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關(guān)鍵詞:污泥處置環(huán)境
城市污水處理廠(chǎng)污泥是污水處理過(guò)程中的必然產(chǎn)物,隨著污水處理效率的提高,污泥產(chǎn)量也迅速與日俱增。這些污泥具有高含水率和豐富的有機(jī)物含量,處理不妥當(dāng)將會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。
正是由于城市污水處理廠(chǎng)污泥具有高含水率、高有機(jī)物含量,而且具有較高熱值,富含氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素,同時(shí)含有大量細(xì)菌、寄生蟲(chóng)卵等微生物,所以在污泥處理處置過(guò)程中必須遵循四個(gè)原則:減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化。
污泥的處理包括污泥濃縮、穩(wěn)定、脫水和最終處置四個(gè)階段。污泥處置的主要方式有衛(wèi)生填埋、投海、焚燒和綜合利用等。
1 污泥處理
1.1 污泥濃縮
污泥濃縮的目的在于減容。
濃縮主要是去除污泥中部分自由水和間隙水,濃縮的方法主要包括重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮等。重力濃縮可分為間隙式和連續(xù)式兩種,前者主要用于小型污水處理廠(chǎng)或工業(yè)企業(yè)污水處理廠(chǎng),后者用于大、中型污水處理廠(chǎng)。氣浮濃縮適用于粒子容易上浮的疏水性污泥或懸浮液很難沉降且易于凝聚的場(chǎng)合,特別適用于易于產(chǎn)生污泥膨脹的生化處理工藝中。離心濃縮占地小,不會(huì)產(chǎn)生惡臭,對(duì)于富磷污泥可以避免磷的二次釋放,提高污泥處理系統(tǒng)總的除磷率,但運(yùn)行費(fèi)用的機(jī)械維修費(fèi)用高,經(jīng)濟(jì)性差,一般很少用于污泥濃縮,但對(duì)于難以濃縮的剩余污泥可以考慮使用[[]]。
1.2 污泥消化
污泥消化包括好氧消化和厭氧消化兩種。污泥厭氧消化是污泥處理的重要方法之一,在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用,即在無(wú)氧條件下,由兼性菌及專(zhuān)性厭氧細(xì)菌降解有機(jī)物,最終產(chǎn)物是二氧化碳和甲烷氣(消化氣),使污泥得到穩(wěn)定。由于污泥厭氧消化過(guò)程產(chǎn)生甲烷,故可以回收能源。
1.3 污泥脫水
污泥中含有大量水分,初次沉淀污泥含水率介于95%~97%,剩余污泥含水率在99%以上。
污泥脫水可分為自然干化脫水和機(jī)械脫水,污水處理廠(chǎng)一般采用機(jī)械脫水,而機(jī)械脫水按脫水原理可分為真空過(guò)濾脫水、壓濾脫水和離心脫水三大類(lèi)。目前在城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)應(yīng)用較為廣泛的以壓濾脫水為主。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)一種過(guò)濾分離脫水:螺旋壓榨脫水,其具有如下優(yōu)點(diǎn):可以改變螺旋轉(zhuǎn)速以調(diào)整泥餅含水率和處理量;動(dòng)力小且節(jié)能;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且輕便;低速旋轉(zhuǎn),無(wú)噪音和振動(dòng);濾網(wǎng)為不銹鋼制,不易堵塞,容易清洗恢復(fù);結(jié)構(gòu)密閉,臭氣問(wèn)題易解決;清洗用水量少[[]]。
污泥脫水則是處置前的關(guān)鍵一步。含水率成為制約污泥處置和利用的關(guān)鍵問(wèn)題。
1.4 污泥干化
污泥含水率是影響污泥最終處置的關(guān)鍵因素[[]]。
污泥熱干化按熱介質(zhì)和污泥的接觸方式可分為直接加熱式、間接加熱式和“直接―間接”聯(lián)合式干化(即“對(duì)流―傳導(dǎo)”技術(shù)的結(jié)合) [[]]。
污泥熱干化雖然是污泥處理的一種比較理想的途徑,但其投資和運(yùn)行費(fèi)用高,主要表現(xiàn)為干燥設(shè)備的能耗高。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家,其能耗超過(guò)污泥處置總能耗量的10%。采用干料返混系統(tǒng)可降低干化能耗和運(yùn)行成本;同時(shí)污泥干化的具體工藝要和干化污泥的利用結(jié)合,干化后污泥制肥、制磚、制水泥等,可補(bǔ)償污泥處理處置的成本[[]]。
2 污泥處置
2.1 污泥衛(wèi)生填埋
污泥衛(wèi)生填埋開(kāi)始于60年代,已沿用40余年了,是在傳統(tǒng)填埋的基礎(chǔ)上從保護(hù)環(huán)境的出發(fā),經(jīng)過(guò)科學(xué)的選址和必要的場(chǎng)地防護(hù)處理,具有嚴(yán)格管理制度的科學(xué)操作方法的工程。目前已發(fā)展成一項(xiàng)較成熟的污泥處置技術(shù),具有投資少、容量大、見(jiàn)效快的優(yōu)點(diǎn)[[]]。
然而污泥填埋需要占用大量土地,而適合城市污泥填埋的場(chǎng)所因城市污泥的大量產(chǎn)出而越來(lái)越有限,這也限制了污泥填埋的進(jìn)一步發(fā)展。
從最大限度地使污泥減量化和資源化的角度來(lái)看,污泥填埋也許不是一種最好的處置方法,但是綜合考慮各種處置方法的成本、對(duì)環(huán)境可能產(chǎn)生的影響及目前我國(guó)的實(shí)際情況,對(duì)污泥進(jìn)行填埋處置可能是未來(lái)一段時(shí)期我國(guó)處置污泥的主要方法[[]]。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮,污泥衛(wèi)生填埋只是將污泥中污染物轉(zhuǎn)嫁于土壤,其滲濾液及污染物有害成分可能對(duì)地下水造成污染,而且隨著時(shí)間的增長(zhǎng),污染物不斷累積,因此污泥的衛(wèi)生填埋不是一種長(zhǎng)遠(yuǎn)之計(jì)。
2.2 污泥投海
投海是利用水體消納城市污泥,一般不需要進(jìn)行嚴(yán)格的無(wú)毒無(wú)害化處理,也無(wú)需脫水便可直接排入水體,而且容量很大。但此法并未從根本上解決環(huán)境問(wèn)題,同時(shí)也造成了海洋環(huán)境污染,對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)食物鏈已造成威脅,受到越來(lái)越強(qiáng)烈的反對(duì)。
2.3 污泥焚燒
從可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)說(shuō),污泥焚燒將是最終出路,它不但能實(shí)現(xiàn)污泥減量最大化,同時(shí)基于預(yù)干燥--流化床焚燒技術(shù)的污泥焚燒廠(chǎng)幾乎不再需要使用礦物燃料助燃,且產(chǎn)生的余熱可用于供暖發(fā)電[[]]。
但由于污泥焚燒產(chǎn)生二英等有毒致癌物質(zhì),對(duì)尾氣的處理要求高,而且污泥焚燒處置技術(shù)能耗、成本高于其他污泥處置技術(shù)??紤]到我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)狀況等國(guó)情,污泥焚燒處置工藝很難在短時(shí)間內(nèi)得到推廣。
2.4 污泥資源化利用
傳統(tǒng)的污泥處理處置方法是把污泥中有機(jī)物等污染物去除,使污泥得以穩(wěn)定無(wú)害。然而污泥中含有大量的有機(jī)物,富含氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)元素,也存在著少量鈣、鎂、鐵、鋅、鈉等礦物元素。從某種程度上來(lái)說(shuō),這些物質(zhì)可以被看作成一種能源、資源,而非污染物質(zhì)。
現(xiàn)行較為常見(jiàn)的利用方式有:污泥農(nóng)用、污泥堆肥、污泥制動(dòng)物飼料、污泥建材化利用等。但污泥中含有大量有機(jī)物、也含少量病毒、寄生蟲(chóng)卵等,同時(shí)也存在著少量重金屬。因此污泥資源化利用還存在著很大的隱患和風(fēng)險(xiǎn)。
關(guān)鍵詞:環(huán)境工程;虛擬仿真;平臺(tái)建設(shè)
為加快提高本科教育質(zhì)量,2019年底教育部辦公廳公布了2019年度國(guó)家級(jí)和省級(jí)一流本科專(zhuān)業(yè)建設(shè)點(diǎn)名單,認(rèn)定首批4054個(gè)國(guó)家級(jí)一流本科專(zhuān)業(yè)建設(shè)點(diǎn)和6210個(gè)省級(jí)一流本科專(zhuān)業(yè)建設(shè)點(diǎn)[1]。作為進(jìn)入榜單的省級(jí)一流環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)建設(shè)點(diǎn),需要進(jìn)一步加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)建設(shè),持續(xù)提升本專(zhuān)業(yè)內(nèi)涵和建設(shè)水平,發(fā)揮一流專(zhuān)業(yè)的示范領(lǐng)跑作用,培養(yǎng)本專(zhuān)業(yè)一流人才,為學(xué)校“雙一流”建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)意義
國(guó)家《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020)年》提出深入推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育實(shí)驗(yàn)的深度融合,將實(shí)驗(yàn)信息化作為高等教育系統(tǒng)性變革的內(nèi)生變量[2],以高質(zhì)量實(shí)驗(yàn)助推高等教育質(zhì)量變軌超車(chē),對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)人才,建設(shè)高等教育強(qiáng)國(guó),具有十分重要的意義[3]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)依托虛擬現(xiàn)實(shí)和人機(jī)交互等技術(shù),使學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中開(kāi)展實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐[4]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)任務(wù)是實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的功能,在涉及高?;驑O端的環(huán)境、不可逆的操作,高消耗、高成本、大型訓(xùn)練等情況時(shí),提供可靠、安全和經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[5]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)應(yīng)充分體現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛的原則[6]。
2建設(shè)思路
以環(huán)境工程省一流專(zhuān)業(yè)建設(shè)為契機(jī),武漢工商學(xué)院環(huán)境與生物工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心以開(kāi)源共享、在線(xiàn)學(xué)習(xí)的信息化方式推進(jìn)我?;瘜W(xué)和污水處理類(lèi)改革,以實(shí)驗(yàn)、開(kāi)放的思想推動(dòng)化學(xué)和污水處理類(lèi)教育更新;充分利用新媒體技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),創(chuàng)建開(kāi)放共享平臺(tái),回應(yīng)全媒體大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)于“終身學(xué)習(xí)”的需求[8]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)以學(xué)生為中心,平臺(tái)全天候開(kāi)放,以線(xiàn)上線(xiàn)下交互學(xué)習(xí)的模式,將化學(xué)和污水處理類(lèi)相關(guān)理論課、實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)和污水處理廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié),與仿真實(shí)驗(yàn)互通交叉進(jìn)行。在傳統(tǒng)課堂中,學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)理論性強(qiáng),理解扁平化,通過(guò)在直觀(guān)、可視的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中實(shí)施設(shè)計(jì)實(shí)踐、構(gòu)思實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行操作、問(wèn)題解決過(guò)程,增加學(xué)習(xí)的趣味性,學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)不斷增強(qiáng),對(duì)設(shè)計(jì)理念的掌握運(yùn)用逐步熟練,對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的建立形成持續(xù)完善,實(shí)現(xiàn)對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系理解的“理性—感性—理性”螺旋提升,強(qiáng)化學(xué)生的問(wèn)題分析解決能力、綜合設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力。
3建設(shè)措施
3.1開(kāi)發(fā)與利用實(shí)驗(yàn)資源
依托虛擬仿真技術(shù)研發(fā)公司提供的虛擬仿真產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)支持,項(xiàng)目用于學(xué)校虛擬仿真實(shí)驗(yàn),并持續(xù)開(kāi)發(fā)拓展項(xiàng)目?jī)?nèi)容及功能;充分發(fā)揮工程技術(shù)企業(yè)和信息技術(shù)企業(yè)在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的積極作用,創(chuàng)新才人培養(yǎng)模式,強(qiáng)化大學(xué)生綜合能力訓(xùn)練,培養(yǎng)適合創(chuàng)新性國(guó)家建設(shè)的應(yīng)用型創(chuàng)新人才。湖北君集水處理公司是學(xué)校合作企業(yè),為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提供了大量的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、技術(shù)支持和經(jīng)費(fèi)支持。持續(xù)開(kāi)發(fā)獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)《污水處理工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)》軟件作為課程推進(jìn)的新動(dòng)力。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)涵蓋四個(gè)模塊:化學(xué)水質(zhì)檢測(cè)仿真實(shí)驗(yàn)室(含COD、BOD、總磷、總氮和污泥的仿真實(shí)驗(yàn),包含演示,可用于預(yù)習(xí),見(jiàn)圖1),污水處理廠(chǎng)3D仿真培訓(xùn)(可用于學(xué)生認(rèn)知仿真實(shí)習(xí)或企業(yè)入職培訓(xùn),見(jiàn)圖2),污水處理工藝設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖3)和仿真污水處理廠(chǎng)運(yùn)行(見(jiàn)圖4)。每個(gè)模塊化單元有其參數(shù)設(shè)置和設(shè)計(jì)計(jì)算等。
3.2建設(shè)化學(xué)和污水處理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)
3.2.1建設(shè)門(mén)戶(hù)網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享門(mén)戶(hù)網(wǎng)站作為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)入口,各模塊包括首頁(yè),項(xiàng)目描述,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì),網(wǎng)絡(luò)相關(guān)要求等,首頁(yè)涵蓋通知公告、相關(guān)視頻、虛擬仿真平臺(tái)和仿真軟件展示等。通知公告便于師生及時(shí)掌握本行業(yè)相關(guān)賽事和講座信息;相關(guān)視頻有實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)講座、科技治污、各種宣傳片等;網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)支持學(xué)生開(kāi)展專(zhuān)業(yè)討論、在線(xiàn)共享學(xué)習(xí)資料等,承擔(dān)隨時(shí)學(xué)習(xí)等功能[7]。污水處理仿真實(shí)驗(yàn)是在線(xiàn)開(kāi)放共享的,進(jìn)入實(shí)驗(yàn)時(shí)可以選擇不同的角色,實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)的分級(jí)管理,主要包括專(zhuān)家、教師和學(xué)生,不同級(jí)別用戶(hù)享有不同的使用權(quán)限,用以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性[8]。3.2.2實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)功能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)架及研發(fā)技術(shù):通過(guò)3D仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬仿真。3D引擎在Windows平臺(tái)下通過(guò)DirectX技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D渲染。通過(guò)骨骼動(dòng)畫(huà)、關(guān)鍵幀和序列幀動(dòng)畫(huà)制作3D動(dòng)畫(huà)。通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(實(shí)時(shí)陰影,光照貼圖,凹凸貼圖等)和計(jì)算幾何學(xué)(碰撞檢測(cè)、射線(xiàn)檢測(cè)、剛體、流體模擬等)等實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象仿真。通過(guò)后臺(tái)模塊化模型的搭建和鏈接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)仿真。開(kāi)發(fā)工具采用Unity3d作為3D引擎,采用C#語(yǔ)言并通過(guò)VisualStudio工具進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)。通過(guò)SVN,MicrosoftProject等工具進(jìn)行程序版本控制和項(xiàng)目管理。虛擬仿真管理平臺(tái)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是JAVA,開(kāi)發(fā)工具是Eclipse跨平臺(tái)的自由集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)。服務(wù)器硬件設(shè)有專(zhuān)人專(zhuān)管,部署在實(shí)驗(yàn)室核心機(jī)房;制定了虛擬仿真平臺(tái)維護(hù)流程要求及維護(hù)記錄,安排專(zhuān)人與歐倍爾公司對(duì)接并將軟件持續(xù)改進(jìn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)涵蓋對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的后臺(tái)維護(hù)人員和各類(lèi)基礎(chǔ)信息進(jìn)行初始化、數(shù)據(jù)維護(hù)和功能設(shè)置,具體包括仿真程序教師端和仿真程序管理平臺(tái),仿真程序教師端包括學(xué)員管理和考試管理,仿真程序管理平臺(tái)包括運(yùn)維管理和部署管理。學(xué)員管理包括設(shè)置教師和學(xué)生的基本信息,包括實(shí)驗(yàn)安排、實(shí)驗(yàn)結(jié)果存儲(chǔ)上傳與數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)操作評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)、實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)管理等功能;部署管理包括資料庫(kù)、實(shí)驗(yàn)交流、實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理、和在線(xiàn)答疑等部分[7]。
3.3建立和完善實(shí)驗(yàn)與科研隊(duì)伍的培養(yǎng)制度
著力規(guī)范和加強(qiáng)教職工培訓(xùn)管理工作,明確按照學(xué)校建設(shè)發(fā)展的需要,“統(tǒng)籌規(guī)劃、合理安排”的基本原則,采用校內(nèi)與校外、國(guó)內(nèi)與國(guó)外培訓(xùn)相結(jié)合,形式多樣、有針對(duì)性、注重實(shí)效的方式來(lái)加強(qiáng)培訓(xùn)工作,確保建立起一支高水平的實(shí)驗(yàn)與科研隊(duì)伍。大力支持從事實(shí)驗(yàn)與科研隊(duì)伍人員相互學(xué)習(xí)、相互促進(jìn)、共同提高,研究成果和發(fā)表的相關(guān)論文及編寫(xiě)的實(shí)驗(yàn)教材與同類(lèi)科研成果一樣享受各種獎(jiǎng)勵(lì)。擔(dān)任有實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的新教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員上崗前必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn),過(guò)好實(shí)踐教學(xué)關(guān),熟悉實(shí)驗(yàn)室環(huán)境,了解掌握儀器設(shè)備性能和操作使用方法,掌握實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的運(yùn)用,認(rèn)真?zhèn)湔n,撰寫(xiě)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的教案。同時(shí),在指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)前必須完成預(yù)備實(shí)驗(yàn),進(jìn)行試講、試做,提供講稿、試做記錄,經(jīng)系、實(shí)驗(yàn)中心負(fù)責(zé)人組織審查確認(rèn)后可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)和指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。
4應(yīng)用情況
4.1學(xué)科競(jìng)賽
2020年第46屆世界技能大賽水處理技術(shù)項(xiàng)目交流賽(武漢)由武漢工商學(xué)院承辦[9],結(jié)合疫情防控相關(guān)要求,虛擬仿真平臺(tái)模塊是其中5個(gè)考試模塊之一,占總成績(jī)的10%,每個(gè)模塊的設(shè)置充分考驗(yàn)選手設(shè)備安裝能力、操作熟練程度、實(shí)驗(yàn)進(jìn)程把握能力,以及界定、探索、解決不確定性問(wèn)題的能力;2020年第46屆世界技能大賽水處理技術(shù)項(xiàng)目湖北省線(xiàn)上集訓(xùn)也采用了虛擬仿真平臺(tái),并且向參加的14所院校52名學(xué)生和10余名教練介紹和推薦了本校自主開(kāi)發(fā)的虛擬仿真軟件;2020年第46屆世界技能大賽湖北省選拔賽水處理技術(shù)項(xiàng)目正式比賽中[10],武漢工商學(xué)院學(xué)子分別取得了第一名和第二名的好成績(jī)。
4.2實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)
關(guān)鍵詞:虛擬仿真實(shí)驗(yàn) ; 初中物理; 教學(xué)應(yīng)用
一、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)概述
目前,初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中因?qū)嶒?yàn)儀器價(jià)格昂貴、制作復(fù)雜、構(gòu)造精密所限,學(xué)生不能真實(shí)參與到理解實(shí)驗(yàn)思想理念、練習(xí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)儀器、熟悉儀器性能構(gòu)造的實(shí)踐中去,而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)則可以代替實(shí)際實(shí)驗(yàn),提供全開(kāi)放性、高綜合性的平臺(tái)和提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)供學(xué)生計(jì)算分析。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)運(yùn)用多媒體課件開(kāi)發(fā)工具,通過(guò)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的圖形、圖像、文字、數(shù)據(jù)等,它具有快捷、易學(xué)、簡(jiǎn)單、直觀(guān)等優(yōu)點(diǎn),能使老師根據(jù)教學(xué)計(jì)劃制作實(shí)驗(yàn)課件,模擬實(shí)驗(yàn)情境,展現(xiàn)教學(xué)意圖,有效提升物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量并幫助教師探索新的教學(xué)方法和模式。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)改善傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的原因如下:其一是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)真實(shí)展現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)和過(guò)程,構(gòu)建了活靈活現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)畫(huà)面;其二是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為教學(xué)主體,使學(xué)生主動(dòng)積極的參與到物理實(shí)驗(yàn)課程中,激發(fā)了其學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)的熱情和興趣,使其在實(shí)驗(yàn)課程中發(fā)現(xiàn)理論知識(shí)的問(wèn)題并及時(shí)糾正調(diào)整;其三是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軇?chuàng)新性的整合學(xué)生的理論知識(shí),使其知識(shí)模塊結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化,“溫故而知新”,在知識(shí)的不斷學(xué)習(xí)和理解中,動(dòng)態(tài)的掌握知識(shí)、理解知識(shí)、應(yīng)用知識(shí);其四是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)茉谖锢韺?shí)驗(yàn)課程中營(yíng)造真實(shí)性、直觀(guān)性、開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,使學(xué)生通過(guò)虛擬網(wǎng)絡(luò)下的探究性學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)、觀(guān)察實(shí)驗(yàn)、歸納總結(jié)的學(xué)習(xí)能力,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)律、探究實(shí)驗(yàn)問(wèn)題、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)意識(shí)的學(xué)習(xí)精神,全面提升學(xué)生的文化素質(zhì)和技能水平。與此同時(shí),虛擬仿真實(shí)驗(yàn)仍然存在著缺陷,其不可否認(rèn)的提升了教學(xué)效率和避免了實(shí)驗(yàn)誤差,但因?yàn)槠淠M性、理想化的操作缺少了實(shí)際實(shí)驗(yàn)的可操作性和真實(shí)感,不能真正鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力。
二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)應(yīng)用
1.利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)探究電路短路問(wèn)題
電路短路問(wèn)題是初中物理教學(xué)中的重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)通過(guò)虛擬電學(xué)工具箱,增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)于短路問(wèn)題的理解和認(rèn)識(shí),保障解決變式問(wèn)題和實(shí)際問(wèn)題的能力。以下為實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)演示:
實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)1:觀(guān)察電源短路現(xiàn)象
第一步通過(guò)虛擬電學(xué)工具箱提供的電源、電表、開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)絲等組件,使用鼠標(biāo)拖動(dòng)組成一個(gè)短路電路;第二步將電源兩極直接與開(kāi)關(guān)兩端相連并打開(kāi)開(kāi)關(guān),(提問(wèn)學(xué)生“將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?”)觀(guān)察現(xiàn)象;第三步連接電流表(提問(wèn)學(xué)生“將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?”)觀(guān)察現(xiàn)象。通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示,第二步中會(huì)出現(xiàn)“干電池短路”的警告語(yǔ),第三步則會(huì)出現(xiàn)電流表超出最大值的現(xiàn)象。這一環(huán)節(jié)的虛擬實(shí)驗(yàn)使學(xué)生體驗(yàn)電源短路并了解電源短路會(huì)造成極大電流出現(xiàn)并燒毀電源、引發(fā)火災(zāi)的事故。
實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)2:電源短路后的保護(hù)措施
第一步在已短路的電路(連接電流表)中串聯(lián)保險(xiǎn)絲并打開(kāi)開(kāi)關(guān)(提問(wèn)學(xué)生“將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?”)觀(guān)察現(xiàn)象;第二步得出結(jié)論,即保險(xiǎn)絲斷裂,電流表數(shù)值歸零。這一環(huán)節(jié)的虛擬實(shí)驗(yàn)使學(xué)生認(rèn)識(shí)串聯(lián)保險(xiǎn)絲是防止電源短路的措施之一,同時(shí)在條件允許的情況下可展示閘刀開(kāi)關(guān)、空氣開(kāi)關(guān)等防止短路的組件。
實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)3:認(rèn)識(shí)用電器短路現(xiàn)象
第一步組建串聯(lián)電源與燈泡和并聯(lián)電源與燈泡的電路,先打開(kāi)串聯(lián)開(kāi)關(guān),后打開(kāi)并聯(lián)開(kāi)關(guān)(提問(wèn)學(xué)生“將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?”)觀(guān)察現(xiàn)象;第二步觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,即串聯(lián)開(kāi)關(guān)打開(kāi)后兩只燈泡均發(fā)光,打開(kāi)并聯(lián)開(kāi)關(guān)后一只燈泡熄滅,另一只亮度增強(qiáng);第三步向?qū)W生提出“為什么一只燈泡熄滅了而另一只卻變亮了?”、“熄滅的燈泡被燒毀了嗎?”“這種操作是否安全?”等問(wèn)題并鼓勵(lì)思考。這一環(huán)節(jié)的虛擬實(shí)驗(yàn)使學(xué)生認(rèn)識(shí)用電器串聯(lián)時(shí),若其中某一用電器短路,則整體電路電流增大、可能燒毀其他用電器或者其他用電器使用不正常。
實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)4:并聯(lián)電路的短路現(xiàn)象
第一步組件兩組并聯(lián)電源與燈泡的電路,打開(kāi)開(kāi)關(guān),(提問(wèn)學(xué)生“將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?”)觀(guān)察現(xiàn)象;第二步觀(guān)察現(xiàn)象并得出結(jié)論,即并聯(lián)電路中,若其中某一用電器短路,則其他用電器都不正常工作同時(shí)燒毀保險(xiǎn)絲。這一虛擬實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生發(fā)散到多個(gè)用電器并聯(lián)短路時(shí)的結(jié)論,即并聯(lián)電路短路情況下所有用電器均不工作;家用電器一般并聯(lián)使用并安裝保險(xiǎn)絲,同時(shí)需要合理避免電器短路。
2.利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)探究閉合電路中的歐姆定律
歐姆定律是初中物理教學(xué)中的基本定律之一,是拓展電學(xué)知識(shí)和分析電路的基礎(chǔ),虛擬仿真實(shí)驗(yàn)通過(guò)虛擬電學(xué)工具箱,設(shè)計(jì)閉合電路中歐姆定律的推導(dǎo)演示環(huán)節(jié)如下:
實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)1:推導(dǎo)前的猜想與假設(shè)
第一步利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中的虛擬電學(xué)工具箱,演示出不同電壓下小燈泡的亮度現(xiàn)象;第二步演示出相同電壓不同電阻下小燈泡的亮度現(xiàn)象;第三步提問(wèn)如“電流的變化可能與哪些因素有關(guān)?”“電壓不變,電阻增大,電流有什么變化”等并給出結(jié)論,即電阻相同,電壓增大的情況下電流變大;電壓相同,電阻增大的情況下電流變小。
實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)2:探究電阻相同情況下電流與電壓的關(guān)系
保持電阻不變,通過(guò)改變電池個(gè)數(shù)增大電壓值,觀(guān)察電流的變化情況并記錄,得出結(jié)論和規(guī)律。即:在電阻保持不變的情況下,電流隨著電壓的增大而增大并且始終保持電壓和電流的比值不變,得出R=U/I的結(jié)論公式。
實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)3:探究電壓相同情況下電流與電阻的關(guān)系
保持電壓不變,通過(guò)改變電阻的個(gè)數(shù)增大電阻值,觀(guān)察電流的變化情況并記錄,得出結(jié)論和規(guī)律。即:在電壓保持不變的情況下,電流隨著隨著電阻的增大而減小并且始終保持電阻和電流的乘積不變,得出U=IR的結(jié)論公式。
三、 小結(jié)
新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求:“物理課程應(yīng)改變過(guò)分強(qiáng)調(diào)知識(shí)傳承的傾向,讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程,學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法,培養(yǎng)學(xué)生的探索精神,實(shí)踐能力以及創(chuàng)新意識(shí)?!彼栽诔踔形锢韺?shí)驗(yàn)教學(xué)中,可以結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn),以學(xué)生為教學(xué)主體,通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的展示,使學(xué)生形成模塊化、系統(tǒng)化的知識(shí)體系,將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際操作中,提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)的興趣和熱情。
參考文獻(xiàn):
[1]戶(hù)永清:在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的研究[J],達(dá)縣師范高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào),2005年02期
[2]賀曉華;李強(qiáng):虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用淺析[J],職業(yè)教育研究,2007年09期
關(guān)鍵詞:水污染防治;污水處理;常用方法
1 概述
生活污水和工業(yè)污水構(gòu)成了城市的污水系統(tǒng),通常是通過(guò)城市集中的排水管網(wǎng)匯集之后在統(tǒng)一運(yùn)送至污水處理廠(chǎng)進(jìn)行處理。
通常情況下,城市的污水處理工序主要是根據(jù)城市污水的利用以及排放的去向并考慮到水頭的自然凈化功能,來(lái)具體確定污水的處理程度以及相關(guān)的處理工序。不論是在工業(yè)領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域以及回灌補(bǔ)充地下水的使用中,對(duì)于處理后的污水再利用,都必須達(dá)到國(guó)家頒布的有關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)存的處理技術(shù)按照處理成都來(lái)劃分的話(huà)可以分為一級(jí)處理、二級(jí)處理和三級(jí)處理。一級(jí)處理是一種應(yīng)用物理方式,通過(guò)篩濾以及沉淀的方式將污水中不能溶解的懸浮顆粒以及漂浮物質(zhì)去除。污水的二級(jí)處理是應(yīng)用生物處理方式,利用微生物的代謝作用實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,有效的將污水中復(fù)雜的有機(jī)氧化物向簡(jiǎn)單的物質(zhì)降解。不僅如此,在整個(gè)生物處理方式中,對(duì)污水的水質(zhì)、水溫和水中的溶氧量以及PH值等不都有很大程度上的要求。污水的三級(jí)處理是建立在一級(jí)以及二級(jí)的處理之上的處理方式,通過(guò)運(yùn)用混凝、過(guò)濾、反滲透以及離子交換等方式將污水中存在的非常難以溶解的有機(jī)物、磷以及氮等多種營(yíng)養(yǎng)性的物質(zhì)技進(jìn)行分解去除。一般情況下,污水中的污染物具有十分復(fù)雜的特點(diǎn),只有有效的將上述幾種方式結(jié)合起來(lái)共同處理,才能滿(mǎn)足相應(yīng)的需求,達(dá)到處理的標(biāo)準(zhǔn)[1]。
在污水處理中,一級(jí)處理是是一種預(yù)處理的過(guò)程,二級(jí)處理是整個(gè)處理中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié),處理后的污水通常情況下可以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。三級(jí)處理是更深一層的深度處理,使得處理后的污水水質(zhì)較好,甚至可以達(dá)到飲用水的標(biāo)準(zhǔn)要求,但是這種深層處理的過(guò)程費(fèi)用投入較多,在我國(guó)一些極度缺水的地區(qū),并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。在當(dāng)前我國(guó)的很多城市都開(kāi)始籌備和建設(shè)二級(jí)污水處理廠(chǎng),解決因?yàn)楣I(yè)以及生活帶來(lái)的水污染問(wèn)題。
2 城市污水治理的常用方法分析
2.1 活性污泥法
長(zhǎng)時(shí)間以來(lái),很多城市對(duì)污水的處理方式主要采用活性污泥法,這種處理方法是現(xiàn)在世界各國(guó)應(yīng)用最為廣泛的一種生物處理,處理能力較強(qiáng)以及出水的水質(zhì)較優(yōu)是這種處理方式最為突出的優(yōu)勢(shì)[2]。曝氣池、沉淀池、污水回流以及剩余污泥排放系統(tǒng)組成了這種方式的處理過(guò)程,如圖1所示。
混合液的形成過(guò)程是通過(guò)在污水和回流中活性污泥同時(shí)流入曝氣池中而產(chǎn)生的,當(dāng)曝氣設(shè)備內(nèi)部與一定的空氣進(jìn)行了接觸,在這時(shí),空氣中的氧氣就會(huì)如混合液發(fā)生充分的融合,隨之便產(chǎn)生了好氧代謝反應(yīng),并且在這一過(guò)程中混合液能夠得到充分的攪拌而產(chǎn)生一種懸浮的狀態(tài)。所以說(shuō),這種方式能夠迅速有效的將污水中有機(jī)物和氧氣,與微生物接觸從而發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)效果。接著,混合液逐漸的流入沉淀池中,能將自身的懸浮顆粒在池中進(jìn)行一個(gè)沉降,從而與水發(fā)生充分的分離,這時(shí),沉淀池中分離出來(lái)的水就是已經(jīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的凈化水。沉淀池中存在的污泥會(huì)出現(xiàn)回流的現(xiàn)象,一般情況下,就把這個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)的污泥稱(chēng)作是回流污泥,回流污泥只要是為了使得曝氣池中保持相應(yīng)的懸浮固體濃度[3]。在曝氣池中出現(xiàn)的生化反應(yīng)能夠在很大程度上使得微生物發(fā)生增殖現(xiàn)象,增殖的微生物通常在沉淀池中實(shí)現(xiàn)排除,從而達(dá)到保持活性污泥系統(tǒng)能夠繼續(xù)良好運(yùn)行的目的,在這過(guò)程中產(chǎn)生的污泥就被稱(chēng)作是剩余污泥?;钚晕勰嗄軌蛴行У难趸⒎纸庥袡C(jī)物,除此之外,還具有較好的凝聚及沉降功能,能夠使活性污泥與混合液發(fā)生完全的分離,實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的清澈。但是這種方式相對(duì)來(lái)說(shuō)基礎(chǔ)建設(shè)的投入資金多,并且還具有很大的局限性。
現(xiàn)階段大多數(shù)的城市在廢水上面臨的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn):
(1)污水排放有著越來(lái)越嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,所以對(duì)污水中氮、磷等一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的排放就有了很高的要求,使得必須實(shí)現(xiàn)很多的厭氧和好用反應(yīng)池發(fā)生一系列的聯(lián)合,不僅使得建設(shè)的成本在很大程度的上得到增加,還使得運(yùn)行過(guò)程變得復(fù)雜。
(2)當(dāng)今社會(huì)的城市污水處理過(guò)程通常通過(guò)統(tǒng)一集中的方式進(jìn)行處理,所以在這種情況下,污水的收集在資金投入上有較多的成本支出,甚至比投建污水處理廠(chǎng)所產(chǎn)生的成本還要多很多,在污水的可再生利用方面,建立大型的污水處理廠(chǎng)以用來(lái)集中處理生活污水是一種不可取的方案。
所以在很大程度上,有效的減小城市污水處理工序?qū)崿F(xiàn)耗能低、效率高、污泥量少以及簡(jiǎn)單便捷的具體操作,全面的達(dá)到磷的回收以及污水可再生利用的目耍是當(dāng)前相關(guān)部門(mén)研究及應(yīng)用上大家共同關(guān)注的話(huà)題。這不僅要求無(wú)視的處理要實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的改善,而且還必須考慮到污水以及污水的污染物發(fā)生資源化和能源化的問(wèn)題,要確保處理技術(shù)的使用耗能低并且有效減少資源的損耗。
2.2 生物膜法
生物膜法是一種比較固定的并且是和活性污泥法并列的一種污水好氧生物處理技術(shù)。它的應(yīng)用范圍主要是有效的清除污水中的溶解性以及膠狀的有機(jī)污染物。在整個(gè)污水的生物技術(shù)處理過(guò)程中,活性污泥法以及生物膜法都占據(jù)著主導(dǎo)性的地位,圖2是生物膜法的工作原理展示圖。
生物膜法的處理過(guò)程是,將附著生長(zhǎng)在一些固質(zhì)表面上的生物膜,來(lái)達(dá)到對(duì)有機(jī)物水的處理。分布廣泛而又密集的好氧菌、厭氧菌以及其他的真菌和藻類(lèi)構(gòu)成完備的生物膜系統(tǒng),在這中間的附著的固質(zhì)被稱(chēng)為濾料或者載體。生物膜的從濾料開(kāi)始往外延伸分別是厭氣層、好氣層、附著水層以及運(yùn)動(dòng)水層。并且,它的處理原理主要是吸附附著水層的有機(jī)物,再經(jīng)過(guò)好氣層中的好氣菌有效分解有機(jī)物,然后再進(jìn)入?yún)挌鈱臃纸鈪挌猓沟美匣纳锬け涣鲃?dòng)水層中的水沖掉,在此基礎(chǔ)上長(zhǎng)出一層新的生物膜,通過(guò)這種反復(fù)進(jìn)行最終實(shí)行污水的凈化。
在小規(guī)模的城市中處理污水可以使用這種生物膜法,并且使用的構(gòu)筑物具有較高的生物濾池以及生物轉(zhuǎn)盤(pán),在我國(guó)南方地區(qū)更適合使生物濾池的方式。材料得到不斷的開(kāi)發(fā)以及相應(yīng)的技術(shù)也得到了一定程度的發(fā)展,最近幾年,生物膜法在處理工序上得到了高速的發(fā)展,因?yàn)樯锬しㄖ械奈⑸锸莿e固定在填料上的,所以在系統(tǒng)中能夠得到有效平穩(wěn)的運(yùn)行[4]。它的生活能量以及消耗能量與回信污泥法相比較并沒(méi)有那么大,所以通過(guò)生物膜法的方式得到的處理比活性污泥法處理的剩余污泥要少很多。生物膜法處理的效率比較高,耐沖擊負(fù)荷的能力也比較強(qiáng),產(chǎn)泥量相對(duì)來(lái)水比較少,并且在實(shí)施中它的占地面積相對(duì)較小,整個(gè)運(yùn)行的過(guò)程很方便管理,所以在處理技術(shù)上是一種很有競(jìng)爭(zhēng)力的方式。但是與此同時(shí),這種方法的使用在投資顯示出來(lái)較高的成本,并且單位的處理效率十分低下。想要使得城市污水得到一個(gè)很高效而又節(jié)約投入開(kāi)支是目前人們亟需解決的一個(gè)重要問(wèn)題。
2.3 氧化法
在現(xiàn)階段的城市污水處理過(guò)程中,氧化法是使用最廣泛并且極具潛力的預(yù)處理方式之一。氧化劑以及反應(yīng)器的不同種類(lèi),可以將氧化法分為化學(xué)氧化法、催化氧化法、濕氣氧化法、光催化氧化法以及超臨界氧化法等多種不同的方式。在具體的化學(xué)氧化法中,它的處理操作比較簡(jiǎn)單,但是因?yàn)樘幚硇Ч⒉荒苓_(dá)到很好的狀態(tài),并且處理過(guò)程中投入的成本較高,所以在具體的處理城市生活污水上并不經(jīng)常使用。人們?yōu)榱擞行У臏p少運(yùn)行過(guò)程中的成本投入以及使得污水處理達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn),又挖掘了一些其他的氧化技術(shù)予以使用,所以,光催化法就得到開(kāi)發(fā)并使用。光催化法具有處理設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行得到條件要求不嚴(yán)格,有很強(qiáng)的氧化能力并且有效的實(shí)現(xiàn)殺菌以及處理結(jié)果十分徹底的特點(diǎn),這種方式使得污水處理達(dá)到人們心中理想的效果。在光的條件下發(fā)生了一定的化學(xué)反應(yīng)就是光催化反應(yīng)。它的處理原理是在光化學(xué)反應(yīng)之后吸收一定特定波長(zhǎng)的電磁輻射,然后產(chǎn)生分子激發(fā)態(tài)的反應(yīng),在此事上就能夠通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成新物質(zhì),亦或是向發(fā)熱反應(yīng)的中間化產(chǎn)物轉(zhuǎn)變。光化學(xué)反應(yīng)中的活化能主要是來(lái)自光子產(chǎn)生的能量,在太陽(yáng)的作用下實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化以及化學(xué)轉(zhuǎn)化,使其在整個(gè)研究中處于十分活躍的地位。
光催化氧化技術(shù)是通過(guò)光激發(fā)氧化使得類(lèi)似氧氣的一些氧化劑和光輻射得到有效的結(jié)合。在這個(gè)過(guò)程中使用的光主要是紫外光,可以有效的處理污水這能夠一些很難降解的物質(zhì)。不僅如此,在整個(gè)體系中,紫外光和鐵離子之間存在著一種協(xié)同反應(yīng),能夠快速的將H2O2中的物質(zhì)分解成羥基自由基,有效的清除污水中的有機(jī)物。
這種污水處理方法以其低成本,高效率的處理方式使之漸漸走人了大家的眼球。所以說(shuō),這種方法將水進(jìn)行深度處理以及有機(jī)物中難以降解的物質(zhì)進(jìn)行處理應(yīng)用中有很好的發(fā)展?jié)摿Γ乾F(xiàn)階段我國(guó)研究領(lǐng)域中十分活躍的話(huà)題,有很多的專(zhuān)家紛紛提出預(yù)測(cè),在當(dāng)今世界的污水處理中,氧化法會(huì)成為最至關(guān)重要的方法之一。
3 結(jié)束語(yǔ)
總結(jié)上文,城市的工業(yè)以及生活污水的處理問(wèn)題亟待解決,現(xiàn)階段,這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)受到廣大人民和相P專(zhuān)家的重視。但是在技術(shù)的運(yùn)用上還有很多問(wèn)題需要進(jìn)一步得到改善,其中最重要的問(wèn)題便是無(wú)視是處理技術(shù)得到提高以及如何將污水的處理落到實(shí)處。相關(guān)部門(mén)一定要將城市污水的處理工作放在城市發(fā)展眾多工作中的前頭,不斷加強(qiáng)新的處理技術(shù)的研究,實(shí)現(xiàn)水資源的再利用。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:含油污泥 設(shè)備 綜合利用
一、引言
國(guó)家《危險(xiǎn)廢物名錄》已經(jīng)明確將油泥列為危險(xiǎn)廢物,本文所涉及的油污泥主要指原油開(kāi)采和煉化過(guò)程中產(chǎn)生的油泥。據(jù)統(tǒng)計(jì)原油開(kāi)采油行業(yè)油泥產(chǎn)生量約占原油產(chǎn)量的1%,石化行業(yè)油泥產(chǎn)生量約占原油處理量的0.5%。[1]
本文探討的是含油泥多元法處理工藝、設(shè)備及經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)。根據(jù)油污泥特性采用多元處理法,解決其他單一處理方式的不足。設(shè)計(jì)一套前期投資少,后期運(yùn)行費(fèi)用低的工藝設(shè)備,將油泥中各類(lèi)成分脫水、分離、歸類(lèi)后進(jìn)行綜合利用。
二、國(guó)內(nèi)油污泥處理研究及現(xiàn)狀
近年來(lái),國(guó)內(nèi)外行業(yè)專(zhuān)家、大專(zhuān)院校對(duì)油污泥處理進(jìn)行了大量的課題研究,在技術(shù)上取得了較大進(jìn)展。比較常見(jiàn)的處理方式有:焚燒法、熱解法、熱化學(xué)洗滌法[2]等,這些方法不是硬件條件苛刻,就是處置費(fèi)用偏高,或是處理深度不夠易造成二次污染。目前,大部分油泥仍然采用自然沉降,將含油的可燃部分取出,剩余填埋處置。由于填埋場(chǎng)地大都不符合危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn),極易造成二次污染,后患無(wú)窮[3]。國(guó)家各有關(guān)部門(mén)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到油泥污染的嚴(yán)重性和技術(shù)上的不確定性,多次組織研討會(huì),成果交流推廣會(huì),亟待解決油泥處理問(wèn)題。
三、油泥多元處理工藝原理
油泥混合物提升到油泥分離機(jī)頂部,分離機(jī)內(nèi)是水浴[4],內(nèi)膽爐用型煤加熱,油泥混合物在95℃熱水浴中噴淋和浸泡,經(jīng)過(guò)攪拌分散、篩分分選、刮板搓洗等過(guò)程,油漂浮水面隨循環(huán)水帶入油水分離器中,分層后油進(jìn)入燃料儲(chǔ)罐,沉降底部的水進(jìn)入分離器重復(fù)使用。水中溶解的細(xì)泥達(dá)到一定濃度,定期從底部排入沉降池,分層后細(xì)泥排到型煤生產(chǎn)車(chē)間,成為制作型煤的混配料。砂石從篩底下來(lái)后經(jīng)過(guò)出渣機(jī)刮板搓洗后被刮出,可以做筑路材料或制板磚等。塑料雜物由人工分揀,塑料進(jìn)入塑料熱熔機(jī)制成塊狀物,可作為注塑原料;橡膠等可燃物送到裂解釜中高溫裂解燃料油,釜中殘留物繼續(xù)粉碎制作型煤。這套工藝做到了油泥混合物全部分離,每種物質(zhì)都有不同的處理方式,油泥全部變廢為寶,生產(chǎn)中所有環(huán)節(jié)的循環(huán)利用率達(dá)到100%。
四、主要工藝設(shè)備及資金投入
建廠(chǎng)硬件設(shè)施包括土地、車(chē)輛、辦公廠(chǎng)房、儲(chǔ)泥池等,主要設(shè)備是分離機(jī)、污泥沉降機(jī)、壓榨脫水機(jī)、型煤機(jī),這里僅提出生產(chǎn)設(shè)備投資,多元處理設(shè)備處理量和投資比為年處理1.5萬(wàn)噸/150萬(wàn)元,每噸100元,投資建設(shè)周期短,一般只需5~6個(gè)月時(shí)間就可建成投產(chǎn)。
五、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及效益分析
運(yùn)行成本費(fèi)用高低是油污泥處理單位十分關(guān)注的問(wèn)題,只有低成本,高收益才能贏(yíng)得市場(chǎng),占有資源權(quán),處理費(fèi)用構(gòu)成成本,綜合利用收入構(gòu)成收入,本套處理工藝收益情況如下表:
上表可以看出每噸處理費(fèi)115元,綜合利用收入165元,在沒(méi)有收取產(chǎn)污單位處理費(fèi)的情況下,處理每噸油泥利潤(rùn)50元。若考慮產(chǎn)污單位支付的處理費(fèi)利潤(rùn)可達(dá)每噸150元以上。
六、環(huán)境保護(hù)與安全生產(chǎn)
環(huán)境保護(hù)方面廢水、廢氣、廢渣均能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求,加熱采用型煤燃燒,這種燃燒方式是國(guó)家燃煤環(huán)保技術(shù)對(duì)策要求和提倡的,煙氣完全達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn),煙氣黑廢小于林格曼一級(jí),排煙塵含量少于80毫克/標(biāo)立米,S02小于600毫克/標(biāo)立米。產(chǎn)生的廢水全部進(jìn)入分離器循環(huán)利用、無(wú)污水外排,加熱時(shí)少量的水蒸氣排入大氣,貯存設(shè)施采用防水防滲措施。安全防火,達(dá)到規(guī)范要求不存在隱患。
七、技術(shù)推廣實(shí)例
綠源油泥處理廠(chǎng)2010建設(shè)當(dāng)年投產(chǎn),現(xiàn)有固定資產(chǎn)200萬(wàn)元,工人18人,技工3人.年處理污油泥10000噸,年生產(chǎn)型煤及燃料3000噸,回收塑料及燃料200噸,可利用筑路砂石3500m3,年獲利80余萬(wàn)元。該廠(chǎng)基本實(shí)現(xiàn)了處理費(fèi)用最低、綜合利用最高、環(huán)保達(dá)標(biāo)率最高。
八、結(jié)論
技術(shù)推廣的成功結(jié)果表明,多元法油污泥處理工藝設(shè)計(jì)是科學(xué)合理的,設(shè)備制造以及生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)是完全可行的。該套工藝技術(shù)具有投資少、效益高、上馬快的特點(diǎn),不僅實(shí)現(xiàn)了污油泥的完全無(wú)害化處理,而且實(shí)現(xiàn)了廢物資源的再利用,在節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)方面走出了一條創(chuàng)新之路,具有廣闊的推廣應(yīng)用價(jià)值和巨大社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益。
參考文獻(xiàn):
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[2]李君,羅亞田,丁,颯.國(guó)內(nèi)外含油污泥的處理現(xiàn)狀分析[J].能源環(huán)境保護(hù).2007
關(guān)鍵詞:污染底泥疏浚干化 資源化
中圖分類(lèi)號(hào): K928 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
1引言
近年來(lái),隨著城市化進(jìn)程的不斷加速、工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展和人口的不斷增長(zhǎng),以及人們環(huán)保意識(shí)的淡薄,大量未經(jīng)處理的工業(yè)廢水和生活污水,源源不斷地排入湖泊、河流等水體,導(dǎo)致我國(guó)許多湖泊、河流都受到嚴(yán)重的污染,排放的污染物大量積聚在湖泊底泥中,對(duì)水體而言,底泥成為了入湖物質(zhì)如有機(jī)物、污染物、營(yíng)養(yǎng)鹽等的蓄積庫(kù),經(jīng)過(guò)多年的不斷積累,湖泊底泥中的營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬、有毒化合物等通常是上覆水體的數(shù)倍,且污染程度仍有繼續(xù)加劇的趨勢(shì)[1]。根據(jù)近期國(guó)家環(huán)??偩职l(fā)表的環(huán)境公報(bào),目前我國(guó)主要湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題依然突出,湖泊污染底泥已經(jīng)在世界范圍內(nèi)對(duì)人類(lèi)的健康和環(huán)境構(gòu)成了威脅。
2 疏浚底泥的脫水處理
2.1自然干化脫水
通常在疏浚底泥堆場(chǎng)內(nèi)堆存實(shí)現(xiàn),底泥干化過(guò)程中,底泥一般簡(jiǎn)單地放置在一片較為開(kāi)闊的地方,在干化的第一天,底泥中的水分大部分得到分離,浮泥下的水層通過(guò)滲流排入砂層,底泥依靠蒸發(fā)繼續(xù)進(jìn)行干化,直至其含水率達(dá)到處理要求。為防止散發(fā)臭氣,孳生蚊蠅,底泥在干化前需進(jìn)行穩(wěn)定化處理,自然干化脫水是最簡(jiǎn)單但是耗時(shí)長(zhǎng),需要大量土地的一種底泥處理方法。
2.2機(jī)械脫水
借鑒城市污水處理廠(chǎng)污泥的機(jī)械脫水技術(shù),目前已有部分實(shí)例應(yīng)用于疏浚底泥的工程實(shí)踐中。在借鑒污水廠(chǎng)污泥脫水技術(shù)應(yīng)用于疏浚底泥脫水時(shí),應(yīng)考慮疏浚底泥和污水廠(chǎng)污泥之間存在的一些差異,其中:①疏浚底泥相對(duì)于污水廠(chǎng)污泥,其可壓縮性、比阻和有機(jī)質(zhì)含量都很低,因此比污水廠(chǎng)污泥易于脫水;②污水廠(chǎng)污泥脫水前含固率一般為3%~6%,而疏浚底泥含固率一般為5%~10%;③疏浚底泥中含有石塊、漁網(wǎng)等大件垃圾,必須在脫水前進(jìn)行篩選予以去除,否則妨礙和破壞脫水機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn);④污水廠(chǎng)污泥的產(chǎn)生相對(duì)是連續(xù)的、均勻的和長(zhǎng)期的,而疏浚底泥的產(chǎn)生一般是間歇的、不均勻的和短期的;⑤污水廠(chǎng)污泥的排放尾水可以較為方便的回流至污水處理設(shè)施進(jìn)行處理,而疏浚底泥脫水尾水一般不能直接排入下水道,而必須進(jìn)行單獨(dú)處理,達(dá)標(biāo)后可回注水體。
2.3干燥脫水
可借鑒自城市污水廠(chǎng)污泥的干燥技術(shù),污泥干燥是使用人工熱源以工業(yè)化設(shè)備對(duì)污泥進(jìn)行深度脫水的處理方法,盡管污泥干燥的直接結(jié)果是污泥含水率的下降,但與機(jī)械脫水相比,其應(yīng)用目的與效果均有很大不同。污泥機(jī)械脫水包括污泥濃縮,其目的以減少污泥體積為主,但脫水泥餅除了含水率和相關(guān)的物理性質(zhì),如流動(dòng)性與原狀污泥有差異外,其化學(xué)、生物等方面性質(zhì)并不因脫水而產(chǎn)生變化,目前還缺乏疏浚底泥干燥脫水的工程實(shí)踐[3]。
2.4土工管袋技術(shù)
土工管袋是一種由高強(qiáng)土工織物制成的大型管袋及包裹體,其直徑可根據(jù)需要變化,最大已超過(guò)長(zhǎng)可達(dá)數(shù)十米。土工管袋最初用于圍堤工程中,目前已被應(yīng)用到環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,土工管袋可應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)方面,美國(guó)、澳大利亞、日本等國(guó)都有將土工管袋應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)方面的實(shí)例,如美國(guó)處理皮革廠(chǎng)廢水、澳大利亞處理城市污水、日本圍護(hù)受到二氧芭污染的土壤系統(tǒng)等 [2]。我國(guó)也正逐步應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)如昆明滇池底泥疏挖工程,并取得一定的成效。
3疏浚底泥資源化利用
3.1 污染底泥焚燒發(fā)電
有機(jī)質(zhì)含量高的污染底泥具備一定的揮發(fā)份、發(fā)熱量,經(jīng)泥沙分選后,用于焚燒發(fā)電,實(shí)現(xiàn)底泥的減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化處置和資源化利用,底泥焚燒發(fā)電有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
①明顯的減量化。在所有的底泥處置方法中,焚燒方法產(chǎn)生的剩余物最少,可以實(shí)現(xiàn)最大程度的減量化。
②無(wú)害化效果明顯。主要表現(xiàn)在以下方面:
1)底泥中所有的有機(jī)污染物,如病菌、病毒、二英等,在高溫焚燒過(guò)程中被燒盡,消滅。
2)底泥焚燒發(fā)電對(duì)控制二英效果很好。國(guó)內(nèi)外二英的研究結(jié)果已證明了將垃圾與煤混燒可以抑制二英的生成。燃煤釋放的SO2在S/Cl摩爾比大于1時(shí)可以明顯地抑制二英的生成,而底泥中的S/Cl摩爾比是垃圾的7~10倍,所以抑制二英生成的效果更好。因此,底泥焚燒發(fā)電,不僅能燒掉原始底泥中的二英,同時(shí)也極少會(huì)再產(chǎn)生二英。
3)重金屬的污染控制好。底泥中的重金屬多是以有機(jī)化合物或無(wú)機(jī)化合物的狀態(tài)存在于底泥之中,當(dāng)水體中的重金屬離子濃度低時(shí),底泥中的重金屬又會(huì)釋放出來(lái)污染水體。與此類(lèi)似,疏挖出來(lái)的底泥,其重金屬也是不穩(wěn)定的。
然而,底泥在焚燒過(guò)程中,所含的重金屬在高溫燃燒到低溫冷卻的作用下,會(huì)牢固地吸附在多孔的灰渣上。底泥焚燒后的灰渣采用干式堆存,灰渣屬于堿性物質(zhì),即使在雨天,灰渣中的重金屬也會(huì)比淤泥中的重金屬更牢固地吸附在灰渣上[3]。
3.2 底泥的材料利用
底泥作為建筑材料制造原料利用,基本的途徑可按對(duì)污泥預(yù)處理方式不同分為兩類(lèi):其一是底泥脫水干化后,直接用于制造建材;其二是底泥進(jìn)行以化學(xué)組成轉(zhuǎn)化為特征的處理后,再用于制造建材,其中典型的處理方式是焚燒和熔融。一般而言,前一途徑適合于主要由無(wú)機(jī)物組成的底泥;后一途徑適合于有機(jī)組分多的底泥。
總之,底泥作為建材原料利用,雖然其前處理過(guò)程較為復(fù)雜,經(jīng)濟(jì)效益稍低,但是顯著節(jié)約處置用地,并具有顯著的生態(tài)環(huán)境價(jià)值。
3.3底泥固化制作土工材料
據(jù)調(diào)查,采用先進(jìn)的固化技術(shù)可以使污染底泥固化并達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度,固化淤泥可以用于堤防工程、道路工程和各種市政工程的填土施工。日本采用固化劑淤泥固化技術(shù),固化淤泥的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)200kPa以上,其固化劑采用單一材料制造,處理費(fèi)用約40元/m3以上。目前國(guó)內(nèi)也正在進(jìn)行的疏浚底泥固化處理研究,采用單一型和復(fù)合型兩種固化材料,預(yù)計(jì)單一型固化污泥土工材料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)200kPa,而處理費(fèi)用小于30元/m3,復(fù)合型固化污泥土工材料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)150kPa,而處理費(fèi)用小于25元/m3,如果該污泥固化技術(shù)能夠成功,將有廣泛的應(yīng)用前景[6]。
3.4 污染底泥制造水泥
污染底泥中含有較高的鈣、硅、鋁,可用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石灰石、粉煤灰制水泥,而且底泥中有機(jī)質(zhì)含量較高,在熟料的燒制過(guò)程中釋放熱能,從而降低能耗,減少燃料的使用,進(jìn)而降低成本。根據(jù)昆明水泥股份有限公司的調(diào)查研究結(jié)果,用污染底泥制水泥的生產(chǎn)工藝和設(shè)備與現(xiàn)有工藝和設(shè)備基本相同,可以利用現(xiàn)有設(shè)施實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,為拓展新型建筑材料的生產(chǎn),找到增長(zhǎng)點(diǎn)。
4結(jié)語(yǔ)
湖泊疏浚是今后城市污染湖泊治理的主要措施之一,對(duì)疏浚底泥的快速脫水,并將脫水后的底泥加以資源化利用,充分利用有限的土地及底泥的資源價(jià)值,在運(yùn)用上述底泥脫水干化技術(shù)的同時(shí),根據(jù)實(shí)際情況將干化后的疏浚底泥資源化利用,是底泥干化利用的一個(gè)重要研究方向。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:原子吸收 常壓消解 微波消解 污泥 鎘
中圖分類(lèi)號(hào):X832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)09(c)-0068-02
鎘是一種有毒有害的金屬,破壞神經(jīng)系統(tǒng),食入會(huì)引起急性腸胃炎,出現(xiàn)心血管病,鎘中毒會(huì)加速骨骼的鈣質(zhì)流失,引發(fā)骨折或變形。污水處理過(guò)程中,廢水中含有的大量鎘通過(guò)水中懸浮物和膠體物質(zhì)的吸附、包藏、沉淀于污泥中大大增加了污泥的毒害性。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)一系列的方法研究,分別將微波消解和常壓消解后的污泥樣品,應(yīng)用原子吸收分光光度法測(cè)定其中鎘及其化合物的含量,使兩種方法得以比對(duì),選出最佳實(shí)驗(yàn)條件。
本實(shí)驗(yàn)選用儀器:美國(guó)CEM微波消解儀,美國(guó)PerkinElmer公司AAnalyst-700原子吸收分光光度計(jì)。
1 試劑(所用水均為去離子水)
2 儀器、設(shè)備
所用儀器均已硝酸(1+5)浸泡過(guò)夜,用水反復(fù)沖洗,最后用去離子水沖洗干凈。
(1)PE-700原子吸收分光光度計(jì)及其配件:帶有氘燈背景扣除裝置、空心陰極燈。(2)乙炔鋼瓶氣(高純)。(3)空氣壓縮機(jī)。(4)電子天平;感量0.0001g。(5)烘箱。(6)微波消解儀(美國(guó)CEM)。
3 采樣
采集具有代表性的污泥樣品,將濕污泥樣品平鋪于硬質(zhì)板上,用玻璃棒等壓散,出去泥樣中石頭和動(dòng)物殘?bào)w等異物,混勻備用。
干污泥樣品出去泥樣中石頭和動(dòng)物殘?bào)w等異物后,用四分法縮分至獲得所需樣品用研缽研磨至樣品全部通過(guò)(80~100)目尼龍篩,混勻備用。
4 分析步驟
4.2 樣品測(cè)定
4.2.1 樣品預(yù)處理
(1)常壓消解進(jìn)行預(yù)處理。
稱(chēng)取1.0000g樣品于150ml三角瓶中,加入1ml去離子水濕潤(rùn)樣品,加入硝酸(1.2)10ml,蓋上玻璃表面皿于電熱板上加熱10min。冷卻后再加入5ml硝酸(1.1),蓋上玻璃表面皿加熱30min。此時(shí)的煙霧為硝酸氧化樣品所產(chǎn)生。重復(fù)此步驟,每次加硝酸5ml,直至無(wú)棕色煙霧產(chǎn)生,表示消化反應(yīng)完成。冷卻后加入2ml純水及過(guò)氧化氫(1.4),直至反應(yīng)不再劇烈。注意加入過(guò)氧化氫總量不超過(guò)10ml。繼續(xù)加熱至溶液5ml。冷卻后加入10ml濃鹽酸,蓋上玻璃表面皿加熱15min。冷卻后加入40ml去離子水,加熱煮沸至溶液剩下10ml。處理后的樣品定容至50ml容量瓶中。
用去離子水代替式樣,按(4.2.1)相同步驟和試劑作全程序試劑空白試驗(yàn)。
(2)微波消解。
①微波消解最佳實(shí)驗(yàn)條件的確定。
(1)在不同功率下,分別對(duì)污泥樣品進(jìn)行試驗(yàn)比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。
實(shí)驗(yàn)顯示在800~1000W功率下測(cè)得污泥鎘濃度基本相同,因此確定800W為最佳實(shí)驗(yàn)功率。
實(shí)驗(yàn)顯示:
在第一部保溫時(shí)間于1~3min內(nèi)測(cè)定出的污泥鎘濃度基本相同。
在第二部保溫時(shí)間于5~8min內(nèi)測(cè)定出的污泥鎘濃度基本相同。
在第三部保溫時(shí)間于20~30min內(nèi)測(cè)定出的污泥鎘濃度基本相同。
從而確定三步的保溫時(shí)間分別為1min,5min,20min。
注:升溫時(shí)間的確定。
第一步,將需要升至的最終溫度減去試問(wèn)(20℃)除以第一步升溫速率。
第二、三步,將第二步需要升至的最終溫度減去第一步溫度,除以第二步升溫速率,以此類(lèi)推。
4.2.2 微波消解進(jìn)行預(yù)處理
稱(chēng)取0.5000g樣品于聚四佛乙烯罐中,沿罐壁加入濃硝酸8ml(1.1),1.0mlH2O2,蓋上內(nèi)蓋,擰緊罐蓋,放入微波消解爐中,管好爐門(mén)。按已優(yōu)化好的消解步驟進(jìn)行消解。消解結(jié)束后,冷卻,取出消解罐。將消解液移入50ml容量瓶中,用硝酸(1.3)定容待測(cè)。
4.2.3 樣品測(cè)定
對(duì)同一樣品不同條件下進(jìn)行平行測(cè)定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上數(shù)據(jù)可見(jiàn),在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)對(duì)污泥樣品應(yīng)用微波消解的方法進(jìn)行預(yù)處理,其結(jié)果與常壓消解得出的樣品在最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果上基本相同。但其安全性,準(zhǔn)確性,高效性皆?xún)?yōu)于常壓消解這種預(yù)處理方式。在以后的實(shí)驗(yàn)中可大面積推廣應(yīng)用,其方法簡(jiǎn)便、安全,數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。
參考文獻(xiàn)
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[2]水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法指南[M].中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.
城市污水處理中的應(yīng)用,提出了建議和解決方案。
關(guān)鍵詞:SBR;污水處理工藝流程;應(yīng)用
中圖分類(lèi)號(hào):U664.9+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
前言
隨著我國(guó)改革開(kāi)放的不斷深入及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的逐步實(shí)施,環(huán)境保護(hù)在現(xiàn)代化城市建設(shè)中的地位日益重要。因此,國(guó)家投入了大量的人力、物力和財(cái)力,在全國(guó)興建了很多污水處理廠(chǎng)。在污水處理廠(chǎng)采用先進(jìn)的處理工藝,可以更好地提高水
處理質(zhì)量,同時(shí)節(jié)能降耗,提高運(yùn)行管理水平。
SBR是序列間歇式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)的簡(jiǎn)稱(chēng),是一種按間歇曝氣方式來(lái)運(yùn)行的活性污泥污水處理技術(shù),又稱(chēng)序批式活性污泥法。我國(guó)于20 世紀(jì)80 年代中期開(kāi)始對(duì)SBR 進(jìn)行研究和應(yīng)用,目前應(yīng)用已比較廣泛。
一、SBR污水處理工藝原理
SBR工藝運(yùn)行過(guò)程中,一個(gè)池體按5個(gè)階段排序,大致分為進(jìn)水期、反應(yīng)期、沉降期、排放期和閑置期,5個(gè)階段完成均化、初沉、生物沉解、終沉等活性污泥處理過(guò)程。各階段運(yùn)行時(shí)間、混合液的體積化、運(yùn)行狀態(tài)、曝氣量以污水進(jìn)水水質(zhì)、出水要求而定。
SBR技術(shù)本身是活性污泥法的一種,去除污染物的機(jī)理與傳統(tǒng)的活性污泥法完全一致,但其操作過(guò)程又與活性污泥法根本不同。SBR與傳統(tǒng)的水處理工藝的最大區(qū)別在于它是以時(shí)間順序來(lái)分割流程各單元,整個(gè)過(guò)程對(duì)于單個(gè)操作單元而言是間歇進(jìn)行的,但是通過(guò)多個(gè)單元組合調(diào)度后又是連續(xù)的,因而也可以用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。這種技術(shù)集曝氣、沉淀于一池,而不需設(shè)置二沉池及污泥回流設(shè)備,也無(wú)需初沉池。在該系統(tǒng)中,反應(yīng)池在一定時(shí)間間隔內(nèi)充滿(mǎn)污水,以間歇處理方式運(yùn)行,處理后混合液沉淀一段時(shí)間后,從池中排除上清液,沉淀的生物污泥則留于池內(nèi),用于再次與污水混合處理污水,這樣依次反復(fù)運(yùn)行,則構(gòu)成了序批式處理工藝。典型的SBR處理系統(tǒng)分為進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水與閑置五個(gè)階段運(yùn)行,如圖1所示, 從污水流入開(kāi)始到待機(jī)時(shí)間結(jié)束作為一個(gè)周期,反應(yīng)器在一定時(shí)間間隔內(nèi)充滿(mǎn)污水,以間歇處理方式運(yùn)行,處理后混合液沉淀一段時(shí)間后,從池中排出上清液,沉淀的污泥留于池內(nèi),與后續(xù)進(jìn)入的污水混合再行處理,就這樣周而復(fù)始、依次往復(fù)構(gòu)成所謂序批式處理工藝。
圖 1 SBR工藝的運(yùn)行模式
二、污水處理工藝流程
(一)山西省晉中市某污水處理廠(chǎng)工藝流程
山西省晉中市某污水處理廠(chǎng)占地40畝,處理工藝采用SBR工藝,日處理污水5萬(wàn)噸,處理后排放的污水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。1.進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)和出水水質(zhì)指標(biāo):
表1 進(jìn)水水質(zhì)
2.SBR工藝流程圖如圖2所示。
圖2
(二)工藝流程說(shuō)明
整個(gè)處理系統(tǒng)分為兩部分:污水處理系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng)。
污水處理系統(tǒng)根據(jù)處理污染物的不同又可以分為預(yù)處理系統(tǒng)和二級(jí)處理系統(tǒng)。
預(yù)處理包括格柵系統(tǒng)、污水提升系統(tǒng)、沉砂系統(tǒng)。格柵系統(tǒng)是通過(guò)安裝在進(jìn)水渠道上的粗中細(xì)三道格柵,對(duì)污水中大塊的漂浮物進(jìn)行截留,同時(shí)對(duì)后續(xù)水泵的運(yùn)行起保護(hù)作用;污水提升系統(tǒng)通過(guò)三臺(tái)流量為1250m3/h的離心泵將通過(guò)格柵系統(tǒng)的污水,提升進(jìn)入后續(xù)處理系統(tǒng);沉砂系統(tǒng)是通過(guò)重力作用將污水中粒徑大于2.65微米以上的砂粒去除的。
預(yù)處理系統(tǒng)的出水隨后進(jìn)入核心處理設(shè)施――SBR反應(yīng)池。SBR反應(yīng)池的工藝原理是通過(guò)微生物的新陳代謝作用將污水中溶解態(tài)和膠體態(tài)的污染物去除。
它的工藝特點(diǎn)是:設(shè)置有8個(gè)獨(dú)立的SBR反應(yīng)池。污水順序分批次進(jìn)入反應(yīng)池進(jìn)行進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水的處理過(guò)程。進(jìn)水階段(一般平均進(jìn)水時(shí)間為50分鐘左右):開(kāi)啟進(jìn)水閥門(mén),污水通過(guò)管路輸送進(jìn)入反應(yīng)池;
反應(yīng)階段分三個(gè)階段:第一個(gè)階段為缺氧階段,第二個(gè)階段好氧階段,第三階段為缺氧階段,時(shí)間共為5小時(shí)。缺氧階段通過(guò)開(kāi)啟功率為7.5Kw水下攪拌器來(lái)實(shí)現(xiàn),好氧階段為開(kāi)啟曝氣閥門(mén),鼓風(fēng)機(jī)房羅茨鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的131m3/min空氣通過(guò)安裝于反應(yīng)池底部的微孔管式曝氣器進(jìn)入污水中,以提供微生物生存所需要的氧氣;
沉淀階段(1小時(shí)):則是關(guān)閉曝氣閥后,泥水混合物通過(guò)靜止沉淀實(shí)現(xiàn)泥水分離的過(guò)程;
排水階段(平均五十分鐘):通過(guò)安裝于反應(yīng)池中的懸臂式潷水器將上清液(即處理后凈水)排放。
在污水處理的過(guò)程中產(chǎn)生的污泥是含水率99%以上的液態(tài)物質(zhì),為了便于實(shí)現(xiàn)污泥垃圾填埋場(chǎng)衛(wèi)生填埋的安全處置,采用重力濃縮加機(jī)械脫水的有效處理方式。安裝于SBR反應(yīng)池中的潛污泵將剩余的污泥送入重力濃縮池進(jìn)行濃縮,使污泥含水率由99%以上降低到96%左右。濃縮池的污泥通過(guò)化學(xué)加藥調(diào)理、處理并通過(guò)帶式壓濾機(jī),將污泥中水分?jǐn)D壓出來(lái),實(shí)現(xiàn)污泥由液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變,泥餅含水率降至80%以下。
三、SBR工藝在城市污水處理中的應(yīng)用
(一)SBR工藝與傳統(tǒng)活性污泥法運(yùn)行工藝的比較
與傳統(tǒng)污水處理工藝不同,SBR技術(shù)采用時(shí)間分割的操作方式替代空間分割的操作方式,非穩(wěn)定生化反應(yīng)替代穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng),靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)沉淀。它的主要特征是在運(yùn)行上的有序和間歇操作,SBR技術(shù)的核心是SBR反應(yīng)池,該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池,無(wú)污泥回流系統(tǒng)。正是SBR工藝這些特殊性使其具有了以下優(yōu)點(diǎn):
1、 理想的推流過(guò)程使生化反應(yīng)推動(dòng)力增大,效率提高,池內(nèi)厭氧、好氧處于交替狀態(tài),凈化效果好。
2、 運(yùn)行效果穩(wěn)定,污水在理想的靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀,需要時(shí)間短、效率高,出水水質(zhì)好。
3、 耐沖擊負(fù)荷,池內(nèi)有滯留的處理水,對(duì)污水有稀釋、緩沖作用,有效抵抗水量和有機(jī)污物的沖擊。
4、 工藝過(guò)程中的各工序可根據(jù)水質(zhì)、水量進(jìn)行調(diào)整,運(yùn)行靈活。
5、 處理設(shè)備少,構(gòu)造簡(jiǎn)單,便于操作和維護(hù)管理。
6、 反應(yīng)池內(nèi)存在DO、BOD5濃度梯度,可以有效控制活性污泥膨脹。
7、 SBR法系統(tǒng)本身也適合于組合式構(gòu)造方法,利于污水處理廠(chǎng)的擴(kuò)建和改造。
8、 脫氮除磷,適當(dāng)控制運(yùn)行方式,實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)交替,具有良好的脫氮除磷效果。
9、 工藝流程簡(jiǎn)單、造價(jià)低。主體設(shè)備只有一個(gè)序批式間歇反應(yīng)器,無(wú)二沉池、污泥回流系統(tǒng),調(diào)節(jié)池、初沉池也可省略,布置緊湊、占地面積省。
(二)運(yùn)行狀況及建議
自2002年10月投入運(yùn)行以來(lái),SBR工藝運(yùn)行良好,脫氮除磷效果明顯,出水水質(zhì)合格。
下面是2013年某月的化驗(yàn)數(shù)據(jù),如表2所示:
表22013年某月的化驗(yàn)數(shù)據(jù)
1.由于中格柵采用的是鋼板焊接而成,且為人工清渣,部分部件銹蝕嚴(yán)重,截留污水中漂浮物效果不理想,直接導(dǎo)致后續(xù)構(gòu)筑物負(fù)荷太高,給工藝的運(yùn)行管理帶來(lái)一定的麻煩。
2.廠(chǎng)出水口低于河道排水線(xiàn),以致于在汛期,河道排水水位較高時(shí),造成水倒溢,威脅到污水處理廠(chǎng)的安全。建議在今后進(jìn)行工藝、技術(shù)改造時(shí),將此納入污水處理廠(chǎng)的統(tǒng)籌管理之中,為系統(tǒng)化、規(guī)范化運(yùn)行管理帶來(lái)便利。
3.對(duì)于多個(gè)SBR反應(yīng)池,其進(jìn)水和排水的閥門(mén)自動(dòng)切換頻繁,這就要求自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性程度比較高。否則,控制起來(lái)相當(dāng)麻煩。
4.連續(xù)進(jìn)水時(shí),對(duì)于單一的SBR反應(yīng)池則需要較大的調(diào)節(jié)池。
5.無(wú)法達(dá)到大型污水處理項(xiàng)目之連續(xù)進(jìn)水、出水的要求。
6.設(shè)備的閑置率較高。
7.污水提升水頭損失較大。
8.如果需要后續(xù)處理,則需要較大容積的調(diào)節(jié)池。
四、結(jié)束語(yǔ)
SBR工藝,由于有工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備少、造價(jià)低、運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)國(guó)內(nèi)一些中小型污水處理廠(chǎng)已經(jīng)采用或正在采用。系統(tǒng)進(jìn)一步拓寬了活性污泥法的使用范圍,特別是在小規(guī)模生活污水處理廠(chǎng)用地緊張的地方或?qū)σ呀ㄟB續(xù)流污水處理廠(chǎng)的改造等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。
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作者簡(jiǎn)介!
第一作者:閻擁軍,男,(1972-),河北省石家莊市橋西污水處理廠(chǎng),工程師,研究方向?yàn)槲鬯幚怼?/p>
[關(guān)鍵詞]污水污泥 危害 處理工藝
中圖分類(lèi)號(hào):X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2014)01-0255-01
由于污水污泥中含有大量的有害物質(zhì),應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理,采取科學(xué)的技術(shù)可將其利用為生物質(zhì)原材料,并進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化。污水污泥的處理應(yīng)以“減少、無(wú)害、轉(zhuǎn)化為資源”等目的進(jìn)行。因此,有關(guān)部門(mén)應(yīng)積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù),進(jìn)而杜絕因污水污泥處理不當(dāng)導(dǎo)致的環(huán)境污染問(wèn)題,并最大限度的將污水污泥進(jìn)行再次利用。
1.污水污泥的產(chǎn)生與分類(lèi)
城市污水主要來(lái)源于居民的生活用水、工業(yè)排水等,然而在排放時(shí)與周?chē)渌w或雨水相混合,使得污水量極大,對(duì)環(huán)境造成了危害。特別是一些工業(yè)企業(yè)對(duì)于工業(yè)廢水任意排放,造成的危害就更大,污水在安置或處理時(shí)往往沉淀出污泥。污泥屬于一種較為復(fù)雜的不均勻質(zhì)體,在污水處理廠(chǎng)的初級(jí)沉淀池生成較多。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn),可將城市污水污泥進(jìn)行分類(lèi)以便處理。較為常見(jiàn)的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種:根據(jù)污泥來(lái)源進(jìn)行分類(lèi),主要分為居民生活污水污泥、工業(yè)廢水污泥與給水污泥三種;根據(jù)不同的處理層次進(jìn)行分類(lèi),主要分為生污泥、聚縮污泥、分解污泥、脫水污泥與結(jié)固污泥五種;根據(jù)污泥的成分進(jìn)行分類(lèi),可分為無(wú)機(jī)污泥和有機(jī)污泥兩種;根據(jù)污泥的性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi),可分為親水性污泥和疏水性污泥兩種;根據(jù)污泥的分離程序進(jìn)行分類(lèi),可分為沉積污泥和生活污泥兩種;其他還有砂池的沉渣、浮渣、腐殖淤泥、化學(xué)污泥等。隨著時(shí)代的發(fā)展,我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快,使得城市用水大量增加,生成的城市生活污水污泥嚴(yán)重威脅著城市的生態(tài)環(huán)境。因此對(duì)于污水污泥處理的工藝研究刻不容緩,是當(dāng)前社會(huì)面臨的一個(gè)不容忽視的問(wèn)題[1]。
2.污水污泥對(duì)環(huán)境的潛在危害
污水污泥中含有大量的有害物質(zhì)如:病原菌、重金屬元素、有機(jī)質(zhì)污染物等,若與其他水體或土壤接觸,將使其中的有害物質(zhì)擴(kuò)散到這些環(huán)境中,進(jìn)而對(duì)人類(lèi)及動(dòng)植物的生活及健康造成了不可估量的影響。
2.1 污泥中病原菌的危害
在城市生物污水污泥中,含有大量細(xì)菌、病毒及蟲(chóng)卵等微生物。若人體不甚靠近了污泥的污染范圍,極有可能被一些病原菌感染而引發(fā)各類(lèi)疾病。
2.2 污泥中鹽分的危害
在污水處理池中,由于存在各種污水其內(nèi)部容易產(chǎn)生反應(yīng),導(dǎo)致污水污泥含有大量鹽分,者不僅將導(dǎo)致土壤中的電導(dǎo)率提高,也會(huì)引起植物養(yǎng)分失調(diào),使植物難以進(jìn)行正常的養(yǎng)分吸收,進(jìn)而導(dǎo)致植物的死亡。因此,很多地區(qū)直接將生活污水進(jìn)行植物的灌溉,這是不科學(xué)的。[2]
2.3 污泥中重金屬的危害
在一些城市中,工業(yè)廢水可能與城市生活污水進(jìn)行共同處理,這就導(dǎo)致了污泥中沉淀了大量的重金屬,如,在印染廢水與電鍍廢水中存在大量的鈣離子和鉻離子等。重金屬處理極為困難,因?yàn)槠渚邆淞己玫姆€(wěn)定性質(zhì),甚至進(jìn)入食物鏈中,在生物體內(nèi)殘留,可能導(dǎo)致人們的健康遭到損害。且有的重金屬屬于有毒物質(zhì),生物與之接觸有可能引起病變。
2.4 污泥中有機(jī)物的危害
據(jù)統(tǒng)計(jì),在城市污水污泥中含量最高的有機(jī)物有氯苯、多環(huán)芳烴、多氯代二苯等,甚至一些種植農(nóng)藥也混入其中,這些物質(zhì)對(duì)生物具有嚴(yán)重的致癌危害,甚至基因突變等。危害極為嚴(yán)重,需要科學(xué)的處理。
3.城市污水污泥處理技術(shù)分析
我國(guó)常見(jiàn)的污水污泥處理技術(shù)有以下幾種:聚縮污泥、污泥脫水、污泥分解消化、污泥干化、焚毀降解、轉(zhuǎn)化堆肥、建材利用及填埋污泥等。以下介紹幾項(xiàng)重要的處理步驟。
3.1 聚縮污泥
聚縮污泥實(shí)際上是使污泥進(jìn)行稠化的工藝,主要有效的降低了污泥中的含水量。常用的聚縮污泥的方式有以下幾種:重力濃縮、旋轉(zhuǎn)離心濃縮、氣浮濃縮以及使用聚縮脫水一體機(jī)等。其中,重力濃縮所需投入最低,應(yīng)用較為廣泛,其缺點(diǎn)在于處理效率較低且占用大面積土地,氣味散發(fā)嚴(yán)重;旋轉(zhuǎn)離心濃縮能夠有效的快速的將污泥進(jìn)行聚縮,處理的效率較好,但需要投入較多的人力和財(cái)力,因此并未得到廣泛的運(yùn)用;氣浮濃縮主要用于質(zhì)量較輕的活性污水污泥,運(yùn)行費(fèi)用較高,運(yùn)用較少;隨著科技的進(jìn)步,在處理污水污泥方面,開(kāi)發(fā)處理聚縮脫水一體機(jī),這一機(jī)械支持同時(shí)聚縮與脫水,不僅處理效率高且占地面積小,在未來(lái)的污水處理工作上,將得到廣泛的運(yùn)用[3]。
3.2 污泥脫水
污泥脫水是處理污泥的常用手段,通常使用自然干化與機(jī)械脫水兩種方式進(jìn)行處理。在一些氣候干燥且土地面積較為寬廣的地區(qū),可采用自然干化的方式,自然干化的脫水方式屬于最為經(jīng)濟(jì)的方式,但具有一定的局限性,因此,在國(guó)內(nèi)自然干化的應(yīng)用率占總體的百分之十不到。污泥機(jī)械脫水可根據(jù)施用的外力形式不同分為壓縮過(guò)濾法、真空吸收法、旋轉(zhuǎn)離心法等。采用機(jī)械脫水處理效率高,在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛的運(yùn)用。在整個(gè)污水處理環(huán)節(jié)中,污泥脫水是降低污泥含水量的重要步驟,在后續(xù)工作中脫水效果的優(yōu)劣決定了工作的難易程度,因此脫水工作應(yīng)極為重視。近些年也開(kāi)發(fā)出了更多的新工藝,為污泥脫水帶來(lái)了進(jìn)一步的發(fā)展。
3.3 污泥分解消化
污泥在進(jìn)行脫水后,仍具有一定的危害性,且極其不穩(wěn)定。因此要采取污泥分解消化的方式,是污泥轉(zhuǎn)化成較為穩(wěn)定的物質(zhì)。在進(jìn)行分解消化后,污泥內(nèi)部的有害物質(zhì)得到了進(jìn)一步的降解和穩(wěn)定,降低了污泥的整體數(shù)量,改善了污泥內(nèi)部穩(wěn)定性。污泥分解消化按照工藝原理可分為厭氧性消化和親氧性消化。厭氧消化的優(yōu)點(diǎn)在于操作能耗較低,過(guò)程較為穩(wěn)定,投入較低,在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的運(yùn)用。親氧性消化具有較好的滅菌作用,穩(wěn)定性好,設(shè)備開(kāi)發(fā)齊全,運(yùn)行方便工藝成熟等優(yōu)點(diǎn),在中小型污水處理長(zhǎng)中較為常見(jiàn)。兩者相比,親氧性消化需要投入較大的財(cái)力,因此厭氧性消化運(yùn)用更為廣泛。
3.4 填埋污泥
污泥最終的處理方式往往是進(jìn)行填埋,因?yàn)樘盥癫僮骱?jiǎn)單,便于處理。在當(dāng)今社會(huì),由于土地資源的稀缺,在大部分城市中難以提供適合的填埋場(chǎng);且污泥填埋時(shí)可能因外界原因在此產(chǎn)生滲透污水,對(duì)環(huán)境仍有潛在的危害。在我國(guó)中小城市中,填埋污泥仍是較為經(jīng)濟(jì)合理的污泥處理方式。
3.5 建材利用
在通過(guò)一定的科學(xué)技術(shù)手段的處理后,可將污泥進(jìn)行加工制作,使其成為建筑材料而在此利用。污泥主要用于制造生態(tài)水泥、陶粒、生化纖維、空心管材及微晶玻璃等。污泥轉(zhuǎn)化為建筑材料不僅完成了物質(zhì)與能源的有效回收,也降低了污泥對(duì)環(huán)境的危害。但是在當(dāng)前污泥轉(zhuǎn)化為建筑材料仍有以下缺點(diǎn):生態(tài)水泥對(duì)鋼材有一定的損害;各類(lèi)板材存在有機(jī)臭味且強(qiáng)度不足等。對(duì)于有害物質(zhì)含量較高的污泥不宜制作建筑材料[4]。
4.結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,為了保證人們生活質(zhì)量與生態(tài)環(huán)境,城市生活污水污泥的處理是當(dāng)前的重要課題。而且污泥的處理在整個(gè)過(guò)程中更是不容忽視,城市生活污水污泥處理只有真正的將污泥科學(xué)有效的處理后,才是一項(xiàng)科學(xué)完善的處理工藝。相關(guān)部門(mén)應(yīng)結(jié)合上文所述觀(guān)點(diǎn),對(duì)于污水污泥的來(lái)源進(jìn)行充分了解,并進(jìn)行分類(lèi)。在平常的污水處理工作中,積極開(kāi)發(fā)新型工藝,最大限度的降低污水污泥的危害,為更好地促進(jìn)現(xiàn)代城市生活水平的有效提升,為和諧社會(huì)的構(gòu)建奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
[1] 潘美英.城市生活污水污泥好氧發(fā)酵工藝條件研究[D].四川大學(xué),2006.
[2] 桂軼.城市生活污水污泥處理處置方法研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2007.