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基本情况
今年上半年,各县区政府高度重视环境保护工作,认真贯彻全市环保工作会议精神,严格落实环境保护和污染减排工作责任制,及时将有关目标任务细化分解落实到各乡镇、部门和企业,并针对重点任务和薄弱环节研究制定具体措施,靠实相关责任,扎实有效地开展工作。从督查情况看,上半年我市环境保护各项工作安排及时,部署到位,措施得力,环保目标责任书主要工作任务达到了计划进度要求,完成情况较好。
目标任务完成情况
1.污染减排项目及重点任务进展情况。区清真畜禽定点屠宰厂废水处理工程已完成前期工作,准备开工建设。区汉辅东方纸业有限公司办理扩建相关手续,目前停止生产。县城市污水处理工程主体基本完工,进行设备安装;银星毛纺织有限公司废水处理站改扩建工程修改完善设计方案;县中医院污水处理站已建成,进行验收性监测。县城市污水处理工程土建完成,进行厂区管道对接;新恒达化工有限公司污水处理站改扩建工程已经完成验收性监测,申请竣工验收;翔达化工有限公司颜料废水治理工程完成初步设计。县城市污水处理工程已完成DE氧化沟及附属设施主体,预计7月底完成土建工程;县人民医院医疗废水处理站扩建工程已建成,进行验收性监测。县城市生活污水处理工程主反应池正在进行钢筋混扎;县生活污水处理工程主反应池完成浇筑,进行其他主体工程的建设;建明清真食品有限公司生产废水处理工程进行招标。各县区涉重金属污染源调查入户调查工作全部完成,目前正督促各涉源单位进行监测。上半年各县区环保部门对各辖区建筑施工企业进行了集中整治,取得了良好效果。并采取定期督查的方式加强了辖区医院污水处理站的监管力度,确保污染物稳定达标排放。
2.农村生态环境保护工作。目前,全市国家重点生态功能区转移支付绩效评估考核工作全部完成。各县区年农村环境连片整治示范项目前期工作全部结束,年农村环境连片整治示范项目正在组织实施。今年上报的2个国家级生态乡镇、3个国家级生态村、3个省级生态乡镇、5个省级生态村、7个市级生态乡镇和7个市级生态村创建方案全部上报,创建工作全面开展。
3.城市基础设施建设、运行。上半年各县区加强了城区垃圾集中处置工作,城区垃圾足额收集,垃圾填埋场运行良好。除县外,城区重点医疗机构医疗废物全部得到集中处置,督促重点乡镇卫生院医疗废物集中处置的工作有序进行。
4.核与辐射安全监管。各县区高度重视核与辐射监管工作,组织开展了辖区内核技术应用单位的监督检查和整改工作,督促核技术应用单位辐射安全防护设施及时维护、检修。目前各辐射应用单位均取得辐射安全许可证,辐射安全防护设施完好、运行正常。除区制订了《辐射事故应急预案》外,其他各县区还未制订辐射事故应急预案。
5.解决区域突出环境问题。各县区确定了餐饮业油烟治理单位和燃煤锅炉治理单位,区、区、县已对纳入治理的单位下发限期整改通知。区每季度对已关停的山风景区和主要公路沿线石灰窑、青瓦窑、活性炭企业进行督查,防止污染企业死灰复燃。上半年各县区对饮用水源地进行定期检查,确保水源地安全。
6.强制性清洁生产审核工作。目前我市列入强制性清洁生产审核的14家单位已完成6家,县长城果汁饮料有限公司、县天河酒业有限公司、建明清真食品有限公司正在编制报告,县鑫达矿业开发有限公司未开展工作。
7.环境宣传教育和工作保障。各县区印发了年环境宣传教育工作要点,区、区、县、县制定了6·5世界环境日宣传计划,确定了人员、时间和活动内容。县组织中小学生开展环境征文比赛,表彰奖励优胜者和先进组织单位,宣传效果良好。各县区均按要求将污染防治、环境监督执法、环境监测和环境宣传教育等纳入财政预算科目,并进一步加强了乡镇环保所职责。目前各县区配备了基本监测仪器,但除县外日常监测工作均未开展。
存在的问题
从督查情况看,尽管各县区做了大量工作,取得了一定成绩,但仍存在工作进展不平衡的问题。一是部分污染减排项目及重点任务进度滞后。区城市污水处理工程要求于6月底完成环保验收,目前污水管网建设滞后、污水收集率低,达不到稳定运行要求;县城市污水处理工程要求于9月底投入试运行,设备安装仍未结束;大唐发电厂要求于年底建成脱硝设施,至今还未动工建设;银星毛纺织有限公司废水处理站改扩建工程设计方案仍未出台;翔达化工有限公司颜料废水处理站改扩建工程还未建设;县医疗废物集中处置工作无实质性进展,工作尚未落实。二是列入年污染减排计划的22家畜禽养殖污染治理项目进展缓慢,并且治理手段单一,档次较低,治理效果不明显。三是年农村环境连片整治项目成效不明显,主要问题是项目建设进度缓慢,宣传氛围不浓,综合整治不力。四是锅炉和油烟治理工作进度不平衡。上半年各县区确定了餐饮业油烟治理单位和燃煤锅炉治理单位,但目前只有区、区、县已对纳入治理单位下发限期整改通知并完成了部分治理工作,其他县区还未开展此项工作。五是区1家污染源治理单位仍未落实。六是环境风险源企业环境应急演练工作重视程度不够,目前各县区均未组织风险源企业进行应急演练。
工作要求
为进一步加强目标管理,确保工作任务的完成,各县区、有关部门要加强对环保工作的领导,加大对重点工作的支持力度,全力保障省、市政府环保目标责任书和污染减排既定目标的完成。
一要加强组织领导,靠实相关责任。各县区政府、有关部门要对照环保目标责任书、污染减排责任书进行全面分析,将各项工作目标任务进行再明确、再检查、再落实,特别是对通报中提出的问题,要制定整改工作方案,明确主管领导、责任人,提出具体的整改措施,确保整改工作收到实效。
二要对进度滞后的重点项目实行挂牌督办,限期整改。按照省环保厅、省监察厅联合下发的《关于对环境违法问题进行市级挂牌督办的通知》,将区城市污水处理工程、县城市污水处理工程、汉辅东方纸业有限公司、银星毛纺织有限公司废水处理站改扩建工程、翔达化工有限公司颜料废水处理站改扩建工程列为市级挂牌督办项目,实行挂牌督办。有关县区和部门对纳入市级挂牌督办的项目要制订整改方案,明确任务期限,加快实施进度,确保完成整改工作。市监察局、市政府督查室、市环保局要加大对挂牌督办项目的督查力度和频次,保证项目按期完成进度要求。
关键词:医药废水;生物接触氧化;ClO2
中图分类号:
文献标识码:A文章编号:16749944(2017)8006302
1引言
随着我国经济社会的快速发展,污水处理总量在逐年增加,城镇污水处理率也不断提高[1]。医院废水作为一种特殊的类型在全社会生活污水中所占比例较小,但因其具有传染性、致病性,若不经严格处理排入环境水体,会对环境卫生质量和人民生命健康造成极大危害。环境资料表明:未经过处理的原污水中含菌总量可达108个/mL以上,其中大肠杆菌9.6×107~2.3×108、细菌总数1.3×106~1.5×106;肠道致病菌检出率达30%~100%,BOD5为30~132 mg / L、CODCr为140~650 mg / L、SS 50~150 mg / L、pH值7.00~8.00,主要污染因子是致病病原体[2]。鉴于此,以某中型医院为例,对其产生的废水进行处理工艺的设计和成本核算,为我国医药废水有效处理提供借鉴。
2某中型医院废水排放特征分析
2.1医院废水排放情况
该医院目前拥有床位数为400个,按照国家相关规定,属于中型医院。医院日平均污水量为400L/床,其中BOD5为60g/床,COD值为120g/床,悬浮物SS为60g/床。污水水量及主要水质指标见表1。
2.2医院废水排放标准
对于处理后出水用途的不同,其出水水质的标准是不一样的,对处理水回用来说,经^污水处理装置处理后的出水水质应达到《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》(GB/T18920-2002)和《综合医疗机构及其他医疗机构水污染物排放限值》(GB18466-2005)要求。
3某中型医院废水处理工艺流程与设计
3.1水处理原理
拟采用生物接触氧化法,并使用二氧化氯消毒,由于要对污水进行中水回用,在生物接触氧化工艺上需要做一些改进:结合A2 /O的优点,在流程中添加一段缺氧处理,以便更好的去除氮和磷[3];考虑到二沉池出水水质较好,对于这种微污染水体,中水回用拟采用充氧膜法处理,该处理方法出水水质好,运行费用低,特别适用于污水的三级处理和轻污染水体处理,出水可达到中水回用标准。
3.2工艺流程
该工艺流程见图1。
3.3主要构筑物尺寸设计
(1)调节池。 由于医院污水水质、水量波动比较大,处理中应设调节池。在连续运行时,其有效容积按日处理水量的30%~40%计算。设计尺寸为:长15 m、宽5 m、总高度3.0 m、槽深0.3 m。
(2)缺氧反应池。污水流入缺氧池,由于生物接触池的存在,所以该过程的主要目的是为了使大分子的有机物水解为容易生物降解的小分子物质并且去除一部分有机物和氮氧化物,以利于后面好氧工段的降解处理。设计尺寸:长×宽×高为5 m×4 m×2 m,水力停留时间为2.5 h。
(3)生物接触氧化池。生物接触氧化池净化与生物膜处理法的原理相同,填料的生物膜包括厌氧层和好氧层。设计尺寸:填料层高0.8 m、面积8.2 m2、接触氧化池的总高度2.2 m、池内实际停留时间4.0 h、汽水比1∶(3~5)。
(4)二次沉淀池。生物接触氧化池的出水进入沉淀池,使前一工段中脱落的膜,得到沉淀,从而去除污水中的悬浮物质,生成的污泥则直接输送到污泥浓缩池中。设计尺寸:中心管直径0.5 m、沉淀池直径3.4 m、总高度6.5 m。
(5)充氧膜法曝气生物滤池。二沉池的出水自流进入充氧膜法曝气生物滤池中进行生化处理。设计尺寸:滤池直径1.3 m、滤池总高度6.0 m。
(6)接触消毒池。在充氧膜法生物滤池后,污水必须经过消毒。采用ClO2发生器,二氧化氯消毒可以杀灭绿脓杆菌、沙门氏菌、枯黑细胞杆菌、霍乱病菌、大肠杆菌等。设计尺寸:长4 m、宽1.5 m、高1.5 m。
(7)清水池。清水池为贮存水厂中净化后的清水。设计尺寸:长5m、宽5m、高5m。
(8)污泥浓缩池。医院污水经沉淀后,污泥中含有大量的细菌,需要对其进行处理方可排放。设计尺寸:直径1.5m、高3.3m。
3.4主要设备说明
(1)提升泵房。采用合建式圆形污水泵房,自灌式工作,水泵不超过4台,扬程为7 m,设计流量为16.9 m3/h。
(2)曝气设备。选用鼓风曝气,其关键部件是扩散器,用于将空气分散成空气泡,增大空气和混合液之间的接触面,选用微气泡扩散其中的管式微孔曝气器,具有较高的氧利用率和氧转移率。
(3)鼓风机房。选用罗茨鼓风机2台,1用1备,每台风机性能参数为:Q=3.54 m3/min,H=2.20 mH2O,N=2.2 kW。
(4)搅拌设备。缺氧区通常采用机械搅拌方式,选用DQT型低速潜水搅拌推流器,适用于给水排水工程的各类氧化池,型号为DQT040,电机功率4.0 kW。
(5)二氧化氯加氯设备。消毒工艺采用二氧化氯消毒,二氧化氯现场有氯酸钠和盐酸反应制备。加氯设备间内设二氧化氯发生器2台,一用一备,每台二氧化氯发生器制备能力为2.5 kg/h,功率为0.4 kW。
(6)带式压滤机。设计选用2套PW|YST08型带式压滤机(1用1备),污泥处理量为15~25 m3/h,清洗水压为0.5 MPa,每套带宽为800 mm,额定功率为0.55 kW。
2017年4月绿色科技第8期
罗峥,等:某中型医院废水处理工程设计
环境与安全
4工程概算
该工艺设计方案总投资主要包括土建工程投资、工艺设备投资、运行投资等[4],其中土建工程投资和工艺设备投资约为32万元,每吨水投资为0.1万元/ m3;运行成本(电费1.09元/m3、人工费0.06元/ m3、药剂费0.12元/m3)约为1.27元/ m3。
5结论
(1)针对某中型医院废水量、水质特点,采用生物接触氧化法及相应工艺对废水进行了处理,处理后使出水COD
(2)设计方案每吨水投资为0.1万元/ m3,运行成本约为1.27元/ m3,具有经济可行性。
参考文献:
[1]
宋业林,宋襄翎.水处理设备实用手册[M].北京:中国石化出版社,2004.
[2]国家环保总局.医院污水处理技术指南:CECS07-2004[S]. 北京:国家环保总局,2004.
一、确保完成总量减排指标。今年市政府下达的8个减排项目进展顺利。其中4个水治理减排项目计划投资1062万元,巨力集团、六合微粉污水处理设施提升改造及中水回用2个工程项目已完成,正在进行设备调试,近期内将发挥减排效益;食品污水处理设施提升改造工程已与施工方签定合同;新上污水处理设施工程已开始进行土木工程建设。4个大气治理减排项目计划投资890万元,六合微粉、大酒店已完成拆除原有燃煤锅炉更换燃气锅炉,集团、开发区人民医院原有燃煤锅炉已拆除,正在更换燃气锅炉。
二、做好国家环保模范城市复核验收工作。国家环保模范城市复核验收工作是今年环保工作的重中之重,环保分局将《复核工作方案》中明确的任务进一步细化为26大项、138小项,并明确到具体科室具体人员头上,重点为垃圾处理场和医疗废物处置中心的现场准备以及辖区内所有企业的“一企一档”,34家固废、危废处置利用的“一厂一档”,15个绿色学校的“一校一档”和9个绿色社区的“一区一档”工作,全力以赴做好创模复核工作。
三、水环境质量持续改善。继续加大了环境现场监督检查的力度,严肃查处环境违法行为,从源头上杜绝了污染源的蔓延,今年以来,累计对90余家企业进行现场监督监察,处理环境36件次,下达限期治理3份,立案处罚1起。采用常规检查与突击检查,白天检查与夜间检查相结合的办法,加强全区29套废水处理设施的运行监管,严厉查处擅自停运治理设施、超标排放、偷排偷放等违法排污行为,排放废水水质达到半岛流域标准,严格规范污水处理设施运行标准,截止到现在,污水处理设施正常运转率100%。市政府考核我区的大圩河丁家屋子、白浪河柳疃桥两个出境断面水质均稳定达到恢复鱼类生长目标。
关键词 排水户 普查 排水监管 污染治理
0.引言
重点排水户的监管工作是我国城市水务管理的主要任务之一。排水户的超标排水行为严重影响了城市排水设施的正常运行,甚至导致排水管道的损坏与污水厂处理效果的降低,对市政排水设施的养护管理与水环境的改善保护工作造成巨大影响。
在《上海市排水管理条例》中,明确规定了排水户的义务、对纳管排放行为的约束以及相关法律责任。然而,有别于对用户用水行为的可量化与可主动管控,用户排水行为因其无法准确计量且在问题发生较长时间后才能被发现、控制,其监管被动性较大,时效性较差。结合上海市第一次全国水利普查暨第二次水资源普查,上海市在2011年对全市重点排水户进行了对象普查、数据整理与情况分析,为科学制订重点排水户的监管机制提供了翔实、规范的基础数据资料。
1.普查对象与内容
排水户指向城镇排水设施排放污水的从事工业、建筑、餐饮、医疗等活动的企事业单位、个体经营户。本次普查的重点排水户是指排放工业、特种废水量在100m3/d及以上或者排放生活污水量在300m3/d及以上的企事业单位排水户。其中,特种废水指冶金、化工、医疗等行业单位排放污水,工业废水指一般工业企业排放污水,生活污水指商场、学校、酒店等单位(居民住宅除外)排放的纯生活污水。
普查工作按重点排水户所在行政区划为统计单元,对重点排水户名称、地址、排放类型、纳管位置、年排放量、排放去向(终端污水处理厂)、废污水处理设施建设情况等基本信息进行调查,对各类指标按要求进行登记并录入普查数据库。
2.普查成果
经本次普查统计:全市重点排水户共计1547户,排放量为44016.57万m3/a。其中,工业废水排水户为1021户,排放量为28546.29万m3/a;生活污水排水户为437户,排放量为13300.15万m3/a;特种废水排水户为89户,排放量为2170.13万m3/a。
2.1 按排放量分级
全市重点排水户以排放量在500m3/d以下的数量居多,占总数量63.09%;排放量在1000m3/d及以上的重点排水户数量占总数量15.26%,但其排放量占总排放量58.4%;排放量在1000m3/d至5000m3/d区间的重点排水户排放量占总排放量36.1%,排放量比重最大,该排放区间重点排水户数量靠前的依次是浦东新区、闵行区、杨浦区和徐汇区。
2.2 各区(县)分布
在上海市各区(县)中,浦东新区重点排水户数量最多、排放量最大,占全市总数量与总排放量20%左右。其余排放量靠前的依次为闵行区、松江区和奉贤区。中心城区排放量靠前的依次为杨浦区、徐汇区和黄浦区(含原卢湾区)。
按排放类型分区(县)来看,排放生活污水的重点排水户主要集中在浦东新区、闵行区与嘉定区,三个区排放生活污水的数量占全市排放生活污水总数量的53.81%;排放工业与特种废水的重点排水户主要集中在浦东新区、闵行区、嘉定区与金山区,四个区排放工业与特种废水的数量占全市排放工业与特种废水总数量的52.41%。生活污水排放量主要产生在浦东新区、徐汇区、奉贤区与黄浦区,四个区生活污水排放量占全市生活污水排放总量的53.17%;工业与特种废水排放量主要产生在浦东新区、闵行区、松江区与嘉定区,四个区工业与特种废水排放量占全市工业与特种废水排放总量的61.82%。
2.3 排放去向(终端受纳污水处理厂)
接纳重点排水户排放量较集中的污水处理厂依次是白龙港污水处理厂(280万m3/d)、竹园第一污水处理厂(170万m3/d)和石洞口污水处理厂(40万m3/d),接纳的排放量分别占总排放量32.27%、14.04%与6.46%。接纳重点排水户排放量最少的为商榻污水处理厂。
在全市污水处理厂(站)中,接纳重点排水户排放工业与特种废水比重最大的是崇明县庙镇污水处理站,达92.50%。其余比重较大的依次为上海化工区处理厂与安亭污水处理厂。全市该比重达20%及以上共有15座污水处理厂(站),其中设计处理规模在5.0万m3/d及以下的有11座。
2.4 自建处理设施设置情况
全市已建处理设施的重点排水户共1095户,占总数量70.78%。排放特种废水的重点排水户自建处理设施覆盖率最高,共65家,覆盖率81.25%;其次是排放工业废水的重点排水户共756家,覆盖率74.05%;排放生活污水的重点排水户共274家,覆盖率61.88%。
在全市排放工业、特种废水的重点排水户中,设有自建处理设施的共821家,其覆盖率最高的是黄浦区,其余覆盖率较高的依次为奉贤、徐汇、虹口、浦东与青浦等区,均在90%以上。未设置自建处理设施的共280家,其覆盖率较低的为闸北、杨浦、崇明与闵行等区县,均在70%以下。
3.成果分析与存在问题
3.1 总体分布与上海产业布局相符,但部分地区监管力量薄弱
全市重点排水户主要集中在浦东新区、闵行区、松江区等经济开发区、人口迁入区与重工业区,郊区(县)重点排水户数量与排放量明显多于中心城区。老城区的重点排水户排放类型主要以第三产业生活污水以及医疗机构特种废水为主,但杨浦、闸北与徐汇等老工业区仍存在排放量超过1000m3/d的工业企业。在崇明县,位于崇明岛的重点排水户较少,排放量基本少于500m3/d。然而,长兴岛的大型工业企业较多,重点排水户较集中,排放量基本达到2000m3/d及以上。
然而,目前各区县(特别是郊区县)排水管理部门对重点排水户监管能力有限,仅有部分区根据实际情况形成监管办法,专业工作人员不够多,信息化管理水平也不高,无法对重点排水户有效管理,偷排乱排现象频发。
3.2 自建处理设施覆盖率总体较高,但个别排放行为仍产生严重危害
从全市总体情况上来看,排放工业、特种废水的重点排水户自建处理设施覆盖率较高,均超过70%。然而,闸北、杨浦、崇明与闵行等区(县)的覆盖率较低。排放生活污水的重点排水户,其自建处理设施多以处理餐饮油污的隔油池为主,但也存在部分老旧设施未废除的现象。对于未设置自建处理设施的企事业单位,其水质是否符合《污水排入城市下水道水质标准》需进一步检测核实。
从实际工作情况看,工业污水与特种废水重点排水户自建处理设施覆盖率与监管难易程度并非成正比,有的区县自建处理设施覆盖率很高,但是个别超标排放行为对污水处理厂却屡屡造成危害,上海青浦区的几家污水处理厂就曾经是严重的受害者。青浦区排放工业污水与特种废水重点排水户中自建处理设施覆盖率达90.7%,但个别工业重点排水户排放水质仍旧超标,导致污水厂生物处理系统崩溃。最终只有通过多部门联合调查整治,并建立长效的执法监察机制后这一情况才得以遏制。
3.3 最终受纳处理情况较好,但部分污水处理厂运行易受排放行为影响
白龙港污水处理厂、竹园第一污水处理厂、石洞口污水处理厂与竹园第二污水处理厂是接纳处理重点排水户排放污、废水的四大主要污水处理厂,2011年接纳处理量占全市重点排水户年排放总量的58.03%。
然而,部分城镇污水处理厂(站)接纳处理的重点排水户工业与特种废水量占该厂(站)2011年处理量的20%以上,并且其设计处理规模也较小,不足以缓释进水水质波动的冲击,部分服务范围内重点排水户的不稳定超标排放将对其生物处理系统的正常运行带来严重影响。在目前城镇污水处理厂运行监管中,有些厂在进水水质、水量波动时,只能进行超越排放,直接污染附近水体环境。此外,重点排水户的超标排放会造成污水厂处理后剩余污泥成份愈加复杂,污泥的资源化利用受到很大制约。
3.4 多部门均有部分基础数据,但信息数据缺少统一管理机制
本次普查是上海市首次对重点排水户进行全面调查,以往的数据仅有企事业单位在水务部门主动申请办排水许可证信息、通过用水量大户折算排水量的推算信息以及环保部门通过污染源普查获取的重点排污单位信息,两部门间也缺少数据互通联动。在实地调查获取数据时,普查员发现许多原本登记在册的重点排水户已搬迁或停业,原址上新排水户的排放类型变更或排放规模已不属于重点排水户的调查对象范围,给普查工作带来困难。全面、详细的重点排水户基本信息数据库亟待建立、完善与更新。
4.对下阶段工作的建议
4.1 加强对重点排水户的监管能力
应注重对污染源头的监管能力,强化重点排水户集中、排放量较大的区(县),特别是个别乡、镇的监管力量。在现有检测、监察、执法能力有限的情况下,应考虑对大排放量或重污染行业排水户的排放水质与水量在线监测名录进行扩充,增设在线监测设备。同时,应将环保与水务部门的监测数据进行共享,提高行政监管效率与远程监控水平。
4.2 推进重点排水户自建处理设施建设与运行监督
企事业单位应对其生产废水水质与自建处理设施运行情况进行分析,对未能达到处理效果的处理设施进行设备改造;对产业结构调整后生产废水水质已符合纳管标准要求的处理设备进行报废拆除,降低二次污染风险,减少企业运行成本;对生产废水水质未能达到纳管标准要求的,必须选用适合的处理工艺,加设处理设施,使污、废水处理达标后排放。
环保部门应根据普查名录进一步对各单位自建污水预处理设施运行情况进行调查监督;水务部门应根据普查名录进一步对排放工业废水与特种废水的重点排水户的排放水质进行监测。
4.3 提高城镇污水处理厂应对运行风险能力
对于进水中工业与特种废水比重较大并且处理规模小于5.0万m3/d的城镇污水处理厂(站),排水管理部门与污水处理厂运行单位要加快研究生物处理系统运行风险应对措施。对于服务范围中存在超标排放隐患与重点污染行业排水户的城镇污水处理厂(站),应全面调点排水户行业特点和排放行为特征,进行预处理设施建设与应急方案制订。通过设施建设与应急措施的结合,进一步提升城镇污水处理厂应对、缓释进水水质波动的能力,有效处理处置剩余污泥,降低危害影响。
4.4 建立重点排水户基础数据库更新维护机制
应以此次普查成果为基础,开发数据应用平台,建立数据更新维护机制,并与日常统计工作、水质在线监测系统紧密结合。定期通过污染源调查、排水许可证办理、用水户管理、工商登记等渠道更新、完善数据库,提高数据准确性、完整性与延续性,以支持区域污水排放情况分析、污水处理厂运行风险预警等后续深度开发应用。
4.5 加快完善重点排水户监管机制
广州市结合城市实际情况制订的《广州市排水管理办法实施细则》中,对重点排水户的定义、监管工作、许可办理、数据共享等方面进行了全面、细致的规范与要求。上海市水务与环保部门应结合本市实际情况,进一步梳理、明确在重点排水户监管工作上的职责分工,形成工作互补,对重点排水户实行联合监管,加快对“最严格重点排水户监管机制”的研究。此外,水务部门还应进一步严格排水户的纳管审批条件,从源头把控,加强办证信息管理,为数据库的建立提供准确、全面的基础数据。
5.结语
随着“水十条”、新《环境保护法》与《城镇排水与污水处理条例》的颁布,水环境保护与治理工作已引起全社会的空前关注。在污水污泥处理处置设施建设与日俱增的同时,系统化、网格化的排水监管体系在我国还刚刚起步。重点排水户普查成果,能够为排水监管体系的研究、制订与应用提供基础数据支撑,更好地服务城市排水监管工作,为城市水污染防治提供及时、有效的对策与措施。
参考文献
1.上海市第一次全国水利普查领导小组办公室. 上海市第一次全国水利普查暨第二次水资源普查实施方案, 2011
2.上海市水务局, 上海市统计局. 上海市第一次全国水利普查暨第二次水资源普查公报, 2013
(一)全力支持社会经济发展
严格按照《关于进一步做好服务经济发展工作的意见》,全力加大支持经济发展的工作力度。
一是加快建设项目审批速度。对权限范围内的建设项目,努力实行"随到随审"制度,及时审批;对权限范围外的建设项目,积极开辟绿色通道。切实落实好重点项目预先介入制度和重点项目专人负责制度。项目审批时间在去年提速20%的基础上又提速了20%。此外,从五月中旬起,我局正式启用网上申报系统。各镇区的饮食娱乐服务类和区域开发及其他类项目均可通过网络申报,行政审批服务中心环保窗口将不再直接受理以上两类项目。 二是加大服务经济的力度。一方面,积极推进环保联络员制度。对企业的环保诉求,坚决做到"能办则办、特事特办、急事快办", 截止目前,已走访企业82家,帮助企业解决50多个实际问题。另一方面,落实预先介入制度。积极主动与各区镇招商人员联系,对各区镇在谈项目,提前介入,给予指导。凡是不符合产业政策的,建议各地立即终止谈判,以免浪费人、财、物力;凡是符合产业导向的,积极给予帮助,实行审批提速。此外,在遵守国家环保法律、法规的大前提下,还对具体项目创新灵活的审批方法,确保企业"早核准、早开工、早投产、早见效"。
此外,还与我市金融部门联合推出环境信用修复机制,对环境行为评级较低但积极整改、成效明显的企业,及时提升环境行为等级,确保企业及时获得信贷支持。半年来,已为十几家企业进行了环境信用修复。 此外,还切实降低环境监测收费,对部分服务性监测项目实行"减半收费",对监督性监测实行不收费。上半年减免环境监测收费15余万元。
四是全力推进重点(实事)工程。坚持做到"领导、认识、责任、落实" 四个到位,在年初就成立了工作班子,并制订了《环保局重点工作任务分解表》,机关科室分工负责,重点项目落实专人,要求责任部门及具体督办人在保证质量的前提下,切实抓好进度。到目前为止,我局负责的重点工作(实事工程)都能够按照序时要求顺利推进。有关污水管网建设、扩建三家(陆家、张浦、锦溪)污水处理厂、继续实施乡镇污水处理厂除磷脱氮工艺改造以及在30个自然村落开展生活污水处理等工作,都已纳入市镇长目标责任书中,从年中督查情况的来看,各项工作进展都比较顺利。
(二)着力抓好污染物减排工作
严格执行《**市减排目标责任评价考核暂行办法》,采取有效措施扎实推进全市减排工作。在源头控制上,产业布局优先考虑环境容量,禁止建设与产业政策不符和含磷氮排放的项目。在结构优化上,排出低产出、高污染、高排放企业名单,有计划、有组织、有节奏地实施转移或关停。在工程进度上,进一步加大督查力度,做到月检查、月通报,确保减排工程早实施、早完工、早见效。在项目管理上,切实加强工作台帐建设和减排项目现场管理,抓好业务培训,不断提高项目管理水平。
此外,还认真开展主要水污染物排污权有偿使用试点工作,出台了《**市主要水污染物排污权有偿使用和交易试点工作实施方案》,利用经济杠杆引导企业约束排污行为。 (三)认真抓好环境综合治理
一是坚持实施水环境综合整治。认真落实省太湖流域水环境综合治理实施方案,全力保障饮用水源地安全。落实阳澄湖蓝藻防控措施,完善蓝藻监测预警机制,提高饮用水有机污染物深度分析能力,及时掌握水质变化动态,截至目前共编制完成蓝藻日报47期。对饮用水源地、调水通道及重点河流实行全方位巡查监测,上半年共完成污染源监督监测1646次。此外,还采取扎实有效的措施,努力提升行政交界断面水质达标率。对于部分超标断面,要求各区镇认真分析超标原因,提出相关治理措施,持续改善水质。
二是高度重视空气污染整治。加快建设禁燃区,推广使用清洁能源。对空气污染排放企业实施全面整改,大力削减工业废气排放强度。加大机动车排气污染控制力度,启动机动车尾气综合整治,严格按规定开展机动车排气检测工作,加大不达标车辆治理和淘汰力度。加大建筑扬尘污染控制,全面落实清洁施工、文明施工要求。此外,还认真抓好秸秆禁烧和综合利用工作,切实加大秸秆禁烧的巡查和执法力度,重点对公路交通干线周边地区及饮用水源地等敏感地区,进行不间断巡查。今年夏收季节,我市没有发生秸秆大面积焚烧的情形。
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三是切实做好固废监管工作。对我市23家危险废物处置利用单位进行了专项检查,并完成全市工业固体废物的申报登记基础工作。商卫生局修订了《**市卫生医疗机构医疗废物集中处理管理办法》,并联合开展了医疗废物专项检查活动。配合经贸委、安监局对双鹤药业遗留的废水处理库存的有机废水及报废的各类化学品中间体、化学试剂等进行了妥善处理。此外,还对绿利来的水处理污泥的处置进行跟踪调查和管理。对原化工厂"黑脚子事件"展开调查、取证及分析鉴定工作。半年来,共现场检查213厂次,开出整改通知30份。
四是认真做好核与辐射监管工作。对我市24家放射源使用单位进行等级划分(其中高风险单位4家、中风险单位4家、低风险单位16家),并定期对涉源单位开展严格执法检查。全面落实核技术利用单位放射性同位素防火、防水、防盗、防抢等安全措施与应急预案。严格执行放射源转移备案和转让审批制度,加强运输途中的安全保卫工作,严防运输途中发生交通事故或放射源丢失、被盗、被抢等辐射事故。督促企业将闲置、废弃放射源和放射性物质及时送贮,减少安全隐患。此外,还切实加强企业申请核技术应用项目竣工环境保护验收工作。
(四)切实维护群众环保权益
近年来,随着工业生产的迅速发展、人口的急剧增加和生活水平的日益提高,用水量和污水量也迅速增加;另外,随着气候变化和环境污染的日益提高,水资源短缺的现象日益严,因此,在世界范围内水资源保护与合理开发利用已成为可持续发展战略的首要环节。在这种社会发展大环境下,中水回用技术表现出了巨大的实用价值和发展潜力。
2 中水概念
中水是指污水经适当处理后,达到一定的水质指标,满足某种使用要求,可以进行有益使用的水。和海水淡化、跨流域调水相比,中水具有明显势。从经济的角度看,中水的成本最低,从环保的角度看,污水再生利用有助于改善生态环境,实现水生态的良性循环。
3 城市中水回用的必要性
中水是城市的第水源。城市污水再生利用是提高水资源综合利用率,减轻水体污染的有效途径之一。水合理回用既能减少水环境污染,又可以缓解水资源紧缺的矛盾,是贯彻可持续发展的重要措施。污水的再生利用和资源化具有可观的社会效益,环境效益和经济效益,已经成为世界各国解决水问题的必选。
4 中水回用系统的应用现状
1.1 中水回用系统在公共建筑中的应用
中水回用在公共建筑应用的工艺流程为原水经机械格栅拦截残渣后,流入调节池内,调节池内设有三台潜水曝,对来水行预曝气。考虑到调试阶段和运行初期原水水质水量的不稳定以及便于设备的修更换,在原水管道进入格栅前设置泄水管,将初期来水直接排入集水坑。调节池出水经毛发聚集器、水表、一级提升泵流入接触氧化池。每个接触氧供足够氧气,维持微生物正常活动,同时对污水进行搅动,提高水与生物膜的接触效率,并防止填料堵塞、促进生物膜更新。接触氧化池出水溢流至斜板沉淀池,在沉淀池内沉淀去除活性污泥或腐殖污泥,去除水中大量固体悬浮物,降低BOD负荷,改善生物处理构筑物运行条件。斜板沉淀池出水溢流至中间水池,再由二级提泵抽出打入石英砂过滤器中进行过滤,废水过滤后经装置加药后流入中水贮存池,再经由中水变频供水泵供给用户使用。经过方案经济、技术等多角度比选,采用“生物接触氧化+高效过滤、消毒”作为中水处理主体工艺。
1.2 中水回用系统在炼油厂中的应用
中水回用系统在炼油厂中的应用主要是指炼油厂循环水的回用。炼油厂常常将含油污水经一定处理后用作炼油器械的冷却用水。但是由于含油污水的特殊性,中水回用后一般都面临着循环水浊度大幅升高的情况,因为中水相对新水而言含有较多的微生物,同时在敞开式系统中,空气中的等极易进入系统,连同微生物一起形成带电的生物微团,不但吸附水中的杂物质,而且在水中也比较稳定,同时由于使用中水后,容易发生水中胶体脱稳,就使得循环水多呈现浑浊的状态;COD值过高也可以为各种微生物提供过多营养源,也造成物的大量繁殖,又会助推COD值升高,弱化了缓蚀阻垢剂及杀菌剂的效用;过高的氨氮会在细菌的作用下发生硝化反应,造成循环水值异常波动,甚至使循环水的pH值降低至5.0以下,造成系统设备局部或大面积腐蚀。氨还可以与水中的缓蚀剂在设备表面形成局部竞争性吸附,阻止缓蚀剂与金属表面的有效螯合效用,进而促进腐蚀,还可以与换热器中的铜发生络合作用,促进铜的腐蚀,循环水中溶解的大量氧气也促进了氨对铜时的作用生成氯胺也会降低其杀菌效果;微生物问题是中水回用面临的一个最主要的问题,因中水本身含大量微生物,在循环冷却水系统中又有适宜的水温,充的养分,微生物会以几何基数的速度增长,可引起大量生物黏泥粘附在管道及换热器壁上影响换热效果,引起不均匀垢下腐蚀,严重影响设备的使用寿命。在现阶段,很多工艺还有待改进以减少回用水对管壁的腐蚀。
1.3 中水回用系统在医院废水处理中的应用
医院污水处理方式采用二级处理方式。二级污水处理工艺流程:处理构筑物由化粪池、下水道、格栅、沉淀池、生物接触氧化池、二次沉淀池、接触消毒池、污泥池组成。生物氧化反应工艺单元采用生物接触氧化池,二沉工艺单元采用竖流沉淀池,其它工艺单元采用常规技术。各类污水经化粪池、下水道,流入污水处理站的集水池、格栅、沉淀池,经污水泵提升进入生物氧化池、二次沉淀池,在接触消毒池与氯水混合消毒后排出。漂浮物在格栅前被打涝,沉渣污泥定期清入污泥池消毒脱水。为使各类污水充分混合又避免污水泵频繁启闭,考虑量、水不恒定及污气、夜晚不开机、雨季调水因素设置调节池。医院污水处理工程达到了节能减排和循环经济的目的,提高了水环量,减少了医疗污水的污染,并实现中水回用,使环境得到改善,产生了良好的社会和经济效益。
1.4 中水回用系统在循环水养殖系统中的应用
在循环水系统中水体的处理流程主要是下面几方面,即增氧、分离固体悬浮固体物,生物过滤,杀菌消毒,去除有害气体等处理过程。循环水养殖系统是应用工程技术、水处理技术和高密度水产养殖技术进行工业化鱼类生产的技术模式。随着水产养殖业向现代化水平的发展,循养殖技术作为我国水产养殖业现代化的支撑技术力量,受到科学研究者和渔业生产部门的高视,在相关的养殖工艺、水质控制、净化处理等方面进行入研究,取得了较大进展,有些技术已经在生产中获得应用,并取得了相当好的成果。循环水养殖系统是一个节省空间、节约水资源、高产、高回报效益的生产养殖模式。其主要效益体现在可以节省用水量、提高养殖密度、减低受外界影响而感染病害机率等方面。与传统室外养殖法相比较,循环水养殖系统生产1kg鱼可节省约30t的水量,且养殖密度提升35~5O倍。
5 中水回用系统未来发展规划
中水回收利用,由于废水来源广泛、污染物水平各异,中水回收再利用受限于原水水质及回收水质需求的限制必须采取更加科学的技术手段,切实提高中水回收利用的质量和水平。这也为中自动归类、分类处理、综合处理、科学高效的方向发展,通过组合多介质过滤、超滤、纳滤、反洗等工艺,实现高度自动化控制,进一步降低了用水成本,中水回收利用的效率会更高,水质会更好。
参考文献
[1]许亚洲,杨雪梅,中水回用的可行性探讨与建议[J]企业技术开发2011,(10);46-65.
根据IPO咨询机构深圳市前瞻投资顾问有限公司(以下简称“前瞻投顾”)的不完全统计,截至今年5月8日,A股700余家首次公开募股(IPO)候审企业中,与“美丽中国”概念相关的企业有42家,主要集中于节能环保、旅游建设、清洁能源、园林绿化等领域。
在这支上市后备大军中,固体废弃物、废水处理企业有6家,均拟登陆创业板。其中,广西博世科环保、四川环能德美科技主营工业废水处理;山东国信环境系统、安徽国祯环保节能科技主营工业和城市节水、废水处理;昆明川金诺化工、北京中矿环保科技则主营固体废弃物的资源综合利用。
同时,旅游业作为一支生力军,在IPO后备军团中也颇为亮眼,浙旅控股、北部湾旅游、长白山旅游、珠海天沐温泉旅游投资集团、欢乐水魔方、安徽九华山旅游发展等6家旅游建设企业,纷纷向主板看齐。只是,从审核进度来看,6家企业中已有3家因未能及时递交IPO财务自查报告暂时“中止审查”。
由于“美丽中国”概念涉及的产业领域较为宽泛,所以IPO候审企业的地域分布也颇为分散。前瞻投顾统计发现,这42家候审企业分布在13个省市,其中,浙江7家,江苏、北京各有6家,山东有5家,广东有4家,安徽有3家。
从审核进度来看,北京中矿环保科技、康跃科技、中材节能、岭南园林是已经通过了发审会的,只待IPO重启,即可有机会率先登陆资本市场。另有7家企业因各种原因,暂时“中止审查”,除了上述所提的3家旅游业公司,还有北京泰宁科创雨水利用技术、上海唯赛勃环保科技,以及浙江滕头园林、光合园林。
值得关注的是,在IPO财务核查的压力下,宁波汇绿园林建设于今年4 月向证监会递交IPO申请,成为近期新进入IPO 候审队伍的园林企业,但该公司不在IPO 财务核查行动之列,无需提交自查报告。
环境保护:资金缺口大,拟上市企业资源多
前瞻投顾认为,环境保护行业面临着前期投入大、回报周期长、投资收益低等共性问题,同时,BOT(建设-经营-转让)和EMC(合同能源管理)等新兴商业模式又难以获得传统信贷认同。所以,资金是摆在环保企业面前的头等难题,而IPO,也成为企业首选的融资途径。
据不完全统计,截至目前,传统水务、污水处理和固废处理三大领域内的上市公司多达数十家,已经进入IPO申报流程的同类企业也有近20家。同时,前瞻投顾的企业监测数据库也显示,未来3-5年有上市计划的企业也有数十家,可见,一直以来困扰环保产业的融资难问题,仍未得到有效解决。
就短期来看,新股发行政策仍旧不明朗,包括最近的财务核查专项行动已经让十余家环保企业折戟IPO,除非企业资质非常好,对IPO胜券在握,否则,一味地将目标锁定在新股发行并不现实。企业可以根据自身的资质,选择更契合实际的融资方式,包括境外上市、发企业债、并购重组、上新三板再择机转板等。从长期来看,随着中国多层次资本市场的建立,中小企业的融资方式会更加多元化,操作方式也会更加便利。
美丽园林:受绿大地事件影响,上市渐趋理性
园林企业的账单周期跨度长达三至五年,存货要求也很高,加上苗木培育受季节性、区域性限制,市场价格波动较大,评估难度大,因而园林企业融资渠道十分狭窄,基本依赖自有资金和银行贷款,甚至连银行贷款的难度,也比其他行业的企业更大。
基于多年对创业板、主板过会、被否企业的跟踪研究,前瞻投顾认为,园林企业上市小高峰的来临,是产业发展的必然趋势。但是,绿大地造假上市的事件,引起了资本市场和舆论界的轩然大波,势必也会影响到发审委员和投资者对园林类拟上市军团的印象。
从目前候审企业的状态来看,5家候审企业中,岭南园林早已于2011年7月6日就通过了发审会,等候至今,仍旧未拿到发行批文。而浙江滕头园林、光合园林则因为IPO财务专项核查进入“中止审查”,前景堪忧。尽管官方对于他们IPO路遭遇坎坷的具体原因并无确切说法,但无论是企业自身存在硬伤,还是行业本身的财务核查难度确实太大,绿大地造假上市的阴霾,始终挥之不去。
此外,前瞻投顾以2013年4月19日的收盘价来计算4家已上市园林企业的市盈率和市值情况:东方园林的总市值263.62亿元,市盈率50.57倍;棕榈园林的总市值100.57亿,市盈率33.79倍;普邦园林市值90.92亿,市盈率41.61倍;铁汉生态市值97.52亿,市盈率45.17倍。
相比其他行业,园林行业的市盈率和市值都是偏高的,这说明资本市场还是十分看好这个行业的发展。因此,我们预计,短期内,园林行业的上市节奏,将因为绿大地事件和IPO财务核查行动而趋于缓和,趋于理性。但从长期来看,园林行业的上市前景仍旧是乐观的。
清洁能源:IPO及投资短期遇冷?未来有望破解全球能源困局
今年以来,以风电核能和光伏为代表的清洁能源行业,一季度遭遇资本“寒流”,7家拟上市企业进入终止审查名单,其中,河南裕华光伏新材料、宁夏日晶新能源装备在此前均已经通过了发审会,却在IPO财务核查行动中意外“中枪”,被迫暂时告别IPO。
同时,无锡尚德、江西赛维等行业巨头的没落,也给国内光伏行业带来了一系列“连锁反应”,不仅中环股份、隆基股份、京运通、亚玛顿、航天机电等一系列关联企业近4亿元的坏账浮出水面,连拟IPO公司也被监管机构视为业绩下滑重灾区,给予高度关注,PE/VC等机构投资者也对太阳能行业更加谨慎。
前瞻投顾认为,光伏产业属于新兴产业,各方面发展并不成熟,企业经验不足,激进冒失也在所难免。相对来说,风电类能源发展则较为平稳,其中,电池与储能技术颇为亮眼,不过根据多家上市公司的业绩报告,动力电池业务增速有明显的减缓趋势。
尽管如此,在整个行业景气度急剧下降的形势下,清洁能源企业资金周转困难的现状依然没有解决,而PE的谨慎为之,也让IPO成为众多清洁能源企业唯一的融资渠道。如今,广州鹏辉能源科技、惠生(南京)清洁能源、北京神雾环境能源科技集团、苏州中来光伏新材料等企业仍然在IPO候审中。
对此,前瞻投顾分析,尽管目前清洁能源行业整体形势不容乐观,但清洁能源是环境友好型能源,符合“美丽中国”的战略发展理念,具有环保、便利等优势,随着全球能源困局和环境污染的日益突出,清洁能源与资本市场的对接现状将得以改善。
旅游建设:圈钱质疑不断,顺应消费潮流是关键
此前,西安旅游、旅游、北京旅游、张家界、丽江旅游、桂林旅游、峨眉山、黄山旅游、三特索道、华侨城、九龙山等相继上市,A股旅游板块呈现百花齐放的姿态,但目前,旅游板块在A股上市公司中所占权重小,投资关注度也不足,缺乏大型蓝筹股,因此,A股旅游板块给了拟上市企业很多想象空间。从目前6家旅游建设企业排队候审,以及近期被曝收取门票谋求上市的凤凰古城,已然窥探出旅游业对资本市场的狂热。
前瞻投顾认为,尽管旅游业投资具有资金投入多、运转时间长、回报见效慢等特点,但在眼下资本泡沫渐趋破灭的市场环境下,赚快钱的机会已经越来越难,资本市场对于旅游业的态度也渐趋理性和宽容。
旅游业是建设“美丽中国”最有优势、最富潜力的美丽产业。市场参与者想要吃好旅游这块“大蛋糕”,顺应消费潮流,挖掘产业亮点是关键。企业要找到自己合适的方向与定位,并根据自己的综合能力,找到属于自己的发展空间,扮演合适的角色,才有可能得到消费者的认可,以及投资者的青睐。
纵观过往的旅游业融资上市个案,不难发现,真正的成功者,都是能准确把握旅游业发展脉搏,勇做市场拓荒先锋的人,包括开辟主题公园项目的中国港中旅集团、实现互联网和旅游业有效融合的纳斯达克上市公司携程旅行网等。旅游业跟其他产业融合发展的趋势仍将持续,包括现在已经做得比较成熟的旅游地产、农业旅游、文化旅游等,当然,市场需求是在不断变化的,很多消费空白,也还有待挖掘。
“美丽中国”相关概念拟上市、拟融资项目投资价值分析
截至2012年12月底,前瞻投顾累计为超过300家企业提供IPO辅导,其中已上市企业逾150家。下文是前瞻投顾从过往实际参与操作的IPO 项目或投融资项目中挑选出的几个颇具代表性的案例,希望通过项目投资价值的解读,呈现“美丽中国”相关概念背后的“美丽”商机。
项目名称:华东某旅游集团
项目卖点:旅游产业链的整合
解读:目前,我国大多数旅游企业经营的旅游业务都是旅游业产业链中的个别环节,如旅行社、景区资源开发、旅游餐饮酒店等,但随着市场竞争要素的演变,市场亟需一些产业整合力量,将各个环节的优势资源都串起来,形成一个统一整体参与竞争。而这个项目就开创了一种全新的商业竞争模式,基本囊括了旅游产业链的各个环节,包括旅行社、景区资源、旅游设施建设与维护等。
项目名称:广东某环保服务提供商
项目卖点:全方位系统解决生产型企业的环保问题
解读:中国经济增长方式从高能耗高污染转向低能耗低污染,要求传统制造业对其生产方式进行改造升级,包括生产工艺的改良,工业废弃物的有效处理等一系列问题。特别是一些污染大、改造难度大的传统制造企业,比如煤化工、纺织、医疗、造纸、石油等行业,尤为需要一种系统化、个性化的节能环保解决方案,包括环保咨询、研发、设计、设备生产、施工、运营等。这个领域市场潜力大,但进入门槛也相对较高,所需要的技术、资金、人才支撑也更大。
项目名称:浙江某园林企业
项目卖点: 高档别墅景观工程
解读:这个项目的特点在于,从地产园林中再度细分市场,深耕高档别墅住宅、高档酒店、私家庭院的景观工程。相对来说,这类项目的单价较高,利润率较大,在当下的市场竞争环境下,精耕细分也不失为一个可取的竞争方式。除此之外,该项目也在上游领域进行了有效补充,包括在浙江当地及山东等地建立苗木生产基地,储备大量的园林苗木,以配合高档别墅景观工程的施工需要,这不仅是有利于降低成本,也在一定程度上缓解了外部采购的风险和压力。
项目名称:广东某能源科技公司
项目卖点:完整的电池系列产品
关键词绿色建筑 养老院 节能节水
1绿色建筑和工程概况
绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑[1]。目前世界上关于绿色建筑的主要评估标准有美国LEED评估体系、英国BREEAM评估体系等,其中美国的《医疗建筑绿色指南》是世界上第一个针对医疗建筑的评价标准。我国主要有《绿色建筑评价标准》、《绿色建筑评价技术细则》、《绿色医院建筑评价标准》等。
随着我国老年化进程的加快,居家养老已不能适应社会发展,越来越多的老人进入了养老机构,为此功能齐全,设施完善的综合性养老建筑成为这一发展的需要,武汉社会福利综合大楼是华中地区最大的一座综合性养老建筑,总建筑面积99499.7m²。地下一层,地上二十五层,建筑高度99.90m,为一类高层建筑,其中地下一层为汽车库及设备用房,一~四层裙房部分主要为老年活动区,老年人医卫部(包括门诊,康健,手术部等)及老年人食堂等,五层及以上为A、B塔楼(5~25层)主要为半失能、全失能、失智、自理和“三无”老人护理单元。介绍该工程给排水设计阶段实现“节能与能源利用”,“节水与水资源利用”两大绿色指标所采用的经济实效的方案及技术措施。
2生活热水能源利用方案
2.1 水源热泵与太阳能热水系统比选
根据当地目前较流行的热源利用趋势,业主运营团队提供的方案一:水源热泵+空调机组+锅炉的复合式能源系统来解决整栋建筑的供冷、供热及生活热水需求。
设计方提供的方案二:生活热水系统与空调系统分开,生活热水采用锅炉+太阳能+辅助电加热的运行模式。
方案一为冷热联产系统,系统一次性投资大,集程度高,在最优化的配置调控下可实现较高的综合节能效果。方案二为传统的太阳能热水系统,投资回收比高,系统应用成熟。
经调查,本地区地下水含量比较丰富,单井取水量可达到100m³/h左右,保证100%回灌需采用1抽3回的设计。根据前期地质报告和对周边项目的了解,水源热泵地埋管施工场地不够、难度大(卵石层难以钻进)、成本高。另本项目周边已有万国苑景、三金鑫城国际等大型水源热泵项目投入运行,本地块单井取水量受到一定影响,可开采的地下水总量受到一定的限制,同时也给取水许可证申报带来了一定的难度。根据《武汉市地下水管理办法》,年取用地下水30万立方米以上(含30万立方米)70万立方米以下的取水许可申请,由市行政主管部门审批。本项目若实施,首先需向武汉市水务局提出取水申请并经审批同意之后,才能进行抽水回灌试验,试验后需提交《水资源论证报告》经过水务部门进行论证和审批,审批通过后方可进行施工,整个周期较长。
在实际运行阶段,空调和生活热水合用的水源热泵系统,因为两者在不同季节冷热负荷的变化较大,系统间不同工况的转换较复杂,并需要较高的自控系统,长期运行对转换设备以及主机的使用寿命均有一定的影响。
方案二分析:武汉地区为太阳能资源一般区,当地纬度角30°37´,年太阳辐照量4200~5400MJ/㎡·a,本工程A,B塔楼十五~二十五层生活热水采用太阳能热水系统及辅助电加热供给。平时生活热水由太阳能主供,当系统供热不足时,利用夜间低谷电保证生活供水(低谷用电时间:23:00h~6:00h),太阳能设计集热面积2000㎡。
本项目中生活热水总设计小时耗热量为1783.29KW,其中由屋顶太阳能热水系统提供生活量占总生活热水量的33%。满足《绿色建筑评价技术细则》中不低于10%的要求。作为太阳能系统的辅助电加热设备,利用低谷电进行蓄热补充,可以作为不采用电热锅炉、电热水器作为直接采暖和空气调节系统热源的特例处理[3]。其余部分生活热水由锅炉+半容积式换热器供应。
综上所述,在节能、经济、技术成熟性、工程进度以及满足《绿色建筑评价标准》的基础上,方案二更切合本项目实际应用条件。
2.2 余热利用
本项目可资利用的余热来源主要有:空调房排气、热水排放、锅炉房排气、制冷机组冷却水和发电机房冷却水等。从利用率和经济性上比较,制冷机组循环冷却水的余热利用是最优选择。循环冷却水的余热利用方式主要有直接利用和间接利用,本项目的循环冷却水采用直接利用的方式,即系统在冷凝器出水管上旁通板式换热器,空调季节,冷水经预热后在送往裙房热水用换热器。本系统冷凝器出水端温度为37℃,冷水经板式换热器后出水温度较低,但在充分满足冷冻机组冷却效果功能的前提下,系统总利用的热量较高,系统投资较低。冷却循环水余热利用原理图如下(见图1)。
图1冷却循环水余热利用原理图
3节水与水资源利用
绿色建筑的核心是四节一环保(节能,节地,节水,节材,保护环境)其中节水是非常重要的环节,该指标实际上也成为给排水设计满足《绿色建筑评价标准》的核心要求。本项目的生活水系统流程主要概括如下:(见图2)
图2水系统流程图
其中污、废水处理深度按《医院污水处理设计规定》CECS07的排放标准设计,此项也是《绿色医院建筑评价标准》中优选项之一。
3.1给水系统概况
该项目水源取自市政自来水管网,市政自来水管网常年压力0.15MPa。从基地北侧发展大道和南侧马场路分别引入一路DN300和DN100给水管,作为生活用水管。
该项目所在地为老城区,周边市政给水条件有限,当地自来水部门对管网增压叠压设备限用,因此生活给水系统的供水形式主要为变频泵+不锈钢生活水箱。
3.2 冷热水系统合理的分区
⑴ 根据用水设备,用水卫生器具和水嘴的最低供水压力(市政常年压力为0.15Mpa)确定可直接利用市政给水的层数(-1~1层)。
⑵ 结合建筑自身功能设置的集中和分散性及冷热水管道的合理走位,裙房和塔楼分开供水(2~5层为单独一区)。
⑶ 控制各分区最低卫生器具配水点静水压不大于0.45Mpa的前提下充分考虑老年人用水特征,从安全角度考虑,各区尽量采用较小的竖向静压(塔楼共分4区),各区分设变频加压泵组。
⑷ 各层配水管出口动压较大的设置支管减压阀,保证压力小于0.20Mpa。减少无效水损。
⑸ 结合热水系统热源的利用方式,合理满足冷热水分区一致性要求。
3.3 冷热水管道的其他措施:
⑴ 冷热水管道同程布置,保证用水端冷热水压力平衡,出水均匀,尤其对于老年人建筑,以防烫伤事故,护理单元部分均采用恒温出水阀。
⑵减少配水支管长度,保证用水器具10s出热水,对于个别较长的热水支管,采用电拌热保温。
⑶ 各区采用干管立管循环,保证循环效果。
3.4非传统水源利用
本工程周边无可直接利用的中水管网,基地内部生活排水主要为含病菌污废水,回收处理利用成本高,使用方心里接受程度低,且《绿色建筑评价技术细则》中对医疗类建筑的非传统水源利用率未作要求,设计中为不参评项。因此本着安全卫生、经济实用的前提,确定以雨水资源的回收利用为主要形式。
⑴ 雨水收集利用的总体规划
统计武汉52年的降雨数据得武汉市年均降雨量1269mm,年均降雨次数为122.2次,其中2mm以上的降雨量占总降雨量的比例为97.3%。根据雨水下垫面种类,室外地面雨水主要考虑自然入渗的方式,室外透水面积比为60%,透水地面以绿化地面及镂空铺地为主。屋顶为绿化屋面,雨水水质较好,可收集储存后用于绿化及道路冲洗。
设计收集屋面汇水面积为2000㎡,综合雨量径流系数为0.3。年均可直接利用径流总量为:
W=10 ΨC hy F
W——雨水设计径流总量;
ΨC——雨量径流系数;
hy——设计降雨厚度(mm);
F——汇水面积(hm²)。
W=10×2000×10-4×1269×0.3=761.4m3
武汉一年一遇降雨量为100mm。按设计规范要求,屋面雨水初期弃流可采用2-3mm径流厚度,但绿化屋面可不弃流,即屋面实际可收集雨水量为100mm。则一次降雨可回收量:
W=10×2000×10-4×100×0.3=60m3
⑵ 雨水蓄水池容积
根据雨水回收量及系统日用水量比较确定蓄水池容积。本项目绿化浇洒及道路冲洗最高日用水量为25m³,为一次雨水回收量的42%,综合有效利用率,实际设置1座室外埋地雨水蓄水池,有效容积60m³,用水周期为2.4天。回用水不足部分由市政管补给。
⑶ 雨水收集后使用
根据用途不同采用不同的处理方式,本项目的雨水主要用于绿化、道路浇洒及车库地坪冲洗,根据绿化屋面雨水的水质,以及用水水质的要求,本项目所收集的绿化屋面雨水进入PP模块组合水池进行储存,经消毒过滤装置后至清水池,即可满足用水水质要求。
⑸ 绿化喷灌
本项目绿化用水量较大,选择适宜的绿化浇洒系统,是节水的重要措施之一,设计中绿化浇洒采用固定管道式喷灌系统,湿度控制器调节,喷头采用地埋伸缩头,灌溉时伸出,平时缩于地下。系统用水量约为传统用水量的80%。
4设备﹑器具﹑管材及计量
⑴设备
供水变频机组选用低噪音变频泵和气压罐。选用高效节能低噪的冷却塔和换热设备,冷却塔风机选用变频调速控制,污水处理设备选用埋地式一体化成套产品,室外检查井选用一次性注塑成形的塑料检查井,该井具有节水、节地、节材、防污染及施工快捷的特点。值得一提得是,室外应用塑料检查井时需注意选用的塑料排水管材和塑料检查井连接口内外径的一致性,以免不必要的增加过渡接头,反而提高造价。
⑵ 器具
所有用水器具都按《节水型生活用水器具》CJl64及《节水型产品技术条件与管理通则》GBl8870的规定选择,节水率不低于20%。所有公共卫生间洗手盆和小便器均采用光电感应式控制阀,蹲便器均采用脚踏式自闭阀,老年人护理房及医务室洗脸盆和淋浴器均采用脚踏式控制阀,座便器均采用3/6L两档节水型座便器,各类出水龙头均采用节水型龙头。
⑶ 管材及阀门
室内管材:给水立管和均采用钢塑复合管,丝扣连接,卫生间给水支管采用PPR给水管,粘接;热水采用薄壁不锈钢管,卡压式连接;雨水处理系统连接管和循环管采用钢塑管;雨水与污水重力流排水管均采用HDPE排水管,热熔连接;压力流排水管(潜污泵出水管等)采用热镀锌钢管。给水系统内阀门口径≤DN50采用全铜质截止阀,口径≥DN50采用铜芯闸阀。水泵进出口管上设置缓闭止回阀等。
⑷ 计量
按照使用用途分别设置高灵敏度计量水表,所有水表计量数据均统一输入建筑楼宇自控系统,以达到漏水探查监控的目的。
本项目设置的主要水表点如下:
a, 基地生活引入总管上。
b, 各工艺设备用水引入管上。(空调机房、锅炉房、洗衣房、冷却塔补水、绿化补水、生活水池引入管等)
c, 各分区冷热回水干管及立管上
d, 餐饮,商业,医疗及护理等不同功能用水点。
e, 塔楼自理老人单元用房均每户分设水表。
5结语
上述各系统选用的方案及相应节能、节水措施可满足《绿色建筑节能标准》中 “节能与能源利用”、“节水与水资源利用”指标中设计阶段的控制项和一般项得分要求。该项目中医疗门诊、手术室和ICU病房的给排水管道设计也参考了《绿色医院建筑评价标准》中的相关选项要求。在进行绿色建筑设计时,为免走入“节能误区”,在满足相关节能标准的基础上,根据项目的实际情况,选用合理、经济、简单有效的设计方案和措施,是符合当前发展现状的恰当选择。
参考文献:
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(2) GN50364—2005,民用建筑太阳能热水系统应用技术规范[S].
(3) 建设部,科技部.绿色建筑评价技术细则[S].2007
(4) GB5005—2003,建筑给水排水设计规范[S].
(5) GB500400-2006,建筑与小区雨水利用工程技术规范[S].
(6) CECS07-2004,医院污水处理设计规范[S].
(7) GB50333-2002,医院洁净手术部建筑技术规范[S].
关键词:城市污水处理 膜分离技术 反渗透膜 实际应用 前景展望
近来,物理化学处理技术、光照射技术及膜过滤技术已形成三大水处理技术。在这些技术中引人注目的是膜分离法污水处理技术[1]。膜分离是通过膜对混合物中各组分的选择渗透作用的差异,以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分混合物的气体或液体进行分离、分级、提纯和富集的方法。而反渗透膜分离技术作为当今世界水处理先进的技术,具有清洁、高效、无污染等优点,已在海水淡化、城市给水处理、纯水和超纯水制备、城市污水处理及利用、工业废水处理、放射性废水处理等方面得到广泛的应用。
膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法,与传统分离操作(如蒸发、萃取、沉淀、混凝和离子交换树脂等)相比较,过程中大多无相变化,可以在常温下操作,具有能耗低、效率高、工艺简单、投资小等特点。膜分离技术应用到污水处理领域,形成了新的污水处理方法,它包含微滤(MF)、超滤(UF)、渗析(D)、电渗析(ED)、纳滤(NF)、和反渗透(RO)等,本文仅对反渗透(RO)膜法对城市污水处理技术进行探讨。
1 反渗透膜发展概况
膜广泛的存在于自然界中,特别是生物体内。人类对于膜现象的研究源于1748年,但是人类对它的认识和研究则较晚。1748年,Abbe Nollet观察到水可以通过覆盖在装有酒精溶液瓶口的猪膀肌进入瓶中时,发现了渗透现象。然而认识到膜的功能并用于为人类服务,却经历了200多年的漫长过程。人们对膜进行科学研究则是近几十年来的事。其发展的历史大致为;30年代微孔过滤;40年代透析;50年代电渗析;60年代反渗透;70年代超滤和液膜;80年代气体分离;90年代渗透汽化[2]。
在国外,其发展概况为:1953年美国的Reid 提出从海水和苦盐水中获得廉价的淡水的反渗透研究方案,1960年美国的Sourirajan 和Leob 教授研制出新的不对称膜,从此RO作为经济的淡化技术进入了实用和装置的研究阶段。20世纪70年代初期开始用RO法处理电镀污水,首先用于镀镍污水的回收处理,此后又应用于处理镀铬、镀铜、镀锌等漂洗水以及混合电镀污水。1965年英国首先发表了用半透膜处理电泳涂料污水的专利。此后美国P.P.G公司提出用UF和RO的组合技术处理电泳涂料污水,并且实现了工业化。1972-1975年J J .Porter 等人用动态膜进行染色污水处理和再利用实验。1983年L.Tinghuis等人发表了用RO法处理染料溶液的研究结果。1969年美国的J . C. V Smith 首先报道了处理城市污水的方法。30年来,反渗透(RO)技术先后在含油、脱脂废水、纤维工业废水、造纸工业废水、放射性废水等工业水处理、苦咸水淡化、纯水和高纯水制备、医药工业和特殊的化工过程和高层建筑废水等各类污水处理中得到了广泛的应用。尤其是近几年,一些新型的膜法污水处理技术逐一问世,如膜蒸馏、液膜、膜生化反应器、控制释放膜、膜分相、膜萃取等[3]。
在我国,膜技术的发展是从1958年离子交换膜研究开始的。1958年开始进行离子交换膜的研究,并对电渗析法淡化海水展开了试验研究;1965年开始对反渗透膜进行探索,1966年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投产,为电渗析工业应用奠定了基础。1967年海水淡化会战对我国膜科学技术的进步起了积极的推动作用。1970年代相继对电渗析、反渗透、超滤和微滤膜及组件进行研究开发,1980年代进入推广应用阶段。1980年代中期我国气体分离膜的研究取得长足进步,1985年中国科学院大连化物所,首次研制成功中空纤维N2/H2分离器,主要性能指标接近国外同类产品指标,现己投入批量生产,每套成本仅为进口装置的1/3。进入90年代以来,复合膜的制备取得了较大进展[2]。
2 反渗透膜分离技术基本理论
反渗透膜分离法的基本特点是其推动力为压力差(1-10MPa),传质机理一般认为是溶剂的扩散传递,透过膜的物质是水溶剂,截留物为溶质、盐(悬浮物、大分子、离子),膜的类型为非对称膜或复合膜。反渗透的选择透过性与组分在膜的溶解、吸附和扩散有关,因此除与膜孔大小结构有关外,还与膜的化学、物理性质有密切关系,即与组分和膜之间的相互作用密切相关[4]。
2.1 反渗透原理
渗透现象早在1748年已由Abbe Nollet首次得到证明,直到20世纪50年代,科学家们才开始利用反渗透或超滤作为溶液中溶质和溶剂的有效分离方法,并使其成为一种实验室技术。
渗透是指一种溶剂(即水)通过一种半透膜进入一种溶液或是从一种稀溶液向一种比较浓的溶液的自然渗透。但是在浓溶液一边加上适当的压力,即可使渗透停止,此时的压力称为该溶液的渗透压。若在浓溶液一边加上比自然渗透压更高的压力,扭转自然渗透方向,把浓溶液中的溶剂(水)压到半透膜的另一边稀溶液中,这是和自然界正常渗透过程相反的,此时就称为反渗透。
这就说明,当对盐水一侧施加的压力超过水的渗透压时,可以利用半透膜装置从盐水中获取淡水。因此,反渗透过程必须具备两个条件:一是必须有一种高选择性和高渗透性(一般指透水性)的选择性半透膜,二是操作压力必须高于溶液的渗透压。
2.2 反渗透膜的透过机理
关于反渗透膜的透过机理,自20世纪50年代末以来,许多学者先后提出了各种不对称反渗透膜的透过机理和模型,现介绍如下:
2.2.1 氢键理论[3]
这个理论是由里德(Ried)等人提出的,并用醋酸纤维膜加以解释。这种理论是基于一些离子和分子能通过膜的氢键的结合而发生联系,从而通过这些联系发生线形排列型的扩散来进行传递。在压力的作用下,溶液中的水分子和醋酸纤维素的活化点——羰基上氧原子形成氢键,而原来的水分子形成的氢键被断开,水分子解离出来并随之转移到下一个活化点,并形成新的氢键,如是通过这一连串氢键的形成与断开,使水分子离开膜表面的致密活化层,由于多孔层含有大量的毛细管水,水分子能畅通流出膜外。
2.2.2 优先吸附-毛细孔流理论[4]
索里拉金等人提出了优先吸附-毛细孔流理论。他们以氯化钠水溶液为例,溶质是氯化钠,溶剂是水,膜的表面能选择性吸水,因此水被优先吸附在膜表面上,而对氯化钠排斥。在压力作用下,优先吸附的水通过膜,就形成了脱盐的过程。这种模型同时给出了混合物分离和渗透性的一种临界孔径的概念。临界孔径显然是选择性吸着界面水层的两倍。基于这种模型在膜的表面必须有相应大小的毛细孔,根据这种理论,索里拉金等研制出具有高脱盐率、高脱水性的实用反渗透膜,奠定了实用反渗透膜的发展基础。
2.2.3 溶液扩散理论[3]
朗斯代尔(Lonsdale)和赖利(Riley)等人提出溶解扩散理论。该理论假定膜是无缺陷的“完整的膜”,溶剂和溶质透过膜的机理是由于溶剂与溶质在膜中的溶解,然后在化学位差的推动力下,从膜的一侧向另一侧进行扩散,直至透过膜。溶剂和溶质在膜中的扩散服从(Fick)定律,这种模型认为溶剂和溶质都可能溶于均质或非多孔型膜表面,以化学位差为推动力(常用浓度差或压力差来表示),分子扩散使它们从膜中传递到膜下部。因此,物质的渗透能力不仅取决于扩散系数,而且取决于其在膜中的溶解度。溶质的扩散系数比水分子的扩散系数小得越多,高压下水在膜内的移动速度就越快,因而透过膜的水分子数量就比通过扩散而透过去的溶质数量更多。
目前一般认为,溶解扩散理论较好的说明膜透过现象,当然氢键理论、优先吸附-毛细孔流理论也能够对反渗透膜的透过机理进行解释。此外还有学者提出扩散-细孔流理论,结合水-空穴有序理论以及自由体积理论等。也有人根据反渗透现象是一种膜透过现象,因此把它当作非可逆热力学现象来对待。总之,反渗透膜透过机理还在发展和完善中。
2.3有机物去除机理
对于有机溶质的脱除机理最初认为纯属筛网效应其脱除率主子量大小和形状有关。后来经过大量的研究,发现膜与有机溶质的电荷斥力对脱除率的影响有时不容忽视。近年来的研究证明,膜对有机溶质的脱除主要受两方面的影响:一是膜孔径的机械筛除作用;二是膜与有机物间排斥力的作用,这种排斥作用的大小与膜材料和有机物的物理化学特征参数有很大的关系。这些物理比学特征参数及其对分离度的影响(不考虑膜孔径的机械筛除作用)介绍如下[5]。
2.3.1 极性参数[5]
极性效应表征的是有关分子的酸性或碱性。以下参数中的任何一个均可以给出极性效应以定量的量度。
(1)Ms(酸性)或Ms(碱性)
Ms(酸性)是溶质(ROH)在CC14和醚溶液中测得的红外光谱中OH谱带最大值的相对位移,Ms(碱性)是溶质(CH3OD)在苯中测得的红外光谱中OD谱带最大值的相对位移Ms(酸性)或Ms(碱性)的数据分别与质子给予体或质子接受体的分子的相对氢键键合能力相联系。氢键键合能力愈大,表示一种酸(如醇或酚)给予质子的能力愈大或一种碱(如醛、酮)接受质子的能力愈大。由于质子给予能力与质子接受能力表现出相反的趋势,因此Ms(酸性)的增加值等于Ms(碱性)的减小值。
(3)Hammet数或Taft数
Hammet数σ是表示芳香族间位或对位取代基的极性常数,Taft数σ*是表示芳香族邻位化合物或脂肪族化合物中取代基的极性常数。σ和σ*两者定量表示取代基对有机分子的极性效应的影响;σ和σ*具有加和性;取代基的σ和σ*值愈低,它的电子收回能力(或质子给予能力)愈小。因此对一给定的官能团,σ和σ*值的降低相当于分子的酸性降低或碱性增加。
2.3.2 位阻参数(Es)
2.3.3 非极性参数(Small数或修正Small数)[6]
2.4无机物去除机理
关于反渗透膜去除无机物的原理有多种理沦,现将几种主要的介绍如下[6]。
2.4.1 Scatchafd理论
该理论认为溶质的分离与膜及溶液的介电常数有关,荷电离子在不同介电常数的介质中具有不同的离子浓度,介电常数越低,该离子浓度也越低。这里把溶液和膜分别记作为I相和II相,相应的介电常数分别为和II,并以“膜一溶液”两相界面(记作I-)作为计算距离的基准。离子浓度是距离的函数,因为>1I,所以在液相中,距离I-界面越远,离子浓度越高;在膜中,距离I-II界面越远,离子浓度越低。
Scatchard认为,膜与溶液的介电常数差别越大,或者说膜的介电常数越小溶液的介电常数越大,则离子在膜表面处及膜内的渡度越小。膜内离子浓度越低,膜对溶质的去除率越高。因此,为了提高膜的分离性能,应选择介电常数较低的膜材料。Scatchafd还发现,溶液的浓度越高,膜的去除率越低。
2.4.2 Gluckauf理论
Gluckauf认为膜存在着细孔,细孔半径为r,如图6-2所示。由于膜与溶液的介电常数不同, 离子从溶液中进入膜内需要一定的能氢E):
式中,4为离子电荷;是与Debye -Huckel模型中的离子半径( 1/Kρ)和膜孔径有关的常数,为离子半径。孔中B处离子浓度(C孔)服从Boltzmann分布; C孔=Cexp(-E/(Kρ))式中,kc为Boltzmann常数;T为溶液的温度。
对比可得:
由上式可以看出,溶质的去除率与膜的孔径、膜的介电常数、离子的水化体积、离子所带的电荷、离子的浓度以及溶液的温度有关。
2.4.3 Bean理论
Bean在Gluckauf理论的基础上,利用Parsegian的研究成果计算得到去除率R为;
式中,μ为细孔内溶液的粘度;D为水中溶质的扩散系数。
由上式可以看出,溶质的去除率与操作压力及膜孔径有关。
2.4.4离子与溶剂的相互作用
松浦等人为了研究离子与溶剂的相互作用对膜透过性能的影响,提出了的G概念。G是离子从主体溶液进入Ⅰ-Ⅱ相界面所需要的自由焙差。即
式中,G为Ⅰ-Ⅱ相界面处离子与溶剂相互作用的自由烙差,由离子水化自由烩GB为主体溶液中离子与溶剂相互作用自由焙差,由反渗透实验数据推算。
G >0,表明离子从主体溶液迁移至膜表面为反自发过程,即膜排斥该离子;反之G < 0,则离子从主体溶液迁移至膜表面为自发过程,即膜吸引该离子。
松浦等人根据醋酸纤维素膜对各电解质分离的实验结果和离子的水化自由焙,求出了离子的G。发现有如下规律;
(1) 阳离子的G为负值,阴离子的G为正值。这表明膜吸引阳离子而排斥阴离子,可以推测醋酸纤维素膜呈负电性。
(2) 1价阳离子的G比2价阳离子的G更负,这预示着1价阳离子的分离效果比2价阳离子的差。
(3) 对于卤素离子,随着离子半径增加G下降,因而去除率随离子半径增大而下降。
3 反渗透膜及膜装置类型
3.1 反渗透膜类型
一般来说,反渗透膜应具备以下性能:
①单位面积上透水量大,脱盐率高;
②机械强度好,多孔支撑层的压实作用小;
③化学稳定性好,耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀;
④结构均匀,使用寿命长,性能衰降慢;
⑤制膜容易,价格便宜,原料充足。
影响膜性能因素[7]:
①回收率/转变率;
③压力;
④压密;
⑤浓差极化。
据此,目前较常用的膜类型有:
①醋酸纤维膜(CA膜)
CA膜又可以分为平膜、管式膜和中空纤维膜几类。CA膜具有反渗透膜所需的三个基本性质:高透水性、对大多数水溶性组分的渗透性相当低、具有良好的成膜性能。
②聚酰胺膜(PA膜)
聚酰胺膜又可以分为脂肪族聚酰胺膜、芳香聚酰胺膜(成膜材料为芳香聚酰胺、芳香聚酰胺-酰肼以及一些含氮芳香聚合物)
③复合膜
这是近些年来开发的一种新型反渗透膜,它是由很薄的而且致密的符合层与高空隙率的基膜复合而成的,它的膜通量在相同的条件下比非对称膜高约50%-100%。目前复合膜有以下几种:
a.交联芳香族聚酰胺复合膜(PA);
b.丙烯-烷基聚酰胺和缩合尿素复合膜;
c.聚哌嗪酰胺复合膜;
d.氧化锆-聚丙烯酸复合膜。
3.2反渗透装置型式
3.2.1 板框式反渗透装置
这种形式的装置由Aerojet通用公司发展起来的,教适合于小的和低压工厂。膜支撑体在一种圆形平板上,这块平板称为多孔板,常见的有不锈钢多孔板和聚氯乙烯多孔板,产水通过多孔板汇集起来。这种装置存在以下缺点:①安装和维护费用高,②进料分布不均匀,③流槽窄,④多级膜装卸复杂,⑤单位体积中膜的比表面积低,产水量少。
尽管有这些缺点,但由于它的结构简单可靠,体积比管式装置小,在小规模的生产场所还是有一定的优势的。
3.2.2 管式反渗透装置
这种装置在实际应用中是很有意义的。它能够处理含悬浮颗粒和溶解性物质的液体,像沉淀一样在管式装置中把料液进行浓缩,运行期间系统处处都可以保持良好的排水作用,适当调节水力条件,常常可以预防溶液的浓缩弄脏或堵塞膜。其主要优缺点可以归纳如下:
优点:①能够处理含悬浮固体的溶液,②合适的流动状态就可以防止浓差极化和膜污染等,并容易调整。
缺点:①设备端部用膜较多,装置制造和安装费用较昂贵。②单位体积中膜的比表面积小。③必须把管子外部包起来。④要使用支撑材料
3.2.3 螺旋式反渗透装置
美国通用原子公司(Gulf General Atomic Co)发展了这种装置。这种螺旋式结构的中间为多孔支撑材料,两边是膜的“双层结构”,它的末端是冲孔的塑料管。双层膜的边缘与多孔支撑材料密封形成一个膜袋(收集产水),在膜袋之间再铺上一层隔网,然后沿中心管卷绕这种多层材料(膜/多孔支撑材料/膜/料液隔网),就形成了一个螺旋式反渗透组件。将卷好的螺旋式组件,放入压力容器中,就成为完整的螺旋式反渗透装置。使用这种螺旋式反渗透装置时应注意:①中心管主要褶皱处的泄露②膜及支撑材料在粘结线上发生皱纹③胶线太厚可能会产生张力或压力不均匀④支撑材料的移动会使膜的支撑不合理,导致平衡线移动⑤膜上有小孔洞,这是由于膜的质量不合格所致。
目前,美国制作螺旋式组件已实现机械化,采用一种0.91m滚压机,连续喷胶将膜与支撑材料粘密封结在一起,并滚转成螺旋式组件,牢固后不必打开即可使用。
螺旋式组件的主要优缺点是:
优点:①单位体积中膜的表面积比率大②压力导管的设计简单,具有扰性,安装和更换容易,结构可以紧密放在一起。
缺点:①料液含悬浮固体时不适宜②料液流动路线短③压力消耗高④再循环浓缩困难。
3.2.4 中空纤维式反渗透装置
美国杜邦公司和道斯化学公司提出用纯中空纤维素作为反渗透膜,制造出中空纤维式反渗透装置。这种装置类似于一端封死的热交换器,其中含有外径50μm、内径25μm;装成一种圆柱形耐压容器中,或是将中空纤维弯成U形装入耐压容器中,由于这种中空纤维极细,通常可以装填几百万根。高压溶液从容器旁打进去,经过中空纤维膜的外壁,从中空纤维管束的另一端把渗透液收集起来,浓缩后的料液从另一端连续排掉。
中空纤维式反渗透装置的主要优缺点如下:
优点:①单位体积中膜的表面积比率高,一般可达到16000-30000m2/m3,因此组件可以小型化;②膜不需支撑材料,中空纤维本身可以受压而不破裂。
缺点:①膜表面去污困难,料液需经严格预处理;②中空纤维膜一旦损坏是无法更换的。
由此我们可以给优质反渗透装置作出以下要求:
① 对膜能提供合适的支撑
② 处理溶液在整个膜面上必须均匀分布
③ 在最小能耗情况下,对处理溶液提供良好的流动状态
④ 单位体积中膜的有效面积比率高
⑤ 组件容易拆卸和更换
⑥ 便于膜的拆卸和组装
⑦ 在运行压力下,有效的工作时安全与可靠性高
⑧ 外部泄露能尽可能从压力的变化上发现
⑨ 建造、维护费用都是方便的。
目前流行的这四种装置的一些主要特性比较见表3-1
种 类
膜装填密度m2/m3 操作压力MPa 透水量m3/m2*d 单位体积产水量m3/m3*d 板框式
管 式
螺旋式
493
330
660
9200
5.6
5.6
5.6
2.8
0.2
1.02
1.02`
0.073
500
336
673
673
注:原料液为500mg/L NaCl,脱盐率为92%-96%
4 反渗透膜的主要性能参数与运行工况条件
4.1 反渗透的主要性能参数[8]
4.2 反渗透装置的运行工况条件[8]
4.3 影响反渗透运行参数的主要因素[9]
5 反渗透的流程
反渗透的流程是由反渗透的设计依据确定的。
5.1 反渗透的流程的设计依据
RO过程应视为一个总的系统,它包含各组成部分及依据。这些依据可作为设计RO系统时的入门指南。每一部分与每一交接处都将有合宜的操纵开关及连接,以保证系统的长期使用性能即可靠性。每一部分及每一系统均有可考虑满足各个用户需要的经济/性能的折中办法。我们沿与流程相反的方向来讨论:
①最终用途:首先的考虑是产品水的具体用途,它决定了为满足用户需要的水质和水量。对饮用水,通常要求满足公共卫生标准或世界卫生组织标准。对超纯电子工业用水,水电阻率需达18MΩcm。然而产品的性能并不严格的要超过所需值,因为高于所需的产水量或产水水质将增加产品水的费用,产生明显的负面影响。
②后处理:在RO透过液使用前,通常需要对其作些后处理。至少,需要脱气以去除为控制结垢对进料水酸化而产生的CO2和进行pH调节,以防止下游系统发生腐蚀。后处理的要求取决于应用,需按具体情况加以确定。对许多工业应用,后处理包括采用树脂除盐和紫外线消毒。对城市应用要附加pH调节、脱气及用氯消毒。
③膜:膜为系统的心脏,其性能可受与膜本身及其构型无关的一些因素的影响,例如预处理及系统的操作与维护,然而,需根据进料水的水质及最终用途仔细考虑选择膜材料及膜构型。
④操作与维护:操作与维护是成功的系统性能的关键。为了尽早的发现潜隐的问题,须收集系统性能数据并定期分析。若发生了问题,应该采用合宜的寻找故障的技术,并与膜制造商和/或系统设计者切磋商量合宜的消除问题的措施。对不能控制的结垢、污染或堵塞,则需经常清洗膜以保持膜的性能。在膜装置中,这些物质不可逆的积累将导致流体分布不均和产生浓差极化,这将造成膜通量与盐截留率的减退,有时会使膜材料发生降解。这些导致了昂贵的膜单元的更换。已开发出的用于恢复因结垢或污染造成的不良的膜性能的技术,若能及早的识别出膜需清洗,则这些技术是非常有效的。清晰剂可用以从膜装置中将微粒、胶体、生物和有机物移出。通常的做法是将清洗液按正向流动,低压下通过膜装置进行循环,直至污染物被去除。很少推荐进行反洗。
⑤高压泵:高压泵提供膜生产所需产水流量及水质的压力。常用泵的类型是单级、高速离心泵;柱塞泵;多级离心泵。通常单级离心泵效率最低,柱塞泵效率最高。对于小系统采用高速离心泵,对于大系统采用多级离心泵为佳。
⑥预处理:预处理即垢的控制,方法有pH值的调节、缓蚀剂软化、微生物控制、氯化/脱氯,对悬浮固体、胶体、金属氧化物、有机物等的去除。
5.2 预处理过程
总的来讲反渗透系统是由预处理过程和膜分离过程组成的。
预处理过程是指被处理的料液在进入膜分离过程前需采用的预先处理措施。预处理一般有物理处理、化学处理和光化学处理三种。在预处理过程中可使用各种单元操作,也可以将几种方法组合使用,预处理过程的好坏是反渗透膜的分离过程成败的关键,因此必须严格认真的做好预处理工作。
目前流行的方法主要有以下几种:
(1)物理法
物理方法包括①沉淀法或气浮分离法,②砂过滤、预涂层(助滤剂)过滤、滤筒过滤、精过滤等,③活性炭吸附法,④冷却或加热。
(2)化学法
化学方法包括①氧化法:利用臭氧、空气、氧、氯等氧化剂进行氧化,②还原法,③pH值调节法
(3)光化学法
光化学预处理方法主要指紫外线照射。
采用哪一种预处理方法,不仅取决于料液的物理、化学和生物学性质,而且还要根据在膜分离过程中所用组件的类型构造作出判断。实际运行中的故障,一方面是由于膜表面上的分离所带来的直接污染;另一方面与膜组件本身的构造有关。预处理所需要达到的标准,根据所用的膜件的不同也不一致。
5.3 反渗透膜分离常见的流程
反渗透膜分离工艺设计中常见的流程有如下几种:
①一级一段法
这种方式是料液进入膜组件后,浓缩液和产水被连续引出,这种方式水的回收率不高,工业应用较少。另一种形式是一级一段循环式工艺,它是将浓水一部分返回料液槽,这样浓溶液的浓度不断提高,因此产水量大,但产水水质下降。
②一级多段法
当用反渗透作为浓缩过程时,一次浓缩达不到要求时,可以采用这种多步式方式,这种方式浓缩液体体积可减少而浓度提高,产水量相应加大。
③两级一段法
当海水除盐率要求把NaCl从35000 mg/L降至500mg/L时,则要求除盐率高达98.6%如一级达不到时,可分为两步进行。即第一步先除去NaCl 90%,而第二步再从第一步出水中去除NaCl 89%,即可达到要求。如果膜的除盐率低,而水的渗透性又高时,采用两步法比较经济,同时在低压低浓度下运行时,可提高膜的使用寿命。
④多级反渗透流程
在此流程中,将第一级浓缩液作为第二级的供料液,而第二级浓缩液再作为下一级的供料液,此时由于各级透过水都向体外直接排出,所以随着级数增加水的回收率上升,浓缩液体体积减少浓度上升。为了保证液体的一定流速,同时控制浓差极化,膜组件数目应逐渐减少。
当然,在选择流程时,对装置的整体寿命、设备费、维护管理、技术可靠性也必须考虑。例如,需将高压一级流程改为两级时,那么就有可能在低压下运行,因而对膜、装置、密封、水泵等方面均有益处。
6 反渗透技术在城市污水的应用
反渗透技术是20世纪60年代初发展起来的以压力为驱动力的膜分离技术。该技术是从海水、苦咸水淡化而发展起来的,通常称为“淡化技术”。由于反渗透技术具有无相变、组件化、流程简单、操作方便、占地面积小、投资省、耗电低等优点,因此在水处理中得到了大量的运用。目前反渗透技术已广泛应用于海水苦咸水淡化,纯水、超纯水制备,化工分离、浓缩、提纯等领域。工程遍布电力、电子、化工、轻工、煤炭、环保、医药、食品等行业。
6.1 在美国反渗透法生活污水处理[1]
在美国,反渗透法曾作为生活污水是一种深度处理方法而进行研究。过去深度处理一般是将污水的二级处理的排水(活性污泥生化处理后的出水)再进行混凝、过滤、活性炭吸附处理等,但对除盐过程却一直未予考虑。目前由于全球性水源紧张,各国都在大力推行节约用水,在大型工业城市,将城市污水处理后再回用于工业是今后的发展方向。或将城市污水深度处理后作为大型建筑物、家庭洗刷的用水、灌溉及绿化用水,即“中水”来源。以往的除盐方法主要有离子交换树法和电渗析法,但这些方法不能去除水中的有机物及不溶性杂质,把反渗透法作为弥补这一不足的一种方法,并进行研究,其中加里福尼亚的波莫纳(Pomona) 的试验是与联邦污水管理局(FWPCA)进行协作,主要是确定反渗透的脱盐效果、对有机物及富营养化成分的去除程度,还对运行中防止污染的方法及经济性作出评价,波莫纳的试验流程如图1所示。试验分两组进行,第一组用85个膜组件,第二组用68个膜组件,第一组水的回收率初期为80% ,后期降为78%,第二组水的回收率初期为80%,后期降为64%。
6.2 在日本反渗透法生活污水处理[1]
在日本东京,建筑面积在3万m2以上的高层建筑,其循环用水量在100 m3/ d 的场所,如不建设中水道就拿不到建筑许可证。大楼排水可分为;比较干净的排水,如洗手、洗脸、空调排水、洗衣排水;比较脏的排污水,如厨房水等。对这类生活污水的处理要求处理设备效率高,对负荷的变动适应性强,运转容易,水的回收率大,设备体积小,不发出恶臭。而反渗透能够满足这些要求。在北九州地区及大阪地区,用反渗透(中压及低压) 进行200 m3/d的下水再生利用试验,再生水水质见表2。采取的流程如下;
北九州地区;经二级处理的下水—细滤网—斜板沉淀池—精过滤—反渗透(中空纤维2. 0-2.5MPa) —再生水(200 m3/d) 。
大阪地区;经二级处理的下水—斜板沉淀污—无烟煤过滤—反渗透(螺旋式组件2.0-3.0MPa) 。
项目 料液/mg/L 透过水/mg/L 浓缩液/mg/L 去除率/% 6.3 在我国反渗透法生活污水处理
反渗透技术于80年代初在我国得到应用,首先用于电子工业超纯水及饮料业用水的制备,而后用于电厂用水处理,90年代起在饮用水处理方面获得普及。反渗透技术在我国工业水处理方面应用得比较多,但在城市污水处理方面,目前大部分还停留在实验室小试阶段,哈尔滨工业大学曾做过这方面的中试研究[2],利用组合膜工艺来进行城市含盐污水回用处理试验研究。
7 反渗透膜的发展趋势
最初反渗透是以脱盐为目的开发的,对膜的要求也只是为分离无机盐和水,随着反渗透用途的扩大,目前已达到根据用途对膜的构造进行设计的阶段。目前将传统的中压膜改为低压膜或超低压膜的动向非常活跃,其发展趋势概括如下:
在脱盐领域中,对于海水淡化由高压(5-7 MPa)向超高压(8-8.5 MPa);对于咸水淡化将向脱盐(地下水、江河水)、废水处理(工业废水、城市污水)和超纯水(电子工业用水、医疗用水)等三方面发展;对处理压强将由中压(3-4 MPa)向低压(1-2 MPa)甚至超低压(1 MPa以下);同时在有用物质浓缩回收领域会有更大的发展[10]。
目前,在海水淡化方面,利用复合膜成功的达到了高脱盐率。在咸水淡化方面,目前将传统的中压膜改为低压膜或超低压膜,并保持脱盐率不变(或提高),可以说是时代的潮流。
反渗透工程应用的另一个发展方向是反渗透膜组器与超滤、微滤、纳滤、EDI等组器的有机地组合应用,充分发挥各种膜分离技术的特性,形成一个完整的系统工程,达到浓缩、分离、提纯的目的。
鉴于RO技术的最近进展,在不久的将来,该领域中可望有如下的发展[11]:
(1) 将开发去除小的氯化物有机分子的聚合物膜。
(2) 将开发分离烃混合物的无机RO膜。
(3) 以动力膜为基础,将开发出无机和有机混合材料膜。
(4) 采用更先进的物理方法获悉膜的结构及膜中的液体的结构。
(5) 以控制聚合物体球粒的尺寸及球粒中聚合物的密度来控制膜的孔尺寸。
(6) 聚合物球粒的概念也将被用于复合膜的设计。
(7) 在膜孔尺寸和聚合物-溶液相互作用基础上,将发展更精确的传递理论。
(8) 由控制膜孔尺寸和膜溶质相互作用,将开发能将混合溶质分级的膜。
(9) 膜污染将被膜的设计及膜组件的设计所控制。
(10) RO和其它分离过程的混合分离系统将日益增长的渗入化学工业和有关工业,越来越多的将化学和生物反应与膜分离技术相结合。