第一篇：藻类在污水处理中的应用

藻类在污水处理中的应用

摘要

藻类能够去除污水中的氮、磷营养物质及重金属，还能与菌类形成复杂的共生系统，促进污水的净化。本文总结了藻类塘及固定藻等藻类技术在污水处理领域的应用，也介绍了藻类的检测作用。作为一种良好的净水材料，藻类有着良好的应用前景。关键词：污水处理；藻类技术；稳定塘

藻类细胞微小，形体多样，适应性强，分布广泛。作为一种易得的生物资源，藻类正在被应用于食品、生物燃料等领域，在污水处理方面的作用也越来越受到重视。

1.藻类处理污水原理

1.1 对营养物质的去除

藻类的近似分子式为10626311016，在生长过程中，藻类以C2为碳源，吸收氮磷等营养物质，通过藻类细胞中的叶绿素的光合作用产生藻类自身的细胞物质，完成藻类增殖并在这个过程中释放氧气[1]。反应方程式为：

1.2对重金属的去除

用于去除重金属的常用藻类为绿藻门、褐藻门和红藻门，它们的细胞壁有着共同特点：含有大量的多糖及蛋白质，而多糖和蛋白质中含有多种功能基团，可以与重金属结合。

藻类对重金属的吸附过程分为两个阶段：第一阶段与代谢无关，金属离子通过络合、离子交换等作用附在细胞表面；第二阶段为生物富集过程，即与细胞代谢直接相关的过程，在此阶段中金属被运送至细胞内，并储存起来[2]。1.3菌藻共生系统净化污水

在净化污水的过程中，藻类和细菌形成复杂的共生系统，促进了污水的净化[3]。好氧菌将含碳有机物降解为二氧化碳和水，对含氮有机物进行氨化，继而进行硝化，生成氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐，将含磷有机物最后降解为正磷酸盐。氧化降解过程中产生的能量为细菌的代谢活动提供能量。而细菌降解有机质产生的C2又成为藻类的主要碳源，促进了藻类的光合作用。在藻类新陈代谢的过程中，藻类能将细菌代谢中产生的物质吸收转化为藻类的细胞物质。藻类光合作用释放出的氧，增加了水中的溶解氧，促进了好氧菌的代谢活动，使其能够维持正常的生命活动。

2.利用藻类技术处理污水的工艺

2.1稳定塘

稳定塘又名生物塘，是一种利用水塘中的微生物和藻类对污水和有机废水进行生物处理的方法。该方法与自然水体的自净过程相似，多用于小型污水处理。其工作原理为：利用“藻菌共生系统”进行废水净化。

在稳定塘中最为流行的是兼性塘，其塘深一般为1.5～2.5m，上层是好氧区，藻类的光合作用和大气复氧作用使其有较高的溶解氧,由好氧微生物起净化污水作用；中层的溶解氧逐渐减少，称兼性区（过渡区），由兼性微生物起净化作用；下层塘水无溶解氧，称厌氧区，沉淀污泥在塘底进行厌氧分解。其工作原理如图所示。

稳定塘的综合成本低，并能进行污水资源化，但占地面积大，处理效果受气候影响，因此一般用于农村及城镇地区。2.2高效藻类塘

高效藻类塘[5]不同于传统的稳定塘，主要表现在三个方面：

（1）塘深较浅,一般为0.3～0.6m；

（2）停留时间较短，比一般的稳定塘的停留时间短7～10日；

（3）有一个垂直于塘内廊道的、连续搅拌装置。

高效藻类塘可以认为是普通稳定塘的优化升级，能够强化细菌和藻类之间的相互作用，具有比普通氧化塘更加丰富的生物相，因此可以大大提高处理污水的有机负荷。2.3藻类固定技术

藻类固化技术是指利用物理或化学手段将游离的藻类细胞定位于限定的空间区域，使其成为一种既保持本身代谢活性，又可在连续反应后回收利用的生物体系[6]。

在污染物排放标准比较严格而单纯依靠传统处理难以达标的情况下，藻类固定法成为有效的废水处理辅助方法。将藻类固定法与传统处理法结合起来，可扬长避短，改善处理效果。

3.藻类的监测及检测作用

大部分藻类对环境敏感，可以作为环境监测指标。比较常见的指示种类：藻类多样性、生物量、形态。其中，以某种藻类的存在或消失为检测指标，是最经典的一种方法。

（1）水体严重污染的指示藻：绿色裸藻、静裸藻、小颤藻；

（2）水体中度污染的指示藻：被甲栅藻、四角盘星藻、环绿藻、脆弱刚毛藻、蜂巢席藻；

（3）清洁水体的指示藻：肘状针杆、簇生竹枝藻等。

藻类在水污染检测方面最常用的是室内的毒性测试[7]。污水虽然经过了处理，但是重金属不能被生物降解，污水处理厂产出的污泥在作进一步处理之前进行生物测试是非常有必要的。

4.总结与展望

利用藻类技术处理污水工艺具有自然环保的特点，有着良好的应用前景。其典型工艺——稳定塘技术，综合成本低，并能进行污水资源化，非常适合农村及小城镇地区，应当大力推广。另一种工艺—— 藻类固定技术，能够与传统的工艺结合起来，达到更好的水处理效果，是一个很有潜力的发展方向。

在环境监测等方面，藻类技术具有操作简单、检测灵敏及现象直观的优势，可以广泛的加以利用。

5.参考文献

[1]张自杰, 林荣忱.排水工程（下册）[M].北京：中国建筑工业出版社, 2000:263-264 [2]支田田, 程丽华, 徐新华,等.藻类去除水体中重金属的机理及应用[J].化学进展, 2011(8):1782-1794.[3]Munoz R, Guieysse B.Algal–bacterial processes for the treatment of hazardous contaminants: a review[J].Water research, 2006, 40(15): 2799-2815.[4]王宝贞.水污染治理新技术[M].北京：科学出版社, 2004:159-165.[5]Nurdogan Y, Oswald W J.Enhanced nutrient removal in high-rate ponds[J].Water Science & Technology, 1995, 31(31):33–43.[6]王新, 李培军, 巩宗强,等.固定化细胞技术的研究与进展[J].农业环境科学学报, 2004, 20(2):120-122.[7]李朔.藻类在污水处理中的角色及价值[J].节能与环保, 2005(04):18-20.

第二篇：浅析信息技术在污水处理中的应用

浅析信息技术在污水处理中的应用

摘要：在第三次科技革命中，电子信息技术有了突飞猛进的发展，而且也越来越多地应用到传统的一些工业领域

。污水处理对保护水环境有着极为重要的意义，污水处理厂就是污水处理的前沿阵地。从前的污水处理厂处理工序复杂，不仅需要消耗巨大的时间、金钱、人力，而且往往效率也很低下。信息技术的发展在一定程度上就有效地解决了这些问题，将大数据技术等现代信息技术巧妙地运用到污水处理当中，不仅实现了各项资源的合理利用，并且保证了污水处理的高效率、高质量。但在信息技术的应用过程中也出现了一些问题，要重视这些问题并提出适当的解决方案，确保信息技术的合理运用。

关键词：信息技术；污水处理；应用

一、各项信息技术在污水处理中的应用分析

（一）物联网技术的应用分析

物联网是在互联网基础上进行延伸扩展的一项技术，它能将物物相连，在物与物之间进行信息的交换与通信。将物联网技术应用到污水处理系统中，使其实现了智能化、信息化。污水处理不再像从前一样需要工作人员时时监控，现在只需通过监测窗口就能掌握污水处理的每一道工序和每一处细节，各项数据也能进行实时监控并被一一记录下来。物联网技术通过智能感知技术便能采集污水的温度、湿度等各项数据，然后通过通信系统将数据发送到中央处理系统，系统经过普适计算分析后做出决策，再将决策内容发送到具体的设备处理器中，最终污水处理系统中的各项设备就可以做出智能精准的调整，更好地净化污水，增加可利用的水资源。

（二）大数据技术的应用分析

对大数据技术的应用的关键不在于掌握巨大的数据信息，而是在于对这些信息进行归纳分析和专业处理，使无序庞杂的信息变为条理有意义的信息。大数据分析不是对信息的收集，而是对信息进行再加工和再生产，是将信息进行增值处理的一项技术。污水处理是一项繁杂的任务，它的监测设备往往收集了大量的信息，但这些信息数量大、种类多、变化性强，我们往往不能直接看出数据背后的有效信息，由此便需要引入大数据技术。首先，应用大数据技术建立污水处理数据的数学模型，科学有效地分析筛选数据，对水质进行有效监控。其次，建立污水处理数据云平台，有效记录每次的处理数据，分析计算出相应的数值、指标，制定有效的污水超标治理方案。同时根据标准数据参数预防污水指数超标等情况的出现，做好应急方案。大数据的处理模式保证了信息处理的高效性和精密性，真实有效地反应污水处理的各项数据，计算出要监控的各项数据指标。

（三）软计算技术的应用分析

软计算技术是污水处理中必须要运用到的一项技术。污水处理系统是一项复杂的、动态的系统，在测量监控的过程中，一些不稳定、不确定的数据很难被实时测量，为了解决这个难题，就要运用软计算技术。与传统计算严格、精确的计算方法不同，软计算主要在不稳定、不精确的环境中进行推理计算，主要应用模糊集合理论、近似推理等方法。软计算的计算方法，有利于我们快速掌握和了解污水处理过程中的各种参数变化，将数据更加快速地显示和储存，使前沿控制更加快速有效。

二、信息技术在污水处理中的作用

(一）物联网技术在污水处理中的作用

物联网技术在污水处理中的广泛应用使污水处理实现了无人化、智能化，节省了大量的财力、人力，实现了数据的实时监控和即时录入，并且提高了污水处理的效率与质量，减少运营和耗材的消费，解放了劳动力，并且通过计算分析使水资源的利用率提高，坚持了可持续发展战略。管理人员可以在计算机端查看污水处理系统的运行信息，实现对污水处理每一个环节的有效监控，当有异常情况出现时，系统会自动发送信息通知管理员，使管理员及时做出调整。

（二）大数据在污水处理中的作用

大数据技术在污水处理过程中有效地降低人工劳动的强度，优化了各个环节的操作流程，使各项信息得到二次加工，优化了系统设计。此外，在数据监控过程中也能够及时发现数据的异常，能够让系统人员尽快采取措施解决相关问题，避免事故的发生。大数据系统还为污水处理的装置筛选、工艺处理、选择优化等提供了必要的数据支持。大数据技术使污水处理流程优化，使各项数据得到增值，提高了污水处理效率。

（三）软计算技术在污水处理中的作用

物联网技术和大数据技术解决了污水处理中较为精确的数据分析问题，而软计算技术就解决部分不稳定、不确定的数据的分析与处理问题。污水处理系统并非是单线输入单线输出的线性系统，它是极为繁琐的多输入多输出的一个动态系统，在处理过程中要求输出的水质量稳定且符合相关标准，但反应水质好坏的指标在这个过程中难以用仪器测量，这个时候，只能运用软计算技术进行测量。它通过各种计算方法的组合测量，采用分布处理的方式，在短时间内进行大量运算，反应现场情况，适应现场环境，降低不确定性。

三、信息技术在污水处理中面临的问题

尽管信息技术对于污水处理有很积极的意义，但在运用过程中也出现了一些不可避免的问题。

首先，行业内总体信息化水平不高。与计算机等行业相比，污水处理的信息化水平还有很大不足，而且在行业内的发展也很不均衡。虽然大部分的污水处理厂已经开始采用信息技术，但仍有部分污水厂并未实现机器的更新换代，较老化的硬件设备不能够满足信息化的需要，因此，也就不能够发挥信息技术在污水处理中的作用。

其次，实际流程并未实现信息化，信息系统的效率并未达到预想水平。在控制室的值班人员可以根据大屏幕对现场情况进行处理，但一线的值班操作人员却并没有从信息化系统中受益，同时他们也缺乏对信息化系统的应用经验，极度依赖专业的技术人员，使整个信息系统的效率并未想预想当中的那样高效，发挥不出信息系统的优势。

最后，缺乏相应的安全防护系统，如果有人恶意攻击污水处理厂的信息系统，就很容易导致信息泄露，造成巨大的财产损失。主要是因为信息系统中所采用的Windows操作系统没有加密和防护技术，很容易遭受外部不法分子的攻击和利用，使数据丢失，系统紊乱。数据库系统也存在着非常多的安全漏洞，很容易导致重要信息丢失和损坏。

四、信息技术应用问题的相关对策

首先要投入适当资金更换信息化需要的硬件设备，满足污水处理信息化建设的需要。其次，要加强对一线操作人员的信息化培训力度，让他们也体会系统信息化带来的好处，提高信息化系统的使用效率，与生产实际情况相接。优化相关管理制度，明确各级人员的职责分工，避免违规操作和怠慢工作现象的发生，降低安全隐患。最后，建立专业的安全隔离屏障，在各个基层站点配置防火墙，阻止来自外部的攻击。值得重视的还有要对信息数据库进行加密和防护，保障数据的安全。

五、结语

本文介绍了在污水处理过程中运用到的几种信息技术，分析了它们在具体操作中的运用，以及在运用过程中存在的一些问题，也提出了相应的解决方案。从本文中我们深刻地认识到信息技术给我们的生活生产带来的便利，因此我们要利用这些技术，推动现代社会的不断发展，将更多的信息技术运用到污水处理当中，更好的节约资源，提高效率。继续利用信息技术发展污水处理产业是当今污水处理的大方向，我们还要继续深入研究，积极将信息技术与污水处理等实践操作更紧密的联系起来。要根据信息技术的特点，合理将其运用到污水处理的具体实践当中。

参考文献

[1]叶兴刚.大数据技术在污水处理运营中的运用[J].产业与科技论坛,2016,15(06):85-86.[2]王海宇,高连鹏,董春利.IT信息集成控制技术在污水处理厂的应用[J].自动化博览,2008(S1):134-137

[3]姚兴桂.浅谈信息技术在污水处理中的应用[J].中国新通信,2018,20(10):104

[4]许颖.污水处理厂的自动化系统的探究[J].科技创业家,2013(01):195.

第三篇：纳米材料在污水处理中的应用

题目 本科课程论文

新纳米水净化技术去除饮用水中微污染物

院（系）

化学学院 专

业

化学教育

课 程

绿色化学 学生姓名

学 号

指导教师

二○一三年六月

新纳米水净化技术去除饮用水中微污染物

摘要：“应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究”和纳米试剂盒技术，可快速检测并清除污染物。这套包括新型纳米材料及配套处理程序的技术对控制饮用水源砷、氟等污染具有重要意义。关键词：纳米材料、饮用水、微污染物、检测、净化

在本学期的《绿色化学》课程的学习中，有一次老师专门提到了水污染，并且对饮用水的净化作了强调。我印象最为深刻的是老师的这句话：虽然平常在对水进行净化时，已经做到了除去颗粒，臭味，一些重金属以及有机物或无机物，但是，这远远是不够的，我们所饮用的水中仍然有很多含有大量微生物或者含有氯元素的物质，其在净化过程中并未完全除去，没有达到其标准。这时，我听着感觉毛骨悚然，一想到其中含有大量微生物，就有些后怕，所以在本次论文中，我收集了很多关于除去微生物的技术，主要是纳米技术。

污水中一般都含有细菌病毒、有毒有害的物质、悬浮物质、异味污染物等污染物，并对人们的生活和健康造成不良影响。因此，污水处理就是去除污水中的污染物，使得污水得到净化。

由于传统的污水处理方法不仅效率低，运行费用高，并且还存在二次污染的问题，因此污水处理问题一直没有达到理想的解决效果。

1、饮用水中微污染物的的种类、来源、危害

饮用水中的微污染物包括无机微污染物和有机微污染物。其中，无机微污染物主要有Pb(II)、As(Il1)、Hg(II)、Cu(II)、Cr(V)等金属离子和氟离子。饮用水中的重金属离子来源广泛，包括矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生的重金属离子废水，以及天然地质结构中缓慢溶出的重金属离子等。矿山工业产生的废水主要是采矿和选矿废水，其中含有各种矿物质悬浮物和有关重金属离子。有色冶金、加工业排出的废水中，多含有汞、砷、铬等元素。此外，一些轻工业和化学工业排出的废水也含有汞、铅、砷等重金属离子。若上述废水未经处理或处理不完全便流人江河，就对饮用水源造成了污染。饮用水中只要含有微量的重金属离子即可产生毒性效应，且具有持续性和放大作用，经过生物累积可以在人体内逐渐富集，长期危害人体健康。

有机微污染物也被发现在饮用水中广泛存在，可分为两大类：天然有机物(NOM)和人工合成有机物(soc)。NOM 是动植物在自然循环过程 中经腐烂所产生的物质，主要包括腐殖质、微生物分泌物、溶解的动植物组织及动物的废弃物等。SOC大多为有毒有机污染物，其中有些种类是致癌物或诱变剂等，是饮用水致突变活性增强的重要起因，如三氯甲烷、多氯联苯、杀虫剂、卤代脂肪烃、多环芳烃等。长期饮用含有微污染物的水，通过生物累积作用，可对人体产生致癌、致畸致突变等效应

有研究显示，自来水中有机污染物在一定剂量范围内可对细胞产生不同程度的DNA损伤作用。如果动物长期暴露于高剂量氯化消毒副产物中(例如三氯甲烷)，可以导致肝癌和肾癌。另外，饮用水氯化消毒产生的呋喃酮也会对人体产生毒害，是强致突变物质之一研究了瑞典婴儿的出生缺陷影响因素，发现饮用水中的三氯甲烷可以增加先天性心脏病的患病几率。另一项针对挪威全国新生儿的流行病学调查也显示，心脏病和呼吸系统的出生缺陷与饮用水中有机微污染物有着重要关联。与有机微污染物类似，无机微污染物(如重金属离子)也对人体健康产生长期的严重危害。一些重金属离子(如铅、砷、氟、镉等)通过饮用水进人人体并在体内积累，可导致机体代谢途径受阻，进而危害人体健康，甚至造成特殊的地方病。其中，砷已被美国疾病控制中心和国际防癌研究机构确定为第一类致癌物。

2、纳米技术在污水处理中的应用

纳米技术在污水处理中的应用主要为光催化氧化技术、纳滤技术和絮凝技术三种。

1)光催化氧化技术。光催化氧化技术可以有效处理氰化物、金属粒子及各种有机酸等物质，使污水中的污染物最终氧化降解生成H2O和CO2，据有关统计，已发现数百种有机污染物质可以通过光催化氧化技术进行处理。而这种技术作用的关键在于其光氧化催化剂，TiO2 被认为是目前最有效的光氧化催化剂。

由于纳米TiO2，光催化氧化技术具有无二次污染的特点，不仅降解效率高、无选择性，而且其氧化反应的条件温和，因此几乎适用所有的污水处理。

2)纳滤技术。纳滤(NF)是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，其截留分子量在80-1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。纳滤技术属于压力推动的膜工艺，这种技术作用的关键在于纳滤膜。纳滤膜可以取代电化学和吸附的方法，对制浆和造纸工业废水中的污染物进行处理，可除去来自木浆漂白过程中产生的氯化物和深色物质。另外，纳滤膜也可用于纤维加工过程中漂白水的处理，以控制污染物的排放量。纳滤膜法水处理技术以其特殊的优势，获得了世界各国的水处理工作者的普遍关注，在水处理技术的研究和开发领域取得了可喜的成绩。纳滤原理: 源水 →源水泵 →机械过滤器 →活性炭过滤器 →精密过滤器 →高压泵 →纳滤主过滤系统

3)纳米絮凝技术。纳米絮凝技术是以纳米絮凝剂(如SiO2)代替传统的絮凝剂，由于纳米颗粒具有强大的吸附能力，因此通过吸附架桥、卷扫网捕等絮凝作用，可以除去传统絮凝法无法除去的污染物质，并且相关的沉淀物质具有易脱水的特点。

3、纳米材料在污水处理中的应用

纳米材料由纳米微粒组成，具有吸附、催化等多种新的特性，目前应用最为普遍的纳米材料为TiO2。在污水处理方面，TiO2 扮演着非常重要的角色。

其中，由于纳米TiO2，具有很强的还原能力，因此在有机污水处理中，能将高氧化态银、铂等贵重金属离子吸附于材料的表面，通过光电子产生的强还原能力，将金属粒子还原为细小的金属晶体，不仅除去了污水的毒性，还利于贵重金属的回收。而在无机污水处理中，纳米TiO2作为光催化剂。在阳光下，它能催化氧化污水中的有机污染物质，使其迅速、完全降解为水、CO2 等无害物质。据相关统计，纳米TiO2，能处理80多种有机有毒物质。

4、纳米技术在污水处理中的新前景

来自英国科学家发明了一种纳米多孔材料制备新方法——共渗透振动法，该方法有望应用于水净化和化学感应器等诸多领域。

通常，制备纳米多孔材料时，多重金属组分是必要的。当移除较小组分时，小的纳米孔就产生了。但是，由于要移除较小组分必须布满材料内外，因此制备纳米多孔材料受到制约。而COS法则更高效灵活，就像如何释放装满盐水的气球里的盐分一样。只需要把它放在清水；里，通过渗透力，让清水不断进入气球直至气球破裂，从而释放出所有盐分。最后将一系列碎片连起来，就得到纳米多孔材料。

5、展望

饮用水的安全卫生是21世纪人类面临的最富有挑战性的问题之一。针对饮用水中微污染物的检测与去除开展研究，具有重要的科学价值和社会意义。

1）饮用水中微污染物的检测与净化，是一个普遍性课题，与每个人自身的健康息息相关。因此，发展新型纳米材料与技术的同时，也应考虑其成本、简易性、便携性与普适性。

2)纳米材料具有高活性的同时，也极易受到各种杂质的影响，甚至引起中毒失活。在纳米材料应用过程中配套以相应的预处理和后处理措 施，是保障纳米材料长期稳定起效的必要环节。3)基于纳米材料与技术较传统的饮用水净化体系的不同之处，建立相应的检测规范与评价标准，是未来一段时间内需要提上议事日程的新

参考文献

[1]马荣萱，李继忠．纳米技术及材料在环境保护中的应用[A]．环境科学与技术．2006(7)：29(7)．

[2]覃爱苗，廖雷．纳米技术及纳米材料在环境治理中的应用[A]．中山大学学报．2004(6)：43．

[3]丁明洁等．用纳米技术处理造纸工业废水的研究进展[A]．中国造纸学报．2007年(3)；102—105 [4]张建江，马永红，杨林．饮用水中有机污染物的“三致”作用研究进展[J】．现代预防医学，2007，34(18)：3474—3475． [5]向伦辉，鲁文清，吴志刚，等．武汉市饮用水中有机提取物对HepG2细胞DNA 的损伤作用[J]．职业与健康，[6]周敏．饮用水氯化消毒副产物对人体健康的影响[J]_职业与健康，2010，26(23)：2866—2867．

[7]刘金云，万玉腾，刘锦准，付向前，张晓嫚，黄行九，纳米材料与饮用水中微污染物的检测和去除

[8]匡婷.纳米技术及材料在污水处理与空气净化中的应用

第四篇：平板陶瓷膜在污水处理中的应用

平板陶瓷膜（plate ceramic membrane）是新一代陶瓷膜技术，采用Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2、SiC 等无机材料，利用中国千年传统烧结工艺制备而成。它主要是依据“物理筛分”理论，根据在一定的膜孔径范围内渗透的物质分子直径不同则渗透率不同，利用压力差为推动力，使小分子物质可以通过，大分子物质则被截留，从而实现它们之间的分离。平板陶瓷膜具有过滤面积大、分离效率高、效果稳定、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、抗污染、机械强度高、再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等众多优势，将在人类面临的能源、资源、环境和健康等重要领域发挥关键作用，其应用市场涉及食品工业、化工与石油化工、生物医药、环保及能源等诸多领域。结构

平板陶瓷膜（plate ceramic membrane）是新一代陶瓷膜技术，是以Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2、SiC等原料经一系列特殊工艺制作而成的具有多孔结构的分离材料，构成为多层非对称结构，由两层或两层以上的膜层构成，既形成一种无缺陷、具有良好分离功能的活性顶层，同时又减少膜的渗透阻力，保证平板陶瓷膜具有足够的机械强度和高的渗透通量。膜孔径涵盖超滤、微滤以及纳滤范围，其过滤孔径可根据可滤介质的不同在10纳米到10微米可调，孔径分布窄，并且膜表面可用不同的材料进行修饰，增加过滤精度以及过滤通量。

特性

平板陶瓷膜具有化学稳定性好、耐酸碱、耐高温、抗微生物能力强、分离精度高、机械强度大、易再生、使用寿命长等有机膜无法比拟的优点。

原理

自然界中能够作为膜的材料众多，按膜材质来分，可分为有机膜、无机膜及金属膜。平板陶瓷膜是由陶瓷制成的无机膜。其按孔径分为微滤、超滤和纳滤。分离过程可以看作是膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，膜为过滤介质，在一定压力作用下当料液流过膜表面时，只允许水、无机盐、小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶和微生物等大分子物质通过。膜的截留作用可归纳为筛分作用、架桥作用及吸附作用。

发展历程

膜分离技术已被国际上称为二十一世纪最具应用前景的高新技术之一，而陶瓷膜是膜技术的佼佼者，陶瓷膜的研究始于20世纪40年代，20世纪80年代初期成功地在法国的奶业和饮料业推广应用后，陶瓷膜分离技术和产业地位逐步确立。我国陶瓷膜的研究始于20世纪八十年代初，进入90年代，原国家科委对无机陶瓷膜的工业化技术组织了科技攻关，推进了陶瓷微滤膜的工业化进程。国家“863”计划也将“无机分离催化膜”项目列入其中。陶瓷膜主要分为平板、管式和多通道三种，管式膜由于其强度较差，已逐渐退出工业应用。而平板陶瓷膜以其过滤面积大、化学稳定性好、耐酸碱、耐高温、抗微生物能力强、分离精度高、机械强度大、易再生、使用寿命长等优势居陶瓷膜之首，平板陶瓷膜生产技术工艺难度也相对较大，目前世界上研发并规模生产平板陶瓷膜的有德国ITN、日本明电舍和中国的澳水魔方（北京）环保科技有限公司，平板陶瓷膜的国产化大大降低了企业应用的成本，平板陶瓷膜在工业污水处理领域的无可比拟的卓越性将为中国环保行业开创新的局面，促进社会可持续发展。

应用

石油工业污水处理

在石油开采过程中，由于油田地质条件不同、注水水质不同等原因，采油废水的成分较为复杂，除了含有原油、重金属外还含有化学添加剂等污染物。澳水魔方（北京）环保科技有限公司对某油田采油污水进行了处理试验，经过平板陶瓷膜处理过的采油废水的水质较为稳定，原油和悬浮物的含量均在l mg／L以下，去除率分别为98％和94％，浊度小于1NTU，去除率为97％，且对细菌的去除能力更强，几乎达到100％，经过平板陶瓷膜处理后的采油废水水质可达到A1级要求，完全满足油田注水水质要求。

印染工业污水处理

印染废水的成分较复杂，其中含有各种浆料、COD、残留漂白剂等污染物质，平板陶瓷膜机械性能好，渗透性强，可以较好地分离过滤印染废水中的污染物质。实验结果显示，印染废水经平板陶瓷膜处理后，出水的水质较为稳定，废水中COD含量在500 mg／L左右，色度为400倍左右，可以去除废水中90％的COD含量，色度去除率可达90％以上，处理效果非常理想。

造纸工业污水处理

造纸废水中的造纸黑液碱性大、浓度高，主要含有木质素、钠盐等碱性物质，其对分离膜的性能要求比较高，而平板陶瓷膜的耐酸碱性和耐高温性可以较好地处理造纸废液。实验结果显示，经平板陶瓷膜分离后，木质素、钠盐等碱性物质去除率达到90%以上，达到国家颁布的造纸工业污水排放标准。

冶金工业污水处理

在冶金生产过程中，会产生重金属污水、含油污水以及采矿污水等冶金废水。平板陶瓷膜在分离过滤冶金废水时可以保持比较高的膜通量，处理过废水的平板陶瓷膜经过反冲洗，膜通量可以恢复，满足工业连续生产的要求。经对某钢厂冶金乳化液进行处理实验，有机金属离子及含油量的去除率达到99%以上，完全达到国标排放标准。

城镇生活污水处理

平板陶瓷膜对城镇生活污水处理结果表明COD去除率高达99．5％，氨氮和悬浮固体的去除率分别达到99．9％和100％，出水水质完全达到生活杂用水标准的全部要求。

农村生活用水净化

农村地下水污染严重，平板陶瓷膜可用于农村生活井水的处理，对重金属、致癌物质、微生物菌去除率达到99.9以上，完全可达国家颁布的饮用水标准。

平板陶瓷膜可广泛应用于各类工业污水处理及生活用水净化，是环保和水净化领域的高科技新材料。技术前沿

陶瓷是我国古代的重大发明之一，是中国灿烂文明的重要组成部分。陶瓷制作工艺翘楚世界，陶瓷膜作为二十一世纪最卓越的材料之一，必将成为“中国创造”的核心产品。澳水魔方（北京）环保科技有限公司是国内首个研发生产平板陶瓷膜的企业，结合了德国ITN、日本明电舍产品的优势，利用中国传统陶瓷烧制工艺和现代先进的生产设备生产出的平板陶瓷膜，技术领先。孔径在10微为到10纳米可调，全面满足不同的污水处理及分离、净化需求，分离精度达到世界最优；大尺寸平板设计，通水量及强度比管式陶瓷膜有极大提高，满足大型污水处理需求，反冲洗清洁功能保证了生产的连续性；专利膜表面涂层使过滤精度和过滤通量等得到极大提升。为了让平板陶瓷膜应用更加简便易操作,澳水魔方研发了微集成膜组件设备,通过配置不同数量的膜组件全面满足小型、中型、大型不同企业污水处理需求,安装简单,使用方便。

平板陶瓷膜的应用才刚刚起步，提升分离精度，拓展应用范围大有前途。

参考资料 板式陶瓷膜 微集成设备

《当代化工》第43卷第3期

第五篇：人工湿地在城市污水处理工程中的应用

人工湿地在城市污水处理工程中的应用

[摘要]人工湿地处理污水作为一种较新型的技术，以其低能耗、高效益的特性在城市中、小型处理污水中被逐步认可并推广。文章结合工程实例，阐述该工艺的工作原理、技术特点及在实际中的应用。

[关键词]人工湿地；植物；污水处理

[作者简介]马胜华，南宁市城市规划设计院工程师，研究方向：给排水专业设计，广西南宁，530012；刘存莉，广西工联工业工程咨询设计有限公司工程师，研究方向：给排水专业设计，广西 南宁，530003

[中图分类号]X703

[文献标识码]A

[文章编号]1007-7723(2007)08―0033-0003

一、前言

城市污水是目前我国江河、湖泊水域污染的重要原因，已越来越成为制约我国经济发展和社会可持续发展的因素，各种水污染事件已严重影响到人们的生产、生活(如太湖蓝藻事件等)，加强城市污水处理已刻不容缓。目前，我国正处于城市污水处理事业的大发展时期。随着国家西部大开发战略的实施，中西部环境与生态保护已被提上首要议事日程。位于广西南宁市隆安县的“邕江水源地上游人工湿地处理污水示范工程”是南宁市创建国家级生态示范区的重点工程之一，该项目是人工湿地处理污水技术在南宁市的首次应用。

二、工作原理

人工湿地处理污水技术是一种生态工程方法，其基本原理是在一定的填料上种植特定的湿地植物，从而建立起一个类似沼泽湿地的生态系统；当污水通过系统时，利用土壤―植物―微生物之间的复合生态系统，通过物理、化学和生物等方面的协同作用对污水进行净化处理，其中的污染物质和营养物质被系统吸收或分解，使水质得到净化，并实现水与营养物质的生态循环。

人工湿地通过植物的光合作用及其根系的输氧作用、水自流负压吸氧等获取湿地床的除污需氧量。人工湿地通过发达的植物根系及填料表面生长的生物膜的作用、填料床体的截流作用及植物对营养物的吸收等作用，实现对污水的净化；同时由于存在根系周围的好氧区、缺氧区和厌氧区，依靠细菌的硝化和反硝化作用，可完成脱氮效果；通过植物的吸收、微生物的积累及湿地床的物理化学等几方面共同作用完成除磷效果；此外，还可依靠流动相在湿地系统流动过程中产生沉淀、过滤、络合、吸附等作用去除重金属。

三、设计实例：邕江水源地上游人工湿地处理污水示范工程

(一)项目概况

南宁市是广西壮族自治区首府，是一年一度的中国―东盟博览会举办城市。邕江是南宁市的唯一饮用水源，但邕江上游左、右江流域各县市的污水治理却相对滞后。随着经济的发展，直接排入江河的污水大量增加，致使邕江水质逐年下降，特别是在枯水季节，南宁市的水质安全受到严重影响，个别时段其水质已低于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类标准。“邕江水源地上游人工湿地处理污水示范工程”位于南宁市隆安县下游2公里处，滨临右江，是自治区环保局为保障首府南宁市饮用水安全而设的项目；按照规划，该项目的污水处理规模为2x104m3/d，占地99亩，其中一期工程1.2x104m3/d。

(二)污水处理工艺选择

1、生物处理可行性

根据隆安县环境保护监测站对县城生活总排污口的水质监测结果，待建污水厂的设计进水水质见表1。

城市污水能否采用生物处理工艺主要取决于生物处理过程中自身营养能否平衡，其相关指标分析如下：

(1)BOD5/COD：该指标是鉴定城市污水可生化性的最常用、最简单的方法，比值＞0.45可生化性较好，比值＜0.3较难生化，比值＜0.25不易生化。本项目BOD5/COD＝0.6，可采用生物处理方法。

(2)BOD5/TP：该指标是鉴别污水能否采用生物除磷的主要指标，一般认为该值应>20，比值越大，生物除磷效果越好。本项目BOD5/TP＝50，可采用生物除磷工艺。

2、工艺选择

本项目采用人工湿地处理污水。近年来，根据国内外专家的论证与实际工程的运行情况，对比传统活性污泥法及目前中、小型城市污水处理厂较流行的氧化沟和SBR工艺，人工湿地处理污水的技术特点有：

(1)生态协同作用处理污水，抗冲击负荷强，出水水质非常好；

(2)使用设备少，操作、管理简单，无需大量专业人员管理；

(3)相对其他各种处理技术，其建造成本、运行费用都较低，无需人工充氧，无需污泥处理，节约能耗；

(4)配合选择植物品种，可建成公园、景观绿地，可美化城市环境；

(5)可通过植物利用，形成循环产业链获取一定的经济效益；

(6)人工湿地系统主要缺点是布置不够紧凑，占地面积大，只适用于中、小型污水厂。

3、工艺流程

本项目人工湿地工艺流程如下：

城区污水首先经过格栅、沉砂池拦截、沉淀污水中较大杂质后，进入水解酸化池(兼做调节池)，在水解酸化池中细小的颗粒、部分的SS、BOD5、COD可以得到部分去除，水质经均化、水解酸化后由泵站提升，在满足流量、压力的要求下，通过配水管网分配进入主处理单元――人工湿地，污水经过两级人工湿地处理后，利用地形高差重力流进入氧化塘(兼做事故排放池)，出水达标后排入右江。由于本工艺不产生剩余污泥，主要是格栅产生的栅渣及沉砂池积砂，对于这部分杂质只需定期进行外运填埋处理。项目污水经过处理后的排放标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级标准的B标准。见表2：

(三)设计湿地基本参数的确定

根据国内外人工湿地系统运行经验，本项目采用潜流型人工湿地，其主要物点是：污水基本上在湿地床表面下流动，保湿效果、卫生条件好，污水处理能力较强。

1、湿地床表面积的确定

湿地床表面积计算公式：

As＝Q(lnS0―lnSe)/KTDn

式中：S0，Se―进水、出水BOD5，mg/L(本项目设计值分别为105mg/L，21mg/L)

As――湿地床表面积，m2

Q――平均设计流量，m3/d

KT――温度T℃时的速率常数，d-1

D――湿地床深度，m

n――床体填料的孔隙率

KT的确定

KT＝K20(1.1)T-20

K20＝K0(37.3n4172)

式中：K20，KT――温度20℃，T℃时的速率常数，d-1

K0――某一填料中植物根系充分发展后的速率常数，d-1

对于城市污水一般取KO＝1.839d-1

对于本项目生活污水，平均温度取20℃，床体填料的空隙率0.40～0.47，取n＝0.44，则计算得：

KT＝1.839×37.3×0.444172×1.1(T-20)＝2.23

湿地床深度一般根据所栽种的植物种类及其根系的生长深度来确定，以保证湿地床中必要的好氧条件。本设计中取D＝1.2m，超高高度为0.3m。则

2、水力负荷

湿地平均的水力负荷为：

3、水力停留时间

下式是基于BOD去除率参数计算：

水力停留时间的理论值为0.77d，即1848h，取19h。

(四)植物的选择

植物在人工湿地中起着非常重要的作用，人工湿地植物的选择直接关系到污水的处理效果。其主要作用可归纳为以下三个方面：

(1)直接吸收利用污水中可利用态的营养物质，吸附和富集重金属和一些有毒有害物质；

(2)为根区好氧微生物输送氧气，在根系周围形成好氧/缺氧，厌氧区；

(3)增强和维持介质的水力传输。

因此，筛选出适种的、优良的植物种类，是构建人工湿地的关键之一。选择人工湿地的植物时考虑的因素主要有：适合本地，来源广泛；耐污染能力、净化能力、抗虫害能力强；根系发达，成活率高，生长周期较长；具有经济、观赏价值；合理搭配，易管理。

隆安县位于北回归线以南，属南亚热带季风气候，湿润多雨，日照充足，年平均气温21.6℃，年平均降雨量1301mm，年平均日照时数为1528.4h，年平均相对湿度80％。根据项目的环境条件及相关因素所选湿地植物主要有：芦苇、风车草、灯心草、美人蕉、香根草、象草、黑麦草、皇竹草。同时，按一定比例在空间分布和时间分布方面进行合理布局，以使整个湿地生态系统高效运转，最终形成稳定可持续利用的生态系统。

(五)人工湿地系统的处理效果

人工湿地系统的出水水质较好，完全能达标排放。本工程在设计过程中对国内已建成的一些人工湿地系统项目进行了实地调查，其中较早建成运行的“深圳洪湖公园人工湿地污水处理系统”最具代表性。该项目由深圳市环境科学研究所设计，于1999年9月建成运行，日处理能力为5000T，其目的是抽取污染严重的布吉河水，经人工湿地系统处理净化后补充入洪湖，同时对洪湖周边进行截污，从而达到改善洪湖水质、美化公园环境的目的。经调查其出水水质优于景观用水标准，其处理效果见表3：

(六)人工湿地系统的不足与应对

人工湿地系统的主要缺点是占地面积大，并由此存在着污水渗入地下水，造成二次污染的隐患。针对上述情况，本工程在设计中对湿地床采用了严格的防渗漏措施：(1)在整个湿地床底下铺设一定厚度的防水黏土层(经实际检验其封水效果较明显)；(2)在各湿地处理池内壁设防水层，其是主要的防渗措施，必须保证施工质量。

人工湿地系统的实际运行中还存在着初期处理效果不佳、稳定周期长的特点(一般在半年左右)。出现这种情况的主要原因是湿地植物的适应期较长、初期死亡率较高。本设计的植物选种试验由广西大学的相关部门负责。在初次试验中不同植物都出现了较大面积的死亡，后期相关人员在植物的培养过程中给予逐步的耐污性试验，尤其在选种后成活率明显提高。

四、结语

人工湿地污水处理系统是一个综合的生态系统，经国外的研究证明，湿地对BOD、COD的去除率可达80％～90％。虽然存在一些缺点，但同时具有建造和运行费用便宜、技术要求不高、易于维护等多项优点。广西是欠发达地区，大量中、小城镇在处理污水方面都受到经费、技术等方面的严重制约，污水处理率极低，人工湿地作为一种低能耗、高效益、低技术的污水处理新技术，非常适用于在广西中、小城市的污水处理中推广应用。