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1、PLC在污水处理控制中的应用1 我国城市居民小区生活污水的现状目前,我国污水处理率低,污染物排放量大,导致水体污染严重,水体的富营养化尤为突出。国家环保总局公布的2001 年环境质量状况表明,我国重要水系湖泊的污染状况虽然有所好转,但形势依然十分严峻。在2001 年7 大江河水系的752 个重点监测断面中,有27 %的断面满足13 类标准,14 %的断面为4 类标准,近59 %的断面水质为5 类或劣5 类。主要污染物为氨氮、CODMn 、BOD、挥发酚和石油类。其中,引起水体富营养化的主要营养成分为有机碳、氮、磷、钾、铁等。有机碳经一般生物处理后可基本去除,氮磷之外的其他成分相对于富营养化在发
2、生过程中的需求量极低,不构成富营养化的限制因子。引起藻类大量繁殖的主要因子是氮和磷,而藻类对磷的需求量约为对氮需求量的1/ 20 左右,因此控制污染源,降低污水中氮,尤其是磷含量是防止水体富营养化的关键。随着经济的高速发展和城市人口的不断增加,尤其是中小城镇发展更快,污水处理厂跟不上发展的需要,致使大量污水未得到完全处理就排入水体,更加速水体富营养化的进程。因此如何解决中小城镇生活污水碳、氮、磷达标排放,控制水体富营养化是当务之急。为此,国家有关部门颁布了一系列的规定和政策,1996 年制定了污水综合排放标准(GB8978 - 1996) ,规定一级排放标准氨氮15 mg/ L , 磷酸盐0.
3、5 mg/ L ,二级排放标准规定氨氮25 mg/ L ,磷酸盐1. 0 mg/ L ,在水源保护区等重点区域应增加除磷脱氮设施。2000 年5 月29 日,建设部、国家环保总局、科技部联合颁布了城市污水处理及污染防治技术政策提出了我国近期污水处理的目标:2010 年全国设市城市和建制镇污水平均处理率不低于50 % ,设市城市的污水处理率不低于60 % ,重点城市污水处理率不低于70 % ,并规定对不能纳入城市污水收集系统的居民区、旅游景点、度假村、疗养院、机场、铁路车站、经济开发区等分散的人群聚居地排放的污水和独立工矿区的工业废水应就地处理达标排放。而且我国环境保护“十五”计划中对全国和“3
4、 河3 湖”等重点地区污水中的氨氮排放实行总量控制,并且对太湖、滇池和巢湖的总磷下达了入湖量和排放量指标。然而我国有80 %的人口在农村,城市郊区也有很多城市管网难以延伸到的地方,在很多城镇地区,下水道的普及率和使用效率很低。这些都为城镇小型生活污水处理设备的应用和发展提供了广阔的空间。同时，随着国民经济的不断发展,我国城市旅游和房地产业蓬勃发展。大批的高级宾馆、居住小区及别墅群建立起来。这些地区的生活污水亟需就地处理达标排放。据有关部门统计: 1997年,全国城市的污水年排放总量为351. 4亿m3 ,但全国不同等级的污水处理厂日处理能力总计为1292万m3 ,即年处理总量为47. 2亿m3
5、 ,处理率仅为13. 4%。城市生活污水未经处理排放,会造成附近水体、水源的严重污染,威胁人们的身体健康。针对大量城市污水亟待处理的情况和污水水质特点,出现了多种生活污水处理方法。其中,地埋式一体化处理技术占地面积小,投资省,噪音低,具有良好的推广应用前景。2 我国一般采用的方法目前,我国采用的小型生活污水处理工艺主要有:化粪池、稳定塘、污水的土地处理、活性污泥法和生物膜法。化粪池能够降低SS 的70%75%和BOD5 的30%35%,但是无法达标排放;利用稳定塘处理污水可以充分利用地形,节约资金,并能够实现污水的资源化,但是占地面积大,处理效果易受气候影响,所以很难普及;污水土地处理系统有慢
6、速渗滤、快速渗滤、地表漫流、湿地、地下渗滤等形式,经常和氧化塘结合起来使用,可充分利用自然条件,结构简单、费用低,对广大农村和小城镇地区很适用;活性污泥法和生物膜法工艺是最为广泛采用的小型生活污水处理工艺,具有运行安全可靠、投资省、施工安装方便、工期短、操作管理方便等特点。该类工艺主要包括物理处理、生物处理、消毒3 大部分,其中物理处理工艺起到预处理作用,通常采用格栅、沉淀等工艺;生物处理部分是主要的处理工艺,采用生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法和活性污泥法等工艺;后处理一般是消毒后回用或排放。小型污水处理设备按处理设备设置的位置可分为室内设备和室外设备,室内设备通常置于建筑物地下室,主要用
7、于宾馆、写字楼等高层建筑,但由于其占地面积小,卫生条件差,运行维护不便等因素,逐渐被室外设备所代替。室外设备主要利用室外空地如绿地、草坪、室外停车场等,将设备埋于地下,不占用地表面积。根据有无运行动力,处理设备又可分为有动力和无动力2 种在我国,小区污水处理起步较晚,小区污水处理率非常低. 前些年,一些小型地埋式生化处理设施用于住宅小区污水,但到目前为止,地埋式二级生化处理设备尚未经过长期运行实施的检验,而且处理出我国常用的城镇小型生活污水处理设备主要有:有动力污水处理设备,无动力污水处理设备,渗井生物滤池,穿孔管集配水生物滤池和配水槽生物滤池等。2. 1 SBR工艺序批式活性污泥法( SBR
8、工艺)是一种将初沉反应和二沉各工序放在同一反应器中进行,按基本运行模式操作时,分进水、反应、沉淀、排水、闲置等五个阶段。污染物的降解主要发生在进水期和反应期，适合于小水量、分散污染源的治理。2. 1. 1工艺流程当污水进入反应池后,即与池内闲置期的污泥混合,污水中的有机物被菌胶团吸附,并开始生物降解。随后的反应阶段属于完全混合的批式反应,具有比完全混合式更高的基质降解速率。反应完毕进行沉淀、排水、闲置。一个周期完成。2.1.2技术特点:(1)运行控制管理简单 电磁阀、气动阀、液位传感器、电子机械定时器及微电脑的应用,使SBR系统运行管理实现自动化,操作控制简单易行。(2)造价低廉 SBR系统的
9、全部处理过程在一个反应池中完成,结构简单,比普通活性污泥法的造价低30%。(3)理想静沉,泥水分离效果好(4)耐冲击负荷(5)运行可靠,操作灵活(6)出水水质好(7)运行费用低(8)可以脱磷除氮2.2 A /O工艺2. 2.1 工艺流程:在缺氧池中微生物利用污水进水中的有机物作为电子供体,将循环回流水中的硝酸氮和亚硝酸氮还原成气态氮逸出,同时将难降解有机物分解为小分子易生物降解物质,具有脱氮和降解有机物的双重作用。在好氧池中,有机物被微生物处理后,进入二沉池中泥水分离,消毒后排出。2. 2. 2工艺特点:(1)节省水处理药剂在A /O工艺中,脱硝过程脱除1mg/L的NO3 - N可产生3. 7
10、5 mg/L的碱度,硝化过程硝化1mg/L的NH4 - N需消耗7. 14 mg/L的碱度。整个系统中的碱度可以互相弥补。不必加碱中和。原污水中的有机物作为脱硝时的氢供给体,不用外加碳源。(2)节省能源消耗生物硝化、脱硝时所需的氧量,主要包括硝化过程、内源呼吸和降解有机物时的需氧量。A /O工艺在脱硝的同时降解有机物,使需氧量大大减少,是节能型的生物处理系统。(3)污泥沉降性能好为了维持较高的硝化率,反应停留时间比普通活性污泥法长,会发生微生物的内源呼吸,污泥增长率低,剩余污泥量少,硝化程度高,沉降性能好。2. 3 A2 /O工艺厌氧/缺氧/好氧工艺简称A2 /O工艺,它在A /O工艺的基础上
11、增加一个厌氧池。好氧池在生物降解有机物的同时,利用硝化细菌进行硝化作用,利用积磷菌好氧聚磷。混合液回流至缺氧池,反硝化脱氮。沉淀池污泥回流至厌氧池厌氧释磷。使出水同时达到脱氮除磷的作用。2.3.1 工艺流程:进水首先通过厌氧池,与回流污泥完全混合,经一定时间的厌氧分解(一般为12小时) ,去除一部分有机物,部分含氮化合物转化成N2释放,同时激发聚磷微生物的释放磷。然后流入缺氧池,在此提供的反硝化菌可将有好氧池回流进来的硝酸盐还原为N2 ,其碳源为污水中的有机物。经反硝化的污水流入好氧池,进行生物降解,同时发生硝化和吸收磷的作用。2. 3. 2工艺特点:(1)去除种类多可将经简单预处理的原生活污
12、水,经厌氧、缺氧、好氧三个生物处理过程,同时去除有机污染物、悬浮物和氮、磷。(2)无污泥膨胀该系统具有硝化和反硝化交替运行的方法,抑制丝状菌的生长,在好氧生化中促进了生物絮凝作用,从而在二沉池有良好的泥水分离效果。(3)效率高该系统可以维持较高的MLVSS,对于生活污水,在35小时内,其有机物、氮、磷,有8090%以上的处理效果。(4)节约动力消耗,减少基建投资。3 国外采用的方法小区污水处理系统是指新建郊外住宅区、高级住宅区、疗养院、公园、农场等由一种功能构成的相对独立的区域污水处理系统,其处理能力一般低于4000m3 /d . 而该区域的排水系统通常不在城市市政管网覆盖范围之内. 根据环境
13、要求,需建造独立的污水处理系统. 小区污水不同于城市污水,属于生活污水范畴. 其水量较小,但水质水量变化较大.小区污水的处理工艺依据其出水排放水体的功能不同而异. 在国外,小区污水的处理基本上是采用二级生化处理,人工湿地或土地处理系统以及亚表层砂滤床处理等方法. 其中二级生化处理大多数都采用氧化沟法、生物滤池法;而人工湿地、地表漫流和亚表层砂滤床法近20年来发展较快,尤其是在美国和西欧采用较多.4 针对100吨生活污水的设计选用地埋式生物接触氧化处理方法41工艺流程接触氧化法工艺流程:污水经过格栅进入调节池,均匀水质和水量后,由接触氧化池处理,经二沉池、消毒池后排出。生物接触氧化池对冲击负荷有
14、较强的适应性,剩余污泥生成量少,出水水质保持稳定。4.2技术特点:(1)停留时间短当进水BOD5浓度为100150mg/L时,生物接触氧化池停留时间需0. 50. 6小时,而普通活性污泥法需曝气时间68小时。相同的污水处理量下,接触氧化池的体积仅为普通活性污泥曝气池的四分之一。降低了基建投资,节省了用地面积。(2)体积负荷高在生物接触氧化池中,单位体积的生物量多。当进水BOD5为100150mg/L时,体积负荷可达36kg BOD5 /m3填料d。当污水浓度很低时,可维持在12. 5 kg BOD5 /m3填料d。(3)抗冲击负荷能力强由微生物群体组成的生物膜附着在粗糙多孔的填料表面上,对水量
15、超负荷运行和有害有毒物质的侵袭,具有较强的适应和抗御能力。(4)剩余污泥产量少接触沉淀池排出的污泥,含水率平均为96. 7% ,每处理1kg BOD5的平均产泥量为0. 37kg,比活性污泥法减少三分之一。（5）一般选用曝气方式曝气除向水中提供充足的溶解氧外,其另一个主要作用是传质,即将有机物、溶解氧传递至微生物表面。如果采用生物接触氧化法处理工艺,则曝气还有脱膜的作用。建议采用穿孔曝气管,使曝气均匀、传质及脱膜效果好、氧的利用率高42 地埋式生物接触氧化处理得优点地埋式一体化生活污水处理技术占地面积小、投资省、处理效率高、噪音低。适合于中小水量,水质波动小,分散的生活污水处理。如生活小区、宾
16、馆、酒店、商用大厦、疗养院等场所。为小型分散污染源生活污水的处理提供了一条新的途径。43 地埋式生物接触氧化处理得缺点缺点主要是缺少应急排放措施，一般的处理装置往往未考虑应急措施,这给实际运行管理带来不便。当污水量或水质出现较大波动,或处理设备出现故障等紧急情况下,污水仍源源不断的排至污水处理装置,一方面造成污水外溢,另一方面出水不达标,污染水体。建议在污水处理装置前设一溢流井,当出现上述情况时,污水管内水位抬高,自溢流管流入溢流井。为防止雨水倒灌,可在溢流管装一闸门,紧急时开启,其余时间关闭。5.应用展望5.1工艺选用小型污水处理的不同工艺各有优缺点。各个国家分别有不同的主导工艺, 但容易控制和管理的工艺如生物转盘、接触氧化等, 以及经济实用工艺如稳定塘、
