《生活污水處理設備技術發展與應用研究》

摘要

本文系統闡(chan)述了生(sheng)活(huo)污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)設備(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)技術原理(li)(li)、分(fen)類方法及其在不(bu)同規(gui)模污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)現狀(zhuang)。針(zhen)對生(sheng)活(huo)污(wu)水(shui)(shui)(shui)有機物含量高、氮磷(lin)濃度適中(zhong)的(de)(de)(de)(de)特(te)點，詳細分(fen)析了生(sheng)物處(chu)(chu)理(li)(li)、物理(li)(li)化(hua)(hua)學(xue)處(chu)(chu)理(li)(li)和(he)(he)生(sheng)態處(chu)(chu)理(li)(li)等(deng)主流生(sheng)活(huo)污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)設備(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)技術特(te)征。通過(guo)對比不(bu)同處(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)藝(yi)在實際工(gong)程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)效(xiao)果(guo)，指出生(sheng)活(huo)污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)設備(bei)(bei)正朝著高效(xiao)節能(neng)(neng)、智能(neng)(neng)化(hua)(hua)和(he)(he)資源(yuan)(yuan)回收方向發展。研究表明，合(he)理(li)(li)選擇和(he)(he)組合(he)生(sheng)活(huo)污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)設備(bei)(bei)，可實現出水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質穩定達(da)標，并為污(wu)水(shui)(shui)(shui)資源(yuan)(yuan)化(hua)(hua)利用(yong)(yong)創造(zao)條(tiao)件(jian)。

關鍵詞 生活污水(shui)處理；生物(wu)處理設備；膜生物(wu)反應器；智能(neng)控制；資源回(hui)收

引言

隨(sui)著我國城鎮(zhen)化進程加(jia)快和人(ren)口持續增(zeng)長，生活污(wu)水(shui)排放(fang)量(liang)逐年(nian)攀升。2022年(nian)全國生活污(wu)水(shui)排放(fang)量(liang)已(yi)突破600億立方米，占污(wu)水(shui)排放(fang)總量(liang)的(de)70%以上。生活污(wu)水(shui)含有(you)大量(liang)有(you)機(ji)物(wu)(wu)、氮(dan)磷營養(yang)物(wu)(wu)和病原微生物(wu)(wu)，若處理不當將導致(zhi)水(shui)體富(fu)營養(yang)化、黑臭等問題。近(jin)年(nian)來，隨(sui)著《水(shui)污(wu)染防治行動計劃》的(de)深入實施，生活污(wu)水(shui)處理設備(bei)市(shi)場需求快速增(zeng)長，技術水(shui)平顯著提(ti)升。

生活污(wu)水(shui)處(chu)理(li)技術(shu)發展經(jing)歷(li)(li)了三個階段：20世(shi)紀80年代前主要采用傳(chuan)統活性污(wu)泥法(fa)；90年代開始(shi)推廣(guang)應用生物(wu)膜法(fa)和(he)氧化(hua)溝工藝；進入21世(shi)紀后，膜生物(wu)反(fan)(fan)應器（MBR）、移動床生物(wu)膜反(fan)(fan)應器（MBBR）等高(gao)效處(chu)理(li)技術(shu)逐步成熟(shu)。特別是(shi)隨(sui)著環保標準日(ri)益嚴格和(he)資源回收需求增加(jia)，生活污(wu)水(shui)處(chu)理(li)設(she)備正經(jing)歷(li)(li)從單純達標排(pai)放向資源化(hua)利用的轉(zhuan)變。

一、生活污水處理設備的主要類型及技術原理

1.1 生物處理設備

生(sheng)物(wu)(wu)(wu)處理(li)設備(bei)是生(sheng)活污(wu)水處理(li)的(de)核心單元，主要(yao)包括(kuo)活性(xing)污(wu)泥(ni)法(fa)設備(bei)、生(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜法(fa)設備(bei)和(he)(he)(he)復(fu)合生(sheng)物(wu)(wu)(wu)處理(li)設備(bei)三(san)大類。傳統(tong)活性(xing)污(wu)泥(ni)法(fa)采用曝(pu)(pu)氣池和(he)(he)(he)二(er)沉池組(zu)合，通過(guo)懸浮生(sheng)長的(de)微生(sheng)物(wu)(wu)(wu)降(jiang)解有機物(wu)(wu)(wu)；生(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜法(fa)則利用附著在填(tian)料上的(de)微生(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜進(jin)行污(wu)染物(wu)(wu)(wu)去除，典(dian)型(xing)設備(bei)包括(kuo)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)接觸(chu)氧化池和(he)(he)(he)曝(pu)(pu)氣生(sheng)物(wu)(wu)(wu)濾(lv)池（BAF）。MBR和(he)(he)(he)MBBR作為新型(xing)復(fu)合生(sheng)物(wu)(wu)(wu)處理(li)設備(bei)，兼具兩者的(de)優勢，處理(li)效率比傳統(tong)工(gong)藝(yi)提(ti)高(gao)30%以上。

1.2 物理化學處理設備

物(wu)理化(hua)(hua)學處理設(she)(she)備主要用(yong)于強化(hua)(hua)處理效果和(he)(he)深度處理，包括混(hun)凝(ning)沉淀(dian)(dian)設(she)(she)備、過濾設(she)(she)備和(he)(he)消毒(du)(du)設(she)(she)備等。高效混(hun)凝(ning)沉淀(dian)(dian)系統通(tong)過投加絮凝(ning)劑可去除80%以(yi)上的懸浮物(wu)和(he)(he)部分溶(rong)解(jie)性(xing)有機物(wu)；多(duo)介質過濾器(qi)能(neng)進一步降低出水濁度；紫外線消毒(du)(du)設(she)(she)備則(ze)通(tong)過破壞(huai)微生(sheng)物(wu)DNA結構實現病原(yuan)菌滅活。物(wu)理化(hua)(hua)學處理設(she)(she)備反(fan)應速度快、效果穩定(ding)，但運行成本相對較高。

1.3 生態處理設備

生(sheng)(sheng)(sheng)態處理設備模擬自然生(sheng)(sheng)(sheng)態系(xi)統(tong)(tong)凈化(hua)功能，主要包括人工(gong)濕地(di)、穩定塘和土地(di)處理系(xi)統(tong)(tong)等。復合垂直流人工(gong)濕地(di)通(tong)過(guo)基質-植物-微生(sheng)(sheng)(sheng)物協同作用去除污染物；生(sheng)(sheng)(sheng)態穩定塘利用藻(zao)菌共生(sheng)(sheng)(sheng)系(xi)統(tong)(tong)降解有機物；快速滲濾(lv)系(xi)統(tong)(tong)則通(tong)過(guo)土壤過(guo)濾(lv)和生(sheng)(sheng)(sheng)物作用實現污水(shui)凈化(hua)。生(sheng)(sheng)(sheng)態處理設備運行費用低(di)、環境友好，但占(zhan)地(di)面(mian)積較大，受氣候條件影響(xiang)明顯。

二、生活污水處理設備的工程應用案例

2.1 城市污水處理廠

北京某(mou)大型污水(shui)(shui)處理廠采用"AAO+MBR"組合工(gong)(gong)藝，設(she)計處理規模20萬(wan)m³/d。處理系統(tong)包括預處理單元(yuan)、生物處理單元(yuan)和(he)膜分離單元(yuan)，出水(shui)(shui)水(shui)(shui)質達到《城鎮(zhen)污水(shui)(shui)處理廠污染物排(pai)放(fang)標準(zhun)》一(yi)級A標準(zhun)。該廠創(chuang)新采用智(zhi)能(neng)曝氣(qi)控制(zhi)系統(tong)，通(tong)過在線監測溶解氧自動調(diao)節曝氣(qi)量，使能(neng)耗降低15%以上。處理后的再生水(shui)(shui)廣泛(fan)用于城市綠(lv)化、工(gong)(gong)業冷卻等，回用率達30%。

2.2 鄉鎮生活污水處理站

江蘇某鄉鎮(zhen)污水(shui)處(chu)理站采(cai)用"生物接觸(chu)氧化+人工(gong)(gong)濕地(di)"組合(he)(he)工(gong)(gong)藝，設計處(chu)理規模2000m³/d。處(chu)理系統(tong)包括格柵井(jing)、調節池、生物接觸(chu)氧化池和(he)水(shui)平潛流人工(gong)(gong)濕地(di)，出水(shui)水(shui)質穩定達到一級B標準。項目采(cai)用模塊化設計，建(jian)設周期僅3個月；運(yun)行(xing)成本約(yue)0.3元/m³，適(shi)合(he)(he)鄉鎮(zhen)經(jing)濟(ji)條件(jian)。濕地(di)單元種(zhong)植(zhi)蘆葦(wei)、香蒲等本地(di)植(zhi)物，兼具(ju)處(chu)理功能和(he)景(jing)觀效(xiao)果。

2.3 分散式污水處理裝置

針對山(shan)區(qu)分(fen)散(san)住(zhu)戶的生活污水處理(li)需求，研(yan)發(fa)了集成式MBR設(she)備(bei)。設(she)備(bei)采用集裝(zhuang)箱式設(she)計，處理(li)規模(mo)5-50m³/d，出水水質可達一級(ji)A標準。某示范項目在30戶山(shan)區(qu)村落安裝(zhuang)5套設(she)備(bei)，運行(xing)數據顯示COD去除率(lv)達95%以上，氨氮去除率(lv)超過90%。設(she)備(bei)配(pei)備(bei)遠(yuan)程監控系統，可實現無人值守運行(xing)，特別適(shi)合偏遠(yuan)地區(qu)應(ying)用。

三、生活污水處理設備的技術發展趨勢

3.1 高效節能技術

新型(xing)生物(wu)處(chu)理(li)設備的(de)(de)開發顯(xian)著提(ti)高了處(chu)理(li)效率(lv)，如好氧顆粒(li)污泥技術可使反應器容積(ji)負(fu)荷提(ti)高2-3倍；低能耗膜材料的(de)(de)研發使MBR系統的(de)(de)運行能耗從(cong)傳(chuan)統的(de)(de)0.6-0.8kWh/m³降至0.4kWh/m³以下(xia)。某(mou)污水處(chu)理(li)廠改(gai)造案例顯(xian)示(shi)，采(cai)用高效曝氣系統和智能控制技術后，噸(dun)水電耗降低25%，年(nian)節約(yue)電費超過100萬元(yuan)。

3.2 智能化控制系統

基于物聯(lian)網的(de)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)監控系(xi)(xi)統可實時采(cai)集水(shui)質、設(she)備(bei)運行等(deng)數據(ju)，通過(guo)大數據(ju)分析優化運行參數。某智(zhi)(zhi)慧(hui)水(shui)務項(xiang)目應(ying)用(yong)案例(li)顯示，采(cai)用(yong)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)控制系(xi)(xi)統后(hou)，藥劑消耗量減少(shao)20%，出(chu)水(shui)水(shui)質穩定性(xing)提(ti)高30%。預測性(xing)維護技術(shu)通過(guo)分析設(she)備(bei)振動、電流等(deng)參數，提(ti)前發(fa)現潛(qian)在故障(zhang)，使設(she)備(bei)維護成本降低(di)40%以上。

3.3 資源回收技術

生活污(wu)水中的(de)資源回(hui)收技術日(ri)益(yi)成熟(shu)，如厭氧消化(hua)技術可回(hui)收沼氣；磷回(hui)收系統可從污(wu)泥中提取鳥糞石等(deng)磷產(chan)品。某污(wu)水處(chu)理(li)廠(chang)采用(yong)"厭氧消化(hua)+熱電聯產(chan)"工(gong)藝，年發電量達800萬kWh，可滿(man)足廠(chang)區50%的(de)用(yong)電需(xu)求。處(chu)理(li)后的(de)再生水回(hui)用(yong)途徑不斷(duan)拓展，先進污(wu)水處(chu)理(li)廠(chang)可實現70%以(yi)上的(de)回(hui)用(yong)率。

四、結論

生活污水處理(li)(li)設備作(zuo)為城市基(ji)礎設施的重要(yao)(yao)組(zu)成部分，在水污染治理(li)(li)和(he)(he)水資源保護(hu)方面發揮著關鍵作(zuo)用(yong)。本文(wen)研(yan)究表明(ming)，現(xian)代生活污水處理(li)(li)技(ji)術(shu)已形成生物處理(li)(li)、物理(li)(li)化學(xue)處理(li)(li)和(he)(he)生態處理(li)(li)等多元技(ji)術(shu)體系，能夠針對不同處理(li)(li)規模和(he)(he)出水要(yao)(yao)求提(ti)供有效解決方案。在實際應用(yong)中，應根據處理(li)(li)規模、排放標(biao)準和(he)(he)經濟(ji)條(tiao)件，合理(li)(li)選擇和(he)(he)組(zu)合不同處理(li)(li)單(dan)元，才能實現(xian)最佳(jia)的技(ji)術(shu)經濟(ji)效果。

未來生活污水處理設備的(de)發展應(ying)重點關(guan)注(zhu)三個方(fang)向：一是(shi)(shi)開發更(geng)高(gao)效、更(geng)低耗的(de)處理技(ji)(ji)術和(he)設備，降低運行成本；二是(shi)(shi)推進智能(neng)化升級，提高(gao)系統穩(wen)定性和(he)管(guan)理效率；三是(shi)(shi)加強資源回收技(ji)(ji)術研發，實現(xian)污水處理廠的(de)能(neng)源自給和(he)資源循環(huan)。建議政(zheng)府部(bu)門(men)完善政(zheng)策支(zhi)持體系，加大科技(ji)(ji)創新投入；污水處理運營單位應(ying)積極采用先進技(ji)(ji)術和(he)設備，共同推動水環(huan)境質(zhi)量持續改善。