無動力式生物凈化槽助推循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展初探
黨的十八大把生態(tài)文明建設(shè)提升到五位一體總體布局的戰(zhàn)略高度，第一次單列一個部分加以論述，有關(guān)內(nèi)容和要求已寫入新修訂的黨章。提出大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，建設(shè)美麗中國，實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展。這標(biāo)志著我們黨對中國特色社會主義的認(rèn)識更加成熟更加定型，標(biāo)志著綠色、循環(huán)、低碳已成為可持續(xù)發(fā)展時代潮流。
循環(huán)經(jīng)濟(jì)即物質(zhì)閉環(huán)流動型經(jīng)濟(jì)，是指在人、自然資源和科學(xué)技術(shù)的大系統(tǒng)內(nèi)，在資源投入、企業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品消費(fèi)及其廢棄的全過程中，把傳統(tǒng)的依賴資源消耗的線形增長的經(jīng)濟(jì)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽可鷳B(tài)型資源循環(huán)來發(fā)展的經(jīng)濟(jì)。隨著城市化和現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，污水處理技術(shù)問題困擾著城市的可持續(xù)發(fā)展，并影響著水資源的再生回用的可持續(xù)發(fā)展。無動力式生物凈化槽以循環(huán)經(jīng)濟(jì)思想理念為基礎(chǔ)，以變廢水附加值的被動處理，轉(zhuǎn)變?yōu)橼A價值的資源化與經(jīng)濟(jì)化利用，其主要是由厭氧濾池和好氧技術(shù)單元組成，具有耐沖擊負(fù)荷、無動力要求、無運(yùn)行費(fèi)用壓力等優(yōu)點；無動力式生物凈化槽對分散點源污水（尤其是生活污水）治理及所排中水回用的效果明顯。
一、無動力式生物凈化槽技術(shù)研發(fā)背景
近年來，環(huán)保行業(yè)受到了前所未有的關(guān)注，也迎來了空前的發(fā)展機(jī)遇。而其中，水環(huán)境問題更是一個備受關(guān)注的領(lǐng)域。
我國是一個水資源匱乏的國家，人均擁有量僅占世界人均水資源量的1/4。到21世紀(jì)中期，全國的用水量將從過去的5000多億m3增加到8000億m3左右；即增長60%，占可利用水資源總量的28%以上。按國際一般規(guī)律，一個國家用水量超過其水資源可利用量的20%，就很可能發(fā)生水危機(jī)。大氣降水方面，全國大約以每年12.7mm的速度減少。中國的617個城市幾乎有一半面臨缺水問題。世界觀察研究所布朗預(yù)測，到2030年居民對水的需求將從1995年的310億t增加到1340億t，工業(yè)用水將從520t增加到2690億t。農(nóng)業(yè)用水將從4000億t增加到6650億t。這是中國水資源滿足不了的。水資源緊缺，是中國發(fā)展難以克服的制約因素。
一方面水資源緊缺，節(jié)水、提高水資源利用率迫在眉睫；另一方面水污染問題又相當(dāng)嚴(yán)峻。隨著人口的增長和經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，用水量和排水量正逐年增加，流域水污染問題日益突出。雖然很多地方建有集中污水處理廠，但在實際的運(yùn)營過程中存在著運(yùn)行費(fèi)用高昂、管理復(fù)雜等難以承受的問題；而且許多地方污水未經(jīng)處理就直接排放入河湖，給河湖水體造成了嚴(yán)重的點源污染。針對污水處理廠在實際運(yùn)營過程中存在的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高昂和污水直接排放入河湖，造成水體污染這兩方面問題，無動力式生物凈化槽技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
二、無動力式生物凈化槽發(fā)展現(xiàn)狀及工藝特點
針對不同的污水類型，有不同的污水處理方法。無論是生活污水還是工業(yè)廢水，處理方法大致分三類：物理法（格柵截留法、沉淀法、氣浮法和過濾法等）、化學(xué)法（中和、混凝、電解、氧化還原、汽提、萃取、吸附和離子交換等）、生物法（活性污泥法、生物膜法、生化法、生態(tài)濕地等）。目前，有動力地埋式一體化處理技術(shù)按工藝可分為生物接觸氧化法、SBR、A/O及A2/O等。而無動力式生物凈化槽技術(shù)結(jié)合了厭氧和好氧的污水處理方法的優(yōu)勢。
（一）無動力式生物凈化槽技術(shù)原理及特點
“無動力式生物凈化槽”技術(shù)主要由厭氧和好氧技術(shù)單元組成，如圖1所示：
圖1無動力式生物凈化槽技術(shù)流程圖
厭氧單元采用新型厭氧反應(yīng)器—混合流膨脹床厭氧生物濾池。厭氧濾池是在過去幾十年中新發(fā)展起來的污水生物處理技術(shù)，并在厭氧領(lǐng)域得到應(yīng)用，其典型技術(shù)為Young和McCarty發(fā)明了厭氧濾池（AnaerobicFilter，AF），由于其系統(tǒng)內(nèi)能保持污泥濃度高，有機(jī)負(fù)荷高，進(jìn)而耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，水力停留時間短，占地小而得到廣泛應(yīng)用。由于在反應(yīng)器中上部設(shè)置固定填料，所以有易堵塞、反應(yīng)器維護(hù)檢修不方便的缺點。
混合流膨脹床厭氧生物濾池則選用新型懸浮型生物填料作為微生物載體。懸浮型生物填料是由一種特制樹脂制成的球狀填料，其結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)格外殼、纖維絲球體和通心多孔柱體。以載體的浮動填料厭氧濾池具有如下特點：
（1）填料采用特制的樹脂制成，親水性強(qiáng)，固膜效果好，系統(tǒng)內(nèi)保持較高的污泥濃度；
（2）填料獨特的立體結(jié)構(gòu)使得單元填料中從內(nèi)到外形成不同層次的微生態(tài)分布，有利于厭氧過程中微生物的串聯(lián)代謝過程的進(jìn)行，同時可以進(jìn)行厭氧水解、酸化、反硝化以及磷的釋放等一系列過程。
（3）填料隨水流及沼氣的產(chǎn)生可以在水中不斷運(yùn)動，增強(qiáng)污泥和基質(zhì)的混合效果，減少兩者的傳質(zhì)阻力，有利于提高速率。同時由于填料的流動性，克服了厭氧濾池（AF）上部堵塞的問題。
（4）填料直接投加，省時省力。
（5）填料壽命長達(dá)10年以上，維護(hù)方便。
混合流膨脹床厭氧生物濾池作為核心技術(shù)單元，為去除污染物的主要功能區(qū)，通過厭氧單元，污水中大部分有機(jī)物得到去除，進(jìn)入好氧單元的有機(jī)物濃度較低，同時又由于厭氧獨特的代謝機(jī)理，未直接去除的有機(jī)物經(jīng)水解、酸化后可生化性得到顯著提高。低濃度、可生化性好的污水進(jìn)入最終處理環(huán)節(jié)——好氧單元，使得好氧代謝更加容易進(jìn)行，同時代謝進(jìn)行得更完全、徹底。
好氧處理則在厭氧處理的基礎(chǔ)上，采用人工處理與生態(tài)處理相結(jié)合的處理技術(shù)——跌水曝氣技術(shù)。污水生態(tài)處理技術(shù)是合理利用自然條件，利用自然界物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律降解污水污染物，目前得到應(yīng)用的主要有氧化塘技術(shù)、土地處理技術(shù)、跌水曝氣技術(shù)等。跌水曝氣技術(shù)是利用污水水流的高程落差，在污水跌落濺流過程中提高水中溶解氧，然后利用水體中好氧微生物的代謝分解有機(jī)污染物。
污水中溶解氧水平，是保證好氧生化代謝進(jìn)行的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的好氧工藝處理生活污水，溶解氧持續(xù)保持在4~5mg/L。而厭氧＋好氧工藝處理生活污水，由于經(jīng)過厭氧的污水中污染物濃度低、可生化性好，溶解氧需求水平則相應(yīng)低得多。荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行的厭氧＋微氧工藝處理生活污水的試驗研究表明，在厭氧段處理率50%左右時，好氧段的溶解氧只維持在1.5mg/L水平，即可保障好氧段處理效率70%、總處理率85%以上。
由于厭氧處理對溫度較為敏感，考慮到冬季溫度較低時其處理效率會有所下降（此時雖然處理效率下降，但通過水解作用的進(jìn)行，污水的可生化性仍能得到明顯的改善），“無動力式生物凈化槽”工藝中好氧段在選用跌水曝氣單元的同時，并行設(shè)計了活性污泥法的處理單元。好氧段中跌水曝氣與活性污泥法并行設(shè)計，在充分考慮保障工藝處理效果的同時，進(jìn)一步增加了針對不同出水要求的單元組合的靈活性：
（1）厭氧段處理效果下降（低溫條件）：
厭氧濾池——————活性污泥
出水目標(biāo)：一級達(dá)標(biāo)排放
（2）厭氧段處理效果正常：
厭氧濾池——————跌水曝氣
出水目標(biāo)：一級達(dá)標(biāo)排放或中水回用
（3）厭氧段處理效果正常：
厭氧濾池——————活性污泥
出水目標(biāo)：中水回用
（二）無動力式生物凈化槽的主要用途及性能
無動力式生物凈化槽是一種簡單實用、適應(yīng)性強(qiáng)、高效低耗的排污口和分散排污點污水處理技術(shù)，有效地解決分散排污口的污水治理和中水回用問題。
該技術(shù)裝置應(yīng)用于城市污水及江河湖泊等水污染處理，COD去除率可以達(dá)到87%以上，BOD去除率可以達(dá)到93%，SS去除率可達(dá)到94%以上，處理后可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)。
主要應(yīng)用領(lǐng)域：
（1）天然及人工河道的排污口；
（2）村鎮(zhèn)等沒有運(yùn)行費(fèi)來源沒有專業(yè)維護(hù)人員的地區(qū)；
（3）高速公路、鐵路、湖泊、水庫、機(jī)場、機(jī)關(guān)、軍隊站房、賓館、小區(qū)等場所的污水處理及中水回用；
（4）污水處理管線沿線需抽取污水處理后回用的場所；
（5）中小型城鎮(zhèn)污水處理廠。
（三）無動力式生物凈化槽技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)實意義
無動力式生物凈化槽是一種簡單實用、適應(yīng)性強(qiáng)、高效低耗的排污口和分散排污點污水處理技術(shù)，解決分散排污口的污水治理和中水回用問題。該技術(shù)的研發(fā)具有廣泛意義：
（1）污水處理回用，可緩解水資源的供需矛盾
無動力式生物凈化槽技術(shù)，解決了許多分散裝置沒有電力接入條件，運(yùn)行費(fèi)用高，操作管理復(fù)雜和處理效果無保障等問題，為中水處理工程提供了一個實用可靠的技術(shù)。
（2）有效地解決河道排污口和分散排污點的污染問題
無動力式生物凈化槽的無動力和一體化的設(shè)計思想，使它適合應(yīng)用在河湖排污口和分散排污口的污水治理，經(jīng)過該裝置的處理，污水中的大部分污染物得到去除，解決了排污口的污染問題。
（3）有助于河道生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)
目前，河道的污染治理大都采用截污的措施，在河流污染得到了控制的同時，由于河流補(bǔ)水量的減少，水流速度變慢，影響了河道的生態(tài)自凈能力，破壞了河道的生態(tài)平衡。而采用無動力式生物凈化槽后，排污口的污水經(jīng)過處理達(dá)到中水排放補(bǔ)入河道，河水得到了補(bǔ)充，恢復(fù)河道水流速度，有助于河道生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。
（4）具有綜合的經(jīng)濟(jì)效益
無動力式生物凈化槽具有強(qiáng)大的市場優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。在河道排污口運(yùn)用該技術(shù)，污水經(jīng)過處理后補(bǔ)入河道，有助于河道生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，減少了恢復(fù)河道生態(tài)的投入；在中水工程中采用該項技術(shù)，降低了中水的處理成本。
三、無動力式生物凈化槽技術(shù)應(yīng)用分析
循環(huán)經(jīng)濟(jì)是一種最大限度地利用資源和保護(hù)環(huán)境的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。它主要是通過對傳統(tǒng)行業(yè)的技術(shù)改造，最大限度地減少資源消耗和廢物排放。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是推進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，建立資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，走新型工業(yè)化道路的重要手段和途徑，是落實科學(xué)發(fā)展觀的具體實踐。原國家環(huán)保總局從1999年就開始宣傳、探索和倡導(dǎo)循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，并在實踐層面上做了大量工作，特別是在推廣清潔生產(chǎn)、組織和管理生態(tài)工業(yè)園區(qū)創(chuàng)建和循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)工作等方面積累了一定的經(jīng)驗和技術(shù)基礎(chǔ)，有力地推動了全國循環(huán)經(jīng)濟(jì)工作。
我國人口眾多，資源相對短缺，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不盡合理，經(jīng)濟(jì)增長方式粗放，資源利用率低，環(huán)境污染嚴(yán)重，又尤其是淡水資源遭到的破壞日益加劇，資源和環(huán)境問題已成為我國可持續(xù)發(fā)展的主要障礙。
發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，有利于推動污染預(yù)防和生產(chǎn)全過程控制，有利于解決區(qū)域性與結(jié)構(gòu)性環(huán)境污染問題。近年來，全國環(huán)保系統(tǒng)將發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)作為環(huán)境與經(jīng)濟(jì)“雙贏”的一項重大舉措，大力宣傳循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，組織理論和政策研究，開展企業(yè)、區(qū)域和社會等多個層面的試點和實踐探索，促進(jìn)了粗放型經(jīng)濟(jì)增長方式的轉(zhuǎn)變，在一定程度上緩解了全國環(huán)境污染的壓力。
如上所述，在這樣的國家大政方針倡導(dǎo)下，無動力生物凈化槽技術(shù)，在已取得國家四項專利技術(shù)的情況下，仍舊在繼續(xù)探索，繼續(xù)大力推廣、應(yīng)用以致市場化、產(chǎn)業(yè)化，為國家節(jié)約能源，廢棄資源再利用等方面做出積極的努力和應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
目前，污水處理工程在實際運(yùn)營過程中普遍存在運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高昂和污水直接排放入河湖，造成水體污染的兩方面問題，無動力凈化槽技術(shù)在這兩方面均有較大的突破，其以運(yùn)行費(fèi)用低廉，操作管理簡單，維修方便，設(shè)備化等優(yōu)勢解決了以上兩方面問題，尤其適合村鎮(zhèn)小型污水處理工程。設(shè)備化的本裝置能高效率、低能耗、低運(yùn)行費(fèi)用地處理污水，處理后的中水直接排放或回用均可，大大地降低了能源消耗也節(jié)約了有限的水資源。
無動力凈化槽技術(shù)的優(yōu)勢還在于：可充分利用當(dāng)?shù)氐匦巍⒌貏荩C合采用生態(tài)、生物、工程措施和自然能源，在和道排污口、分散排污點進(jìn)行運(yùn)用，實現(xiàn)排污點就地完成污水處理及中水回用，不再直接污染河湖水庫水體，緩解水資源緊缺的態(tài)勢。是一種高效低耗、管理簡便、經(jīng)濟(jì)實用的水處理技術(shù)。
另外，無動力式生物凈化槽的無動力等特性，具有極大的市場競爭力，隨著進(jìn)一步的設(shè)備改型和推廣，可帶動和發(fā)展形成一個具有較大規(guī)模的環(huán)保企業(yè)，為環(huán)境治理、解決就業(yè)等可作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
因此，無動力式生物凈化槽技術(shù)無疑是符合國家倡導(dǎo)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的一種經(jīng)濟(jì)適用型水處理技術(shù)，也是我們在探索建設(shè)美麗中國生態(tài)文明建設(shè)環(huán)保新道路上值得大力推廣及應(yīng)用的有力踐行者。
選自《第八屆環(huán)境與發(fā)展論壇論文集》
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