废水污染治理新技术

　水污染现状
　　中国环境状况公报显示，2008年全国地表水污染依然严重，全国七大水系407个国家监控断面中， Ⅰ~Ⅲ类、Ⅳ~Ⅴ类、劣Ⅴ类水质的断面比例分别为49.9%、26.5%和23.6%，七大水系水质总体为中度污染，浙闽区河流水质为轻度污染，西北诸河水质为优，西南诸河水质良好，湖泊（水库）富营养化问题突出;近岸海域水质总体为轻度污染。
　　“十一五”期间，淮河、海河、辽河、巢湖、滇池、松花江、三峡库区及其上游、黄河中上游等流域水污染防治规划，共安排污染治理项目2712个，投资1600亿元。截至2008年9月，已经建成881个，在建960个，完成投资510亿元。2008年工业废水治理投资194.6亿元。
　　根据政府对再生水的规划测算，2010年中国城市污水再生设施将达到680万t/d，再生水工程新增投资约100亿元。
　　废水污染治理新技术
　　城市生活污水
　　目前，中国城市污水处理主要采用生物活性污泥法。目前形成的较典型的二级处理工艺有：传统活性污泥法、AB法、A/O工艺、A2/O工艺、氧化沟工艺、ICEAS工艺、CASS工艺、SBBR工艺、BIOLAK工艺等。其中应用较多的为氧化沟工艺和CASS工艺（CASS工艺和BIOLAK工艺为较新型工艺）。
　　CASS工艺
　　CASS工艺是一种循环式活性污泥法，是SBR工艺的改进形式，通过曝气和不曝气阶段的交替运行，实现反应器以厌氧—缺氧—好氧—缺氧—厌氧的方式运行。CASS池的变容运行提高了系统对水量水质变化的适应性和操作的灵活性;选择器的设置加强了微生物对磷的释放、反硝化、对有机物的吸附吸收等作用，增加了系统运行的稳定性，能很好地缓冲进水水量与水质的波动，有效去除污水中有机碳源污染物，具有良好的脱氮、除磷功能，排出的剩余污泥稳定化程度较高。同时CASS工艺还能有效防止污泥膨胀。
　　BIOLAK工艺
　　BIOLAK工艺是由德国冯•诺顿西公司开发的一种具有脱氮除磷功能的活性污泥处理系统。BIOLAK工艺的曝气头悬挂在浮链上，浮链被松弛地固定在曝气池两侧，每条浮链可在池内一定区域蛇形运动，在曝气链运动过程中自身的自然摆动就可以达到很好的混合效果，节省了混合所需的能耗。BIOLAK工艺采用HDPE防渗膜衬里的土池结构，减少了投资;其活性污泥负荷较低，污泥回流量大，污泥在曝气池中的停留时间长，减少了污泥量，增加了剩余污泥的稳定性，有利于后续处置。
　　工业废水处理
　　膜技术
　　膜分离法常用的有微滤、纳滤、超滤和反渗透等技术。由于膜技术在处理过程中不引入其他杂质，可以实现大分子和小分子物质的分离，因此常用于各种大分子原料的回收，如利用超滤技术回收印染废水的聚乙烯醇浆料等。目前限制膜技术工程应用推广的主要难点是膜的造价高、寿命短、易受污染和结垢堵塞等。伴随着膜生产技术的发展，膜技术将在废水处理领域得到越来越多的应用。
　　磁分离技术
　　磁分离技术是近年来发展的一种新型的利用废水中杂质颗粒的磁性进行分离的水处理技术。对于水中非磁性或弱磁性的颗粒，利用磁性接种技术可使它们具有磁性。磁分离技术应用于废水处理有三种方法：直接磁分离法、间接磁分离法和微生物—磁分离法。目前研究的磁性化技术主要包括磁性团聚技术、铁盐共沉技术、铁粉法、铁氧体法等，具有代表性的磁分离设备是圆盘磁分离器和高梯度磁过滤器。目前磁分离技术还处于实验室研究阶段，还不能应用于实际工程实践。
　　Fenton及类Fenton氧化法
　　典型的Fenton试剂是由Fe2 催化H2O2分解产生•OH，从而引发有机物的氧化降解反应。由于Fenton法处理废水所需时间长，使用的试剂量多，而且过量的Fe2 将增大处理后废水中的COD并产生二次污染。近年来，人们将紫外光、可见光等引入Fenton体系，并研究采用其他过渡金属替代Fe2 ，这些方法可显著增强Fenton试剂对有机物的氧化降解能力，减少Fenton试剂的用量，降低处理成本，统称为类Fenton反应。Fenton法反应条件温和，设备较为简单，适用范围广;既可作为单独处理技术应用，也可与其他方法联用，如与混凝沉淀法、活性碳法、生物处理法等联用，作为难降解有机废水的预处理或深度处理方法。
　　臭氧氧化
　　臭氧是一种强氧化剂，与还原态污染物反应时速度快，使用方便，不产生二次污染，可用于污水的消毒、除色、除臭、去除有机物和降低COD等。单独使用臭氧氧化法造价高、处理成本昂贵，且其氧化反应具有选择性，对某些卤代烃及农药等氧化效果比较差。为此，近年来发展了旨在提高臭氧氧化效率的相关组合技术，其中UV/O3、H2O2/O3、UV/H2O2/O3等组合方式不仅可提高氧化速率和效率，而且能够氧化臭氧单独作用时难以氧化降解的有机物。由于臭氧在水中的溶解度较低，且臭氧产生效率低、耗能大，因此增大臭氧在水中的溶解度、提高臭氧的利用率、研制高效低能耗的臭氧发生装置成为研究的主要方向。
　　湿式（催化）氧化
　　湿式（催化）氧化法是在高温（150~350℃）、高压（0.5~20 MPa）、催化剂作用下，利用O2或空气作为氧化剂（添加催化剂），（催化）氧化水中呈溶解态或悬浮态的有机物或还原态的无机物，达到去除污染物的目的。湿式空气（催化）氧化法可应用于城市污泥和丙烯腈、焦化、印染等工业废水及含酚、氯烃、有机磷、有机硫化合物的农药废水的处理。
　　等离子体水处理技术
　　低温等离子体水处理技术，包括高压脉冲放电等离子体水处理技术和辉光放电等离子体水处理技术，是利用放电直接在水溶液中产生等离子体，或者将气体放电等离子体中的活性粒子引入水中，可使水中的污染物彻底氧化、分解。水溶液中的直接脉冲放电可以在常温常压下操作，整个放电过程中无需加入催化剂就可以在水溶液中产生原位的化学氧化性物种氧化降解有机物，该项技术对低浓度有机物的处理经济且有效。此外，应用脉冲放电等离子体水处理技术的反应器形式可以灵活调整，操作过程简单，相应的维护费用也较低。受放电设备的限制，该工艺降解有机物的能量利用率较低，等离子体技术在水处理中的应用还处在研发阶段。
　　电化学（催化）氧化
　　电化学（催化）氧化技术通过阳极反应直接降解有机物，或通过阳极反应产生羟基自由基（•OH）、臭氧等氧化剂降解有机物。电化学（催化）氧化包括一维、二维和三维电极体系。由于三维电极体系的微电场电解作用，目前备受推崇。三维电极是在传统的二维电解槽的电极间装填粒状或其他碎屑状工作电极材料，并使装填的材料表面带电，成为第三极，且在工作电极材料表面能发生电化学反应。与二维平板电极相比，三维电极具有很大的比表面，能够增加电解槽的面体比，能以较低电流密度提供较大的电流强度，粒子间距小而物质传质速度高，时空转换效率高，因此电流效率高、处理效果好。三维电极可用于处理生活污水，农药、染料、制药、含酚废水等难降解有机废水，金属离子，垃圾渗滤液等。
　　超声波氧化
　　频率在15~1000kHz的超声波辐照水体中的有机污染物是由空化效应引起的物理化学过程。超声波不仅可以改善反应条件，加快反应速度和提高反应产率，还能使一些难以进行的化学反应得以实现。它集高级氧化、焚烧、超临界氧化等多种水处理技术的特点于一身，加之操作简单，对设备的要求较低，在污水处理，特别是在降解废水中毒性高、难降解的有机污染物，加快有机污染物的降解速度，实现工业废水污染物的无害化，避免二次污染的影响上具有重要意义。近年来利用超声波直接处理或强化处理有机废水的研究日益增多，内容涉及降解机理、动力学、中间产物、影响因素、系统优化等方面。
　　辐射技术
　　20世纪70年代起，随着大型钴源和电子加速器技术的发展，辐射技术应用中的辐射源问题逐步得到改善。利用辐射技术处理废水中污染物的研究引起了各国的关注和重视。与传统的化学氧化相比，利用辐射技术处理污染物，不需加入或只需少量加入化学试剂，不会产生二次污染，具有降解效率高、反应速度快、污染物降解彻底等优点。而且，当电离辐射与氧气、臭氧等催化氧化手段联合使用时，会产生“协同效应”。因此，辐射技术处理污染物是一种清洁的、可持续利用的技术，被国际原子能机构列为21世纪和平利用原子能的主要研究方向。
　　光化学催化氧化
　　光化学催化氧化技术是在光化学氧化的基础上发展起来的，与光化学法相比，有更强的氧化能力，可使有机污染物更彻底地降解。光化学催化氧化是在有催化剂的条件下的光化学降解，氧化剂在光的辐射下产生氧化能力较强的自由基。催化剂有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2和Fe3O4等。分为均相和非均相两种类型，均相光催化降解是以Fe2 或Fe3 及H2O2为介质，通过光助-Fenton反应产生羟基自由基使污染物得到降解;非均相催化降解是在污染体系中投入一定量的光敏半导体材料，如TiO2、ZnO等，同时结合光辐射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电子—空穴对，吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子—空穴作用，产生•OH等氧化能力极强的自由基。TiO2光催化氧化技术在氧化降解水中有机污染物，特别是难降解有机污染物时有明显的优势。
　　SCWO（超临界水氧化）技术
　　SCWO是以超临界水为介质，均相氧化分解有机物。可以在短时间内将有机污染物分解为CO2、H2O等无机小分子，而硫、磷和氮原子分别转化成硫酸盐、磷酸盐、硝酸根和亚硝酸根离子或氮气。美国把SCWO法列为能源与环境领域最有前途的废物处理技术。SCWO反应速率快、停留时间短;氧化效率高，大部分有机物处理率可达99%以上;反应器结构简单，设备体积小;处理范围广，不仅可以用于各种有毒物质、废水、废物的处理，还可以用于分解有机化合物;不需外界供热，处理成本低;选择性好，通过调节温度与压力，可以改变水的密度、粘度、扩散系数等物化特性，从而改变其对有机物的溶解性能，达到选择性地控制反应产物的目的。超临界氧化法在美国、德国、瑞典、日本等欧美国家已经有了工艺应用，但中国的研究起步较晚，还处于实验室研究阶段。
　　铁炭微电解处理技术
　　铁炭微电解法是利用Fe/C原电池反应原理对废水进行处理的良好工艺，又称内电解法、铁屑过滤法等。铁炭微电解法是电化学的氧化还原、电化学电对对絮体的电富集作用、以及电化学反应产物的凝聚、新生絮体的吸附和床层过滤等作用的综合效应，其中主要是氧化还原和电附集及凝聚作用。铁屑浸没在含大量电解质的废水中时，形成无数个微小的原电池，在铁屑中加入焦炭后，铁屑与焦炭粒接触进一步形成大原电池，使铁屑在受到微原电池腐蚀的基础上，又受到大原电池的腐蚀，从而加快了电化学反应的进行。此法具有适用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低廉及操作维护方便等诸多优点，并使用废铁屑为原料，也不需消耗电力资源，具有“以废治废”的意义。目前铁炭微电解技术己经广泛应用于印染、农药/制药、重金属、石油化工及油分等废水以及垃圾渗滤液处理，取得了良好的效果。
　　中国污水行业现状及发展方向
　　当前，中国污水处理行业市场存在的主要问题有相关政策、法规体系尚不完善;城镇污水处理正处于行政管理体制的转型阶段，与市场化的要求还有一定的差距;部分城市污水处理厂的经营、监督主体混淆不清;收费制度实施不到位;投融资体制亟待完善;地方配套的污水收集管网建设滞后，污水收集率低，很多城镇污水处理厂的水量水质与设计要求相差较大;对企业排污监督制度的不完善，部分工业企业存在不达标排放甚至偷排现象，对城市污水处理厂水质形成很大的冲击，影响污水厂的正常运行。
　　为推动中国污水处理行业的健康发展，必须完善各种排污收费、污水资源化监督管理等的法制规范建设;推行循环经济发展模式，在工业企业的新建和升级改造时采用BAT技术，实现原材料的减量化、再循环、再利用，以“污水资源化”为基本，从源头上减少污水及污染物的产生量;促进污水处理行业的产业化、市场化，在政府的培育、引导、监督下，推动污水处理和再生水回用的产业化发展;施行科学合理的运营管理体制，积极推行PPP、BOT、ABS和“一体化”运营模式;加强政府部门、企业自身、社会公众的参与监督意识;设立环保基金用于处理突发污染事件和对废弃工业企业遗留污染的治理。
　　总结
　　进入新世纪，政府对水污染严峻形式的重视程度和治污投资力度逐步加大，全国各大中型城市、县城生活污水处理设施建设的步伐加快，2008年城市污水处理率达到70.2%;着力推进结构减排，加大对造纸、酿造、印染等行业落后产能淘汰力度，大力推进技术改造;积极推进农村污水的处理和资源化。这些措施扭转了中国在国民经济飞速发展的同时，水污染继续恶化的不良势头，显著改善了水环境。
　　今后，要加大对污染源排放的控制力度，工业企业要采用深度处理达到稳定达标排放;除继续建设污水处理厂外，对已建成污水处理厂要加强运营监管，包括污水处理厂负荷率的提升，污水收集管网的完善，污泥处理处置设施的建设运行，再生水的利用等;采用人工湿地、生态修复、区域截污等措施加强区域综合治理;增加科研投资，促进新的治理技术和设备的开发和应用;加大水污染防治监督检查力度，进一步完善水污染防治保障机制;加快相关政策、法规体系的建设;加快污水处理行业产业化、市场化的步伐。