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        分散性污水處理技術(shù)研究進展

        2021-04-03 11:29:31尼斐達孫垂猛
        關(guān)鍵詞:分散式集中式污水處理

        尼斐達 孫垂猛 劉 陽

        1濟南市市政工程設(shè)計研究院(集團)有限責(zé)任公司 山東 濟南 250000

        2水發(fā)規(guī)劃設(shè)計有限公司 山東 濟南 250000

        污水處理系統(tǒng)分為分散式和集中式兩種。大多數(shù)城市采用集中污水處理系統(tǒng),適用于大流量污水的收集。具有處理規(guī)模大、運行成本低、水質(zhì)穩(wěn)定等特點。鄉(xiāng)村和機場位于城市的郊區(qū),由于污水收集管網(wǎng)建設(shè)不完善,不宜集中處理。因此,國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者提倡分散式污水處理,解決小范圍水污染問題。

        1 概述

        隨著我國新農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展,農(nóng)村環(huán)境污染問題日益突出。據(jù)全國污染調(diào)查,農(nóng)村區(qū)域排放COD占全國總量的43.7%,農(nóng)村污染逐漸成為主要污染源。據(jù)統(tǒng)計,我國年污水產(chǎn)量超過9000億噸,許多地區(qū)沒有有效的處理方法。河流、地下水等天然水源受到污染,影響農(nóng)村居民健康。我國農(nóng)村分散技術(shù)發(fā)展緩慢,沼氣池凈化、人工濕地等技術(shù)被廣泛采用。沼氣池技術(shù)在污水處理過程中發(fā)揮了經(jīng)濟價值,得到了國家住建部門的大力支持。人工濕地技術(shù)通過土壤過濾吸附和微生物吸收代謝兩種方式對廢水進行降解,應(yīng)用十分廣泛。近年來,我國引進蚯蚓生態(tài)濾池,利用蚯蚓和微生物生態(tài)系統(tǒng)處理廢水,具有一定的經(jīng)濟價值。

        2 分散性污水處理概念及意義

        在分散式污水處理模式中,小規(guī)模點源污水通過短距離或就地處置和低成本運行,實現(xiàn)水污染的治理,主要采用以下方法。

        一是人工處理技術(shù)。人工處理技術(shù)是一種物理或生化方法,通過相關(guān)處理設(shè)施對污水進行處理,達到一定標準后排放到水體中。如A20法、氧化溝法、MBR法、生物濾池法等。

        二是自然污水處理技術(shù)。自然污水處理技術(shù)主要是利用或模擬自然條件分解污染物。如氧化塘、人工濕地等。

        為有效補償污水集中化處理模式的不足,分散式污水處理模式逐步得到開發(fā)。集中式處理模式有規(guī)模效應(yīng),治理效果和成本都很有優(yōu)勢。但隨著城市的快速發(fā)展,城市邊緣不斷擴大,一些新區(qū)污水處理設(shè)施建設(shè)難以跟上,亟待采取措施。其次,農(nóng)村水污染分布范圍廣,具有單點水量小的特點。由于成本等原因,城市污水管網(wǎng)通常很難完全覆蓋,農(nóng)村污水無法收集處理。分布式污水處理模式應(yīng)用于上述情況,是對傳統(tǒng)污水集中化處理模式的有效補充,是對水污染采取全面對策的重要保證。

        3 分散性污水處理技術(shù)研究進展

        目前,分布式污水處理常用技術(shù)主要是人工濕地技術(shù)和一體化處理設(shè)備。

        3.1 人工濕地污水處理技術(shù)

        人工濕地是一個類似沼澤的地面,通過人工控制將污水和污泥投入其中,通過污水和污泥在一定方向上流動的過程中,利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物、化學(xué)、有機體的協(xié)同作用來處理污水和污泥的技術(shù)。作用機理包括吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物降解、轉(zhuǎn)化、植物屏蔽、殘渣積累、蒸騰水和養(yǎng)分吸收以及各種動物的作用。

        根據(jù)水流流態(tài),人工濕地可分為淹沒流和面流兩種類型。淹沒濕地又分為垂直淹沒濕地和水平淹沒濕地。其凈化機理主要是過濾沉淀、吸附與離子交換、污染物分解、植物養(yǎng)分吸收等。

        (1) 面流濕地

        面流濕地接近天然濕地,整體凈化效率不高,一般需要大面積、長停留時間。由于其環(huán)境單一,對有機物的去除效果較好,但對氮、磷的去除率較低。由于缺乏好氧、厭氧交替的環(huán)境,面流濕地很難形成一個完整的脫氮除磷過程,且裸露的水體和植物很可能滋生蚊子。

        (2)淹沒濕地

        利用生長在敷料表面的生物膜、豐富的植物根系和表土的截留作用,可以延長停留時間,另外,水流在地表以下流動,具有良好的保溫性,受氣候影響小,蚊蟲不繁殖,去除效率高,比較穩(wěn)定。

        (3)水平淹沒濕地

        在水平淹沒濕地中,布置一定孔隙率的填料,表層養(yǎng)殖植物,主要通過填料和表面附著的微生物吸收和分解水中的污染物,淹沒濕地表層土壤對污染物有恒定的處理效果,與面流濕地和傳統(tǒng)污水處理技術(shù)相比,水平式淹沒濕地對BOD5、COD和SS的去除率較高。

        (4)垂直淹沒濕地

        在垂直淹沒濕地中,水流方向為垂直向下或垂直向上,其結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點與水平淹沒濕地相似。然而,與水平流相比,它的優(yōu)點是水流截面大。其填料的攔截作用效果更好。該工藝類似于厭氧濾池,具有較高的反硝化效率。其中,人工濕地對平原坡地和相對集中的村莊具有較強的適應(yīng)性。

        3.2 一體化處理裝置

        該裝置將不同的處理工藝集成到一套小型一體化污水處理系統(tǒng)中。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計,所需土建工作量小,布局比較靈活。

        綜合處理設(shè)備考慮到場地和設(shè)施的一體化,通常采用MBR膜技術(shù)作為核心處理技術(shù)。膜生物反應(yīng)器是二十世紀末發(fā)展起來的一項高新技術(shù)。其高效的固液分離使水質(zhì)更好,且浮濁度接近于零,經(jīng)污水處理后可直接回收利用。

        MBR工藝一般包括預(yù)處理系統(tǒng)、生化處理系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。預(yù)處理系統(tǒng)由預(yù)處理池、調(diào)節(jié)池和格柵組成。生化處理系統(tǒng)由酸池、好氧池和膜生物反應(yīng)池組成。輔助系統(tǒng)是指加藥系統(tǒng)和消毒系統(tǒng)。

        在膜生物反應(yīng)器中,膜組件浸泡在好氧曝氣區(qū),膜的微開口可攔截細菌,所有游離細菌都留在曝氣池中,只有過濾后的水被收集到收集管中排放,實現(xiàn)固相和液相分離,從而省去了沉淀工段。有效去除了各種懸浮顆粒、細菌、藻類、濁度、COD和有機物。

        該系統(tǒng)出水水質(zhì)可以達到一級A或地表準四類標準。

        4 我國分散式污水處理的問題

        (1)起步較晚,相關(guān)規(guī)范標準有待完善

        發(fā)達國家對分布式污水處理系統(tǒng)的投入很大,20世紀70年代,美國建設(shè)了許多小型的分布式污水處理系統(tǒng)。例如,在塔基州和南卡羅來納州,分布式廢水處理系統(tǒng)的使用率達到40%,在北卡羅來納州達到48%。美國的分布式污水處理率為95%以上。除了美國,日本在20世紀60年代也相繼拿出大量資金,建設(shè)了大量的分散式生活污水凈化設(shè)備,形成了相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范和標準。而我國從近期才開始對分散式處理進行研究和普及,所采用的技術(shù)規(guī)范及標準均沿用了傳統(tǒng)的集中式污水處理廠的相關(guān)內(nèi)容,并不完全適合分散式污水處理模式,對該模式的運用產(chǎn)生了一些困擾。因此有必要完善相關(guān)行業(yè)規(guī)范和標準,以更好的推廣分散式處理模式。

        (2) 運營管理模式有待研究

        目前我國對污水處理技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很大的成果,基本達到了世界先進水平,但相較于傳統(tǒng)集中式的污水處理廠來說,其運營管理上的問題比較突出。首先,運營資金來源不明確,很多分散式污水處理設(shè)施建成后無穩(wěn)定的資金來源進行維持,作為一種沒有直接經(jīng)濟效益的公共設(shè)施來說此種模式不具備持久性。其次,缺乏專業(yè)技術(shù)人員,部分設(shè)施建成后由于缺乏必要的維護而很快損壞,成為擺設(shè),造成了極大的資源浪費。因此,有必要探索出一條可持續(xù)發(fā)展的運營管理模式。

        (3)配套基礎(chǔ)設(shè)施有待完善

        隨著計算機技術(shù)的突飛猛進,污水處理廠、站的自動化程度不斷提高,PLC、工控機等也逐漸在新建污水處理系統(tǒng)中普及開。我國大型城市生活污水集中式處理系統(tǒng)通過中央控制室實現(xiàn)全站的集中管理和管理,全廠的污水流量、pH、濁度、余氯、溶解氧等參數(shù)及設(shè)備的運行狀況通過“PLC”進行數(shù)據(jù)處理,經(jīng)主干通訊網(wǎng)絡(luò)——工業(yè)以太網(wǎng)或“IP”協(xié)議,以光纖電纜為介質(zhì),傳輸至上位機進行數(shù)據(jù)交換處理,上位機監(jiān)控畫面上即可顯示整個水廠各主要工藝工段的設(shè)備運行狀態(tài)及水質(zhì)狀況,操作人員根據(jù)這些狀態(tài)參數(shù),監(jiān)控水處理系統(tǒng)運行狀況。農(nóng)村生活污水分散式處理系統(tǒng)雖已進入自動化階段,但仍存在問題值得討論:(1)對于一些排放標準嚴格的農(nóng)村生活污水處理設(shè)施,有效的技術(shù)化監(jiān)控是設(shè)施達標處理穩(wěn)定性的潛在影響因素之一;(2)城鄉(xiāng)經(jīng)濟存在差異,分散式處理系統(tǒng)地處偏遠,光纖網(wǎng)絡(luò)不通,沒有專業(yè)人員長期駐守,實現(xiàn)技術(shù)化監(jiān)控所需的雙向數(shù)據(jù)傳導(dǎo)必須采取合理的傳輸介質(zhì)及上位機管理平臺,而相關(guān)平臺的建設(shè)確是一個盲區(qū)。因此,有必要完善污水監(jiān)管城鄉(xiāng)一體化平臺建設(shè),真正實現(xiàn)污水處理無人值守及常態(tài)化監(jiān)控。

        5 結(jié)束語

        我國地域廣大,各地的自然環(huán)境及經(jīng)濟發(fā)展水平差異性較大,分散式處理模式具有較高的靈活性和適應(yīng)性,是集中式污水處理模式的有效補充,是對水污染進行全方位治理的有效保障,擁有廣闊的發(fā)展前景。在實際應(yīng)用過程中,如何建立健全長效管理機制仍有待探討和研究。

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