于曉晶,周玉春
(1.山東省冶金設計院股份有限公司,濟南250101;2.山東省萊鋼技改工程指揮部,山東 萊蕪 271104)
隨著經濟的發(fā)展、人口的增加、生活水平的不斷提高,世界范圍內淡水資源的需求和消耗不斷增加。同時,大量的生活污水、生產廢水未經處理或處理未達標準就排放,造成水體的嚴重污染、水質惡化。我國《城市污水處理及污染防治技術政策》指出:2010年全國設市城市和建制鎮(zhèn)的污水平均處理率不低于50%,設市城市的污水平均處理率不低于60%,重點城市的污水平均處理率不低于70%。所以我國城鎮(zhèn)污水處理的現狀不容樂觀。
據2004年統(tǒng)計,全國661座城市有污水處理廠708座,處理能力4912萬m3/d,城市污水處理率達到了45.7%;全國的1636個縣城有117座污水處理廠,處理能力273萬m3/d,污水處理率只有11.2%[1]。有些設施還不能正常運行,大部分生活污水、生產廢水未經處理或處理后未達標就排放到水體,水源水質受到不同程度的污染。水資源污染導致相當部分的水體喪失了原有的使用功能,更加劇了我國水資源的短缺。
我國城鎮(zhèn)污水處理工程中存在以下一些問題:
(1)管網收集系統(tǒng)建設滯后,大部分城市雨污未分流。
(2)有些城鎮(zhèn)污水處理設施建成以后,處理設施未能充分發(fā)揮效益,正常運行的只有50%,滿負荷運行的更少。
(3)污水廠設計規(guī)模偏大、負荷率較低。
(4)城市污水處理技術線路較單一,設計思想不靈活,不能因地制宜設計出適合本土資源的合理方案。
(5)污水處理收費不到位,難以形成完善的運行管理機制。
2.1.1 經濟基礎薄弱
城市基礎設施建設緩慢,城市排水管網和污水處理設施的建設嚴重滯后于城市建設,生活污水處理率低,城市廢水處理率不足10%,遠遠低于全國平均水平。西北黃河流域重點工業(yè)企業(yè)廢水排放量和各項主要污染物排放量都遠高于西北內陸河地區(qū)。排污量大、污染負荷大是西北地區(qū)黃河流域水污染的主要原因。
2.1.2 氣侯
氣候條件的特點是日照充足,干旱少雨,多風,冬季低溫。但地域遼闊,有可利用的閑置土地,光熱資源豐富。根據其地理經濟的特點,充分利用西北地區(qū)豐富的光熱資源和閑置的土地,探索能耗、物耗和二次污染最低的污水處理新工藝,將是西北地區(qū)污水處理技術的發(fā)展方向[2]。
2.2.1 穩(wěn)定塘
20世紀80年代以來,我國在新疆、華東、華北、東北等地都籌建了穩(wěn)定塘,且運行狀況良好,國家也大力推行穩(wěn)定塘技術的應用和發(fā)展[3]。穩(wěn)定塘占地面積大,西北地區(qū)地域遼闊,處理技術與傳統(tǒng)的二級生物處理相比,具有基建費用低,能耗少,運行管理簡單方便等特點。從發(fā)展來看,穩(wěn)定塘處理技術是較理想、適合西北地區(qū)特征的污水回用處理方案。出水可用于農業(yè)灌溉,也可進行綜合利用,如養(yǎng)水生動物、植物,形成多食物網的復合生態(tài)系統(tǒng)能產生明顯的經濟環(huán)境和社會效益。
穩(wěn)定塘技術存在處理效果受氣候影響易造成二次污染,受蒸發(fā)量、降雨量的影響等問題,但在設計和運行管理過程中綜合考慮,尤其在設計中主要考慮穩(wěn)定塘的越冬問題。
2.2.2 土地處理
土地處理是利用土壤—微生物—植物組成的生態(tài)系統(tǒng)對廢水中的污染物進行一系列的物理—化學—生物凈化過程,土地處理是一種高效節(jié)能、經濟并符合生態(tài)原理的廢水處理利用系統(tǒng)。土地處理能耗低、成本低,還能去除病毒[4],氮、磷去除能力強,對負荷適應性強、基建費用和運轉費用低。土地處理包括快速滲濾、人工濕地、地下滲濾等方法。
2.2.2.1 快速滲濾
快速滲濾是一種高效、經濟、低能耗的廢水處理與再生的方法,此技術在美國應用較多。如美國加里福州豪里斯特的快速滲濾系統(tǒng),總氮去除率達95%,我國北京昌平廢水的快速滲濾系統(tǒng),COD和BOD5的去除率分別為92%、95%,出水水質優(yōu)于常規(guī)的二級處理水平??鞛V系統(tǒng)需經預處理,而且冬季運行中還受寒冷氣候季節(jié)的影響。
2.2.2.2 人工濕地
人工濕地是一個投資低、運行費用低、處理效率高、適應性廣泛的污水處理方法,適合在西北地區(qū)利用。人工濕地是利用土壤、植物等自然條件進行污水處理。這種方法在國外應用很多。在我國北京昌平的衛(wèi)星城,利用人工濕地系統(tǒng),終年可運行,夏季效果高于冬季,蘆葦產量高于原來的4~5倍[5]。人工濕地冬季去除率低,不適合處理高濃度重金屬污水。
2.2.2.3 地下滲濾
地下滲濾是污水經過土壤和土壤微生物的吸附降解作用、土壤的滲濾作用,得以凈化的過程。滲濾技術具有就地收集、就地處理、就地利用、處理構筑物少,無需曝氣,無需投藥,高效、節(jié)能,占地面積小,基建投資少,運行費用低等特點??蓮V泛用于西北及東北等地[6]。如沈陽工業(yè)大學地下滲濾中水回用技術示范工程的運行結果表明,可有效地去除有機物,具有較好的除氮效果,可獲得優(yōu)質的再生水。遼河油田茨榆坨采油廠地下滲濾中水回用,出水效果好,BOD在10mg/L以下。但地下滲濾的工藝規(guī)模不宜過大且需作預處理。
2.2.3 強化一級處理
傳統(tǒng)的城市污水一級處理工藝投資少、能耗低,但去除有機物和懸浮物的效率也比較低,達不到控制有機污染物的目的。因此高效低耗的處理工藝成為城市污水處理的熱點。目的是加強一級混凝處理,提高各污染物的去除效果,力爭去掉二級生化過程。
2.2.3.1 輻射混凝法
先對污水進行照射,然后進行混凝處理。省去了曝氣設備及能耗,照射破壞了膠體顆粒的穩(wěn)定性,改變了某些物質的分子結構,使一些顆粒和分子與混凝劑容易形成絮體顆粒而沉淀下來[7]。照射劑在10KGY時,有機物的去除率可達60%~70%,照射與混凝相結合,懸浮物的去除率能夠提高,脫色、除臭效果都能提高。其優(yōu)點是同時完成有機物、懸浮物的去除、脫色、除臭等多項污染指標,工藝流程短;不受環(huán)境影響,適應西北地區(qū)的污水處理。
2.2.3.2 化學強化一級處理
投加絮凝劑的一級處理能明顯改善對懸浮物、膠體及有機物的一級處理效果,提高一級出水水質,從而使有機負荷降低,減小后續(xù)的二級處理費用[8]。在不加助凝劑、不調整pH值的條件下,確定最佳投藥量,或研制最佳絮凝劑,需要通過大量的試驗來確定,這種方法只適合低濃度的生活污水。
2.2.3.3 生物絮凝吸附強化一級處理
利用回流一級污泥絮凝吸附作用去除有機物,主要依靠生物絮凝吸附作用,減少了二級處理的負擔,在基建與運行費用增加不多的條件下,較大地提高污染物的去除效率,以達到大幅度削減有機物總量的目的。此工藝對COD、SS的去除率大大高于普通一級處理,有較強的抗沖擊負荷能力。
強化一級處理是一種降低能耗的辦法,為了提高SS、COD及有機物的去除率,應充分利用當地的自然條件,再配合物理、化學、生物的方法,確定最佳處理工藝。強化一級處理工藝流程短、基建與運行費用低、受自然約束條件少、操作簡單,是西北地區(qū)城市污水處理技術的一個發(fā)展方向。
西北地區(qū)是我國水資源最為貧乏的地區(qū),可供開發(fā)利用的水資源已經非常有限。在加大城市廢水處理力度的同時,提高污水回收利用率,為西北地區(qū)開發(fā)提供穩(wěn)定可靠的水資源,促進經濟的發(fā)展和保障人民的需要。根據污水回用方向和水質要求,選擇上述3種污水處理技術進行處理后的污水,或直接回用,或進一步經過濾、活性炭吸附、消毒等深度處理后回用[9]。總之,應該根據西北地區(qū)特點、經濟狀況和回用水的用途,選擇適宜的污水回用工藝,研究、開發(fā)出適合西北地區(qū)污水回用的高效低能的新技術、新工藝,實現污水資源化。
(1)城市廢水處理工藝技術的選擇十分重要,不應完全效仿東部地區(qū)甚至國外的所謂先進工藝技術,而應注重采用適合于西部地區(qū)自然條件的廢水天然凈化系統(tǒng),城市廢水處理廠的建設必須與城市廢水收集管網的建設同步進行,以免由于管網系統(tǒng)建設的滯后而使廢水處理廠的功能得不到發(fā)揮。
(2)西北地區(qū)地廣人稀,利用自然資源和可再生能源的處理技術、探求短流程高效低能的組合技術是城市污水處理技術的發(fā)展方向。
(3)針對西北地區(qū)地域特點和經濟相對落后的狀況,建議西北地區(qū)利用本土資源,采用投資少費用低的土地處理、穩(wěn)定塘、強化一級處理等污水處理技術與污水回用技術一并考慮,在西北地區(qū)大規(guī)模推廣和應用,促進西部的經濟發(fā)展。
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