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微污染水处理新工艺

时间:2019-03-04 13:08   作者: 点击:

  发现有3C0G多种难降解的有机化合坊可以在紫itblish化剂纳米TiCV和单独用05三种方法对其进行get水是生命之源,没有水就没有生命。人类的生存和社会的发展都离不开水,随着社会的发展和人口的增加,用水量和排水量都不断上升,缺水和水源污染成为当今社会的严重问题。缺水问题表现在地球上的淡水资源只占总储量的2. 5%,可利用的淡水只占地球总储量的0.26%.当前,水源正在遭受愈来愈严重的污染,主要来自排入的工业废水和生活污水,使源水中的有机物、氨氮、铁、锰、洗涤剂、农药等含量升高。近年来,由于检测技术和仪器的发展,水质监测的项目越来越多,发现了新的对人体有害的物质,如内分泌干扰物等。

  传统自来水厂通常采用絮凝――沉淀――过滤――消毒处理工艺。对于水源受微量污染的源水,传统工艺处理主要存在以下问题:(1)自来水的感官性指标差,主要表现在色度高,嗅味差;(2)有机物指标的去除率低,例如:TOC、COD―般仅为20%~40%;(3)由于处理过程采用氯消毒,易形成对人体有害的“三致”物(致畸形、致突变、致癌症);(4)对内分泌干扰物质的除去率不篼;(5)管网水质稳定性差,易变化。

  近年来,针对水源水质变化的情况,在国外,美国、日本等一些工业发达国家都采取了针对性的措施:强化常规水处理工艺,采用深度处理(二次处理)。其中的新工艺有:Ti2光催化处理、臭氧氧化消毒技术、Cl2消毒处理以及反渗透水处理技术⑴。

  1纳米Ti2光催化技术在微污染水处理中的应用1.1在紫外线下TiQz的降解作用自1976年。H.Cary报道了在紫外光照射下,TiO可使难于化学降解的有机化合物多氯联苯脱,之后,纳米TiQz光催化法作为一种水处理技术就引起了各国众多研究者的广泛重视。至今,已线的照射下被Ti2降解。特别是当水中有机污染物用其他方法很难降解时,这种技术有着明显的优势。

  1.2处理受染料工业污染的源水受染料业污染的水中含有苯环、胺基、偶氮基等致癌物质,常规方法处理水溶性染料的降解效率通常很低。研究发现,用TiOz/SiOs体素能够很迅速地降解R -6G染料。采用TiOz/SiOz光催化降解染料不仅能有效破坏染料中的发色基团,而且可以破坏染料分子中的芳香基团,达到完全降解的目的。为便于工业应用,把表面涂覆有纳米Ti2膜的玻璃填料充于玻璃反应器内,通过潜水泵使微污染水在反应器内循环进行光催化氧化处理。由于纳米Ti2具有巨大的比表面积,与水中有机物接触更为充分,可将它们最大限度地吸附在其表面,迅速将有机物分解为C2和H20,处理效果优于生物处理和悬浮光催化氧化处理,COD除去率和脱色率均较高。催化剂再生后能连续使用。

  1.3处理受农药污染的源水目前对有机磷农药污染水处理多用生化法,处理后废水中有机磷质量浓度仍较高。采用纳米TiOSiQz负载复合光催化剂,利用其高效吸附性及催化活性,能使有机磷农药在其表面迅速富集,随光照时间的延长,有机胂农药的光解率逐渐升高,实验发现,光照80min后,可使敌百虫完全降解,若加入微量Fe3+还可以大大提高COD的去除率及无机磷的回收率;还可将含氯有机物DDT中的氯完全脱除1,4处理含氯代有机物的源水日本东京大学野口真用纳米TiO光催化剂与臭氧联合进行水的净化处理。在模拟水处理实验中,以质量浓度为16mg/L的3-氯酚的水溶液,分别采用纳米TiOz光催化剂与臭氧联合,单独用光催理。纳米Ti2光催化剂与臭氧联合处理2h后,3 -氯酣的残留质量浓度已为,效果相当明显。用内表面涂覆纳米Ti2光催化剂的陶瓷圆管处理质量浓度为5.5mg/L苯酚和三氯乙烯水溶液的实验表明,苯酚在1.5h后完全分解,三氯乙烯也在2h内完全分解。

  1.5处理含油污染的源水含油废水中所含的脂肪烃、多环芳烃、有机酸类、酚类等有机物很难降解,使用纳米Ti2利用其光催化解功能,可迅速降解这些有机物,降解率可达94.74%.若将其匀载于某一载体上,使其漂浮于水面,则能有效提高TiQz光催化活性。用浸泡、热处理的方法在空心玻璃球表面负载TiOz薄膜,或用桂偶联剂将纳米TiQz牢固地粘附于载体空心陶瓷微球表面,光催化降解辛烷也能取得满意的效果。

  1.7处理含表面活性剂的源水生活污水排放入水源地,造成水源水中含有表面活性剂,易产生异味和泡沫。非离子型和阳离子型表面活性剂会产生有毒或者不溶解的中间体。采用纳米TiQz光催化分解表面活性剂已取得较好效果。研究发现,芳环比烷基或烷氧基更易断链降解实现无机化,直链部分降解速度极慢,这是因为苯环中的7T电子可能被空穴移到TiOz表面上,生成阳离子自由基的缘故。虽然表面活性剂中的链烷烃部分采用光催化降解反应还较难完全氧化成0,但由于苯环被破坏,其毒性大为降低,生成长链烷烃副产物对环境的危害明显减小。

  1.8处理受污染的地下水源随着工业和农业的发展,工业废水和农业排放废水渗入地下水中的有机物含量增加,这些有机物易与水处理过程中的氯反应生成致癌性的三卤化物(THM)。据报道,Ti2膜能有效去除这些有机物。

  在美国的佛罗里达州,利用TiO:膜脱除水中97%的有机卤素化合物,总有机碳(TOC)含量可降低90%以上,并能减少盐分、硬度、重金属和其他污染物,降低颜色深度,脱除大量的可溶性有机物质,减少形成THM的前体物。

  2二氧化氧化消毒水处理技术应用液氯消毒虽为最经济的方法,但自从1974年发现化生成三卤甲烷以来,这一问题引起了各国极大关注,随之人们提出用臭氧、二氧化氯、过氧化氢消毒来替代消毒。其中,二氧化不但能高度有效地控制饮用水中的水生病原体,而且很少生成卤化消毒的副产物。二氧化氯是一种广谱杀菌剂,能有效灭杀病毒、细菌和真菌,对孢子寄生虫如贾弟氏鞭毛虫和隐孢子虫的灭杀效果比气好。另外,二氧化氯也能有效地去除嗅、味、色、铁和锰,阻止大肠杆菌的繁殖。在预处理阶段用二氧化氧化THMS的前体,然后氯气作为消毒剂在凝结、沉淀和过滤后加入。这样处理后的饮用水比常规气处理所产生的THMS少50% ~70%,二氧化的浓度达到lmg/L时,就能够除去藻类和植物腐烂所产生的嗅和味。二氧化能氧化低阈值的有异味的化合物,如:二甲茶烷醇,2,3,6三茴香醚(TCA)2-甲基异冰片(Mro)以及吡嗓类化合物。二氧化还能有效去除产生异味的酚类化合物,在此处理过程中,很少产生氯酚。已有试验证明,对于硫醇和有机二硫化合物这类有异味的物质,同样可用二氧化来氧化去除。此外,二氧化消毒不受pH值影响,不受水中氨的影响,且在水中溶解度大,余氯稳定。

  其他方面,二氧化氯制备工艺简单,投加方便,从水处理工艺的总体上看,二氧化可作为沉淀水,澄清水或过滤水的氧化消毒剂,因而它很有可能取代消毒剂。江苏工学院张凤娥在二氧化水处理研究一文中得出:常温下ClQz在水中衰减速度较慢,可保持其持续杀菌能力,且用二氧化代替进行预氧化和消毒能降低消毒副产物的生成量。

  现以对仿生成量的控制为例;对水样进行Cl2或CIOz预氧化,经混凝沉淀,消毒处理,再测定24h后生成的氯仿浓度,结果见表1:表1仿生成量比较水样预投加投加量后投加投加量仿生成量mg.L'1由上表可知,用二氧化代替进行预氧化和消毒,可以使仿的生成量大幅度降低,提高了饮用用舞通管掺潭水水的安全性。

  3臭氧水处理技术的应用臭氧分解放出的新生态氧的活泼性是氯的600倍,具有极强的氧化能力和渗入细胞壁能力,从而破坏细菌有机链状结构而导致细菌死亡。它可以氧化二价铁、锰及氨氮、酚等有机物,并可以氧化腐殖酸,蛋白质等,迅速杀灭细菌,病毒。

  臭氧消毒有以下优点:氧化力强臭氧的氧化还原电位2.07mV,仅次于氟,是的1.52倍。臭氧能快速氧化水中有机物,低价铁和锰,有效改善处理水的嗅味和色度。

  消毒效果好臭氧可以杀灭细菌,病毒和隐性孢子虫,速率比快3003000倍,在5~lOmin内就可完成消毒作用。

  水中维持的余量低,一般为0.l~.2mg/L.处理后水没有消毒的嗅和氯酚嗅,并带有新鲜可口的感觉。

  水温和pH值的变化对消毒效果影响不大。

  e不产生氧消毒的副产物。

  f.臭氧能将水中不易降解的大分子有机物氧化降解为小分子有机物,并向水中充氧使水中溶解氧增加,为后续处理(特别是生物处理了更好条件。

  现在国际上的概念,把消毒分成两个部分,一是工艺过程的氧化消毒,二是为保持管网余氯(或其他消毒剂)而加的消毒剂。臭氧消毒后醛、酮等有机物大量增加,为细菌繁殖提供了丰富的营养,所以在臭氧后需要连接生物处理,通常用生物活性炭。在欧洲和美国,其地表水水厂多使用臭氧一活性炭工艺:法国有700家(其中巴黎有12家)水厂使用臭氧,日产水量300万m3;瑞士全国40%的水厂使用臭氧处理地表水,其中80%与活性炭滤池联用;德国有70多家水厂应用臭氧一活性炭工艺;美国于1976年开始研究臭氧活性炭技术,至1990年40多家水厂应用这一工艺,其中包括纽约、洛杉肌等大水厂。

  4反渗透水处理应用技术水的反渗透技术研究,是20世纪50年代初开始的,膜技术在反渗透的基础上相继应用于城市给水处理中,膜处理的技术将依据源水水质选用不同的膜,以截流溶于水中的物质,所以膜技术是一种严格的物理的和绝对的分离技术。利用膜处理可以提供传统水处理技术从未达到的水质和可靠保证。膜处理技术有以下基本性能:它是一种物理过滤作用,不需要加注药剂;它是一种绝对的过滤作用;因为膜工艺运行的驱动力是压力,实现自控容易。

  膜处理技术主要包括:微滤(MF)MF是传统过滤法的直接延伸,属亚微米级范围,用以过滤胶体和细菌(<1(T2~1一7m)超滤(pF)pF比MF晋升一级,可除去病毒和大分子量有机物质(l(T7~KT8m)。

  =有机物及二价金属离子;反渗透(R0)可除去绝大部分溶解物。NF与R0没有可见孔隙,对无机和有机物的截留取决于溶质在膜中间的溶解度和扩散性。)反渗透(R)R0只能在高压(渗透)力下产生作用。若咸水的渗透需要的压力相对较小,而海水所需的渗透压,明显要高。

  电渗析(ED)ED是一种不同性质的工艺。它是用离子交换膜的电动势的驱动下,除去溶液中的带电离子。

  几种适于处理饮用水的膜主要特性见表2:表2处理饮用水的膜的主要特性工艺类型机理除去范围―病原体-有机~全丽电渗透(ED)不能全部除去反渗透(RO)全部除去纳滤(NF)全部除去不能微滤(MF)不能注:机理表亦:C―充电;S―筛滤;D―渗滤;病原体表示:C一孢子;B细菌;V―病毒;有机物:DBPp消毒副产物母体;COC合成有机质。

  一般膜处理工艺系统流程如下:表3预处理目标与方法目标方法备注除去悬浮物及胶体粒子用地下水,河边井水,地面水渗渠集水法传统净化与过滤(混凝,沉淀,过滤,气浮),滤网或筒式过滤,微滤,超滤。

  最经济防止结垢从溶液中除去离子向溶液中投加阻垢剂防止微生物污染用化学法消毒;用微滤、超滤膜的材料有:醋酸纤维膜,芳香族聚酰胺,复合式膜,纳膜(NF膜),离子交换膜(ED膜)。

  主要组件装置有:管式组件型,空心细纤维组件型及板框型螺族绕制型组件。

  目前,发达国家如法国、荷兰、美国等已有越来越多的人饮用经膜技术生产的饮用水。法国新建的一座膜法净水厂产量高达34xl4mVd,供应人口80万。英国建设的膜净水厂最大产量达到8x 104m3/d,国内有广东东莞太平港自来水公司等8家水厂采用全自动微滤设备,日产水量为24210m3/d,水厂规模从10lOOOOmVd不等。这些都标志着膜纯净水厂已成为熟的饮用水深度处理工艺。

  5结语比较以上各类深度水处理法,可谓各有优缺点。

  首先是二氧化钛的光催化法,优点明显:降解速度快,一般只需要较短时间可取得良好处理效果;降解无选择性,几乎能降解任何有机物,尤其适合于氯代有机物,多环芳烃等;氧化反应条件温和、能耗低,投资少,用紫外光照射或阳光下即可发生催化氧化反应;无二次污染,有机物彻底氧化为C2、H20;应用范围广泛。但因其光能利用率低,对失活的TiO材料再生问题,也亟待解决,另外,光催化剂的负载、光催化反应器的设计也是目前应用技术研究的迫切要求。对于二氧化氯代替氯消毒,可保持持续杀菌能力,同时二氧化氯进行预氧化和消毒能降低消毒副产物的生成量,这一点是非常有意义的,但由于二氧化氯的不稳定性和易爆性,二氧化氯本身很难作为一种商品对其进行包装、储存、运输,需现制现用,运行经济成本偏高。臭氧消毒氧化能力强,消毒效果好,处理水口感好,水温pH值的变化对消毒效果影响不大,不产生氯消毒副产物,但采用臭氧处理微污染水时,会生成许多副产物。膜技术处理法已进入成熟阶段,是当今水处理新的重要发展领域,其渗透、截留和抗污染的能力都在不断提篼,最为重要的是膜处理技术不需用化学药剂,为今后水处理工作开辟了全新的领域,但该技术目前还面临对水源预处理要求高,经济成本高的问题。

  综上所述,4种源水深度处理方法各有所长,又都有一定局限性,因此应结合实际情况,选择最适宜的深度水处理方式、方法。

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