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水处理技术简史(中)

栏目:行业资讯 宣布时间:2023-12-29

膜疏散技术时代开始


人类关于膜现象的研究源于1748年。然而认识到膜的功效并用于生爆发活,却经历了近200年的漫长历程。人们对膜疏散技术进行科学研究则是近一百年来的事。

20世纪初,微孔过滤(微滤)。微滤技术是膜疏散技术中最早工业化的一种,其时主要是以天然或人工合成的聚合物制成的微孔过滤膜。


1907年Bechhold宣布了第一篇系统研究微孔滤膜性质的报告。1918年Zsigmondy等首先提出了商品规模生产硝化纤维素微孔过滤膜的要领,并于1921年获得专利,1925年在德国的哥丁根大学建立了世界上第一个微孔滤膜公司“Sartorius GmbH”,专门生产和销售微孔滤膜。二战后,美国和英国也对微孔滤膜的制造技术和应用进行了广泛的研究,这些研究对微滤技术的迅速生长起到了推行动用,


微滤技术在中国的研究开发较晚,基本上是20世纪80年代初期才起步,但其生长速度非?。截止至2005年,中国微滤技术已形成7000万元的年产值,占中国膜工业年产值的1/5,经济、社会效益也很是显著。近十几年来,中国在微滤膜、组件及相应的配套设备方面有了较大的进步,并在医药、饮料、饮用水、食品、电子、石油化工、剖析检测和环保等领域有较广泛的应用。

50年代,电渗析。电渗析技术研究始于德国,1903年,Morse和Pierce把两根电极划分置于透析袋内部和外部溶液中,发明带电杂质能迅速地从凝胶中除去 ;1924年,Pauli接纳化工设计的原理,革新了Morse的实验装置,力图减轻极化,增加传质速率。但直到1950年Juda首次试制乐成了具有高选择性的离子交换膜后,电渗析技术才进入了实用阶段,涤讪了电渗析的实用化基础。电渗析是一种薄膜疏散技术,以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性,将带电组分的盐类与非带电组分的水疏散。这种技术利用离子交换膜的特性,使水获得淡化除盐。电渗析水处理技术首先被用于苦咸水的化,此后逐步扩大到海水淡化和制取工业纯水的应用中。

60年代反渗透膜、生物反应器和膜蒸馏技术。


反渗透(RO):1960年 Loeb和Souriringan首次研制成世界上具有历史意义的非对称反渗透膜,这在膜疏散技术生长中是一个重要的突破,使膜疏散技术进入了大规模工业化应用的时代。过滤精度为0.0001微米左右,是美国60年代初研制的一种超高精度的利用压差的膜法疏散技术?陕顺械南招┮磺械脑又(包括有害的和有益的),只能允许水分子通过。也就是说用反渗膜制水的历程中,一定会浪费将近50%以上的自来水。这是一般家庭不可接受的。一般用于纯净水、工业超纯水、医药超纯水的制造。反渗透技术需要加压、加电,流量小,水的利用率低,不适合大宗生活饮用水的净化。


膜生物反应器(MBR):由膜疏散和生物处理结合而成的一种新型、高效污水处理技术。工业含氮废水其脱氮机理包括硝化作用和反硝化作用两个基本历程。硝化作用是指由氨氮转化为硝态氮的历程,该历程主要依靠亚硝化细菌和硝化细菌两类好氧自养菌来完成。MBR的研究始于20世纪60年代的美国,其时由于受膜生产技术所限,膜的使用寿命短、水通透量小,使其在投入实际应用中遇到障碍。70年代以后,日本凭据本国领土狭小、地价高的特点对MBR在废水处理中的应用进行了大力开发和研究,使MBR开始走向实际应用。MBR工艺80年代后在日本等国获得了广泛应用目。日本某公司对MBR工艺的污水处理效果进行了全面研究,标明活性污泥一平板膜组合工艺不但可以高效去除有机物,且出水中不含细菌,可直接作为中水回用。


MBR在中国的研究始于1993年。天津大学的科研小组历经10年时间研制了中空纤维膜,该技术被称为“21世纪的水处理技术”。该项目曾被列为国家“八五”和“九五”重点科技攻关项目并被国家列为“中国21世纪议程实施能力及可连续生长实用新技术”,此项技术在海内处于领先水平,部分指标抵达国际领先水平。


膜蒸馏(MD):MD技术首先由B.R. Bodell 在 1963 年申请并获得专利,在20世纪80年代才开始迅速生长,随着对膜蒸馏类膜疏散历程研究的不绝深入,一些与膜蒸馏相关的膜历程相继泛起并引起人们的重视,膜蒸馏技术在许多领域取得可喜的研究结果,尤其在水溶液的疏散中更具有优势。膜蒸馏是膜技术与蒸发历程相结合的膜疏散历程,以膜两侧蒸汽温 度差为传质驱动力,它是热量和质量同时通报的历程,膜孔内的传质历程是分子扩散和努森扩散的综合结果。

80年代纳滤。纳滤(NF):过滤精度介于超滤和反渗透之间,脱盐率比反渗透低,也是一种需要加电、加压的膜法疏散技术,水的接纳率较低。也就是说用纳滤膜制水的历程中,一定会浪费将近30%的自来水。这是一般家庭不可接受的。一般用于工业纯水制造。

90年代渗透汽化(渗透蒸发)。用于液(气)体混淆物疏散的一种新型膜技术。它是在液体混淆物中组分蒸气分压差的推动下,利用组分通过致密膜溶解和扩散速度的差别实现疏散的历程。

海水淡化技术加速生长


海水淡化是人类追求了几百年的梦想,古代就有从海水中去除盐分的故事和传奇。16世纪,人们才开始努力从海水中提取淡水。其时欧洲探险家在漫长的航海旅行中,用煮沸海水以制造淡水。这是海水淡化技术的开始。


20世纪50年代后,海水淡化技术随着水资源 ;募泳缁竦昧思铀偕。蒸馏法、电渗析法、反渗透法等水处理技术应用在海水淡化领域,并抵达了工业规 ;乃,在世界各地广泛应用。


1958年,石松研究员等首先在中国开展离子交换膜电渗析海水淡化研究。20世纪60年代初,多级闪蒸海水淡化技术应运而生,现代海水淡化工业也由此步入了快速生长的时代。1967年,中国国家科委组织全国海水淡化会战。70年代,中国海水淡化技术方面跻身世界前列:研制乐成海洋监测专用微孔滤膜,建成了世界最大的电渗析海水淡化站——西沙永兴岛海水淡化站。


1982年,中国海水淡化与水再利用学会经中国科协学会部批准在杭州建立。而此时,美国的全芳香族聚酰胺复合膜及其卷式元件已经赫然问世。


1984年,国家海洋局以海水淡化研究室为主体,组建国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心。1992年,国家海洋局组建国家液体疏散膜工程技术研究中心,开始研制国产反渗透膜。努力挣脱外洋反渗透膜技术垄断。


到2003年止,世界上已建成和已签约建设的海水和苦咸水淡化厂,其生产能力抵达日产淡水3600万吨。海水淡化已广泛全世界125个国家和地区,淡化水约莫养活世界5%的人口。海水淡化,事实上已经成为世界许多国家解决缺水问题,普遍接纳的一种战略选择,其有效性和可靠性已经获得越来越广泛的认同。


脱氮除磷工艺问世


水体富营养化问题凸显,脱氮除磷成为污水处理的另一主要诉求。于是,在活性污泥法的基础上衍生出了一系列的脱氮除磷工艺。


50年代初,聚磷菌被发明并用于除磷。将活性污泥交替在厌氧以及好氧状态下运行,能使过量积累磷酸盐的聚磷菌占优势生长,使活性污泥含磷量比普通活性污泥高。污泥中聚磷菌在厌氧状态下释放磷,在好氧状态下过量地摄取磷。经过排放富磷剩余污泥,其结果与普通活性污泥法相比,可去除污水中更多的磷。


氧化沟工艺


1953年,荷兰的公共卫生工程研究协会的Pasveer研究所提出了氧化沟工艺,也被称为“帕斯维尔沟”。1954年,在荷兰的伏肖汀(Voorshoten)建造了第一座氧化沟污水处理厂。60 年代,这项技术在欧洲、北美和南非等各国获得了迅速推广和应用。1967年,荷兰DHV公司开发研制了卡鲁塞尔(Carroussel)氧化沟,由多渠串联组成的氧化沟系统。1970年,美国的Envirex公司投放生产了奥贝尔(Orbal)氧化沟。交替式事情氧化沟是由丹麦克鲁格(Kruger)公司研制,该工艺造价低,易于维护,通常有双沟交替和三沟交替(T型氧化沟)的氧化沟系统和半交替事情式氧化沟。



1969年,美国的Barth提出接纳三段法除氮,第一段是好氧段,主要去除有机物,第二段加碱硝化,第三段是厌氧反硝化,除氮。

1973年,Barnard在原有工艺基础上,将缺氧和洽氧反应器完全离开,污泥回流到缺氧反应器,并添加了内回流装置,缩短了工艺流程,也就现在常说的缺氧好氧(A/O)工艺。

70年代,美国专家在A/O工艺的基础上,再加上除磷就成了A2O工艺。我国1986年建厂的广州大坦沙污水处理厂,接纳的就是A2O工艺,其时的设计处理水量为15万吨,是其时世界上最大的接纳A2O工艺的污水处理厂。

70年代中期,德国的Botho Bohnke教授开发了AB工艺。其后,为了解决脱氮时硝化菌需要长泥龄,除磷时聚磷微生物需要短泥龄的矛盾,开发了AO-A2O工艺。在AO-A2O工艺基础上奥地利研发出了Hybrid工艺。1994年,荷兰Delft大学开发了厌氧氨氧化(ANAMMOX)技术,厌氧氨氧化菌在缺氧情况中,能够将NH4+用亚硝酸根(NO2-氧化为氮气。1998年,荷兰Delft大学基于短程硝化反硝化原理开发了SHARON工艺,首例工程在荷兰鹿特丹DOKHAVEN水厂。


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