【正文】 中文 6200字 廢水處理方法發(fā)展 Amit Sonune *， Rupali Ghate 水和國家管理研究所， 504號郵局， Paithan 路， Aurangabad 431005(MS)，印度 電子郵件： 2020年 2月 10日收到； 2020年 2月 19日獲得接受 摘要：廢水是排入代表社區(qū)生活的廢棄物的城市下水道的中的水中的固體和液體，廢水包含溶解的和懸浮的有機固體，而它們在生物學(xué)上 是可分解的和易腐爛的。廢水的兩個主要類別：生活的和工業(yè)的，并不是完全可分的。廢水處理是一個過程，在此過程中廢水中的固體一部分被去除，另一部分從非常復(fù)雜的易于腐敗的有機固體轉(zhuǎn)換為礦物質(zhì)或者相對穩(wěn)定有機固體。主要和次要的處理過程去除了廢水中絕大多數(shù)的 BOD 和懸浮物。但是，越來越多的例子證明這種程度的處理不足以保護得到的水，或者為工業(yè)和 /或本國再循環(huán)提供可重復(fù)使用的水。因此，為了更進一步的去除有機物和固體或者去除營養(yǎng)物和 /或毒性物質(zhì) ，污水處理廠增加了額外的處理步驟。在最近幾年在水處理領(lǐng)域方面有幾次新發(fā)展。備選方 案已經(jīng)有古典和傳統(tǒng)水質(zhì)處理系統(tǒng)。個人、社區(qū)、工業(yè)和國家為爭取方法保持必要的可利用的、適合使用的資源，高級廢水處理方法已經(jīng)成為一塊全球焦點。高級廢水處理技術(shù)，以及減少廢水和水再循環(huán)行動，為延緩可用水的不可避免的損失帶來了希望。膜技術(shù)非常適合廢水的再循環(huán)和重新使用。 膜可以在很寬的粒度和分子量范圍內(nèi)加以選擇。 膜技術(shù)在過去的十年中已經(jīng)成為一項重要的分離技術(shù)。膜技術(shù)主要優(yōu)勢在于它的工作過程中并不增加化學(xué)成分、能源耗費相對較低、簡單和較好安排的過程傳導(dǎo)。 本篇文章包括了全部先進的廢水處理和回用方法。 關(guān)鍵字：廢水； 主要處理；次要處理；膜技術(shù)；再循環(huán)；重新使用；高級水處理。 相應(yīng)作者：在地中海南部國家舉辦的 2020 歐盟淡化策略會議上提出：歐洲的地中海國家和地中海南方國家之間的合作。該會議由歐洲淡化組織和可飲用水辦公室發(fā)起，于 2020 年 5 月 30 日到 6 月 2 日在摩洛哥的馬拉喀什舉行。 00119164/04/$ 前瞻 169。 2020 Elsevier 介紹 水占地球 表面積 的 71%，人類 身體的 65%由水構(gòu)成 。 為了飲用、娛樂以及觀賞， 每 個人都希望獲得潔凈 的水 。 如果水 體受到 污染， 不僅 在經(jīng)濟上 和審美上會失去 它 的價值 ， 并且 還會對人類的 健康 、水中的魚類 和 依賴水體的 野生動物的生存 構(gòu)成威脅 。 化學(xué)污染物 對河流的污染是 最 嚴(yán)重 的環(huán)境問題 之一 。 進入河、溪 的化學(xué) 物質(zhì)的 污染 造成了 驚人數(shù)量的 破壞 。雖然 某些 水質(zhì)污染 是自然過程產(chǎn)生的，但 主要 還是人類活動的 結(jié)果。 我們每天在 家庭 和工業(yè)里使用水。 我們使用的水取自 湖泊、河流 和地下 (地下水 )；在我們使用之后 并且污染它 多數(shù) 又 返回 了 這 些 位置。 使用 過的 水 被稱為 廢水 。在排入水道之前， 如果 沒 有 處理， 其結(jié)果就是 嚴(yán)重的污染 。 廢水 可以定義為混合 液體或者 在水中攜帶的來自 住宅 、 機構(gòu)和商 業(yè)和工業(yè)建設(shè)的廢物 ，以及地下水 、 地面水和暴雨。 廢水 一般包含 大量的 需氧廢料 、 病原或者疾病 媒介、 有機物質(zhì) 、刺激植物生長的 營養(yǎng) 物質(zhì)、無機 物 、 礦物質(zhì)和沉淀物 ，廢水中也 可能包含有毒的化合物 [1]. 廢水 可以 分 為 4 類： ? 生活廢水：來自 住宅和商業(yè)機構(gòu) 和 相似 設(shè)施的廢水； ? 工業(yè) 廢水 ：工業(yè)廢物支配的廢水； ? 滲入 / 流入： 通過 間接和直接的方法 ， 例如通過漏關(guān)節(jié) 、 裂縫或者多孔的墻進入下水道系統(tǒng)的外來的水 。 流入 是從 雨水 管道連接處、 屋頂集箱 、 基礎(chǔ)和下水道地下室或者通過人孔蓋進入下水道系統(tǒng)的雨 水 ； ? 暴雨 ： 由于降雨 引起 的徑流 。 多年 來 市政廢水處理的主要目標(biāo)僅僅 是減少廢水中懸浮物、耗氧物質(zhì)、 溶解的 無機化合物和有害的細菌。 不過， 近年 來 ，更多的重點已經(jīng)被放 在 從市政處理過程中改進固體 廢物 的處理方法。處理市政廢水的基本的方法分成三級：初步處理，包括 粗砂 遷移、 篩選 、 磨碎 和沉淀； 二級處理通過生物 方法 使用 活性污泥氧化分解 有機物，然后 再 濾掉 活性污泥 ；三級處理， 在該工藝中采用先進的 生物方法除氮 ， 粒狀過濾和活性碳 吸附等物理化學(xué) 方法 也被采用 [2]. 在同行業(yè)以及不同行業(yè)間， 工業(yè)廢水的特性 有很大的 不同。工業(yè)排出物的影響不僅依賴 于它 們的集體特性， 比 如生化需氧量和 固體懸浮物的 數(shù)量，而且 決定于 具體的 有機物和無機物的含量 。 可提供三種選擇來 控制工業(yè)廢水 ：在工廠廢水產(chǎn)生的源頭進行控制 ； 排入市政處理源之前對廢水進行預(yù)處理 ；或者廢水 在工廠進行完全處理 或者重新使用或者 直接排入回收水源 。 工業(yè)廢水 是工業(yè)工廠和制造過程中產(chǎn)生的排除物。工業(yè)廢水可以代表全體的社區(qū)廢水的一個重要部分，并且 必須 為污水處理廠的成功操作考慮 。在 某些地方工業(yè)廢水 和 其他 社區(qū) 廢水 被一起收集起來，混合后集中處理 。在其他實例 中 ， 在排入市政下水道之前，工廠 可能 對工業(yè)廢水 提供一些預(yù)處理或者 局部處理 。 在 還有 的 其他 情況下 ， 工業(yè)廢水的量和性質(zhì)決定了 分開收集和處理 是 必要 的 。 由于建立在社區(qū)的工業(yè)和制造業(yè)的特殊性， 工業(yè)廢水 的 組成 、濃度、 流量 和 體積在很大程度上 不同。 工業(yè)廢 水 的具體的組成和體積將 會肯定地 取決于 已排放水 的使用 。產(chǎn)生 重要的大量廢水的典型工業(yè)包括 造 紙和纖維 工廠、 工鋼廠 、 精煉和石化 、 化學(xué)和肥料 工廠、 肉打包機和家禽處理器 、 蔬菜和水果包裝操作 等等 。工業(yè)排 出物可能由高 需氧量 的濃度很高 的有機的廢水組成或者包含能損壞下水道和其他建筑物的不良的化學(xué) 成分 。 工業(yè)排出物 可能包含 阻止生物降解或者含有有毒成分的 化合物， 這些化合物阻礙了污水處 理廠的合理操作 。 熱量的排放是工業(yè)污水中必須考慮的 一個不怎么明顯來源 ，因為它 降低 了 溶解氧 量 。很多工業(yè)使用大量 的冷卻水 ，盡管 金屬和化學(xué)工業(yè)也 確實在 使用冷卻水 ，電力工業(yè)是冷卻水的最大用戶。 傳統(tǒng)的廢水處理 方法 由物理 、 化學(xué)和生物處理 過程 結(jié)合 而 成， 該操作用以去 除固體、 有機物 ， 有時 也用來去除 廢水 中 的營養(yǎng) 物質(zhì)。一般的術(shù)語 過去常常 用來 描述處理的 不同程度 ，按處理水平 遞增 次序 為： 初步 、一級、 二 級和 三 級或深度廢水處理 。 預(yù)處理 預(yù)處理的目標(biāo)是 去除經(jīng)常在原水中存在的 粗 大 的固體 和 其他 體積較 大的 物質(zhì)。 預(yù) 處理 有助于 除去在尺寸方面 較大、 連附的 、懸浮的或者 流動的固體。這些固體由木頭的碎片 、 布 、 紙 、 塑料制品 、 廢料 ，連同 一些糞便 排泄物等等 組成。去除的是比重較大的固體無機物，比如沙、石、金屬、玻璃等。這些物體叫做 砂礫和 多余的 油脂。 一級 處理 一級 處理 通過物理學(xué)上的沉淀以及氣浮過程 用于除去 有機 物 和無機 固體 。大約 25 50%的進水 生物化學(xué)需氧量 (BOD5)、 5070%的總懸浮固體 (SS)和 65%的 油脂在 一級 處理期間 被 除去。一些有機氮，有機的磷和與固體相關(guān)的重金屬也在 一級 沉積期間 被 除去 ， 但是膠狀和溶解的 成分并沒 有受到影響。一級沉積單元的流出物被認為是初級流出物。 表格 1 通過來自 加利福尼亞 州的 3 個源污水處理廠主要排除物的數(shù)據(jù)，提供了相關(guān)信息。 表格 1 加利福尼亞 州被選定的污水處理廠的 未 處理 廢水和主要 排除物的質(zhì)量。 質(zhì)量 戴維斯市 圣地亞哥 落杉基聯(lián)合工廠 參數(shù) mg/l 源污水 主要排出物 源污水 主要排出物 源污水 主要排出物 BOD5 112 73 184 134 204 TOC SS 185 72 200 109 219 總 N NH3N 21 20 NON 0 0 OrgN TDS 829 821 1404 1406 堿度(CaCO3) 322 332 硬度(CaCO3) 265 來源： 國際 淡化協(xié)會 [3]. 二 級 處理 二級 處理的目標(biāo)是更進一步的除去 初級 處理 后的 廢水 中 殘余的有機物 和懸浮 固體 。 就 固體的尺寸 大小而言， 其 分配是大約 30%的懸浮物、 6%的 膠狀和大約65%溶解 固體。 初級 處理的功能是除去盡可能 多的 懸 浮 固體。 初級 處理利用干擾清除裝置或者 分解池 ，除去 廢水中可去除的 有機物和無 機 固體。因此 ，初級 處理后 的廢水 中 ，包含 了大量的 膠狀 、 有機 溶解物 和 無機 固體。 新近排放標(biāo)準(zhǔn)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 對 廢水 中 有機物 的去除指標(biāo)超出了 單獨 采取初級 處理 的去除能力 。 二級處理可以完成一級處理所不能達到的 新近排放標(biāo)準(zhǔn)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求 中對廢水中 有機物 的去除。 二級 處理 過程由廢水的生物處理組成，生物處理 利用在受控環(huán)境內(nèi)的多 種 不同類型 的 微生物 來處理廢水。 次要處理處理以利用在受控環(huán)境內(nèi)的微生物的很 多不同的類型由生物學(xué)的處理廢水組成。 不同于一級處理， 幾個 好 氧的生物過程 在二級處理中得到了運用 ， 氧被提供給 微生物 ，提高了微 生物體分解 代謝 有機物的 速率 。 3. 廢水處理方法的發(fā)展 初級處理 和 二級 處理 去除了廢水中大量的 BOD 和懸浮固體 。 盡管如此 ，越來越多 的事例說明 ， 為了 保護得到的水或者 為 工業(yè)和 生活 提供 可 再循環(huán)的水 ，這種程度的 處理 是不夠的。 因此， 污水處理廠增加了額外的處理步驟，以更進一步的去除有機物和固體或者去除 營養(yǎng)物和 /或毒性物質(zhì) 。 因此，高級廢水處理被 定義為 ：用于 產(chǎn)生高級品質(zhì)的 廢水任何過程 ，該過程優(yōu)于 通常 的二級 處理 過程，其操作控制單元 通常在 二級處理中是沒有的。 上述定義故意非常 寬泛 并且圍繞 在如 今 的 廢水處理過程中 通常不會出現(xiàn)的控制單元 。 深度 廢水處理的類型 按照流態(tài)深度廢水處理過程可以分為三大類： ? 三 級 處理 ? 物化 處理 ? 生物學(xué) 和 物理 學(xué)綜合 處理 三 級 處理 可以被定義為：繼傳統(tǒng)的二級處理之后的 任何處理 過程，該過程 在流程中 增加 了操作單元 。 在常規(guī)的二級處理過程后面增加的處理過程 可能 很 簡單比如增加 一 臺去除懸浮物的 過濾器 ，也可能很復(fù)雜，比如為 有機 物、懸浮物、 氮和磷的 去除增加許多處理單元 。 物化處 理 被定義為 這樣的 一個處理過程， 在該過程中為了獲得期望的廢水 生物學(xué)和物理 化學(xué)過程 被 混合 采用。 生物學(xué) 、物理學(xué)化學(xué) 綜合 處理與三 級 處理 的 區(qū)別 在于三級處理的任何過程都是在傳統(tǒng)的生物處理之后增加的 ， 而 在 綜合 處理過程中，生物學(xué)和 物理化學(xué) 處理方法 是被 混合 采用的 。 對深度 廢水處理 進行分類 的另一種方法 是 處理目標(biāo) 的 差異 性 。 深度廢水處理被用來 ： ? 多余 的有機 物 和懸 浮 固體 的去除； ? 需氧氮的去除（ NOD）； ? 營養(yǎng)物質(zhì)的去除 ； ? 有毒 物質(zhì) 的 去除； 如今 ，如果不是最多也有很多的 實例，傳統(tǒng)的二 級 處理 去除了 足夠 BOD 和懸浮物 。 但是廢水的深度處理是必須要的，因為廢水深度處理工廠排出的廢水可能被直接或者間接 地進入 再循環(huán) 以 增加可得到的生活用水。 經(jīng)深度 處理 過的 廢水可 以 用于工業(yè)過程或者冷卻給水 。一些得到的水是沒有能力容納二級處理后的廢水的。二級處理實際去除的廢水中的有機污染物并沒有理論上那么多。 依據(jù) BOD 和 SS 的去除率二級處理的性能 經(jīng)常 被 測量。一座設(shè)計和 運行良好的二級污水處理廠可以去除 85% 到 95%的 BOD 和 SS， 但是 DOD 實驗并沒有 測量所有存在于廢水的有機 物質(zhì) 。 二級處理后的廢水 平均 含有 20 mg/L 的 BOD 和 60 到 100 mg/L 的 COD。因此，當(dāng)優(yōu)質(zhì)的廢水被要求時， 額外的有機物的去除 必須完成。 除了經(jīng)二級處理后存在于廢水中的有機物質(zhì)外 ， 廢水中還存在額外的需氧氮 。 膜 處理技術(shù) 的出現(xiàn) 生物學(xué)和化學(xué)已經(jīng)發(fā)展 成為 處理不同 情況 的處理方法。 然而這些應(yīng)用經(jīng)常受到下列因素制約： 昂貴的處理費用 、不斷增加的 有毒的化學(xué)制品 、 安裝 所要求的 廣闊的空間 、 二次污染等等 。 因此 ，物理學(xué)上基于對 固體 和 液體的膜分離 技術(shù)在過去的 20 年 里 受到 了越來越多的 歡迎，并且 逐漸成 為 21 個世紀(jì) 很有前景 的技術(shù)。 這是 一種從 水和廢水 中精練提取 多種流體 來制取 化工產(chǎn)品 的方法 。 這也是一個壓力驅(qū)動的過程 ，其依據(jù)是 膜的毛孔大小 (和海綿一樣的帶有精確尺寸的毛孔結(jié)構(gòu)的典型的 塑料薄膜或 薄片 ) 根據(jù)他們的毛孔尺寸分 別 供給溪零部件。 人類對膜的 使用 并 不罕見 ， 空氣過濾器 、 水過