關于水環境的檢測技術和各種水處理技術

　　國家發改委日前著手啟動實施環保領域創新能力建設專項。解昨天的內容：昨天小七講了大氣環境污染存在的那些問題，就跟大家嘮嘮水處理檢測和各種水處理技術。再看內容之前，先來回顧一下關于水環境治理的專項建設內容。

　　【專項建設內容和重點】第二點：提升水環境污染防治能力

　　針對我國先進水環境污染監測儀器穩定性不高、壽命短的問題，組建水環境污染監測先進技術與裝備國家工程實驗室;針對我國湖泊水體污染和富營養化較嚴重、治理技術裝備工程化水平低的問題，組建湖泊水污染治理與生態修復技術國家工程實驗室;針對高濃度難降解工業有機廢水危害大、難治理的問題，組建高濃度難降解有機廢水處理技術國家工程實驗室;針對城鎮污水處理廠出水水質不高、資源化利用率低、氮磷污染負荷大的問題，組建城鎮污水深度處理與資源化利用技術國家工程實驗室;

　　環保領域創新能力建設專項將啟動，關于水環境的檢測技術和各種水處理技術你都知道了嗎?

　　一、水環境污染監測技術

　　當前我國的水質監測，主要將營養物、無機物、微生物以及重金屬離子作為水質參數，一直以來所沿用的測量水質污染物濃度的方法有生物方法、儀器和化學分析法等，用這種方法所得出來的參數，只能描述出水質，而不能真正的將水質所存在的問題反映出來。水質監測項目和水的環境狀況不符合，主要通過兩個方面表現出來：(1)水環境監測項目沒有明確的針對性，經常會出現重復監測污染程度相對較輕水源的現象;(2)水質里面的有害參數可以通過漏測來體現出來，而一直沒有增加有機污染指標，從而加重了各個支流水系的有機污染程度。各個湖泊、河流都有不同的污染源，并且污染物的濃度和種類都不一樣。如果運用相同的參數來對水質的好壞進行衡量，這是非常不合理的，應該根據不同的污染源來選擇監測對象。

　　水質污染的連續自動監測系統是一套以在線自動分析儀器為核心，運用現代傳感器技術、自動測量技術、自動控制技術、計算機應用技術以及相關的專用分析軟件和通訊網絡所組成的一個綜合性的在線自動監測體系。但較之大氣污染的連續自動監測，水質的連續自動監測要困難得多，這是因為水環境中的污染物種類更多，成分更復雜，從而導致基體干擾嚴重，通常都要進行化學前處理，而且污染物的含量往往是痕量的，要求建立可行的提取、分離，富集和痕量分析方法，所有這些均為連續自動監測技術帶來一系列困難。根據目前水質污染連續自動監測技術的發展，首先連續自動監測那些能反應水質污染的綜合指標項目，然后再逐步增加其他污染物項目。

　　水污染連續自動監測系統的組成

　　水質污染自動監測系統是在一個水系或一個地區設置若干個有連續自動監測儀器的監測站，由一個中心站控制若干個固定監測子站，隨時對該區的水質污染狀況進行連續自動監測，形成一個連續自動監測系統。

　　自動監測系統在正常運行時一般不需要人的參與，而是在電腦的自動控制下進行工作的。其工作系統由信息采集系統、信息傳輸系統、信息管理系統和信息服務系統四部分組成。信息采集系統完成自動監測系統的信息采集、整理，并通過通信系統和計算機網絡把各類信息傳送給水質監測中心站，使決策部門及時了解水質狀況，發布水質公報，為控制水質和治理水環境提供科學依據。信息采集系統的建設主要包括自動采樣器、自動分析儀和多參數水質監測儀、水量測定裝置的配備、設計和安裝，以及采樣場所的基建工程。信息傳輸系統充分利用流域現有的通信網和計算機網絡系統，建立覆蓋流域水資源監測實驗室的計算機網絡系統，實現水資源信息的網上傳輸和資料共享，以達到快速、準確地傳遞水質信息的目的，為充分利用水資源提供服務。

　　子站布設及監測項目

　　對水污染連續自動監測系統各子站的布設，首先也要調查研究，收集水文、氣象、地質和地貌、污染源分布及污染現狀、水體功能、重點水源保護區等基礎資料，然后經過綜合分析，確定各子站的位置，設置代表性的監測斷面和監測點。關于監測斷面和監測點的設置原則和方法與第三章中介紹的原則和方法基本相同。

　　目前許多國家都建立了以監測水質一般指標和某些特定污染指標為基礎的水污染連續自動監測系統。下表列出監測系統可進行連續或間斷自動監測的項目及其測定方法。需與水質指標同步測量的水文、氣象參數有水位、流速、潮汐、風向、風速、氣溫、濕度、日照量、降水量等。

　　水污染連續自動監測系統不僅用于環境水域如河流，湖泊等，也應用于大型企業的給排水水質監測。

　　水污染連續自動監測系統目前存在的主要問題是監測儀器長期運轉的可靠性尚差;經常發生傳感器沾污、采水器、樣品流路堵塞等故障。

　　水質污染監測船

　　水質污染監測船是一種水上流動的水質分析實驗室，它用船作運載工具，裝上必要的監測儀器、相關設備和實驗材料，可以靈活地開到需要監測的水域進行監測工作，以彌補固定監測站的不足;可以方便地追蹤尋找污染源，進行污染物擴散，遷移規律的研究;可以在大水域范圍內進行物理、化學、生物、底質和水文等參數的綜合測量，取得多方面的數據。

　　在水質污染監測船上，一般裝備有水體、底質、浮游生物等采樣系統或工具，固定監測站和水質分析實驗室中必備的分析儀器、化學試劑、玻璃儀器及材料，水文、氣象參數測量儀器及其他輔助設備和設施，如標準源、烘箱、冰箱、實驗臺、通風及生活設施等。有的還備有浸入式多參數水質監測儀，可以垂直放入水體不同深度同時測量pH值、水溫、溶解氧、電導率、氧化還原電位和濁度等參數。

　　例如：我國設計制造的長清號水質污染監測船早已用于長江等水系的水質監測。船上裝備有pH計、電導率儀、溶解氧測定儀、氧化還原電位測定儀、濁度測定儀、水中油測定儀、總有機碳測定儀、總需氧量測定儀，氟、氯、氰、銨等離子活度計及分光光度計、原子吸收分光光度計、氣相色譜儀、化學分析法儀器，水文、氣象觀測儀器及相關輔助設備和設施等，能夠較全面地分析監測水體有關物理參數及污染物組分，綜合進行底質，水生生物等項目的考察和測量。

　　二、湖泊水體污染治理

　　我國工業的高速發展過程中，由于大量未經治理或未達標治理的工農業與生活污水進入河道湖泊，遠遠超過了它的納污能力，使得河流湖泊受到嚴重的污染，氮、磷的超標排放造成了河流湖泊的富營養化，使得水質惡化變黑，動植物大量死亡。

　　對于湖水處理，常見的湖水處理方法有物理方法(引水換水、循環過濾)、化學方法(投加殺菌滅藻)、微生物方法(投加微生物)EWT生態水處理(植物、動物、微生物)。

　　湖泊水環境修復基本方法：

　　1控制外源污染

　　控制外源性負荷是改善湖泊富營養化狀態的根本途徑。在工業方面，主要途徑是;在農業方面，主要途徑是退耕還林還草，精準施肥等;在消費方面，是改變消費習慣等。例如，一個成年人每天產生大約11g的氮和2g的磷，因使用肥皂和洗滌劑而產生的磷就可能打到1.4g。因此，禁止生產、銷售和使用含磷洗衣粉是一項比較典型的控制磷污染來源的社會行動。

　　2稀釋和沖刷

　　稀釋和沖刷是一種常用的技術，在我國南京玄武湖、杭州西湖以及昆明滇池內海，都采用外流引水進行稀釋和沖刷。這種技術可以有效地減少污染物的濃度和負荷，可以減少水體中藻類的濃度，可以促進水的混合，稀釋藻類的有害分泌物等。

　　實際上，稀釋和沖刷的機理相當于一個流動或者連續的培養系統。當含低濃度營養元素的水被注入系統中時，導致系統營養物質濃度降低，相應，藻類生物量也會隨之開始下降;與此同時，營養元素和藻類能夠以更快的速度被置換或者沖洗出水體。

　　3深層水抽取

　　水體質量惡化一般從深層水開始，將深層水抽出來一部分進行一定程度的水處理是一種可供選擇的技術。這樣，深層水停留時間縮短，深層水轉為厭氧狀態的機會就減小了許多，由此減小了底泥中富營養元素和重金屬離子釋放的速率，減小了對魚類的不利影響，也減小了污染物質或者富營養元素向表層水的擴散傳播。

　　4水動力學循環

　　水體循環可以通過泵、射流或者曝氣實現，通常是完全循環，這樣可以防止水體分層或者破壞已經形成的分層。經過水體循環，溶解氧增加，污染物質氧化加快，改善了好氧水體生物的生存環境。通過水體循環，溫度也可以得到升高。最初認為，水體循環因此能夠降低內源性的磷負荷，通過增加混合層的深度和減少光線暴露機會從而能夠降低藻類的數量。但實際上，水體循環也同時強化了一些相反的作用過程。實際觀察表明，內源性的磷和藻類數量并沒有變化甚至還會增加。

　　5深水曝氣

　　深水曝氣的目的通常有三個：第一個也是通常能夠達到的一個就是在不改變水體分層的狀態下提高溶氧濃度，第二個目的是改善冷水魚類的生長環境和增加食物供給，第三個目的是通過改變底泥界面厭氧環境為好氧條件來降低內源性磷的負荷，其他附帶的目的或者效果包括降低氨氮、鐵、錳等離子性物質的濃度。

　　6底泥疏浚

　　底泥疏浚是修復湖泊水質的一項有效技術。底泥是湖泊中的內污染源，有大量的污染物質積累在底泥中，包括營養鹽、難降解的有害有毒有機物、重金屬離子等。在淺水湖泊中，底泥中的富營養元素很容易釋放進入表層水體，導致藻類繁殖，水體水質急劇惡化，這種現象極容易發生在春夏交替的季節。此時內源性的磷的負荷占舉足輕重的位置。

　　7生態控制

　　生態控制技術是利用水生生物之間的生態關系，將水生生物數量控制在一定范圍之內。這種技術可以避免施用藥物所產生的副作用和使用機械所需要的高成本，而且具有比較長期持久的效果。當然，這種技術也存在引入危險物種的風險。因此，在對湖泊進行生態控制之前，應該進行水體生態調查。

　　三、高濃度難降解有機廢水處理技術

　　高濃度難降解有機廢水的處理,是目前國內外污水處理界公認的難題。對于這類廢水,目前國內外研究較多的有焦化廢水、制藥廢水(包括中藥廢水)、石化/油類廢水、紡織/印染廢水、化工廢水、油漆廢水等行業性廢水。

　　高濃度有機廢水主要具有以下特點

　　一是有機物濃度高。COD一般在2 000 mg/L以上，有的甚至高達幾萬乃至幾十萬mg/L，相對而言，BOD較低，很多廢水BOD與COD的比值小于0.3。二是成分復雜。含有毒性物質廢水中有機物以芳香族化合物和雜環化合物居多，還多含有硫化物、氮化物、重金屬和有毒有機物。三是色度高，有異味。有些廢水散發出刺鼻惡臭，給周圍環境造成不良影響。四是具有強酸強堿性

　　高濃度難降解有機廢水難生物處理的原因分析

　　高濃度難降解有機廢水難于生物處理的原因,本質上是由其特性決定的。一般,此類廢水在水質、水量等方面具有以下幾方面的共同特性:

　　①、廢水所含有機物濃度高

　　②、有機物中的生物難降解物種類多比例高：這類有機廢水中,往往含有較高濃度的生物難降解物,甚至是生物毒物,且種類較多。

　　③、除有機物外,廢水含鹽濃度較高

　　④、各生產工段排水的水質、水量隨時間的波動性大

　　⑤、廢水處理方法本身也存在較大問題

　　高濃度有機廢水處理技術

　　1催化氧化法處理高濃度有機廢水

　　該方法是在高效表面催化劑存在的條件下，利用二氧化氯在常溫常壓下氧化高濃度有機廢水。

　　在降解COD的過程中，打斷有機分子中的雙鍵發色團，如偶氮基、硝基、硫化羰基、碳亞氨基等，達到徹底脫色的目的，同時有效提高BOD5/COD值。一般的高濃度有機化工廢水色度高，有機物難以降解。采用“物化-催化氧化-生化”處理方法，可使高濃度有機化工廢水達標。

　　2厭氧生物法處理高濃度有機廢水

　　厭氧生物處理法是利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌來降解有機物。大分子的有機物首先被水解成低分子化合物，然后被轉化成CH4和CO2等。

　　自20世紀70年代以來，我國在研究和開發處理高濃度有機廢水的厭氧水解、厭氧消化技術方面取得了顯著成績，其優點是運行費用低。厭氧水解法、厭氧接觸法、厭氧生物濾池、升流式厭氧污泥床、厭氧流化床等已被廣泛用于處理高濃度有機廢水。

　　1、厭氧濾池(AF)

　　AF是美國斯坦福大學的2位學者首先研制的。裝置中填滿了砂礫、卵石、塑料或纖維等，厭氧微生物附著在填料的巨大表面上，可維持較高的生物量和較少的SRT。一般采用上流式，在中溫條件下也可采用下流式。

　　2、升流式厭氧污泥床(UASB)

　　UASB是荷蘭農業大學幾名教授在AF基礎上發展起來的，其特點是反應器的上部設置1個氣、固、液三相分離器，混合液中的污泥能自動回到反應區以維持較多的生物量和較長的SRT，整個反應器由反應區和沉淀區兩部分組成。從表2可以看出，UASB具有很高的容積負荷率和污泥負荷率。

　　3好氧生物法處理高濃度有機廢水

　　好氧生物法一般用于處理低濃度有機廢水，但近年來有人研制出一些高效的好氧生物處理工藝，可用于處理高濃度有機廢水，如深井曝氣和好氧流化床等。在特定條件下，如場地面積小，可以考慮應用深井曝氣法;某些含有抑制厭氧菌物質的廢水，可采用高效好氧處理裝置。

　　1、深井曝氣法(DSP)

　　DSP是20世紀70年代初，英國皇家化學工業公司在進行利用好氧細菌生產單細胞蛋白的研究時派生出來的一種工藝。它改變了傳統生化法處理污水時氧的轉移率，增大氧氣與液膜的接觸面積，提高了氧的飽和濃度及其利用率，具有很好的處理效果。DSP法利用深井中的靜水壓力把氧的轉移率從傳統曝氣法的5%-15%提高到60%-90%。動力效率很高，處理效果極好。此外，還具有產泥量少，不受氣溫影響，不產生污泥膨脹，占地面積小、效能高、能耗低、耐沖擊負荷性能好、操作簡單、易于管理、投資少等優點。因此，它廣泛應用于現代化學合成工業的高濃度有機廢水的治理，如塑料、合成纖維、合成橡膠、洗滌劑、染料、溶劑、涂料、農藥、食品添加劑、藥品等工業。

　　2、好氧生物流化床法(ABFB)

　　ABFB法是澳大利亞科學家于20世紀70年代初開發的工業廢水生物處理工藝。這種工藝的特點是反應器內填料的表面積超過3 300 m2/m3，生物膜量可達10-40 g/L，比普通活性污泥法高1個數量級。因此，該工藝具有效能高、占地少、投資省等優點。但由于要使填料流化，必須進行出水循環，并保持反應器內具有一定的流速，從而增加了運行的復雜性。目前，國內利用ABFB處理高濃度有機廢水尚處于實驗階段，工程應用并不多。

　　四、城鎮污水深度處理技術

　　深度處理的目的是進一步去除二級(強化)處理未能完全去除的有機污染物、SS、色度、嗅味和礦化物等。常見的深度處理技術包括混凝沉淀、介質過濾(含生物過濾)、膜處理及氧化等，本指南將膜生物反應器(MBR)技術也包括在深度處理技術中。

　　1混凝沉淀技術

　　利用混凝劑使水中的懸浮顆粒物和膠體物質凝聚形成絮體，然后通過沉淀的方式去除絮體。混凝劑混合反應方式可采用管道混合或機械攪拌等方式。宜選擇鋁鹽和鐵鹽為主的混凝劑，必要時可投加有機高分子助凝劑。沉淀設施主要有平流、豎流、輻流和斜板(管)沉淀池，也可利用澄清池去除絮體。

　　2介質過濾技術

　　包括砂濾、濾布濾池等SS去除技術。

　　3生物過濾

　　利用濾料及其表面附著的生物膜去除氮、有機污染物和懸浮物。根據處理目標不同分為曝氣生物濾池和反硝化濾池。

　　4膜處理技術

　　膜處理技術包括基于微濾和超濾的固液分離技術，以及基于反滲透的脫鹽及溶解性污染物去除技術。具體包括：膜生物反應器(MBR)技術、微濾/超濾膜過濾技術;反滲透(RO)技術等。

　　膜生物反應器

　　將膜分離技術與活性污泥生物處理單元相結合，以膜過濾取代傳統二沉池的水處理技術。常用組件類型主要有板式和中空纖維兩種。

　　微濾/超濾膜過濾

　　利用微濾膜或超濾膜去除水中SS和膠體物質的處理技術，主要包括外置式和浸沒式兩種應用方式。常用組件類型主要有板式、管式和中空纖維三種。

　　反滲透技術

　　利用只能透過水而不能透過溶質的反滲透膜進行水中溶解性物質去除的膜分離技術。

　　5氧化技術

　　利用臭氧等強氧化劑對水中色度、嗅味及有毒有害有機物等進行氧化去除的技術，根據來水水質狀況和出水水質要求還可以采用臭氧-過氧化氫、紫外-過氧化氫等高級氧化技術。