徐州一体化污水处理设备免费设计咨询

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无动力复合生态净化技术经过不断探索与试验，已经高度适用于农村污水的处理。可针对分散的1—2户设置，也可针对相对集中的几十到几百户设置。系统建成后可连续运行10年以上，实现“无设备、无动力、无能耗、无药剂、无耗材、无维护"的节能生态绿色处理，尾水可直接排放或者资源化利用。本文介绍了农村污水无动力复合生态净化技术及其工程应用情况，以期为农村生活污水处理提供技术参考。

1、农村生活污水的特点及存在的问题

1.1 农村生活污水的特点

农村生活污水主要由餐厨污水、粪尿和洁具冲洗用水、沐浴洗涤用水组成，水质主要有以下特点：

（1）分布面广且较为分散，大部分村落无排污管网，无法集中收集。

（2）污水浓度高，水质波动大，氮、磷含量高，不含重金属元素，五日生化需氧量/重铬酸盐指数（BOD5/CODCr）的比值（0.39—0.92）比城镇污水高，可生化性强。

（3）排水量变化系数大，一天中早晚比其他时间段排放量大，水量排放不连续。

（4）大部分无污水集中排放管网，多采取就地排放或者明沟排放。

（5）处理率低，大部分地区缺乏污水处理装置，多数地区还在使用传统的旱厕，有水冲厕所的地区大多是三格化粪池设施，其污水中所含污染物浓度依然很高。

1.2 农村污水处理面临的问题

虽然我国城乡一体化建设逐步加快，但农村污水处理仍存在较多的问题，我国农村生活污水处理刚刚起步，还没有形成系统化、规范化、标准化，处理过程中主要面临以下几种问题：

（1）缺少适宜不同区域特点的实用技术。我国农村地区存在着明显的区域差异性特征，导致常规技术在不同地域运用时会出现大量问题。

（2）污水处理标准、规范尚未建立。目前，农村污水处理直接套用城镇的污水处理标准体系，因为除了少数地区规定了农村污水的处理标准外，大部分地区没有统一的农村污水处理标准。农村污水氮、磷含量高，水体富营养化严重，单位处理吨水技术成本高，参考城市污水处理的标准不是非常合理。

（3）缺乏长效的运行管理机制。对于建成的污水处理设备，运行维护资金短缺、无保障，缺乏专业人员进行运行及维护管理，设备故障时得不到及时维护，长期处于废弃状态，工程管理水平普遍较低。

（4）居民环保意识薄弱。农村居民环境保护意识薄弱，大多数不愿承担污水处理设备费用，村镇政府对污水处理可支配资金较少，导致农村污水处理政策推进困难。

2、农村污水无动力复合生态净化技术

2.1 农村污水无动力复合生态净化技术工艺

针对农村生活污水污染负荷高、排水量变化系数大的特点，开发了无动力复合生态净化技术，利用人工基质、定向选择和培育的功能微生物及净水植物，通过填料吸附过滤、微生物转化与降解、植物吸收转化，实现生活污水的深度处理和资源化利用。

经过统一收集的农村生活污水通过管道输送至调节池，在调节池内通过重力自然沉降去除泥沙和大颗粒污染物。调节池内污水与厌氧反应池内微生物充分混合，通过微生物代谢降解去除有机污染物。前端处理后的污水通过重力流入生态净化床，结合基质吸附、植物根系物质交换与光合作用，对污水进行进一步的净化和蒸发。出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）中的一级A标准。

对于单户处理：采用一体化集成装备，只需将管路与每户常用的排水口对接进入装备入口即可。装备入口设过滤网以拦截大颗粒污染物。微生物、基质、植物集成在一个装置系统中，利用基质—微生物—植物的复合生态系统，经物理、化学和生物的联合作用达到高效净化污水的目的。实际运行中只需定期清洗、更换滤网即可。

对于集中处理：需要利用（铺设）污水管道将污水集中排入无动力污水处理系统，利用系统中的基质、微生物、特定植物对污水进行净化处理。在系统建设初期完成微生物接种、驯化，特定植物培育、移栽，后续根据运行情况补充少量微生物、植物，以保证系统处理效果。

2.2 农村污水无动力复合生态净化技术优势

（1）适用广。

可针对分散的1—2户设置，也可针对相对集中的几十到几百户设置，系统可稳定运行10年以上。

（2）生态集成化。

农村污水无动力复合生态净化技术在无动力情况下，将厌氧、好氧、多介质渗滤和人工湿地生态处理技术优化集成，优势互补，多介质生态协同处理，实现“无设备、无动力、无能耗、无药剂、无耗材、无维护"的节能生态绿色处理，尾水可直接排放或者资源化利用。

（3）资源化。

装备结构可采用3D打印技术，使用城市、钢厂、电厂、煤化工固体废弃物作为原料，实现废弃物再生利用，达到“以废治废"的目的。

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（4）节能高效。

使用无动力复合生态净化处理系统每年可节约能耗100%，污水中CODCr和BOD5减少95%，总氮（TN）和总磷（TP）分别减少95%、90%，处理1t生活污水，可减少二氧化碳（CO2）排放6.7kg。该处理系统占地面积为传统生态系统占地面积的1/3。

2.3 农村污水无动力复合生态净化技术原理

农村污水无动力复合生态净化技术利用人工基质、定向选择和培育的功能微生物及驯化的净水植物，通过填料吸附过滤、微生物转化与降解、植物吸收转化实现生活污水的深度处理和资源化利用。

（1）CODCr、BOD5降解：农村生活污水中CODCr、BOD5的降解主要靠微生物的代谢活动，在厌氧池中，微生物形成微生物群落结构，污水中的有机污染物在厌氧细菌和兼性菌的处理下分解为小分子有机物、甲烷（CH4）、CO2和水（H2O）。随后污水进入复合生态净化床，填料的吸附、微生物的降解及植物的吸收作用使污水中的CODCr、BOD5得以去除。厌氧降解和复合生态净化床的多级循环降解完成了有机物的深度脱除。

（2）悬浮物（SS）的脱除：农村生活污水所含SS较少。小颗粒有机物靠微生物的降解作用去除，而无机物主要依靠物理拦截、沉降和过滤作用去除。

（3）氮的去除：农村污水无动力复合生态净化技术的脱氮原理主要是微生物氨化、硝化和反硝化作用，植物吸收氮的比例约为10%。

ED系统主要由电极、离子交换膜、隔板、辅助垫片等组成，并被液压装置压紧在机架上。含盐水经过循环泵进入ED膜堆，并通过隔板将盐水分布在各个淡水室，在两极板的强电场作用下，盐水中的阴阳离子发生定向移动，阴离子穿过阴离子交换膜迁移到浓室，继续迁移时受到阳离子交换膜的阻挡而停留在浓室，阳离子亦然。随着离子的迁移，浓水室的含盐量越来越大，淡水室的含盐量越来越小，达到出水条件后在各自水箱中溢流排出。

评价ED最直观的性能在于淡水回收率、电流效率、脱盐能力和使用寿命等因素。除了自然条件外，进出水流速和模式、离子含量和种类、电流密度和离子交换膜的性质等，均深深影响着ED设备的性能。

郭春禹等采用国产低含量淡化均相ED设备，考察了不同操作条件下的单程脱盐率，研究表明，膜堆的单程脱盐率随着进水含盐量、流速的增大而降低，随着电流密度的增加而升高，脱盐率随水中离子种类变化顺序为：NaCl>Na2SO4>NaCl+Na2SO4>NaCl+MgSO4>NaHCO3>MgSO4。这为ED处理水质较杂的脱硫废水提供了一定的经验数据。

由于离子在离子交换膜中的传质速率远大于在水中，因此随着电流密度的不断升高，膜两侧会出现浓差极化现象，导致能耗的增加及膜破坏的可能，因此工作电流密度应在极限电流密度之下。MENG等研究表明，膜堆的最大工作电流密度应处于极限电流密度的70%～80%。

离子交换膜是ED最核心的部分，几乎决定着ED系统的性能。李丽等实验对比了中外5家生产商制备的离子交换膜除盐性能，结果表明，其中AGC传质性能较好、能耗较低，应用于纯盐浓缩工艺更占优势。

王天成通过计算流体动力学方法对隔网形状进行模拟研究，研究发现，采用菱形隔网可使进水分布更均匀，传质更均匀，流动死区更小，从而减缓浓差极化，降低能耗。

如此多的因素影响了ED膜堆的性能，无疑增加了其理论计算，限制了其实用和推广，因此建立ED的传质模型是非常有必要的。祝海涛等综述了Maxwell-Stefan等6种ED传质模型，对比了各个模型的优缺点，并提出了ED模型未来的研究方向在于采用仿真工具并结合经验方程和系数，进一步优化ED的传质模型。

2、ED在火电厂水处理中的应用

除了应用于海水淡化及海水制盐外，ED还广泛用于火电厂的水处理工艺中。自上世纪70年代起，ED常用于锅炉补给水的脱盐处理中，如上海崇明发电厂、吴淞发电所和保定石油化工电厂等。运行结果显示ED脱盐效果较好，水回收率较高，大大地减轻了离子交换系统的负担。但是限于当时技术的不成熟如膜易破损、出现黄水、易结垢和除硅效果差等，以及反渗透在脱盐处理中的迅速成熟，ED在工业水处理中未能大量使用。据BURN等统计，截止到2015年，在全球水脱盐处理总容量中，反渗透技术约占65%，多级闪蒸占21%，而ED仅占3%。

但是近些年来，随着ED技术的不断研究和优化，在火电厂水处理中也得到更多的研究和应用。陈文婷等通过中试研究了频繁倒极电渗析（EDR）处理电厂循环水排污水（硬度739mg/L，电导率3.039mS/cm），结果表明，在产水率高于80%的前提下，脱盐率大于80%，出水水质（硬度162mg/L，电导率0.5696mS/cm）优于循环水回用水质标准，能耗为1.93kW·h/t。谢春玲等通过中试验证了双膜法ED组合的工艺处理循环水排污水的可行性，通过ED处理RO浓水，淡水回至RO进水，系统总回收率高达96.1%。

目前，ED在火电厂水处理中的应用是与离子交换法结合成电去离子（EDI）技术，其有机结合了ED与离子交换的特点，具有除盐率高、无需化学药剂再生、自动化程度高、运行成本低等优势，广泛应用于锅炉补给水、凝结水精处理等系统的深度除盐工艺中。然而，EDI至今在超纯水制备中仍占据较小份额，传统的离子交换树脂法市场比例仍接近于90%，相应的市场规模仍然需求巨大。

近几年来，随着火电厂脱硫废水等末端高盐废水的不断推进，形成了以“预处理-浓缩减量结晶蒸发"为主的水处理工艺。脱硫废水水质波动大，硬度大、悬浮物和盐含量高且复杂，处理困难。电厂普遍采用三联箱技术、双碱法等预处理技术，后续常采用管式微滤膜和中空纤维超滤等进一步除硬和除浊。浓缩减量技术是废水艺的关键所在，关乎系统的工艺、投资和运行。浓缩减量技术可分为热法和膜法，热法主要包括机械蒸汽再压缩（MVR）、低温多效蒸发（LTMED）和多级闪蒸（MSF）等，膜法主要包括高压反渗透膜（SWRO）、碟管式反渗透膜（DTRO）、正渗透（FO）和ED等。较多研究者如AMSHAWEE、YAQUB和韦锋涛等对比了各种浓缩减量技术的优缺点及能耗，