污水处理中微量物质的去除和资源回收
时间: 2015-03-16 16:26:00       点击量: 160

微量物质的去除

自从人们公开讨论饮用水中存在的微量物质通过人类和动物粪便经由污水最终进入地下水后,有关污水处理厂去除微量物质的问题就被提了出来。微量物质也常被称为微污染物(micro pollutants),主要指工业化学品、阻燃剂、农药、药物残留和激素。

以下几点对污水净化设备去除微污染物有积极作用:

高污泥泥龄:高污泥泥龄有利于生物降解,并能提高污泥的吸附能力。污泥泥龄为10~15天的生物反应器装置去除率要远远高于泥龄4天。这也解释了膜生物反应器具有良好去除率的原因,这些装置运行的污泥泥龄通常为30~50天或更高。

硝化/反硝化:在污泥泥龄大于15天的情况下,具有缺氧区与好氧区的生物反应器对特定雌激素有良好的去除效果。

多级串联反应:因为药物和护理品的生物降解可描述为第一级的反应,也就是说,一种物质的降解速度与其浓度线性相关,因此,按照浓度递增多级串联的生物反应器比单个全混合生物反应池更高效(理想情况:管式反应器)。

污泥回流量的最小化:基于同样的原因,应当尽量减低回流污泥的回流量和上游反硝化区的回流量,因为这会降低浓度,从而减慢降解速度。

生物滤池:曝气生物滤池同时具备推流和高污泥泥龄特征,因而适用于处理微污染物。

深度处理池/过滤器:下游的深度处理池或过滤器还具有进一步降解(抗生素)作用。

污泥吸附:污水污泥的吸附是将亲脂性药物和日化品/护理品以及那些带正电的功能基团从污水中去除的重要步骤。

污泥发酵:某些微量污染物可以通过污泥厌氧处理进行降解。

可以肯定的是,仅凭传统的净化方法无法普遍去除微量污染物,而必须辅以活性炭吸附等物理方法/或氧化法等化学方法。吸附法的优点是操作相对简单,技术成熟,并能实质性提取并去除微量污染物,而不会形成代谢物和降解产物。粉状活性炭会被焚烧,颗粒活性炭可以再生使用。相关技术和操作在饮用水水质处理中已有较多应用。臭氧氧化的优点在于,使用恰当的剂量就能同时去除微量物质并进行消毒。

污水的消毒

消毒,是指消除、杀死污水中的病原体,从而防止污水排入水体后对人类健康造成危害。消毒的目的是使细菌、病毒和寄生虫的含量减少若干个数量级。

常见及常用的方法有:

紫外消毒:波长范围200~280nm的紫外光;

膜过滤:采用微滤膜和超滤膜,它们能可靠地过滤寄生虫和细菌,并能通过固体吸附使病毒明显减少;

臭氧:在5~35g O3/m3污水范围内,停留时间为5~30min

氯化:由于会产生消毒副产物(三卤甲烷、有机卤化物),只应在紧急情况下使用。

污水作为资源

污水中含有多种可以利用的资源,本文主要讨论以下三个方面的资源回收:能量、营养物质(尤其是磷)、水。

在使用污水产生能源方面,最大的潜力在于热能回收。污水的温度越高,热能回收效率就越高。分散式处理系统能实现从温度较高的灰水中回收热能。从有机物质(例如污水污泥)中产生电能有很大的局限。一座包括污泥发酵、使用好氧污水处理设备的能源自给型工厂,只有在对运行质量要求很低或与联合发酵相结合的情况下才可行。而厌氧污水净化设备须注意的是,当温度低于23时,化学需要量最多可降低40%。此外,在15~23的温度范围内,当甲烷分压在0.66bar1bar=105Pa)左右时,厌氧反应器中积存16~19mg/L的甲烷,相当于所处理的废水中溶解了64~76mg/L的化学需氧量,目前的技术无法将其用于产生能源。更重要的是,在后面的处理步骤中,甲烷会被分离出来,从而增加温室气体的排放。由于从分子质量来看,甲烷对气候的影响力是二氧化碳的25倍,因此甲烷的排放不容忽视。

除了钾,污水中还含有磷和氨等营养物质。大气中有足够的氮可供使用,而可使用的磷酸盐的储量是有限的。因此在回收氮方面,迫切的问题是将从污水中回收与使用哈伯-博世工艺生产氮肥所消耗的能源作个比较。另一方面,人们近几年开发出许多低成本、完全卫生地从污水、污水污泥及污水污泥灰中回收磷的方法,生产含磷产品或可直接作为肥料的替代品,例如以磷酸铵镁(鸟粪石),或作为磷矿粉的替代品。

从数量上看,污水再利用潜力最大的无疑是将充分净化的水进行农业再利用。根据当地的不同条件,可同时利用污水中的营养物质。而最大的困难在于再生水的产量和灌溉用水需求因时因地的差异性、污水的含盐量(因为盐会在土壤中累积),以及灌溉用水相对于农业、农业生产者以及消费者的卫生安全。

城市内各种用途的再利用(但不是作为饮用水)是另一个巨大的领域。城市化的不断推进和越来越大的特大城市加剧了水资源的短缺。通过城市内的水资源再利用,对淡水的需求将能降低50%。城市内的再利用最好采用分散、半集中式的基础设施系统,从而尽可能降低因多次运输而产生的成本和能源耗费。因为这种再利用方法不消耗水,而是实现了水的循环使用。水的再利用不仅能保护宝贵的淡水资源,还能为节约能源作出巨大贡献,尤其是在淡水须经长途运输或净化成本很高的情况下,如从苦咸水或海水中制取饮用水时,就更是如此了。与海水淡化相比,污水回用所需的能源要少得多。

 

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