1、目 录1 介绍12 材料和方法22.1 升流式连续（移动床）砂滤器32.2 活性炭吸附柱32.3 臭氧消毒装置42.4 物化，微生物和生态毒理学分析43 结果与讨论53.1 深度处理单元的操作53.2 深度处理系统的运行成本84 结论9致谢10参考文献10外文文献原文12污水回用深度处理二级污水M. Petalaa, V. Tsiridisa, P. Samarasb*, A. Zouboulisc, G.P. SakellaropoulosaaChemical Process Engineering Laboratory, Department of Chemical Engineering
2、, Aristotle University of Thessaloniki and Chemical Process Engineering Research Institute, 57001 Thermi-Thessaloniki, GreecebDepartment of Pollution Control Technologies, Technological Educational Institute of Western Macedonia, 50100 Kozani, GreeceTel. +30 (24610) 40161; Fax +30 (24610) 39682; ema
3、il: psamaraskozani.teikoz.grcDivision of Chemical Technology, Department of Chemistry, Aristotle University of Thessaloniki, 54124 Thessaloniki, GreeceReceived 4 May 2005; accepted 17 October 2005摘要本研究目的是调查以回用为目的对城市二级出水深度处理系统的性能，研究出水的环境质量。经过传统活性污泥法处理的二级污水流入由移动床砂滤器，活性炭吸附床和臭氧消毒组成的污水深度处理系统。通过测定物化，微生物和生
4、态毒理学指标来评估该处理厂性能。砂滤去除大约45%浊度，同时增强活性炭吸附去除有机物的能力，即总有机碳去除率超过80 %。经过臭氧剂量26.7mg/L的臭氧氧化后发现出水符合美国环保局提出有关用于城市回用，农作物灌溉及娱乐用水的标准。然而,高剂量的臭氧会对费氏弧菌造成的不利影响，这可能是由于二次氧化产物的形成。三级处理过程每年总费用进行估计为0.24欧元/立方米，表示这些处理过程成本相对较高。然而，为了得到高质量的回用水这种过程又是需要的。 关键词:三级处理；重复再用；回用；过滤；臭氧氧化；生态毒性1.介绍在今后几年中由于用水需求的增加，水资源短缺现象持续恶化；另外长期污染物预计将影响越来越多
5、的水体。在地中海地区,一些国家经常面临着水资源供需失衡现象，尤其是在夏天期间，由于降水量少，高蒸发量和用于灌溉和旅游的需求增加同时发生1,2。特别是水资源短缺引起的很多问题,已发生在沿海和东部地区，以及在大多数希腊爱琴海小岛3,4。因此，规划，管理和优化水资源成为一个重要的环保问题。污水再生回用，在水资源利用的发展战略中可发挥重要的作用。再生水的回用途径有很多，最常见的有农业灌溉和城市杂用，工厂回用(如冷却水)，以及丰富地下水体。因此,污水回用可加强水的储蓄作为补充水源，其中对降雨量有限的地区尤为重要5。各种先进的污水深度处理技术已用于生产水质达到污水再生回用标准的出水。处理程度主要是取决于出
6、水的具体用途6,7。其中最常见用于活性污泥出水深度处理的是过滤(深层，表面或膜过滤器)，吸附，反渗透，离子交换树脂等，然后用氯或臭氧消毒8-13。过滤处理已普遍应用于去除出水中残留颗粒物，提供效率的后续处理步骤有如吸附，超滤，消毒。此外，过滤是不受到活性污泥处理单元效率和二级出水水质影响，可视为保证稳定水质的补充步骤8。然而，过滤不能去除难降解有机物和挥发性有机化合物，即使这个过程是加上化学混凝。应用炭吸附法可有效地去除污水中剩余溶解有机物，而臭氧由于它的高氧化电位，能有助于整体改善水质11,14。此外,不同膜压驱动处理被用来有效地去除包含在二级出水中的残留成分，而应用紫外线,氯或臭氧进行后续
7、的消毒，甚至可使水质达到引用标准15-17。尽管如此，这类系统在运作中会遇到阻力问题，可能造成速率下降，增加了运行成本和限制其应用潜力。看来，处理出水水质主要决定于三个主要组成部分:出水标准，相应的系统效率和相关的处理费用。高水质普遍涉及到成本相对较高的复杂处理系统，而低质量的再生水，可由应用简单而廉价的技术得到。因此，应考虑系统的运行效率和出水的要求取得平衡。用根据各自的指引，用物理-化学控制参数就可以指示出水水质；不过，这种类型的分析不能直接反映废水的环境影响。另一种方法是应用特定的活体鉴定来评估水资源和废水水质，即用活微生物或水生生物进行测试作为指标。活体鉴定可用于评价处理出水对水生生物
8、的直接影响，因而反映了总体环境影响潜力。大部分的活体鉴定很简单，廉价和可预测混合物的相互作用，而仅应用单一的化学分析是无法检测到的。这项工作的目标是探讨二次出水的回用潜力，优化三级处理系统的运行参数，以及除了用常见的监测物理-化学特性方法外，还用生态毒性参数评价出水水质。2.材料和方法一间活性污泥厂用颇具规模的污水深度处理单元再生二次出水，该厂位于塞萨洛尼基，希腊北部地区。活性污泥厂服务约12000人,而处理规模约1000 m3/d污水和1500 m3/d污物。该单元包括一个预处理工艺，两个1200立方米的曝气池,接着有两个沉淀池和加氯消毒；污泥处理单元包括污泥浓缩，然后是用压滤机脱水。深度污
9、水处理厂设计处理约800-1000m3/d的二级污水，进一步去除悬浮物，生物，以及有机和无机的残留污染物。二级污水在消毒前引入了深度处理单元，其中包括连续升流式移动床砂滤器，活性炭吸附装置和臭氧消毒装置。三级污水处理厂进行三级处理的流程图如图1。反冲洗水活性炭出水砂循环砂滤出水臭氧氧化出水（污水回用）混凝进水图1 三级处理单元的流程图2.1升流式连续(移动床)砂滤器混有凝血剂的二级污水通过离心泵提升流入连续移动床砂滤器(Hydrasand)。混凝单元包括一个500L储罐，装有制备混凝溶液的搅拌装置及补充适量混凝剂到进水中的隔膜泵。混凝剂是聚合氯化铝(flopac 41 nalco)，其使用剂量
10、约为15 g/m3水。进水与混凝剂溶液的混合发生在一4米钢管中，此钢管连接未经消毒二次污水沙井与连续砂过滤器。砂滤装置直径是2.54米，总高度6.33米，沙床厚度为2.00米。砂粒径差距为0.6-1.2毫米，不均匀系数( D60 / D10 )等于1.45。二级出水从砂滤器锥底流入和透过分布器均匀分配。在过滤区，废水向上流，同时固体有效捕集发生在逆流过滤的过程中。处理后滤液到达砂滤器顶，经上堰排出水井。受污染的砂下跌至锥底，由外加的空气提升力送到单元顶部的洗涤室。最后用逆流洗涤水对滤砂进行反冲洗，再返回砂滤床上面的分布器。砂反冲洗率由适当的压缩空气流速控制。 2.2活性炭吸附柱 由砂滤器排出的
11、污水被收集在连续砂过滤器的出水井，然后通过离心泵进入炭吸附柱。吸附柱的直径为2.1米，炭床高度为4.9米。粒状活性炭(CC 60/1240型)由CPL Carbonlink供应。砂滤器排出的污水进入吸附柱顶部，由适当的喷雾装置均匀地分布入活性炭床，并提出向下流通过炭床，由吸附来进一步清除残余的有机物。活性炭柱手动进行反冲洗，增加水头建设；最大允许压降为2bar。冲洗水从活性炭床底部进入和在塔顶盖流出，收集到沙井及抽回到活性污泥单元入口处。 2.3臭氧消毒装置 污水经活性炭柱吸附后进入臭氧消毒单位，其中包括:l 两个臭氧发生器(型号：OZAT CFS-6A，Ozonia)，总生产能力为450g/
12、h的臭氧，接受纯氧。l 一个15立方米封闭水泥池，由两个高约5.5米的单独反应室组成。在第一个室里废水接触臭氧，同时在第二个室里臭氧氧化残留污染物和微生物。两个陶瓷微孔扩散器位于第一室的底部，被用于臭氧的分布。l 在接触池的出口处放置热分解器分解过量臭氧。l 一个容量为2500立方米的液氧储罐，能够供应约10天的氧气。研究四种不同的臭氧剂量 ( 7.1，15.4，24.2和26.7mg/L) 以评估相应的消毒能力和水质改善情况。 2.4物化，微生物和生态毒理学分析收集各三级处理工艺过程中二级出水及处理出水样品，即砂滤，吸附和臭氧氧化池，并测定浊度，波长为254 nm的吸收值，总有机碳( TOC
13、 ) ，氨氮含量(NH4+ - N )和磷酸盐含量( PO4- P )。紫外可见分光光度计(型号：UV- 1201， shimadzu )是用于测定UV吸收值( UV254 )，用浊度仪(型号：Lab-Vis，Aqualytic)测量样本的浊度。PO4-P，NH4+-N和TOC的测定, 按检验水和废水的标准方法18。测定样本的微生物参数，包括测量总大肠杆菌值/100mL；粪大肠杆菌数/100 mL和粪链球菌/100 mL；这些试验是根据检验水和废水的标准方法进行的18。根据82%的测试方案，各种深度处理水样的毒性以海洋发光细菌费氏弧菌 (细菌试验)评估19。在他们与一个控制约数有联系时，测试区
14、别细菌发出不同的光，即无毒性样本只含2%氯化钠，而对样品重复实验,进行短暂的曝光时间, 15分钟，用Microtox 500型分析仪(SDI) 评价。3.结果与讨论3.1深度处理单元的操作约45m3/h的二级出水引入了三级处理单元。该聚合氯化铝混凝剂(Flopac 41)加入到进水中，剂量为15 g/m3水。而混合后抽至水力负荷约为10m3/m2/h的过滤装置。二级出水参数为：浊度23.8NTU，在254 nm波长下UV吸收值为0.44cm-1，TOC为40mg/L，NH4+-N17 mg/L和PO4- P 2.8mg/L。在随后过滤和炭吸附过程中观察去除效率，如图2所示。去除率，参数图2 过
15、滤,过滤/吸附处理二级出水的典型去除率经过砂滤浊度减少约45%，而活性炭工艺使浊度去除率升到60%以上，这是由于吸附了有机物与悬浮固体13。在砂滤处理含有高固体和有机含量一级污水时，Jimenez et al.9 观测到浊度减少能力更强(约15% )。Hamoda et al.8发现，砂滤后总悬浮固体( TSS )的最高去除率可达70 %，相应有比较高的浊度去除率。此外，Konin和Nieuwenhuijen20发现过滤后二级出水浊度减少60%。加入铁混凝剂后浊度下降到39%，这是由于还原了有吸附作用的铁混凝剂。添加聚合凝固剂后浊度降低是由于二级出水含相当高的初始颗粒浓度。 为了砂滤器能充分运作，进水的最高容许固体浓度是100 mg/L(制造商规定)。此外，活性炭吸附过程中发现浊度降低率明显改善，虽然砂滤器出水的粒度分布的应朝向更低的直径21。 254 nm紫外吸收值,可被视为回用水中含有的以腐殖酸类物质主要形式的有机化合物的一个粗略指标22。砂滤后紫外线吸收减少不超过20%，而在活性炭单元出口观察到最高的紫外线吸收减少略超过70%。在砂滤时TOC去除率低于10%，而有机质的吸附发生在活性炭，导致TOC总去除效率达80%以上。Jimenez et al. 9 观察到一级处理出水经过砂滤后类似的CO
