八套美国关键技术助力我国工业废水、市镇污水和河湖水污染治理

2024-06-13 09:13:28发布浏览148次信息编号：75132

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引进美国水处理关键技术

在前期调研工作的基础上，根据合作的环保公司的意见和建议，通过讨论研究，并考虑到我国对国外环保技术的实际需求，在工业废水处理、市政污水处理和河湖水污染防治三个领域推出了8套美国关键技术。其中，工业废水处理包括高盐废水蒸馏处理技术、高氨氮废水膜生物反应器处理技术和重金属废水电化学处理技术；市政污水处理包括模块化移动式膜生物反应器技术和污泥处理技术（包括预处理、带式压滤机、污泥搅拌、超声波污泥破碎机及浓缩机等5套关键技术）；河湖水污染防治技术包括河床清淤技术（脱水袋、土建编织管及疏浚等5套关键技术）、应急处理技术和通用净水剂。

1.工业废水处理技术

工业废水（）包括生产废水、生产污水和冷却水，是指工业生产过程中产生的废水和废液，其中含有工业生产原料、中间产品、副产品以及生产过程中产生的随水流失的污染物。随着我国工业的快速发展，废水种类和数量迅速增加，特别是高浓度、难降解工业废水污染日益普遍和严重。这里所说的“高浓度”是指该类废水有机物浓度高，COD一般在500~1000/L以上，有的甚至高达几万至几十万/L；“难降解”是指该类废水可生化性较低，BOD5/COD值一般在0.3以下甚至更低，难以生物降解。目前，高盐、高氨氮、重金属含量高的工业废水对国家安全和社会经济发展影响最大，处理难度最大。因此我们特别推荐美国以下关键技术：

1.1高盐工业废水处理关键技术——蒸馏技术（）

1.1.1 简介

高盐废水是指总盐含量按质量分数大于1%的含盐废水，主要来源于化工、电力、食品、印染、纺织等行业。高盐废水中含有大量的无机盐离子，包括Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、SO42-等，其来源非常广泛，如煤化工行业的煤气洗涤、循环系统、工艺生产、化学水站的试剂添加等；大型化工企业的磺化、氯化、胺化等工艺过程中引入的NH4Cl、(NH4)2SO4；军工化工行业硝化棉生产过程中排出的NaCl等；印染行业大量使用的NaNO3、NaCl等；化工皂素废水中大量排出的Cl-；农药生产中的有机磷农药——含有非常高的PO43-和NaCl；氨碱法生产纯碱排出的CaCl2和NaCl；化工、冶金、电力等行业产生的工业废水经处理达到排放标准后，再采用反渗透技术回收“淡水”，生成总溶解固体（TDS）大于8%的高盐废水。

国内外高盐废水处理技术：

1.热法高盐废水处理技术

焚烧工艺

冷却结晶工艺

蒸发结晶技术

优点：处理效果好、零排放。

缺点：能耗高，水量低

2.以生化方法为主与其他物理化学方法相结合的工艺

优点：可以以较低的成本处理大量的高盐废水。

缺点：处理效果较低、微生物培养驯化困难。

1.1.2 美国高盐废水蒸馏处理技术

如图所示，该设备分为两个室——冷凝室和蒸发室。在冷凝室中，废热或蒸汽从这里流入，通过两室之间的纳米级耐腐蚀导热壁，将热量传递到蒸发室进行热量再利用，然后将废热冷却排出仪器外，蒸汽流冷凝形成蒸馏水；在蒸发室中，高盐废水从这里流入，通过纳米级耐腐蚀导热壁，与冷凝室中的废热或蒸汽流发生热交换，从而形成蒸发环境，形成蒸汽和高浓度废水，其中这种蒸汽是满足NPDES排放限值的蒸馏水，而形成的高浓度废水体积大大减少，有利于进一步处理或输送到集中处理站。

固定式、移动式模块化及示范规模蒸馏技术

美国与中国高盐废水蒸馏处理技术对比

美国技术

中国技术

相关信息

AR 蒸镀系统

无锡海悦MVR蒸发器

基本的

AR工艺净化水—高效蒸发——通过技术创新与重组，该技术与传统蒸馏结晶工艺相比，可以实现较低的能耗和较低的建设成本。

待处理的含盐废水进入该装置，与装置内的废热流体进行热交换，使待处理的含盐废水蒸发，从而实现待处理的含盐废水的进一步浓缩。

它是利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，通过压缩机的机械功，将低品质蒸汽提升为高品质蒸汽热源，如此循环为蒸发系统提供热能，从而减少对外界能源需求的一项节能技术。

适用范围

适用于高盐度、高浓度渗滤液污水处理及海水淡化。

1、生物制药、化工行业废水浓缩结晶

2.无机盐产品的浓缩结晶

3、某些药物的蒸发、浓缩和结晶。

特征

联合应用和替代燃料源（例如垃圾填埋气“LFG”）有可能将公用事业成本降低 80%，从而提高投资回报率。

AR 具有独特的低能耗废热能力。AR 工艺能够利用温度低至 250°F 的废热气体和液体流。

1、无需蒸汽蒸发，只需回收二次蒸汽余热及机械压缩即可维持正常蒸发。

2、无需冷凝系统，无需冷却水对二次蒸汽进行冷却。

3、可实现低温蒸发，适合热敏性物料的浓缩。

4、能耗极低，蒸发一吨水最低能耗仅需30KW，总效率相当于20效蒸发器。

优势

低资本要求

低运营成本

基于先例的监管框架

精密控制经济学

低维护

高可扩展性

减少设施要求

高品质处理水

1、工艺简单、可靠。

2.无需预处理。

3、不产生污泥。

总运营成本

运行成本一般为0.05美元/加仑（分钟）。美国居民电价为0.12美元/度，假设100度电为12美元。中国居民电价为0.55元；工程电价约1美元，民用电价约1美元。120立方米一年的运行成本约为20万美元（150万人民币）。

以MVR-MJ200机组为例，物料溶液为硫酸铵废水，MVR-MJ200强制外循环机组蒸发量为/h；一般来说蒸发量为/h。硫酸铵废水蒸发多采用双效蒸发器，其蒸汽能效比在0.55左右，冷却水耗量为10立方米/蒸发吨。（按蒸汽价200元/吨，电价0.65元/度，冷却水价0.15元/立方米计算）

MVR系统每年节省的运行费用为：401.4-78.91=322.49万元

项目总投资

120立方米设备投资约17万美元

120立方设备投资100万元

应用案例

位于美国东北部宾夕法尼亚州的一家大型垃圾填埋场产生大量渗滤液，必须进行商业处理。部署 AR 系统后，该客户已成功将渗滤液淡化至符合美国环保署对当地河流地表排放要求的水质水平。

此外，该项目也是 AR 系统利用废热运行的一个例子。根据美国《清洁空气法》的监管框架，垃圾填埋场产生的甲烷气体应燃烧排放到大气中。AR 系统利用这种甲烷作为能源来淡化垃圾填埋场渗滤液，从而降低处理成本并充分利用甲烷能源。

(抗生素)40吨/天MVR-QW36设备

规模：40吨/日

工艺：MVR-QW36

项目时间：2014年

1.2高氨氮工业废水处理关键技术——膜生物反应器（MBR）

1.2.1 简要描述

氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。高氨氮废水一般是由于氨水和无机氨共存而形成的。在酸性pH条件下，废水中的氨氮主要由无机氨引起。氨氮是水体中的营养物，能造成水体的富营养化，是水体中主要的耗氧污染物，对鱼类和某些水生生物有毒性。水中的氨氮在一定条件下可转化为亚硝酸盐，如果长期摄入，水中的亚硝酸盐会与蛋白质结合形成亚硝胺，亚硝胺是强致癌物，对人体健康极为有害。

高浓度氨氮废水主要来源于钢铁、炼油、化肥、无机化工、铁合金、玻璃制造、肉类加工和饲料生产等工业生产过程。随着工业的快速发展，大量氨氮废水排入水体，不仅造成水体的富营养化，造成水体黑臭，而且增加了水处理的难度和成本，甚至对人和生物产生毒性作用。

国内外高氨氮工业废水处理技术：

1.物理化学法

u 吹扫方式

u沸石脱氨法

u膜分离技术

uMAP沉淀法

化学氧化法

2.生物脱氮

你有 A/O

u两级活性污泥工艺

u强氧化好氧生物处理

u 短程硝化反硝化

超声波吹脱法处理氨氮

3.生化联合法

u生物活性炭流化床、膜生物反应器技术（MBR）。

1.2.2美国高氨氮废水处理关键技术——膜生物反应器技术（MBR）

膜生物反应器（MBR）是将膜分离技术与生物处理技术有机结合的一种新型废水处理系统。

MBR优点：

u低能耗、低成本

无特殊建筑或泳池要求

整个系统可以放置在室内

无需膜罐

对于小型设备来说非常划算

MBR的缺点：

不适合大型工厂

膜生物反应器 (MBR) 是 BNR 应用的理想选择。膜生物反应器非常适合从废水中去除氮和磷等营养物，使其含量降至极低水平。

脱氮：活性污泥废水中氮的生物营养物去除 (BNR) 是一个三步过程：氨化、硝化和反硝化。这些过程需要活性污泥中特定的条件才能发生，而 MBR 比其他系统更能实现和维持这些条件。

硝化：MBR 系统设计用于在不同的 MLSS 浓度下运行。这意味着可以通过改变混合液的浓度轻松改变系统的固体停留时间 (SRT)。足够的 SRT 是促进硝化细菌生长所需的最重要因素之一，允许操作员灵活地拨入正确 SRT 的系统比不太重要的因素表现更好。传统的处理系统依赖于污泥的沉降性，这会将混合液浓度限制在较低的范围内。

该公司提供 MBR 系统中的 pH 控制。这可以自动管理系统的碱度，以确保硝酸盐具有硝化反应进行所需的碱度。包括碱度在内的整个过程的自动控制可确保可靠的硝化。

反硝化：ORP 控制用于监测和控制缺氧区的缺氧条件。为了实现一致的反硝化，ORP 应低于 50 毫升。当 ORP 因负荷不足或其他因素而增加时，系统会添加补充碳以将 ORP 保持在反硝化范围内。这可确保硝酸盐进入缺氧区。同样，系统的自动控制可保持正确的条件，以保持一致的高质量流出物。

胶体氮：常规系统无法去除胶体非生物降解 TKN 等小颗粒氮。这些胶体颗粒和少量生物固体会超出堰口，增加总流出氮量。MBR 系统使用 0.03 微米超滤，可去除所有胶体颗粒。

除磷：除磷可采用生物除磷或添加混凝剂的方式，若采用生物除磷，系统通常仍使用混凝剂添加剂，其MBR系统采用的超滤膜可以去除哪怕是最小的胶体磷颗粒，使系统出水总磷含量低于0.1mg/L。美国MBR技术与国内价格对比见表格。

美国与中国高氨氮废水MBR处理技术对比

美国技术

中国技术

相关信息

美国-工业膜生物反应器（MBR）

北京碧水源MBRU膜生物反应器模块

基本的

工业膜生物反应器 (MBR) 使用外部交叉流超滤器，其膜通量是中空纤维替代品的三倍（60-90 GFD 对比 20-25 GFD 中空纤维）。™ 膜生物反应器 (MBR) 系统使用垂直安装的管式膜。再循环泵使用空气将混合液从生物反应器输送到每个模块的底部，并在那里注入。这实际上是一个气升泵，它增加了速度以帮助冲洗膜。冲洗混合物从每个模块的顶部排出并返回到生物反应器（或如果发生硝化则返回到缺氧区）。渗透水定期循环以冲洗每个模块组。这消除了膜管内形成的任何阻力，从而保持了通量率。这种膜结构允许低能耗运行。而且该公司的设备简单且价格低廉。

膜生物反应器是将膜分离单元与生物处理单元相结合的一种新型水处理技术，它与活性污泥法不同，不采用沉淀池进行固液分离，而是利用膜分离技术取代传统活性污泥法的沉淀池和常规过滤单元，使水力停留时间（HRT）与污泥龄（SRT）完全分离，因而具有高效的固液分离性能；同时利用膜的特性，防止活性污泥随出水流失，在生化池内形成5000~/L的超高浓度活性污泥，使污染物被彻底分解，故出水水质良好而稳定，出水细菌、悬浮物、浊度接近于零，并可截留粪大肠菌群等生物性污染物，既可同步去除污染物，又可实现污（废）水的再生回用。

适用范围

垃圾渗滤液、除金属危废渗滤液、汽车制造废水、食品加工废水、钛加工废水。

1、城市污水及类似水质的污（废水）处理及回用。

2、高浓度有机废水。

特征

例如该工艺一般简单、经济、往往无相变化、分离系数大、节能、高效、无二次污染、可常温操作、可直接放大、可配备专用膜等，当常规分离方法不能经济合理地进行分离时，膜分离工艺特别适合作为一种分离技术。

出水水质高标准、安全稳定、占地面积小、模块化设计、可根据数量灵活扩容、自动化、智能化程度高、管理方便。

优势

它在较小的占地面积上拥有其它系统3-4倍的膜通量，更低的资本成本，管状无堵塞设计减少了清洁要求，自动运行更加平稳，性能远高于传统系统。

1、工艺简单、可靠。

2.无需预处理。

3、不产生污泥。

运营成本

按/d计算，0.3-0.5元/m3，年运行费用10-15万元

按/d计算，平均运行成本：0.8-1.00元/m3，年运行成本36.6-40万元

投资

生活污水1000立方米/天42万元4200元/吨

1000立方/天 40万元 4000元/吨

美国与中国膜技术主要参数对比

参数比较

范围

管状 D-1

管状 D-2

中空纤维D-3

石板 D-4

国产管式膜

使用寿命

10+ 年

5-7 年

10+ 年

3-5年

污泥处理能力

1000 - 20000 毫克/升

1000 - / 升

800- / 升

1000-/升

膜通量

50–

20–30gfd

5–8gfd

8–20gfd

10–

回流焊

不必要

10问

第二季度

如果回流膜受损

结构与外观

滑动

膜罐

膜罐占大多数

系统能量

4 - 6 千瓦时/立方米

0./立方米

1- /立方米

跨膜压差

10 - 50 磅/平方英寸

1 - 3 磅/平方英寸

1-3磅/平方英寸

2-6 磅/平方英寸

应用

USA-D 与 Art 合作，为新建小学的废水处理提供膜生物反应器系统。

USA-D 与 Art 合作，开始为这所小学提供解决方案。USA-D 设计并建造了处理设备，Art 建造了学校的废水处理厂并安装了设备。处理系统在建筑中完全安装后才被放置在现场。该建筑被分成六个部分：两个地基部分、两个 24 x 14 建筑部分、所有 USA-D 设备和电气系统均已预先安装，以及两个屋顶。现场安装完成的建筑花了六个半小时。将来，如果有下水道，该工厂可以重新安置。根据 USA-D 的合同，该公司将负责监督和管理设备在运行第一年内的运行。

超滤膜用于污水处理厂，超滤膜组件首次投入运行时，初始产水量应控制在设计产水量的60%左右，运行24小时后，应提高到设计产水量，这样有利于膜通量的长期稳定。膜组件首次运行或长期停机后恢复运行，需进行冲洗，以清除组件内的保护液。

启动阶段应手动操作，当所有流量、压力、时间设定完成后，应恢复装置自动运行，装置恢复自动运行后，PLC系统可有效监控系统运行情况，一旦运行条件不满足，装置自动采取保护措施。

附录：

（1）USA-D关于污水处理厂去除率的数据

范围

生化需氧量

化学需氧量

运输安全署

氨氮

水摄入量

三十五

1500

150

700

产水量

1100

去除率

>85

二十五

>96

>99

（2）美国D公司管式膜在垃圾填埋场的去除率数据

范围

氨

化学需氧量

氯

总溶解固体

巴

铁

镁

硅

钠

原渗滤液

375

1400

1700

.75

5000

.33

200

250

二十五

1000

反渗透滤液

三十

160

0.04

1.5

0.9

48.5

去除率

91.5

100

99.75

1.3重金属工业废水处理关键技术——电凝聚技术（ET）

1.3.1 简要说明

重金属废水是指矿业、机械制造、化工、电子、仪器仪表等工业生产过程中排出的含有重金属的废水。重金属废水（如镉、镍、汞、锌等）是污染环境最严重、对人体危害最大的工业废水之一，其水质、水量与生产工艺有关。废水中的重金属一般不能被分解破坏，只能转移到其他地方，转化成物理化学形态。

电凝聚的反应原理是利用铝、铁等金属作为阳极，在直流电作用下，阳极被腐蚀，产生Al、Fe等离子，经过一系列的水解、聚合和亚铁氧化过程，发展为各种羟基配合物、多核羟基配合物乃至氢氧化物，使废水中的胶体杂质、悬浮杂质凝聚沉淀分离。同时，带电污染物颗粒在电场中迁移，其部分电荷被电极中和，促使其脱稳而形成凝聚。其基本原理如下：

1、电极反应原理：电凝聚常用铝或铁作为电极材料，根据溶液的酸碱性不同，主要反应在电极上发生；

2、净水机理：电凝聚技术用于水处理，各种效应相互交织，目前公认的作用机理主要有絮凝、氧化还原和气浮。

2.1絮凝机理。阳极氧化溶解的金属离子经水解反应生成水合离子，水合离子经电极反应表面催化生成单核水解产物，单核水解产物经缩聚反应生成一系列多核水解产物，最终生成表面带有羟基的高分子线型新生态氢氧化物和络合离子，活性更高，沉淀性能更强，使电絮凝比化学絮凝更能吸附水中的悬浮颗粒和可溶性有机物。

2.2 氧化还原机理：包括直接氧化

还原与间接氧化还原污染物吸附在板表面，直接在电极上得到或失去电子，而被破坏的电极反应叫直接氧化还原反应。污染物在阳极被氧化成生物可降解物质或毒性较小的物质，如苯胺类染料、CN-阳极直接氧化成CO2（二氧化碳）；污染物在阴极被直接还原去除。在电解过程中产生的自由基、活性氧、次氯酸、过氧化氢等强氧化剂将污染物氧化成小分子有机物甚至H2O和CO2，这一过程叫间接氧化。

2.3气泡机理：电极反应过程中，水的解离反应在阳极表现为析氧反应，产生的氧气气泡半径为20～60μm；在阴极表现为析氢反应，产生的氢气气泡半径为10～30μm。

采用电解絮凝处理废水时，不仅对胶体杂质、悬浮杂质有混凝沉淀作用，而且由于阳极的氧化作用和阴极的还原作用，可以去除水中的多种污染物。

电凝聚技术主要处理的废水：

（1）重金属废水；

（2）难降解废水；

（3）高盐废水；

（4）高氨氮废水。

电絮凝技术是将络合吸附与氧化还原、酸碱中和、气浮分离相结合的一种废水处理工艺。电絮凝技术的核心是絮凝剂的生成。将直流电通入多组平行板，使板间产生电场，使待处理水流入板间的缝隙中。此时通电的板会发生电化学反应，将水中的Al3+或Fe2+离子溶解并水解，产生絮凝反应。在此过程中，电浮选、氧化还原等其他效应同时发生。由于这些效应的作用，水中的可溶性、胶体性、悬浮性污染物被有效转化和去除。它包括以下几种效应：

（1）絮凝（核心）：当可溶性阳极如铁或铝通以直流电时，失去电子，形成金属阳离子Fe2+和Al3+，与溶液中的OH-反应生成金属氢氧化物胶体絮凝剂。这类新型生态氢氧化物活性高，吸附能力强，与原水中的胶体、悬浮物、可溶性污染物、细菌、病毒等结合形成较大的絮凝体，经沉淀、浮选去除。此过程与化学絮凝的机理类似，包括电荷中和、吸附架桥、双电层压缩等作用。

（2）气浮：电解过程中当电压达到水的分解电压时，在阴极和阳极分别析出氢气和氧气。生成的气体以高度弥散的微小气泡形式出现，粘附在原水中的胶体、乳化液等污染物上，上浮到水面而被去除。电凝聚产生的气泡比加压气浮产生的气泡小得多，因此它的气浮能力更强，污染物的去除效果更好。

（3）氧化：电解过程中的氧化分为直接氧化和间接氧化。直接氧化是污染物在阳极直接失去电子而发生氧化。间接氧化是利用溶液中电极电位较低的阴离子，利用这些活性物质使污染物失去电子，从而发生氧化分解，降低原溶液中的BOD5、CODcr、氨氮等。

（4）还原：电解过程中的还原分为直接还原和间接还原。直接还原是污染物在阴极直接获得电子而发生还原。间接还原是污染物中的阳离子在阴极先获得电子，使电解液中的高价或低价金属阳离子在阴极获得电子，直接被还原为低价阳离子或金属沉淀物。

我国重金属废水污染问题十分严重，目前，在流经全国的40多条河流中，有10%的河流、湖泊、水库受到污染，地表水和饮用水中重金属含量十分严重，城镇河流总汞、总铅含量超标三类地表水体标准，分别占33%和28%。

国内外重金属工业废水处理技术：

1.化学沉淀法

优点：化学沉淀法工艺简单，操作方便；

缺点：消耗大量化学药剂，产生大量废渣，如处理不当会造成二次污染，难以达到绿色环保要求。

2.吸附法

优点：吸附剂原料广泛，制造容易，且价格低廉；

缺点：添加剂的使用寿命很短，在重金属吸附饱和后很难再生，并且很难恢复重金属资源。

3.离子交换方法

优点：膜分离技术具有高效率，环境保护，紧凑的设备以及可回收的重金属和废水的优势；

缺点：树脂再生困难，昂贵，并导致次要污染。

3.膜分离技术

优点：设备紧凑，占据很小的区域，可以收集重金属和排水；

缺点：高初始成本，高技术要求以及易于引起膜结垢。

4.生物学方法

优点：功能细菌反应效率较低，功能细菌反应速度慢，设备利用率较低，并且项目成本很高。

缺点：如果可以进一步改善功能细菌的繁殖能力，并且可以降低生产成本，那么重金属废水的生物处理是一种具有巨大发育潜力的技术。

5.电解

优点：占地面积，简单的操作，短反应时间，强大的处理能力，高金属回收率等。

缺点：当前的家用电解方法通常会消耗大量能量，并且具有较小的处理能力。

1.3.2美国重金属工业废水处理的关键技术 - 电凝技术（ET）

您应该购买哪种电凝系统？

自1906年引入以来，电凝就已经发展了。电凝是通过液体传递电流的过程。

1.水流：电凝和气泡在垂直的腔室中浮动。

2.表面积：电容器是一个表面反应，考虑到要购买的电货架室时，请确定室内每GPM的表面积。

3.停留时间：在正面和负板之间将电子在板上的表面和负部分上的表面上的磁性逆转时，将颗粒驱逐出来，当时是磁性的频率，将其逐步驱逐，因此该板上的表面均匀。如果在极性逆转期间关闭了1/30秒的电源。

4. ：电流系统需要电流的电流。

5.电压：电凝的电流的量是作为电压购买的。考虑以下能量差异。，每加仑水处理的能量较少。 Powe Water，Inc。以每间隙3 dc电压运行。

美国和中国重金属废水的电凝处理技术的比较

美国技术

中国技术