3 可持續(xù)發(fā)展的污水處理工藝
目前我國城市污水處理廠普遍采用的工藝是國外在水污染控制過程中，被證明是行之有效的技術(shù)。并且是歐美等發(fā)達(dá)國家所采用的主導(dǎo)技術(shù)，我國與歐美等國家與工藝幾乎處在同一水平上，但是我國的國民生產(chǎn)總值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上述國家，采用以上技術(shù)是否能夠完全適合我國的國情，是我們需要考慮的一個(gè)問題。這需要從技術(shù)的先進(jìn)性和是否代表了可持續(xù)發(fā)展的方向兩個(gè)方面來考慮。
3.1新技術(shù)、新工藝的開發(fā)
從技術(shù)發(fā)展的角度給開發(fā)新技術(shù)提供了可能性，各種類型有機(jī)污染物的厭氧(缺氧)、好氧降解反應(yīng)過程匯總?cè)缦隆?/font> 好氧(缺氧)過程 厭氧(缺氧)過程
1) COD®H2O＋CO2 (傳統(tǒng)好氧) 2) COD ® CH4+CO2(傳統(tǒng)厭氧)
3) NH4+ ®NO2－ ®NO3- (硝化) 4) NO3-( NO2-)® N2 (厭氧或缺氧(短程)反硝化)
5) PO4-＋生物-P ®生物-P(厭氧) 6) NH4+＋NO2-®N2(厭氧氨氧化)
7) H2S ®So (微需氧或缺氧) 8) SO4= ®H2S (厭氧反應(yīng))
9) R-Cl®CO2 + Cl- (好氧反應(yīng)) 10) RCCl®CH4+CO2+Cl-(厭氧反應(yīng))
以上反應(yīng)為新工藝開發(fā)的化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)，是新工藝開發(fā)的基礎(chǔ)和生長點(diǎn)。人們過去對于好氧微生物和專性厭氧微生物研究十分充分, 而對兼氧性微生物的研究不夠。反應(yīng)式(1、2和3)為傳統(tǒng)厭氧和好氧工藝，其他均為兼性菌的反應(yīng)。事實(shí)上，去除 N、P的A2O或AO工藝(反應(yīng)4、5)就是利用兼性菌的工藝。Kuenen等發(fā)現(xiàn)某些細(xì)菌在硝化、反硝化應(yīng)用中能利用NO2-或NO3-作電子受體將NH4+氧化為N2和氣態(tài)氮化物(反應(yīng)式5)；在這些反應(yīng)的基礎(chǔ)上，正在開發(fā)短程反硝化、ANAMMOX和OLAND等符合可持續(xù)發(fā)展的新工藝。可以很好的與氧化溝、生物膜、SBR反應(yīng)器和間歇曝氣等工藝結(jié)合。
成功的利用兼性微生物的典型工藝是北京環(huán)保所在80年代開發(fā)的水解－好氧處理工藝。水解池利用水解和產(chǎn)酸微生物，將污水中的固體、大分子和不易生物降解的有機(jī)物降解為易于生物降解的小分子有機(jī)物。使得污水在后續(xù)的好氧單元以較少的能耗和較短的停留時(shí)間下得到處理。從大量實(shí)踐來看，采用水解－活性污泥法與傳統(tǒng)活性污泥相比，基建投資、能耗和運(yùn)行費(fèi)均可節(jié)省30%以上。
3.2 生態(tài)處理技術(shù)
所謂生態(tài)處理技術(shù)并不是什么全新的技術(shù)，而是在農(nóng)村和小縣城可以根據(jù)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)和自然條件，而適當(dāng)采用的土地處理技術(shù)、氧化塘處理技術(shù)和人工濕地處理技術(shù)等等。土地快速滲濾或慢速滲濾污水處理系統(tǒng)，是利用天然或人工砂土，在一定水力負(fù)荷條件下，通過土地處理系統(tǒng)產(chǎn)生綜合的物理、化學(xué)和生物反應(yīng)使污染物得以去除，其中主要是生物化學(xué)反應(yīng)。滿足出水的處理目標(biāo)。該技術(shù)建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用低、管理簡單和出水效果好，適合于我國國情。 而污水人工濕地處理技術(shù)，將污水有控制地投配到經(jīng)人工改造的濕地上，利用土壤、植物和微生物等對污水進(jìn)行處理。深圳平湖白泥坑人工濕地系統(tǒng)是我國九十年代具有代表性的工程。近年來，該技術(shù)研究和應(yīng)用較為廣泛。穩(wěn)定塘則是一種構(gòu)造簡單，易于管理，處理效果穩(wěn)定可靠的污水自然生物處理設(shè)施。污水在塘內(nèi)通過長時(shí)間的停留，其有機(jī)物通過不同細(xì)菌的分解代謝作用用后被生物降解，穩(wěn)定塘按照功能可分為以類： (1) 好氧塘；(2) 兼性氧化塘；(3) 厭氧氧化塘；(4) 曝氣氧化塘；(5) 高效氧化塘。
4 小城鎮(zhèn)污水物化處理
4.1一級化學(xué)強(qiáng)化處理
國家城鎮(zhèn)污染技術(shù)政策建議非重點(diǎn)流域和非水源保護(hù)區(qū)的建制鎮(zhèn)，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)條件和水污染控制要求，可先行一級強(qiáng)化處理，分期實(shí)現(xiàn)二級處理。一級物化處理有投資省、運(yùn)行費(fèi)用和能耗低的優(yōu)點(diǎn)，特別是采取一級強(qiáng)化處理措施，在費(fèi)用和能耗增加不多的條件下，較大幅度的提高有機(jī)物的去除率，以達(dá)到大量削減有機(jī)污染物總量的目的，這對于我國這樣一個(gè)發(fā)展中國家是一條值得探索的途徑，對全面實(shí)現(xiàn)我國水環(huán)境徹底改善的目標(biāo)具有重大意義。表2是國內(nèi)外一些一級強(qiáng)化處理工藝典型工藝的匯總表。
一級強(qiáng)化化學(xué)處理與絮凝劑的發(fā)展密切相關(guān)，現(xiàn)在由于高效、廉價(jià)絮凝劑的出現(xiàn)，國外在城市污水處理中已經(jīng)應(yīng)用。瑞典的城市污水處理廠大部分都采用了化學(xué)處理與生物處理聯(lián)用。瑞典有關(guān)部門曾對生物處理和化學(xué)處理中所需能量進(jìn)行了比較，生物處理每降解1 kgBOD7需1.3kW.h。絮凝劑生產(chǎn)的原料、運(yùn)輸和形成最終產(chǎn)品所需能耗為每kg產(chǎn)品約0.3kw·h，通常絮凝劑的投加量平均約為150g/m3，可見化學(xué)處理的藥耗能耗遠(yuǎn)低于生物處理。一級強(qiáng)化處理工藝特點(diǎn)如下：
① 去除率高：對懸浮固體、膠體物質(zhì)和磷的去除具有明顯效果，一般可去除懸浮固體達(dá)90%，BOD50%～70%，COD50%～60%，細(xì)菌80%～90%，總磷80%～90%。
② 投資效益好：能降低后續(xù)生物處理的負(fù)荷和電耗，運(yùn)行穩(wěn)定，所需生化池容積較小，節(jié)省用地和造價(jià)，而且近期投資環(huán)境效益較好(與一沉池比較)；
③ 除磷效果好：國內(nèi)外的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，除磷效率將高于生物除磷，當(dāng)結(jié)合后續(xù)生物處理時(shí)，出水的TP含量可望滿足0.5mg/L的排放要求(一級標(biāo)準(zhǔn))。
④ 化學(xué)污泥的處理和處置：采用一級強(qiáng)化工藝的污水廠，化學(xué)藥劑的投加會(huì)使沉淀污泥的產(chǎn)量增加、濃度降低，污泥體積增大，使污泥處理處置的難度增加，初沉池產(chǎn)泥量將增加50%～100%。除了考慮藥劑費(fèi)用外，要考慮污泥的處理處置費(fèi)用。一級強(qiáng)化工藝增加了污泥處理處置費(fèi)用相當(dāng)可觀，對此需引起足夠的重視。
4.2 化學(xué)除磷
隨著我國污水排放標(biāo)準(zhǔn)中對N、P的要求日趨嚴(yán)格，我國面臨著現(xiàn)有污水處理設(shè)施的除磷工藝改造和新建具有除磷脫氮功能的污水處理設(shè)施兩種情況。活性污泥工藝和生物接觸氧化工藝是具有代表性的兩種污水處理工藝。目前國內(nèi)外普遍采用的除磷方法主要有化學(xué)除磷和生物除磷法，以及化學(xué)和生物除磷相結(jié)合的生化除磷法。化學(xué)除磷投藥量計(jì)算較為復(fù)雜，目前還沒有公開發(fā)表過技術(shù)試驗(yàn)結(jié)果來描述化學(xué)除磷投藥量的計(jì)算方法。常引入藥劑投加系數(shù)β值，即：
β＝摩爾Fe或Al/摩爾
投加系數(shù)β是受多種因素影響的，如投加地點(diǎn)、混合條件等，實(shí)際投加時(shí)建議通過投加試驗(yàn)確定。現(xiàn)對中試試驗(yàn)中β與TP去除效果進(jìn)行分析，如圖3和圖4。
由圖3可知，要達(dá)90%以上的TP去除率，鐵鹽β值應(yīng)在1.6以上。且相同β值情況下，活性污泥工藝的TP去除率優(yōu)于生物接觸氧化的TP去除率。同理，對于鋁鹽β值，要達(dá)90%以上的TP去除率，對于活性污泥工藝應(yīng)在1.2以上，對于生物接觸氧化工藝應(yīng)在2.0以上。相同β值情況下，活性污泥工藝的TP去除率優(yōu)于生物接觸氧化的TP去除率，且程度高于投加鐵鹽的效果。
5 小城鎮(zhèn)污水處理新材料和新施工方法的應(yīng)用
水污染控制技術(shù)涉及到處理技術(shù)研究開發(fā)、工程設(shè)計(jì)、工程實(shí)施、設(shè)備加工和運(yùn)營管理等各方面。以往人們著重于工藝技術(shù)的開發(fā)和研究。工藝開發(fā)無疑是很重要，但是，當(dāng)工藝確定以后，應(yīng)該更加注重工程和制造環(huán)節(jié)，提倡新材料、新技術(shù)、新設(shè)備和新的施工方法的改進(jìn)和革新。在這一方面過去沒有引起足夠的重視，事實(shí)上，過去不乏這樣的實(shí)例，例如：高效曝氣裝置的應(yīng)用可以大幅度的降低能耗；如Biolock、Lipp等新的建筑材料和施工方法的應(yīng)用，形成了新的工藝。
5.1 設(shè)備化的小型污水處理廠
國外發(fā)達(dá)國家的工業(yè)廢水處理工程大多已采用新設(shè)備、新材料和新工藝來設(shè)計(jì)和建造，如德國利浦(Lipp)公司的雙折邊咬口技術(shù)和Farmetic公司的拼裝制罐技術(shù)。這些技術(shù)應(yīng)用金屬塑性加工中的加工硬化原理和薄殼結(jié)構(gòu)原理，通過專用技術(shù)和設(shè)備將2～4mm鍍鋅鋼板建造成體積為100～2000m3的反應(yīng)器。具有施工周期短、造價(jià)較低、質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，其施工周期比同樣規(guī)模的混凝土罐縮短60%，比普通鋼板罐節(jié)省材料達(dá)50%以上，而且耐腐蝕，不需保養(yǎng)維修，使用壽命要達(dá)20年以上。
例如，Lipp制罐技術(shù)是一種具有世界先進(jìn)水平的制罐工藝與技術(shù)，但是需要特殊機(jī)械。80年代國內(nèi)糧食系統(tǒng)引進(jìn)多套加工機(jī)械，并且在糧倉上有大量的應(yīng)用。目前也逐步應(yīng)用于城市污水處理。
5.2新型防滲施工材料應(yīng)用
根據(jù)調(diào)查我國廢水處理設(shè)施資金的54%用于土建工程設(shè)施，而只有36%用于設(shè)備，造成這種投資分配格局的主要原因是工藝池大都采用價(jià)格昂貴的鋼筋混凝土池。大的鋼筋混凝土池不僅價(jià)格昂貴，而且施工難度大。但對于小城鎮(zhèn)許多種污水處理工藝而言，都可考慮采用土池。為了減少投資，很多公司在研究土池結(jié)構(gòu)的曝氣池上做了大量工作，首先是使用HDPE防滲膜隔絕污水和地下水，其次是解決避免了在池底池壁穿孔的曝氣方式的安裝。例如，百樂卡技術(shù)采用懸掛在浮管上的微孔曝氣頭、氧化溝技術(shù)采用表面轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)碟曝氣以及采用表面曝氣的其他曝氣池等等。
百樂卡工藝是一種多級活性污泥污水處理系統(tǒng)。它是由最初采用天然土池作反應(yīng)池而發(fā)展起來的污水處理系統(tǒng)。經(jīng)多年研究形成了采用土池結(jié)構(gòu)、利用浮在水面的移動(dòng)式曝氣鏈、底部掛有微孔曝氣頭的一種具有一定特色的活性污泥處理系統(tǒng)。這種敷設(shè)HDPE防滲膜的土池不僅易于開挖、投資低廉，而且完全能滿足污水處理池功能上的要求，并能因地制宜，極好地適應(yīng)現(xiàn)場的地形，存某些特殊的地質(zhì)條件下，如地震多發(fā)地區(qū)、土質(zhì)疏松地區(qū)，其優(yōu)點(diǎn)得到更充分的體現(xiàn)。敷設(shè)HDPE防滲膜的土池使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋼筋混凝土池(圖5)。
環(huán)保論文 環(huán)保科技論文
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小城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
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