摘 要: 本文主要介紹了選擇中小規(guī)模城市污水處理廠工藝流程的依據(jù)、原則和方法, 并根據(jù)不同的條件推薦了適用的工藝流程。
關(guān)鍵詞: 城市污水處理; 工藝流程; 原則; 方法
1 前言
根據(jù)我國發(fā)展規(guī)劃, 2010 年全國設(shè)市城市和建制鎮(zhèn)的污水平均處理率不低于50% , 設(shè)市城市的污水處理率不低于60% , 重點城市的污水處理率不低于70%。為了引導(dǎo)城市污水處理及污染防治技術(shù)的發(fā)展, 加快城市污水處理設(shè)施的建設(shè), 2000 年5 月國家建設(shè)部、環(huán)境保護(hù)局和科技部聯(lián)合印發(fā)了《城市污水處理及污染防治技術(shù)政策》。本文將結(jié)合該政策的內(nèi)容, 主要研究日處理能力為10 萬m 3 以下, 特別是1～ 5 萬m 3.d 規(guī)模的城市污水處理廠適用的各種處理工藝流程的比較和選擇, 從而確定不同條件下適用的較優(yōu)工藝流程。
1 中小規(guī)模城市污水處理廠工藝流程概述
二級生物處理指利用水中的微生物來去除污水中的碳源有機(jī)物, 二級強化生物處理是指除利用微生物來去除污水中的碳源有機(jī)物外, 還需去除污水中的氮和磷。城市污水二級及二級強化處理一般以好氧生物處理為主, 好氧處理可分為活性污泥法和生物膜法兩大類。
活性污泥法是利用河川自凈原理, 人工創(chuàng)建的生化凈化污水處理方法。中小規(guī)模城市污水廠適用的方法主要有AB 法、SBR 法、氧化溝法、AO 法、 A 2O 法、水解好氧法等。
生物膜法是利用土壤自凈原理發(fā)展起來的, 通過附著在各種載體上的生物膜來處理污水的好氧生物處理法, 主要包括生物轉(zhuǎn)盤、生物濾池和生物接觸氧化法等工藝。
2 污水處理工藝流程選擇的依據(jù)和原則
2. 1 污水處理級別的確定
選擇污水處理工藝流程時首先應(yīng)按受納水體的性質(zhì)確定出水水質(zhì)要求, 并依此確定處理級別, 排水應(yīng)達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978- 1996)。
設(shè)市城市和重點流域及水資源保護(hù)區(qū)的建制鎮(zhèn)必須建設(shè)二級污水處理設(shè)施; 受納水體為封閉或半封閉水體時, 為防治富營養(yǎng)化, 城市污水應(yīng)進(jìn)行二級強化處理, 增強除磷脫氮的效果; 非重點流域和非水源保護(hù)區(qū)的建制鎮(zhèn), 根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)條件和水污染控制要求, 可先行一級強化處理, 分期實現(xiàn)二級處理。
2. 2 工藝流程選擇應(yīng)考慮的技術(shù)因素
處理規(guī)模; 進(jìn)水水質(zhì)特性, 重點考慮有機(jī)物負(fù)荷、氮磷含量; 出水水質(zhì)要求, 重點考慮對氮磷的要求以及回用要求; 各種污染物的去除率; 氣候等自然條件, 北方地區(qū)應(yīng)考慮低溫條件下穩(wěn)定運行; 污泥的特性和用途。 2. 3 工藝流程選擇應(yīng)考慮的技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素〔3〕批準(zhǔn)的占地面積, 征地價格; 基建投資; 運行成本; 自動化水平, 操作難易程度, 當(dāng)?shù)剡\行管理能力。
2. 4 工藝流程選擇的原則
保證出水水質(zhì)達(dá)到要求; 處理效果穩(wěn)定, 技術(shù)成熟可靠、先進(jìn)適用; 降低基建投資和運行費用, 節(jié)省電耗; 減小占地面積; 運行管理方便, 運轉(zhuǎn)靈活; 污泥需達(dá)到穩(wěn)定; 適應(yīng)當(dāng)?shù)氐木唧w情況; 可積極穩(wěn)妥地選用污水處理新技術(shù)。
3 污水處理工藝流程的比較和選擇方法〔2、3、4、5〕
在選定污水處理工藝流程時可以采用下面介紹的一種或幾種比較方法。
3. 1 技術(shù)比較
在方案初選時可以采用定性的技術(shù)比較, 城市污水處理工藝應(yīng)根據(jù)處理規(guī)模、水質(zhì)特性、排放方式和水質(zhì)要求、受納水體的環(huán)境功能以及當(dāng)?shù)氐挠玫亍夂�、�?jīng)濟(jì)等實際情況和要求, 經(jīng)全面的技術(shù)比較和初步經(jīng)濟(jì)比較后優(yōu)選確定。
方案選擇比較時需要考慮的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括: 處理單位水量投資、削減單位污染物投資、處理單位水量電耗和成本、削減單位污染物電耗和成本、占地面積、運行性能可靠性、管理維護(hù)難易程度、總體環(huán)境效益等。
定性比較時可以采用有定論的結(jié)論和經(jīng)驗值等, 而不必進(jìn)行詳細(xì)計算。幾種常用生物處理方法的比較見表1。
3. 2 經(jīng)濟(jì)比較
在選定比較終采用的工藝流程時, 應(yīng)選擇2～ 3 種工藝流程進(jìn)行全面的定量化的經(jīng)濟(jì)比較�？梢圆捎媚瓿杀痉ɑ騼衄F(xiàn)值法進(jìn)行比較。
3. 2. 1 年成本法。將各方案的基建投資和年經(jīng)營費用按標(biāo)準(zhǔn)投資收益率, 考慮復(fù)利因素后, 換算成使用年限內(nèi)每年年末等額償付的成本- 年成本, 比較年成本比較低者為經(jīng)濟(jì)可取的方案。
3. 2. 2 凈現(xiàn)值法。將工程使用整個年限內(nèi)的收益和成本(包括投資和經(jīng)營費) 按照適當(dāng)?shù)馁N現(xiàn)率折算為基準(zhǔn)年的現(xiàn)值, 收益與成本現(xiàn)行總值的差額即凈現(xiàn)值, 凈現(xiàn)值大的方案較優(yōu)。
3. 2. 3 多目標(biāo)決策法。多目標(biāo)決策是根據(jù)模糊決策的概念, 采用定性和定量相結(jié)合的系統(tǒng)評價法。按工程特點確定評價指標(biāo), 一般可以采用5 分制評分, 效益比較好的為5 分, 比較差的為1 分。同時, 按評價指標(biāo)的重要性進(jìn)行級差量化處理(加權(quán)) , 分為極重要、很重要、重要、應(yīng)考慮、意義不大五級。取意義不大權(quán)重為1 級, 依次按2n- 1 進(jìn)級, 再按加權(quán)數(shù)算出評價總分, 總分比較高的為多目標(biāo)系統(tǒng)的比較佳方案。評價指標(biāo)項目及權(quán)重應(yīng)根據(jù)項目具體情況合理確定。
例如確定某城市污水處理廠工藝流程時采用了表2 所示的評價指標(biāo)及權(quán)重:
進(jìn)行工藝流程選擇時, 可以先根據(jù)污水處理廠的建設(shè)規(guī)模, 進(jìn)水水質(zhì)特點和排放所要求的處理程度, 排除不適用的處理工藝, 初選2～ 3 種流程, 然后再針對初選的處理工藝進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比后確定比較終的工藝流程。
4 中小規(guī)模城市污水廠處理工藝流程選擇的探討〔6、7、8〕
4. 1 根據(jù)進(jìn)水有機(jī)物負(fù)荷選擇處理工藝
進(jìn)水BOD5 負(fù)荷較高(如> 250m g.L ) 或生化性能較差時, 可以采用AB 法或水解- 生物接觸氧化法、水解- SBR 法等; 進(jìn)水BOD5 負(fù)荷較低時可以采用SBR 法或常規(guī)活性污泥法等。
4. 2 根據(jù)處理級別選擇處理工藝
二級處理工藝可選用氧化溝法、SBR 法、水解好氧法、AB 法和生物濾池法等成熟工藝技術(shù), 也可選用常規(guī)活性污泥法; 二級強化處理要求除磷脫氮, 工藝流程除可以選用AO 法、A 2O 法外, 也可選用具有除磷脫氮效果的氧化溝法、CA SS 法和水解- 接觸氧化法等; 在投資有限的非重點流域縣城, 可以先建設(shè)一級強化處理廠, 采用水解工藝、生物絮凝吸附(即AB 法的A 段) 和混凝沉淀等物化強化一級處理, 待資金等條件成熟后再續(xù)建后續(xù)生物處理工藝, 形成水解好氧法、AB 法等完整工藝。
4. 3 根據(jù)回用要求選擇處理工藝
嚴(yán)重缺水地區(qū)要求污水回用率較高, 應(yīng)選擇 BOD5 和SS 去除率高的污水處理工藝, 例如采用氧化溝或SBR 工藝, 使BOD5 和SS 均達(dá)到20m g.L 以下甚至更低, 則回用處理只需要直接過濾就可以達(dá)到生活雜用水標(biāo)準(zhǔn), 整個污水處理及回用廠流程非常簡捷、經(jīng)濟(jì)。
如果出水將在相當(dāng)長的時期內(nèi)用于農(nóng)灌, 解決缺水問題, 則處理目標(biāo)可以以去除有機(jī)物為主, 適當(dāng)保留肥效。
4. 4 根據(jù)氣候條件選擇處理工藝
冰凍期長的寒冷地區(qū)應(yīng)選用水下曝氣裝置, 而不宜采用表面曝氣; 生物處理設(shè)施需建在室內(nèi)時, 應(yīng)采用占地面積小的工藝, 如UN ITAN K 等; 水解池對水溫變化有較好的適應(yīng)性, 在低水溫條件下運行穩(wěn)定, 北方寒冷地區(qū)可選擇水解池作為預(yù)處理; 較溫暖的地區(qū)可選擇各種氧化溝和SBR 法。
4. 5 根據(jù)占地面積選擇處理工藝
地價貴、用地緊張的地區(qū)可采用SBR 工藝(尤其是UN TAN K) ; 在有條件的地區(qū)可利用荒地、閑地等可利用的條件, 采用各種類型的土地處理和穩(wěn)定塘等自然凈化技術(shù), 但在北方寒冷地區(qū)不宜采用。用水解池作為穩(wěn)定塘的預(yù)處理, 可以改善污水的生化性能, 減小穩(wěn)定塘的面積。
4. 6 根據(jù)基建投資選擇處理工藝
為了節(jié)省投資, 應(yīng)盡量采用國內(nèi)成熟的, 設(shè)備國產(chǎn)化率較高的工藝。
基建投資較小的處理工藝有水解- SBR 法、 SBR 法及其變型、水解- 活性污泥法等。用水解池作預(yù)處理可以提高對有機(jī)物的去除率, 并改善后續(xù)二級處理構(gòu)筑物污水的生化性能, 可使總的停留時間比常規(guī)法少30%。采用水解- 好氧處理工藝高效節(jié)能, 其出水水質(zhì)優(yōu)于常規(guī)活性污泥法。
氧化溝法在用于以去除碳源污染物為目的二級處理時, 與各種活性污泥法相比, 優(yōu)勢不明顯, 但用于還須去除氮磷的二級強化處理時, 則投資和運行費用明顯降低。
4. 7 根據(jù)運行費用選擇處理工藝
節(jié)省運行費用的途徑有降低電耗、減少污泥量、減少操作管理人員等。電耗較低的流程有自然凈化、氧化溝、生物濾池、水解好氧法等, 污泥量較少的有氧化溝和SBR 等, 自動化程度高、管理簡單的流程有SBR 等。綜合比較, 在基建費相當(dāng)?shù)臈l件下, 運行費用較低的處理方法有氧化溝、SBR、水解好氧法等。
4. 8 污泥處理
中小規(guī)模城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥可進(jìn)行堆肥處理和綜合利用, 采用延時曝氣的氧化溝法、SBR 法等技術(shù)的污水處理設(shè)施, 污泥需達(dá)到穩(wěn)定化。
4. 9 可以推廣應(yīng)用的新工藝
在盡量采用成熟可靠工藝流程的同時, 也要研究開發(fā)適用于北方地區(qū)中小污水廠的新工藝, 或?qū)徤鞑捎脟鴥?nèi)外新開發(fā)的高效經(jīng)濟(jì)的先進(jìn)工藝技術(shù)。城市污水處理新工藝應(yīng)向簡單、高效、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展, 各類構(gòu)筑物從工藝和結(jié)構(gòu)上都應(yīng)向合建一體化發(fā)展。
目前可以重點考慮應(yīng)用和推廣使用的流程有一體化氧化溝技術(shù)、CA SS 、UN ITAN K 和膜法等。
5 結(jié)束語
城市污水處理工藝應(yīng)根據(jù)污水水質(zhì)特性、排放水質(zhì)要求, 以及當(dāng)?shù)氐挠玫亍夂�、�?jīng)濟(jì)等實際情況, 經(jīng)全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后優(yōu)選確定。處理水量在10 萬m 3 以下的城市污水處理廠可以優(yōu)先考慮的處理工藝有水解- SBR 法、SBR 法、氧化溝法、AB 法、水解- 接觸氧化法、AO 法等, 如果條件適宜也可采用穩(wěn)定塘等自然凈化工藝。
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