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關(guān)鍵詞:城鎮(zhèn)生活污水;現(xiàn)狀;處理技術(shù)
1.城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施現(xiàn)狀
據(jù)住建部統(tǒng)計,截至2012年底,全國設(shè)市城市、縣累計建成城鎮(zhèn)污水處理廠3340座,污水處理能力約1.42億立方米/日,全國已有648個設(shè)市城市建有污水處理廠,占設(shè)市城市總數(shù)的98.5%;累計建成污水處理廠1947座,污水處理能力約1.22億立方米/日,全國已有1254個縣城建有污水處理廠,約占縣城總數(shù)的77.7%,累計建成污水處理廠1393座,處理能力2421萬立方米/日??梢?,雖然城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施的建設(shè)已經(jīng)取得很大成就,一部分縣城和大量的中小城鎮(zhèn)沒有污水處理廠,將來仍將有大量的城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施需要建設(shè)。
城鎮(zhèn)的人口規(guī)模一般在2000人以上,10萬人以下,按此規(guī)模興建的污水處理設(shè)施,既要滿足環(huán)境保護排放標(biāo)準(zhǔn)的要求,也要“建的起”和“用的起”,選擇適合的技術(shù)和工藝就非常關(guān)鍵了。很明顯,研究并探討適合城鎮(zhèn)的污水處理技術(shù)具有深遠的現(xiàn)實意義。
1.1 發(fā)展不平衡
表現(xiàn)在以下幾點:①東西部地區(qū)污水處理能力相差較大。東部沿海省份經(jīng)濟發(fā)展較快,污水處理能力比中西部地區(qū)高,如東部地區(qū)的城市和縣級單位污水處理能力分別比西部高出5%~6%和44%。②大中城市和縣城、小城鎮(zhèn)的污水處理能力也有明顯差別,小城鎮(zhèn)雖沒有統(tǒng)計數(shù)據(jù),但可以推斷要低很多。
1.2 配套污水排水管網(wǎng)建設(shè)拖后腿
隨著我國污水管網(wǎng)建設(shè)取得了長足的進步。但是,與污水處理廠的建設(shè)數(shù)量和處理能力相比,其建設(shè)速度相對滯后。2005~2012年間,城市配套管網(wǎng)建設(shè)的增長速度均低于污水處理能力的增長速度,年均相差3~5個百分點??h城及建制鎮(zhèn)的管網(wǎng)不配套問題更加突出??傮w來說,配套管網(wǎng)增速落后于污水廠能力建設(shè)增速約26個百分點,落后的幅度有越來越大的趨勢。
1.3污泥處理存在不足。
①由于對污泥利用的認(rèn)識存在不足,國內(nèi)污泥處理處置的起步較晚,許多城市沒有將污泥處置場所納入城市總體規(guī)劃,很多處理廠難以找到合適的污泥處置方法和污泥棄置場所,導(dǎo)致小城鎮(zhèn)的污泥處置即最終出路存在嚴(yán)重問題,這將為環(huán)境污染帶來巨大危害。因此,目前小城鎮(zhèn)的污水處理廠污泥以填埋為主。由于污泥含水率高,影響填埋場的正常作業(yè),且重金屬和有毒有害有機物污染地表和地下水系統(tǒng)。②重水輕泥現(xiàn)象普遍。我國污泥處理起步較晚,且早期建設(shè)的污水處理廠普遍存在“重水輕泥”現(xiàn)象。目前,我國運行的污水處理廠已達到3300多座,設(shè)計處理生活污水能力達到1.42億噸/日。產(chǎn)生含水率80%的污泥2000多萬噸/日,但只有10%左右通過堆肥技術(shù)處理后回用到土地。另外有20%采用衛(wèi)生填埋,還有少量采用焚燒、建材利用等方式進行處置。其余的70%都只是隨意外運、簡單填埋或者堆放,對環(huán)境造成嚴(yán)重影響,且抵消了部分污染減排成果。污泥處理處置能力不足、污泥處理處置設(shè)施建設(shè)和運行資金投入不足、責(zé)任主體不明、監(jiān)管缺位等原因都對污水處理廠污泥的處理處置造成了直接影響。
1.4 污水處理再生利用不夠
我國水資源短缺,且分布嚴(yán)重不均,進一步加劇了不少地區(qū)的水資源短缺程度。目前,正常年份全國每年缺水量400億立方米,有400余座城市供水不足,嚴(yán)重缺水的城市有110座,近2/3的城市存在不同程度的缺水。但是,污水再生利用情況與水資源短缺的現(xiàn)狀并不匹配。截至2010年底,我國形成的污水再生利用生產(chǎn)能力1082.1萬噸/日,實際再生利用總量923萬噸/日,不到全國城鎮(zhèn)污水處理總量的10%,污水再生利用空間仍然很大。
2.城鎮(zhèn)生活污水及其處理難點
城鎮(zhèn)生活污水是指人類因維持日常生活水平而排放的污水,來源包括廚房污水、洗浴污水、化糞池污水、洗滌污水等。目前城鎮(zhèn)生活污水處理難點主要在于是:(1)生活污水成分日益復(fù)雜,污染評價難度大,而且污染負(fù)荷隨晝夜、季節(jié)發(fā)生變化,這些都對正確選擇處理方法、合理設(shè)計處理工藝、準(zhǔn)確估計處理效果以及正常維護處理設(shè)施產(chǎn)生很大影響;(2)隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,污水水質(zhì)也愈來愈復(fù)雜,傳統(tǒng)的處理工藝在用地、運行費用、投資、人員專業(yè)知識等方面受到當(dāng)?shù)乜陀^條件現(xiàn)在,而一些新興的處理工藝大多建立在實驗室或中試結(jié)果基礎(chǔ)上,實際應(yīng)用效果受當(dāng)?shù)刈匀慌c生態(tài)環(huán)境影響很大;(3)考慮當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展水平等制約因素和地方保護主義等抵制因素,城鎮(zhèn)生活污水實際處理不一定能采用最佳的處理技術(shù)和工藝。污水處理是資金密集型工程,不僅需要投巨資建設(shè)污水處理廠和相應(yīng)的污水收集管網(wǎng),而且污水處理廠的日常運行費用也非常高昂。此外,小城鎮(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展水平偏低,對專業(yè)技術(shù)人員的吸引力有限,也會影響污水處理廠的管理和維護工作。因此,目前絕大多數(shù)小城鎮(zhèn)不具備建設(shè)和運行污水處理廠的經(jīng)濟承受能力。
3.城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施的技術(shù)選擇
3.1 確定污水處理規(guī)模
污水處理規(guī)模與城鎮(zhèn)人口、社會經(jīng)濟水平、排水體制、工業(yè)廢水量、規(guī)劃年限、進水水質(zhì)、出水水質(zhì)、污水排放與再生利用、污泥的綜合利用等因素有關(guān),在確定污水處理規(guī)模時要進行全面詳細(xì)的調(diào)研,要將實際情況調(diào)查清楚,不留盲點。
3.2 考慮污水管網(wǎng)
前面已經(jīng)討論了一些地方污水管網(wǎng)不配套的問題,要讓污水處理設(shè)施真正發(fā)揮實效,就必須充分考慮管網(wǎng)的建設(shè)。對于已建污水處理廠,通過完善管網(wǎng),解決污水管網(wǎng)與污水處理廠處理能力不匹配的問題,提高污水處理率和污水處理廠運行負(fù)荷。對于在建和新建的污水處理廠,要充分做好污水管網(wǎng)布設(shè)與污水處理廠建設(shè)規(guī)模配套的評估工作,使污水處理廠的環(huán)境效益最大化。
3.3 污水處理的工藝選擇原則
城鎮(zhèn)污水處理工藝選擇,是根據(jù)城鎮(zhèn)水環(huán)境質(zhì)量要求、來水水質(zhì)情況、可供利用的技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)、城鎮(zhèn)經(jīng)濟狀況和城鎮(zhèn)管理運行要求等諸多方面的因素綜合確立的。在已建設(shè)運營的城鎮(zhèn)污水處理廠中,一級處理、二級處理和深度處理都占有一定的比例。鑒于我國目前面臨的水環(huán)境污染嚴(yán)重的現(xiàn)實,以及水環(huán)境污染以有機型污染為主的特點。今年來在建和建成投產(chǎn)的城鎮(zhèn)污水處理廠中,二級和二級以上的處理廠占絕大多數(shù),因此城鎮(zhèn)污水處理工藝的選擇,重點是二級生物處理工藝的選擇。
3.4加大再生水回用力度
在缺水少水的地區(qū),應(yīng)大力發(fā)展再生水回用技術(shù),將再生水利用至工業(yè)、市政、景觀等領(lǐng)域。采用分散與集中相結(jié)合的方式,建設(shè)污水處理廠再生水處理站和加壓泵站。在具備條件的機關(guān)、學(xué)校、住宅小區(qū)新建再生水回用系統(tǒng)。加快建設(shè)尾水再生利用系統(tǒng),鼓勵回用于工業(yè)生產(chǎn)和市政用水等。到2015年,確保城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施再生水利用率達到15%以上。
4.常用城鎮(zhèn)生活污水處理的對策
雖然我國城鎮(zhèn)污水處理事業(yè)發(fā)展很快,但是許多中小城鎮(zhèn)還沒有污水處理設(shè)施,污水處理設(shè)施的建設(shè)還有很長的路要走。城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施的建設(shè)要考慮到當(dāng)?shù)氐淖匀缓徒?jīng)濟條件,還要結(jié)合污水處理設(shè)施的技術(shù)特點。
4.1氧化溝法
工藝流程是:進水格柵氧化溝二沉池消毒池出水。污水在氧化溝中與活性污泥接觸,并在轉(zhuǎn)刷處曝氣,在環(huán)形溝內(nèi)完成生化反應(yīng)和污水的凈化。氧化溝法有Carrousel溝、三溝式、一體化式、Orbal溝等多種形式。優(yōu)點是:工藝簡單,可省去調(diào)節(jié)池、初沉池和污泥消化池;管理方便;處理效果好;抗沖擊能力強;運行費用低;但存在污泥上浮,流速不均及污泥沉積等問題。一般用于大中規(guī)模的污水處理。
4.2活性污泥法
工藝流程是:進水格柵初沉池曝氣池二沉池出水。其原理是是在人工充氧條件下,對污水和各種微生物群體進行連續(xù)混合培養(yǎng),形成活性污泥。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用,以分解去除污水中的有機污染物。然后使污泥與水分離,大部分污泥再回流到曝氣池,多余部分則排出活性污泥系統(tǒng)。優(yōu)點是:優(yōu)點是出水效果好,BOD去除率可達90%以上,運行穩(wěn)定。但一般曝氣池體積大占地面積大,基建費用高,對水質(zhì)、水量適應(yīng)性較低,運行容易 水質(zhì)、水量變化的影響。
4.3生物接觸氧化法
工藝流程是:進水調(diào)節(jié)池接觸氧化池二沉池出水。其原理是在生物反應(yīng)池內(nèi)充填填料,已經(jīng)充氧的污水浸沒全部填料,并以一定的流速流經(jīng)填料。在填料上布滿生物膜,污水與生物膜廣泛接觸,在生物膜上微生物的新陳代謝的作用下,污水中有機污染物得到去除,污水得到凈化。工藝優(yōu)點是池內(nèi)充氧條件好,容積負(fù)荷率高;采用高效懸掛填料時不容易堵塞;不需要污泥回流系統(tǒng),沒有污泥膨脹問題;運行管理簡單;抗沖擊能力強;有節(jié)能效果,是應(yīng)用廣泛的污水處理技術(shù)。不足之處曝氣難以做到分布均勻。填料上生物膜實際數(shù)量隨BOD負(fù)荷而變。BOD負(fù)荷高,則生物膜數(shù)量多;反之亦然;生物膜量隨負(fù)荷增加而增加,負(fù)荷過高,則生物膜過厚,在某些填料中易于堵塞;填料選用不當(dāng),會嚴(yán)重影響接觸氧化法工藝的正常使用。一般多用于中小規(guī)模的污水處理站[5]。
4.4 SBR法
工藝流程是:進水混合曝氣沉淀排水。主要工藝設(shè)備是SBR反應(yīng)池,在池中完成進水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置五個交替進行的周期。優(yōu)點是工藝簡單;處理效果好,能除氮磷;沒有污泥膨脹;有抗沖擊能力;占地少。缺點是自動化設(shè)備要求高,投資較大。SBR法適合中小規(guī)模污水處理以及土地緊張,但經(jīng)濟條件較好的地區(qū)。SBR法已發(fā)展出了各種新的形式,如ICEAS法、CASS法、DAT-IAT法、CAST法等。
4.5 AB法
工藝流程是:進水格柵沉沙池A段曝氣池中沉池B段曝氣池二沉池出水。AB法不設(shè)初沉池,A段為高負(fù)荷,B段是低負(fù)荷,兩段污泥分別回流,充分利用了污水管道中的微生物,為不同時期的微生物種群創(chuàng)造良好的生長環(huán)境。優(yōu)點是抗沖擊能力強;處理效果穩(wěn)定,可去除氮磷。不足之處是需要兩次出泥,增加了回流系統(tǒng);另外A段去除較多BOD時,可能造成后面碳源不足,影響脫氮。一般用于大中規(guī)模的污水處理。
4.6 再生水回用系統(tǒng)
再生水即“中水”,其主要是指城市污水或生活污水經(jīng)處理后達到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水。它可以用于一些水質(zhì)要求不高的場合,如沖洗廁所、沖洗汽車、噴灑道路、綠化等。利用污水處理廠二級生物處理出水作為中水水源時,處理目的主要是去除水中殘留的懸浮物,降低水的濁度和色度,應(yīng)選用物理化學(xué)處理(或三級處理),工藝流程如下:二級出水調(diào)節(jié)池化學(xué)處理過濾消毒中水。除了上訴方法以外,根據(jù)國內(nèi)外水處理技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r,還有一些典型的中水處理工藝流程。處理方法主要有混凝沉淀或氣浮、化學(xué)氧化法二氧化氯、臭氧、次氯酸鈉、氯、碘化鉀)、活性炭吸附法、膜處理法等,隨著水處理機理研究的不斷深入,新的處理方法、新的構(gòu)筑物、新的處理裝置和新的工藝流程會不斷出現(xiàn)。
(1)BAF法:也叫曝氣生物濾池法,該流程集生物氧化和截留懸浮固體物于一體,能同時達到去除SS、COD、BOD和硝化、脫氮脫磷功效。優(yōu)點是所需基建投資少,運行耗能低,出水水質(zhì)好,不足是維護起來比較復(fù)雜。
(2)分子生物技術(shù):隨著分子生物技術(shù)的發(fā)展和活性污泥微生物基因庫的建立,極大提高了污水處理效果。未來分子生物技術(shù)在城鎮(zhèn)生活污水處理領(lǐng)域應(yīng)用十分樂觀。
(3)MBR法:即膜-生物反應(yīng)器工藝,是目前被業(yè)內(nèi)最看好的新興污水處理技術(shù)之一。它有機結(jié)合了生物技術(shù)和膜分離技術(shù),具有生化處理效率高、抗負(fù)荷沖擊能力強、處理的水質(zhì)穩(wěn)定等特點,而且工藝占地面積小,還能夠?qū)崿F(xiàn)處理自動控制。
(4)人工濕地:通過構(gòu)建人工濕地系統(tǒng),在濕地植物、基質(zhì)和微生物共同作用,經(jīng)過多層過濾,降解污染,凈化水質(zhì)。具有投資少、工藝簡單、能耗低、維護管理方便等優(yōu)點。
5.結(jié)束語
隨著城市現(xiàn)代化不斷發(fā)展,城鎮(zhèn)生活污水排放量逐年增長,污水成分日趨復(fù)雜,我們應(yīng)根據(jù)水污染現(xiàn)狀采取針對性處理技術(shù)和措施,提高城市用水利用率。中國城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)尚處于發(fā)展階段,面對水資源短缺,水污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀,城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)的發(fā)展還有很長的路要走。目前來看,城鎮(zhèn)污水回用利用再生水是解決水資源不足水和水污染嚴(yán)重的一個非常有效的途徑。我國今后的發(fā)展中應(yīng)大力推廣污水回用技術(shù),切實利用好和保護好水資源,保證我國社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展。
參考文獻:
[1]胡曦明.城市生活污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢分析[J].民營科技,2012(1)
[關(guān)鍵詞]污水處理;發(fā)展;現(xiàn)狀
中圖分類號:X703 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)16-0337-01
一、污水的分類
按污水的來源分,污水處理分為生產(chǎn)污水處理和生活污水處理兩大類。生產(chǎn)污水主要包括工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)污水以及醫(yī)療污水等,而生活污水是平常生活中產(chǎn)生的污水,是指各種形式的無機物和有機物的復(fù)雜混合物,包括:漂浮和懸浮的大小固體顆粒;膠狀和凝膠狀擴散物;純?nèi)芤骸?/p>
按污水的性質(zhì)來分,水的污染有自然污染和人為污染兩大類。其中人為污染對水體危害較大。污染物主要有:未經(jīng)處理而排放的工業(yè)廢水;未經(jīng)處理而排放的生活污水;使用化肥、農(nóng)藥的農(nóng)田污水。
二、污水處理的方式方法
2.1 活性污泥法
活性污泥法主要包括傳統(tǒng)活性污泥法、間歇式活性污泥法、氧化溝。
(1)傳統(tǒng)活性污泥法:它是推流式的生物處理方法。這種方法可以根據(jù)具體的需要采用不同的負(fù)荷,以使處理達到最佳效果。由于歷經(jīng)不斷的改良,這種方法成熟可靠、運行簡單穩(wěn)定,能夠以合理的費用支出獲得相對優(yōu)質(zhì)的水,對一級處理的要求也低,因而目前它還是使用較為普遍的處理方法之一。
(2)間歇式活性污泥法:簡稱為SBR法。SBR能夠?qū)崿F(xiàn)高濃度進水、高容積負(fù)荷和高去除率,在處理高濃度有機污水方面獨具特色,而且對氮、磷、硫的脫除效果好,特別適合濃度高、排放量小的各種工業(yè)有機污水或廢水,如化工、造紙、印染等,同時也適合應(yīng)用于對出水水質(zhì)要求較高、水量水質(zhì)波動較大的旅游城市的污水處理。
(3)氧化溝:又可稱為氧化渠,它屬于懸浮生物處理技術(shù),與傳統(tǒng)活性污泥法相比,它流程簡單,構(gòu)筑物相對少,污泥產(chǎn)出量少且停留時間長,硝化反應(yīng)易進行,同時能夠承受水量、水質(zhì)的沖擊負(fù)荷,脫氮效果好、效率也高,對高濃度的污水或工業(yè)廢水有很強的稀釋能力,基建及運行費用也相對低,是目前我國采用較多的處理工藝之一。
活性污泥法流程為:
(1)曝氣池作為一個生物反應(yīng)器,容納廢水和回流的活性污泥形成的混合液;再通過曝氣設(shè)備充入空氣,使氧溶人混合液,產(chǎn)生好氧代謝反應(yīng);同時保證混合液得到足夠的攪拌處于懸浮狀態(tài),使廢水中的有機物、氧氣同微生物能充分接觸反應(yīng)。
(2)混合液進入沉淀池后,懸浮固體經(jīng)沉淀后和水分離,就有凈化水流出沉淀池。同時沉淀池中的污泥回流(稱為回流污泥)進曝氣池,確保曝氣池內(nèi)保持一定的懸浮固體濃度和微生物濃度。此外,在曝氣池中的生化反應(yīng)引起微生物的增殖,微生物流經(jīng)沉淀池時又被消除,來達到維持活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定運行的環(huán)境?;钚晕勰喑擞醒趸头纸庥袡C物的能力外,還要有良好的凝聚和沉降性能,以使活性污泥能從混合液中分離出來,得到澄清的出水。
2.2 生物膜法
在污水生物處理的發(fā)展和應(yīng)用中,活性污泥和生物膜法一直占據(jù)主導(dǎo)地位。生物膜法主要用于從廢水中去除溶解性有機污染物,主要特點是微生物附著在介質(zhì)“濾料”表面,形成生物膜,污水同生物膜接觸后,溶解的有機污染物被微生物吸附轉(zhuǎn)化為H2O、CO2、NH3和微生物細(xì)胞物質(zhì),污水得到凈化,所需氧化一般直接來自大氣。生物膜法處理系統(tǒng)適用于處理中小規(guī)模的城市廢水,采用的處理構(gòu)筑物有高負(fù)荷生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤,生物濾池在我國南方更為適用。隨著新型填料的開發(fā)和配套技術(shù)的不斷完善,與活性污泥法平行發(fā)展起來的生物膜法處理工藝在近年來得以快速發(fā)展。由于生物膜法具有處理效率高、耐沖擊負(fù)荷性能好、產(chǎn)泥量低、占地面積少、便于運行管理等優(yōu)點,在處理中極具競爭力。
2.3 氧化法
氧化法是目前廣泛采用并極具發(fā)展?jié)摿Φ某鞘猩钗鬯A(yù)處理方法之一。根據(jù)氧化劑的種類及反應(yīng)器的類型,氧化法可分為化學(xué)氧化法、催化氧化法、(催化)濕式氧化法,光催化氧化法、超臨界氧化法等?;瘜W(xué)氧化法雖然操作簡單,但由于其處理效果并非十分理想,而且由于其運行成本較高,因此,在城市生活污水處理應(yīng)用中使用并不很多。為了達到提高處理效果,同時降低運行成本的目的,人們開發(fā)了一些其他的氧化技術(shù)。光催化氧化法設(shè)備簡單、運行條件溫和、氧化能力強、殺菌作用強、處理徹底,因此,在水的深度處理及對難生物降解的有機廢水的處理具有極好的應(yīng)用前景,目前已成為國內(nèi)外非?;钴S的研究課題,有專家預(yù)測,氧化法將成為21世紀(jì)廢水處理中重要的方法之一。
三、污水處理發(fā)展趨勢
3.1 污水處理技術(shù)發(fā)展趨勢
(1)一級處理。從傳統(tǒng)的城市污水處理工藝流程來看,工藝流程大致如舊,主要的發(fā)展表現(xiàn)為處理設(shè)備的機械化和自動化水平的提高,各種機械處理設(shè)備的研制與發(fā)展。如出現(xiàn)了各種形式的格柵、格網(wǎng)、鐘式沉砂池、多爾沉砂池及各種形式的除泥裝置、清洗裝置等。
(2)二級處理。從二級處理來看,仍然以生物化學(xué)法為主,典型流程格局仍為污水經(jīng)格柵,到沉砂池(或曝氣沉砂池)。到初沉池、曝氣池、二沉池,然后排放。在生物化學(xué)處理法中,為了脫氮除磷。近年來不少同家的污水處理廠改用A/O法和A2/O法處理污水。
(3)采用新流程、新技術(shù)、新設(shè)備等改善處理效果。近年來用于城市污水處理方面的新工藝(流程)、新技術(shù)、新設(shè)備等領(lǐng)域大致如下:在分離技術(shù)方面,主要采用有回轉(zhuǎn)式周液分離裝置、新型重力沉淀技術(shù)和高效氣浮技術(shù)。固液分離技術(shù)主要表現(xiàn)采用先進的回轉(zhuǎn)式機械格柵。高效氣浮技術(shù)通過采用高效溶氣罐等裝置來降低溶氣壓力、減少能耗,提高單位容積的污水處理量,且操作控制穩(wěn)定。
在活性污泥及生物膜法處理技術(shù)方面,主要研究或采用微孔曝氣、A/O 及A2/O工藝、氧氣曝氣、氧化溝、氰化塘、射流曝氣、A-B法、TF/SC工藝、SBR(序批活性污泥法)系統(tǒng)等。
另據(jù)報道“浸沒式濾膜與氧化溝組合”的城市污水回用處理新技術(shù),簡化了流程,具有投資小,占地少、污水處理效率高的優(yōu)點,根據(jù)測量,新工藝運行成本比傳統(tǒng)污水深度處理工藝低13%左右,其建設(shè)投資則低40%左右。
3.2 場地選址的發(fā)展趨勢
從近幾年污水處理廠建設(shè)的情況來看,污水處理廠的建設(shè)有向小型化、分散化發(fā)展的趨勢,出現(xiàn)這樣的情況主要是由于兩個因素造成的,一是缺水城市和缺水地區(qū)越來越重視處理后污水的再生利用;另一個因素是隨著污水處理廠的普及,一些小城鎮(zhèn)和遠離城鎮(zhèn)的別墅區(qū)和渡假村也都開始興建污水處理設(shè)施,進一步促進小型污水處理設(shè)施的建設(shè)。
(1)污水資源化使污水處理廠向小型、分散化發(fā)展。污水處理廠布局充分考慮了現(xiàn)有污水管道系統(tǒng)、污水回用、用地條件等因素,貫徹了污水處理廠集中與分散相結(jié)合、污水處理與回用相結(jié)合的原則。
(2)污水處理廠的普及促進小型污水處理設(shè)施的建設(shè)。近幾年來我國城市污水處理廠建設(shè)步伐明顯加快,大中城市污水處理普及率逐步提高。一些小城鎮(zhèn)、 工業(yè)開發(fā)區(qū)、別墅區(qū)和度假村等也開始建設(shè)污水處理廠站。
結(jié)束語:城市的污水處理行業(yè)是與老百姓生活密切相關(guān)的一個重要行業(yè),對改善水環(huán)境起著至關(guān)重要的作用,一個城市在發(fā)展,環(huán)境在改善,離不開污水處理廠的建設(shè)。相信,隨著污水處理行業(yè)的不斷發(fā)展,城市的水環(huán)境會一天比一天美麗。
參考文獻
[1] 李玉祥.污泥處理工藝技術(shù)分析《城市供排水》,2005.08.
關(guān)鍵詞:曝氣生物濾池;生物過濾;污水處理;設(shè)計研究
中圖分類號: U664 文獻標(biāo)識碼: A
前言
曝氣生物濾池是當(dāng)前階段污水處理的主要方式之一,曝氣生物濾池采用水中填料的方法對微生物進行消化,通過反應(yīng)器中生物膜功能與微生物數(shù)量效果等情況,采用生物反應(yīng)法對水中生物狀態(tài)進行動力學(xué)反應(yīng)的傳質(zhì)效果。因此,曝氣生物濾池技術(shù)需要對填料進行優(yōu)先選擇,根據(jù)微生物特征對填料的屬性進行分析,從而去除水中污染物。曝氣生物濾池技術(shù)的使用在工程項目建設(shè)以及動力能源消耗等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用,在對曝氣生物濾池設(shè)計工藝進行研究的過程中,需要就填料的合理使用情況進行分析,并就水處理方法的推廣應(yīng)用空間進行擴展,對于填料選擇具有一定的研究意義。
1、曝氣實驗裝置的使用方法
圖1 曝氣生物濾池實驗分析
曝氣生物反應(yīng)實驗使用反應(yīng)器通過與反應(yīng)器BAF D段和U段兩個不同的曝氣生物濾池進行串聯(lián),兩個生物濾池容積比例為1:1.5,實驗通過三組不同濃度比例的的污水處理,進行數(shù)據(jù)計量,作為三組平行對比實驗,就使用不同填料方式和填料比例的配置對微生物處理的狀況進行研究,并填寫實驗報告。
另一種實驗方式是對BAF D段和U段采取半軟填料的方式,對兩個實驗反應(yīng)器內(nèi)的微生物污水成分的的凈化程度進行分析,這種方法不需要采用三組以上的平行對比實驗,通過對 PYC掛膜陶粒進行變臉該控制即可。
在對污水進行水質(zhì)監(jiān)測的過程中,可以采用生活污水作為標(biāo)準(zhǔn)檢驗材料,使污水通過導(dǎo)管進入調(diào)節(jié)池,觀察調(diào)節(jié)池南北水質(zhì)平衡的變化標(biāo)準(zhǔn),可以記錄數(shù)據(jù)參數(shù)表示為:SS=80~82mg/L,COD=168~375mg/L,TN=30~70mg/L,TP=2~8.6mg/L,PH=7.5~8.5。
2、實驗結(jié)果分析
2.1 對填料COD去除效果分析
通過上述實驗,就HRT在不同的類比實驗中采用不同填料組合對污水凈化狀況進行分析,可以就COD的去除效果進行類比:
圖2 COD去除實驗中不同填料效果影響
通過以上實驗可以表明,在一定水量的基礎(chǔ)上,BAF D段凈化污水的過程中采用了新型厭氧填料能夠針對COD中的微生物進行專門的去除,新型厭氧填料與辦軟性填料相比,具有更強的去污作用。新型酶促厭氧填料對于污水中的可吸附顆粒物具有很強的清潔作用,由于厭氧填料能夠攔截污水中的顆粒漂浮物,并且通過攔截吸附性對大多數(shù)蘇顆粒物質(zhì)能夠直接取出,半軟性填料由于結(jié)構(gòu)密度較小,不容易對水中的有機物顆粒進行攔截,但是能夠通過與水中的酶促好氧填料進行匹配,從而加強對水中有機物顆粒的吸附作用,使水中的微生物酸堿含量趨于穩(wěn)定。
2.2填料對污水中氨氮成分的去除效果
通過實驗對比,可以研究HRT在不同填料的融合時間段內(nèi)對氨氮情況進行去除的效果影響,在兩種不同水力負(fù)荷的影響下,選用填料在BAF D階段對氨氮的去除效果并不理想,并且只能對淺層氨氮成分進行分解,在通過反應(yīng)器對氨氮成分的分解作用進行驗證的過程中,TUDBAF可以充分使填料成分與水中的氨氮成分進行溶解,提高對污水氨氮成分的去除效果。另一方面,酶促好氧填料的排污性能比例比PYC掛膜陶粒的的硝化性能更好,并且酶促好氧材料對微生物系統(tǒng)具有很強的親和性,由于酶促好氧材料的顆粒直徑更小,能夠與微生物充分融合,從而提升污水凈化的效能。
通過對曝氣生物濾池系統(tǒng)對污水的處理實驗可以分析得出,不同填料對于污水的處理情況會產(chǎn)生一定的差異,在進行曝氣生物濾池設(shè)計的過程中,就可以充分利用到曝氣污水處理實驗中的填料配比項。
3、曝氣生物濾池的工藝設(shè)計研究
曝氣生物濾池設(shè)計的原理是依據(jù)曝氣生物污水處理實驗的結(jié)果而進行的,生物對污水處理的效果能夠根據(jù)不同污水的種類來添加不同的填料成分,增加對污水中有毒有害物質(zhì)的溶解度,從而在污水處理的過程中具有更強的針對性。當(dāng)前曝氣生物濾池工藝設(shè)計的研究需要從污水處理的流程和處理方法方面進行研究,通過同類實驗對比的方法來增強曝氣生物污水處理的準(zhǔn)確性。
3.1 曝氣生物濾池的工藝類型與基本流程研究
單個的曝氣生物濾池能夠有效地完成除磷及硝化、反硝化和除磷等具體功能,若是展開同其他方面的組合的話,能夠?qū)I(yè)廢水以及一般性質(zhì)的城市生活污水展開二三級工藝處理。其具體的工藝流程從現(xiàn)實而言,依據(jù)水質(zhì)的相關(guān)要求,能夠劃分做三類:依次是(DC)脫碳、(N)硝化、(DN)反硝化曝氣生物濾池。其在污水處理方面的代表性工藝組合,如下圖所示。
功能典型流程
碳化 S/C+BAF/C
碳化 UASB/C+BAF/C
碳化+硝化 S/C+BAF/C/N
碳化+硝化+反硝化 S/C+ BAF/C/N+ BAF/DN
碳化+硝化+反硝化 S/C+ BAF/N+ BAF/DN
標(biāo)注:S/C代表化學(xué)沉淀、UASB代表厭氧污泥床、BAF/代表曝氣生物濾池、/C代表碳化,/N代表硝化,/DN代表反硝化,AS代表活性污泥。
3.2 DC曝氣生物池的計算與設(shè)計
針對曝氣生物濾池而展開的計算與設(shè)計,主要納含了濾料的體積以及濾池的總面積及高度、反沖洗系統(tǒng)、布水布?xì)庀到y(tǒng)及濾料和污水的接觸時間等等。
對濾池池體進行設(shè)計的過程中,需要通過計算的方式對公鋁材料以及過濾體積進行尺寸限定,通常情況下在BOD5的有機負(fù)荷條件下,其單位可以用kg/(m3.d)進行表示,并且將二級污水處理模式設(shè)為N,取值為2~4kg/(m3.d),當(dāng)對污水中的俺的那成分進行生物硝化反應(yīng)時,當(dāng)N的近似單位為5kg/(m3.d)的情況下,需要再對污水進行三級分?jǐn)偺幚?,?dāng)N 的取值達到0.12~0.182kg/(m3.d)單位時,按照污水處理池體積設(shè)定,對其他部分的體積標(biāo)準(zhǔn)進行改造,從而可以得到以下結(jié)論:W=QS/1000N,如果設(shè)濾池的總體積為A,則有A=W/H,其中H表示濾池的實際高度。如果單個濾池的面積達到了100m2,則需要對濾池不同方位的總高度進行計算。
3.3 濾池反沖洗系統(tǒng)設(shè)計
濾池反沖洗系統(tǒng)設(shè)計需要配備水壓阻力配水系統(tǒng),水壓反沖形式會在濾池內(nèi)通過格柵、平板孔等過濾裝置對污水進行過濾。在采用曝氣生物濾池對污水進行凈化的過程中,與傳統(tǒng)的濾池反沖洗方法大致相同,通過對水和氣進行聯(lián)合反沖洗實驗,可以按照水和氣的不同沖洗順序進行。這種聯(lián)合沖洗方法的使用需要掌握正確的沖洗順序,首先,單獨用氣進行反復(fù)沖刷,繼而采用氣、水聯(lián)合的方式對進行多次沖刷,最后再采用水進行單獨沖洗,污水沖洗過程需要采用計算機自動控制的方法進行,在進行反復(fù)沖刷的過程中需要確定沖刷周期為24~48小時,反沖洗采用的水利強度需要進行控制,一般水流強度達到15~25m/h即可,氣速達到20~70m/h。
4、結(jié)束語
曝氣生物濾池是采用填料生物溶解的方式,通過填料生物膜中的吸附性作用對水中顆粒物進行凈化,從而達到水中生物新陳代謝的作用,通過物理過濾以及生物分解的形式對水中微生物和有害成分進行多級捕食,從而使水中的污染成分被排除。曝氣生物濾池污水過濾工藝的關(guān)鍵是對填料成分的針對性選用方面,通過對多種工藝模式進行組合,能夠有效提升污水的凈化程度。
關(guān) 鍵 詞:污泥 ,資源化
Abstract: the sludge is the urban sewage treatment plants associated products, contain a variety of pollutants, but it is also a kind of secondary resources. In this paper the present situation of urban wastewater treatment plant sludge, the sludge reuse technologies are classified, sludge technical of material, technical of energy, building materials, technology, using technology compost were summarized and analyzed, and puts forward some factors restricting the sludge reuse.
Keywords: sludge, comprehensive utilization
中圖分類號:F062.1文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:
1 前言
隨著城市規(guī)模的不斷擴大和人口的增加,城市污水處理廠的負(fù)荷迅速加大,而污水處理產(chǎn)生的大量固體廢棄物——污泥的處置也日益成為一大難題。污泥是污水處理廠對污水進行處理過程中產(chǎn)生的沉淀物質(zhì)以及污水表面漂出的浮沫所得的殘渣。一座二級污水處理廠產(chǎn)生的污泥量約占總處理污水量的0. 3%~0. 5% (體積) ,如進行深度處理,污泥量還可能增加0. 5~1. 0倍[1] 。以廣東省為例,至2010年6月底,廣東省共建成城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施268座,日處理能力達1474.8萬噸,污泥日產(chǎn)生量已達7000噸(含水率80%)[2] 。作為廢水處理過程的副產(chǎn)品,污泥是包含水、泥沙、纖維、動植物殘體及各種絮體、膠體、有機質(zhì)、微生物、病菌、蟲卵等的復(fù)雜多相體系[3]。中國的污水處理廠多采用二級生化處理工藝,污泥主要產(chǎn)自初沉、二沉及其他固液分離工序,含水率高( > 98 %) ,體積龐大,有機質(zhì)含量約為 40~50 %,總氮含量 4~5 %,磷( P2O5 ) 含量 1~5 %,鉀( K2O) 含量 0. 5~1 %[4];對于生活污水和工業(yè)廢水混排的場合,污泥中還常含有激素類物質(zhì)( E1、E2 等) 、毒性有機物(苯、氯酚等) 、重金屬 ( Cd、Cr 等) 以及各種無機鹽[5]。但由于污泥含有大量有機物、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì),若經(jīng)過適當(dāng)處理,可以作為優(yōu)質(zhì)的“二次資源”[6]。
當(dāng)前污泥普遍采用的處理與處置方法是焚燒與填埋,然而這兩種方法的缺點是: ①處理費用高。污泥的處理費用可高達一個污水處理廠的建設(shè)與日常管理總費用的50%左右[7]。②浪費了污泥中的氮、磷及植物生長所需要的多種其它元素。③在污泥焚燒過程中形成的含有多種重金屬的煙霧和飛灰有造成二次污染的可能性。④填埋污泥不但需要占用大量土,且有可能污染地下水源。降低污泥處理成本的有效手段之一是通過適當(dāng)資源化處理使其獲得附加經(jīng)濟效益,反補到污水處理總成本之中;而此過程的直接環(huán)境效益是避免了污泥二次污染??梢哉f,污泥資源化處理是未來污泥處理的主流發(fā)展方向[8]。
2 污泥資源化利用的定義及分類
2.1 污泥資源化利用的定義
污泥資源化的定義:根據(jù)不同使用場合,通過各種物理、化學(xué)和生物工藝,提取污泥有價組分,將其重組或轉(zhuǎn)化成其他能量形式,獲得再利用價值,并消除二次污染[8]。
2.2 污泥資源化利用的分類
按照所獲產(chǎn)品種類不同,可將污泥資源化技術(shù)分成:材料化技術(shù)、能源化技術(shù)、建材化技術(shù)、堆肥利用技術(shù)。
3 材料化技術(shù)
污泥材料化主要包括制備活性炭、制備生物膜載體填料、制備微生物滅蚊劑、蛋白質(zhì)提取利用等。
3.1 污泥制活性炭
活性炭是以含炭物質(zhì)為原料,經(jīng)高溫炭化活化制成.目前活性炭的制造方法大體上可分為藥品活化法和氣體活化法。由于污泥含有一定的有機碳源,根據(jù)污泥的組成,適當(dāng)添加鋸末、果殼、果核等副料,提高炭含量,采用在污泥中添加無機鹽等活化劑(如 ZnCl2、FeSO4、K2S 等) 浸漬活化處理,在一定溫度下炭化,再經(jīng)活化即可獲得活性炭。制備污泥活性炭時,活化劑濃度、固液比、活化溫度及活化時間這4個影響因素的控制對污泥活性炭的吸附性能起決定性作用[9-10]。以城市污泥為主要原料制備活性炭符合固體廢物污染控制的減量化、資源化、無害化原則,利用現(xiàn)有的活性炭制備技術(shù)路線和設(shè)備即可滿足其生產(chǎn)要求,可以制備出用于去除污水中污染物的吸附劑,體現(xiàn)以廢治廢,化害為利的原則,對污泥資源化有一定的指導(dǎo)作用。
3.2 污泥制生物膜載體填料
曹鳳云和單舒曼等研究了以污泥代替天然原料,在一定條件下可以燒制成填料,并能用作污水處理中生物膜載體。以脫水污泥為主料,添加適量粉煤灰和粘土,制備生物膜載體填料是實驗研究的主要內(nèi)容。實驗表明,污泥使用量為70%、 粉煤灰和粘土各15%時,燒成溫度為1000±25℃、保溫時間為 40 min,燒制的填料抗壓強度能達到25mpa、吸水率17%;用于藥廠廢水處理測試,在常溫下的化學(xué)需氧量 (CODcr)的平均去除率為74.0%、 懸浮物 ( SS)的去除率為54 . 1%[11]。
3.3 污泥制微生物滅蚊劑
污泥中含有大量可被微生物利用的碳、氮、磷以及其它營養(yǎng)物質(zhì)。已經(jīng)證實,可以利用污泥為唯一發(fā)酵原料生產(chǎn)蘇云金桿菌生物殺蟲劑[12]。羅剛和周順桂等以活菌數(shù)、芽孢數(shù)和毒效為參數(shù),通過搖瓶發(fā)酵試驗探討了污泥為原料制備微生物滅蚊劑的可行性。其研究表明,在含固率適宜的條件下,污泥是微生物滅蚊菌株Bacillus thuringiensis subs p. israelensis 187 (Bti 187 )和Bacillussphaericus 2362 (Bs 2362)的優(yōu)良產(chǎn)孢產(chǎn)毒培養(yǎng)基. Bti 187和Bs 2362在污泥中發(fā)酵42h,活菌數(shù)、抗熱性芽孢數(shù)均顯著高于常規(guī)培養(yǎng)基.毒力測定表明,在污泥中發(fā)酵 42h后,Bti 187發(fā)酵液、Bs 2362發(fā)酵液對淡色庫蚊和白紋伊蚊的48h的半致死濃度與常規(guī)培養(yǎng)基相比,殺蚊幼蟲毒效顯著提高。采用污泥發(fā)酵制備微生物滅蚊劑可降低生產(chǎn)成本,且發(fā)酵性能優(yōu)良,為污泥資源化開辟了新途徑[13]。
3.4 污泥蛋白質(zhì)提取利用
作為一種微生物絮體,污泥中的微生物胞內(nèi)、胞外酶及其他代謝產(chǎn)物含量較高,從中可提取微生物絮凝劑,在水處理中可替代化學(xué)絮凝藥劑,且不對后續(xù)水處理無不利影響[14]。同時,由于污泥含蛋氨酸、胱氨酸、蘇氨酸和纈氨酸等粗蛋白氨基酸28. 7%~40. 9%,可利用剩余污泥制備符合國家公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的蛋白質(zhì)泡沫滅火劑[15]。而趙順順等以某污水處理廠剩余活性污泥為材料,采用加熱水解法從中提取細(xì)胞蛋白,純度較高,可檢測7種必需氨基酸和8種非必需氨基酸且含量很高,可作為很好的飼料添加劑[16]。.
4 能源化技術(shù)
污泥能源化主要包括厭氧消化制沼氣、污泥燃料燃燒發(fā)電、合成燃料、低溫?zé)峤庵朴偷取?/p>
4.1 污泥厭氧消化制沼氣
污泥處理過程中可以直接利用厭氧消化產(chǎn)生的沼氣燃燒產(chǎn)生的熱量加熱消化污泥,也可以利用沼氣內(nèi)燃機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電與廠內(nèi)供電并網(wǎng),并利用余熱回收裝置回收沼氣內(nèi)燃機的余熱加熱消化污泥。資源化利用污泥厭氧過程中產(chǎn)生的沼氣,不但可以解決污泥出路問題,而且對節(jié)能和降低污水廠運行費用都有很大意義[17] 。
4.2 污泥燃料燃燒發(fā)電
由于含有大量有機質(zhì),污泥的熱值高達12. 56MJ ·kg – 1,略低于煤餅。污泥可作為替代/輔助能源[18]。脫水污泥的含水率直接影響到污泥處理規(guī)模以及干化焚燒的熱量平衡,理論上越低越好,但是脫水程度越高,設(shè)備投資會增加,能量消耗也會增加,處理成本隨之提高,因此,合理選擇設(shè)計含水率非常重要[19]。根據(jù)蘇丹等人的計算,污泥燃燒最高限含水率為 67.7%,高于一般污泥機械脫水設(shè)備的水平,直接以脫水污泥為燃燒處理對象的焚燒爐,大多需要使用輔助燃料。污泥燃料燃燒所釋放出的熱能通過熱回收系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化[20]。
4.3 污泥合成燃料
生物污泥中可燃成分較多,通過摻加適當(dāng)比例的煤、添加劑等,可制成新型合成燃料。陳瑞軍等人經(jīng)研究,在原料煤粉中加入干化污泥制備民用蜂窩煤,當(dāng)干化污泥的加入量為25%時,蜂窩煤的熱值為20.25MJ/kg,符合國家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[21]。
4.4 污泥低溫?zé)峤庵朴?/p>
污泥低溫?zé)峤馐抢梦勰嘤袡C質(zhì)在加熱條件下的部分熱裂解過程產(chǎn)生污泥衍生燃料的技術(shù)。經(jīng)此過程,污泥轉(zhuǎn)化為燃燒特性優(yōu)越的油、炭和可燃?xì)鈁22]。國外的污泥低溫?zé)峤庖呀?jīng)開始用于生產(chǎn)實踐設(shè)備多,主要有流化床反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)爐熱解器。目前國內(nèi)的污泥低溫?zé)峤膺€停留在實驗階段,工藝流程簡單,設(shè)備也較為簡單[23]。
5 建材化技術(shù)
污泥的建材化目前主要包括制轉(zhuǎn)、制水泥、制陶粒等。
5.1 污泥制磚
目前與污泥混合制磚的原料主要有黏土、頁巖、煤矸石、粉煤灰,而研究表明燒結(jié)磚的原料還可以是黃金尾礦、硬質(zhì)鋼渣、河沙、建筑垃圾[24~26]等。污泥制磚國內(nèi)外有4種制法:污泥+土、污泥+頁巖、污泥+土+頁巖、污泥+土+砂[27]。利用污泥制磚,實現(xiàn)了污泥的資源化,具有良好的社會效益。在煅燒過程中將有毒重金屬封存在磚坯中,殺死了有害細(xì)菌。污泥磚質(zhì)輕、孔隙多,具有一定的隔音、 隔熱效果等優(yōu)點;但在污泥制磚的過程中,因污泥中含有大量的有機物,無論是污泥灰的制作過程還是污泥磚的燒制過程,會產(chǎn)生惡臭,應(yīng)考慮二次污染的控制問題。另外污泥制磚對污泥的預(yù)處理要求高,燒制磚的成本比一般的黏土制磚要高,這些問題還有待于進一步的探索研究。
5.2 污泥制水泥
一般情況下,污泥中的灰分和化學(xué)特性與粘土接近,因此從理論上污泥可替代30%的粘土原料參與水泥的生產(chǎn)[28]。廣州市某水泥廠利用水泥窯尾熱煙氣干化城市污泥,污泥水分由80% 烘干至低于30%,分解爐使污泥快速完全燃燒,檢測結(jié)果表明煙氣重金屬污染濃度、惡臭污染濃度及二惡英排放濃度均達標(biāo)[29]。日本利用污泥焚燒灰為原料生產(chǎn) “生態(tài)水泥”。 這種類型水泥的原材料中約60%為廢料,水泥燒到溫度為1000~1200 ℃,因而燃料用量和CO2 的排放量也較低[30]。
5.3 污泥制陶粒
生產(chǎn)陶粒的傳統(tǒng)原料為粘土,而粘土的來源絕大部分取自耕地,不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略污泥陶粒以污泥為原料,摻加適量輔料,經(jīng)成球、焙燒而成。利用污泥制備陶粒不僅可以解決污泥的出路問題,還可以獲得明顯的環(huán)保效益、經(jīng)濟效益,作為綠色建材產(chǎn)品勢必會越來越受到重視[17]。
6 堆肥利用技術(shù)
污泥堆肥就是將污泥與調(diào)理劑(鋸末、秸稈、樹葉、糞便、垃圾)及膨脹劑(木屑、秸稈、花生殼、玉米芯等)在一定條件下進行堆漚,利用細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物作用,促進可被生物降解的有機物可控制地向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的生物學(xué)過程。污泥堆肥除可施用于農(nóng)田、園林綠化、草坪、廢棄地等外,還可用作林木、花卉育苗基質(zhì),能降低育苗成本[31]。.
6.1 農(nóng)田施用
污泥堆肥施入土壤后,能改變土壤的理化性質(zhì),增加土壤 N、P、K含量,調(diào)節(jié)土壤 pH值,促進團粒結(jié)構(gòu)的形成,改善土壤透水性、蓄水保肥性、通氣性及耕作性。張橋等研究表明:污泥堆肥產(chǎn)品施用于土壤中,可促進土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量增加,增強微生物活動性,增加微生物數(shù)量,但作物和土壤中的重金屬含量也有不同程度的提高[32]。污泥堆肥的農(nóng)田施用應(yīng)防止有害重金屬含量超標(biāo)。
6.2 園林綠地施用
將污泥堆肥使用在森林土壤中, 一方面污泥中的營養(yǎng)成分和微量元素可促進樹木生長,另一方面污泥林地使用不進入食物鏈,不會對人類造成危害。一般林場、森林等地區(qū)在非人口密集區(qū)并且面積較大,使用也較安全。在城市園林綠化中施用污泥,綠化效果相當(dāng)顯著,樹高、灌木的花期、開花量等明顯增加。
7 結(jié)語
隨著社會的發(fā)展,我國污水處理率不斷提高,隨之產(chǎn)生的污泥量不斷加大。作為一種二次資源,污泥含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和可用的無機組分,應(yīng)在兼顧環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益的前提下,盡可能地加以資源化利用。
污泥的資源化利用將成為符合我國國情的污泥處置的發(fā)展方向。不過,鑒于我國目前部分地區(qū)工業(yè)廢水和生活污水混合處理以致污泥重金屬含量較高、出廠污泥含水率較高、且欠缺污泥利用相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的指引及要求等實際情況,選擇何種污泥資源化技術(shù),應(yīng)綜合考慮該地區(qū)污水處理的工藝特征、污泥性質(zhì)以及行業(yè)需求,才能將污泥科學(xué)合理的資源化。
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關(guān)鍵詞
小型化;分散式;生態(tài)透析;活性污泥法;MBR;人工濕地
一般而言,污水處理模式有集中式和分散式兩種。集中式的污水處理模式一貫作為市政工程中常用的污水處理模式,主要用于收集和處理較大流量的污、廢水,而“分散”的概念在20世紀(jì)末才逐漸受到人們的關(guān)注和研究。目前,我國主要的污水處理方式是集中式污水處理,對分散式污水處理的研究和應(yīng)用尚不夠深入,對分散式污水處理模式也缺乏明朗的概念和整體把握,僅停留在污水處理簡單的小型化認(rèn)識階段,這樣造成了分散式處理和集中式處理在工藝技術(shù)上的混淆和區(qū)分困難。因此,本文著重論述了集中式和分散式污水處理的概念、技術(shù)和發(fā)展?fàn)顩r,并對它們進行了綜合對比和分析展望。
1集中式污水處理廠的現(xiàn)狀和研究
1.1發(fā)展歷程和現(xiàn)狀
以污水處理廠為主要代表的集中式污水處理模式,是城鎮(zhèn)污水處理的主要方法。截至2015年6月底,全國設(shè)市城市、縣累計建成污水處理廠3802座,污水處理能力達1.61億m3/d。從國內(nèi)外城市污水廠建設(shè)的發(fā)展歷史來看,在人口密集的大城市,建設(shè)集中式污水廠是污水處理的主要途徑。
目前污水廠采用的技術(shù)是活性污泥法,該技術(shù)于1914年誕生,由英國的愛德華?阿登(Ardern E)和威廉?洛克特(Lockett w T)發(fā)明,并于同年在曼徹斯特市建立了全球首座活性污泥法污水處理試驗廠,于1916年在美國正式建立第一座活性污泥法污水廠,這一技術(shù)奠定了至今100多年污水處理技術(shù),雖然在某些工藝上有改進但本質(zhì)上和形式上沒有取得大的飛躍。
我國污水處理技術(shù)起步早,推廣晚,發(fā)展迅猛。隨著活性污泥法污水處理的成功和逐漸傳播,在1921年上海建設(shè)了中國第1座污水處理廠一上海北區(qū)污水處理廠,并在1926年和1927年又分別建設(shè)了上海西區(qū)、東區(qū)污水廠。直到改革開放以后,才在西安、太原、北京等地建設(shè)少數(shù)污水廠。近20年來中國污水處理數(shù)量猛增,到2014年3月底,中國占有的污水處理廠日處理能力達到1.54億m3/d,已經(jīng)超過了美國(約1.15億m3/d),位居全球首位。
隨著“水十條”的頒布,在污水處理、全面控制污染物排放等多方面進行強力監(jiān)管并啟動嚴(yán)格問責(zé)制,鐵腕治污將進入“新常態(tài)”,必將對我國的生態(tài)文明建設(shè)和“美麗中國”建設(shè)、環(huán)境保護以及社會發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生深遠的影響,意義重大。
1.2特征和效果
集中式污水處理是把各種城市生活污水收集輸送到污水廠,采用物理、化學(xué)、生物等綜合技術(shù)逐級處理,處理達標(biāo)后再排入自然水域(如圖1),其最主要特征是:大建設(shè)、大收集、大處理和大排放。
污水廠是解決城市水資源和水污染的有效途徑之一。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部通報的2015年第二季度污水處理設(shè)施建設(shè)和運行情況顯示,全國城鎮(zhèn)污水廠累計處理污水126.2億m3,累計削減化學(xué)需氧量(COD)總量326.7萬噸,平均削減COD濃度達到259.1mg/L。山東省新泰污水處理廠,當(dāng)進水COD、SS、NHa-N濃度各在一定范圍時,各指標(biāo)去除率:COD有73.750,SS有87.36%,NHa-N有85.47%,各項指標(biāo)均可達到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。如果對新泰污水廠獲得的環(huán)境效益進行定量的估算,按遠期滿負(fù)荷處理3萬噸/天污水計,每年可減少向環(huán)境排放總磷38.3t、氨氮219t、SS1861.5t、COD2956.5t。
綜上所述,污水處理廠能有效處理城區(qū)的生活污水、工業(yè)廢水等,對削減污染物、減少排污總量、保護生態(tài)環(huán)境起到良好的作用。
1.3弊端分析
污水廠引領(lǐng)了污水處理的首次革命,100年來對環(huán)境保護起了很大的作用,但是,隨著生態(tài)環(huán)境保護要求越來越高,淡水資源越來越緊缺,以及人民生活要求越來越高,城市管理要求越來越規(guī)范的情況下,弊端和技術(shù)的滯后性和毒副作用已經(jīng)越來越凸現(xiàn),具體分析如下。
1)污水處理投資成本高
污水廠的投資包括三大部分:收集管網(wǎng)建設(shè)費、征地費、廠區(qū)建設(shè)費。征地費因地塊而異,基本在上億元(如廣州獵德污水廠,若作為商業(yè)用途,價值500億元),基建費用2000~5000元/噸,管網(wǎng)鋪設(shè)費用5~10倍基建費用。根據(jù)已建、在建污水廠的實際情況,建成一座處理規(guī)模達50萬噸/天的污水處理廠,僅一次性投資費用在7.5~10億元;又如,已經(jīng)投入資金1.98億元,原計劃于2005年年底建成的安徽省安慶市第一座污水處理廠,因經(jīng)濟問題和管網(wǎng)配套設(shè)施跟不上等原因,爛尾至今悄無聲息。因此,采用集中式污水處理模式來處理城鎮(zhèn)污水,對于經(jīng)濟尚不發(fā)達的我國大部分城鎮(zhèn)來言,是不堪重負(fù)的。
2)污水處理廠運行費用高
污水廠無論采用哪種處理工藝的運行方式,其主要成本為能源消耗、藥劑消耗、管網(wǎng)收集和維修費用、污水和污泥處理費用、人員費用等。目前污水廠的綜合運行費用包含:管網(wǎng)收集費用2~2.5元/噸,污水處理費0.8~1.4元/噸,污泥處理費500~1000元/噸(干污泥),人工費10~50人/廠,藥劑費用45~150元/天,電費0.5~1度/噸,共需3~3.5元/噸。例如,首創(chuàng)股份2013年的污水處理業(yè)務(wù)成本中,動力消耗和人工成本以及管網(wǎng)維修,分別占污水處理成本的27.95%、12.24%和34.02%,三者占污水處理總成本的74.21%;廣州東區(qū)污水處理廠工程投資約7000萬元,但年總運行成本費就達1000多萬元;廣州獵德污水處理廠(四期)規(guī)模為56萬m3/d,其每立方米的運行費用1.05元,年運行費用高達2.146億元,如此高的運行費,隨著物價、人工的持續(xù)高漲,政府投資壓力只增不減。
3)管理復(fù)雜
設(shè)備多、人員多、專業(yè)技術(shù)要求高。污水廠涉及水質(zhì)檢測與安全生產(chǎn)、污水泵、水處理機械設(shè)備、電器儀表、自動控制、物理化學(xué)法工藝等運行管理,需要大量的專業(yè)人才去管理和維護。其次,要添加化學(xué)物質(zhì)同時需要對污泥進行處理,造成管理復(fù)雜,可控性較差,風(fēng)險性較大。
4)浪費土地資源
大型污水廠占地面積幾十到幾百畝,如京溪地下凈水廠占地面積27畝、廣州石井污水廠占地面積328畝、廣州獵德污水廠占地585畝?,F(xiàn)代城市寸地寸金,中心城區(qū)更是寸金難求,這些污水處理廠的大面積占用是對寶貴的土地資源浪費嚴(yán)重。
5)二次污染
污水廠的最大弊端是產(chǎn)生大量的污泥和臭氣,而其中處理每萬噸水產(chǎn)生污泥5t~6t。2010年底,污泥產(chǎn)生量接近2200萬噸,而且其中有80%沒有得到妥善處理;專家預(yù)估到2015年底,污泥產(chǎn)生量將為3359萬噸,能無害化處理的不足25%;這些污泥是造成垃圾圍城的主要來源之一,加重了生態(tài)環(huán)境的惡化等問題。污水中的污染物被污泥富集,含有大量的有機物、重金屬和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)以及病毒微生物、寄生蟲卵等有毒有害物質(zhì),如果不經(jīng)有效處理處置,就會對水體和土壤造成“二次污染”。
6)中水未能回用,水資源白白浪費
我國水資源分布不平衡,人均擁有淡水量約為世界平均水平的1/4,水資源嚴(yán)重匱乏。污水廠對處理過的“中水”直接排放,這種“大排放”是對淡水資源的巨大浪費;而且,排放的“中水”含大量氮、磷污染物一非常有利于藻類繁殖的營養(yǎng)物,這些排放到江河湖泊的“中水”,若無法得到較為充分的稀釋,會引起水體中藻類的爆發(fā)。
7)大開馬路,對社會造成嚴(yán)重影響
“拉鏈馬路”是指道路挖了填、填了挖的現(xiàn)象。污水管網(wǎng)設(shè)計高低起伏、轉(zhuǎn)彎或地質(zhì)松軟度不同,造成管網(wǎng)下沉破裂、堵塞,或者建筑工地的紅泥未處理直接進入管道,由于泥沙沉淀造成收集管網(wǎng)堵塞,導(dǎo)致馬路不斷地需要開腸破肚、清理堵塞或修復(fù);因此有大型污水廠的城市就必然造成“拉鏈路”。
8)規(guī)劃與實際運行的矛盾。存在“大馬拉小車”的廠容量超過實際處理量,產(chǎn)能被閑置;或者存在“小馬拉大車”的廠容量小于處理量,污水處理不了排入江河,造成河道污染。污水廠大投資、大建設(shè)、大排放、大耗能的缺點越來越突出,是國際、國內(nèi)學(xué)術(shù)討論的熱點問題,雖然目前集中式污水處理系統(tǒng)是市場的主流,但在可持續(xù)發(fā)展思潮的影響下,不少學(xué)者和業(yè)內(nèi)人士目前正在反思該工藝存在的缺陷,繼而將研發(fā)、應(yīng)用的熱點轉(zhuǎn)向小型化和分散式、源頭化處理的新技術(shù)和新方向。
2小型化、分散式污水處理研究
分散式循環(huán)利用污水處理技術(shù)是指從污染點源進行處理、循環(huán)利用,盡可能減少對外排放,及從每一戶家庭、每一棟樓、每一個小區(qū)、每一條自然村的污水作為獨立單元進行處理和循環(huán)利用,不向江河、湖泊排放,從而達到節(jié)能減排,保護生態(tài)環(huán)境,充分利用淡水資源的目的。
分散式污水處理技術(shù)因具有因地制宜、占地面積少、工程費用少、管網(wǎng)建設(shè)費少、環(huán)境影響較小、靈活多樣等優(yōu)點外,還具有如下兩大優(yōu)勢:一是能節(jié)能減排,增加淡水資源的供應(yīng),緩解我國淡水資源的不足,具有重要的戰(zhàn)略意義;二是職責(zé)明確,能夠厘清污染源的來源與責(zé)任,政府可以因此減少大量的公共投資,轉(zhuǎn)為由個人或企業(yè)自己承擔(dān)治污的經(jīng)費。這些特點使得其成為一種新型的、經(jīng)濟環(huán)保的污水處理技術(shù)。
2.1傳統(tǒng)小型化、分散式污水處理研究
目前傳統(tǒng)小型化、分散式污水處理主要有3大類:活性污泥法小型化及改良工藝的A2/0、MBR和小型人工濕地處理。
2.1.1 A2/O工藝優(yōu)勢與弊端
1)優(yōu)點
(1)工藝流程簡單,運行效果穩(wěn)定可靠,壽命長,且具有較強的抗沖擊負(fù)荷能力,適合水質(zhì)、水量變化較大的污水處理。
(2)厭氧一缺氧一好氧3種不同的工藝環(huán)境條件和數(shù)種微生物菌群的有機配合,在去除污水中BOD污染的同時,還能有脫氮除磷,具有很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。
2)缺點
(1)除磷效果差,一般達不到一級B的排放標(biāo)準(zhǔn),通常情況下要加藥物進行除磷處理。
(2)工藝流程較長,處理構(gòu)筑物多,能耗大、處理水量越小造價越高。
(3)要有復(fù)雜的設(shè)備、電氣、化學(xué)藥物添加,還有污泥、臭氣、蚊蟲產(chǎn)生,所以運行操作的難度較大,需要專門技術(shù)人員運行管理。
2.1.2 MBR工藝優(yōu)勢與弊端
1)優(yōu)點
(1)對懸浮物和濁度有著較好的去除效果。
(2)污泥產(chǎn)量比A2/0工藝低。
2)缺點
(1)膜組件費用高,MBR的基建投資遠高于傳統(tǒng)污水處理A2/0工藝。
(2)膜污染的清洗和膜組件的更換工藝復(fù)雜,需要專業(yè)人員進行操作。
(3)能耗高:MBR處理需要壓力抽水和反沖洗工藝,耗能較大,比A2/0工藝耗能高。
(4)除磷效果差,整體水質(zhì)指標(biāo)只可達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn),若提高排放標(biāo)準(zhǔn),必須添加化學(xué)藥劑。
(5)壽命短,一般的材料壽命3~5年,就必須更換,較好材料的膜,8年左右就得更換。
2.1.3人工濕地技術(shù)優(yōu)勢與弊端
1)優(yōu)點
(1)單次投資少、管理簡單、運行費較低,適應(yīng)于短期農(nóng)村污水處理。
(2)材料來源廣,就近可得。
(3)具有獨特的綠化環(huán)境功能,成規(guī)模的人工濕地可迅速增加綠化率。
2)缺點
(1)壽命期短,長期累加投資大,一般只能用5~6年,又要重新投資建設(shè)。而初期6~9個月凈化效果較差,處理床植物根系尚未完全成熟;4年以后處理效果變差,由于植物根系太過發(fā)達,在系統(tǒng)中出現(xiàn)飽和密實和水流短路現(xiàn)象,造成污水難以充分接觸根系,污染物難以被植物充分吸收。這時候必須翻底更換系統(tǒng),重新投資建設(shè)。
(2)對濃度較高的生活污水,處理效率較差,難以達一級B標(biāo)準(zhǔn)。此外,管道收水難全面,管道易被壓爛導(dǎo)致污水外流。
(3)占地面積大,應(yīng)用范圍較窄,只適應(yīng)于農(nóng)村污水的短期處理。而且,濕地容易被農(nóng)村居民用作養(yǎng)殖場放養(yǎng)禽類、牲畜等,其排泄物容易破壞人工濕地的穩(wěn)定。
(4)若遭受洪水災(zāi)害或泥沙水覆蓋后,人工濕地易堵塞,而喪失污水處理功能。
(5)每5~6年翻新產(chǎn)生的污泥難以處理,產(chǎn)生二次污染。
(6)濕地植物存在病蟲害,并且濕地往往是蚊蠅的孳生地,特別在登革熱的發(fā)生區(qū),濕地是要重點防治的地方。
(7)僅適應(yīng)于南方溫度較高的地域。
2.2先進型小型化、分散式污水處理技術(shù)一生態(tài)透析技術(shù)
2.2.1產(chǎn)生背景
生態(tài)透析技術(shù)啟發(fā)于“蜿蜒理論”,靈感來源于古代先賢的“曲成萬物”理論和國內(nèi)外例子。
2.2.2技術(shù)原理
生態(tài)透析技術(shù)依托系統(tǒng)科學(xué)的原則和生態(tài)學(xué)的原理,通過對自然界河流山川的蜿蜒和生物豐富多樣性的人工模擬,采用比表面積大的改性高分子材料作為載體,將河川彎曲的特性微型化,進而構(gòu)成無數(shù)彎彎曲曲的細(xì)小河流,從而建立了一個有益于“微生物一浮游生物(微型小動物)一小動物”各個生物群落生態(tài)位協(xié)同匹配的生態(tài)鏈及生態(tài)系統(tǒng),在人工控制強化各個生態(tài)因子的條件下,使流經(jīng)本系統(tǒng)的污水或臭氣中的有機污染物被快速降解,轉(zhuǎn)化為N2、C02、02、H20和少量的無機殘渣,實現(xiàn)污水的“三無處理”。
2.2.3特點
生態(tài)透析技術(shù),無論在技術(shù)上還是理論上,均取得重大的突破,屬于世界原創(chuàng)性,該技術(shù)的特點。
1)“三化”:小型化、分散化、源頭化。
2)“三無”:無有機污泥、無臭氣、無化學(xué)添加。
3)“兩低”:投資抵、運行費用低。
4)“一快”:建設(shè)安裝時間短,項目完成快。
5)耐用性:設(shè)備壽命30年,無需維修。
6)出水水質(zhì)好:經(jīng)生態(tài)透析技術(shù)處理的污水,其出水水質(zhì)可滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)(GB 18920-2002)》標(biāo)準(zhǔn)和達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)》一級A標(biāo)準(zhǔn),甚至一些水質(zhì)或指標(biāo)能達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 38382002)》的III類以上。
3探討分析
現(xiàn)行集中式污水處理廠規(guī)模的日漸龐大凸顯出各種弊端,逐漸成為社會可持續(xù)發(fā)展的障礙,而傳統(tǒng)技術(shù)的小型化又有諸多的缺陷條件,未能滿足日益增長的人民群眾的生活要求和社會的可持續(xù)發(fā)展。目前無論在國際還是國內(nèi)的學(xué)術(shù)上都在探討研究把污水變?yōu)橘Y源、與環(huán)境和諧發(fā)展的嶄新污水處理革命性技術(shù),這種污水處理工藝應(yīng)該具備以下原則。
1)小型化、分散化、源頭化的實現(xiàn)模式,適用于一棟樓、小區(qū)等點源污水排放的循環(huán)利用,可徹底切斷進入水環(huán)境(河流、湖泊等)中的污染源。
2)技術(shù)要求滿足無化學(xué)添加、無有機污泥產(chǎn)生、無臭氣排放,對環(huán)境無二次污染,對生態(tài)環(huán)境良好。
3)設(shè)施耐用性強,使用壽命長。
4)經(jīng)濟效益好,投資、運行費用低。
5)操作簡單,安裝和維護方便。
6)循環(huán)利用,實現(xiàn)節(jié)能減排的國家戰(zhàn)略目標(biāo)。
按照這些原則的污水處理技術(shù),才可能成為未來小型化污水處理時代的革命者和領(lǐng)導(dǎo)者。
4污水處理技術(shù)的未來展望
集中式和分散式污水處理模式均是非常重要的水處理方式。在走進微時代的今天,小型化的污水處理、分散式的處理模式符合世界發(fā)展大方向、大趨勢。分散式、小型化污水處理技術(shù)符合中國當(dāng)前的經(jīng)濟發(fā)展實際,實現(xiàn)區(qū)域性的可持續(xù)發(fā)展,也順應(yīng)國際上污水生態(tài)處理的新潮流。
1)分散式污水治理模式為資源節(jié)約和發(fā)展可持續(xù)環(huán)境保護提供了極大可能。推進先進型的分散式污水治理工藝,可對河流、湖泊等水域最大可能的實現(xiàn)零排放。水污染防治狀況將從對河流的治理轉(zhuǎn)變?yōu)楹佑恐卫磉M而轉(zhuǎn)變?yōu)樾^(qū)污水治理,從而徹底切斷排入水環(huán)境中的污染源,河流、湖泊的治理觀念由此轉(zhuǎn)變。
2)分散式、小型化污水處理模式是實現(xiàn)國家節(jié)能減排、建設(shè)生態(tài)文明與美麗中國等偉大戰(zhàn)略的催化劑和生產(chǎn)力工具。采用先進型的分散式污水處理技術(shù)治理城鎮(zhèn)污水能實現(xiàn)國家節(jié)能減排的偉大戰(zhàn)略,可使人均水資源量增加,并極大地改善生態(tài)環(huán)境。
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