城市污水處理廠設計中熱點問題剖析
建國以來，特別是改革開放后，我國在城市污水處理廠建設方面取得一定成效，已建成百余座污水處理廠，但在控制水污染方面，形勢不容樂觀。預計今后還有大量的城市污水處理廠待建設。在建設城市污水廠過程中，設計工作是龍頭，在設計時常常碰到一些熱點問題，引起各方爭論。本文對這些問題作一剖析，供讀者參考。
1 污水處理廠規(guī)模
污水處理廠規(guī)模是指進廠污水的水量與水質數值。當然，首先要明確污水處理廠是合流制系統(tǒng)處理廠，還是分流制系統(tǒng)處理廠，還要弄清近期及發(fā)展后的處理廠規(guī)模。在工程建設中，這些數值都能按有關資料計算確定，但是，處理廠建成后實際情況與預測結果有較大不同。有的處理廠建成后，長期達不到設計規(guī)模；有的處理廠建成后馬上要擴建，而在周圍又無空地，這些現象使設計人員感到困惑，隨之成為討論的熱點。
關于處理廠建設規(guī)模與實際情況脫節(jié)的現象，已有專家進行過論述，主要原因是城市規(guī)劃調整、市政建設不配套、排水體制不健全等等。筆者同意上述看法，除此之外，筆者還認為有下列幾個主要原因。
1.1 領導者對城市污水工程建設認識不足
業(yè)內人士均知道，城市污水工程的組成包括污水的收集、輸送、處理與排放4個部分，是一個系統(tǒng)工程，僅建污水廠是不能解決水污染問題的。領導者應從全局的角度去度量處理廠建設的地位，并確定相應系統(tǒng)規(guī)模。對一個地區(qū)而言，其開發(fā)建設過程是按計劃滾動開發(fā)。對污水系統(tǒng)來說，也可以逐步建成，直到達到規(guī)劃規(guī)模。在這里要提出的是污水系統(tǒng)逐步形成的過程要與地區(qū)開發(fā)同步，決不能半途停滯或打亂系統(tǒng)總體布置。
1.2 要按照“先地下、后地上”的建設方法操作
一個開發(fā)區(qū)的建設，涉及地面建筑與地下設施建設兩個方面，一般容易忽略“先地下、后地上”的建設程序。例如，房地產開發(fā)商急于進行住宅建設，多個房地產開發(fā)商之間互相不溝通，影響排水系統(tǒng)實施的系統(tǒng)性。住宅建設的進度是很快的，而地下管線特別是籌建地區(qū)性污水廠，需要2～3年時間，有的可能要更長的時間。由于住宅建設進度快，污水廠還未建成，街坊已形成，居民入住產生的污水被迫采用化糞池過渡，暫接雨水管道排入附近河道，導致河道水質污染日趨嚴重。過幾年后，污水廠建成后，照理應該把住宅污水改接入城市污水管道，污水進處理廠處理達標后排放，遺憾的是污水改接工作已無人過問，或因經費無著落而聽其自然，其結果是污水廠廠內水量不足，而居民生活污水繼續(xù)污染水體，處理廠投資不能發(fā)揮應有的環(huán)境效益。在上海曾作過調研，要改接一個規(guī)模為7.5萬m3/d污水收集系統(tǒng)，其投資要上千萬元。
總結過去的經驗，應該堅持“先地下，后地上”的建設程序。
1.3 處理廠選址
一座城市污水廠建成后，運行時間是很長的。上海東區(qū)污水處理廠，采用活性污泥法工藝，已連續(xù)運行73年(1926年建成)，雖經幾次改建、擴建，目前運行十分正常，處理出水水質達到排放標準。因此，選擇處理廠廠址，應著眼長遠考慮。當然，要求預測三四十年后的發(fā)展情況是困難的，但希望遠離住宅區(qū)。在工程實施中，往往為節(jié)省近期投資，希望污水廠距居民區(qū)近些，總管短些、投資可省些，這樣做常常帶來不良后果。上海有幾座污水廠被居民區(qū)包圍，以致污泥消化池建成后就從未使用過，另外，由于距居民住宅近，處理廠臭氣污染環(huán)境，導致廠群矛盾突出。
在選擇處理廠廠址時，應盡量遠離市區(qū)，并留有充裕的擴展余地，筆者建議能設300m以上衛(wèi)生隔離帶則更好。
2 處理工藝選擇
污水處理工藝選擇是依據進水水質、水量狀況，再依據受納水體環(huán)境容量或者國家規(guī)定排放標準，確定應該去除污染物的項目與數量，從而選擇合適的污水處理工藝。在選擇污水處理工藝過程中經常討論的熱點問題有如下幾方面：
2.1 進水水質預測
當前存在的問題是進水水質預測值與實測值有較大差異，通常預測值偏高。例如，深圳濱河污水廠投產運行后的前10年，BOD值在80mg/L左右，還不到設計值的一半(設計值200mg/L)，直到1998年才逐步上升，進水BOD值100mg/L～200mg/L(頻率為54%)，平均為190mg/L。產生這種現象的原因主要是污水收集系統(tǒng)不配套。如本文上節(jié)所述，有些污水經化糞池后接入污水管，雨污水管混接、管道施工質量差，地下水滲入，導致進水濃度偏低。上海市污水管網完善的生活污水處理廠，進水BOD值在250mg/L～300mg/L，SS值為300mg/L～350mg/L，如果污水管網不完善或設化糞池，BOD值120mg/L～150mg/L左右，SS值150mg/L～200mg/L，由于對擬建處理廠進水水質預測是確定處理工藝的依據，因此需要慎重對待。
2.2 處理出水水質標準
處理廠出水水質是按照尾水排入水域類別，再依照國家污水綜合排放標準，以滿足各項指標要求。1998年開始實施的二級處理廠污水綜合排放標準各項指標如表1所示。
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采用二級處理工藝，處理出水恐怕難以達到氨氮與磷酸鹽標準，需要采用脫氮除磷工藝流程，特別是一級標準中磷酸鹽指標0.5mg/L，有相當難度。有人提出，處理廠尾水排入非蓄水性河流或非封閉性水域，是否還要控制如此低的磷酸鹽含量。采用生物脫氮除磷工藝，或者化學除磷工藝，需要增加基建投資與經常運行費用，同時還要求具有較高的運行管理水平。筆者建議，在有些場合，經當地環(huán)保部門認可，在近期似可放寬磷酸鹽標準，以節(jié)省近期投資。
2.3 污水消毒
室外排水設計規(guī)范中，城市污水處理廠出水要加氯消毒，而且對生物處理后投氯量規(guī)定為5mg/L～10mg/L，并設停留時間為30min混合接觸池。80年代建的城市污水廠，大都有加氯消毒設施，包括加氯機、氯庫、混合接觸池，建成后已有10余年，從未使用，所以氯庫等構筑物已移作它用。有人提出，國家污水綜合排放標準對城市二級處理廠出水水質未確定大腸菌群數及余氯值，所以處理廠出水要不要加氯是值得研究的課題。筆者建議環(huán)保部門、衛(wèi)生防疫部門及市政建設部門應著手研究污水消毒這一課題，解決加氯量、大腸菌群數、余氯量及其相關關系。
2.4 處理工藝比選
目前，國內建成的城市污水廠絕大部分采用活性污泥法處理工藝，生物膜法應用很少。上海在50年代建成一座用礫石為濾料的生物濾池，運行40余年，處理效果良好，經常費比活性污泥法低50%多，但并未引起人們重視。1921年在上海已建成一座活性污泥法處理廠，1926年又建成兩座活性污泥法處理廠，處理規(guī)模各為1.4萬m3/d，其中上海東區(qū)污水廠一直延用至今，對活性污泥法運行管理積累了豐富經驗。
隨著科技的發(fā)展和微處理機與自控技術設備的進步與普及，對活性污泥法工藝進行改革，特別是80年代以來，隨著改革開放步伐的加快，在污水處理方面，利用外國資金，引進了一批國外污水處理工藝和設備，使污水處理技術有較大的發(fā)展。目前，各種活性污泥變法已在工程中得到應用，例如AB法、A/O法、A2/O法、SBR法、氧化溝法等等。綜觀這些革新的活性污泥法，它們適用于不同場合，滿足不同出水水質要求。
筆者認為，在方案比選時，主要控制的條件有用地范圍、尾水排放、污泥出路、地質條件、發(fā)展余地、管理水平、運行費用、工程投資、環(huán)境影響等諸方面。在滿足出水水質各項指標前提下，應著重研究運行費用與管理水平。已知一些污水廠建成后，由于運行費用高而無法正常運轉，而另一些處理廠引進高級監(jiān)控儀表設備，由于缺乏具有一定水平的維護人員，這些儀表設備被閑置。所以，要從目前國內的現狀出發(fā)，選擇合適的處理工藝，切忌盲目跟風。筆者認為，中小規(guī)模污水處理廠選用氧化溝、SBR法具有明顯優(yōu)點，而大型污水處理廠推流式活性污泥法仍是首選方案。
3 污泥處理與處置
污水處理廠在水處理過程中會截流與排出一定量的柵渣、沉砂和污泥。對城市污水廠而言，其數量大約為進水量的0.5%～1.5%。污泥處理與處置方案是經常討論的熱點問題。
3.1 污泥穩(wěn)定
如何滿足《城市污水處理廠污水污泥排放標準》(CJ3025-93)中規(guī)定的污泥穩(wěn)定要求，目前常用的方法有污泥中溫消化、污泥好氧消化、污泥投加石灰，還有污泥焚燒方法。
采用污泥中溫消化方法，可以殺滅污泥中的寄生蟲卵，同時還可回收能量，消化后污泥可用作農業(yè)或綠化肥料。采用污泥中溫消化似應有一個經濟規(guī)模問題，但尚未能有詳細經濟分析。在80年代中期，污水廠處理規(guī)模為2.5萬m3/d左右，建了幾座中溫污泥消化池，但由于經濟上不合算，投產不久就停用了。目前，能正常運行的中溫污泥消化池，其處理廠規(guī)模均在20萬m3/d以上，看來大型污水廠采用污泥中溫消化方案是可取的。采用污泥濃縮、脫水、中溫消化、消化污泥再濃縮、脫水外運，其投資大約為100萬元/t干泥～200萬元/t干泥(不含水)，經常運行費用大約700元/t干泥～900元/t干泥。
目前，大部分中小型污水廠產生的污泥，經濃縮、機械脫水后，運往農村作肥料或運往垃圾填埋場填埋。這些污泥實際上均未達到穩(wěn)定要求，是否會帶來環(huán)境的二次污染是值得注意的。污泥好氧消化、向污泥中投加石灰及污泥采用焚燒處理方法，在國內尚未見報道。
3.2 污泥綜合利用
污泥綜合利用的試驗研究，已有各種報道，例如利用污泥制磚、制陶瓷等用作建筑材料，甚至從污泥中提煉維生素B12等等，但大部分是實驗室試驗，與實際應用還有相當距離。城市污泥的最終出路，還是用作綠化或農田肥料，改良土壤，這似乎是較現實的綜合利用方案，目前，缺少組織推廣應用的機構，在政策上也缺少支持。事實上，城市污水廠污泥作為“綠色植物”的天然有機肥料是具有廣闊前途的。
3.3 污泥集中處理廠
一個城市若有多座污水處理廠，可把各處理廠污泥集中起來，建一座具有相當規(guī)模的污泥處理廠，包括處理下水道清通過程中產生的污泥、化糞池污泥等等。當污泥處理廠達到一定規(guī)模后，可減少單位投資，降低經常費用，也便于污泥綜合利用。
4 結語
城市污水處理廠設計中有關工程規(guī)模、處理工藝選擇、污泥處理與處置等問題值得研究、探討，但歸結到一點，就是使工程設計能更切合目前我國的具體現狀。為了克服不可預見的因素，城市污水廠建設似可先建一級處理部分，待污水系統(tǒng)完善后，積累了若干年進廠水質水量資料后，再建二級處理部分，以更好發(fā)揮投資效益。
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