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城鎮污水處理廠提標改造技術路線探討

時間:2017-08-24  點擊:570 次 字號+  字號-

1、問題的提出

城市發展進程加快,人們環保意識提高,污水處理要求和排放標準日益嚴格。2006年原國家環境保護總局對《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級A標準和一級B標準的執行對象進行修改,城鎮污水處理廠出水排入國家和省確定的重點流域及湖泊、水庫等封閉、半封閉水域時,執行一級標準的A標準,排入《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)中Ⅲ類功能水域(劃定的飲用水水源保護區和游泳區除外)、《海水水質標準》(GB3097-1982)中海水二類功能水域時,執行一級標準的B標準。2007年江蘇省環保廳和江蘇省質量技術監督局聯合發布江蘇省地方標準《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》(DB32/T1072-2007)。

因此,出水排入重點流域及湖泊、水庫等封閉、半封閉水域的污水處理廠需要提標改造才能滿足排放要求。江蘇省169座城鎮污水處理廠在提標改造的嘗試過程中,遇到了很多技術問題:如城鎮污水處理廠的“原材料”如何加以控制和管理;初沉池等預處理設施應該不應該設置;二級生物處理強化技術措施及其適用條件是什么;深度處理是否一定要全流程考慮;碳源如何開發和利用、低溫生物脫氮影響以及運行管理要求等。為此,本文通過城鎮污水處理廠提標改造技術路線探討,來提出筆者的觀點。

2、城鎮污水處理廠升級改造的科學性

根據建設部2008年的統計,全國城市污水處理廠運行負荷率不到72%,污水處理設施的能力和潛力沒有得到很好發揮。究其原因有,城鎮污水處理廠的規劃建設過程中未充分調查和合理預測服務范圍內的污水量變化,致使污水處理廠的設計建設規模過大;城市規劃建設布局調整、工業企業搬遷改造、水價提高和污水處理收費等方面原因,導致污水處理廠服務范圍內的用水量下降,污水量相應減少。除了城鎮污水處理廠運行負荷率不高之外,污水處理廠進水濃度明顯低于設計值的情況也不少見。

因此,城鎮污水處理廠提標前,應首先對其服務范圍內的污水水質、產生量進行核定。提標工程的原處理構筑物和新建構筑物的設計水質、水量應以核定后的污水水質、產生量為準。當核定后偏差大時,應在核實已建污水處理廠服務范圍內的污水水質、產生量、偏差原因和已建處理構筑物的能力之后,判斷提標改造的必要性。

3、提標改造技術路線。

進水水質水量特性分析和出水水質標準要求是污水處理工藝方案選擇的關鍵環節,也是我國當前污水處理工程設計中存在的薄弱環節之一。研究表明,不同的城鎮污水處理廠進水SCODcr/CODcr、BOD5/CODcr、BOD5/TN、BOD5/SS、TN中可氨化和溶解性不可氨化有機氮成分、水溫等水質特性都不相同。若技術改造方案確定前不進行調研測試,很難提出有針對性的達標技術措施。

因此,設計單位應根據調研測試結果,分析影響穩定達標的主要因素,并參照表1提出有針對性的技術措施。并在此基礎上,結合處理效果穩定性、工藝控制靈活性、工程實施可行性,維護管理方便性、投資運行經濟性、系統優化整體性,經技術經濟比較后確定技術改造技術方案。

表1  城鎮污水處理廠尾水實現一級A達標的改造技術措施


達標項目

措 施

SS

通常在二級處理出水后采用混凝+沉淀+過濾工藝,二級處理出水水質接近一級A標準,但不能穩定達標時,可以采用微絮凝過濾或絮凝過濾。

TP

生物除磷難以穩定達到一級A標準時,采用化學除磷。生物處理出水TP濃度可以穩定達到1.0mg/L以下時,可采用同步化學除磷。

 

NH3–N及TN

1.強化預處理和生物處理,提高硝化和反硝化效率。必要時,可采取外部投加碳源措施。 
2.強化措施后仍然不能達標時,在生物處理段后可增設曝氣生物濾池進一步去除NH3–N、增設反硝化濾池進一步去除TN等設施,通常需要外加碳源。

BOD5

強化預處理和生物處理,提高BOD5去除率,但部分時段要注意進水水質的沖擊波動所造成的影響。

CODcr
及色度

特殊情況下,可以采用投加粉末活性炭作為應急或補充措施;出水需要脫色處理時,可采用臭氧氧化措施。

3.1  預處理技術措施

(1)懸浮物較高的原水不經初沉池直接進入生物處理系統,相當部分的無機物會因吸附等方式包裹在污泥中,會對污泥活性性能有影響,引起污泥中的活性成分降低,降低生物處理裝置的能力和效率。因此,進水懸浮物濃度高或懸浮物中無機物比例高的城鎮污水處理廠,尤其合流制污水為主時,宜保留、改造或設置初沉池或初沉發酵池等前處理構筑物;

懸浮物不是很高的原水,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,要根據實際進水水質情況,適當地提高初沉池的表面負荷,縮短停留時間或部分超越。通常停留時間宜為0.5~1.0小時。

(2)進水BOD5/CODcr比值偏低(通常小于0.3),或主要受尤其印染、化工和化學制藥廢水影響時,應考慮保留、改造或設置厭氧水解池,利用兼性的水解產酸菌將部分難好氧生物降解有機物轉化為易生物降解有機物,提高后續生物處理的效率。

3.2  強化生物處理技術措施

(1)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;為了節省化學藥劑、污泥處理處置費用,并應兼顧磷的去除。

(2)現有系統設備的能力、池容利用、操作與控制參數的控制存在一定的可供調控的空間時,宜優先采用運行優化技術,提高系統除磷脫氮的能力。

(3)采用運行優化技術后,原有生物池處理能力仍然不能滿足尾水排放標準要求,且新增池容困難時,可在生物池中投加填料,將生物膜技術與活性污泥工藝結合,優化系統內微生物的組成和數量,提高系統的硝化穩定性和反硝化能力。

(4)原有生物處理段采用上述強化措施后NH3–N和TN仍然不能達標時,可在原生物處理段后增加曝氣生物濾池、反硝化濾池等設施。增加曝氣生物濾池,進一步去除氨氮;增加反硝化濾池,進一步去除TN。通常此時需要補充必要的外加碳源,確保尾水NH3–N和TN穩定達到排放標準。

3.3 深度處理技術措施

(1)研究表明,尾水SS要穩定達到一級標準A標準,過濾設施是必須的,混凝沉淀可作為強化手段,起到高效去除懸浮固體和膠體物質的作用。通過調整混凝劑優選和劑量,可同步完成化學除磷。

(2) 深度處理基于二級強化處理出水的NH3–N及TN已經穩定達到一級A標準,BOD5、CODcr已經穩定達到一級B標準,SS不穩定,且需要化學除磷時,宜采用混凝+沉淀+過濾工藝流程,以確保穩定全面達標。

(3)當二級處理出水水質接近一級A標準,但還不能穩定達標時,可以采用絮凝過濾(混凝+過濾)、微絮凝(混合+過濾)或直接過濾等工藝流程。

3.4  碳源利用原則

(1)研究成果表明,江蘇省太湖流域將近50%的城鎮污水處理廠進水碳源不足的現象應該引起污水處理行業高度重視。碳源不足時,首選應挖掘內部碳源。

(2)因回流污泥反硝化生物除磷脫氮(改良A/A/O)工藝及其變型工藝在厭氧池前增設了缺氧池,活性污泥利用約10~50%的進水中有機物和活性污泥本身的有機物(內源反硝化)基本去除回流污泥中的所有硝酸鹽,從而防止厭氧池快速生物降解CODcr的損失,節省碳源,因此,有條件時,可將原工藝改造成這樣的工藝,充分利用內部碳源;

(3)研究表明,設置初沉發酵池,可挖掘污泥中溶解性的CODcr和VFA;增設水解酸化池,可利用兼性的水解產酸菌將部分難好氧生物降解有機物轉化為易生物降解有機物;利用超聲波對剩余污泥進行擊破,可釋放出污泥中的溶解性CODcr,然后將其回流至生物處理段的缺氧池中。以上措施均可以做到對內部碳源的有效利用。

(4)內部碳源挖掘后,碳源仍然不能滿足生物處理要求,應補充外加碳源,強化生物反硝化效果。常用的外加碳源有:甲醇、乙酸、乙酸鹽等,可在一定程度上提高反硝化速率,乙酸鈉適應性強、效果好,甲醇適應期長、價格低,兩種碳源作為外加碳源較適宜。城鎮污水處理廠當地或附近有可利用的廉價碳源(酒精廢水、制藥廢水等)時,應進行技術經濟比較后,因地制宜選擇合適的外加碳源。酒精廢水、制藥廢水等可以作為快速反硝化碳源加以利用。

4、運行管理要求

4.1 污水收集系統

調查研究表明,在江蘇省太湖流域有將近50%的城鎮污水處理廠進水碳源不足;有相當數量的城鎮污水處理廠進水水質水量波動很大;還有部分城鎮污水處理廠進水SS很高且波動、不可氨化成分及硝化抑制物的存在。究其原因,不外乎以下幾種情況:進入城鎮污水處理廠的工業廢水未進行有效的預處理;經過生物處理的工業廢水去除了可生化部分有機物,留下了不可生化、甚至是有毒、有害、有硝化抑制作用的有機物;化糞池的不合理設置和無序管理等。

(1)調查表明,全國住宅小區中建設化糞池的情況還很多,例如無錫市有70%,常州市有20%,蘇州市也有10%。目前對是否取消化糞池爭議很大,事實上短期內全部取消化糞池有一定的難度,因此,城鎮污水處理系統建設中應區別對待。

污水收集管網不能到達建設的住宅小區時,設置化糞池可以削減污染負荷,減少污水管網堵塞幾率,降低污水管網養護費用。化糞池可削減CODcr污染負荷20%~30%,對于已經建設的化糞池,應加強管理,及時清掏;

城鎮污水處理廠進水碳源不足時,應分析化糞池設置的合理性,否則,會加重城鎮污水處理廠進水BOD5/TN比值的進一步失調;

(2)對于廢水處理設施老化、處理能力不配套、企業內部管理不善、含有影響污水處理廠正常運行的有毒有害物質的工業企業須禁止其廢水接入。

(3)對于預處理設施運行正常,但出水水質可生化性差,且大部分是難生物降解成分部分不能生物處理的工業企業廢水應有選擇的接入,并且要做好總量控制。例如屠宰廢水、垃圾滲濾液等廢水。

(4)考慮到重金屬、有毒有害有機物、硝化抑制物和含氮雜環化合物(不可氨化有機氮)工業廢水直接影響到微生物的生存,建議嚴加控制,有條件時不讓進入城鎮污水處理廠。

(5)對于進水碳源缺少的污水處理廠可以允許具有優質碳源的污染源直接排入或部分處理后排入污水收集系統。例如食品工業中釀造、食品加工、糖業廢水。

4.1 污水處理廠

污水處理廠設計的再好,沒有科學地運行管理,可能難以達到滿意效果。運行管理人員應根據進水水質、水溫等條件的變化,權衡出水指標要求,采取相應的運行方案和控制參數。

研究成果表明,不論是在北方還是在南方,冬季低溫均對城鎮污水處理廠生物脫氮產生了較大的不利影響。因此,冬季低溫時,宜在秋季提前提高整個污水處理系統的活性污泥總量,增加實際運行泥齡,累積硝化菌和反硝化菌總量,改善硝化與反硝化效果。

(1)污水水溫降低到15℃時,就應該采用冬季運行模式,提前做好準備,應對低溫對生物脫氮效果的不利影響。

(2)混合液回流系統設備能力允許時,可通過提高混合液回流比,增加活性污泥和微生物的總量,從而保證生物反硝化效果。

(3)曝氣設備能力允許時,可通過提高溶解氧濃度,提高溶解氧對生物絮體的穿透力,維持較高的硝化速率。

(4)采取措施后生物反硝化效果仍然不佳時,應投加必要的碳源。采取措施后生物硝化效果仍然不佳時,可在好氧區投加人工懸浮填料辦法。

5、結語 

城鎮污水處理廠提標改造是一項技術復雜、任務艱巨的基礎設施工程,目前還存在很多需要解決的突出問題。綜上分析,初步得到以下結論和建議:

(1)城鎮污水處理廠“原材料”的有效控制和管理,是提標改造目標如期達到的有效保障。

(2)城鎮污水處理廠提標改造工程必須進行必要性論證。原處理構筑物和新建構筑物的設計水質、水量應以核定后的污水水質、產生量為準。

(3)設計單位應對確需提標改造污水處理廠的進水水質水量特性進行分析,為改造工藝方案選擇提供可靠依據。

(4)改造工藝方案的選擇應體現滿足要求、因地制宜、技術可行、經濟合理的總體要求;工藝方案中應做到:合理利用預處理段,充分發揮生物處理段的作用,設置必要流程的深度處理單元;碳源不足時,首選應挖掘內部碳源,必要時補充外加碳源。

(5)冬季低溫時,宜在秋季提前提高整個污水處理系統的活性污泥總量,增加實際運行泥齡,累積硝化菌和反硝化菌總量,改善硝化與反硝化效果。

參考文獻

1、鄭興燦,城市污水處理技術決策與典型案例,北京:中國建筑工業出版社,2007。

2、無錫市排水總公司,深度處理技術研究報告,2009。

3、南京市市政設計研究院有限責任公司,低溫生物脫氮效果調查分析研究報告,2009。

4、江蘇省建設廳,江蘇省太湖流域城鎮污水處理廠提標改造技術攻關科研成果,2009。


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