江苏：农村污水治理有了新路径
编者按
第一次全国污染源普查结果显示，农业源污染物化学需氧量的排放量占排放总量的43.7％，其中总氮、总磷分别占排放总量的57.2％和67.4％。农业源基本上占到全国污染的50％以上，而目前我国绝大部分农村地区还没有任何污水收集设施。
农村污染特别是水污染治理迫在眉睫。但是，由于我国农村人口分布广而且分散，城市的大规模管网建设、集中处理并不适合农村地区；同时，农民经济承受能力较差、技术管理水平较低，因此，操作难度大、投资和运行成本高的污水处理技术也难以推广。最近，“智能分散式生活污水处理装置”在江苏省常州市农村地区试点取得成功并通过地方技术鉴定，可望为农村污水治理提供新的技术和思路。
几排整齐的小楼房附近，一圈白色的矮栅栏围着一座蓝色的小房子，小房子背面紧挨着一个1米多高的水泥池，汩汩的清水从水泥池底部的水管流出，注入水塘。
这是记者最近在江苏省常州市新北区罗溪镇鸦鹊村看到的生活污水处理试点项目，这个项目采用了常州浩瀚新材料科技有限公司(以下简称浩瀚科技)研发的“智能分散式生活污水处理装置”，将高效生物膜反应(生物原电池)技术与高能粒子直接氧化技术相结合，利用高能粒子束轰击水溶液产生大量的强氧化性物质对水体中的有机污染物进行预氧化，对水体中的细菌、病毒进行杀灭。
项目工程于2010年4月开工，2010年7月30日竣工，日前由常州市环保局主持召开了“智能分散式生活污水处理装置”技术鉴定会。技术鉴定专家组组长、中国工程院院士蔡道基认为，“智能分散式生活污水处理装置”从材料学切入，利用高分子材料合成技术对生物载体进行改性，获得巨大比表面积，设备体积小、处理时间短，处理能力高、成本低廉，在环境治理领域是个全新的发展方向。
从材料科学入手，创新工艺打破传统路线
“智能分散式生活污水处理装置”技术与传统的生化法处理工艺有何不同？专家介绍说，“智能分散式生活污水处理装置”是基于农村基层实际情况而研究开发的技术装置，具有智能化管理、运行成本低、免维护等特点，从工艺路线上看，完全不同于传统污水处理技术。
技术研发总体设计师、常州大学客座教授张毅向记者介绍说，这一创新技术包括三级处理系统和沉淀物处置系统。
一级预氧化系统内安装了高能粒子直接氧化反应器。在反应器内，利用高能粒子束轰击水溶液，使水分子发生电离。水体中的氯离子在电离作用下生成了次氯酸，这些氧化反应能力极强的物质对水体中的污染物进行无选择的强氧化反应和强氧化还原反应，使脂肪蛋白质等长链分子结构物质得以断链，为生物降解提供良好的条件。
二级高效生物膜反应系统是装置的核心部分。反应器内装填的生物载体比表面积是传统的生物接触氧化载体比表面积的几十倍甚至更高，因此，在巨大比表面积上“着床”的微生物个数也相应提高，使生物量和水体接触面积增加，提高了生物降解处理能力，缩短了处理时间，使处理效果大大增强。微生物着床的载体上还螯合了铁离子，形成了“生物原电池”。即微生物在厌氧状态下产生了氢气和甲酸，对原电池提供燃料，形成铁内电解原理，对污染物进行微电解氧化，达到辅助生物氧化降解、水质净化与污泥处理的目的。
三级深度杀菌系统利用高能粒子直接氧化反应器对水体中的病毒、细菌、病原体进行强氧化断裂分子链，并得到分解，从而杜绝传染性病毒、病原体随水体流动而扩散传播。
生物膜反应器内所培养生长的聚磷菌可以使水体中的磷颗粒得以团聚，并随剥落的老化微生物沉积在反应器的污泥收集斗。磷在羟基化作用下和水体中的钙、镁、铁、铝等物质络合生成磷酸盐类物质，最终可做磷肥，用于植物施肥。
张毅介绍说，“智能化分散式生活污水处理装置”从材料学切入，以比表面积较大的中孔纤维为载体，表面聚合二氧化钛纳米层和铁搀杂稀土合金材料，获得巨大比表面积，为微生物的着床提供足够空间，缩短水停留时间，使系统设备体积变得更小，处理能力成倍提高。原位电池的接枝使水体中的长链分子得以断链，为生物处理提供条件，保证出水水质的稳定。
鉴定专家组成员、国家海洋局东海分局科学技术委员会委员仵彦卿教授认为，这一装置从材料学介入环境治理，以不同的视线、全新的理念打破常规技术路线，为水环境治理开辟了新的研究方向和示范作用。
占地面积小，出水水质好
雅鹊村示范工程规划将生活污水处理分南、中、北3个区，其中南区规划50户，现每天排放生活污水量约30吨；中区规划50户，现每天排放生活污水量约25吨；北区规划100户，现每天排放生活污水量约40吨。3个区总处理水量95吨，其中每个区项目占地面积均约48平方米，设施主要包括调节池、智能化生活污水处理系统、简易房等。其中，调节池24立方米，为钢砼结构；智能化生活污水处理系统是钢结构；简易房用夹心彩钢板材料搭建。
据介绍，村里的污水由管网从各家的化粪池出口收集汇集到调节池内，经过潜污泵加压进入预氧化系统进行预氧化处理，经过预氧化处理后的水体在重力下进入膜生物反应系统(生物原电池)进行生物降解和微电解氧化降解，然后水体进入深度处理系统进行杀菌消毒过滤，最后排出系统。沉积在膜生物反应器底部污泥收集斗内的活性污泥，按污泥回流比部分被回流进入反应系统内，剩余的污泥被定时排放进污泥浓缩池内进行污泥深度氧化处理。
记者在南区30立方米/天的项目现场看到，从“蓝房子”下部管道排出的水体洁净透明，接收这些水的水泥池塘也较为清澈，虽然没有覆盖设施，周边并无异味。据此不远的常州市新北区西夏墅镇水塔口村也有类似的项目，项目设计最大处理能力120立方米/天，总用地面积约238平方米。
此技术的关键在于将好氧生物处理与厌氧生物处理、生物技术与微电解技术、污泥处理与水质净化糅合于一体，并且糅合的紧凑、合理。鉴定专家组成员、国家生态学会微生物生态专业委员会副主任徐亚同这样认为，这一技术对于土地相对紧张及废水收集困难的中小城镇污水处理，更具有现实意义和推广价值；同时，为污染源连片综合治理提供了思路和方向。
张毅介绍说，“智能化分散式生活污水处理装置”可掩埋地下也可建造在地面。当建立在地面时，可直接安装于调节池上方，占地面积仅为当前流行的一般治理方法接触氧化法的20％。
张毅告诉记者，根据检测数据，出水的CODcr、BOD5、悬浮物(SS)色度、粪大肠菌群等指标均达到GB18918－2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准，TN、NH3－N、TP达到一级B标准。
鉴定专家组成员、浙江大学环境科学院副院长陈英旭教授表示，这一技术结合生态岛或植物根系处理技术，对改善太湖流域的水质将起到积极作用，具有极高的推广价值和社会效益。
全自动运行，管理简便，投资及运行费用少
用于农村的分散式污水处理技术并不鲜见，但很多难以广泛推广，主要原因在于运行管理复杂，投资、运行成本高。
而“智能化分散式生活污水处理装置”的运行实现了全自动化智能管理。即生物膜反应器内转笼的转动速度，由在线溶氧仪溶解氧读数传输进入自动化控制器(PLC)来控制调速电机转速，当膜生物反应器内水体中溶解氧浓度低于设定值时，程序将自动调整调速电机转动速度，直到溶解氧浓度达到设计要求值。此外，调节池提升泵、生物膜反应器底部的收集泥斗，也由液位仪、压力传感器智能控制，正常运行后，不需专人进行看管和操作，只需定期检查运行是否正常。
据了解，上述鸦鹊村和水塔口村两个试点项目均由当地政府投资，由浩瀚科技负责设计建设，在新北区城建和环保两个部门现场验收合格后，移交给当地村委会运行管理。浩瀚科技向村委会提供详细完整的系统用户手册、技术说明，提供技术支持，并定期对项目运行情况进行跟踪，包括进出水质监测、系统电器维护、故障排除、易损件更换等。
清华大学信息学院副院长、国家“863”先进制造与自动化控制专家委员会副主任贾培发教授在评审时指出，在线监测自动化控制的完善，突显这一技术的高端性和实用性，将会引导环保产业向规范化、标准化发展。
此外，由于使用这一技术的处理过程中无化学品消耗，所以项目投资和运行成本较低。
“雅鹊村示范工程3个区域的平均运行费用小于0.2元/立方米。西夏墅镇水塔口村的项目设计处理能力120立方米/天，现在以30％的低负荷运行，运行成本0.4元/立方米”。说起成本，张毅掰着指头给记者算起了账。“以鸦鹊村设计最大处理能力50立方米/天的项目为例，投资16.8万元，吨水投资费用3360元/立方米。技术装置总装机容量0.42千瓦，其中，潜水泵0.1千瓦，调速电机0.12千瓦，高能粒子发生器0.2千瓦，技术装置现实际处理水量40立方米/天(平均值)；总耗电量5千瓦/天(以每天平均运行12小时左右计算)，折合人民币(按0.8元/度计算)4元/天。平均运行费用0.1元/立方米。”
张毅介绍说，西夏墅镇水塔口村的项目由于规模较大，吨水投资费用更低，约为2900元/立方米，总投资35万元；满负荷运行后的运行成本将从目前的0.4元/立方米降到0.1元/立方米甚至更低。
专家组成员、国家水专项项目评审专家委员会成员、原太湖流域水资源管理局副局长陈荷生教授在对项目的实地调研中指出，创新技术的应用关键在于处理装置的实用化和工艺结构的简单化。他说，“智能分散式生活污水处理装置”，和国家“十二五”提出的农村污水治理连片整治的精神相吻合，为有效治理农村污染源提供了新思路。
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