國內外水處理技術的現(xiàn)狀發(fā)展趨勢

1、國內外相關技術的現(xiàn)狀發(fā)展趨勢世界上許多地區(qū)正面臨著最嚴重的缺水。據世界銀行的統(tǒng)計，全 球80%勺國家和地區(qū)都缺少民用和工業(yè)用淡水。隨著資源成本不斷上 升和環(huán)保意識逐漸增強，許多企業(yè)開始運用綠色技術，降低碳排放， 盡量減少廢物產生。具中水處理技術就是其中非常重要的一項綠色技 術。根據聯(lián)合國統(tǒng)計，到2025年，三分之二的世界人口可能會 面臨水資源短缺，因此水處理技術將會越來越得到重視， 這包括了高 效率的水資源管理和污水處理。例如：在北美尤其在加拿大，水管理 及污水處理設施的面臨的問題十分急切。63%勺目前運行的設施都在超期運行，他們的平均運行時間已經達到 18.3年。其中52%虧水處 理設施在超

2、期運行。在美國的干旱地區(qū)，對海水淡化技術的需求越來 越高。海水淡化技術主要局限在于效率，而隨著淡水的短缺，這些局 限逐漸被淡化和忽視。水處理技術的發(fā)展擁有巨大的前景， 許多國家 都在實施水處理的政策和項目。根據全球知名增長咨詢公司的預測， 至2010年，全球水資源管理和污水處理技術市場規(guī)模預計將達到3,500億美元。目前先進的水管理和污水處理技術及其發(fā)展趨勢包括了循環(huán)用水、反滲透海水淡化和臭氧化等。例如，反滲透海水淡化技術正 在迅速占領的大型設施市場，而這一領域過去主要以熱工過程設備為主。處理效率的提升和滲透膜價格的回落，促使反滲透海水淡化市場在過去5年中迅速發(fā)展，現(xiàn)在應用反滲透海水淡化技術的

3、已不再是小 規(guī)模的工廠，大型反滲透海水淡化廠已是司空見慣。在污水處理方面，澳大利亞的研究人員在生物發(fā)電領域提出 了一種新的旋轉生物電化學接觸器，這項技術能夠將已經運用于污水 處理行業(yè)30年的旋轉生物污水處理技術的效率提高 15%止匕外，一 種能夠處理高污染廢水的技術也已經問世， 這種技術能夠處理污染物 濃度超過300, 000Ppm的污水，而處理成本僅有原先通過儲存和化學 處理方法的十分之一。這種技術目前被認為是最簡單、最易于使用及 經濟的處理技術.中國目前同樣也面臨巨大的淡水短缺和水污染的問題。作為一個人均擁有水資源量最小的國家，必須采取措施以避免未來嚴重危 機的發(fā)生。中國北方缺水問題極度嚴

4、重，因此國家啟動了浩大的“南 水北調”工程，整個工程耗資達到幾十億美元，預計2050年建成。污水問題同樣困擾著中國，估計有 3億人口的飲用水是被污染的。 2004年至2008年，污水排放量年增長率達到 18%從482億噸增長 至572億噸。預計在2010年，中國的污水排放將達到 640億噸。中 國持續(xù)的工業(yè)化、城市化進程和經濟的快速增長，是導致污水排放量 連年上升的主要原因；而與此相對的是，中國的污水處理廠卻基本上 未能實現(xiàn)滿負荷的運行。以2008年為例，中國污水處理廠的處理污 水量僅僅達到的設計負荷的64%主要的原因在于運營費用過高。在 這種情況下，中國的污水處理行業(yè)將需要更多的投資和更先進

5、的技 術。在第11個5年計劃之間（2006年至2010年），政府預計在水 處理方面投入超過3000億元人民幣。截至2009年，中國一共有1572 座污水處理廠，同時2063家在建。隨著社會經濟和城市化進程的發(fā)展，水資源緊缺和水環(huán)境污染已 成為本世紀全球性問題并且日趨嚴重。 甚至有人認為：水的問題有可 能超過能源問題而成為21世紀世界上最為重要的問題。因此，必須 對水的問題予以高度重視。而正確掌握和合理利用現(xiàn)有水處理技術并 研究新的水處理技術是解決水環(huán)境污染和合理利用水資源的重要途 徑，作為水處理工作者，更有責任直面問題，積極探索和正確把握未 來水處理技術的發(fā)展動向。鑒于此，通過對我國水處理技術

6、發(fā)展現(xiàn)狀 的回顧和當前水處理常用模式及所面臨問題的分析，對我國水處理技術的發(fā)展趨勢進行了展望。一、水處理技術的發(fā)展現(xiàn)狀及其存在模式1水處理技術的發(fā)展現(xiàn)狀我國有文字記載的給水處理從明磯凈水開始， 而比較完整的現(xiàn)代自來 水廠是創(chuàng)建于1882年的上海楊浦水廠。此后凈水技術經歷了簡單沉 淀，慢濾處理，依靠外國專家“照搬照抄”新建大型水廠，采用平流 池、雙層過濾技術以及絮凝、消毒等。20世紀60年代以后，城市 供水全面普及，給水處理從蘇聯(lián)模式中走了出來，在學術理論、規(guī)范制定、人才培養(yǎng)、設備供應等方面逐漸形成了自己的體系。如在水處 理中開始注重投藥后的混合，采用靜態(tài)管道混合器等“細節(jié)”，推廣 應用了絮凝等

7、技術，在減少水頭損失、提高絮凝效果、降低藥量消耗 等方面進行了許多研究；引進淺層沉降理論，對平流池的設計進行了 改進，對濾池配水有了相應的研究，對混凝劑有了應用。20世紀80年代以后，隨著改革開放的深入，給水處理引進吸收了 外國先進技術和設備，提高了絮凝加藥的自動化水平，開始了提高水 質和微污染水源處理技術的發(fā)展，消毒劑廣泛使用并呈多樣化趨勢， 供水管網水質實現(xiàn)了自動檢測，常規(guī)水處理技術得到加強。目前，對于經濟發(fā)展帶來的水源污染的生物預處理技術及臭氧活性炭 等水的深度處理技術在向實用化發(fā)展中，小型膜處理設備也已應用于 高品質飲用水處理系統(tǒng)之中。與此同時，在工業(yè)給水處理上也進行了許多研究和應用，

8、 如用混凝沉 淀和過濾方式進行工業(yè)用水的預處理，用離子交換、軟化、除鐵等進 行鍋爐用水的處理，但是在工業(yè)循環(huán)水處理上由于缺乏自主技術， 早 期沿用了外國自來水處理中水質穩(wěn)定的概念，片面地以控制CaCO3結垢為主，忽略了結垢的其他鹽類和化合物，對工業(yè)水溫度變化的特 點和水的腐蝕以及水中菌、藻等引起的微生物黏泥的影響未予以考 慮，走了彎路。目前工業(yè)循環(huán)水處理上則主要以投加緩蝕劑、 阻垢劑、 殺菌劑等化學藥劑為手段來控制水的腐蝕、結垢和微生物黏泥。需要 說明的是在工業(yè)水處理中的緩蝕劑 20世紀60年代以采用銘酸鹽 和亞硝酸鹽為主，由于毒性大，至20世紀七八十年代受到環(huán)境保護 的限制逐漸為磷酸鹽所取代

9、。然而，近年來由于磷的隨水排放又引起了水域富營養(yǎng)化而產生“赤潮”公害，各國已紛紛提出禁磷或限磷要求，因而有機系列的鋁系、 鴇系、硅系等無公害水處理緩蝕劑相繼得到開發(fā)并逐漸推廣應用。阻垢劑方面，曾用木質素、淀粉類及腐植酸類，目前應用最廣的為有 機磷酸鹽和高分子聚竣酸類。殺菌劑方面早期如氯、次氯酸鈉、次氯 酸鈣等最為普遍，后來又發(fā)展了二氧化氯等。然而氯消毒后產生的副 產物三鹵代甲烷（THM3）ffl已確認為致癌物質，因而目前使用的殺菌滅 藻劑已擴大到臭氧、過氧化氫等非含氯的氧化型 殺菌劑以及以季鏤鹽 如十二烷基二甲基節(jié)基澳化鏤為代表的非氧化型殺菌劑。在廢（污）水處理上，目前主要采用中和、沉淀、曝氣

10、、生物處理、混 合稀釋和過濾等手段，處理的目的是基本滿足排放水質的要求，并且, 總體處理率不是很高。養(yǎng)殖水處理方面，自20世紀60年代以來，一些國家如日本、美國、 德國、加拿大、丹麥等，已經先后不同程度地開展了循環(huán)水養(yǎng)殖水處 理技術的研究。目前，國外已將臭氧、紫外線與生物濾器等水處理技 術和設施廣泛應用于水產養(yǎng)殖，而且向機械化、現(xiàn)代化方向發(fā)展。我 國在這方面起步較晚，但近些年來發(fā)展比較迅速，在廣大科技工作者 的一致努力下，已經取得了一系列的成就，發(fā)展了各種各樣的循環(huán)養(yǎng) 殖水處理設施。2目前水處理應用的幾種主要模式1）污水處理目前應用最為廣泛的污水處理模式，該模式以曝氣池（氧化溝）、二沉池為主要

11、功能單元，其中根據曝氣池（氧化溝）內構筑物建造形式 的不同又可以區(qū)分多種水處理工藝。該模式主要應用于城市生活污水和工業(yè)廢水的處理，處 理目標以達到污水排放要求為標準，如將氨氮、化學耗氧量分別降至 5 25mg/L 和 50 100mg/L 以下。2）飲用水處理2001年6月7日，我國頒布了新的生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范，其 中要求生活水的CODMnJ、于3mg/L; 2000年1月1日實施的地 表水環(huán)境質量標準要求水源處理出水中氨氮質量濃度在0.5mg/L以下。這些相關標準的執(zhí)行，對于水處理來說其出水水質標準有很大 的提高，并且國家還在考慮制定水質的行業(yè)標準。 對經濟技術發(fā)達地 區(qū)和城市在保障公共健康

12、的基礎上將提出更高的水質標準，除嚴格控制有毒有害的項目外，還將增加微生物項目，同時，還考慮適當提高 水質的感觀性項目和要求，以適應生活水平提高的需求。應該指出， 當前常規(guī)水處理達不到對 COD和氨氮去除的要求，投加高劑量的氯 氣消毒又會導致三鹵甲烷和鹵乙酸等有致突變作用的消毒副產品， 對水的飲用安全構成威 脅。氨氮的去除有賴于生物預處理，色、嗅、味等的改善需要利用活 性炭或臭氧活性炭的吸附和生物降解等工藝。 所以考慮增加預處理或 深度處理環(huán)節(jié)是當前提高供水水質的必需工作。從國內外目前的研究看，將各種預氧化處理（臭氧、高鎰酸鉀、二氧 化氯、過氧化氫）、生物處理和活性炭吸附與常規(guī)處理聯(lián)合起來，優(yōu)化

13、組合新的凈水工藝，是當前受污染水源水水質凈化的基本技術對束。3）純凈水處理4）鍋爐水處理二、水處理技術的發(fā)展趨勢縱觀上述水處理技術的發(fā)展現(xiàn)狀和我國當前水處理所面臨的問題，研究國外水處理技術的發(fā)展歷程，結合新世紀合理開發(fā)利用水資源的要 求，可對我國水處理技術粗略勾勒出如下的發(fā)展趨勢。1常規(guī)水處理以去除懸浮固體，膠體及細菌為目的的常規(guī)工藝對色度、氨氮、耗氧量不能有較好的去除效果現(xiàn)行的“混凝 沉淀過濾消毒”的常規(guī)處理組合仍將在新世紀的初期得到延續(xù)， 但不是簡單重復，而應是“強 化”或“優(yōu)化” 了的工藝組合，并針對不同的水源條件和水質要求， 輔以預處理和深度處理。當原水中氨氮、亞硝酸鹽含量高，有機物多

14、，較易生物降解時，采用 生物預處理將是適宜的，因出水水質可得到全面提向，運轉費低廉。當原水中有機物量多且較難降解時，為保證凈水廠出水水質全面達到 規(guī)定的有機物（包括消毒副產物）指標與使出水降低致突活性（Ames 試驗呈陰性），采用活性炭過濾將是必要的，是今后發(fā)展的方向。2生物預處理生物預處理技術可以有效去除原水中的氨氮及可部分降解有機物。針對當前水體污染狀況及趨勢，生物預處理工藝作為去除氨氮的有力武器在很長一段時間內將不會改變，但目前還需要進行實際應用方面的 廣泛研究，特別是對含藻水處理中應對暴發(fā)期的工藝措施進行更為廣 泛深入的研究。藻類密度一般較小，因而其絮體不易沉淀，采用氣浮則可以取得較好

15、 的除藻效果。氣浮法的主要問題是藻渣難以處理，氣浮池附近臭味重， 操作環(huán)境差。3深度處理技術目前我國尚在應用研究階段的臭氧氧化、臭氧活性炭吸附等水的深度 處理技術在歐美等發(fā)達國家已廣泛應用，該技術已引入到我國水處理 技術上來，但吸收、轉化和應用工作應有一段時間。4水處理藥劑的發(fā)展消毒殺菌方面，THM3的問題雖已經引起世界的關注，但目前為止我 國限于技術和經濟條件，液氯消毒仍為大多數(shù)水廠所采用。隨著國外 研究開發(fā)出新的高效、低毒或無毒替代品，我國將會逐漸限制、淘汰 液氯殺菌的方式。工業(yè)水處理中的藥劑將從有毒有公害的藥劑向低 毒、無毒、無公害藥劑方面發(fā)展，由不易生物降解藥劑向易生物降解 方面發(fā)展，

16、由單一的水處理藥劑向復合的多功能藥劑方面發(fā)展。5膜處理技術膜技術是利用離子交換膜或有機高分子合成膜組成的技術，近年來發(fā)展迅速，對于水 質處理，可能是21世紀的革新技術。膜處理技術被譽為21世紀水處理技術的關鍵技術，是替代傳統(tǒng)工藝 的最佳選擇。膜分離技術的主要作用原理是以壓力梯度為驅動力， 利 用特定膜的透過性能分離水中離子、分子和雜質而進行的濾膜機械篩 分作用，是膜技術從化工領域向水處理領域、發(fā)展的結果。近10年來我國主要用于桶裝、瓶裝高品質飲用水的處理，歐美則已 建成了日處理水量幾萬到幾十萬立方米規(guī)模的水廠。目前膜處理技術在水處理方面的主要應用有反滲透(Reverse Osmotic , R

17、O)電滲析 (Electrodialysis , ED 或 EDR)、鈉濾(Nanofiltration , NF)、超濾 (Ultrafiltration , UF)和微濾(Microfiltration, MF蹲 5 種。UF和MF運行所需壓力低，膜的成本低，可替代傳統(tǒng)水處理的混凝過程， 值得推廣；而RO和NF可分離直徑達 0.0001 pm至U 0.001 pm的 顆粒，對病毒、有機物和溶解性無機物均能有效去除，既可用于工業(yè) 水處理也可用于飲用水處理，能避免化學藥劑投加產生的問題和常規(guī) 消毒副產物生成，特別是解決了 20世紀90年代以來新發(fā)現(xiàn)的常規(guī) 方法不能除去和殺死隱性抱子蟲的問題。隨

18、著飲用水水質要求的提高和膜技術的發(fā)展，膜技術和膜產品將會得到廣泛的開發(fā)和應用。但膜組件的集成化，膜破損的檢測，膜污染的控制及洗滌，膜處理中污排 水的處理及膜成本降低等等問題還需深入研究。微濾、超濾與反滲透是靠壓力驅動使水透過半透膜，而將水中所含雜 質：膠體、無機離子、有機物、微生物等截留的過濾技術。它們的區(qū) 別主要是膜的孔徑和截留粒子成分子的直徑不同。一般顆粒介質(砂、煤等)過濾技術可去除25pm以上的粒子。微濾可以去除0.1 -0.2 w m的粒子，能將絕大多數(shù)形成濁度的粒于去掉。超濾可去除0.005 pm含分子量1000以上的粒子，包括細菌、病毒。反滲透則可去除0.3 1.2nm大小的有機物（分子量200500）與無機離 子，用于除鹽、海水談化。納濾是一種低壓反滲透，可去除納米級的 粒子、有機物（分子量300）、無機離子，用于軟化、除鹽。膜技術的應用需與其他技