劣质水资源化农业利用的发展.doc
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1、劣质水资源化农业利用的发展1.1劣质水资源化处理新技术对劣质水(尤其是污水)进行适当处理,达到目标用途要求的水质标准,使之成为多种用途的水资源,可在很大程度上缓解水资源的紧缺状况,对节约水资源具有重要意义。污水处理技术主要包括物理法、生物法和化学法等方法。单独利用其中一种方法或者综合利用其中几种方法的污水处理系统则是多种多样的。应用最为广泛的污水处理系统是综合应用各种技术的污水处理厂。它可以通过多道工序除去污水中的各种污染物,并将处理过的污水排放到自然水体中。如果不考虑费用问题,污水处理厂应用各种处理技术,完全可以将污水处理到理想的水质标准。但高昂的建设和运行费用使其广泛应用的主要限制因素。特
2、别是当营养物和其他化学物质的除去率要求较高时,这一缺点就更为明显。因此,包括我国在内的很多经济不发达国家和地区,污水处理厂的数量远远满足不了污水处理的需要。现有污水处理厂一般至多是对污水进行一级和二级处理,有的甚至只进行一级处理。但是,即使是二级处理后的污水氮、磷含量依然很高,排放到地表水体后易发生富营养化问题,造成水环境恶化。从污水资源化的角度看,如果是以农田灌溉利用为目的,不论品质和污染物成分如何,一概对污水进行二级处理甚至更深程度的处理,也没有必要。目前,在污水资源化和灌溉利用方面,国际上的发展趋势是综合利用各种技术,充分发挥土壤、植物、水体的自然净化作用,对污水进行处理和利用。常用的污
3、水处理方法可按作用原理区分为以下几类:1.1.1物理法主要是利用物理分离污水中呈悬浮状态的污染物,在处理过程中不改变化学性质。属于物理的处理方法有:1、沉淀(重力分离法)利用污水中的悬浮物和水比重不同这一原理,借重力沉降(或上浮)作用,从水中分离出来。沉淀装置有沉砂池、沉淀池、隔油池等。污水在沉淀装置的停留时间:沉砂池2min,沉淀池和隔油池1.5-2h。2、过滤法用过滤介质截留污水中的悬浮物。过滤介质有铜条、筛网、砂、布、塑料、微孔管等。过滤设备有栅、筛微滤机、砂滤池、真心过滤机、压滤机(后两种多用于污泥脱水)等。处理效果与过滤介质孔隙度有关。3、离心分离法污水中的悬浮物借离心设备的旋转,在
4、离心力的作用下悬浮物与水分离。离心力与悬浮物的质量成正比,与转速(或圆周线速度)的平方成正比。由于转速在一定范围内人工可以控制,所以能获得很好的分离效果,远远超过重力分离法。离心设备有水力旋流器、旋流沉淀池、离心机等。一般离心法多用于处理轧钢污水氧化铁皮的出去以及从洗羊毛污水中回收羊毛脂或污泥脱水等。4、浮选(气浮)法将空气打入污水中,使污水中乳状油粒(粒径0.5-2.5m)黏附在空气泡上,油粒随气泡上升至水面,形成浮渣而除去。根据空气加入的方式不同,浮选设备有加压溶气浮选池、叶轮浮选池、射流浮选池等。污水在浮选池中大约停留0.5-1h。为了提高浮选效果,有时需向污水中投加混凝剂。5、蒸发结晶
5、法将污水加热至沸腾,气化,使溶质浓缩,在冷却结晶。如酸洗钢材的含酸污水处理就是经蒸发浓缩,冷却后分离出硫酸亚铁结晶及酸性母液。6、反渗透法通过一种特殊的半渗透膜,在一定压力下,将水分子压过去,而溶质则被膜所截留,污水得到浓缩,而压过膜的水就是处理过的水。膜材料为有机高分子物质,加入添加剂可做成板式抹、内管式膜、外管式膜以及中空纤维膜等。操作眼里一般需要2942-4901.2kpa,每天通过每平方米渗透膜的水量从几十升到几百升。目前已用于海水淡化以及含重金属的污水处理。1.1.2化学法利用化学反应原理及方法来分离回收污水中的污染物或改变污染物的性质,使其从有害变为无害。属于化学处理方法有:1、混
6、凝法水中的胶体物质,通常是带有负电荷,胶体颗粒之间互相排斥不能凝聚,多形成稳定的混合液。若水中投入带有相反电荷的电解质(即混凝剂)后,可使污水中胶状物呈电中性,失去稳定性,并在分子引力作用下,絮凝成大颗粒而下沉。常用的混凝剂有硫酸铝、明矾、聚合氧化铝、硫酸亚铁、三氯化铁等。上述混凝剂可用于含油污水、染色污水、煤气站污水、洗毛污水处理等。2、中和法对酸性污水投加碱性物质,使污水达到中性。常用碱性物质有石灰、石灰石、白云石等。对碱性污水可吹入含二氧化碳的烟道气进行中和,也可用酸中和。3、氧化还原法污水中的溶解性有机物或无机物,再投入氧化剂或还原剂之后,由于电子的迁移运动,发生氧化或还原作用,使之转
7、变为无害物质。氧化法多用于处理含酚、氰、硫等污水。常用氧化剂有空气、漂白粉、氯气、臭氧等。还原法多用于处理含铬、汞污水。常用的还原剂有铁屑、硫酸铁、二氧化硫等。4、萃取法将不溶于水的溶剂投入污水中,使污水的溶质溶于溶剂中,然后利用溶剂与水的比重差,将溶剂分离出来。再利用溶剂与溶质沸点差,将溶质蒸馏回收,再生后的溶剂可循环使用。例如含酚的污水回收。常用的萃取剂有醋酸丁酯、苯等,酚的回收率可达90%以上。5、吸附法将污水通过固体吸附剂,使污水中的溶解性有机或无机物吸附到吸附剂上。常用的吸附剂为活性炭。此法可吸附污水中的酚、铬、汞、氰等有毒物质。此法还有除色、脱臭等作用。一般多用于污水深度处理。6、
8、电渗析法通过一种离子交换膜,在直流电作用下,污水中的离子朝相反电荷的极板方向迁移,阳离子能够穿透阳离子交换膜,而被阴离子交换膜阻挡。同样,阴离子能穿过阴离子交换膜,而被阳离子交换膜所阻。污水通过阴、阳离子交换膜所组成的电渗析器时,污水中的阴、阳离子就可得到分离,达到浓缩及处理目的。此法可用于酸性废液回收、含氰污水处理。1.1.3生物法主要是利用微生物的作用,使污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为无害的物质。属于生物处理方法有以下几种:1、活性污泥法将空气连续鼓入曝气池的污水中,经过一段时间,水中能形成繁殖有大量好气性微生物的活性污泥,它能吸附和分解污水中的有机物,并以有机物为养料使微生物获
9、得能量,并不断繁殖。离开曝气池的污水与活性污泥的混合液,在沉淀池中沉淀,活性污泥分离后的水即为净化水。沉下的活性污泥除派出一部分多于(增值的)之外,其余的循环回到曝气池。曝气池中的悬浮物含量应维持在2-6g/L。污水在曝气池中一般停留3-5h,能除去污水中的BOD590%作用,是广泛采用的生物处理方法。2、生物膜法将污水连续通过固体调料(碎石、炉渣、塑料蜂窝等),在填料上繁殖的大量微生物形成生物膜。生物膜能吸附及分解污水中的有机物。从填料上脱落下来老死的生物膜随污水流入沉淀池中沉淀,使沉淀池的出水得到净化。此法能除去污水中的BOD5达到80-90%。3、生物(氧化)塘氧化塘分为厌氧塘、兼性塘、
10、好氧塘、水生植物塘等。在实际应用中可将这些塘进行组合,与污水预处理连成一个系统,统称为氧化塘系统。这是一个简便的污水处理方法,适用于大中、小城市的污水处理。其净化污水的原理是利用种类繁多的菌、澡、原生物、后生物以及水生植物,对污水中的有机物进行分解、吸收。这种处理方法大多与农田灌溉相结合。缺点是占地面积大,优点是可以利用当地的坑、塘、洼淀改造为氧化塘,可以节省资金,耗能低,管理方便。污水在池塘中长时间停留(2-10d)会被水中微生物逐渐分解而得到处理。生物塘法可除去污水中BOD575%-90%,如污水无毒,在生物塘后段可养鱼。污水中的污染物多种多样,不能预期只用一种方法就能够把所有污染物质都除
11、去干净。不论对何种污水,都往往需要通过几种方法组成的处理系统,才能达到处理的要求。按照不同的处理程度,污水处理系统可以分为一级处理、二级处理和深度处理等不同阶段。一级处理只除去污水中呈悬浮状的污染物。物理方法中的大部分方法适用于进行一级处理的。污水经一级处理后,一般仍达不到排放要求,尚须进行二级处理。因此,对二级处理来说,一级处理是预处理。二级处理的主要任务是,大幅度地除去污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物。生物处理法是最常用的二级处理方法,比较经济有效。通过二级处理,一般污水均能达到排放标准。但在处理后的污水中,还残存有微生物不能降解的有机物和氮、磷等无机盐类,一般情况下,它们数量不多,对水
12、体无大危害。深度处理时进一步除去污水中的悬浮物质、无机盐类及其他污染物质,以便达到工业用水或城市用水所要求的水质标准。1.1.4污水土地处理系统土地处理是将污水有效地投配到土地表层,通过土壤-植物系统自然完成一系列的物理、化学和生物过程,达到预先设计的处理程度的一种污水处理方法。有些文献对各种污水土地处理和回用系统进行了详细讨论。如果污水的水质适宜于利用土地系统进行处理,并且污水水源附近有可供利用的土地资源,或者铺设管道系统将污水输送到用于污水处理的土地系统处经济上可行,则可以考虑采用这种系统。根据处理地区土壤渗透速度的大小,常用的污水土地处理和回用系统一般可以分为污水快速渗滤系统、污水地表漫
13、流系统,人工湿地系统。这几类系统的主要区别在于其水力负荷、要求图的土质条件和系统对污水的作用过程不同。其中,慢渗系统是污水处理(处置)和利用相结合的方法,在我国有很好的应用前景。该方法利用灌溉作物或林地。灌溉方法可以是地面灌溉,也可以是喷灌或滴灌。在污水通过土壤剖面过程中,污染物被除去。这一过程包括物理过程、化学过程以及生物过程。这类系统中,植物的作物起着非常重要的作用,尤其是对污水中所含氮、磷的除去。但是,在透水性较差的土壤上应用这种系统,有可能发生涝渍盐碱化,从而发生土壤退化现象。慢渗系统的另外一个主要缺点是处理能力低,需要土地面积大。这使得这种系统在土地资源紧缺的城市周边地区的应用受到了
14、限制。在以污水作为灌溉水源进行灌溉利用时,污染物在土壤和作物中的积累以及可能对地下水的污染也是人们较为关心的问题。另外,这种系统无法对经过净化的水进行回收,只能用于污水的处置而非严格意义上的污水处理。因此,慢渗系统在污水处理领域为达到应有的应用。对传统的慢速渗滤系统进行改造,克服其缺点,并结合当地情况进行综合应用,具有广阔前景。人工湿地系统是一个完整的生态系统。它形成了内部良好的循环,并具有较好的经济效益和生态效益,是正在不断得到研究应用和发展的污水净化处理实用新技术。欧美等利用湿地污水净化功能,综合植物、微生物和介质的作用处理污水,然后用来灌溉作物、牧草、草坪、树木等。该方法具有建设、运行成
15、本低,管理简便等优点,但是她们只限于单一的平流式或立流式的芦苇床系统,其水力负荷和污染负荷较低,且芦苇衰退,系统生命短促。国内有许多学者对人工湿地进行研究,取得了许多优秀成果。不同工业污水中所含的污染物的性质各不相同。对含有酸、碱、有毒、有害物质、重金属等污染物污水,应在工厂内或车间内就地进行局部处理,这样做技术上容易办到,经济上也比较合理。对于与城市污染相近的工业污水,或经局部处理不致对城市下水道及城市污水的生物处理过程不产生危害的工业污水,单独设置污水处理设施时不必要的,也是不经济的,应该优先考虑排入城市地下水道与城市污水共同处理,这样既节约费用,又提高了处理效果。1.2 劣质水资源化农业
16、利用发展概况与存在问题1.2.1污水资源化农业利用发展概况1、国外污水资源化农业利用发展概况用污水进行灌溉可以向作物提供水分和养分。同时,又为污水通过土地进行处理提供了一条很方便的方法,从而避免了由于未控制的污水水流所造成的健康和环境危害的潜在可能。在干旱、半干旱地区,灌溉是农业发展的先决条件,把污水作为一个灌溉水资源与对污水进行处理显得一样重要。当其他水资源变得十分短缺时,污水就显得十分珍贵,而且把它用于灌溉,就可使得其他优质水资源用于其它用途。利用土地处理方法来处理污水,不仅在干旱地区使用,同时也可以在湿润气候条件下应用。根据资料记载,利用污水灌溉已经有几百年历史,最早记载的污水灌溉农场的
17、是在德国(1531)和苏格兰(1650)。早期污水灌溉的目的是利用土地处理污水。自150年之前抽水马桶和污水处理系统引入西欧和北美城市以来,城市污水第一次用于大规模的作物灌溉。当时污水未经过任何处理就排放出去,从而使得水资源遭受严重污染。19世纪50年代,由于泰晤士河臭水迫使英国国会大厦不得不浸泡在漂白粉中。从无水口下方抽取的河水成为当时霍乱爆发的原音。 解决此问题的部分措施是沿泰晤士河北岸建立巨大的拦截坝,形成了著名的泰晤士截污水坝工程。这样使伦敦市中心的压力减少了,但污染问题却移到河的下游。英国著名律师Edwin Chadwik提出了“把雨水引向河流,把污水引入土壤”的口号。在这种思想的指
18、导下,污水处理农场应运而生了,从拦截坝上引入的水流入农场的土壤中。在处理污水的同时,农场也顺便获得了农业收益。到1875年,英国约有50各这样原污水处理农场。到20世纪初,美国有12各这样的污水处理农场。但是污水排放量与作物生长中季节性养分和水分需要量常不能完全一致。污水处理农场在减轻河流污染的同时,却造成了不同程度的环境卫生问题。过量的水力负荷和污染物使得土壤孔隙被堵、地表积水、气味难闻以及对作物造成污染。尤其是随着城市规模的不断扩大,污水排放量不断增大,城市可用于处理污水的土地不断缩小,且随着污水处理新技术的发展,使得污水处理农场逐渐失去其原有的作用。为了控制水污染改善水质环境,20世纪7
19、0年代以来,以美国和欧洲国家为代表,开始了大规模污水处理厂的建设,美国在1972年制定了联邦水污染控制法,1987年又制定水质法。按照美国的法律规定到1977年,城市污水处理厂的出水要到达二级处理出水的水质标准。大量污水处理厂的建设,实现了城市污水的再生和回用(包括农业灌溉、景观用水、工业回用、回补地下水等)。美国目前357个城市的污水进行回用,会用点多大536个,城市污水年会用量达到94亿m3,其中灌溉用水达58亿m3,占总回用量的60%。以色列是个严重缺水的国家,目前这个国家是世界上节水程度最高的国家,95%的污水由地下道收集和净化,其中65%的处理后污水用于农业灌溉。气候干旱的以色列,1
20、972年制定了国家污水再利用工程规划。目前以色列建有200多个污水回用工程,其中污水利用率达到70%,其中约2/3用于灌溉,灌溉用污水水量占总灌溉水量的1/5。还有些国家提出了无废污水的口号,即将全部的污水再生后回用。目前,美国、澳大利亚、日本、以色列等发达国家的污水灌溉技术及管理法规等已基本成熟,他们严格执行“先处理后利用”的原则,有效地利用了废污水,同时又避免了水环境的恶化。污水灌溉主要用于园林、牧草、饲料作物,也有用于果树、棉花、甜菜等作物,而对蔬菜和粮食作物应用较少。相对于经济发达的工业国家来讲,发展中国家再大面积污水灌溉方面起步较晚。但随着城市规模和工业生产的不断扩展,也越来越重视污
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