水处理信息报导
2009年第4 期（总149期）
双月刊
（内部资料 1984年创刊）
责任编辑：刘国晶
编辑：水处理信息报导编辑部
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目 次
【专家论坛】
回收无机氨氮废水用集成膜技术的研究进展 (1)
【国内外会议论文摘编】
能源部/国家能源技术试验室电厂水处理研究和开发计划 (5)
在中低温条件下温度和基质组成对甲烷生成的影响 (12)
水源地生态保护和水质发送技术的理论与实践 (18)
聚硅酸铁Zeta电位及混凝效果研究 (22)
【国内外专利与文献编译】
絮凝方法 (26)
生物可分解性阳离子絮凝剂 (28)
除氧剂和锅炉水处理化学品 (31)
【国外文献摘要】
浮动式生物反应器 (43)
臭氧和水处理.补充，2.使用臭氧的先进的饮用水处理 (43)
在阳离子Praestol存在条件下聚合氯氧化铝和硫酸盐对高岭土悬浮液沉淀的影响 (43)
冷却系统中发生沉积的研究和控制 (43)
缓蚀剂和水处理 (43)
通过减少垢沉积提高锅炉和热交换器的效率 (43)
电凝聚反应器通过使电极旋转从电极表面去除泡沫和污染物 (43)
使用纳滤和反渗透膜的水处理设备 (43)
使用一种阳极用于去除或减少液体中的微生物杂质 (44)
用臭氧和二氧化氯氧化N-亚硝基二甲胺（NDMA）前体物：动力学及对NDMA形成可能性的影响 (44)
减少低压微滤膜污染的预处理 (44)
多孔二氧化钛膜的合成 (44)
城市污水的生物处理和沉淀分析 (45)
利用反渗透进行海水脱盐：对能量真正的需要 (45)
通过混凝和溶解空气复选进行切削油水乳液的处理 (45)
影响合成废水中磷酸盐去除的条件：离子组成的影响 (46)
在有铜和锌存在的情况下，通过各种化学处理抑制结垢 (46)
在钢制水管中利用吡咯烷二硫代氨基甲酸铵（APDTC）抑制腐蚀 (46)
硝化细菌在大型市政废水处理厂中的多样性研究......... (46)
利用紫外分光光度法监控水中的三卤甲烷 (47)
掺杂Ag的炭气凝胶用于水处理去除卤素离子 (47)
利用电化学对水进行消毒的方法和系统 (47)
紫外线辐射水处理装置和系统 (47)
由可再生能源提供动力的脱盐系统及其相关方法 (48)
在实验室条件下监控用氯处理后水中存在的三卤甲烷 (48)
比较使用电絮凝铁和化学絮凝铁的预处理 (48)
改良电絮凝平衡溶解性范围和氧化铁和氢氧化铁胶体动力学模 (48)
【国内期刊文献】
烧杯混凝试验条件的探讨 (49)
氧化法处理印染废水的研究进展 (49)
高浓度甲醛废水预处理技术研究 (49)
处理水库低温低浊水混凝剂的优选 (49)
污水除磷脱氮与磷回收技术 (49)
反渗透、纳滤膜技术脱除小分子有机物的研究进展 (49)
厌氧复合床/生物接触氧化反应器处理垃圾渗滤液......... (50)
连铸污水循环冷却塔冷却效果研究 (50)
膜处理技术在太钢水处理系统的应用 (50)
冷凝冷却器腐蚀原因分析及防腐对策 (50)
高分子絮凝剂的热力学研究现状及发展 (50)
混凝沉淀工艺对不同优势藻类的去除特性研究 (50)
沉淀—气浮联用技术在高藻水处理中的工程应用......... (51)
浸没式超滤膜处理地表水的膜污染影响因素试验研究 (51)
复合除磷材料在污水处理厂二沉池出水除磷中的应用 (51)
生物膜工艺实现高效除磷的关键问题及技术路线 (51)
市政中水在钢铁企业的分质处理与综合应用 (52)
兼氧—深曝—接触氧化工艺处理制药废水 (52)
冷轧综合废水的再生与回用 (52)
UF-NF工艺在冷轧废水回用工程中的应用...............(52) 微絮凝强化过滤在嘉兴贯泾港水厂的应用 (52)
微电解技术处理电镀综合废水 (52)
生物膜/SBR工艺用于小区回用水工程 (53)
复合药剂高效处理焦炭塔吹气冷却废水 (53)
聚硅酸硫酸铝絮凝剂的制备及其稳定性的研究 (53)
膜技术处理烟草薄片抄造废水研究 (53)
影响循环水处理剂阻垢分散效果的主要因素 (53)
铜缓蚀剂的缓蚀协同效应 (54)
微生物絮凝剂处理氧化铁红颜料废水研究 (54)
聚硅酸铝铁在印染废水处理中的应用 (54)
中药废水处理技术探讨 (54)
SBBR工艺处理有机农药废水的生产性试验 (54)
水解酸化-SBR-BAF工艺处理中药废水 (54)
制糖生产零取水零排放的技术方案 (54)
含磁粉生物反应器处理苯酚废水 (55)
活性碳纤维吸附处理对硝基苯酚生产废水 (55)
膜性能增效剂在膜生物反应器中的应用 (55)
羟基化合物对Fenton反应选择性的影响研究 (55)
三苯环咪唑啉季铵盐的合成与性能 (56)
屋面雨水生态净化集成处理系统的应用 (56)
复合式曝生物滤池中污染物浓度沿程变化规律 (56)
活性污泥生物增效技术在PTA废水处理中的应用 (56)
臭氧化水处理技术及应用 (57)
基于硫酸自由基的高级氧化技术及其在水处理中的应用 (57)
不同类型填料的三维电极/Fenton试剂法处理苯酚废水 (57)
【标准测定方法及规范】 (58)
【产研动态】 (60)
【知识窗】 (62)
【拟建项目】 (63)
第29届中国水处理年会预通知 (11)
【专家论坛】
回收无机氨氮废水用集成膜
技术的研究进展
王方
氨氮是污染水体的重要污染物，水体中氨氮含量超标，不仅使水环境质量恶化，造成水体富营养化，破坏生态环境，还严重危害人类健康和动植物的生存。高浓度（＞0.5g/L）无机氨氮废水，主要是由化肥厂各工序产生的，废水中含铵盐质量浓度达0.05％～3%，这种高浓度无机氨氮废水，呈酸性，腐蚀性强，常用的处理方法处理很困难，如生物氧化法，只能处理不超过0.5g/L铵盐废水。当废水中铵盐浓度过高时，菌种无法生存，生化处理也就无法进行。吹脱汽提法需要加化学药剂调节pH值，且吹脱后铵盐残留量过高，还有二次污染等问题，离子交换法能回收铵盐，但需要频繁再生，因此，以前这种氨氮废水大都用淡水冲稀法使废水达标排放。这种废水排放处理法，不但会造成环境污染，使水体富营养化，带来种种危害，而且浪费了大量的水资源，废水中的铵盐化工原料也白白的排走了，如要回收这种废水又因其中铵盐质量浓度太低，回收成本过高，通常废水中的铵盐质量浓度＞6%才有回收利用价值。
随着人们环境污染意识的提高，近年来开始尝试采用反渗透、电渗析和电去离子种种膜技术及其集成技术来处理这种氨氮废水，取得了良好的效果，环保和经济效益显著，同时种种膜技术及其集成膜技术也得到了实际应用和发展。
1 反渗透法
反渗透技术是借助于半透膜对溶液中溶质的截留作用，以高于溶液渗透压的压差作为推动力，使溶剂渗透通过半透膜，达到溶液脱盐的目的。废水中的NH4Cl经多级多段反渗透处理，将所含的NH4Cl浓缩，同时制得纯水供其它工艺使用。
山东某化工厂生产K2CO3工艺中产生含有NH4Cl的废水，原来采用淡水冲稀的方式排放，但是这严重污染了环境，被迫治理，根据对该厂氨氮废水治理的试验研究，确定用反渗透法治理废水，制订了治理的工艺方案，实施后还申报了专利。
试验中观察了NH4Cl在相同浓度配比条件下，压力变化对NH4Cl溶液的脱盐率和产水率的影响。原废水中NH4Cl的质量浓度为40g/L，在实验中设计了分别为0.3g/L、5g/L、30g/L和60g/L 4个浓度梯度，并在0.3g/L、5g/L和30g/L 3个浓度中分别采取不同的压力。实验表明：利用反渗透膜法处理NH4Cl废水可行，在一定浓度和压力条件下，有很好的效果，随着NH4Cl溶液浓度的增加，反渗透膜的脱盐率和产水率也随之下降，当NH4Cl浓度达到60 g/L和操作压力达6.5MPa时，产水率只有8.88%，表明已不适合使用反渗透处理。
生产K2CO3工艺中所产生的NH4Cl废水，先经过超滤和微滤进行预处理，预处理水质达SDI＜3、浊度＜0.1NTU，然后采用4级反渗透分级处理，根据NH4Cl废水质量百分数计0.01%~0.1%、0.1%~0.4%、2.0%~4.0%、=5.5% 4种不同浓度，分别进入不同的中压、低压反渗透装置，将浓缩液质量百分数达 6% 以上时进入蒸发浓缩系统，制备NH4Cl化工原料，反渗透净化液经处理后制得含盐量低于10 mg/L的纯水。纯水则进入K2CO3工艺循环使用。
反渗透水处理技术已在海水淡水、制备纯水和工业用水处理工程中得到了广泛的应用，反渗透处理无机氨氮废水的优势在于将含氨氮化工原料的稀溶液浓缩为能被利用的浓缩液，同时回收工业纯
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水。随着废水的含盐量增加，反渗透装置工作压力升高，耗能也随之增加，而产水率却下降。若使用能量回收装置，能减少能耗，但系统的设备成本也相应增加。当废水中含盐量超过60g/L时，使用反渗透技术已变得不经济。
该NH4Cl废水环保综合治理项目已正常运行4年多，实现来水的综合利用和清洁生产，年节水量折合100万元，年回收化学物料折合400万元，经济和环保效益相当明显。
2 电渗析法
在外加直流电场作用下，使离子迁移并透过选择性离子交换膜，从电解质溶液分离出来的过程，称为电渗析。由于这种离子迁移的膜过程的驱动力是电能，所以又称之为电驱动膜过程。电渗析可用于溶质的分离和浓缩，具有耗能少和不污染环境等特点。
2006年杭州千秋公司申报了“特种电驱动膜分离装置”实用新型装置，陕西某公司在高浓度NH4NO3废水的回收工程中，采用了千秋公司的专利产品“特种电驱动膜分离装置”（电渗析器）该工艺流程如图1所示。
从图1可见，在高浓度NH4NO3废水回收的工艺流程中，电渗析处理设备分为前后两段，前段由并联的三组电渗析器组成，每组又串联有三台电渗析器，前段用来使NH4NO3浓度从16g/L浓缩到150g/L。该浓缩液作为化工原料回收处理生产NH4NO3。后段由并联的两组电渗析器组成，每组也串联三台电渗析器，后段用来使前段出口淡水含NH4NO3 4g/L脱至0.4g/L，将它作为循环软化水
用，其浓缩液则返回前段进料箱。图1用电渗析回收高浓度NH4NO3废水的工艺流程
高浓度NH4NO3废水回收的电渗析工程，已正常运行两年多，该系统基本达到了设计要求，实现了废水回收系统的闭路循环。不但解决了废水排放造成的环境污染问题，而且节约了水资源，节约的水费与系统运行费用相抵。从废水中回收的NH4NO3年回收量2600 t, 折合500万元。实现了清洁生产，社会、环保和经济效益巨大。
此外，厦门大学唐艳用含氨氮534.59mg/L的废水进行了电渗析处理的试验，这相当于对上述NH4NO3废水回收系统的排水进行处理。试验中浓淡水量的比例为19∶81，氨氮含量：浓水为2700mg/L，淡水为13mg/L。氨氮去除率为98%。该试验说明，电渗析器用于500mg/L左右氨氮废水的回收处理也有很好的效果。
3 电去离子法
电去离子（EDI）是近年来得到产业化的一种新型膜技术，EDI技术是电渗析和离子交换有机结合的产物，已在电子、电力、制药和化工等行业制
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备纯水中得到推广使用（用EDI 装置代替原来的混床）。EDI 又称为填充床电渗析，说明它是在电渗析基础上发展起来的，EDI 装置的性能优于普通电渗析器，EDI 装置的膜面积小，电阻小、耗电低、效率高。EDI 装置与离子交换器相比，EDI 装置连续运行、不设备用，无需用酸碱再生，环保效益好。EDI 装置所填充的树脂在运行过程中不断得到自再生，即在直流电场作用下，水不断电离为H +和OH —离子，这些离子与失效的树脂作用，再生为H 和OH 型新鲜树脂。因此，EDI 技术在水处理中作为一种绿色环保的水处理方法得到推广使用，EDI 技术作为水的深度脱盐技术，能用初级脱盐水，电导率20μS/cm 左右，制得电阻率为18.2MO·cm 的接近
理论纯水。
近年来笔者除了倡导和推广EDI 制备纯水技术外，还相继开发了EDI 在水的软化和回收重金属废水方面的应用，经过对无机氨氮废水的考察和研究，开创性地拓宽了EDI 应用领域，用EDI 膜技术回收无机氨氮废水，实现废水系统的闭路循环，同时回收了铵盐化肥，而且节约了水资源，使废水得到回收利用，达到环保效益和经济效益双丰收。
图2 所示，是采用两级EDI 膜法回收含NH 4Cl 500mg/L 废水的工艺流程设计方块图。预处理的NH 4Cl 废水量为100 m 3/h 。由于采用浓水的再循环，可使两级EDI 法处理后出水NH 4Cl 浓度达10%以上。
构和制备方法也不同，所以各种膜处理各有其优缺点和最佳的适用范围。采用两种或两种以上的膜集成技术可以更好的完成治理氨氮废水和回收其中化学物料及纯水的双重任务，可以最大程度的发挥各种膜技术的优势，节省成本，获得更高的经济效益。
胡亚芹等开发了一种用反渗透和电渗析集成膜技术处理NH4Cl废水，这种NH4Cl废水原浓度达15g/L，先经反渗透浓缩处理后，使其浓度达到60~75g/L，再通过电渗析器进一步浓缩，最终浓度达到120g/L，可直接用于制取氮水，回用到稀土生产过程当中，形成封闭循环，实现清洁生产工艺。同时他们还申报了一种稀土生产中NH4Cl废水零排放的生产方法的专利，主要技术手段是采用二级，三级或多级反渗透工艺将氯化铵浓缩到5%~7%，再用多级多效蒸发等手段将NH4Cl再次浓缩至10%以上，达到工业利用的目的，制得的纯水用于锅炉的补给水。由于种种原因这项反渗透和电渗析集成膜工艺处理NH4Cl废水的技术尚未投入实际应用
5 结论
膜集成技术是一项新型的高科技，由于它具有节能、简便、连续工作，不设置备用，无再生和环保效益好等优点正在脱盐、水处理领域逐渐代替离子交换等传统技术，用集成膜技术治理高浓度无机氨氮废水，既解决了废水排放污染环境问题，又可回收化学物料和纯水，达到节能减排，实现回收氨氮废水系统的零排放和闭路循环，有显著的环保和经济效益。
首次提出EDI膜技术用于处理无机氨氮废水，将它从用于制备高纯水的低浓度分离领域推向用于治理高浓度无机氨氮废水用的浓缩领域，预期其应用效果将优于电渗析技术。
【国外文献摘要】
磁场对碳酸钙沉淀的影响 Alimi，Fathi；等（Laboratoire de Geochimie et Physicochimie de l＇Eau,Tunisia）Desalination 2007，206（1～3），163～168（英文）具有南北极、且相互相向（16T）安装的永磁场对碳酸钙沉淀（均匀和不均匀）和溶液的影响在不同的条件下被研究，如水中碳酸钙的浓度、处理pH和磁场中水的流速。通过脱去水中的CO2使被处理水暴露于结垢测试中。结果发现，此处理增加了沉淀总量，更倾向于均匀的核化，而这些情况都取决于水处理的pH、水的流速和停留时间。
在科威特的MSF设备中热传递测量作为阻垢抑制效果参数评估的标准 Al-Deffeeri，Noura S.（Ministry of Energy,Kuwait）Desalination2007，204（1～3），423～436（英文）阿拉伯海湾国家面临着淡水资源短缺的问题。解决这种水缺乏问题可以通过海水脱盐，主要是利用多级闪（MSF）蒸技术。MSF 蒸馏器的污染已经被研究人员发现多年了。进行了许多研究工作，更多的是努力了解各种成分的作用和它们之间的相互作用，包括结垢控制技术的效果。本项工作在目测观察基础上，报告了在MSF蒸馏器中沿着盐水溶液的流过路径观察到的各部分污染情况。进行的分析目的是提出垢形成反应步骤的某种顺序，建议进行某种实验提出的反应机理的正确性。管内的垢沉淀不仅来自加压条件下的初始垢的形成，而且归因于由于盐水的循环使从闪蒸室回到热获得交换器管过程中的再次成核。本研究引入了一种实验性技术，其结果表明对于评估MSF设备中垢抑制性能和确认极限是可靠且经济的。本研究还提供了在一系列实验过程中获得数据结果和分析结果。
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【国内外会议论文摘编】
能源部/国家能源技术试验室电厂
水处理研究和开发计划
Sara M.plletcher等 IWC-06-25
［摘要］电力生产要有可靠、丰富和可预测的水源。水在美国和世界的许多地区都是一种有限的资源。热力发电需要大量的冷却水。据美国地质调查所估计，２０００年，美国热力发电每天需要大约１３６ ０００百万加仑淡水
国民经济的增长需要更多的电力，用于发电的水量也随之增长，电力生产的直接和间接用水将越来越严重地与其它部门，如民用、商业、农业、工业等争水，特别是在缺水地区。此外，目前和未来与水相关的环境法规将对现有电厂的运营提出挑战，并将限制新的热电项目的审批。
在应对这些对国家能源承受力和安全性的挑战中，能源部/矿物能源办公室国家能源技术试验室（DOE/NETL）启动了一项全面的研究开发计划，计划的重点是先进技术的开发和减少电厂新鲜水用量的构想以及使电厂的运营对水质造成的影响降至最低。
本文将提供水和热力发电之间关系的背景信息，介绍为落实DOE/NETL计划当前开展的研究开发活动，具体包括以下4个方面：
1）工艺水和冷却水的非传统水源；
2）革新的水回用和再生；
3）先进的冷却技术；
4）先进的水处理和检测技术
背景
美国要维持其经济增长和当前的生活水平，对能源的需求势必增加，因此对水的有效利用更为关切。据能源情报管理局（EIA）的2006年能源展望（AEO2006）估计，2005—2030年，美国热电容量将增加22%。一个500MW的燃煤电厂每小时需要冷却水和其它工艺水12百万加伦，热电厂用水主要取自大型水源，如湖泊、河流、海洋和地下。为了描述水的损失，人们采用了水耗一词，典型的水耗是蒸发进入空气，据美国地质调查所（RSGS）估计，2000年，美国用于热力发电的水量占大型水源年取水量的34%，仅以微小的差别排在农灌用水之后，然而1955年与热电有关的相应耗水量仅占全国新鲜水消耗总量的2.5%。随着人口的增加和经济的发展，对电力需求不断增长。据EIS最近预测，美国热力发电容量将从2005年的大约7040亿瓦（GW）增长到2030年的8720亿瓦。这样，热电厂将与其它用水行业如民用、商业、农业和工业等争水，特别是在缺水地区。此外，目前和将来，与水相关的环境法规和要求都会对现有电厂的运营和新建电厂项目的审批提出挑战，2004年能源部国家能源技术实验室（DOE/NETL）进行的一项水需求分析指出，全国淡水取用量可能略有增长或下降，而淡水的消耗量可能有惊人的增长。
现有电厂方案的革新
在煤炭战略中心规划中，DOE/NETL的IEP计划是一项以先进技术为着眼点的综合研究开发规划，其目的是提高现有燃煤电厂的环境效益。且能应用于新电厂建设。2002年IEP规划扩大范围，共包括以下几个方面研究：非传统工艺水和冷却水源；水的回用和再生；先进的冷却和水处理及检测
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技术。规划的总目标是确保这些技术到2015年达到应用水平，使电厂的新鲜水取用量和消耗量降低5%~10%，将电厂运行对水质造成的影响降至最低。2003年8月和2005年11月分别选定了5项和7项能源—水的课题与工业、学术界、技术开发者和其它政府组织合作，对这些课题进行了评估、分析、实验室试验，以下是几项最近完成的，还在进行的和最近授予的研究开发项目的简要介绍，同时介绍在大学煤炭研究规划中的几项与水有关的课题。
工艺冷却水的非传统水源
为了评价和开发电厂冷却和其它用水的非传统水源，用于补充和替代新鲜水，研究和分析工作正在进行，矿井水（采矿时留在矿井中的水），采出水（与油、气提取相关的水）、城市废水和电厂除灰水是非传统水的特定实例。冷却系统对水质要求比其它系统例如饮用水或农业用水低，这样就存在利用低水质的非传统水源的可能性。
用采矿水冷却发电设备的战略——位于西弗吉尼亚大学的西弗吉尼亚水研究所进行了一项旨在利用弗吉尼业亚西南宾夕法尼亚东南丰富的地下采煤水作为电厂冷却水的研究，煤矿废水的利用不仅可以减少电厂冷却对新鲜水的需要，而且由于矿井废水的温度较低，可以提高冷却效果。
该项目研究包括二个方案，用以确保矿井水的蓄水量能为电厂冷却水提供充足的水源，第一个方案是为一座装有蒸发循环冷却系统的600MW的发电装置提供补水，第2个方案是为一套装有闭路循环冷却系统的600MW的发电装置提供冷却水。该方案类似于直流系统，其热量的去除是通过水的显热获得，而不是蒸发潜热的损失。
在第一套方案中，共鉴定了8个地点，其中的3个对预先的设计作了进一步评价和对矿坑水的收集、处理和输送作了成本分析，成本分析的结论是：根据现场条件和水处理要求，利用矿坑水作冷却水补水水源可以与新鲜补水系统竞争。根据第二套方案的流体和热流模似，决定了二个相连的矿坑的内连对提供足够的传热停留时间以使循环水适当冷却是很必要的。因此，研究的结果只鉴定了一个可能的现场，该现场可用于使用地下矿抗水作为冷源的闭路循环冷却水系统，而且，该现场只限于满足217MW发电装置的冷却水需要量。
热电厂矿井水冷却效果评价模拟构架工程的开发和演示——一座300MW的电厂被建议燃烧来自Champion煤矸石山的煤杆石，计划要求使用公共供水2000~3000加伦/分（GPM）。在被建议的电厂的六英里内存在大面积地下矿井，在这一计划下西弗尼亚大学的国家矿物土地再生中心将定位、取样和测定在湖湿和干燥气候条件下的流量，这些数据将与电厂水的要求和环境考虑结合起来设计矿井水的收集、处理和输送系统，以满足电厂对水的要求。
使用这些数据和来自这一课题的决策方法，将开发出以计算机为基础的设计手段，用于估计水的获得和送往电厂的成本。电厂使用矿井水的成本将与使用传统水的成本相当，例如地表水和公用供水。而且，使用矿井水可能带来的环境改善也将备有证明文件。
采出水在电厂循环冷却系统中的应用——电能研究所（EPRI）评价了利用采出水（油气开采的副产物）满足位于新墨西哥州的San Juan电厂（1800MW）的机械通风冷却塔补水的10%的可行性。与采出水相关的二个主要问题是：1）采出水的收集和向电厂输送问题；2）将采出水的总溶固（TDS）处理到较低浓度。
在新墨西哥州的San Juan盆地有18 000多口油、气井，采出水量可达2MGD以上，大多数采出水被收集在储水池中，再用卡车运往当地的盐水处理站，采出水回注于地下要通过注水井进行，钻井的费用很高，且钻好的井大约有1/3在注水时无足够的渗透性，注水时需要用泵加压，成本相当高，SJGS评价了一种将采出水输送到电厂的方法。该法是铺设一条11英里长的管线。而且，现有的闲置气、油管线可以改成从新建管线输往电厂的输水管线。
采出水在使用前必须将TDS处理到可接受水平，带有盐水浓缩器蒸馏装置的高效反渗透是最经济的处理方法。虽然这种处理本身是昂贵的，但采出水取消了废水处理这一步骤，如此抵消了处理成
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本。同时，由于避免了Sun Juan河流污染，保护了河流中的物种和自然风光，可以获得税务方面的激励。该项目分析了电厂水质要求、采出水水质、管道投资和处理成本，这样就可以为其它打算利用采出水的电厂提供一种工具。处理后的废水回用于燃煤电厂——该项研究的目的是评估三种类型的废水用作燃煤电厂的冷却补水的可能性。研究工作是由匹兹堡大学和Carnegie Mellon大学进行的。被研究的废水包括二级处理的城市废水、被处理过的煤矿废水和灰池废水，为了确定使用这些废水的可行性，开展了以下工作：1）废水的可用性和水源与12个电厂距离的评估；2）与这些废水利用有关的法规和许可问题的评估；3）确定被选定地点的三种水的一般水质和特殊废水的水质；4）模拟冷却塔的建造和试验；5）用三种废水运行的冷却系统的关键运行参数的现场试验；6）用不同废水运行的冷却系统中的水质特性数学模型的开发；7）冷却塔排污水处理要求的评估。
该技术通过提供与这些废水的利用相关的地理位置，预处理要求，可用的水量以及法规和许可方面的必要信息，使燃煤电厂应用这些废水更为可行。加之，关键设计和运行参数的确定将有助于这些废水的成功利用，不会对冷却系统的性能造成不利影响。
回用于热电厂的非传统水革新的高效处理系统——在该项计划中，Clemson大学正在评价专门设计和建造的中试规模的湿地系统，该系统用于处理非传统水中的目标成分，使之达到回用标准或排放标准，为了量化以下的重要信息和益处，将进行中试规模的研究：1）在各种条件下的性能测定；2）这些系统的健全的季节性能的证实；3）确保法规许可和缩短以许可到全尺寸系统建设的时间；4）为改进全尺寸设计，确定准确的速度系数和去除程度，这些比较自然的处理方法在成本上可能比现有的技术或称“钢筋混凝土”处理系统更优越。
改进的水回用和再生技术
目前正在进行利用除了新鲜水蒸发以外的方法对来自燃煤电厂烟道气的废水和来自蒸汽冷凝器的散失热量的先进技术的开发。由于煤中含水、煤氢的氧化和烧烧，空气中的湿气存在，使烟道气中有水存在，如果用湿式洗涤器去除烟道气中的硫，也会导致湿气进入烟道气，将这些水分去除可采用3种方法：1）冷凝换热器；2）用干燥剂吸收；3）膜。目前NETL正在研究头二种方法，如果用蒸汽冷凝的废热作能源。则冷却水的需要很少。这种建议有可能减少矿物燃料电厂的取水量和耗水量。
从燃煤电厂烟道气中提取水——南达柯它州能源和环境研究中心大学（UNDEERC）与西门子威斯丁豪斯合作开发了一项从燃煤电厂烟道气中回收水蒸汽的技术。该课题的目的如下：1）开发一种以成本合理的液体干燥剂为基础的除湿技术用于从烟道气中回收水；2）为确定该项技术如何用于水的回收，提高效率和减少酸性气体和二氧化碳的排放，进行一项工程评价。以液体干燥剂为基础的除湿系统用于在电厂可实现低等级的加热和冷却表面。将烟道气冷却后再用液体干燥剂吸收，将水从烟道气中去除，将吸收的水脱除，稀的干燥溶液经过再生返回到浓的干燥剂溶液中，在再生过程中生成的蒸汽冷凝后可用作设备补水。
一项文献调查和烧杯规模试验确定了最佳的干燥剂是氯化钙，它的成本低、毒性低、性能好，其使用已有专利。用燃气炉进行了为期一周的中间试验，又用燃煤炉进行了一周。两者在一个喷啉塔和填充床结构中都发生了吸收，在溶液上抽真空的闪蒸罐中进行再生，系统中设计了三个管壳式换热器；一个在浓干燥剂加到吸附剂塔之前用于冷却浓干燥剂，另一个是在稀干燥剂加到蒸闪灌中之前用于将其冷却。水被用作冷凝器和加热干燥剂的换热器中的传热流体。工艺冷凝器理论上应提供闪蒸稀干燥剂溶液所必须的真空。但对该中试规模的试验来说，在冷凝器下游加装一台水环泵，这样有助于使闪蒸灌中保持亚大气状态，将任何未凝结的气体从闪蒸灌和冷凝器中去除，该系统运行状况良好，提取的水质良好。计划在今后几个月内用该干燥剂系统进行进一步试验。
从锅炉烟道气中回收水——Lehigh正在开发新的设计用于冷凝换热器。从烟道气中回收水蒸
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汽，并对安装该系统的燃煤电厂的加热速率和散热系数进行评价。为了设计一简便的翅管换热器用于有效地冷凝烟道气中的水蒸汽，将应用计算流体力学分析，还将进行实验室和中间试验，以确定烟道气中酸性气体的去除程度，在换热器系统的单独阶段可以完成水蒸汽的冷凝。还将进行每一试验。即为了测定用于水蒸汽冷凝而设计的翅管管束的传热系数。中间试验以后，将进行锅炉和管循环分析，以便确定由于回收烟道气中的显热和潜热导致的加热速率的可能下降。在该课题中开发的冷凝换热器将提供具有从烟道气生产该水装置的燃煤设备。然后这样生成的水可用于发电设备的运行，例如用于冷却塔或烟道气脱硫补水，为了去除水分而将烟道气冷却附带的好处是可能去除气相三氧化硫（SO3）/硫酸（H2SO4），并将释放的显热和潜热用于锅炉或透平循环。使锅炉效率提高。
湿法FGD系统用水的减少——URS集团与EPRI、Southern公司、Tennessee Valley Auth ority (TVA)和Mitsubshi Heaxy Industries(MHT)将论证燃煤锅炉湿法烟道气脱硫（FGD）系统使用再生的热交换以减少烟道气温度和使蒸发的水耗降至最低。再生的热交换的中间试验将在Southorn公司的Mercury研究中心（MRC）进行，目的是确定FGD 水耗的降低效果和评估对空气污染控制系统（APC）产生的影响。试验要对在较冷烟道气温度下运行对FGD水耗、静电颗粒收集器（EPS）的颗粒去除效果、SO3去除和汞去除的影响，并评估再生换热器增加的腐蚀率可能造成的不利影响，也将进行APC 系统性能的改进以及投资和运行成本的降低分析。
为降低粉煤（PC）发电的水耗使用烘干煤粉—最近Lehigh大学完成了一项为期3年的研究课题，该课题是研究用电厂废热干燥煤粉，尽管含沥青的煤含水量低（10%以下），但低等级的煤仍含有相当多的水分——亚烟煤和褐煤分别含水15%~30%和25%~40%，业已表明，低等级、高湿气的煤在粉碎前可用电厂的废热干燥，利用冷却塔上游冷凝器中的热水，经过换热器可对环境的空气进行加热，用流化床对煤进行干燥。由于降低了返回的冷却水温度使冷却塔的蒸发损失减少，因此降低了总水耗。
为了收集数据和开发干燥动力学模型，对煤粉的干燥进行了实验室规模的流化床干燥器研究。为了测定相对成本和干燥对性能的影响（加热速度，冷却塔耗水量和散发水量）和开发最佳的干燥系统、推荐运行条件，进行了各项分析。
分析了二套干燥系统设计方案：一套是利用离开冷凝器的热循环水的废热干燥硫化床中的煤；另一套是利用冷凝器废热和烟道气废热（通过空气预热器）获得比单独用冷凝器废热更高的干燥温度。根据小试验数据开发了干燥器数学模型，用于估算所需之干燥器尺寸、空气流速和流化床中换热器数量与干燥温度和煤的含水率之间的关系。准备对一个试验例，572MW的烧粉煤的发电装置，将煤的含水率从38%降低到20%，对其优点和成本作经济学研究，成本方面包括投资（干燥床、换热器、管道系统、煤尘控制集尘袋、风扇和粉碎机）和能量成本（鼓气风扇）。其益处包括改进的锅炉效率（燃料的节约）、煤的粉碎所需粉碎机功率的降低、烟道气风扇功率的降低、飞散较低（降低了控制成本）和冷却塔用水量降低、冷凝器和烟道气综合设计，每年可节约费用200万美元，水的节约为140~380GMP，由于干燥每年减少排放估计是No x 4486t，二氧化硫17625t，Hg 226磅，二氧化碳4 416 093t。
根据该课题的研究结果，一个用于546MW燃煤电厂的全尺寸煤干燥系统正处于设计阶段。该技术在新建电厂和现有电厂改进中的应用有一定前景，它可以降低水的用量和提高电厂效率。
用贮藏在主冷却器冷却水中的能量改进矿物燃料电厂的淡水生产过程——弗罗里达大学研究了一种扩散驱动（diffusion-driven）的脱盐方法，该法能使用盐水冷却的电厂成为淡水的网络生产者。来自冷凝器的热水可为驱动脱盐过程提供热能。盐水冷却和冷凝低压蒸汽，然后温水通过扩散塔产生潮湿的空气。湿空气与冷凝器直接接触，在此凝结出淡水。这种方法与传统的脱盐技术相比，其优点在于它可以用低温的废热驱动。该过程的副产物冷空气也可以用于冷却附近的建筑物。
设计了一套扩散脱盐装置，其能力为生产1.03MGD淡水，利用一座100MW电厂的废热。该过程的能量成本仅仅是用于驱动泵和风扇的能量。
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进行了该系统的经济模拟，其生产成本可与反渗透和闪蒸工艺竞争。
先进的冷却技术——规划中的冷却部分重点是与湿冷却、干冷却和混合冷却技术相关的技术改进和降低成本的技术研究和开发。此外，研究领域涉及了冷却水入口结构微生物控制的方法改进和在水质由于蒸发和浓缩明显变劣以前更好地利用冷却塔水。滤出污染物而不是随着排污废水将其排放，可以降低补水的水质要求或减少新鲜水用量。
新型结构冷却塔开发——与在SJGS进行的采出水可行性研究相配合，EPRI也进行了中试规模替代型冷却技术试验，湿表面空气冷却器（WSAC）是一种与敞开蒸发冷却相连的闭路冷却系统。通过喷淋水的蒸发效应将热量去除。管始终被包在水中（因此叫“湿表面”）。WSAC能在矿物质饱和状态下运行，因为它的冷却结构是大量水的喷淋。为了保证管始终被水复盖并防止喷咀堵塞，喷淋率要高，空气和喷淋水同向流动可消除管上的干燥点，干燥点往往会结生污垢。管上没有散热片，彼此间隔足够距离，使来自劣质水的固体物或沉淀物被冲入水池。WSAC是由Niagara Blower制造的。
在SJGS，该系统将被用作冷凝器冷却水的辅助冷却，工艺水将是来自冷凝器的冷却水，喷淋水将是来自现有冷却塔的排污水。试验将确定WSAC 可将未处理的冷却塔排污在热性能被损害以前浓缩到何种程度。对于该零排放系统用盐水浓缩器或蒸发池进行废水蒸发的系统，它可用作预浓缩装置。该试验设备用滑轨固定，它由三套分离的管束组成，每套管束都是由不同的金属制造，以便评价劣化了的水的腐蚀电位。该中试装置安装有监测热性能，喷啉水的电导率和腐蚀的仪器。初步试验表明，在一饱和状态下热性能良好，但为了去除沉淀的垢该系统还需要一个过滤过程。
用于电厂冷却的性能强化的发泡石墨换热器——Ceramic Composites公司与SPX公司合作开发高热导率的泡沫材料用于电厂的空气冷却的蒸汽冷凝器，可明显降低能耗，保护电力工业水资源。该课题试验证明，高热导率的发泡石墨在电厂空气冷却蒸汽冷凝器中可以代替铝散热片，初期的工作是用碳化硅改进发泡石墨的强度，在散热片对空气的热交换中，热性能的改进部分是由于发泡石墨的多孔性和散热片的设计，设计取用了这些特性的优点，一个6英寸2的换热器样品尺寸将被用于试验各种换热器散热片的结构，将散热片加工后焊接到一个1/4英寸厚的铝底材，底材上开有安装孔和热电偶通入孔，将这些样品安装到试验系统内，试验系统是为了控制和监测定气流速、向筒式加热器输入的能量，加热器和空气温度以及压力差而设计的。一个散热片的结构试验获得了超过传统Hamon 铝散热片性能16%的性能改进，要解决的问题是发泡石墨的成本和该材料的长期耐久性（强度和堵塞），该技术将允许空气冷却冷凝器是比较小的并能比较有效地散热。
先进的分离技术和化学阻垢剂技术——由Nalco公司与Argonne国家实验室联合实行的该项计划的总目标是开发先进的控垢技术，使燃煤电厂能将非传统水（受污染的水）用于循环冷却系统。目前，非传统水的应用在技术上和经济上都面临挑战，因为要达到不结垢，不腐蚀和无污垢，需要增加物理和化学处理要求。研究者们将为确定定量的技术目标、开发苛刻条件下阻垢剂和确定用膜分离技术防止结垢的可行性而开展工作。随后，研究者们将开发选择的分离方法和将技术构成的兼容性在实验室规模最佳化。最后，将用选择的中试规模的模拟现场试验集成的技术，以证实其性能。该技术将使燃煤电厂使用非传统水成为更可行。新技术的效益将包括：1）减少循环冷却系统的补水量；2）减少冷却塔排污水量；3）将使用非传统水的成本降至与使用新鲜水比较在合理的点上。
脉冲电场用于燃煤电厂冷却——Drexel大学进行了防止垢沉淀的物理方法的扩展研究，防碍该技术推广应用是去除沉淀的垢的一种低效的水过滤方汉，在这一计划中，研究者将开发一种基于新型过滤和物理水处理集成系统的防垢技术，目的是减少冷却塔排污。过滤器将采用自净化金属膜，使用电脉冲使水分子在过滤膜上迅速极化，这样，水分子被吸引到膜上，将附着的颗粒物排挤掉，然后被去除。该系统开发后将进行确认试验。
该项研究可能带来的效果包括在较高浓缩倍数下运行的能力，这样可减少冷却塔排污水量。因
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此也减少了新鲜水补充量。由于所需之阻垢剂和生物垢防止剂减少，有利于环境保护。
用于热电厂淡水回收的Air2AiR TM冷凝技术——Spx冷却系统将评价它的Air2Air TM冷却在燃煤电厂冷却塔上的应用。传统的蒸发式冷却塔利用水的蒸发潜热转移热量和冷却剩余的水。冷却塔的出口空气流被水蒸汽饱和。Air2Air TM结构的冷却塔可因使用低于环境温度的冷空气来冷凝蒸汽而回收部分蒸汽，使否则会散发到大气中的水得以回收。得到的冷凝液是高纯水，水质接近蒸馏水，可将其收集起来供电厂其它使用或者返回冷却塔，水的回收率一般每年15%~25%，与冷却塔的地理位置（气候）有关。
研究者们将按季节和每天的时间分段获得的结果量化Air2Air TM的保水能力。他们将测定在运行期间的压力降和能量的用量。同时，SPX冷却系统还将分析水质和确定现场可能使用回收水的工艺，进行的研究也将考查冷冻状态下的运行。为了消除羽状水柱，将开发湿/干空气混合系统，还将研究从冷却塔风扇排出的羽状水柱的消散。该计划由于采用该冷凝技术回收蒸汽，可能显现出明显的节水效果。
斑马贝类污染的环境安全控制——斑马贻贝类是一类很小的指甲大小的双壳类，生活在河流和湖泊中，密度很大，它们可以通过其黏性的基部螺纹附着于任何硬表面。斑马贻贝附着在冷却水入口结构物上都可以导致明显的设备损耗。为了控制斑马贻贝，需要有一种经济、安全的方法。研究者与新纽约州教育部一起正在评价一种天然存在的细菌，Pseudomonas fluorescens,业已表明，这种细菌可选择性地致死斑马贝类，不会危害其它生物，正在进行现场试验。
研究表明，这种方法比当前使用的杀生剂例如氯气对环境更安全，但如果这种方法被广泛采用，它必须在成本上有竞争力，为了使每个细菌细胞产生更多的毒素，正在进行所需的关键养分实验室试验。
先进的水处理和检测技术——汞以及其它痕量元素一旦被从烟道气中去除，其最终的归缩是人们所关心的。防止这些“空气污染物”转移到地面或地表水中是问题的关键。此外，来自用于控制氧化氮排放的选择性催化还原系统的氨可能转移到电厂废水中。为了检测和去除电厂废水中的Hg、As、Se和其它成分，需要研究先进的检测和去除技术，严格排放标准。
As、Se和Hg的最终归缩——Hg，As和Se经常以微量水平存在于电厂烟道气和废水中。此外，来自于No x选择性催化还原系统（SCR S）的“氨漏”可能进入废水例如FGD废水和冲灰水中，T V A和EPRI正在进行为期3年的去除电厂废水中的As、Se和Hg以及氨和硝酸盐的技术研究。它们试验了含零价铁的提取沟。此外还试验了湿地脱硝。这些课题的目标是：1）试验和安装一个提取沟；2）监测As、Se和Hg在处理系统中的移动；3）评定该处理系统对每种成分的去除效率；4）测定该处理系统每个组元对As、Se、Hg的物种形成的处理效果。该处理系统的结构是完整的，目前正在进行性能测试。
关于西费基尼亚矿区土地复恳以市场为基础的探讨论证——EPRI论证了被废弃的矿区土地（AML）通过创立适宜销售的水质和碳排放的信誉示范了一项立足于市场的研究。一项以市场为基础的研究试图开发土地的多重生态资产价值，包括水质、碳和物种，因此代表一条AML复垦的新途径。这一途径将使AML复垦在经济上更有吸引力，因此增加复垦地点的数目并改善以前矿区土地的环境和生态状况。该方案包括西维吉尼亚的AML 30英亩的复垦。具体措施是：1）安装一套被动的酸性矿井废水处理系统；2）用飞灰作为矿山土壤改良剂；3）为了捕获和截留大气中的二氧化碳重新造林。测定了水质和二氧化碳的吸收，环境经济法则被用于开发补救处理的成本和环境效益。由于减少了酸性采矿废水而产生的水质信誉和由土壤改良剂带来的其它益处以及由于36000株以上的树苗规划而形成了潜在信誉。
用于再生和回用锅炉排污水的新型阴离子黏土吸附剂——南加里福尼亚大学与Media and praess技术公司以及南加里福尼亚的煤气公司一起正在研究新型阴离子黏土吸附剂用于电厂废水的处理、再生和回用，特别是含重金属例如As和Se
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的锅炉排污水。
第1阶段是从两套装置收集废水水样，分析金属含量。根据分析结果、配制含有不同As和Se含量的模拟废水，以便研究用阴离子黏土材料去除这些金属的方法。模拟排污在相应的排污温度下分批试验其吸附速率和等温线。为描述该试验的动力学数据，开发了均匀表面的扩散模型，该阶段于2005年8月完成。
在第2阶段，为测定在流动状态下的吸附容量并将其与通过分批研究确定的吸附等温线评估的吸附容量进行比较，将通过在填充床中的流动试验验证该扩散模型，这些试验都将与吸附剂结构和它与感兴趣的氧阴离子相互作用相结合。组合的模拟和试验研究将对现有吸附剂是如何起作用的提供深入了解，并对电厂用第2代吸附剂的开发提供指导。
烟道气洗涤废水的新处理方法——由Clemson 大学进行的该项研究评价了专门设计的中试规模的结构湿地处理系统。用于处理燃煤电厂FGD废水的目标成分，该课题的总目标是降低FGD废水的目标成分（Hg、As、Se）的浓度，使其达到NPDES 和CWA制定的排放标准。该项目研究的特殊目的如下：1）测定该处理系统在降低FGD废水中（Hg、Se、As）目标成分方面的性能；2）确定如何达到评述的性能（反应和速度）；3）测定这些元素的生物药效降低方面的性能（即在结构湿地中沉淀物毒性和处理系统流出水的毒性）。结论
淡水水源和安全可靠的电能之间有密不可分的联系。热力发电需要有足够且有保障的水源。在许多缺水地区，电厂以当前的淡水取用辛和消耗率维持连续运行正在成为问题。电厂与家庭、商业、农业、工业和其它用水部门争用淡水越发明显，并且由于水的可得性和水质问题将会有更大的压力弃置现有电厂和拒批新的电厂。
在应对国家能源可持续性和安全性的挑战和应对水的可得性和水质的挑战中，DOE/NETL正在进行一项R&D计划，其着重点是开发和应用先进的技术和概念，改进电厂对新鲜水的使用和产生的影响。计划的目标是确保到2015年这些技术可用于开发，使电厂的淡水取用量和消耗量降低5%~10%，将电厂的运行对水质的影响降低到最小程度。目前正在进行评定和开发非传统冷却水和工艺水、先进的冷却水技术、革新的水回用和回收技术以及先进的废水处理和检测技术等方面的研究。整个工作包括评估、分析、实验室中间试验，并且与工业、学术界、技术开发者和其它政府机构合作进行。预计，该项研究将为热电部门减少淡水取用量和消耗量提供必要的手段。减少了用水量将有助于缓解日益增长的电力需求和日益增长的淡水水源压力之间的冲突。
（纪永亮编译）
第２９届中国水处理年会预通知
由中国化工学会工业水处理专业委员会主办的“２００９中国水处理技术研讨会暨第２９届年会”拟定于２００９年１０月１４日在桂林市召开，欢迎水处理业内专家、科技人员、市场营销人员出席会议。会议征文工作已近尾声，如需投稿请尽快发至学会邮箱：ｉｎｆｏ＠ｉｗｔｃｈｉｎａ．ｏｒｇ。论文集广告征订现已开始，如有需要请与学会联系，电话０２２－２６６８９３３２，联系人 康艳、崔岩。
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在中低温条件下温度和基质
组成对甲烷生成的影响
松本明人植木孝仁
［摘要］用蔗糖和多聚胨作基质通过分批试验研究了在中~低温条件下温度和基质组成对甲烷生成的影响。结果表明，同一基质间的甲烷生成速度在运行温度25℃和35℃下几乎相同。但当运行温度为15℃时，甲烷生成速度变小，当使用蔗糖基质时甲烷的生成量随温度的降低而减少，但当使用多聚胨基质时温度对甲烷的生成量影响很小，几乎是恒定的。
1 绪论
甲烷发酵与好氧处理不同，不需要供氧且可回收甲烷，是一种具有省能且能生产能量功能的工艺。近年来，面对以地球变暖为首要内容的地球规模的环境问题，作为石油能源替代技术的一个方面，人们期待从废水和废弃物回收能量的最佳方法。
然而在甲烷发酵中通常利用甲烷加热使之在中温或高温条件下进行，其研究报告也越来越多。
与其相反，不加温和低温甲烷发酵，以动物排泄物或粪便处理为主的废水污泥或屠宰场废水为处理对象的研究一直在进行，但与中高温条件下的处理研究相比，报告数量较少。关于基础研究，作为二相消化中的温度影响研究虽然也有包括低温条件的研究实例，但专门着眼于低温条件的研究数量非常有限。然而，从生产能量的观点考虑，必须以不存在加温消耗甲烷、不会大幅度减少甲烷生成量为前提，增加可利用甲烷的产量，取消甲烷加温设施才是最有利的，此外关于氨对甲烷发酵的阻碍作用，因温度越低游离氨的生成比例越低，就很难阻碍甲烷发酵。
本研究为了了解在25℃和15℃这二个设想的无加温条件下的甲烷生成特性，分别使用易于甲烷发酵的溶解碳水化合物蔗糖和蛋白质基质多聚胨与中温甲烷发酵的最佳温度35℃进行对比试验，研究这个温度及基质组成的影响。2 实验方法
本实验使用的种污泥取自财团法人长野县下水道会社千曲川下游管理事物所的中温厌氧消化槽的消化污泥，用容积为1L的恒化器型混会反应槽（JRT8天，35℃），用表1所示的同时含有蔗糖（10000mg/L）和多聚胨（10000 mg/L）的基质进行培养的种污泥。
用于实验的基质有两种：它们是蔗糖（10000mg/L）加缓冲剂和营养物以及多聚胨（10000mg/L）中加缓冲剂和营养物。表1为各基质的组成。
表1 基质组成
碳源(mg/L) 营养盐(mg/L)
蔗糖10000 (NH
4
)2HPO4700 多聚胨10000 KCl 750
NH4Cl 830
MgCl2?6H2O 815
MgSO4?7H2O 246
FeCl3?6H2O 416 NaHCO31000 CoCl2?6H2O 18
K2HPO4100 NiCl2?6H2O 10
CaCl2?6H2O 147
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以蔗糖或多聚胨为碳源，二者的缓冲剂和营养物的组成是相同的。在120mL 的管形瓶中混合基质10mL 、种污泥30mL ，密封，安置于恒温振动槽（振幅：3.5cm ，振动次数：120往复/分），进行分批试验。运行温度分35，75，15℃三个阶段，实验条件如表2所示，实验装置如图1所示。
表2 实验条件
基质
温度/℃ 运行天数 RUN1 蔗糖 35 14 RUN2 蔗糖 25 14 RUN3 蔗糖 15 21 RUN4 多聚胨 35 14 RUN5 多聚胨 25 14 RUN6
多聚胨
15
21
图1 实验装置示意图
3 分析项目
在实验过程中，每天用玻璃注射器计量气体生成量，并测定气体组成（TCD 式气体色谱法）。此外，对运行温度35℃的RUN1、URN4以及运行温度25℃的RUN2、RUN5需要测定实验开始时和实验开始后的0.5,1,2,4,7,10,14天时管形瓶内溶液的pH （玻璃电极法）、总有机碳（680℃燃烧触煤氧化/NDIR 法）、挥发性能脂肪酸浓度（FID 式气体色谱法）；另一方面，对运行温度为15℃的RUN3、RUN6需测定实验开始时和实验开始后的0.5,1,2,4,7,14,21天时上述内容。
此外，由于本研究着眼于作为基质加入的溶解
性有机物呈现的甲烷生成特性，所以，作为表达溶解性有机物及由它们生成的挥发性脂肪酸特性的指标，将管形瓶内溶液进行离心分离（3000rpm ，15min ）,再将上清液用孔径为0.45μm 的膜滤器进行过滤，滤液中的总有机碳（TOC ）浓度是本实验关注的目标。本文把按这样的顺序测定的TOC 表示为FTOC 。
4 实验结果及分析
4.1 水质的随时间变化
pH 随时间的变化如图2所示。在使用蔗糖为基质的运行中pH 在6.9~7.8范围内变化，在以多聚胨为基质的运行中pH 在7.3~7.8范围内变化，比前者稍高。
图2 pH 随时间的变化
在蔗糖基质中的FTOC 随时间的变化如图3所示。FTOC 去除率随时间的变化如图4。
图3 FTOC 的随时间变化（蔗糖基质）
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图4 FTOC 去除率随时间的变化
实验开始时的FTOC 是，运行温度35℃的RUN1为1230mg/L ，运行温度25℃ RUN2为1130mg/L 。两者都是从实验开始后FTOC 的去除很快，也就是说，RUN1在实验开始后的0.5天达到了470mg/L （FTOC 去除率62%，以下括号内为FTOC 去除率），1天后为220mg/L （82%），断定此刻FTOC 的去除大体结束。RUN2实验，在开始后1天为390mg/L （65%），2天后170mg/L （85%），断定为FTOC 的去除大体结束。另一方面，运行温度为15℃的RUN3，与RYN1和RUN2比较，FTOC 去除的速度稍慢，即在实验开始时FTOC 为1210mg/L ，而在实验开始后的0.5天时为950 mg/L(21%)，2天后为660mg/L(45%)，7天后为330mg/L(73%)。而从第7天以后，FTOC 的去除进行的更慢，实验最后1天即21天后为210mg/L(83%)。
在聚多胨基质中的FTOC 的随时间变化如图5所示。
图5 FTOC 的去除率随时间变化（多聚胨基质）
图6 FTOC 去除率随时间的变化（多聚胨基质）
在多聚胨基质中，运行温度为35℃的RUN4及运行温度25℃的RUN5，在实验刚开始后FTOC 的去除明显，RUN4在实验开始时FTOC 为1220mg/L ，实验开始1天后为500mg/L(59%)，4天后为160mg/L(87%)，FTOC 的去除大体结束。RUN5试验中，开始时FTOC 为1150mg/L ，2天后为420mg/L(63%)，4天后为210mg/L(82%)，断定为FTOC 的去除基本结束。另一方面，运行温度为15℃的RUN6与用蔗糖作基质的情况相同，与RUN4或RUN5比较，FTOC 去除缓慢，实验开始时的FTOC 为1190mg/L ，4天后为790mg/L （34%），7天后为490mg/L(59%)，14天后为160mg/L(87%)，断定FTOC 的去除基本结束。
如上所述，从开始到FTOC 的去除基本结束这一期间，我们明白了与运行温度25℃及35℃比较，运行温度变为15℃时，FTOC 去除速度大幅减慢。另一方面，最后残留的FTOC 浓度由于运行温度的不同而不同，但同一基质间相差不大。
由加入之蔗糖或多聚胨生成的各种挥发性脂肪酸（醋酸、丙酸、n-酪酸）合计值随时间的变化如图7所示。首先，就35℃和25℃温度来叙述，在蔗糖基质的场合，运行温度35℃的RUN1，在实验开始后的半天最高值为690mg/L ，运行温度25℃的RUN2，在实验开始1天后最高值为590mg/L ，此后挥发性脂肪酸浓度急剧下降，从第2天以后，两个RUN 基本都是不到残存了。聚多胨基质在运
行温度为35℃的RUN4中实验开始半天后达到最高值780mg/L ，在运行温度为25℃的RUN5中，实
验开始1天后达到最高值580mg/L，2天后RUN4达到340mg/L，RUN5达到400mg/L，虽然还残留挥发性脂肪酸，但第4天后几乎不存在了。与此相反，运行温度为15℃的RUN3及RUN6，实验开始4天后仍有挥发性脂肪酸残存。也就是说，以蔗糖为基质的RUN3在实验开始4天后最高值为560mg/L，实验最后1天即第21天仍有140mg/L挥发性脂肪酸残存。以聚多胨为基质的RUN6的情况是，实验开始4天后最高值为760mg/L，第7天仍有520mg/L挥发性脂肪酸残存，但从第14天后几乎没有了挥发性脂肪酸。然而，在聚多胨基质中与运行温度无关，所有的RUN中都有丙酸检出，与此相反，在丙酸基质中，运行温度35℃和25℃测出的挥发性脂肪酸大部分为醋酸。但有趣的是，即使蔗糖基质在运行温度变成15℃时有时在醋酸以上检出丙酸。关于n-酪酸，在任何RUN实验中，其浓度至始至终都非常低。
综上所述，可以认为，没有阻碍甲烷生成的挥发性脂肪酸累积，在全部的RUN中都能进行良好的甲烷发酵。
图7 全挥发性脂肪酸浓度随时间的变化
4.2 甲烷生成特性
在蔗糖和聚多胨基质中的累积甲烷生成量随时间变化如图8、图9。
蔗糖基质在运行温度35℃的RUN1和运行温度25℃的RUN2中都是从实验开始后就顺利地生成甲烷，RUN1在实验开始0.5天后达到224mL/L。1天后达到611mL/L，2天后达到790mL/L。第
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图8 累积甲烷生成量随时间的变化（庶糖基质）
图9 甲烷累积生成量的随时间变化（聚多胨基质）
天后，甲烷生成量增速变缓，实验结束时（14天后）达到1161mL/L。RUN2在实验开始后0.5h达到102mL/L，1天后达382mL/L，2天后达682mL/L。此后甲烷的生成量增加变缓，实验结束时（14天后）达到947mL/L。另一方面，运行温度为15℃的RUN3与RUN1或RUN2相比，甲烷生成开始时较慢，实验开始1天只有28mL/L，但此后甲烷生成量缓慢增加，2天后达到94mL/L，4天后达到280mL/L，7天后达到533 mL/L。而第7天后，甲烷生成量的增加变缓，到实验结束时（21天后）达到759mL/L。
在聚多胨基质中也是运行温度35℃的RUN4和25℃的RUN5从实验一开始就顺利地生成甲烷，RUN4在实验开始后0.5天甲烷达到209mL/L。1天后达到509mL/L，3天后达到974mL/L。此后甲烷生成量的增速变缓，实验结束时（14天后）达到1168mL/L。RUN5的情况是，实验开始1天后甲烷生成达297mL/L，2天后达656mL/L，4天后达
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965mL/L。此后甲烷生成量的增速变缓，实验结束时（14天后）达到1189mL/L。另一方面，运行温度15℃的RUN6与RUN4或RUN5比较，其甲烷生成开始较慢，实验开始1天后只有35mL/L，但此后逐渐增加，实验开始2天后达99mL/L，4天后达287mL/L，11天后达到913mL/L。自第11天以后，甲烷生成量增速变缓，14天后达到988mL/L，实验结束时（21天后）达到1050mL/L。
然而累积甲烷生成量随时间变化的座标图可以分成二部分，任何一个实验都分为从实验一开始，甲烷累积生成量的增加顺利出现的部分以及甲烷累积生成量的增加开始大大趋缓的时刻以后的部分。而当与FTOC或FTOC去除率随时间的变化比较时，FTOC去除几乎终止的时刻和甲烷生成量增加开始大大变缓的时刻大体是一致的。因此可以认为，加入的基质到甲烷生成量增加开始明显减少时被转换成了甲烷。因此，下面本文将用在甲烷生成量增加开始大幅减少时的累积甲烷生成量进行考察。
在蔗糖基质的场合，甲烷生成量的增加开始明显减少时的累积甲烷生成量，在35℃时为790mL/L，25℃为682mL/L。15℃为533mg/L，随着运行温度的下降，甲烷生成量减少，但在运行温度为15℃的场合，在第7天，挥发性脂肪酸残存量较多，因此用在甲烷生成量增加开始明显减少时被去除的FTOC除累积甲烷生成量求出每种温度下被去除的FTOC的甲烷生成量时，就可以知道，在35℃时为0.77mL/mg，25℃为0.71mL/mg，15℃为0.61mg/mg，每单位被去除的FTOC的甲烷生成量也随运行温度的降低而减少。
与此相反，在聚多胨的场合，甲烷的累积生成量在其生成量的增加开始明显趋缓时分别是，35℃为974mL/L，25℃为965mL/L，15℃为913mL/L，在15℃甲烷的累积生成量虽有所减少，但与蔗糖的场合相比，温度的影响较小，尚且，在计算聚多胨基质中每去除单位FTOC的甲烷生成量时，分别是，35℃为0.92mL/mg（用第4天的FTOC计算），25℃为1.03mL/mg，15℃为0.89mL/mg（用第14天的FTOC计算）。但在35℃和15℃，在累积甲烷生成量和FTOC的测定日方面不吻合，有可能将每去除单位FTOC的甲烷生成量估计得偏低。
首先，与聚多胨基质比较，蔗糖基质全部累积甲烷生成量以及单位FTOC的甲烷生成量的变少，其理由可以认为碳水化合物的菌体收率Y（典型值是0.35细胞/g COD消耗）比蛋白质系基质中的菌体收率Y（典型值是0.20g细胞1g COD消耗）高。此外，根据蔗糖分子式计算的COD换算系数为1.12mg COD/mg蔗糖，而根据过去进行的试验求得的聚多胨的COD换算系数为1.2mg COD/mg聚多胨，因此，可以认为是由COD对基质的等量差别造成的。
其次关于用蔗糖基质看到的运行温度低时累积甲烷生成量以及被去除的单位FTOC的甲烷生成量减少的现象，有报告指出，在屠宰场废水的甲烷发酵中随着运行温度的下降甲烷转化率下降的现象，作为理由，也叙述了菌体收率随温度的变化而变化了的可能性。关于运行温度和菌体收率的变化，有必要认为研究菌体自己分解的影响等因素，但运行温度对累积甲烷生成量的影响随基质不同而异，这是个令人感兴趣的结果。
接着，用累积甲烷生成量随时间的变化求出了甲烷生成速度常数。所谓甲烷生成速度常数是根据实验期间的累积甲烷生成量求出的甲烷生成速度，设实验期间内累积甲烷生成量为G，在经过时间t 内累积生成的甲烷量为Y，则由甲烷发酵的甲烷生成速度用下式表示。
Dy/dt=K(G-Y) (1) 式中：K为甲烷生成速度常数。
将式（1）积分，则
ln(G-Y)=-kt+lnG (2) 将式（2）改写，则
ln[(G-Y)/G]=-kt (3) 将ln[(G-Y)/G]\和t和关系作图，求出通过原点的回归直线，求得K，因10为求得甲烷生成速度常数K的曲线较长。
根据图10可以求出蔗糖基质的甲烷生成速度K在35℃为0.304/天，25℃为0.302/天，15℃为0.155/天；聚多胨基质的甲烷生成速度常数K在35℃为0.347/天，25℃为0.331/天，15℃为0.195/天。通过
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图10 ln[(G-Y)/G]和t 的关系
甲烷发生速度常数，可以表明，在同一基质间，35℃和25℃的甲烷生成速度没有明显差别，在15℃时生成速度明显降低。此外，有报告指出，虽然不是求甲烷产生速度常数，但在屠宰场废水的甲烷发酵中通过求甲烷活性的研究，在30℃和25℃的平均比甲烷生成速度虽然未变，但在20℃的比甲烷生成速度有明显下降。另一方面，用醋酸、丙酸、酪酸组成的混合酸作基质进行的甲烷发酵研究发现，在HRT 10天以上运行，比甲烷生成速度与温度（15~50℃）无依赖关系。
与蔗糖基质比较，聚多胨基质在所有温度下甲烷生成速度常数都取稍大的值。
5 结论
作为溶解性的碳水化合物蔗糖，而作为蛋白质聚多胨，用以它们为主成分的基质，使运行温度分别在35，25，15℃，研究了温度变化对甲烷生成特性的影响，其结果如下：
1）35℃及25℃的甲烷生成速度常数，在同一
基质间与运行温度无关，基本是相同的，蔗糖基质分别为0.304/天和0.302/天，而聚多胨基质分别为0.347/天和0.331/天。另一方面，当温度为15℃时甲烷生成速度常数大幅度变小，蔗糖基质为0.155/天，聚多胨基质为0.195/天。
2）累积甲烷生成量，在用蔗糖基质时受运行温度影响，随着温度的降低而减少，与此相反，用聚多胨作基质时，温度的影响很小，几乎不变。
3）累积甲烷生成量与聚多胨基质的场合比较，用蔗糖基质则生成量少，其原因一般认为，在碳水化合物系基质中的菌体收率比在蛋白质系基质中的菌体收率高。
纪永亮译自[日]工?用水No.593,76-82,2009-03
【国外文献摘要】
使用多孔陶瓷进行水的净化处理 Tamaki ，Jun ；等（Kinki Univ.，Japan ）Kinki Daigaku Sangyo Rikogakubu Kenkyu Hokoku2006，5，7～12（日文） 用飞灰（炭灰）和玻璃瓶制备而成的多孔陶瓷常用于水的净化处理。当15L 模拟废水（包括100mL 牛奶和10mL 活性物）在含有750g 多孔陶瓷的玻璃槽中循环5天 ，废水的COD 从250～270 mg/L 降至10mg/L 。这种结果证明水的净化达到95%～96%。。在相同条件下，分别循环5天和10天后，BOD 从740～800 mg/L 下降到10 mg/L 和2.6 mg/L 。这些结果说明水的净化率达到99.0%和99.7%。
使用废塑料生产的聚合絮凝剂净化废水的技术 Bekri-Abbes ，Imene ；等（Unite de Recherche sur les Materiaux,Tunisia ）Desalination2007，204（1～3），
198～203（英文） 表面水处理中的一种最重要的处理工艺是混凝处理。地表水如河水和湖水含有悬浮颗粒和浊度。使用混凝剂，通过絮凝处理，接着
沉淀并过滤，可以从原水中去除这些杂质。除了常用的化学处理如明矾和氯化铁，聚合物如磺化聚苯乙烯处理也较普遍。在本研究中，我们对废塑料感兴趣；含有非聚苯乙烯的添加剂通过化学改良被转变成聚合絮凝剂。特别是，由白色咖啡杯组成的聚苯乙烯被磺化生产一种水溶性聚合物。这种磺化的特征是使用FTIR 技术，磺化度利用滴定确定。该聚合物可以在絮凝处理一种高岭土悬浮液后，提供高的上层清夜净化度。该材料提供比常用聚合物絮凝剂处理更纯的废水处理的上层清液。本研究报告了一种新的再生技术用于使废塑料转变成功能聚合物。
水源地生态保护和水质发送技术的理论与实践
吕锡武李光宁
1 前言
随着20世纪以后的化学工业发展，大量化学物质排放到环境中。在现存的200万种以上的化学物质中，人工合成的化学物质超过数十万种，其中约7000种以上是大量生产。现在水环境中已被检出的化学物质约达10万种。工业排水和城市排水，以及农村流出的化肥和农药，使大量化学物质流入环境，成了水源地污染的主要原因。
越来越严重的水源地污染问题，是对净水技术的挑战，对于在数十年或百年以上使用的传统处理技术来说，早已超出了他的处理范围。这些技术主要是经絮凝、沉淀、过滤及消毒等去除原水中的悬浮物和胶体粒子，而对氨氮及大量有机污染物没有去除效果，有机污染物在消毒过程中生成的副产物也担心有致癌性。
地球上半数以上的水源地都没有达到世界卫生组织（WHO）的饮用水标准的规定值，尤其是发展中国家（包括中国）占的比例高。由于净水技术问题及工艺不完备等，全世界由于污染引起的疾病每年发生40亿件，约2 000万人死亡。平均每8min 有一名儿童因为不卫生饮用水而发病。
含在饮用水中的有机污染物对人们的健康有很大影响，饮用水的安全性令人担忧，确保水源地水质安全的研究是当务之急。本文就其生态学的水源保护和水质改善技术理论和实施例作以介绍。
2 使用生态混凝土的水库湖改善水质
在水的长期浸渍作用下，水库湖岸容易发生崩溃的情况。为了防止这种情况，设置混凝土和石块作护岸。对于通常的混凝土和石块护岸来说，因为使用的是无空隙的材料而隔断了水与土壤的接触，水库湖周围的陆地与水完全分离，成了独立体。像这样的护岸就防碍了水域与陆域间的正常物质循环和能量循环，而且植物也不能够在混凝土之类的无空隙的硬材质上生长，动物也失去了生长的场所。其结果造成生物物种减少，生物多样性指标降低，自然生态体系遭到破坏，失去了生态学特有的水质净化作用。另外，使用通常的混凝土护岸因为植物不能生长，景观上存在问题，而且丧失了自然岸边固有的亲水性。
生态混凝土（多孔混凝土），是用特殊的制造方法在水泥内部生成连续的空隙结构，是具有良好的通气性和透水性的新型建筑材料。通过在河流、湖泊等护岸的维护上应用生态混凝土特有的多孔结构和巨大的比表面积，使植物和微生物可以生息，可大幅度提高生态功能和水的自净作用。
生态混凝土护岸，是使用生态混凝土通过人工制成的接近自然型护岸。如果从地理学的观点看，生态混凝土护岸形成了活化物质循环的空间。如果从环境科学的观点看，生态混凝土护岸是净化污染物的场所。从水文学的观点看，生态混凝土护岸是确保地下水和地表水循环的通路。从生态学的观点看，生态混凝土护岸是植物和微生物的繁殖场所。
水源地的水容积如果大，滞留时间就长。生态混凝土护岸和人工渔礁等的设置，可以通过水生植物、鱼贝类和微生物的食物链发挥水质净化功能。使用像这种生态工程学的方法对污染物，尤其是微量有机污染物和氨等有望得到净化。
在水源地通过建立良好的生态系统，使水域的水的自净作用大幅提升，而达到改善水质的目的，被作为净化对象的水，在水源地滞留时间要比在净水厂的时间长。因此生态功能良好的水源地，其有机污染物和氨的水质指标的改善是显著的。尤其对POP S之类的难分解性有机污染物，用通常的净水工艺去除几乎是不可能的，而在水源地通过自然净
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