江蘇：農(nóng)村污水治理有了新路徑
編者按
第一次全國污染源普查結(jié)果顯示，農(nóng)業(yè)源污染物化學需氧量的排放量占排放總量的43.7％，其中總氮、總磷分別占排放總量的57.2％和67.4％。農(nóng)業(yè)源基本上占到全國污染的50％以上，而目前我國絕大部分農(nóng)村地區(qū)還沒有任何污水收集設(shè)施。
農(nóng)村污染特別是水污染治理迫在眉睫。但是，由于我國農(nóng)村人口分布廣而且分散，城市的大規(guī)模管網(wǎng)建設(shè)、集中處理并不適合農(nóng)村地區(qū)；同時，農(nóng)民經(jīng)濟承受能力較差、技術(shù)管理水平較低，因此，操作難度大、投資和運行成本高的污水處理技術(shù)也難以推廣。最近，“智能分散式生活污水處理裝置”在江蘇省常州市農(nóng)村地區(qū)試點取得成功并通過地方技術(shù)鑒定，可望為農(nóng)村污水治理提供新的技術(shù)和思路。
幾排整齊的小樓房附近，一圈白色的矮柵欄圍著一座藍色的小房子，小房子背面緊挨著一個1米多高的水泥池，汩汩的清水從水泥池底部的水管流出，注入水塘。
這是記者最近在江蘇省常州市新北區(qū)羅溪鎮(zhèn)鴉鵲村看到的生活污水處理試點項目，這個項目采用了常州浩瀚新材料科技有限公司(以下簡稱浩瀚科技)研發(fā)的“智能分散式生活污水處理裝置”，將高效生物膜反應(yīng)(生物原電池)技術(shù)與高能粒子直接氧化技術(shù)相結(jié)合，利用高能粒子束轟擊水溶液產(chǎn)生大量的強氧化性物質(zhì)對水體中的有機污染物進行預(yù)氧化，對水體中的細菌、病毒進行殺滅。
項目工程于2010年4月開工，2010年7月30日竣工，日前由常州市環(huán)保局主持召開了“智能分散式生活污水處理裝置”技術(shù)鑒定會。技術(shù)鑒定專家組組長、中國工程院院士蔡道基認為，“智能分散式生活污水處理裝置”從材料學切入，利用高分子材料合成技術(shù)對生物載體進行改性，獲得巨大比表面積，設(shè)備體積小、處理時間短，處理能力高、成本低廉，在環(huán)境治理領(lǐng)域是個全新的發(fā)展方向。
從材料科學入手，創(chuàng)新工藝打破傳統(tǒng)路線
“智能分散式生活污水處理裝置”技術(shù)與傳統(tǒng)的生化法處理工藝有何不同？專家介紹說，“智能分散式生活污水處理裝置”是基于農(nóng)村基層實際情況而研究開發(fā)的技術(shù)裝置，具有智能化管理、運行成本低、免維護等特點，從工藝路線上看，完全不同于傳統(tǒng)污水處理技術(shù)。
技術(shù)研發(fā)總體設(shè)計師、常州大學客座教授張毅向記者介紹說，這一創(chuàng)新技術(shù)包括三級處理系統(tǒng)和沉淀物處置系統(tǒng)。
一級預(yù)氧化系統(tǒng)內(nèi)安裝了高能粒子直接氧化反應(yīng)器。在反應(yīng)器內(nèi)，利用高能粒子束轟擊水溶液，使水分子發(fā)生電離。水體中的氯離子在電離作用下生成了次氯酸，這些氧化反應(yīng)能力極強的物質(zhì)對水體中的污染物進行無選擇的強氧化反應(yīng)和強氧化還原反應(yīng)，使脂肪蛋白質(zhì)等長鏈分子結(jié)構(gòu)物質(zhì)得以斷鏈，為生物降解提供良好的條件。
二級高效生物膜反應(yīng)系統(tǒng)是裝置的核心部分。反應(yīng)器內(nèi)裝填的生物載體比表面積是傳統(tǒng)的生物接觸氧化載體比表面積的幾十倍甚至更高，因此，在巨大比表面積上“著床”的微生物個數(shù)也相應(yīng)提高，使生物量和水體接觸面積增加，提高了生物降解處理能力，縮短了處理時間，使處理效果大大增強。微生物著床的載體上還螯合了鐵離子，形成了“生物原電池”。即微生物在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生了氫氣和甲酸，對原電池提供燃料，形成鐵內(nèi)電解原理，對污染物進行微電解氧化，達到輔助生物氧化降解、水質(zhì)凈化與污泥處理的目的。
三級深度殺菌系統(tǒng)利用高能粒子直接氧化反應(yīng)器對水體中的病毒、細菌、病原體進行強氧化斷裂分子鏈，并得到分解，從而杜絕傳染性病毒、病原體隨水體流動而擴散傳播。
生物膜反應(yīng)器內(nèi)所培養(yǎng)生長的聚磷菌可以使水體中的磷顆粒得以團聚，并隨剝落的老化微生物沉積在反應(yīng)器的污泥收集斗。磷在羥基化作用下和水體中的鈣、鎂、鐵、鋁等物質(zhì)絡(luò)合生成磷酸鹽類物質(zhì)，最終可做磷肥，用于植物施肥。
張毅介紹說，“智能化分散式生活污水處理裝置”從材料學切入，以比表面積較大的中孔纖維為載體，表面聚合二氧化鈦納米層和鐵攙雜稀土合金材料，獲得巨大比表面積，為微生物的著床提供足夠空間，縮短水停留時間，使系統(tǒng)設(shè)備體積變得更小，處理能力成倍提高。原位電池的接枝使水體中的長鏈分子得以斷鏈，為生物處理提供條件，保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定。
鑒定專家組成員、國家海洋局東海分局科學技術(shù)委員會委員仵彥卿教授認為，這一裝置從材料學介入環(huán)境治理，以不同的視線、全新的理念打破常規(guī)技術(shù)路線，為水環(huán)境治理開辟了新的研究方向和示范作用。
占地面積小，出水水質(zhì)好
雅鵲村示范工程規(guī)劃將生活污水處理分南、中、北3個區(qū)，其中南區(qū)規(guī)劃50戶，現(xiàn)每天排放生活污水量約30噸；中區(qū)規(guī)劃50戶，現(xiàn)每天排放生活污水量約25噸；北區(qū)規(guī)劃100戶，現(xiàn)每天排放生活污水量約40噸。3個區(qū)總處理水量95噸，其中每個區(qū)項目占地面積均約48平方米，設(shè)施主要包括調(diào)節(jié)池、智能化生活污水處理系統(tǒng)、簡易房等。其中，調(diào)節(jié)池24立方米，為鋼砼結(jié)構(gòu)；智能化生活污水處理系統(tǒng)是鋼結(jié)構(gòu)；簡易房用夾心彩鋼板材料搭建。
據(jù)介紹，村里的污水由管網(wǎng)從各家的化糞池出口收集匯集到調(diào)節(jié)池內(nèi)，經(jīng)過潛污泵加壓進入預(yù)氧化系統(tǒng)進行預(yù)氧化處理，經(jīng)過預(yù)氧化處理后的水體在重力下進入膜生物反應(yīng)系統(tǒng)(生物原電池)進行生物降解和微電解氧化降解，然后水體進入深度處理系統(tǒng)進行殺菌消毒過濾，最后排出系統(tǒng)。沉積在膜生物反應(yīng)器底部污泥收集斗內(nèi)的活性污泥，按污泥回流比部分被回流進入反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)，剩余的污泥被定時排放進污泥濃縮池內(nèi)進行污泥深度氧化處理。
記者在南區(qū)30立方米/天的項目現(xiàn)場看到，從“藍房子”下部管道排出的水體潔凈透明，接收這些水的水泥池塘也較為清澈，雖然沒有覆蓋設(shè)施，周邊并無異味。據(jù)此不遠的常州市新北區(qū)西夏墅鎮(zhèn)水塔口村也有類似的項目，項目設(shè)計最大處理能力120立方米/天，總用地面積約238平方米。
此技術(shù)的關(guān)鍵在于將好氧生物處理與厭氧生物處理、生物技術(shù)與微電解技術(shù)、污泥處理與水質(zhì)凈化糅合于一體，并且糅合的緊湊、合理。鑒定專家組成員、國家生態(tài)學會微生物生態(tài)專業(yè)委員會副主任徐亞同這樣認為，這一技術(shù)對于土地相對緊張及廢水收集困難的中小城鎮(zhèn)污水處理，更具有現(xiàn)實意義和推廣價值；同時，為污染源連片綜合治理提供了思路和方向。
張毅介紹說，“智能化分散式生活污水處理裝置”可掩埋地下也可建造在地面。當建立在地面時，可直接安裝于調(diào)節(jié)池上方，占地面積僅為當前流行的一般治理方法接觸氧化法的20％。
張毅告訴記者，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，出水的CODcr、BOD5、懸浮物(SS)色度、糞大腸菌群等指標均達到GB18918－2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中一級A標準，TN、NH3－N、TP達到一級B標準。
鑒定專家組成員、浙江大學環(huán)境科學院副院長陳英旭教授表示，這一技術(shù)結(jié)合生態(tài)島或植物根系處理技術(shù)，對改善太湖流域的水質(zhì)將起到積極作用，具有極高的推廣價值和社會效益。
全自動運行，管理簡便，投資及運行費用少
用于農(nóng)村的分散式污水處理技術(shù)并不鮮見，但很多難以廣泛推廣，主要原因在于運行管理復(fù)雜，投資、運行成本高。
而“智能化分散式生活污水處理裝置”的運行實現(xiàn)了全自動化智能管理。即生物膜反應(yīng)器內(nèi)轉(zhuǎn)籠的轉(zhuǎn)動速度，由在線溶氧儀溶解氧讀數(shù)傳輸進入自動化控制器(PLC)來控制調(diào)速電機轉(zhuǎn)速，當膜生物反應(yīng)器內(nèi)水體中溶解氧濃度低于設(shè)定值時，程序?qū)⒆詣诱{(diào)整調(diào)速電機轉(zhuǎn)動速度，直到溶解氧濃度達到設(shè)計要求值。此外，調(diào)節(jié)池提升泵、生物膜反應(yīng)器底部的收集泥斗，也由液位儀、壓力傳感器智能控制，正常運行后，不需專人進行看管和操作，只需定期檢查運行是否正常。
據(jù)了解，上述鴉鵲村和水塔口村兩個試點項目均由當?shù)卣顿Y，由浩瀚科技負責設(shè)計建設(shè)，在新北區(qū)城建和環(huán)保兩個部門現(xiàn)場驗收合格后，移交給當?shù)卮逦瘯\行管理。浩瀚科技向村委會提供詳細完整的系統(tǒng)用戶手冊、技術(shù)說明，提供技術(shù)支持，并定期對項目運行情況進行跟蹤，包括進出水質(zhì)監(jiān)測、系統(tǒng)電器維護、故障排除、易損件更換等。
清華大學信息學院副院長、國家“863”先進制造與自動化控制專家委員會副主任賈培發(fā)教授在評審時指出，在線監(jiān)測自動化控制的完善，突顯這一技術(shù)的高端性和實用性，將會引導(dǎo)環(huán)保產(chǎn)業(yè)向規(guī)范化、標準化發(fā)展。
此外，由于使用這一技術(shù)的處理過程中無化學品消耗，所以項目投資和運行成本較低。
“雅鵲村示范工程3個區(qū)域的平均運行費用小于0.2元/立方米。西夏墅鎮(zhèn)水塔口村的項目設(shè)計處理能力120立方米/天，現(xiàn)在以30％的低負荷運行，運行成本0.4元/立方米”。說起成本，張毅掰著指頭給記者算起了賬。“以鴉鵲村設(shè)計最大處理能力50立方米/天的項目為例，投資16.8萬元，噸水投資費用3360元/立方米。技術(shù)裝置總裝機容量0.42千瓦，其中，潛水泵0.1千瓦，調(diào)速電機0.12千瓦，高能粒子發(fā)生器0.2千瓦，技術(shù)裝置現(xiàn)實際處理水量40立方米/天(平均值)；總耗電量5千瓦/天(以每天平均運行12小時左右計算)，折合人民幣(按0.8元/度計算)4元/天。平均運行費用0.1元/立方米。”
張毅介紹說，西夏墅鎮(zhèn)水塔口村的項目由于規(guī)模較大，噸水投資費用更低，約為2900元/立方米，總投資35萬元；滿負荷運行后的運行成本將從目前的0.4元/立方米降到0.1元/立方米甚至更低。
專家組成員、國家水專項項目評審專家委員會成員、原太湖流域水資源管理局副局長陳荷生教授在對項目的實地調(diào)研中指出，創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵在于處理裝置的實用化和工藝結(jié)構(gòu)的簡單化。他說，“智能分散式生活污水處理裝置”，和國家“十二五”提出的農(nóng)村污水治理連片整治的精神相吻合，為有效治理農(nóng)村污染源提供了新思路。
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