常见的几种水处理技术,水处理常见6种主流工艺

常见的几种水处理技术

水是生命之源,人类的生产、生活一刻也离不开水。而人们的饮用水从来都是具有生存和致病两重性的。上世纪70年代人们注意到饮用水水源中的污染物种类繁多,主要含有微量的有机物、农药、重金属离子、氨氮及放射性物质等有害污染物。随着科技和工农业生产的发展以及人类活动的频繁,新的污染物质如农药、增塑剂、洗涤剂、消毒剂的不断出现使全球使用的化学品超过60000 种,其中 70%可能对健康有害。

由于纯净水是不允许添加任何防腐剂和抑菌剂,故可从工艺、技术、系列净水设备等方面对受污染的水或自来水进行深度净化,把水中的重金属、三卤甲烷、有机物、放射性物质、微生物等有害、有毒、有异味物大部分去掉,消除这些污染物质对人体健康的直接和潜在危害,消除消费者对饮用水被污染的恐慌,满足消费者对“干净水”的要求,以其没有细菌、病毒,干净、卫生,口感好深受广大消费者的信赖。

常见的几种水处理技术

  2纯净水生产工艺

纯净水的生产大多使用自来水和地下水作为原水,其原水中或多或少含有各种各样悬浮物质(细菌、藻类及原生物、泥沙、粘土、及其它不溶物质)、胶体物质(溶胶,如硅酸及铁、铝的某些化合物,腐植胶体等)、无机盐类和一些有机物及气体。生产饮用纯净水就是要将上述物质尽可能全部去除,使之成为高纯度的饮用水。自1988年我国第一家纯净水厂在广东省建成投产至今,已经出现了多种纯净水的生产工艺,一般来说,纯净水的生产工艺采用石英砂滤、活性炭吸附、离子交换、精滤、反渗透、臭氧杀菌等多级净化,灌装采用 1000级以上空气净化装置、紫外线、臭氧三重杀菌,以及全自动洗桶、消毒、灌装、封口一体机。

3生产过程中的重要工艺

3.1 活性炭吸附分离

纯净水在灌装前都必须经过过滤,以除去水中的泥渣、悬浮物、藻类、细菌、霉菌等杂质。在水处理工艺中,活性炭处理是必需的。活性炭具有很多微孔和巨大的比表面积,凭借这些微孔对有机物的吸附作用来去除水中的致突变物质,它可降低水中 TOC和 THMs等,同时可去除水中色、嗅、味、有机氯化物、放射性有机物及其他人工合成有机物,活性炭对分子量在500-3000的有机物有十分明显的去除效果,去除率一般为70%-867%四。不足之处是由于水中天然有机物(NOM)的竞争吸附,导致对农药吸附效率下降以及活性炭的使用寿命不长。

3.2臭氧氧化分离

O3是一种很强的氧化剂和消毒剂,它在水中发生氧化还原反应,产生氧化能力极强的单原子氧(O)和羟基自由基(OH,瞬间杀灭水中微生物,杀菌能力是氯的600~3000倍[2]:将溶解和胶体状有机物转化为较易生物降解的有机物;将水中溶解性的铁、锰氧化成高价沉淀物使之易于去除;可将氧化物等有毒有害物质氧化成无害物质:可改善嗅味、降低色度等:有些藻类的代谢物由于水体富营养化的影响,会使水有霉味或鱼腥味、或产生藻毒素,若滤池之前投加少量O,可以防止藻类和浮游植物在滤池中生长繁殖。

然而,氧化法将农药大分子氧化成小分子后则会促进水中细菌的再繁衍,某些分子量较高的物质如蛋白质、氨基酸和腐殖质经 O、氧化后产生甲醛、丙酮酸、乙酸,其中甲醛毒性强。致病、遗传、变异。而且当水中存在 Br时,经 O;氧化为BrO2、BrO;、CHBr、二溴乙晴以及一些尚未确定的溴化有机副产物。BrO:-被国际癌症研究机构列为有可能对人体致癌的化合物。WHO 建议饮用水中最大BrO;含量为25ug/L。例如:美国给水中BrO3.一的含量要求不大于10ug/L。不仅如此,O3对水中已形成的三卤甲烷几乎没有去除作用,O3氧化还可导致水中可生物降解物质的增多,使出厂水的生物稳定性降低,容易引起细菌繁殖。这些因素的存在,使得O;很少在水处理工艺中单独使用。

3.3臭氧生物活性炭:包括预氧化和后氧化。

预氧化:

1) 臭笔作为一种强氢化剂,能氧化分解水中的高分子有机物,如:腐植酸等,分解后的小分子有机物容易被活性炭吸附。

2) 臭氧–同时氧化水中溶解性的锰和铁,生成难溶性的氧化物,提高砂过滤的效果,使锰、铁的去除率增加。

3) 臭氧氧化后生成的氧气无毒、无害,而且为后面活性炭上附着的好氧菌和硝化菌提供生长的营养源,防止水体发臭。

后氧化:主要与生物活性炭联用,即O-BAC法一一种有效的可去除各种有机物和持久性化合物的“深度处理技术”:由臭氧氧化、砂滤、活性炭吸附和生物降解等结合在一起的水处理工艺。用该工艺处理水可去除用传统的絮凝、沉淀、砂滤等方法不可能去除的可溶解成分。如:氨氮、酚、农药以及其他有毒有害的有机物。通过生物硝化作用,将NHN转化为NO;;用臭氧处理酚,逐步氧化最终产物为CO和HO:预氧化产生的小分子有机物易进入活性炭微孔内部,大量中间产物(包括 THMs及其前驱物也被活性炭吸附,微生物生长在炭粒表面的大孔中,通过细胞酶的作用将某些溶解性有机物降解,可去除DOC30%-70%,所以有机物的去除是吸附和生物降解的双重作用。还可使活性炭部分再生,明显延长了工作周期,保证了最后出水的生物稳定性。

OBAC法的发展较为成熟,在欧洲已被广泛应用,并被公认为处理污染原水、减少饮用水中有机物浓度的最有效技术。该项技术在我国正在逐步推广应用。目前仍有一些问题尚未解决,如臭氧氧化机理、利用臭氧更有效去除饮用水中有机物、臭氧副产物、无法去除NH+一N硝化作用的产物NO,且活性炭的再生也较麻烦。

3.4膜分离技术

以压力差为推动力的膜分离技术有反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)和微孔过滤(MF)。其分离机理为:在一定的压力作用下,分子质量不同的混和溶质的溶液流过膜表面时,溶剂和低分子溶质将透过薄膜,作为透过物被收集起来,高分子溶质则被薄膜截留而作为浓溶液被回收。

(1)反渗透(RO)

在纯净水生产工艺流程中,不论哪一种工艺,都有一种关键的反渗透技术。反渗透最早来源于美国的太空科技,这是一种薄膜分离技术,依靠反渗透膜在一定的压力下,使溶液中的溶剂与溶质分离。如果在有盐份的水中(如自来水)施加比自然渗透压力更大的压力,使水由浓度高的一方渗透到浓度低的一方,就能把原水中的水分子和其他的物质分离。由于反渗透膜上的微孔极小,其孔隙仅为0.0001um,是细菌、病毒体积的几千分之一,能去除滤液中的离子和分子量很小的有机物,如细菌和病毒,尤其是有机污染物的去除率也很高。采用该技术制备的水即为纯净水,由于是太空技术民用化的产物,也可叫做太空水。

反渗透法的技术效果与其它水处理技术的效果相比,有明显的优异性,反渗透法制备的纯净水,不含有任何矿物质和微量元素,甚至尿经它过滤后都可以直接饮用。相比,纳滤膜在低压(通常为0.5-1.0Mpa)下具有较高的通量、出水水质好、能耗低、浓缩水排放少等优点,在国际上已得到广泛的应用。纳滤膜对一价离子的截留率可低至40%,对二价离子的截留率可高至90%以上,且截留分子量丝为200~1000Da的中性溶质。因此,纳滤在水的软化、低分子有机物的分级、除盐等方面具有独特的优势。水的总硬度为水中 Ca2*、Mg2*离子的总含量。对于饮用水的软化,先经过二步 NF 分离过程(用Film–teeh公司的NF-70膜,操作压力为0.5-0.7Mpa,脱除85%-95%的硬度以及70%的一价离子),水质硬度降低了10-20倍。然后进行氯处理,就可制成标准纯净水。

从而避免了由于采用传统工艺氯氧化消毒工艺生成的多种对人类健康产生危害的、具有三致作用的挥发性氯代有机物(THMs)如CHC1、CCL等。以及非挥发性氯代有机物(HAAs)如CHCOOCl,且毒性HAAs>THMs。

常见的几种水处理技术

  纳滤膜在饮用水领域主要脱除三氯甲烷中间体、低分子有机物(特别是环境荷尔蒙物质[3])、农药、合成洗涤剂、微生物、异味、色度、硫酸盐、碳酸盐、氟化物、砷、细菌、重金属污染物(大多来源于工业废弃物泄露和工业废水排放等)镉、铬(六价)、铜、铅、锰、汞、镍等有害物质、降低TDS浓度,且对无机盐有一定的脱除率(氯化钠的脱除率大约在80%左右),而保留了原水中的部分盐类和微量元素。纳滤膜在给水处理中遇到的最大问题是膜污染,是由于在纳滤过程中无机物、有机物、微生物等在膜上结垢引起的。因此,絮凝过滤、砂滤、过滤柱和纳滤膜结合起来处理饮用水,可预防膜污染。

(3)超滤(UF)

在纯净水生产所需水处理设备的目的主要是除去水中的杂质、悬浮物、部分有害细菌、霉菌、异味等。超滤是采用0.2um孔径的直空丝膜组件,结合絮凝、炭滤和精滤技术,可以效降低有机物及微生物的含量,以避免在后道工序电造成管道的污染,导致产品卫生指标超标、口感异常的水处理方法,其最终目的是保证产品质量。

(4)微孔过滤(MF)

微孔过滤膜通常是由特种纤维素脂或高分子聚合物以及无机材质制成,它的孔径一般在01m之间。微孔过滤膜的截留机理大体可以分为以下几种:第一是机械截留,指膜可以截留比它孔径大或与孔径相等的微粒:第二是物理作用或吸附截留,包括吸附和电性质等各种因素的影响:第三是架桥截留,在孔的人口处微粒因架桥作用同样可以被截留。微孔膜的孔径十分均匀,孔隙率很高(一般为80%),通常比具有同等截留能力的滤纸至少快40倍。由于空隙率高、材料薄,因而阻力小,一般只需较低的压力就可以驱动。微孔膜的主要性能指标有厚度、过滤速度、空隙率、孔径及其分布。

 

水处理常见6种主流工艺

常见的城市生活污水处理工艺的优、缺点,并探究工艺的改良应用,希望能为大家带来一些启发。

01、AAO工艺

A/A/O( Anaerobic-Anoxic-Oxic)工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺和生物除磷工艺的综合,主要流程为:先进行厌氧处理,后进行缺氧和好氧处理。该工艺可用于二级或三级的污水处理以及中水回用,是城市生活污水处理的常用工艺。

工艺优势

该工艺可以同步脱氮除磷和去除有机物,用时短。污泥含磷高,肥效高且无污泥膨胀。设备整体运行稳定,能耗低,其可以使五日生化需氧量(BOD5)和悬浮物(SS)的去除效率保持在90%~95%。

工艺劣势

该工艺的劣势在于存在碳源竞争。当进水的碳源较低时,聚磷菌会优先利用大多数碳源而抑制缺氧段反硝化反应的进行。

脱氮受回流液中硝态氧影响,当内回流比较低时,脱氮效果不好;当回流比过高时,回流污泥携带的溶解氧和硝酸态氧会消耗除磷所需的碳源,同时破坏缺氧环境,影响除磷效果,不能同时达到良好的脱氮除磷效果。由于硝化菌生长周期长,聚磷菌生长周期短,还存在污泥龄的矛盾。

工艺改良

A/A/O工艺的处理性能可通过工艺优化进行调控,以弥补处理效能的缺陷,保证出水的达标排放。现已有多种改良型A/A/O工艺,并投入使用。

例如,在厌氧段前增设一个预缺氧段,向两个阶段以1∶6的比例配水来平衡所需碳源,同时污泥回流至预缺氧段,以硝酸氮作为受体进行反硝化,从而消除厌氧段中硝酸盐对厌氧释磷的抑制。

02、AO工艺

A/O( Anaerobic—Oxic)工艺大致分成预处理单元、生物处理单元、深度处理单元、辅助单元和污泥处理单元五个部分,是我国早期广泛使用的生物脱复工艺之一。

该工艺将缺氧段与好氧段处理连接在一起,在缺氧段,兼性厌养菌及厌氧菌将污染物和大分子有机物降解为小分子碳化合物,同时进行反硝化脱氮,其产物再进入好氧池中进一步氧化降解,达到除磷脱氮的效果。

工艺优势

A/O工艺具有处理效率高、处理水量大、成本低、占地面积小、耐冲击负荷能力强等优点,同时污水处理的污泥产量低,无污泥回流,可以有效净化污水。

工艺劣势

该工艺无污泥回流系统,因缺少独特功能性的污泥,难降解物的降解率低,除磷效能不太理想。硝化反硝化系统不稳定,导致除氮效果也不易控制。

工艺改良

针对A/O的缺点,目前已出现多种改良的多级AO工艺。例如,通过适当增加曝气池的容积来改良工艺,以提高曝气池强度,有效减轻有机负荷,改良后的A/O工艺能够达到85%的去除率。

或者,通过在反应装置前端增设厌氧区,优化释磷环境,并增加A/O的级数,污水按照不同比例分别进入各级缺氧区,可形成多级缺氧/好氧交替的环境。改良后的工艺经过多级作用,提高了脱氯除磷效果。

03、氧化沟工艺

氧化沟又名环形氧化渠,以一条连续环式结构的闭合曝气渠道作为反应池,污水污泥混合液在反应池中进行连续循环的生化反应,去除可生物降解的有机物。氧化池中配有通气转子或提供通气和循环的电刷,让闭合式反应池中的混合液通过沟渠,从而使得污水和活性污泥的混合液在闭合式渠道中沿着工艺中设定的固定方向循环流动。

工艺优势

氧化沟具有推流式和完全混合式的特点,可有效去除氮元素和磷元素,且其功率密度分配不均有助于氧传递、液体混合和污泥絮凝。该工艺操作简单、耐冲击、净化程度高,耗能低,已成为我国生活污水处理的主要工艺。

工艺劣势

氧化沟属于较早出现的工艺,占地面积大,设备易出现故障,对BOD5较小的水质完全没有处理能力,且污水易短流、未能彻底实现生物降解就出水,现在使用的多是改良后的氧化沟工艺。

工艺改良

对氧化沟工艺的改良研究较多。例如,将表面曝气改为底部曝气,使得微生物能充分氧化污水成分,或增设内回流渠,以防止污水短流等;还有改良的氧化沟工艺是在氧化沟前加厌氧池,大分子有机物在此先分解成小分子有机物,然后再进入氧化沟进行下一步处理。

例如,在Carrousel 2000型氧化沟的基础上进行改进的改良型氧化沟,即在氧化沟前面增设一个厌氧段(兼有生物选择器功能),然后污水经过厌氧、缺氧、好氧交替运行,达到同时去除有机物和脱氮除磷的目的,提高出水质量,且丝状菌在交替运行的情况下生长繁殖受到抑制, 基本不存在污泥膨胀问题。

04、序批式活性污泥法

序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor,SBR)是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。污水在反应池中按序列、间歇进入每个反应工序,即流入、反应、沉淀、排放和闲置五个工序。

从污水流入开始到闲置时间结束算作一个周期。在一个周期内,一切过程都在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行,不需要连续活性污泥法中必须设置的沉淀池、回流污泥泵等设备。该工艺适用于中小城市生活污水处理厂。

工艺优势

SBR工艺可通过控制有关条件保持生物选择性,同时具有诸多优点。一是生化反应推动力大,净化效果好;二是运行效果稳定,运行灵活;三是耐冲击负荷;四是污泥易沉淀,无污泥膨胀;五是占地面积小;六是自动化程度高等。

工艺劣势

该工艺脱氮除磷效率低;污泥稳定性较差;间歇周期运行,对自控要求高;电耗大。

工艺改良

为了提高SBR工艺的脱氮除磷效率,可以将缺氧段移至好氧段前并增设回流,以污水中的有机物作为碳源,这样不仅解决了传统SBR有机碳源不足的问题,还能提高污水中总氮(TN)和总磷(TP)的去除率,并且改良型SBR更适用于处理C/N比较低的污水。

05、间歇式循环延时曝气活性污泥处理法

根据水流方向,间歇式循环延时曝气活性污泥处理法的反应池划分为调节水流的预反应池和以曝气沉淀为主的主反应池。

整个处理过程一直保持持续进水状态,具有连续进水、间歇性排水的特征。该工艺对中、低浓度的有机废水的处理效果显著,适合处理各种类型的城市污水。

工艺优势

该工艺具备除磷脱氮功能,且具有抗冲击性强、工艺简单、管理方便、运行灵活和处理费用低的优点。

工艺劣势

该工艺污泥负荷率和有效容积利用率低。在沉淀过程中,反应器持续进水,使得泥水分离易受到进水的扰动影响。

工艺改良

本工艺的改良主要在于提升污染物的去除效率和减少连续进水对泥水分离效果的影响。例如,把反应池分成四个主反应池,在主反应池池底装微孔曝气器,池上装一旋转式滗水器,并在池前设有相通的配水池和选择池。

改良后的工艺可保持配水的均匀性,灵活控制进出水,且在缺氧状态下连续搅拌,使得生物脱氮除磷效果更佳,具有耐冲击负荷较强、易维修保养的特点。

06、生物曝气过滤工艺

曝气生物滤池(Biological Aerated Filte, BAF) 是一种新兴的废水处理技术,专为各种市政和工业污水处理而设计。

该工艺结合生化反应和深度过滤进行物质分离,利用多孔滤料上所附着的微生物形成生物膜,膜上高浓度微生物对流过的污水进行快速净化,同时生物质充当深浸式生物滤池截留了大部分悬浮固体,使污水得以净化。

工艺优势

该工艺净化效率高,容积负荷率与污泥负荷率高,耐冲击负荷能力强,可耐低温,不易发生污泥膨胀,同时还具有流程简单、自动化程度高、曝气量小、不需要二沉池且占地面积小的优点。

工艺劣势

该工艺的主要缺点在于除磷效果不好,生物膜需要定期进行反冲洗,运行费用相对较高。

工艺改良

例如,采用串联式两级三段曝气实现工艺改良,两级分别为碳氧化/硝化和反硝化曝气生物滤池,C/N—BAF采用底部曝气,N—BAF在填料中部进行三段曝气,BAF均为上流式曝气生物滤池。改良后的工艺比普通曝气生物滤池的脱氮性能更佳,有机物更容易降解。

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