“智能化分散式生活污水處理裝置”關(guān)鍵技術(shù)在于將好氧生物處理與厭氧生物處理、生物技術(shù)與微電解技術(shù)、污泥處理與水質(zhì)凈化揉合于一體綜合處理裝置，使之具有工藝流程短、低能耗、智能化特點(diǎn)，為污染源連片綜合治理提供了思路和方向。
緊湊、合理的處理裝置是該技術(shù)的一個(gè)亮點(diǎn)，智能化的運(yùn)行模式是該技術(shù)的基礎(chǔ)，四位一體的處理工藝是該技術(shù)處理效果的保障，在土地相對緊張及廢水收集困難的中小城鎮(zhèn)的污水處理，更具有現(xiàn)實(shí)意義和推廣價(jià)值。
某地農(nóng)村污水整治前實(shí)況。
古人把農(nóng)村描繪為“稻花香里說豐年，聽取蛙聲一片?！钡缃?，走到農(nóng)村，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，由于大量生活污水無序排放，加上化肥、農(nóng)藥的過量使用，很多村莊已呈現(xiàn)“花香與腐臭交雜、垃圾與污水橫流”的狀態(tài)。
據(jù)估算，農(nóng)村環(huán)境問題每年造成的經(jīng)濟(jì)損失已超過千億元。該如何解決農(nóng)村污染問題，尤其是生活污水問題？
近日，在常州市環(huán)保局主持召開的“智能分散式生活污水處理裝置”技術(shù)鑒定會(huì)上，技術(shù)鑒定專家組組長、中國工程院院士蔡道基認(rèn)為，“智能分散式生活污水處理裝置”，從材料學(xué)切入，利用高分子材料合成技術(shù)對生物載體進(jìn)行改性獲得巨大比表面積，設(shè)備體積小、處理時(shí)間短，處理能力高，成本低廉，在環(huán)境治理領(lǐng)域是個(gè)全新的發(fā)展方向。
農(nóng)村不能照搬城市集中處理模式
第一次全國污染源普查結(jié)果顯示：農(nóng)業(yè)污染問題日顯突出。尤其是農(nóng)業(yè)源污染物排放對水環(huán)境影響較大，其化學(xué)需氧量排放量占排放總量的43.7%，總氮、總磷分別占排放總量的57.2%和67.4%。也就是說，農(nóng)業(yè)源基本上占到全國污染的50%以上了。
一方面是農(nóng)村污染情況日益嚴(yán)峻，另一方面，農(nóng)村污染處理設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后。據(jù)測算，全國農(nóng)村每年產(chǎn)生生活污水80多億噸，“生活污水基本靠蒸發(fā)，生活垃圾基本靠風(fēng)化”，一位環(huán)保部官員這么形容我國的農(nóng)村環(huán)境狀況。
“十二五”期間，氨氮指標(biāo)將納入國家強(qiáng)制削減范圍，農(nóng)村生活污水作為環(huán)境中氨氮的主要來源之一，究竟該如何解決，能否照搬城市生活大規(guī)模集中處理模式？
我國農(nóng)村與城市情況差異巨大。其特點(diǎn)是，人口分布廣而且分散，排放的生活污水分散、量多，濃度較低，其中有機(jī)物、氮、磷含量高；目前，我國絕大部分農(nóng)村地區(qū)還沒有任何污水收集設(shè)施；農(nóng)民經(jīng)濟(jì)承受能力低，知識(shí)管理水平低，因此，城市的大規(guī)模管網(wǎng)建設(shè)、集中處理并不適合農(nóng)村地區(qū)。
高能粒子直接氧化
“智能分散式生活污水處理裝置，基于農(nóng)村基層實(shí)際情況而研究開發(fā)的技術(shù)裝置，它具有智能化管理、運(yùn)行成本低、免維護(hù)等特點(diǎn)?！痹摷夹g(shù)研發(fā)總體設(shè)計(jì)師、常州大學(xué)客座教授張毅說。
“智能分散式生活污水處理裝置”的預(yù)氧化系統(tǒng)內(nèi)安裝了高能粒子直接氧化反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)，利用高能粒子束轟擊水溶液，使水分子發(fā)生電離，產(chǎn)生新生態(tài)勢的氫氧自由基、氧自由基、超氧負(fù)離子、過氧化氫，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(yīng)能力極強(qiáng)的物質(zhì)對水體中的污染物進(jìn)行無選擇的強(qiáng)氧化反應(yīng)和強(qiáng)氧化還原反應(yīng)，使脂肪蛋白質(zhì)等長鏈分子結(jié)構(gòu)物質(zhì)得以斷鏈，為生物降解提供良好的條件。
形成“生物原電池”
高效生物膜反應(yīng)器是裝置的核心部分，反應(yīng)器內(nèi)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，在巨大比表面積上“著床”的微生物個(gè)數(shù)也相應(yīng)提高，致使生物量和水體接觸面積的增加，不僅提高了生物降解處理能力，縮短了處理時(shí)間，還使處理效果大大增大。
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(chǎn)生了氫氣和甲酸，對原電池提供燃料，形成鐵內(nèi)電解原理，對污染物進(jìn)行微電解氧化，達(dá)到輔助生物氧化降解、水質(zhì)凈化與污泥處理目的。
細(xì)菌與沉淀物處理
深度殺菌系統(tǒng)能夠利用高能粒子直接氧化反應(yīng)器對水體中的病毒、細(xì)菌、病原體進(jìn)行強(qiáng)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(dòng)而擴(kuò)散傳播。
生物膜反應(yīng)器內(nèi)所培養(yǎng)生長的聚磷菌對水體中的磷有較高的團(tuán)聚性，使磷顆粒得以團(tuán)聚而隨剝落的老化微生物沉積在反應(yīng)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(zhì)絡(luò)合生成磷酸鹽類物質(zhì)被沉積和水體分離，最終可作為磷肥，用于植物施肥。
打破常規(guī)技術(shù)路線
張毅說，“智能化分散式生活污水處理裝置” 從材料學(xué)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(shí)間，使系統(tǒng)設(shè)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(zhì)的穩(wěn)定。
鑒定專家組成員、國家海洋局東海分局
科學(xué)技術(shù)委員會(huì)委員仵彥卿教授認(rèn)為，該設(shè)備從材料學(xué)介入環(huán)境治理，以不同的視線全新的理念打破常規(guī)的技術(shù)路線，為水環(huán)境治理開辟了新的研究方向和示范作用。
鑒定專家組成員、浙江大學(xué)環(huán)境科學(xué)院副院長陳英旭教授也認(rèn)為，生物原電池和生物接觸氧化是該裝置的創(chuàng)新特色，該技術(shù)結(jié)合生態(tài)島或植物根系處理技術(shù)，對改善太湖流域的水質(zhì)將起到積極作用，具有極其高的推廣價(jià)值和社會(huì)效益。
全自動(dòng)智能化管理
該設(shè)備運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化智能管理。即膜生物反應(yīng)器內(nèi)轉(zhuǎn)籠的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，由在線溶氧儀溶解氧讀數(shù)傳輸進(jìn)入自動(dòng)化控制器來控制調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)膜生物反應(yīng)內(nèi)水體中溶解氧濃度低于設(shè)定值時(shí)，程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)整調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，直到溶解氧濃度達(dá)到設(shè)計(jì)要求值。此外，調(diào)節(jié)池提升泵、生物膜反應(yīng)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(yùn)行后，不需專人進(jìn)行看管和操作，只需定期檢查運(yùn)行是否正常既可。
清華大學(xué)信息學(xué)院副院長、國家863先進(jìn)制造與自動(dòng)化控制專家委員會(huì)副主任賈培發(fā)教授在評審時(shí)指出，在線監(jiān)測自動(dòng)化控制的完善，突顯該技術(shù)的高端性和實(shí)用性，將會(huì)引導(dǎo)環(huán)保產(chǎn)業(yè)向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。
噸水直接處理費(fèi)小于0.2元
據(jù)已建成示范項(xiàng)目的數(shù)據(jù)跟蹤，該設(shè)備能耗為運(yùn)行時(shí)的直接消耗電能，無化學(xué)品消耗，處理噸水的直接電費(fèi)小于0.2元。
常州市環(huán)境保護(hù)局副局長李金玉說，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)是檢驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行最好的手段。該設(shè)備在已建立示范工程中，分布于農(nóng)村中心村、科技園區(qū)和商品住宅小區(qū)，一年多的運(yùn)行數(shù)據(jù)證實(shí)其技術(shù)性能的可靠性和真實(shí)性。
據(jù)常州市環(huán)保局跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，該設(shè)備出水水質(zhì)達(dá)城市污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)中一級B標(biāo)準(zhǔn)，完全滿足我國農(nóng)村污水處理要求。
