智能化分散式处理技术诞生 农村污水处理不再难

2010-12-31 14:48 来源: 科技日报
收藏到BLOG

  ■ 核心提示

  “智能化分散式生活污水处理装置”关键技术在于将好氧生物处理与厌氧生物处理、生物技术与微电解技术、污泥处理与水质净化揉合于一体综合处理装置,使之具有工艺流程短、低能耗、智能化特点,为污染源连片综合治理提供了思路和方向。

  紧凑、合理的处理装置是该技术的一个亮点,智能化的运行模式是该技术的基础,四位一体的处理工艺是该技术处理效果的保障,在土地相对紧张及废水收集困难的中小城镇的污水处理,更具有现实意义和推广价值。

  ■ 将新闻进行到底

某地农村污水整治前实况。

  古人把农村描绘为“稻花香里说丰年,听取蛙声一片。”但如今,走到农村,你会发现,由于大量生活污水无序排放,加上化肥、农药的过量使用,很多村庄已呈现“花香与腐臭交杂、垃圾与污水横流”的状态。

  据估算,农村环境问题每年造成的经济损失已超过千亿元。该如何解决农村污染问题,尤其是生活污水问题?

  近日,在常州市环保局主持召开的“智能分散式生活污水处理装置”技术鉴定会上,技术鉴定专家组组长、中国工程院院士蔡道基认为,“智能分散式生活污水处理装置”,从材料学切入,利用高分子材料合成技术对生物载体进行改性获得巨大比表面积,设备体积小、处理时间短,处理能力高,成本低廉,在环境治理领域是个全新的发展方向。

整治中实况。

  ―――― 技术背景 ――――

  农村不能照搬城市集中处理模式

  第一次全国污染源普查结果显示:农业污染问题日显突出。尤其是农业源污染物排放对水环境影响较大,其化学需氧量排放量占排放总量的43.7%,总氮、总磷分别占排放总量的57.2%和67.4%。也就是说,农业源基本上占到全国污染的50%以上了。

  一方面是农村污染情况日益严峻,另一方面,农村污染处理设施建设严重滞后。据测算,全国农村每年产生生活污水80多亿吨,“生活污水基本靠蒸发,生活垃圾基本靠风化”,一位环保部官员这么形容我国的农村环境状况。

  “十二五”期间,氨氮指标将纳入国家强制削减范围,农村生活污水作为环境中氨氮的主要来源之一,究竟该如何解决,能否照搬城市生活大规模集中处理模式?

  我国农村与城市情况差异巨大。其特点是,人口分布广而且分散,排放的生活污水分散、量多,浓度较低,其中有机物、氮、磷含量高;目前,我国绝大部分农村地区还没有任何污水收集设施;农民经济承受能力低,知识管理水平低,因此,城市的大规模管网建设、集中处理并不适合农村地区。

  ―――― 技术原理 ――――

  高能粒子直接氧化

  “智能分散式生活污水处理装置,基于农村基层实际情况而研究开发的技术装置,它具有智能化管理、运行成本低、免维护等特点。”该技术研发总体设计师、常州大学客座教授张毅说。

  “智能分散式生活污水处理装置”的预氧化系统内安装了高能粒子直接氧化反应器,在反应器内,利用高能粒子束轰击水溶液,使水分子发生电离,产生新生态势的氢氧自由基、氧自由基、超氧负离子、过氧化氢,水体中的氯离子在电离作用下生成了次氯酸,这些氧化反应能力极强的物质对水体中的污染物进行无选择的强氧化反应和强氧化还原反应,使脂肪蛋白质等长链分子结构物质得以断链,为生物降解提供良好的条件。

  形成“生物原电池”

  高效生物膜反应器是装置的核心部分,反应器内装填的生物载体比表面积是传统的生物接触氧化载体比表面积的几十倍甚至更高,在巨大比表面积上“着床”的微生物个数也相应提高,致使生物量和水体接触面积的增加,不仅提高了生物降解处理能力,缩短了处理时间,还使处理效果大大增大。

  微生物着床的载体上还螯合了铁离子,形成了“生物原电池”。即微生物在厌氧状态下产生了氢气和甲酸,对原电池提供燃料,形成铁内电解原理,对污染物进行微电解氧化,达到辅助生物氧化降解、水质净化与污泥处理目的。

  细菌与沉淀物处理

  深度杀菌系统能够利用高能粒子直接氧化反应器对水体中的病毒、细菌、病原体进行强氧化断裂分子链,并得到分解,从而杜绝传染性病毒、病原体随水体流动而扩散传播。

  生物膜反应器内所培养生长的聚磷菌对水体中的磷有较高的团聚性,使磷颗粒得以团聚而随剥落的老化微生物沉积在反应器的污泥收集斗。磷在羟基化作用下和水体中的钙、镁、铁、铝等物质络合生成磷酸盐类物质被沉积和水体分离,最终可作为磷肥,用于植物施肥。

整治后实况。

  ―――― 技术突破 ――――

  打破常规技术路线


  张毅说,“智能化分散式生活污水处理装置” 从材料学切入,以比表面积较大的中孔纤维为载体,表面聚合二氧化钛纳米层和铁搀杂稀土合金材料,获得巨大比表面积,为微生物的着床提供足够空间,缩短水停留时间,使系统设备体积变得更小,处理能力成倍提高。原位电池的接枝使水体中的长链分子得以断链,为生物处理提供条件,保证出水水质的稳定。

  鉴定专家组成员、国家海洋局东海分局

  科学技术委员会委员仵彦卿教授认为,该设备从材料学介入环境治理,以不同的视线全新的理念打破常规的技术路线,为水环境治理开辟了新的研究方向和示范作用。

  鉴定专家组成员、浙江大学环境科学院副院长陈英旭教授也认为,生物原电池和生物接触氧化是该装置的创新特色,该技术结合生态岛或植物根系处理技术,对改善太湖流域的水质将起到积极作用,具有极其高的推广价值和社会效益。

  全自动智能化管理

  该设备运行实现了全自动化智能管理。即膜生物反应器内转笼的转动速度,由在线溶氧仪溶解氧读数传输进入自动化控制器来控制调速电机转速,当膜生物反应内水体中溶解氧浓度低于设定值时,程序将自动调整调速电机转动速度,直到溶解氧浓度达到设计要求值。此外,调节池提升泵、生物膜反应器底部的收集泥斗,也由液位仪、压力传感器智能控制,正常运行后,不需专人进行看管和操作,只需定期检查运行是否正常既可。

  清华大学信息学院副院长、国家863先进制造与自动化控制专家委员会副主任贾培发教授在评审时指出,在线监测自动化控制的完善,突显该技术的高端性和实用性,将会引导环保产业向规范化、标准化发展。

  ■ 数字链接

  吨水直接处理费小于0.2元


  据已建成示范项目的数据跟踪,该设备能耗为运行时的直接消耗电能,无化学品消耗,处理吨水的直接电费小于0.2元。

  常州市环境保护局副局长李金玉说,环境监测数据是检验系统设备长期稳定运行最好的手段。该设备在已建立示范工程中,分布于农村中心村、科技园区和商品住宅小区,一年多的运行数据证实其技术性能的可靠性和真实性。

  据常州市环保局跟踪监测数据显示,该设备出水水质达城市污水处理排放标准中一级B标准,完全满足我国农村污水处理要求。