各种水环境的检测技术和水处理技术

国家发改委日前手启动实施环保领域创新力建设专项。解昨天的内容:昨天小七讲了大气环境污染存在的那些问题,今天小七就跟大家唠唠水处理检测和各种水处理技术。再看内容之前,先来回顾一下关于水环境治理的专项建设内容。

  针对我国先进水环境污染监测仪器稳定性不高、寿命短的问题,组建水环境污染监测先进技术与装备国家工程实验室;针对我国湖泊水体污染和富营养化较严重、治理技术装备工程化水平低的问题,组建湖泊水污染治理与生态修复技术国家工程实验室;针对高浓度难降解工业有机废水危害大、难治理的问题,组建高浓度难降解有机废水处理技术国家工程实验室;针对城镇污水处理厂出水水质不高、资源化利用率低、氮磷污染负荷大的问题,组建城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室;

  环保领域创新能力建设专项将启动,关于水环境的检测技术和各种水处理技术你都知道了吗?

  一、水环境污染监测技术

  当前我国的水质监测,主要将营养物、无机物、微生物以及重金属离子作为水质参数,一直以来所沿用的测量水质污染物浓度的方法有生物方法、仪器和化学分析法等,用这种方法所得出来的参数,只能描述出水质,而不能真正的将水质所存在的问题反映出来。水质监测项目和水的环境状况不符合,主要通过两个方面表现出来:(1)水环境监测项目没有明确的针对性,经常会出现重复监测污染程度相对较轻水源的现象;(2)水质里面的有害参数可以通过漏测来体现出来,而一直没有增加有机污染指标,从而加重了各个支流水系的有机污染程度。各个湖泊、河流都有不同的污染源,并且污染物的浓度和种类都不一样。如果运用相同的参数来对水质的好坏进行衡量,这是非常不合理的,应该根据不同的污染源来选择监测对象。

  水质污染的连续自动监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心,运用现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测体系。但较之大气污染的连续自动监测,水质的连续自动监测要困难得多,这是因为水环境中的污染物种类更多,成分更复杂,从而导致基体干扰严重,通常都要进行化学前处理,而且污染物的含量往往是痕量的,要求建立可行的提取、分离,富集和痕量分析方法,所有这些均为连续自动监测技术带来一系列困难。根据目前水质污染连续自动监测技术的发展,首先连续自动监测那些能反应水质污染的综合指标项目,然后再逐步增加其他污染物项目。

  水污染连续自动监测系统的组成

  水质污染自动监测系统是在一个水系或一个地区设置若干个有连续自动监测仪器的监测站,由一个中心站控制若干个固定监测子站,随时对该区的水质污染状况进行连续自动监测,形成一个连续自动监测系统。

  自动监测系统在正常运行时一般不需要人的参与,而是在电脑的自动控制下进行工作的。其工作系统由信息采集系统、信息传输系统、信息管理系统和信息服务系统四分组成。信息采集系统完成自动监测系统的信息采集、整理,并通过通信系统和计算机网络把各类信息传送给水质监测中心站,使决策门及时了解水质状况,发布水质公报,为控制水质和治理水环境提供科学依据。信息采集系统的建设主要包括自动采样器、自动分析仪和多参数水质监测仪、水量测定装置的配备、设计和安装,以及采样场所的基建工程。信息传输系统充分利用流域现有的通信网和计算机网络系统,建立覆盖流域水资源监测实验室的计算机网络系统,实现水资源信息的网上传输和资料共享,以达到快速、准确地传递水质信息的目的,为充分利用水资源提供服务。

  子站布设及监测项目

  对水污染连续自动监测系统各子站的布设,首先也要调查研究,收集水文、气象、地质和地貌、污染源分布及污染现状、水体功能、重点水源保护区等基础资料,然后经过综合分析,确定各子站的位置,设置代表性的监测断面和监测点。关于监测断面和监测点的设置原则和方法与第三章中介绍的原则和方法基本相同。

  目前许多国家都建立了以监测水质一般指标和某些特定污染指标为基础的水污染连续自动监测系统。下表列出监测系统可进行连续或间断自动监测的项目及其测定方法。需与水质指标同步测量的水文、气象参数有水位、流速、潮汐、风向、风速、气温、湿度、日照量、降水量等。

  水污染连续自动监测系统不仅用于环境水域如河流,湖泊等,也应用于大型企业的给排水水质监测。

  水污染连续自动监测系统目前存在的主要问题是监测仪器长期运转的可靠性尚差;经常发生传感器沾污、采水器、样品流路堵塞等故障。

  水质污染监测船

  水质污染监测船是一种水上流动的水质分析实验室,它用船作运载工具,装上必要的监测仪器、相关设备和实验材料,可以灵活地开到需要监测的水域进行监测工作,以弥补固定监测站的不足;可以方便地追踪寻找污染源,进行污染物扩散,迁移规律的研究;可以在大水域范围内进行物理、化学、生物、底质和水文等参数的综合测量,取得多方面的数据。

  在水质污染监测船上,一般装备有水体、底质、浮游生物等采样系统或工具,固定监测站和水质分析实验室中必备的分析仪器、化学试剂、玻璃仪器及材料,水文、气象参数测量仪器及其他辅助设备和设施,如标准源、烘箱、冰箱、实验台、通风及生活设施等。有的还备有浸入式多参数水质监测仪,可以垂直放入水体不同深度同时测量pH值、水温、溶解氧、电导率、氧化还原电位和浊度等参数。

  例如:我国设计制造的长清号水质污染监测船早已用于长江等水系的水质监测。船上装备有pH计、电导率仪、溶解氧测定仪、氧化还原电位测定仪、浊度测定仪、水中油测定仪、总有机碳测定仪、总需氧量测定仪,氟、氯、氰、铵等离子活度计及分光光度计、原子吸收分光光度计、气相色谱仪、化学分析法仪器,水文、气象观测仪器及相关辅助设备和设施等,能够较全面地分析监测水体有关物理参数及污染物组分,综合进行底质,水生生物等项目的考察和测量。

  二、湖泊水体污染治理

  我国工业的高速发展过程中,由于大量未经治理或未达标治理的工农业与生活污水进入河道湖泊,远远超过了它的纳污能力,使得河流湖泊受到严重的污染,氮、磷的超标排放造成了河流湖泊的富营养化,使得水质恶化变黑,动植物大量死亡。

  对于湖水处理,常见的湖水处理方法有物理方法(引水换水、循环过滤)、化学方法(投加杀菌灭藻)、微生物方法(投加微生物)EWT生态水处理(植物、动物、微生物)。

  湖泊水环境修复基本方法:

  1控制外源污染

  控制外源性负荷是改善湖泊富营养化状态的根本途径。在工业方面,主要途径是;在农业方面,主要途径是退耕还林还草,精准施肥等;在消费方面,是改变消费习惯等。例如,一个成年人每天产生大约11g的氮和2g的磷,因使用肥皂和洗涤剂而产生的磷就可能打到1.4g。因此,禁止生产、销售和使用含磷洗衣粉是一项比较典型的控制磷污染来源的社会行动。

  2稀释和冲刷

  稀释和冲刷是一种常用的技术,在我国南京玄武湖、杭州西湖以及昆明滇池内海,都采用外流引水进行稀释和冲刷。这种技术可以有效地减少污染物的浓度和负荷,可以减少水体中藻类的浓度,可以促进水的混合,稀释藻类的有害分泌物等。

  实际上,稀释和冲刷的机理相当于一个流动或者连续的培养系统。当含低浓度营养元素的水被注入系统中时,导致系统营养物质浓度降低,相应,藻类生物量也会随之开始下降;与此同时,营养元素和藻类能够以更快的速度被置换或者冲洗出水体。

  3深层水抽取

  水体质量恶化一般从深层水开始,将深层水抽出来一部分进行一定程度的水处理是一种可供选择的技术。这样,深层水停留时间缩短,深层水转为厌氧状态的机会就减小了许多,由此减小了底泥中富营养元素和重金属离子释放的速率,减小了对鱼类的不利影响,也减小了污染物质或者富营养元素向表层水的扩散传播。

  4水动力学循环

  水体循环可以通过泵、射流或者曝气实现,通常是完全循环,这样可以防止水体分层或者破坏已经形成的分层。经过水体循环,溶解氧增加,污染物质氧化加快,改善了好氧水体生物的生存环境。通过水体循环,温度也可以得到升高。最初认为,水体循环因此能够降低内源性的磷负荷,通过增加混合层的深度和减少光线暴露机会从而能够降低藻类的数量。但实际上,水体循环也同时强化了一些相反的作用过程。实际观察表明,内源性的磷和藻类数量并没有变化甚至还会增加。

  5深水曝气

  深水曝气的目的通常有三个:第一个也是通常能够达到的一个就是在不改变水体分层的状态下提高溶氧浓度,第二个目的是改善冷水鱼类的生长环境和增加食物供给,第三个目的是通过改变底泥界面厌氧环境为好氧条件来降低内源性磷的负荷,其他附带的目的或者效果包括降低氨氮、铁、锰等离子性物质的浓度。

  6底泥疏浚

  底泥疏浚是修复湖泊水质的一项有效技术。底泥是湖泊中的内污染源,有大量的污染物质积累在底泥中,包括营养盐、难降解的有害有毒有机物、重金属离子等。在浅水湖泊中,底泥中的富营养元素很容易释放进入表层水体,导致藻类繁殖,水体水质急剧恶化,这种现象极容易发生在春夏交替的季节。此时内源性的磷的负荷占举足轻重的位置。

  7生态控制

  生态控制技术是利用水生生物之间的生态关系,将水生生物数量控制在一定范围之内。这种技术可以避免施用药物所产生的副作用和使用机械所需要的高成本,而且具有比较长期持久的效果。当然,这种技术也存在引入危险物种的风险。因此,在对湖泊进行生态控制之前,应该进行水体生态调查。

  三、高浓度难降解有机废水处理技术

  高浓度难降解有机废水的处理,是目前国内外污水处理界公认的难题。对于这类废水,目前国内外研究较多的有焦化废水、制药废水(包括中药废水)、石化/油类废水、纺织/印染废水、化工废水、油漆废水等行业性废水。

  高浓度有机废水主要具有以下特点

  一是有机物浓度高。COD一般在2 000 mg/L以上,有的甚至高达几万乃至几十万mg/L,相对而言,BOD较低,很多废水BOD与COD的比值小于0.3。 二是成分复杂。含有毒性物质废水中有机物以芳香族化合物和杂环化合物居多,还多含有硫化物、氮化物、重金属和有毒有机物。 三是色度高,有异味。有些废水散发出刺鼻恶臭,给周围环境造成不良影响。 四是具有强酸强碱性

  高浓度难降解有机废水难生物处理的原因分析

  高浓度难降解有机废水难于生物处理的原因,本质上是由其特性决定的。一般,此类废水在水质、水量等方面具有以下几方面的共同特性:

  ①、废水所含有机物浓度高

  ②、有机物中的生物难降解物种类多比例高:这类有机废水中,往往含有较高浓度的生物难降解物,甚至是生物毒物,且种类较多。

  ③、除有机物外,废水含盐浓度较高

  ④、各生产工段排水的水质、水量随时间的波动性大

  ⑤、废水处理方法本身也存在较大问题

  高浓度有机废水处理技术

  1催化氧化法处理高浓度有机废水

  该方法是在高效表面催化剂存在的条件下,利用二氧化氯在常温常压下氧化高浓度有机废水。

  在降解COD的过程中,打断有机分子中的双键发色团,如偶氮基、硝基、硫化羰基、碳亚氨基等,达到彻底脱色的目的,同时有效提高BOD5/COD值。一般的高浓度有机化工废水色度高,有机物难以降解。采用“物化-催化氧化-生化”处理方法,可使高浓度有机化工废水达标。

  2厌氧生物法处理高浓度有机废水

  厌氧生物处理法是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解有机物。大分子的有机物首先被水解成低分子化合物,然后被转化成CH4和CO2等。

  自20世纪70年代以来,我国在研究和开发处理高浓度有机废水的厌氧水解、厌氧消化技术方面取得了显著成绩,其优点是运行费用低。厌氧水解法、厌氧接触法、厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床、厌氧流化床等已被广泛用于处理高浓度有机废水。

  1、 厌氧滤池(AF)

  AF是美国斯坦福大学的2位学者首先研制的。装置中填满了砂砾、卵石、塑料或纤维等,厌氧微生物附着在填料的巨大表面上,可维持较高的生物量和较少的SRT。一般采用上流式,在中温条件下也可采用下流式。

  2、 升流式厌氧污泥床(UASB)

  UASB是荷兰农业大学几名教授在AF基础上发展起来的,其特点是反应器的上部设置1个气、固、液三相分离器,混合液中的污泥能自动回到反应区以维持较多的生物量和较长的SRT,整个反应器由反应区和沉淀区两部分组成。从表2可以看出,UASB具有很高的容积负荷率和污泥负荷率。

  3好氧生物法处理高浓度有机废水

  好氧生物法一般用于处理低浓度有机废水,但近年来有人研制出一些高效的好氧生物处理工艺,可用于处理高浓度有机废水,如深井曝气和好氧流化床等。在特定条件下,如场地面积小,可以考虑应用深井曝气法;某些含有抑制厌氧菌物质的废水,可采用高效好氧处理装置。

  1 、深井曝气法(DSP)

  DSP是20世纪70年代初,英国皇家化学工业公司在进行利用好氧细菌生产单细胞蛋白的研究时派生出来的一种工艺。它改变了传统生化法处理污水时氧的转移率,增大氧气与液膜的接触面积,提高了氧的饱和浓度及其利用率,具有很好的处理效果。DSP法利用深井中的静水压力把氧的转移率从传统曝气法的5%-15%提高到60%-90%。动力效率很高,处理效果极好。此外,还具有产泥量少,不受气温影响,不产生污泥膨胀,占地面积小、效能高、能耗低、耐冲击负荷性能好、操作简单、易于管理、投资少等优点。因此,它广泛应用于现代化学合成工业的高浓度有机废水的治理,如塑料、合成纤维、合成橡胶、洗涤剂、染料、溶剂、涂料、农药、食品添加剂、药品等工业。

  2、 好氧生物流化床法(ABFB)

  ABFB法是澳大利亚科学家于20世纪70年代初开发的工业废水生物处理工艺。这种工艺的特点是反应器内填料的表面积超过3 300 m2/m3,生物膜量可达10-40 g/L,比普通活性污泥法高1个数量级。因此,该工艺具有效能高、占地少、投资省等优点。但由于要使填料流化,必须进行出水循环,并保持反应器内具有一定的流速,从而增加了运行的复杂性。目前,国内利用ABFB处理高浓度有机废水尚处于实验阶段,工程应用并不多。

  四、城镇污水深度处理技术

  深度处理的目的是进一步去除二级(强化)处理未能完全去除的有机污染物、SS、色度、嗅味和矿化物等。常见的深度处理技术包括混凝沉淀、介质过滤(含生物过滤)、膜处理及氧化等,本指南将膜生物反应器(MBR)技术也包括在深度处理技术中。

  1混凝沉淀技术

  利用混凝剂使水中的悬浮颗粒物和胶体物质凝聚形成絮体,然后通过沉淀的方式去除絮体。混凝剂混合反应方式可采用管道混合或机械搅拌等方式。宜选择铝盐和铁盐为主的混凝剂,必要时可投加有机高分子助凝剂。沉淀设施主要有平流、竖流、辐流和斜板(管)沉淀池,也可利用澄清池去除絮体。

  2介质过滤技术

  包括砂滤、滤布滤池等SS去除技术。

  3生物过滤

  利用滤料及其表面附着的生物膜去除氮、有机污染物和悬浮物。根据处理目标不同分为曝气生物滤池和反硝化滤池。

  4膜处理技术

  膜处理技术包括基于微滤和超滤的固液分离技术,以及基于反渗透的脱盐及溶解性污染物去除技术。具体包括:膜生物反应器(MBR)技术、微滤/超滤膜过滤技术;反渗透(RO)技术等。

  膜生物反应器

  将膜分离技术与活性污泥生物处理单元相结合,以膜过滤取代传统二沉池的水处理技术。常用组件类型主要有板式和中空纤维两种。

  微滤/超滤膜过滤

  利用微滤膜或超滤膜去除水中SS和胶体物质的处理技术,主要包括外置式和浸没式两种应用方式。常用组件类型主要有板式、管式和中空纤维三种。

  反渗透技术

  利用只能透过水而不能透过溶质的反渗透膜进行水中溶解性物质去除的膜分离技术。

  5氧化技术

  利用臭氧等强氧化剂对水中色度、嗅味及有毒有害有机物等进行氧化去除的技术,根据来水水质状况和出水水质要求还可以采用臭氧-过氧化氢、紫外-过氧化氢等高级氧化技术。