水處理行業(yè)是多學科交叉、知識密集型的高技術產業(yè),涉及到生物、化學、機械、電子等多個領域,是國家環(huán)保產業(yè)發(fā)展水平的重要標志。20世紀90 年代以來,在國家大力推進可持續(xù)發(fā)展,建立綠色環(huán)保型節(jié)約社會的大背景下,國內的水處理企業(yè)通過引進國外的先進技術和不斷的自主創(chuàng)新,在技術上取得了長足的進步,已經逐步縮小了與國外先進水處理技術的差距。
1、循環(huán)水系統(tǒng)治理技術發(fā)展現狀
循環(huán)水處理技術歸根結底就是要回答在控制水質指標的前提下,如何保障系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行及降低處理成本;如何有效提高濃縮倍數、節(jié)約水資源和二次污染排放等問題。目前,循環(huán)水系統(tǒng)治理領域的主要技術是物理方法和化學方法。
1.1 物理法水處理技術發(fā)展
物理法水處理技術的發(fā)展歷程先后經歷了強磁處理、高壓靜電處理、高頻電磁處理及射頻處理四大階段。目前基于強磁處理和高壓靜電處理技術的產品因使用條件的限制已逐漸失去競爭優(yōu)勢,高頻電磁處理及射頻處理技術成為主流技術。
1.2 化學法水處理技術
循環(huán)水化學處理技術通過向循環(huán)水中投加水質穩(wěn)定劑等化學產品的形式解決系統(tǒng)結垢、腐蝕及菌藻滋生問題。因容易導致二次污染及系統(tǒng)處理在先控制等問題,制約了化學法水處理技術的推廣使用。
1.3 循環(huán)水系統(tǒng)治理技術發(fā)展趨勢
目前,物理法水處理技術已經發(fā)展到較高水平的射頻式物理場水處理技術,該技術在國內外集中式空調及采暖系統(tǒng)的循環(huán)水處理領域得到廣泛應用。在實際工程應用中,射頻式物理場水處理技術已經成功應用于廣州大學城區(qū)域供冷與區(qū)域供熱工程、北京奧運會大部分場館、國家大劇院以及基礎交通建設如北京軌道交通、天津軌道交通、南京軌道交通等工程中。
化學法循環(huán)水處理技術的發(fā)展,是隨著大型化肥石油、化工、冶金裝置的引進而發(fā)展起來的;瘜W法處理方式應用時間較長,工藝也比較成熟。不過,化學法處理主要是通過加藥設備定時或定期向水中投加定量藥劑來控制水質的結垢、腐蝕及菌藻類滋生等問題,由于其運行成本高(需連續(xù)性向系統(tǒng)投加化學處理藥劑)、容易造成水質二次污染,導致循環(huán)水水質不穩(wěn)定,應用范圍受到一定限制。
目前,地表水、地下水及污水回用等動態(tài)性補水水質逐漸應用于循環(huán)水系統(tǒng),動態(tài)化的補水水質與靜態(tài)化的循環(huán)水水質要求之間就產生了矛盾,因此,在物理法的靜態(tài)化處理循環(huán)水主要技術指標的基礎上,輔以動態(tài)化化學處理解決補水水質動態(tài)變化的物化法水處理技術較好地解決了由于補水水質波動造成循環(huán)水水質不穩(wěn)定的問題,是循環(huán)水系統(tǒng)治理領域技術的未來發(fā)展趨勢。
2、水資源綜合治理技術發(fā)展
水資源綜合治理領域尚未形成具有全部功能的生產工藝,各種技術方法散見于污水、景觀水、雨洪等相關水處理領域。
2.1 污水治理技術
目前我國污水處理中應用較多的技術包括氧化溝工藝、SBR法、CASS工藝、接觸氧化法、曝氣生物濾池工藝(BAF)、MBR法和速分生物處理技術等。上述方法各有優(yōu)缺點,選取主要方法描述如下:
A、CASS工藝
CASS(Cyclic Activated Sludge System)工藝是近年來國際公認的處理生活污水及廢水的先進工藝之一。其基本結構是:在序批式活性污泥法(SBR)的基礎上,反應池沿池長方向設計為兩部分,前部為生物選擇區(qū)也稱預反應區(qū),后部為主反應區(qū),其主反應區(qū)后部安裝了可升降的自動撇水裝置。整個工藝的曝氣、沉淀、排水等過程在同一池子內周期循環(huán)運行,省去了常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流系統(tǒng);同時可連續(xù)進水,間斷排水。
B、MBR工藝
膜生物反應器(MBR)是一種將膜分離單元和生物處理單元結合的新型水處理技術,在近幾十年來得到迅猛發(fā)展。該工藝應用中空纖維膜取代了活性污泥法中的二沉池,進行固液分離,有效的達到了泥水分離的目的。膜的高效截留作用,可以有效截留硝化菌,使其完全截留在生物反應器內,使硝化反應得以順利進行,有效去除氨氮,避免污泥的流失,同時可以截留一時難于降解的大分子有機物,延長其在反應器的停留時間,使之得到最大限度的分解。
但是MBR工藝仍存在如下缺點:膜造價高,膜組件使用壽命短,2~3年即需更換;容易出現膜污染;能耗高,為了加大膜通量、減輕膜污染,必須增大流速,沖刷膜表面,造成MBR的能耗要比傳統(tǒng)的生物處理工藝高。。
C、速分生物處理技術
速分生物處理技術是一種新型污水處理技術。該技術的原理是利用流體力學中的“流離”原理,突破傳統(tǒng)的生物處理方法,使處理系統(tǒng)中單一生物環(huán)境轉變?yōu)槎嘧兩锃h(huán)境,使污水在集合體內多次重復發(fā)生厭氧、耗氧反應,且處理過程無需沉淀池、反沖洗和污泥處理等系統(tǒng)。速分生物處理技術的核心是“速分生化球”,作為生物載體,填充在專門設計的速分生化池內,附著在其上的生物膜是生化處理系統(tǒng)的主體作用物質。速分生化球可正常使用30年而無需更換,比傳統(tǒng)的生物填料節(jié)約了大量的更換、維護費用。
2.2 景觀水治理技術
目前,景觀水的技術是以物理法處理為主的較為簡單的處理工藝,點源處理以截污換水為主,面源處理以氣浮過濾為主,內源處理以增氧清淤為主。對于景觀環(huán)境水體的治理通常采用的方法有:1)以過濾和充氧為主要特征的物理方法;2)以投放藥品控制微生物為主要特征的化學方法;3)以加大與空氣接觸面積為主要特征的生化處理法和4)以定期接種有凈水作用的微生物為主要特征的生態(tài)處理法。
2.3 雨洪治理技術
雨洪即雨水,屬于微污染水源。收集環(huán)節(jié)處理技術上相對簡單,主要是解決儲存和水體保持的問題,該環(huán)節(jié)的治理技術與景觀水的處理并無本質區(qū)別。
2.4 水資源綜合治理技術發(fā)展趨勢
目前,單一的處理技術無法滿足水資源綜合治理領域的要求,以生物修復凈化處理為代表的多種技術復合是必然的發(fā)展趨勢。其核心是利用高效復合型微生物或培育的水培植物、水生動植物的新陳代謝活動,對水體環(huán)境中的氨氮、亞硝酸、有機物等有害物質進行轉移、轉化及降解作用,降低水中污染物濃度COD值;同時光合類細菌能利用光能和水中簡單的無機物進行光合作用,固定水體中的氮和磷等元素的同時,產生氧氣,增加水體中的含氧量,使好氧微生物通過自身的新陳代謝作用把水中的有機污染物分解成簡單的無機物進一步吸收并利用水中的氨氮、總磷等營養(yǎng)元素和其它可溶性污染物,降低水體富營養(yǎng)化程度,從而使水體得到凈化和恢復,達到新的生態(tài)平衡。從技術的本質上說,這種生物修復凈化技術是對自然界恢復能力和自凈能力的一種強化。
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本研究報告數據主要采用國家統(tǒng)計數據,海關總署,問卷調查數據,商務部采集數據等水處理。其中宏觀經濟數據主要來自國家統(tǒng)計局,部分行業(yè)統(tǒng)計數據主要來自國家統(tǒng)計局及市場調研數據,企業(yè)數據主要來自于國統(tǒng)計局規(guī)模企業(yè)統(tǒng)計水處理及證券交易所等,價格數據主要來自于各類市場監(jiān)測水處理。