利用下水道管渠空間處理城市污水的探討

利用下水道管渠空間處理城市污水的探討利用下水道管渠空間處理城市污水的探討摘要：表達(dá)了利用下水道處理污水技術(shù)的理論根底及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀；利用下水道處理污水是正在不斷得到研究應(yīng)用和開展的污水處理新技術(shù)，具有投資省，操作簡單等優(yōu)點(diǎn),是適合我國國情，尤其適用于我國廣闊中小城鎮(zhèn)的實(shí)用技術(shù)，具有廣大的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：下水道管渠空間城市污水污水處理

一、污水在下水道內(nèi)輸送過程中的水質(zhì)變化

目前普遍的看法是：城市污水排放系統(tǒng)由污水收集系統(tǒng)〔排水管網(wǎng)〕和污水處理系統(tǒng)〔污水廠〕兩局部組成，而且各自的功能劃分十清楚確，排水管網(wǎng)的主要功能是收集與輸送污水，而污水廠那么起到了凈化污水的作用。

隨著科學(xué)技術(shù)的開展，人們對(duì)污水排放系統(tǒng)各局部的功能和各自扮演的角色有了更深的認(rèn)識(shí)，排水管道將污水收集并輸運(yùn)到污水處理廠的同時(shí)，其內(nèi)部的污水在管道內(nèi)還進(jìn)行著復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物學(xué)變化過程，這些過程的發(fā)生不僅影響了排水管道的輸送效率，而且直接影響污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)。

實(shí)際上，污水排放系統(tǒng)對(duì)污水的凈化作用并不是從污水達(dá)到污水處理廠才開始的，自污水進(jìn)入污水管網(wǎng)的那一刻開始，污水排放系統(tǒng)對(duì)污水的凈化就已經(jīng)開始了，污水管網(wǎng)對(duì)污水處理廠來說，其作用不僅僅只是一個(gè)“中轉(zhuǎn)運(yùn)輸站〞，它同時(shí)也扮演著一個(gè)巨大的中間反饋器的角色，對(duì)一些污水管道內(nèi)沉積的淤泥以及附著在管壁上的生物膜的測試說明，下水道管渠外表、管底沉積淤泥和污水中已經(jīng)存在了大量高活性的微生物，管渠污水中的微生物不斷發(fā)生著細(xì)菌增殖、適應(yīng)及選擇等物理、化學(xué)和生物過程，并在原污水中不斷誘導(dǎo)出活性很強(qiáng)的微生物群落。

二、國內(nèi)外對(duì)下水道內(nèi)污水水質(zhì)變化的研究

Nielsen在實(shí)驗(yàn)室中研究了自然狀態(tài)下不同溫度時(shí)下水道污水中糖類、乙酸、蛋白質(zhì)、SCOD及COD等的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這幾種物質(zhì)的含量與組成變化較大，且這幾類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程根本上遵循高活性的零級(jí)反饋模式。

Raunkjaer在一段5km長的重力下水道內(nèi)以BOD作為考察指標(biāo)，對(duì)下水道污水中BOD的變化進(jìn)行了研究，研究結(jié)果說明，25℃時(shí)，生活污水在下水道內(nèi)流行時(shí)，其BOD清除率到達(dá)了30%～40%.Kaijun在1995年分別在不同的反饋器內(nèi)模擬了下水道內(nèi)的好氧、微氧條件，經(jīng)20天的試驗(yàn)結(jié)果說明，在反饋開始1～2天內(nèi)有機(jī)物的降解速率維持在一個(gè)較高的水平，降解速率遵從零級(jí)反饋模式，在隨后的18天里有機(jī)物的降解速率才逐漸降低并接近一級(jí)反饋。

以色列科技學(xué)院的M.Green等人在1985年采用SBR生物反饋器模擬了DANREGION的污水管道處理系統(tǒng)，該污水管網(wǎng)覆蓋人口超過100萬，每天的污水量近300,000m3，污水主干管呈U型，管徑600～2100mm，總長37km，污水在排水管道內(nèi)的平均停留時(shí)間超過10h.研究人員通過增加一條8km長的壓力管提供活性污泥回流以保證下水道系統(tǒng)內(nèi)足夠的微生物數(shù)量，通過在排水管道的適當(dāng)位置進(jìn)行曝氣以保證下水管道內(nèi)有充足的溶解氧。這樣，整個(gè)環(huán)狀管網(wǎng)系統(tǒng)就成為了“分段進(jìn)水推流式好氧污水處理裝置〞。試驗(yàn)結(jié)果說明，該系統(tǒng)能夠充沛利用分段進(jìn)水反饋器和推流式反饋器的優(yōu)點(diǎn)，其COD清除率到達(dá)了79%~80.8%，BOD的清除率到達(dá)了85%~93%，最終出水BOD低于25mg/L.通過經(jīng)濟(jì)分析可知，利用重力式管道系統(tǒng)處理污水的基建投資比普通活性污泥法要節(jié)省50%以上。

Ozer和Kasirgal也在1995年進(jìn)行了利用下水道微生物處理生活污水的模擬試驗(yàn)研究，在供應(yīng)充足的空氣條件下試驗(yàn)了相同水質(zhì)的生活污水在不同管徑污水管中到達(dá)相同清除效果時(shí)所需管長。根據(jù)Ozer和Kasirga所提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們可以得到圖1和圖2；其中圖1是在不同管徑的污水管中到達(dá)相同的處理效率時(shí)所需管道長度間的關(guān)系，圖2為在確定的處理效率條件下，在不同管徑污水管進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的反饋速率。

根據(jù)圖1和圖2，可以得出如下結(jié)論，在好氧條件下利用下水道空間處理污水，在相同的流速下，使同樣水質(zhì)的污水到達(dá)相同的清除效率，小管徑的污水管所需的管長明顯小于大管徑所需的管長，在小管徑的污水管中發(fā)生的生化降解速率更快，也就是說小管徑的污水管比大管徑的污水管具有更高的處理效率。

分析其原因，在小管徑的污水管中，潤周/過水?dāng)嗝娣e之值較高，也就是在小管徑的污水管中，單位體積的污水能夠接觸更多的微生物，生化反饋速率更高，隨著管徑的加大，在相同的條件下污水取得同樣的清除效果所需的停留時(shí)間將延長。由圖2我們還可以看出，管徑越大，反饋過程中下水道內(nèi)的物質(zhì)降解速率更接近0級(jí)反饋模式而不是1級(jí)反饋模式，隨著反饋的進(jìn)行，有機(jī)物濃度降解到一定程度，下水道內(nèi)發(fā)生的生化反饋越來越向一級(jí)反饋模式靠近，根據(jù)米門方程可知，下水道處理污水的限制性因素不是污水中的有機(jī)物濃度，而是下水道內(nèi)的生物量。

陳輔利等人曾采用在排水明渠內(nèi)放置特制載體的形式增加溝渠中的微生物量以加快明渠污水反饋速度的方式進(jìn)行了試驗(yàn)，并分別在實(shí)驗(yàn)室和某天然河渠內(nèi)對(duì)溝渠處理污水的工藝、效率、抗沖刷能力等進(jìn)行了試驗(yàn)，該試驗(yàn)結(jié)果說明在1.5h內(nèi)COD清除效率可以到達(dá)80%以上。

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黃方等人那么通過在管道前端設(shè)置高負(fù)荷生物接觸氧化池的方式進(jìn)行了管式活性污泥法的模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果說明：只要使管道內(nèi)保持一定的微生物濃度及溶解氧，城市污水可在管道內(nèi)能夠得到較好的凈化。

王西聘那么利用固定化細(xì)胞技術(shù)進(jìn)行了下水管網(wǎng)系統(tǒng)凈化污水的模擬試驗(yàn)，通過比擬研究了厭氧、好氧、厭氧-缺氧-好氧以及缺氧-好氧4種工藝凈化生活污水的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，在管網(wǎng)系統(tǒng)中設(shè)置固定化細(xì)胞，施以適當(dāng)?shù)娜斯て貧?，保證污水在管道內(nèi)一定的停留時(shí)間的工況條件下，可使污水中的COD清除率大于60％，出水COD和SS均到達(dá)國家污水綜合排放規(guī)范的二級(jí)規(guī)范。

三、結(jié)論

目前，我國中小城鎮(zhèn)的污水排放量約占全國污水排放總量的一半以上，隨著“十一五〞國家政策向中小城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)的傾斜，未來我國中小城鎮(zhèn)建設(shè)將會(huì)以前所未有的速度快速開展，生活污水和工業(yè)廢水的排放量也會(huì)以數(shù)倍、甚至十幾倍的速度增長，這勢必加劇我國水環(huán)境的惡化程度。中小城鎮(zhèn)和大城市在水系上是相通的，中小城鎮(zhèn)的污水治理工作做不好，大城市污水處理即使到達(dá)一個(gè)很高的水平，水環(huán)境的質(zhì)量也不會(huì)有明顯的改善。因此，要改善我國水環(huán)境污染和惡化的狀況，愛護(hù)我國緊缺的水資源，除了要刻不容緩地對(duì)大城市的污水進(jìn)行處理外，中小城鎮(zhèn)污水也應(yīng)該引起足夠的重視。

由于中小城鎮(zhèn)和大城市經(jīng)濟(jì)開展水平、排水體制、根底資料、融資渠道等有很大的差別，所以不可能也不應(yīng)該把大城市的污水處理工藝、技術(shù)裝備等搬用到中小城鎮(zhèn)中去。

示例在我國長江中下游地區(qū)，這一區(qū)域人口到達(dá)2.1億，中小城鎮(zhèn)分布面相當(dāng)廣，污水排放零散，不利于污水的集中處理，且目前對(duì)這些污水進(jìn)行處理所需的技術(shù)和資金都比擬不足，如果能夠開發(fā)出簡易、高效、低能耗的污水處理工藝，就能夠利用較少的投資削減大量的污染負(fù)荷，在有限的經(jīng)濟(jì)條件下有效地控制水環(huán)境污染。

由于城市污水管道的管徑大，管道長，污水在其中有相當(dāng)長的滯留時(shí)間，如果能夠采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施增加管道內(nèi)的微生物量和溶解氧的濃度，利用下水道空間處理污水是完全可行的。

與傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)相比，利用下水道處理污水的經(jīng)濟(jì)性是顯著的，它不占地、不需建污水廠或只需建小規(guī)模污水處理廠，其投入主要在下水道微生物的維持及某些管段的強(qiáng)化通風(fēng)上，其經(jīng)濟(jì)性也是比擬顯著的。

該技術(shù)具有簡易高效、投資省、能耗低及管理方便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)目前尚未建污水廠的中小城鎮(zhèn)，可以在有限的資金投入情況下改善水環(huán)境污染狀況,并且有利于減小今后新建污水處理廠的規(guī)模。對(duì)于那些已建有污水處理廠的城鎮(zhèn)，那么可用以緩解污水廠超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的壓力。該工藝是適合我國國情的污水處理新技術(shù)，無論是在經(jīng)濟(jì)效益還是環(huán)境效益上均有較大的優(yōu)勢。

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