自響應(yīng)生物反應(yīng)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理中應(yīng)用
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【摘要】自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)有耗能低、投資小、產(chǎn)泥少、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用該技術(shù)處理污水有利于提高出水質(zhì)量。文章通過分析自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的原理、優(yōu)勢以及應(yīng)用，論述這項(xiàng)技術(shù)對鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理的重要性和必要性，供相關(guān)項(xiàng)目參考。
【關(guān)鍵詞】自響應(yīng)生物技術(shù)；污水處理；環(huán)境保護(hù)
1引言
改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)得到了迅速發(fā)展，國家綜合實(shí)力得到很大提升，但在經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展過程中，不知不覺對環(huán)境造成了破壞[1]。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的提出，環(huán)境保護(hù)也被提上日程，污水處理成為其中的重要部分。在我國的水環(huán)境治理過程中，污水處理技術(shù)不斷發(fā)展，自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)是一種處理污水非常有效的工藝，應(yīng)用過程中不會出現(xiàn)二次污染，處理效率很高。本文通過對該項(xiàng)技術(shù)的研究，以期進(jìn)一步提高鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水的治理水平。
2自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的來源和背景
我國經(jīng)過長期的污水治理之后，城市污水處理已經(jīng)取得了一定成效，現(xiàn)階段重點(diǎn)需要解決的是鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理問題。自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)又稱為IBR（IntegretedBiomarkerResponses，整合生物標(biāo)志物響應(yīng)）技術(shù)，該技術(shù)處理的污水具有氮和磷濃度低、污泥多、有機(jī)物含量少等特點(diǎn)。
3自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的原理
自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)是通過集成各種生物化學(xué)反應(yīng)和物理手段于一體處理污水的一項(xiàng)技術(shù)，并且采取不間斷進(jìn)出水和間歇性向污水中沖氧氣的方式保持污水中污泥的循環(huán)性和活性，讓污水的脫氮除磷工作處于最佳狀態(tài)[2]。隨著氧氣充入污水的頻率不同，反應(yīng)池中的污水狀態(tài)也不同，對不同的污水選取不同且合適的充氧頻率可以提高污水處理的效率。目前該技術(shù)已經(jīng)具有按空間分割流體污泥和按時(shí)間進(jìn)行間歇性曝氣的優(yōu)點(diǎn)。自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的反應(yīng)池是進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)和沉淀的場所，因此反應(yīng)池也是沉淀池，這減少了該技術(shù)應(yīng)用所占用的場地。在沉淀的過程中，同樣需要向污水中間歇性充入氧氣，還要進(jìn)行攪拌和沉淀等工作，使用機(jī)械攪拌器時(shí)的驅(qū)動功率較高，一般是2kW·m3～4kW·m3；渦旋式攪拌器的葉片數(shù)量一般為4、6、8個(gè)，可以根據(jù)需要選擇合適數(shù)量的葉片進(jìn)行工作。通過分析污水的水深、溫度和水質(zhì)以及季節(jié)變化對污水狀態(tài)造成的影響來靈活調(diào)節(jié)充氧頻率、攪拌周期和沉淀時(shí)間，實(shí)現(xiàn)在最經(jīng)濟(jì)的情況下最大限度達(dá)到污水脫氮除磷效果，同時(shí)減少該過程中消耗的能量，達(dá)到節(jié)能的目的。在通氣裝置中，最簡單的裝置是一單孔管，此時(shí)的管口與罐底只有40mm，可以有效避免培養(yǎng)液中固體物質(zhì)在開口處的堆積。
4自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的工藝流程
4.1格柵
該步驟是工藝流程的第一步，主要是攔截污水中的顆粒和纖維狀的物質(zhì)，以此保證在后續(xù)的污水處理工作中管道暢通。格柵所攔截下來的物質(zhì)會由人工進(jìn)行定期清理，格柵設(shè)計(jì)采用的是粗細(xì)兩道形式，在整個(gè)工藝流程中處理調(diào)節(jié)池的進(jìn)水口。
4.2污水調(diào)節(jié)池
污水調(diào)節(jié)池主要是接受經(jīng)過格柵處理后的污水，有均勻水質(zhì)和調(diào)節(jié)水量的作用，可以使污水經(jīng)過污水調(diào)節(jié)池之后更加均勻地進(jìn)入下一步污水處理。此外，在污水調(diào)節(jié)池中有潛污泵，作用是將在污水調(diào)節(jié)池中處理好的污水送至下一個(gè)污水處理環(huán)節(jié)。
4.3膜生物反應(yīng)器
膜生物反應(yīng)器最核心的部分是膜元件，膜元件是由一種結(jié)構(gòu)組合成膜的組件，將膜元件用于污水處理時(shí)，可以用平片膜0.3μm的孔徑阻止細(xì)菌的通過，同時(shí)保證水的通過，可將曝氣池中的大部分細(xì)菌保留在這一步，實(shí)現(xiàn)泥水分離。此外，膜生物反應(yīng)器分為間歇反應(yīng)器、連續(xù)式反應(yīng)器、半連續(xù)式反應(yīng)器。
4.4消毒裝置
該步驟采用接觸式消毒的方法，徹底消滅處理后污水中的各種病菌。
4.5污泥消化池
在膜生物反應(yīng)器中排放出的污泥會在池中進(jìn)行好氧消化的穩(wěn)定處理，可以提高污泥的穩(wěn)定性，減少污泥的體積，待污泥的體積減少之后，環(huán)衛(wèi)部門對污泥進(jìn)行處理和外運(yùn)，池中的上清液回流到調(diào)節(jié)池中進(jìn)行再次利用。
4.6風(fēng)機(jī)
該步驟主要用于對膜生物反應(yīng)器、污泥消化池的好氧消化處理和調(diào)節(jié)池預(yù)曝氣等。
5自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用情況及優(yōu)勢
截至2020年，自響應(yīng)生物反應(yīng)污水處理技術(shù)已經(jīng)在我國14個(gè)省份、總計(jì)超過200個(gè)污水處理項(xiàng)目中應(yīng)用。2020年，該技術(shù)穩(wěn)居市場占有率第一。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水方面，已經(jīng)建成投入使用和正在建設(shè)的自響應(yīng)生物反應(yīng)污水處理廠有60余個(gè)。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)應(yīng)用自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的優(yōu)勢主要有幾方面。
5.1構(gòu)、建筑物少，占地面積小
自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)在應(yīng)用過程中有著構(gòu)、建筑物少和占地面積小的特點(diǎn)。①由于自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)的特點(diǎn)，例如反應(yīng)池和沉淀池合二為一、平流沉砂池和消毒渠一起建成、采用一體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、不需要再建第二沉淀池等，減少了該工程的構(gòu)、建筑物數(shù)量，也減少了應(yīng)用占地面積。②在設(shè)計(jì)構(gòu)筑物時(shí)考慮到污水的特性，最終污水處理廠的工藝性構(gòu)筑物只有2座，分別是調(diào)節(jié)池和自響應(yīng)生物反應(yīng)綜合池。因此，在處理污水的整個(gè)過程中場地建筑設(shè)計(jì)十分暢通，十分簡潔。③在該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，反應(yīng)器池體深度較深，從而增大污水處理能力，同時(shí)將占地面積問題巧妙轉(zhuǎn)變成了處理池的深度問題，減小占地面積。
5.2設(shè)備少、耗能低
自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)與其他污水處理技術(shù)相比，所需機(jī)械設(shè)備較少。在自響應(yīng)生物反應(yīng)池中只需要攪拌器和水泵兩種設(shè)備，在調(diào)節(jié)池中只需要提升泵和粗格柵兩種設(shè)備。由于機(jī)器設(shè)備少，應(yīng)用時(shí)其能耗與其他污水處理技術(shù)相比較低，且在實(shí)際中需要消耗的能量只有電能。該工藝通過合理控制水池的進(jìn)出口高差，實(shí)現(xiàn)了充分利用水的特性減少能量消耗的目的，進(jìn)一步減少了能耗[3]。另外，該工藝采用先進(jìn)的自控系統(tǒng)，可自動根據(jù)污水水質(zhì)改變污水處理的運(yùn)行模式，保證了處理后的水質(zhì)，使該工藝達(dá)到了耗能最小化。
5.3污水處理的操作簡單
由于自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)在應(yīng)用時(shí)所需機(jī)械設(shè)備少，并設(shè)有自動控制系統(tǒng)，因此，在進(jìn)行污水處理時(shí)所需的運(yùn)行操作人員較少，操作步驟也簡單易行。由于自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)專用控制系統(tǒng)采用的是可編程邏輯控制器，又稱為PLC，可以控制污水進(jìn)水的水量，而且操作簡單，運(yùn)用該控制器可以達(dá)到自動控制的目的，所以在步驟上甚至不需要過多專門的控制人員[4]。
5.4經(jīng)濟(jì)實(shí)惠
綜合自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)在應(yīng)用時(shí)的特點(diǎn)，該工藝也擁有經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的特點(diǎn)。①由于該工藝構(gòu)建筑物少、占地面積小，因此建設(shè)污水處理廠土地使用面積小，用地成本和工程建設(shè)成本較低。②由于運(yùn)行過程中無噪音，不需要在污水處理廠外再設(shè)置隔音裝置，也不會因?yàn)樵胍舳艿酵对V。③由于設(shè)備保質(zhì)期長，在運(yùn)營期間無需經(jīng)常更換設(shè)備，減少設(shè)備重置費(fèi)用，也降低了后期的維護(hù)維修的成本。
6自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)應(yīng)用的意義
6.1實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用
我國的水資源不少，但是由于人口基數(shù)龐大，導(dǎo)致人均水資源十分匱乏，被世界列為了世界上十三個(gè)貧水國之一。隨著國家的不斷改革和工業(yè)化的不斷推進(jìn)，水質(zhì)污染、水資源浪費(fèi)的問題日趨嚴(yán)重，為了實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用，減少水資源的消耗，污水治理必須提上日程。同時(shí)，為了響應(yīng)國家的可持續(xù)發(fā)展理念，污水處理也逐漸受到社會的高度重視。當(dāng)污水被處理之后，部分水資源可以得到再次利用，甚至可以被循環(huán)處理，再被循環(huán)利用，這就大大提高了水資源的利用率，變廢為寶，減少了對新的水資源的消耗。
6.2減少環(huán)境污染總量
當(dāng)前，水污染嚴(yán)重的重要原因之一是人為污染。人類在生活和生產(chǎn)的過程中會產(chǎn)生許多廢物和廢水，例如，生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水、城市固體廢料等污染。相當(dāng)大一部分的工業(yè)廢水流入江河，污染了水體，這部分的污水中包含了大量污染物質(zhì)，還有許多復(fù)雜的成分。其中，有部分含劇毒，如果被食用，后果不堪設(shè)想。部分污水中含有有機(jī)物，當(dāng)這些廢水被排放到水體中后，有機(jī)物會消耗大量的溶解氧，導(dǎo)致原來水體中的魚類、植物死亡，導(dǎo)致水體發(fā)黑和變臭。隨著工業(yè)和采礦業(yè)的發(fā)展，我國的工業(yè)持續(xù)發(fā)展中還有可能會產(chǎn)生許多重金屬超標(biāo)的廢水，直接排放后會導(dǎo)致湖泊和河流的重金屬超標(biāo)，造成重金屬污染，水資源污染更加嚴(yán)重。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中也會造成水體污染。農(nóng)民對農(nóng)作物施肥、噴灑農(nóng)藥和此過程中產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢棄物造成了土壤污染，在澆水和下雨時(shí)，土壤中的污染物隨著水流進(jìn)入河流中，進(jìn)而造成水體污染，水體富營養(yǎng)化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年平均使用農(nóng)藥為50萬噸～60萬噸，化肥使用量為4537萬噸，其中產(chǎn)生的大量污染物造成許多河流、水庫、湖泊等水體被嚴(yán)重污染。生活污水也是造成水污染的重要原因之一，城市中人均污水產(chǎn)生量為150L～400L，其中包括商業(yè)排水、醫(yī)院排水、娛樂場所的排水和家庭排水等，這些都與人類的生活密切相關(guān)。
6.3減少了水污染造成的環(huán)境危害
如今，人類居住的環(huán)境正向宜居和美化的方向不斷發(fā)展，因此，環(huán)境保護(hù)變得越來越重要，對環(huán)境建設(shè)工作也有著越來越高的要求，當(dāng)污水處理效果不好或者處理污水措施落后時(shí)，就會影響整體的居住環(huán)境，進(jìn)而影響人們的居住心情。當(dāng)水體環(huán)境良好時(shí)，人們可以喝上健康的水、呼吸新鮮的空氣、改善居住環(huán)境，提高人們居住的滿意程度和生活質(zhì)量。在新的環(huán)境建設(shè)要求之下，建立新的風(fēng)景線也是很重要的一步，在建立人工湖或者公園時(shí)，水體的重要性也就顯現(xiàn)出來，因此，要保證水體干凈，才能更好地建設(shè)美好的環(huán)境。
7結(jié)語
本文通過對自響應(yīng)污水處理技術(shù)的研究，并分析鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展的現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)：自響應(yīng)污水處理技術(shù)是一項(xiàng)很適合鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理的技術(shù)，經(jīng)過長時(shí)間的實(shí)地工程實(shí)踐取得了良好的效果，給鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理現(xiàn)狀帶來了改變和提高。
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作者:楊文浩 單位:中國市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司