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【關鍵詞】現狀;污水處理;常用方法
城市污水是城市中各種污水和廢水的統稱,它由各種生活污水、工業廢水和入滲地下水三部分組成。城市污水處理系統是指收集、輸送、處理、再生和利用城市污水的設施以一定方式組合成的總體。
一、我國城市污水處理現狀
我國污水處理事業的歷史始于1921年,到改革開放的近二十年來取得了迅速的發展,但仍然滯后于城市發展的需要。據統計,到2000年底,全國已建城市污水處理廠427座,其中二級處理廠282座。這些污水處理廠的建設,極大地提高了城市污水的處理水平,但處理量的增加仍遠遠滯后于污水排放量的增長,兩者之間的差距還有進一步拉大的趨勢。即便按1998年資料,我國城市污水的處理率也僅為15.8%,西方發達國家如美國早在1980年就已達到了70%。城市污水處理能力增長緩慢和污水處理率低是造成我國水環境污染的主要原因,因此導致了水環境的持續惡化,嚴重的制約了我國經濟與社會的發展。我國城市污水處理能力增長緩慢的主要原因可以歸結為以下四個方面:(1)污水處理技術落后。現有污水處理工藝需要改造,增加脫磷除氮設施,污水污泥處置問題始終沒有很好的解決辦法。(2)資金短缺。我國經濟水平相對于發達國家還比較落后,用于水污染治理的資金還很緊缺,大規模建設城市污水處理廠來改善水環境在現階段實現的可能性不大。即使修建了城市污水處理廠,其昂貴的運行維護管理費用也是城市污水處理率低,水污染嚴重的主要原因之一。(3)管理水平低。傳統的處理技術較復雜,我國目前操作人員的技術素質及管理水平不能適應,這樣就造成了即使已建成的污水廠也不能正常運行,嚴重制約了已建城市污水廠的正常運行。(4)政策法規不健全,部分城市污水處理費征收工作難度大。再生水利用重視不夠,城市污水排放和處理的監管體系沒有建立,監管力度亟待加強。
二、城市污水處理的重要性和迫切性
我國淡水資源十分短缺,人均擁有量2300m3,相當于世界人均水平的1/4,居世界110位。1997年起,全國城市污水排放量占廢水排放總量的比例接近45%,改變了我國水污染治理工作一直以工業廢水治理為主的局面,開始加強城市污水的綜合治理工作。1999 年我國城市污水污染負荷首次超過了工業廢水污染負荷,我國水污染控制重點已經從工業點源污染為主的控制,逐步轉變為以城市污水污染為主的控制。據《2003年中國環境狀況公報》公布,2003年,全國廢水排放總量為460億噸,其中城市生活污水排放量247.6億噸,占污水排放總量的53.8%。廢水化學需氧量(COD)排放總量1333萬噸,其中生活污水COD排放821.7萬噸,占廢水COD排放總量的61.6%,由此可見,目前我國的水污染形勢嚴峻,特別是城市污水的排放對地表水和地下水水質的影響顯得更加突出。
關鍵詞:污水污水 處理技術 工藝 趨勢
油田污水主要包括原油脫出水、鉆井污水及站內其它類型的含油污水。含油污水的不合理處理回注和排放會造成油田地面設施不能正常工作,導致地層堵塞而帶來危害,同時污染環境,最終影響油田的安全生產。所以必須合理地處理和利用含油污水。
一、油田污水常用的處理方法
從注水水質標準和污水綜合排放標準來看,不但項目較多而且各項指標要求都比較嚴格,若將污染比較嚴重的污水處理到注水水質或排放水水質要求的程度,必須同時采取多種處理方法。考慮到以上要求,目前常用的污水處理方法分為以下幾類:
1.去除水中懸浮的雜質
一般懸浮的雜質包括:浮油和分散油、懸浮固體、乳化油及膠體固體物四類物質。懸浮物質中主要是含油類的物質。在去油的過程中可以實現對懸浮固體和膠體固體物的去除。目前常用的去除油污的方法有以下三種:
1.1物理法除油
主要包括立式除油罐除油、粗粒化除油及斜板除油等。在這個過程中也可以同時去除懸浮固體。
1.2混凝除油
投加混凝劑破除乳化油,同時使膠體固體破乳,將這兩種物質同時去除。
1.3過濾
過濾主要是為了濾掉混凝后的懸浮固體,同時去除破乳后的油物。
2.加入一定量的添加劑
在污水處理過程中,加入一定量的防垢劑、緩蝕劑和殺菌劑,可以防止水結垢、腐蝕和大量的細菌繁殖,使凈化水的各項指標達到要求。
2.1物理法除油
物理物除油包括自然除油、斜板(管)除油罐除油、粗粒化(聚結)除油、氣浮法除油(去除懸浮物)及旋流除油等多種方法。自然除油主要采用重力分離技術,其原理是根據油和水的密度不同使油上浮到達油水分離的效果。這種方法的缺點是忽略了進出配水口水流的不均勻性、油珠顆粒上浮中的絮凝等因素,其操作流程不密閉,污水停留時間長,容積大,投資高。斜板除油是自然除油的一種改進,根據“淺池理論”的原理,將除油罐內沉降區加了波紋斜板,提高了除油效率。粗粒化除油是將污水經過填充物,使得油珠變大,便于沉降。此方法適合用于去除分散油。旋流除油是利用水和油的密度差,在液流調整旋轉速度時受到不同的離心力的作用而實現油水分離的。
2.2混凝處理
在油田含油污水的處理過程中,一般使用混凝沉降法去除污水中的溶解油、分散油和乳化油,也可以同時去除其中的粉質懸浮固體和泥質,原理是使用物理方法或者化學方法加速以上提到的物質的分離,使其沉降。
一般混凝劑對水中的膠體顆粒的混凝作用包括電性中和、網掃作用和吸附橋架三種作用。可以根據混凝劑的種類,投放量,膠體粒子的性質等因素決定三種作用的主次。復合型混凝劑和無機高分子混凝劑應用越來越廣泛,其不僅污水處理混凝凈化效果好,而且只需要添加一種藥劑,使得加藥工序大大簡化,節約基建投資,減少人力投資。
2.3過濾
將含油污水流過一個較厚而多孔的石英砂或者含有其他粒狀物質的過濾床,雜質會留在這些介質的空隙里或介質上,使得含油污水進一步凈化,這個過程叫做含油污水的過濾處理。在這個過程中,主要可以去除水中的懸浮物和膠體物質,同時還可以去除油類、細菌、鐵氧化物及放射性顆粒等物質。過濾一般包括吸附、絮凝、沉淀和截留等幾個步驟。
二、油田污水處理的工藝
油田注水水質處理工藝是根據水源、來水水質和注入層對水質的要求確定。一般對于高滲透油層,通常采用多種常規污水處理工藝,對于中、低滲透油層一般在常規處理的基礎上進行深度處理,即進行二級或者三級過濾。目前各油田對注入高滲透油層的污水普遍采用三段處理工藝,自然沉降除油作為第一段處理工藝,第二段采用混凝沉降除油和懸浮物,最后一段使用石英砂進行過濾。該流程適用于原水水質較差的油田或區塊,其主要工藝有重力式、壓力式、浮選式及旋流式四種。中低滲透油藏的注水水質要求較高,需要對含油污水進行深度處理。各油田都采用常規處理后再進行一次、二次過濾,其工藝過程為含油污水常規處理工藝粗過濾精過濾。常用的深度處理工藝包括多次雙向過濾流程,浮選-過濾深度流程及雙濾料-濾芯過濾深度處理流程。
1.重力式污水處理工藝
污水處理流程的特點是含油污水依靠重力差流動,整個沉降、過濾過程為自流,無需動力泵。該流程的缺點是污水在站內停留時間長,占地面積大。
2.壓力式污水處理工藝
該流程為原水進緩沖罐后,經提升泵增壓進入粗粒化罐除油,再進入斜板沉降罐除乳化油和機械雜質,然后進入壓力過濾罐除去懸浮物使水質達標。該工藝的特點是除油、過濾設備均為承壓容器,可實現密閉隔氧,污水停留時間較短。缺點是適應水水量、水質變化能力減弱,當原水中泥沙含量高時,容易產生堵塞現象。
三、油田污水處理技術的發展趨勢
隨著高新技術在油田污水處理領域應用,油田污水處理技術也向多方面發展和延伸,再加上人們對油田污水處理后的利用越來越重視,導致油田污水處理技術的研究越來越多,其主要研究趨勢包括
以下幾個方面:
1.研制和開發新型水處理藥劑
混凝劑的研究的主要方向達到混凝能力強、破乳速度快、快速沉降、絮凝體的體積小等特點。混凝劑近年采用的材料也越來越廣泛,主要包括鐵、硅及聚合鋁等材料。混凝材料在有機方面也有很大研究,尤其是高聚物混凝劑的研究。
2.運用先進設備和高新技術
先進的設備例如橫向流含油污水除油器,先進的技術例如光催化氧化技術和采用電絮凝技術等應用越來越廣泛。超聲波技術和微波技術的研究也成為重點方向。
3.使用生物處理技術
生物處理技術用于油田污水處理是比較有發展前景的新型技術。生物處理技術在含油污水處理主要體現在高效降解菌得研究與使用,其中以質粒育種菌和基因工程菌為代表的生物處理技術的研究與應用是今后污水生物處理技術的發展方向。
4.研究和推廣膜分離技術
膜分離技術應用在油田污水處理方面的研究主要問題是開發質優價廉的新材料膜,減少膜污染,開發新型清洗劑和優化清洗方法。
參考文獻
[1]王曉陽.石油化工企業含油污水處理及回用水處理工藝設計[J].工業用水與廢水,2010,(4).
關鍵詞:城市;生活污水;處理;發展
中圖分類號:U664 文獻標識碼: A
目前我國經濟發展迅速,城市化建設越來越快,同時人們對于環境的破壞也日益加劇,大量生活污水排放,因此我國面臨著嚴重的城市生活污水處理問題。種種的跡象都顯示了我國的水污染已經到了一個臨界點,必須出臺相關的措施和研究新的水污染處理方法。這樣才能不讓我們的子孫后代生存在惡劣環境之下。因此如今想生活在一個有藍天,有清水的世界就必須在節約用水的前提下發展污水處理事業,使得水資源循環利用,不斷的提高水的利用效率。本文主要分析了我國污水處理的技術現狀,詳細的分析了我國污水處理管理所存在的問題和污水處理的發展趨勢。
一、我國城市污水處理工藝的現狀
1.污水處理規劃和技術落后
目前,城市生活污水處理大多采取集中處理的辦法,既取得規模效益,又便于統一監管,但其基礎設施建設所需的巨額投資給政府帶來了沉重的財政負擔,這就充分體現了污水處理廠規劃建設方面的巨大缺陷,污水處理廠的規劃不合理,建設與運營方面都面臨很大困難,制約了城市生活污水處理工作的正常進行。
城市生活污水處理工作在理論上已經相當成熟,但在具體的實際建設中還未能取得很好的效果,生活污水的處理技藝推廣困難,很多都是照搬大中城市,治理效果不明顯,未取得理想效果。而且還缺乏專業人才,這也影響了生活污水處理技術的推廣普及,使得城市污水處理的工作效率低下。
2.城市環保意識薄弱
城市居民的生活水平日益提高,但環保意識還有待增強,仍然存在重經濟輕環保的現象,并沒有專業的環保人才進行環境管理,使得生活污水的污染問題十分突出,居民往往對環境污染的源頭和危害程度認識不足,對生活污水隨意排放所造成的潛在環境危害選擇了忽略。
3.常用生活污水處理方法
如今我國的污水處理率非常低,遠遠達不到有關部門的規定。因此需要不斷的完善污水處理的機制,這樣才能保證全國人們生活在一個很好的環境中。目前我國的污水處理工藝主要有污泥法和它的改進型A/O和A 2/O工藝、氧化溝和SBR工藝這幾種,以下分別介紹常用的幾種污水處理工藝。
1)污泥法
污泥法是一種比較老的方法,我國改革開放以來建設了很多污水處理廠,大部分都是采用污泥法來進行污水處理,如今污泥法處理污水在我國很多中小城市還比較流行。其過程主要是往污水里通入空氣,在通入空氣的同時要不斷的攪拌,這樣在污水里的一些微生物就會接觸到氧氣而大量的繁殖,繁殖的微生物就把大量的污染物凝結起來形成沉淀,經過過濾工藝就可以得到比較清澈的水,再循環利用。
2)氧化溝
除了以上污泥法以外,氧化溝處理工藝也是一種常用的方法,氧化溝有很多類型,主要有帕斯韋爾氧化溝、卡魯塞爾氧化溝、奧爾伯氧化溝等,其中用的最廣泛的就是卡魯塞爾氧化溝,它相對于其他氧化溝有很多自身的優點,比如管理方便,抗負荷強等。
3)SBR法
SBR法的基本原理和污泥法處理水污染的原理基本相似,主要是靠大量的繁殖微生物來降低水中的有機物,這種方法的過程就是在一個大的污水處理池中通入氧氣,使得微生物大量繁殖,產生生化反應,使得一些有機物與微生物產生沉淀,這樣還可以省去很多步驟而且效果比較好,需要的設備比氧化溝的簡單,這種方法在污水廠的改造中被廣泛的應用,這種工藝簡單可靠運行方式也很簡單,有利于污水廠的處理。目前這種方法在一些大城市比較流行,其需要的人員比較少,基本都是自動化裝置,除磷的效果也很明顯。
二、污水處理工藝的選擇
污水處理的工藝選擇要考慮很多的因素,除了要考慮一些內部經濟效益外還要有一些外部環境的因素,例如當地的溫度等因素,這些因素多少都會影響一些微生物的繁殖等,從而影響污水處理的效果。除了以上因素外當地的電價、地價等都要考慮進去,以免產生大的損失。根據這些條件來選擇污水處理的工藝,一般一些大的城市,也就是處理能力高的城市主要是選擇污泥法,其最大的優勢就是能耗比較低,運行的成本也低。對于一些中小的污水處理廠來講選擇的方法最好為氧化溝法,因為這種方法的建設費用明顯低于污泥法的建設費用,況且整個設備的占地面積要比污泥法的占地面積小很多,因此一些中小城市的污水處理工藝選擇氧化溝法比較合適。
三、我國污水處理技術存在的問題及發展趨勢
1.污水處理技術存在的問題
(1)節能減耗缺乏著力點。污水處理是一個高耗能的行業,主要是通過污泥法進行污水處理,處理過的污水還能夠回收二次利用,這種方法是一種很優的方法,但是我國擁有很少的厭氧消化廠,因此這種方法還沒能大規模的推廣。
(2)污水處理技術不能適應可持續發展的要求。可持續發展是我國乃至世界各國都提倡的一種策略,污水處理也要適應可持續發展的策略,目前我國與一些發達國家相比污水處理技術還是相對落后,這就使得我國的水資源二次利用受到了很大的限制,一些發達國家尤其是歐美的一些國家比較注重這方面的研究,我國很少有機構研究污水處理的工藝,新建的污水處理廠基本都是利用以往的技術。
2.我國污水處理技術發展趨勢
1)膜分離技術的應用
污水處理技術不斷的改進,其中膜分離技術也是一種發展的趨勢,在所有處理方法中比較占優。這方面超濾技術在很多國外城市都已經開始利用,這種技術處理的污水可以直接二次利用,膜分離技術主要是分離掉污水中的大顆粒、膠體等物質,利用物理和學效應使得這些大分子物資沉淀,這些大分子在過濾的過程中會堵塞膜的孔,可以使得膜的孔越來越小這樣就能把大分子全部過濾,產生不可逆的變化。但是也膜分離也有其弊端,就是越來越多的大分子聚集會使得處理的水的質量下降,這樣就要利用一種技術來防護膜的污染,改善過濾的環境。要定期的清洗膜。還可以不斷的沖洗膜,來去除膜的污染,雖然這些措施很有效,但是耗能很大。因此,研究低耗能的污水處理技術十分迫切。
2)強化一級處理技術的應用
一級處理技術有很多的優勢,特別是在城市污水處理中,這種處理方式應用很廣泛,發展也很迅速。強化一級處理技術有很大的效果,但是也面臨著很大的挑戰,這種挑戰主要在于處理的技術方面,由于缺乏實踐,因此這種處理方式處理很難實現,即使實現處理的效率也是很低的,況且這種方法還在發展階段,所有的成本都很高。
3)生物處理方法的應用
以上講的污泥處理法是一種很有效的方法,其改進型也是一種很好的發展趨勢,改進型主要是利用生物反應器來促進微生物的生長,這種方式還可以根據不同的生物選擇不同的處理工藝,主要有好氧和厭氧兩種處理方法,其基本過程與污泥處理法相似,但是效率要比污泥處理法顯著。其中厭氧處理技術主要在一些較小的容器內進行,這就大大縮小了占地面積以及操作步驟,而且耗能極低,這種方式在各個大城市有所發展,與一些傳統的污泥處理法相比有很多的優勢,如今人們還在不斷的改進這種污水處理方式并且有了很大的進步。
4)生物膜法處理技術
生物膜處理污水在20世紀90年代就已經被提出,但是到如今還沒有大范圍的推廣,原因主要是這種技術雖然效果很好,但是外部環境要求很高,這種技術主要用在城市污水處理中,效果極其明顯,對有機物、氮磷等物質的去除能力極強,前景十分廣闊。
四、結語
隨著經濟的發展,大量污水被釋放,影響著我們的居住環境,也影響我們的身體健康。如何處理工業生活污水不讓我們的后代生存在垃圾環境中已經是一個十分重要的話題。本文簡單的介紹了一些污水處理技術,并介紹了他們的優缺點,最后根據一些資料分析了污水處理技術的一些問題和發展的趨勢,得出的結論是我們一方面要建設污水處理工廠也要不斷的投入資金進行污水處理技術的研究和推廣這樣才能促進城市水資源的可持續發展,才能夠推動我國環保事業的不斷的進步。
參考文獻
[1]洪瑞堅.城市生活污水處理技術的發展趨勢分析[J].科技論壇,2014(5):34-35.
1.1水資源面臨的危機
目前,隨著世界經濟的不斷發展以及人口數量的增加,人們有了逐漸增加的水資源需求,因此,很多國家都面臨著缺水的危機,也在很大程度上限制了經濟的發展。但是,因為開發水資源有著多部門性,這對于綜合利用水資源有著很大的妨礙,加深了水資源供需之間的矛盾。目前,應該迫切解決綜合管理并利用、保護水資源的相關問題。
1.2污水處理的必要性分析
現階段,我國有著非常稀缺的淡水資源,也面臨著逐漸嚴重的水資源危機,我國人均的水資源占有量在世界上的排名在一百一十名,僅僅為平均水平的四分之一。根據相關的統計,我國城市當中的生活方面污水排放量基本上占到了一半的排放總量,很多年之前我國處理污水的基本重心是對處理工業污水,現在對該重心進行了徹底的改變。現在,處理污水的實際過程有著非常復雜的工藝,我國相對于國外來講,各個工藝段的相關設備都比較落后,在處理污水的實際過程當中會受到很多外界因素的嚴重影響。在我國,對于污水廠有著比較高的要求,已經制定出了比較嚴格的國家出水標準,并在逐漸提高污水廠能耗方面的要求。這就需要更高的污水處理的技術。
2國內外污水處理研究現狀
2.1國內污水處理研究現狀
在發達國家,污水處理效率比我國高出一大截,我國污水處理事業發展緩慢的原因有三點:一是落后的污水處理工藝。我國的污水處理技術主要實參考國外的污水處理工藝,但與國外同期的技術發展水平有相當大的差距,有處理效率不高、自動化程度偏低、能量消耗較大等問題;二是投入資金不足造成的資金短缺問題。相較于發達國家而言,我國的經濟發展水平還有待提升,污水處理能力較低在資金方面表現為大規模的污水處理廠建設投資不太可能,另外,污水處理廠的設備維護費用也比較高;三是管理能力不夠。傳統的污水處理技術較為繁瑣,相較于國外的操作人員而言,我國的操作人員在管理水平以及技術素質上顯然還是有一定的差距的,這就是我國部分污水處理廠不能正常的進行運行的原因之一。就污水處理工藝而言,我國的污水處理技術經歷了三個時期。一是七五時期,這個時期是指國家對復合生態系統以及氧化塘等自然技術處理方面做了科技攻關;二是八五時期這個時期國家深入研究了一體化氧化溝以及高負荷活性污泥,并引進了相關處理工藝,如SBR、A2O、AO、AB等;三是九五時期,這個時期主要對占地規模以及能耗等問題做出了解決,并探討了成套的污水處理技術。我國經過這三個時期的努力,在污水處理工藝上取得了長遠的進步,幾乎達到了發達國家的水平,大多數的污水處理要求被滿足。但是,我國缺少系統的、完整的污水處理技術上,其引進的污水處理技術不一定適用我國的國情。
2.2國外污水處理研究現狀
發達國家在20世紀70年代就達到了污水處理的二級處理水平,其中,世界上建設污水處理廠最多的國家是美國。但是,二級處理因其能耗高、運行費用以及投資建設費用較大等缺點,發達國家開始對傳統的工藝流程進行改進以及新技術的研究,其中,污水處理利用技術收到很大程度的重視。國外的污水處理技術主要有SBR法、電磁化法、隔膜吸附過濾法、生物降解法以及活性污泥法等,其污水處理排放標準非常嚴格。其中,應用最為廣泛的方法是活性污泥法,主要是應用在大型的城市污水廠當中。比較發達的國家在廣泛普及二級處理之后,投入了大量的科研力量以及資金來對處理污水的設備的運行、檢測以及管理進行了有效的加強,在很大程度上實現了很多高科技的技術應用。在上個世紀的七十年代美國開始進行自動控制污水處理廠,現在處理污水的工廠大部分已經實現了自動控制以及測試。
3建立污水處理系統數學模型的基本內容
目前,我國有了逐漸增加的污水的處理系統,在整個處理污水的相關領域當中,污水的處理技術有著逐漸重要的作用,所以建立合理的污水處理系統的數學模型也越來越重要,數學模型主要包括下面幾個方面的內容:水力過程的數學模型;去除污染物質的數學模型;轉移氧的數學模型;有機碳簡化的數學模型以及該模型的線性化等。
4污水處理流程
就城市污水處理為例,簡單對污水處理流程做出介紹。城市污水具有收集容易、穩定、量多等特點,因此,世界各國通常將處理后的城市污水作為可利用的第二水源來解決水資源緊缺的問題。隨著城市化進程的推進,我國的水資源呈現出緊缺甚至匱乏的態勢,因此,我國緊迫需要對城市廢水進行二次回收利用,一方面可以緩解水資源匱乏造成的壓力,另一方面可以提高社會經濟效益。
4.1污水處理方法
第一,物理處理方法。物理處理方法就是通過物理作用對漂浮在水中以及懸浮在水中的物質進行清理且污水的化學性質不發生改變。常用的方法有過濾法、離心分離法、重力分離法等;第二,化學處理方法。化學處理方法就是通過化學反應對水中的污染物質進行轉化或者去除,從而產生凈水作用。常用的方法有氧化還原法、中和法、電解法等;第三,生物處理方法。生物處理方法是指通過微生物對污水中的有機污染物進行氧化分解,使污水得到凈化。常用的方法有生物膜法、活性污泥法等。
4.2城市污水處理級別分類
所謂城市污水一級處理,即機械處理或者預處理,主要處理設備包括沉淀池、沉砂池、破碎機以及格柵等。通常情況下,一級處理只是二級處理的前期處理,只保證了二級處理能夠順利進行,而不能保證凈化后的污水水質。污水二級處理主要包括曝光池和二次沉淀池,是污水處理過程中最為重要的部分。污水三級處理是在一級、二級之后的處理,是深度處理,能夠去除污水中的病原體等物質,其運行費用較高。
5部分污水處理工藝介紹
5.1SBR污水處理工藝
SBR工藝,又稱序列式活性污泥法工藝。這是由美國學者在20世紀70年代提出的,80年代,美國建立了第一個SBR污水處理廠,之后其他發達國家開始應用研究SBR法來進行污水處理。80年代中期,我國開始對SBR污水處理方法進行研究。SBR方法非常經濟高效且管理便利,很適合我國經濟的發展。SBR工藝采用間歇操作的反應器并按照時間順序進行排序,包括曝氣池、初次沉淀池、二次沉淀池,很大程度上減少了處理廠的占地面積。SBR工藝分為進水階段、反應階段、沉淀階段、出水階段以及閑置階段五個工序。進水階段是指污水進入反應池的過程,水位在未達到最高水位或者設定時間時會處于上升狀態。反應階段利用曝氣池中的微生物呼吸作用來對有機污染物進行分解,其中,曝氣量的大小根據溫度、水質、水量等外界因素考慮而確定,過多或過少的曝氣量都會造成一定的問題。沉淀階段是液體和活性污泥等分離過程,出水過程一般將液體水位降至最低,從而使活性污泥達到循環利用的效果。閑置階段是指沉降階段到下個周期這一時間段。
5.2PLC污水處理工藝
關鍵詞:程序化;污水處理工藝;比選
【分類號】:TU992.3
引言
水是一種寶貴的自然資源,在我國淡水資源嚴重缺乏的今天,如何保護水資源尤其重要。然而,現實狀況是,我國的淡水資源污染嚴重,在工業化過程中忽視了環境保護的重要性,有的企業將未經處理的污水直接排入江河、農田,造成了嚴重的水資源污染。除了工業廢水,生活污水也是造成水資源污染的一個重要因素,日常生活污水含有大量的有機物,如果直接排入水系,容易造成水體發黑、發臭,從而造成水資源污染。在面對水污染如此嚴重的狀況時,結合如今的污水處理工藝,建立可行的污水處理方案是重中之重。
一 污水處理工藝及其比選過程中的影響因素
1、 污水處理工藝概要
污水處理工藝按照處理方法不同,可以分為化學方法、物理方法以及生物方法。化學方法是指為消除污水中的有毒有害物質,在處理污水時添加相應的化學物質,與有毒有害物質起化學反應后生成無害物質。物理方法是指使用物理手段濾除污水中的某些固體顆粒,例如沉淀、篩選、分離、截流等。生物處理方法是指利用微生物將污水中的有機物進行分解,從而達到消除有毒有害物質的目的,微生物可以是人工培養的,也可以是自然產生的。人工培養是生物處理方法的主要方式,通過生物膜法或活性污泥法培養出好氧性微生物。生物膜法是在污水流經之處鋪上特制的固體材料,使固體材料表層形成適于微生物生存的生物膜,從而達到污水凈化的效果。活性污泥法土地是一種較為常用的污水處理方法,將空氣灌入污水中,使生成大量的好氧性微生物,從而達到污水凈化的效果。至于自然生物污水處理方法, 主要包括土地處理系統和生物塘處理系統。
其中,作為最常用的污水處理工藝,生物處理法具有去污效果強、能源消耗低、節約資金的優點。此外,最近幾年開發了一些污水處理的新方法,能夠滿足環境保護的新標準,以及機電一體化的新要求。
2、 污水處理工藝比選過程中的影響因素
污水處理工藝比選過程中需要綜合各種因素,包括國家與地方有關的政策、污水處工藝水平、經濟效益等因素,是一個復雜的過程,需要具體問題具體分析。以下就是幾個影響污水處理工藝比選的關鍵因素:(1)國家和地方標準。國家和地方標準包括:城鎮污水處理廠污染物排放標準、生活雜用水水質標準、農田灌溉水質標準、漁業水質標準、地下水水質標準。(2)進水水質。污水處理廠的進水水質與城市的排水體制、城市生活水平、地域因素、工業廢水的水質、以及城市排水管網狀況有密切關系。(3)污水廠規模。(4)用地條件。(5)運行管理水平。(6)污泥處理方案。
二 程序化實現城市污水處理工藝比較與選擇
本文引入了系統工程學中的層次分析法對處理方案的比選進行分析,科學合理地確定各層次的權重系數,然后使用灰色系統理論對這些權重系數進行特殊處理,最后采用灰色關聯度分析法對比選方案的各項指標進行優勢分析,從而得到城市污水處理廠工藝方案的最優模型。下面具體分析這三種方法的實現過程。
1、 層次分析法
層次分析法以某個復雜的多目標決策問題作為一個系統,把總體目標降解成多個小目標,再降解成幾個不同的層次,每個層次有各自的約束,然后計算出每一層次的權重總和。層次分析法在解決復雜問題的過程中,將問題定量化,又充分考慮了定性的因素,將問題解析成幾個定量的因素,最后利用人的定性判斷決策出各因素的關鍵性排序。
在城市污水處理工藝方案的比較與選擇中,需要建立一個實用的系統軟件,需要使用層次分析法得出該系統的總目標。首先是建立各個層次的結構,將最后選擇的方案作為層次分析法的總目標;指標層包括建廠的工程指標、經濟因素、環境因素等方面的指標;子指標層是將指標層進一步細化的結果,比如工程造價、施工條件等。層次建成后,需要計算每一層中每個因素的權重值,并進行排序。
2、 灰色系統理論
灰色系統理論將不確定信息、未知信息構成的不確定性系統為研究對象,對已知的部分進行研究分析,從中得到整個不確定系統的運行規則。灰色系統理論是解決包含不確定因素問題的一門系統工程學科,在城市污水處理工藝方案比選中,有諸多不確定因素,例如經濟效益、環境因素等,需要通過橫向分析已有的案例分析得到系統行為,從而選擇出較優的備選方案。
3、 灰色關聯分析
灰色關聯分析法適合動態的系統,用于分析兩個系統之間的關聯度,根據這兩個系統的變化趨勢,如果趨勢相同,則關聯性較大,如果趨勢不同,則關聯性較低。引入灰色關聯分析法后,可將城市污水處理工藝方案比選系統的指標量化,例如工程造價、施工條件、污水處理工藝等指標。
三 程序化實現城市污水處理方案比選的軟件實現
在完成理論上的城市污水處理方案比選后,下一步就是軟件實現它。由于運用了多種統計學方法,人工比選難以完成,再加上計算機精確、快速的優點,因而,方案比選的程序化是必然選擇。
1、 軟件的設計框架
城市污水處理方案比選軟件定位于行業通用的軟件,因此,在達到行業規則的前提下,要有靈活、實用的特點。為促進行業的快速發展,共享技術,可以考慮將軟件制作成開源軟件。首先,軟件要有以下幾個基礎的功能:查詢、計算、比選模型建立、決策;其次,要具備軟件開發的思想:模塊化設計、數據庫技術、可視化編程技術、以及將開放性設計。最后,設計軟件時,需要包括人機交互系統、模型庫系統、數據庫系統、以及計算平臺。對于開發平臺,可以選擇VS、JAVA等常用的軟件開發平臺。
2、 軟件功能
在軟件的數據庫模塊,應該包括:(1)用戶的基本信息,例如賬號、密碼等;(2)每種污水處理方案中的相關工藝信息、以及構筑物相關內容,使得操作軟件的用戶可以搜索到該部分的內容;(3)數學模型計算后需要將計算結果進行保存,以方便后續使用時作為參考和備用;(4)需要保存每次污水處理方案的決策比選結果,并且允許用戶對此進行修改、刪除等操作,以此完善系統的數據庫。
在軟件的計算模塊中,需要完成對污水處理方案比選的計算過程,進行模型建立、構筑物信息的手機和計算。用戶根據需要,輸入參數后點擊計算鍵,就可以得到準確的計算結果。計算模塊的清空功能可以方便修改參數以及結果。
優選模型處理模塊即完成層次分析法、灰色系統理論、灰色關聯分析法的相關計算,從而得到各指標的權重系數、關聯性大小、排序等,最后得到污水處理方案的比選決策結果,并可以瀏覽各層次的結果。此模塊還應將決策結果進行保存,以備后用,同時還應可以閱讀以往方案優化的決策結果。
結果自動顯示模塊將最終的決策結果進行顯示,必要時可對結果進行可視化處理。
結束語
現如今,水資源污染嚴重,污水處理工藝發展至今也較為成熟。而城市污水處理工藝的比較與選擇是一個復雜的過程,需要綜合考慮工藝、財政、政策等客觀實際因素。本文針對城市污水工藝的特點,分析了污水處理方案比選過程中的影響因素,分析了如何程序化地實現方案比選,最后著重闡述了系統軟件的設計,從而完成城市污水處理方案的比選系統軟件。
參考文獻
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關鍵詞:污水處理;儀表技術;研究
中圖分類號: C35 文獻標識碼: A
引言
隨著我國城市化進程的不斷加快,城市污水排放問題受到了廣泛關注,城市超標污水的排放不僅破壞了城市的生態環境,也阻礙了城市的可持續發展。因此,必須有效處理我國城市污水,以確保城市污水能夠符合國家的污水排放標準。
一、我國污水處理的行業特點
我國污水處理行業,有其自身的特點,必須認識清楚,是做好污水處理工作的前提。其具體特點如下。
(一)投入資金規模大且效益回收時間長
從污水處理行業實踐可知,該行業不僅技術密集,而且資金投入大。所以,投資創建一個城市污水處理廠,就需要投資不少資金,資金產生經濟效益和環境效益的周期比較長。
(二)與國家經濟發展形勢和政策聯系緊
在我國,污水處理行業的發展需要國家的政策支持,國家經濟發展好,才會在政策方面對污水處理行業更大程度上進行幫助和支持,所以,該行業和國家的經濟發展和政策有很大的相關性。
(三)地域差異性
當前,由于我國各地經濟發展的差異性,會使各地對污水處理的重視、投入程度會不一樣,其效果也會存在差異,所以,尊重各地差異性,因地制宜做好污水處理工作。
二、我國城市污水處理工藝的現狀
如今我國的污水處理率非常低,由于我國人口眾多使得每年的污水排放量達到4億立方米,這些污水的處理都達不到有關部門的規定。尤其是在2010年全國污水處理平均低于相關規定的50%,一些重點城市的污水處理更是達不到要求。因此需要不斷的完善污水處理的機制,這樣才能保證全國人們生活在一個很好的環境中。目前我國的污水處理工藝主要有污泥法和它的改進型A/O和A2/O工藝、氧化溝和SBR工藝這幾種,以下分別介紹常用的幾種污水處理工藝。
(一)污泥法
污泥法是一種比較老的方法,我國改革開放以來建設了很多污水處理廠,大部分都是采用污泥法來進行污水處理,如今污泥法處理污水在我國很多中小城市還比較流行。其過程主要是往污水里通入空氣,在通入空氣的同時要不斷的攪拌,這樣在污水里的一些微生物就會接觸到氧氣而大量的繁殖,繁殖的微生物就把大量的污染物凝結起來形成沉淀,經過過濾工藝就可以得到比較清澈的水,再循環利用。
(二)氧化溝
除了以上污泥法以外,氧化溝處理工藝也是一種常用的方法,氧化溝有很多類型,主要有帕斯韋爾氧化溝、卡魯塞爾氧化溝、奧爾伯氧化溝等,其中用的最廣泛的就是卡魯塞爾氧化溝,它相對于其他氧化溝有很多自身的優點,比如管理方便,抗負荷強等。
(三)SBR法
SBR法的基本原理和污泥法處理水污染的原理基本相似,主要是靠大量的繁殖微生物來降低水中的有機物,這種方法的過程就是在一個大的污水處理池中通入氧氣,使得微生物大量繁殖,產生生化反應,使得一些有機物與微生物產生沉淀,這樣還可以省去很多步驟而且效果比較好,需要的設備比氧化溝的簡單,這種方法在污水廠的改造中被廣泛的應用,這種工藝簡單可靠運行方式也很簡單,有利于污水廠的處理。目前這種方法在一些大城市比較流行,其需要的人員比較少,基本都是自動化裝置,除磷的效果也很明顯。
三、污水處理過程的通用儀表
通用測量儀表包括溫度、壓力、液位、流量、pH值、電導率、懸浮固體等傳感器。
(一)厭氧消化過程由于常常實施溫度控制,溫度傳感器顯得更加重要。典型的溫度測量元件是熱電阻。
(二)壓力測量值常常用作曝氣和厭氧消化過程的報警參數。
(三)液位測量用于水位監視,通常采用浮標、差壓變送器、容量測量、超聲水位檢測等方法測量。
(四)流量監測儀表主要有堰板、轉子流量計、渦輪式流量計、靶式計量槽、電磁流量計、超聲波流量計等。
(五) pH值是生化過程中的一個重要變量,更是厭氧消化和硝化過程的關鍵值,通常在污水處理廠都安裝有pH電極浸入污泥中,通過不同的清潔策略可以實現長期免維護。對于具有高度緩沖能力的廢水,pH值測量對過程變化可能不敏感,因此不適合于過程監督與控制,這種情況可以用碳酸鹽測量系統代替。
(六)電導率傳感器用于監視進水成分的變化,同時也是化學除磷控制策略的基礎。
(七)傳統的生物量測量是根據懸浮粒子對入射光的散射及吸光度進行估計。隨著靈敏的光檢測儀的出現,能夠自動進行光效應測量的傳感器得以問世。大多數商業傳感器使用了一個發射低可視光或紅外光的光源,在這個區域內大多數介質表現低吸光度。生物量濃度也可根據超聲波在懸浮物和微生物之間游離溶液的速度差確定。
四、污水處理措施
(一)評價當前污水的處理工藝
評價污水處理工藝,需要通過綜合方式對各方面的因素進行考量,其中主要包含了對污水水質的檢測以及污水處理技術的應用范圍等因素。對于環保工程污水處理工藝進行評價時,不可以只考量到單方面的因素,要全面的進行綜合式分析。
(二)充分體現污水水質的特點
無論何種污水,都必須符合國家相關標準才可以在污水處理廠進行處理,決不允許對有毒、有污染的廢水進行污水處理。對污水處理工藝進行評價時,一定要對污水水質的特點、污染物的構成給予詳細的分析。
(三)合理選擇污水處理工藝
1.活性污泥的方式。它是目前全球各國使用最普遍的一種方式。通過一定的方式變成回流污泥,回流污泥是為了讓曝氣池里具備一定的懸浮固體濃度;
2.生物膜的方式。此方式為正在發展中的處理工藝,主要特征是微生物處于介質濾料表層,構成生物膜,污水在同生物膜接觸后,被溶解的有機污染物通過微生物的吸附轉變成其他物質以及微生物細胞物質,使得污水被凈化;
3.氧化的方式。此法是當前廣泛使用且非常具有發展潛能的污水處理方式之一。通過氧化劑的類型和反應器的分類,氧化法能夠分成化學氧化法、濕式氧化法、超臨界氧化法、催化氧化法以及光催化氧化法等。
(四)協調處理環境保護與城市發展的關系
要統和地理位置、風俗文化、城市風格等各方面因素,科學制定城市發展規劃,合理布局發展產業。城市環境是整個規劃的基礎前提。它不僅包括自然與地理環境、人文風俗、氣象水文等,還包括城市經濟發展水平等內容。實施環境勘測需要綜合評價大氣、水文、噪音等環境數據以及城市歷來的污染物來源情況等,這些都是城市環境規劃的基礎組成。城市的規劃發展,體現著整體與局部協調統一的辯證關系,是科學發展觀的重要體現。正確把握城市發展方向,需要從整體上考慮城市的建設與發展,堅持區域化、節點化,積極學習借鑒周圍城市規劃的成功經驗,保障城市規劃科學性和可行性。
良好的生存環境是人類生活的根本保證。在社會化大工業生產高速發展的今天,環境問題已經成為制約國民經濟與社會發展的重要因素。無論城市污水處理,還是城市發展規劃,亦或環境保護問題,其根本都是自然和人類發展之間的關系問題。和諧共存,協調發展是當今世界發展的主流思想。環境保護,節約資源,需要我們所有人長期不懈的努力。
結束語
由于經濟的發展,使得環境污染逐漸惡化,身為人類生活必須的水資源也出現短缺的現象。水資源污染已經不只是我國需要面對的問題,早已經成為了全球化的問題。我國當前正處在從發展中國家步入發達國家的初級階段,不論是城市化還是工業化都處在快速發展的時期,快速發展也為環境造成了無法應對的影響,如何通過科學的發展觀進行處理成為了問題的關鍵。環保工程每天所排出的污水對我們生存的環境造成了威脅,這些翻倍增長的污水自身對環境的影響非常惡劣。
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關鍵詞:大數據;污水處理;模型;檢測
一、污水處理運營過程中大數據的特點
(一)大數據的基本特征。大數據通常是指數據數量巨大到常用軟件不能及時有效處理分析以及管理的信息集合,其是大量數據收集、存儲、分析、管理、挖掘與運用的新技術體系。大數據的特征可以歸納為以下四點:一是數據量巨大,這是大數據的基本屬性和特征,該特征不僅表現為數據自身的大小,同時也說明處理數據的方式由傳統的單一個體處理轉變為多方的云平臺處理。二是數據具有多樣性,這是大數據的重要特性之一,具體表現為數據種類復雜多樣。這種多樣性可從多方面、多角度解釋事物屬性,同時也可保證數據的準確性和精度。三是數據處理速度快,這是大數據與傳統海量數據處理的重要區別。這是由于相關技術支持,使得大數據處理速度快,可以快速對數據進行有效分析。四是單一數據價值低,這是大數據的基本特征。為了得到事物更多的細節,通常需要采集大量的原始數據,這些數據的單獨個體價值低,但整體數據的價值高。
(二)污水處理運營過程中大數據的特點。污水處理過程是一個較為復雜的工程,與其他金融、電力和生物等領域相比,大數據應用具有不同的特點。其特點可以歸納為以下五點:一是數據量大且耦合性強,通常使用計算機系統對污水處理運營狀態進行監控,需定時采集系統的變量以及各設備狀態,保證正常的系統狀態顯示和控制。同時也需要大量的重復性和冗余數據測量,長期進行測量使得這些數據的數量相當巨大。同時污水處理的正常運營狀態需要許多變量進行相互協調作用,各變量間的耦合性較強并具有非線性關系。二是干擾因素多,不確定性大。污水處理運營過程中,其工作環境較為復雜,常受到電、磁、噪聲等多因素干擾,會導致整個運營系統存在著不確定性,進而導致相應的數據易受污染。三是動態性和類型多樣性,污水處理運營系統的各種變量的數值是實時變化的,這是系統的動態平衡的具體表現。通過系統變量數值的變化監控可以有效預測系統的運營狀態和變化趨勢[1]。而采集的數據類型具有多樣性,如數值型、非數值型和邏輯型等。四是多時標性和不完整性,這是由于整個運營系統的復雜性使得各種變量的變化程度和快慢存在差異,導致采集信號的頻率不同,進而造成數據采集時間的不同步性。在數據記錄過程中,這種多時標性和不完整性可能引起部分數據丟失,導致數據的不完整。五是多模態性,數據是系統狀態變化的重要體現,而污水處理運營系統包括正常運營狀態、各種異常狀態和故障狀態的數據,這些狀態數據是污水處理正常運營系統的重要保障之一[2]。同時污水處理過程中,也需對進出水水質指標、能耗以及環境影響等參數進行大數據收集,而這些指標中,一些指標的分析周期較長,如BOD5,其采集的數據量較少,需要較長時間進行積累。
二、大數據在污水處理運營過程中的實際應用
(一)大數據污水處理模型。污水處理系統具有高度非線性和時變性,其復雜程度超出正常人類的直覺范圍,而數學模型的使用雖然不具備嚴格的科學性,卻是污水處理較為有效的方法。而數學模型的建立需要大數據作為參考依據,而大數據的巨大數據量、種類多樣性可以有效保證合理化數學模型的實際應用。大數據對污水處理模型的作用可以表現為以下兩點:一是數據篩選功能,污水處理模型作為污水處理過程的相關體現,可有效描述和預測污水處理的具體現象,可通過大數據對進水水質多樣性和流量的波動性進行有效篩選,進而實現對污水處理模型的簡化和優化處理。而常用的污水處理模型主要包括機理模型和黑箱模型兩類,其中機理模型,也稱白箱模型,其主要建立在物料平衡微分方程組的基礎上。而黑箱模型則主要考慮污水處理輸入和輸出的對應關系,并隔離物理、化學或生物過程等因素影響。二是模型優化校核方法,大數據可用于對污水處理過程模型進行數學優化校核方法,同時利用大數據種類的多樣性特點,其也可應用于過程經驗模型校核方法,根據BIOMATH準則、STOWA準則、HSG準則和WERF準則的相關要求,對被校核模型進行穩態和動態校核[3]。
(二)大數據污水處理仿真系統。仿真系統的建立需要Simulink軟件實現相應模型的轉換,并利用Borland軟件開發相應的上位系統,再通過UML設計思想完成系統需求分析與設計。而仿真系統的基礎是大量的原始數據建立的合理化數學模型。通過大數據和數學模型的聯合應用可以建立大數據污水處理仿真系統,其優勢可以體現在以下幾個方面:一是通過仿真系統計算分析可節省污水處理項目的投資成本和設備運行費用。二是仿真系統可以對系統運營狀態進行模擬和預測,對不同的控制工藝進行優化,從而有效提高污水處理效率。三是對污水處理建筑物和設備等尺寸以及整個系統的能耗進行優化設計,保證整個系統的環境效益。四是通過仿真系統實際模擬污水處理工藝的相關操作流程,可用于污水處理工作人員的專業培訓。大數據主要用于污水處理仿真系統的仿真數據庫、控制數據庫和系統數據庫的建立。其中仿真數據庫主要是各種進出水指標。控制數據庫包括實驗名稱、時間和內容等信息。系統數據庫記錄實驗設備信息,信號通道和相關信息技術等信息。同時這種大數據仿真系統具體可應用于污水量的非線性動力學分析和短時預測,污水處理異兆模式研究以及活性污泥工藝優化設計等方面。
(三)大數據污水處理管理云平臺。大數據污水處理管理云平臺主要使用遠程數據采集裝置對污水處理運營系統的數據進行實時采集和傳輸,并通過數據匯集傳輸設備實現實時上傳到管理云平臺,其中使用的遠程數據采集裝置主要是工業標準在線傳感器以及工業無線傳感器。大數據污水處理管理云平臺包括多種數據分析處理模型,可對污水處理系統制定相應的指標限值和超標處理方案。該平臺還可對上傳的系統數據進行自動分類、匯總、比較和分析,從而得到分析結果并傳送給運營企業客戶端,實現污水處理狀態的實時監控管理。當管理云平臺發現數據異常或超出指標限值時,該平臺會自動報警并將相關信息及時反饋給相關部門報備,同時管理云平臺根據異常處理或超標處理方案遠程指導工作人員進行相應的操作,保證問題處理的時效性。管理云平臺可通過大數據計算分析得到污水處理的最佳工藝運行控制參數,保證系統實時處于最優工況,進而提高污水處理效率。河南大河工業水處理大數據云平臺是目前應用較好的大數據污水處理管理云平臺之一,其可以提高污水綜合利用率,降低故障停機頻次,提高相關設備的安全可靠運行。同時其可有效降低人工成本30%以上,并減少藥劑、耗材等材料費用20%~30%,實現整體運營成本降低30%以上。鄉村水處理集中運維管控云平臺主要服務于各類鄉村污水處理廠,其可以實現對鄉村污水處理設備的遠程監控、移動巡檢管理和故障報警等云服務,該平臺既可以有效采集鄉村污水處理的大數據,也為鄉村污水處理的工藝選擇、條件優化和設備篩選提供必要的數據支持。
三、污水處理中大數據應用存在的問題
從大數據在污水處理運營過程的實際應用情況來看,在污水處理運營過程中,大數據應用可有效降低人工勞動強度和整個系統的運營成本,促進污水處理效率提高以及保證污水處理質量,但是大數據實際應用存在某些問題也在一定程度上限制著其大規模應用。一是信息安全性問題,大數據的實際使用過程中,需將污水處理數據傳送給相關的用戶、軟件以及各種設備,在這個過程中易造成關鍵技術信息的泄露,特別是大量未授權用戶使用大數據信息。二是數據完整性問題,在污水處理大數據的采集和傳輸過程中,易遭到未授權的增加、修改和刪除等操作,這些操作可能破壞大數據的完整性,使得一部分數據丟失。三是大數據系統拒絕服務的問題,這種拒絕服務可能是大量的非授權訪問超出大數據系統負荷,進而使得大數據系統資源不能被利用,也可能是大數據系統由于未授權操作造成的邏輯或物理上被破壞,造成系統的拒絕服務。目前,隨著大數據系統的實際應用、技術升級和管理水平的提高,這些問題正在逐漸得到解決。四、結語通過對污水處理運營過程中大數據特點的闡述,以及大數據在污水處理運營過程的實際應用和存在問題的分析可看出:隨著大數據在污水處理運營系統中的大量應用,污水處理運營系統的自動化和智能化水平得到相應提高,有效降低人工勞動強度和整個系統的運營成本,并通過合理化的數學模型加強對污水處理機理的深入研究,進而保障污水處理運營系統的安全穩定性和污水處理效率。但是大數據的實際應用還存在一些問題,這也在一定程度上限制著大數據的大規模應用,而隨著大數據技術的不斷發展完善,這些問題也會得到相應解決,大數據在污水處理領域的前景將會更加廣闊。
作者:葉興剛 單位:湖北工業職業技術學院
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關鍵詞:煤礦;生活污水;處理
中圖分類號:U664文獻標識碼: A
隨著煤礦生產的擴大,特別是我國水資源的匱乏,以及對煤礦環境保護問題的重視,對煤礦污水的處理越來越引起各級政府和環保部門的高度重視。但大多數煤礦地處偏遠山區,生產規模大小不一,難以統一模式處理。尤其是受經濟條件的限制,污水廠的建設資金不足是一個普遍的問題,因而不能期望污水處理達到最理想的處理程度。
1煤礦生活污水的特點
生活污水是指居民日常生活中所產生的污水,它主要由廚房、炊事、洗浴、洗滌衣物的廢水及沖洗廁所的污水等形成。生活污水中的主要污染物是有機雜質,包括碳水化合物、脂肪、蛋白質及其分解產物、纖維素和合成洗滌劑、肥皂等,另有一些泥砂、巖屑及溶解性鹽類等無機雜質。因此,生活污水對水環境的主要污染影響就是有機雜質降解時產生的惡臭,消耗溶解氧和帶來富營養化。煤礦生活污水由于大量洗浴水稀釋,COD大大降低。由于生活污水中含有大量的有機物,故通常在預處理后采用二級生物處理。水體中的有機物的降解主要靠微生物作用下的生物化學過程來完成,這一過程包括好氧降解和厭氧降解等好幾個階段。污水好氣生化處理總的氧化代謝反應可以下式表達:
從反應式可以看出,有機物進行好氣生化處理的必要條件:一是有機物可以被微生物降解;二是有充足的氧供應;三是微生物存在;四是保證微生物需要的營養。低COD污水生化處理,由于營養物質不足,微生物的同化作用缺乏物質和能量,生化反應始終處于遲緩狀態,甚至難以維繼。
2煤礦生活污水水質分析
煤礦生活污水一般來自于煤礦居住區和工業場地的浴室、辦公樓、單身宿舍、洗衣房等用水場合,其浴室排水的比重較大(占到 40%- 60%);其次還有很大一部分來自于廠區地面沖洗水,因此此類廢水往往具有水量水質波動較大,含煤泥、浮油、砂量大等特點。但水質成分單一,沒有城市中的輕工、食品、飲食等有機物排放大戶那么復雜,雖然也具有一般生活污水所具有的有機污染的一面,但在其污染物濃度上又有別于一般生活污水。
3現有設施存在問題
目前在不少地方生活污水處理廠設計建設中存在的一個突出問題就是入水水質COD設計標準偏高(按200 mg/L計算),大多采用傳統的活性污泥或生物膜法。在其處理程度、方法、工藝單元組合和設計參數的選取上,基本仿照了城市污水處理廠建設的思路和做法。脫離實際,造成了投資高,運轉不佳,處理效率低且不易維護等一系列問題。忽視了充分發揮生態環境(包括水環境,土壤—植物生態環境),環境容量的原則;忽視了水污染治理對策要因地制宜、處理為利用服務、使污水資源化。因此,希望能轉移一下傳統污水處理方法的視角,在全面、綜合、系統地考慮問題的基礎上,尋求煤礦生活污水處理的有效途徑,真正體現出環境效益、經濟效益和社會效益的統一。
1)目前煤礦生活污水二級生化處理已運行的設施,多采用表面加速曝氣活性污泥法、鼓風曝氣活性污泥法等生化處理工藝。現在的常規—二級生物處理,很難去除N、P,還含有N為20 mg/L、P為5 mg/L左右,此水排入自凈能力較小的河流,會使水體富營養化、水質惡化、溶解度下降、魚類死亡等,單純依靠建設污水處理廠,消耗大量資源而沒有合理地利用自然界土地—植物凈化污水的功能,并未徹底改變對水體的污染狀況。
2)由于COD小,可靠數據統計COD濃度統計值為58.9 mg/L,可生化性差。不應照搬大中城市污水處理模式,傳統的系列化處理方法常常達不到預期效果。
3)現有的設施運行過程中,往往由于原水水質、水量波動大,操作人員很難掌握好操作技術等,使得處理效果不夠理想。尤其是活性污泥法技術性強,需要專門的技術員來管理。
4)投資大、運轉費用高。不僅會使國家增加這種間接的投入,而且還會因為這些工業的建設和生產帶來新的環境污染。再者,很多污水處理廠,沒有完善的污泥處理系統,污水廠的建設和運行還會帶來其它材料和化學藥劑的消耗,這樣還會帶來二次污染。
5)沒有考慮充分的回收利用。
4幾種常用生活污水生化處理工藝及特點
4.1傳統活性污泥法
活性污泥法是城市生活污水和有機性工業生產污水的有效處理方法。它于1914年在英國曼徹斯特市建成試驗廠以來,已有70多年的歷史。活性污泥法是利用河川自凈原理的人工強化高效處理工藝,已成為有機性污水生物處理的主體。在煤礦生活污水的處理中,活性污泥法的應用是相當普遍的。該法對COD在60%~80%之間。傳統活性物泥法處理效率高,適用于處理要求高,而水質相對穩定的污水,但是它對進水水質、水量變化的適應性較低,不耐沖擊負荷,需要較高的動力和基建費用。
4.2氧化溝
氧化溝法是活性污泥法的一種變種。氧化溝處理生活污水,處理效果穩定,操作管理簡單,運行成本較低,日益受到人們的重視。氧化溝法由于其占地面積大等原因,在煤礦生活污水處理站中的應用目前還不廣泛。
4.3生物接觸氧化法
生物接觸氧化法是介于活性污泥法與生物膜法之間的生物處理方法。生物接觸氧化法具有較強的耐沖擊負荷能力,污泥生成量少,無污泥膨脹,易維護管理,如設計不當,容易產生堵塞。該法對有機物去除率COD在80%左右。近年來,在煤礦生活污水處理中,生物接觸氧化法得到了廣泛應用,尤其是采用生物接觸氧化法的地埋式污水處理設備應用更廣。
鑒于前兩種方法受到使用條件的限制,目前在土地肥沃的平原地區很少采用。而生物接觸氧化法是目前采用較多的方法,因此本文著重討論該方法在煤礦生活污水處理中的應用問題。
5生物接觸氧化法常用工藝流程
5.1典型工藝
典型工藝一般由格柵、沉砂池、初沉池、接觸氧化池、二沉池組成。其中格柵、沉砂池、初沉池構成一級處理;接觸氧化池、二沉池構成二級處理,這是一般生活污水二級處理常用的、典型的工藝流程。
生活污水經外管網流入調節池(通過格柵去除污水中的漂浮物和粗大的懸浮物),調節水量、均衡水質,再由污水提升泵提升至水解酸化池(接觸氧化池的混合液也回流至此)污水在此進行缺氧反硝化反應,將硝態氮和亞硝態氮還原成氮氣去除,同時可去除部分COD,并可提高污水的可生化性;污水經缺氧反應后流入接觸氧化池,通過鼓風曝氣,污水在此進行好氧生化反應,污水中絕大部分COD、BOD5等有機污染物被分解去除,出水流經沉淀池,在此污水中一些脫落的生物膜和污水中絕大部分懸浮物被沉淀去除,沉淀池的出水自流入中間水池,再由過濾泵提升至機械過濾器進一步過濾(必要時投加部分藥劑),出水流入消毒池,經二氧化氯發生器消毒后達標排放。
沉淀池中的沉淀污泥定期排至污泥池,當污泥池液位達到一定高度時開啟污泥泵使污泥進入濃縮脫水一體機對污泥進行濃縮脫水處理。
5.2二段接觸氧化工藝
二段接觸氧化工藝(以下簡稱二段工藝)的一級處理部分與典型工藝相同,二級處理由一段接觸氧化池(簡稱一氧池)、一段接觸氧化沉淀池(簡稱一濾池)、二段接觸氧化池(簡稱二氧池)、二段接觸氯化沉淀池(簡稱二濾池)組成。
5.3工藝流程探討
(l)上述兩種工藝各有優缺點:a.復雜程度上二段接觸氧化工藝比典型工藝復雜,因此其造價略高;b.處理效果上二段工藝比典型工藝要好,且水質較穩定,其原因是二段工藝中的第一段對污水負荷能起到緩沖作用,兩段中的微生物也各不相同,相當于兩次生化處理,因此其出水效果好。
(2)上述兩種工藝處理煤礦低濃度生活污水時,其一級處理設施值得探討,主要是沉砂池、初沉池的必要性問題。一級處理的作用一般是對污水進行預處理,以減少二級處理的負荷,其懸浮物和COD的去除率一般為50%和25%左右,對低濃度污水處理效果還要差一些。煤礦生活污水中大多已經過化糞池處理,污水中泥、砂含量均比較低。據資料介紹我國城市污水廠也有因污水COD濃度低而停止使用初沉池的,如廣州大坦沙污水廠、大慶乘風莊污水廠、深圳污水廠。因此一級處理可以簡化或改進,可以采用以下方法進行一級處理:a.只設沉砂池,不設初沉池。沉砂池最大流量停留時間按30-60s;b.采用粗沉池代替沉砂池和初沉他。粗沉池沉淀時間取20min即可,遠小于一般初沉池的沉淀時間1.0-2.0h;c.保留沉砂池和初沉池,但預設超越管。污水濃度高時使用初沉池,濃度低時污水超越初沉池直接進入二級處理;d.不設沉砂池和初沉池,但需加細格柵或采用水力篩以攔截污水中的顆粒物。以上四種方法應根據污水及現場實際情況,慎重選擇。
(3)二級處理部分除了上述的典型工藝和二段接觸氧化工藝以外,也可根據當地的污水情況及現場實際情況演化出許多其它工藝,比如一段活性污泥、二段接觸氧化工藝:一段厭養、二段接觸氧化工藝等等,現在都有了應用實例,究竟采用何種工藝好,應視當地的水質而定。
(4)二沉池的形式目前常用的有豎流式、平流式、斜板式,而接觸氧化式沉淀池的特點是具有氧化和沉淀雙重作用,它可以利用污水中的剩余氧氣在沉淀池繼續氧化分解有機物,從而提高處理效果。
參考文獻
[1]陳磊, 郭光.SBR 法在煤礦生活污水處理中的應用[J].煤炭工程, 2006,(01) :
關鍵詞 污水處理廠;惡臭;離子除臭;污泥
中圖分類號 X703.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2011)12-0271-02
隨著經濟社會的不斷發展,各地污水處理工作迅速有效地開展,污水處理廠數量明顯增加。城市污水處理廠作為解決城市水污染問題最基本而有效的途徑,是保護城市生態環境、治理河流污染的必然舉措,但其在建設和運行過程中,又因自身產生和排放污染物對周圍環境產生一定的污染,國家環境保護部的《建設項目環境保護分類管理名錄》中明確提出將城市污水處理廠列入對環境可能造成重大影響的建設項目。該文通過分析污水處理廠存在的環境問題,提出解決問題的對策和方法。
1 出水水質無法滿足達標排放
綜合分析導致污水處理廠出水水質超標的眾多原因,大致可分為以下2個方面。
1.1 進水水質發生變化導致尾水超標
在調研中發現,部分污水處理廠進水COD濃度超過1 000 mg/L、總氮超過200 mg/L、總磷超過100 mg/L。由于企業的超標亂排,加上污水廠的現有監控設施配置缺失,往往在事故發生后才發現,造成污水處理廠生化微生物活性下降,甚至生物相破壞,污泥膨脹,最終導致出水水質惡化,超過國家規定的排放標準要求,并對水環境及生態系統產生較大的不利影響;微生物群體受到沖擊毒害嚴重時,可能一兩個月都無法恢復正常的有機物降解能力,最終導致很長一段時間內城市污水無法達標排放。
針對上述問題,相關管理部門應強化點源治理,特別要制訂和落實點源重金屬、磷的減排措施,進而確保污水處理廠進水水質的穩定。
1.2 處理裝置運轉不正常導致尾水超標
污水處理廠的各處理單元都發揮各自特有的功能,無論哪一個環節出現異常,都可能導致尾水超標。因此,污水處理廠從初步設計階段就應該嚴格按照國家規范要求,保證工程、設備質量。但也存在由于出現不可抗拒的外部原因,如雙回路停電、突發性自然災害等情況,將導致污水未經處理而超標外排的情況,此時應要求部分排水企業或全部停止向管道排污,以確保水體功能安全。
2 臭氣污染影響
污水處理廠在運營期間會產生一些臭氣,由于經濟的快速發展,城市用地緊張,很多污水處理廠周圍緊鄰著住宅區或者商業區,因而其惡臭污染備受各方關注。要控制污水廠的臭氣污染,必須從其惡臭來源、排放規律等方面著手,進而確定適宜的污染治理措施,將其污染影響降至最低。
2.1 惡臭來源、成分
污水中的污染物在厭氧或缺氧的條件下發生腐化,隨著水流的流動散發出惡臭,污水廠各處理單元都會不同程度地向周圍環境散發惡臭。相關研究調查結果表明,城市污水處理廠的污泥處理區(污泥濃縮池、污泥脫水間等)與污水進水區(進水泵站、隔柵、曝氣沉砂池等)產生的惡臭氣體,無論在臭氣產生量上,還是在排放強度上,均高于其他處理單元[1-2],具體結果如圖1所示。
臭氣成分復雜,其中包括了含硫化合物(如硫化氫、硫醇)、含氮化合物(如氨)以及含氧有機物(如醛、酚)等多種物質。在進行污水處理廠臭氣分析時,大多選擇硫化氫、氨、甲硫醇作為臭氣強度的參考指標。
2.2 惡臭排放規律
惡臭排放強度與多種因素相關,污水、污泥處理處置工藝不同,產生的臭氣成分和濃度也不同,掌握惡臭的排放規律,對控制污水處理廠的惡臭污染有很大的指導意義。長泥齡工藝(如氧化溝)臭氣產量低于短泥齡工藝(如常規曝氣工藝)[3],好氧工藝低于厭氧工藝。此外,污水處理廠內惡臭物質的產生與季節和溫度存在直接關系。研究結果表明,當水溫分別低于18、21 ℃時,污水中的H2S和NH3的排放濃度基本為零[4]。因此,當污水廠的水溫低于18 ℃時,可以適當考慮調整惡臭處理裝置的運行時間來節約成本。同時,雨天也可以降低污水處理廠的惡臭污染物濃度。
2.3 惡臭污染評價
惡臭污染是通過人的嗅覺而引起的不愉乃至影響人體健康的一種感覺公害,目前衡量惡臭污染的程度主要包括3種指標,即臭氣濃度、臭氣可忍耐度和臭氣強度。其中臭氣強度是惡臭污染的主要評價指標,臭氣強度等級是以嗅閾值為基準將臭味強度劃分等級,目前應用較為廣泛的分級方法由日本環境廳提出,其將臭氣強度劃分為6級,具體如表1所示。
污水處理廠各處理構筑物產生的惡臭氣體對整個污水處理廠及其周邊地區都會產生污染影響。以日處理量為10萬m3的污水處理廠脫水機房為例,其每小時的臭氣散發量按脫水機房容積的3~5倍計算[5],臭氣中的H2S散發速率約30 mg/s。根據《環境影響評價技術導則——大氣環境(HJ2.2-2008)》中推薦的預測模式估算,H2S隨距離衰減的情況如表2所示。
從上述衰減結果可以看出,在最不利的氣象條件下,污泥脫水機房H2S濃度衰減300 m以上,其臭氣強度方可接近1級。此外,由于臭氣組分復雜,臭氣濃度是各種惡臭污染物和異味的綜合反映,而惡臭污染物濃度預測結果只是單一污染物的反映,在實際操作中經常出現惡臭物質濃度預測的結果優于臭氣濃度評價結果,也就是說即使惡臭污染物計算值比較理想,但人們的反應卻是臭味明顯。因此,在惡臭評價時,應該采取現場嗅聞與預測相結合的方法進行。
2.4 常用的惡臭污染治理措施
調查發現,隨著人們環保意識的提高,近幾年污水處理廠在設計階段便從減少惡臭環境影響的角度出發,對主要的惡臭排放單元泵房、格柵、污泥濃縮池等加蓋收集經除臭裝置處理。常用的處理方法主要有離子除臭法、植物液除臭法、生物除臭和化學除臭等。
2.4.1 離子除臭法。利用惡臭氣體多為還原性物質,容易被具有較強氧化性的氧離子氧化化學特性,利用離子發生器產生氧離子,有效氧化分解空氣中的污染因子,去除異臭味。離子除臭系統包括空氣過濾、離子發生器、廢氣處理裝置以及相關配套通風機組成,該裝置凈化過程如圖2所示。
對于污水處理廠來說,上述凈化過程可用于提升泵房、格柵間、沉砂池、脫水間等部位的除臭。以污泥脫水間為例,其在工程上的布置如圖3所示。
目前,離子除臭工藝在北京、天津、廣州等地已經得到廣泛的應用,上海白龍港水質凈化廠、桃浦污水處理廠、濟南北園污水泵站等均采用上述工藝對臭氣進行處理,處理效果良好,對硫化氫的去除效率大于90%,對氨的去除效率大于70%。
2.4.2 植物液除臭法。基本原理(圖4):將一些特殊天然植物提取液霧化,讓霧化后的分子均勻地分散在空氣中,液滴具有很大的比表面積和表面能[6]。溶液的表面不僅能有效地吸咐空氣中的異味分子,同時也能與被吸附的異味分子發生分解、聚合、取代、置換和合成等化學反應,使其立體構型發生改變,削弱了異味分子中的化合鍵,使之失去臭味。植物除臭劑與異味分子H2S和NH3的反應式如下:
該方法用于惡臭治理主要涉及三方面的影響因素,即霧化程度、噴灑位置、噴灑量。霧化通常有專門的機械設備來完成,噴灑位置、噴灑量則是根據工程實施經驗確定。植物汁液法不用增設氣體收集裝置、電耗少、占地少、操作方便,很容易在已建脫水機房的基礎上安置、增設植物汁液必要的設備,北京排水集團高碑店污水處理廠即采用該種方法對脫水間進行惡臭處理。
2.4.3 生物法。生物脫臭法是利用微生物的代謝作用降解臭氣物質,適合去除污水處理廠產生的臭氣物質。生物濾池除臭是目前研究最多、工藝最成熟、應用最廣泛的生物除臭方法[6]。該除臭法是在適宜條件下,利用附著大量微生物的固體載體(填料)吸附、處理收集到的臭氣,使臭氣物質最終分解為二氧化碳和水,其工作流程如圖5所示。
生物濾池法除臭技術具有運行費用低、處理效率高、無二次污染、操作管理簡便等優點,應用很廣泛。廣州某城市污水處理廠在預處理區、二級處理區和污泥處理區分別設置了生物濾池,以去除運行過程中產生的臭氣物質。
3 污泥污染
污水處理廠在利用微生物進行水中污染物去除的同時,也將產生大量的剩余污泥,污水處理技術是通過微生物的代謝作用及物理化學方法,將污水中的大量污染物轉移到剩余污泥中,其實質是污染物的相對轉移,即將可溶性的污染物從水相轉移到固相中[2]。污水處理廠的污泥如果未經處理隨意排放,經過雨水的侵蝕和滲漏作用,極易對地下水、土壤造成二次污染,直接危害人類的身體健康,給當地的生態環境帶來嚴重的安全隱患[2]。
2002年頒布的《城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)》要求城鎮污水處理廠的污泥應進行穩定化處理,并對厭氧消化、好氧消化、好氧堆肥3種穩定化處理后的污泥控制標準進行了規定。
城市污泥的處置方式主要有填埋、焚燒、倒海和農業利用等,前3種方法由于場地的限制、費用昂貴、造成二次污染等因素而難以實施或被禁止[2]。而污泥中含有大量的氮、磷、鉀、鈣及有機質等營養物質,其作為農用資源前景廣闊,有利于城市和農業的可持續發展。需要注意的是,由于城市功能的復雜性,城市污水處理廠接納的污水類型也千差萬別,工業廢水連同生活污水一同經市政排污管網匯入污水處理廠,工業廢水中難免會含有重金屬等有毒有害物質,隨著處理過程的逐步深入,有害物質就會轉移到污泥中。因此,城市污水處理廠在排放污泥時,應對污泥進行重金屬等有害物質成分分析之后再決定其具體去向。
4 結語
隨著人們環保意識的提高,污水處理廠的惡臭、污泥等環境污染問題也越來越受到關注,如何切實有效地對這些問題進行控制,需要從產生規律、環境條件等方面進行系統、全面地研究。同時,還需加強政策法規的建立和監督工作,做好污水廠的正常管理工作。通過政策管理和技術防控手段綜合治理,解決好污水廠的環境污染問題。
5 參考文獻
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