予有机物分解为 小分子有机物，好氧处理是将有机物分解成水和二氧化碳。经过厌氧、好氧处理 的污水c o d 、色度、t n 、t p 得到较大的去除，一般可以满足中水的水质要求。 s k u r i b a v a s h i i b l 在1 9 9 2 年就进行了曝气生物滤池用于污水深度处理的研究， 并将其和砂滤进行了对比，结果表明，b a f 和i 砂滤在去除s s 上没有明显区别，但 在去除b o d 5 、c o d c ，方面曝气生物滤池处理效果明显优于砂滤。 d h a b e y s i n g h e l l 4 l 应用两个交替曝气的生物滤池对水产养殖业废水进行处 理，发现该法有很好的硝化、反硝化效果，且当交替周期为4 h 时，对磷的去除率 为4 0 ，处理后的水可继续回用于养殖业。 清华大学对上流式曝气生物滤池深度处理城市污水的工艺特性进行了研究， 结果表明上流式曝气生物滤池用于城市污水的深度处理有着良好的处理效果，处 理后的污水在c o d c 。，、b o d 5 、s s 、n h 3 n 和浊度上完全达到污水综合排放的一 级标准和生活杂用水水质标准【1 5 j 。 武江津等采 掣j b a f b a c n 合工艺对炼油厂二级出水进行深度处理，结果 表明：b a f 和i b a c 滤速分别低于4 2 4m h 和1 4 1m h 时，出水c o d c ，质量浓度平 均值茭, j s 0 m g l ，总平均去除率达7 0 ，n h 3 一n 的去除率大于6 5 ，浊度去除率平 均为4 8 8 9 ，平均出水浊度为4 4 6 n t u ，其出水满足作为循环冷却水补充水的水 质要求。 1 3 3 膜处理技术 膜处理法属丁物理处理或物理化学处理方法，是指利j f j 膜技术来处理水，使 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 之符合一定的水质标准。当前膜处理方法主要有两种，即膜生物反应器和集成膜 技术。 膜生物反应器( m b r ) k _ t 膜组件和生物反应器构成，是生物处理技术的活性污 泥法与膜分离的组合工艺。膜分离技术与活性污泥污水处理工艺相结合起来的膜 生物反应器与以前传统的生物活性污泥污水处理工艺相比较有其独到之处，特别 是占地面积小、设备集中、模块化、易于实现自动控制、出水水质好，不必进一 步处理而直接可以回用并且具有升级改造的潜力【1 7 1 。 意大利污水处理厂利用膜生物反应器技术，污水同处理量为3 7 0 0t ，其出水 可直接用于工业、农业和市政回用水【1 8 j 。 集成膜技术也就是j l 着 p 膜分离技术组合在一起的工艺。常用于污水中水回用 的组合方式包括：m b r + r o 、u f + r o 、m f + r o 。m b r + r o 工艺中膜生物反应器 用于去除原污水中的大量有机物，反渗透用于处理膜生物反应器的出水，主要是 利用反渗透膜去除剩余的有机物和大部分盐类，起到净化和软化的作用，出水符 合回用水和杂用水标准，广泛用于国内外的污水回用中。u f + r o 、m f + r o 两种 工艺都是广泛用于城市二级污水处理厂的出水回用工程。微滤和超滤都是作为反 渗透的预处理，反渗透膜起到净化和软化的作用f 1 7 】。 1 4 课题研究的意义与主要内容 1 4 1 课题的研究背景 在我国淡水资源贫乏，人均占有量小，水资源时空分布不均匀，开发利用难 度大、水质恶化及水生态系统破坏等现实条件下，水资源供需矛盾f 1 益加剧。中 水回用技术的推广，可以节约水资源，保护生态环境，具有良好的社会效益、环 境效益和显著的经济效益。本课题主要是针对焦化废水和城市污水二级出水的深 度处理问题，提高出水水质以达到中水回用水质标准的要求。 我国目前焦炭年产量一亿三千多万吨，是世界上最大的焦炭生产大国，其产 量居世界首位，也是世界上主要的焦炭出口国。现在不同规模的焦化厂约有二百 个，由于建设年代、工厂规模、建设单位经济条件的不同，因而生产的焦化废水 处理方式和程度也不尽相同。目前焦化废水主要采用a o 或a 2 o 脱氮工艺进行 处理，但是y f ：多上厂经生化处理后的出水c o d c ，、n h 3 一n 等指标仍然不能达到 7 青岛理工大学工学硕士学位论文 圈家或地方的相关排放标准以及回用要求，c o d c ，去除率在8 0 以下，其- 最为 突 的足氨氮去除率均低于3 0 ，而现有的能实现c o d c r 、n i - 1 3 n 达标排放的 生物处理方法的初期工程投资大、占地面积大，进水水质要求苛刻、吨水处理运 行费用高，使得大多数企业难以接受1 1 9 l 。 随着我国经济的发展以及城镇人口的增多，城镇生活污水中的化学需氧量排 放量每年高达8 2 9 5 万吨，城市生活污水已经超过i , j k 污水成为影响水体的主要 污染源，也成为中水回用的主要资源。目前国内的城市污水处理厂多采用一级处 理( 物理处理) 和二级处理( 生物处理) 的工艺流程，出水水质基本可达到农业 回用水质要求和工业冷却水回用水质要求。为了向多种途径提供高质量的再生 水，需要对城市污水二级出水进行深度处理，以降低c o d c ，、n h 3 一n 等主要指 标以达到回用水质要求。 本课题是青岛市国际合作项目中水回用研究中的一部分。 1 4 2 课题研究的目的及意义 过滤吸附技术作为中水回用方面的重要技术，可以完成其他深度处理技术不 能完成的任务，采用新型滤料的过滤技术不但可以去除更细小的杂质，可以去除 溶解状态的有机物和无机物，甚至足盐。本课题通过对过滤技术深度处理焦化废 水和城市污水二级出水的研究，寻求一种经济高效的工艺流程解决两种二级出水 c o d c ，、n h 3 n 不达标的问题，使其达到中水回用的要求。从而在很大程度上缓 解了焦化废水和城市污水二级出水对水环境的污染，有效的解决了目前资源型和 水质型缺水的双重压力，同时还可以节约很多的高质水，在保汪城市经济的可持 续发展上，具有战略性意义。对于缺水地区而言，污水再生回用比开发建设新水 源更为重要，符合我国水资源贫乏的客观现实，也符合我国可持续发展的战略思 想，具有非常深远而现实的意义1 2 。 1 4 3 课题的主要研究内容 1 活性炭滤料的筛选。通过对几种现有滤料性能的测定，选出性能较好的 一种进行实验。 2 测定滤料在不同条件下的吸附效果，考察影响过滤吸附的因素，确定最 佳吸附条件。 8 青岛理工大学工学硕士学位论文 3 采用连续曝气培养法培养生物活性炭滤料，对培养好的滤料用实验水样 进行驯化。 4 采用生物活性炭曝气滤柱对焦化废水二级出水进行深度处理，测定不同 时间段c o d c ，和n h 3 - n 的去除效果，确定最佳停留时间。同时在相同的条件下 使用颗粒活性炭滤料做对比实验。 5 对不同温度、p h 条件下生物活性炭出水的c o d c 和n h 3 n 进行测定， 确定工艺控制的最佳运行条件，分析工艺的经济性和可行性。 6 使用城市污水二级出水进行实验，采用混凝法对水样进行预处理，确定 最佳投药量。 7 采用单级过滤工艺处理城市污水二级出水水样，测定出水c o d c ，和 n h 3 n ，比较不同滤料对水样不同成分的去除效果。 8 采用多级过滤的方法过滤吸附处理经混凝预处理的城市污水二级出水水 样，测定出水的c o d c r 和n h 3 n 。 9 青岛理工大学工学硕士学位论文 第2 章过滤吸附技术 过滤吸附技术作为一种新兴的污水深度处理技术，能够有效的完成污水二级 处理不能达到的目的，对未达标的水质指标有很好去去除效果。 2 1 过滤机理 过滤是以具有空隙的粒状滤料层截留水中的杂质从而使水澄清的过程，纯粹 的过滤主要用于去除水中的固体悬浮物，通常认为过滤去除污染物主要依靠以下 几种作用完成： ( 1 )截留，大的颗粒难以通过滤料的小孔被直接去除； ( 2 ) 沉降，颗粒直接沉降到滤料上； ( 3 ) 撞击，颗粒偏离水流流线而撞击到滤料上； ( 4 ) 拦截，当颗粒随水流流线迁移时碰到滤料而被去除； ( 5 ) 吸附，颗粒受到滤料的某种物化作用，被吸附到滤料表面； ( 6 ) 凝聚，未被截留的颗粒碰到已被截留的颗粒表面时，凝聚在上面，同时被 去除。 2 2 吸附机理 吸附作用或者简称吸附，是一种界面层中的一个组分或多个组分的浓度与它 们在体相中浓度不同的界面现象。固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩 余的表面能，当某些物质碰撞到固体表面时，受到这些不均衡的吸引而停留在固 体表面上【2 2 1 。当它们在界面层中富集时称为正吸附，大多数有实际应用价值的 吸附作用都是j 下吸附2 3 2 4 1 。吸附法处理废水就是利用多孔性固体的表面吸附吸附 废水中的一种或者儿种溶质，以达到回收或者去除某种溶质的过程。吸附的发生， 是水、溶质和固体颗粒三者之间相互作用的结果，主要原因在于溶质对水的疏水 性和溶质对固体颗粒的高度亲和力，其次在于溶质与吸附剂之间的静电引力、范 德华力或者化学键力的作用，一般可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。 ( 1 ) 物理吸附是由固体表面粒子存在着剩余的吸引力而引起的，如图2 1 所示， 尉体内的粒予a 在各个方向上f i t - 令i i i i , j , ：) , s 场棚匠抵消，而表面层粒了b 在垂直于 l o 蓠岛理工大学工学硕士学位论文 表面方向的力场没有得到抵消，即存在着剩余吸引力，它会吸引其他碉体、液体、 气体的粒子。当然这种粒子也存在着力场，即同体表而粒子的剩余力场与被吸引 粒子的力场相互作用，使被吸引的粒子吸附在固体表面上。 固体边界 图2 1 固体表面示意图 当被吸附的一层粒子没有完全抵消固体表面的力场时，还可以再i 吸附一层粒 子，直到完全抵消固体表面力场，可见物理吸附时多层吸附，而且由于任何一对 粒子彼此都是互相吸引的，所以可以认为物理吸附没有选择性。 ( 2 ) 化学吸附是由于吸附剂与吸附质的原子或者分子i 自j 的电子转移或者共 有，也就是靠化学键进行吸附。因为过程中伴随化学反应，所以吸附足个放热的 过程，放热量相当于化学反应热，远远大于物理吸附放热。因为化合只在吸附剂 的表面发生，所以只足单层吸附l z 5 | 。 表2 1 物理吸附与化学吸附的比较 吸附类型 吸附性能 物理吸附 化学吸附 青岛理工大学工学硕士学位论文 ( 3 )交换吸附是指溶质中的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电 点上，并置换出原来固定在这些带电点上的其他离子【2 2 1 。如果浓度相同，也不 存在影响吸附的其他因素，粒子的电荷是交换吸附的主要决定因素。离子带的电 荷越多，它在吸附剂表面的反电荷点上的吸附越强。对于电荷相同的离子，水化 半径的大小决定吸附的顺序，水化半径越小，越是能更紧密的接近吸附点，有利 于吸附1 2 6 】。 2 3 新型滤料过滤吸附技术 滤料是过滤技术的重要组成部分，直接关系到过滤工艺运行的好坏，根据所 要去除的污染物的特性选用合适的滤料是过滤工艺设计的前提。因此