污水收集設施。
農村污染特別是水污染治理迫在眉睫。但是，由于我國農村人口分布廣而且分散，城市的大規(guī)模管網建設、集中處理并不適合農村地區(qū)；同時，農民經濟承受能力較差、技術管理水平較低，因此，操作難度大、投資和運行成本高的污水處理技術也難以推廣。最近，“智能分散式生活污水處理裝置”在江蘇省常州市農村地區(qū)試點取得成功并通過地方技術鑒定，可望為農村污水治理提供新的技術和思路。
幾排整齊的小樓房附近，一圈白色的矮柵欄圍著一座藍色的小房子，小房子背面緊挨著一個1米多高的水泥池，汩汩的清水從水泥池底部的水管流出，注入水塘。
這是記者最近在江蘇省常州市新北區(qū)羅溪鎮(zhèn)鴉鵲村看到的生活污水處理試點項目，這個項目采用了常州浩瀚新材料科技有限公司(以下簡稱浩瀚科技)研發(fā)的“智能分散式生活污水處理裝置”，將高效生物膜反應(生物原電池)技術與高能粒子直接氧化技術相結合，利用高能粒子束轟擊水溶液產生大量的強氧化性物質對水體中的有機污染物進行預氧化，對水體中的細菌、病毒進行殺滅。
項目工程于2010年4月開工，2010年7月30日竣工，日前由常州市環(huán)保局主持召開了“智能分散式生活污水處理裝置”技術鑒定會。技術鑒定專家組組長、中國工程院院士蔡道基認為，“智能分散式生活污水處理裝置”從材料學切入，利用高分子材料合成技術對生物載體進行改性，獲得巨大比表面積，設備體積小、處理時間短，處理能力高、成本低廉，在環(huán)境治理領域是個全新的發(fā)展方向。
從材料科學入手，創(chuàng)新工藝打破傳統(tǒng)路線
“智能分散式生活污水處理裝置”技術與傳統(tǒng)的生化法處理工藝有何不同？專家介紹說，“智能分散式生活污水處理裝置”是基于農村基層實際情況而研究開發(fā)的技術裝置，具有智能化管理、運行成本低、免維護等特點，從工藝路線上看，完全不同于傳統(tǒng)污水處理技術。
技術研發(fā)總體設計師、常州大學客座教授張毅向記者介紹說，這一創(chuàng)新技術包括三級處理系統(tǒng)和沉淀物處置系統(tǒng)。
一級預氧化系統(tǒng)內安裝了高能粒子直接氧化反應器。在反應器內，利用高能粒子束轟擊水溶液，使水分子發(fā)生電離。水體中的氯離子在電離作用下生成了次氯酸，這些氧化反應能力極強的物質對水體中的污染物進行無選擇的強氧化反應和強氧化還原反應，使脂肪蛋白質等長鏈分子結構物質得以斷鏈，為生物降解提供良好的條件。
二級高效生物膜反應系統(tǒng)是裝置的核心部分。反應器內裝填的生物載體比表面積是傳統(tǒng)的生物接觸氧化載體比表面積的幾十倍甚至更高，因此，在巨大比表面積上“著床”的微生物個數也相應提高，使生物量和水體接觸面積增加，提高了生物降解處理能力，縮短了處理時間，使處理效果大大增強。微生物著床的載體上還螯合了鐵離子，形成了“生物原電池”。即微生物在厭氧狀態(tài)下產生了氫氣和甲酸，對原電池提供燃料，形成鐵內電解原理，對污染物進行微電解氧化，達到輔助生物氧化降解、水質凈化與污泥處理的目的。
三級深度殺菌系統(tǒng)利用高能粒子直接氧化反應器對水體中的病毒、細菌、病原體進行強氧化斷裂分子鏈，并得到分解，從而杜絕傳染性病毒、病原體隨水體流動而擴散傳播。
生物膜反應器內所培養(yǎng)生長的聚磷菌可以使水體中的磷顆粒得以團聚，并隨剝落的老化微生物沉積在反應器的污泥收集斗。磷在羥基化作用下和水體中的鈣、鎂、鐵、鋁等物質絡合生成磷酸鹽類物質，最終可做磷肥，用于植物施肥。
張毅介紹說，“智能化分散式生活污水處理裝置”從材料學切入，以比表面積較大的中孔纖維為載體，表面聚合二氧化鈦納米層和鐵攙雜稀土合金材料，獲得巨大比表面積，為微生物的著床提供足夠空間，縮短水停留時間，使系統(tǒng)設備體積變得更小，處理能力成倍提高。原位電池的接枝使水體中的長鏈分子得以斷鏈，為生物處理提供條件，保證出水水質的穩(wěn)定。
鑒定專家組成員、國家海洋局東海分局科學技術委員會委員仵彥卿教授認為，這一裝置從材料學介入環(huán)境治理，以不同的視線、全新的理念打破常規(guī)技術路線，為水環(huán)境治理開辟了新的研究方向和示范作用。
占地面積小，出水水質好
雅鵲村示范工程規(guī)劃將生活污水處理分南、中、北3個區(qū)，其中南區(qū)規(guī)劃50戶，現(xiàn)每天排放生活污水量約30噸；中區(qū)規(guī)劃50戶，現(xiàn)每天排放生活污水量約25噸；北區(qū)規(guī)劃100戶，現(xiàn)每天排放生活污水量約40噸。3個區(qū)總處理水量95噸，其中每個區(qū)項目占地面積均約48平方米，設施主要包括調節(jié)池、智能化生活污水處理系統(tǒng)、簡易房等。其中，調節(jié)池24立方米，為鋼砼結構；智能化生活污水處理系統(tǒng)是鋼結構；簡易房用夾心彩鋼板材料搭建。
據介紹，村里的污水由管網從各家的化糞池出口收集匯集到調節(jié)池內，經過潛污泵加壓進入預氧化系統(tǒng)進行預氧化處理，經過預氧化處理后的水體在重力下進入膜生物反應系統(tǒng)(生物原電池)進行生物降解和微電解氧化降解，然后水體進入深度處理系統(tǒng)進行殺菌消毒過濾，最后排出系統(tǒng)。沉積在膜生物反應器底部污泥收集斗內的活性污泥，按污泥回流比部分被回流進入反應系統(tǒng)內，剩余的污泥被定時排放進污泥濃縮池內進行污泥深度氧化處理。
記者在南區(qū)30立方米/天的項目現(xiàn)場看到，從“藍房子”下部管道排出的水體潔凈透明，接收這些水的水泥池塘也較為清澈，雖然沒有覆蓋設施，周邊并無異味。據此不遠的常州市新北區(qū)西夏墅鎮(zhèn)水塔口村也有類似的項目，項目設計最大處理能力120立方米/天，總用地面積約238平方米。
此技術的關鍵在于將好氧生物處理與厭氧生物處理、生物技術與微電解技術、污泥處理與水質凈化糅合于一體，并且糅合的緊湊、合理。鑒定專家組成員、國家生態(tài)學會微生物生態(tài)專業(yè)委員會副主任徐亞同這樣認為，這一技術對于土地相對緊張及廢水收集困難的中小城鎮(zhèn)污水處理，更具有現(xiàn)實意義和推廣價值；同時，為污染源連片綜合治理提供了思路和方向。
張毅介紹說，“智能化分散式生活污水處理裝置”可掩埋地下也可建造在地面。當建立在地面時，可直接安裝于調節(jié)池上方，占地面積僅為當前流行的一般治理方法接觸氧化法的20％。
張毅告訴記者，根據檢測數據，出水的CODcr、BOD5、懸浮物(SS)色度、糞大腸菌群等指標均達到GB18918－2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中一級A標準，TN、NH3－N、TP達到一級B標準。
鑒定專家組成員、浙江大學環(huán)境科學院副院長陳英旭教授表示，這一技術結合生態(tài)島或植物根系處理技術，對改善太湖流域的水質將起到積極作用，具有極高的推廣價值和社會效益。
全自動運行，管理簡便，投資及運行費用少
用于農村的分散式污水處理技術并不鮮見，但很多難以廣泛推廣，主要原因在于運行管理復雜，投資、運行成本高。
而“智能化分散式生活污水處理裝置”的運行實現(xiàn)了全自動化智能管理。即生物膜反應器內轉籠的轉動速度，由在線溶氧儀溶解氧讀數傳輸進入自動化控制器(PLC)來控制調速電機轉速，當膜生物反應器內水體中溶解氧濃度低于設定值時，程序將自動調整調速電機轉動速度，直到溶解氧濃度達到設計要求值。此外，調節(jié)池提升泵、生物膜反應器底部的收集泥斗，也由液位儀、壓力傳感器智能控制，正常運行后，不需專人進行看管和操作，只需定期檢查運行是否正常。
據了解，上述鴉鵲村和水塔口村兩個試點項目均由當地政府投資，由浩瀚科技負責設計建設，在新北區(qū)城建和環(huán)保兩個部門現(xiàn)場驗收合格后，移交給當地村委會運行管理。浩瀚科技向村委會提供詳細完整的系統(tǒng)用戶手冊、技術說明，提供技術支持，并定期對項目運行情況進行跟蹤，包括進出水質監(jiān)測、系統(tǒng)電器維護、故障排除、易損件更換等。
清華大學信息學院副院長、國家“863”先進制造與自動化控制專家委員會副主任賈培發(fā)教授在評審時指出，在線監(jiān)測自動化控制的完善，突顯這一技術的高端性和實用性，將會引導環(huán)保產業(yè)向規(guī)范化、標準化發(fā)展。
此外，由于使用這一技術的處理過程中無化學品消耗，所以項目投資和運行成本較低。
“雅鵲村示范工程3個區(qū)域的平均運行費用小于0.2元/立方米。西夏墅鎮(zhèn)水塔口村的項目設計處理能力120立方米/天，現(xiàn)在以30％的低負荷運行，運行成本0.4元/立方米”。說起成本，張毅掰著指頭給記者算起了賬。“以鴉鵲村設計最大處理能力50立方米/天的項目為例，投資16.8萬元，噸水投資費用3360元/立方米。技術裝置總裝機容量0.42千瓦，其中，潛水泵0.1千瓦，調速電機0.12千瓦，高能粒子發(fā)生器0.2千瓦，技術裝置現(xiàn)實際處理水量40立方米/天(平均值)；總耗電量5千瓦/天(以每天平均運行12小時左右計算)，折合人民幣(按0.8元/度計算)4元/天。平均運行費用0.1元/立方米。”
張毅介紹說，西夏墅鎮(zhèn)水塔口村的項目由于規(guī)模較大，噸水投資費用更低，約為2900元/立方米，總投資35萬元；滿負荷運行后的運行成本將從目前的0.4元/立方米降到0.1元/立方米甚至更低。
專家組成員、國家水專項項目評審專家委員會成員、原太湖流域水資源管理局副局長陳荷生教授在對項目的實地調研中指出，創(chuàng)新技術的應用關鍵在于處理裝置的實用化和工藝結構的簡單化。他說，“智能分散式生活污水處理裝置”，和國家“十二五”提出的農村污水治理連片整治的精神相吻合，為有效治理農村污染源提供了新思路。
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