中小規模城市污水處理廠工藝流程選擇的依據和方法
摘 要: 本文主要介紹了選擇中小規模城市污水處理廠工藝流程的依據、原則和方法, 并根據不同的條件推薦了適用的工藝流程。
關鍵詞: 城市污水處理; 工藝流程; 原則; 方法
1 前言
根據我國發展規劃, 2010 年全國設市城市和建制鎮的污水平均處理率不低于50% , 設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%。為了引導城市污水處理及污染防治技術的發展, 加快城市污水處理設施的建設, 2000 年5 月國家建設部、環境保護局和科技部聯合印發了《城市污水處理及污染防治技術政策》。本文將結合該政策的內容, 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工藝流程。
1 中小規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, 人工創建的生化凈化污水處理方法。中小規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按受納水體的性質確定出水水質要求, 并依此確定處理級別, 排水應達到國家排放標準(GB8978- 1996)。
設市城市和重點流域及水資源保護區的建制鎮必須建設二級污水處理設施; 受納水體為封閉或半封閉水體時, 為防治富營養化, 城市污水應進行二級強化處理, 增強除磷脫氮的效果; 非重點流域和非水源保護區的建制鎮, 根據當地的經濟條件和水污染控制要求, 可先行一級強化處理, 分期實現二級處理。
2. 2 工藝流程選擇應考慮的技術因素
處理規模; 進水水質特性, 重點考慮有機物負荷、氮磷含量; 出水水質要求, 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, 北方地區應考慮低溫條件下穩定運行; 污泥的特性和用途。 2. 3 工藝流程選擇應考慮的技術經濟因素〔3〕批準的占地面積, 征地價格; 基建投資; 運行成本; 自動化水平, 操作難易程度, 當地運行管理能力。
2. 4 工藝流程選擇的原則
保證出水水質達到要求; 處理效果穩定, 技術成熟可靠、先進適用; 降低基建投資和運行費用, 節省電耗; 減小占地面積; 運行管理方便, 運轉靈活; 污泥需達到穩定; 適應當地的具體情況; 可積極穩妥地選用污水處理新技術。
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 技術比較
在方案初選時可以采用定性的技術比較, 城市污水處理工藝應根據處理規模、水質特性、排放方式和水質要求、受納水體的環境功能以及當地的用地、氣候、經濟等實際情況和要求, 經全面的技術比較和初步經濟比較后優選確定。
方案選擇比較時需要考慮的主要技術經濟指標包括: 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、管理維護難易程度、總體環境效益等。
定性比較時可以采用有定論的結論和經驗值等, 而不必進行詳細計算。幾種常用生物處理方法的比較見表1。
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3. 2 經濟比較
在選定最終采用的工藝流程時, 應選擇2～ 3 種工藝流程進行全面的定量化的經濟比較。可以采用年成本法或凈現值法進行比較。
3. 2. 1 年成本法。將各方案的基建投資和年經營費用按標準投資收益率, 考慮復利因素后, 換算成使用年限內每年年末等額償付的成本- 年成本, 比較年成本最低者為經濟可取的方案。
3. 2. 2 凈現值法。將工程使用整個年限內的收益和成本(包括投資和經營費) 按照適當的貼現率折算為基準年的現值, 收益與成本現行總值的差額即凈現值, 凈現值大的方案較優。
3. 2. 3 多目標決策法。多目標決策是根據模糊決策的概念, 采用定性和定量相結合的系統評價法。按工程特點確定評價指標, 一般可以采用5 分制評分, 效益最好的為5 分, 最差的為1 分。同時, 按評價指標的重要性進行級差量化處理(加權) , 分為極重要、很重要、重要、應考慮、意義不大五級。取意義不大權重為1 級, 依次按2n- 1 進級, 再按加權數算出評價總分, 總分最高的為多目標系統的最佳方案。評價指標項目及權重應根據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 所示的評價指標及權重:
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進行工藝流程選擇時, 可以先根據污水處理廠的建設規模, 進水水質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行全面的技術經濟對比后確定最終的工藝流程。
4 中小規模城市污水廠處理工藝流程選擇的探討〔6、7、8〕
4. 1 根據進水有機物負荷選擇處理工藝
進水BOD5 負荷較高(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; 進水BOD5 負荷較低時可以采用SBR 法或常規活性污泥法等。
4. 2 根據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, 也可選用常規活性污泥法; 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建后續生物處理工藝, 形成水解好氧法、AB 法等完整工藝。
4. 3 根據回用要求選擇處理工藝
嚴重缺水地區要求污水回用率較高, 應選擇 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到生活雜用水標準, 整個污水處理及回用廠流程非常簡捷、經濟。
如果出水將在相當長的時期內用于農灌, 解決缺水問題, 則處理目標可以以去除有機物為主, 適當保留肥效。
4. 4 根據氣候條件選擇處理工藝
冰凍期長的寒冷地區應選用水下曝氣裝置, 而不宜采用表面曝氣; 生物處理設施需建在室內時, 應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性, 在低水溫條件下運行穩定, 北方寒冷地區可選擇水解池作為預處理; 較溫暖的地區可選擇各種氧化溝和SBR 法。
4. 5 根據占地面積選擇處理工藝
地價貴、用地緊張的地區可采用SBR 工藝(尤其是UN TAN K) ; 在有條件的地區可利用荒地、閑地等可利用的條件, 采用各種類型的土地處理和穩定塘等自然凈化技術, 但在北方寒冷地區不宜采用。用水解池作為穩定塘的預處理, 可以改善污水的生化性能, 減小穩定塘的面積。
4. 6 根據基建投資選擇處理工藝
為了節省投資, 應盡量采用國內成熟的, 設備國產化率較高的工藝。
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。用水解池作預處理可以提高對有機物的去除率, 并改善后續二級處理構筑物污水的生化性能, 可使總的停留時間比常規法少30%。采用水解- 好氧處理工藝高效節能, 其出水水質優于常規活性污泥法。
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 根據運行費用選擇處理工藝
節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, 在基建費相當的條件下, 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
中小規模城市污水處理廠產生的污泥可進行堆肥處理和綜合利用, 采用延時曝氣的氧化溝法、SBR 法等技術的污水處理設施, 污泥需達到穩定化。
4. 9 可以推廣應用的新工藝
在盡量采用成熟可靠工藝流程的同時, 也要研究開發適用于北方地區中小污水廠的新工藝, 或審慎采用國內外新開發的高效經濟的先進工藝技術。城市污水處理新工藝應向簡單、高效、經濟的方向發展, 各類構筑物從工藝和結構上都應向合建一體化發展。
目前可以重點考慮應用和推廣使用的流程有一體化氧化溝技術、CA SS 、UN ITAN K 和膜法等。
5 結束語
城市污水處理工藝應根據污水水質特性、排放水質要求, 以及當地的用地、氣候、經濟等實際情況, 經全面的技術經濟比較后優選確定。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定塘等自然凈化工藝。
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