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污水深度处理工艺的综述与比较综述教材

安徽建筑大学

污废水深度处理技术论文

专业：

xx级市政工程

学生姓名：

xxxx

学号：

xxxxx

课题：

污水深度处理工艺的综述与比较

指导教师:

xxxx

xx年xx月xx日

污水深度处理工艺的综述与比较

摘要：

为了达到一定的回用水标准使污水作为水资源回用于生产或生活中，污水经过城市污水或工业废水经一级、二级处理后必须进行深度处理。

常用于去除水中的微量COD和BOD有机污染物质，SS及氮、磷高浓度营养物质及盐类。

深度处理的方法有：

絮凝沉淀法、砂滤法、活性炭法、臭氧氧化法、膜分离法、离子交换法、电解处理、湿式氧化法、催化氧化法等物理化学方法与生物脱氮、脱磷法等。

熟悉了解国内外这些工艺，因地制宜的合理选择适用技术对我们的城市污水深度处理处理工程设计和建设都有重要的意义。

关键词：

城市污水；污水深度处理工艺；优缺点

引言:

目前,饮用水水质安全正受到人们普遍关注,而国家现行的水质标准也在不断提高.为了满足日益严格的饮用水水质标准,深度处理工艺正在成为技术改造的主要途径。

污水深度处理，也称高级处理或三级处理。

它是将二级处理出水再进一步进行物理、化学和生物处理，以便有效去除污水中各种不同性质的杂质，从而满足用户对水质的使用要求。

深度处理常见的方法有以下几种。

1.絮凝沉淀法

1.1絮凝沉淀法概述

絮凝沉淀处理利用絮凝剂使水中悬浮颗粒发生凝聚沉淀的时处理过程。

地面水中投加絮凝剂后形成的矾花或生活污水的有机性悬浮物、活性污泥等在沉淀池中沉降处理时，絮体互相碰撞凝聚，颗粒尺寸变大，沉速随深度加深而增快。

这时，水的沉淀处理效率不仅取决于颗粒沉速，而且与沉淀池深度有关。

絮凝过程为水中细小胶体与分散颗粒由于分子吸引力的作用互相粘结凝聚的过程，分自由絮凝与接触絮凝两种类型（前者发生在沉淀池中，而后者发生在悬浮澄清池或接触滤池中），生成的矾花在沉淀、过滤等水处理过程中起着强化和提高处理效率的作用。

1.2絮凝沉淀法工艺特点

絮凝沉淀法絮凝体成型快，活性好，过滤性好；不需加碱性助剂，如遇潮解，其效果不变；适应PH值宽，适应性强，用途广泛；处理过的水中盐份少；能除去重金属及放射性物质对水的污染；有效成份高，便于储存，运输。

2.砂虑法

2.1砂虑法概述

水和废水通过粒状滤料（如砂滤中的石英砂）床层时，在压力差的作用下,悬浮液中的液体（或气体）透过可渗性介质（过滤介质）,固体颗粒为介质所截留,从而实现液体和固体的分离.其中的悬浮颗粒和胶体就被截留在滤料的表面和内部空隙中，这种通过粒状介质层分离不溶性污染物的方法称为粒状介质过滤。

石英砂滤器是利用一种或几种过滤介质，常温操作、耐酸碱、氧化，PH适用范围为2-13。

系统配置完善的保护装置和监测仪表,且具有反冲洗功能，泥垢等污染物很快被冲走，耗水量少，按用户要求可设置全自动功能。

在一定的压力下，使原液通过该介质的触絮凝、吸附、截留，去除杂质，从而达到过滤的目的。

其内装的填料一般为：

石英砂、无烟煤、颗粒多孔陶瓷、锰砂等，用户可根据实际情况选择使用。

其过滤精度在0.005-0.01m之间,可有效去除胶体微粒及高分子有机物。

2.2砂虑法应用

电凝聚——砂滤法处理羊皮制革染色废水,可使原废水的CODcr浓度从344～806mg/L降至44～135mg/L,BOD5从188～209mg/L降至45～49mg/L,色度从20～100倍降至2～25倍。

处理出水水质好于GB8978-88《污水综合排放标准》新建项目二级标准[1]。

电解羊皮制品染色废水是多种电化学反应和物理分离的综合过程。

利用金属电极（Fe）在电解槽内作电极时得失电子的能力,使还原性污染物被氧化,氧化性污染物被还原。

各种污染物经电解还原、电解气浮和电解凝聚处理后得到净化[2]。

3.活性炭吸附法

3.1活性炭吸附法的原理

1）依靠自身独特的孔隙结构 

活性炭是一种主要由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。

活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔，1克活性炭材料中微孔，将其展开后表面积可高达800－1500平方米，特殊用途的更高。

也就是说，在一个米粒大小的活性炭颗粒中，微孔的内表面积可能相当于一个客厅面积的大小。

正是这些高度发达，如人体毛细血管般的孔隙结构，使活性炭拥有了优良的吸附性能。

2）分子之间相互吸附的作用力 

也叫“凡德瓦引力”。

 虽然分子运动速度受温度和材质等原因的影响，但它在微环境下始终是不停运动的。

由于分子之间拥有相互吸引的作用力，当一个分子被活性炭内孔捕捉进入到活性炭内孔隙中后，由于分子之间相互吸引的原因，会导致更多的分子不断被吸引，直到添满活性炭内孔隙为止。

3.2臭氧氧化法

臭氧氧化能力很强，O3+2H++2e→O2+H2O反应体系的标准电极电位E=2.07V。

臭氧在水中分解产生原子氧和氧气还可以产生一系列自由基，特别是在碱性介质中，O3分解产生自由基的速度很快.新生成的羟基自由基尤其活泼，氧化能力更强，反应体系的标准电极电位为2.80V。

臭氧与水中有机物的反应十分复杂，既有臭氧的直接氧化反应，也有新生自由基的氧化反应。

这与反应条件与有机物的性质密切相关，酸性条件下，臭氧分解慢，O3的直接氧化反应起主要作用；碱性条件下，臭氧分解快，羟基自由基氧化作用加大，随着溶液pH提高，CODcr去除率增加，氧化率提高。

另外，温度升高，臭氧分解速度加快，且化学反应速率提高，所以高温有利于有机物氧化。

图1臭氧降解印染废水研究实验装置

3.3臭氧活性炭吸附法特点

后臭氧投加量是一个重要的参数，一般为1.5～2.5mg/L。

因为水中有机物的种类和浓度不同，后臭氧的最佳投加量必须通过试验确定。

过小的臭氧投加量不能使原水中大分子有机物有效的分解，不利于后继生物活性炭的吸附和生物降解。

过大的臭氧投加量虽能使原水中一部分有机污染物降解氧化为最终产物H2O和CO2，降低了活性炭的有机负荷，但很不经济实用。

在实际工程应用中进一步改进臭氧投加方式、更高效的利用臭氧氧化作用是今后的研究重点。

生物活性炭滤池位于后臭氧接触池之后。

活性炭可经济有效的去除嗅、味、色度、农药、放射性有机物及其它人工合成有机物。

活性炭是内部具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，其中微孔构成的内表面积占总面积的95％以上，活性炭对有机物的去除主要是微孔吸附作用。

活性炭的孔径特点决定了它对不同分子大小有机物的去除效果不同。

试验结果表明，活性炭易于吸附水中苯类化合物和小分子量腐殖质，对分子量500～1000的腐殖质，可吸附面积达GAC吸附面积的25％，去除率一般为70％～86.7％，而对分子量小于500和大于3000的有机物则达不到有效去除的效果。

正是这一特点，使活性炭能够有效的吸附臭氧氧化分解产生的小分子有机物[3]。

活性炭是一种兼有吸附、触媒和化学反应活性的多功能载体。

好氧微生物群落可以分散在炭段表面，也可以成膜覆盖在整个炭粒外表面，形成生物活性炭。

微生物附着其上，可以发挥生化和物化处理的协同作用，从而延长活性炭的工作周期，大大提高处理效率，改善出水水质，并能处理那些采用单纯生化处理或炭吸附法法所不能去除的污染物质。

试验证明生物活性炭的处理效果只与空床接触时间（EBCT）有关，在同样的接触时间下，处理效率与滤速无明显的相关性。

Scholz等则认为,由于活性炭的吸附,能提高炭粒周围有机物浓度,利于生物降解[4];Nishijima等在分析对比GAC与无烟煤作为生物载体的特性后,认为具有吸附作用的GAC作为生物载体能刺激生物活性,反应器内的微生物具有更高活性,能够有效代谢难降解、难吸附有机物[5]。

3.4臭氧活性炭吸附法应用

1）活性炭具有强大的吸附功能,能够有效去除色度、吸附难降解有机物,而上流式生物滤池是新近发展的生物膜处理工艺,具有占地小、效率高的特点。

与常规生物膜工艺相比,生物活性炭法（BAC）在低浓度、难降解的有机废水的处理方面有较大优势。

　纺织印染废水因其水量大、有机污染物含量高、色度深、水质变化大等特点成为难处理的工业废水之一。

特别是目前印染厂普遍采用碱减量技术,形成碱减量-印染混合废水。

由于碱度大、色度高,成分复杂,这类废水处理后很难达标排放,特别是色度和COD指标难以符合排放标准,是治理难点。

业内人士一直在寻找经济、高效“把关”工艺,对印染碱减量废水进行深度处理,以保证该废水处理后的达标排放。

2）臭氧生物活性炭技术应用中水质安全研究

臭氧生物活性炭工艺已经成为主要的饮用水深度处理技术之一,在国内外得到了应用,但是在运行中也陆续发现了一些新的水质问题,成为威胁饮用水水质安全的潜在因素.针对以上问题,对生产规模的臭氧生物活性炭组合工艺（60万m3d）进行了系统调查研究,包括微生物安全性、水生动物过度滋生和化学稳定性等,期间并结合中试（10m3h）进行了研究.结果表明,臭氧生物活性炭技术在微生物安全方面是可靠的,应加强运行管理;臭氧生物活性炭工艺在运行过程中,会孳生大量的水生动物,这在我国高温高湿热地区更为显著,而且水生动物生长具有一定规律性,影响水质安全;在原水碱度低的情况下,臭氧生物活性炭工艺出水pH值会出现大幅下降现象,严重影响了水质化学稳定性[6]。

4.膜分离技术

4.1膜分离技术的原理

利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。

在一种流体相间有一层薄的凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。

膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体。

被膜分开的流体相物质是液体或气体。

图2膜分离过程示意图

4.2膜分离技术的特点

表1膜分离的种类及特点

膜的分类

膜分离的种类及特点

微滤

多孔膜、溶液的微滤、脱微粒子

压力差

水、溶剂和溶解物

悬浮物、细菌类、微粒子、大分子有机物

超滤

脱除溶液中的胶体、各类大分子

压力差

溶剂、离子和小分子

蛋白质、各类酶、细菌、病毒、胶体、微粒子

反渗透和纳滤

脱除溶液中的盐类及低分子物质

压力差

水和溶剂

无机盐、糖类、氨基酸、有机物等

透析

脱除溶液中的盐类及低分子物质

浓度差

离子、低分子物、酸、碱

无机盐、糖类、氨基酸、有机物等

电渗析

脱除溶液中的离子

电位差

离子

无机、有机离子

渗透气化

溶液中的低分子及溶剂间的分离

压力差、浓度差

蒸汽

液体、无机盐、乙醇溶液

气体分离

气体、气体与蒸汽分离

浓度差

易透过气体

不易透过液体

从图中可以看出，除了透析膜主要用于医疗用途以外，几乎所有的分离膜技术均可应用于任何分离、提纯和浓缩领域。

反渗透和纳滤作为主要的水及其它液体分离膜之一，在分离膜领域内占重要地位。

4.3膜分离技术的应用

膜分离技术具有高效、节能，工艺过程简单，投资少，污染小等优点，因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。

本文主要介绍膜分离技术在纯净水处理中的应用[7]。

膜分离技术是一种新型的高效分离技术[8]。

研究表明,将超滤膜技术用于城市污水的深度处理,可以完全脱除中水的细菌和大肠杆菌,有效地清除水中的SS,并在一定程度上降低BOD、COD、总氮和总磷等污染物浓度,获得稳定优异的中水水质.为了使该项技术早日实现在北京市乃至全国的工业化应用,清华大学、北京市城市排水公司和北京蓝景膜技术工程有限公司合作,以北京市高碑店污水处理厂二级出水为处理对象,开展了500t/d超滤膜城市污水深度处理中水回用中试试验研究[9]。

虽然膜分离技术的广泛成熟应用在许多方面离产业化要求还有很长的距离，但是随着新型膜材的不断开发、高效的强化膜过程分离技术研究的不断深入，膜分离技术应将得到更加广泛的应用。

5.离子交换法

5.1离子交换法的原理

离子交换法是以圆球形树脂（离子交换树脂）过滤原水，水中的离子会与固定在树脂上的离子交换。

常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法。

硬水软化主要是用在反渗透（RO）处理之前，先将水质硬度降低的一种前处理程序。

软化机里面的球状树脂，以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质。

离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子（例如Na+、Ca2+、Al3+）。

同样的，以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到的各种阴离子（如Cl-）。

从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。

离子交换树脂工作流程：

吸附（adsorption）溶液中的离子与树脂上官能团发生反应，并结合到树脂上的过程。

淋洗（elution）用一定浓度的淋洗剂将已吸附在离子交换树脂上的金属由树脂转移到水溶液中的过程，又称解吸。

转型（transformation）将树脂从一种型式转变为其他离子型式的过程。

离子交换树脂（ionexchangeresin）一种带有官能团（有交换离子的活性基团）、具有网状结构与不溶性的高分子聚合物。

通常是球形颗粒物。

饱和树脂（loadedresin）在某一特定条件下，当吸附尾液中被吸附离子的浓度与进料液中浓度相等或达到动态平衡时的离子交换树脂。

5.2离子交换法的特点

阴阳离子交换树脂可被分别包装在不同的离子交换床中，分成所谓的阴离子交换床和阳离子交换床。

也可以将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混在一起，置于同一个离子交换床中。

不论是哪一种形式，当树脂与水中带电荷的杂质交换完树脂上的氢离子及（或）氢氧根离子，就必须进行“再生”。

再生的程序恰与纯化的程序相反，利用氢离子及氢氧根离子进行再生，交换附着在离子交换树脂上的杂质。

离子交换分离常在柱式设备中进行。

由于操作方法的不同离子交换法又可分为淋洗法和排代法等。

将离子交换剂装入交换柱中，含被分离物质的溶液由柱顶加入，使之在交换柱顶端发生交换吸附，然后用一种溶液（淋洗剂或排代剂）连续流过交换柱，使被分离离子在柱中实现多次离子交换吸附和解吸，最后达到不同离子间的分离。

离子交换法的关键在于选择合适的离子交换剂和吸附、淋洗的条件。

交换剂中交换基团的性质，交联度、粒度和交换容量的大小，对交换过程有重要影响。

往溶液中加入络合剂可提高离子交换法的选择性，以获得更加良好的分离效果。

5.3离子交换法的应用

离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换反应而除去水中含铬离子的方法。

利用阴离子交换树脂，可以有效地去除废水中呈铬酸根或重铬酸根状态的Cr6+，利用阳离子交换树脂则可以去除废水中Cr3+及其它金属离子。

此法可用于镀铬槽的洗涤水闭路循环系统，优点是处理后出水水质极好，水和铬酸可回收利用。

离子交换树脂具有良好的理化性能和丰富的离子交换基团，对水溶液中的含铬离子有较大的交换吸附容量，对环境无二次污染，故在含铬废水处理中使用较为广泛[10]。

沈秋仙等通过利用D201×4树脂吸附六价铬的性能研究结果表明：

室温下该树脂容易吸附六价铬，在pH=2.63～3.66的HAc-NaAc缓冲液中对六价铬均有较好吸附性；硫酸根离子存在对吸附不利，随硫酸根离子浓度增大，树脂对六价铬的吸附率降低；振荡频率低于90次·min-1，吸附速率随振荡频率增加而加快，振荡频率大于90次·min-1时对吸附速率的影响很小。

结果表明该树脂吸附容量较大且易解吸，在含六价铬废水的处理中有实际应用价值。

红外光谱分析表明，离子交换过程形成了配位化合物。

经过三次吸附、解吸试验，树脂吸附率几乎未变，说明该树脂的再生能力较强。

吴克明，曹建保等选用D370弱碱性阴离子交换树脂处理钢铁钝化含铬废水，通过静态试验考查了pH、振荡时间和离子交换树脂用量对吸附效果的影响，使用反应柱动态试验法研究了树脂的再生，得到了令人满意的结果。

阴离子交换树脂处理钢铁钝化含铬废水时对六价铬有很好的去除效果，在Cr6+为116mg·L-1，pH为3左右时，动态实验表明可实现Cr6+残余浓度符合国家标准。

阴离子交换树脂处理含铬废水速度快，操作简单，容易控制，同时还可以去除水中的部分有机污染物和其它金属污染，处理比较经济，工业易于实现。

树脂可用碱性溶液进行逆流再生，再生效果好，再生液可回收。

6.湿式催化氧化法

6.1湿式催化氧化法原理

湿式氧化法是使液体中悬浮或溶解状有机物在有液相水存在的情况下进行高温高压氧化处理的方法。

氧化反应在压入高压空气，反应温度300℃条件下进行。

可用于高浓度（4-6%左右）有机物的粪便、下水污泥以及工厂排液等的处理和药剂回收。

用于处理粪便及下水污泥时，反应后进行固液分离，再用活性污泥法等对分离液进行处理。

湿式催化氧化法是在湿式空气氧化法基础上发展起来的。

湿式空气氧化法是美国的Zimmer-man在1994年开发的，又称WAO法。

在WAO法中加入催化剂的处理方法则称之为湿式催化氧化法，简称WACO法。

湿式催化氧化法是一种处理高浓度难降解有机废水颇有潜力的方法。

它是指在高温（200～280℃）、高压（2～8MPa）下，以富氧气体或氧气为氧化剂，利用催化剂的催化作用，加快废水中有机物与氧化剂间的呼吸反应，使废水中的有机物及含N、S等毒物氧化成CO2、N2、SO2、H2O，达到净化之目的。

对高化学含氧量或含生化法不能降解的化合物的各种工业有机废水，COD及NH3-N去除率达到99%以上，不再需要进行后处理，只经一次处理即可达排放标准。

6.2湿式催化氧化法特点

该工艺的优点为：

①流出物被完全杀菌；②使下水污泥及粪便等具有良好的沉淀分离性能；③装置尺寸小；④不污染大气。

缺点为：

①易腐蚀反应器；②排放水有色度；③有烧焦气味。

近些年来，随着湿式催化氧化法的发展，催化剂的研究是湿式催化氧化高浓度有机废水处理的热点问题。

湿式催化氧化法的催化剂包括均相催化剂和非均相催化剂两种。

均相催化剂是以分子或离子水平独立起作用的，与反应物的作用过程比较容易实现现代检测方法加以研究与推测，与非均相催化剂相比有较好的活性和选择性。

其中以过渡金属Cu、Fe、Ni、C、Mn等为代表的均相催化剂效果较好。

但在废水处理过程中将造成用于催化剂的金属溶于水而流失，从而造成排放后的二次污染，需经后续处理回收，这样提高了废水处理成本。

所以，在非均相催化剂出现后此催化剂的应用很少。

6.3湿式催化氧化法应用

采用湿式催化氧化法处理2．5%的HCHO溶液，HCHO去除率高达99．9%以上，COD去除率达到96．6%．采用Pt-Bi-CeO2/AC催化剂对含低浓度草甘膦（PMG，50mg/L）的生产废水直接进行湿式催化氧化处理，催化剂使用23次后，HCHO去除率稳定在85%左右，COD去除率稳定在87%左右，催化剂具有良好的稳定性．湿式催化氧化处理后的废水可直接回用于PMG生产．采用固定床湿式催化氧化装置处理HCHO溶液以及PMG生产废水，处理效果也非常理想，连续使用720h，催化剂的稳定性能良好[11]。

湿式催化氧化法（CWO）是一种治理高浓度有机废水的先进环保技术，它是在湿式空气氧化法基础上发展起来的。

湿式催化氧化法是在传统的湿式氧化体系中加入催化剂，这样就降低了苛刻的反应条件，提高了氧化剂的氧化能力，缩短了反应时间，从而降低了投资运行成本。

7.结论

本文在分析这些工艺技术的优点的同时，也分析了工艺存在的不足，深度处理方法费用昂贵，管理较复杂，处理每吨水的费用约为一级处理费用的4-5倍以上。

通过科学设计、优化组合，可望在实际应用中获得技术与功能上一定程度的互补，有效降低污水深度处理与运转费用，从而推进污水深度处理的技术革命。

参考文献

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