污水处理方法的发展

污水处理方法的发展AmitSonUne*.RupaliGhate水土管理协会邮编：504地址：印度摘要污水就是社会生活产生的固体废物和排入下水道的液体组成的混合物。污水中包含易腐烂的或可生物降解的悬浮有机固体。一般认为污水分为生活污水和工业污水两种类型。污水处理就是部分地从化合物中部分地去除或分解转化固体物质或有机矿物质或相关的稳定有机体。一级和二级处理，去除污水中大部分的BOD和悬浮固体。然而，越来越多的事实证明，一级和二级处理水平不足以保护水资源或供应可再度使用的工业或生活用水。因而，增加处理级数已被增加在污水处理设备中深度去除有机固体和营养物质及有毒物质。最近几年在水处理领域有几种新发展的污水处理方法。现有可供选择的方法称为典型或传统的处理系统。高级的污水处理方法作为个人、集体、工业团体和国家努力保持基本的水源的可行方法，已成为全球的焦点。高级的污水处理工艺，结合减少污水的产生和实现水的循环利用，提供可减慢不可避免的可用水资源的流失。隔膜工艺很适用于实现污水的循环再用。隔膜可选择以极小尺寸和分子量的颗粒分布在大范围内的形式组成。在过去，隔膜工艺已成为权威的分离技术。隔膜技术的焦点是在不添加化学物质下工作的，而且是低能耗和易操作及易安排处理传导。本文包含全部的先进的污水处理及再利用的方法。关键词：污水、一级处理、二级处理、隔膜工艺、再循环、再利用、先进的污水处理绪论地球71％的表面覆盖着水及我们的身体含65％水。每个人都需要干净的水——用于喝、消遣娱乐、或只用来观赏。如果水被污染了，它就失去了它的经济及观赏价值，及它会有害于人体健康和鱼类的生存及野生动物的依靠。河流及小溪被化学物质污染问题已成为至关重要的环境问题之一。水中的化学物质污染物进入河流和小溪引起极大的破坏。虽然一些水污染类型是由自然引起的，然而大多数是由人为活动引起的。我们每天的日常生活和工业生产都需要消耗水。我们使用的水取自湖泊、河流及地下水源，我们用过后就污染了，然后大多数又回到湖泊、河流及地下。这些用过的水就叫做污水。如果在排入排水沟之前不经处理，就会产生严重的污染后果。污水可能被定义为居住处及公共场所、商业及工业废弃物连同地表水、暴雨混合在一起的综合液体。它一般包含很高的过氧废物、致病菌、有机物及刺激植物生长的营养物质、无机化合物和无机矿物及沉淀物。这也可能含有毒混合物。污水可被分为4种：生活污水：从居住处和商业机构及相似的机构排放的污水。工业废水：以工业污水为主的废水。渗透/流入污水：通过直接或间接的方式进入下水道的外来水源。例如通过漏泻接合处、裂缝、多孔渗透水墙流入的污水，及通过暴雨排水沟连接处、屋檐顶、基础地下室排水沟或检修盖流入的暴雨。暴雨：由于降雨引起的洪水带来的流出物的混合污水。很多年前，处理市政污水的主要目的是简单地去除它所包含的悬浮固体、氧化物、溶解性无机化合物和有害的细菌。然而最近几年，重点放在改进处理市政污水处理过程中固体残余物的污水处理方法。处理市政污水的基本方法归纳为三个阶段：第一阶段，包括粗砂的沉降去除，第二阶段，生物活性污泥去除有机物；第三阶段，高级的生物方法去除氮，化学物理方法如由小颗粒形成的筛处理、及活性碳吸收等。工业污水的特征，两种或几种之间可能是互不相同的。影响工业排出水的，不仅与他们的综合特征有关，比如BOD和悬浮固体数量，还与有机物及无机物的成分有关。三个因素都有可能成为控制因素。经污水处理厂处理的污水可以做为市政污水预处理的污水，或可以完全处理后用于灌溉植物或直接排出。工业污水是由工厂或制造过程排出的。实现工业污水的再利用，是社会污水的重要组成部分和成功的处理方法。一些地区的工业排出的污水收集了其他的市政污水和混合废弃物一起处理的。在另外的一些情况下，工厂在把他们的工业污水排入市政管道之前可能要对其做预处理或部分处理。依然有些情况是按工业污水的体积和性质必须分开收集和处理。工业污水的成分、浓度、流程和体积是相差很大的，取决于工业或制造业的种类。工业废水的成分和体积肯定取决于它的用途。产生大量污水的典型工厂有造纸和纤维厂，钢铁厂，提炼和化工行业，化学和肥料厂，肉类包装和家禽处理，蔬菜和水果包装过程等。工业排出的污水由高浓度的有机含耗氧的废水或含能损害下水道和其他建筑物的化合物的废水组成。他们可能含有不能被生物降解或有毒的化合物，会干扰污水处理厂的处理效果。较少被认为是工业污水的是含低溶解氧及热排放的废水。很多工业生产都用大量的冷却水和电。然而，金属及化工行业也使用大量的冷却水。传统的污水处理方法传统的污水处理方法由物理、化学和生物方法去除固体、有机物质及有时去除污水中的营养物质。一般为了提高处理水平，通常把污水处理描述为初步、二级、三级或高级处理，不同的污水处理程度。2.1预处理预处理的目的是去除在未经处理过的污水中能找到的粗砂及其他大颗粒物质。预处理帮助去除大颗粒固体以减小固体颗粒的尺寸。固体由木块、布、纸垃圾及一些排泄物组成。去除重的无机固体，如砂砾及金属或玻璃。这些物质被叫作粗砂和过量的油脂。2.2一级处理一级处理通过物理沉降和浮选来去除有机和无机固体的。在初级处理中，大约25－50％BOD5，50－70％的总悬浮固体，和65％油脂被去除掉。一些有机氮、有机磷、重金属和固体也一并被去除掉，但胶状的和可溶解的成分布能被去除。从初沉池出来的污水作为初级出水表1列出三间加州的污水处理厂的初级处理的情况2.3二级处理二级处理的目的是去除初级处理后的出水中残余的有机悬浮固体。根据固体尺寸，其分布状态是30％的悬浮固体，6％的胶状体，大约5％的可溶解性固体。初级处理的作用是去除尽可能多的悬浮固体。初级处理是利用过滤器或沉淀池去除污水中的可沉淀的有机或无机固体。最新的排水标准和水质标准要求更深层地去除有机物，而初级处理是不能达到这效果的。要二级处理才能达到这要求。二级处理过程是利用环境中不同种类的微生物的生物处理方法。一些好氧生物处理方法被用作二级处理，而在方法上它是不同于初级处理的，它是根据有机体代谢有机物的速度来供给微生物氧的。污水处理方法的发展初级处理及二级处理能去除大部分的BOD和悬浮颗粒。然而，越来越多的事实证明，一级和二级处理水平不足以保护水资源或供应可再度使用的工业或生活用水。因而，增加处理级数已被增加在污水处理设备中深度去除有机固体和营养物质及有毒物质。因此高级处理方法被定义为：任何处理后的出水水质比一般的二级处理达到的出水水质要好，或包含在一般的二级处理中没有的处理过程的工艺。上述的定义是很广泛的，几乎包括所有的不同于现在传统的一切污水处理方法。3.1高级污水处理方法根据流程的不同把高级处理方法分为三种主要类型：三级处理物理化学处理生物——物理综合处理三级处理可定义为任何添加在传统的二级处理流程后的操作。添加在传统二级处理后的可以像添加过滤器去除悬浮固体那样简单，也可以像添加很多去除有机悬浮固体、氮、磷那样复杂。物理化学处理被定义为用生物和物理－化学方法相结合以达到理想的出水水质的污水处理方法。生物—物理－化学方法相结合的污水处理方法不同于在三级污水处理方法后添加任何传统的生物处理方法，而是生物处理、物理处理、化学处理的混合。另一种高级处理方法的分类是根据渴望得到的处理目标而区分的。高级处理方法被用于：增加有机物和悬浮固体的去除率去除氮氧化物（NOD）去除营养物质去除有毒物质大多数情况下，传统的二级处理能达到适当的BOD及悬浮物的去除。但高级污水处理还是必须的，因为高级污水处理厂的出水可以直接或间接地循环再用以增加生活水源的供应。高级污水处理后的出水可用于工业冷却用水，一些贮存水源不能接纳二级处理出水的污染负荷。二级处理不能去除像预想中一样多的有机污染物。评价二级处理厂的性能好坏的标准往往是BOD和SS的去除率。一个设计和运行得很好的二级污水处理厂可以去除85％－95％的BOD和SS。然而，BOD的试验不是量度污水中所有有机物多少的标准。二级处理出水平均含BOD20mg/L,和COD60-100mg/L。二级污水处理厂平均大约去除入水中60％的COD。因而，随着高质量的出水水质的要求，增加有机物的去除率就很有必要了。能增加二级处理后残余的有机物的去除率这是由于污水中含有氮增加耗氧量的结果。3.2隔膜处理工艺的出现生物和化学处理方法变得易于操作。然而，其发展常常受到处理成本高的限制，及添加有毒的化学物质，会造成二次污染等。因此，物理隔膜分离固液两相在20世纪越来越受欢迎，是21世纪很有发展前景的工艺。它是能提炼和浓缩制药和化工生产产生的污水中的多种液体的方法。它是一种根据隔膜（有代表性的是像海绵样的有精确的微孔构造的薄膜或塑料片）的孔隙大小利用压力的作用以达到分离的效果的。隔膜的利用并不罕见，空气过滤，污水水过滤甚至太空旅行中的饮用水的回收系统都在应用。3.3脱盐工艺脱盐作用是从海水，咸水，或经处理过的污水中去除溶解性矿物（包括但不仅仅是食盐）的过程。有五个基本技术用于去除水中的食盐及其他溶解性固体：蒸馏，反渗透，电渗析，离子交换，结晶。蒸馏和结晶包含去除纯净水，以水蒸气或结冰的形式从盐溶液中析出。反渗透和电渗析是利用隔膜分离溶解性盐跟矿物质的。离子交换是利用水流过化学树脂的方法用其他需要的溶解性离子交换水中的溶解性矿物质的过程。表2列出世界不同类型的盐作用处理厂的相关内容。在最近的几十年里，脱盐技术越来越多地被广泛应用在从地下咸水和海水中生产饮用水，改善用于饮用或工业生产现有的淡水供应质量，提高处理工业或市政污水的处理或再利用。早在20世纪50年代全世界大概有225家的脱盐处理厂，总日处理量达大概27mg。超过7500家的脱盐处理厂中，60％位于中东地区。世界上最大的脱盐水处理厂位于阿拉伯半岛，日处理量达128mg。相比较而言，美国占世界上12％的处理量，大多数厂位于加勒比海和佛罗里达州。图1显示海水中的盐浓度。1反渗透反渗透是入流水在高压下通过渗透性膜从水中分离盐分的。（图2）入流水要先做预处理去除固体微粒以防止阻塞滤膜。处理后出水的水质取决于压力，入水中盐的浓度以及盐透过膜的数量（5）。渗透仅仅取决于溶质的浓度与类型无关（6）。3.3.2电渗析在这技术中，咸水要在低压下通过几百层的相互平行的组合在一起的离子渗透膜。用改变阴离子渗透膜的方法允许所需要的阳离子通过（7）。直流电的流向通过在两端的电极位置确定。这电流把离子“拉”过隔膜，改变浓度。大多数电渗析系统通过15－30分钟转换电流的方向每以防止收缩或污垢。这转换离子通过膜的方向会导致首先收集较少的盐处理水。水收集系统中的相互交叉的真空管自动地引导水流向适当的方向。反渗析的典型淡水回流比是入流水体积的80－90％。3.3.3离子交换在这过程中当水流经由小化学颗粒物组成的离子交换树脂时，入水中不需要的离子会被期望的离子所取代。例如，阳离子交换树脂经常被用在生活或市政污水处理厂中去除硬水中的钙、镁离子，以及在工业上生产纯净水。原水中的溶解性固体浓度越高越需要经常更换树脂。随着树脂及处理溶液的费用的增加，现在，离子交换仅在处理含几百ppm溶解性固体的低浓度溶液上与反渗透和电渗析竞争。3.3.4结冰脱盐当盐水结冰时，很明显冰是从纯水中来的，从含溶解性盐及其他矿物质的高浓度盐水中分离出来的。其实，结冰脱盐在浓缩各种污水方面比任何一种蒸馏过程消耗更少的能量。传统的结冰过程包括5个步骤：预煮原污水结冰在盐水中分离冰块洗涤冰块融化冰块新的研究成果尝试去减少操作步骤，特别是需要洗涤冰块的步骤。虽然早在20世纪60年代已经有小规模的冰冻可行实例出现，但这仍然是一个很有操作意义的问题。现在只有很少的单独的商业的冰冻处理厂存在。一种废水中和处理的新系统由GTT发展而来的一种创新的流程，酸性污水处理系统PHIX（8）。该系统是设计用于处理酸性污水或预处理排放到水体或市政污水系统。PH值可由法律约束加以调整，以超标排放罚款的形式实行。该系统是为了更好地控制超出PH排放和运用所有的自然安全的媒体去消除专门的贮存或操作。该系统需要很大的容器，耐腐蚀性的注射器和混频器，和微小的自动化系统。结论化学污染物造成的河流小溪的污染问题已经成为最严重的环境问题之一。化学污染物进入河流、小溪对其造成极大的危害。污水处理的主要目的一般是使人类和工业排放