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        自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理中的應(yīng)用

        2022-12-30 00:42:10楊文浩
        智能建筑與智慧城市 2022年3期
        關(guān)鍵詞:反應(yīng)器污水處理污泥

        楊文浩

        (中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司)

        1 引言

        改革開放以來,我國經(jīng)濟(jì)得到了迅速發(fā)展,國家綜合實力得到很大提升,但在經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展過程中,不知不覺對環(huán)境造成了破壞[1]。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的提出,環(huán)境保護(hù)也被提上日程,污水處理成為其中的重要部分。在我國的水環(huán)境治理過程中,污水處理技術(shù)不斷發(fā)展,自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)是一種處理污水非常有效的工藝,應(yīng)用過程中不會出現(xiàn)二次污染,處理效率很高。本文通過對該項技術(shù)的研究,以期進(jìn)一步提高鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水的治理水平。

        2 自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的來源和背景

        我國經(jīng)過長期的污水治理之后,城市污水處理已經(jīng)取得了一定成效,現(xiàn)階段重點需要解決的是鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理問題。自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)又稱為IBR(Integreted Biomarker Responses,整合生物標(biāo)志物響應(yīng))技術(shù),該技術(shù)處理的污水具有氮和磷濃度低、污泥多、有機(jī)物含量少等特點。

        3 自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的原理

        自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)是通過集成各種生物化學(xué)反應(yīng)和物理手段于一體處理污水的一項技術(shù),并且采取不間斷進(jìn)出水和間歇性向污水中沖氧氣的方式保持污水中污泥的循環(huán)性和活性,讓污水的脫氮除磷工作處于最佳狀態(tài)[2]。隨著氧氣充入污水的頻率不同,反應(yīng)池中的污水狀態(tài)也不同,對不同的污水選取不同且合適的充氧頻率可以提高污水處理的效率。目前該技術(shù)已經(jīng)具有按空間分割流體污泥和按時間進(jìn)行間歇性曝氣的優(yōu)點。

        自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的反應(yīng)池是進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)和沉淀的場所,因此反應(yīng)池也是沉淀池,這減少了該技術(shù)應(yīng)用所占用的場地。在沉淀的過程中,同樣需要向污水中間歇性充入氧氣,還要進(jìn)行攪拌和沉淀等工作,使用機(jī)械攪拌器時的驅(qū)動功率較高,一般是2kW·m3~4kW·m3;渦旋式攪拌器的葉片數(shù)量一般為4、6、8 個,可以根據(jù)需要選擇合適數(shù)量的葉片進(jìn)行工作。通過分析污水的水深、溫度和水質(zhì)以及季節(jié)變化對污水狀態(tài)造成的影響來靈活調(diào)節(jié)充氧頻率、攪拌周期和沉淀時間,實現(xiàn)在最經(jīng)濟(jì)的情況下最大限度達(dá)到污水脫氮除磷效果,同時減少該過程中消耗的能量,達(dá)到節(jié)能的目的。在通氣裝置中,最簡單的裝置是一單孔管,此時的管口與罐底只有40mm,可以有效避免培養(yǎng)液中固體物質(zhì)在開口處的堆積。

        4 自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的工藝流程

        4.1 格柵

        該步驟是工藝流程的第一步,主要是攔截污水中的顆粒和纖維狀的物質(zhì),以此保證在后續(xù)的污水處理工作中管道暢通。格柵所攔截下來的物質(zhì)會由人工進(jìn)行定期清理,格柵設(shè)計采用的是粗細(xì)兩道形式,在整個工藝流程中處理調(diào)節(jié)池的進(jìn)水口。

        4.2 污水調(diào)節(jié)池

        污水調(diào)節(jié)池主要是接受經(jīng)過格柵處理后的污水,有均勻水質(zhì)和調(diào)節(jié)水量的作用,可以使污水經(jīng)過污水調(diào)節(jié)池之后更加均勻地進(jìn)入下一步污水處理。此外,在污水調(diào)節(jié)池中有潛污泵,作用是將在污水調(diào)節(jié)池中處理好的污水送至下一個污水處理環(huán)節(jié)。

        4.3 膜生物反應(yīng)器

        膜生物反應(yīng)器最核心的部分是膜元件,膜元件是由一種結(jié)構(gòu)組合成膜的組件,將膜元件用于污水處理時,可以用平片膜0.3μm 的孔徑阻止細(xì)菌的通過,同時保證水的通過,可將曝氣池中的大部分細(xì)菌保留在這一步,實現(xiàn)泥水分離。此外,膜生物反應(yīng)器分為間歇反應(yīng)器、連續(xù)式反應(yīng)器、半連續(xù)式反應(yīng)器。

        4.4 消毒裝置

        該步驟采用接觸式消毒的方法,徹底消滅處理后污水中的各種病菌。

        4.5 污泥消化池

        在膜生物反應(yīng)器中排放出的污泥會在池中進(jìn)行好氧消化的穩(wěn)定處理,可以提高污泥的穩(wěn)定性,減少污泥的體積,待污泥的體積減少之后,環(huán)衛(wèi)部門對污泥進(jìn)行處理和外運(yùn),池中的上清液回流到調(diào)節(jié)池中進(jìn)行再次利用。

        4.6 風(fēng)機(jī)

        該步驟主要用于對膜生物反應(yīng)器、污泥消化池的好氧消化處理和調(diào)節(jié)池預(yù)曝氣等。

        5 自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用情況及優(yōu)勢

        截至2020年,自響應(yīng)生物反應(yīng)污水處理技術(shù)已經(jīng)在我國14 個省份、總計超過200 個污水處理項目中應(yīng)用。2020年,該技術(shù)穩(wěn)居市場占有率第一。

        在鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水方面,已經(jīng)建成投入使用和正在建設(shè)的自響應(yīng)生物反應(yīng)污水處理廠有60 余個。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)應(yīng)用自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的優(yōu)勢主要有幾方面。

        5.1 構(gòu)、建筑物少,占地面積小

        自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)在應(yīng)用過程中有著構(gòu)、建筑物少和占地面積小的特點。

        ①由于自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的特點,例如反應(yīng)池和沉淀池合二為一、平流沉砂池和消毒渠一起建成、采用一體結(jié)構(gòu)設(shè)計、不需要再建第二沉淀池等,減少了該工程的構(gòu)、建筑物數(shù)量,也減少了應(yīng)用占地面積。

        ②在設(shè)計構(gòu)筑物時考慮到污水的特性,最終污水處理廠的工藝性構(gòu)筑物只有2 座,分別是調(diào)節(jié)池和自響應(yīng)生物反應(yīng)綜合池。因此,在處理污水的整個過程中場地建筑設(shè)計十分暢通,十分簡潔。

        ③在該項技術(shù)的實際應(yīng)用中,反應(yīng)器池體深度較深,從而增大污水處理能力,同時將占地面積問題巧妙轉(zhuǎn)變成了處理池的深度問題,減小占地面積。

        5.2 設(shè)備少、耗能低

        自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)與其他污水處理技術(shù)相比,所需機(jī)械設(shè)備較少。在自響應(yīng)生物反應(yīng)池中只需要攪拌器和水泵兩種設(shè)備,在調(diào)節(jié)池中只需要提升泵和粗格柵兩種設(shè)備。

        由于機(jī)器設(shè)備少,應(yīng)用時其能耗與其他污水處理技術(shù)相比較低,且在實際中需要消耗的能量只有電能。該工藝通過合理控制水池的進(jìn)出口高差,實現(xiàn)了充分利用水的特性減少能量消耗的目的,進(jìn)一步減少了能耗[3]。另外,該工藝采用先進(jìn)的自控系統(tǒng),可自動根據(jù)污水水質(zhì)改變污水處理的運(yùn)行模式,保證了處理后的水質(zhì),使該工藝達(dá)到了耗能最小化。

        5.3 污水處理的操作簡單

        由于自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)在應(yīng)用時所需機(jī)械設(shè)備少,并設(shè)有自動控制系統(tǒng),因此,在進(jìn)行污水處理時所需的運(yùn)行操作人員較少,操作步驟也簡單易行。

        由于自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)專用控制系統(tǒng)采用的是可編程邏輯控制器,又稱為PLC,可以控制污水進(jìn)水的水量,而且操作簡單,運(yùn)用該控制器可以達(dá)到自動控制的目的,所以在步驟上甚至不需要過多專門的控制人員[4]。

        5.4 經(jīng)濟(jì)實惠

        綜合自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)在應(yīng)用時的特點,該工藝也擁有經(jīng)濟(jì)實惠的特點。

        ①由于該工藝構(gòu)建筑物少、占地面積小,因此建設(shè)污水處理廠土地使用面積小,用地成本和工程建設(shè)成本較低。

        ②由于運(yùn)行過程中無噪音,不需要在污水處理廠外再設(shè)置隔音裝置,也不會因為噪音而受到投訴。

        ③由于設(shè)備保質(zhì)期長,在運(yùn)營期間無需經(jīng)常更換設(shè)備,減少設(shè)備重置費用,也降低了后期的維護(hù)維修的成本。

        6 自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)應(yīng)用的意義

        6.1 實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用

        我國的水資源不少,但是由于人口基數(shù)龐大,導(dǎo)致人均水資源十分匱乏,被世界列為了世界上十三個貧水國之一。隨著國家的不斷改革和工業(yè)化的不斷推進(jìn),水質(zhì)污染、水資源浪費的問題日趨嚴(yán)重,為了實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用,減少水資源的消耗,污水治理必須提上日程。同時,為了響應(yīng)國家的可持續(xù)發(fā)展理念,污水處理也逐漸受到社會的高度重視。

        當(dāng)污水被處理之后,部分水資源可以得到再次利用,甚至可以被循環(huán)處理,再被循環(huán)利用,這就大大提高了水資源的利用率,變廢為寶,減少了對新的水資源的消耗。

        6.2 減少環(huán)境污染總量

        當(dāng)前,水污染嚴(yán)重的重要原因之一是人為污染。人類在生活和生產(chǎn)的過程中會產(chǎn)生許多廢物和廢水,例如,生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水、城市固體廢料等污染。相當(dāng)大一部分的工業(yè)廢水流入江河,污染了水體,這部分的污水中包含了大量污染物質(zhì),還有許多復(fù)雜的成分。其中,有部分含劇毒,如果被食用,后果不堪設(shè)想。部分污水中含有有機(jī)物,當(dāng)這些廢水被排放到水體中后,有機(jī)物會消耗大量的溶解氧,導(dǎo)致原來水體中的魚類、植物死亡,導(dǎo)致水體發(fā)黑和變臭。隨著工業(yè)和采礦業(yè)的發(fā)展,我國的工業(yè)持續(xù)發(fā)展中還有可能會產(chǎn)生許多重金屬超標(biāo)的廢水,直接排放后會導(dǎo)致湖泊和河流的重金屬超標(biāo),造成重金屬污染,水資源污染更加嚴(yán)重。

        在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中也會造成水體污染。農(nóng)民對農(nóng)作物施肥、噴灑農(nóng)藥和此過程中產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢棄物造成了土壤污染,在澆水和下雨時,土壤中的污染物隨著水流進(jìn)入河流中,進(jìn)而造成水體污染,水體富營養(yǎng)化。據(jù)統(tǒng)計,我國每年平均使用農(nóng)藥為50萬噸~60 萬噸,化肥使用量為4537 萬噸,其中產(chǎn)生的大量污染物造成許多河流、水庫、湖泊等水體被嚴(yán)重污染。

        生活污水也是造成水污染的重要原因之一,城市中人均污水產(chǎn)生量為150L~400L,其中包括商業(yè)排水、醫(yī)院排水、娛樂場所的排水和家庭排水等,這些都與人類的生活密切相關(guān)。

        6.3 減少了水污染造成的環(huán)境危害

        如今,人類居住的環(huán)境正向宜居和美化的方向不斷發(fā)展,因此,環(huán)境保護(hù)變得越來越重要,對環(huán)境建設(shè)工作也有著越來越高的要求,當(dāng)污水處理效果不好或者處理污水措施落后時,就會影響整體的居住環(huán)境,進(jìn)而影響人們的居住心情。當(dāng)水體環(huán)境良好時,人們可以喝上健康的水、呼吸新鮮的空氣、改善居住環(huán)境,提高人們居住的滿意程度和生活質(zhì)量。

        在新的環(huán)境建設(shè)要求之下,建立新的風(fēng)景線也是很重要的一步,在建立人工湖或者公園時,水體的重要性也就顯現(xiàn)出來,因此,要保證水體干凈,才能更好地建設(shè)美好的環(huán)境。

        7 結(jié)語

        本文通過對自響應(yīng)污水處理技術(shù)的研究,并分析鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展的現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn):自響應(yīng)污水處理技術(shù)是一項很適合鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理的技術(shù),經(jīng)過長時間的實地工程實踐取得了良好的效果,給鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理現(xiàn)狀帶來了改變和提高。

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