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SMALL乡镇污水处理解决方案

2014-1-16 14:00:54

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        论述了我国当前乡镇污水处理的现状、污水处理设施的建设模式、当前乡镇生活污水处理传统工艺的优缺点及新型的分散式一体化智能膜法污水再生器的优势和应用前景,为我国乡镇生活污水处理相关研究提供基础和借鉴。

一. 乡镇环境污染现状及污水特点

1.1乡镇生活污水环境污染现状

        我国是一个农业人口大国,乡镇地域辽阔,人口分散,现有69.15万个行政村,4.8万个集镇。国家“十二五”规划提出了“按照推进城乡经济社会发展一体化的要求,搞好社会主义新乡镇规划,加快改善乡镇生产生活条件”,并明确了“改善乡镇生产生活条件”的目标。加强乡镇生活污水处理是“改善乡镇生产生活条件”的重要组成部分,也是社会主义新乡镇建设的重要内容。

        据测算,全国县、镇、村每年产生生活污水80多亿吨,占全国总排水量的50%,大部分的生活污水几乎未经任何处理设施处理直接随意排放,严重恶化了乡镇的生活居住环境,造成周边地表水、地下水的严重污染,直接危害了村民的身体健康。

        首先,这些未经处理的生活污水自流到地势低洼的河流、湖泊和池塘等地表水体中,污染各类水源,尤其是乡镇饮用水水源地,严重影响了村民的身体健康。其次,未经处理的生活污水还会污染乡镇耕地,同时加剧淡水资源?;?,使耕地?;貌坏接行ПU?,危害乡镇的生存发展,再次,未经处理的生活污水也是疾病传染扩散的源头、容易造成部分地区传染病、地方病和人畜共患疾病的发生与流行

        因此,加强乡镇生活污水收集、处理与资源化设施建设,避免因生活污水直接排放而引起的乡镇水体、土壤和农产品污染,确保乡镇水源的安全是实现“改善乡镇生产生活条件”的重要内容。

1.2乡镇生活污水特点

        目前,乡镇生活污水主要来源于厨房炊事用水、沐浴、洗涤和冲洗厕所排放水,这些排放水分散,无任何收集设施,随地表流入河流、湖沼、沟渠、池塘、水库等地表水体和地下水体,对周边环境造成严重的污染,其主要有以下特征: 

1.2.1水质特点

        ①较为分散、收集难度大:乡镇地区人口大都分散居住,分布广泛且分散,集中收集难度大;

        ②来源广:除了来自人粪便、厨房产生的污水外,还有家庭清洁、生活垃圾堆放渗滤而产生的污水;

③乡镇生活污水浓度低,变化大;

④不同时段的水质不同; 

    1.2.2水量特征

        ①一般乡镇的生活污水量都比较小,除小城镇外,乡镇人口居住分散,水量相对较少,相应地产生的生活污水量也较??;

        ②变化系数大,居民生活规律相近,导致乡镇生活污水排放量早晚比白天大,夜间排水量小,甚至可能断流,水量变化明显,即无水排放呈不连续状态,具有变化幅度大的特点。

    1.2.3排放体制特征

        乡镇生活污水一般呈粗放型排放,很多乡镇尚无完善的污水排放系统,污水沿道路边沟或路面排放至就近的水体,少部分地区具有完善的污水排放系统。 

        乡镇生活污水中有机物含量高,N、P含量增多。人们无意识的排放和雨水的冲刷,使大量的有机质和N、P等物质流入湖泊等水体,如果不加以处理,常?;嵋鸶挥?,给人们的身体健康带来不利影响。 

二. 乡镇生活污水处理设施建设模式的选择

        当前,污水处理的建设模式有两种:集中式建设和分散式建设。

        集中式污水处理建设模式一直是市政工程中的标准建设模式,也是绝大多数城市的选择,用于收集和处理大流量废水,而分散式概念在上个世纪末才开始受到人们的注意和研究。

2.1集中式建设模式

        污水处理集中式建设模式即通过在村内铺设污水管网,将污水收集到污水处理站后集中处理,这种模式适用于村庄布局相对密集、规模较大、地势平缓、经济条件好、处于水源?;で诘牡ゴ寤蛄逦鬯?。它具有占地面积小、抗冲击能力强、运行安全可靠、出水水质标准高、水质稳定等特点。

        集中式污水处理费优点很多,特别是能对水厂或污水处理厂进行可靠且有效的管理和控制,既有利于用户,也有利于环境?;?。此外,为同一城区提供同样的服务时,大型污水处理厂在单位水量投资和运行费方面较小型污水处理厂有明显的优势。

        但集中式建设模式也存在诸多缺点,主要表现在需要较大的工程费用来建立复杂的排水收集管网,同时集中式建设通常需要从长远规划,设计的处理水量通常为远期规划水量,近期内的污水排放量可能大大低于设计水量,从而形成“大牛拉小车”的状况,造成资源浪费。

2.2分散式建设模式

        污水分散建设模式,即将乡镇居民污水按照分区进行收集,每个区域污水单独处理。分散式建设方式主要有以下优点:建设方式灵活,可分期、分批进行建设;近期投资少,可操作性强;选址容易,但同时存在运行成本偏高等缺点。

        针对乡镇地区的污水处理,国外较多采用分散处理模式,欧洲和美国有20%~ 30% 的人口使用分散污水处理设施, 日本有31% 的人口使用净化槽处理生活污水,分散处理技术在这些国家已经应用成熟。

        由于我国乡镇污水排放面广,处理规模小,人口居住密度低,住宅较为分散,因此不宜采用传统的城市污水收集及处理模式,需根据乡镇的特点,结合地形地貌,因地制宜地采用多种收集及处理模式,才能有效地解决乡镇污水治理问题。

三. 乡镇生活污水处理工艺/设施的选择及对比

        从目前情况来看,虽然当前乡镇污水处理取得了少量的效果,但仍存在着以下诸多问题:

        ①管理缺陷问题:乡镇环境?;せ共唤∪?,缺乏专业的环保人才;

        ②处理技术与资源化模式问题:目前我国乡镇污水处理技术仍处于探索阶段,尚缺乏大范围推广技术,乡镇污水处理工艺难以套用城市污水治理模式;

        ③资金短缺:生活污水处理设施的建设、运行、维护等费用高,对于广大乡镇来说是一笔不小的费用,政府下拨的资金有限,无法完全满足实际需求;

        因此,当前乡镇生活污水处理工作的重点集中在工艺技术的研究上,主要是如何提高处理效果,降低投资和运行成本,增强在乡镇地区的适用性,寻找真正适合乡镇的分散性污水处理技术。

        当前国内应用乡镇生活污水治理的处理技术比较多,从工艺原理上通??晒槲嚼啵旱谝焕啵鹤匀淮硐低?。利用土壤过滤、植物吸收和微生物分解的原理,又称为生态处理系统,常用的有:人工湿地处理系统、高效藻类塘等;第二类:生物处理系统,又可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。好氧生物处理是通过动力给污水充氧,培养微生物菌种,利用微生物菌种分解、消耗吸收污水中的有机物、氮和磷,常用的有:普通活性污泥法、A/O法、生物转盘和SBR法等。

3.1高效藻类塘

        高效藻类塘是在传统稳定塘的基础上发展起来的一种改进形式,它更加强化利用藻类的增值来产生有利于微生物生长和繁殖的环境,形成更紧密的藻-菌共生系统,同时创造一定的物化条件,达到对有机碳、病原体、尤其是氮和磷等污染物的有效去除。高效藻类塘内存在的菌藻共生体系,使塘内溶解氧浓度较高(保持好氧状态),而PH值则存在周期性变化;对COD的平均去除率可达70%,氨氮主要通过硝化作用去除,磷酸盐主要通过沉淀作用去除。

        高效藻类塘与传统稳定塘相比,既有运行成本低、维护管理简单等优点,又克服了传统稳定塘停留时间过长、占地面积大等缺点,在处理乡镇污水方面具有广阔的应用前景,但由于受反硝化条件的限制,TN 的去除率较低。

3.2人工湿地

        污水湿地处理系统分自然和人工湿地处理系统,自然湿地就是自然的沼泽地,人工湿地污水处理技术是一种基于自然生态原理,使污水处理达到工程化、实用化的新技术。将污水有控制地投配到土壤经常处于饱和状态、生长有像芦苇、香蒲等沼泽生植物的土地上,利用植物根系的吸收和微生物的作用,并经过多层过滤,来达到降解污染、净化水质的目的,它是一种充分利用地下人工介质中栖息的植物、微生物、植物根系,以及介质所具有的物理、化学特性,将污水净化的天然与人工处理相结合的复合工艺。

        人工湿地通常作为组合工艺中的末端处理工艺,具有如下优点:投资和运行费用低,仅为传统活性污泥法的10%~ 30%;管理维护较为简便;具有景观功能运行费用便宜、可进行有效的废水处理、可产生间接的效益等,但同时也存在以下诸多缺点:

        ①人工湿地的建设需要占用较大的土地面积,这对于我国,尤其是我国的中心城市而言,是其发展和推广应用开来的一个挚肘。在我国现行城市建设和规划发展的体制中,是不可能于城市中腾出一块较大的土地出来建设人工湿地的。

        ②人工湿地建设的开挖量大,对环境的影响较大。人工湿地建设大规模的土方开挖和固化池体建设,对区域内的生态环境存在着严重的影响。尤其是对工程建设区域的复耕具有非常重大而长远的影响。在我国目前的湿地建设和管理模式下,建设谨慎,发展缓慢。

        ③人工湿地的管理体制不完善。用一句话来形容是,人工湿地“建一个废一个,废一个死一个”,以至于人工湿地在建成后很多都成为了当地政府的一个累赘。这是由于我国目前现行的人工湿地管理制度所制约的。很多的人工湿地在建成后,即交付当地政府进行管理(主要是乡镇或村组),而当地政府部门却拿不出一定的经费对其进行预算和管理,包括灌溉、植物残体收割、病虫防治、人工费用支付等,这就导致了人工湿地成为了一个包袱,丢不掉也甩不脱。

        ④人工湿地工程工艺杂乱和不规范。人工湿地进入我国的时间虽不长,但其所形成的工艺类型却不少。由于理论研究所针对的污水类型不同,研究过程中的地理位置和影响环境不同,因而所形成的处理工艺也不尽相同,加之这门学科切入的时间较短,没有形成一个既定的规范和标准,这就给人工湿地工艺的甄选带来了很大的困挠。究竟选择何种工艺形式更加符合本区域的环境特征成为了建设者和决策者们需要慎重考虑的问题。

        ⑤施工技术的落后。人工湿地污水处理技术作为一门学科,其有自己的施工技术规范,包括布水方式、填料选择、填料铺设、墙体的构建、防水层的建设等等。这些除了必要的技术规范外,还需要有较深的经验积累。然而我国目前从事人工湿地建设施工的队伍参差不齐,施工质量相对较差。

        ⑥人工湿地建设时的随意性较大。人工湿地建设时应秉承“具体情况具体分析”的观点,但实际在建设过程中,作为业主方的建设单位却具有很高的决定权。为降低建设成本,常对工程的建设进行过分的干预,包括施工工艺的变更、工程工艺的增减、植物的配置以及工程材料的选择和应用等。这就导致了工程运行后存在着较大的漏洞和隐患。

        ⑦人工湿地管理技术的不完善。不同环境条件下的人工湿地系统管理方法不尽相同,由于目前我国人工湿地大都采取托付当地有关部门管理的方式,而管理人员的专业素质较低,因此,也就无从谈起良好的工程管理了。

        ⑧支持人工湿地建设的基础数据和研究资料太少。虽然国内从事人工湿地研究和建设的从业人员不乏其人,但由于其所形成的成果都是其花费了较大的投入所形成的知识产权,在我国现行知识产权体制尚不完善,知识产权意识淡薄的环境下,没有多少人愿意将各自的研究成果共享探讨。这也就导致了,我国人工湿地基础研究数据不仅量少,而且保守。

        人工湿地由于生物和水力复杂性加大了对其处理机制、工艺动力学和影响因素的认识理解,设计运行参数不精确,因此常由于设计不当使出水达不到设计要求或不能达标排放,有的人工湿地反而成了污染源。据已有数据,当上下表面植物密度增大时, 人工湿地系统处理效率提高,在达到其最优效率时,需2~3个生长周期,所以需建成几年后才达到完全稳定的运行。因此,目前人工湿地技术最大问题在于缺乏长期运行系统的详细资料。

3.3好氧处理系统

        好氧生物处理系统是乡镇污水处理中最常用的一种处理技术,它处理工艺众多,各有优缺点,选择时要根据实际情况仔细论证和比选,注重经济适用。

        生物处理法就是通过风机等设备给污水输氧,培养生物菌种和微生物,通过菌种和微生物把污水中的大部分有机物分解为无污染的二氧化碳、水等物质,少部分合成为细胞物质,促使微生物增长,并以剩余污泥的形式排出,使污水得以净化排放。如SBR法,集曝气、沉淀、排水功能于一体,不断地转换,省去了传统的污泥回流设备,大大降低了建设费用;AAO法具有脱氮、除磷功能,还有如生物转盘处理工艺、膜生物反应器处理工艺等。生物处理法与自然处理系统比较,占地面积小,抗气候等外界影响的能力强,建设的地点选择范围大,处理稳定,处理效率高。但基建投资、运行成本要高于自然处理系统。

        当前的传统工艺均存在不同程度的缺陷,因此设计、研发一种新型的适合于乡镇生活污水处理的工艺对于治理乡镇生活污水显得尤为重要。

四.  维邦®分散式一体化智能膜法TM污水再生器

        维邦®分散式一体化智能膜法TM污水再生器是厦门市威士邦膜科技有限公司在针对当前乡镇污水的特点并总结当前污水处理工艺/设施的优缺点的基础上通过自主创新、开发出来的一种新型污水处理设施,它具有处理效果好、运行稳定可靠、运行费用低、安装快捷,方便、操作简单、能实现无人化值守等诸多优点,可极好的满足当前乡镇污水处理的要求。

        分散式一体化智能膜法污水再生器针对当前乡镇居民分布较为分散,不便建设昂贵的污水收集管网的特点,采用分散式的建设模式。

        在工艺上,它是一种将生物处理技术与膜分离技术有机相结合的一种新工艺,污水在反应器中经生物处理完成对有机污染物质的分解与转化后,利用浸入式超滤膜(SMF)的高效分离完成污水的固液分离,从而达到污水的最终净化效果。设置于反应器中的膜组件可完全取代传统工艺中的二沉池和常规过滤、吸附单元,使水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)完全分离,出水可直接达标排放或就地回用。

        维邦®分散式一体化智能膜法TM污水再生器将预过滤、缺氧、好氧生化、超滤膜过滤技术集于一体,克服了传统处理工艺流程冗长、占地面积大、操作管理复杂等缺点。

        污水处理需要分别经过水解酸化(缺氧),反硝化(缺氧)、曝气(好氧),浸没式超滤(好氧)四个阶段后达标排放或回用,

①水解酸化区(缺氧区)

        水解酸化区(缺氧区)中安装有上流式生物滤床,滤床中填有弹性填料如聚烯烃类和聚酰胺等材质弹性填料,其主要作用对水体中的悬浮物进行预过滤,并利用水解和产酸菌的作用,将不溶性有机物水解为溶液性有机物,大分子物质分解为小分子物质,大大提高了污水的可生化性,为下一步的好氧处理提供良好条件,其特征还在于水解酸化池中安装有曝气装置,采用的是间歇式曝气法,曝气的作用主要是搅拌,防止水解池中的污泥沉积,同时加强污水与污泥的接触,曝气时间为每两小时一次,每次5分钟,流量为水流量的10倍;

②反硝化

        反硝化细菌通过在缺氧状态下将硝酸盐还原,释放出分子态氮(N2) 或一氧化二氮(N2O) 实现脱氮目的的过程,膜滤池中的污泥回流至反硝化池,进行反硝化脱氮,并由潜水搅拌机进行搅拌,防止污泥沉积,同时加强污水与污泥的接触。

③曝气区(好氧)

        通过对污水进行曝气,提供高浓度的溶解氧,利用好氧菌对废水中的有机污染物质进行降解。

④MBR膜生物反应区(好氧)

        经过处理的污水,通过浸没式超滤,超滤膜孔径为0.001-0.1μm,超滤膜材质为PTFE、PVDF、PES、PVC等,浸没式超滤组件下方安装有曝气管道,在保证水体中有好氧细菌所需的高浓度溶解氧的前提下,对膜表面进行实时清洗,保证了膜通量的稳定性;同时浸没式超滤池中的高浓度污泥经过污泥回流管道回流,进入反硝化池,降低膜池中的污泥浓度;膜组件产水与反洗共用同一台泵,通过阀门切换,实现在线反冲洗;

        同时设备配套由威士邦自主研发的智能蛛网TM控制系统,它可实现对污水处理设施进行远程监控、远程操作和维护、数据传输、设备自动修复等诸多功能,从而实现无人值守,完全弥补了当前污水处理设施存在的缺点。它具有如下优点:

技术先进

新型技术

集成新型超滤膜技术及生物模拟技术,脱氮除磷效果好、无有机剩余污泥,处理流程短,无需沉淀、砂滤环节。

智能控制

采用PLC自动控制及GPRS远程监控、维护技术,操作直观简便,实现无人值守。

??樯杓?/p>

采用独特的专利外观及高度集成??榛杓?,便于增容扩建。

使用省心

减少投资

小型分散就地处理方式替代集中式污水处理,无需大规??谄躺韫艿篮徒ㄉ韫怪?,投资成本低。

建设快捷

占地面积仅有传统再生处理工艺的30-50%,基建工程量少,只需建设设备基础,接管处理即可再生回用,省工省时省地。

低运行费

直接运行成本低于0.4元/吨,高性能超滤膜组件,使用寿命更长。

成效显著

优质出水

出水水质稳定,主要排放指标优于《城镇污水厂排放标准》(GB18918-2002)标准

节能环保

低运行费用,运行过程无噪音、无异味、剩余有机污泥大大减少。

 

    它具备的创新优势如下:

高强度自洁型膜技术

强度高、不断丝

采用高强度的PET纤维编织管作为支撑体,从而从根本上保证膜元件在运行过程中强度高、不断丝;

通量高、可高压脉冲反洗、清洗效果好

采用热致相法,在高温融熔状态下,将成膜液涂复并渗入PET纤维编织管,然后冷却定形,其致孔剂、开孔剂是由水置换出来形成开孔和大量孔隙,因此膜元件产水通量更高,不易剥离、可高压脉冲反洗、空隙规则,反清洗效果好、运行稳定。

运行费用更低

总结以上,威士邦膜具有不断丝、通量大、可高压脉冲反洗、运行稳定,其中通量大决定了其运行费用更低。

智能蛛网TM控制系统及云服务TM智能托管技术

系统更佳可靠

系统实现全自动无人值守+一键式操作,更为高效和简便。

系统可根据运行工况实现自我故障分析,并第一时间将故障代码短信通知管理人员。

有效监督管理

可以远程监控系统的运行状况,避免设施“晒太阳”、“闲置”等现象。

通过数据记录,系统可自动调节处理效率,更为节能。

用人成本更低

远程监控,降低人员的劳动强度。

一键式操作,降低操作人员的能力要求。

集散控制,提高人员的工作效率。

同步脱氮除磷技术

系统采用厌氧氨氧化技术,在厌氧或缺氧的条件下,为厌氧氨氧化菌提供电子受体(NO2-),直接将NH4+氧化为N2,实现同步脱氮。同时无机磷酸盐以Poly-p的形式存在与活性污泥中,系统定期自动排出极少量有机污染污泥,这样避免膜生物反应器发生气化除磷后产生剧毒气体(PH3)。

 

几种常用的乡镇污水处理工艺比较

工艺

优点

缺点

高效藻类塘

1、可充分利用地形,工程简单,基建投资??;

2、可以实现污水资源化,使污水处理和利用相结合;

3、处理能耗低,运行维护方便,成本低;美化环境,形成生态景观;

4、污泥产量少;

5、能承受污水水量大范围的波动,其适应能力和抗冲击和能力强。

1、占地面积稍大;

2、受环境因素的影响明显,特别是光照、气温等气候条件。一年中的某些月份气温过高或冬季温度较低时,由于藻类的生长受到抑制而影响处理效果;

3、若设计或运行管理不当,则会造成二次污染。

人工湿地

1、建造和运行费用便宜;

2、易于维护,技术含量低; 可进行有效可靠的废水处理;

3、可缓冲对水力和污染负荷的冲击;

4、可提供和间接提供效益,如水产、畜产、造纸原料、建材、绿化、野生动物栖息、娱乐和教育。

1、占地面积大;

2、建设开挖量大,对环境影响较大;

3、人工湿地管理体制不完善,导致无法及时应对病虫害等其他影响;

4、人工湿地施工工艺杂乱和不规范;

5、支持人工湿地设计和建设的资料太少,设计参数选取不对,人工湿地将成为新的污染源。

好氧处理系统

1、占地面积??;

2、抗气候等外界影响的能力强;

3、建设的地点选择范围大;

4、处理稳定,处理效率高。

1、基建投资、运行成本高控制要求高;

2、只适用于较大的处理水量。

维邦®分散式一体化智能膜法TM污水再生器

1、处理效果优良;

2、无需深度处理;

3、占地面积小,节省资源;

4、自动化程度高;

5、可去除氨氮及难降解有机物。

1、膜组件需定期更换;

2、威士邦提供的MBR膜保质期8年。

 

五. 结束语

        “改善乡镇生产生活条件”是建设建设社会主义新乡镇的重要内容,而乡镇生活污水的治理是这项内容的重中之重,当前乡镇生活污水的治理任务势在必行,任重而道远。对于乡镇生活污水,宜采用以分散处理为主,分散处理与集中处理相结合的处理模式,在当前众多的污水处理工艺中,维邦®分散式一体化智能膜法TM污水再生器与现有污水处理装置相比具有无与伦比的优势,完全弥补了现有污水处理设施的缺点,可较好的满足我国乡镇生活污水的处理要求,值得大力推广。

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