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一名中学生对污水处理的调研

供稿:中国工控网 2016/10/8 10:42:00

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1.生命之泉:水生态的调查与思考

2.像对待生命一样对待生态环境——从我家鱼塘引发的调查与思考

3.从我家鱼塘到生态环境的调查与思考

一、我家的小鱼塘

我的家里有个鱼塘,爸爸在鱼塘中养了好多条锦鲤鱼。从小学开始,每天早上,只要我一打开窗,就能看见鱼儿在水里快乐地游来游去。

开始的时候,望着其他人家的小鱼缸又干净又美观,我们都感觉养鱼就是这么简单,于是随便在鱼塘里洒了点鱼苗,每天坚持喂食,希望它们快快长大。然而不久,鱼塘的水就越来越浑浊,小鱼仿佛都像透不过气来似的,一个一个从水面冒出头来,甚至后来小鱼都死了。这件事让我们很伤心,究竟是什么原因导致小鱼这么快就夭折了?

我们咨询了养鱼专家和网络查证,才发现小鱼和人一样,不仅需要食物,更需要环境。鱼塘中水质健康,小鱼才能生存。威胁因素主要有鱼塘溶解氧和有害物质含量,带着这两点我仔细思考了小鱼夭折的境遇:1、水中溶解氧来源于水中浮生植物的光合作用和空气中氧气溶解,又被小鱼和有机物降解过程消耗掉的,相互消长,溶解氧浓度随之变化;2、平时我们仅仅往小鱼塘里投加鱼食,按理不会有有害物质啊,但是似乎没有我们想象的那么简单。我们投加的鱼食以及小鱼的排泄物会分解出许多有机物,造成我家池塘中的水质变浑现象,而且这些有机物分解漫长,也需要大量氧气;3、同时,有机物中也包括部分有毒物质,比如铵根,会影响水质pH等其它指标,进而威胁小鱼生命;4、不仅如此,有机物含量过多,还会影响浮生生物的光合作用和空气中氧气的溶解,进而在增加耗氧单位的同时影响溶解氧的来源,双重作用导致水中氧气的供需比例不协调,最后鱼儿缺氧浮头,甚至死亡。

在分析思考的基础上,我们需要解决两个问题:一、向水中补充更多的氧气;二、将水中有害物质彻底分解。首先,我和爸爸一起购买了水循环增氧泵,将空气源源不断地注入池塘里,让空气中的氧气能更多地溶于池塘水中;其次,我们从养鱼专家那里了解微生物可以将水中多余的鱼食和排泄物分解掉,主要包括矿化菌和硝化菌,怎样才能让微生物更有效率完成这项工作呢?我们还购买了珊瑚石,因为微生物很喜欢生活在珊瑚石内,这样我们就能给它安一个家,让它们更好地存活在鱼塘内,发挥分解作用。

解决池塘问题后,又一个问题闪现在我的脑中:为什么鱼儿并没有在一开始就死掉,而是在水中生活了好多天才死去呢?其实池塘也有自己的自净能力,它主要是通过三种方式实现:首先,通过物理作用可以使可沉性物沉淀,从而达到自净的效果。其次,化学中的氧化还原和酸碱反应都可以使污染物的含量降低。最后,生物降解过程中,水中的微生物可以通过代谢分解掉那些污染物。但这种自净能力是有限的、漫长的,且在池塘自净的过程中会消耗大量的氧气,这就可能导致了水体缺氧。当有毒污染物堆积到一定程度时,单依靠水自净的力量已经不能及时降解那些有毒污染物,水体就会发生像我们家小鱼塘一样的“惨案”。

这件事让我们意识到,虽然鱼塘的自净能力可以保证小鱼早期不死掉,但随着时间的增长,溶解氧和有毒物质的含量一旦低于或超过一定界限,水环境就急剧恶化,最终导致了鱼儿的死亡。

二、生活周边的河流

在自家池塘的水环境问题解决后,我又把眼光投向那些在栅栏外的小河以及长江。我们家的池塘缺氧了,可以加增氧泵,水中有毒了可以用微生物分解,那些河流可没有增氧泵和专门放置的硝化细菌,那些河流是怎么保持一个良好的生态系统能让鱼儿快乐生活的呢?而实际上,从我记事起,周边河流中的小鱼就越来越少,不少已经绝迹。

我的学校就有那么一条小河,它贯穿了整个校园。每到夏季来临,小河总是发出阵阵臭味。起初,我们发现水中漂浮着许多零食包装袋,并伴有阵阵恶臭。后来,我们发现小河的水体越来越黑,那些漂浮在水上的包装袋像是被遗弃在一块巨大的草坪上——水面完全被一种绿色植物覆盖掉了。后来在网上发现,其实类似的事件也发生在太湖,这一现象叫做“水华”,是水体富营养化造成藻类大量繁殖引发的一种生态现象。

    通俗来讲,富营养化就是水中含有过多的氮磷钾,氮和磷是生物体合成细胞所需要的营养物质,当含有大量氮和磷的水排入湖泊江河中,可以引起水藻疯长,封锁了太阳光的照射,导致了水体中大量的鱼类和植物的死亡,溶解氧的产生极度下降,且细菌分解那些动植物的尸体又消耗了过多的氧气,最后水质因缺氧而发臭。因此为了保持水体环境不遭破坏,必须对含磷和氮较高的废水进行处理。

那么你肯定就要问了,好端端哪来的氮和磷呢? 其实目前氮和磷无处不在,在日常生活中,氮和磷往往来源于厕所排放的废水,氨氮含量非常之高的味精、农田中施放的化肥等。在我们自家鱼塘中,鱼的粪便和鱼饲料中便含有大量的磷化物。如果不做出及时的处理,这些磷化物也会像学校池塘一样导致严重的水体富营养化,从而影响水的生态系统。因此,为了净化太湖水质和防范太湖蓝藻事件再次发生,2013年起,国家有关部门联合发布了《太湖流域水环境综合治理总体方案》,每年出资20亿元设立专项引导基金,对三级保护区域内实施了城乡污水及垃圾处理、生态修复和含氨氮磷排放的工业项目建设控制等。

三、家乡的工业园区

我们都知道,水污染既有生活污染,也包括工业污染。尤其工业污染源品类繁多,污染物质含量高,对江河湖泊的富营养化造成了极大的威胁。在我的家乡,就有一个扬子江国际化学工业园,里面入驻了近200家生产企业,每家企业的产品种类、生产工艺、废水成分都不尽相同,那他们是怎么处理的呢?

带着这个问题,通过妈妈的介绍,我先来到了化工园安全环保部门,了解到化工园所有污水统一处理、统一排放,部分企业污水成分特殊的需预先处理,园内污水处理主要涉及物理、化学及生物三种技术种类。因为专业名词较多,我听的一知半解,但大概理解了一种污水的处理,往往涉及三种技术种类的交叉应用,才能达到国家排放标准。

为了更加深入理解污水处理技术内容,我又拜访了园内全球领先的有机硅产品供应商道康宁和污水处理公司新加坡胜科水务。在道康宁公司,废水呈现明显的酸性,且含有铜、锌金属物质,不符合下游污水处理厂的废水要求,我联想到课堂学习的化学知识,酸性液体有腐蚀性,比如实验室的硫酸,可通过与碱性发生中和反应生成盐、水及放热,常用的碱性物质包括苛性碱和石灰石。那么道康宁的酸性废水是否可以用这种方法进行处理呢?环保工程师印证了我的想法,实践中他们正是用石灰石进行中和处理,现场也可看到反应产生大量热烟,但与我们课堂实验不同的是,工业处理需要计算准确的石灰石投放量和反应时间。在去除酸性后,还需要使用一种叫絮凝剂的化学物质加速水与杂志的分离沉淀,同时可通过电解、渗透膜、吸附等方法将水中的铜、锌金属离子分离,最后排入化工园污水统一处理管道。

在胜科水务工厂,占地最多的是一排排方形和圆形的处理池,在技术工程师的讲解下,我对他们物理和生物处理技术有了更直观、深刻的认识:经过企业预处理的废水,首先要经过格栅、预处理池两道物理处理工序,其中格栅用来阻隔污水中较大的漂浮物和悬浮物,预处理池有离心分离、沉砂和沉淀功能,应用了离心力根据质量变化和重力原理,将水中的泥砂、密度大的无机颗粒物和固体悬浮物隔离。再依次进入厌氧池、有氧曝光池和分离池,池子中包含这一阶段处理的核心技术——微生物菌种,一般包括球衣虫、草履虫、漫游虫等,它们“吃”有害有机物,排出无害的二氧化碳和水,其中厌氧池中加入反硝化细菌,反硝化细菌代谢出二氧化碳和氮气,直接对外排放;有氧曝光池中加入硝化细菌,同时通过氧气泵,不断向水中溶解氧气,一是为硝化细菌代谢提供氧气,二是氧化还原水中的有毒物质,共同将水中的有机氮转化为无机氮,再回流到厌氧池进行反硝化处理,分离池中加入塑料粒子填料,作用类似我家鱼塘的珊瑚,微生物菌种粘附在上面,与水分离。最后经过生物处理的污水进入沉池,去除残余微生物就可以排入长江。

详细观看后,发现与我家鱼塘的原理是一致,但工序、效率和成本有着很大的不同,工业追求处理效率以及成本最低,因此在微生物细菌选择上、数量上都有着极为严格的要求。另外,调研时还了解到最新的膜处理技术,联想到我家安装的霍尼韦尔净水机中的反渗透和超滤膜,方便快捷以及效果好,但目前产品售价超出绝大部分企业能力范围,且对部分污染物,膜技术尚无能为力,但这是未来发展的技术趋势,急需更多年轻人参与到创新研发中。

在看了这么多之后,我们也要把学到的运用到生活实践中去,于是我就和爸爸一起设计了一个全新的鱼塘污水处理系统:我们在鱼塘旁又挖了一个小池子用作污水处理池,这个池子可以分为四大部分:毛刷过滤、沉淀池沉淀、硝化菌分解和防水消毒灯消毒。毛刷过滤就模拟了大型污水处理厂中的栅栏和滤网,可以将池塘里较大的沙粒和树叶阻挡在外面。然后池塘中的水通过沉淀池进行沉淀,其原理就是利用了大型污水处理厂的物理处理方法。接下来,我和爸爸将一开始购买的硝化砖放入池子里,使水中的氮简单地进行硝化反应形成氮气和硝酸根,并移入珊瑚石给他们一个安家的地方。最后打开防水消毒灯,在这里污水不仅可以进行进一步的沉淀,并且可以消灭一些能使鱼儿生病的细菌,保证鱼儿的快乐成长。

这个水净化池内不仅有着我从污水处理厂“偷来的”物理处理法,还包括简单化了的生物处理法,使池塘中的水得到进一步净化。通过这样一个经过自己精心设计的水净化池,我们再也不怕会发生像一开始养鱼时的惨案了。

四、污水零排放的理念

长江作为祖国母亲最为重要的河流,不仅仅孕育了沿江两岸的农业、工业,更是为我们提供了生命之泉——水,家乡的自来水取水点就在长江岸边。所以污水的排放和治理显得尤为重要。胜科水务是一家新加坡污水处理公司,将全球先进的污水处理技术引进、落地、实施,在扬子江国际化学工业园内扮演着不可或缺的一部分。整个化工园仅统一设立一个排污口,所有园内企业的污水都要经过胜科水务处理后再通过这个排污口排除,同时在排污口上安装了化学需氧量(COD)等在线监测装置,实行24小时的监控,确保处理尾水达标排放。

走访化工园安全环保局时,还了解到化工园早就在2005年编制了建设规划纲要,2006年获批创建示范园区,最终在2012年通过不懈努力进入示范园区名单,后续又适时推动“零排放”制度。那什么是零排放呢?在化工园就有着“零排放”的生动案例——胜科水务中水回用系统,就是将原本处理后、排放到长江的水通过盐分提取工序,返送到各个企业加工流程,形成一个闭环的水循环。零排放包括两方面内容:第一,提倡控制生产中的废弃物排放使其无限减小,直至接近“0”;第二,就是将生产中的废弃物进行循环利用,使废弃物转变为能源。对于污水来说,零排放意味着将所有废水经过二级或三级污水处理,使废水除了中水回用,只剩下转化为固体的废渣。这不仅对我们家乡有着重要的意义——可以大大减少污水的排放量,并且对中国乃至整个世界有着重要的意义,“零排放”意味着从本质上提高能源利用率,缓解了目前水资源短缺的压力。

五、总结思考

人们常说,“水是人类及一切生物赖以生存的必不可少的重要物质”,但是在日常生活中有多少人把节约用水当做自己的义务和责任呢?水生态的调查与思考也仅仅是我透过自家鱼塘水净化系统观察而引发的,并通过参观大型污水处理厂和走访环保部门了解了工业废水的处理技术。污水处理虽然可以减缓水污染的现象,但是污染后的治理经济成本巨大的,况且有些污染目前是无法恢复的。而且从生活的见闻来看,生态环境的保护不仅仅只是水的问题,还包括很多方面,比如从报纸、网络等渠道看到的、生活中感受到的,空气的雾霾、异味,有毒土地,目前都困扰着我们日常的生活。

作为一名中学生,一名中国人,一名地球居民,接下来,我不仅要从细微处着手,从自身做起,在生活的过程中处处保持卫生,做好垃圾分类,并要影响家里的人和周边的同学,大家一起共同呵护我们赖以生存的环境。更希望向钱学森等榜样学习,通过可能的国外留学机会,努力学习先进的环保技术,将自己的环保兴趣与未来的工作有机结合,不断创新,用知识的力量参与到环境保护中去,成为一名推动环保技术革新的实践者,也成为一名环境保护的地球卫士。



审核编辑(郑益文)
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