太陽能動力型集成式污水處理工藝在農(nóng)村的開發(fā)與應(yīng)用

摘 要:太陽能動力型污水集成式處理工藝是一種針對農(nóng)村污水水質(zhì)、基于太陽能動力-生物處理方法的集成式處理工藝。它操作簡單方便、治污效果持久，在減少農(nóng)村面源污染、節(jié)約能源上前景廣闊，在我國農(nóng)村有較大的開發(fā)和應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞:太陽能集成污水處理農(nóng)村污水

中圖分類號:X703文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0143-01

我國農(nóng)村生活污水的污染是面源性，對環(huán)境的不良影響也是潛移默化、日積月累的。廣大農(nóng)村人口眾多、居住分散，如城市那樣集中處理生活污水是不可能的。針對目前農(nóng)村污水處理設(shè)備多不具備脫氮除磷功能，且其生活污水又具有低碳高氮磷的特點(diǎn)，為了減少農(nóng)村面源污染，節(jié)約能源，探索操作簡單方便、治污效果持久的農(nóng)村生活污水處理工藝勢在必行，太陽能動力型集成式污水處理工藝就是依據(jù)我國農(nóng)村污水特點(diǎn)開發(fā)的新工藝，有廣泛的應(yīng)用前景。

1 開發(fā)基礎(chǔ)

新工藝的開發(fā)是以解決現(xiàn)實(shí)問題為基礎(chǔ)的。農(nóng)村生活污水處理工藝的推行中存在下列問題:

(1)工藝選擇問題。目前我國農(nóng)村采用的污水處理工藝大致有穩(wěn)定塘、土地處理、一體化處理設(shè)備等，主要以污水中的有機(jī)物為處理對象，而忽視了除磷脫氮。國外很有效果，但在國內(nèi)還需要做相應(yīng)的試驗和改進(jìn)。

(2)設(shè)備效能問題。國內(nèi)外對具有較好脫氮除磷功能的污水處理一體化裝置的研制和開發(fā)還處于研究階段。在技術(shù)方面，低碳高氮磷污水在進(jìn)行生物脫氮除磷處理時存在的主要問題是碳源不足，有機(jī)碳源往往成為制約生物脫氮除磷效果的主要因素，由于反硝化菌和聚磷菌在碳源上存在競爭，難以同時高效脫氮除磷;在經(jīng)濟(jì)方面，為達(dá)到較好脫氮效果，需要較大的內(nèi)回流比而導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用較高。

(3)應(yīng)用效果問題。目前在推廣或試驗的各種方案都有一定的效果，但國內(nèi)農(nóng)村污水的成分復(fù)雜，工藝效果的持久性、經(jīng)濟(jì)性和二次污染問題依然突出。簡單經(jīng)濟(jì)的處理效果有限，好的效果又往往伴隨高能源的消耗和高成本的投入，在處理過程中增加了農(nóng)民的負(fù)擔(dān)，也不利于能源的節(jié)約。

為了解決上述問題，開發(fā)高效低耗、高度集成、便于管理、具備于脫氮除磷功能的新型生活污水處理設(shè)備是必要的。而且具備去除有機(jī)物和脫氮除磷功能的集成技術(shù)將在我國農(nóng)村污水處理中有很大發(fā)展?jié)摿?，若在太陽能技術(shù)和造價上獲得重要突破，市場發(fā)展前景將更加廣闊。

2 原理解析

太陽能動力型集成式污水處理工藝是在對生物脫氮除磷工藝的效果和原因分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合農(nóng)村生活污水特點(diǎn)和污水的脫氮除磷機(jī)理及影響因素開發(fā)出來的新型的生物反應(yīng)器，是太陽能風(fēng)能組合、多點(diǎn)進(jìn)水水解池、好氧活性污泥法、沸石濾床相結(jié)合的處理技術(shù)，是一種針對農(nóng)村污水水質(zhì)、基于太陽能動力-生物處理方法的集成式處理工藝。

(1)經(jīng)過集水池的生活污水，進(jìn)入多點(diǎn)進(jìn)水設(shè)計的高效厭氧水解單元。最終達(dá)到高效的厭氧降解的作用。

(2)厭氧水解單元之后設(shè)置好氧活性污泥法工藝，在好氧條件下利用活性污泥對污水中的殘留有機(jī)物進(jìn)行進(jìn)一步生物降解。

(3)在工藝運(yùn)行良好的情況下，經(jīng)過物理、化學(xué)和生物等作用，完成生活污水的處理，這種集成式工藝的處理出水可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(8978-1996)一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 處理步驟

處理工藝生物反應(yīng)器分為厭氧水解單元、好氧處理單元及沸石過濾單元，可達(dá)到集成型一體化處理要求。廢水經(jīng)過集水池通過多點(diǎn)進(jìn)水器進(jìn)入太陽能污水處理工藝裝置可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效傳質(zhì)。

1)厭氧水解。廢水首先進(jìn)入掛有彈性填料的厭氧水解單元。厭氧水解單元污水與彈性填料表面接觸，一些復(fù)雜的不溶性的聚合物轉(zhuǎn)化為簡單的溶解性的單體或二聚體化合物，如淀粉在水體中被水解為葡萄糖，蛋白質(zhì)被水解為肽鏈或氨基酸等。通過水解酸化和多點(diǎn)進(jìn)水的聯(lián)合作用，廢水中大部分難降解有機(jī)物得到去除。

(2)好氧處理。經(jīng)過厭氧水解處理后出水進(jìn)入好氧處理單元，曝氣池由曝氣管供氧，在好氧活性污泥法作用下進(jìn)一步降解廢水中殘留有機(jī)物，好氧微生物在有溶解氧存在的條件下，攝取廢水中的有機(jī)物為養(yǎng)料，進(jìn)行呼吸作用與自身繁殖，從而有效的去除了污水中的有機(jī)污染物。這些水解酸化與曝氣池相結(jié)合的工藝，其總的水力停留時間縮短，曝氣量減少，基建投資有所降低，運(yùn)行費(fèi)用可降低三分之一以上。

(3)沸石過濾。好氧混合液的過濾采用沸石過濾單元完成。正常運(yùn)行過程中，混合液中污泥會被沸石填料床截留，保證較高流速條件下仍具有良好的過濾功能。

(4)廢水外排。以上處理的污水通過出水管排放進(jìn)入濕地處理系統(tǒng)。經(jīng)過反應(yīng)器耦合的水解酸化工藝和生物接觸氧化工藝穩(wěn)定運(yùn)行后，對氨氮和有機(jī)物的去除率均達(dá)到85%以上，經(jīng)過過濾后的出水達(dá)到GB8978-1996的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

(5)太陽能動力。采用太陽能風(fēng)能組合發(fā)電單元能同時收集太陽能和風(fēng)能，提高了設(shè)備的利用率和能量收集效能。利用太陽能收集器、貯能器、微型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量作為主要曝氣動力來源，加上風(fēng)能機(jī)和微動力風(fēng)機(jī)補(bǔ)充發(fā)電，在系統(tǒng)的切換裝置的作用下，實(shí)現(xiàn)太陽能機(jī)組與風(fēng)電機(jī)組輸出功率的變換。

4 工藝特點(diǎn)

將太陽能利用技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)村污水處理工藝中以解決系統(tǒng)的曝氣動力，不但解決農(nóng)村污水處理的動力問題，也從節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等角度為農(nóng)村治污開創(chuàng)一個新思路，節(jié)能又產(chǎn)能，緩解了農(nóng)村污水處理站“建得起，養(yǎng)不起”的矛盾，具有良好的應(yīng)用前景和獨(dú)特的魅力。

(1)創(chuàng)新性和適宜性。工藝?yán)枚帱c(diǎn)進(jìn)水高效水解酸化裝置作為一種有效的預(yù)處理工藝，其水解池取代了傳統(tǒng)的初沉池，大大提高了有機(jī)物的去除率。更為重要的是工藝本著改善系統(tǒng)水力特征的原則，通過水力學(xué)措施加快了水解酸化工藝的傳質(zhì)過程，實(shí)現(xiàn)了傳質(zhì)的高效性，使系統(tǒng)的有機(jī)物去除能力大為增強(qiáng)，減少了后續(xù)處理的負(fù)荷，且污水在理化性質(zhì)上發(fā)生了更大的變化，更適宜后續(xù)處理，使之在較短的時間內(nèi)達(dá)到較為理想的狀態(tài)。

(2)經(jīng)濟(jì)性和可靠性。工藝的好氧處理采用活性污泥法工藝與沸石生物濾池單元相結(jié)合的方式，達(dá)到集成化設(shè)計，工藝出水可直接達(dá)到一級排放標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)省投資和占地。應(yīng)用沸石生物過濾單元處理低農(nóng)村生活污水時，掛膜容易，水力停留時間短，處理效果穩(wěn)定，不需要污泥回流，反應(yīng)器體積緊湊，操作簡單。

(3)集成性和高效性。工藝的流程具有良好的集成性，可組合為整體設(shè)備，亦可模塊化分為太陽能動力模塊、厭氧模塊與好氧模塊，構(gòu)建一種簡便、高效的工藝運(yùn)行方式，不但充分利用太陽能，實(shí)現(xiàn)脫氮除磷，也使出水水質(zhì)達(dá)到GB8978-1996一級標(biāo)準(zhǔn)。投資及運(yùn)行成本較低，工藝處理效果穩(wěn)定，可整體采用集成型一體化設(shè)計方法，易于實(shí)現(xiàn)設(shè)備化，有良好的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。