李夢紅

（山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，山東 淄博 255000）

引言

由于科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和國家對高校的財政支持，近年來，各大高校先后投入一批新設(shè)備，以支持目前專業(yè)發(fā)展的需要。但是，之前使用的老設(shè)備由于儀器穩(wěn)定性降低，各零部件老化等問題而逐漸處于閑置狀態(tài)，這進(jìn)一步加劇了設(shè)備的老化。然而，這些老設(shè)備并不是一無是處，如果將它們進(jìn)行有機(jī)的優(yōu)化組合，通過有針對性的改造，可以使這些老舊設(shè)備物盡其用，避免設(shè)備的閑置和浪費。

垃圾滲濾液是指垃圾在填埋和堆放過程中由于垃圾中有機(jī)物的分解產(chǎn)生的水以，以及垃圾中的游離水、降水及入滲的地下水和通過淋溶作用形成的污水。垃圾滲濾液是一種高濃度難降解的有機(jī)廢水，其化學(xué)需氧量（COD）和氨氮含量都比較高，成分也極其復(fù)雜，若不經(jīng)處理而直接外排將會對土壤、地下水等造成嚴(yán)重污染[1]。垃圾滲濾液由于其水質(zhì)水量的不穩(wěn)定性，以及滲濾液中含有大量難降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物和氨氮等毒性物質(zhì)，所以滲濾液的處理非常困難。

1 項目的研究背景

專業(yè)環(huán)境工程實驗室是山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院下設(shè)的專業(yè)實驗室，始建于2001年。在專業(yè)創(chuàng)建初期投入較大資金力度，力爭把實驗室建成環(huán)境工程專業(yè)領(lǐng)域水處理實驗設(shè)備先進(jìn)、種類齊全的現(xiàn)代化高水平實驗室。建成初期承擔(dān)著環(huán)境工程本科專業(yè)和其他相近專業(yè)的實驗和實踐的教學(xué)任務(wù)。建成以來購置了多臺水處理實驗裝置，如A2O城市生活污水處理裝置、SBR間歇式活性污泥法處理裝置、MBR膜生物反應(yīng)器、曝氣生物濾池、厭氧折流板等，這在當(dāng)時的水處理領(lǐng)域都是比較前沿的處理技術(shù)和實驗裝置。但是隨著科技水平的進(jìn)步，水處理技術(shù)不斷的提升和改進(jìn)，環(huán)保技術(shù)和裝備也在不斷的發(fā)展和更新?lián)Q代，傳統(tǒng)的水處理方法難以適應(yīng)新的污水處理條件和達(dá)標(biāo)要求。主要表現(xiàn)在以下幾點。

第一，實驗室二十年前購置的水處理實驗裝置不僅接近報廢年限，而且也陸續(xù)出現(xiàn)設(shè)備零部件老化需要及時更換等問題。

第二，傳統(tǒng)的水處理技術(shù)和方法在實踐教學(xué)中逐步趨于邊緣化，專業(yè)教師在水處理的教學(xué)過程中，更加注重先進(jìn)的新型的處理技術(shù)，因而造成近幾年這些老舊的設(shè)備利用率不高。長期的閑置加速儀器設(shè)備的老化，造成教育資源的浪費。

第三，老舊儀器的功能落后也是制約儀器利用率的主要問題。

因此，通過更換或添加某一特定的模塊，實現(xiàn)廢舊設(shè)備的升級改造，或者將多臺儀器重新進(jìn)行優(yōu)化組合，使其重新發(fā)揮作用是目前實驗室廢舊設(shè)備處置的最佳途徑。

2 項目的創(chuàng)新點

研究開發(fā)污水處理的新工藝離不開科學(xué)技術(shù)研究領(lǐng)域的突破和創(chuàng)新，本項目通過學(xué)科的跨界、交叉與融合，打破了學(xué)科之間的“壁壘”，提高了學(xué)生的跨學(xué)科的思維整合能力和多學(xué)科交叉融合能力[2]。垃圾滲濾液的水質(zhì)水量隨季節(jié)變化大，且COD、氨氮含量比較高[3]。目前垃圾滲濾液的處理通常采用生化法和膜處理技術(shù)，但是，生化法存在脫氮問題，膜法產(chǎn)生的濃縮液難以解決[4]。試驗通過將碳基納米新材料和新型膜分離技術(shù)應(yīng)用到水處理研究領(lǐng)域，通過在廢舊設(shè)備中添加或更換特制的水處理單元模塊，大幅提高了垃圾滲濾液的處理效率。另外，針對垃圾滲濾液的預(yù)處理模塊，通過改變廢舊裝置的結(jié)構(gòu)部件，克服了目前利用生化法難以解決的脫氮除磷問題，大幅縮短了廢水處理流程[5]。本項目的處理工藝在以下兩方面有所突破。

（1）增加碳氮比，強(qiáng)化脫氮除磷效果。試驗通過內(nèi)置的碳源補(bǔ)給模塊，精確加入新型納米碳材料以添加碳源，通過合適的碳氮比來強(qiáng)化微生物脫氮除磷效率，既節(jié)省了建造成本又減少占地面積，使設(shè)備更加機(jī)動靈活。

（2）改進(jìn)膜處理模塊，提高生物膜的處理效率。通過應(yīng)用新型膜處理技術(shù)，結(jié)合廢舊設(shè)備的結(jié)構(gòu)改造，改進(jìn)曝氣方式，有助于生物膜的培養(yǎng)和污染物的去除；通過增加反沖洗力度，大幅減少了濃縮液的產(chǎn)生，使設(shè)備的運行成本顯著降低。

3 項目的研究內(nèi)容

環(huán)境工程本科專業(yè)要求學(xué)生不僅要熟練掌握各種水處理工藝，還需要具備對水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)的能力。隨著科技的不斷進(jìn)步和水處理技術(shù)的不斷提高，傳統(tǒng)的水處理工藝可能已經(jīng)無法滿足新的需求和挑戰(zhàn)，因此需要不斷進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。需要通過科學(xué)研究和實踐來提煉專業(yè)知識，理解各種水處理工藝的原理和運行機(jī)制，以及其在實際應(yīng)用中存在的問題和局限性。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)該能夠提出新的改進(jìn)和優(yōu)化方案，以適應(yīng)不斷變化和發(fā)展的水處理技術(shù)。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

第一，利用新材料技術(shù)、新型反應(yīng)器設(shè)計、高效能源利用等方法，優(yōu)化和改進(jìn)傳統(tǒng)的水處理工藝，提高處理效率和減少資源消耗。

第二，探索新的水處理技術(shù)，如膜分離技術(shù)、光催化技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)等，以提高水處理的效果和質(zhì)量。

第三，遵循環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的原則，將其融入水處理工藝的改進(jìn)和優(yōu)化中。

考慮到水處理過程對環(huán)境的影響，提出可持續(xù)的解決方案，如減少產(chǎn)生的廢棄物和污染物，回收和重復(fù)利用資源等[6]。本項目并不是將多臺老舊設(shè)備隨意改造，而是根據(jù)現(xiàn)階段垃圾滲濾液的處理方法，通過一系列的試驗制定理論基礎(chǔ)完善、技術(shù)穩(wěn)定成熟的污水處理工藝；然后根據(jù)試驗數(shù)據(jù)設(shè)計一套高度集成、系統(tǒng)優(yōu)化的垃圾滲濾液處理設(shè)備；最后通過實驗室廢舊設(shè)備的提升改造整合構(gòu)建垃圾滲濾液一體化試驗裝置[7]。

3.1 垃圾滲濾液處理工藝的優(yōu)化

根據(jù)垃圾滲濾液水質(zhì)水量特點，確定垃圾滲濾液處理的最佳工藝流程。其中，將碳基新材料和新型膜分離技術(shù)應(yīng)用于本項目處理過程中，已得到良好的處理效果。垃圾滲濾液處理前后的各控制污染物的濃度見表1。由表1可知，主要的控制污染物在處理后都達(dá)到垃圾滲濾液排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 16889—2008）。項目研究過程圖片如圖1。

圖1 項目研究過程圖片

表1 垃圾滲濾液處理前后污染物濃度變化表

3.2 垃圾滲濾液一體化處理裝置的設(shè)計計算

根據(jù)最佳工藝流程，對垃圾滲濾液一體化處理裝置進(jìn)行設(shè)計計算，盡量做到設(shè)備機(jī)動性強(qiáng)、去除有機(jī)物的效率高及抗水力負(fù)荷能力強(qiáng)。根據(jù)最終的試驗結(jié)果結(jié)合工藝的優(yōu)化組合，最后采用混凝+芬頓（Fendon）+MBR（碳源補(bǔ)給）+生物膜過濾器+DTRO組合工藝處理。深度處理效果對比見表2。

表2 深度處理效果對比

3.3 試驗裝置的一體化設(shè)計

設(shè)備部件的加工、廢舊設(shè)備升級改造及試驗裝置的一體化設(shè)計，需按照計算內(nèi)容對設(shè)備進(jìn)行一體化組裝，實現(xiàn)高度的自動化和集成化。其中，通過添加新型碳材料實現(xiàn)廢舊設(shè)備的技術(shù)升級，提高了裝置脫氮除磷模塊的處理效率；通過應(yīng)用新型膜處理技術(shù)與廢舊設(shè)備結(jié)構(gòu)部件的改造結(jié)合，有利于生物膜的培養(yǎng)和設(shè)備的運行維護(hù)。根據(jù)《水污染控制工程》的設(shè)計計算方法，結(jié)合垃圾滲濾液所設(shè)定的水質(zhì)水量要求，分別對混凝芬頓池、MBR系統(tǒng)、生物膜過濾器等進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計計算，部分部件的結(jié)構(gòu)見圖2。相關(guān)設(shè)備展示如圖3。

圖2 MBR與生物膜過濾器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 相關(guān)設(shè)備展示

3.4 設(shè)備的調(diào)試、運行及處理效果的驗證

取實際的垃圾滲濾液驗證此一體化裝置的處理效果，使垃圾滲濾液的各項指標(biāo)能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 16889—2008）。

4 項目研究的意義

經(jīng)過對廢舊設(shè)備的提升改造，實現(xiàn)對垃圾滲濾液一體化裝置的工藝優(yōu)化、設(shè)計改進(jìn)、調(diào)試運行、實踐應(yīng)用等環(huán)節(jié)，不僅能夠讓學(xué)生全面而綜合地掌握所學(xué)專業(yè)知識，真正做到學(xué)以致用，還通過學(xué)科的交叉融合，起到拓寬知識維度，提升專業(yè)素養(yǎng)的作用。另外，這些水處理的試驗裝置只是廢水處理流程中的一個單元。這些裝置不僅可用于垃圾滲濾液，還可以用于印染廢水、啤酒廠廢水等其他廢水的處理流程。因此，充分結(jié)合專業(yè)的研究方向，并與實踐項目相結(jié)合，在實踐創(chuàng)新過程中大幅提高這些閑置設(shè)備的利用率，使功能落后的老化設(shè)備重新煥發(fā)生機(jī)，變廢為寶，物盡其用。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步也是日新月異。作為高校教師，在認(rèn)真上課做好本職工作以外，更應(yīng)該在第一時間把本專業(yè)領(lǐng)域的新技術(shù)新方法傳受給學(xué)生，并且要根據(jù)自身的實驗和科研條件，讓他們親自操作，身臨其境的感受，這是作為一名高校教師的責(zé)任，也是應(yīng)盡的義務(wù)。