自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理中的應(yīng)用

楊文浩

（中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司）

1 引言

改革開放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)得到了迅速發(fā)展，國(guó)家綜合實(shí)力得到很大提升，但在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，不知不覺(jué)對(duì)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(guó)的水環(huán)境治理過(guò)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(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)二次污染，處理效率很高。本文通過(guò)對(duì)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(lái)源和背景

我國(guó)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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(wèn)題。自響應(yīng)生物反應(yīng)技術(shù)又稱為IBR（Integreted Biomarker Responses，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(guò)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)地。在沉淀的過(guò)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(dòng)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(guò)分析污水的水深、溫度和水質(zhì)以及季節(jié)變化對(duì)污水狀態(tài)造成的影響來(lái)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(guò)程中消耗的能量，達(dá)到節(jié)能的目的。在通氣裝置中，最簡(jiǎn)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(lái)的物質(zhì)會(huì)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(guò)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(guò)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(guò)，同時(shí)保證水的通過(guò)，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(huì)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(duì)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(duì)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(shì)

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(guó)14 個(gè)省份、總計(jì)超過(guò)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(chǎng)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(shì)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(guò)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(guò)程中場(chǎng)地建筑設(shè)計(jì)十分暢通，十分簡(jiǎn)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(wèn)題巧妙轉(zhuǎn)變成了處理池的深度問(wèn)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(guò)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(dòng)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(jiǎn)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(dòng)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(jiǎn)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(jiǎn)單，運(yùn)用該控制器可以達(dá)到自動(dòng)控制的目的，所以在步驟上甚至不需要過(guò)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(guò)程中無(wú)噪音，不需要在污水處理廠外再設(shè)置隔音裝置，也不會(huì)因?yàn)樵胍舳艿酵对V。

③由于設(shè)備保質(zhì)期長(zhǎng)，在運(yùn)營(yíng)期間無(wú)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(guó)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(guó)之一。隨著國(guó)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(wèn)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(guó)家的可持續(xù)發(fā)展理念，污水處理也逐漸受到社會(huì)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(duì)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(guò)程中會(huì)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(huì)消耗大量的溶解氧，導(dǎo)致原來(lái)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(guó)的工業(yè)持續(xù)發(fā)展中還有可能會(huì)產(chǎn)生許多重金屬超標(biāo)的廢水，直接排放后會(huì)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(guò)程中也會(huì)造成水體污染。農(nóng)民對(duì)農(nóng)作物施肥、噴灑農(nóng)藥和此過(guò)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(yíng)養(yǎng)化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年平均使用農(nóng)藥為50萬(wàn)噸～60 萬(wàn)噸，化肥使用量為4537 萬(wàn)噸，其中產(chǎn)生的大量污染物造成許多河流、水庫(kù)、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(lè)場(chǎng)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(lái)越重要，對(duì)環(huán)境建設(shè)工作也有著越來(lái)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(huì)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(lái)，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(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)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(guò)長(zhǎng)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(lái)了改變和提高。