徐州一體化污水處理設(shè)備免費設(shè)計咨詢

無動力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)經(jīng)過不斷探索與試驗，已經(jīng)高度適用于農(nóng)村污水的處理?？舍槍Ψ稚⒌?—2戶設(shè)置，也可針對相對集中的幾十到幾百戶設(shè)置。系統(tǒng)建成后可連續(xù)運行10年以上，實現(xiàn)“無設(shè)備、無動力、無能耗、無藥劑、無耗材、無維護(hù)"的節(jié)能生態(tài)綠色處理，尾水可直接排放或者資源化利用。本文介紹了農(nóng)村污水無動力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)及其工程應(yīng)用情況，以期為農(nóng)村生活污水處理提供技術(shù)參考。

1、農(nóng)村生活污水的特點及存在的問題

1.1 農(nóng)村生活污水的特點

農(nóng)村生活污水主要由餐廚污水、糞尿和潔具沖洗用水、沐浴洗滌用水組成，水質(zhì)主要有以下特點：

（1）分布面廣且較為分散，大部分村落無排污管網(wǎng)，無法集中收集。

（2）污水濃度高，水質(zhì)波動大，氮、磷含量高，不含重金屬元素，五日生化需氧量/重鉻酸鹽指數(shù)（BOD5/CODCr）的比值（0.39—0.92）比城鎮(zhèn)污水高，可生化性強(qiáng)。

（3）排水量變化系數(shù)大，一天中早晚比其他時間段排放量大，水量排放不連續(xù)。

（4）大部分無污水集中排放管網(wǎng)，多采取就地排放或者明溝排放。

（5）處理率低，大部分地區(qū)缺乏污水處理裝置，多數(shù)地區(qū)還在使用傳統(tǒng)的旱廁，有水沖廁所的地區(qū)大多是三格化糞池設(shè)施，其污水中所含污染物濃度依然很高。

1.2 農(nóng)村污水處理面臨的問題

雖然我國城鄉(xiāng)一體化建設(shè)逐步加快，但農(nóng)村污水處理仍存在較多的問題，我國農(nóng)村生活污水處理剛剛起步，還沒有形成系統(tǒng)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，處理過程中主要面臨以下幾種問題：

（1）缺少適宜不同區(qū)域特點的實用技術(shù)。我國農(nóng)村地區(qū)存在著明顯的區(qū)域差異性特征，導(dǎo)致常規(guī)技術(shù)在不同地域運用時會出現(xiàn)大量問題。

（2）污水處理標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范尚未建立。目前，農(nóng)村污水處理直接套用城鎮(zhèn)的污水處理標(biāo)準(zhǔn)體系，因為除了少數(shù)地區(qū)規(guī)定了農(nóng)村污水的處理標(biāo)準(zhǔn)外，大部分地區(qū)沒有統(tǒng)一的農(nóng)村污水處理標(biāo)準(zhǔn)。農(nóng)村污水氮、磷含量高，水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重，單位處理噸水技術(shù)成本高，參考城市污水處理的標(biāo)準(zhǔn)不是非常合理。

（3）缺乏長效的運行管理機(jī)制。對于建成的污水處理設(shè)備，運行維護(hù)資金短缺、無保障，缺乏專業(yè)人員進(jìn)行運行及維護(hù)管理，設(shè)備故障時得不到及時維護(hù)，長期處于廢棄狀態(tài)，工程管理水平普遍較低。

（4）居民環(huán)保意識薄弱。農(nóng)村居民環(huán)境保護(hù)意識薄弱，大多數(shù)不愿承擔(dān)污水處理設(shè)備費用，村鎮(zhèn)政府對污水處理可支配資金較少，導(dǎo)致農(nóng)村污水處理政策推進(jìn)困難。

2、農(nóng)村污水無動力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)

2.1 農(nóng)村污水無動力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)工藝

針對農(nóng)村生活污水污染負(fù)荷高、排水量變化系數(shù)大的特點，開發(fā)了無動力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)，利用人工基質(zhì)、定向選擇和培育的功能微生物及凈水植物，通過填料吸附過濾、微生物轉(zhuǎn)化與降解、植物吸收轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)生活污水的深度處理和資源化利用。

經(jīng)過統(tǒng)一收集的農(nóng)村生活污水通過管道輸送至調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池內(nèi)通過重力自然沉降去除泥沙和大顆粒污染物。調(diào)節(jié)池內(nèi)污水與厭氧反應(yīng)池內(nèi)微生物充分混合，通過微生物代謝降解去除有機(jī)污染物。前端處理后的污水通過重力流入生態(tài)凈化床，結(jié)合基質(zhì)吸附、植物根系物質(zhì)交換與光合作用，對污水進(jìn)行進(jìn)一步的凈化和蒸發(fā)。出水水質(zhì)可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。

對于單戶處理：采用一體化集成裝備，只需將管路與每戶常用的排水口對接進(jìn)入裝備入口即可。裝備入口設(shè)過濾網(wǎng)以攔截大顆粒污染物。微生物、基質(zhì)、植物集成在一個裝置系統(tǒng)中，利用基質(zhì)—微生物—植物的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)物理、化學(xué)和生物的聯(lián)合作用達(dá)到高效凈化污水的目的。實際運行中只需定期清洗、更換濾網(wǎng)即可。

對于集中處理：需要利用（鋪設(shè)）污水管道將污水集中排入無動力污水處理系統(tǒng)，利用系統(tǒng)中的基質(zhì)、微生物、特定植物對污水進(jìn)行凈化處理。在系統(tǒng)建設(shè)初期完成微生物接種、馴化，特定植物培育、移栽，后續(xù)根據(jù)運行情況補(bǔ)充少量微生物、植物，以保證系統(tǒng)處理效果。

2.2 農(nóng)村污水無動力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)優(yōu)勢

（1）適用廣。

可針對分散的1—2戶設(shè)置，也可針對相對集中的幾十到幾百戶設(shè)置，系統(tǒng)可穩(wěn)定運行10年以上。

（2）生態(tài)集成化。

農(nóng)村污水無動力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)在無動力情況下，將厭氧、好氧、多介質(zhì)滲濾和人工濕地生態(tài)處理技術(shù)優(yōu)化集成，優(yōu)勢互補(bǔ)，多介質(zhì)生態(tài)協(xié)同處理，實現(xiàn)“無設(shè)備、無動力、無能耗、無藥劑、無耗材、無維護(hù)"的節(jié)能生態(tài)綠色處理，尾水可直接排放或者資源化利用。

（3）資源化。

裝備結(jié)構(gòu)可采用3D打印技術(shù)，使用城市、鋼廠、電廠、煤化工固體廢棄物作為原料，實現(xiàn)廢棄物再生利用，達(dá)到“以廢治廢"的目的。

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（4）節(jié)能高效。

使用無動力復(fù)合生態(tài)凈化處理系統(tǒng)每年可節(jié)約能耗，污水中CODCr和BOD5減少95%，總氮（TN）和總磷（TP）分別減少95%、90%，處理1t生活污水，可減少二氧化碳（CO2）排放6.7kg。該處理系統(tǒng)占地面積為傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)占地面積的1/3。

2.3 農(nóng)村污水無動力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)原理

農(nóng)村污水無動力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)利用人工基質(zhì)、定向選擇和培育的功能微生物及馴化的凈水植物，通過填料吸附過濾、微生物轉(zhuǎn)化與降解、植物吸收轉(zhuǎn)化實現(xiàn)生活污水的深度處理和資源化利用。

（1）CODCr、BOD5降解：農(nóng)村生活污水中CODCr、BOD5的降解主要靠微生物的代謝活動，在厭氧池中，微生物形成微生物群落結(jié)構(gòu)，污水中的有機(jī)污染物在厭氧細(xì)菌和兼性菌的處理下分解為小分子有機(jī)物、甲烷（CH4）、CO2和水（H2O）。隨后污水進(jìn)入復(fù)合生態(tài)凈化床，填料的吸附、微生物的降解及植物的吸收作用使污水中的CODCr、BOD5得以去除。厭氧降解和復(fù)合生態(tài)凈化床的多級循環(huán)降解完成了有機(jī)物的深度脫除。

（2）懸浮物（SS）的脫除：農(nóng)村生活污水所含SS較少。小顆粒有機(jī)物靠微生物的降解作用去除，而無機(jī)物主要依靠物理攔截、沉降和過濾作用去除。

（3）氮的去除：農(nóng)村污水無動力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)的脫氮原理主要是微生物氨化、硝化和反硝化作用，植物吸收氮的比例約為10%。

ED系統(tǒng)主要由電極、離子交換膜、隔板、輔助墊片等組成，并被液壓裝置壓緊在機(jī)架上。含鹽水經(jīng)過循環(huán)泵進(jìn)入ED膜堆，并通過隔板將鹽水分布在各個淡水室，在兩極板的強(qiáng)電場作用下，鹽水中的陰陽離子發(fā)生定向移動，陰離子穿過陰離子交換膜遷移到濃室，繼續(xù)遷移時受到陽離子交換膜的阻擋而停留在濃室，陽離子亦然。隨著離子的遷移，濃水室的含鹽量越來越大，淡水室的含鹽量越來越小，達(dá)到出水條件后在各自水箱中溢流排出。

評價ED最直觀的性能在于淡水回收率、電流效率、脫鹽能力和使用壽命等因素。除了自然條件外，進(jìn)出水流速和模式、離子含量和種類、電流密度和離子交換膜的性質(zhì)等，均深深影響著ED設(shè)備的性能。

郭春禹等采用國產(chǎn)低含量淡化均相ED設(shè)備，考察了不同操作條件下的單程脫鹽率，研究表明，膜堆的單程脫鹽率隨著進(jìn)水含鹽量、流速的增大而降低，隨著電流密度的增加而升高，脫鹽率隨水中離子種類變化順序為：NaCl>Na2SO4>NaCl+Na2SO4>NaCl+MgSO4>NaHCO3>MgSO4。這為ED處理水質(zhì)較雜的脫硫廢水提供了一定的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

由于離子在離子交換膜中的傳質(zhì)速率遠(yuǎn)大于在水中，因此隨著電流密度的不斷升高，膜兩側(cè)會出現(xiàn)濃差極化現(xiàn)象，導(dǎo)致能耗的增加及膜破壞的可能，因此工作電流密度應(yīng)在極限電流密度之下。MENG等研究表明，膜堆的工作電流密度應(yīng)處于極限電流密度的70%～80%。

離子交換膜是ED最核心的部分，幾乎決定著ED系統(tǒng)的性能。李麗等實驗對比了中外5家生產(chǎn)商制備的離子交換膜除鹽性能，結(jié)果表明，其中AGC傳質(zhì)性能較好、能耗較低，應(yīng)用于純鹽濃縮工藝更占優(yōu)勢。

王天成通過計算流體動力學(xué)方法對隔網(wǎng)形狀進(jìn)行模擬研究，研究發(fā)現(xiàn)，采用菱形隔網(wǎng)可使進(jìn)水分布更均勻，傳質(zhì)更均勻，流動死區(qū)更小，從而減緩濃差極化，降低能耗。

如此多的因素影響了ED膜堆的性能，無疑增加了其理論計算，限制了其實用和推廣，因此建立ED的傳質(zhì)模型是非常有必要的。祝海濤等綜述了Maxwell-Stefan等6種ED傳質(zhì)模型，對比了各個模型的優(yōu)缺點，并提出了ED模型未來的研究方向在于采用仿真工具并結(jié)合經(jīng)驗方程和系數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化ED的傳質(zhì)模型。

2、ED在火電廠水處理中的應(yīng)用

除了應(yīng)用于海水淡化及海水制鹽外，ED還廣泛用于火電廠的水處理工藝中。自上世紀(jì)70年代起，ED常用于鍋爐補(bǔ)給水的脫鹽處理中，如上海崇明發(fā)電廠、吳淞發(fā)電所和保定石油化工電廠等。運行結(jié)果顯示ED脫鹽效果較好，水回收率較高，大大地減輕了離子交換系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。但是限于當(dāng)時技術(shù)的不成熟如膜易破損、出現(xiàn)黃水、易結(jié)垢和除硅效果差等，以及反滲透在脫鹽處理中的迅速成熟，ED在工業(yè)水處理中未能大量使用。據(jù)BURN等統(tǒng)計，截止到2015年，在全球水脫鹽處理總?cè)萘恐?，反滲透技術(shù)約占65%，多級閃蒸占21%，而ED僅占3%。

但是近些年來，隨著ED技術(shù)的不斷研究和優(yōu)化，在火電廠水處理中也得到更多的研究和應(yīng)用。陳文婷等通過中試研究了頻繁倒極電滲析（EDR）處理電廠循環(huán)水排污水（硬度739mg/L，電導(dǎo)率3.039mS/cm），結(jié)果表明，在產(chǎn)水率高于80%的前提下，脫鹽率大于80%，出水水質(zhì)（硬度162mg/L，電導(dǎo)率0.5696mS/cm）優(yōu)于循環(huán)水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，能耗為1.93kW·h/t。謝春玲等通過中試驗證了雙膜法ED組合的工藝處理循環(huán)水排污水的可行性，通過ED處理RO濃水，淡水回至RO進(jìn)水，系統(tǒng)總回收率高達(dá)96.1%。

目前，ED在火電廠水處理中的應(yīng)用是與離子交換法結(jié)合成電去離子（EDI）技術(shù)，其有機(jī)結(jié)合了ED與離子交換的特點，具有除鹽率高、無需化學(xué)藥劑再生、自動化程度高、運行成本低等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于鍋爐補(bǔ)給水、凝結(jié)水精處理等系統(tǒng)的深度除鹽工藝中。然而，EDI至今在超純水制備中仍占據(jù)較小份額，傳統(tǒng)的離子交換樹脂法市場比例仍接近于90%，相應(yīng)的市場規(guī)模仍然需求巨大。

近幾年來，隨著火電廠脫硫廢水等末端高鹽廢水的不斷推進(jìn)，形成了以“預(yù)處理-濃縮減量結(jié)晶蒸發(fā)"為主的水處理工藝。脫硫廢水水質(zhì)波動大，硬度大、懸浮物和鹽含量高且復(fù)雜，處理困難。電廠普遍采用三聯(lián)箱技術(shù)、雙堿法等預(yù)處理技術(shù)，后續(xù)常采用管式微濾膜和中空纖維超濾等進(jìn)一步除硬和除濁。濃縮減量技術(shù)是廢水藝的關(guān)鍵所在，關(guān)乎系統(tǒng)的工藝、投資和運行。濃縮減量技術(shù)可分為熱法和膜法，熱法主要包括機(jī)械蒸汽再壓縮（MVR）、低溫多效蒸發(fā)（LTMED）和多級閃蒸（MSF）等，膜法主要包括高壓反滲透膜（SWRO）、碟管式反滲透膜（DTRO）、正滲透（FO）和ED等。較多研究者如AMSHAWEE、YAQUB和韋鋒濤等對比了各種濃縮減量技術(shù)的優(yōu)缺點及能耗，