水处理中的“孪生”工艺
新闻来源：山东智信环保 发布时间：2016-06-02 08:55 点击：次
MFC与MDC
微生物脱盐电池（MDC）是一种集污水净化、产电和脱盐为一体的新型水处理工艺。其原理基于传统微生物燃料电池（MFC）工艺，在MFC的阴阳两极之间，加入一对阴阳离子交换膜，构成盐室。利用阳极产电微生物与阴极电子受体之间的电位差，形成电场，推动盐室盐离子向阴阳两极迁移，形成脱盐。MDC的特点是脱盐过程不需要提供外加电场，能在脱盐同时处理污水，并能产出一部分电能。目前MDC反应器构型主要有堆叠型、阴阳极回流型、树脂填充型、升流式等
UV与VUV
紫外线(UV)消毒技术已被广泛应用于各类水处理中，紫外结合过氧化氢、臭氧等高级氧化技术在处理饮用水中微量有机物方面已有广泛研究，然而这些处理工艺需要额外投加化学物质，增加了处理费用与运行风险。真空紫外线（Vacuum-UV，VUV）是指波长在100~200 nm之间的紫外线，它可以通过光解水产生强氧化能力的羟基自由基（·OH），从而高效降解水中的微量有机物。由于VUV不需要添加额外的化学药剂且操作简便，已成为当前紫外高级氧化技术的一个研究热点。产臭氧低压汞灯是一种常见的VUV光源，可以同时发射出波长为254 nm和185 nm的紫外光，即紫外/真空紫外（UV/VUV）辐照，因此该技术可以同时实现致病菌杀灭与微量污染物的去除。然而，UV/VUV技术的一些缺陷限制了其实际应用：（1）VUV辐射功率较低，仅占UV辐射功率的5~10%；（2）VUV在水中传播时极易被吸收，其强度在透过仅5.5 mm的水层时便会衰减90%。
MBR、MBBR
MBR是一种将高效膜分离技术与传统活性污泥法相结合的新型高效污水处理工艺，它以独特结构的浸没式膜组件置于曝气池中。经过好氧曝气和生物处理后的水，由泵通过滤膜过滤后抽出。它与传统污水处理方法最大的区别在于取代了传统生化工艺中的二沉池和三级处理工艺。 采用膜分离技术，实现了HRT和SRT的完全分离,使得污泥浓度可以达到6000~12000 mg/L，消除了污泥膨胀带来的危害，同时大大提高了对难降解有机物的去除率。
MBBR工艺原理是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。由于填料密度接近于水，所以在曝气的时候，与水呈完全混合状态，微生物生长的环境为气、液、固三相。载体在水中的碰撞和剪切作用，使空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率。另外，每个载体内外均具有不同的生物种类，内部生长一些厌氧菌或兼氧菌，外部为好养菌，这样每个载体都为一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了处理效果。 MBBR工艺兼具传统流化床和生物接触氧化法两者的优点，是一种新型高效的污水处理方法，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用使载体处于流化状态，进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜，这就使得移动床生物膜使用了整个反应器空间，充分发挥附着相和悬浮相生物两者的优越性，使之扬长避短，相互补充。与以往的填料不同的是，悬浮填料能与污水频繁多次接触因而被称为“移动的生物膜”。
芬顿与电芬顿
芬顿试剂能有效氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物，其实质是H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有极高氧化电位(2.8 V)的羟基自由基(·OH ), ·OH可与大多数有机物作用使其降解。但是传统芬顿法具有以下缺点（1）需要现场加人Fe2+和H2O2，药剂费用较高；（2）投加到反应器中的H2O2会分解为水和氧气，浪费了氧化剂；（3）由于Fe2+ 和H2O2在反应开始前一次性加入，导致反应初期·OH的大量快速产生，有机物的降解速率很快，然而随着反应的进行，一些竞争性反应消耗了大量·OH使得有机物的降解速率很快降低，同时一些中间产物也得不到彻底的降解；（4）产生大量需要进一步处理的Fe(OH)3污泥，可能引起二次污染。
电芬顿法 (EFP)是利用电化学法产生的Fe2+和H2O2作为芬顿试剂的持续来源，两者产生后立即作用而生成具有高度活性的羟基自由基，使有机物得到降解，其实质就是在电解过程中直接生成芬顿试剂。与传统芬顿法相比，电芬顿法有它独特的优点：（1）不需或只需加入少量化学药 剂，可以大幅度降低处理成本；（2）处理过程清洁，不会对产生二次污染；（3）设备相对简单，电解过程需控制的参数只有电流和电压，易于实现自动控制；（4）电芬顿法中Fe2+和H2 O2以相当的速率持续产生，起初的降解速率较慢，但是能保证长时间持续有效的降解，有机物能得到更加完全的氧化，污泥产量少，后处理简单；（5）有机物降解因素较多，除羟基自由基的氧化作用外，还有阳极氧化、电吸附等，所以处理效率比传统芬顿法高；（6）占地面积小，处理周期短，条件要求不苛刻；（7）易于和其它方法结合，便于废水的综合治理。
上向流活性炭滤池与下向流活性炭滤池
下向流活性炭滤池的结构比较简单，并具有物理截留作用，但其污染物及微生物主要聚集在上部炭层，不能有效利用整个炭层。而上向流BAC能充分利用活性炭的吸附作用，不同高度的炭层微生物分布均匀、活性高，比传统下向流BAC在去除有机物上更具有优势。
同时，上向流还能减少反冲洗水量。但上向流BAC出水浊度高于下向流BAC，需要在后续添加砂滤稳定出水浊度，保证出水微生物安全性。
一般来说，以生物降解为主的BAC滤池，可定期更换或补充部分新炭，每年补充或更换10%~15%新炭；以吸附和生物降解共同作用为主BAC滤池，可定期更换新炭或再生；以吸附为主的活性炭滤池，吸附达到饱和可定期再生。
奥贝尔氧化沟与卡鲁塞尔氧化沟
奥贝尔氧化沟属活性污泥法中的延时曝气法，沟体通常由三个同心椭圆形沟道组成，污水与回流污泥混合后，由外沟道进入，再依次进入中沟和内沟，在各沟道内循环数十到数百次，最终出水至二沉池。各沟道内安装有数量不等的转碟曝气机，以进行充氧及推流搅拌作用。与普通氧化沟相比，奥贝尔氧化沟可看作是由外沟、中沟和内沟串联的一种多级氧化沟： （1）外沟道的功能主要是高效完成碳源氧化、反硝化及大部分硝化，容积通常占氧化沟容积的50%～55%，可去除80%左右的有机物，溶解氧浓度一般在0～0.5mg/L之间，在沟道内形成交替好氧和大区域的缺氧环境，可较高程度地同时进行“硝化和反硝化”，脱氮效果明显，氨氮去除率可高达90%；同时，由于沟道中大部分区域溶解氧在0～0.5mg/L之间，氧传递作用是在氧亏条件下进行的，氧的转移速率有所提高，节能效果明显。
（2）中沟道是联系外沟与内沟的过渡段，进行互补调节，进一步去除剩余的有机物及继续完成氨氮硝化，并可充分发挥外沟道或内沟道的强化作用，有利于保证系统运行的可靠性，中沟道容积一般占25%～30%，溶解氧浓度控制在1.0mg/L左右。
（3）内沟道主要是为了确保氧化沟出水水质，溶解氧浓度约在2.0mg/L，以保证有机物和氨氮较高的去除率，同时保证出水带有足够的溶解氧进入二沉池，抑制磷的释放。内沟道容积约占氧化沟总容积的15%～20%。从奥贝尔氧化沟三个沟的溶解氧分布来看，外沟、中沟、内沟的溶解氧呈0-1-2mg/L的梯度分布，其中，仅内沟道的溶解氧值要求较高，与普通氧化沟要求（2 mg/L）一致，外沟及中沟的溶解氧均低于普通氧化沟要求。由于氧的转移速率随混合液溶解氧浓度的降低而提高，故在奥贝尔氧化沟的外沟及中沟中，氧的转移速率将高于普通氧化沟，这样充氧量可相应减少，这就决定了奥贝尔氧化沟较普通氧化沟更为节能，一般约节省能耗15%～20%。因此，在设计奥贝尔氧化沟时，应充分结合工艺特点，科学合理地计算充氧量。
最初的普通Carrousel氧化沟的工艺中污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系统。表面曝气机使混合液中溶解氧DO的浓度增加到大约2～3mg/L。在这种充分掺氧的条件下，微生物得到足够的溶解氧来去除BOD；同时，氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，此时，混合液处于有氧状态。在曝气机下游，水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态，水流维持在最小流速，保证活性污泥处于悬浮状态（平均流速>0.3m/s）。微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧，直到DO值降为零，混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用，混合液进入有氧区，完成一次循环。该系统中，BOD降解是一个连续过程，硝化作用和反硝化作用发生在同一池中。由于结构的限制，这种氧化沟虽然可以有效的去处BOD，但除磷脱氮的能力有限。 为了取得更好的除磷脱氮的效果，Carrousel 2000系统在普通Carrousel氧化沟前增加了一个厌氧区和绝氧区（又称前反硝化区）。全部回流污泥和10%~30%的污水进入厌氧区，可将回流污泥中的残留硝酸氮在缺氧和10-30%碳源条件下完成反硝化，为以后的绝氧池创造绝氧条件。同时，厌氧区中的兼性细菌将可溶性BOD转化成VFA，聚磷菌获得VFA将其同化成PHB，所需能量来源于聚磷的水解并导致磷酸盐的释放。厌氧区出水进入内部安装有搅拌器的绝氧区，所谓绝氧就是池内混合液既无分子氧，也无化合物氧（硝酸根），在此绝氧环境下，70-90%的污水可提供足够的碳源，使聚磷菌能充分释磷。绝氧区后接普通Carrousel氧化沟系统，进一步完成去除BOD、脱氮和除磷。最后，混合液在氧化沟富氧区排出，在富氧环境下聚磷菌过量吸磷，将磷从水中转移到污泥中，随剩余污泥排出系统。这样，在Carrousel 2000系统内，较好的同时完成了去除BOD、COD和脱氮除磷。
反渗透(RO)与正渗透(FO)
正渗透（FO）是近年发展起来的一种浓度驱动的新型膜分离技术，它是依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力自发实现水传递的膜分离过程，是目前世界膜分离领域研究的热点之一。相对于压力驱动的膜分离过程如微滤、超滤和反渗透技术，这一技术从过程本质上讲具有许多独特的优点，如低压甚至无压操作，因而能耗较低；对许多污染物几乎完全截留，分离效果好；低膜污染特征；膜过程和设备简单等。在许多领域，特别是在海水淡化、饮用水处理(生命支持系统、Hydration 水提取膜包)和废水处理（垃圾渗滤液、污泥消化液的浓缩等）中表现出很好的应用前景。但要大范围推广应用正渗透技术，特别是在我国应用这项技术，目前仍存在许多难题有待研究。主要有：（1）现有的正渗透膜性能较差，品种稀少。（2）缺少经济高效的汲取液体系和汲取液再浓缩途径。（3）缺乏经验参数。
反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液;高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。反渗透膜能截留大于0.0001微米的物质，是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过。
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