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合并处理净化槽的前世今生——净化槽简史第3期

东学东渐 2018-11-07 12:35:59

1.  开篇(第1期)

2.  净化槽的黎明期(第2期)

3.  净化槽相关标准的全国统一

4.  构造标准的全面修改及《净化槽法》的制定(本期)

5.  净化槽构造标准的部分修改(小型合并净化槽的诞生)

6. 单独处理净化槽的废除及深度处理净化槽的开发推进

7. 处理性能的深度化及低碳化

8. 净化槽的今后动向

9. 终篇


我们接着上一期继续讲日本净化槽的发展与技术沿革。

这一期主要讲一下日本净化槽构造标准的修改与相关法律的制定,正是因为日本政府不断修改、完善相关法律,才促使净化槽技术的不断进步与革新,想来还是很有趣的过程。


构造标准的全面修改

日本1980年对净化槽的构造标准进行了全面修改(昭和55建设省告示第1292号)。修改的理由是,民众生活水平提高的同时,单独处理净化槽的安装数量激增,如下图所示,净化槽的出水成为公共水域污染源的情况占很高的比例。另外,那时公共水域的污染防治不单单是处理粪尿污水就一劳永逸了,日本逐渐认识到为了真正提高处理效果,不得不将生活杂排水一并进行处理,由此构造标准全面修改的大背景形成了。



这次修改的要点如下:一是降低合并处理净化槽的人口当量下限,二是从根本上修改处理工艺。



基于构造标准的修改,采用“分离接触曝气工艺”的单独处理净化槽的结构举例如下图;该净化槽的标准处理量则在图下的表中列出所示。




《净化槽法》的制定

《净化槽法》于1983(昭和58)年5月成立,次年的10月全面实施。该法是以保护日本国民的生活环境及改善公众卫生为目的,在规范净化槽的安装、运营维护及生产制造的同时,明确了净化槽工程业者的登录制度、净化槽运营维护业的许可证制度、净化槽设备士以及净化槽管理士的资格认定等,行业内各相关方的责任由该法得以明确。

另外,关于净化槽的型式认定,确定了“在工厂制造的净化槽,必须就净化槽的制造型式,接受建设(现国土交通)大臣的认定”,建设大臣则在认为申请者符合《建筑基准法》及净化槽构造标准时,必须给出认定。

再者,确定了净化槽的制造商在变更认定事项时,必须尽快向建设大臣提出申请,每5年不进行更新,则失去认定效力等。

与此相关,《净化槽法》施行前的1984(昭和59)年4月,将确认申请时所需的附件之一,一直以来使用的(财)日本建筑中心发行的《粪尿净化槽性能评定书》,变更为《工厂生产净化槽认定书》。并且,上述中心于2000(平成12)年6月被国土交通大臣指定为该认定书的指定认定机构,基于《建筑基准法》施行“型式适合认定”并发放认定书。


构造标准的修改及《净化槽法》制定当时的技术开发状况

由于接触曝气工艺是利用在接触材料表面附着生长的微生物进行污水净化的工艺,因此具有在流量变动时,无需较强、较严格进行污泥管理等优势,该工艺以构造标准的修改为契机向中等规模的净化槽普及。另外,在构造标准修改之前,部分品牌已注意到了这一工艺的优势,将该工艺用于单户型的合并净化槽。

另一方面,在大规模净化槽中,从前以诸如长时间曝气工艺、标准活性污泥工艺等活性污泥法为主流,由于1985(昭和60)年的《水质污浊防止法》的修改,开始寻求应对氮、磷排放标准的技术,在各净化槽品牌主导下,推进了采用活性污泥的脱氮技术的开发。

例如,日立化成工业(株)(现(株)HouseTec)及日立化成TechnoPlant(株),受“氧化沟法(OD)”启发,于1986(昭和61)年,将活性污泥混合液在水槽内回流,形成曝气、非曝气的交替构造,实现脱氮功能,从而将“日立回流式间歇曝气净化槽HN型(如下图)”产品化。




净化槽构造标准的部分修改及其背景

由于推进城市化等原因,琵琶湖、霞之浦之类的湖泊,东京湾、伊势湾、濑户内海水域等主要封闭系水域中,作为污染负荷量的发生源,生活系污水已超过了工业系污水(如下图


图片来源:日本环境省


净化槽的普及,使得即使在没有建设下水道的地区,水冲式厕所也逐渐流行。然而大部分净化槽是单独处理净化槽,洗面台、洗涤污水等生活杂排水被未经处理直接排放。出现了全国各地的生活污水造成水域污染的问题,推广具有合并处理杂排水功能的净化槽:合并处理净化槽,成为了当务之急。

对湖泊而言,随着周边的经济活动发展,流入的污染负荷不断增大,污染程度明显加深。例如1983(昭和58)年的琵琶湖,相对COD的环境标准1mg/L,北部浓度为26mg/L,南部浓度为39mg/L。再来看各公共水域的有机污染相关的水质环境标准,相对海域的79.8%,河流的65.9%,湖泊仅为40.8%,存在较大落差。《水质污浊防止法》限制了工厂、事业所的排水,但仅仅如此的话,对于湖泊的水质保护并没有十分显著的效果,需要寻求生活系排水的相关对策,因此,1984(昭和59)年,作为《水质污浊防止法》的特别措施,制定了《湖泊水质保护特别处置法》,以期综合性、有计划地推进水质保护措施。

对于单户型建筑,在小规模处理设施中导入合并处理,要求较高,1981(昭和56)年开始产学共同研究,逐渐认识到单户型建筑的负荷量、有较大进水峰值等排水特性。以此为契机,促进了小型合并处理净化槽的开发,1984(昭和59)年,FujiClean工业(株)的FujiClean K型(如下图)和日本产业机械(株)的BioMaxK型,作为行业内最早的小型合并处理净化槽取得型式认定,实现了产品化。

此后,各品牌先后实行,并相继实现了净化槽的产品化。其中就有现在的构造标准型“分离接触曝气工艺”和“厌氧滤床接触曝气工艺”的原型净化槽。




以生活环境的保护及公众卫生的改善为目的,日本希望推进合并处理净化槽的安装和建设,1987(昭和62)年度,厚生省(现环境省)设立了“国库辅助制度”。国库辅助金并非支付给安装业主,如果当地政府对安装业主进行了资助,则是针对该当地政府进行资助的一套方案。东京都率先在1986(昭和61)年设立了“合并处理净化槽安装辅助制度”。

1990(平成2)年,成立了“全国合并处理净化槽普及促进市町村联络协议会(成立之初参加的省级行政单位27个,市级行政单位842个)”。在该协议会的要求下,厚生省(现环境省)制定了“国库辅助指南”,并设立了符合该指南的小型合并处理净化槽进行一次性审查并登陆的登陆制度,由该协议会负责。登陆制度在1992(平成4)年开始实行,次年,(株)Kubota的HS型第一个取得了“全净协登录”。

小型合并处理净化槽的市场不断扩大,作为生活污水处理系统成为定论,因此需对净化槽的构造标准进行部分修改(昭和63年建设省告示第342号)。

修改的要点如下

・水环境较脆弱的地区,应采用合并处理的人口当量从“51人以上”降低至“5人以上”,为小型合并处理净化槽留出空间。

・小型合并处理净化槽的处理性能为BOD20mg/L以下,BOD去除率90%以上。

・小型合并处理净化槽的处理工艺为之前已经过大臣认定并产品化的“分离接触曝气工艺”和“厌氧滤床接触曝气工艺”。

另外,1991(平成3)年,在构造标准中追加了处理对象人员51人以上500人以下时BOD20mg/L以下,且BOD去除率90%以上的规定。由此,所有人口当量范围均确立了合并处理净化槽的构造标准。

基于1988年修改后构造标准的“厌氧滤床接触曝气工艺”小型合并处理净化槽的构造举例如下图,标准处理量如下表所示。


“厌氧滤床接触曝气工艺”的构造举例(FujiYoshi净化槽AWF1-5DI型)



基于1991(平成3)年修改的“接触曝气工艺”中等规模合并处理净化槽的构造举例如下图

中规模接触曝气工艺的构造举例(FujiYoshi净化槽AWF6-2TD型)



深度处理化的经过

根据1990(平成2)年的《水质污浊防止法》等部分修改的法律(法律第38号),重点实施生活污水的排放对策。国家及地方公共团体的责任和义务、国民的责任和义务、生活污水排放者的努力、生活污水排放对策重点地区的指定等、生活污水排放对策推进计划的策划制定等、生活污水排放对策推进计划的推进指导等,作为生活污水排放对策的推进手段,被一一制定。

随后,确保饮用水源水的水量和保护其水质成为了社会为题,1994年2月,日本制定了《关于饮用水源水质保护的全产业实施促进法》及《关于特定饮用/水利水危害防止的饮用水水源水域水质保护特别处置法》。封闭系水域的生活污水导致富营养化的问题引起了重视,日本开始探讨氮磷的排放标准。由此,生活污水排放对策被深入研讨,净化槽不仅仅需要达到BOD20mg/L以下,还要求有氮和磷的去除等深度处理性能。

1994(平成6)年,(株)西原Neo的MCB型小型合并处理净化槽,BOD10mg/L以下、SS10mg/L以下、TN10mg/L以下,实现了产品化。


该净化槽可实现流量调节,由厌氧滤床、载体流动曝气及高速固液分离几部分组成。

1994(平成6)年,FujiClean工业(株)的可同时去除氮磷的小型合并处理净化槽CRX型实现了产品化。采用厌氧好氧循环工艺实现了氮的去除,并采用铁电解原理增设了除磷装置,实现了BOD10mg/L以下、TN10mg/L以下、TP1mg/L的处理性能




在中/大规模的净化槽中,当时的日本盛行膜分离活性污泥法(MBR)的研究开发,并在此后相继实现了产品化。该工艺具有以下特征:

・固液分离不受活性污泥性状的影响。

・经孔径0.2~0.4μm的微孔过滤,处理出水较澄清。

・污泥停留时间较长,像增殖速度较慢的硝化菌之类的微生物的增殖、高浓度维持较容易,另外,由于可以维持微生物的较高浓度,反应槽可以设计得更为紧凑。


膜结构图(Kubota平板膜)                            FRP制膜分离净化槽(Daiki Axis



净化槽规格的制定

1975(昭和50)年,日本规格协会制定了《塑料粪尿净化槽构成零部件(JIS A4101-1975)》,该规格是针对单独处理净化槽的,当时并未制定合并处理净化槽的相关规格。此后,1988(昭和63)年对50人以下的单独处理净化槽的构成零部件进行了规格化,同样为对合并处理净化槽进行规格化,因此1991(平成3)年(株)型式净化槽协会(现(一社)净化槽系统协会)针对合并处理净化槽制定了自主行业规格。


合并处理净化槽的规格参考JIS A4101基础上,主要有以下几个方面:

①    工厂生产型合并处理净化槽规格

②    净化槽用人孔盖规格

③    净化槽用风机规格

④    净化槽用载体滤材规格


新成型法及新材料的导入 

采用SMC(Sheet MoldingCompound,片装模塑料)实现量产化。

小型FRP制净化槽,基本上主流制造方式是采用“手工铺垫法”、“喷射成型法”。前者在模型内涂上离型剂、凝胶漆之后,玻璃纤维织物(玻璃毡、玻纤纱等)以所需的强度和板厚相应的树脂液浸渍混合并积层,积层到所需层数后,让树脂硬化,从模型上剥离、切割、最终成型。采用较少设备即可制造,人工操作等原因,存在制造时间、制造成本及品质不均问题。“喷射成型法”虽在积层环节采用机械设备,但全部流程中人工操作比重较高,仍无法解决上述问题。

因此,为了实现FRP制净化槽的量产,导入了SMC工艺,SMC是“片装模塑料”的简称,将切成短片的玻璃纤维浸渍混合在树脂液中,制成两面夹着树脂的成型材料并卷成一卷备用(SMC),制造时将所需片数和形状的成型材料放入模型中,利用油压装置,在模型中加热、加压,短时间内即可成型。该方法除可实现量产外,与以往方式相比还具有成型品光洁瑕疵少等优点。早前已用于浴缸、水池等产品的制造,由大型净化槽企业率先导入,并进行实用。

采用DCPD(Dicyclopentadiene)材料的净化槽

DCPD是与PE、PP一样,仅有碳氢构成的塑料树脂,具有如下特性:

・抗冲击性,刚性优秀

・对低温的耐性优秀

・耐药品性、特别是耐酸碱性优秀

・成型前是低粘度液体,可实现大型、复杂、肉厚较厚的产品的成型,成型自由度较高。

・上漆性优秀,粘接容易。

・成型周期短,生产线自动化程度高,具有高度生产性。生产时的能耗较少,减轻环境负担。

在医疗设备的外壳,卡车、公交车、轿车的保险杠,浴缸等卫生设施,建设机械的覆盖件等中广泛采用。导入DCPD作为净化槽本体材料则是在1988年开始研究的(1996年实现产品化)。


DCPD制净化槽(Daiki Axis制)


本期内容包括“构造标准的全面修改及《净化槽法》的制定”、“净化槽构造标准的部分修改(小型合并净化槽的诞生)”这两方面内容。讲述了合并净化槽如何逐渐成为日本分散式污水处理设施主流。



下期预告

“单独处理净化槽的废除及深度处理净化槽的开发推进”“处理性能的深度化及低碳化”。


预告图:




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