《两会关注：解码科技创新》——新乡市天盛环保“超强氧化还原废水处理技术”

·来源:中国建设新闻网 2022-03-03 作者:阿娟点击:

承载着亿万人民殷切期盼的十三届全国人民代表大会第五次会议和全国政协十三届第五次会议在北京隆重开幕。这是党和国家政治生活中的大事,是表达民意诉求,建言献策的平台,更是未来国家经济社会发展的指南针和风向标。在深入实施“十四五”规划关键之年。坚持科技创新是我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。改革开放以来,国家涌现出一大批敢闯敢干、勇于创新的企业家,他们不忘初心,砥砺奋进,发扬爱国奋斗精神,展示了新时代企业家的独特风采。在2022年两会期间特以《两会关注:解码科技创新》为题材,特报道在科技战线上作出突出贡献的科技工作者及科技前沿技术。

改革开放40多年来,国内经济高速发展,同时,生态环境受到严重污染,地表水及地下水也受到严重威胁。

2019年～2021年,住建部、环保部、国家发改委联合下文,提出对城镇污水处理提质增效三年行动方案,要求“加快补齐城镇污水收集和处理设施短板,尽快实现污水管网全覆盖、全收集、全处理”,以便保护生态环境,遏制生态环境恶化势头,为持续推进污水处理提质增效打好坚实基础。

三种废水急待解决

首先是生活污水,由于城镇化发展,城市人口导致生活污水排放量增加,生活污水处理场及其管网建设速度滞后。其次是工业废水,由于各行各业新技术、新材料、新产品、新工艺不断创新、改进,废水成分复杂,废水呈现高COD、高氨氮、高磷、高盐、高重金属特征,且污染因子呈现分子量大、分子链长,极易溶于水,很难被氧化,处理难度大大增加。再有就是黑臭水(常年遗留水),由于城镇改造、企业搬迁、停产、改建、渠改等因素,常年遗留下来的黑臭水直接影响生态环境。

近期国家发改委和住建部出台了《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》(以下简称《规划》),要求2025年前消除生活污水直排口和收集处理空白区。集中收集率城市要求70%以上,县城达到95%以上,处理后达到一级A排放标准。强调补短板、强弱项、破难题,其核心是提标改造,促使污水处理出现新局面。

目前,全国已建成污水处理厂427座,但污水增加量远大于污水处理量,供求矛盾很大。在城镇化进程加快、水资源紧缺、水污染加剧背景下,国家日益重视环境保护,政府除推出污水治理资源化利用外,将推出更多治理项目。

同时,中国污水处理业迅速成长,目前规模以上企业有336家,其中国营、民营、外企的环保企业数量达到96%。公开资料显示,2018年污水处理行业形成产值614亿元,预计2024年将达到1400亿元。农村在2020年产值达到844亿元,处理率为30%;2035年产值将达到1305亿元,处理率为58%。

国情表明我国环保事业任重道远,落实《规划》的要求,核心问题是提标改造,不断提高污水处理的核心技术,以满足各种污水处理要求。

水处理行业技术待提高

随着国民经济高速发展,生态环境遭到极大威胁,一方面废水成分越来越复杂,污染因子突显高分子、复合型大分子有机物,这部分有机分子极易溶解水,却很难被氧化;另一方面环保技术鱼目混珠,不经济、不科学、不成熟的技术还很有市场,环保新技术、新工艺、新材料、新产品受到观念和体制的制约,出现投资高不见效、提标改造换汤不换药、专家论证和招投标走过场等现象,造成处理工艺越搞越复杂,投资费用越来越高,运行费用越来越高,给国家和用户造成很大负担。

解决上述问题,必须从环保技术创新上下功夫,常用的物理法、化学法已适应不了环保要求,而当前的生化法、膜技术、多效蒸发器处理工艺,虽然优势突出,缺陷也不可回避。

1、生化法处理工艺

当前国内污水处理工艺繁多生化法在处理废水中作出了历史性贡献,由于其处理量大、低运行成本、便于管理维护,被广泛采用,遇到问题后,在生化范围内又出现了A2/O,或厌氧、缺氧、好氧交替或多次重复使用。

对于低分子、低色度、低味、低毒的有机物,如生活污水,采用A/O工艺一般可达到一级A排放标准。但对于COD高、氨氮高、磷高、盐高,或工业废水进入后,原生化系统很难维持,出现达标困难,这是因为生化处理是靠微生物的酶转化进行的,必须保证生存和繁殖条件,欲消化污染因子,对废水的成分、PH值、温度、泥龄、碳源、氮源都要严格保证,否则硝化菌、反硝化菌、聚磷菌的质和量保证不了,生化处理就不能正常进行,究其原因是微生物的酶转化能力是有限的,不是无所不能的。

2、生化+膜技术处理工艺

技术处理工艺也是常用工艺之一,当前国内不少水处理厂在好氧段加入MBR生物膜,在进膜初期(3月～5月内),出水达到COD<30mg/L、磷<0.2mg/L、氨氮<3mg/L,很容易实现,但超过5个月,排水量减小,水质变坏,主要原因是MBR是过滤技术,微孔只有0.02～0.05μm,只能使水分子、溶性颗粒、一价重金属离子通过,采取的是物理渗透作用,当污泥、微生物团、高分子有机物累积在微孔入口处,渗透力消失,过滤作用很快失去,希望表面好氧、内部厌氧的局面难以维持,特别是国产膜寿命2年～3年,投资费用很高,设计规模3000T/d,MBR费用需300万元左右,设计规模5万吨/天,MBR费用需8000万元左右。

为使MBR正常运行,一般一年要维修两次以上,或酸洗,或更换膜片,维修费用增加。

事实证明,MBR的应用动机好,效果并不好,在水处理中采用任何过滤技术都是行不通的。

3、膜技术及多效蒸发器处理工艺

膜技术及多效蒸发器处理工艺同样是有利有弊,凡采用膜技术,如超滤、反渗透、纳滤、MBR等,对高浓度污水处理时,都遇到同一问题,即40%的废水通过了,仍还有60%的污水在膜前未通过,这部分水处理起来难度更大,只好采用多效蒸发器进行固液分离。虽可解决少量污水排放问题,但后遗症很大:投资费用高。

4超强氧化还原废水处理装置(CYH 法)

由于生态环境恶化和环保技术的要求,新乡市天盛环保公司摆脱旧的观念和工艺,从分子结构入手,独立研制开发了“超强氧化还原废水处理装置”(简称CYH法),涵盖了高频电絮凝和高频电芬顿两种工艺,核心是高频直流电化学,该技术对污染因子的分子结构,具有开环断链——氧化还原——脱色脱臭脱毒——深度气浮——深度絮凝五项功能,这有赖于极板反应、催化反应、高频反应,在这三项综合反应作用下,在直流电场中产生了原生态的氢离子、氧离子、氢氧根离子、羟基自由基[·OH],同时产生了强大的离子流呈万级数增加,在国内废水治理方面是一项重大技术变革。

通过实践证明,对各种有机物和重金属废水,特别是难降解的有机物,废水治理都取得了良好效果。

治理工艺及原理:

采用CYH法处理技术,在废水治理中显示了强大的功能,对于重金属废水采用高频电絮凝技术,一次即可达到排放标准。对于各种有机废水采用一级、多级,或电絮凝和电芬顿混合使用,皆可稳定达标排放。

CYH法处理工艺机理包括极板反应,利用污水中的水分子产生原生态氧离子、氢离子、氢氧根离子,使有机分子被分离;通过高频反应,高带电负荷的能量,在电解场游离中,使有机分子被切割、瓦解,大分子被分解为小分子,长链被切割为短链;由催化反应,利用极板析出的亚铁离子,直接催化双氧水产生高氧化电位的羟基自由基[·OH],使有机成分被氧化。与化学芬顿相比,可连续运行,运行成本大大降低。

当废水中COD较高时,在高频直流电场中,对有机分子直接开环断链,使大分子变为小分子、使长链分子变为短链分子,同时被氧化絮凝下来。

当废水中有氨氮时,在高频直流电场中,首先使氨氮分解,生成二氧化碳和水,其中有机氮被氧化成无机氮,生成硝酸盐和亚硝酸盐沉淀。

当废水中含磷时,在原生态氧和羟基自由基[OH]作用下,有机磷变为无机磷,偏磷氧化成正磷沉淀下来。

当废水全盐较高时,采用多级高频电絮凝,在强大裹挟作用下,全盐去除率可达95%以上。

当废水中含有重金属时,由于强氧化作用在调整ph值后,混合重金属离子可一并去除,一次处理可达到标准。

综上所述,在CYH法作用下,使废水中的有机态变为无机态,不仅使COD大大降低,而且使废水的水解酸化能力大大提高,为生化创造了最佳条件。

处理设备及联合生化布置图

高频电解设备及水池平面布置图

⒈高频电解控制柜 ⒉电解主机 ⒊深度过滤器(2～3级)

⒋集油器控制柜 ⒌集油器主机(仅用于破乳工艺) ⒍排风扇(1-2)

⒎窗户(2-4) ⒏比例加注装置 ⒐综合反应器 ⒑压滤机

治理工艺的基本特点:

⒈该工艺原则上少加药或不加药。根据废水状况可采用CYH法,达到治理废水的目的。

⒉不仅大大降低COD,提高水解酸化能力,同时除磷效果好(可将有机磷氧化成无机磷,将偏磷氧化成正磷降解下来);除氨氮效果好(可分解、氧化、气浮,使氨氮分解,有机氮氧化成无机氮,将其降解下来);脱盐效果好(有极佳的分解、置换作用)。

⒊该工艺占地面积小、投资省、易管理维修、运行费用低、污泥生成量少,关键零部件为进口原装件,主机使用寿命八年以上。

⒋该工艺的问世,使各水处理场提标改造成为现实,采用该技术原生化处理不变,或者省去厌氧段处理,可使排水达到地表水Ⅳ类标准。

CYH法应用的市场前景:

该装置适用于各种重金属及有机废水治理,涉及行业如电镀、乳化液、采矿、煤化、冶炼、化工、医药、农药、电池行业、农产品加工、垃圾渗透液、矿山开采、印染、黑臭水等难以处理的有机废水的实例证明,CYH 法技术对各种有机物和重金属废水,特别是难降解的有机物,废水治理都取得了很好效果。

运用该技术使废水处理由复杂变为简单,由不可能变为可能,由不可进生化变为可顺利进生化,由一级A排放标准提标改造为地表水Ⅲ、Ⅳ类标准成为现实,且占地面积小、投资省、易管理维修、使用寿命长、处理费用低等优势,该技术2016年8月已获国家级科技评价,结论“达到国际先进水平”;2018年8月列入环保部·环科学会“优秀环保科技创新实用成果目录”,在环境治理中引起巨大反响。

在采访中公司董事长、高级工程师梁凤鸣先生讲到:按现有建筑设计院水处理概算为依据,以生活污水处理厂为例,日处理量2.5万吨,投资2.5亿元;处理量10万吨,投资10亿元。提标改造时,日处理量2.5万吨,投资约1亿元;提标改造时,处理量10万吨,投资约4亿元。对于工业废水处理厂,视废水状况、投资费用一般为生活污水处理场的2倍～4倍。采用CYH法,对于生活污水处理场,投资可节省50%;提标改造可节省30%。运行费用可节省60%,对于工业污水处理场,降低投资费用30%～50%,使投资费用、运行费用、提标改造费用大大节省。