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德国污水处理面临的新挑战及应对措施——末端处理以及结论篇

2015-06-08来源:中宜环科环保产业研究微信
   越来越多的有机微污染物在河流、湖泊,甚至地下水中,都已经被检出,这些微污染物包括农药残留、激素等。污水处理厂的出水中含有这些物质,是因为现在的污水厂工艺中,都还没有涉及处理此类物质的去除工艺。即便如此,现在的污水处理厂通过活性污泥的吸附以及生物降解或者生物转移作用,也能去除相当一部分的微污染物。然而,残留的污染物包括农药、激素及其他有机微污染物虽然浓度不高,但也有可能引发水生态系统的问题,甚至影响到供水系统。
   在原水中,这些微污染物的浓度可达几百ug/L,在处理后的出水中,其浓度为10-100ug/L。目前,还没有一部法律法规对出水中农药残留物的浓度有明确的规定。
   降低地表水中有机微污染物含量的方法之一是在污水处理厂整体工艺中加入处理微污染物的技术与工艺,这些技术包括:
   ——臭氧氧化;
   ——活性炭吸附;
   ——膜过滤。
   正常情况下,这些工艺应当放在污水厂整体工艺流程的最末端,比如,置于二沉池之后。
1、臭氧氧化
   臭氧是一种强氧化剂,许多有机物都可以被臭氧氧化。但是,使用臭氧的一个问题是有机物有时不能被臭氧完全矿化,而只是发生了一些形态转化,结果是有可能产生更为有害的物质。
2、活性炭吸附
   活性炭具有巨大的内表面积(1000 m2/g),并且可以吸附大量的溶解态物质。活性炭吸附对于去除微污染物而言,是一种非常行之有效的方法,对于大部分微污染物,活性炭吸附去除比例甚至可以高达80%以上。
   在工艺上,活性炭可以以粉末的形式投加到水中(颗粒直径是10~15um),或者单独设置一个填充有颗粒活性炭的活性炭柱(颗粒直径是1~3mm)。
如果采用投加粉末活性炭的方式,在整体工艺末端要将粉末活性炭与水体进行分离。分离的方法可以通过沉淀(辅以絮凝)、砂滤或者膜过滤,其中膜过滤需要更多的能量消耗。使用过的活性炭需要被焚烧,吸附在其上的有机物将被完全矿化。如果采用的颗粒活性炭柱的方式,污水在进入活性炭柱之前必须进行充分的预处理,尤其是悬浮颗粒和铁必须被完全去除。活性炭柱里的颗粒活性炭可以再生并重复使用。
3、膜过滤
   纳滤和反渗透膜对于去除药物残留都非常有效。操作压力在5~40bars时,就可以从废水中提纯出纯水。在生物处理之后,出水通常要进行预过滤(微滤)以防污染。膜元件需要进行化学清洗。产水/废水的比例通常在75%~80%之间。也就是说,将有20~25%的含有残留物的水需要进行进一步的处理。由于操作压力较高,能耗基本在1~2 kWh/m3 。
   由于以上的这些问题,膜过滤还不太适宜大规模使用。膜元件也可以在MBR中使用,MBR可以替代传统活性污泥法中的曝气反应池和二沉池。通常情况下,超滤膜的工作压力是1bar以下。为了防止膜污染,必须采用更高压力的空气流对膜进行“冲洗”,这也就是为什么膜过滤的能耗会高达1 KWh/m3的原因。在这种工艺中,药物残留的去除率会高于传统工艺的污水处理厂,但是并没有高很多。

                        臭氧氧化、活性炭吸附、纳滤工艺的工艺流程图


   通过以上附加的工艺段,水中的微污染物可以得到一定程度的削减,但是不能完全消除。只有找到产生这些微污染物的化学品的替代品或者减少对这些化学品的消耗才是彻底解决问题的方法。
结论
   今天的德国依然走在解决污水处理新问题与新挑战的路上。
   我们可以通过工艺的优化来降低能量消耗。比如,优化曝气、水泵等。能量产生同样可以通过工艺优化得以提升,比如,污泥厌氧消化以及热电联产等。通过以上这些方法,污水处理厂完全可以实现能量自给。
   如果脱氮采用厌氧氨氧化工艺,将会节省更多的能量。如果将厌氧氨氧化工艺应用在主流污水处理工艺中,用其取代传统厌氧消化脱氮工艺,将会产生更多的可挥发性悬浮固体,从而增加厌氧污泥消化罐的产能,即产生更多的沼气。
   减少二氧化碳等温室气体的排放可以通过优化能量平衡来得以实现。在活性污泥工艺中,温室气体甲烷并不是最主要的。关于N2O的排放问题只有少量数据可供参考,应当加强对该领域的研究。
   关于磷回收方便,截止到2011年只有德国的吉夫霍恩有较大的工程案例,它采用的是改良Seaborne Process工艺来处理消化污泥。德国的一个小型污水试验场在进行从污泥灰分中分离磷元素的试验。从污水中可以回收大量的磷元素,但是其成本也要高出回报好几倍。
   可以采取其他污水处理工艺来去除水体中的微污染物,但是只能削减,不能根除。只有找到产生这些微污染物的化学品的替代品或者减少对这些化学品的消耗才是彻底解决问题的方法。

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