污水高纯度净化利用

摘要：工业污水经过有效的处理，回用于生产、达到地面水标准是完全可行的。工业废水和生活污水的再生回用，是减少环境污染缓解供水紧张的有效措施，它还具有社会、环境和经济效益的完美统一，也是我国可持续发展战略的重要组成部分。

关键词：污水处理 高纯度 净化利用

一、前言

随着工业化和现代化进程的加快，生态环境保护面临着更大的压力和挑战。目前，全国七大水系的重点河段中，82%江河湖泊受到污染，63.1%的河段水质为Ⅳ类、Ⅴ类或劣Ⅴ类，92%的城市面临水污染威胁。据统计全国2002年废水、污水排放量达620×10⁸m³/a，使河流水环境遭到严重破坏。与此同时，我国水资源不足，属世界上13个贫水国家之一，人均水资源量是世界平均水平的1/4，我国600余座城市有400余座缺水，约150座城市实行定时、定量供水。而占全国城镇人口41%和城市工业总产值35%的北方地区，缺水形势更加严峻。日趋严重的水污染使缺水形势显得更为严峻。水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重的负面影响，而且还严重地威胁到城乡居民的饮水安全和人民群众的健康。因此，城市污水的再生利用是开源节流、减轻水体污染程度、改善生态环境、解决城市缺水问题的有效途径之一。国家对于生活污水的净化、回用提到政府的议事日程上来。从水资源可持续利用的观点出发，高深度地污水净化是较佳的一种污水回用方式。如广东省的珠江三角洲地区形成了“经济发展-水体污染-水质下降”的恶性循环；太湖流域3000多万人守着2300平方公里的太湖出现了“水多用难”的尴尬局面。目前我国有400多个城市缺水，正常年份缺水达60×10⁸m³，预计2030年缺水量将达到（400~500）×10⁸m³。根据“十五”计划纲要的要求，到2005年我国城市污水集中处理率要达到45%。如污水深度净化后回用率平均达到20%，则“十五”末期污水回用量可达到40×10⁸m³/a，这可解决全国城市缺水量的一半以上。因而开发和应用投资省、见效快、运行成本低的污水深度净化回用处理技术已经成为确保社会经济可持续发展的重大课题。

二、污水高纯度净化工艺流程

污水厂出水（COD100~120mg/l）→生物接触氧化4~8小时→曝气生物滤池→吸附—电解法脱盐、杀菌→纯氧氧化有机物→出水排放达工业用水标准

1、　　 水厂出水还剩下一部分可以生物降解的有机物，这部分有机物只有在高溶解氧条件下由好氧微生物去除。对于生物接触氧化系统来说，自养菌和异养菌会竞争空间和氧气，异养微生物为优势菌，有机物浓度相对偏高，异养菌生长快，氧的供应受到限制，自养菌不可能得到生长，异养微生物为优势菌，有机污染物COD主要在这里被去除；有机污染物浓度沿氧化系统逐渐降低，有机物浓度很低时，异养菌生长受到限制，对氧的竞争能力减弱，通过附着生长，自养菌如硝化细菌就能占优势，氨氮被硝化，在水中溶解氧充分的条件下，水中氨氮在亚硝酸化细菌和硝酸化细菌作用下被硝化成亚硝酸盐和硝酸盐：

亚硝酸化细菌

与此同时，生物接触氧化系统中的异养型微生物氧化分解水中的有机基质，使水的有机物综合指标COD、TOC等降低：

因此当进水是微污染水即污水厂二级出水时，可发生碳污染物的去除和硝化反应。

2、　　 曝气生物滤池是生物膜法的一种，池内装有滤料层，池顶装有布水，池底安装布气管，其结构形式类似于气水反冲洗的砂滤池。运行时水流方向由上而下，曝气空气由下向上升形成气水对流或者水流方向由下而上，曝气空气同步，形成气和水同向流。采用曝气生物滤池，主要是因为它有以下的特点：（1）池内装有的滤料比表面积大，空隙率高，有利于微生物的接种挂膜和生长繁殖，保持较大的生物量和生物活性；（2）滤料比表面积大，气泡在滤料孔隙内滞留时间长，从而与生物膜接触充分，硝化菌易于得到充足的氧，即可获得较好的脱氮效果；（3）由于存在截留与生物吸附作用，滤池通过过滤作用也能去除部分污染物，使得出水中悬浮物SS含量降低；（4）对于运行时水流方向由上而下，曝气空气由下而上的来说，滤料对曝气上升气泡起到切割和阻挡作用，使气泡的停留时间和气液接触面积增加，从而提高了氧利用率，此工段过程水质中BOD含量已很低，在COD/BOD比值失调情况下，浸没式生物接触氧化工艺去除率大为下降，而滤层表面寄附着大量微生物，从而降低了能耗。总而言之，曝气生物滤池具有生物量大、能耗低、出水悬浮物含量低、对COD、浊度、氨氮、SS等都有较高的去除率。

3、微电解原理（1）铁、铝等低电位金属的溶解产生具有新生态活性的Fe²⁺、Fe³⁺和Al³⁺，起吸附-凝聚作用，通过电凝聚而去除污染物；（2）Fe²⁺的还原作用；（3）阴极上H+还原产生新生态H，能与水中许多组分发生氧化还原反应，使污染物降解或破坏发色物质的发色基团结构而脱色；（4）阴极出现的H₂O₂可去除不中有机污染物；（5）阴极直接还原作用，将高价金属离子还原为低价金属离子或金属；一般而言，微电解往往是几种作用同时发生。废水的微电解处理反应包括3个方面的基本作用：电凝聚、电气浮、电解氧化和还原。根据微电解原理，阳极过程主要为铁、铝等金属材料的溶解，阴极过程主要为氧或氢离子的还原。即：

主要阳极反应：Fe→Fe²⁺+2e

　　　　　　　　　　 Al→Al³⁺+3e

主要阴极反应：4H⁺+4e→[4H] →2H₂

　　　　　　　　　　 O₂+2H₂O+4e→4OH^-

采用电解+活性炭吸附（吸附-电解法）可以很好地解决杀菌问题，而且处理效果比单独电解和单独吸附的总效果还好。在吸附区导电性活性炭对进水中污染物和细菌进行吸附，吸附区两端装有电极，施以电压电解，使水消毒、杀菌。在活性炭再生时，抽气通风，使能脱附的污染物与水、气一齐排至排水管，该装置很好地延长了活性炭再生周期，稳定了水质。

如果所利用的水质要求低盐度，则可采用EST电吸式净水设备来除盐。这装置是利用电极表面来吸附水中离子及带电粒子，以使水中溶解的盐类及其它带电物质在电极表面富集浓缩而实现水的净化/淡化的。当电极表面吸附的带电粒子趋向饱和，此时电导率逐渐升高，应进入再生环节，再生时应断开直流电源，模块两极短接放电，富集在电极表面的带电粒子脱落下水，随水冲走外排。当需大水量供水时几级模块并联运行即可。

4、用纯氧，这是因为：纯氧曝气工艺中可使污水的溶解氧达到很高，氧的传质扩散不再成为问题，因而微生物的活性很高，污泥负荷明显高于空气曝气活性污泥法，可接近1KgBOD/KgMLSS·d。同时污泥活性高，纯氧曝气法能耐受冲击负荷，对于一些难于生物降解的水质也表现出较强的适应性和降解能力。纯氧曝气所产生的沉积污泥呈黄褐色絮团状，污泥指数低，不会发生污泥膨胀问题，而且沉降性能好，有利于提高二沉池的负荷，还减少了污泥处理费用。它还避免了空气的二次污染，有潜在的经济效益。

通过处理后的水质能达到 标准。符合再生利用……

三、结语

工业污水经过有效的处理，回用于生产、达到地面水标准是完全可行的。工业废水和生活污水的再生回用，是减少环境污染缓解供水紧张的有效措施，它还具有社会、环境和经济效益的完美统一，也是我国可持续发展战略的重要组成部分。

污水深度净化回用的成本由污水收集，污水处理，回用供水，污泥处理，净化回用运行费用组成。污水深度净化回用的成本随着水回处理规模的扩大而逐步下降，如建成生产能力为10000m³/d的污水深度净化回用厂，水的成本将远低于自来水的价格，并能在较短的时间内收回投资，在经济上具有极强的竞争力，具有广阔的前景。污水深度净化回用所产生的经济、和社会效益是降低给水处理和供水费用，节约大量的有限水资源，缓和城市水的供需矛盾、减少城市排水系统的负担，既控制了水污染又保护、改善了生态与社会经济环境，促进和保障人体健康。随着经济的发展，水资源的日益短缺，污水深度净化回用技术将发挥越来越重要的作用，其前景十分广阔。