污水回用处理方法
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- 发布日期：2022-01-26 01:48:23
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在污水回用处理中，除盐工艺由于成本高很少涉及，此处不作分析，悬浮物、浊度和石油类可以通过混凝沉淀、过滤工艺去除并达标，因此重点解决的问题就是COD和氨氮的去除，下面仅就这二个问题进行讨论。
一、COD的去除
一般情况下，经过二级生化处理后的污水中COD浓度已经降到100mg/L以下，BOD5浓度更低，针对这种水质特点，目前采用的深度处理方法有生化法、活性炭吸附法和臭氧预处理+生化法等。
1、生化处理方法
采用生化处理方法时，由于基质的限制，微生物增长缓慢，如果采用普通的活性污泥工艺，生长很慢的活性污泥将随水流流出，曝气池中的污泥浓度很低，达不到理想的处理效果，因此对二级生化出水一般不采用活性污泥法，而是采用对微生物具有较强固着能力的生物膜法。与普通二级生化处理中的生物膜法不同的是，对污水进行深度处理时对填料的选择应更慎重，主要考虑的指标是填料的挂膜性能，采用普通的软性、半软性塑料或纤维填料时，由于其挂膜性能较差，难以达到预期的处理效果。研究表明，采用生物陶粒填料的接触氧化工艺可以取得很好的处理效果，对于炼油污水，出水的COD可稳定在40mg/L以下。辽宁盘锦沥青股份有限公司采用生物陶粒接触氧化处理生产污水并将处理后污水回用作循环系统补水已经成功的运行了近2年，效果良好。因此采用生物陶粒为载体的生物膜法是深度去除COD的成功工艺。
应说明的是，生化方法所能够去除的主要是二级出水中可以生化降解的有机物，对于生化难降解的有机物是不起作用的。
2、活性炭吸附工艺
活性炭吸附法是技术上可靠，经济上可行的物化处理方法，其原理是利用活性炭巨大的表面积吸附水中的有机物，在国外已经有多年的生产应用实践，一般对活性污泥法二级出水先进行混凝沉淀和过滤，然后进行活性炭吸附，炭塔的出水的COD可达到10mg/L左右，吸附的COD同活性炭的重量比可以达到0.3～0.8，运行效果都比较理想，因此采用活性炭处理污水厂二级出水从技术看是成熟、可靠的。
3、臭氧氧化+生化处理工艺
对于可生化性很差的污水，单独采用生化处理方法达不到高的COD处理效果，因此出现了化学氧化+生化处理工艺，其中的氧化剂主要采用臭氧，由于臭氧是一种很强的氧化剂，它可以将很多复杂的有机物氧化为简单的有机物，使不可生物降解的成分转化为可生物降解的成分，在这个过程中，臭氧被分解为氧，没有其它有害物质的产生。对于后续的生化处理单元，一些研究人员提出了生物活性炭工艺，一方面活性炭作为微生物载体用来生长生物膜，另一方面活性炭用来吸附难降解的有机物质，进一步降低污水中的COD。应用表明，该工艺对于污水中有机物的深度去除是有效果的，但也存在一些问题，一是活性炭仍然需要再生，如果不进行再生，饱和后的活性炭只能起普通生物载体的作用；如果进行再生，则前一阶段培养起来的生物膜将被破坏掉。第二个问题是经过沉淀、过滤处理的二级出水中仍然有30～40mg/L的COD，投加臭氧的浓度相应增大，运行成本增加。
综合对比，采用生化处理进一步降解污水中的COD是经济的处理工艺，其缺点是处理后出水的COD浓度难于达到很低的水平，当要求的COD值很低时，仍需要采取其它措施；活性炭吸附工艺是一项技术可靠、经济上可行的方法，出水的COD可达到10mg/L左右的水平，缺点是需要定期再生，如附近有活性炭生产厂提供换炭业务时，活性炭吸附工艺是一种较理想的污水深度处理方法；对于臭氧预处理+生化处理方法，虽然能够使出水COD达到较低的水平，但作为循环冷却系统补充水不确定能够减少粘垢的产生量，同时采用臭氧处理还会大大增加基建投资和运行费用，运转管理也将复杂化，因此在实际工程中应慎重考虑。
二、氨氮的去除
目前含氨氮废水的处理技术有:生物硝化法、离子交换法、吹脱法、液膜法、氯化或吸附法以及湿式催化氧化法等，对于氨氮浓度为几十mg/L的二级生化出水，以生物硝化法、吹脱法和离子交换法应用多，当氨氮浓度不高时则宜采用氯化法。
1、生物硝化法脱氨
生物硝化脱氨是利用硝化菌和亚消化菌在好氧条件下将氨转化为硝酸盐的过程。这两种细菌都是化能自养菌，在有氧条件下，亚硝化菌首先将氨氧化为亚硝酸盐，然后硝化菌再将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐。众多的污水处理厂都具有生物硝化功能来去除污水中的氨氮，对于专门考虑生物硝化的处理设施，可将污水中的氨氮脱除到2mg/L以下。实际工程中，生物硝化同深度去除COD是同一构筑物中完成的，相关研究表明，采用矿物质载体的接触氧化工艺处理炼油厂二级生化处理出水，经过112h的反应，当进水氨氮为20mg/L左右时，出水氨氮可以达到3mg/L以下。
应该说明的是，生物硝化脱氨只能将氨氮转化为硝酸盐，总氮量并没有减少，如果回用工艺对总氮有要求，应增设反硝化单元。
2、吹脱除氨
氨吹脱是首先将污水的pH调节到10.8～11.5，再使污水以水滴的形式逆流同大量空气进行传质，进而将水中的氨氮以NH3的形式扩散到大气中的方法。这种除氨工艺简单，容易控制，但存在二个主要问题:
(1)氨的吹脱效率随pH值的关系很大，为了达到较高的氨氮去除率，必须对污水的pH值调节到碱性，需要投加碱，原水中酸度越高，调节pH消耗的碱量越大；脱氨后的污水还要降pH调整到中性，需要投加酸或CO2，这将增加运行费用，同时还增加了污水中的溶解性固体含量。
(2)氨吹脱的效率同水温、气温有很大的关系，温度越低，氨的脱除效率越低，20℃时，典型的氨去除率为90%～95%，而10℃时，氨去除率降低到75%以下。一般情况下吹脱的气水比在3000以上，对于敞开式系统，水温将同环境气温趋于一致，环境温度过低将大大影响吹脱效率，如果环境温度低于0℃，脱氨塔将不能运行。因此，对于气温较高的南方地区，如果水中酸度不高，采用吹脱法脱氮是可行的，在北方寒冷地区，则不易采用吹脱脱氮。
3、离子交换除氨
一般的阳离子交换树脂对NH+4没有优先选择性，不能用来脱氨，但斜发沸石对氨离子具有优先选择性，可以用来脱氨，这种脱氨工艺在美国已经应用多年，效果良好。其主要工艺流程是:污水通过斜发沸石离子交换器的过程中，污水中NH+4同沸石上的Na+发生等当量离子交换，Na+进入到污水中，而NH+4则通沸石中的阴离子结合并固着在沸石中，这样在流经斜发沸石离子交换器的过程中，污水中氨得到去除。当沸石对氨的吸附达到饱和后，则停止进水，对沸石进行再生，再生后的沸石可以恢复交换能力，进入下一个周期的离子交换。这种工艺的出水中氨含量可以达到1mg/L左右。
影响斜发沸石交换过程的主要影响因素有:pH值、污水中阳离子组成、沸石粒径及水力负荷等。铵的交换pH值范围为4～8，运行证明，污水中阳离子组成不同会影响到沸石对氨的交换容量，在通常的城市污水阳离子浓度下，沸石对氨的实际交换容量约为总交换容量的1/4～1/5。此外，沸石粒径越小、水力负荷越低，铵的去除效果越好。
4、氯化脱氨
研究表明，投加液氯可以去除氨氮，根据试验结果，当投氯量/氨氮量=7.6∶1时，氨氮被氧化，进一步投加的氯成为自由余氯。氯氧化氨氮的产物除了氮气外，还有三氯化氮和硝酸盐产生。对于20mg/L氨氮废水，pH=6～8时，整个反应过程约1分钟。该工艺的特点是基建投资低，操作灵活。
综合对比，由于生物硝化法脱氮同COD的去除是结合在一起的，因此生物硝化法经济；对于水中氨氮浓度较高又地处南方的工程，吹脱除氨可能是经济的选择，北方地区则不可采用；离子交换除氨在尚无应用，同时其投资大、工艺复杂，应谨慎选择；当水中氨氮浓度较低时采用氯化脱氨可能更为经济，该方法也可同其它除氨工艺结合使用。
一、COD的去除
一般情况下，经过二级生化处理后的污水中COD浓度已经降到100mg/L以下，BOD5浓度更低，针对这种水质特点，目前采用的深度处理方法有生化法、活性炭吸附法和臭氧预处理+生化法等。
1、生化处理方法
采用生化处理方法时，由于基质的限制，微生物增长缓慢，如果采用普通的活性污泥工艺，生长很慢的活性污泥将随水流流出，曝气池中的污泥浓度很低，达不到理想的处理效果，因此对二级生化出水一般不采用活性污泥法，而是采用对微生物具有较强固着能力的生物膜法。与普通二级生化处理中的生物膜法不同的是，对污水进行深度处理时对填料的选择应更慎重，主要考虑的指标是填料的挂膜性能，采用普通的软性、半软性塑料或纤维填料时，由于其挂膜性能较差，难以达到预期的处理效果。研究表明，采用生物陶粒填料的接触氧化工艺可以取得很好的处理效果，对于炼油污水，出水的COD可稳定在40mg/L以下。辽宁盘锦沥青股份有限公司采用生物陶粒接触氧化处理生产污水并将处理后污水回用作循环系统补水已经成功的运行了近2年，效果良好。因此采用生物陶粒为载体的生物膜法是深度去除COD的成功工艺。
应说明的是，生化方法所能够去除的主要是二级出水中可以生化降解的有机物，对于生化难降解的有机物是不起作用的。
2、活性炭吸附工艺
活性炭吸附法是技术上可靠，经济上可行的物化处理方法，其原理是利用活性炭巨大的表面积吸附水中的有机物，在国外已经有多年的生产应用实践，一般对活性污泥法二级出水先进行混凝沉淀和过滤，然后进行活性炭吸附，炭塔的出水的COD可达到10mg/L左右，吸附的COD同活性炭的重量比可以达到0.3～0.8，运行效果都比较理想，因此采用活性炭处理污水厂二级出水从技术看是成熟、可靠的。
3、臭氧氧化+生化处理工艺
对于可生化性很差的污水，单独采用生化处理方法达不到高的COD处理效果，因此出现了化学氧化+生化处理工艺，其中的氧化剂主要采用臭氧，由于臭氧是一种很强的氧化剂，它可以将很多复杂的有机物氧化为简单的有机物，使不可生物降解的成分转化为可生物降解的成分，在这个过程中，臭氧被分解为氧，没有其它有害物质的产生。对于后续的生化处理单元，一些研究人员提出了生物活性炭工艺，一方面活性炭作为微生物载体用来生长生物膜，另一方面活性炭用来吸附难降解的有机物质，进一步降低污水中的COD。应用表明，该工艺对于污水中有机物的深度去除是有效果的，但也存在一些问题，一是活性炭仍然需要再生，如果不进行再生，饱和后的活性炭只能起普通生物载体的作用；如果进行再生，则前一阶段培养起来的生物膜将被破坏掉。第二个问题是经过沉淀、过滤处理的二级出水中仍然有30～40mg/L的COD，投加臭氧的浓度相应增大，运行成本增加。
综合对比，采用生化处理进一步降解污水中的COD是经济的处理工艺，其缺点是处理后出水的COD浓度难于达到很低的水平，当要求的COD值很低时，仍需要采取其它措施；活性炭吸附工艺是一项技术可靠、经济上可行的方法，出水的COD可达到10mg/L左右的水平，缺点是需要定期再生，如附近有活性炭生产厂提供换炭业务时，活性炭吸附工艺是一种较理想的污水深度处理方法；对于臭氧预处理+生化处理方法，虽然能够使出水COD达到较低的水平，但作为循环冷却系统补充水不确定能够减少粘垢的产生量，同时采用臭氧处理还会大大增加基建投资和运行费用，运转管理也将复杂化，因此在实际工程中应慎重考虑。
二、氨氮的去除
目前含氨氮废水的处理技术有:生物硝化法、离子交换法、吹脱法、液膜法、氯化或吸附法以及湿式催化氧化法等，对于氨氮浓度为几十mg/L的二级生化出水，以生物硝化法、吹脱法和离子交换法应用多，当氨氮浓度不高时则宜采用氯化法。
1、生物硝化法脱氨
生物硝化脱氨是利用硝化菌和亚消化菌在好氧条件下将氨转化为硝酸盐的过程。这两种细菌都是化能自养菌，在有氧条件下，亚硝化菌首先将氨氧化为亚硝酸盐，然后硝化菌再将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐。众多的污水处理厂都具有生物硝化功能来去除污水中的氨氮，对于专门考虑生物硝化的处理设施，可将污水中的氨氮脱除到2mg/L以下。实际工程中，生物硝化同深度去除COD是同一构筑物中完成的，相关研究表明，采用矿物质载体的接触氧化工艺处理炼油厂二级生化处理出水，经过112h的反应，当进水氨氮为20mg/L左右时，出水氨氮可以达到3mg/L以下。
应该说明的是，生物硝化脱氨只能将氨氮转化为硝酸盐，总氮量并没有减少，如果回用工艺对总氮有要求，应增设反硝化单元。
2、吹脱除氨
氨吹脱是首先将污水的pH调节到10.8～11.5，再使污水以水滴的形式逆流同大量空气进行传质，进而将水中的氨氮以NH3的形式扩散到大气中的方法。这种除氨工艺简单，容易控制，但存在二个主要问题:
(1)氨的吹脱效率随pH值的关系很大，为了达到较高的氨氮去除率，必须对污水的pH值调节到碱性，需要投加碱，原水中酸度越高，调节pH消耗的碱量越大；脱氨后的污水还要降pH调整到中性，需要投加酸或CO2，这将增加运行费用，同时还增加了污水中的溶解性固体含量。
(2)氨吹脱的效率同水温、气温有很大的关系，温度越低，氨的脱除效率越低，20℃时，典型的氨去除率为90%～95%，而10℃时，氨去除率降低到75%以下。一般情况下吹脱的气水比在3000以上，对于敞开式系统，水温将同环境气温趋于一致，环境温度过低将大大影响吹脱效率，如果环境温度低于0℃，脱氨塔将不能运行。因此，对于气温较高的南方地区，如果水中酸度不高，采用吹脱法脱氮是可行的，在北方寒冷地区，则不易采用吹脱脱氮。
3、离子交换除氨
一般的阳离子交换树脂对NH+4没有优先选择性，不能用来脱氨，但斜发沸石对氨离子具有优先选择性，可以用来脱氨，这种脱氨工艺在美国已经应用多年，效果良好。其主要工艺流程是:污水通过斜发沸石离子交换器的过程中，污水中NH+4同沸石上的Na+发生等当量离子交换，Na+进入到污水中，而NH+4则通沸石中的阴离子结合并固着在沸石中，这样在流经斜发沸石离子交换器的过程中，污水中氨得到去除。当沸石对氨的吸附达到饱和后，则停止进水，对沸石进行再生，再生后的沸石可以恢复交换能力，进入下一个周期的离子交换。这种工艺的出水中氨含量可以达到1mg/L左右。
影响斜发沸石交换过程的主要影响因素有:pH值、污水中阳离子组成、沸石粒径及水力负荷等。铵的交换pH值范围为4～8，运行证明，污水中阳离子组成不同会影响到沸石对氨的交换容量，在通常的城市污水阳离子浓度下，沸石对氨的实际交换容量约为总交换容量的1/4～1/5。此外，沸石粒径越小、水力负荷越低，铵的去除效果越好。
4、氯化脱氨
研究表明，投加液氯可以去除氨氮，根据试验结果，当投氯量/氨氮量=7.6∶1时，氨氮被氧化，进一步投加的氯成为自由余氯。氯氧化氨氮的产物除了氮气外，还有三氯化氮和硝酸盐产生。对于20mg/L氨氮废水，pH=6～8时，整个反应过程约1分钟。该工艺的特点是基建投资低，操作灵活。
综合对比，由于生物硝化法脱氮同COD的去除是结合在一起的，因此生物硝化法经济；对于水中氨氮浓度较高又地处南方的工程，吹脱除氨可能是经济的选择，北方地区则不可采用；离子交换除氨在尚无应用，同时其投资大、工艺复杂，应谨慎选择；当水中氨氮浓度较低时采用氯化脱氨可能更为经济，该方法也可同其它除氨工艺结合使用。
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