1废水处理再利用在水闭路循环中的意义
未来的工业用水必将发展为与公共用水相类似的用水新理念,以应对诸如对水量的需求、对水质的需求、保护公众健康和生态环境的要求。由于优质水源有限,市政废水及工业废水处理的再利用是必然的选择,并且各制造工业用水的再利用和废弃物最小化将成为用水及管理的主要关注内容,最终的目标是实现工业用水零排放。当前,国外已经提出关于在工业和城市生活区实施整体资源管,为满足不同的水回用目的而实施的多重循环水标准。美国加利福尼亚WestBasin地区的废水处理厂给出了一个很好的范例,该处理厂是世界上最大的废水处理厂之一,其设计处理水量为340000m3/d。WestBasin回用水生产厂处理来自洛杉矶HyperionWWTP的二级出水,分别采用4种不同水处理工艺技术生产出四种类型的回用水,分别满足景观灌溉和工业循环冷却水、工业锅炉用水、满足饮用水标准的回注地下水。成本和效益及快速回报是大规模实现水回用的基本动力,闭路工业水循环包括如下三项节约用水和废水量最小化的措施:⑴串流回用,包括很少或不经处理的直接回用;⑵经过适当处理的废水循环;⑶针对特定工业流程通过降低对水的需要而减少资源的使用。以上措施主要考虑的内容包括成本、效益、水质、运行管理的复杂程度和调整的规则。
2废水处理回用水的技术挑战和进步
根据不ft回用水标准,进行废水处理的多层次选择,不同行业对回用水质量的要求取决于工业生产工艺和其它方面用水的具体要求。这样,不同的常规及先进适用的水处理技术可以实现同样的处理目标。对处理措施的最终选择将取决于对技术、经济以及当地的特殊条件的全面考虑,通过水处理技术的综合应用,去除相应的污染对象达到适合回用的目的。在以废水回用为目的的污水处理技术,居于中心位置的是高级处理过程(生物处理、物化处理、膜处理)。这些处理过程的主要目标是保证水质和水质稳定,包括:除去悬浮颗粒、营养物质、病毒和病原体、微量金属、有机物和无机物。考虑到工业用水特殊性的要求,悬浮固体的去除对于保证后续处理程序更为有效是非常重要的。
悬浮固体的存在将引发特别麻烦的未激活微生物问题(这些微生物可吸附于固体颗粒表面并且因此抵制消毒和生物杀灭剂的作用)。通过使用生物氧化、硝化/反硝化、活性炭、絮凝、膜过滤、电渗析和反渗透等方法,可进一步提高水质。生物处理技术是经济高效地去除各类有机、无机污染物(去除碳、氮和磷等营养物)的有效方法之一,将物化过程(如臭氧氧化及活性炭吸附)与生物处理结合,可以明显提高去除有机微污染物,特别是高分子和难溶化合物的去除率。更高程度的净化将通过膜处理实现,使用低压膜处理作为反渗透的预处理是当前非常有前景的应用,实践证明微滤和超滤可以显著降低污染指标,超滤可以将反渗透单元操作要求的压力降低30%。服务于成功的水闭路循环工程最为适当处理工艺的技术挑战有如下内容:⑴高度保证运行的可靠性。从使用角度,处理设施以及蓄水装置、输配网等都将是保证优良水质必须的。微生物增长的最小化以及保证最终工业产物的质量,要求各类型的回用水质稳定。⑵提高处理过程的整体性,以满足特殊水质的要求。为争取更大的经济效益和减少副产物,水处理技术改进是必须的,如以提高操作可靠性和盐的去除及消毒效率为目的的处理技术;以提高工业水闭路循环管理水平软件的发展;优化水网络和废水处理。⑶加强水质监测以确认循环水符合使用标准,合理的监测仪表装置应当标准化而且应该是简单和低价的技术管理服务的工具。⑷为水的回用和循环制定最适宜的措施,以保证工业用水及经济、效率、水质、公众健康安全。
3工业可持续水应用
3.1工业水循环
在工业中,水通常被用于多种多样的用途(参见表1),例如水可以作为原料,不能被任何其它组分替代,而其它用途中,水是一种工具,并且替代品欠缺。水在工业某个流程使用后,水中通常含有恶化其水质的组分,在经过适当的处理之前不能再次应用,因为会对设备或产品造成负面影响,经过处理的水进行了更新,只有当处理的水适宜回用时,水的闭路循环才是可行的。发达国家工业用水已经纳入工业水循环和资源回用的新阶段,而在我国(工业水循环及资源回收)还处于试验探索阶段。4.2、水回用路线废水处理回用可通过两个途径(第一种途径是用技术管理的方法,第二种途径是用清洁生产的方法)分别为来减少水资源的使用和排放,最终实现零排放,这样,废水处理回用就可以成为工业水闭路循环的一个完整部分。
3.2.1技术管理方法
从现有的状况出发,从工业用水的基础使用开始,可以釆取技术管理措施有:新生产工艺的应用;替代性的原料和辅助材料的应用;生产工艺改进和优化;针对回用的分散式水处理;管理节水;管路末端措施(废水处理)。
3.2.1.1管路末端处理
管路末端处理就是利用物质的物理化学特性以及微生物的代谢能力,对工业废水进行处理,达到回用的目的,它将是工业用水的基础设施之一。
3.2.1.2管理措施
重点解决各种用途采用不同水质的效率和效益,同时考虑产生的废水处理回用的技术经济性。如果在某种生产工艺中,能够生产和使用5种不同的水质,可能要比一种标准的水质更有效率和效益,然而,这可能要投资5种不同的管路和设备系统。采用管理措施可以在短期内完成,它是工业用水闭路循环系统中重要的环节。
3.2.1.3针对回用的分散式水处理
在许多生产工艺中,水都是通过一次使用后不适合第二次使用,水再次使用就需要进行处理。可以选择生物处理与物理或化学处理相组合的工艺,最终通过技术经济比较,确定经济可行技术适用的方案。重要的是分散式水处理设施需要处理的水量较小并且水质变化较小(污染物种类较少),而且分散式处理还可以回用部分原料,这样就为水中的原料提供了附加的经济价值,而管路末端处理方法,水和其中的物质只有负面的经济价值。
3.2.1.4工艺优化
工艺优化的目的在于提高工艺用水效率,减少不必要的浪费,使水达到科学合理的使用。其通过采用适当的在线检测设备和工艺控制来实现。重点是确定关键的工艺参数,并设定适宜的范围,在工艺控制过程中,低于或者超过设定点时,对工艺的调整要及时准确。
3.2.1.5系统改进
许多生产工艺随着时间的进展而进行适应生产性调整,这些调整通常是针对具体的生产工艺步骤,这种修改会在生产工艺的局部有所改善,而导致在其用水部分出现问题,这就造成工业水使用工艺不够最优。因此,需要同步进行用水工艺的改进,获得更适宜的用水方案。
3.2.1.6替代原料和辅助材料的应用
在许多生产工艺中,采用的物质和化学品如重金属和有机物等对环境有很大影响,在一些条件下,可以使用毒性更小的容易生物降解的物质替代。如在脱脂的过程中可以使用高浓度的酒精替代二氯甲烷(金属加工业),用甘草膦代替除草剂。
3.2.2清洁技术
清洁生产的目的是实现工业生产工艺的改变,从而工业生产对水的需求更少,并实现工业用水的零排放。实现清洁技术,不再是为改善生产工艺应对环境污染,而是要通过对工艺和产品特点的研宄,目标是工业用水的零排放,是应对污染的来源而不是其污水排放的最终解决之道。目前,工业用水清洁生产己经有几项清洁技术有的已经开始工业化应用,例如超临界二氧化碳织物印染、热浸镀锌的替代工艺、干法造纸以及纸张漂白的生物技术等。淡水供应方面的清洁技术的一个例子是海水淡化。清洁技术还只处于初始阶段,而且还不成熟,还有许多问题和瓶颈要克服,包括技术的(成熟性、可靠性、示范、质量控制)、社会的(接受性)和经济的(投资、运行费用、经济风险等)方面。我们面临的挑战是解决这些问题,创造可持续发展的可能性。清洁技术还可以通过聚焦于功能或者服务来实现,而不是产品。例如:工业生产用水从提供化学品过渡到闭路循环(包括废水处理回用)技术及管理服务;作为效益的交付方式,租赁而不销售的做法有更深的含义,它将水闭路的技术及管理责任作为服务定义给了供应者而不是使用者。
4工业可持续用水是必然趋势和目标
对于生态系统和生产工艺来说,水质是非常重要的,但是可再生资源源才是水循环的必要驱动力量,同时还要避免固体废物和废气的形成(封闭的物质循环)。公企业生产的主要目标是盈利和可持续存在并发展,所以工业用水的必须服务于这些目标,对是否用水是最小化的闭路循环和零排放,其重要的影响因素是产品质量、生产能力扩张、成本最小化、技术可行性、环境执法成本等。工业用水要实现可持续的利用,技术和管理创新是基础。技术和管理创新的目标应该是保留工艺流(水和物质)的价值(质量),并且具体问题具体分析,而制定相应的解决对策。而不是把水净化到饮用水质然后用来冲厕所,或者不管什么污水都排放收集统一处理回用》国内工业用水实现闭路式循环而且经济稳定运行的范例还未见到,故此工业水闭路循环及可持续用水前的道路还很长,需要我们共同努力,同时也是一个很有前途的技术和管理综合实力竞争的市场。
5结论
就全球范围而言水并不短缺,但水质是工业用水的一个关键因素,通过釆取管理与技术措施,最终实现水的闭路循环和零排放是工业用水的必然趋势。实现水的可持续利用,关键是包括供水或水循环及废水处理再利用,满足回用水质到适合相应的用途。清洁生产是实现工业用水可持续的解决方案,也为工业水服务的技术管理公司带来新的市场机会,当然,综合技术和管理实力才是市场竞争的利器。
作者：吴作成 单位：北京环能工程技术有限责任公司
