江蘇省太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造技術導則

江蘇省太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造技術導則

自2007年5月爆發(fā)藍藻以來，太湖流區(qū)已發(fā)生供水危機。據教育部稱，太湖流區(qū)城市污水處理廠的廢水處理必須嚴格執(zhí)行《城市污水處理廠污染物排放規(guī)范》（gb18918-2002）的a級標準。根據國家和江蘇省太湖流域水污染防治工作的總體部署,江蘇省需限期對太湖流域169座城鎮(zhèn)污水處理廠進行提標改造。同時,江蘇省環(huán)保廳和江蘇省質量技術監(jiān)督局聯合發(fā)布了江蘇省地方標準《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》(DB32/1072—2007)。江蘇省城鎮(zhèn)污水處理廠在提標改造的嘗試過程中遇到了很多問題:城鎮(zhèn)污水處理廠穩(wěn)定達標的主要影響因素有哪些?提標改造應該采取哪些有效技術措施?提標改造中哪些問題應該引起重視?冬季低溫時如何保證出水氨氮和TN穩(wěn)定達標等。為此,筆者根據編寫《江蘇省太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠提標建設技術導則》中遇到的問題及本人多年的工作經驗,結合太湖流域污水處理技術攻關科研成果,對城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造中的重點問題進行了探討,以供參考。1污水處理廠進水碳源的影響對江蘇省太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠的調研發(fā)現,排入城鎮(zhèn)污水處理廠的工業(yè)廢水是影響出水達標的關鍵因素。如含重金屬、有毒有害有機物、硝化抑制物及含氮雜環(huán)化合物(不可氨化有機氮)的工業(yè)廢水直接影響到微生物的生存;豆制品廢水COD高,氨氮高;屠宰廢水COD高,懸浮物、油脂、氨氮濃度高;垃圾滲濾液COD高,氮比例過高;如果不限制工業(yè)廢水的接入,勢必會加重污水處理廠進水碳氮比的嚴重失調。調研還表明,化糞池對COD的去除率為20%~30%,因此當進水碳源不受影響時,可以考慮設置化糞池,在削減污染負荷的同時節(jié)約工程投資?？紤]到化糞池對N、P的去除效果不明顯,在污水處理廠進水碳源不足時,應分析化糞池設置可能帶來的不利影響。食品工業(yè)中釀造廢水、食品加工廢水和糖業(yè)廢水的C/N值很高,可生化性較好。因此,當污水處理廠服務范圍內有上述廢水且進水碳源不足時,可以考慮放寬接入標準。合流制污水收集系統(tǒng)的流量、組分、濃度隨季節(jié)的變化而波動較大,在雨季地面積累的大量污染物與旱季沉積在管底的物質一起進入污水廠,從而使進水污染物濃度較高。綜上所述,源頭污染物如果得不到有效控制,城鎮(zhèn)污水處理廠難以穩(wěn)定運行,甚至會癱瘓。2為確保廢水穩(wěn)定，應采取一些措施2.1困難工業(yè)廢水排放的影響在太湖流域很難找到全部以生活污水為進水的污水處理廠,特別是工業(yè)產業(yè)園或工業(yè)發(fā)達的鄉(xiāng)鎮(zhèn),污水處理廠進水中工業(yè)廢水的比例往往高達60%以上,甚至達到95%以上。工業(yè)廢水的排放對污水處理廠進、出水水質的影響很大,尤其是化工和印染行業(yè)高度發(fā)達且比較集中的太湖流域。就其原因不外乎以下幾種:工業(yè)廢水未經預處理直接排入污水收集系統(tǒng);工業(yè)廢水雖然經過預處理,但由于預處理工藝以生物處理為主,因此很多可生化性好的有機物已經被去除,留下來的物質進入城鎮(zhèn)污水處理廠難以繼續(xù)進行生化處理。污水處理廠進水水質、進出水碳源的情況調研發(fā)現,在一些含工業(yè)廢水的城鎮(zhèn)污水廠的進水中,不能被氨化和生物降解的特殊含氮有機物的含量高達10mg/L以上,城鎮(zhèn)污水處理廠進水TN構成中,不可氨化的有機氮一般約為30%,因此嚴重影響了城鎮(zhèn)污水處理廠出水TN的達標。有研究表明,太湖流域的城鎮(zhèn)污水處理廠進水BOD5/TN值一般為3.3左右,最大為5.49,最小為0.96。常州清潭污水處理廠是典型的生活污水處理廠,2006年—2008年的三年日均BOD5/TN值僅為3.5左右。因此,太湖流域將近50%的城鎮(zhèn)污水處理廠為了反硝化脫氮而需投加必要的外加碳源。低溫條件致使污水處理系統(tǒng)中微生物數量減少,活性降低。太湖流域污水處理技術攻關成果表明,該流域污水處理廠污水的最低溫度在10℃左右,當冬季水溫<15℃時,生物脫氮效果及活性污泥的硝化反硝化性能受低溫的影響開始明顯,城鎮(zhèn)污水處理廠出水TN達標的難度增大。2.2初沉池的設置①提標改造技術方案實施的同時應重視源頭污染物的控制a.新建片區(qū)應采用雨污分流制系統(tǒng),老城區(qū)可采用合流制或截流式合流制作為過渡期排水體制,并應加快雨污分流系統(tǒng)的改造。接入城鎮(zhèn)污水處理廠的污(廢)水水質應嚴格按照國家及行業(yè)有關標準執(zhí)行,不應對下水道和污水處理廠的安全運行造成危害,不應給污泥的處理處置帶來不良影響。b.應限制影響城鎮(zhèn)污水處理廠正常運行的含重金屬、有毒有害有機物、硝化反應抑制物和含氮雜環(huán)化合物(不可氨化有機氮)等工業(yè)廢水的排入;應嚴格控制豆制品、屠宰廢水、垃圾滲濾液等高含氮廢水和高濃度油脂廢水的接入。對于已接入的上述廢水,應采取合理控制其危害性的預處理措施,防止對生物處理系統(tǒng)造成不良影響。c.應加強管理和及時清掏城鎮(zhèn)污水處理廠服務范圍內的已建化糞池,確保其正常穩(wěn)定運行。對于進水碳源不足的城鎮(zhèn)污水處理廠,宜分析服務范圍內設置化糞池的合理性。d.適當放寬含有優(yōu)質碳源、碳氮比高的普通有機廢水(如食品工業(yè)中的釀造廢水、食品加工廢水和糖業(yè)廢水等)排入城鎮(zhèn)污水處理廠的水質濃度。②提標改造技術方案中合理取舍預處理單元城鎮(zhèn)污水處理廠進水中含大量工業(yè)廢水時,考慮到工業(yè)廢水排放的間斷特征,其廢水水質和水量隨著時間而變化,為使各處理單元在穩(wěn)定狀態(tài)下運行,在處理流程的前端設置調節(jié)池是非常必要的。如果是印染廢水,考慮到廢水pH偏高,為了保證后續(xù)構筑物的處理效果,還應特別注意pH的調節(jié)。鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模較小、水量水質變化大,故在格柵后也應增設調節(jié)池。研究表明,初沉池對進水SS有較好的去除效果(一般去除率在40%以上)。懸浮物含量較高的原水不經初沉池直接進入生物處理系統(tǒng),相當部分的無機物會因吸附等方式包裹在污泥中,使污泥中的活性成分降低。此時初沉池的設置,有利于提高生物處理系統(tǒng)的污泥活性、硝化速率、生物處理裝置的能力和效率。對于有建筑廢水或無機成分比例大的高濃度SS廢水進入管網的城鎮(zhèn)污水處理廠,尤其是管網以合流制為主的城鎮(zhèn)污水處理廠,為保證生物處理系統(tǒng)正常功能的發(fā)揮以及整個污水處理廠的正常運行,宜設置初沉池。小試及中試研究表明,當進水SS達400mg/L以上時,對生物處理系統(tǒng)的沖擊很大,一方面生物池的污泥增量太大,需要大量排泥,其結果是生物池內的有效生物量降低,影響處理效果;另一方面是泥量大量增加,在來不及排泥的情況下影響供氧效率。這種高濃度SS廢水對生物處理系統(tǒng)的沖擊,往往需要幾天的時間來恢復。因此,對于SS≥400mg/L的來水,城鎮(zhèn)污水處理廠必須設置初沉池。SS濃度不是很高的原水,若經過較長停留時間的初沉池,會損失一定的碳源,對生物脫氮產生不利影響。因此,初沉池的運行要靈活,應根據實際進水水質適當提高初沉池的表面負荷,縮短停留時間或部分超越。通常,初沉池的水力停留時間宜為0.5~1.5h。綜上所述,是否設置初沉池的第一個條件是,考慮進水有機物濃度能否支撐活性污泥生物系統(tǒng)(因許多污水廠進水BOD5<70mg/L);第二個因素是生物脫氮所需的碳氮比,以減少或不投加人工碳源為重要原則。進水SS在400mg/L以上時水質指標已超出《污水排入城市下水道水質標準》(CJ3082—1999),首先應在源頭管理上著手,建筑廢水排入下水道也同此。對于建筑廢水及其他無機成分比例大的高濃度SS廢水,首先應考慮沉砂池的設計及其良好運行。進水BOD5/COD值(通常小于0.3)偏低的城鎮(zhèn)污水處理廠,尤其以印染廢水為主時,應考慮設置厭氧水解池,利用兼性水解產酸菌將部分難以好氧生物降解有機物轉化為易生物降解有機物,提高后續(xù)生物處理的效率。研究表明,作為高VSS/SS值污水的預處理,厭氧水解池的設置非常必要,能夠使SCOD/COD值由33%增至75%。對于工業(yè)廢水所占比例較高或進水中含不易生物降解、不易沉降、不易被吸附的COD等影響出水達標的污水處理廠,宜設置厭氧水解池。③提標改造工程中應充分發(fā)揮生物處理段的作用為了縮短工藝流程,減少構筑物的設置,生物處理段應立足于最大程度地去除有機物、NH3-N、TN;為了節(jié)省化學藥劑和污泥處理處置費用,還應兼顧磷的去除。當現有污水處理系統(tǒng)無法穩(wěn)定達到尾水排放標準,且設備的能力、池容的利用狀況、操作參數的控制存在一定的可供調控空間時,提標改造工程應優(yōu)先采用運行優(yōu)化擴容技術,提高系統(tǒng)除磷脫氮能力。對于現狀已采用A/A/O系列工藝或由A/O工藝改造為A/A/O工藝的污水處理廠,當采用優(yōu)化運行后,出水TN、NH3-N仍然不能穩(wěn)定達標或新增池容困難時,提標改造工程可考慮在生化段好氧區(qū)投加填料,將生物膜技術與活性污泥工藝結合,優(yōu)化系統(tǒng)內微生物的組成和數量,提高系統(tǒng)的硝化穩(wěn)定性和反硝化能力。另外,也可以通過投加填料減小好氧區(qū)的容積及增大缺氧區(qū)和厭氧區(qū)的容積,但不宜在缺氧區(qū)和厭氧區(qū)投加填料。當原有生物處理段采用上述強化措施后出水NH3-N和TN仍然不能達標時,提標改造工程可以考慮在原生物處理段后增加曝氣生物濾池、反硝化濾池等設施。通常此時需要補充必要的外加碳源,確保尾水NH3-N和TN穩(wěn)定達到排放標準。④污水處理工藝流程中應合理選擇深度處理工藝單元如果污水處理廠尾水要求達到GB18918—2002的一級A標準,通常污水處理工藝流程中必須增設深度處理單元。二級處理后的深度處理應以過濾為核心單元,混凝沉淀為強化手段,起到高效去除懸浮固體和膠體物質的作用,降低SS和消除病原體,以及通過調整混凝劑和劑量同步完成化學除磷。當二級強化處理出水的NH3-N及TN已經穩(wěn)定達到一級A標準,BOD5、COD已經穩(wěn)定達到一級B標準,出水SS不穩(wěn)定且需要化學除磷時,宜采用混凝/沉淀/過濾工藝流程,以確保出水各項水質指標穩(wěn)定全面達標。當二級處理出水水質接近一級A標準,但還不能穩(wěn)定達標時,可以采用絮凝過濾(混凝/過濾)、微絮凝(混合/過濾)或直接過濾等深度處理單元。當采取以上措施后處理出水仍不能穩(wěn)定達標時,可以考慮采取化學氧化或活性炭吸附方法。當出水需要脫色時,可以考慮增加臭氧氧化措施;特殊情況下(如印染廢水進水比例較高時),可以采用投加粉末活性炭作為應急或補充措施。⑤加強運行管理,應根據進水水質和水量的變化調整運行模式,應特別重視冬季低溫下出水穩(wěn)定達標的運行控制通常污水處理廠的進水水質和水量會發(fā)生波動,因此污水處理運行方案應根據需要適當調整運行工況,否則難以達到處理要求。例如,無錫市蘆村污水處理廠在冬季和夏季進水水質變化較大,可在原有A/A/O工藝基礎上進行多種運行方式上的調整:針對碳源欠缺的進水水質,夏季運行工藝調整為多點進水倒置A/A/O工藝或脫氮A/O工藝;考慮冬季進水有機污染物濃度高的實際情況,將運行工藝調整為帶回流污泥反硝化段的A/A/O工藝,并在好氧池投加填料。另據調查,不論是在北方還是在南方(太湖流域城鎮(zhèn)污水的溫度最低只有9.6℃),冬季低溫均對城鎮(zhèn)污水處理廠生物脫氮產生了較大的不利影響。因此,當低溫來臨前特別是當污水水溫降至15℃時,就應該采用冬季運行模式,提前做好準備;當混合液回流系統(tǒng)設備能力允許時,可以通過提高混合液回流比,增加活性污泥和微生物的總量;當曝氣設備能力允許時,可以通過提高溶解氧濃度,維持較高的硝化速率;為在低溫下提高反硝化速率,可以采用較長的泥齡、降低硝酸鹽負荷或延長水力停留時間等措施。當采取措施后生物反硝化效果仍然不佳時,應考慮投加必要的碳源;當采取措施后生物硝化效果仍然不佳時,應考慮在好氧區(qū)投加懸浮填料的辦法。3工藝改造方案提標改造工程應做到以下幾點:先優(yōu)化運行,后工程措施;先內部碳源,后外加碳源;先生物除磷,后化學除磷;減排兼節(jié)能,達標顧經濟。①城鎮(zhèn)污水處理廠作為城市基礎設施工程,具有規(guī)模大、投資高的特點,工藝方案的選擇必須注重成熟性和可靠性。因此,需要特別強調技術的合理性、適用性和可靠性,而不是簡單地提倡技術的先進和新型。此外,還必須把技術和工程風險降低到最小,所選工藝改造方案應滿足處理效果穩(wěn)定可靠、工藝控制調節(jié)靈活、工程實施切實可行、運行維護管理方便、投資運行費用節(jié)省、整體工藝協(xié)調優(yōu)化。②在城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造中出現了很多新工藝、新設備?？紤]到部分污水處理工藝在工程應用中取得了較好的除污效果,只是工程應用數量有限,機理和運行參數還不夠成熟,筆者認為這部分污水處理工藝可以在適當的范圍內進行工程應用,并注意進一步總結,為將來大范圍推廣打好基礎。如果投資有限、經濟條件不好,規(guī)?！?×104m3/d的污水處理廠可以采用硅藻精土污水處理工藝;當污水