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      環(huán)境工程中的城市污水處理工藝研究

      2023-10-18 00:01:53
      科海故事博覽 2023年26期
      關(guān)鍵詞:城市污水活性污泥處理工藝

      蔡 華

      (江蘇綠東坡環(huán)境工程有限公司,江蘇 南京 210000)

      城市污水處理工藝的研究和應(yīng)用對(duì)于保護(hù)水環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡具有重要意義。本文重點(diǎn)闡述物理處理工藝、化學(xué)處理工藝和生物處理工藝等城市污水處理方法,并對(duì)其特點(diǎn)和適用性進(jìn)行了比較分析。通過不斷創(chuàng)新和完善城市污水處理工藝,可以提高處理效率、減少能源消耗,并最大限度地實(shí)現(xiàn)污水資源化利用。

      1 城市污水處理工藝意義研究

      1.1 保護(hù)環(huán)境

      隨著城市化進(jìn)程的加速,城市污水的排放量也不斷增加,如果不進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?,污水中的有害物質(zhì)將直接排放到自然環(huán)境中,對(duì)水體、土壤和生態(tài)系統(tǒng)造成污染。通過研究污水處理工藝,可以開發(fā)出高效的處理方法,能夠有效去除污水中的有害物質(zhì)和污染物,降低其對(duì)環(huán)境的影響,保護(hù)水資源和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[1]。

      1.2 保障公共衛(wèi)生

      城市污水中含有大量的細(xì)菌、病毒和其他病原體,如果未經(jīng)適當(dāng)處理就直接排放,將會(huì)對(duì)人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。通過研究和應(yīng)用先進(jìn)的污水處理工藝,可以有效去除污水中的病原體和有害物質(zhì),保障人們的飲用水安全和環(huán)境衛(wèi)生。

      1.3 促進(jìn)資源回收和能源利用

      城市污水中含有大量的營養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)物,這些物質(zhì)如果得不到有效回收利用,將對(duì)環(huán)境造成浪費(fèi)。通過研究先進(jìn)的污水處理工藝,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中的營養(yǎng)物質(zhì)、有機(jī)物和能源的回收和利用,例如生物氣體發(fā)酵產(chǎn)生沼氣、污泥處理產(chǎn)生肥料等,從而實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

      1.4 促進(jìn)污水處理技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展

      隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,污水處理工藝也在不斷創(chuàng)新和改進(jìn)。通過對(duì)污水處理工藝的研究,可以發(fā)現(xiàn)新的工藝方法、技術(shù)和裝備,提高處理效率和質(zhì)量,降低成本和能耗。同時(shí),研究還可以推動(dòng)污水處理技術(shù)與其他領(lǐng)域的交叉融合,促進(jìn)創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用,提升整體處理能力和水平[2]。

      2 環(huán)境工程中城市污水處理工藝應(yīng)用探討

      2.1 活性污泥處理工藝

      活性污泥處理工藝是一種常見而有效的生物處理工藝,被廣泛應(yīng)用于城市污水處理廠。該工藝通過懸浮的微生物,也稱為活性污泥,對(duì)污水中的有機(jī)物質(zhì)和污染物進(jìn)行降解,達(dá)到凈化水質(zhì)的目的?;钚晕勰嗵幚砉に囃ǔS山佑|氧化池、好氧池和沉淀池等單元組成。在接觸氧化池中,污水與活性污泥進(jìn)行充分接觸,進(jìn)一步降解有機(jī)物質(zhì)和污染物。接觸氧化池中的攪拌設(shè)備可以增加污水與活性污泥的接觸面積,提高降解效果。隨后,污水進(jìn)入好氧池,此時(shí)提供充足的氧氣供給,為微生物的生長和代謝提供必要的條件。微生物利用污水中的有機(jī)物質(zhì)作為能源,進(jìn)行生長和繁殖,并在此過程中將有機(jī)物質(zhì)降解為較簡單的化合物。最后,污水和活性污泥進(jìn)入沉淀池。在沉淀池中,由于停止攪拌,懸浮的微生物和污染物逐漸沉降至池底,形成污泥。經(jīng)過沉淀過程,懸浮物與污泥分離,使得凈化后的水體上升至水面,進(jìn)一步處理或排放。一部分沉淀下來的活性污泥可以回流到好氧池,保持處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性?;钚晕勰嗵幚砉に嚨膬?yōu)點(diǎn)在于其處理效果好、運(yùn)行穩(wěn)定,并且具有適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。它能夠有效地去除污水中的有機(jī)物質(zhì)和污染物,降低水體中的污染物濃度,使污水得到有效凈化。此外,活性污泥處理工藝還具有操作簡便、投資成本相對(duì)較低的優(yōu)勢(shì),因此在城市污水處理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

      2.2 厭氧生物處理工藝

      厭氧生物處理工藝是一種利用厭氧微生物降解污水中有機(jī)物質(zhì)的有效方法,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)能量回收。它在一些特定場(chǎng)合具有處理效率高和產(chǎn)生少量污泥等優(yōu)點(diǎn),因此得到廣泛的應(yīng)用。厭氧生物處理工藝包括厭氧消化池和厭氧氨氧化反應(yīng)器等單元。在厭氧消化池中,通過控制污水的停留時(shí)間和溫度等條件,創(chuàng)造適合厭氧微生物生長和降解的環(huán)境。在厭氧條件下,厭氧微生物利用有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行降解,產(chǎn)生可利用的氣體和有機(jī)酸等。另一個(gè)常見的厭氧生物處理單元是厭氧氨氧化反應(yīng)器。在這種反應(yīng)器中,厭氧微生物將氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑫r(shí)釋放出能量。這一過程可以在無需供氧的情況下進(jìn)行,因此節(jié)省了能源和運(yùn)行成本。厭氧生物處理工藝相較于其他生物處理工藝具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。首先,由于反應(yīng)過程不需要氧氣供應(yīng),因此能夠適應(yīng)低氧或無氧環(huán)境,例如高濃度有機(jī)廢水的處理。其次,厭氧微生物的生長速度較慢,導(dǎo)致產(chǎn)生的污泥量相對(duì)較少,減少了處理過程中的污泥處理和處置成本。此外,厭氧生物處理工藝還可以回收能量,例如通過產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行發(fā)電或熱能回收。然而,厭氧生物處理工藝也存在一些挑戰(zhàn)和限制。厭氧微生物的生長速率相對(duì)較慢,處理過程對(duì)溫度、PH 值等條件的要求較高,需要嚴(yán)格控制操作參數(shù)。此外,厭氧處理過程中產(chǎn)生的沼氣具有易燃和有毒性的特點(diǎn),需要采取相應(yīng)的安全措施進(jìn)行處理和利用。

      2.3 AB 法污水處理工藝

      AB 法是指將A/O(好氧/厭氧)工藝和A2/O(好氧/好氧/厭氧)工藝相結(jié)合的一種生物處理工藝。A/O 工藝是指將好氧池和厭氧池相結(jié)合的工藝,A2/O工藝是在A/O 工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展而來的,增加一個(gè)好氧池,形成好氧/好氧/厭氧的處理單元。在好氧池1 中,微生物進(jìn)一步降解有機(jī)物質(zhì),同時(shí)進(jìn)行氮的氨氧化反應(yīng);在好氧池2 中,進(jìn)行硝化和磷的釋放等反應(yīng);而在厭氧池中,厭氧微生物繼續(xù)降解有機(jī)物質(zhì)。通過這種方式,能夠更加充分地去除污水中的有機(jī)物質(zhì)和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì),提高處理效果。AB 法工藝在一些大型城市污水處理廠得到廣泛的應(yīng)用,并取得較好的處理效果。它結(jié)合好氧和厭氧生物處理的優(yōu)點(diǎn),既能高效去除有機(jī)物質(zhì),又能有效去除營養(yǎng)物質(zhì),能滿足對(duì)污水處理的綜合要求。此外,AB 法工藝還具有運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡便、投資成本相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì),適用于不同規(guī)模和不同類型的污水處理廠[3]。

      2.4 MSBR 污水處理工藝

      MSBR(膜生物反應(yīng)器)是一種先進(jìn)的污水處理工藝,MSBR 工藝的核心是利用微生物對(duì)污水中的有機(jī)物質(zhì)和污染物進(jìn)行降解和處理。在MSBR 系統(tǒng)中,污水首先進(jìn)入生物反應(yīng)器,微生物在生物反應(yīng)器中與污染物發(fā)生作用,將有機(jī)物質(zhì)分解為無害的物質(zhì),并轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)和氣體等形式。而與傳統(tǒng)的生物反應(yīng)器不同的是,MSBR 系統(tǒng)采用了微孔過濾膜,將生物反應(yīng)器與沉淀池隔離開來。微孔過濾膜可以有效地阻止微生物和污染物的通過,使處理后的水與微生物徹底分離,這種分離能夠有效提高出水水質(zhì)的穩(wěn)定性和清潔度。MSBR 工藝的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著。首先,它具有高處理效率,能夠高效地去除污水中的有機(jī)物質(zhì)和污染物。微生物在生物反應(yīng)器中與污染物接觸的時(shí)間較長,使得有機(jī)物質(zhì)得到充分降解。其次,MSBR 系統(tǒng)采用膜分離技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)微生物和污染物的有效分離,確保出水水質(zhì)的穩(wěn)定性和清潔度。此外,MSBR 工藝還具有系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、操作管理方便、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn),適用于各種規(guī)模和類型的污水處理廠。

      2.5 等離子體處理工藝

      等離子體處理工藝是一種新興的物理處理污水技術(shù),它利用高溫等離子體產(chǎn)生的活性物種對(duì)污水中的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行氧化降解。等離子體是一種高能量狀態(tài)的氣體,具有強(qiáng)氧化性和高溫特性。在等離子體處理工藝中,通過將污水引入等離子體反應(yīng)器,利用高溫等離子體中的活性物種如自由基、離子和電子等,與污水中的有機(jī)物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng),使有機(jī)物質(zhì)分解為無害的物質(zhì)。這種氧化降解過程能夠有效去除難降解有機(jī)物,如有機(jī)溶劑、農(nóng)藥殘留、重金屬離子等,提高水質(zhì)的處理效果。等離子體處理工藝的優(yōu)勢(shì)在于其高處理效率和對(duì)難降解有機(jī)物的適用性。由于等離子體具有極高的能量,能夠激發(fā)污水中的有機(jī)物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)高效的降解和去除。

      此外,等離子體處理工藝還具有操作簡便、處理過程無需添加化學(xué)試劑、無二次污染等特點(diǎn),有利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。然而,等離子體處理工藝在實(shí)際應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)。首先,該工藝對(duì)設(shè)備要求較高,包括高溫等離子體反應(yīng)器和電源等設(shè)備的建設(shè)和維護(hù),增加了投資成本和運(yùn)行難度。其次,等離子體處理工藝對(duì)能源消耗較大,需要保證穩(wěn)定的能源供應(yīng)。此外,等離子體處理工藝的應(yīng)用范圍和規(guī)模有限,目前在城市污水處理中的應(yīng)用較少,仍需進(jìn)一步研究和改進(jìn)。

      2.6 其他污水處理工藝

      1.CASS 技術(shù)。CASS(循環(huán)活性污泥系統(tǒng))技術(shù)是一種改進(jìn)的活性污泥處理工藝,通過循環(huán)反應(yīng)器和沉淀池的組合,實(shí)現(xiàn)更高的處理效率和更穩(wěn)定的運(yùn)行。CASS 技術(shù)主要通過循環(huán)回流將活性污泥從沉淀池回流到反應(yīng)器中,增加微生物的接觸機(jī)會(huì),提高有機(jī)物質(zhì)的降解效率。同時(shí),CASS 技術(shù)還可以減少廢污泥的產(chǎn)生量,降低處理成本。由于其處理效果好、穩(wěn)定性高的特點(diǎn),CASS 技術(shù)在城市污水處理中得到了廣泛應(yīng)用。

      2.生物膜技術(shù)。生物膜技術(shù)是一種利用生物膜將有機(jī)物質(zhì)降解為無機(jī)物質(zhì)的工藝。在生物膜技術(shù)中,通過固定生物膜或在載體表面形成生物膜,使微生物固定在膜上,利用微生物的附著和代謝作用降解污水中的有機(jī)物質(zhì)。常見的生物膜技術(shù)包括生物濾池、生物接觸氧化池等。生物膜技術(shù)具有處理效率高、操作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),能夠有效去除有機(jī)物質(zhì)和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。因此,生物膜技術(shù)在城市污水處理中得到了廣泛應(yīng)用。

      3.Unitank 技術(shù)。Unitank 技術(shù)是一種將好氧、厭氧和厭氧-好氧結(jié)合的工藝。通過在同一反應(yīng)器中設(shè)置不同區(qū)域,分別實(shí)現(xiàn)好氧、厭氧和厭氧-好氧的處理過程,達(dá)到對(duì)有機(jī)物質(zhì)、氮和磷等污染物的高效處理。Unitank 技術(shù)的關(guān)鍵在于合理控制不同區(qū)域的氧氣、底物和微生物濃度,以促進(jìn)各種生物反應(yīng)的協(xié)同作用。Unitank 技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、能耗低等優(yōu)點(diǎn),能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種處理效果,被廣泛應(yīng)用于城市污水處理廠[4]。

      3 環(huán)境工程中城市污水處理工藝的科學(xué)選用

      在環(huán)境工程中,科學(xué)選用適合的城市污水處理工藝是確保高效處理污水的關(guān)鍵。選用合適的處理工藝需要考慮多個(gè)因素,包括污水水質(zhì)、污水量、建設(shè)與運(yùn)維成本、污水深度以及因地制宜等因素。

      3.1 污水水質(zhì)

      污水水質(zhì)是選擇適當(dāng)處理工藝的基礎(chǔ)。不同地區(qū)、不同污水來源的水質(zhì)特點(diǎn)可能存在差異,包括有機(jī)物濃度、氮、磷、重金屬等污染物的含量。根據(jù)污水水質(zhì)特征,可以選擇適當(dāng)?shù)纳锾幚砉に?、物理化學(xué)處理工藝或其組合,以達(dá)到水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放的要求。

      3.2 污水量

      污水量的大小直接影響到處理工藝的設(shè)計(jì)規(guī)模。需根據(jù)城市污水處理廠的設(shè)計(jì)處理能力確定污水量,包括日平均流量和峰值流量。不同處理工藝對(duì)污水量的適應(yīng)性也不同,例如,活性污泥工藝適用于較大規(guī)模的處理廠,而厭氧處理工藝適用于小型處理廠[5]。

      3.3 建設(shè)與運(yùn)維成本

      選擇合適的處理工藝還需要考慮建設(shè)和運(yùn)維成本。不同工藝的建設(shè)和運(yùn)維成本存在差異,包括設(shè)備投資、能耗、污泥處理等方面。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和可行性,選擇與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平相適應(yīng)的處理工藝,確保長期運(yùn)行的可持續(xù)性。

      3.4 污水深度

      污水深度是指污水處理過程中涉及的水力水位。對(duì)于一些特殊的處理工藝,如曝氣池、沉淀池等,污水深度對(duì)工藝的運(yùn)行效果有重要影響。合理確定污水深度,確保污水在處理過程中能夠充分接觸到氧氣或發(fā)生沉淀,從而提高處理效果。

      3.5 因地制宜

      因地制宜是指根據(jù)具體地區(qū)的自然環(huán)境條件、土地利用、人口密度、污水排放特點(diǎn)等,選用適宜的處理工藝。例如,對(duì)于水資源緊缺地區(qū),可以考慮采用水資源回用工藝;對(duì)于土地資源有限的地區(qū),可以選擇小型、高效的處理工藝。根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)研和評(píng)估,制定因地制宜的處理方案。

      總之,城市污水處理工藝的研究和應(yīng)用是保護(hù)環(huán)境、改善水質(zhì)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù),每種技術(shù)都有其適用的場(chǎng)合和局限性,需要根據(jù)實(shí)際情況選擇最合適的工藝組合,相關(guān)部門應(yīng)不斷努力和創(chuàng)新,進(jìn)一步提高城市污水處理工藝的效率和可靠性,為建設(shè)清潔、美麗的城市和健康的生態(tài)環(huán)境做出貢獻(xiàn)。

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