浅谈城市污水处理技术及发展方向

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  0前言
  目前我国的城市污水年排放量已经达到401亿m3。根据中国环境保护远景目标纲要,2010年全国设市城市和建制镇的污水平均处理率不低于50%,设市城市的污水处理率不低于60%,重点城市的污水处理率不低于70%。按照国家环保总局颁布的《污水综合排放标准》(GB 8978-1996),为了满足出水排放标准,绝大多数城镇污水处理厂都必须采用二级生化处理或深度处理工艺技术。然而,截止到1998年底,尽管我国已经建成城市污水处理厂187座,但二级处理能力仅822万m3/d,按此计算的城市污水二级处理率仅14.1%。目前,我国城市平均每100万人有1座污水处理厂,与美国等发达国家每0.5-1万人有1座污水处理厂相比,差距很大。
  毫无疑问,我国的城市污水处理行业具有很大的市场需求与产业发展前景,但同时存在严峻的资金短缺和技术设备国产化开发问题。由于污水处理厂建设和运行资金短缺,致使一大批规划中的污水处理厂迟迟不能上马,已经建设的污水处理厂也不能正常运行,预期的环境目标无法实现。对大部分地区而言,当前首要解决的不仅仅是治理深度的问题,而是治理与否的问题。近年来,我国的城市污水处理厂建设主要通过利用外资,引进国外技术设备,导致工程投资大、债务负担重,并抑制了国内污水处理技术设备制造产业的发展。
  由此可见,要在10年内完成规划目标,提高城市污水处理率,除了开发适合我国国情、切实可行、高效低耗的城市污水处理技术、工艺与设备外,健全和完善城市污水处理综合性技术支持与服务体系,制定合理可行的产业技术经济政策,尽快解决城市污水处理收费及价格问题,加大建设城市污水处理厂的投资力度,也是十分重要的。
  1目前常见的污水处理技术
  1.1沉淀和曝气、间歇和连续相结合实现自动控制的序批式(SBR)反应器
  传统SBR反应器在运行操作上形成了曝气和沉淀相结合的特点,这体现了SBR反应器最为本质的特点之一。同时,这要求SBR反应器必须充分利用了现代电子和自动化技术。SBR反应器的发展过程呈现了多样性,有CASS、CAST、ICEAS、MSBR等多种新型SBR反应器。各种SBR反应器的发展体现了与传统活性污泥相互融合的趋势。具体表现为从间歇进水、间歇出水的传统SBR反应器,发展到连续进水、间歇出水和连续进水、连续出水并带回流污泥的SBR反应器。以及出现了UNITANK这种融合氧化沟、SBR和活性污泥工艺新型的综合性工艺。这体现了间歇式的SBR和连续式活性污泥工艺相互融合的特点。
  1.2氧化沟工艺
  氧化沟在欧美各国得到了广泛的重视,发展速度很快。据统计到1977年为止在西欧有超过2000多座派司维尔型氧化沟投入运行。荷兰DHV公司发明的卡鲁塞尔氧化沟在全世界范围已有800多座投入运行(1996)。法国OTV-Kurger公司开发的D型氧化沟已占丹麦氧化沟总数的80%。美国Envirex公司开发的Orbal氧化沟,最大处理规模已达90万m3/d。从90年代至今是我国氧化沟技术大发展的阶段,预计已有上百座氧化沟污水处理厂投入运行。氧化沟技术仍然是当前污水处理的热点。从应用和研究情况来看,我国氧化沟技术水平与国际先进水平相比差距很大。究其原因是我国没有系统地研究过氧化沟技术与设备,目前我国已引进数种氧化沟技术,有条件来分析比较和吸收消化。因此,认真分析和总结这方面的经验和教训显得十分必要。
  氧化沟属于活性污泥工艺的一种变形,但是在其发展过程中也形成了其很多独有的优点和特点:
  1.2.1构造形式具有多样性
  基本型式的氧气沟的曝气池呈封闭的沟渠形,沟渠形状和构造则多种多样。可呈圆形和椭圆形等形状,可为单沟或多沟系统,多沟系统可是一组同心相通的沟渠,也可是互相平行、尺寸相同的多组沟渠。有与二沉池分建,也有合建的氧化沟。多种多样的构造形式,赋予了氧化沟灵活机动的运行性能,以满足不同的出水水质要求。例如,结构形式决定氧化沟从整体流态上是完全混合的,但在局部又具有推流特性。这对除磷脱氮工艺也是极其重要的,氧化沟内可以形成缺氧和好氧交替出现的区域。
  1.2.2 氧化沟曝气设备的多样性
  曝气装置的作用除供氧外,还要提供沟渠内不小于0.3m/s的流速,以维持循环及活性污泥的悬浮状态。常用的曝气装置有转刷、转盘、表面曝气器和射流曝气等,不同的曝气装置导致了不同的氧化沟型式。氧化沟的曝气强度可通过出水溢流堰和直接调节曝气器的转速调节。
  1.2.3简化了预处理和污泥处理
  氧化沟的水力停留时间和污泥龄长,悬浮状有机物可以与溶解性有机物一起同时得到较彻底的稳定,所以氧化沟不要求设置初沉池。氧化沟排出的剩余污泥已得到高度稳定,剩余污泥量较少。因此不再需要进行厌氧消化,而只需进行浓缩与脱水。一体式氧化沟还可以不设二次沉淀池。
  2城市污水处理所遇到的问题
  2.1污水处理厂运行经费不能到位
  目前,我国已经建设成功并投入使用的污水水泥厂共100多座,但能够真正承受城市污水处理负担的不到1/3。无法满足符合的原因是:很多污水处理厂的经费不到位,导致正常工作无法进行,有的城市没有收取到污水处理费,有的是只收工厂、企业的,不收居民的,而有的是收了居民的,但收费很低,也很难维持污水处理厂平时的正常运转,致使污水处理厂只好按照污水处理的费用多少进行污水处理,也就造成了很多污水无法处理。这样长此下去不仅发挥不了污水处理厂的实际作用,也会使仪表、设备受损,更加无法发挥污水处理专业人员的专业能力。
  2.2进口设备的维修及设备备件的开发
  如今,已有大批的先进生产设备进行污水处理厂,但在若干年的使用之后,多多少少这些设备都会出现损害,尤其是索赔期的大修和维护。这就需要的专业的器械维修人员进行修理,若请国外的专家来维修,维修成本会大幅提高,处理厂的经费也很难支付,若使进口设备能够维持正常运转,那就需要培养一批熟悉进口设备的国内机械维修人员,使其掌握维修技能达到进口设备的维修标准。有了专业的维修人员之后,还得要有养护材料,特别是一些已经在国外淘汰的设备被引进国内的,其配件国外已经不再生产了,就需要国内自行测绘、加工制造,这样才能真正发挥进口设备的作用和功效,不然,污水处理厂的处理工作也无法正常进行了。
  3城市污水的管理方向
  3.1发展先进的水处理工艺
  从我国的国情来看,我国是一个技术落后,资源匮乏的大国,并且正处在社会主义初级阶段,因此,先进的污水处理工艺必须是符合我国国情的、高效的、低耗的、低成本的处理工艺。各类效率高、投入低、可达到一定治理深度的城市污水处理新技术,对于经济还不够发达的中国来说,是有积极意义的。新材料和新施工方法的使用都可以有效降低造价,例如,德国的百乐卡技术,采用高密度聚乙烯作水处理的构筑物的防渗材料,降低了污水处理构造物的造价。在污水处理构造物方面,也可以积极推广国外先进的制罐技术,如拼装式反应器。将处理构筑物设备化,以低耗的形式出现,为国家提供成套的污水处理单元反应器设备。
  3.2鼓励水处理设施运营产业化
  根据污水处理厂的估计,城市污水处理厂的运营价格将会持续提高,到2010年时可达40亿元/a。污水处理运营的产业化问题有几个方面,首先是要对传统处理的办法不断深化发展,不断扩展技术范围和技术形式,并扩大技术服务行业的内涵。其次就是随着甲、乙方角色互换,改变资金的筹集计划。计划经济导致了我国污水处理厂存在严重的问题,例如,由政府投入巨额资金或利用外国政府贷款建设,建成后多为事业单位编制,运行费用由政府划拨,导致很多污水处理厂的运行费用不足。采用BOT投资方式可以降低工程投资,提高污水处理厂的运行管理水平,减轻地方政府的经济压力,加快基础设施建设。
  4处理技术的发展趋势
  4.1光氧化法
  光氧化就是在光或紫外光的作用下进行光化学、光催化或光敏化的氧化,这是一门新的污水处理技术,它的净水效果显著,已经收到了人们的广泛重视。光氧化分为激光氧化和催化氧化。激光氧化是以臭氧、过氧化氢、氧和空气作为氧化剂,将氧化剂的氧化作用与光化学辐射相结合,产生有很强效果的氧化自由基;催化氧化就是在水中加入一定的TiO2和CdS等,在紫外辐射下,谁也能产生氧化自由基;光氧化法可以很好的去除有机物,并能完全达到无机化。
  4.2脉冲电晕技术
  该技术就是在污水上的几毫米处放置一个可产生1万伏电压的电极束。在盛放污水的器皿底部,安装一个电极,电源接通后,电极束进行脉冲式放电,形成冠状电晕,此时周围的空气会产生自由基和臭氧,并在高压电的作用下,这些物质可以渗透到污水一下2厘米处。自由基和臭氧可杀死污水中的微生物,将水中的有害物质转为无害。据报道,国立莫斯科大学核物理研究可经过研究,已经做出电晕放电污水处理工艺实验样机。
  4.3超声波技术
  超声波可以讲解污水中的化学物质,尤其是那些危险的污染物,这是今年刚出现的一种新型污水处理技术,超声波可以加快反应进程,主要作用机理有空化效应、机械剪切效应、超声絮凝效应和自由基效应,它的优点是:集中了高级氧化技术、焚烧、超临界氧化等多种污水处理技术,讲解条件简单,速度快,使用范围广。
  5总结
  综上所述,除了从管理方面加强污水处理的工作之外,还应引起国外先进技术、设备和经验,并结合我国的发展实际,探索出适合我国的污水处理系统。目前,我国正处于城市污水处理事业的大发展时期,加上国家西部大开发的战略部署,城市污水处理的发展与进步迫在眉睫。
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