浅谈城市污水处理及水资源保护

浅谈城市污水处理及水资源保护摘要:水资源是可以枯竭的,合理开发、利用和保护水资源是社会发展的永恒主题。淡水资源的短缺是不言而喻的,而城市污水具有量大、集中、水质较为稳定的特点,是一种潜在的水资源,污水经过处理后完全可以重复使用,并实现水在自然界中的良性循环。开辟这种非传统水源,实现污水资源化,对保障城市供水安全亦具有重要的战略意义。关键词:水资源活性炭污水处理污水回用城市污水处理是指为改变污水性质，使其对环境水域不产生危害而采取的措施。城市污水处理一般分为三级：一级处理，系应用物理处理法去除污水中不溶解的污染物和寄生虫卵；二级处理，系应用生物处理法将污水中各种复杂的有机物氧化降解为简单的物质；三级处理，系应用化学沉淀法、生物化学法、物理化学法等，去除污水中的磷、氮、难降解的有机物、无机盐等。至于采取哪级处理比较合理，应视对最终排出物的处理要求而定。预处理工艺城市污水处理厂的预处理工艺通常包括格栅处理，泵房抽升和沉砂处理。格栅处理的目的是截流大块物质以保护后续水泵管线、设备的正常运行。泵房抽升的目的是提高水头，以保证污水可以靠重力流过后续建在地面上的各个处理构筑物。沉砂处理的目的是去除污水中裹携的砂、石与大块颗粒物，以减少它们在后续构筑物中的沉降，防止造成设施淤砂，影响功效，造成磨损堵塞，影响管线设备的正常运行。一级处理工艺：主要是初级沉淀池，目的是将污水中悬浮物尽可能地沉降去除，一般初次沉淀池可去除50%左右的悬浮物和25%左右的BOD5。二级处理工艺主要是由曝气池和二次沉淀池构成，利用曝气风机及专用曝气装置向曝气池内供氧,主要目的是通过微生物的新陈代谢将污水中的大部分污染物变成CO2和H2O，这也就是好氧技术。曝气池内微生物在反应过后与水一起源源不断地流入二次沉淀池，微生物沉在池底，并通过管道和泵回送到曝气池前端与新流入的污水混合；二次沉淀池上面澄清的处理水则源源不断地通过出水堰流出污水厂。深度处理：是为了满足高标准的受纳水体要求或回用于工业等特殊用途而进行的进一步处理，通用的工艺有混凝沉淀和过滤。深度处理的末端往往还要有加氯要求和接触池。随着城市社会经济的高水平发展，深度处理是未来发展的需要。污泥处理和污泥最终处置主要包括浓缩、消化、脱水、堆肥或家用填埋。浓缩有机械浓缩或重力浓缩，后续的消化通常是厌氧中温消化，也就是厌氧技术。消化产生的沼气可作为能源燃烧或发电，或用于作化工产品等。消化产生的污泥性质稳定，具有肥效，经过脱水，减少体积成饼成形，有利运输。为了进一步改善污泥的卫生学质量，污泥还可以进行人工堆肥或机械堆肥。堆肥后的污泥是一种很好的土壤改良剂。对重金属含量超标的污泥，经脱水处理后要慎重处置，一般需要将其填埋封闭起来。几种典型的工艺流程城市污水处理工艺目前仍在应用的有一级处理、二级处理、深度处理，但国内外最普遍流行的是以传统活性污泥法为核心的二级处理。城市污水处理工艺的确定，是根据城市水环境质量要求、来水水质情况、可供利用的技术发展状态、城市经济状况和城市管理运行要求等诸方面的因素综合确定的。工艺确定前一般都要经过周密的调查研究和经济技术比较。最近几年国内应用较多的有A-O或A-A-O工艺、SBR工艺、氧化沟工艺等类型。A-O或A-A-O工艺也叫缺氧-好氧或厌氧-缺氧-好氧工艺。这一工艺的开发主要是为了满足脱氮除磷的需要，这是一种经济有效的生物脱氨除磷技术，我国南方不少污水厂就采用这一工艺。SBR工艺也叫续批式活性污泥法工艺。这一工艺构筑物主要是一个池子既作曝气池又作二沉淀，管理简单，特别适合中小城镇的城市污水处理，对于较大水量的连续操作，处理一般要几套池子组合运行。氧化沟工艺是一种延时曝气的活性污泥法，由于负荷很低，而冲击负荷强，出水水质好，污泥产量少且稳定，构筑物少运行管理简单。氧化沟可以按脱氮设计，也可以略加改造现脱氮除磷。另外，城市污水处理还有传统活性污泥法的一些变型工艺，以及A-B工艺等一些工艺类型。城市污水处理行业的发展20世纪50年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速。全球水资源状况迅速恶化，“水危机”日趋严重。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大。在这样的背景下，污水处理行业成为新兴产业，目前与自来水生产、供水、排水、中水回用行业处于同等重要地位。2007年，中国水污染治理投资达到3387.6亿元，比上年增加32%，占当年GDP的1.36%。中国水环境质量总体保持稳定。2007年，共取缔一级水源保护区内排污口942个，停建二级水源保护区内可能造成污染的建设项目1294个，限期治理931个。截至2008年10月，全国设市城市、县及部分重点建制镇共建成污水处理厂1459座，日处理能力8553万吨（36个大城市共建成288座，日处理能力为3497万吨），分别比“十五”末期增加60.5%和42.6%，全国设市城市污水处理率已由2005年的52%增加到2007年的63%；在建城镇污水处理项目1033个，设计日处理能力约3595万吨。2008年1至10月，全国已投入运行的城镇污水处理厂累计处理污水达190亿吨，运行负荷率达到76%，同比分别增长了21%和约3个百分点。在国际金融危机的背景下，中国采取继续扩大内需，促进经济增长政策，把环境保护放在突出的战略位置。2008年四季度新增的千亿元中央投资中，投向节能减排和生态建设的资金达120亿元。用于重点流域的水污染防治工程投资及用于城镇污水和垃圾处理设施、污水管网建设提速的资金高达60亿元，前者投资为10亿元，后者为50亿元。可以说，污水处理行业迎来空前的发展机遇。城市污水处理工艺选择目前城市污水处理工艺大都采用一级处理和二级处理。一级处理采用物理方法,主要通过格栅拦截、沉淀等手段去除废水中大块悬浮物和砂粒等物质,这一工艺已很成熟,差别不大。二级处理则采用生化方法,主要通过微生物的生命运动等手段来去除废水中的悬浮性、溶解性有机物以及氮、磷等营养盐。目前这一处理工艺有多种方法,归结起来主要有以上介绍的几种工艺,即CCAS、SBRA/O、A2/O、传统活性污泥及氧化沟等工艺。选择城市污水处理工艺时应着重考虑五个方面1.投资省。目前大部分污水处理项目都是国有资金投资的,我国是一个发展中国家,经济发展所需资金缺口庞大,控制投资对国民经济可持续发展大有益处。2.运行成本低。运行成本是污水处理厂能否正常运行的重要因素,是选择处理工艺的主要指标之一。3.占地少。土地资源是城市发展规划的重要因素。4.脱氮除磷效果好。随着我国大面积水体环境的富营养化,污水的脱氮除磷已经成为迫切需要解决的问题。我国实施的国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)也明确规定了适用于所有排污单位,非常严格地规定了磷酸盐排放标准和氨氮排放标准,这就意味着选择污水处理工艺首先要考虑脱氮除磷的问题。5.现代先进技术与环保工程的有机结合。现代先进技术,尤其是计算机技术和自控系统设备的出现和完善,为环保工程的发展提供了有力的支持。目前,国外发达国家的污水处理厂大都采用先进的计算机管理和自控系统,保证了污水处理厂的正常运行和稳定合格地出水,而我国在这方面还比较落后。计算机控制和管理也必将是我国城市污水处理厂发展的方向。在中国西部大开发之际,为了使排水设施适应城市的发展,提高管网普及率和污水处理率,尽快改善城市水环境,乌鲁木齐市政府把城市排水工程系统改造作为一项重要工作,加大污水处理厂的建设力度,重视城市管网改造,以改善市区的水环境质量。1活性炭在污水处理中的应用活性炭是一种经特殊处理的炭,具有无数细小孔隙,表面积巨大,每克活性炭的表面积为500-1500m2。活性炭有很强的物理吸附和化学吸附功能,而且还具有解毒作用。解毒作用就是利用了其巨大的面积,将毒物吸附在活性炭的微孔中,从而阻止毒物的吸收。同时,活性炭能与多种化学物质结合,从而阻止这些物质的吸收。由于活性炭对水的预处理要求高,而且活性炭的价格昂贵,因此在废水处理中,活性炭主要用来去除废水中的微量污染物,以达到深度净化的目的。1.1活性炭处理含铬废水铬是电镀中用量较大的一种金属原料,在废水中六价铬随pH值的不同分别以不同的形式存在。活性炭有非常发达的微孔结构和较高的比表面积,具有极强的物理吸附能力,能有效地吸附废水中的Cr(Ⅵ)。活性炭的表面存在大量的含氧基团如羟基(-OH)、羧基(-COOH)等,它们都有静电吸附功能,对Cr(Ⅵ)产生化学吸附作用。完全可以用于处理电镀废水中的Cr(Ⅵ),吸附后的废水可达到国家排放标准。试验表明:溶液中Cr(Ⅵ)质量浓度为50mg/L,pH=3,吸附时间1.5h时,活性炭的吸附性能和Cr(Ⅵ)的去除率均达到最佳效果。因此,利用活性炭处理含铬废水的过程是活性炭对溶液中Cr(Ⅵ)的物理吸附、化学吸附、化学还原等综合作用的结果。活性炭处理含铬废水,吸附性能稳定,处理效率高,操作费用低,有一定的社会效益和经济效益。1.2活性炭处理含氰废水在工业生产中,金银的湿法提取、化学纤维的生产、炼焦、合成氨、电镀、煤气生产等行业均使用氰化物或副产氰化物,因而在生产过程中必然要排放一定数量的含氰废水。活性炭用于净化废水已有相当长的历史,应用于处理含氰废水的文献报道也越来越多。但由于CN_、HCN在活性炭上的吸附容量小,一般为3mgCN/gAC～8mgCN/gAC(因品种而异),在处理成本上不合算。1.3活性炭处理含汞废水活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能,但吸附能力有限,只适宜于处理含汞量低的废水。如果含汞的浓度较高,可以先用化学沉淀法处理,处理后含汞约1mg/L,高时可达2-3mg/L,然后再用活性炭做进一步的处理。1.4活性炭处理含酚废水含酚废水广泛来源于石油化工厂、树脂厂、焦化厂和炼油化工厂。经实验证明:活性炭对苯酚的吸附性能好,温度升高不利于吸附,使吸附容量减小;但升高温度达到吸附平衡的时间缩短。活性炭的用量和吸附时间存在最佳值,在酸性和中性条件下,去除率变化不大;强碱性条件下,苯酚去除率急剧下降,碱性越强,吸附效果越差。1.5活性炭处理含甲醇废水活性炭可以吸附甲醇,但吸附能力不强,只适宜于处理含甲醇量低的废水。工程运行结果表明,可将混合液的COD从40mg/L降至12mg/L以下,对甲醇的去除率达到93.16%～100%,其出水水质可以满足回用到锅炉脱盐水系统进水的水质要求。1.6炼油厂的深度处理炼油厂含油废水,经隔油,气浮和生物处理后,在经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水的含酚量从0.1mg/L(经生物处理后)降至0.005mg/L,氰从0.19mg/L降至0.048mg/L,COD从85mg/L降至18mg/L。2活性炭污水处理的前景随着科学技术的进步和废水处理的特殊要求,活性炭的研究从本身的孔结构和比表面积逐步发展到研究表面官能团对活性炭吸附性能的影响。例如,活性炭纤维(简称ACF)近年来在处理废水方面受到了科研工作者的重视,它的直径一般为5～20μm,其制备原理与传统的活性炭制备相同,即将纤维状碳在800℃以上用水蒸气或二氧化碳活化处理。纤维状活性炭的孔隙结构以微孔为主,中孔很少,几乎没有大孔,比表面积可达2500m2/g,具有吸附和脱附速率决,吸附容量大,导电性高等特点。实验表明,ACF对苯酚的吸附容量为248mg/g,吸附饱和后经多次再生吸附容量几乎不变,吸附性能比活性炭好。室温时,在酸性或中性条件下,向100mL浓度为282mg/L的含酚模拟废水投加活性炭纤维0.5g,恒温振荡30min,苯酚去除率可达91%。最近,人们发现活性炭不仅有吸附特性,同时表现出催化特性,由此而发展起来的催化氧化法日益受到重视,其研究也在不断深化。为了提高处理效率,从研究催化氧化机理出发,改变活性炭的表面结构,提高活性炭的能力,寻找理想的吸附剂。3污水处理的建议3.1多渠道筹措资金建设城市污水处理厂,吸纳全社会资金,包括个人、集体和政府参与水处理活动,使水处理行业由单一的政府投