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中水回用工艺的现状和发展趋势

1.前言一般建造中水设施一次性投入较自来水高2～5倍，并且日常运行成本又高于自来水，所以很少有人会放弃使用便宜、安全、方便的自来水而去用中水。但是随着经济社会的发展，水资源越来越缺乏。自来水价格的上涨，并收取排污费，还有用水量的限制的一系列ZF措施的出台，使得中水回用越来越受到社会的关注。目前，废水经二级处理后，一般可以达到一级排放标准。但是远远低于工艺用水的标准。因此如何使一级排放标准的水处理到工艺用水的标准是企业节水减排的关键。对于工艺用水的最后处理工艺一般为反渗透，因此将一级排放标准的水处理到符合进反渗透的标准，就可以实现，企业排放水的直接回用于工艺用水。 2.中水回用工艺中水回用主要单元过程有：好氧生物处理，硝化—反硝化，混凝沉淀，颗粒滤料过滤，碳吸附，臭氧氧化，超滤，反渗透，生物活性碳吸附，消毒，CMF（连续流微滤）工艺。表1 经过生物处理的二沉池出水序号 处 理 流 程 1 混凝→过滤→碳吸附→紫外线或加氯消毒 2 混凝→絮凝→过滤→紫外线或加氯消毒 3 混凝→絮凝→沉淀→过滤→紫外线或加氯消毒 4 石灰沉淀→再碳化→过滤→碳吸附→臭氧氧化→紫外线消毒→加氯消毒 5 超滤→反渗透→臭氧氧化→紫外线消毒→加氯消毒 6 过滤→紫外线消毒→碳吸附→超滤→空气气提→臭氧氧化→加氯消毒 7 微滤→反渗透→离子交换→臭氧氧化→加氯消毒 8 微滤→反渗透→紫外线处理→加氯消毒表2 未经生物处理的初沉池出水序号 处 理 流 程 1 初沉池→膜生物反应器→紫外光或加氯消毒 2 初沉池→膜生物反应器→反渗透→紫外光处理 2.1 好氧生物处理中水回用中的好氧生物处理主要是针对需要回用水的生化处理设施，这类生化处理相比一般的生化处理出水水质要好，都优于一级排放标准，有的生化出水的COD值可以低于50，这些生物处理减轻了后续深度处理的压力，可以降低整个回用工程的成本。在中水回用中的所采用的生化处理设施有接触氧化法，膜生物反应器（MBR）,曝气生物滤池(BAF)等。但是接触氧化法和曝气生物滤池是常规的好氧处理方法，出水一般可以达到一级排放标准，具体也视进水水质。膜生物反应器是一项新兴的生物处理技术，在中水回用中显示了巨大的潜力。膜生物反应器（MBR），是一种用膜分离过程取代传统活性污泥法中二次沉淀池的水处理技术。与许多传统的生物水处理工艺相比， MBR 具有以下主要特点：1.出水水质优质稳定；2. 剩余污泥产量少；3. 占地面积小，不受设置场合限制；4. 可去除氨氮及难降解有机物；5. 操作管理方便，易于实现自动控制；6. 易于从传统工艺进行改造；MBR工艺缺点也非常突出:1.能耗高.出水泵耗能\膜组件曝气清洗耗能很大;2.日常运行维护费用高.膜清洗耗费大量清洗药剂;3.膜使用寿命一般3-5年,一次性投资和更换费用高;4.操作要求高,如运转条件控制不好,会缩短膜寿命. 1967年第一个采用MBR工艺的废水处理厂由美国的Dorr-Oliver公司建成，这个处理厂处理14m3 /d废水。1977年，一套污水回用系统在日本的一幢高层建筑中得到实际应用。1980年，日本建成了两座处理能力分别为10m3/d和50m3/d的MBR处理厂。90年代中期，日本就有39座这样的厂在运行，最大处理能力可达500m3/d，并且有100多处的高楼采用MBR将污水处理后回用于中水道。1997年，英国Wessex公司在英国Porlock建立了当时世界上最大的MBR系统，日处理量达2000m3，1999年又在 Dorset 的Swanage建成了13000m3/d的MBR工厂。 1998 年 5 月，清华大学进行的一体式膜- 生物反应器中试系统通过了国家鉴定。 2000年初，清华大学在北京市海淀乡医院建起了一套实用的MBR系统，用以处理医院废水，该工程于2000年6月建成并投入使用，目前运转正常。2000年9月，天津大学杨造燕教授及其领导的科研小组在天津新技术产业园区普辰大厦建成了一个MBR示范工程，该系统日处理污水25吨，处理后的污水全部用于卫生间的冲洗及绿地浇洒，占地面积为10平方米，处理每吨污水的能耗为0.7kW h。硝化—反硝化技术因为生物的硝化作用，因此在好氧出水中含量一定量的硝酸盐，在好氧出水后加入一个厌氧过程，促进反硝化过程即可以完成脱氮，反硝化工程需要碳源，因此可以进一步降低废水中的COD，但是好氧出水的COD比较低，碳源不够，需要投加甲醇补充碳源，后期也需要一个吹脱装置，以去除多于的甲醇。工艺相对比较复杂。而且目前的硝化反硝化都是采用A/O工艺，厌氧过程在好氧过程前，在前面就进行反硝化。因此这种工艺并不常见，主要存在于国外一些老式的污水处理厂。混凝沉淀技术混凝沉淀是生化处理后一个重要的单位处理过程，是指颗粒的化学脱稳和通过异向絮凝而形成较大颗粒的全部反应。混凝剂是指为了使废水中的胶体颗粒脱稳并形成絮体而投加的化学药剂。而絮凝剂一般为有机物，硫酸铝和硫酸铁等金属盐，聚氯化铝和聚氯化铁等预水解的金属盐。由于生化处理出水中含有较多的悬浮物，还有一些生物的代谢产物等，通过混凝沉淀的技术就可以将这些物质进行去除，可以降低一部分COD值以及一些悬浮微生物，但是具体的COD去除率还是跟出水水质有关。方法的不足之处在于需要投加药剂，会增加水的电导率，给后续的反渗透装置增加负担。相对分子质量小于1000的有机物对膜的污染的影响较小，而相对于分子质量大于1000的有机物是造成膜污染的主要因素；混凝能够有效地去除相对分子质量较大的有机物，因为可以防止膜污染；混凝是否有效地防止膜污染与混凝后残留在水中的大于1000的有机物含量有关，当这类有机物低于原水的50%时，则膜污染能被有效的防止；混凝防止膜污染的效果与其投加量有密切的关系，较低的投加量对防止膜污染的效果很差，而较大的投加量防止膜污染的效果很好。颗粒滤料过滤有机物及无机胶体物和悬浮固体最常用的去除方法是过滤。使液体通过某种颗粒或者可压缩滤料组成的滤床去除悬浮于液体中的颗粒物质。虽然颗粒滤料过滤是用于处理生活用水的一种主要的单元操作，但用于废水二级处理工艺出水的过滤也越来越普遍。目前，深床过滤用于生物和化学处理单元出水中的悬浮固体的补充去除方法以减少固体物质的排放量，而更重要的作用是可作为一个调节过程用于加强过滤后水的消毒效果。颗粒滤料过滤也用于膜过滤的预处理，一级过滤和二级过滤也可用于化学沉淀除磷。碳吸附为了进一步改善二级处理出水的水质，降低其毒性，在必须加强水质检验的同时还应采用活性碳吸附工艺进一步处理。废水活性炭处理已经得到广泛接受并被认为是一种常规生物处理装置出水的精制过程。在生物处理装置出水精制处理过程中，活性炭主要用于去除出水中剩余的部分可溶性有机物。粉末活性炭易于处理相对分子质量较低的有机物，特别是对于分子质量小于1000的有机物。臭氧臭氧是一种强氧化剂, 主要用在难生物降解的有机废水中,作为生化反应前的预处理工艺, 提高废水的可生化性, 也用在一些色度较高的废水中起脱色作用. 也用在深度处理中，起氧化和消毒作用。臭氧氧化会大大降低分子量的分布，为达到最优的浊度和TOC去除效果，需要增加混凝剂投加量。当用明矾做絮凝剂时，预臭氧化 O3和H2O2联合时可形成一些新的自由基, 这些自由基具有更强的氧化性. 由于O3在水中的溶解度比较低, 因此将臭氧和活性炭联用, 一方面可以利用活性炭的吸附能力富集有机物, 提高臭氧的利用率; 另一方面也可以利用活性炭的表面官能团作为臭氧氧化的催化剂.