探討城市污水處理廠設(shè)計的若干問題

1、 探討城市污水處理廠設(shè)計的若干問題 摘要：針對目前各地在興建城市污水處理廠的過程中所暴露出來的問題，從建設(shè)規(guī)模和工藝技術(shù)等角度進行剖析，并對應(yīng)注意的環(huán)節(jié)陳述了看法。 關(guān)鍵詞：污水處理廠 為了加強城市污水治理，保護水環(huán)境，中央增加了投資力度。1998年分二批下達的城市污水治理項目達117項，投資約300億元。1999年又下達近百億國家債券資金，支持城市污水處理廠建設(shè)。為了確保污水處理廠建設(shè)后的正常運行，國家已明確在水價中增收排污費。一年多來，全國有上百座城市污水處理廠正在建設(shè)，按照“七大流域、三大湖泊和重點沿海城市及 其近岸海域要新增城市集中式污水處理能力2000104m3/d”和“非農(nóng)業(yè)人口5

2、0萬以上城市都要建設(shè)城市污水處理廠”的目標，在2000年年底前，還有上百座城市污 水處理 廠正立項要求建設(shè)。我國現(xiàn)有668個城市中，僅有123個城市有307座不同處理等級的 城市污水處理廠，其中城市污水二級處理率10%左右，全國17000個建制鎮(zhèn)，絕大多 數(shù)沒有排 水和污水處理設(shè)施?？v觀世界各國，排水系統(tǒng)和污水處理率均有一個逐步發(fā)展和逐步完善的 過程。國家提出至2000年我國污水處理率要求達到25%，2010年達到40%，這是根據(jù)國家(包括地方)財力，在各方面作出努力后爭取達到的目標。為使來之不易的投資取得實實在在的 效益，針對目前城市污水處理中有關(guān)建設(shè)規(guī)模和工藝技術(shù)談一些個人的看法。 1 合

3、理確定建設(shè)規(guī)模 對一個城市來說，需根據(jù)城市總體規(guī)劃和排水規(guī)劃，分期分批地建設(shè)污水管網(wǎng)和污水處理廠，要根據(jù)水環(huán)境保護的目標，分期實施，逐步到位。城市排水工程建設(shè)是一項系統(tǒng)工程，涉及城區(qū)管渠改造，污水的收集、輸送(包括泵站)，污水處理和排放利用，以及污泥處置等問題;在河網(wǎng)城市，還需考慮上游、下游和水體自凈問題。 合理地確定設(shè)計的污水水量和污水水質(zhì)，直接涉及工程的投資、運行費用和費用效益。不少城市由于市區(qū)污水管道未形成系統(tǒng)，缺乏長期積累的污水水質(zhì)水量資料，一般采取按規(guī)劃面 積、人口和工業(yè)發(fā)展的預(yù)測來推導污水量，并提出生活污水量、工業(yè)廢水量和公建、商業(yè)污 水量各占的比例，其不確定因素較多，因此提出的設(shè)

4、計污水量往往偏大。實際上，按規(guī)劃計 算的污水量與可能有污水量、實際可能收集到的污水量和根據(jù)需要與可能進行處理的污水量 是不同的，設(shè)計的污水量在很大程度上取決于污水管網(wǎng)普及率和實際可能收集到的近、遠期 污水量，并分期建設(shè)污水處理廠。要充分認識城區(qū)內(nèi)管網(wǎng)改造的復(fù)雜性和艱巨性，有的取決 于 舊城市的改造和道路的改造，有的埋了干管，支管遲遲未建成，致使許多已建成的污水處理 廠在相當一段時間內(nèi)“吃不飽”。對設(shè)計的污水水質(zhì)，應(yīng)該對現(xiàn)有實測的水質(zhì)資料進行分 析(包括工業(yè)廢水正在限期達標排放的水質(zhì)水量變化和管渠內(nèi)地下水的滲入量)，對雨污合流 和老城區(qū)排水系 統(tǒng)需科學地確定污水管道的截流倍數(shù)(干管和支管可采用不

5、同的截流倍數(shù))?，F(xiàn)在設(shè)計的需 處理污水水質(zhì)偏高的問題是普遍存在的，設(shè)計的污水水量和污水水質(zhì)要通盤考慮，留余地過大，既增加投資亦會使設(shè)備閑置或低效運行。 2 城市污水處理廠的工藝選擇 污水處理廠的工藝選擇應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)、出水要求、污水廠規(guī)模，污泥處置方法及當?shù)販囟?、工程地質(zhì)、征地費用、電價等因素作慎重考慮。污水處理的每項工藝技術(shù)都有其優(yōu)點、特點、適用條件和不足之處，不可能以一種工藝代替其他一切工藝，也不宜離開當?shù)氐木唧w 條 件和我國國情。同樣的工藝，在不同的進水和出水條件下，取用不同的設(shè)計參數(shù)，設(shè)備的選型并不是一成不變的。 具體工程的選擇要求包括： 技術(shù)合理。技術(shù)先進而成熟，對水質(zhì)變化適應(yīng)性強，

6、出水達標且穩(wěn)定性高，污泥易于處理。 經(jīng)濟節(jié)能。耗電小，造價低，占地少。 易于管理。操作管理方便，設(shè)備可靠。 重視環(huán)境。廠區(qū)平面布置與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，注意廠內(nèi)噪聲控制和臭氣的治理，綠化、道路與分期建設(shè)結(jié)合好。 21 關(guān)于活性污泥法 當前流行的污水處理工藝有：ab法、sbr法、氧化溝法、普通曝氣法、a/a/o法、a/o 法等，這幾種工藝都是從活性污泥法派生出來的，且各有其特點。 ab法(adsorptionbiooxidation) 該法由德國bohuke教授首先開發(fā)。該工藝對曝氣池按高、低負荷分二級供氧，a級負荷高，曝氣時間短，產(chǎn)生污泥量大，污泥負荷2.5kgbod/(kgmlssd)以上，池容

7、積負荷6kgbod/(m3d)以上;b級負荷低，污泥齡較長。a級與b級間設(shè)中間沉淀池。二級池子f/m(污染物量與微生物量之比)不同，形成不同的微生物群體。ab法盡管有節(jié)能的優(yōu)點，但不適 合低濃度水質(zhì)，a級和b級亦可分期建設(shè)。 sbr法(sequencing batch reactor) sbr法早在20世紀初已開發(fā)，由于人工管理繁瑣未予推廣。此法集進水、曝氣、沉淀、出水 在一座池子中完成，常由四個或三個池子構(gòu)成一組，輪流運轉(zhuǎn)，一池一池地間歇運行，故稱 序批式活性污泥法?，F(xiàn)在又開發(fā)出一些連續(xù)進水連續(xù)出水的改良性sbr工藝，如iceas法、cass法、idea法等。這種一體化工藝的特點是工藝簡單，

8、由于只有一個反應(yīng)池，不需二沉池、 回流污泥及設(shè)備，一般情況下不設(shè)調(diào)節(jié)池，多數(shù)情況下可省去初沉池，故節(jié)省占地和投資 ，耐沖擊負荷且運行方式靈活，可以從時間上安排曝氣、缺氧和厭氧的不同狀態(tài)，實現(xiàn)除磷 脫氮的目的。但因每個池子都需要設(shè)曝氣和輸配水系統(tǒng)，采用潷水器及控制系統(tǒng)，間歇排水 水頭損失大，池容的利用率不理想，因此，一般來說并不太適用于大規(guī)模的城市污水處理廠 。 a/a/o法(anaerobicanoxicoxic) 由于對城市污水處理的出水有去除氮和磷的要求，故國內(nèi)10年前開發(fā)此厭氧缺氧好氧組 成的工藝。利用生物處理法脫氮除磷，可獲得優(yōu)質(zhì)出水，是一種深度二級處理工藝。 a/a/o法的可同步除磷

9、脫氮機制由兩部分組成：一是除磷，污水中的磷在厭氧狀態(tài)下(do0.3mg/l)，釋放出聚磷菌，在好氧狀況下又將其更多吸收，以剩余污泥的形式排出系統(tǒng)。 二是脫氮，缺氧段要控制do12.5)，bod/tkn為1.53.5，cod/tp為3060，bod/tp為1640(一般應(yīng)20)。 若降低污泥濃度、壓縮污泥齡、控制硝化，以去除磷、bod5和cod為主，則可用a/o 工藝。 有的城市污水處理的出水不排入湖泊，利用大水體深水排放或灌溉農(nóng)田，可將脫氮除 磷放在下一步改擴建時考慮，以節(jié)省近期投資。上一頁 1 2下一頁 普通曝氣法及其變法 本工藝出現(xiàn)最早，至今仍有較強的生命力。普曝法處理效果好，經(jīng)驗多，可適

10、應(yīng)大的污水量 ，對于大廠可集中建污泥消化池，所產(chǎn)生沼氣可作能源利用。傳統(tǒng)普曝法的不足之 處是只能作為常規(guī)二級處理，不具備脫氮除磷功能。 近幾年在工程實踐中，通過降低普通曝氣池容積負荷，可以達到脫氮的目的;在普曝池前設(shè)置厭氧區(qū)，可以除磷，亦可用化學法除磷。采用普通曝氣法去除bod5，在池型上有多種形 式(如下文所述的氧化溝)，工程上稱為普通曝氣法的變法，亦可統(tǒng)稱為普通曝氣法。 氧化溝法 本工藝50年代初期發(fā)展形成，因其構(gòu)造簡單，易于管理，很快得到推廣，且不斷創(chuàng)新，有發(fā)展前景和競爭力，當前可謂熱門工藝。氧化溝在應(yīng)用中發(fā)展為多種形式，比較有代表性的有： 帕式(passveer)簡稱單溝式,表面曝氣采

11、用轉(zhuǎn)刷曝氣,水深一般在2.53.5m,轉(zhuǎn)刷動力效率1.61.8kgo2/(kwh)。 奧式(orbal)簡稱同心圓式，應(yīng)用上多為橢圓形的三環(huán)道組成，三個環(huán)道用不同的d o(如外環(huán)為0，中環(huán)為1，內(nèi)環(huán)為2)，有利于脫氮除磷。采用轉(zhuǎn)碟曝氣，水深一般在4.04.5m,動力效率與轉(zhuǎn)刷接近，現(xiàn)已在山東濰坊、北京黃村和合肥王小郢的城市污水處理廠應(yīng)用 。若能將氧化溝進水設(shè)計成多種方式，能有效地抵抗暴雨流量的沖擊，對一些合流制排水系 統(tǒng)的城市污水處理尤為適用。 卡式(carrousel)簡稱循環(huán)折流式，采用倒傘形葉輪曝氣，從工藝運行來看，水深一般在3.0m左右，但污泥易于沉積，其原因是供氧與流速有矛盾。 三溝

12、式氧化溝(t型氧化溝)，此種型式由三池組成，中間作曝氣池，左右兩池兼作沉淀池和 曝氣池。t型氧化溝構(gòu)造簡單，處理效果不錯，但其采用轉(zhuǎn)刷曝氣，水深淺，占地面積大，復(fù)雜的控制儀表增加了運行管理的難度。不設(shè)厭氧池，不具備除磷功能。 氧化溝一般不設(shè)初沉池，負荷低，耐沖擊，污泥少。建設(shè)費用及電耗視采用的溝型而變，如 在轉(zhuǎn)碟和轉(zhuǎn)刷曝氣形式中，再引進微孔曝氣，加大水深，能有效地提高氧的利用率(提高20%)和動力效率達2.53.0 kgo2/(kwh)。 22關(guān)于曝氣生物濾池 曝氣生物濾池實質(zhì)上是常說的生物接觸氧化池，相當于在曝氣池中添加供微生物棲附的填 (濾)料，在填料下鼓氣，是具有活性污泥特點的生物膜法。

13、曝氣生物濾池(baf)70年代末起 源于歐洲大陸，已發(fā)展為法、英等國設(shè)備制造公司的技術(shù)和設(shè)備產(chǎn)品。由于選用的填料 不同，以及是否有脫氮要求，設(shè)計的工藝參數(shù)是不同的,如要求處理出水bod5、ss20mg/l,去除bod5達90%以上的工藝，其容積負荷為0.73.0 kgbod5/(m3d)，水力停留時間12h;以硝化(90%以上)為主的工藝，其容積負荷為0.52.0kgbod5/(m3d)，水力停留時間23h。 一般認為，生物膜法處理城市污水，在國內(nèi)尚需積累經(jīng)驗，處理規(guī)模不宜過大，約5104m3/d左右為宜。國外(主要在歐洲)處理水量有達到36104m3/d的，這與其填料材質(zhì)、自控手段和先進的反

14、沖洗裝置有關(guān)，也與其有長期積累的運行 管理經(jīng)驗有關(guān)。 23 關(guān)于unitank工藝 unitank工藝和類似的tcbs工藝、msbr工藝一樣，都是sbr法新的變型和發(fā)展。它集“序批法”、“普通曝氣池法”及“三溝式氧化溝法”的優(yōu)點，克服了“序批法”間歇進水、“三溝式氧化溝法”占地面積大、“普通曝氣池法”設(shè)備多的缺點。 典型的unitank工藝是三個水池，三池之間水力連通，每池都設(shè)有曝氣系統(tǒng)，外側(cè)的兩池設(shè)有出水堰及污泥排放口，它們交替作為曝氣池和沉淀池。污水可以進入三池中的任意一個， 采用連續(xù)進水、周期交替運行。在自動控制下使各池處在好氧、缺氧及厭氧狀態(tài)，以完 成有機物和氮磷的去除。 unitan

15、k工藝由比利時seghers公司首先建在我國的澳門特區(qū)，處理水量14104m3/d(不下雨時平均處理水量為7104m3/d)，池型封閉，設(shè)計采用的容積負荷為0.58kgbod/(m3d)，總的反應(yīng)池體積為46800m3，曝氣池水力停留時間為8h，出水的bod5、ss10104m3 /d)的城市污水處理廠。 3 科學地進行工藝方案比較 城市污水處理投資大，運行費用高，如不包括引進處理設(shè)備和引進沼氣發(fā)電設(shè)備，每處理1m3污水投資宜控制在1000元，運行費(包括折舊費)宜控制在0.5元/m3左右。由于現(xiàn)在 污水處理率還不高，按用水量的0.8計算污水量，收0.20.3元/m3排水費，基本上能維持處理

16、設(shè)備的運行。 為了降低投資和運行成本，因地制宜地進行工藝方案(主要是生物處理方案)比較是必要的。進行多種工藝方案的比較，說明處理工藝技術(shù)的發(fā)展，是好事?，F(xiàn)在經(jīng)常碰到的問題是，工藝方案比較往往不夠科學，有的對工藝已有傾向和愛好，先入為主，對傾向的工藝只 說優(yōu)點，對不贊成的工藝強調(diào)缺點;有的把自己的小型試驗數(shù)據(jù)與別的已上工程的工藝比;有的是將處理bod5為主的工藝與處理bod5同時進行脫氮除磷的工藝比。實際已運行的不少 污水處理廠，其出水水質(zhì)較好與其進水水量和水質(zhì)遠未達到設(shè)計指標有關(guān)，各廠情況不同 ，不可簡單地比較出水指標;有的投資包括廠外工程費用(如道路、電負荷增容等);有的投資包括征地費用(而

17、此費用在各地出入很大);有的工藝建設(shè)投資低，運行費用高; 有的工藝投資高，運行費用低;有的工藝處理污水的投資低，而污泥量較多增加了污泥的處 理成本。應(yīng)該看到，同樣的工藝，采用的設(shè)計參數(shù)不同，其結(jié)果也是不同的。作為負責任的 單位，對工藝方案的比較力求客觀全面，在同等進水、出水條件下，其設(shè)計參數(shù)應(yīng)包括對 各種污染物的去除率、曝氣時間、污泥負荷和容積負荷、曝氣量和氧的利用率(及動力效率)、污泥產(chǎn)量(及污泥指數(shù))等作全面分析，數(shù)據(jù)豐富就可以集思廣益，揚長避短，根據(jù)技術(shù)上 合理，經(jīng)濟上合算，管理方便，運行可靠且有利于近、遠期結(jié)合的原則，進行工藝方案的優(yōu) 化抉擇。 對一定規(guī)模(如10 104m3 /d)以

18、上的城市污水處理廠，應(yīng)作污泥穩(wěn)定處理，通常采 用中溫消化，沼氣利用，有條件的可設(shè)沼氣發(fā)電(如北京高碑店、天津東郊)，這要花費不少投資，技術(shù)設(shè)備相當復(fù)雜，設(shè)備需要引進。不處置由污水處理帶來的污泥，污水處理是不完 整的，脫水后污泥的最終處置要具體落實，不留后患。 國內(nèi)有些環(huán)保公司提出對污水處理廠投資采用多方集資和融資方案(如環(huán)保公司和業(yè)主出資50%，其余50%資金由銀行貸款)，然后通過收取的排污費逐年償還，這種方法是有積極意義的。但有兩個問題需要明確：一個是出資的環(huán)保公司采用的工藝和設(shè)計參數(shù)需要通過評議，選用 的設(shè)備需通過招標，正如國外貸款(包括政府貸款)其工藝和設(shè)備需評議和招標一樣;另一個是要明確污水處理廠的股權(quán)和產(chǎn)權(quán)問題，