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文檔簡介

第一篇污水再生及其利用第一頁,共一百頁,2022年,8月28日隨著世界性的水危機逐漸凸顯,為了保護有限的水資源,滿足不斷增長的用水需求,全球很多地區(qū)都將目光轉向污水的再生利用。污水再生利用不僅能有效保護有限的優(yōu)質淡水資源,還能滿足不斷增長的用水需求。第二頁,共一百頁,2022年,8月28日20世紀上半葉在水和污水處理的物理、化學和生物方面的技術進步,導致了污水再生利用時代的到來。國際上,美國、日本、以色列、南非、澳大利亞、俄羅斯等國早已開展污水經處理后回用的工作。目前國內外污水處理市場發(fā)展非常迅速,各種處理技術也日趨成熟,而污水處理并不是最終目的,充分利用資源是根本的出發(fā)點,這樣既可以節(jié)約水資源又保護了環(huán)境。國家已經確定在“十二五”期間加大對水資源節(jié)約政策的實施力度,首次將再生水設施建設列入“十二五”規(guī)劃中。第三頁,共一百頁,2022年,8月28日第一節(jié)污水再生概念

一、污水再生概念1.污水再生概念2.再生水分類

二、污水再生的必要性1.現狀與需求2.污水再生的必要性3.再生水用途4.再生水發(fā)展歷史

三、再生水要求與標準四、再生水消毒第四頁,共一百頁,2022年,8月28日城市污水也是一種可再生利用的資源,是一種水量供給穩(wěn)定而可靠的潛在水資源。城市污水再生利用是節(jié)約和科學利用水資源的有效途徑之一,是自然水資源進入良性社會循環(huán)的保障,能夠對該城市產生諸多經濟和社會、生態(tài)效益。當前,隨著城市化進程的加快,城市水資源日益緊缺的問題越來越嚴重,因此,城市污水再生利用問題越來越受到社會重視。一、污水再生概念第五頁,共一百頁,2022年,8月28日

1.污水再生概念污水再生是指污水和廢水經處理凈化后,水質改善達到一定標準,滿足某種使用要求或可在一定范圍內重復使用的非飲用水。再生水是由中水演化而來?!爸兴敝从谌毡?,通常人們把自來水叫做“上水”,把污水叫“下水”,而中水的水質介于上水和下水之間,故名“中水”。近年來為了統一用詞,也為了更嚴謹、準確地定義事物,在新制定的規(guī)范、學術刊物和書籍中,“中水”這個名詞正逐漸被“再生水”所替代。第六頁,共一百頁,2022年,8月28日再生水、中水農、林、牧、漁業(yè)用水城市雜用水工業(yè)用水環(huán)境用水補充水源水城市第二水資源用戶城市再生水廠城市自來水廠城市污水處理廠自來水城市污水二級處理廠水源圖5-1城市再生水循環(huán)示意圖第七頁,共一百頁,2022年,8月28日2.再生水分類再生水按處理方式分為市政再生水和建筑小區(qū)再生水兩種。兩種再生水,或者說兩種處理方式的應用現在都十分廣泛。城市再生水(也稱市政再生水),是城市污水處理廠出水經深度處理后再通過再生水管網輸送至用戶的非飲用水。此種再生水出水水質、水量穩(wěn)定,常用于城市大面積公共綠地及公園的灌溉,還常用作工業(yè)用水,如發(fā)電廠、冶金系統、紡織系統等的冷卻用水等;建筑小區(qū)再生水,是用多個分散的小型污水處理廠來替代集中的大污水處理廠,如城市中居住小區(qū)、辦公樓、賓館、影劇院、機場、碼頭、工礦企業(yè)等的生活污水自成系統,就地處理再生后用作非飲用水。第八頁,共一百頁,2022年,8月28日二、污水再生的必要性

1.現狀與需求2.污水再生的必要性3.再生水用途

第九頁,共一百頁,2022年,8月28日1.現狀與需求2010年全國廢水排放總量為617.3億噸,年末城市污水處理廠日處理能力10262萬立方米,城市污水處理率76.9%。給城市污水再生利用創(chuàng)造了基本條件。2010年,全國再生水的用量只有16.6億立方米,城市污水處理回用率8.5%,僅占全國廢污水排放量的2%。北京是全國再生水開發(fā)和利用最好的城市,但再生水利用也只占全市用水總量的18.4%。中國水資源短缺,城市缺水問題非常突出,目前全國600多個城市中,有400多個城市缺水,其中約200個城市嚴重缺水,日缺水量達1600萬m3,年缺水量60億m3。與此同時,全國城市污水處理回用遠低于發(fā)達國家水平。在非傳統水源中,污水再生利用具有廣闊的前景。國家“十二五”規(guī)劃已經將再生水納入水資源開發(fā)利用的范疇。第十頁,共一百頁,2022年,8月28日“十二五”全國及部分省城市污水處理回用率指標到2015年全國城市污水處理回收利用率達到10%,宜居城市和生態(tài)城市污水處理廠尾水再生回用率達到30%以上。無錫市區(qū)“十二五”污水處理及再生利用專項規(guī)劃其再生水利用率33%;北京市將實現再生水利用量不低于10億立方米,利用率達到75%,河流、湖泊、郊野公園全部使用再生水。以緩解水資源短缺問題。第十一頁,共一百頁,2022年,8月28日2.污水再生的必要性經濟的發(fā)展和城市化進程的加快,以及水污染的日益嚴重,導致我國的城市缺水問題十分突出。一方面城市缺水十分嚴重,另一方面大量的城市污水經治理后又白白流失,浪費了大量的可利用資源。與城市供水量幾乎相等的城市污水中只有0.1%的污染物質,遠低于海水中3.5%的量值。水是唯一不可替代的,也是唯一可重復利用的資源。城市污水就近可得,易于收集,再生處理比海水淡化成本低廉,基建投資比遠距離引水經濟。城市污水可以作為可靠的第二水源,這已成為當今世界各國在解決缺水問題時的共識。因此,水資源循環(huán)利用已經成為必然趨勢,污水作為資源再生利用十分必要。第十二頁,共一百頁,2022年,8月28日3.再生水用途再生水不能飲用,但它可以用于一些對水質要求不高的場合?;赜脤ο螅菏姓s用水(公園綠化及河湖補水用水、城市綠化用水、道路路面噴灑用水等)、生活雜用水(包括廁所沖洗、汽車洗滌)和工業(yè)用戶(重點是回用至熱電廠和化工廠等冷卻用水以及城市污水處理廠內部雜用水等)。第十三頁,共一百頁,2022年,8月28日三、再生水要求與標準標準名稱水質指標數量標準類別發(fā)布時間實施時間發(fā)布部門同時廢止標準GB8978-1996《污水綜合排放標準》第一類污染物13項,第二類污染物26項強制性國家標準1996-10-041998-01-01國家環(huán)境保護總局、國家質量技術監(jiān)督局GB8978-88《污水綜合排放標準》CJ3082-1999《污水排入城市下水道水質標準》35項行業(yè)標準1999-01-261999-08-01建設部CJ18-1986《污水排入城市下水道水質標準》GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》基本控制項目19項、選擇控制項目43項強制性國家標準2002-12-242003-07-01國家環(huán)境保護總局、國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局—GB/T18919-2002《城市污水再生利用分類》城市污水再生利用分為5類用途推薦性國家標準2002-12-202003-05-01國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局—第十四頁,共一百頁,2022年,8月28日三、再生水要求與標準標準名稱水質指標數量標準類別發(fā)布時間實施時間發(fā)布部門同時廢止標準GB/T18920-2002《城市污水再生利用城市雜用水水質》13項推薦性國家標準2002-12-202003-05-01國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局CJ/T48-1999《生活雜用水水質標準》GB/T18921-2002《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質》基本控制指標14項、選擇控制項目50項推薦性國家標準2002-12-202003-05-01國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局CJ/T95-2000《再生水回用于景觀水體的水質標準》GB/T19923-2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質》基本控制指標20項推薦性國家標準2005-09-282006-04-01國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局—GB/T19772-2005《城市污水再生利用地下水回灌用水水質》基本控制項目21項、選擇控制項目52項推薦性國家標準2005-05-252005-11-01國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會—GB20922-2007《城市污水再生利用農田灌溉用水水質》基本控制項目19項、選擇控制項目17項強制性國家標準2007-04-062007-10-01國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會—第十五頁,共一百頁,2022年,8月28日四、再生水消毒(一)再生水消毒技術

1.化學消毒方法2.物理消毒方法3.組合消毒(二)消毒對前處理的要求

1.水質對消毒效果的影響2.消毒前的基本水質要求3.消毒效果的評價指標第十六頁,共一百頁,2022年,8月28日隨著再生水回用的快速發(fā)展,使得人們對再生水安全日趨重視,消毒技術是保障再生水安全的一道重要屏障。污水經深度處理后細菌的相對含量大幅度減少,但其絕對值仍然很可觀,并可能存在病原菌。如果將其排放到附近河道,或作為城市景觀、環(huán)境用水及雜用水,可能對健康造成一定的危害。為了確保污水排放或再生利用過程中的衛(wèi)生安全,必須進行殺菌消毒,以滿足水質標準中的細菌學指標要求。第十七頁,共一百頁,2022年,8月28日(一)再生水消毒技術1.化學消毒方法(1)氯消毒(2)二氧化氯消毒(3)臭氧消毒法

2.物理消毒方法---主要指紫外線消毒法3.組合消毒第十八頁,共一百頁,2022年,8月28日(1)氯消毒液氯具有強大的殺菌力、低廉的價格和在水中消毒持續(xù)時間長等特點,對于再生水廠來說,液氯是最常用的消毒劑。一般認為氯消毒的原理是氯溶解于水生成的次氯酸(HClO)起作用。HClO為中性小分子,容易擴散到帶負電的細菌表面,然后穿透細菌的細胞壁進入細菌內部,氧化并破壞細菌的酶系統致使細菌死亡。氯消毒最大的問題是消毒過程中產生的消毒副產物,DBPS被認為有致癌作用且在很低的濃度(小于0.1mg/L)下就會對環(huán)境產生危害。第十九頁,共一百頁,2022年,8月28日(2)二氧化氯消毒是一種廣譜高效的氧化性殺菌劑。二氧化氯進入微生物體內可以依靠其強氧化性可破壞蛋白質中的酪氨酸,抑制細菌特異性吸附,阻止對主細胞的感染,同時與部分微生物蛋白質中的氨基酸發(fā)生反應,使反應產物分解破壞,最終導致細菌死亡。二氧化氯消毒不會產生致癌、致突變、致畸的消毒副產物,是一種比較安全的消毒技術。二氧化氯不與氨反應,不水解,以游離態(tài)的高效消毒成分存在。殺菌速度快,只要幾分鐘就可以達到99%以上的殺菌效果,接觸時間典型為5min~30min。消毒后具有可檢測的殘余二氧化氯,以防止水中細菌的再繁殖。第二十頁,共一百頁,2022年,8月28日(3)臭氧消毒法臭氧在常溫下是一種具有強烈刺激性氣味的不穩(wěn)定氣體,極易分解成氧氣。臭氧有著極強的氧化性。臭氧殺菌機理目前還沒有統一的認識。有人認為臭氧作用于細胞的表面,改變了細胞膜的滲透特性,導致細胞組分泄露到中間介質中。也有人認為溶菌作用是臭氧使細菌失活的主要機理。臭氧在水處理中的作用主要是殺菌、除藻、除色、除臭和氧化有機物。水中臭氧的反應受pH、水溫及水中氨量的影響較小,是一種效果穩(wěn)定的消毒方法。主要問題是臭氧發(fā)生器成本太高,且臭氧傳質效率低。第二十一頁,共一百頁,2022年,8月28日2.物理消毒方法主要指紫外線消毒法。與氯相比,紫外線用于再生水消毒有如下幾點優(yōu)勢:①比氯氣消毒便宜;②比氯氣使用安全;③不產生氯代烴;④對隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲有效,而氯氣無效。但是紫外線消毒無持續(xù)殺菌的能力,一些微生物在受到可見光照射后發(fā)生光復活現象。而且微生物DNA形成的胸腺嘧啶二聚體在解聚的過程中會形成錯碼,使DNA變異,從而具有很大的產生新品種微生物的風險。很難將大腸菌群總數控制在3個/L以下,污水處理后回用,需要和氯或二氧化氯聯合使用。第二十二頁,共一百頁,2022年,8月28日再生水組合消毒工藝根據《城市污水再生利用城市雜用水水質》GB/T18920-2002的要求,總大腸菌群≤3個/L。從目前水廠運行情況來看,單獨采用一種消毒手段很難將再生水中總大腸菌群數控制在3個/L以內,且次氯酸鈉、二氧化氯等藥劑消毒劑及臭氧在消毒過程中都會產生一定的副產物,減少其投加量可減少無機副產物的產生。紫外線消毒雖然沒有消毒副產物的生成,但其運行成本高且沒有持續(xù)消毒能力。兩種或兩種以上消毒工藝組合使用,既能提高殺滅微生物的效果,又能減少抗藥性產生,降低消毒劑濃度,縮短作用時間。第二十三頁,共一百頁,2022年,8月28日(二)消毒對前處理的要求1.水質對消毒效果的影響2.消毒前的基本水質要求3.消毒效果的評價指標第二十四頁,共一百頁,2022年,8月28日1.水質對消毒效果的影響第二十五頁,共一百頁,2022年,8月28日2.消毒前的基本水質要求第二十六頁,共一百頁,2022年,8月28日表5-4消毒方法比較和評價第二十七頁,共一百頁,2022年,8月28日第二節(jié)再生水應用領域一、城市雜用二、工業(yè)回用三、農業(yè)回用四、地下水回灌第二十八頁,共一百頁,2022年,8月28日第二十九頁,共一百頁,2022年,8月28日一、城市雜用

1.生活沖廁2.洗車3.道路沖洗4.城市綠化景觀第三十頁,共一百頁,2022年,8月28日1.生活沖廁過去,城市中沖廁主要使用潔凈的自來水,大量寶貴的水資源僅發(fā)揮了其最低的作用。沖廁用水量占住宅總用水量的20%以上,占辦公室及教學樓總用水量的60%以上,據統計,僅沖廁一項,我國每年就消耗大約100多億立方米自來水,這相當于50座中型城市的年自來水量。如果改用再生水沖廁,能節(jié)約大量水資源。此外,沖廁用水水量需求大,用水量穩(wěn)定,水質要求低,非常適合使用再生水。第三十一頁,共一百頁,2022年,8月28日

再生水用于沖洗衛(wèi)生設施,需要考慮人們的心理感受。水的色度超標或有異味,會讓使用者產生不與快感,所以對沖廁再生水的物理感官指標有較高的要求。沖廁水的使用場所在室內,其衛(wèi)生指標也應達到一定標準,否則可能造成病原體的傳播。沖廁再生水的余氯和大腸菌群總數的標準與道路噴灑和綠化用水相同。第三十二頁,共一百頁,2022年,8月28日2.洗車每清洗一輛小型汽車需用水0.06噸~0.1噸,據2005年相關資料,北京擁有小型轎車約240萬輛,以每輛車清洗一次用水0.06噸、每周清洗1次計,洗車用水將是748.8萬噸/年,相當于一個昆明湖的水量。據不完全統計,哈爾濱市近幾年有大小洗車行近千家,機動車27萬余輛,每年洗車用水量達600萬噸以上,這將為城市節(jié)約大量飲用水資源。第三十三頁,共一百頁,2022年,8月28日

利用再生水沖洗車輛時,對水質的要求是不腐蝕損害車輛部件,沖洗后車輛表面不殘留細小殘留物。主要的水質指標是PH值、固體顆粒及表面活性劑。PH值宜盡量控制為中性,以避免對車輛沖洗部件的損害;固體顆粒和表面活性劑應嚴格控制在允許的范圍內,避免在水分蒸發(fā)后車輛表面出現殘留斑點。第三十四頁,共一百頁,2022年,8月28日3.街道沖洗道路噴灑水是為了保持街道廣場的整潔,便利交通。在夏季,道路灑水還可以起到一定的降溫和保護路面的作用。噴灑道路可以減少道路塵埃飛揚,也就可以減少空氣中的細菌。街道沖洗用水量大,大約2L/d·m2~3L/d·m2。但其水質要求較低,適合使用再生水。第三十五頁,共一百頁,2022年,8月28日街道經噴灑后空氣中細菌總數小于噴灑前總數,以快車道的相差值為最大。用再生水噴灑道路時,與工作人員發(fā)生直接接觸,再生水噴灑形成的水霧及氣溶膠等飛揚到空中,有可能與公眾發(fā)生直接接觸。若再生水消毒不徹底,生物指標不合格,其中所含的致病菌可能影響工作人員和公眾的身體健康。若水中含有超過標準的有毒有害物質,也會對人體造成不同成度的損害。因此,必須嚴格控制回用水水質,確保用水的安全。第三十六頁,共一百頁,2022年,8月28日4.城市綠化景觀(1)綠地灌溉我國城市綠化發(fā)展很快。綠地面積的增加雖然有利于改善城市生態(tài)環(huán)境和居民的生活條件,但也加劇了城市生活用水、工業(yè)用水與環(huán)境用水之間的矛盾。公共綠地的灌溉水量較大,為2L/d·m2,因此用再生水澆灌綠地是解決矛盾的主要方法之一。(2)景觀水體

環(huán)境娛樂性用水主要用于形成娛樂性或觀賞性湖泊等。娛樂用水又可以分為主要接觸和次要接觸兩大類:主要接觸是指水與人體的接觸是長時間和直接的,并且有吸入的可能,比如游泳;次要接觸是指諸如劃船、釣魚和進行觀賞等活動,一般情況下并無浸水的可能。根據用水與人體接觸的方式不同,必須采用不同的處理程度。第三十七頁,共一百頁,2022年,8月28日再生水中污染物在土壤中蓄積的危害懸浮固體過多會造成土壤板結,使突然呈厭氧態(tài),導致幼小植株和幼苗死亡,還會造成灌溉系統堵塞和磨損;酸堿度會影響金屬可溶性,從而對植物造成影響;過多的有機物(用生化需氧量BOD表示)會導致土壤的滲透能力變差,嚴重時會阻礙植物的生長;含鹽分(以溶解性總固體來表示)過量時,植物發(fā)芽延遲,生長受阻,枝葉變黃,根莖腐爛;第三十八頁,共一百頁,2022年,8月28日再生水中污染物在土壤中蓄積的危害鉛、砷、鉻和鎘等重金屬在土壤中累積會對植物造成傷害,影響植物的養(yǎng)分吸收和利用,打亂植物體內的代謝平衡,使細胞的生長發(fā)育停止;硼、鋅、銅、錳、鐵等微量元素在土壤中過量富集就會對植物造成傷害,如硼會使植物葉片呈畸形萎蔫,退綠變黃甚至霉變;氮磷砷等營養(yǎng)元素過量會影響植物開花授粉。再生水的衛(wèi)生指標不合格,用它澆灌綠地時,水中的病原體有可能附著在樹木和草坪上,若與人體接觸會發(fā)生疾病的傳播或感染。綠地灌溉用水的衛(wèi)生指標很嚴格。第三十九頁,共一百頁,2022年,8月28日景觀水體用水包括觀賞性景觀環(huán)境用水、娛樂性環(huán)境用水及濕地環(huán)境用水。與人體接觸的娛樂性環(huán)境用水不應含有有毒、有刺激性物質和病原微生物,對濕地則需根據具體情況,經評價后,提出相應的水質標準。

有些水景如噴泉、瀑布等,水及水中所含的物質易以細微氣溶膠的形式在空氣中擴散,有可能直接接觸周圍人群的皮膚或進入人體呼吸道,所以其衛(wèi)生指標備受關注。第四十頁,共一百頁,2022年,8月28日二、工業(yè)回用再生水用于工業(yè)包含兩方面:工業(yè)利用和工業(yè)廢水的內部循環(huán)。工業(yè)對再生水的需求量很大,對水質的要求也多種多樣。再生水可用于量大面廣的冷卻水、洗滌沖洗用水及其他工藝低質用水,因此它最適合冶金、電力、石油化工、煤化工等工業(yè)部門的利用。

1.石油化工工業(yè)2.鋼鐵冶金行業(yè)3.造紙行業(yè)4.熱電行業(yè)第四十一頁,共一百頁,2022年,8月28日1.石油化工工業(yè)化工行業(yè)是公認的耗水大戶,從國家環(huán)保總局發(fā)布環(huán)境統計年報,工業(yè)廢水排放總量,化工廢水占全國工業(yè)廢水排放總量的19%,位居第一位。石油化工生產用水主要可分為:①生產裝置用水(含公共設施、生活用水);②循環(huán)冷卻水;③軟化水、除鹽水、發(fā)生蒸汽用水,不同用水目的對水質要求不盡相同。其中后兩項用水約占80%以上,而且使用后仍有較好的水質,易于再利用。第四十二頁,共一百頁,2022年,8月28日2.鋼鐵冶金行業(yè)鋼鐵工業(yè)是資源型工業(yè),能耗物耗大,環(huán)境污染比較嚴重。我國同世界上先進國家的水平相比,存在著相當大的差距。我國鋼鐵生產的用水量相對較大,行業(yè)平均為噸鋼耗新水34m3,而先進國家的噸鋼新水耗量在10m3以內。鋼鐵企業(yè)70%的廢水來源于冷卻用水,一般污染程度較輕,廢水的污染物主要是懸浮物,經過簡單凈化基本上可以作為直接冷卻水或濕式除塵洗滌水使用。鋼鐵冶金行業(yè)的工業(yè)用水重復利用率較高。第四十三頁,共一百頁,2022年,8月28日3.造紙行業(yè)造紙廠按工序排出水主要有以下三股:一是制漿蒸煮廢液,通稱造紙黑液;二是分離黑液后紙漿的洗、選、漂水,也稱中段水;三是抄紙機上的白水。美國典型的漿紙廠噸漿用水量為72m3~78m3。由于在制漿造紙過程中要使用大量的水,美國幾乎所有的造紙廠都建立了初級或二級廢水處理系統,以除去廢水中的BOD,其去除率可達30%~70%。第四十四頁,共一百頁,2022年,8月28日據2002年中國環(huán)境年報公布的數據表明,我國紙業(yè)的排水量為35.3億m3,占全國工業(yè)總排水量的18.2%;COD(化學需氧量)排放量287.7萬t,占全國總排放量的40.8%。達標排放污水僅占造紙排水總量的53.8%,還有相當一部分企業(yè)甚至沒有污水處理設施,我國造紙噸產品廢水排水量是歐洲國家的5倍~10倍。第四十五頁,共一百頁,2022年,8月28日4.熱電行業(yè)火力發(fā)電廠的用水一般分為兩類:一類是生產用水(包括熱力系統用水,冷卻系統用水,水力除灰排渣系統用水和煙氣脫硫系統用水)。另一類是生活用水(包括綠化、消防用水)?;痣姀S的循環(huán)水是最大耗水項目,因此,節(jié)水技術措施主要是加強循環(huán)水處理工藝水平,提高濃縮倍率,其次是加大再生水回用力度。2000年我國火力發(fā)電廠年均取水總量為840.5億m3,其中,淡水取水量為540.4億m3,工業(yè)用水重復利用率為55%,循環(huán)冷卻電廠重復利用率為95%。我國采用循環(huán)冷卻系統的活力發(fā)電廠裝機耗水率為1.32m3/Sgw,而國外為0.7m3/Sgw~1.0m3/Sgw。第四十六頁,共一百頁,2022年,8月28日三、農業(yè)回用再生水用于農業(yè)可以采用兩種方式。農業(yè)用水需求量大,水質要求直接灌溉和排至灌溉渠或自然水體進行間接回用一般也不高,是污水再生利用產業(yè)的主要需求者之一。一般經二級處理的城市污水出水水質都能達到或超過農業(yè)灌溉用水標準。農業(yè)用水量基本占到區(qū)域用水量的50%以上,但對水質的要求相對于工業(yè)和生活要低,因此污水回用于農業(yè),可以大大緩解作物的危害及其隨后生態(tài)鏈危害會大大降低,而且還可以提供相對較為豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)成分。第四十七頁,共一百頁,2022年,8月28日1.環(huán)境安全性再生水中可能存在微生物致病菌,長期污灌對土壤結構、土壤中金屬和毒物積累等有影響。污水灌溉使淺層甚至深層地下水受到污染,其恢復需十分漫長的過程。美國在灌溉水水質中,明確規(guī)定了利用期為20年和長期利用的不同標準,這說明污水灌溉不能只顧眼前的經濟利益,而要考慮長期的經濟效益。二級污水農業(yè)回用的關鍵是如何處理好二級污水中雜質離子帶來的問題。第四十八頁,共一百頁,2022年,8月28日2.食用安全性污水回用于農業(yè),必須考慮對食用安全和品質的影響。污水處理后的再生水不可避免地仍然會存在一些有害因子,包括微生物致病菌和有毒有害化學物質。在適合再生水灌溉的區(qū)域,也并非所有農作物都可以進行污灌,研究表明棉花、蘆葦、玉米等飼料類植物等推薦為“優(yōu)先灌溉作物”;果蔬等根莖類植物是“不推薦或者不宜灌溉類作物”。第四十九頁,共一百頁,2022年,8月28日四、地下水回灌地下水回灌可以防止地面沉降、海水及苦咸水入侵及補充地下水儲量。地下水的天然補給非常緩慢,長期過量開采地下水會導致地下水位下降,引起地下水資源枯竭;再生水儲存于地表水庫和河湖也潛在著一定的風險。而實施再生水地下回灌則可以解決這兩方面的問題,再生水地下回灌正變得越來越重要。第五十頁,共一百頁,2022年,8月28日優(yōu)點(1)不存在因建水庫或大壩而造成對環(huán)境的影響;(2)人工回灌的費用要小于同等規(guī)模地表水庫的費用;(3)含水層可以減少用于運輸地表水的管線或渠道,不需要修建長距離的輸水系統;(4)儲存于地表水庫的水,由于藻類和其他溶于水產物的影響,會面臨蒸發(fā)、味覺和嗅覺問題,造成污染,而土壤含水層處理方法和地下儲存則可以避免;再生水回灌進入地下后,蒸發(fā)量遠比地面水庫少;(5)適合作為地表水庫的場地可能并不可行或不被環(huán)境接受,將再生水回灌到地下則不存在這些問題;(6)在廢水回用項目中包含地下水回灌,作為再生市政廢水向地下水轉變的結果,可以克服公眾對污水回用的心理障礙。第五十一頁,共一百頁,2022年,8月28日可能的負面影響(1)建設回灌工程的場地、土壤和植被受到擾動,可能會損害周圍的生態(tài)環(huán)境;(2)回灌水的水質應得到可靠的保證,否則會降低含水層的質量;(3)要有充足的源水供應地下水回灌,若水量太少,地下水回灌有可能在經濟上是不可行的;(4)在沒有經濟利益刺激、運用法律或法規(guī)來維護監(jiān)測井和取水井時,這些將會失修,難免成為地下水的污染源。第五十二頁,共一百頁,2022年,8月28日第三節(jié)污水再生方法

一、基本方法

二、膜分離技術(一)膜分離技術基本概念

(二)在污水再生中的應用

三、膜集成技術(一)在鋼鐵污水再生回用領域的應用(二)膜生物反應器第五十三頁,共一百頁,2022年,8月28日污水達標排放,并不是排水系統的最終目標,而是更艱巨的治理工作的開端。目前,常用的污水再生回用技術包括傳統處理(混凝-常規(guī)過濾)、生物過濾、消毒、活性炭吸附、膜分離、生物脫氮除磷、高效菌種應用等,可以選用一種或幾種組合。各種再生水處理單元技術去除的污染物是不同的,在城鎮(zhèn)污水再生利用工程中僅使用單元技術很難滿足用戶對水質的要求,必須針對不同再生利用目標采用不同的組合工藝進行處理。第五十四頁,共一百頁,2022年,8月28日一、基本方法城鎮(zhèn)污水再生利用工程中,普遍采用常規(guī)處理工藝,即混凝、沉淀或澄清、過濾和加氯消毒,該工藝能夠有效地去除二級處理出水中的懸浮物、膠體雜質和細菌,使再生水擁有廣泛的適用范圍,具有較好的經濟價值。第五十五頁,共一百頁,2022年,8月28日1.再生水用于城市雜用根據《城市污水再生利用城市雜用水水質》標準(GB/T18920-2002),城市雜用水包括城市綠化、建筑施工、洗車、道路灑水、廁所沖洗用水等。再生水作為城市雜用水時,技術方法選擇上首先應提高二級生物處理在低溫條件下的硝化效果,然后在深度處理技術選擇時采用過濾技術,包括砂濾、機械過濾、快濾等,過濾前一般應投加混凝劑或助凝劑,如混凝沉淀過濾、微絮凝過濾、磁共沉技術等;最后對出水進行消毒技術處理。第五十六頁,共一百頁,2022年,8月28日2.再生水用于景觀環(huán)境用水根據《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質》標準(GB/T18921-2002),景觀環(huán)境用水包括觀賞性景觀環(huán)境用水和娛樂性景觀環(huán)境用水,水體分為河道、湖泊和水景三類。二級處理出水難于滿足景觀環(huán)境用水水質要求,再生水處理需進一步去除BOD和SS,盡可能地降低氮和磷,并進行相應的消毒處理。因此,在再生水處理技術選擇中,應首先提高二級處理過程的生物脫氮和硝化效果,如采用多級A/O技術、增加缺氧段停留時間、提高內回流比、在好氧池中增加填料等,再生水處理采用反硝化濾池技術。第五十七頁,共一百頁,2022年,8月28日對于BOD、SS和TP去除,再生水處理可選擇混凝沉淀過濾、微絮凝過濾、磁共沉等技術,以滿足景觀環(huán)境用水水質標準要求。對于濁度的改善可選擇活性炭吸附和臭氧氧化技術。消毒可選擇臭氧消毒、紫外線消毒或氯消毒。工程中應對上述技術進行優(yōu)化組合,從控制水體富營養(yǎng)化角度可選擇強化二級處理+臭氧氧化+曝氣生物濾池+反硝化濾池+消毒的技術路線,或強化二級處理+膜技術+消毒的技術路線。第五十八頁,共一百頁,2022年,8月28日3.再生水用于工業(yè)用水水源根據《城市污水再生利用工業(yè)用水水質》標準(GB/T19923-2005),工業(yè)用水包括冷卻用水、洗滌用水、鍋爐補給水和工藝與生產用水。再生水作為工業(yè)用水水源可選擇強化二級處理技術(如在曝氣池添加填料,提高硝化效果),后續(xù)處理可采用混凝沉淀過濾+消毒的技術,也可采用膜技術來提高處理效果并同時去除二級處理出水中的重金屬,但膜處理+消毒技術工程投資和運行費用都較高。防止結垢、腐蝕的方法中一般采用化學法及沉淀法,如加酸酸化或加阻垢劑(如鉻酸鹽、多磷酸鹽)等。第五十九頁,共一百頁,2022年,8月28日4.再生水用于農業(yè)根據《城市污水再生利用農田灌溉用水水質》(GB/T20922-2007),農田灌溉用水包括纖維作物、旱地谷物、油料作物、水田作物和露地蔬菜等灌溉用水。將再生水用于農業(yè)灌溉,應確保衛(wèi)生安全,并防止土壤退化或鹽堿化等。含鹽量是再生水用于農業(yè)灌溉最重要的水質指標之一,標準中規(guī)定了非鹽堿土地區(qū)及鹽堿土地區(qū)的含鹽量標準。另外,還應防止重金屬及有害物質在土壤中富集,并通過食物鏈積累于農作物中。如果再生水采用噴灌,尚需要控制懸浮物,以防堵塞噴頭。對于纖維作物、旱地谷物和油料作物,二級處理加消毒即可滿足要求,對于水田作物和露地蔬菜,需采用常規(guī)二級處理加混凝、沉淀、過濾等補充處理技術才能達標。第六十頁,共一百頁,2022年,8月28日5.再生水用于地下水回灌根據《城市污水再生利用地下水回灌水質》標準(GB/T19772-2005),地下水回灌包括地表回灌和井灌兩種。井灌對水質的要求比地表回灌要高。再生水回灌于地下含水層,補充地下水,用以防止因過量開采地下水而造成的地面沉降和海水侵入,但回灌于地下的再生水可能將被重新提取用作農業(yè)灌溉用水或生活飲用水水源。城鎮(zhèn)污水處理廠的二級出水仍可能含有有機微污染物、痕量重金屬、糞大腸菌、致病菌或病毒等有害物質。第六十一頁,共一百頁,2022年,8月28日5.再生水用于地下水回灌為防止對地下含水層的污染,提供清潔水鏈,對于地下水回灌的再生水水質要求較其他回用領域要嚴格。在地下水回灌再生處理技術選擇中,需要采取多種單元技術組合才能滿足回灌地下水水質要求。目前較常用選擇的技術有:多層濾料過濾、臭氧氧化、反滲透、氯化、硅藻土過濾、混凝沉淀、活性炭吸附;消毒技術有臭氧消毒和氯消毒。第六十二頁,共一百頁,2022年,8月28日二、膜分離技術(一)膜分離技術基本概念1.膜分離的定義2.膜分離的基本原理3.工業(yè)應用主要膜過程(二)在污水再生中的應用1.在工業(yè)廢水再生中的應用2.城市綠地噴灑用水3.應用到洗車和噴泉景觀用水4.污水再生實例

第六十三頁,共一百頁,2022年,8月28日(一)膜分離技術基本概念1.膜分離的定義2.膜分離的基本原理3.工業(yè)應用主要膜過程第六十四頁,共一百頁,2022年,8月28日膜分離技術被認為是“21世紀最有前途、最有發(fā)展前景的重大高新技術之一,它在工業(yè)技術改造中起著戰(zhàn)略性作用”。世界上許多國家包括我國在內,都把膜分離技術及其應用列為國家重點發(fā)展項目。膜分離技術對許多傳統產業(yè)的發(fā)展起著關鍵作用。甚至有人預言“誰掌握了膜技術,誰就掌握了化學工業(yè)的未來”。膜分離過程作為一門新型的分離、濃縮、提純技術,是以外界能量為動力,憑借各組分在膜中傳質的選擇性差異,對多組分流體物質進行分離、分級、提純和富集的方法。第六十五頁,共一百頁,2022年,8月28日1.膜分離的定義自然界中經常存在著這樣的物質體系,即在一種流體相內或兩種流體相之間,有一薄層凝聚相物質把流體相分隔成兩部分。這一薄層物質就是所謂的膜(membrane)。膜可以是固態(tài)的或液態(tài)的,甚至氣態(tài)的,中性的或荷電性的。而被膜分隔開的流體相物質可以是液態(tài)的或氣態(tài)的。膜本身可以是均勻的一相,也可以是由兩相以上的凝聚態(tài)物質所構成的復合體,可以是對稱型的或非對稱型的。第六十六頁,共一百頁,2022年,8月28日不論膜本身薄到何等程度,它都必定有兩個界面,并由這兩個界面分別與被其分隔于兩側的流體相物質相接觸。膜有兩個明顯的特征:其一,膜充當兩相的界面,分別與兩側的流體相接觸;其二,膜具有選擇透過性,這是膜與膜過程的固有特性。第六十七頁,共一百頁,2022年,8月28日膜不是普通的塑料膜或皂泡膜,而是那些具有一定特殊性能(例如,半透、電學、光學、識別及反應等特性)的膜。對于分離膜,可將它看作是兩相之間的一個半滲透的隔層,該隔層按一定的方式截留分子。因此,兩相間的膜必須起到隔層的作用,以阻止兩相的直接接觸。該隔層可以是固體、液體,甚至是氣體,半滲透性質主要是為了保證分離效果。如果所有物質不按比例均可通過,那就失去分離的意義了。膜截留分子的方式有多種,例如,按分子孔徑大小截留,按不同滲透系數截留,按電荷截留,按不同的溶解度截留,等等。第六十八頁,共一百頁,2022年,8月28日表5-5主要膜分離過程的推動力推動力膜過程壓力差電位差濃度差濃度差(分壓差)濃度差加化學反應反滲透、超濾、微濾、氣體分離電滲析透析、控制釋放滲透汽化液膜、膜傳感器第六十九頁,共一百頁,2022年,8月28日2.膜分離的基本原理(1)根據它們物理性質的不同主要是質量、體積大小和幾何形態(tài)差異,用過篩的辦法將其分離。微濾膜分離過程主要就是根據這一原理將水溶液中孔徑大于50nm的固體雜質去掉的。(2)根據混合物化學性質的不同物質通過分離膜主要依靠溶解擴散,首先是與膜表面接觸的混合物進入膜內的速度(稱溶解速度),其次是進入膜內后從膜的表面擴散到膜的另一表面的速度,二者之和為總速度??偹俣扔?,透過膜所需的時間愈短;總速度愈小,透過時間愈久。溶解速度完全取決于被分離物與膜材料之間化學性質的差異,擴散速度除化學性質外還與物質的分子量有關。第七十頁,共一百頁,2022年,8月28日圖5-3各種膜的截留區(qū)段第七十一頁,共一百頁,2022年,8月28日表5-6膜分離過程的特點及膜材料過程主要性能膜膜的結構類型主要膜材料微濾(MF)以壓力為推動力,主要依靠機械篩分作用,濾除>50nm的顆粒對稱孔高分子膜,孔徑0.05μm~10μm摺疊式,膜片式,纏繞式,噴熔式再生纖維素膜,聚丙烯膜,聚氯乙烯膜,聚四氟乙烯,聚酰胺,陶瓷,不銹鋼等超濾(UF)以壓力為推動力,機械篩分過程,截留分子量范圍為500~100萬,濾除10nm~100nm的物質非對稱結構的多孔膜,孔徑1nm~50nm卷式,中空纖維,管式,平板式醋酸纖維素,聚砜,聚丙烯腈,聚氯乙烯,聚偏氟乙烯,聚酰胺,陶瓷等納濾(NF)以壓力為推動力,其膜截留分子量約為200~1000,依靠溶解擴散Donna效應,可實現低分子有機物的脫鹽純化和高價離子脫除具有納米級孔徑的微孔結構,非對稱膜和復合膜卷式,管式,平板式醋酸纖維素、聚砜和芳香族聚酰胺復合材料等反滲透(RO)以壓力為推動力,利用半透膜的選擇透過性,使溶劑透過膜和溶質分開,即水中溶解鹽類的脫除主要以復合膜為主卷式,板式,中空纖維,管式醋酸纖維素,聚砜,聚酰胺及其改性膜等電滲析(ED)以電位差為推動力,利用陰、陽離子交換膜的選擇透過性,從溶液中脫除或富集電解質異相、均相及陽膜陰膜的陽、陰離子交換膜板式,卷式聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯等的苯乙烯接枝聚合物第七十二頁,共一百頁,2022年,8月28日表5-7工業(yè)應用膜過程的分類及其基本特性膜分離技術原理推動力(壓力差)/kPa透過組分截留組分膜類型處理物質形態(tài)微濾篩分10~200溶劑,鹽類及大分子物質0.1μm~10μm多孔膜液體或氣體超濾篩分100~1000高分子溶劑或含小分子物質10nm~100nm非對稱膜液體納濾溶解擴散Donna效應500~1500溶劑或含小分子物質>1nm非對稱膜和復合膜液體反滲透溶解擴散1000~10000溶解性物質0.1nm~1nm非對稱膜或復合膜液體電滲析離子交換電位差小離子組分大離子和水離子交換膜液體膜蒸餾傳質分離蒸汽壓差揮發(fā)性組分離子,膠體,大分子等不揮發(fā)組分和無法擴散組分多孔疏水膜液體或氣體液膜溶解擴散濃度差加化學反應可透過組分無法透過組分液膜液體滲透汽化溶解擴散濃度差(分壓差)膜內易溶解或易揮發(fā)組分不易溶解或不易揮發(fā)組分均質膜,復合膜或非對稱膜進料為液態(tài),滲透為氣態(tài)第七十三頁,共一百頁,2022年,8月28日工業(yè)應用的反滲透裝置第七十四頁,共一百頁,2022年,8月28日工業(yè)應用的反滲透裝置的膜組件之間的連接第七十五頁,共一百頁,2022年,8月28日(二)在污水再生利用中的應用1.在工業(yè)廢水再生中的應用2.城市綠地噴灑用水3.應用到洗車和噴泉景觀用水4.污水再生實例第七十六頁,共一百頁,2022年,8月28日1.在工業(yè)廢水再生中的應用(1)利用反滲透技術將鋼鐵企業(yè)生產廢水處理后進行回收利用,節(jié)約了大量的水資源,并降低了企業(yè)的生產成本;另一方面大大減少了廢水的排放對地下水源、流域水源以及對環(huán)境的污染,產生了巨大的經濟效益和社會效益。(2)應用反滲透技術將鋁氧化漂洗廢水重新處理成純水,返回到生產工藝中去,而濃縮液經負壓蒸發(fā)后冷卻結晶,并外運填埋;實現了廢水的零排放,并取得了明顯的經濟效益和環(huán)境效益。(3)采用兩級RO膜系統對含鎳250mg/L~350mg/L的漂洗廢水進行處理,對鎳的截留率達99.9%以上,經兩年多運管行考察,系統運行平穩(wěn),各項指標基本達到設計要求,經濟效益明顯,年凈收益達43.34萬元,且出水達到回用要求。第七十七頁,共一百頁,2022年,8月28日2.城市綠地噴灑用水與傳統的處理方式相比較,城市污水經過納濾或反滲透處理回用到城市綠地噴灑,可以降低由于水中的無機鹽特別是重金屬鹽類含量過高造成的土壤鹽堿化,有效地避免水中可能存在的致病微生物對人的身體健康造成的潛在危害。第七十八頁,共一百頁,2022年,8月28日3.應用到洗車和噴泉景觀用水建筑小區(qū)的中水水源主要為淋浴和盥洗排水,是城市污水中水質最穩(wěn)定、容易匯集、便于凈化、可就近回用的水資源。相比其他類排水,水中的懸浮物、有機物和鹽分都比較低,建筑中水經過納濾或者反滲透處理可以消除水中的臭味,有效地截留水中可能存在的致病微生物,降低水的濁度和磷含量,出水水質可以達到A類景觀用水水質標準。第七十九頁,共一百頁,2022年,8月28日4.污水再生實例北京清河污水廠再生水二期工程的建設規(guī)模為32萬m3/d。項目主要對現有污水處理廠生物處理系統進行升級改造,通過脫硝過濾池處理,再進行超濾膜深度處理工藝,去除各種污染物。處理出水再經過臭氧接觸氧化等深度處理工藝,使嗅味、色度等污染指標得到進一步去除,使出水達到再生水出水水質的要求。設計出水水質滿足《再生水回用于景觀水體的水質標準》,部分水質達到《地表水環(huán)境質量標準》IV類水體水質要求。污水再生系統工藝流程如圖5-4所示。第八十頁,共一百頁,2022年,8月28日

圖5-4污水再生系統工藝流程框圖第八十一頁,共一百頁,2022年,8月28日三、膜集成技術(一)在鋼鐵污水再生回用領域的應用(二)膜生物反應器第八十二頁,共一百頁,2022年,8月28日三、膜集成技術目前,很多企業(yè)已經進行了污水再生回用,大部分是采用傳統的處理技術,如生化降解、混凝沉淀、氣浮、過濾等,但因工業(yè)廢水成分復雜,經傳統工藝處理后的水不能有效去除其中的污染物,無法滿足生產用水要求,限制了回用的范圍。因此,針對企業(yè)排污水的水質狀況,采用有效的深度處理工藝,可以使回用水滿足各用水點的要求,最終實現水資源的循環(huán)利用。這一需求促進了更多、更新的水處理技術的發(fā)展。而將膜分離技術與傳統處理工藝結合的膜集成技術能夠很好地解決污水再生回用的深度處理問題,從而拓展了污水再生回用的深度和廣度,并使膜分離技術得到了大規(guī)模的推廣應用。第八十三頁,共一百頁,2022年,8月28日(一)在鋼鐵污水再生回用領域的應用傳統鋼鐵污水處理技術中的曝氣、隔油、石灰軟化、混凝沉淀和過濾工藝,能有效降低鋼鐵污水中的懸浮物、濁度、膠體、COD、油類物質、硬度和堿度,能夠部分滿足鋼鐵企業(yè)的回用需求,但處理后的污水具有高含鹽量的特點,而以離子交換為基礎的脫鹽技術,難以應付鋼鐵污水復雜多變的水質,通常離子交換樹脂再生頻繁并出現樹脂污染的情況,導致鋼鐵污水回用在深度脫鹽工序上產生瓶頸。而以膜法為核心的膜集成技術突破了這個瓶頸,并在近十年中得到長足發(fā)展,大量的鋼鐵企業(yè)跨入污水回用膜法脫鹽技術使用的行列。第八十四頁,共一百頁,2022年,8月28日安陽鋼鐵(西區(qū))污水處理廠深度脫鹽系統處理水量為850m3/h,采用“多介質+反滲透”的核心處理工藝(見圖5-5)。其前處理來水水質指標如表5-8。安陽鋼鐵(西區(qū))污水處理廠于2006年7月竣工,幾年來反滲透膜運行情況良好,段間壓差穩(wěn)定,進水壓力三年來沒有明顯升高,每次清洗后都能恢復,出水電導率低于30μs/cm,清洗頻率在90天左右。污水處理廠的出水水質指標見表5-9。第八十五頁,共一百頁,2022年,8月28日圖5-5安陽鋼鐵(西區(qū))污水處理廠深度脫鹽系統工藝流程圖第八十六頁,共一百頁,2022年,8月28日

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