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關鍵詞:污泥處置環境
城市污水處理廠污泥是污水處理過程中的必然產物,隨著污水處理效率的提高,污泥產量也迅速與日俱增。這些污泥具有高含水率和豐富的有機物含量,處理不妥當將會對環境造成二次污染。
正是由于城市污水處理廠污泥具有高含水率、高有機物含量,而且具有較高熱值,富含氮、磷、鉀等營養元素,同時含有大量細菌、寄生蟲卵等微生物,所以在污泥處理處置過程中必須遵循四個原則:減量化、穩定化、無害化和資源化。
污泥的處理包括污泥濃縮、穩定、脫水和最終處置四個階段。污泥處置的主要方式有衛生填埋、投海、焚燒和綜合利用等。
1 污泥處理
1.1 污泥濃縮
污泥濃縮的目的在于減容。
濃縮主要是去除污泥中部分自由水和間隙水,濃縮的方法主要包括重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮等。重力濃縮可分為間隙式和連續式兩種,前者主要用于小型污水處理廠或工業企業污水處理廠,后者用于大、中型污水處理廠。氣浮濃縮適用于粒子容易上浮的疏水性污泥或懸浮液很難沉降且易于凝聚的場合,特別適用于易于產生污泥膨脹的生化處理工藝中。離心濃縮占地小,不會產生惡臭,對于富磷污泥可以避免磷的二次釋放,提高污泥處理系統總的除磷率,但運行費用的機械維修費用高,經濟性差,一般很少用于污泥濃縮,但對于難以濃縮的剩余污泥可以考慮使用[[]]。
1.2 污泥消化
污泥消化包括好氧消化和厭氧消化兩種。污泥厭氧消化是污泥處理的重要方法之一,在國內外得到廣泛的應用,即在無氧條件下,由兼性菌及專性厭氧細菌降解有機物,最終產物是二氧化碳和甲烷氣(消化氣),使污泥得到穩定。由于污泥厭氧消化過程產生甲烷,故可以回收能源。
1.3 污泥脫水
污泥中含有大量水分,初次沉淀污泥含水率介于95%~97%,剩余污泥含水率在99%以上。
污泥脫水可分為自然干化脫水和機械脫水,污水處理廠一般采用機械脫水,而機械脫水按脫水原理可分為真空過濾脫水、壓濾脫水和離心脫水三大類。目前在城鎮污水處理廠應用較為廣泛的以壓濾脫水為主。近年來發展起來一種過濾分離脫水:螺旋壓榨脫水,其具有如下優點:可以改變螺旋轉速以調整泥餅含水率和處理量;動力小且節能;結構簡單且輕便;低速旋轉,無噪音和振動;濾網為不銹鋼制,不易堵塞,容易清洗恢復;結構密閉,臭氣問題易解決;清洗用水量少[[]]。
污泥脫水則是處置前的關鍵一步。含水率成為制約污泥處置和利用的關鍵問題。
1.4 污泥干化
污泥含水率是影響污泥最終處置的關鍵因素[[]]。
污泥熱干化按熱介質和污泥的接觸方式可分為直接加熱式、間接加熱式和“直接―間接”聯合式干化(即“對流―傳導”技術的結合) [[]]。
污泥熱干化雖然是污泥處理的一種比較理想的途徑,但其投資和運行費用高,主要表現為干燥設備的能耗高。在工業發達國家,其能耗超過污泥處置總能耗量的10%。采用干料返混系統可降低干化能耗和運行成本;同時污泥干化的具體工藝要和干化污泥的利用結合,干化后污泥制肥、制磚、制水泥等,可補償污泥處理處置的成本[[]]。
2 污泥處置
2.1 污泥衛生填埋
污泥衛生填埋開始于60年代,已沿用40余年了,是在傳統填埋的基礎上從保護環境的出發,經過科學的選址和必要的場地防護處理,具有嚴格管理制度的科學操作方法的工程。目前已發展成一項較成熟的污泥處置技術,具有投資少、容量大、見效快的優點[[]]。
然而污泥填埋需要占用大量土地,而適合城市污泥填埋的場所因城市污泥的大量產出而越來越有限,這也限制了污泥填埋的進一步發展。
從最大限度地使污泥減量化和資源化的角度來看,污泥填埋也許不是一種最好的處置方法,但是綜合考慮各種處置方法的成本、對環境可能產生的影響及目前我國的實際情況,對污泥進行填埋處置可能是未來一段時期我國處置污泥的主要方法[[]]。但從長遠考慮,污泥衛生填埋只是將污泥中污染物轉嫁于土壤,其滲濾液及污染物有害成分可能對地下水造成污染,而且隨著時間的增長,污染物不斷累積,因此污泥的衛生填埋不是一種長遠之計。
2.2 污泥投海
投海是利用水體消納城市污泥,一般不需要進行嚴格的無毒無害化處理,也無需脫水便可直接排入水體,而且容量很大。但此法并未從根本上解決環境問題,同時也造成了海洋環境污染,對海洋生態系統和人類食物鏈已造成威脅,受到越來越強烈的反對。
2.3 污泥焚燒
從可持續發展的角度來說,污泥焚燒將是最終出路,它不但能實現污泥減量最大化,同時基于預干燥--流化床焚燒技術的污泥焚燒廠幾乎不再需要使用礦物燃料助燃,且產生的余熱可用于供暖發電[[]]。
但由于污泥焚燒產生二英等有毒致癌物質,對尾氣的處理要求高,而且污泥焚燒處置技術能耗、成本高于其他污泥處置技術。考慮到我國目前的經濟狀況等國情,污泥焚燒處置工藝很難在短時間內得到推廣。
2.4 污泥資源化利用
傳統的污泥處理處置方法是把污泥中有機物等污染物去除,使污泥得以穩定無害。然而污泥中含有大量的有機物,富含氮、磷等植物營養元素,也存在著少量鈣、鎂、鐵、鋅、鈉等礦物元素。從某種程度上來說,這些物質可以被看作成一種能源、資源,而非污染物質。
現行較為常見的利用方式有:污泥農用、污泥堆肥、污泥制動物飼料、污泥建材化利用等。但污泥中含有大量有機物、也含少量病毒、寄生蟲卵等,同時也存在著少量重金屬。因此污泥資源化利用還存在著很大的隱患和風險。
關鍵詞:環境工程;虛擬仿真;平臺建設
為加快提高本科教育質量,2019年底教育部辦公廳公布了2019年度國家級和省級一流本科專業建設點名單,認定首批4054個國家級一流本科專業建設點和6210個省級一流本科專業建設點[1]。作為進入榜單的省級一流環境工程專業建設點,需要進一步加強專業建設,持續提升本專業內涵和建設水平,發揮一流專業的示范領跑作用,培養本專業一流人才,為學校“雙一流”建設奠定堅實基礎。
1虛擬仿真實驗平臺建設意義
國家《教育信息化十年發展規劃(2011—2020)年》提出深入推進信息技術與高等教育實驗的深度融合,將實驗信息化作為高等教育系統性變革的內生變量[2],以高質量實驗助推高等教育質量變軌超車,對培養高素質人才,建設高等教育強國,具有十分重要的意義[3]。虛擬仿真實驗平臺依托虛擬現實和人機交互等技術,使學生在虛擬場景中開展實驗和實踐[4]。虛擬仿真實驗中心建設任務是實現真實實驗不具備或難以完成的功能,在涉及高危或極端的環境、不可逆的操作,高消耗、高成本、大型訓練等情況時,提供可靠、安全和經濟的實驗項目[5]。虛擬仿真實驗中心建設應充分體現虛實結合、能實不虛的原則[6]。
2建設思路
以環境工程省一流專業建設為契機,武漢工商學院環境與生物工程虛擬仿真實驗中心以開源共享、在線學習的信息化方式推進我校化學和污水處理類改革,以實驗、開放的思想推動化學和污水處理類教育更新;充分利用新媒體技術和互聯網平臺,創建開放共享平臺,回應全媒體大數據時代對于“終身學習”的需求[8]。虛擬仿真實驗平臺建設以學生為中心,平臺全天候開放,以線上線下交互學習的模式,將化學和污水處理類相關理論課、實驗課、課程設計和污水處理廠生產實習等環節,與仿真實驗互通交叉進行。在傳統課堂中,學生學習的知識理論性強,理解扁平化,通過在直觀、可視的虛擬仿真實驗項目中實施設計實踐、構思實現、運行操作、問題解決過程,增加學習的趣味性,學生對理論知識的感性認識不斷增強,對設計理念的掌握運用逐步熟練,對知識結構的建立形成持續完善,實現對專業知識體系理解的“理性—感性—理性”螺旋提升,強化學生的問題分析解決能力、綜合設計能力、實踐創新能力。
3建設措施
3.1開發與利用實驗資源
依托虛擬仿真技術研發公司提供的虛擬仿真產品及相關技術支持,項目用于學校虛擬仿真實驗,并持續開發拓展項目內容及功能;充分發揮工程技術企業和信息技術企業在虛擬仿真實驗項目中的積極作用,創新才人培養模式,強化大學生綜合能力訓練,培養適合創新性國家建設的應用型創新人才。湖北君集水處理公司是學校合作企業,為實驗項目提供了大量的專業實驗設備、技術支持和經費支持。持續開發獨立自主知識產權《污水處理工藝虛擬仿真實驗》軟件作為課程推進的新動力。虛擬仿真實驗平臺建設涵蓋四個模塊:化學水質檢測仿真實驗室(含COD、BOD、總磷、總氮和污泥的仿真實驗,包含演示,可用于預習,見圖1),污水處理廠3D仿真培訓(可用于學生認知仿真實習或企業入職培訓,見圖2),污水處理工藝設計(見圖3)和仿真污水處理廠運行(見圖4)。每個模塊化單元有其參數設置和設計計算等。
3.2建設化學和污水處理虛擬仿真實驗網絡共享平臺
3.2.1建設門戶網站實現網絡共享門戶網站作為虛擬仿真實驗網絡平臺數據庫系統的網絡入口,各模塊包括首頁,項目描述,項目團隊,網絡相關要求等,首頁涵蓋通知公告、相關視頻、虛擬仿真平臺和仿真軟件展示等。通知公告便于師生及時掌握本行業相關賽事和講座信息;相關視頻有實驗室安全知識講座、科技治污、各種宣傳片等;網絡平臺支持學生開展專業討論、在線共享學習資料等,承擔隨時學習等功能[7]。污水處理仿真實驗是在線開放共享的,進入實驗時可以選擇不同的角色,實現對用戶的分級管理,主要包括專家、教師和學生,不同級別用戶享有不同的使用權限,用以提高網絡的安全性[8]。3.2.2實現虛擬仿真實驗管理平臺功能虛擬仿真實驗項目構架及研發技術:通過3D仿真技術實現虛擬仿真。3D引擎在Windows平臺下通過DirectX技術實現3D渲染。通過骨骼動畫、關鍵幀和序列幀動畫制作3D動畫。通過計算機圖形學(實時陰影,光照貼圖,凹凸貼圖等)和計算幾何學(碰撞檢測、射線檢測、剛體、流體模擬等)等實現現象仿真。通過后臺模塊化模型的搭建和鏈接實現數據仿真。開發工具采用Unity3d作為3D引擎,采用C#語言并通過VisualStudio工具進行程序開發。通過SVN,MicrosoftProject等工具進行程序版本控制和項目管理。虛擬仿真管理平臺的開發語言是JAVA,開發工具是Eclipse跨平臺的自由集成開發環境(IDE)。服務器硬件設有專人專管,部署在實驗室核心機房;制定了虛擬仿真平臺維護流程要求及維護記錄,安排專人與歐倍爾公司對接并將軟件持續改進。虛擬仿真實驗平臺涵蓋對實驗平臺的后臺維護人員和各類基礎信息進行初始化、數據維護和功能設置,具體包括仿真程序教師端和仿真程序管理平臺,仿真程序教師端包括學員管理和考試管理,仿真程序管理平臺包括運維管理和部署管理。學員管理包括設置教師和學生的基本信息,包括實驗安排、實驗結果存儲上傳與數據分析、實驗操作評價、實驗報告成績、實驗課程成績管理等功能;部署管理包括資料庫、實驗交流、實驗過程管理、和在線答疑等部分[7]。
3.3建立和完善實驗與科研隊伍的培養制度
著力規范和加強教職工培訓管理工作,明確按照學校建設發展的需要,“統籌規劃、合理安排”的基本原則,采用校內與校外、國內與國外培訓相結合,形式多樣、有針對性、注重實效的方式來加強培訓工作,確保建立起一支高水平的實驗與科研隊伍。大力支持從事實驗與科研隊伍人員相互學習、相互促進、共同提高,研究成果和發表的相關論文及編寫的實驗教材與同類科研成果一樣享受各種獎勵。擔任有實驗教學課程的新教師和實驗技術人員上崗前必須經過培訓,過好實踐教學關,熟悉實驗室環境,了解掌握儀器設備性能和操作使用方法,掌握實驗教學軟件的運用,認真備課,撰寫指導實驗的教案。同時,在指導實驗前必須完成預備實驗,進行試講、試做,提供講稿、試做記錄,經系、實驗中心負責人組織審查確認后可進行實驗教學和指導實驗。
4應用情況
4.1學科競賽
2020年第46屆世界技能大賽水處理技術項目交流賽(武漢)由武漢工商學院承辦[9],結合疫情防控相關要求,虛擬仿真平臺模塊是其中5個考試模塊之一,占總成績的10%,每個模塊的設置充分考驗選手設備安裝能力、操作熟練程度、實驗進程把握能力,以及界定、探索、解決不確定性問題的能力;2020年第46屆世界技能大賽水處理技術項目湖北省線上集訓也采用了虛擬仿真平臺,并且向參加的14所院校52名學生和10余名教練介紹和推薦了本校自主開發的虛擬仿真軟件;2020年第46屆世界技能大賽湖北省選拔賽水處理技術項目正式比賽中[10],武漢工商學院學子分別取得了第一名和第二名的好成績。
4.2實驗和實踐教學
關鍵詞:虛擬仿真實驗 ; 初中物理; 教學應用
一、虛擬仿真實驗概述
目前,初中物理實驗教學中因實驗儀器價格昂貴、制作復雜、構造精密所限,學生不能真實參與到理解實驗思想理念、練習調整實驗儀器、熟悉儀器性能構造的實踐中去,而虛擬仿真實驗則可以代替實際實驗,提供全開放性、高綜合性的平臺和提供相關的實驗實時數據供學生計算分析。虛擬仿真實驗運用多媒體課件開發工具,通過計算機操作系統演示實驗過程中的圖形、圖像、文字、數據等,它具有快捷、易學、簡單、直觀等優點,能使老師根據教學計劃制作實驗課件,模擬實驗情境,展現教學意圖,有效提升物理實驗課程的教學質量并幫助教師探索新的教學方法和模式。虛擬仿真實驗改善傳統物理實驗教學的原因如下:其一是虛擬仿真實驗真實展現了物理實驗的環節和過程,構建了活靈活現的實驗畫面;其二是虛擬仿真實驗以學生為教學主體,使學生主動積極的參與到物理實驗課程中,激發了其學習物理實驗的熱情和興趣,使其在實驗課程中發現理論知識的問題并及時糾正調整;其三是虛擬仿真實驗能創新性的整合學生的理論知識,使其知識模塊結構化、系統化,“溫故而知新”,在知識的不斷學習和理解中,動態的掌握知識、理解知識、應用知識;其四是虛擬仿真實驗能在物理實驗課程中營造真實性、直觀性、開放性的實驗環境,使學生通過虛擬網絡下的探究性學習,培養學生自主設計實驗、模擬實驗、觀察實驗、歸納總結的學習能力,培養學生發現實驗規律、探究實驗問題、優化實驗意識的學習精神,全面提升學生的文化素質和技能水平。與此同時,虛擬仿真實驗仍然存在著缺陷,其不可否認的提升了教學效率和避免了實驗誤差,但因為其模擬性、理想化的操作缺少了實際實驗的可操作性和真實感,不能真正鍛煉學生的動手操作能力。
二、虛擬仿真實驗的教學應用
1.利用虛擬仿真實驗探究電路短路問題
電路短路問題是初中物理教學中的重點難點問題,虛擬仿真實驗通過虛擬電學工具箱,增強了學生對于短路問題的理解和認識,保障解決變式問題和實際問題的能力。以下為實驗環節演示:
實驗環節1:觀察電源短路現象
第一步通過虛擬電學工具箱提供的電源、電表、開關、保險絲等組件,使用鼠標拖動組成一個短路電路;第二步將電源兩極直接與開關兩端相連并打開開關,(提問學生“將會出現什么現象?”)觀察現象;第三步連接電流表(提問學生“將會出現什么現象?”)觀察現象。通過實驗演示,第二步中會出現“干電池短路”的警告語,第三步則會出現電流表超出最大值的現象。這一環節的虛擬實驗使學生體驗電源短路并了解電源短路會造成極大電流出現并燒毀電源、引發火災的事故。
實驗環節2:電源短路后的保護措施
第一步在已短路的電路(連接電流表)中串聯保險絲并打開開關(提問學生“將會出現什么現象?”)觀察現象;第二步得出結論,即保險絲斷裂,電流表數值歸零。這一環節的虛擬實驗使學生認識串聯保險絲是防止電源短路的措施之一,同時在條件允許的情況下可展示閘刀開關、空氣開關等防止短路的組件。
實驗環節3:認識用電器短路現象
第一步組建串聯電源與燈泡和并聯電源與燈泡的電路,先打開串聯開關,后打開并聯開關(提問學生“將會出現什么現象?”)觀察現象;第二步觀察實驗現象,即串聯開關打開后兩只燈泡均發光,打開并聯開關后一只燈泡熄滅,另一只亮度增強;第三步向學生提出“為什么一只燈泡熄滅了而另一只卻變亮了?”、“熄滅的燈泡被燒毀了嗎?”“這種操作是否安全?”等問題并鼓勵思考。這一環節的虛擬實驗使學生認識用電器串聯時,若其中某一用電器短路,則整體電路電流增大、可能燒毀其他用電器或者其他用電器使用不正常。
實驗環節4:并聯電路的短路現象
第一步組件兩組并聯電源與燈泡的電路,打開開關,(提問學生“將會出現什么現象?”)觀察現象;第二步觀察現象并得出結論,即并聯電路中,若其中某一用電器短路,則其他用電器都不正常工作同時燒毀保險絲。這一虛擬實驗可以使學生發散到多個用電器并聯短路時的結論,即并聯電路短路情況下所有用電器均不工作;家用電器一般并聯使用并安裝保險絲,同時需要合理避免電器短路。
2.利用虛擬仿真實驗探究閉合電路中的歐姆定律
歐姆定律是初中物理教學中的基本定律之一,是拓展電學知識和分析電路的基礎,虛擬仿真實驗通過虛擬電學工具箱,設計閉合電路中歐姆定律的推導演示環節如下:
實驗環節1:推導前的猜想與假設
第一步利用虛擬仿真實驗中的虛擬電學工具箱,演示出不同電壓下小燈泡的亮度現象;第二步演示出相同電壓不同電阻下小燈泡的亮度現象;第三步提問如“電流的變化可能與哪些因素有關?”“電壓不變,電阻增大,電流有什么變化”等并給出結論,即電阻相同,電壓增大的情況下電流變大;電壓相同,電阻增大的情況下電流變小。
實驗環節2:探究電阻相同情況下電流與電壓的關系
保持電阻不變,通過改變電池個數增大電壓值,觀察電流的變化情況并記錄,得出結論和規律。即:在電阻保持不變的情況下,電流隨著電壓的增大而增大并且始終保持電壓和電流的比值不變,得出R=U/I的結論公式。
實驗環節3:探究電壓相同情況下電流與電阻的關系
保持電壓不變,通過改變電阻的個數增大電阻值,觀察電流的變化情況并記錄,得出結論和規律。即:在電壓保持不變的情況下,電流隨著隨著電阻的增大而減小并且始終保持電阻和電流的乘積不變,得出U=IR的結論公式。
三、 小結
新課程標準的要求:“物理課程應改變過分強調知識傳承的傾向,讓學生經歷科學探究的過程,學習科學研究方法,培養學生的探索精神,實踐能力以及創新意識。”所以在初中物理實驗教學中,可以結合虛擬仿真實驗教學模式和傳統實驗,以學生為教學主體,通過實驗環節的展示,使學生形成模塊化、系統化的知識體系,將虛擬仿真實驗中學到的知識運用到實際操作中,提高學生學習物理實驗的興趣和熱情。
參考文獻:
[1]戶永清:在實驗教學中引入虛擬實驗技術的研究[J],達縣師范高等專科學校學報,2005年02期
[2]賀曉華;李強:虛擬實驗技術在教學中的應用淺析[J],職業教育研究,2007年09期
關鍵詞:水污染防治;污水處理;常用方法
1 概述
生活污水和工業污水構成了城市的污水系統,通常是通過城市集中的排水管網匯集之后在統一運送至污水處理廠進行處理。
通常情況下,城市的污水處理工序主要是根據城市污水的利用以及排放的去向并考慮到水頭的自然凈化功能,來具體確定污水的處理程度以及相關的處理工序。不論是在工業領域、農業領域以及回灌補充地下水的使用中,對于處理后的污水再利用,都必須達到國家頒布的有關水質標準。
現存的處理技術按照處理成都來劃分的話可以分為一級處理、二級處理和三級處理。一級處理是一種應用物理方式,通過篩濾以及沉淀的方式將污水中不能溶解的懸浮顆粒以及漂浮物質去除。污水的二級處理是應用生物處理方式,利用微生物的代謝作用實現物質的轉化,有效的將污水中復雜的有機氧化物向簡單的物質降解。不僅如此,在整個生物處理方式中,對污水的水質、水溫和水中的溶氧量以及PH值等不都有很大程度上的要求。污水的三級處理是建立在一級以及二級的處理之上的處理方式,通過運用混凝、過濾、反滲透以及離子交換等方式將污水中存在的非常難以溶解的有機物、磷以及氮等多種營養性的物質技進行分解去除。一般情況下,污水中的污染物具有十分復雜的特點,只有有效的將上述幾種方式結合起來共同處理,才能滿足相應的需求,達到處理的標準[1]。
在污水處理中,一級處理是是一種預處理的過程,二級處理是整個處理中最為關鍵的環節,處理后的污水通常情況下可以達到國家規定的污水排放標準。三級處理是更深一層的深度處理,使得處理后的污水水質較好,甚至可以達到飲用水的標準要求,但是這種深層處理的過程費用投入較多,在我國一些極度缺水的地區,并沒有實現廣泛的應用。在當前我國的很多城市都開始籌備和建設二級污水處理廠,解決因為工業以及生活帶來的水污染問題。
2 城市污水治理的常用方法分析
2.1 活性污泥法
長時間以來,很多城市對污水的處理方式主要采用活性污泥法,這種處理方法是現在世界各國應用最為廣泛的一種生物處理,處理能力較強以及出水的水質較優是這種處理方式最為突出的優勢[2]。曝氣池、沉淀池、污水回流以及剩余污泥排放系統組成了這種方式的處理過程,如圖1所示。
混合液的形成過程是通過在污水和回流中活性污泥同時流入曝氣池中而產生的,當曝氣設備內部與一定的空氣進行了接觸,在這時,空氣中的氧氣就會如混合液發生充分的融合,隨之便產生了好氧代謝反應,并且在這一過程中混合液能夠得到充分的攪拌而產生一種懸浮的狀態。所以說,這種方式能夠迅速有效的將污水中有機物和氧氣,與微生物接觸從而發生相應的反應效果。接著,混合液逐漸的流入沉淀池中,能將自身的懸浮顆粒在池中進行一個沉降,從而與水發生充分的分離,這時,沉淀池中分離出來的水就是已經達到標準的凈化水。沉淀池中存在的污泥會出現回流的現象,一般情況下,就把這個過程中出現的污泥稱作是回流污泥,回流污泥只要是為了使得曝氣池中保持相應的懸浮固體濃度[3]。在曝氣池中出現的生化反應能夠在很大程度上使得微生物發生增殖現象,增殖的微生物通常在沉淀池中實現排除,從而達到保持活性污泥系統能夠繼續良好運行的目的,在這過程中產生的污泥就被稱作是剩余污泥。活性污泥能夠有效的氧化并分解有機物,除此之外,還具有較好的凝聚及沉降功能,能夠使活性污泥與混合液發生完全的分離,實現水質的清澈。但是這種方式相對來說基礎建設的投入資金多,并且還具有很大的局限性。
現階段大多數的城市在廢水上面臨的問題主要有以下幾點:
(1)污水排放有著越來越嚴格的標準規定,所以對污水中氮、磷等一些營養物質的排放就有了很高的要求,使得必須實現很多的厭氧和好用反應池發生一系列的聯合,不僅使得建設的成本在很大程度的上得到增加,還使得運行過程變得復雜。
(2)當今社會的城市污水處理過程通常通過統一集中的方式進行處理,所以在這種情況下,污水的收集在資金投入上有較多的成本支出,甚至比投建污水處理廠所產生的成本還要多很多,在污水的可再生利用方面,建立大型的污水處理廠以用來集中處理生活污水是一種不可取的方案。
所以在很大程度上,有效的減小城市污水處理工序實現耗能低、效率高、污泥量少以及簡單便捷的具體操作,全面的達到磷的回收以及污水可再生利用的目耍是當前相關部門研究及應用上大家共同關注的話題。這不僅要求無視的處理要實現水質的改善,而且還必須考慮到污水以及污水的污染物發生資源化和能源化的問題,要確保處理技術的使用耗能低并且有效減少資源的損耗。
2.2 生物膜法
生物膜法是一種比較固定的并且是和活性污泥法并列的一種污水好氧生物處理技術。它的應用范圍主要是有效的清除污水中的溶解性以及膠狀的有機污染物。在整個污水的生物技術處理過程中,活性污泥法以及生物膜法都占據著主導性的地位,圖2是生物膜法的工作原理展示圖。
生物膜法的處理過程是,將附著生長在一些固質表面上的生物膜,來達到對有機物水的處理。分布廣泛而又密集的好氧菌、厭氧菌以及其他的真菌和藻類構成完備的生物膜系統,在這中間的附著的固質被稱為濾料或者載體。生物膜的從濾料開始往外延伸分別是厭氣層、好氣層、附著水層以及運動水層。并且,它的處理原理主要是吸附附著水層的有機物,再經過好氣層中的好氣菌有效分解有機物,然后再進入厭氣層分解厭氣,使得老化的生物膜被流動水層中的水沖掉,在此基礎上長出一層新的生物膜,通過這種反復進行最終實行污水的凈化。
在小規模的城市中處理污水可以使用這種生物膜法,并且使用的構筑物具有較高的生物濾池以及生物轉盤,在我國南方地區更適合使生物濾池的方式。材料得到不斷的開發以及相應的技術也得到了一定程度的發展,最近幾年,生物膜法在處理工序上得到了高速的發展,因為生物膜法中的微生物是別固定在填料上的,所以在系統中能夠得到有效平穩的運行[4]。它的生活能量以及消耗能量與回信污泥法相比較并沒有那么大,所以通過生物膜法的方式得到的處理比活性污泥法處理的剩余污泥要少很多。生物膜法處理的效率比較高,耐沖擊負荷的能力也比較強,產泥量相對來水比較少,并且在實施中它的占地面積相對較小,整個運行的過程很方便管理,所以在處理技術上是一種很有競爭力的方式。但是與此同時,這種方法的使用在投資顯示出來較高的成本,并且單位的處理效率十分低下。想要使得城市污水得到一個很高效而又節約投入開支是目前人們亟需解決的一個重要問題。
2.3 氧化法
在現階段的城市污水處理過程中,氧化法是使用最廣泛并且極具潛力的預處理方式之一。氧化劑以及反應器的不同種類,可以將氧化法分為化學氧化法、催化氧化法、濕氣氧化法、光催化氧化法以及超臨界氧化法等多種不同的方式。在具體的化學氧化法中,它的處理操作比較簡單,但是因為處理效果并不能達到很好的狀態,并且處理過程中投入的成本較高,所以在具體的處理城市生活污水上并不經常使用。人們為了有效的減少運行過程中的成本投入以及使得污水處理達到合格的標準,又挖掘了一些其他的氧化技術予以使用,所以,光催化法就得到開發并使用。光催化法具有處理設備簡單、運行得到條件要求不嚴格,有很強的氧化能力并且有效的實現殺菌以及處理結果十分徹底的特點,這種方式使得污水處理達到人們心中理想的效果。在光的條件下發生了一定的化學反應就是光催化反應。它的處理原理是在光化學反應之后吸收一定特定波長的電磁輻射,然后產生分子激發態的反應,在此事上就能夠通過化學反應生成新物質,亦或是向發熱反應的中間化產物轉變。光化學反應中的活化能主要是來自光子產生的能量,在太陽的作用下實現光電轉化以及化學轉化,使其在整個研究中處于十分活躍的地位。
光催化氧化技術是通過光激發氧化使得類似氧氣的一些氧化劑和光輻射得到有效的結合。在這個過程中使用的光主要是紫外光,可以有效的處理污水這能夠一些很難降解的物質。不僅如此,在整個體系中,紫外光和鐵離子之間存在著一種協同反應,能夠快速的將H2O2中的物質分解成羥基自由基,有效的清除污水中的有機物。
這種污水處理方法以其低成本,高效率的處理方式使之漸漸走人了大家的眼球。所以說,這種方法將水進行深度處理以及有機物中難以降解的物質進行處理應用中有很好的發展潛力,是現階段我國研究領域中十分活躍的話題,有很多的專家紛紛提出預測,在當今世界的污水處理中,氧化法會成為最至關重要的方法之一。
3 結束語
總結上文,城市的工業以及生活污水的處理問題亟待解決,現階段,這個問題已經受到廣大人民和相P專家的重視。但是在技術的運用上還有很多問題需要進一步得到改善,其中最重要的問題便是無視是處理技術得到提高以及如何將污水的處理落到實處。相關部門一定要將城市污水的處理工作放在城市發展眾多工作中的前頭,不斷加強新的處理技術的研究,實現水資源的再利用。
參考文獻
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關鍵詞:含油污泥 設備 綜合利用
一、引言
國家《危險廢物名錄》已經明確將油泥列為危險廢物,本文所涉及的油污泥主要指原油開采和煉化過程中產生的油泥。據統計原油開采油行業油泥產生量約占原油產量的1%,石化行業油泥產生量約占原油處理量的0.5%。[1]
本文探討的是含油泥多元法處理工藝、設備及經濟運營。根據油污泥特性采用多元處理法,解決其他單一處理方式的不足。設計一套前期投資少,后期運行費用低的工藝設備,將油泥中各類成分脫水、分離、歸類后進行綜合利用。
二、國內油污泥處理研究及現狀
近年來,國內外行業專家、大專院校對油污泥處理進行了大量的課題研究,在技術上取得了較大進展。比較常見的處理方式有:焚燒法、熱解法、熱化學洗滌法[2]等,這些方法不是硬件條件苛刻,就是處置費用偏高,或是處理深度不夠易造成二次污染。目前,大部分油泥仍然采用自然沉降,將含油的可燃部分取出,剩余填埋處置。由于填埋場地大都不符合危險廢物填埋場標準,極易造成二次污染,后患無窮[3]。國家各有關部門已經認識到油泥污染的嚴重性和技術上的不確定性,多次組織研討會,成果交流推廣會,亟待解決油泥處理問題。
三、油泥多元處理工藝原理
油泥混合物提升到油泥分離機頂部,分離機內是水浴[4],內膽爐用型煤加熱,油泥混合物在95℃熱水浴中噴淋和浸泡,經過攪拌分散、篩分分選、刮板搓洗等過程,油漂浮水面隨循環水帶入油水分離器中,分層后油進入燃料儲罐,沉降底部的水進入分離器重復使用。水中溶解的細泥達到一定濃度,定期從底部排入沉降池,分層后細泥排到型煤生產車間,成為制作型煤的混配料。砂石從篩底下來后經過出渣機刮板搓洗后被刮出,可以做筑路材料或制板磚等。塑料雜物由人工分揀,塑料進入塑料熱熔機制成塊狀物,可作為注塑原料;橡膠等可燃物送到裂解釜中高溫裂解燃料油,釜中殘留物繼續粉碎制作型煤。這套工藝做到了油泥混合物全部分離,每種物質都有不同的處理方式,油泥全部變廢為寶,生產中所有環節的循環利用率達到100%。
四、主要工藝設備及資金投入
建廠硬件設施包括土地、車輛、辦公廠房、儲泥池等,主要設備是分離機、污泥沉降機、壓榨脫水機、型煤機,這里僅提出生產設備投資,多元處理設備處理量和投資比為年處理1.5萬噸/150萬元,每噸100元,投資建設周期短,一般只需5~6個月時間就可建成投產。
五、經濟運行及效益分析
運行成本費用高低是油污泥處理單位十分關注的問題,只有低成本,高收益才能贏得市場,占有資源權,處理費用構成成本,綜合利用收入構成收入,本套處理工藝收益情況如下表:
上表可以看出每噸處理費115元,綜合利用收入165元,在沒有收取產污單位處理費的情況下,處理每噸油泥利潤50元。若考慮產污單位支付的處理費利潤可達每噸150元以上。
六、環境保護與安全生產
環境保護方面廢水、廢氣、廢渣均能達到排放標準要求,加熱采用型煤燃燒,這種燃燒方式是國家燃煤環保技術對策要求和提倡的,煙氣完全達到環保排放標準,煙氣黑廢小于林格曼一級,排煙塵含量少于80毫克/標立米,S02小于600毫克/標立米。產生的廢水全部進入分離器循環利用、無污水外排,加熱時少量的水蒸氣排入大氣,貯存設施采用防水防滲措施。安全防火,達到規范要求不存在隱患。
七、技術推廣實例
綠源油泥處理廠2010建設當年投產,現有固定資產200萬元,工人18人,技工3人.年處理污油泥10000噸,年生產型煤及燃料3000噸,回收塑料及燃料200噸,可利用筑路砂石3500m3,年獲利80余萬元。該廠基本實現了處理費用最低、綜合利用最高、環保達標率最高。
八、結論
技術推廣的成功結果表明,多元法油污泥處理工藝設計是科學合理的,設備制造以及生產運營是完全可行的。該套工藝技術具有投資少、效益高、上馬快的特點,不僅實現了污油泥的完全無害化處理,而且實現了廢物資源的再利用,在節能減排和循環經濟方面走出了一條創新之路,具有廣闊的推廣應用價值和巨大社會、經濟及環境效益。
參考文獻:
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關鍵詞:污染底泥疏浚干化 資源化
中圖分類號: K928 文獻標識碼: A 文章編號:
1引言
近年來,隨著城市化進程的不斷加速、工農業的迅速發展和人口的不斷增長,以及人們環保意識的淡薄,大量未經處理的工業廢水和生活污水,源源不斷地排入湖泊、河流等水體,導致我國許多湖泊、河流都受到嚴重的污染,排放的污染物大量積聚在湖泊底泥中,對水體而言,底泥成為了入湖物質如有機物、污染物、營養鹽等的蓄積庫,經過多年的不斷積累,湖泊底泥中的營養鹽、重金屬、有毒化合物等通常是上覆水體的數倍,且污染程度仍有繼續加劇的趨勢[1]。根據近期國家環保總局發表的環境公報,目前我國主要湖泊富營養化問題依然突出,湖泊污染底泥已經在世界范圍內對人類的健康和環境構成了威脅。
2 疏浚底泥的脫水處理
2.1自然干化脫水
通常在疏浚底泥堆場內堆存實現,底泥干化過程中,底泥一般簡單地放置在一片較為開闊的地方,在干化的第一天,底泥中的水分大部分得到分離,浮泥下的水層通過滲流排入砂層,底泥依靠蒸發繼續進行干化,直至其含水率達到處理要求。為防止散發臭氣,孳生蚊蠅,底泥在干化前需進行穩定化處理,自然干化脫水是最簡單但是耗時長,需要大量土地的一種底泥處理方法。
2.2機械脫水
借鑒城市污水處理廠污泥的機械脫水技術,目前已有部分實例應用于疏浚底泥的工程實踐中。在借鑒污水廠污泥脫水技術應用于疏浚底泥脫水時,應考慮疏浚底泥和污水廠污泥之間存在的一些差異,其中:①疏浚底泥相對于污水廠污泥,其可壓縮性、比阻和有機質含量都很低,因此比污水廠污泥易于脫水;②污水廠污泥脫水前含固率一般為3%~6%,而疏浚底泥含固率一般為5%~10%;③疏浚底泥中含有石塊、漁網等大件垃圾,必須在脫水前進行篩選予以去除,否則妨礙和破壞脫水機械的正常運轉;④污水廠污泥的產生相對是連續的、均勻的和長期的,而疏浚底泥的產生一般是間歇的、不均勻的和短期的;⑤污水廠污泥的排放尾水可以較為方便的回流至污水處理設施進行處理,而疏浚底泥脫水尾水一般不能直接排入下水道,而必須進行單獨處理,達標后可回注水體。
2.3干燥脫水
可借鑒自城市污水廠污泥的干燥技術,污泥干燥是使用人工熱源以工業化設備對污泥進行深度脫水的處理方法,盡管污泥干燥的直接結果是污泥含水率的下降,但與機械脫水相比,其應用目的與效果均有很大不同。污泥機械脫水包括污泥濃縮,其目的以減少污泥體積為主,但脫水泥餅除了含水率和相關的物理性質,如流動性與原狀污泥有差異外,其化學、生物等方面性質并不因脫水而產生變化,目前還缺乏疏浚底泥干燥脫水的工程實踐[3]。
2.4土工管袋技術
土工管袋是一種由高強土工織物制成的大型管袋及包裹體,其直徑可根據需要變化,最大已超過長可達數十米。土工管袋最初用于圍堤工程中,目前已被應用到環境保護、農業等領域,土工管袋可應用在環境保護方面,美國、澳大利亞、日本等國都有將土工管袋應用在環境保護方面的實例,如美國處理皮革廠廢水、澳大利亞處理城市污水、日本圍護受到二氧芭污染的土壤系統等 [2]。我國也正逐步應用該項技術如昆明滇池底泥疏挖工程,并取得一定的成效。
3疏浚底泥資源化利用
3.1 污染底泥焚燒發電
有機質含量高的污染底泥具備一定的揮發份、發熱量,經泥沙分選后,用于焚燒發電,實現底泥的減量化、無害化、穩定化處置和資源化利用,底泥焚燒發電有以下幾個優點:
①明顯的減量化。在所有的底泥處置方法中,焚燒方法產生的剩余物最少,可以實現最大程度的減量化。
②無害化效果明顯。主要表現在以下方面:
1)底泥中所有的有機污染物,如病菌、病毒、二英等,在高溫焚燒過程中被燒盡,消滅。
2)底泥焚燒發電對控制二英效果很好。國內外二英的研究結果已證明了將垃圾與煤混燒可以抑制二英的生成。燃煤釋放的SO2在S/Cl摩爾比大于1時可以明顯地抑制二英的生成,而底泥中的S/Cl摩爾比是垃圾的7~10倍,所以抑制二英生成的效果更好。因此,底泥焚燒發電,不僅能燒掉原始底泥中的二英,同時也極少會再產生二英。
3)重金屬的污染控制好。底泥中的重金屬多是以有機化合物或無機化合物的狀態存在于底泥之中,當水體中的重金屬離子濃度低時,底泥中的重金屬又會釋放出來污染水體。與此類似,疏挖出來的底泥,其重金屬也是不穩定的。
然而,底泥在焚燒過程中,所含的重金屬在高溫燃燒到低溫冷卻的作用下,會牢固地吸附在多孔的灰渣上。底泥焚燒后的灰渣采用干式堆存,灰渣屬于堿性物質,即使在雨天,灰渣中的重金屬也會比淤泥中的重金屬更牢固地吸附在灰渣上[3]。
3.2 底泥的材料利用
底泥作為建筑材料制造原料利用,基本的途徑可按對污泥預處理方式不同分為兩類:其一是底泥脫水干化后,直接用于制造建材;其二是底泥進行以化學組成轉化為特征的處理后,再用于制造建材,其中典型的處理方式是焚燒和熔融。一般而言,前一途徑適合于主要由無機物組成的底泥;后一途徑適合于有機組分多的底泥。
總之,底泥作為建材原料利用,雖然其前處理過程較為復雜,經濟效益稍低,但是顯著節約處置用地,并具有顯著的生態環境價值。
3.3底泥固化制作土工材料
據調查,采用先進的固化技術可以使污染底泥固化并達到規定強度,固化淤泥可以用于堤防工程、道路工程和各種市政工程的填土施工。日本采用固化劑淤泥固化技術,固化淤泥的無側限抗壓強度可達200kPa以上,其固化劑采用單一材料制造,處理費用約40元/m3以上。目前國內也正在進行的疏浚底泥固化處理研究,采用單一型和復合型兩種固化材料,預計單一型固化污泥土工材料無側限抗壓強度可達200kPa,而處理費用小于30元/m3,復合型固化污泥土工材料無側限抗壓強度可達150kPa,而處理費用小于25元/m3,如果該污泥固化技術能夠成功,將有廣泛的應用前景[6]。
3.4 污染底泥制造水泥
污染底泥中含有較高的鈣、硅、鋁,可用來代替傳統的石灰石、粉煤灰制水泥,而且底泥中有機質含量較高,在熟料的燒制過程中釋放熱能,從而降低能耗,減少燃料的使用,進而降低成本。根據昆明水泥股份有限公司的調查研究結果,用污染底泥制水泥的生產工藝和設備與現有工藝和設備基本相同,可以利用現有設施實現產業化,為拓展新型建筑材料的生產,找到增長點。
4結語
湖泊疏浚是今后城市污染湖泊治理的主要措施之一,對疏浚底泥的快速脫水,并將脫水后的底泥加以資源化利用,充分利用有限的土地及底泥的資源價值,在運用上述底泥脫水干化技術的同時,根據實際情況將干化后的疏浚底泥資源化利用,是底泥干化利用的一個重要研究方向。
參考文獻:
[1]李進軍.污染底泥環保疏浚技術[J].中國港灣建設,2005
關鍵詞:原子吸收 常壓消解 微波消解 污泥 鎘
中圖分類號:X832 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)09(c)-0068-02
鎘是一種有毒有害的金屬,破壞神經系統,食入會引起急性腸胃炎,出現心血管病,鎘中毒會加速骨骼的鈣質流失,引發骨折或變形。污水處理過程中,廢水中含有的大量鎘通過水中懸浮物和膠體物質的吸附、包藏、沉淀于污泥中大大增加了污泥的毒害性。本實驗通過一系列的方法研究,分別將微波消解和常壓消解后的污泥樣品,應用原子吸收分光光度法測定其中鎘及其化合物的含量,使兩種方法得以比對,選出最佳實驗條件。
本實驗選用儀器:美國CEM微波消解儀,美國PerkinElmer公司AAnalyst-700原子吸收分光光度計。
1 試劑(所用水均為去離子水)
2 儀器、設備
所用儀器均已硝酸(1+5)浸泡過夜,用水反復沖洗,最后用去離子水沖洗干凈。
(1)PE-700原子吸收分光光度計及其配件:帶有氘燈背景扣除裝置、空心陰極燈。(2)乙炔鋼瓶氣(高純)。(3)空氣壓縮機。(4)電子天平;感量0.0001g。(5)烘箱。(6)微波消解儀(美國CEM)。
3 采樣
采集具有代表性的污泥樣品,將濕污泥樣品平鋪于硬質板上,用玻璃棒等壓散,出去泥樣中石頭和動物殘體等異物,混勻備用。
干污泥樣品出去泥樣中石頭和動物殘體等異物后,用四分法縮分至獲得所需樣品用研缽研磨至樣品全部通過(80~100)目尼龍篩,混勻備用。
4 分析步驟
4.2 樣品測定
4.2.1 樣品預處理
(1)常壓消解進行預處理。
稱取1.0000g樣品于150ml三角瓶中,加入1ml去離子水濕潤樣品,加入硝酸(1.2)10ml,蓋上玻璃表面皿于電熱板上加熱10min。冷卻后再加入5ml硝酸(1.1),蓋上玻璃表面皿加熱30min。此時的煙霧為硝酸氧化樣品所產生。重復此步驟,每次加硝酸5ml,直至無棕色煙霧產生,表示消化反應完成。冷卻后加入2ml純水及過氧化氫(1.4),直至反應不再劇烈。注意加入過氧化氫總量不超過10ml。繼續加熱至溶液5ml。冷卻后加入10ml濃鹽酸,蓋上玻璃表面皿加熱15min。冷卻后加入40ml去離子水,加熱煮沸至溶液剩下10ml。處理后的樣品定容至50ml容量瓶中。
用去離子水代替式樣,按(4.2.1)相同步驟和試劑作全程序試劑空白試驗。
(2)微波消解。
①微波消解最佳實驗條件的確定。
(1)在不同功率下,分別對污泥樣品進行試驗比較,實驗結果如圖1所示。
實驗顯示在800~1000W功率下測得污泥鎘濃度基本相同,因此確定800W為最佳實驗功率。
實驗顯示:
在第一部保溫時間于1~3min內測定出的污泥鎘濃度基本相同。
在第二部保溫時間于5~8min內測定出的污泥鎘濃度基本相同。
在第三部保溫時間于20~30min內測定出的污泥鎘濃度基本相同。
從而確定三步的保溫時間分別為1min,5min,20min。
注:升溫時間的確定。
第一步,將需要升至的最終溫度減去試問(20℃)除以第一步升溫速率。
第二、三步,將第二步需要升至的最終溫度減去第一步溫度,除以第二步升溫速率,以此類推。
4.2.2 微波消解進行預處理
稱取0.5000g樣品于聚四佛乙烯罐中,沿罐壁加入濃硝酸8ml(1.1),1.0mlH2O2,蓋上內蓋,擰緊罐蓋,放入微波消解爐中,管好爐門。按已優化好的消解步驟進行消解。消解結束后,冷卻,取出消解罐。將消解液移入50ml容量瓶中,用硝酸(1.3)定容待測。
4.2.3 樣品測定
對同一樣品不同條件下進行平行測定,實驗結果如表2所示。
5 結語
綜上數據可見,在實驗過程中通過對污泥樣品應用微波消解的方法進行預處理,其結果與常壓消解得出的樣品在最終的實驗結果上基本相同。但其安全性,準確性,高效性皆優于常壓消解這種預處理方式。在以后的實驗中可大面積推廣應用,其方法簡便、安全,數據結果準確、可靠。
參考文獻
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[2]水和廢水監測分析方法指南[M].中國環境科學出版社.
城市污水處理中的應用,提出了建議和解決方案。
關鍵詞:SBR;污水處理工藝流程;應用
中圖分類號:U664.9+2文獻標識碼:A
前言
隨著我國改革開放的不斷深入及可持續發展戰略的逐步實施,環境保護在現代化城市建設中的地位日益重要。因此,國家投入了大量的人力、物力和財力,在全國興建了很多污水處理廠。在污水處理廠采用先進的處理工藝,可以更好地提高水
處理質量,同時節能降耗,提高運行管理水平。
SBR是序列間歇式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)的簡稱,是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術,又稱序批式活性污泥法。我國于20 世紀80 年代中期開始對SBR 進行研究和應用,目前應用已比較廣泛。
一、SBR污水處理工藝原理
SBR工藝運行過程中,一個池體按5個階段排序,大致分為進水期、反應期、沉降期、排放期和閑置期,5個階段完成均化、初沉、生物沉解、終沉等活性污泥處理過程。各階段運行時間、混合液的體積化、運行狀態、曝氣量以污水進水水質、出水要求而定。
SBR技術本身是活性污泥法的一種,去除污染物的機理與傳統的活性污泥法完全一致,但其操作過程又與活性污泥法根本不同。SBR與傳統的水處理工藝的最大區別在于它是以時間順序來分割流程各單元,整個過程對于單個操作單元而言是間歇進行的,但是通過多個單元組合調度后又是連續的,因而也可以用于工業化大規模生產。這種技術集曝氣、沉淀于一池,而不需設置二沉池及污泥回流設備,也無需初沉池。在該系統中,反應池在一定時間間隔內充滿污水,以間歇處理方式運行,處理后混合液沉淀一段時間后,從池中排除上清液,沉淀的生物污泥則留于池內,用于再次與污水混合處理污水,這樣依次反復運行,則構成了序批式處理工藝。典型的SBR處理系統分為進水、反應、沉淀、排水與閑置五個階段運行,如圖1所示, 從污水流入開始到待機時間結束作為一個周期,反應器在一定時間間隔內充滿污水,以間歇處理方式運行,處理后混合液沉淀一段時間后,從池中排出上清液,沉淀的污泥留于池內,與后續進入的污水混合再行處理,就這樣周而復始、依次往復構成所謂序批式處理工藝。
圖 1 SBR工藝的運行模式
二、污水處理工藝流程
(一)山西省晉中市某污水處理廠工藝流程
山西省晉中市某污水處理廠占地40畝,處理工藝采用SBR工藝,日處理污水5萬噸,處理后排放的污水水質標準達到GB18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A排放標準。1.進水水質指標和出水水質指標:
表1 進水水質
2.SBR工藝流程圖如圖2所示。
圖2
(二)工藝流程說明
整個處理系統分為兩部分:污水處理系統和污泥處理系統。
污水處理系統根據處理污染物的不同又可以分為預處理系統和二級處理系統。
預處理包括格柵系統、污水提升系統、沉砂系統。格柵系統是通過安裝在進水渠道上的粗中細三道格柵,對污水中大塊的漂浮物進行截留,同時對后續水泵的運行起保護作用;污水提升系統通過三臺流量為1250m3/h的離心泵將通過格柵系統的污水,提升進入后續處理系統;沉砂系統是通過重力作用將污水中粒徑大于2.65微米以上的砂粒去除的。
預處理系統的出水隨后進入核心處理設施――SBR反應池。SBR反應池的工藝原理是通過微生物的新陳代謝作用將污水中溶解態和膠體態的污染物去除。
它的工藝特點是:設置有8個獨立的SBR反應池。污水順序分批次進入反應池進行進水、反應、沉淀、排水的處理過程。進水階段(一般平均進水時間為50分鐘左右):開啟進水閥門,污水通過管路輸送進入反應池;
反應階段分三個階段:第一個階段為缺氧階段,第二個階段好氧階段,第三階段為缺氧階段,時間共為5小時。缺氧階段通過開啟功率為7.5Kw水下攪拌器來實現,好氧階段為開啟曝氣閥門,鼓風機房羅茨鼓風機產生的131m3/min空氣通過安裝于反應池底部的微孔管式曝氣器進入污水中,以提供微生物生存所需要的氧氣;
沉淀階段(1小時):則是關閉曝氣閥后,泥水混合物通過靜止沉淀實現泥水分離的過程;
排水階段(平均五十分鐘):通過安裝于反應池中的懸臂式潷水器將上清液(即處理后凈水)排放。
在污水處理的過程中產生的污泥是含水率99%以上的液態物質,為了便于實現污泥垃圾填埋場衛生填埋的安全處置,采用重力濃縮加機械脫水的有效處理方式。安裝于SBR反應池中的潛污泵將剩余的污泥送入重力濃縮池進行濃縮,使污泥含水率由99%以上降低到96%左右。濃縮池的污泥通過化學加藥調理、處理并通過帶式壓濾機,將污泥中水分擠壓出來,實現污泥由液態向固態的轉變,泥餅含水率降至80%以下。
三、SBR工藝在城市污水處理中的應用
(一)SBR工藝與傳統活性污泥法運行工藝的比較
與傳統污水處理工藝不同,SBR技術采用時間分割的操作方式替代空間分割的操作方式,非穩定生化反應替代穩態生化反應,靜置理想沉淀替代傳統的動態沉淀。它的主要特征是在運行上的有序和間歇操作,SBR技術的核心是SBR反應池,該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池,無污泥回流系統。正是SBR工藝這些特殊性使其具有了以下優點:
1、 理想的推流過程使生化反應推動力增大,效率提高,池內厭氧、好氧處于交替狀態,凈化效果好。
2、 運行效果穩定,污水在理想的靜止狀態下沉淀,需要時間短、效率高,出水水質好。
3、 耐沖擊負荷,池內有滯留的處理水,對污水有稀釋、緩沖作用,有效抵抗水量和有機污物的沖擊。
4、 工藝過程中的各工序可根據水質、水量進行調整,運行靈活。
5、 處理設備少,構造簡單,便于操作和維護管理。
6、 反應池內存在DO、BOD5濃度梯度,可以有效控制活性污泥膨脹。
7、 SBR法系統本身也適合于組合式構造方法,利于污水處理廠的擴建和改造。
8、 脫氮除磷,適當控制運行方式,實現好氧、缺氧、厭氧狀態交替,具有良好的脫氮除磷效果。
9、 工藝流程簡單、造價低。主體設備只有一個序批式間歇反應器,無二沉池、污泥回流系統,調節池、初沉池也可省略,布置緊湊、占地面積省。
(二)運行狀況及建議
自2002年10月投入運行以來,SBR工藝運行良好,脫氮除磷效果明顯,出水水質合格。
下面是2013年某月的化驗數據,如表2所示:
表22013年某月的化驗數據
1.由于中格柵采用的是鋼板焊接而成,且為人工清渣,部分部件銹蝕嚴重,截留污水中漂浮物效果不理想,直接導致后續構筑物負荷太高,給工藝的運行管理帶來一定的麻煩。
2.廠出水口低于河道排水線,以致于在汛期,河道排水水位較高時,造成水倒溢,威脅到污水處理廠的安全。建議在今后進行工藝、技術改造時,將此納入污水處理廠的統籌管理之中,為系統化、規范化運行管理帶來便利。
3.對于多個SBR反應池,其進水和排水的閥門自動切換頻繁,這就要求自動控制系統的穩定性程度比較高。否則,控制起來相當麻煩。
4.連續進水時,對于單一的SBR反應池則需要較大的調節池。
5.無法達到大型污水處理項目之連續進水、出水的要求。
6.設備的閑置率較高。
7.污水提升水頭損失較大。
8.如果需要后續處理,則需要較大容積的調節池。
四、結束語
SBR工藝,由于有工藝簡單、設備少、造價低、運行管理方便等優點,近年來國內一些中小型污水處理廠已經采用或正在采用。系統進一步拓寬了活性污泥法的使用范圍,特別是在小規模生活污水處理廠用地緊張的地方或對已建連續流污水處理廠的改造等方面有著廣泛的應用前景。
參考文獻
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作者簡介!
第一作者:閻擁軍,男,(1972-),河北省石家莊市橋西污水處理廠,工程師,研究方向為污水處理。
[關鍵詞]污水污泥 危害 處理工藝
中圖分類號:X703.1 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)01-0255-01
由于污水污泥中含有大量的有害物質,應及時進行處理,采取科學的技術可將其利用為生物質原材料,并進行分解轉化。污水污泥的處理應以“減少、無害、轉化為資源”等目的進行。因此,有關部門應積極引進國外先進技術,進而杜絕因污水污泥處理不當導致的環境污染問題,并最大限度的將污水污泥進行再次利用。
1.污水污泥的產生與分類
城市污水主要來源于居民的生活用水、工業排水等,然而在排放時與周圍其他水體或雨水相混合,使得污水量極大,對環境造成了危害。特別是一些工業企業對于工業廢水任意排放,造成的危害就更大,污水在安置或處理時往往沉淀出污泥。污泥屬于一種較為復雜的不均勻質體,在污水處理廠的初級沉淀池生成較多。根據不同的標準,可將城市污水污泥進行分類以便處理。較為常見的分類標準有以下幾種:根據污泥來源進行分類,主要分為居民生活污水污泥、工業廢水污泥與給水污泥三種;根據不同的處理層次進行分類,主要分為生污泥、聚縮污泥、分解污泥、脫水污泥與結固污泥五種;根據污泥的成分進行分類,可分為無機污泥和有機污泥兩種;根據污泥的性質進行分類,可分為親水性污泥和疏水性污泥兩種;根據污泥的分離程序進行分類,可分為沉積污泥和生活污泥兩種;其他還有砂池的沉渣、浮渣、腐殖淤泥、化學污泥等。隨著時代的發展,我國城市化進程不斷加快,使得城市用水大量增加,生成的城市生活污水污泥嚴重威脅著城市的生態環境。因此對于污水污泥處理的工藝研究刻不容緩,是當前社會面臨的一個不容忽視的問題[1]。
2.污水污泥對環境的潛在危害
污水污泥中含有大量的有害物質如:病原菌、重金屬元素、有機質污染物等,若與其他水體或土壤接觸,將使其中的有害物質擴散到這些環境中,進而對人類及動植物的生活及健康造成了不可估量的影響。
2.1 污泥中病原菌的危害
在城市生物污水污泥中,含有大量細菌、病毒及蟲卵等微生物。若人體不甚靠近了污泥的污染范圍,極有可能被一些病原菌感染而引發各類疾病。
2.2 污泥中鹽分的危害
在污水處理池中,由于存在各種污水其內部容易產生反應,導致污水污泥含有大量鹽分,者不僅將導致土壤中的電導率提高,也會引起植物養分失調,使植物難以進行正常的養分吸收,進而導致植物的死亡。因此,很多地區直接將生活污水進行植物的灌溉,這是不科學的。[2]
2.3 污泥中重金屬的危害
在一些城市中,工業廢水可能與城市生活污水進行共同處理,這就導致了污泥中沉淀了大量的重金屬,如,在印染廢水與電鍍廢水中存在大量的鈣離子和鉻離子等。重金屬處理極為困難,因為其具備良好的穩定性質,甚至進入食物鏈中,在生物體內殘留,可能導致人們的健康遭到損害。且有的重金屬屬于有毒物質,生物與之接觸有可能引起病變。
2.4 污泥中有機物的危害
據統計,在城市污水污泥中含量最高的有機物有氯苯、多環芳烴、多氯代二苯等,甚至一些種植農藥也混入其中,這些物質對生物具有嚴重的致癌危害,甚至基因突變等。危害極為嚴重,需要科學的處理。
3.城市污水污泥處理技術分析
我國常見的污水污泥處理技術有以下幾種:聚縮污泥、污泥脫水、污泥分解消化、污泥干化、焚毀降解、轉化堆肥、建材利用及填埋污泥等。以下介紹幾項重要的處理步驟。
3.1 聚縮污泥
聚縮污泥實際上是使污泥進行稠化的工藝,主要有效的降低了污泥中的含水量。常用的聚縮污泥的方式有以下幾種:重力濃縮、旋轉離心濃縮、氣浮濃縮以及使用聚縮脫水一體機等。其中,重力濃縮所需投入最低,應用較為廣泛,其缺點在于處理效率較低且占用大面積土地,氣味散發嚴重;旋轉離心濃縮能夠有效的快速的將污泥進行聚縮,處理的效率較好,但需要投入較多的人力和財力,因此并未得到廣泛的運用;氣浮濃縮主要用于質量較輕的活性污水污泥,運行費用較高,運用較少;隨著科技的進步,在處理污水污泥方面,開發處理聚縮脫水一體機,這一機械支持同時聚縮與脫水,不僅處理效率高且占地面積小,在未來的污水處理工作上,將得到廣泛的運用[3]。
3.2 污泥脫水
污泥脫水是處理污泥的常用手段,通常使用自然干化與機械脫水兩種方式進行處理。在一些氣候干燥且土地面積較為寬廣的地區,可采用自然干化的方式,自然干化的脫水方式屬于最為經濟的方式,但具有一定的局限性,因此,在國內自然干化的應用率占總體的百分之十不到。污泥機械脫水可根據施用的外力形式不同分為壓縮過濾法、真空吸收法、旋轉離心法等。采用機械脫水處理效率高,在國內外都得到了廣泛的運用。在整個污水處理環節中,污泥脫水是降低污泥含水量的重要步驟,在后續工作中脫水效果的優劣決定了工作的難易程度,因此脫水工作應極為重視。近些年也開發出了更多的新工藝,為污泥脫水帶來了進一步的發展。
3.3 污泥分解消化
污泥在進行脫水后,仍具有一定的危害性,且極其不穩定。因此要采取污泥分解消化的方式,是污泥轉化成較為穩定的物質。在進行分解消化后,污泥內部的有害物質得到了進一步的降解和穩定,降低了污泥的整體數量,改善了污泥內部穩定性。污泥分解消化按照工藝原理可分為厭氧性消化和親氧性消化。厭氧消化的優點在于操作能耗較低,過程較為穩定,投入較低,在國內得到了廣泛的運用。親氧性消化具有較好的滅菌作用,穩定性好,設備開發齊全,運行方便工藝成熟等優點,在中小型污水處理長中較為常見。兩者相比,親氧性消化需要投入較大的財力,因此厭氧性消化運用更為廣泛。
3.4 填埋污泥
污泥最終的處理方式往往是進行填埋,因為填埋操作簡單,便于處理。在當今社會,由于土地資源的稀缺,在大部分城市中難以提供適合的填埋場;且污泥填埋時可能因外界原因在此產生滲透污水,對環境仍有潛在的危害。在我國中小城市中,填埋污泥仍是較為經濟合理的污泥處理方式。
3.5 建材利用
在通過一定的科學技術手段的處理后,可將污泥進行加工制作,使其成為建筑材料而在此利用。污泥主要用于制造生態水泥、陶粒、生化纖維、空心管材及微晶玻璃等。污泥轉化為建筑材料不僅完成了物質與能源的有效回收,也降低了污泥對環境的危害。但是在當前污泥轉化為建筑材料仍有以下缺點:生態水泥對鋼材有一定的損害;各類板材存在有機臭味且強度不足等。對于有害物質含量較高的污泥不宜制作建筑材料[4]。
4.結束語
綜上所述,為了保證人們生活質量與生態環境,城市生活污水污泥的處理是當前的重要課題。而且污泥的處理在整個過程中更是不容忽視,城市生活污水污泥處理只有真正的將污泥科學有效的處理后,才是一項科學完善的處理工藝。相關部門應結合上文所述觀點,對于污水污泥的來源進行充分了解,并進行分類。在平常的污水處理工作中,積極開發新型工藝,最大限度的降低污水污泥的危害,為更好地促進現代城市生活水平的有效提升,為和諧社會的構建奠定堅實的基礎。
參考文獻
[1] 潘美英.城市生活污水污泥好氧發酵工藝條件研究[D].四川大學,2006.
[2] 桂軼.城市生活污水污泥處理處置方法研究[D].合肥工業大學,2007.