城市規(guī)劃師考試輔導(dǎo):利用下水道管渠空間處理城市污水1

　　一、污水在下水道內(nèi)輸送過程中的水質(zhì)變化$lesson$

　　目前普遍的看法是：城市污水排放系統(tǒng)由污水收集系統(tǒng)(排水管網(wǎng))和污水處理系統(tǒng)(污水廠)兩部分組成，而且各自的功能劃分十分明確，排水管網(wǎng)的主要功能是收集與輸送污水，而污水廠則起到了凈化污水的作用。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對污水排放系統(tǒng)各部分的功能和各自扮演的角色有了更深的認識，排水管道將污水收集并輸運到污水處理廠的同時，其內(nèi)部的污水在管道內(nèi)還進行著復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物學(xué)變化過程，這些過程的發(fā)生不僅影響了排水管道的輸送效率，而且直接影響污水處理廠的進水水質(zhì)。

　　實際上，污水排放系統(tǒng)對污水的凈化作用并不是從污水到達污水處理廠才開始的，自污水進入污水管網(wǎng)的那一刻開始，污水排放系統(tǒng)對污水的凈化就已經(jīng)開始了，污水管網(wǎng)對污水處理廠來說，其作用不僅僅只是一個“中轉(zhuǎn)運輸站”，它同時也扮演著一個巨大的中間反應(yīng)器的角色，對一些污水管道內(nèi)沉積的淤泥以及附著在管壁上的生物膜的測試表明，下水道管渠表面、管底沉積淤泥和污水中已經(jīng)存在了大量高活性的微生物，管渠污水中的微生物不斷發(fā)生著細菌增殖、適應(yīng)及選擇等物理、化學(xué)和生物過程，并在原污水中不斷誘導(dǎo)出活性很強的微生物群落。

　　二、國內(nèi)外對下水道內(nèi)污水水質(zhì)變化的研究

　　Nielsen在實驗室中研究了自然狀態(tài)下不同溫度時下水道污水中糖類、乙酸、蛋白質(zhì)、SCOD及 COD等的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這幾種物質(zhì)的含量與組成變化較大，且這幾類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程基本上遵循高活性的零級反應(yīng)模式。

　　Raunkjaer在一段5km長的重力下水道內(nèi)以BOD作為考察指標，對下水道污水中BOD的變化進行了研究，研究結(jié)果表明，25℃時，生活污水在下水道內(nèi)流行時，其BOD去除率達到了30%～40%.Kaijun在1995年分別在不同的反應(yīng)器內(nèi)模擬了下水道內(nèi)的好氧、微氧條件，經(jīng)20天的試驗結(jié)果表明，在反應(yīng)開始1～2天內(nèi)有機物的降解速率維持在一個較高的水平，降解速率遵從零級反應(yīng)模式，在隨后的18天里有機物的降解速率才逐漸降低并接近一級反應(yīng)。

　　以色列科技學(xué)院的M.Green等人在1985年采用SBR生物反應(yīng)器模擬了DAN REGION的污水管道處理系統(tǒng)，該污水管網(wǎng)覆蓋人口超過100萬，每天的污水量近300,000m3，污水主干管呈U型，管徑600～2100mm，總長37km，污水在排水管道內(nèi)的平均停留時間超過10h.研究人員通過增加一條8km長的壓力管提供活性污泥回流以保證下水道系統(tǒng)內(nèi)足夠的微生物數(shù)量，通過在排水管道的適當位置進行曝氣以保證下水管道內(nèi)有充足的溶解氧。這樣，整個環(huán)狀管網(wǎng)系統(tǒng)就成為了“分段進水推流式好氧污水處理裝置”。試驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠充分利用分段進水反應(yīng)器和推流式反應(yīng)器的優(yōu)點，其COD去除率達到了79%~80.8%，BOD的去除率達到了85%~93%，最終出水BOD低于25mg/L.通過經(jīng)濟分析可知，利用重力式管道系統(tǒng)處理污水的基建投資比普通活性污泥法要節(jié)省50%以上。

　　Ozer 和Kasirgal也在1995年進行了利用下水道微生物處理生活污水的模擬試驗研究，在供給充足的空氣條件下試驗了相同水質(zhì)的生活污水在不同管徑污水管中達到相同去除效果時所需管長。根據(jù)Ozer和Kasirga所提供的試驗數(shù)據(jù)，我們可以得到圖1和圖2;其中圖1是在不同管徑的污水管中達到相同的處理效率時所需管道長度間的關(guān)系，圖2為在確定的處理效率條件下，在不同管徑污水管進行試驗時的反應(yīng)速率。

　　在好氧條件下利用下水道空間處理污水，在相同的流速下，使同樣水質(zhì)的污水達到相同的去除效率，小管徑的污水管所需的管長明顯小于大管徑所需的管長，在小管徑的污水管中發(fā)生的生化降解速率更快，也就是說小管徑的污水管比大管徑的污水管具有更高的處理效率。

　　分析其原因，在小管徑的污水管中，潤周/過水斷面積之值較高，也就是在小管徑的污水管中，單位體積的污水能夠接觸更多的微生物，生化反應(yīng)速率更高，隨著管徑的加大，在相同的條件下污水取得同樣的去除效果所需的停留時間將延長。由圖2我們還可以看出，管徑越大，反應(yīng)過程中下水道內(nèi)的物質(zhì)降解速率更接近0級反應(yīng)模式而不是1級反應(yīng)模式，隨著反應(yīng)的進行，有機物濃度降解到一定程度，下水道內(nèi)發(fā)生的生化反應(yīng)越來越向一級反應(yīng)模式靠近，根據(jù)米門方程可知，下水道處理污水的限制性因素不是污水中的有機物濃度，而是下水道內(nèi)的生物量。

　　陳輔利等人曾采用在排水明渠內(nèi)放置特制載體的形式增加溝渠中的微生物量以加快明渠污水反應(yīng)速度的方式進行了試驗，并分別在實驗室和某天然河渠內(nèi)對溝渠處理污水的工藝、效率、抗沖刷能力等進行了試驗，該試驗結(jié)果表明在1.5h內(nèi)COD去除效率可以達到80%以上。

　　黃方等人則通過在管道前端設(shè)置高負荷生物接觸氧化池的方式進行了管式活性污泥法的模擬試驗。試驗結(jié)果表明：只要使管道內(nèi)保持一定的微生物濃度及溶解氧，城市污水可在管道內(nèi)能夠得到較好的凈化。

　　王西聘則利用固定化細胞技術(shù)進行了下水管網(wǎng)系統(tǒng)凈化污水的模擬試驗，通過比較研究了厭氧、好氧、厭氧-缺氧-好氧以及缺氧-好氧4種工藝凈化生活污水的效果。實驗結(jié)果表明，在管網(wǎng)系統(tǒng)中設(shè)置固定化細胞，施以適當?shù)娜斯て貧?，保證污水在管道內(nèi)一定的停留時間的工況條件下，可使污水中的COD去除率大于60%，出水COD和SS均達到國家污水綜合排放標準的二級標準。

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