凈水處理設備的簡介及分類
分散生活污水是水體污染的重要來源,其自身的特點決定了污水治理方法的特殊性和多樣性,傳統的處理技術存在著諸多弊端而難以作為治理分散污水的技術得以推廣。土地處理法為分散生活污水的治理提供了一種低費用、低能耗的處理技術,相對于其它分散生活污水的處理工藝,土地處理技術是一種生態循環效率更高的自然處理系統。土地處理系統在技術和經濟上都具備了處理分散生活污水的許多有利條件。
分散式生活污水
遠離城區居民點的生活污水難以也不可能全部收集入城市污水處理廠,這些城市污水管網收集不到或集中處理不經濟的生活污水稱為分散式生活污水,主要包括各種療養院、度假村、別墅區、遠離城區的一些單位以及零星分布的公寓型村鎮等產生的生活污水。分散式生活污染源產生或排放的污水由于得不到很好的治理,隨意就地排放,然后匯入江河、湖泊等水體,對水環境質量造成了嚴重的污染。農村水環境污染問題影響了飲水安全,制約了農村地區的經濟發展。
分散生活污水來源
分散生活污水按來源成分,可分為5類:
? 含糞便的污水;
? 以尿液為主的污水;
? 洗衣水、洗碗水、淋浴水、洗澡水和清洗水等;
? 廚房洗滌水;
? 不適合就地處理和回用的固體廢物產生的廢水。
分散生活污水特點
分散生活污水的特點主要有:
? 相對于城市生活污水而言,排放量較??;
? 有機物含量偏高,生化性較好;
? 氨氮含量偏高;
? 污水就近直接排放溝渠,沖刷土壤,濁度特別高;
? 間歇排放波動大,波動系數為3.5~6.0。
在我國,分離收集仍未得到推廣,故分散生活污水的混合程度較高,成分變化幅度較大,這在一定程度上限制了分散污水處理技術的開發和應用。
分散生活污水處理概況
在考慮分散式污水處理的問題上,既要滿足當前的達標排放,不對周邊環境造成污染和危害,又要從長遠的角度考慮到回用的需要。針對分散污水產生地區的地形地勢、道路交通條件以及居民住宅建設布局等具體情況,探索出因地制宜的分散污水的小規模收集處理方式,既解決當前分散生活污水的達標排放問題,又充分考慮了今后污水回用的需要,節約水資源、保護水環境,促進當地的社會經濟發展與資源、環境相協調,這是確定分散式污水處理方式應該考慮的關鍵因素。
目前可以在小型社區、分散單位機構和農村應用的分散污水處理工藝大致可分為2類:
(1)利用土壤作為處理載體和排放載體的自然生態處理系統,包括土壤快速滲濾、慢速滲濾、地下滲濾和人工濕地等,以及一些污泥和化糞池污泥處理系統;(2)利用復雜的生物和物理過程的傳統處理系統,以各種池體、水泵、鼓風機和其他機械作為一個處理整體,這些處理包括微生物懸浮生長、附著生長以及兩者混合生長的形式。
第2種處理方式是從各種污水處理廠處理工藝中簡化而來的,有的甚至是污水處理廠的一種微縮版。由于其工藝復雜、運行管理費用高等原因一直很難被推廣利用,為此需要尋找一種簡單、低成本的處理技術,以土地處理系統為代表的第1類污水自然生態處理技術適應了這一要求。
污水生態處理技術體系
污水生態處理技術以土地處理方法為基礎,是污水土地處理系統的進一步發展,以土壤介質的凈化作用為核心,在技術上特別強調在污水污染成分處理過程中植物-微生物共存體系與處理環境或介質的相互關系,特別注意對生態因子的優化與調控。
污水土地處理系統
污水土地處理系統是運用生態學原理加工程學方法而形成的生態學污水處理技術,其實際上是追求土壤、含水層和植物的“處理”與“利用”兩個功能的總體實現。污水土地處理系統可以定義如下:在人工控制條件下將污水投配在土地上,通過土壤-植物系統,進行一系列物理的、化學的、生物的吸附、過濾與凈化作用和自我調控功能,使污水中可生物降解的污染物得以降解、凈化,其氮、磷等營養物質和水分得以再利用,使水質得到不同程度改善,實現廢水資源化與無害化的常年性生態系統工程。
污水土地處理技術有5種基本類型:慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流、濕地和地下滲濾處理法。土地處理系統工藝類型的選擇,主要是根據土壤性質、透水性、地形、種植作物種類、氣候條件和對污、廢水處理程度的要求等來選擇。
1. 慢速滲濾處理法
慢速滲濾土地處理法是將污水有控制地投配到土壤或種有植物的土壤表面,污水在流經土壤表面及土壤-植物系統內部時垂直滲濾并得到凈化的土地處理工藝。慢速滲濾系統必須經過周密的設計才能為系統的安全運行打下良好的工程基礎,其中水力負荷和有機負荷是重要的設計參數,也是目前國內外進行工程設計時比較關注的參數;水力負荷大小的選用,除了與污水本身的水質因素有關外,主要依賴于土壤性能和選擇作物的耐氮性能。與傳統污水灌溉相比,該系統不僅利用污水中的水肥資源,而且通過對單位面積污染負荷與同化容量的嚴格計算,確定較低限制因子,同時采用多樣化的生態結構,將污水有控制地投配到土地上;針對不同污染負荷設計不同的水力負荷的有效分配,保證系統在較好的狀態下連續運行。慢速滲濾處理法可分為兩種基本類型:①小水量大面積類型:在中國缺水的北方地區,以兼用水、肥資源和水處理為目的,在地廣人稀、土地資源充足的地區,采用盡可能大的土地面積處理小水量污水的類型;②大水量小面積類型:在城鎮郊區,土地資源緊張,以處理污水、再生水為主要目的,在盡可能小的面積上以高水力負荷處理污水。從國內外實際運行的工程實例來看,慢速滲濾系統對污水的凈化效果較好,主要是因為土壤-植物系統包含了過濾、吸附和生物氧化等十分復雜的綜合過程。由于土壤是多相、多孔,高度分散的體系,所以它有使污水得到凈化的特殊功能。慢速滲濾系統的污水投配負荷一般較低,滲濾速度慢,故污水凈化效率高,出水水質優良。目前,慢速滲濾已發展成為替代三級深度處理的重要水處理技術之一,在一定條件下尚可替代二、三級處理。
2. 快速滲濾處理法
快速滲濾處理法是將污水有控制地投配到具有良好滲濾性能的土壤表面,污水通過重力作用在向下滲濾過程中經過生物氧化、硝化、反硝化、過濾、沉淀和還原等一系列作用而得到凈化的污水土地處理工藝。其工藝目標主要有:①污水處理與再生水補給地下水;②用地下暗管或豎井收集再生水以供回用;③通過攔截工程措施,使再生水從地下進入地表;④再生水季節性地貯存在具有回收系統的處理場之下,在作物生長季節用于灌溉。適用于土層較厚(大于1.5 m),滲透性能良好的粗質地土層,如亞砂土、砂質土等。要求地下水深在2.5 m以上,地面有一定的坡度,距離人口密集區有一定的距離。在系統設計時,需要考慮的關鍵工藝參數主要有:①土壤滲透系數為0.36~0.6 m/d;②年水力負荷為6~150 m/a,年有機負荷為3.6×104 kg BOD/(hm2·a)??焖贊B濾工藝的顯著優勢是可保證終年運行,即使在寒冷的北方地區也是如此??焖傧到y對COD、BOD都有較高的去除率,美國的典型快速系統滲濾出水水質與慢速滲濾工藝的效果相當,BOD達到0~8 mg/L。
3. 地表漫流處理法
地表漫流處理法是將污水有控制地投配到生長多年生牧草、坡度緩和、土地滲透性能低的坡面上,使污水在地表沿坡面緩慢流動過程中得以充分凈化的污水土地處理工藝。該系統的凈化機理是利用“土壤-植物-水”體系對污染物的巨大容納、緩沖和降解能力,分布于地表的生物膜對污染物有吸附、降解和再生的作用,植物起到了均勻布水的作用,陽光既可以提高系統活力,又可以殺滅病原體及促進污染物的分解,大氣給了微生物良好的呼吸條件,即污水地表漫流土地處理系統構成了一個“有活力”的生物反應器。研究表明,在進行污水地表漫流土地處理系統設計時,需要考慮的場地工藝參數主要包括:地面較好的坡度為2%~8%;土壤類型選擇滲透性能低的土壤,以粘土、亞粘土較為適宜,或在0.3~0.6 m以下有不透水層;植物選擇以根系發達,耐污性強,固定吸收污染物強的植物為主;對于城市污水,水力負荷通常采用2~4 cm/d;污水投配頻率為5~7 d/周;污水投配時間為5~24 h。地表漫流系統對污水預處理要求程度較低,出水以地表徑流收集為主,對地下水影響比較小,在處理過程中,除少部分水量蒸發和滲入地下外,大部分再生水經集水溝回收。
4. 濕地處理法
濕地處理法是將污水有控制地投配到土壤-植物-微生物復合生態系統,并使土壤經常處于飽和狀態,污水在沿一定方向流動過程中在耐濕植物和土壤相互聯合作用下得到充分凈化的土地處理工藝。該處理系統的工藝目標包括:①直接處理污水;②對經人工或其它工藝處理后的污水進行再處置或深度處理;③利用污水營造濕地自然保護區,為野生群落提供有價值的生態棲息地。在進行濕地設計時,需要考慮的工藝參數包括:①土壤滲透系數≤0.12 m/d;②年水力負荷為3~30 m/a,年有機負荷為1. 8×104 kg BOD/(hm2·a);③地面坡度<2%,土層厚度>0.3 m;④較為常用的修復植物有蘆葦屬、燈芯草屬、香蒲屬和簏草屬植物。濕地廢水處理法基建投資和運行費用低,可常年運行,運行管理方便;處理效果好,出水水質優于生物處理,對氮、磷、重金屬和難降解有機物也有較好的處理效果;濕地植物有一定的經濟價值。
5. 地下滲濾處理法
地下滲濾處理法是將污水有控制地投配到具有一定構造和良好擴散性能的地下土層中,污水在經毛管浸潤和土壤滲濾作用后向周圍和向下運動并在此過程中達到處理、利用要求的污水處理工藝。該生態系統的凈化功能,采用在土壤亞表面布水的方式投配污水,使污水中的污染物在生態系統的物質循環中進行降解,凈化水質,使污水中的能量通過生態系統的能量轉化逐級充分利用,以維持生態系統正常發揮的中小規模的自然生態處理工程。該處理系統主要應用于分散的小規模污水處理,其工藝目標主要包括:①直接處理污水;②在地下處理污水的同時為上層覆蓋綠地提供水分與營養,使處理場地具有良好的綠化帶鑲嵌其中;③產生優質再生水以供回用;④節約污水集中處理的輸送費用。地下滲濾處理法具有不影響地面景觀、基建及運行管理費用低、運行管理簡單、氮磷去除能力強、處理出水水質好、可用于污水回用等特點。地下滲濾目前成為就地處理分散污水的常用方法,適用于農村、鄉鎮、遠離城市的分散度假區等,由于污水直接引入土層深處,較少引起環境污染問題。