欧洲污水处理技术

1、欧洲污水处理技术、成本与收费对于欧洲各国来说， 幸运的是没有严重的水方面的问题， 诸如 大范围的洪水泛滥、干旱或大范围的水资源短缺，而且，也未收到通 过水源作为传播渠道的致命的传染性疾病的困扰。 总体上来说， 欧洲 的水资源状况良好。但是， 与此同时也存在着一些威胁到、影响到水 质状况的问题。因此，为保证在欧洲范围内水质和水量的可持续发展， 欧共同制定了覆盖面广泛的基础法规。 欧洲的水资源的状况归纳如 下：虽然自从上个世纪九十年代起，欧共体提出了要达到的水质 目标，但是河流水质并没有完全改善。据统计，目前仍有 20%的地表 水受到严重污染。然而，自七十年代以来，那些污染最为严重的河流 得到了改

2、善。 因农业生产排放硝酸盐所引起的河流、湖泊、水库、海岸和 海水的富营养面源污染还在不断增长， 同时，对其所产生的危害性估 计不足。 在过去的五年中，由于在工业方面、在污水处理方面采取了 一些措施，并且在家庭中采用无磷的洗涤剂，因而，磷化合物的排放 量已减少了 40-60%。 在欧洲地下水占饮用水水源的 65%。但是，地下水的水质、 及其引起的人体健康正受到浓度过高的硝酸盐、杀虫剂、重金属、碳 水化合物和有机氯化物等的威胁。欧洲各国对于水资源的应用各不相同。在地中海国家，水资 源主要被用于农业灌溉。 而对于北欧诸国来说， 水资源主要用于满足 居民、公众事业、商业的需求。欧洲各国对于水资源的管理

3、是相当复杂的。 欧盟的各成员国对于 水质和污水处理的观点各不相同， 有时甚至是相互对立的。 有些国家 认为本国经济发展受到了欧洲的环境保护法规的限制。 另外，还存在 着河流水体边界不清和水源污染的问题。 在欧洲，某些河流流经不同 的区域和国家，其流域的不同段分别由不同的行政部门或地区单位管 理，需要互相间的合作与支持。欧盟在水资源管理的立法方面可分为三个阶段。 第一阶段为 1975 年通过的有关地表水的法规和 1980 年通过的有关饮用水的法规。主 要是针对不同类型的水源和不同用途的水的水质： 渔业养殖水贝类养殖水 游泳水 地下水第二阶段主要针对排放标准。 在这方面有两部重要的法规， 1991

4、 年通过的硝酸盐法规和城市污水处理的法规（UWT）。 UWT的主要 内容是： 所有已建成的区域， 根据其规模和所处的位置， 必须在 1998， 2000或 2005年底以前逐步建立起污水收集系统和处理系统。 根据接受水体对污染的敏感程度，将处理污水处理深度分为 一级处理、二级处理或 三级处理污水处理工艺可以由三级连续的处理工艺和被称为预处理的 初级处理工艺组成。预处理是通过机械处理，如格栅、沉淀或气浮，去除污水中 所含的石块、砂石和脂肪、油脂等。 一级处理是通过沉淀池或气浮池去除悬浮的固体物。二级处理是生物处理：污水中的污染物在微生物的作用下被 降解和转化为污泥。三级处理是污水的深度处理，它包

5、括营养物的去除和通过加 氯、紫外辐射或臭氧技术对污水进行消毒。UWT实施的最后期限和有关规定见表 1。表1: UWTD实施的最后期限和有关规定人口2000 -10000 -15000 -+150000当量1000015000150000如果有收集系统收集系统收集系2005 年2005 年收集系统收集系统敏感统 200512 月 3112 月 312005 年 122005年 12区域年12月日二级处日深度处月31日深月31日深31日适理(1)理度处理度处理当的处理如果有收集系收集系统收集系统收集系统收集系统统 20052005 年2005 年般年12月12 月 3112 月 312005 年

6、122005年 12区域31日适日二级日二级处月31日二月31日二级处理级处理当的处处理（1）理理如果有非敏收集系收集系统收集系统收集系统收集系统感区统 20052005 年2005 年2005 年 122005年 12域年12月12 月 3112 月 31月31日一月31日一（沿31日适日二级处日一级或级或二级级例外）或海水域）当的处理（1二级处理处理二级处理域）理（1）当排入沿海水体时进行适当的处理UWT的制定是为了改善水体的水质。未经处理的污水的排放是欧洲最显著的水问题之一。各成员国花费了大量的资金用于污水收集和处理设施的建设。第三阶段为去年通过的新的水体系的法规（WFD。WF将排放 标

7、准和水质目标有机地结合在一起。 WF啲主要组成部分是:欧洲的所有的水资源将受到这一法规的保护（地表水、地下水、过渡水体和沿海水体） 所有这些水体最终必须达到良好的状态。 一种将排放标准和水质标准结合起来的新的方法将被用来实 现这些目标。 正如某些成员国已经进行的，按流域设置管理机构，处理所 有的水资源问题。 水的主要价值应集中体现为水价，同时强化谁污染谁付费的 原则。 居民们将更多地结合在水资源管理过程中。 法规将被更简化，但更有效地执行。2. 污水处理技术和费用的比较研究在这方面的比较研究还是很匮乏的。 有两个研究成果值得大家注 意。一是 1994年水研究中心提出的研究报告 5 ，该报告由当

8、时 12 个欧盟成员国的污泥处理与处置的专家完成； 二是 1997年在前 EWPCA 指导下进行的研究 3 ，其对 15个欧洲国家在污水处理方面有关的观 点、数据和不同形式的报告进行了比较。此外，由 Kraemer 先生和 Rudolph 先生合作完成的有关部分欧洲国家的污水处理费用的比较 6 。3. 目标在这种背景下，成立了一个由来自于水资源管理、 废弃物管理和 工程结构方面的专家组成的专家组（BWK）进行“国际污水净化技术和 费用的比较研究”。在这个研究小组成立之前，总部设在Cologne的AEW Plan工程 公司应有关方面的要求曾对欧洲 6国在污水净化技术和费用方面进 行了详尽地比较。

9、这6个国家是德国、丹麦、法国、意大利、荷兰和 瑞士。4. 基础数据表2简单地给出了有关的基础数据。污水处理的费用与外部条件 有很大的关系，这些外部条件相当稳定，不会有太大的变化。然而， 我们有必要了解这方面的情况，以便我们理解不同国家间某些特殊的 区别。在被研究的这六个国家中，荷兰的人口密度最高，其次是德国。 国土面积最大的法国，人口密度最低。另外，面积较小的丹麦和荷兰 的城市人口的比例高于德国。表2:基础数据1丹麦1德国|法国|意大利荷兰瑞士人百万人1*1.8 |58.3忖3 |l5.5”o由于这些国家都处在中欧气候带中，所以各国的年平均降雨量没有很大的差别。只有意大利南部的降雨量很少，瑞士

10、的某些地区的降雨量很高，这些区域都不在研究的范围之内。另外，在研究瑞士的具体情况时必须考虑地表形态的影响。因为在瑞士境内有60%的地区位于阿尔卑斯山脉的区域内，山区的地形增加了建造污水净化设施的费 用。5. 污水处理概况现将污水处理的的重要数据归纳于表 3中。表3:污水处理数据一览丹麦德国法国意大利Ji 、/. 何二瑞士处 理 构 筑 物 的 数 量座1,675 0,518 1),368 9,800 42967城 市%8693908691921排 水 接 管 率污 水 处 理 率%858668639090处理人口 当 量人2.600 6,5003,7003,70032,000 6,400合流

11、制 系 统%10053808010070-801所 占 的 比 例用水量升/人*天145132156249175237目前还缺乏有关的标准化指标来评估这六个国家的污水处理厂 的数目和分布情况。特别是，对于污水处理厂还没有明确的定义。因 此，运用以下某些数据时必须十分的谨慎。在荷兰，污水处理厂的建 设正在不断地向高处理能力的方向发展。 而在丹麦、法国和意大利污 水处理厂的规模一般较小，因而其总体数量较大。在大多数国家中，合流制排水系统仍占据着主导地位。但是，现 在采用分流制的排水系统正逐渐成为一种趋势。在污水处理厂里进行 处理的污水由生活污水、工业废水、渗透水和经处理的雨水所组成。 来自于家庭的

12、生活污水量与饮用水量有关，在德国为132升/（人*天），是所有这六个国家中最少的。尤其是在瑞士和意大利生活污水的量几乎是德国的两倍。有关外渗水量还没有足够的资料。在德国， 外渗水量似乎要低于其他各国。由于这 6国居民的生活习惯很相似， 因而污水的浓度取决于所产生的污水量。6. 设计与建造各国家间对污水处理厂的设计和建造过程各不相同。在德国、法国、瑞士和意大利已经形成了自己的一套规范的、昂贵的批复程序。 尤其是在德国、法国和瑞士，对环境的维护和治理占了主导的决定因 素。对于意大利，这种关系还不是十分的确定。在瑞士，建造过程往 往分步进行，每进行两步建造就要进行评估。在荷兰，也有一个批复 的程序，

13、但是相关的申请方同时也是批复的机构。 在丹麦一般不需要 设计的批复和官方的批复，但是当出水值超过了设计极限值时， 必须 修改设计。在德国，对设计和施工均有相应的合同规定。一般来说， 设计由专门的设计咨询公司完成，具体的建造越来越由具工程总包能 力的公司完成。在荷兰和瑞士，设计阶段和招标阶段比较相似。在法 国、丹麦和意大利，对设计的细节要求相对较少。因此，图纸仍有可 修改的余地，其被用于施工公司对项目的评估， 施工图设计主要由施 工公司完成。表4:设计和建造丹麦德国法国意大利荷兰1瑞士 II设计单位设计 公司（建筑 公司）设计 公司（业 主）专家（工程师 事务所）工程师事务所工程师事 务所（业

14、主）工程师 事务所 （建筑 公司）图纸类型初步设计详细 设计（初步设计）初步设计（详细设计）初步设计详细 设计 （初步 设计）详细设计私营模式没有少多少、在增加无无7. 设计计算这六个国家对于污水处理厂的设计计算各不相同。 在德国标准化 的设计计算主要是基于行标ATV A131。相类似的只有在瑞士才有设 计标准。在法国和意大利，设计由施工公司完成，公司对知识产权进 行严格控制。经STOW的推荐的动态模拟的计算方法已在荷兰被运用 于设计计算中，同时它也在德国、瑞士和丹麦不断地得到了重视。表5:活性污泥法的设计计算丹麦德国法国意大利Ji 、/. 何二瑞士输入的数 据60痢靠度85祠靠度未疋义未疋义

15、80%可靠度计算过程非正式Henze &Bun dgaard（动态模拟）A 131 (HSG)(动态模拟)非正 式没 有标 准非 正 式 没 有 标 准非正式动态模拟A 131VSA模 式（动 态模拟）计算温度6 - 8 1012 ?10根据具体情况而定选择输入的数据对计算结果很重要。在德国，设计时按照靠度进行设计计算。在瑞士设计的可靠度为80%而在丹麦只有60 % 基于安全性的考虑，在德国污水处理厂的设计温度为10 C。8. 技术路线根据氮化物地去除率， 在传统的工艺基础上， 各个国家间所采取 的工艺有着明显的差异。表 6（下一页 ）给出了这些国家污水处理工 艺的主要差别。9. 污水处理的费

16、用为了对上述 6 个国家的污水处理费用进行比较， 我们对污水处理 厂进行了以下的分类：从每一个国家中处理规模为 （ 2,000 人口当量；10,000 人口当量； 100,000 人口当量）的污水处理厂中各选出两个污水处理厂根据以下 指标进行比较：新建的污水处理厂或扩建的旧污水处理厂；通过硝化/反硝化处理脱氮； 通过沉淀法或生物法除磷； 基础的处理工艺为活性污泥法，同时结合某些国家特殊的处 理方法，例如，在荷兰的克劳塞尔法。选择处理厂时必须综合考虑考虑到以上指标。 对于所有选择出来的污水处理厂的投资和运行费用必须在当地 进行研究。费用数据用德国马克表示， 参考中央银行的外币兑换率的 统计和国家

17、统计局 1996年的价格指数进行换算。投资费用根据统一 的利率和污水处理厂的使用寿命换算成年平均资本。 这与污水处理厂 的规模有关运行费用也可相应地确定。由于它与系统的实际负荷和利用率有很大的关系，因此在这里引进了一个因素来显示利用率对运行费用的 影响。这个因素的35%为年运行费用，其与系统的复杂程度相关， 另外65 %则与系统的实际运行负荷相关。表6:技术路线的比较寺殊的工艺氮化物的去除常用的工艺丹麦全部：硝化反硝化除磷低负荷的曝气工 艺；同步-好氧污 泥稳定;极少生物 滤池生物反硝化，生物除磷德国大部分：硝化反硝化除磷曝气工艺；部分生物滤池；厌氧污泥稳定许多两步处 理系统，常 用生物除 磷

18、，接触式 滤池，很多 方式法国部分地：硝曝气工艺，氧化塘生物滤池，1斜板斜管沉1化反硝化除磷1淀池，很多方式意大利很少：硝化反硝化除磷曝气工艺去除碳化 物，去除污染物 质;厌氧污泥稳定常采用机械处理法Ji 、/. 何二全部：硝化反硝化除磷低负荷的曝气工艺；同步-好氧污泥稳定氧化沟，克劳塞尔工艺瑞士很小部 分硝化，几 乎没有反 硝化，全 部：除磷低负荷的曝气工艺，生物滤池，生 物转盘;厌氧污泥 稳定生物滤池，斜板斜管沉淀池膨润土在印染废水处理中的应用进展1 .引言印染废水是我国目前主要的有害、难处理工业废水之一，主要污染物有染料、浆料、助剂、纤维杂质、油剂、酸碱以及无机盐等。其特点是废水量大、水

19、质复杂、有机物浓度高、难生物降解、色深、水质变化快而无规律等特点， 其中尤以染料的污染最为严重， 其残存 的染料组分即使浓度很低， 也会造成水体透光率降低， 导致生态环境 的破坏。因此，如何使印染废脱色是处理的重要问题。目前国内处理印染废水多以生化法为主， 有些也辅以化学法， 但普遍存在处理投资费用大、运行成本高、处理效果不佳、色度去除 困难等缺点。在此基础上， 采用物理和化学处理法的研究也比较多通 过吸附、混凝沉淀、化学氧化等均可去除一定的 COD和色度。其中， 吸附脱色技术是依靠吸附剂的吸附作用来脱除染料分子的。 吸附剂包 括可再生吸附剂如活性炭、 离子交换纤维等和不可再生吸附剂如各种 天

20、然矿物（膨润土、硅藻土）、工业废料（煤渣、粉煤灰）及天然废 料（木炭、锯屑）等。膨润土是以蒙脱石为主要成份的粘土，蒙脱石 是2 : 1型层状硅铝酸盐，在层间具有可交换的钙、镁、钠等离子， 膨润土颗粒表面往往存在负电荷和正电荷， 负电荷又包括恒定负电荷 和pH控制负电荷，这些性质决定了膨润土具有良好的吸附、离子交 换等性能， 在印染废水处理中获得了广泛的应用。 本文对膨润土在印 染废水处理中的应用研究的现状、 作用机理及发展趋势作一综述和探 讨。2 膨润土在印染废水处理中的应用2.1 天然膨润土直接处理印染废水杭瑚等 1 研究了天然膨润土对阳离子、分散、还原、中性、活性和直接类有机染料的吸附特性

21、。溶液 pH 值对膨润土吸附影响分 两类，一类如分散染料和还原染料，它们水溶性低，主要呈细颗粒分 散于水中，易吸附在土粒上而沉降，脱色率相对较高且与 pH 值关系 不大；另一类是水溶性且分子中含有胺基染料，如直接大红、活性红 等，其脱色率随 pH 值减小而升高。赵东源等 2 利用主要成份辽宁抚顺膨润土为主要成份的天 然蒙托土对印染厂废水进行了处理， 对 pH 值、催化剂、蒙托土用量、 反应温度、反应时间等因素的影响进行了考察， 探索了最佳工艺条件， 研究表明，蒙托土对含有酸性阳离子染料的印染废水有较好的处理能 力，脱色率达90%以上，COD去除率达96.9%。蒙托土是通过吸附机 理对印染废水处

22、理的，具有操作简单、周期适中、易再生、投资少等 特点。2.2 膨润土改性处理后处理印染废水由于未经改性的膨润土对去除废水中有机物和脱色效果较 差，故一般用于废水处理的膨润土都要经过改性，增大其比表面积， 提高吸附能力。 目前膨润土的改性方法主要有三种： 焙烧法、酸浸法、 盐浸法。这三种方法均能改变膨润土的表面结构， 提高其吸附能力 3 ，2.2.1 焙烧法4刘德汞5将优质煤粉与膨润土按3%勺比例混合，550C焙烧2h后对 印染废水处理， 结果表明与煤粉混合高温焙烧改性的膨润土比直接焙 烧改性勺膨润土具有更强勺吸附能力， 水处理后只需较短时间静止就 可实现液固分离，且高温活化后可多次重复使用。因

23、此，膨润土与煤 粉混合高温焙烧是一种低成本勺改性方法。王连军等人通过比表面测定、扫描电镜、X射线能谱元素测定等， 探讨了膨润土勺结构与改性机理。 研究结果表明： 高温焙烧法活化膨 润土有较好的效果，其对染化废水CO环口色度有良好的去除能力，当 投加0.11%改性膨润土，COD去除率可达74%脱色率达95刎上。 为天然膨润土的表面改性及其在染化废水处理中的应用提供了有价 值的参考依据。2.2.2 酸浸法膨润土的主要组分是蒙脱石，其晶体是由铝氧八面体和硅氧 四面体层状结构组成， 具有离子交换和吸附性能， 将其酸性活化后具 有更大的比表面和孔径， 对印染废水的处理能达到较理想的效果 7 。宫克8 用

24、硫酸改性膨润土对分散染料印染废水脱色， pH 值 的最佳范围为 5.58.0 之间，投药量为 200mg/L 时，脱色率可达 90% 以上，效果较好。夏新奎等 9 将钙基膨润土酸性活化， 然后对印染废水脱色处理，当 pH 为 7.08.0 ，加入量达到 30g/L 时在室温条件下搅拌时间35min时，其一次性COD去除率达76%色度去除率达87%若经双 层滤料柱进行过滤处理，色度去除率达93%以上, COD去除率达78% 处理后的印染废水达到国家规定的排放要求。周珊10将200ml色度10000倍、吸光度A为0.2480、pH为 6 的酸性蓝印染废水，调节 pH 值 36 后，加入 30g 2

25、0%盐酸酸化处 理过的膨润土，慢速搅拌10min,静置20min滤，取其滤液测色度， 滤液色度由开始的 10000 倍降解至 400 倍，色度去除率高达 96%， 若再加入 600mg/L 的 FeCl3 絮凝剂,絮凝剂沉淀后,色度进一步降 至20倍，可达国家工业废水二级排放标准(GB8978-88)的色度要 求。2.2.3 盐浸法裘祖楠等 11 用金属离子(铝盐 - 镁盐)对膨润土进行改性, 对水中活性艳红染料进行了吸附脱色发现改性膨润土还具有一定的 光化学催化降解作用。钙基膨润土通过酸活化、热活化、TiCI4活化、羟基铝和AICI3 活化,对碱性紫染料溶液进行处理,发现用 TiCl4 和

26、AlCl3 活化的 膨润土对碱性紫染料脱色率分别达到 89%和 98%以上,比原土脱色率 显著提高；通过X射线分析发现：TiCl4和AlCl3活化的膨润土具 有较大层间距, 而且吸附性能明显提高。 改性膨润土吸附碱性紫溶液 时主要是通过阳离子交换作用和染料分子与膨润土颗粒发生共沉淀 作用 12 。2.2.4 其它改性方法邵颖等 13 对膨润土改性及其在分散大红溶液脱色处理方面 进行了研究， 采用了新型无机有机改性方法， 对浙江临安膨润土进 行改性，有效地将双长链阳离子表面活性剂引入膨润土层间， 从而提 高了有机膨润土的亲油性和对废水中有机污染物的吸附能力， 改性后 膨润土在处理分散大红时平衡速

27、度快， 吸附性能佳， 脱色率可达 90%。 冀静平等 14 对膨润土改性及对染料废水处理进行了研究。 通过对酸 性大红BS活性艳红KE-3B和酸性黑10B等染料废水的实验证明， 聚铁改性的膨润土对含各种类型染料废水都有稳定的去除效果。 作者 认为，膨润土的转型和改性， 使膨润土在水中由单晶片形成层状缔合 结构，从而在缔合颗粒之间形成吸附容纳有机大分子的空间， 增加了 晶面间距和膨润土的比表面积。 经吸附饱和后的膨润土可用于工业烧 砖，使有机物燃烧分解， 减少了二次污染。冀静平等10 的研究表明， 经钠改型和羟基铁改性的膨润土吸附剂在投加量为 56g/L时，处 理酸性大红COD去除率达45%活性

28、艳红COD去除率为71%酸性黑 COD去除率达60%用氯化十六烷基吡啶（CPC或溴化十六烷基三 甲胺（CTMAB加入膨润土反应，过滤，再在 8090C烘干，105C活 化，研磨后过 100 目筛制得了有机膨润土，该改性膨润土用于处理 含苯胺染料的废水效果甚好。Jae-Hyunbae 等15 研究了 HDTMA 膨润土对阴离子型染料 酸性二号橙和阴离子型表面活性剂 DBS（十二烷基苯磺酸盐）的竞争 吸附行为。 Konduru R 和 Ramakrishna 等16 比较了泥煤、钢厂矿 渣、有机膨润土以及飞灰吸附处理染料废水的效果。研究发现，飞灰 和矿渣对酸性染料有较高的脱色率； 而有机膨润土和泥煤对碱性染料 的脱色率较高。2.3 改性膨润土混凝剂处理印染废水张建英17探讨了改性膨润土混凝剂 Scpb （改性膨润土混凝 剂Scpb是由膨润土添加SCMC和口 PAC改性制成的80目固体颗粒。 主要成份是膨润土、 PAC和SCMC对印染废水的实际处理效果，结 果表明：Scpb在短时间内不但能够使 COD去徐率达到60%以上，去 浊率达 70%