杨文忠--污水深度处理及回用技术

1、污水深度处理及回用技术污水深度处理及回用技术杨文忠杨文忠南京工业大学水处理技术研究所南京工业大学水处理技术研究所江苏省水化学水处理专业委员会江苏省水化学水处理专业委员会江苏省水化学与工业水处理工程实验室江苏省水化学与工业水处理工程实验室Email: 江苏省水化学与工业水处理工程实验室江苏省水化学与工业水处理工程实验室 主任主任 中国土木工程学会给水排水专业委员会中国土木工程学会给水排水专业委员会 副主任委员副主任委员 江苏省水化学与水处理专业委员会江苏省水化学与水处理专业委员会 主任委员主任委员 中国锅炉水处理协会中国锅炉水处理协会 常务理事常务理事 中国化工学会水处理专业委员会中国化工学会水

2、处理专业委员会 常委常委 中国腐蚀与防护学会缓蚀剂专业委员会中国腐蚀与防护学会缓蚀剂专业委员会 委员委员 全国清洗行业理事会全国清洗行业理事会 高级顾问高级顾问 工业水处理、工业用水与废水工业水处理、工业用水与废水 编委编委 国家科技进步二等奖国家科技进步二等奖，省部级奖励7项 2008年省高校“青蓝工程”中青年学术带头人中青年学术带头人 2005年，“全国化工优秀科技工作者全国化工优秀科技工作者” 发表论文100多篇，国家发明专利国家发明专利6件件。 主持和参加国家“八五”“十五”国家科技攻关和“863”计划课题6项，横向课题200余项。出生年月：出生年月： 1970.2职职 称：称： 教授

3、、博导教授、博导杨文忠杨文忠水化学与工业水处理水化学与工业水处理全国水处理技术培训班全国水处理技术培训班省水化学与水处理专业委员会省水化学与水处理专业委员会省水化学与工业水处理工程实验室省水化学与工业水处理工程实验室“八五”到“十一五”科技攻关课题：12项国家863计划课题：2项科技部水专项：1项在Corrosion Science、Corrosion、Water Research、Desaltion等文章国家科技进步二等奖2项省部级以上奖励27项中国水处理“功勋”单位中国土木工程学会给水排水专业委员会中国锅炉水处理协会中国化工学会水处理专业委员会中国腐蚀与防护学会缓蚀剂专业委员会中国水利协会

4、脱盐分会全国清洗行业理事会工业水处理、工业用水与废水中石化水处理药剂评定中心、中国锅炉水处理协会、工业给排水中心站、扬子水务中心Nalco 、GE-Water、陶氏化学、Backman化学、Ashland 化学、国民淀粉化学、钜迈精细化工等国外知名水公司天津化工设计研究院、南京盛世水业、天津星展、深圳爱康泉水处理、上海洗霸科技、北京天龙等国内知名水企业陶氏化学有限公司、Ashland 化学有限公司大中国区“首席科学家”冷却水处理冷却水处理锅炉水处理锅炉水处理膜化学品膜化学品海水利用技术及海水利用技术及污水回用污水回用煤化工、油田等煤化工、油田等精细化学品精细化学品电化学电化学技术技术知知名名校

5、校友友老一辈：杨璋、魏宝明、周本省、龙荷云沈鸿礼、李寿春顾雷英、朱法祥等王锦堂、俞斌等水化学水处理的研究方向水化学水处理的研究方向缓蚀剂缓蚀剂:涂层涂层纳米镀层纳米镀层海水淡化阻垢剂及控制技术煤化工灰水分散及控制输卤管线防垢技术环境友好杀生剂环境友好杀生剂:海水杀贝剂海水杀贝剂高级催化氧化技术高级催化氧化技术:Cu/AC O3海水利用技术海水利用技术化工过程控制功能新材料污水深度处理回用磷酸生产的NaKFSiO3垢控制ACF、石墨烯、石墨烯、ZnMg电吸附材料电吸附材料半导体阳极材料半导体阳极材料医用生物材料医用生物材料电化学红字：红字：申报基金和出申报基金和出SCI论文论文其余：以工业化及申

6、报攻关课题为目标其余：以工业化及申报攻关课题为目标腐蚀腐蚀微生物微生物污垢污垢电极材料电极材料纳米镀层纳米镀层:Ni-P、Ni-TiO2 无毒硅杂烷化无毒硅杂烷化亚微米级亚微米级缓蚀剂缓蚀剂，环境友好，环境友好Ti基、基、Mg基的碳酸钙、磷酸钙基的碳酸钙、磷酸钙水垢水垢硬垢 主要内容主要内容1 概述概述2 污水深度处理技术污水深度处理技术3 污水回用技术污水回用技术-回用于工业冷却水技术回用于工业冷却水技术4 结束语结束语1 概述概述水资源短缺开源节流工业节水n水是生命的源泉生命的源泉，是社会经济发展的命脉经济发展的命脉。-资源单纯的水污染控制 全方位的水环境可持续发展 污水处理污水处理（wa

7、sterwater treatment）水回用（水回用（water reuse）水再利用（水再利用（water reclamation）水循环（水循环（water cycling）n世界上许多国家把污水作为一种淡水资源。部分发达国家的产业结构也出现了相应的调整，逐步向水资源利用合理化利用合理化、废水产生废水产生减量化减量化、无污染或少污染的清洁生产无污染或少污染的清洁生产方向发展，一些跨国公司把促进清洁生产和可持续发展作为公司的重要经营准则。n目前发达国家的水循环利用率达到80%-90%以上。n我国的水循环利用率只有70%，且现有的污水处理水平和规模均达不到深度处理和三级处理；污水经过处理以后

8、几乎都排放了，基本上未能实现处理后的再利用。水处理水处理水处理工业给水处理工业给水处理工业废水处理工业废水处理工业过程水处理工业过程水处理循环冷却水处理锅炉水处理纯水和超纯水沉淀（自然沉淀、混凝沉淀、化学沉淀）过滤氧化（化学氧化、电化学氧化）吸附气浮离子交换及膜法处理一级处理（预处理）二级处理（生物处理）三级处理（深度处理）给水与废水处理沉淀（自然沉淀、混凝沉淀、化学沉淀）过滤氧化（化学氧化、电化学氧化）吸附气浮离子交换及膜法处理一级处理（预处理）二级处理（生物处理）三级处理（深度处理）设设备备药剂药剂菌菌种种曝气 沉淀 气浮氧化 过滤 吸附好氧生物池厌氧生物池人工湿地混凝剂混凝剂氧化剂吸附剂

9、离子交换树脂活性污泥厌氧污泥离子交换设备超滤 微滤 纳滤 反渗透 电去离子工业水处理及回用n经传统二级处理技术后的水质 BOD5 ：20-30mg/L； COD： 60 -100mg/L； SS： 20-30mg/L； NH3-N ：15 -25mg/L； P： 6-10mg/L； 细菌和重金属等。n 对污水进行深度处理，或将污水深度处理后回用是确保水环境健康和可持续发展的有效途径之一。2 污水深度处理技术污水深度处理技术目的目的 去除悬浮和有机物质，脱色除臭，使出水进一步澄清； 脱氮除磷、消毒杀菌，消除能够导致水体富营养化的因 素和有毒有害物质； 去除某些无机盐成分，满足回用的具体要求。对象

10、对象n 有机物n 植物性营养盐类n 悬浮颗粒物n 无机阴阳离子、盐分n 病毒细菌 二级出水砂滤消毒 二级出水混凝沉淀过滤消毒 二级出水混凝沉淀过滤(活性炭吸附) 消毒技术技术传统工传统工艺组合艺组合 过滤过滤 吸附吸附 分离分离 氧化氧化（1）过滤）过滤 双层或多层滤料过滤双层或多层滤料过滤n提高了滤池的过滤能力、时间，使直接过滤(过滤前无沉淀) 成为可能。 高效纤维过滤或盘式过滤高效纤维过滤或盘式过滤n以纤维丝、盘式过滤、滤盘纤维丝、盘式过滤、滤盘取代颗粒滤料作为滤元，在提高过滤精度的同时，具有较高的过滤速度、较小的占地面积和较低的反冲洗用水量。（2）吸附）吸附 改性硅藻精土改性硅藻精土n其

11、壁壳上有多级大量有序排列的微孔，比表面积大、吸附性强，在水中能吸附自身质量34倍的物质。硅藻土还具有稳定、耐酸和孔径大的优点。 活性炭粉末活性炭（PAC）颗粒活性炭（GAC）生物活性炭（BAC） 活性炭活性炭n 一种多孔性物质,去除污水中的臭味、色度、重金属、消毒副产物、氯化有机物、农药、放射性有机物等, 适应性强, 对分子量在500-3000 的有机物具有十分明显的去除效果, 去除率一般为70-90%。是一种具有广阔应用前景的污水深度处理技术。（3）膜）膜分离分离技术技术-MF、UF、NF、RO 介于UF、RO之间，主要去除二价离子(95%).去除细菌、病毒和寄生生物去除TDS（90%）膜化

12、学品及其运行操作管理技术膜化学品及其运行操作管理技术引起膜污染的原因：引起膜污染的原因： 无机物的沉积无机物的沉积 - 结垢结垢 颗粒物的沉积颗粒物的沉积 - 胶体污染胶体污染 有机分子的吸附有机分子的吸附 - 有机污染有机污染 微生物的粘附及生长微生物的粘附及生长-生物污染生物污染阻垢剂阻垢剂杀菌剂杀菌剂还原剂还原剂絮凝剂絮凝剂膜化学品膜化学品运行技术运行技术清洗技术清洗技术（4）高级氧化）高级氧化n 湿式氧化法（湿式氧化法（WAO） 在高温(150-350)高压(0.5-20.0MPa)下,以O2（O3、H2O2)为 氧化剂, 在液相中将有机物氧化CO2和 H2O等无机物或小分子有机物的化

13、学过程。 缺点：温度和压力高、停留时间长、对难氧化有机物的反应要求苛刻。 湿式催化氧化法（湿式催化氧化法（CWAO）是在传统的WAO工艺的基础上, 加人适宜的催化剂, 使氧化反应能在更温和的条件下完成。目前应用最多的催化剂是过渡金属氧化物, 如Cu、Fe、Ni、Co、Mn等及其盐类。 超临界水氧化法（超临界水氧化法（SCWO）将温度和压力升高到水的临界点(400-600、 10-22MPa)以上, 可使反应速率加快, 在几秒钟内就可对有机物达到很高的破坏效率。适于TiO2难以降解的有毒害物质。 过氧化物氧化（过氧化物氧化（WPO）是在反应中加入比O2作用更强的氧化剂（过氧化物、O3等）。n电化

14、学氧化法（电化学氧化法（EO）是在电极表面的电催化作用下或在由电场作用而产生的自由基作用下使有机物氧化。电极材料为含有Ti、Ir、Pt、Ni、Ru、Rh等金属及其氧化物，或Sn、Pb氧化物的半导体材料；该方法除可将有机物彻底氧化为CO2和 H2O外, 具有能量利用率高，低温下也可进行，设备相对简单, 操作费用低, 易于自动控制，无二次污染等特点。n光化学催化氧化法（光化学催化氧化法（CPO）是以n型半导体为催化剂（TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2、Fe2O3）。高级氧化技术的组合高级氧化技术的组合nFenton试剂nO3/生物活性炭nO3/H2O2氧化nUV/O3nUV/H2O23

15、污水回用技术污水回用技术-工业废水回用于工业冷却水技术工业废水回用于工业冷却水技术n在城市供水中，50-80%是工业用水，而工业用水中的80%是冷却用水。n 污水回用的主要对象应是工业冷却水，这将是解决污水回用途径的主要矛盾回用途径的主要矛盾。n 水量要求相对稳定n 水质要求不高n 净化空气n 可自然氧化分解部分有机物等特点。 工业冷却水具有水质建议标准水质建议标准市场增长率市场增长率 水处理（包括工业水处理、城市污水、商业水处理等）行业的高速发展，其将带动我国水处理化学品市场高速发展。污水+循环水一般情况下通过城市管网直接排放工业废水工业废水混凝沉降混凝沉降过滤过滤氧化消毒氧化消毒膜生物反应

16、器膜生物反应器回用水回用水缓蚀剂、杀菌剂缓蚀剂、杀菌剂阻垢分散剂阻垢分散剂微生物分散剂微生物分散剂用于循环冷却水用于循环冷却水自动监控系统自动监控系统生物生物滤池滤池纤维球纤维球过滤器过滤器杀菌杀菌活性炭活性炭过滤器过滤器反渗透反渗透装置装置3-1 废水回用冷却水的通用技术废水回用冷却水的通用技术3-2 某钢铁企业焦化厂的中水回用实例某钢铁企业焦化厂的中水回用实例n某焦化厂于07年7月开始采用中水作为冷却水的补充水。3-3 东北某钢铁公司东北某钢铁公司n 焦化厂的净化废水中仍含有芳香族类化合物和杂环类化合物及其衍生物等，具有一定的阻垢缓蚀杀菌功能，作为冶炼净环水的补充水，在浓缩倍率为4.7时也

17、未发生结垢和腐蚀现象。n 高炉煤气洗涤循环水系统只需添加废酸防止洗涤循环水系统中的结垢，因而大大地节约了水处理药剂，降低了生产成本。2-4 农药废水的回用技术开发n目前中国已成为农药生产和出口大国，农药产量仅次于美国，在全球排第二位，2005年全国农药工业实现现价总产值642亿元，比2000年增加332亿元。其中江苏、浙江、山东三省农药工业产值占全国的65.7%，江苏一省就占全国的40.6%。n农药生产过程复杂，反应步骤多，原材料消耗量大，在生产过程中排放的废水量大，污染物浓度高，如合成1吨有机磷农药原药约消耗3-4吨化工原料，多余的原料绝大部分作为未反应物或中间副产物随水排出。n据不完全统计

18、，全国农药工业每年排放的废水约为15亿吨。其中已进行处理的占总量的7，处理达标的仅占已处理的1。n农药废水属于高浓度、难降解有毒工业废水。农药工业的污染主要来源于生产过程中排放的废水，包括合成反应生产水、产品精制洗涤水、设备和车间冲洗水等。这些废水的特点是含盐量高、色度深、污染物浓度高、成份复杂，其中主要含有难生物降解的卤代芳香族化合物和杂环类有机物。n目前对该类废水的处理采用“蒸发除盐-催化微电解-化学氧化-配生活污水后生化”的组合工艺流程。近年来，随着催化微电解和湿式氧化等新技术的发展和应用，农药废水的综合处理水平得到大大的提高，出水的COD在80-150mg/L，悬浮物在50-80mg/

19、L。n然而农药企业在中水回用方面的研究却鲜见报导，经生化处理的水经吸附、双膜法等深度处理后再回用于生产，但由于成本较高，使得企业难以接受，目前大多企业将其稀释排放或直接进入污水处理厂进行处理，造成水资源的污染或浪费。n由于受农药企业的废水水量和水质变化大，出水的COD多在100mg/L以上，悬浮物高于80mg/L以上，氯离子高达1000mg/L。显得非常不够，废水排放造成的水资源浪费和污染十分严重。（1） 亚氨基二乙腈母液处理研究亚氨基二乙腈母液处理研究：强化源头控制，即通过革新亚氨基二乙腈技术，创新特殊结构的反应器，提供特征物理反应空间，优化工艺条件，提高亚氨基二乙腈的收率和降低副产物产生，

20、减少母液的产生量；利用低温膜技术，解决热敏物料的蒸发浓缩难题，加强母液中产品回收及循环利用，回收亚氨基二乙腈产品，减少母液的产生量，提高收率。将母液中有害物质变成可生化的有用物质，并调整到菌种适宜的环境，培选适中菌群，有效发酵，最终实现母液资源化。（2） 双甘膦废水减量化技术研究双甘膦废水减量化技术研究：从绿色化学和合成方法学等角度优化合成工艺，提高产品的收率，对废水通过脱除盐分、脱除甲醛等处理，减少废水产生总量，减轻废水处理压力，提高废水的可生化性。 （3） 双甘膦废水循环利用技术研究双甘膦废水循环利用技术研究：通过蒸发技术的开发，将双甘膦废水分为蒸出水、氯化钠和双甘膦浓缩液，再采取不同的处

21、理工艺，对这三种组分进行不同的处理，分别回收合格的工艺水、氯化钠和双甘膦。（4） 草甘膦母液的无害化、减量化技术研究草甘膦母液的无害化、减量化技术研究：研究从IDA法草甘膦母液中去除甲醛的处理方法，并实现甲醛的回收利用。无醛后的草甘膦母液通过浓缩制得符合国家标准的10%草甘膦水剂，避免了对农作物和土壤的安全影响。（5） 废水深度处理技术研究：废水深度处理技术研究：对工艺中回收的蒸发回收水通过将先进的絮凝剂、生化强化技术、先进的膜技术等技术模块集成应用，提高废水处理效果和效率，降低处理成本。将废水分质处理，分级使用，分别用作工业循环水、稀释用水、工艺洗涤用水和生产用水等。农药废水的深度处理及回用

22、技术农药废水的深度处理及回用技术3-5 Shell煤气化污水回用处理煤气化污水回用处理n煤气化技术已成为近年来研究开发的热点，其中Shell（Shell）粉煤气化技术由于清洁、高效、单炉产气量大清洁、高效、单炉产气量大等特点受到了国内以煤为原料生产化肥的企业关注。n在Shell煤气化工艺中，原料中的碳氢化合物在高温下进行部分氧化反应生成以CO和H2为主的气体，原料中含有一些氮、硫和金属等杂质，在气化过程中则部分转化为氨、氰化物、硫氧化合物以及重金氨、氰化物、硫氧化合物以及重金属化合物属化合物等。这些有害物质大部分溶解在气化过程中的洗涤水中。此外在洗涤工艺气过程中大量粒径极小的粉尘大量粒径极小的

23、粉尘将进入洗涤水中，使洗涤水的悬浮物和浊度升高悬浮物和浊度升高。n国外对气化炉的废水处理主要是将一部分废水经过冷却后冲渣循环冷却后冲渣循环使用使用，另外一部分多采用闪蒸、沉降及气提处理闪蒸、沉降及气提处理后送污水处理厂装置进行生化处理生化处理，对残留的微量无机氮和硫元素进行氧化氧化。气提后的酸性水和处理后的洗涤水可以再循环使用。n气化废水沉淀池的运行效率很低运行效率很低，经混凝沉淀后的出水中悬浮物的含量依然很高，主要是难以去除的细小颗粒物，使废水呈现浑浊的灰黑色。n废水中的CN- 可通过两级氧化去除，但其中含有一定量的难以去除的有机物和重金属有机物和重金属，达标排放压力很大。煤气化污水深度处理

24、及回用煤气化污水深度处理及回用处理效果处理效果确定了Shell煤气化污水处理回用技术的连续化运行的条件连续化运行的条件：将Shell煤气化废水进行曝气44.5h，再加入2025 mg/L的氧化沉淀剂和1.0g/L 的Ca(OH)2，在反应澄清池中沉降，在澄清出水中加入56g/L的 NaClO进行再氧化。然后经调节池调节PH后，经砂滤、超滤和反渗透（产水率60%）装置出水指标超过工业冷却水处理设计规范中对再生水回用的指标。 通过煤气化污水工业侧线装置的连续化运行，在产水率产水率60%连续运行情况下，整套处理工艺的出水： 电导率小于1400s/cm， 浊度小于0.5NTU， COD小于 mg/L左

25、右， 总氰小于1 mg/L， 氨氮小于2 mg/L左右， Ca2+ 小于 1.5 mg/L， 硫化物全部去除。3-6 3-6 印染废水脱色处理印染废水脱色处理n当投加量为200 mg/L,原水pH值11-13,搅拌时间2.5min,得到最佳处理效果,脱色率为脱色率为99%,COD脱除率达到脱除率达到73.1%,色度由1000倍降到10倍,完全达到国家一级排放标准。RORO案例案例1 1某化工公司针对当地水源的水质较为差，尤其含氟较高。采用双膜法系统，确保饮用水的水质和循环水的水质改善。案例案例1 1 反渗透系统为一级两段式，采用复合膜。药剂1杀菌剂 根据气候情况，在每年的5-9月投加，投加的浓度为0.3-0.5mg/L。2混凝剂 采用无机高分子混凝剂，具有很强的电中和和压缩胶体双电层的作用，投加的浓度为8-14mg/L。3絮凝剂采用有机高分子絮凝剂，具有很强的吸附架桥作用，使得水中的颗粒物快速凝集，实现固液分离。投加的浓度为0.1-0.3mg/L。4还原剂具有很好的还原性，消除投加氯而带来的危险。投加的浓度为2.0-3.0mg/L。5阻垢剂采用有机阻垢剂，为环境友好化阻垢剂，无磷、可生物降解无磷、可生物降解，对CaCO3、CaSO4、CaSiO3、MgSiO3等垢有优异的抑制性能。投加的浓度为4-8mg/L。RO案例2 某炼油污水经生