废水资源化.

废水资源与能源的回收与利用By李贺第二讲目录废水的再生与回用废水处理中产甲烷资源化废水中生物质能利用废水能源化废水再生与回用第一部分1.废水的再生与回用1.1水回用的概念及废水中主要组分分类概念：污水回用也称再生利用，是指污水经处理达到回用水水质要求后，回用于工业、农业、城市杂用、景观娱乐、补充地表水和地下水等。1.废水的再生与回用1.1水回用的概念及废水中主要组分分类废水中主要组分分类如下：1.2水回用的主要技术（污水处理厂）对比1.3水回用的途径•1.3.1农业灌溉•最主要途径•最早应用——土地废水处理系统，后来生活污水灌溉，缺点：土地盐碱化、特殊离子毒性【作物减慢生长：钠、硼（洗涤剂、工业）、氯化物】、降低土壤渗透性、产品是否能得到市场的认可。分类范围示例农、林、牧、渔业用水农田灌溉种籽与育种、粮食与饲料作物、经济作物造林育苗种籽、苗木、苗圃、观赏植物畜牧养殖畜牧、家畜、家禽水产养殖淡水养殖1.3水回用的途径•1.3.2工业回用分类范围示例工业用水冷却用水电厂循环冷却水洗涤用水冲渣、冲灰、消烟除尘、清洗锅炉用水软水，包括电厂凝结水和补给水等工艺用水溶料、水浴、蒸煮、漂洗、水力开采、水力输送、增湿、稀释、搅拌、选矿、油田回注产品用水浆料、化工制剂、涂料1.3水回用的途径•1.3.2工业回用•其中耗水量大的工业代表为火力发电厂。国外先进火力发电厂每百万千瓦时耗水量为0.7-0.9m3/s，我国火力发电厂每百万千瓦时耗水量为1.5-1.6m3/s。•火力发电厂主要用水包括循环冷却水、补给水、排污水、凝结水，此外还有些清扫废水、生活污水及含油废水等。•污垢形成原因有尘土、菌藻、腐蚀产物及微粒等。形成污垢会使得管壁受热不均，造成爆炸，影响生产生活。•主要从（1）降低补充水浊度、（2）增加旁滤设备来降低循环冷却水中的浊度及（3）向水中投加阻垢剂和分散剂。1.3水回用的途径•1.3.2工业回用•1.3.2.1再生水作为循环冷却水水源水•市政污水水量大而稳定，是一种比较可靠的水资源，已将其成功应用于电力、化工、机械、冶金等行业中。•主要处理流程如下：•（1）石灰处理•二级处理后污水生物滤池石灰（苏打+石灰）二级澄清双滤料过滤器蓄水池循环冷却水或其他用途•（2）膜处理•二级处理后污水超滤反渗透除碳器淡水箱按用途后续深度处理1.3水回用的途径•1.3.2.2再生水作为补给水•石灰处理法特点：基建投资及运行成本低，出水水质稳定，适应能力强，但维护工作量大，占地面积大，经验技术成熟•膜处理法特点：基建投资及运行成本高，总体出水水质好，出水稳定，技术先进，自动化程度高，运行操作简单，但对水质适用性差，不同水质膜通量不同，国外已有应用技术，国内刚起步。随着膜成本降低，将有巨大的应用前景。•循环冷却水有损失：蒸发损失、风吹损失、排污损失及泄漏损失等。需要补充水，补充水需要处理【简单处理（加入硫酸、阻垢剂和杀菌剂）、深度处理（石灰处理：混凝剂+石灰、弱酸离子交换处理及反渗透处理）】。1.3水回用的途径•1.3.2.3排污再生水回收再利用•循环冷却水所含杂质盐类不至于浓缩增长至极限值而必须排出一部分水，再加入补给水稀释降低盐类浓度。因此，回收此部分水成为电厂废水资源化、节约用水的一个重要手段。•主要方法同补给水相似，包括石灰处理系统、反渗透处理系统和弱酸处理系统。1.3水回用的途径•1.3.2.4工业回用•电厂凝结水（进入内循环的软水）系统中除盐包括混床离子交换除盐系统（需采用高分离效率的再生系统）、分床离子交换除盐系统（阳床、阴床、阳床，不易交叉污染、占地大）、粉末树脂覆盖过滤器除盐系统（兼有过滤、除盐，新型空冷机组多采用此法，发展速度快）。1.3水回用的途径•1.3.3市政杂用水分类范围示例城市杂用水城市绿化公共绿地、住宅小区绿化冲厕厕所便器冲洗道路清扫城市道路的冲洗及喷洒车辆冲洗各种车辆冲洗建筑施工施工场地清扫、浇洒、灰尘抑制、混凝土制备与养护、施工中的混凝土构件和建筑物冲洗消防消火栓、消防水炮景观用水娱乐性景观河道（游泳池）、观赏性景观河道、湖泊及喷泉、恢复自然湿地、营造人工湿地1.3水回用的途径•1.3.4地表水与地下水的补充分类范围示例补充水源水补充地表水河流、湖泊补充地下水水源补给、防止海水入侵、防止地面沉降景观水体污水处理厂污水收集管网工业企业用水居民生活用水给水处理深度处理（再生水厂）地下水取水给水管网市政与公共建筑用水农业用水图例：排水给水回用水江河湖泊城市污水回用系统城市污水回用将给水和排水联系起来，实现水资源的良性循环，促进城市水资源动态平衡。1.4水回用的安全性与稳定性•1.4.1再生标准污水回用标准（美国EPA）处理水平回用形式再生水质量再生水监测对距离的要求消毒的三级处理水城市回用食用作物的灌溉娱乐用人工湖pH＝6～9BOD5≤10mg/L大肠杆菌＝无余氯≥1mg/LpH，每周一次BOD5每周一次大肠杆菌，每天余氯，连续至饮用水井15米消毒的二级处理水食用作物的灌溉非食用作物的灌溉景观湖泊pH＝6～9BOD5＝30mg/L大肠杆菌＝200mg/L余氯≥1mg/LpH，每周一次BOD5每周一次大肠杆菌，每天余氯，连续至饮用水井90米项目冷却用水洗涤用水锅炉补给水工艺与产品用水直流式敞开式基本要求—色度(度)≤30嗅—pH6.0~9.06.5~8.56.0~9.06.5~8.5溶解氧——CODCr—≤60—≤60BOD5≤30≤10≤30≤10悬浮物SS≤30—≤30—溶解性总固体≤1000浊度(NTU)—≤5—≤5氨氮—≤10①—≤10总磷(以P计)—≤1.0—≤1.0总氮—石油类—≤1.0—≤1.0《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923－2005)《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920－2002)项目冲厕道路清扫消防城市绿化车辆冲洗建筑施工基本要求—色度(度)≤30嗅无不快感pH6.0~9.0溶解氧≥1CODCr—BOD5≤10≤15≤20≤10≤15悬浮物SS—溶解性总固体≤1500≤1500≤1000≤1000—浊度(NTU)≤5≤10≤10≤5≤20氨氮≤10≤10≤20≤10≤20总磷(以P计)—总氮—石油类—《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T18921－2002)项目观赏性景观环境用水娱乐性景观环境用水河道类湖泊类水景类河道类湖泊类水景类BOD5≤10≤6≤6悬浮物SS≤20≤10—溶解性总固体—浊度(NTU)—≤5氨氮≤5总磷(以P计)≤1.0≤0.5≤1.0≤0.5总氮≤15石油类≤1.0阴离子表面活性剂≤0.5铁—锰—氯离子—二氧化硅—我国目前还没有专门的农业回用水水质标准，一般可参照《农田灌溉水质标准》（GB5084-92），确定回用水水质控制指标。•补充水源有补充地表水和补充地下水两类，我国还没有专门的水质控制标准。地表水的补充是将经处理过的城市污水放流到地表水体，水质可按《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），结合环境评价等要求综合确定。•为引导污水回用健康发展，确保回用水的安全使用，我国已制订污水回用设计规范：•《污水再生利用工程设计规范》（GB50335－2002）；•《建筑中水设计规范》（GB50336-2002）•《建筑与小区雨水利用工程技术规范》（GB50400-2006）1.4水回用的安全性与稳定性•1.4.2稳定性•水中的碳酸体系对水质起着多方面的作用。当水中的碳酸体系在某条件下处于平衡时，水中的碱度、pH、硬度及各离子态物质均达到一平衡的定值。此时的水质既不会出现碳酸钙的沉淀倾向，也不会出现水中游离CO2对设备与管道的侵蚀倾向，此水质为稳定性水质。•影响水质稳定的因素：温度脱CO2浓缩作用浓缩倍数K=Sc/Ss一般51.4水回用的安全性与稳定性1.4水回用的安全性与稳定性•1.4.3风险评估污水回用风险评价的主要内容：回用水对人体健康、生态环境和用户设备与产品的影响。（1）风险评估①危害识别②暴露评估③剂量响应评估④风险特性的描述（生态影响特性的描述）（2）风险管理（3）水回用风险评估的不足：普遍性不具备相对性；微生物二次污染考虑不充分；有效的剂量-响应数据可用性有局限性。1.4水回用的安全性与稳定性•1.4.4安全措施和监测控制(1)污水回用系统的设计和运行应保证供水水质稳定、水量可靠，并应备用新鲜水供应系统；⑵回用水厂与用户之间保持畅通的信息联系；⑶回用水管道严禁与饮用水管道连接，并有防渗防漏措施；⑷回用水管道与给水管道、排水管道平行埋设时，其水平净距不得小于0.5m；交叉埋设时，回用水管道应位于给水管道下面、排水管道上面，净距均不得小于0.5m；⑸不得间断运行的回用水水厂，供电按一级负荷设计；⑹回用水厂的主要设施应设故障报警装置；⑺在回用水水源收集系统中的工业废水接入口，应设置水质监测点和控制闸门；⑻回用水厂和用户应设置水质和用水设备监测设施，控制用水质量。生物质能开发与利用第二部分3.1生物质概述3.1.1生物质的概念生物质直接或间接来自于植物。广义的讲，生物质是一切直接或间接利用绿色植物进行光合作用而形成的有机物质，它包括世界上所有的动物、植物和微生物，以及由这些生物产生的排泄物和代谢物。此外，煤炭、石油和天然气也是地质时代的绿色植物在地质时代的绿色植物在地质作用影响下转化而成的。侠义的说，生物质是指来源于草本植物、藻类、树木和农作物的有机质。侠义的生物质是一种可再生资源，即可以在短的时间周期内重新生成。xCO2+yH2OCx(H2O)y+xO2植物光合作用3.1生物质概述3.1.2生物质的资源量及重要性地球上蕴藏的生物质：18000亿吨；植物光合作用生成的生物质：1440亿~1800亿吨/年（干重）；生物质能源的年生产量相当于现在世界能源消费总和的10倍；我国生物质的生产量：60亿吨/年，仅农作物秸秆就有6亿吨。重要性：在各种可再生能源（风能、水能、潮汐能、生物能、太阳能）中，生物质是唯一可再生的碳资源，可转化为常规的固态、液态和气态燃料以及其他化工原料和产品。目前只有2%左右的生物质能被开发利用，但在世界能源消耗中，生物质能占总能耗的14%，其中在发展中国家，生物质能源消耗占到35~40%，欠发达地区甚至占到60%。据估计，到2050年，生物质可提供世界年能源消耗量中近一半的能量。3.2生物质能概述3.2.1生物质能的概念生物质能是太阳能以化学能的形式蕴藏在生物质中的一种能量形式，它直接或间接的来源于植物的光和作用，是以生物质为载体的能量。将树木、农作物及其秸秆、林业加工残余物和各类有机垃圾等生物质所蕴藏的能量，可以转化为常规的固态、液态和气态燃料的可再生能源。如燃料乙醇、沼气、氢气、固体成型燃料、生物柴油等就是生物质能产品。太阳能－生物质－生物能源太阳能燃料乙醇、丁醇、生物柴油、二甲醚等液态燃料生物氢能、沼气、生物燃气等气态燃料生物质固体成型燃料3.2.2生物质能的地位生物质能是人类用火以来最早直接应用的能源。第二次世界大战后，欧洲的木质能源应用研究达到高峰，但是之后随着石油化工和煤化工的发展，生物质能源的应用逐渐趋于低谷20世纪70年代由于中东战争引发全球性能源危机，包括木质能源在内的可再生能源的利用重新引起了人们的重视。3.2生物质能概述3.2.3生物质能的特点（1）生物质利用过程中具有二氧化碳零排放特性，可有效降低温室效应。（2）生物质含硫、含氮都较低，灰分含量也很少，燃烧后SOx、NOx和灰尘排放量比化石能源小得多，是一种清洁的燃料。（3）生物质资源分布广、产量大、转化方式多种多样。（4）生物质单位质量热值较低，直接燃烧时热效率也较低，仅为10%-30%,而且一般生物质中水分含量大而影响了生物质的燃烧和热裂解特性。（5）生物质分布比较分散，收集运输和预处理的成本较高。（6）具有可再生性。生物质通过植物光合作用可以再生，与风能、太阳能同属可再生能源、资源丰富，可保证能源的永续利用。3.2生物质能概述3.2.4生物质能的来源（1）薪柴作为做饭和供暖等生活燃料直接燃烧，或制成木炭、固体成型燃料、液