常州一级反渗透水处理设施精益求精

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　养殖水体中的污染物主要有：有机物、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、磷等。其特点主要有：水量大，污染物种类较少而含量变化小等特点，污染物主要为有机物和氮、磷等营养盐，大部分水产养殖废水属于微污染水，污染负荷相对比较低，处理也较为容易，有些养殖废水甚至不需要物理化学处理，而直接采用生物法处理即可满足排放要求。

　　1.1 有机物

　　水环境中有机物含量过高易造成水质恶化，在有机物分解时将会极大的消耗溶解氧。水产养殖废水有机物主要来自未被鱼虾蟹等利用的残饵和养殖水产品的排泄物。

　　1.2 氮

　　氨氮：当水体中TN的浓度超过0.5mg/L时，对鱼类有毒害作用。水体中的氨氮包括非离子氨氮(NH3-N)和离子氨氮(NH4+-N)，其中NH3-N的毒性很强，其浓度在0.02-0.05mg/L之间时，就会使水产品降低免疫力，导致水产品疾病甚至死亡。养殖废水中的氨氮主要来源于饲料残饵、水产品的排泄物、死亡并腐化的植物以及池底沉积物的氨化分解形成的物质。

　　硝态氮：硝态氮主要包括硝酸盐和亚硝酸盐。硝酸盐对水生生物毒害作用较小，亚硝酸盐对水生生物的危害很大，因为亚硝酸盐会把亚铁血红蛋白氧化成为不具有运输氧气功能的高铁血红蛋白，氧气不能正常运输，造成缺氧。

　　亚硝酸盐是硝化菌分解氨化养殖水体中的饵料和粪便转化而成，是养殖污水中污染物的中间产物，很不稳定。

　　硝酸盐是含氮有机物经过无机化作用的最终阶段的产物，在有氧的条件下，亚硝酸盐可以氧化成硝酸盐，在无氧的条件下，硝酸盐可以在微生物的作用下，转化成亚硝酸盐。

　　1.3 磷

　　饲料中的磷的含量都很高，但是养殖水产品只能吸收很少的一部分，约17.4%，绝大部分的磷被排放到附近水域，导致了富营养化。水体中的磷主要来源于饲料残饵，磷是鱼类的鱼鳞和骨骼的的必须的营养成分。

　　1.4 总悬浮颗粒物

　　TSS包括直径在1~100μm之间的悬浮于水体中的非沉淀悬浮物和直径大于100μm的悬浮物可沉淀。TSS会对鱼类产生毒害作用，导致鱼类生长速度缓慢甚至死亡。总悬浮颗粒物(TSS)也来自于残饵和水产品的排泄物。

　　2、水产养殖废水理化处理法

　　2.1 物理法

　　在水产养殖废水物理处理中，的为机械过滤和泡沫分离技术，两者都用于废水的初步处理。

　　机械过滤原理是阻隔吸附，属于最基本的污水处理法。养殖废水中的残饵和水产品排泄物，大部分以悬浮颗粒物形式存在，采用物理过滤技术去除是较为方便有效的方法。在养殖废水处理中，机械过滤器过滤效果较好，也是目前应用较多的过滤器；砂滤池也能较好地将大颗粒的养殖残饵和粪便去除，经常被用于循环水养殖类养殖场。但机械过滤对COD、BOD、N和P的去除效果不佳。

　　泡沫分离技术也经常被用于水产养殖废水的初步处理，向被养殖废水中通入空气后，形成微小气泡。废水中的具有表面活性的部分污染物就会被微小气泡吸附，随气泡一起上浮形成泡沫。对泡沫进行分离，即可去除该部分溶解态和悬浮态污染物。由于泡沫分离技术在去除了有毒有害污染物质同时，也为养殖水体提供了必需的溶解氧，有效地维护了养殖水体的水环境，促进养殖水产品的成长发育。

　　2.2 化学法

　　用于养殖废水处理的化学法通常为化学氧化，常用的氧化剂有臭氧、过氧化氢、二氧化氯、液氯等。氧化剂具有氧化分解难生物降解溶解态有机物的作用，是养殖废水深度处理的主要手段。

　　臭氧具有很强的氧化性，其原理是，在水中分解的中间物质经基自由基(-OH)，可以分解那生物降解且难以被一般氧化剂氧化的溶解态有机物。用臭氧处理废水，既能增加水中溶解氧，增加养殖水体的氧含量，又能够快速消灭细菌、病毒和氨等有毒有害成分，从而达到净化养殖废水，改善养殖水体的目的。据相关资料记载，臭氧在鱼虾养殖废水处理中实际应用效果良好。此外，臭氧能快速降低养殖废水的COD，增加溶解氧含量，并且可大大降低水中NH3-N和亚硝态氮浓度，但所消耗的臭氧量也相对较大。

　　总体而言，化学氧化虽然具有处理效率很高的优点，但需要特定仪器设备，费用高，而且过量的试剂，很容易引起二次污染。目前，臭氧氧化技术已在美国、欧洲和亚洲的日本被广泛应用于海水养殖的循环水处理。

　　2.3 理化学法

　　物理化学法相结合的综合方法，是废水处理的主要方法之一，如化学沉淀法，通过添加一定的化学絮凝剂，再经过沉淀，去除废水中的颗粒物及无机物。

　　近些年，许多研究者对臭氧氧化与膜的结合技术产生了浓厚的兴趣。Zhu等人发现在陶瓷微滤膜之前使用臭氧进行初级处理，不仅可以提高污染物的去除率，而且对缓解膜污染具有很重要的作用;Schlichter等人将臭氧与地表水混合后通入膜组件，能够提高有机物的降解率，并同样缓解了膜污染;Choi等人通过一个膜与臭氧结合的中试研究，证明在臭氧存在的条件下，膜的通量会保持在一个稳定值，并且能够很好的降解污染物质。将膜分离技术与高级氧化技术相耦合用于废水的深度处理过程，不仅能够利用膜截留来浓缩废水中的有毒有害物质，而且还可以用高级氧化技术中的氧化剂来降解膜截留的污染物质。如此一来，这种耦合技术在一方面解决了膜分离中浓缩水的二次污染问题和缓解膜污染问题，另一方面也提高了高级氧化技术中氧化剂与污染物接触的几率，提高了其氧化基团的利用效率。该技术目前有诸多学者正在研究实验，是未来污水处理的主要发展方向之一。

　印染废水是纺织行业排放的含有染料的主要污染物，具有排放量大、色度深、浓度高、可生化性低、pH值变化大的特点。印染废水处理的突出问题是色度和难降解有机物的去除。目前的印染废水处理研究主要从破坏染料发色基团和降低溶液COD两个方面着手，达到脱色和降解有机物的目的。处理印染废水技术主要有生物处理法、物理法、化学法及高级氧化法。

　　生物法对难生物降解染料及助剂难以去除，越来越不能满足印染废水复杂多变的处理需求，且印染废水的可生化性能差，直接利用生化法处理效果不佳。吸附法操作简单，适用广泛，但只是把污染物从水相转移到固相中，面临着后续处理、吸附材料昂贵和再生困难的问题。膜分离方法在获得较高的处理效率的同时，还可以使废水或有用物质获得再生从而重复使用。但是膜、膜设备及膜污染的集中处理费用较高，限制了该技术大规模应用。化学混凝法对印染废水中的色度、悬浮物都有较好的去除率，但只可去除一部分，也是将污染物从液相转移到固相，并没有实现降解，所以一般用于印染废水的预处理。

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　　对于废水中难降解性有机物的处理，当前世界主流技术是以氧化自由基为主的高级氧化技术(AOPs)，包括湿式氧化、超临界水氧化、芬顿氧化、光催化氧化、臭氧氧化、等离子体技术等，虽然它们的反应机理不相同，但都主要通过产生羟基自由基来氧化有机物，并将之矿化成二氧化碳和水。

　　多综合功能被慢慢掌握。等离子体反应器中不仅会有多种产生羟基自由基的方式，如光催化、芬顿反应、还有高温热解冲击波、汽蚀、各种活性基团(含氧基团、水合电子、氨氮类自由基、过氧亚硝酸根离子等)的综合效应来降解有机物，并且这些反应表现出良好的兼容性，还能通过和催化剂、吸附剂等联合来提高降解效率，且没有二次污染。因此研究等离子体处理印染废水工艺具有重要的意义。

　　1、等离子体处理印染废水反应器

　　1.1 电晕放电反应器

　　利用脉冲电晕放电使有机染料褪色，通过静电火花间隙开关，使用一个电容器(1nF)放电电路产生高压脉冲。峰值电压和重复频率分别为14~18kV和170~600Hz。反应器有两个部分，即静电雾化部分和电晕放电部分。静电雾化部分由皮下注射针喷嘴和环形电极组成。喷嘴电极和环形电极分别连接到直流电源和地电极。喷嘴的外径为0.53mm，接地环形电极的内径为30mm。喷嘴和环形电极之间的距离为15mm。电晕放电部分由方形的线电极(1×1mm2)构成，该电极放置在不锈钢网(2×2mm2)圆柱电极的中间，电极分别连至脉冲电源和地电极。网状圆柱电极的垂直高度为60mm，反应器(有机玻璃管)的长度和内径分别为200和45mm。通过微加料器以6.3mL/min的速率添加染液。以2mL/min的速率从反应器的顶部注入气体。

　　通过多针-板高压电晕放电使偶氮染料(酸性橙7，AO7)脱色，反应系统由一个脉冲高压源和一个反应容器组成。使用0~50kV可调直流电压源、电容器、可调修剪电容和旋转火花间隙开关产生脉冲高压。脉冲上升时间小于100ns，脉冲宽度小于500ns。反应容器由一个树脂玻璃圆柱(内径100mm，长度265mm)组成。圆柱的中间有多针-板电极，其能够在针的产生正流注电晕放电，阳极针和平板电极之间的距离为25mm。87811个针构成的阳极中，11个针位于中间，其他的2921个针在周围进行均匀圆周分布，其圆周半径为20mm，并使用树脂盘进行固定。每一个针由不锈钢针头构成，硅酮绝缘层包裹着伸出的针尖，针尖只从绝缘层中伸出1mm的长度。接地平板电极由90mm直径、1.5mm厚度的不锈钢圆盘构成。

　　在利用电晕放电反应器降解甲基橙、天空蓝、罗丹明染料废水，实验装置由脉冲高压电源和反应器组成。用蠕动泵以100mL/min的流速使总体积为300mL的染料溶液循环通过反应器。反应器容器包含一个环形电极几何体系，在有机玻璃圆柱体的中心放置一个不锈钢环(厚度0.5mm，直径6mm)(内径53mm，长度50mm)用于在水中产生脉冲流光电晕放电。接地电极为不锈钢圆柱体(直径50mm，长度30mm)。对环形电极施加正的脉冲电压。带有旋转火花隙开关的电源用于产生高压脉冲。存储电容器的脉冲电压幅度，脉冲频率和电容分别为0~30kV，25Hz和6nF。

　　1.2 介质阻挡放电反应器

　　利用介质阻挡放电反应器降解亚甲基蓝，石英制圆柱形反应器管内径为19mm，长度为210mm。在外部电极上涂上银膏，长度为100mm。内电极是由不锈钢烧结纤维制成的直径为16mm的圆柱体。含有染料的溶液通过蠕动泵循环，并在内部电极的表面上作为薄膜流动，经过顶部的多个孔。通过反应器的上盖引入空气或氧气，通过质量流量控制器调整流量。气体和溶液通过底部的管道离开反应器。管道可以放置在溶液储存器的顶部，也可以放在底部以使气体通过溶液，从而使放电中产生的臭氧与溶液储存器中的染料分子反应。放电以脉冲模式运行。内电极以高电压连接，外电极接地。负极性的直流高压发生器为1nF的电容充电，随后通过在自击穿模式下工作的火花隙开关进行放电。

　　使用浸没在水中的气相介质阻挡放电反应器降解偶氮染料橙色II过程中，反应器容器包含有污水，其内径为90mm，长度为200mm。浸在污水中的介质阻挡放电反应器包含一个石英管和一个9mm的铜棒，石英管的内径和外径分别为22和25mm。有效值为13.4~23.3kV的交流高压被施加到铜电极上，污水和地电极相连接。污水是导电的，它可以将地电极延伸到石英管的表面。在铜电极和石英管的内表面发生放电，在该空间内产生臭氧和紫外线。流经该区域的气体为空气或者氧气。

　　混合气液介质阻挡放电降解茜素红(AR)，实验装置主要由交流高压电源和电抗器组成。反应容器为内径为100mm的夹套石英圆柱体。高压电极由9根直径为1mm的铜线组成，每根铜线用一端密封的石英管覆盖，壁厚为0.5mm。一端密封的石英管全部插入溶液中约10mm深，然后均匀分布在水面上。这些铜电极从石英管的另一端伸出，全部连接到高压电源。该溶液直接用作接地电极。水处理的输入功率由电压调整器调整。通过在外护套中运行冷却水，将溶液的温度保持在室温(300±2K)。AR溶液由分析纯的AR和蒸馏水配制而成，水溶液的体积为200mL。通过加入KCl控制溶液的电导率，并通过加入NaOH或HCl(其通过pH计(PHS-3C)测量)来调节其pH值。放电气体可以通过鼓泡不同的气体(如空气，氮气或氧气)来改变。

　　同轴的介质阻挡放电反应器被设计用来处理大气环境下的多种的染料废水溶液(反应性纺织染料活性黑5，活性蓝52，活性黄125和活性绿15。在这个反应器中，水形成了一个降膜，与等离子体形成了直接的接触。同轴的介质阻挡反应器能够产生多种气体及液体物质。放电过程能够产生O3、H2O2、·OH和其他活性物质。由于具有长寿命和强氧化性，臭氧是最有活性的分子。在放电过程中，粒子从等离子体进入液体中，并和污染物发生反应。另外，放电产生了紫外线、离子(例如OH–、O2–、O–、O2+、N2+、N+、O+)和电子。圆柱形反应器由派热克斯玻璃制成，其内径为27.0mm，长度为600mm。外电极为粘贴在玻璃管另外一面的铝箔制成，长度为400mm。内电极为直径为20.0mm的玻璃圆柱体，其在内部镀银。阻挡放电在内部玻璃和外部玻璃之间产生。当放电源作为降膜反应器时，水向上流经一个垂直的中空玻璃管，向下流并在电极表面形成一个薄的介质薄膜。使用的电源是高压变压器，并有一个频率转化器，能够调节正弦电压的频率到500Hz。等离子体反应器的频率被设置到200Hz。外加17kV的电压，在玻璃和水层之间的3.5mm的间隙形成放电。为了增加被处理的溶液的速率，三个放电进行并联。这个系统的放电功率为150W。

　　3、养殖废水生物处理法

　　相比于物理法对BOD、N、P去除效率效率低，化学法费用高且易造成二次污染，以生物为核心的技术，既能有效去除养殖废水中污染物，又不会对环境造成二次污染。目前，该方法已被广泛应用于水产养殖废水处理及其它污水治理中。

　　采用生物法处理养殖废水，主要是利用藻类、微生物等对养殖废水中有机物和N、P进行吸收降解。