利用管渠空間處理污水
目前，我國(guó)中小城鎮(zhèn)及農(nóng)村的污水排放量約占全國(guó)污水排放總量的一半以上，隨著“十一五”國(guó)家政策向中小城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)傾斜，未來(lái)我國(guó)中小城鎮(zhèn)城市化建設(shè)進(jìn)程將會(huì)以前所未有的速度快速發(fā)展，生活污水和工業(yè)廢水的排放量也會(huì)以數(shù)倍、甚至十幾倍的速度增長(zhǎng)，這勢(shì)必加劇我國(guó)水環(huán)境的惡化程度。中小城鎮(zhèn)和大城市在水系上是相通的，而且多數(shù)位于大城市的上游，如果中小城鎮(zhèn)的污水治理工作做得不好，大城市污水處理即使達(dá)到一個(gè)很高的水平，水環(huán)境的質(zhì)量也不會(huì)有明顯的改善。因此，要改善我國(guó)水環(huán)境污染和惡化的狀況，除了要刻不容緩地對(duì)大城市的污水進(jìn)行處理外，中小城鎮(zhèn)污水也應(yīng)該引起足夠的重視。
由于中小城鎮(zhèn)和大城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、排水體制、基礎(chǔ)設(shè)施、融資渠道等有很大的不同，因此不可能也不應(yīng)該把大城市的污水治理工藝、技術(shù)和裝備等搬用到中小城鎮(zhèn)中去。就目前的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，在中小城鎮(zhèn)污水處理方面，尚缺乏適合我國(guó)國(guó)情的中小城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)和設(shè)備。因此，探索和發(fā)展適合我國(guó)國(guó)情的中小城鎮(zhèn)污水處理工藝，是擺在環(huán)境工作者面前刻不容緩的任務(wù)。
實(shí)際上，無(wú)論大城市還是中小城鎮(zhèn)或農(nóng)村地區(qū)的水體污染源都是一個(gè)面源污染，各類(lèi)面源污染物排放到管網(wǎng)、河道和溝渠中就形成帶狀(線(xiàn)性)污染源，如果污水通過(guò)管網(wǎng)和河渠排放的最終水體為塘、淵和湖，就形成了點(diǎn)狀污染源。當(dāng)然了，任何點(diǎn)、線(xiàn)、面都是相對(duì)而言的，一個(gè)城鎮(zhèn)的污染物對(duì)本地區(qū)來(lái)說(shuō)可能就是一個(gè)面源污染，但對(duì)整個(gè)縣域或省域范圍來(lái)說(shuō)就是一個(gè)點(diǎn)源污染。
現(xiàn)有城市和城鎮(zhèn)污水主要的處理技術(shù)一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是幾乎所有工藝都是集中到一個(gè)“點(diǎn)”(污水廠(chǎng))的處理方式。由于沒(méi)有跳出既有的思維模式，只要一提到污水處理，就是污水的集中處理，污水的集中處理就是集中到一個(gè)點(diǎn)的處理方式。甚至像人工濕地這種能夠靈活運(yùn)用的污水處理方式，為了管理、運(yùn)行方便和其它需要，現(xiàn)有建成和在建的人工濕地，進(jìn)水幾乎全都集中到了一個(gè)或者幾個(gè)點(diǎn)上。由于上述原因，大量的建設(shè)資金、人力物力和能耗運(yùn)用到了污水的收集、運(yùn)輸上，這一問(wèn)題在廣大平原地區(qū)特別是江漢平原四湖地區(qū)尤其突出，由于區(qū)域內(nèi)河道溝渠縱橫交錯(cuò)，地形復(fù)雜，超過(guò)50%的建設(shè)資金用在了污水管網(wǎng)、倒虹、管橋和泵站的建設(shè)上，近40%的能耗用在了污水的提升上。由此造成了一邊是大量管網(wǎng)修建后再?zèng)]有資金修建污水處理廠(chǎng)，一邊是修建了污水處理廠(chǎng)后由于配套污水管網(wǎng)建設(shè)沒(méi)能跟上而“無(wú)水可用”。使得即使在某些大中城市，國(guó)家和地方投入巨資后水環(huán)境狀況依然沒(méi)有取得明顯改善。
目前普遍的看法是：城市污水系統(tǒng)由污水收集系統(tǒng)(排水管網(wǎng))和污水處理系統(tǒng)(污水廠(chǎng))兩部分組成，而且各自的功能劃分十分明確，排水管網(wǎng)的主要功能是收集與輸運(yùn)污水，而污水廠(chǎng)則起到了凈化污水的作用。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)污水系統(tǒng)各部分的功能和各自扮演的角色有了更深層的認(rèn)識(shí)，排水管渠將污水收集并輸運(yùn)到污水處理廠(chǎng)的同時(shí)，管渠內(nèi)的污水還進(jìn)行著復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物學(xué)變化過(guò)程，這些變化過(guò)程的發(fā)生不僅影響了排水管道的輸送效率，而且直接影響污水處理廠(chǎng)的進(jìn)水水質(zhì)。由于城鎮(zhèn)污水管道或天然排水溝渠的管徑(斷面)大，管道長(zhǎng)，污水在其中有相當(dāng)長(zhǎng)的滯留時(shí)間，而污水管渠內(nèi)生物化學(xué)反應(yīng)的限制因素主要為天然污水管渠微生物量和溶解氧缺乏，如果能夠采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施增加管道內(nèi)的微生物量和溶解氧的濃度，利用管渠空間處理污水是完全可行的。
陳輔利曾采用在排水明渠內(nèi)放置特制載體的形式增加溝渠中的微生物量以加快明渠污水反應(yīng)速度的方式進(jìn)行了試驗(yàn)，并分別在實(shí)驗(yàn)室和某天然河渠內(nèi)對(duì)溝渠處理污水的工藝、效率、抗沖刷能力等進(jìn)行了試驗(yàn)，該試驗(yàn)結(jié)果表明在1.5h內(nèi)COD去除效率可以達(dá)到80%以上。
王西聘則利用固定化細(xì)胞技術(shù)進(jìn)行了下水管網(wǎng)系統(tǒng)凈化污水的模擬試驗(yàn)，通過(guò)比較研究了厭氧、好氧、厭氧-缺氧-好氧以及缺氧-好氧4種工藝凈化生活污水的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在管網(wǎng)系統(tǒng)中設(shè)置固定化細(xì)胞，施以適當(dāng)?shù)娜斯て貧猓ＷC污水在管道內(nèi)一定的停留時(shí)間的工況條件下，可使污水中的COD去除率大于60%，出水COD<120mg/L、SS<30mg/L。
周健則采用污水管活性污泥分別處理低、中、高濃度城鎮(zhèn)污水方式，對(duì)污水管活性污泥處理系統(tǒng)的進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：當(dāng)進(jìn)水COD分別為200、400及600mg/L左右，MLSS為3.0g/L，HRT分別為0.5、3和6h，污水流速為0.5～2m/s時(shí)，為使出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，則所需管道長(zhǎng)度分別為(0.9—3.6)、(5.4～21.4)km和(10.8～43.2)km。此外，對(duì)于COD約600mg/L的高濃度城鎮(zhèn)污水，當(dāng)采用污水管活性污泥+生物絮凝兩段式處理系統(tǒng)，可有效減少污水管處理系統(tǒng)的所需的管道長(zhǎng)度，當(dāng)污水管系統(tǒng)的MLSS為1.5g/L、HRT為2h，生物絮凝段負(fù)荷為2.5kgBOD/(kgMLSS?d)、MLSS為2.4L、HRT為25min時(shí)，可使出水COD<60mg/L、BOD5<20mg/L、SS<20mg/L，出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。
利用污水管渠處理中小城鎮(zhèn)污水的探討
在我國(guó)江漢平原四湖流域地區(qū)，人口密度大，各居民聚集區(qū)呈點(diǎn)狀分布。共有94個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、辦事處)，1973個(gè)行政村，面積1.2萬(wàn)km2，人口492萬(wàn)。區(qū)內(nèi)大小湖泊星羅棋布、河網(wǎng)密布，一系列河間溝渠縱橫交錯(cuò)。由于區(qū)域濕熱的氣候、養(yǎng)分豐富的河積湖積物質(zhì)和充足的水源十分有利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育，農(nóng)作物的優(yōu)良生長(zhǎng)環(huán)境促進(jìn)了人口的大量增長(zhǎng)，人口的急劇增長(zhǎng)也破壞了千百年來(lái)自然演化而成的河道水網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，致使該區(qū)域生態(tài)急劇惡化、水體嚴(yán)重污染等問(wèn)題接踵而來(lái)。
由于該區(qū)域城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點(diǎn)分布面廣，污水排放零散，加之水網(wǎng)分割，不利于污水的集中處理，且目前對(duì)這些污水進(jìn)行收集和處理所需的資金都很缺乏，如果能夠利用該區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有的已建管渠或天然排水溝渠開(kāi)發(fā)出簡(jiǎn)易、高效、低能耗的污水處理工藝，就能夠利用較少的投資和較低的運(yùn)行費(fèi)用，削減大量的污染負(fù)荷，以有限的資金投入緩解日益嚴(yán)重的水環(huán)境污染問(wèn)題。
由于污水管渠的空間巨大，污水在其中有相當(dāng)長(zhǎng)的滯留時(shí)間，通過(guò)采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施增加管道內(nèi)的微生物量和溶解氧的濃度強(qiáng)化，使得直接利用污水管渠處理污水成為可能。
利用污水管渠處理污水技術(shù)是擬利用現(xiàn)有下水道的巨大空間及管渠中的微生物，使污水在傳輸過(guò)程中得到凈化。通過(guò)強(qiáng)化下水道內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，使污水在管道流動(dòng)過(guò)程中達(dá)到較好的凈化。該技術(shù)有利于減小今后新建污水廠(chǎng)的規(guī)模，對(duì)于已建并正處于超負(fù)荷運(yùn)行的污廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，只需對(duì)現(xiàn)有管線(xiàn)稍加改造，就可以緩解超負(fù)荷壓力。管渠處理污水系統(tǒng)的投入僅僅是管渠的改造、污水管渠微生物的維持及管渠的強(qiáng)化通風(fēng)曝氣，其經(jīng)濟(jì)性也是比較顯著的。
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