(發(fā)展戰(zhàn)略)國內(nèi)外水處理技術(shù)的狀態(tài)發(fā)展方向

1、國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)世界上許多地區(qū)正面臨著最嚴(yán)重的缺水。 據(jù)世界銀行的統(tǒng)計(jì)， 全 球80%80% 的國家和地區(qū)都缺少民用和工業(yè)用淡水。隨著資源成本不斷 上升和環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)， 許多企業(yè)開始運(yùn)用綠色技術(shù)， 降低碳排放， 盡量減少廢物產(chǎn)生。 其中水處理技術(shù)就是其中非常重要的一項(xiàng)綠色技 術(shù)。根據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計(jì)，到 20252025 年，三分之二的世界人口可能會(huì)面臨 水資源短缺， 因此水處理技術(shù)將會(huì)越來越得到重視， 這包括了高效率 的水資源管理和污水處理。例如：在北美尤其在加拿大，水管理及污 水處理設(shè)施的面臨的問題十分急切。 63%63% 的目前運(yùn)行的設(shè)施都在超 期運(yùn)行，他們的平均運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)

2、達(dá)到 18.318.3 年。其中 52%52% 污水處 理設(shè)施在超期運(yùn)行。 在美國的干旱地區(qū)， 對(duì)海水淡化技術(shù)的需求越來 越高。海水淡化技術(shù)主要局限在于效率，而隨著淡水的短缺，這些局 限逐漸被淡化和忽視。 水處理技術(shù)的發(fā)展擁有巨大的前景， 許多國家 都在實(shí)施水處理的政策和項(xiàng)目。根據(jù)全球知名增長(zhǎng)咨詢公司的預(yù)測(cè)， 至 20102010 年，全球水資源管理和污水處理技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到 3 3 ， 500500 億美元。目前先進(jìn)的水管理和污水處理技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)包括了循環(huán)用 水、反滲透海水淡化和臭氧化等。例如，反滲透海水淡化技術(shù)正在迅 速占領(lǐng)的大型設(shè)施市場(chǎng)，而這一領(lǐng)域過去主要以熱工過程設(shè)備為主。處

3、理效率的提升和滲透膜價(jià)格的回落， 促使反滲透海水淡化市場(chǎng)在過 去 5 5年中迅速發(fā)展，現(xiàn)在應(yīng)用反滲透海水淡化技術(shù)的已不再是小規(guī)模 的工廠，大型反滲透海水淡化廠已是司空見慣。在污水處理方面，澳大利亞的研究人員在生物發(fā)電領(lǐng)域提出了一 種新的旋轉(zhuǎn)生物電化學(xué)接觸器， 這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)⒁呀?jīng)運(yùn)用于污水處理 行業(yè) 3030 年的旋轉(zhuǎn)生物污水處理技術(shù)的效率提高 15%15% ；此外，一種 能夠處理高污染廢水的技術(shù)也已經(jīng)問世， 這種技術(shù)能夠處理污染物濃 度超過 300300 ， 000ppm000ppm的污水，而處理成本僅有原先通過儲(chǔ)存和化 學(xué)處理方法的十分之一。 這種技術(shù)目前被認(rèn)為是最簡(jiǎn)單、 最易于使用 及經(jīng)濟(jì)

4、的處理技術(shù) . .中國目前同樣也面臨巨大的淡水短缺和水污染的問題。作為一個(gè) 人均擁有水資源量最小的國家， 必須采取措施以避免未來嚴(yán)重危機(jī)的 發(fā)生。中國北方缺水問題極度嚴(yán)重，因此國家啟動(dòng)了浩大的 “南水北 調(diào)”工程，整個(gè)工程耗資達(dá)到幾十億美元，預(yù)計(jì) 20502050 年建成。污水 問題同樣困擾著中國，估計(jì)有 3 3 億人口的飲用水是被污染的。 20042004 年至 20082008 年，污水排放量年增長(zhǎng)率達(dá)到 18%18% ，從 482482 億噸增長(zhǎng)至 572572 億噸。預(yù)計(jì)在 20102010 年，中國的污水排放將達(dá)到 640640 億噸。中 國持續(xù)的工業(yè)化、 城市化進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)

5、， 是導(dǎo)致污水排放量 連年上升的主要原因； 而與此相對(duì)的是，中國的污水處理廠卻基本上 未能實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷的運(yùn)行。 以 20082008 年為例， 中國污水處理廠的處理污 水量?jī)H僅達(dá)到的設(shè)計(jì)負(fù)荷的 64%64%，主要的原因在于運(yùn)營(yíng)費(fèi)用過高。 在這種情況下，中國的污水處理行業(yè)將需要更多的投資和更先進(jìn)的技 術(shù)。在第 1111 個(gè) 5 5 年計(jì)劃之間（20062006 年至 20102010 年），政府預(yù)計(jì)在 水處理方面投入超過 30003000 億元人民幣。截至 20092009 年，中國一共有 1571572 2座污水處理廠，同時(shí) 20632063 家在建。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程的發(fā)展，水資源緊缺和

6、水環(huán)境污染已 成為本世紀(jì)全球性問題并且日趨嚴(yán)重。甚至有人認(rèn)為：水的問題有可能超過能源問題而成為 2121 世紀(jì)世界上最為重要的問題。因此，必須 對(duì)水的問題予以高度重視。而正確掌握和合理利用現(xiàn)有水處理技術(shù)并 研究新的水處理技術(shù)是解決水環(huán)境污染和合理利用水資源的重要途 徑，作為水處理工作者，更有責(zé)任直面問題，積極探索和正確把握未 來水處理技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向。鑒于此，通過對(duì)我國水處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 的回顧和當(dāng)前水處理常用模式及所面臨問題的分析，對(duì)我國水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。一、水處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其存在模式1 1 水處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀我國有文字記載的給水處理從明磯凈水開始， 而比較完整的現(xiàn)代自來

7、 水廠是創(chuàng)建于 18821882 年的上海楊浦水廠。此后凈水技術(shù)經(jīng)歷了簡(jiǎn)單沉 淀，慢濾處理，依靠外國專家 照搬照抄”新建大型水廠，采用平流池、 雙層過濾技術(shù)以及絮凝、消毒等。2020 世紀(jì) 6060 年代以后，城市供水 全面普及，給水處理從蘇聯(lián)模式中走了出來，在學(xué)術(shù)理論、規(guī)范制定、 人才培養(yǎng)、設(shè)備供應(yīng)等方面逐漸形成了自己的體系。 如在水處理中開 始注重投藥后的混合，采用靜態(tài)管道混合器等 細(xì)節(jié)”推廣應(yīng)用了絮 凝等技術(shù)，在減少水頭損失、提咼絮凝效果、降低藥量消耗等方面進(jìn) 行了許多研究；引進(jìn)淺層沉降理論，對(duì)平流池的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì) 濾池配水有了相應(yīng)的研究，對(duì)混凝劑有了應(yīng)用。2020 世紀(jì) 8080

8、 年代以后，隨著改革開放的深入，給水處理引進(jìn)吸收了 外國先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，提高了絮凝加藥的自動(dòng)化水平，開始了提高水 質(zhì)和微污染水源處理技術(shù)的發(fā)展，消毒劑廣泛使用并呈多樣化趨勢(shì)， 供水管網(wǎng)水質(zhì)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)檢測(cè)，常規(guī)水處理技術(shù)得到加強(qiáng)。目前，對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的水源污染的生物預(yù)處理技術(shù)及臭氧活性炭 等水的深度處理技術(shù)在向?qū)嵱没l(fā)展中，小型膜處理設(shè)備也已應(yīng)用于 高品質(zhì)飲用水處理系統(tǒng)之中。與此同時(shí)，在工業(yè)給水處理上也進(jìn)行了許多研究和應(yīng)用，如用混凝沉淀和過濾方式進(jìn)行工業(yè)用水的預(yù)處理，用離子交換、軟化、除鐵等進(jìn) 行鍋爐用水的處理，但是在工業(yè)循環(huán)水處理上由于缺乏自主技術(shù)， 早 期沿用了外國自來水處理中水質(zhì)穩(wěn)定的概

9、念，片面地以控制CaC03CaC03結(jié)垢為主，忽略了結(jié)垢的其他鹽類和化合物，對(duì)工業(yè)水溫度變化的特 點(diǎn)和水的腐蝕以及水中菌、藻等引起的微生物黏泥的影響未予以考 慮，走了彎路。目前工業(yè)循環(huán)水處理上則主要以投加緩蝕劑、 阻垢劑、 殺菌劑等化學(xué)藥劑為手段來控制水的腐蝕、結(jié)垢和微生物黏泥。需要 說明的是在工業(yè)水處理中的緩蝕劑 2020 世紀(jì) 6060 年代以采用鉻酸鹽 和亞硝酸鹽為主，由于毒性大，至 2020 世紀(jì)七八十年代受到環(huán)境保護(hù) 的限制逐漸為磷酸鹽所取代。然而，近年來由于磷的隨水排放又引起了水域富營(yíng)養(yǎng)化而產(chǎn)生 赤潮 公害，各國已紛紛提出禁磷或限磷要求，因而有機(jī)系列的鉬系、鎢系、 硅系等無公害水處

10、理緩蝕劑相繼得到開發(fā)并逐漸推廣應(yīng)用。阻垢劑方面，曾用木質(zhì)素、淀粉類及腐植酸類，目前應(yīng)用最廣的為有 機(jī)磷酸鹽和高分子聚羧酸類。殺菌劑方面早期如氯、次氯酸鈉、次氯 酸鈣等最為普遍，后來又發(fā)展了二氧化氯等。然而氯消毒后產(chǎn)生的副 產(chǎn)物三鹵代甲烷（THM3THM3）現(xiàn)已確認(rèn)為致癌物質(zhì)，因而目前使用的殺菌 滅藻劑已擴(kuò)大到臭氧、過氧化氫等非含氯的氧化型殺菌劑以及以季銨 鹽如十二烷基二甲基芐基溴化銨為代表的非氧化型殺菌劑。在廢（污）水處理上，目前主要采用中和、沉淀、曝氣、生物處理、混 合稀釋和過濾等手段，處理的目的是基本滿足排放水質(zhì)的要求，并且, 總體處理率不是很高。養(yǎng)殖水處理方面，自 2020 世紀(jì) 606

11、0 年代以來，一些國家如日本、美國、 德國、加拿大、丹麥等，已經(jīng)先后不同程度地開展了循環(huán)水養(yǎng)殖水處 理技術(shù)的研究。目前，國外已將臭氧、紫外線與生物濾器等水處理技 術(shù)和設(shè)施廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，而且向機(jī)械化、現(xiàn)代化方向發(fā)展。我 國在這方面起步較晚，但近些年來發(fā)展比較迅速，在廣大科技工作者 的一致努力下，已經(jīng)取得了一系列的成就，發(fā)展了各種各樣的循環(huán)養(yǎng) 殖水處理設(shè)施。2 2 目前水處理應(yīng)用的幾種主要模式1 1）污水處理目前應(yīng)用最為廣泛的污水處理模式，該模式以曝氣池（氧化溝）、二沉池為主要功能單元，其中根據(jù)曝氣池（氧化溝）內(nèi)構(gòu)筑物建造形式的不同又可以區(qū)分多種水處理工藝。該模式主要應(yīng)用于城市生活污水和工業(yè)

12、廢水的處理，處 理目標(biāo)以達(dá)到污水排放要求為標(biāo)準(zhǔn)，如將氨氮、化學(xué)耗氧量分別降至5 5 25mg/L25mg/L 和 5050 100mg/L100mg/L 以下。2 2）飲用水處理20012001 年 6 6 月 7 7 日，我國頒布了新的生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范，其中要求生活水的 CODMnCODMn 小于 3mg/L3mg/L ； 20002000 年 1 1 月 1 1 日實(shí)施的地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求水源處理出水中氨氮質(zhì)量濃度在0.5mg/L0.5mg/L 以下。這些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，對(duì)于水處理來說其出水水質(zhì)標(biāo) 準(zhǔn)有很大的提咼，并且國家還在考慮制定水質(zhì)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)經(jīng)濟(jì)技 術(shù)發(fā)達(dá)地區(qū)和城市在保障

13、公共健康的基礎(chǔ)上將提出更咼的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)， 除嚴(yán)格控制有毒有害的項(xiàng)目外，還將增加微生物項(xiàng)目，同時(shí)，還考慮 適當(dāng)提高水質(zhì)的感觀性項(xiàng)目和要求， 以適應(yīng)生活水平提高的需求。應(yīng) 該指出，當(dāng)前常規(guī)水處理達(dá)不到對(duì) CODCOD 和氨氮去除的要求，投加高 劑量的氯氣消毒又會(huì)導(dǎo)致三鹵甲烷和鹵乙酸等有致突變作用的消毒副產(chǎn)品， 對(duì)水的飲用安全構(gòu)成威 脅。氨氮的去除有賴于生物預(yù)處理，色、嗅、味等的改善需要利用活 性炭或臭氧活性炭的吸附和生物降解等工藝。 所以考慮增加預(yù)處理或 深度處理環(huán)節(jié)是當(dāng)前提高供水水質(zhì)的必需工作。從國內(nèi)外目前的研究看，將各種預(yù)氧化處理（臭氧、高錳酸鉀、二氧 化氯、過氧化氫）、生物處理和活性炭吸附與常

14、規(guī)處理聯(lián)合起來，優(yōu)化組合新的凈水工藝，是當(dāng)前受污染水源水水質(zhì)凈化的基本技術(shù)對(duì)3 3）純凈水處理4 4）鍋爐水處理二、水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)縱觀上述水處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和我國當(dāng)前水處理所面臨的問題，研究國外水處理技術(shù)的發(fā)展歷程，結(jié)合新世紀(jì)合理開發(fā)利用水資源的要 求，可對(duì)我國水處理技術(shù)粗略勾勒出如下的發(fā)展趨勢(shì)。1 1 常規(guī)水處理以去除懸浮固體，膠體及細(xì)菌為目的的常規(guī)工藝對(duì)色度、氨氮、耗氧 量不能有較好的去除效果現(xiàn)行的 混凝 沉淀 過濾 消毒”的常規(guī)處理 組合仍將在新世紀(jì)的初期得到延續(xù)，但不是簡(jiǎn)單重復(fù)，而應(yīng)是強(qiáng)化”或 優(yōu)化”了的工藝組合，并針對(duì)不同的水源條件和水質(zhì)要求，輔以預(yù) 處理和深度處理。當(dāng)原水中

15、氨氮、亞硝酸鹽含量高，有機(jī)物多，較易生物降解時(shí)，采用 生物預(yù)處理將是適宜的，因出水水質(zhì)可得到全面提向，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)低廉。當(dāng)原水中有機(jī)物量多且較難降解時(shí)，為保證凈水廠出水水質(zhì)全面達(dá)到 規(guī)定的有機(jī)物（包括消毒副產(chǎn)物）指標(biāo)與使出水降低致突活性（AmesAmes 試驗(yàn)呈陰性），采用活性炭過濾將是必要的，是今后發(fā)展的方向。2 2 生物預(yù)處理生物預(yù)處理技術(shù)可以有效去除原水中的氨氮及可部分降解有機(jī)物。針對(duì)當(dāng)前水體污染狀況及趨勢(shì)，生物預(yù)處理工藝作為去除氨氮的有力武 器在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將不會(huì)改變，但目前還需要進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用方面的 廣泛研究，特別是對(duì)含藻水處理中應(yīng)對(duì)暴發(fā)期的工藝措施進(jìn)行更為廣 泛深入的研究。藻類密度一般較

16、小，因而其絮體不易沉淀，采用氣浮則可以取得較好 的除藻效果。氣浮法的主要問題是藻渣難以處理，氣浮池附近臭味重， 操作環(huán)境差。3 3 深度處理技術(shù)目前我國尚在應(yīng)用研究階段的臭氧氧化、臭氧活性炭吸附等水的深度 處理技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)國家已廣泛應(yīng)用，該技術(shù)已引入到我國水處理 技術(shù)上來，但吸收、轉(zhuǎn)化和應(yīng)用工作應(yīng)有一段時(shí)間。4 4 水處理藥劑的發(fā)展消毒殺菌方面，THM3THM3 的問題雖已經(jīng)引起世界的關(guān)注，但目前為止 我國限于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件，液氯消毒仍為大多數(shù)水廠所采用。 隨著國 外研究開發(fā)出新的高效、低毒或無毒替代品，我國將會(huì)逐漸限制、淘 汰液氯殺菌的方式。工業(yè)水處理中的藥劑將從有毒有公害的藥劑向低 毒

17、、無毒、無公害藥劑方面發(fā)展，由不易生物降解藥劑向易生物降解 方面發(fā)展，由單一的水處理藥劑向復(fù)合的多功能藥劑方面發(fā)展。5 5 膜處理技術(shù)膜技術(shù)是利用離子交換膜或有機(jī)高分子合成膜組成的技術(shù)，近年來發(fā)展迅速，對(duì)于水 質(zhì)處理，可能是 2121 世紀(jì)的革新技術(shù)。膜處理技術(shù)被譽(yù)為 2121 世紀(jì)水處理技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，是替代傳統(tǒng)工藝 的最佳選擇。膜分離技術(shù)的主要作用原理是以壓力梯度為驅(qū)動(dòng)力， 利 用特定膜的透過性能分離水中離子、分子和雜質(zhì)而進(jìn)行的濾膜機(jī)械篩 分作用，是膜技術(shù)從化工領(lǐng)域向水處理領(lǐng)域、發(fā)展的結(jié)果。近 1010 年來我國主要用于桶裝、瓶裝高品質(zhì)飲用水的處理，歐美則已 建成了日處理水量幾萬到幾十萬立

18、方米規(guī)模的水廠。目前膜處理技術(shù)在水處理方面的主要應(yīng)用有反滲透(Reverse(Reverse OsmoticOsmotic RO)RO)、電滲析(Electrodialysis(Electrodialysis，EDED 或 EDR)EDR)、鈉濾(Nanofiltration(Nanofiltration，NF)NF)、超濾(Ultrafiltration(Ultrafiltration，UF)UF)和微濾(Microfiltration(Microfiltration，MF)MF)等 5 5 種。UFUF 和 MFMF運(yùn) 行所需壓力低，膜的成本低，可替代傳統(tǒng)水處理的混凝過程，值得推 廣；而

19、RORO 和 NFNF 可分離直徑達(dá) 0.00010.0001 卩 m m 到 0.0010.001 卩 m m 的顆粒，對(duì) 病毒、有機(jī)物和溶解性無機(jī)物均能有效去除，既可用于工業(yè)水處理也 可用于飲用水處理，能避免化學(xué)藥劑投加產(chǎn)生的問題和常規(guī)消毒副產(chǎn) 物生成，特別是解決了 2020 世紀(jì) 9090 年代以來新發(fā)現(xiàn)的常規(guī)方法不能 除去和殺死隱性孢子蟲的問題。隨著飲用水水質(zhì)要求的提高和膜技術(shù) 的發(fā)展，膜技術(shù)和膜產(chǎn)品將會(huì)得到廣泛的開發(fā)和應(yīng)用。但膜組件的集成化，膜破損的檢測(cè)，膜污染的控制及洗滌，膜處理中污排水的處理 及膜成本降低等等問題還需深入研究。微濾、超濾與反滲透是靠壓力驅(qū)動(dòng)使水透過半透膜，而將水中所含雜 質(zhì)：膠體、無機(jī)離子、有機(jī)物、微生物等截留的過濾技術(shù)。它們的區(qū) 別主要是膜的孔徑和截留粒子成分子的直徑不同。一般顆粒介質(zhì)( (砂、煤等) )過濾技術(shù)可去除 2 25 5 卩 m m 以上的粒子。微濾可以去除 0.10.10.20.2 卩 m m的粒子，能將絕大多數(shù)形成濁度的粒于去掉。超濾可去 除 0.0050.005am含分子量 10001000 以上的粒子，包括細(xì)菌、病毒。反滲透 則可去除 0.30.31.2nm1.2nm 大小的有機(jī)物（分子量 200200 500500）與無機(jī)離子， 用于除鹽、海水談化。納濾是一種低壓反滲透，可去