为何生物处理方法是生活污水处理的主流方法?
因为微生物具有很好的吸附性和沉降性,很强的降解能力,不需要高温、高压等苛刻的要求,相比物理化学方法处理废水的设备和长期投加的药剂比较,处理费相对较低。
微生物菌种处理废水的优势主要是以下三个方面:
(1)微生物菌种处理废水经济消耗包括微生物菌种、微生物菌种生长所需的营养源(碳源、氮源、磷源)和调节废水PH所需的药剂;
(2)为微生物提供氧气来源的曝气装置;污水污泥回流装置,污泥处置装置等。 对于环境污染来说,微生物处理废水是将废水中的污染物最终转化成二氧化碳、氮气、水和污泥。二氧化氮、氮气和水都是无毒无害的,污泥也能够通过污泥消解转化为有机肥料,污泥也可以制作建筑材料。充分的表明了微生物处理废水无二次污染,对环境影响小。
(3)关于处理效果,微生物处理废水,将废水中的有机物降解转化成二氧化碳、氮气、水和污泥本身以去除有机物;微生物处理废水,将废水中的病原体吸附和吞噬等方式以去除病原体;微生物处理废水,将废水中的有害物质氧化转化成无毒位置或吸附到污泥上的方式以去除有害物质;微生物处理废水,通过吸附、降解和沉降提高水质的透明度和降低色度。筛选出合适的微生物菌种可将废水中大多数污染物都降解。
可以用。这属于生物处理。这是污水处理的一种方法。
生物处理是利用微生物来吸咐、分解、氧化污水中的有机物,把不稳定的有机物降解为稳定无害的物质,从而使污水得到净化。现代的生物处理法,按作用微生物的不同,可分好氧氧化和厌氧还原两大类。前者广泛用于处理城市污水和有机性工业废水。好氧氧化应用较广包含着很多艺种工艺和构筑物。生物膜法(包含生物过滤池、生物转盘)、生物接触氧化等多种工艺和构筑物。活性污泥法和生物膜法都是人工生物处理方法。此外还有农田和池塘的天然生物处理法,即灌溉田和生物塘。生物处理成本低廉,因此是目前应用最广泛的污水处理方法。
生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电,是可再生能源发电的一种,包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。
长期以来,城市生活污水的二级生物处理多采用活性污泥法,它是当前世界各国应用最广的一种二级生物处理流程,具有处理能力高,出水水质好等优点。但却普遍存在着基建费、运行费高,能耗大,管理较复杂,易出现污泥膨胀、污泥上浮等问题,且不能去除氮、磷等无机营养物质。
自然生物净化处理
自然生物净化处理,主要利用土壤在的微生物和植物根系或水塘中的微生物作用使水中的污染物浓度降低。主要优点为:投资低(征地费l万元/hm
的情况下)、运行费用低、管理简单、需要的操作人员少。可以单独使用,也可相互组成联合处理系统。缺点为:占地面积大。主要处理工艺如下:生活污水一沉淀一氧化塘(土地处理)一快速渗滤(满速渗滤、地表漫流)
人工生物净化和自然生物净化
在土地资源丰富,地价相对便宜的城镇,采用人工生物净化与自然生物净化相结合的方法,在经济不发达地区有其实际意义。
主要处理工艺为:生活污水一沉淀一曝气氧化塘一土地处理(农业灌溉)曝气氧化塘与土地处理都具有运行费用低、耗能少及管理简单等优点。曝气氧化塘能去除部分N、P、病菌和寄生虫。
在我国西北的大多数中小城镇,有可利用的土地资源,应该大力提倡采用自然生物净化工艺处理生活污水。
管道处理工艺
管道处理工艺是利用输送污水的挂表到加压作为处理设备,并在管内充痒,使污水在输送过程中进行生物处理,以减轻管道末端污水处理厂的负担。生活污水处理厂只需建设沉淀池,不用活性污泥回流,管道处理能力可在较大范围内灵活变化,与普通活性污泥法比较,可节约投资40%,运转费用低,适用与污水输送距离较远的城市(管道长度需6km-l
0km)。
深井曝气
深井曝气是以一深井为曝气池的高效率活性污泥工艺,井直径l
m
一6
m
,深度50m一100m。一般利用废井进行改造,投资费用较低。深井曝气具有很高的充痒能力,并能维持很高的混合液污泥浓度,处理效率较普通曝气法提高约5倍,电耗节省40%-50%。其主要优点是高效、低耗、占地少,是目前国内推广应用较好的处理方法。
所谓生物质能是指从生物质转化产生的能。常用的生物质包括植物——农作物、薪材、草、木、人畜粪便、工农业有机废物、有机废水等。这些生物质能都直接或间接地(经过人和动物的消化或工农业加工)来源于绿色植物,来源于太阳能,因此,它又称“绿色能源”,实质上它是物化的太阳能。据计算,每年全球靠光合作用可产生生物质能1200亿吨,其所含能量是当前全球能耗总量的5倍。
由于生物质能的数量巨大,同时转化过程中很少或不产生污染物,世界各国都正在开发深度利用高效生物能的转换技术,使生物质成为具有广泛用途的热能、电能和动力用燃料,转化技术有下面两种:
通过液化将生物质转化为酒精。燃烧1千克酒精,可以放出29726千焦的热量,比普通煤的发热量高。而且酒精是液体能源,便于使用、贮存、运输。普通汽油发电机稍加改装,就可以用纯酒精作燃料。如果用汽油和酒精的混合物来开汽车,汽车发电机甚至不需改装就可以使用。1升酒精可以驱动汽车在公路上行使16千米。
酒精是用淀粉、糖等有机物经过微生物发酵作用生产出来的。含有淀粉和糖的生物质很多,包括甘蔗、甜菜、玉米、高粱、木薯、马铃薯以及水草、藻类等,它们都可以是生产酒精的原料。
巴西在这方面获得了巨大的成就,早在1975年,巴西就制定了“酒精计划”,逐步用酒精或酒精和汽油的混合物部分替代了石油,解决了交通用能供应的问题,目前巴西有90%的小汽车用酒精做燃料。美国目前有30%的汽油掺有酒精,酒精的掺入量约为10%左右。
通过发酵过程制作以甲烷为主的沼气。我国每年作为农家燃料烧掉的柴草合标准煤2亿吨,占全国总能耗的15%。但能量的利用效率比较低。
利用人畜粪便和秸秆为主要原料发展沼气池,既解决了家用燃料问题,又保持了农田肥力,减少化肥对水的污染。1990年,我国就有400多万户使用小沼气池,年产沼气10多亿立方米,沼气电站装机2000多千瓦,我国目前是户用沼气池最多的国家。
目前,我国很多的大型城市污水处理厂,利用处理厂中的固体废物进行沼气发酵,产生的沼气用来发电。在英国的5000多个污水处理厂中,有1/3是用通过发酵所产生的沼气作为动力的。法国在南部利摩日地区建造了两座垃圾发酵处理站,每年处理垃圾8.45万吨,每小时生产沼气800立方米,这些沼气已供一些工厂和煤气公司使用。
如过去的10多年中,美国已建成生物发电的容量达400多万千瓦,主要是采用木材及木制品工业废料气化后的气体燃料发电。国外结合治理城市环境污染,开始进行垃圾发电,技术已经成熟。仅日本就运行约100座垃圾电站,并计划把垃圾电站的装机容量发展到400万千瓦。因此,利用生物质能发电是当今新能源发电的新趋势之一。
我国是一个农业国,物质能资源非常丰富,年资源量是薪材3000万吨,秸秆4.5亿吨,稻壳0.15亿吨,另外还产生大量的城市排放的生活污水、垃圾、工业废水等。
利用生物质能发电在我国目前还是小规模、小范围的利用,稻壳转化发电容量只有5000瓦,沼气发电装置140个左右,总容量也只有2000千瓦。另外,我国还引进发电容量为4000千瓦的垃圾发电站。
1.2能源与环境
人类正面临着发展与环境的双重压力。经济社会的发展以能源为重要动力,经济越发展,能源消耗多,尤其是化石燃料消费的增加,就有两个突出问题摆在我们面前:一是造成环境污染日益严重,二是地球上现存的化石燃料总有一天要掘空。按消费量推算,世界石油资源在今后50年到80年间将最终消耗殆尽。到2059年,也就是世界上第一口油井开钻二百周年之际,世界石油资源大概所剩无几。另一方面,由于过度消费化石燃料,过快、过早地消耗了这些有限的资源,释放大量的多余能量和碳素,打破了自然界的能量和碳平衡,是造成臭氧层破坏,全球气候变暖,酸雨等灾难性后果的直接因素。这就是说,如果不发展出新的能源来取代化石常规能源在能源结构中的主导地位,在21世纪必将发生严重的、灾难性的能源和环境危机,是人类在下一世纪所面临的三大最可能发生的灾难之一。
1.3国家安全
固然,发展生物质能源不是获得新的能源的唯一途径,人类可以采用高技术手段获得核能源,甚至从外太空获得能源,但其中的危害也是有目共睹的。首先,核能源的发展极可能给已经不安的世界带来新的不稳定因素,甚至直接威胁到人类的生存环境;其次,各国或各集团在人类下世纪技术水平下所能到达的有限外太空区域内进行的能源开发,将不可避免地引发新的争夺或争端,其祸福不言自明。而生物质能源则不仅是最安全、最稳定的能源,而且通过一系列转换技术,可以生产出不同品种的能源,如固化和炭化可以生产因体燃料,气化可以生产气体燃料,液化和植物油可以获得液体燃料,如果需要还可以生产电力等等。目前,世界各国,尤其是发达国家,都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术,保护本国的矿物能源资源,为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。
2.国外生物质能技术的发展状况
生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。有许多国家都制定了相应的开发研究计划,在日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其它诸如丹麦、荷兰、德国、法国、加拿大、芬兰等国,多年来一直在进行各自的研究与开发,并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系,拥有各自的技术优势。
2.1沼气技术
主要为厌氧法处理禽畜粪便和高浓度有机废水,是发展较早的生物质能利用技术。80年代以前,发展中国家主要发展沼气池技术,以农作物秸秆和禽畜粪便为原料生产沼气作为生活炊事燃料。如印度和中国的家用沼气池;而发达国家则主要发展厌氧技术,处理禽畜粪便和高浓度有机废水。目前,日本、丹麦、荷兰、德国、法国、美国等发达国家均普遍采取厌氧法处理禽畜粪便,而象印度、菲律宾、泰国等发展中国家也建设了大中型沼气工程处理禽畜粪便的应用示范工程。采用新的自循环厌氧技术。荷兰IC公司已使啤酒废水厌氧处理的产气率达到10m3/m3.d的水平,从而大大节省了投资、运行成本和占地面积。美国、英国、意大利等发达国家将沼气技术主要用于处理垃圾,美国纽约斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元,采用湿法处理垃圾,日产26万m3沼气,用于发电、回收肥料,效益可观,预计10年可收回全部投资。英国以垃圾为原料实现沼气发电18MW,今后10年内还将投资1.5亿英镑,建造更多的垃圾沼气发电厂。
2.2生物质热裂解气化
早在70年代,一些发达国家,如美国、日本、加拿大、欧共体诸国,就开始了以生物质热裂解气化技术研究与开发,到80年代,美国就有19家公司和研究机构从事生物质热裂解气化技术的研究与开发;加拿大12个大学的实验室在开展生物质热裂解气化技术的研究;此外,菲律宾、马来西亚、印度、印尼等发展明家也先生开展了这方面的研究。芬兰坦佩雷电力公司开始在瑞典建立一座废木材气化发电厂,装机容量为60MW,产热65MW,1996年运行:瑞典能源中心取得世界银行贷款,计划在巴西建一座装机容量为20-3OMW的发电厂,利用生物质气化、联合循环发电等先进技术处理当地丰富的蔗渣资源。
2.3生物质液体燃料
另一项令人关注的技术,因为生物质液体燃料,包括乙醇、植物油等,可以作为清洁燃料直接代替汽油等石油燃料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家,70年代中期,为了摆脱对进口石油的过度依赖,实施了世界上规模最大的乙醇开发计划,到1991年,乙醇产量达到130亿升,在980万辆汽车中,近400万辆为纯乙醇汽车,其余大部分燃用20%的乙醇-汽油混合燃料,也就是说乙醇燃料已占汽车燃料消费量的50%以上。1996年,美国可再生资源实验室已研究开发出利用纤维素废料生产酒精的技术,由美国哈斯科尔工业集团公司建立了一个1MW稻壳发电示范工程:年处理稻壳12,000吨,年发电量800万度,年产酒精2,500吨,具有明显的经济效益。
2.4其它技术
此外,生物质压缩技术可书固体农林废弃物压缩成型,制成可代替煤炭的压块燃料。如美国曾开发了生物质颗粒成型燃料:泰国、菲律宾和马来西亚等第三世界国家发展了棒状成型燃料。
3.我国的生物质能源
我国基本上是一个农业国家农村人口占总人口的70%以上,生物质一直是农村的主要能源之一,在国家能源构成中也占有益要地位。
3.1生物质能资源
我国现有森林、草原和耕地面积41.4亿公顷,理论上生物质资源理可达650亿吨/年以上(在但第平方公里土地面积上,植物经过光合作用而产生的有机碳量,每年约为158吨)。以平均热值为15,000千焦/公斤计算,折合理论资源最为33亿标准煤,相当于我国目前年总能耗的3倍以上.
实际上,目前可以作为能源利用的生物质主要包括秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾和有机废渣废水等。据调查,目前我国秸秆资源量已超过7.2亿吨,约3.6亿吨标准煤,除约1.2亿吨作为饲料、造纸、纺织和建材等用途外其余6亿吨可作为能源用途:薪柴的来源主要为林业采伐、育林修剪和薪炭林,一项调查表明:我国年均薪柴产量约为1.27亿吨,折合标准煤0.74亿吨:禽畜粪便资源量约1.3亿吨标准煤;城市垃圾量生产量约1.2亿吨左右,并以每年8%-10%的速度增,据估算,我国可开发的生物质能资源总量约7亿吨标准煤。
3.2生物质能源和利用
我国生物质的能源利用绝大部分用于农村生活能源,极少部分用于乡镇企业的工业生产:而利用方式长期来一直以直接燃烧为主,只是近年来才开始采用新技术利用生物质能源,但规模较小。普及程度较低,在国家,甚至农村的能源结构中占有极小的比例。
生物质直接燃烧方式不仅热效率低下,而且大量的烟尘和余灰的排放使人们的居住和生活环境日益恶化,严重损害了妇女、儿童的身心健康。此外,还对生态、社会和经济造成极其不利的影响:
1.在必须使用生物质能源而利用方式不合理的情况下,必然对森林等自然资源进行不合理采伐,破坏了自然植被和生态平衡;
2.对于有机垃圾、有机废水、有机废渣、禽畜粪便以及部分农业废弃物等资源没有充分加以利用,不仅造成资源浪费,而且使其成为主要的有机污染源,除造成严重的大气和水污染之外,还排放大量的温室气体,加剧了全球温室效应;
3.同时,随着经济的迅速发展和人民生活水平的提高,能源短缺问题必将成为21世纪阻碍国家经济的持续发展的重大问题,必须予以足够的重视,并采取有效措施着力加以解决。
事实上,大力开发和利用生物质能源,对于缓解21世纪的能源、环境和生态问题具有重要意义,产生诸多利益;
4.减少污染,改善人民生活条件。不管是有机污水处理、城镇垃圾能源的利用还是秸秆热解利用中一个重要的共同点解决环境污染问题,这也是大部分生物质利用的首要目标。
5.解决农村能源供应问题,提高农民生活水平。
我国农村能源供应紧张,而生物质源丰富,所以可利开展利用生物质能,可以改善农村的能量供应。提高他们的生活水平。
6.改善能源结构,减轻对对环境的压力。我国可开发的生物资源达7亿吨,如果能充分开发,可以在我国的能源消费中占重要的地方,这对改善我国能源结构,减少我国对石化燃料的依赖,进而减少我国CO2和SO2等污染物的排放,最终缓解能源消耗给环境造成的压力有重要的意义。
3.3市场需求
可以预计,随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,生物质能利用技术和装置的市场前景将会越来越广阔。主要依据:
1.目前,绝大部分农作物秸秆因得不到有效利用而就地焚烧于农田,不仅浪费了大量的能源,而成了严重的环境污染,给社会生活和经济发展造成了一定程度的负面影响。如发生在成都双流机场和首都机场的烟尘事件。逐渐富裕起来的农民,随着生活水平的提高,迫切改变原来直接燃用秸秆薪柴烟薰火燎的炊事取暖局面,以生物质可燃气作为他们的生活能源,就会改善其卫生环境,提高生活质量,减轻劳动强度。
2.众多粮食、木材、茶叶、果类等加工厂,每天都有大量的谷壳、锯末、木屑、果壳等废弃物产出堆放,利用生物质气化技术将其转换成可燃气,生产出优质能源,变废为宝,可谓一举两得。
3.禽畜粪便既是极为有害大环境污染源泉又是重要的生物质能资源,随着大型畜牧场的不断建成和发展,所产生的环境污染也日趋严重。应用厌氧技术处理禽畜粪便更具有能源与环境双重意义。
4.随着我国社会经济的迅速发展,城市人口的增多和居民生活的改善,城市的垃圾处理问题便显得日益突出。我国的以北京为例,1995年,年垃圾产量均已突破400万吨,1996年北京的垃圾量则达485万吨。采用厌氧技术处理有机垃圾,不仅可获得能源,而且达到低费用治理污染的目的。
5.我国的边远地区,生物质资源丰富,多属于缺电、少电地区,可将生物质气化发电,或供热可自产自用。
6.事买上,生物质能源技术之所以具有广阔的市场前景,其优势在于开发利用生物质能源不仅可以获得取之不尽的能源,而且具有保护环境,节省资源的功能。
3.4我国生物质能技术发展现状与问题
我国政府及有关部门对生物质能源利用极为重视,国家几位主要领导人曾多次批示和指示加强农作物秸秆的能源利用。国家科委已连续在三个国家五年计划中将生物质能技术的研究与应用列为重点研究项目,涌现出一大批优秀的科研成果和成功的应用范例,如产用沼气池、禽畜粪便沼气技术、生物质气化发电和集中供气、生物压块燃料等,取得了可观的社会效益和经济效益。同时,我国已形成一支高水平的科研队伍,包括国内有名的科研院所和大专院校:拥有一批热心从事生物质热裂解气化技术研究与开发的著名专家学者。
a.沼气技术是我国发展最早、曾晋遍推厂的生物质能源利用技术。70年代,我国为解决农村能源短缺的问题,曾大力开发和推广户用沼气地技术,全国已建成525万户用沼气池。在最近的连续三个五年计划中,国家都将发展新的沼气技术列为重点科技攻关项目,计划实施了一大批沼气及其利用的研究项目和示范工程。至今,我国已建设了大中型沼气池3万多个,总容积超过137万m3,年产沼气5,500万m3,仅100m3以上规模的沼气工程就达630多处,其中集中供气站583处,用户8.3万户,年均用气量431m3,主要用于处理禽畜粪便和有机废水。这些工程都取得了一定程度的环境效益和社会效益,对发展当地经济和我国厌氧技术起到了积极作用。在“九五”计划中,应用于处理高浓度有机废水和城市垃圾的高效厌氧技术被列为科技攻关重点项目,分别由中科院成都生物研究所和杭州能源环境研究所承担实施,现已取得预期的进展。
我国厌氧技术及工程中存在的主要问题:相关技术研究少、辅助设备配套性差、自动化程度低、非标设备加工粗糙、工程造价高、开放式前后处理的二次污染严重等。
b.我国的生物质气化技术近年有了长足的发展,气化炉的形式从传统上吸式、下吸式到最先进的流化床、快速流化床和双床系统等,在应用上除了传统的供热之外,最主要突破是农村家庭供气和气化发电上。“八五”期间,国家科委安排了“生物质热解气化及热利用技术”的科技攻关专题,取得了相当成果:采用氧气气化工艺,研制成功生物质中热值气化装置;以下吸式流化床工艺,研制成功l00户生物质气化集中供气系统与装置:以下吸式固定床工艺,研制成功食品与经济作物生物质气化烘干系统与装置;以流化床干馏工艺,研制成功1000户生物质气化 集中供气系统与装置。“九五”期间,国家科委安排了“生物质热解气化及相关技术”的科技攻关专题,重点研究开发1MW大型生物质气化发电技术和农村秸秆气化集中供气技术。目前全国已建成农村气化站近200多个,谷壳气化发电100多台套,气化利用技术的影响正在逐渐扩大。
c.“八五”期间,我国开始了利用纤维素废弃物制取乙醇燃料技术的探索与研究,主要研究纤维素废弃物的稀酸水解及其发酵技术,并在“九五”期间进入中间试验阶段。我国已对植物油和生物质裂解油等代用燃料进行了初步研究:如植物油理化特性、酯化改性工艺和柴油机燃烧性能等方面进行了初步试验研究。“九五”期间,开展了野生油料植物分类调查及育种基地的建设。我国的生物质液化也有一定研究,但技术比较落后,主要开展高压液化和热解液化方面的研究。
d.此外,在“八五”期间,我国还重点对生物质压缩成型技术进行了科技攻关,引进国外先进机型,经消化、吸收,研制出各种类型的适合我国国情的生物质压缩成型机,用以生产棒状、块状或颗粒生物质成型燃料。我国的生物质螺旋成型机螺杆使用寿命达500小时以上,属国际先进水平。
虽然我国在生物质能源开发方面取得了巨大成绩,技术水平却与发达国家相比仍存在一定差距,如:
a.新技术开发不力,利用技术单一。我国早期的生物质利用主要集中在沼气利用上,近年逐渐重视热解气化技术的开发应用,也取得了一定突破,但其他技术开展却非常缓慢,包括生产酒精、热解液化、直接燃烧的工业技术和速生林的培育等,都没有突破性的进展。
b.由于资源分散,收集手段落后,我国的生物质能利用工程的规模很小;为降低投资,大多数工程采用简单工艺和简陋设备,设备利用率低,转换效率低下。所以,生物质能项目的投资回报率低,运行成本高,难以形成规模效益,不能发挥其应有的、重大的能源作用。
c.相对科研内容来说,投入过少,使得研究的技术含量低,多为低水平重复研究,最终未能解决一些关键技术,如:厌氧消化产气率低,设备与管理自动化程度较差;气化利用中焦油问题没有彻底解决,给长期应用带来严重问题;沼气发电与气化发电效率较低,相应的二次污染问题没彻底解决。导致许多工程系统常处于维修或故障的状态,从而降低了系统运行强度和效率。
此外,在我国现实的社会经济环境中,还存在一些消极因素制约或阻碍着生物质能利用技术的发展、推广和应用,主要表现为:
a.在现行能源价格条件下,生物质能源产品缺乏市场竟争能力,投资回报率低挫伤了投资者的投资积极性,而销售价格高又挫伤了消费者的积极性。
b.技术标准未规范,市场管理混乱。在秸杆气化供气与沼气工程开发上,由于未有合适的技术标准和严格的技术监督,很多未具备技术力量的单位和个人参与了沼气工程承包和秸杆气化供气设备的生产,引起项目技术不过关,达不到预期目标,甚至带来安全问题,这给今后开展生物质利用工作带来很大的负面影响。
c.目前,有关扶持生物质能源发展的政策尚缺乏可操作性,各级政府应尽快制定出相关政策,如价格补贴和发电上网等特殊优惠政策。
d.民众对于生物质能源缺乏足够认识,应加强有关常识的宣传和普及工作。
e.政府应对生物质能源的战略地位予以足够重视,开发生物质能源是一项系统工程,应视作实现可持续发展的基本建设工程。
4.发展方向与对策
4.1发展方向
我国的生物质能资源丰富,价格便宜,而经济环境和发展水平对生物质技术的发展处于比较有利的阶段。根据这些特点,我国生物质的发展既要学习国外先进经验,又要强调自己的特色,所以,今后的发展方向应朝着以下几方面:
a.进一步充分发挥生物质能作为农村补充能源的作用,为农村提供清洁的能源,改善农村生活环境及提高人民生活条件。这包括沼气利用、秸杆供气和小型气化发电等实用技术。
b.加强生物质工业化应用,提高生物质能利用的比重,提高生物质能在能源领域的地位。这样才能从根本上扩大生物质能的影响,为生物质能今后的大规模应用创造条件,也是今后生物质能能否成为重要的替代能源的关键。
c.研究生物质向高品位能源产品转化的技术,提高生物质能的利用价值。这是重要的技术储备,是未来多途径利用生物质的基础,也是今后提高生物质能作用和地位的关键。
d.同时,利用山地、荒地和沙漠,发展新的生物质能资源,研究、培育、开发速生、高产的植物品种,在目前条件允许的地区发展能源农场、林场,建立生物质能源基地,提供规模化的木质或植物油等能源资源。
4.2对策
根据上面的主要发展方向,今后我国生物质利用技术能否得到迅速发展,主要取决于以下几个方面:
a.在产业化方面:加强生物质利用技术的商品化工作,制定严格的技术标准,加强技术监督和市场管理,规范市场活动,为生物质技术的推广创造良好的市场环境。
b.在工业化生产与规模化应用方面:加强生物质技术与工业生产的联系,在示范应用中解决关键的技术在技术研究方面:既重点解决推广应用中出现的技术难题,在生产实践中提高并考验生物质能技术的可靠性和经济性,为大规模使用生物质创造条件。
c.在技术研究方面:既重点解决推广应用中出现的技术难题,如焦油处理,寒冷地区的沼气技术等,又要同时开展生物质利用新技术的探索,如生物质制油,生物质制氧等先进技术的研究。
d.制定一项生物质能源国家发展计划,引进新技术、新工艺,进行示范、开发和推广,充分而合理地利用生物质能资源。在21世纪,逐步以优质生物质能源产品(固体燃料、液体燃料、可燃气、由、执等形式)取代部分矿物燃料,解决我国能源短缺和环境污染等问题。
4.3优先领域
.秸秆能源利用
.有机垃圾处理及能源化
.工业有机废渣与废水处理及能源化
.生物质液体燃料
4.4重大关键技术
.高效生物质气化发电技术
.有机垃圾IGCC发电技术
.高效厌氧处理及沼气回收技术
.纤维素制取酒精技术
.生物质裂解液化技术
.能源植物培育及利用技术
5.结语
生物质能源在未来世纪将成为可持续能源重要部分。我国幅员辽阔,但化石能源资源有限,生物质资源丰富,发展生物质能源具有重要的战略意义和现实意义。采用高新技术将秸秆、禽畜粪便和有机废水等生物质转化为高品位能源,开发生物质能源将涉及农村发展、能源开发、环境保护、资源保护、国家安全和生态平衡等诸多利益。希望得到社会各界、各级政府、专家学者的广泛关注与支持,为我国的生物质能源事业创造有益的发展环境。
参考资料:我弄得好辛苦哒.分给我啦
丹麦EXPO-NET 公司生产的用于污水处理的生物填料(即生物包),它适用于那些要求运行成本低,运行稳定的污水处理厂。
生物包自1988年开始生产。目前在欧洲等地约有 2000-3000个污水处理厂使用了生物包,并取得了很好的效果。
BIO-BLOK生物包的应用范围包括:
工业污水及民用污水处理
水产养殖的污水处理
空气清洁器和冷却器
淡水、海水的循环水养鱼系统
以植物为基础的废水处理(根块区植物)
简而言之, 凡属于可被生物降解,并且无毒性的污水均可使用生物包进行处理.
处理的效果取决于:
污水的类型: 污水可被生物降解性
污水的水温: 污水的水温对生物降解的速度有很大影响
生物过滤器的规格: 能有多少细菌可用来处理污水
污水在处理厂滞留时间
生物包的优点: 使用惰性聚乙烯材料,有利于环保,启动期极短,投资成本低,净化程度高具有非牢固和稳定的结构,每平方米可承受12吨,粗糙的表面使生物积结的又好又快由于生物包具有不堵塞的特性,可连续运转,使用的材料为聚乙烯,有很长的使用寿命,维护费用低。
用生物包与用活性污泥相比:
1.用生物包,可有更多的细菌用来处理污水。因为细菌被固定在过滤媒体上,同时也浮在中;
2.有很大一部分细菌被固定在过滤媒体上,不会被污水冲走,因此运作更加稳定。
生物包的技术规格:
型号
生物包100
生物包200
生物包300
单位表面(m/m)
100
200
300
流动区
70%
60%
中空的%
90%
82%
模数结构
是
是
无
每一标准装置重量
6kg/包
11kg/包
120g/ 米
管子直径 (mm)
70
55
30
模块尺寸(cm)
56X 56X55
56X 56X55
不用
(表面测定已由生产者计算。由于方法,材料和结构不同,上述数字稍有变化.)
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污水处理生物包技术手册目录
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http://www.tfet.com/news/view.asp?id=ne000000000023644
捷克:污水处理现状及污水生物处理技术
全球科技经济了望2005-1-28
自1990年以来,捷克对水资源的保护和管理发生了很大的变化,特别是申请加入欧盟以来,不断完善和健全环保法律法规,把对水资源的保护列为整个环保工作的重中之重,开发出了具有捷克特色的先进生物污水处理技术,并广泛应用于污水处理厂。
1.污水处理现状
由于修建城镇污水处理设施,特别是大型污水处理厂,过去几年捷克污水的排放量在逐年减少。如1989年全国污水排放量(排入公共污水管道系统)是8.78亿立方米,当时污水初级处理率仅有71%,到1999年全国污水排放量减少到5.92亿立方米,其中95%经过适当方式处理。1990至1999年新建城镇污水处理厂333个,1999年全国有959个污水处理厂。1990至2000年城市生活污水处理率达74.8%,污水处理率由50.3%提高到62%,略高于OECD国家污水处理率(59%),但低于欧盟国家(平均为73%),主要原因是捷克有些城镇排污水管道未与污水处理厂系统连接,以及许多污水处理设备没有生物去除氮磷装置。
1990至1999年通过不断修建污水处理厂、关闭工业污染企业和减少污水排放等措施,大大改善了河流水质,特别是严重污染的河流水质有明显改善,由5级降为4级或3级。有害物质排放量也大大减少,生物耗氧量减少了85%,化学耗氧量减少了78%,悬浮物质减少了84%,溶解性无机盐减少了37%,油污降低了89%,酸碱污染降低了81%。2000至2003年随着新增污水处理厂的建立,上述有害物质对水体的污染又有进一步减少。但农业使用硝酸盐的污染仍存在,特别是水流量小的小溪流受氨氮及微生物的污染还存在。
2.R-AN-D-N污水生物处理技术
根据欧盟排放水质标准规定,来自市政污水处理厂的污水最大可接受的残留物浓度是:总氮含量10~15毫克/升,总磷含量1~2毫克/升。因此要求新建的污水处理厂都要增加去除氮磷等成分的装置。在活性污泥处理法的基础上,1990年捷克研究开发了利用生物反应池开展再生-无氧-缺氧-好氧多阶段流程处理,简称R-AN-D-N污水生物处理技术。活性污泥处理,由于相对高的污水存在期,需要大容量的爆气池用于增加和维持硝化自氧细菌的数量,因此硝化作用受到一定限制。R-AN-D-N污水生物处理技术解决了这一问题,这也是捷克专家在这一领域的主要贡献。
R-AN-D-N生物技术处理污水基本原理:该流程亦属稳定接触处理污水流程,其基本特点是在反应池回收污泥中增加使用再生区段(或称爆气区),目的是增加好氧污泥的存在期。将活化污泥暴露在再生池以达到内源代谢条件,经内源代谢呼吸导致细胞内贮存量部分耗尽。由于再生池MLSS污泥浓度至少是主活化污泥流程混合液的2倍,因此通过使用较小的池容量亦可达到增加污泥存在期。
由于硝化作用完全需要氧气,并只能在有氧条件下进行,因此将好氧污泥存在期看作为总污泥存在期的理论概念已得到普遍认可。如果没有自氧硝化菌氨的物质作基质,生物质发生大变化是不可能的。假定整个再生区段是完全需氧的,即只有低浓度易降解的生物耗氧量存在,来自污泥脱水的废水量降低了碳氮比例,因此有利于硝化生物质的快速生长。硝化生物质能降低废水中氨氮浓度,还能不断增加R-AN-D-N处理流程中爆气池的无机营养的含量。这种生物增量原理的应用大大提高了污水处理效率。另外还通过爆气池加温装置加快自氧硝化生物质的生长。为了缩短活化污泥处理系统反应时间,还可以通过高温爆气池培养自氧硝化物质,然后再添加进反应池。捷克科学家通过建立生物增量数学模型完善了R-AN-D-N处理流程,现已成功地应用于污水处理厂,并取得良好效果。
3.启示和建议
捷克国土面积小,工农业和生活用水主要依赖地表水资源,在历史传统上就比较重视水资源的保护和利用。捷克政府十分重视法规,特别是近几年为了与欧盟的法律法规接轨,不断修改和健全污水排放标准,以达到欧盟的环保标准。1990年以来先后修建了300多个污水处理厂。在污水处理技术方面也有很大的进步,捷克专家根据当地的实际情况,在总结过去生物处理污水经验的基础上,研究开发了R-AN-D-N生物处理技术。经实践证明该技术成功有效,现已在捷克新建的污水处理厂中推广应用。捷克在修建污水处理厂的同时,尤其注意城镇污水收集管道网络的建设,如布拉格、皮尔森等大城市污水排放管道同污水处理厂的连管率达90%以上。在污水处理厂建设过程中,各系统处理单元采取边建设边试运行的方式,在试运行过程中调整技术参数,以提高处理效率。他们这些做法值得我国借鉴和学习。建议我国有关单位和企业与捷克对口单位建立联系,开展污水处理技术的合作和交流。
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生活污水处理方案(1m3/h)
1、总工艺流程
由于生活污水有机污染物浓度较低,污水BOD5/CODcr≥0.45,可生化性较好,因此处理工艺以生化处理为主,选用A/ O+MBR工艺,用污水提升泵提升至厌氧池,利用厌氧菌的作用,使有机物发生水解、酸化,去除废水中的有机物,并提高了污水的可生化性,厌氧池出水进入好氧池,氧化池内进行鼓风曝气,进行硝化、吸收磷、去除BOD(或COD)等,出水进入MBR池生化的同时高效泥水分离。MBR池出水消毒池处理后达标排放。
MBR膜工艺由于膜片的高效截留作用,使MBR膜池内活性污泥浓度升高,高效泥水分离的同时又进行充分有效地生化反应,保证出水的达标,利用MBR膜工艺出水稳定性较好。
2、工艺流程图
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3、一体化特点
(1)便利性:设备在工厂整体组装调试完成,省去了现场烦杂的施工,安装及调试过程。
(2)高度集成一体化:设备内包含了厌氧池、好氧池、MBR池各个污水处理的环节,方便安装运输。
(3)高效率:设备采用低噪声鼓风机,曝气效率高,运行稳定,噪声低。采用高效生物填料,填料外部生长好氧菌,生个处理过程中有机物去除效率高。新型生物填料具有高的比表面积,单位容积内生物量高,提高设备容积负荷1.5倍,设备出水依然稳定达标。
(4)低成本
①土建成本低:因采用一体化设计,无需做任何钢筋混凝土池体。
②设备成本低:采用碳钢模块化设计,工厂规模化生产,速度快,生产工期短。
③运行费用低:创新的工艺,优良的设计,价值采用高效的生物填料,使整套污水处理系统高效运行。
④管理费用低:自动化程度高,自动控制柜可根据污水液位全自动控制水泵、风机运行。当污水断流时,风机能自动间歇运行,以保护生物膜的正常生长。自动控制柜有过流,缺相、过压、欠压等故障的自动保护功能,无需专人管理。
4、工艺流程说明
4.1 格栅
用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物,保证后续设施能正常运行。
格栅采用不锈钢人工格栅,型号500*500mm。
格栅需设置格栅渠,格栅渠规格为1000*500*800mm。
4.2 调节池
污水的水质和水量在24h之内都有波动变化。这种变化对废水处理设备,尤其是生物处理设备正常发挥其净化功能是不利的,甚至可能造成破坏。同样,对于物化处理设备,水质和水量的波动越大,过程参数越难以控制,处理效果越不稳定;反之,波动越小,效果就越稳定。因此,应在废水处理系统之前,设置均化调节池,用以进行水量的调节和水质的均化,以保证废水处理的正常运行。
调节池内放置污水提升泵,采用液位控制,高开低关。
调节池为用户土建项目,建议采用钢砼结构,建议调节池尺寸为3.0m×2.0m×2.5m。
4.3 厌氧池-好氧池
生化处理的主要单元,将大颗粒有机物分解为易被生化的小颗粒物质,提高污水的可生化性,接触氧化池利用好氧菌种的作用,极大效率的降低了污水中各种成分的含量。水解酸化池及接触氧化池均采用生物组合填料,该填料比表面积大,处理负荷高,是一般填料的5-10倍,污水在生化池内不断循环,充分的于填料上的生物膜相接触,达到有机物迅速降解的作用。生化池内的曝气设备采用微孔曝气器,氧的利用率为30%以上,有效地节约了运行费用。
填料系统:
组合式填料φ150,采用填料支架进行固定。
组合填料是在软性填料和半软性填料的基础上发展而成的,它兼有两者的优点。其结构是将塑料圆片压扣改成双圈大塑料环,将醛化纤维或涤纶丝压在环的环圈上,使纤维束均匀分布;内圈是雪花状塑料枝条,既能挂膜,又能有效切割气泡,提高氧的转移速率和利用率。使水气生物膜得到充分交换,使水中的有机物得到高效处理。具有比表面积大、氧利用率高、孔隙可变、不堵塞、适用范围广等优点。
曝气采用曝气风机配合微孔曝气器进行曝气。
4.4 MBR膜池
污水经过MBR池进行高效固液分离,同时利用膜的高效截留作用使微生物截留在生物反应器内,泥龄时间长,大大提高有机物的降解速率。
选用膜片为PVDF(聚偏氟乙烯)膜,可实现自动反冲洗。
1) 对污染物的去除率高,抗污泥膨胀能力强,出水水质稳定可靠,出水中没有悬浮物;
2 ) 膜生物反应器实现了反应器污泥龄STR和水力停留时间HRT的分别控制,因而其设计和操作大大简化;
3 ) 膜的机械截留作用避免了微生物的流失,生物反应器内可保持高的污泥浓度,从而能提高体积负荷,降低污泥负荷,具有极强的抗冲击能力;
4 ) 由于SRT很长,生物反应器又起到了“污泥硝化池”的作用,从而显著减少污泥产量,剩余污泥产量低,污泥处理费用低;
5 ) 由于膜的截流作用使SRT延长,营造了有利于增殖缓慢的微生物。如硝化细菌生长的环境,可以提高系统的硝化能力,同时有利于提高难降解大分子有机物的处理效率和促使其彻底的分解;
6 ) MBR曝气池的活性污泥不会随出水流失,在运行过程中,活性污泥会因进入有机物浓度的变化而变化,并达到一种动态平衡,这使系统出水稳定并有耐冲击负荷的特点;
7 ) 膜生物反应器易于一体化,易于实现自动控制,操作管理方便。
配套设备:
MBR膜采用PVDF膜片,运行维护简单,使用寿命长。
MBR膜架采用全不锈钢膜架。
4.5 清水池
用于MBR出水的收集及反冲洗用水。
4.6 消毒池
用于消除污水中的大肠杆菌,采用二氧化氯投加器进行消毒。
消毒池为用户土建池体,建议消毒池尺寸为1.5×1.5×1.5m。
城市污水(municipal sewage,municipal wastewater)排入城镇污水系统的污水的统称。在合流制排水系统中,还包括生产废水和截留的雨水。
城市污水主要包括生活污水和工业污水,由城市排水管网汇集并输送到污水处理厂进行处理。
一、排放标准
根据建设单位提供的资料,平均排水量为:40m³/h
附表:污水进水水质和排放水质标准
CODcr
(mg/l)
BOD5(mg/l)
SS
(mg/l)
动植物油
(mg/l)
NH3-N
(mg/l)
pH
污水进水水质
350
180
200
不考虑
35
6-9
GB8978-88
100
30
100
15
6-9
注:附表数据是根据建设方提供的数据及给排水标准规范实施手册得出,其中SS出水标准甲方要求为100 mg/l。
二、处理方案
国内外一般都采用生化方法处理生活污水,因为生活污水的BOD5/CODcr≈0.5,可生化性强。接触氧化法具有容积负荷高,停留时间短,有机物去除效果好,运行简单和占地面积小等优点。为此,我们选用了工艺成熟、运行可靠的接触氧化法。(注bod为生物需氧量,cod为化学需氧量生物接触氧化工艺
三、设计依据
1、GB18918-2002 城镇污水处理厂污染物浓度排放标准
2、城市污水再生利用 城市杂用水水质GB/T 18920-2002
四、处理问题
城市污水处理工艺一般根据城市污水的利用或排放去向并考虑水体的自然净化能力,确定污水的处理程度及相应的处理工艺。处理后的污水,无论用于工业、农业或是回灌补充地下水,都必须符合国家颁发的有关水质标准。
现代污水处理技术,按处理程度划分,可分为一级、二级和三级处理工艺。污水一级处理应用物理方法,如筛滤、沉淀等去除污水中不溶解的悬浮固体和漂浮物质。污水二级处理主要是应用生物处理方法,即通过微生物的代谢作用进行物质转化的过程,将污水中的各种复杂的有机物氧化降解为简单的物质。生物处理对污水水质、水温、水中的溶氧量、pH值等有一定的要求。污水三级处理是在一、二级处理的基础上,应用混凝、过滤、离子交换、反渗透等物理、化学方法去除污水中难溶解的有机物、磷、氮等营养性物质。污水中的污染物组成非常复杂,常常需要以上几种方法组合,才能达到处理要求。
污水一级处理为预处理,二级处理为主体,处理后的污水一般能达到排放标准。三级处理为深度处理,出水水质较好,甚至能达到饮用水质标准,但处理费用高,除在一些极度缺水的国家和地区外,应用较少。我国许多城市正在筹建和扩建污水二级处理厂,以解决日益严重的水污染问题。
五、处理方法
物理处理法:
通过物理作用分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态的污染物(包括油膜和油珠)的废水处理法,可分为重力分离法、离心分离法和筛滤截留法等。以热交换原理为基础的处理法也属于物理处理法。
化学处理法:
通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。在化学处理法中,以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元是:混凝、中和、氧化还原等;而以传质作用为基础的处理单元则有:萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗析和反渗透等。后两种处理单元又合称为膜分离技术。其中运用传质作用的处理单元既具有化学作用,又有与之相关的物理作用,所以也可从化学处理法中分出来 ,成为另一类处理方法,称为物理化学法。生活污水处理
生物处理法:
通过微生物的代谢作用,使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物,转化为稳定、无害的物质的废水处理法。根据作用微生物的不同,生物处理法又可分为需氧生物处理和厌氧生物处理两种类型。废水生物处理广泛使用的是需氧生物处理法,按传统,需氧生物处理法又分为活性污泥法和生物膜法两类。活性污泥法本身就是一种处理单元,它有多种运行方式。属于生物膜法的处理设备有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池以及生物流化床等。生物氧化塘法又称自然生物处理法。厌氧生物处理法,又名生物还原处理法,主要用于处理高浓度有机废水和污泥。使用的处理设备主要为消化池。
生物接触氧化法:
用生物接触氧化法处理废水,即用生物接触氧化工艺在生物反应池内充填填料,已经充氧的污水浸没全部填料,并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜,污水与生物膜广泛接触,在生物膜上微生物的新陈代谢的作用下,污水中有机污染物得到去除,污水得到净化。最后,处理过的废水排入生物接触氧化处理系统与生活污水混合后进行处理,氯消毒后达标排放。生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺,其特点是在池内设置填料,池底曝气对污水进行充氧,并使池体内污水处于流动状态,以保证污水同浸没在污水中的填料充分接触,避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷,这种曝气装置称谓鼓风曝气。
六、处理工艺
一、污水处理站设备一级强化处理工艺:
一级强化处理,应根据城市污水处理设施建设的规划要求和建设规模,选用物化强化处理法、AB法前段工艺、水解好氧法前段工艺、高负荷活性污泥法等技术。
二、污水处理站设备二级处理工艺:
1、日处理能力在二十万立方米以上(不包括20立方米/日)的污水处理设施,一般采用常规活性污泥法,也可采用其他成熟技术。
2、日处理能力在10~20万立方米的污水处理设施,可选用常规活性污泥法、氧化沟法、SBR法和AB法等成熟工艺。
3、日处理能力在十立方米以下的污水处理设施,可选用氧化沟法、SBR法、水解好氧法、AB法和生物滤池等技术,也可选用常规活性污泥法。
三、污水处理站设备二级强化处理:
1、二级强化处理工艺是指除有效去除碳源污染物外,且具备较强的除磷脱氮功能的处理工艺。
2、在对氮、磷污染物有控制要求的地区,日处理能力在十万立方米以上的污水处理设施,一般选用A/O法、A/A/O法等技术,也可审慎选用其他的同效技术。
3、日处理能力在十万立方米以下的污水处理设施,除采用A/O法、A/A/O法外,也可选用具有除磷脱氮效果的氧化沟法、ABR法、水解好氧法和生物滤池法等。
4、必要时也可选用物化方法强化除磷效果。
四、污水处理站设备自然净化处理工艺:
1、在严格进行环境影响评价、满足国家有关标准要求和水体自净能力要求的条件下,可审慎采用城市污水排入大江或深海的处置方法。
2、在有条件的地区,可利用荒地、闲地等可利用的条件,采用各种类型的土地处理和稳定塘等自然净化技术。
3、城市污水二级处理出水不能满足水环境要求时,在条件许可的情况下,可采用土地处理系统和稳定塘等自然净化技术进一步处理。
4、采用土地处理技术,应严格防止地下水污染。
五、污水处理站设备污泥处理:
1、城市污水处理产生的污泥,应采用厌氧、好氧和堆肥等方法进行稳定处理。也可采用卫生填埋方法予以妥善处置。
2、日处理能力在十万立方米以上的污水二级处理设施产生的污泥,宜采取厌氧消化工艺进行处理,产生的沼气应综合利用。
3、日处理能力在十万立方米以下的污水处理设施产生的污泥,可进行堆肥处理和综合利用。
4、采用延时曝气的氧化沟法、SBR法等技术的污水处理设施,污泥需达到稳定化。采用物化一级强化处理的污水处理设施,产生的污泥须进行妥善的处理和处置。
5、经过处理后的污泥,达到稳定化和无害化要求的,可农田利用不能农田利用的污泥,应按有标准和要求进行卫生填埋处置。
七、处理设备
电磁流量计介绍 电磁流量计的测量原理是根据法拉第电磁规律进行编程,采用单片机嵌入技术,来实现数字励磁,还可以配备4-20MA电流输出信号来记录或调解使用,传感器的主要组成由:测量管、电极、励磁线圈、铁芯与壳体组成。HNLD型电磁流量计主要用于测量封闭管道中的导电液体及液体的体积流量,液体包括酸性液体、碱性液体、盐性等带有腐蚀性的液体,被广泛运用于化工、石油、纺织、造纸、冶金、制药及水处理、环保、市政管理、水利建设等工业领域。 孔板流量计介绍 孔板流量计为江苏华能自动化仪表有限公司定型产品,该孔板流量计是新研发而成的流量差压发生装置,其中节流装置包括孔板内芯和喷嘴等,配套差压变送器或者压力变送器、三阀阻、冷凝器即可测量管道中各种流体的流量,可测量的介质有液体、气体 、蒸汽,被广泛应用于石油、化工、冶金、轻工、煤矿等工业部门。