一种新型环境友好污水处理工艺_蚯蚓生态滤池_杨键

中国资源综合利用

ChinaResourcesComprehensiveUtilization

Vol.26,No.1

2008年1月

1蚯蚓在环境污染治理中的应用

目前,我国水污染状况依然严峻,而常规污水处理技术存在着基建投资大,运行费用高,维护管理复杂且污水处理效率低等问题,影响水污染治理的进度。污水处理厂剩余污泥治理的现状更不乐观,首先污水厂只注重水质的达标排放,忽略了污泥的处理与处置,造成了严重的二次污染;其次污泥处理费用昂贵,约占污水处理厂总运行费用的20%~50%,投资约占污水处理厂总投资的30%~40%,而现有的污水处理设施中,污泥处理工艺和配套设施极不完善,有污泥稳定处理设施的不到25%,处理工艺和配套设备完善的不到10%。随着水污染的不断加剧,以及污水资源化、可持续发展的需要,各国科研工作者都在积极研究开发先进可靠、经济高效、管理方便的生态性污水处理技术。

由于蚯蚓具有惊人的吞噬能力,且其消化道能分泌蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等多种酶类,对绝大多数有机废弃物有较强的分解作用[1]。蚯蚓这种天生的处理污染物的能力,日益被环保工作者重视。有机废弃物的蚯蚓堆制处理技术是近年发展起来的一项生物垃圾处理技术[2]。国内外很多学者都进行了这方面的探索,并已开发出较为成熟的生产工艺技术,蚯蚓在当今垃圾处理中扮演着越来越重要的角色。法国1991年就建立了世界上第一座利用蚯蚓处理城市生活垃圾的垃圾处理场,日处理垃圾20~30t,

一种新型环境友好污水处理工艺

——

—蚯蚓生态滤池

杨键,杨健,娄山杰

(同济大学环境科学与工程学院,上海200092)

摘要:蚯蚓生态滤池将蚯蚓创造性地引入到污水处理系统中,延长和扩展了微生物代谢链,强化了生态系

统富集与扩散、合成与分解、拮抗与协同等多种自然调控作用,实现了污水污泥的同步高效处理。滤池出

水可用作绿化和农田灌溉,蚓粪污泥含水率低,减量化稳定化效果显著,较好地解决了剩余污泥的处置问

题。蚯蚓生态滤池工艺高效节能,具有鲜明的“生态平衡”和“环境友好”技术特色,符合可持续发展的理

念,具有技术经济竞争优势,环境效益比较显著,具有良好的实际应用前景。

关键词:蚯蚓生态滤池;蚯蚓;蚓粪污泥;可持续发展

中图分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:1008-9500(2008)01-0016-04

ANewTypeofEnvironmentallyFriendlySewageTreatmentProcess

——

—EarthwormEcologyFilter

YangJian,YangJian,LouShanjie

(StateKeyLaboratoryofPollutionControlandResourcesReuse,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Abstract:Earthwormecologyfilteriscreativefortheintroductionofearthwormintothesewagetreatmentprocess,extendingandexpandingthebiologicalchain.Synchronousefficienttreatmentofsewageandsludgeinthisartificialecologicalsystemisachievedthroughenrichmentanddiffusion,synthesisanddecomposition,antagonisticeffectandsynergism,andothernaturalregulation.Theeffluentcouldbeusedasvirescenceandirrigation.Earthwormfecalsludgecontainslowwater,withsignificantstabilizationandreductioneffect,whichcouldsovleremainingsludgedisposalproblemswell.Earthwormecologyfiltercouldsaveenergyandoperateefficien,withdistinct“ecologicalbalance”and“environmentallyfriendly”technicalcharacteristics.Thisfiltercouldmeettheneedofsewagesustainabledevelopment,withtechnicalandeconomiccompetitiveadvantage,significantenvironmentalbenefitsandgoodpracticalapplicationprospects.

Keywords:earthwormecologyfilter;earthworm;earthwormfecalsludge;sustainabledevelop

收稿日期:2007-10-16

作者简介:杨键(1981-),女,山东枣庄人,硕士研究生,研究方向为城市污水和污泥的生物生态处理技术。

污水治理

●仅需4个工人操作,垃圾处理成本每吨仅为360法

郎[3]。2000年悉尼奥运会期间,利用4000条蚯蚓处理奥运村的生活垃圾,完全可以做到垃圾不出村就能就地消纳。利用蚯蚓处理城市生活垃圾工艺简单,不需要特殊设备,还可以促进垃圾资源化的良性循环,实现可持续发展。该技术在处理大量垃圾的同时还能得到大量的蚯蚓及蚯蚓粪。蚯蚓具有很高的经济价值,是一种优质的蛋白饲料,可用作化工原料,还可入药;而蚓粪不仅是优良的生物肥,而且是一种良好的生态除臭剂[4]。

蚯蚓土地处理系统是传统污水土地处理系统的一大改进,它利用蚯蚓穿梭觅食的特性,强化了污染物降解效果,同时蚯蚓粪的特有性质还可以改善土壤的颗粒结构,提高土壤的通透性,提高污水土地处理系统的水力负荷和有机负荷。

蚯蚓微生物生态滤池是近年发展起来的新型生态污水处理技术。国内同济大学首先开展了相关的研究工作,开发出适应我国国情的蚯蚓生态滤池,并已经经历了小试、中试及生产规模性试验[5-7],为其实际应用提供了大量宝贵经验。其生产性规模试验属国家高技术研究发展863计划专项“上海城市水

环境质量改善技术与综合示范项目”

,并于2005年10月通过了上海市环境监测中心的验收,评价该工艺能够真正实现污水污泥同步处理,处理工艺高效

节能,具有鲜明的“

生态平衡”和“环境友好”技术特色,符合可持续发展的需要,具有技术经济竞争优势,环境效益显著,具有良好的应用前景。

2蚯蚓生态滤池

2.1

蚯蚓生态滤池构造

蚯蚓生态滤池由布水器、滤料床和沉淀室构成。布水器起到均匀布水的作用,蚯蚓主要活动在滤料层的表层,滤料表面还铺有一定厚度的植物性填料,它能够起到二次布水,缓解水力冲刷对蚯蚓的影响,还能起到遮光,缓解环境温度剧烈变化的作用,为蚯

图1蚯蚓生态滤池构造图

蚓的正常生存提供保障。进入蚯蚓生态滤池的污水经过蚯蚓等其他生物的吞食、降解和滤池的截流,进入滤池底部的沉淀室进行泥水分离,澄清的上清液作为系统总出水排出。

2.2蚯蚓及蚯蚓生态滤池工作原理

蚯蚓属变温动物,喜欢吞食肥力高的有机腐殖质,喜潮湿和阴暗,其极限生存温度为3~35℃,20~25℃是其生存的最适宜温度[8],最适宜蚯蚓活动的土壤含水量为20%~30%,饲料含水量一般以60%~70%最佳,如果蚯蚓长期处于渍水状态,就会出现逃逸甚至死亡的现象。广泛应用于环境污染生态治理中的蚯蚓主要为赤子爱胜蚓(Eiseniafoetida),该蚓种繁殖快、趋肥性强,对环境温度及环境湿度的适应范围广。

蚯蚓生态滤池采用现代生态设计理念,创造性地在污水处理反应器中引入蚯蚓物种,延长和扩展了原有的微生物代谢链,强化了生态系统富集与扩散、合成与分解、拮抗与协同等多种自然调控作用。蚯蚓主要以污水中的悬浮物、生物污泥及部分微生物为食料[9,10],降解污染物质过程中所产生的蚓粪及蚯蚓磨碎的大块有机物,有利于微生物的生长繁殖[11],正是蚯蚓和微生物的这种协同共生作用,使蚯蚓生态滤床具有污水污泥同步高效处理的能力。蚯蚓在填料中穿梭觅食能增加滤池的氧含量,改善滤池内污泥积累[12],防止蚯蚓生存环境恶化;滤床中的蚓粪具有多孔带负电的性质能吸附污水中的有机物和NH4-N[13],能提高滤池的硝化能力,保证出水水质和污泥的减量化稳定化效果。

3蚯蚓生态滤池的生态经济效益

3.1

蚯蚓生态滤池出水的再生利用

以同济大学研究开发的蚯蚓生态滤池生产性试验为例,蚯蚓生态滤池出水除NH3-N、TP、TN外,其余指标均可满足GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B排放标准,出水外观清澈,色度和浊度都很低,嗅觉无异味,具有较好的回用价值,能够达到GB/T18920-2002《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》中城市绿化的要求。在农村或城镇郊区建立蚯蚓生态滤池更有优势,滤池出水可直接用于浇洒绿化带、花卉和灌溉农田,出水中少量蚓粪污泥还能够为植物提供肥料,变废为宝。3.2蚯蚓生态滤池蚓粪污泥的资源化利用3.2.1蚓粪污泥特性

蚯蚓生态滤池污泥减量化效果显著,其减量率达40.5%~48.2%,明显高于普通剩余污泥的减量率,

进水

布水器

弹性填料

蚯蚓滤料出水排泥管

杨键等:一种新型环境友好污水处理工艺———蚯蚓生态滤池污水治理

第1期

●不仅实现了减容,而且污泥内的生物固体含量也大大降低,真正实现了污泥减量化。试验期间观测到滤床内部无明显的污泥积累现象,进水中的SS能及时被降解,不会滞留在滤床内发黑发臭而影响蚯蚓的正常生存。滤床出水VSS/SS、出泥VFA(挥发性脂肪酸)及出泥SVI值(污泥体积指数)均大大低于进泥,说明蚯蚓生态滤池污泥稳定化效果显著,出水及污泥均不易发黑发臭,减轻了对大气环境的污染,改善了污水厂附近居民的生活环境。

污泥比阻(SRF)和毛细吸水时间(CST)是评价污泥脱水性能的两个常用指标,SRF越小、CST越短污泥的脱水性能越好。蚯蚓滤池处理后的蚓粪污泥性质和结构组成比进水均发生了较大变化,蚓粪污泥中水分比普通污泥的水分更容易与固体分离,从而使得蚓粪污泥的SRF、CST均有所降低(见表1),脱水性能大大改善,仅需简单的脱水工艺,就能达到

表1各种污泥SRF、CST及含水率比较

注:CST为同在含水率为97%时的值。

较低的含水率。蚓粪污泥(起始浓度为22.4g/L)经

0.5h沉降后体积与经24h沉降后体积相差不超过2.5%,表明蚓粪污泥的沉降性能十分优异,与消化稳定污泥相当,可省去污泥浓缩单元,大大简化了处理流程。

3.2.2蚓粪污泥的农用

蚓粪污泥的营养成分丰富,与养殖蚯蚓的蚯蚓粪成分相当[14]。蚯蚓具有促进氮、磷循环的作用,使污泥中的总氮总磷向速效氮速效磷转化(见表2),提高了污泥的肥效,是一种优质高效的农用肥料和土壤改良剂。蚯蚓生态滤池出水菌群总数也大大小于进水,仅为8.5×102个/mL。

表2

蚯蚓滤池处理前后污泥中基本养分含量的变化表3表示经蚯蚓生态滤池处理过的污泥除镍略高外,其他重金属含量均明显低于我国农用污泥酸性土壤最高允许含量,基本达到污泥农用的标准。由于该生产性蚯蚓生态滤池进水为合流污水,含有大量的工业废水,所以金属含量高,如果用于处理生活污水,重金属含量将更小,完全可以实现蚓粪污泥农用,达到资源化利用的目的。

污泥种类SRF(m/kg)CST(s)含水率(%)

蚯蚓滤池进泥3.67×101254.598~99蚯蚓滤池出泥1.16×101228.896~97曲阳厂活性污泥1.53×1012

100>99浓缩污泥

95~97

3.3

蚯蚓生态滤池的经济效益

蚯蚓生态滤池可以实现污水和污泥同步高效处理,工艺流程十分简单,不需建设初沉池、二沉池和污泥浓缩池,除提升泵外不需要其他复杂的机械设备,不需要专业的技术人员维护,因此其基建投资费用、运行费用均明显低于传统二级生物处理工艺[15],非常适合于经济基础薄弱的中小城镇。

蚯蚓生态滤池目前存在的问题

首先,蚯蚓对环境湿度的要求较高,不能长期生存在滞水环境中,因此蚯蚓生态滤池的水力负荷低于传统的二级处理工艺,适合于中小型污水处理厂。其次,滤池要求进水有机负荷不能太大(COD<200mg/L),因为当进水有机物高于蚯蚓的摄食能力时,

积累在滤料中的有机物会腐败恶化蚯蚓生存环境,影响滤池的正常运行。再者,过低、过高的环境温度都不利于蚯蚓的生长,否则会降低蚯蚓活性,导致滤池出水水质及污泥处理效果变差。最后,滤池中的滤料是蚯蚓生存环境,对蚯蚓的活动有巨大的影响,因此最适的滤料类型及其粒径还需进一步优化。

5结论及展望

蚯蚓生态滤池把蚯蚓引进到污水处理工艺中,

人工强化了污水生物处理的生物链,实现了污水的清洁化目标,同时解决了常规工艺难以解决的污泥处置问题,是一项新型的环境友好的污水处理工艺。该处理工艺具有“三低二少一高”技术特色,即工程

造价低,运行费用低,管理要求低,占地面积少,二次污泥样品AsPbCrNiCuZnCdMn备注

滤池进泥20.661.4107.8177.1597.12637.02.7277.6滤池出泥

14.646.678.8102.7445.11569.91.8204.2农田灌溉水质标准7530060010080020005-酸性土壤pH<6.5(GB5084-92)

75

1000

1000

200

1500

3000

20

中性和碱性土壤pH≥6.5

mg/g污泥样品有机质总氮总磷总钾速效氮速效磷速效钾滤池进泥

698.343.713.84.853.471.140.75滤池出泥510.8

35.412.2

4.75

4.61

1.34

0.73

mg/g

表3

蚯蚓滤池处理前后污泥中重金属含量的变化

污水治理中国资源综合利用第1期

●污染少,资源化程度高,非常适合经济基础薄弱、污

水分散且量少、缺乏专业技术人员的中小城镇和农村的污水治理工程。同时该工艺可用作常规工艺的末端,起到保证出水水质和改善污泥性质的作用。虽然蚯蚓生态滤池目前还存在很多问题,但是它已经展现出了显著的经济效益和环境效益,是一种具有应用前景的生态型污水处理工艺,为实现污水污泥的资源化利用找到了一条新的道路。

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(责任编辑/荆小旦)

每到秋收时节,秸秆焚烧形成的满城烟雾令人苦不堪言,目前这一情况有望得到缓解。记者昨天获悉,苏州中能科技有限公司的研究人员通过4年的研究,以玉米秸秆等农业废弃物为原料生产出了生物质酒精、木糖醇、纸浆、有机肥和果树营养液,这一技术全国领先,而且整个生产过程无污水、无废气、无废物,实现了真正的“零排放”。

更值得关注的是,这套生产技术已经走出实验室,并即将真正走向产业化。

专家告诉记者,在汽油中掺入10%~15%的乙醇,不仅不需要改造汽车发动机和加油站,而且能使汽油燃烧的更完全,还能减少二氧化碳的排放和

30%以上的汽油污染。

可以说,酒精是解决能源再生的“救命稻草”。以粮食为原料生产燃料酒精已不是新鲜事,但以秸秆等农业废弃物为原料制造酒精的技术,很大程度上仍然停留在实验室里,即使有产业

化尝试项目,也大多运行不成功或不理想。

我国每年可利用的农作物秸秆达6亿多吨,其中绝大多数没有被充分利用,甚至被就地焚烧,既浪费资源又造成环境污染。中能科技有限公司的负责人介绍,利用他们的生产技术,每吨玉米秸秆可制造100千克酒精,同时产生300千克包装箱纸浆以及木糖醇、有机肥和果树营养液。将秸秆、水、电、酶、酸等全部折价计入成本,每投入5883元成本,大约可产生价值7000元的酒精和纸浆。

“这样的投入产生比比较合理,产业化推广是可行的!”在该项目的技术鉴定会上,江南大学石贵阳教授说,目前国内由企业来研究这样的项目还很少,而且项目还有利润产生,国内还没有第二家企业有此成果。据悉,中能科技有限公司已经在徐州市筹建年产3000吨生物质酒精的样板工厂,预计2009年投产。(苏讯)

“秸秆变宝”技术江苏走在全国前列1吨秸秆可“吐出”100千克酒精

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