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废水处理方法的发展摘要：废水代表了社区生活的浪费，是水载同体和液体被排入下水道。废水中含有溶解态和悬浮态固体有机物，这些有机物“易腐”或可生物分解。家庭生活污水和工业污水被公认为不完全分离的两大类废水。废水处理是一个固体废水部分被分解的过程，从高度复杂、腐烂的有机固体分解为矿物或相对稳定有机固体。一级和二级处理能去除废水中大部分的BOD和固体悬浮物。然而，在越来越多的例子中，这一水平的处理不足以保护受纳水体或为工业和家庭提供可重新利用的回收水。因此，额外的处理步骤己被添加到废水处理中，进一步的去除有机物、固体物质、营养物质以及有毒物质。在过去的几年里，水处理领域出现了一些新的发展。替代方案己经为传统的水处理系统提供了支持。先进的废水处理已成为全球关注的焦点，因为个人、社区、工业以及国家都在努力保持资源的有效利用。先进的废水处理技术，再加上废水减量和水的积极回收利用,有希望减少其至停止不可避免的用水损失。膜技术非常适合于废水的冋收和再利用。膜技术可以选择性地分离粒子的大小和分子量。在过去的十年间，膜技术已成为一个有地位的分离技术。膜技术成为主要力量的原因是，在反应过程中不添加化学物质，能源使用相对较低和，工艺布置简单方便。本文涵盖了废水处理以及再利用的各种先进方法。关键词：废水，初级处理，二级处理，膜技术，回收，再利用，先进的水处理相应的作者：在2004年欧洲会议上提出的关于南地中海国家的海水淡化战略会议：欧洲地中海国家与地中海南缘的合作。2004年6月30日，摩洛哥马拉喀什，欧洲海水淡化协会和国家办事处。0011・9164/04/$见前页©2004爱思唯尔公司版权所有。n水占地球表面的71%,占我们身体的65%O每个人都想要干净的水——喝的，娱乐的，欣赏的。如果水被污染，它将失去对我们经济和美学的价值，并且会对我们的健康和生活造成影响，对其中的鱼类和依赖它的野生动物的生存构成威胁。化学污染物对河流和溪流的污染是最重要的环境问题Z—。水性化学污染进入河流和溪流造成巨大的破坏。虽然一些水污染可以通过自然过程发生，它主要是人类活动的结果。我们每天都在家庭和工业中使用水。我们使用的水是从湖泊、河流和地下(地下水)中提取出来的，在我们使用过之后，水受到了污染。大部分受到污染的水又回到这些地方。这种水被称为“废水”。如果在排入水道之前未被处理，则会造成严重污染。废水可以被定义为从住宅、机构、商业和工业设施中移除的液体或水，以及地下水、地表水和雨水。它通常含有大量的含氧量高的废物、病原体或致病物质，有机物质、刺激植物生长的营养物质，无机化学物质、矿物质和沉积物。它也可能含有有毒化合物⑴。废水可分为四大类：(1)国内：从居民和商业机构以及simi-lar设施排放的污水；(2)工业废水：工业废物占主导地位的废水；(3)渗透/流入：多余的水通过间接和直接的方式进入下水道系统，如通过漏缝、裂缝或渗水墙。流入的用水,从风暴排水管连接到屋顶、地基和地下室的排水沟，或通过井盖进入下水道系统。(4)风暴水：由于降雨造成的洪水。多年来，城市污水处理的主要目标是减少悬浮物、需氧物质、溶解无机物和有害细菌的含量。然而，近年来，更多的压力被放在改善城市废水处理过程中固体残留物的处理方法上。城市污水处理的基本方法分为三个阶段：一级处理，包括除砂、筛分、研磨、沉淀；二级处理，利用生物活性污泥将未分解有机物氧化，然后过滤掉；三级处理，采用先进的生物脱氮方法和化学、物理方法，如颗粒过滤和活性炭吸附I役工业废水的特点在于不同行业Z间可以有很大的差异。工业废水排放的影响不仅取决于他们的集体特征，如生化需氧量和悬浮物的含量，还取决于具体的无机和有机物的含量。控制工业废水有三种选择。控制可以发生在工厂污水的产生阶段；废水可预处理排放到市政处理源；废水可在工厂完全处理、重复使用或直接排入接收水。工业废水是工业厂房和生产过程所排放的。工业废水作为社区废水的一个重要组成n部分，必须被考虑用成功的污水处理厂来操作。在一些地点，工业废水排放被收集到一起，与其他社区废水和混合废物一起处理。此外，工业可能会在排放到城市下水道之前对其废水进行预处理或部分处理。在其他情况下，工业废水必须按照体积和性质分开收集和处理。工业废水在环境、强度、流量和体积方面有很大的差异，这取决于特定的工业或制造业在社区中的建立。当然，工业废物的具体成分和体积取决于水的用途。生产大量废水的典型行业包括造纸和纤维工厂、炼钢厂、炼油和石化业务、化工和化肥厂、肉类加工厂和家禽加工厂、蔬菜和水果包装业务等等。印度河■试验的排放可能包括非常强的有机废水和高氧需求，或者包含有害化学物质，可以破坏下水道和其他结构。它们可能含有抵抗生物降解或有毒成分的化合物，干扰了污水处理厂的工厂运作。一个不太明显的来源，那一定被认为是工业废料，因为热分解电荷降低了溶解氧值。许多行业使用大量的冷却水，电力行业是最大的用户。然而，主要的是金屈和化学工业也使用大量的冷却水。2.常规废水处理工艺传统的废水处理包括物理、化学和生物法处理和去除固体、有机物质以及来自废水的营养物质。一般术语用来描述不同程度的处理，提高处理水平，有初步的、一级处理、二级处理、三级处理或先进的废水处理。2.1初步处理初步处理的目的是去除较大固体和其他大型材料屮经常发现的原料废水。初步处理有助于去除或减少夹带，悬浮或漂浮固体。这些固体由木头、布、纸、塑料、垃圾等组成，还有一些排泄物。去除的是重的无机固体，如沙子和砾石，以及金属或玻璃。这些物体被称为砂砾和过多的油或油脂。2.2初级处理主要的处理方法是通过沉积和浮选的物理过程去除有机和无机I古I体。大约25%・50%的生物化学需氧量(BOD5),50%-70%的总悬浮固体(SS),65%的油和油脂在主要处理过程中被移除。一些有机氮、有机磷和、重金属也会在初级沉淀过程中被去除，但二醇类和溶解的成分不会受到影响。一级沉淀单元出水称为一级出水。表1提供了来自加利福尼亚的三个污水处理厂的主要废水的信息，以及原料废水的数据。n戴维斯市圣地亚哥洛杉矶县联合厂质里参数mg/L原废水原出水原废水原出水原废水原出水bod511273184134—204TOC63.840.664.852.3——ss18572200109—219总氮43.434.7————nh3-n35.626.221.020.0—39.5NO-N00————Org-N7.88.5———14.9TDS——82982114041406碱度(CaCO3)————322332硬度(CaCO3)————265—资料来源：国际海水淡化协会⑶。2.3二级处理二次处理的目的是进一步处理初级污水去除残留有机物和悬浮固体。在固体的大小分布上，大约有30%悬浮物，6%胶体和大约65%溶解I古I体。基本处理的作用是尽可能多地去除悬浮固体。初级处理利用澄清剂或沉淀槽，去除废水中可沉淀的有机物和沉淀无机固体。因此，处理的废水主要包含胶体和溶解的有机和无机固体。最近的废水标准和水质标准需要更大程度的去除废水中的有机物，而不是单独完成一级处理。去除额外的有机物，可以通过二次处理。二级处理过程包括对废水的生物处理，即在可控环境中对许多不同类型的微生物进行处理。一些有氧生物过程被用于二级处理，主要是由氧气供应给微生物的方式和生物体代谢有机物质的速率的不同。2.废水处理方法的发展一级和二级处理去除废水屮大部分的BOD和固体悬浮物。然而，在越来越多的例子中，这一水平的处理不足以保护受纳水体或为工业和家庭提供可重新利用的冋收水。因此，额外的处理步骤已被添加到废水处理中，进一步的去除有机物、固体物质、营养物质以及有毒物质。因此，先进的废水处理被定义为：一种用于牛产更高质量的废水的n方法，通常比二级处理过程或在二级处理中不常见的装置操作处理来实现。上面的定义是非常宽泛的，几乎涵盖了今天在废水处理中不常见的所有装置操作。3」废水深度处理类型先进的废水处理可以通过使用的工艺流程类型划分为三个主要类别：(1)三级处理(2)物理化学处理(3)生物-物理结合处理三级处理可定义为在常规二次处理后将装置操作加到流动方案中的任何处理过程。对常规的二次处理的补充可以简单的说，就是添加一个过滤器，用于悬浮物去除或作为复杂的有机物、悬浮固体、氮和磷去除的一个添加装置。物理化学处理被定义为一种处理过程，其中生物和物理化学过程是混合的，以达到预期的出水效果。生物-物理-化学联合处理与三级处理的区别是，在第三级处理中，常规生物处理后加入任何装置处理，而在传统的生物处理混合处理，生物和物理化学是混合处理的。先进废水处理分类的另一种方法是根据预期的处理目标进行区分。先进的废水处理用于：(1)去除有机物和悬浮物(2)去除氮氧需要量(NOD)(3)营养物去除(4)去除有毒物质在许多情况下，常规的二次处理去除了大量的BOD和悬浮固体。但是，先进的废水处理是必要的，因为在先进的废水处理工厂废水可以直接或间接地冋收利用，以增加可用的国内供水。先进的废水处理中废水可用于工业过程或作为冷却水。有些接收水域无法承受二级出水排放的污染负荷。二级处理方法不像假设的那样去除废水中的有机污染物。二级处理厂的性能几乎总是用BOD和SS去除来衡量。一个精心设计和操作的二级处理工厂将除去85%至95%的进水BOD和SS。但是，BOD测试并没有测量废水屮所n有的有机物质。平均二次出水可能有20mg/L的BOD和60・100mg/L的COD。平均二次植物营养物的去除率约为进水COD的65%o因此，当需要处理高浓度的废水时，必n须进行额外的有机去除。除了大多数二级污水屮残留的有机物质，还有额外的氧气需求,它们来自于废水中的氮。3.2膜处理技术的出现已开发出生物和化学治疗方法来处理不同的处理方案。然而，这些应用往往受到昂贵的处理费用、有毒化学物质的持续增加、占地面积达、二次污染等缺点的限制。因此,在过去的20年里，从固体中分离液体的物理法、膜分离法已经越来越受欢迎，并且成为21世纪的有前途的技术。它是一种净化或将各种液体从水和废水集屮到制药和化工产品的方法。这也是一种压力驱动的过程，它依赖于薄膜的孔隙大小（通常是薄膜或塑料薄片，其尺寸精确地与海绵相似），以根据它们的孔隙大小将进料组分分开。对人类来说，膜的使用并不罕见，空气过滤器、滤水器，甚至是宇航员在太空旅行时可饮用的水回收系统，都是典型的应用。3.3海水淡化技术海水淡化是一种清除海水、咸水或处理废水的矿物（包括但不限于盐）的过程。有五种基本的技术可以用来去除盐和其他溶解在水屮的固体：蒸憾，反渗透（RO）,电渗析（ED）,离子交换（IX）,和冷冻脱盐。蒸憾和冷冻包括从盐水中去除纯水，即水蒸气或冰的形式存在。RO和ED使用膜将溶解的盐和矿物质从水中分离出来。IX涉及到在水中交换溶解的矿物离子，当水通过化学“树脂”时，更理想的溶解离子。表2显示了世界各地不同类型的海水淡化厂的相关情况。在过去的儿十年里，海水淡化技术的发展已越来越多地用于世界各地的地下微咸水和海水生产饮用水，提高生存质量饮用水和工业用淡水的供应，以及在排放或再利用之前处理工业和城市废水。在20世纪50年代早期，全世界大约有225个陆地海水淡化厂，总容量约为27百万加仑。在全球范围内的7500座海水淡化厂中，有60%位于中东。沙特阿拉们有世界上最大的工厂，生产128H万加仑的淡水。相比之下，12%的世界牛产能力是在美洲牛产的，大部分工厂位于加勒比海和佛罗里达州⑷。图1显示了海水的盐分浓度。3.3.1反渗透（RO）在RO,给水通过高压渗透膜，将盐从水中分离出来（图2）o水是预先处理的，n以去除会堵塞细胞膜的颗粒。出水的质量取决于压力、在进水中的盐的浓度和膜的盐渗透常数⑸。渗透仅取决于溶质浓度而不是其类型⑹。表2全球不同类型海水淡化厂的相对分布净化方法工厂编号百分比容量(MGD)百分比MSF53215.1195564.5ME3299.31454.8VC2757.8652.2膜反渗透174249.470923.4电渗析56416.01394.6其他952.4190.6总和3527100.03032100」资料来源：国际海水淡化协会⑶。3.3.2电渗析(ED)利用这种技术，在几百个扁平的、平行的、离子渗透的膜中，在一个堆中组装微咸水，在低压力下进行抽吸。允许阳离子通过它们的膜与阴离子渗透膜交替⑺。一种直接的电流通过叠加在堆栈两端的电极来建立。这种电流通过细胞膜将离子“拉扯”，并将它们集中在每一种不同的膜之间。部分脱盐的水留在相邻的膜之间。在大多数的ED单元中，通过在15到30分钟的间隔内将电流方向的方向反转，可以阻止薄膜的缩放或污染。这就逆转了离子通过细胞膜的流动，这样收集盐水的空间开始收集含盐量较少的产品水。水收集系统中的交流阀门自动引导水流向适当的方向流动。典型的淡水回收率ED(反转)占给水水量的80%到90%o3.3.3离子交换(IX)在此过程中，当水经过颗粒状的称为离子交换树脂的化学物质时，水中的有害离子交换成理想的离子。例如，阳离子交换树脂通常用于家庭和城市的水处理厂，以去除“硬"水中的钙和镁离子，以及应用于生产超纯水的工业中。在给水中溶解固体浓度越高，需要更换或再生的树脂就越多。随着树脂的成本上升和再生溶液的处理，IX现在与RO竞争，只处理相对稀释只含有几百ppm的溶解固体的溶液。n3.3.4冷冻脱盐当盐水结冰时，冰会从纯水中结晶，将溶解的盐和其他矿物质留在更高盐度的盐水n中。事实上，冷冻脱盐有潜在的作用是将更广泛的废物流集屮到一处，而且比其他蒸憾过程更节能。传统的冷冻过程包括五个步骤：(1)水的预热(2)水的结晶(3)冰与盐水的分离(4)洗冰(5)冰的融化新的研究工作正在试图减少冰冻的步骤，特别是清洗冰晶那道工序。尽管在20世纪60年代末曾尝试过小规模的冷冻商业化，但仍然存在很大的操作问题。目前只有少数几个独立的商业冷冻工厂存在。2.—种污水中和的新系统绿海龟技术有限公司(GTT)开发出了一种新型的废水处理系统，称为PHIX181。该系统的设计0的是处理酸性废水以及之前排放到水体或市政下水道系统的废水。pH值可以根据法律的限制或特定的标准来调整，从而避免下水道附加费或罚款。该系统的设计是为了更好地控制废水的pH值，并使用自然和安全的介质，消除了特殊储存和处理的需要。该系统取代了大的贮水池，腐蚀剂注射器和混合器的需要，并用一个非常小的自动化系统代替。5•总结化学污染物对河流和溪流的污染是最重要的环境问题Z—。水性化学污染进入河流和溪流造成巨大的破坏。因此，在废水排入环境之前，必须对其进行处理。污水处理的主要目标一般是允许人类和工业废水处理，不危害人类健康或对自然环境造成不可接受的破坏。用废水灌溉是可能的，确实是一种有效的的废水处理形式(如在慢速土地处理)。然而，在工业和农业用途之前，必须对城市污水进行一定的处理。先进的废水处理可用于实现任何级别的处理要求。在某些处理系统中，需要进行先进的处理，以去除废水中的营养物质。先进的污水处理厂利用先进的工艺和设备。它的运营成本相对较高，出水水质受经营质量的影响。废水处理过程需要全面的管理，以保护受排放的水体的。经过培训和认证的污水处理厂操作员监测污水进水以及处理过程和n最终排放。污水处理的最终目标应该是在经济上和生态上有效地管理废水。参考文献：r11Metcalf和Eddy,废水工程：处理，处理，再利用.[2]D.Krantz和B.Kifferstein,水污染和社会.[3]IDA,工厂库存，1987.[4]S.E.Pantell,在加利福尼亚海水淡化，1993.[5]ICabasso,《膜百科全书高分子科学工程》，1987.[6]水蒸汽压，沸点和冷冻温度,http://urila.tripod.com/colligative.htm.1998年.[7]W.S.Ho和N.N.Li,膜工艺，Perry化学工程手册，第六版，纽约，1984年.⑻废水中和新系统，工业水世界，2003年11月.