发展战略国内外水处理技术的状态发展方向

1、国内外相关技术的现状 发展趋势 世界上许多地区正面临着最严重的缺水。 据世界银行的统计， 全 球 80% 80% 的国家和地区都缺少民用和工业用淡水。随着资源成本不断 上升和环保意识逐渐增强， 许多企业开始运用绿色技术， 降低碳排放， 尽量减少废物产生。 其中水处理技术就是其中非常重要的一项绿色技 术。 根据联合国统计，到 2025 2025 年，三分之二的世界人口可能会面临 水资源短缺， 因此水处理技术将会越来越得到重视， 这包括了高效率 的水资源管理和污水处理。例如：在北美尤其在加拿大，水管理及污 水处理设施的面临的问题十分急切。 63% 63% 的目前运行的设施都在超 期运行，他们的平均

2、运行时间已经达到 18.3 18.3 年。其中 52% 52% 污水处 理设施在超期运行。 在美国的干旱地区， 对海水淡化技术的需求越来 越高。海水淡化技术主要局限在于效率，而随着淡水的短缺，这些局 限逐渐被淡化和忽视。 水处理技术的发展拥有巨大的前景， 许多国家 都在实施水处理的政策和项目。根据全球知名增长咨询公司的预测， 至 2010 2010 年，全球水资源管理和污水处理技术市场规模预计将达到 3 3 ， 500 500 亿美元。 目前先进的水管理和污水处理技术及其发展趋势包括了循环用 水、反渗透海水淡化和臭氧化等。例如，反渗透海水淡化技术正在迅 速占领的大型设施市场，而这一领域过去主要

3、以热工过程设备为主。 处理效率的提升和渗透膜价格的回落， 促使反渗透海水淡化市场在过 去 5 5 年中迅速发展，现在应用反渗透海水淡化技术的已不再是小规模 的工厂，大型反渗透海水淡化厂已是司空见惯。 在污水处理方面，澳大利亚的研究人员在生物发电领域提出了一 种新的旋转生物电化学接触器， 这项技术能够将已经运用于污水处理 行业 30 30 年的旋转生物污水处理技术的效率提高 15% 15% ；此外，一种 能够处理高污染废水的技术也已经问世， 这种技术能够处理污染物浓 度超过 300 300 ， 000ppm 000ppm 的污水，而处理成本仅有原先通过储存和化 学处理方法的十分之一。 这种技术目

4、前被认为是最简单、 最易于使用 及经济的处理技术 . . 中国目前同样也面临巨大的淡水短缺和水污染的问题。作为一个 人均拥有水资源量最小的国家， 必须采取措施以避免未来严重危机的 发生。中国北方缺水问题极度严重，因此国家启动了浩大的 “南水北 调”工程，整个工程耗资达到几十亿美元，预计 2050 2050 年建成。污水 问题同样困扰着中国，估计有 3 3 亿人口的饮用水是被污染的。 2004 2004 年至 2008 2008 年，污水排放量年增长率达到 18% 18% ，从 482 482 亿吨增长至 572 572 亿吨。预计在 2010 2010 年，中国的污水排放将达到 640 640

5、 亿吨。中 国持续的工业化、 城市化进程和经济的快速增长， 是导致污水排放量 连年上升的主要原因； 而与此相对的是， 中国的污水处理厂却基本上 未能实现满负荷的运行。 以 2008 2008 年为例， 中国污水处理厂的处理污 水量仅仅达到的设计负荷的 64%64%，主要的原因在于运营费用过高。 在这种情况下，中国的污水处理行业将需要更多的投资和更先进的技 术。在第 1111 个 5 5 年计划之间（20062006 年至 20102010 年），政府预计在 水处理方面投入超过 30003000 亿元人民币。截至 20092009 年，中国一共有 15721572座污水处理厂，同时 206320

6、63 家在建。 随着社会经济和城市化进程的发展，水资源紧缺和水环境污染已 成为本世纪全球性问题并且日趋严重。 甚至有人认为：水的问题有可 能超过能源问题而成为 2121 世纪世界上最为重要的问题。因此，必须 对水的问题予以高度重视。而正确掌握和合理利用现有水处理技术并 研究新的水处理技术是解决水环境污染和合理利用水资源的重要途 径，作为水处理工作者，更有责任直面问题，积极探索和正确把握未 来水处理技术的发展动向。鉴于此，通过对我国水处理技术发展现状 的回顾和当前水处理常用模式及所面临问题的分析， 对我国水处理技 术的发展趋势进行了展望。 一、水处理技术的发展现状及其存在模式 1 1 水处理技术

7、的发展现状 我国有文字记载的给水处理从明矶净水开始， 而比较完整的现代自来 水厂是创建于 18821882 年的上海杨浦水厂。此后净水技术经历了简单沉 淀，慢滤处理，依靠外国专家 照搬照抄”新建大型水厂，采用平流池、 双层过滤技术以及絮凝、消毒等。2020 世纪 6060 年代以后，城市供水 全面普及，给水处理从苏联模式中走了出来，在学术理论、规范制定、 人才培养、设备供应等方面逐渐形成了自己的体系。 如在水处理中开 始注重投药后的混合，采用静态管道混合器等 细节”推广应用了絮 凝等技术，在减少水头损失、提咼絮凝效果、降低药量消耗等方面进 行了许多研究；引进浅层沉降理论，对平流池的设计进行了改

8、进，对 滤池配水有了相应的研究，对混凝剂有了应用。 2020 世纪 8080 年代以后，随着改革开放的深入，给水处理引进吸收了 外国先进技术和设备，提高了絮凝加药的自动化水平，开始了提高水 质和微污染水源处理技术的发展，消毒剂广泛使用并呈多样化趋势， 供水管网水质实现了自动检测，常规水处理技术得到加强。 目前，对于经济发展带来的水源污染的生物预处理技术及臭氧活性炭 等水的深度处理技术在向实用化发展中，小型膜处理设备也已应用于 高品质饮用水处理系统之中。 与此同时，在工业给水处理上也进行了许多研究和应用， 如用混凝沉 淀和过滤方式进行工业用水的预处理，用离子交换、软化、除铁等进 行锅炉用水的处理

9、，但是在工业循环水处理上由于缺乏自主技术， 早 期沿用了外国自来水处理中水质稳定的概念，片面地以控制 CaC03CaC03 结垢为主，忽略了结垢的其他盐类和化合物，对工业水温度变化的特 点和水的腐蚀以及水中菌、藻等引起的微生物黏泥的影响未予以考 虑，走了弯路。目前工业循环水处理上则主要以投加缓蚀剂、 阻垢剂、 杀菌剂等化学药剂为手段来控制水的腐蚀、结垢和微生物黏泥。需要 说明的是在工业水处理中的缓蚀剂 2020 世纪 6060 年代以采用铬酸盐 和亚硝酸盐为主，由于毒性大，至 2020 世纪七八十年代受到环境保护 的限制逐渐为磷酸盐所取代。 然而，近年来由于磷的随水排放又引起了水域富营养化而产

10、生 赤潮 公害，各国已纷纷提出禁磷或限磷要求，因而有机系列的钼系、钨系、 硅系等无公害水处理缓蚀剂相继得到开发并逐渐推广应用。 阻垢剂方面，曾用木质素、淀粉类及腐植酸类，目前应用最广的为有 机磷酸盐和高分子聚羧酸类。杀菌剂方面早期如氯、次氯酸钠、次氯 酸钙等最为普遍，后来又发展了二氧化氯等。然而氯消毒后产生的副 产物三卤代甲烷（THM3THM3）现已确认为致癌物质，因而目前使用的杀菌 灭藻剂已扩大到臭氧、过氧化氢等非含氯的氧化型杀菌剂以及以季铵 盐如十二烷基二甲基苄基溴化铵为代表的非氧化型杀菌剂。 在废（污）水处理上，目前主要采用中和、沉淀、曝气、生物处理、混 合稀释和过滤等手段，处理的目的是

11、基本满足排放水质的要求，并且, 总体处理率不是很高。 养殖水处理方面，自 2020 世纪 6060 年代以来，一些国家如日本、美国、 德国、加拿大、丹麦等，已经先后不同程度地开展了循环水养殖水处 理技术的研究。目前，国外已将臭氧、紫外线与生物滤器等水处理技 术和设施广泛应用于水产养殖，而且向机械化、现代化方向发展。我 国在这方面起步较晚，但近些年来发展比较迅速，在广大科技工作者 的一致努力下，已经取得了一系列的成就，发展了各种各样的循环养 殖水处理设施。 2 2 目前水处理应用的几种主要模式 1 1）污水处理 目前应用最为广泛的污水处理模式，该模式以曝气池（氧化沟）、二 沉池为主要功能单元，其

12、中根据曝气池（氧化沟）内构筑物建造形式 的不同又可以区分多种 水处理工艺。该模式主要应用于城市生活污水和工业废水的处理，处 理目标以达到污水排放要求为标准，如将氨氮、化学耗氧量分别降至 5 5 25mg/L 25mg/L 和 50 50 100mg/L 100mg/L 以下。 2 2）饮用水处理 20012001 年 6 6 月 7 7 日，我国颁布了新的生活饮用水卫生规范，其 中要求生活水的 CODMnCODMn 小于 3mg/L 3mg/L ； 20002000 年 1 1 月 1 1 日实施的 地表水环境质量标准要求水源处理出水中氨氮质量浓度在 0.5mg/L0.5mg/L 以下。这些相

13、关标准的执行，对于水处理来说其出水水质标 准有很大的提咼，并且国家还在考虑制定水质的行业标准。 对经济技 术发达地区和城市在保障公共健康的基础上将提出更咼的水质标准， 除严格控制有毒有害的项目外，还将增加微生物项目，同时，还考虑 适当提高水质的感观性项目和要求， 以适应生活水平提高的需求。应 该指出，当前常规水处理达不到对 CODCOD 和氨氮去除的要求，投加高 剂量的氯气消毒又会导致三卤 甲烷和卤乙酸等有致突变作用的消毒副产品， 对水的饮用安全构成威 胁。氨氮的去除有赖于生物预处理，色、嗅、味等的改善需要利用活 性炭或臭氧活性炭的吸附和生物降解等工艺。 所以考虑增加预处理或 深度处理环节是当

14、前提高供水水质的必需工作。 从国内外目前的研究看，将各种预氧化处理（臭氧、高锰酸钾、二氧 化氯、过氧化氢）、生物处理和活性炭吸附与常规处理联合起来，优 化组合新的净水工艺，是当前受污染水源水水质净化的基本技术对 3 3） 纯净水处理 4 4） 锅炉水处理 二、水处理技术的发展趋势 纵观上述水处理技术的发展现状和我国当前水处理所面临的问题， 研 究国外水处理技术的发展历程，结合新世纪合理开发利用水资源的要 求，可对我国水处理技术粗略勾勒出如下的发展趋势。 1 1 常规水处理 以去除悬浮固体，胶体及细菌为目的的常规工艺对色度、氨氮、耗氧 量不能有较好的去除效果现行的 混凝 沉淀 过滤 消毒”的常规

15、处理 组合仍将在新世纪的初期得到延续，但不是简单重复，而应是 强化” 或 优化”了的工艺组合，并针对不同的水源条件和水质要求，辅以预 处理和深度处理。 当原水中氨氮、亚硝酸盐含量高，有机物多，较易生物降解时，采用 生物预处理将是适宜的，因出水水质可得到全面提向，运转费低廉。 当原水中有机物量多且较难降解时，为保证净水厂出水水质全面达到 规定的有机物（包括消毒副产物）指标与使出水降低致突活性（Ames Ames 试验呈阴性），采用活性炭过滤将是必要的，是今后发展的方向。 2 2 生物预处理 生物预处理技术可以有效去除原水中的氨氮及可部分降解有机物。 针 对当前水体污染状况及趋势，生物预处理工艺作

16、为去除氨氮的有力武 器在很长一段时间内将不会改变，但目前还需要进行实际应用方面的 广泛研究，特别是对含藻水处理中应对暴发期的工艺措施进行更为广 泛深入的研究。 藻类密度一般较小，因而其絮体不易沉淀，采用气浮则可以取得较好 的除藻效果。气浮法的主要问题是藻渣难以处理，气浮池附近臭味重， 操作环境差。 3 3 深度处理技术 目前我国尚在应用研究阶段的臭氧氧化、臭氧活性炭吸附等水的深度 处理技术在欧美等发达国家已广泛应用，该技术已引入到我国水处理 技术上来，但吸收、转化和应用工作应有一段时间。 4 4 水处理药剂的发展 消毒杀菌方面，THM3THM3 的问题虽已经引起世界的关注，但目前为止 我国限于

17、技术和经济条件，液氯消毒仍为大多数水厂所采用。 随着国 外研究开发出新的高效、低毒或无毒替代品，我国将会逐渐限制、淘 汰液氯杀菌的方式。工业水处理中的药剂将从有毒有公害的药剂向低 毒、无毒、无公害药剂方面发展，由不易生物降解药剂向易生物降解 方面发展，由单一的水处理药剂向复合的多功能药剂方面发展。 5 5 膜处理技术 膜技术是利用离子交换膜或有机高分子合成膜组成的技术， 近年来发 展迅速，对于水 质处理，可能是 2121 世纪的革新技术。 膜处理技术被誉为 2121 世纪水处理技术的关键技术，是替代传统工艺 的最佳选择。膜分离技术的主要作用原理是以压力梯度为驱动力， 利 用特定膜的透过性能分离

18、水中离子、分子和杂质而进行的滤膜机械筛 分作用，是膜技术从化工领域向水处理领域、发展的结果。 近 1010 年来我国主要用于桶装、瓶装高品质饮用水的处理，欧美则已 建成了日处理水量几万到几十万立方米规模的水厂。 目前膜处理技术 在水处理方面的主要应用有反渗透(Reverse Osmotic RO)(Reverse Osmotic RO)、电渗析 (Electrodialysis(Electrodialysis，ED ED 或 EDR)EDR)、钠滤(Nanofiltration(Nanofiltration，NF)NF)、超滤 (Ultrafiltration (Ultrafiltration

19、 ，UF)UF)和微滤(Microfiltration (Microfiltration ，MF)MF)等 5 5 种。UF UF 和 MF MF 运 行所需压力低，膜的成本低，可替代传统水处理的混凝过程，值得推 广；而 RORO 和 NFNF 可分离直径达 0.00010.0001 卩 m m 到 0.0010.001 卩 m m 的颗粒，对 病毒、有机物和溶解性无机物均能有效去除，既可用于工业水处理也 可用于饮用水处理，能避免化学药剂投加产生的问题和常规消毒副产 物生成，特别是解决了 2020 世纪 9090 年代以来新发现的常规方法不能 除去和杀死隐性孢子虫的问题。随着饮用水水质要求的提

20、高和膜技术 的发展，膜技术和膜产品将会得到广泛的开发和应用。 但膜组件的集 成化，膜破损的检测，膜污染的控制及洗涤，膜处理中污排水的处理 及膜成本降低等等问题还需深入研究。 微滤、超滤与反渗透是靠压力驱动使水透过半透膜，而将水中所含杂 质：胶体、无机离子、有机物、微生物等截留的过滤技术。它们的区 别主要是膜的孔径和截留粒子成分子的直径不同。 一般颗粒介质( (砂、 煤等) )过滤技术可去除 2 25 5 卩 m m 以上的粒子。微滤可以去除 0.10.10.20.2 卩 m m的粒子，能将绝大多数形成浊度的粒于去掉。超滤可去 除 0.005 0.005 am含分子量 10001000 以上的粒子，包括细菌、病毒。反渗透 则可去除 0.30.31.2nm1.2nm 大小的有机物（分子量 200200 500500）与无机离子， 用于除盐、海水谈化。纳滤是一种低