污水處理需要較大的投資和運營費用,在目前我國還不富裕的條件下,怎樣用最少的費用達到治理水污染的目的是各級政府和廣大專業(yè)人員十分關(guān)心的問題。在污水處理廠的建設(shè)中關(guān)鍵的措施是優(yōu)選工藝,這關(guān)系到處理效果能否達到預期目標,關(guān)系到基建費用和運行費用是否最省,歸根結(jié)底,關(guān)系到污水處理廠建設(shè)的成敗。筆者根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗,對中、小型城市污水處理廠怎樣優(yōu)選工藝的問題進行了探討,談了自己的一些看法和體會。

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1城市污水處理廠的規(guī)模劃分

根據(jù)我國的實際情況,大體上可分為大型、中型和小型污水處理廠。

規(guī)模>10×104m3/d的是大型污水廠,一般建在大城市,基建投資以億元計,年運營費用以千萬元計,目前全國已建成十多座,最大的是北京高碑店污水處理廠,規(guī)模達100×104m3/d。

中型污水處理廠的規(guī)模為(1～10)×104m3/d,一般建于中、小城市和大城市的郊縣,基建投資幾千萬至上億元,年運營費用幾百萬到上千萬元,目前全國已建成幾十座,正建的有上百座,今后一段時間還將大量增加。

規(guī)模<1×104m3/d的是小型污水處理廠,一般建于小城鎮(zhèn),基建投資幾百萬到上千萬,年運營費用幾十萬到上百萬;由于經(jīng)濟條件的限制,目前這類污水廠剛剛在沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達的小城鎮(zhèn)出現(xiàn),今后會越來越多,最終小型污水廠的數(shù)量將超過大中型污水廠。

2城市污水處理廠的主要工藝

城市污水的主要污染物是有機物,因此目前國內(nèi)外大多采用生物法。也有采用化學法的,比如四川遂寧市的污水就采用化學強化一級處理,但這種工藝的去除率不高,出水達不到國家規(guī)定的標準,只適用于某些特定的對出水水質(zhì)要求不高的地方。

在生物法中,有活性污泥法和生物濾池兩大類,生物濾池的處理效率不高,衛(wèi)生條件較差,我國只有少數(shù)幾座生物濾池城市污水處理廠,而活性污泥法占絕大多數(shù)。

活性污泥法有很多種型式,使用最廣泛的主要有三類:①傳統(tǒng)活性污泥法和它的改進型A/O、A2/O工藝,②氧化溝,③SBR工藝。

傳統(tǒng)活性污泥法是應用最早的工藝,它去除有機物的效率很高,在處理過程中產(chǎn)生的污泥采用厭氧消化方式進行穩(wěn)定處理,對消除污水和污泥的污染很有效,而且能耗和運行費用都比較低,因而得到廣泛應用。近20年來,水體富營養(yǎng)化的危害越來越嚴重,去除氮、磷列入了污水處理的目標,于是出現(xiàn)了活性污泥法的改進型A/O法和A2/O法。A/O法有兩種,一種是用于除磷的厭氧—好氧工藝,一種是用于脫氮的缺氧—好氧工藝;A2/O法則是既脫氮又除磷的工藝。

氧化溝是活性污泥法的一種變型,在水力流態(tài)上不同于傳統(tǒng)活性污泥法,是一種首尾相接的循環(huán)流,通常采用延時曝氣,在污水凈化的同時污泥得到穩(wěn)定。它不設(shè)初沉池和污泥消化池,處理設(shè)施大大簡化。氧化溝具有傳統(tǒng)活性污泥法的優(yōu)點,去除有機物的效率很高,也具有脫氮的功能。如果在溝前增設(shè)厭氧池,還可同時除磷。氧化溝這種高效、簡單的特點,使它在中小型城市污水處理廠中得到廣泛應用。

SBR是序批式活性污泥法,它的基本特征是在一個反應池中完成污水的生化反應、沉淀、排水、排泥,不僅省去了初沉池和污泥消化池,還省去了二沉池和回流污泥泵房,處理設(shè)施比氧化溝還要簡單,而且處理效果好,有的SBR工藝還具有很強的脫氮除磷功能。SBR工藝對自控要求高,過去自控設(shè)備不過關(guān),這種工藝無法推廣,近年來自控技術(shù)和儀表應用于污水處理已經(jīng)過關(guān),我國昆明第三、第四污水廠采用SBR工藝已成功運行數(shù)年,因而SBR工藝得到大力推廣,成為業(yè)內(nèi)人士十分關(guān)注的一種工藝。

3大型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝

大型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝是傳統(tǒng)活性污泥法及其改進型A/O法、A2/O法。目前世界上絕大多數(shù)國家(包括我國)的大型污水廠大多采用傳統(tǒng)活性污泥法、A/O和A2/O法,我國的北京高碑店污水廠、天津紀莊子污水廠和東郊污水廠、沈陽市北部污水廠、鄭州市污水廠、杭州市四堡污水廠、成都市三瓦窯污水廠等都采用這種工藝,這不是偶然的,因為這種工藝對大型污水廠具有難以替代的優(yōu)點:

① 傳統(tǒng)活性污泥法、A/O和A2/O法與氧化溝和SBR工藝相比最大優(yōu)勢是能耗較低、運營費用較低,規(guī)模越大這種優(yōu)勢越明顯。對于大型污水廠來說,年運營費很可觀,比如規(guī)模為40×104m3/d的污水廠,1m3污水節(jié)省處理費1分錢,一年就節(jié)省146萬元。

這種工藝的能耗和運營費低的原因是:a.設(shè)置初沉池,利用物理法以最小的能耗和費用去除污水中相當一部分有機物和懸浮物,降低二級處理的負荷,顯著節(jié)省能耗;b.污泥采用厭氧消化,它比氧化溝和SBR工藝的同步好氧消化顯著節(jié)省能耗,是一種公認的節(jié)能工藝。

這種工藝的基建投資一般情況下比氧化溝和SBR工藝高,但隨著規(guī)模的增大,氧化溝和SBR的基建費也成倍增加,而常規(guī)活性污泥法的投資則以較小的比例增加,兩者的差距越來越小。當污水廠達到一定規(guī)模后,常規(guī)活性污泥法的投資比氧化溝與SBR還省,所以,污水廠規(guī)模越大,常規(guī)活性污泥法的優(yōu)勢就越大。② 常規(guī)活性污泥法、A/O和A2/O法的主要缺點是處理單元多,操作管理復雜,特別是污泥厭氧消化要求高水平的管理,消化過程產(chǎn)生的沼氣是可燃易爆氣體,更要求安全操作,這些都增加了管理的難度。但由于大型污水廠背靠大城市,技術(shù)力量強,管理水平較高,能滿足這種要求,因而常規(guī)活性污泥法的缺點不會成為限制使用的因素。

根據(jù)我國目前的現(xiàn)實情況,城市污水處理處于起步階段,法規(guī)和制度都不夠健全,對污泥的穩(wěn)定化要求沒有明確的規(guī)定,同時由于排水管網(wǎng)系統(tǒng)不夠完善,大多數(shù)城市污水的有機成分不高,加之污泥厭氧消化的管理和沼氣的利用還缺乏成熟的經(jīng)驗,這些因素都降低了包含污泥厭氧消化工序的常規(guī)活性污泥法、A/O和A2/O法的經(jīng)濟性。因此,對于規(guī)模為(10～20)×104m3/d的城市污水處理廠,有時可能采用SBR和氧化溝工藝更為經(jīng)濟,在這種情況下,有必要對各種工藝進行詳細的技術(shù)經(jīng)濟比較,以確定最佳工藝。

4中、小型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝

中、小型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝是氧化溝和SBR,它們的共同特點是:

① 去除有機物效率很高,有的還能脫氮、除磷或既脫氮又除磷,而且處理設(shè)施十分簡單,管理非常方便,是目前國際上公認的高效、簡化的污水處理工藝,也是世界各國中小型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝。

② 在10×104m3/d規(guī)模以下,氧化溝和SBR法的基建費用明顯低于常規(guī)活性污泥法、A/O和A2/O法;對于規(guī)模為(5～10)×104m3/d的污水廠,氧化溝與SBR法的基建費用通常要低10%～15%。規(guī)模越小,兩者差距越大,這對缺少資金建污水廠的中小城市很有吸引力。即使在10×104m3/d規(guī)模以下,氧化溝和SBR法的電耗和年運營費用仍高于常規(guī)活性污泥法,但如果與基建費用一起來比較,基建費加上20年的運營費總計還是比常規(guī)活性污泥法低些。規(guī)模越小,低得越多,規(guī)模越大,差距越小,當規(guī)模為10×104m3/d時,兩類工藝的總費用大致相當。因此,對于中小型污水廠采用氧化溝與SBR法在經(jīng)濟上是有利的。

③ 氧化溝與SBR工藝通常都不設(shè)初沉池和污泥消化池,整個處理單元比常規(guī)活性污泥法少50%以上,操作管理大大簡化,這對于技術(shù)力量相對較弱、管理水平相對較低的中小型污水處理廠很合適。

④ 氧化溝和SBR工藝的設(shè)備基本上實現(xiàn)了國產(chǎn)化,在質(zhì)量上能滿足工藝要求,價格比國外設(shè)備便宜好幾倍,而且也省去了申請外匯進口設(shè)備的種種麻煩。

⑤ 氧化溝和SBR工藝的抗沖擊負荷能力比常規(guī)活性污泥法好得多,這對于水質(zhì)、水量變化劇烈的中小型污水廠很有利。

正是由于上述種種原因,氧化溝和SBR在國內(nèi)外都發(fā)展很快。美國環(huán)保局(EPA)把污水處理廠的建設(shè)費用或運營費用比常規(guī)活性污泥法節(jié)省15%以上的工藝列為革新替代技術(shù),由聯(lián)邦政府給予財政資助,SBR和氧化溝工藝因此得以大力推廣,已經(jīng)建成的污水廠各有幾百座。歐州的氧化溝污水廠已有上千座,澳大利亞近10多年建成SBR工藝污水廠近600座。在國內(nèi),氧化溝和SBR工藝已成為中小型污水處理廠的首選工藝。

5氧化溝工藝的主要分類和特點

氧化溝工藝大體上可以分為四類:

① 多溝交替式氧化溝,它的特點是合建式,沒有單獨的二沉池,采用轉(zhuǎn)刷曝氣。它有單溝、雙溝和三溝式,最典型的是邯鄲三溝式氧化溝。這種氧化溝具有SBR工藝的特點,也可算是SBR的一種類型,它的脫氮除磷效果不穩(wěn)定,如果要求脫氮除磷,需增加一些設(shè)施。

② 卡魯塞爾氧化溝,它是分建式,有單獨的二沉池,采用表曝機曝氣,溝深大于多溝交替式氧化溝,長沙水質(zhì)凈化二廠就是這種工藝,它的脫氮除磷效果也不夠理想,如果要求脫氮除磷,也需增加一些設(shè)施。

③ 奧貝爾氧化溝,它也是分建式,有單獨二沉池,采用轉(zhuǎn)碟曝氣,溝深也較大,現(xiàn)在四川、北京、山東、浙江等地都在采用,它的脫氮效果很好,但除磷效率不夠高,要求除磷時還需采取一些措施。

④ 一體化氧化溝,是合建式,沉淀池建在氧化溝內(nèi),已在四川成都市新都污水廠和山東高密市污水廠應用。它既是連續(xù)進出水,又是合建式,且不用倒換功能,從理論上講最經(jīng)濟合理,但在一些具體技術(shù)問題上還不十分成熟,因此影響了它的推廣使用。

6SBR工藝的主要分類和特點

SBR工藝主要有以下幾種類型:

① 傳統(tǒng)式SBR工藝,它的所有操作都是間歇的、周期性的,四川巴中污水廠就是這種工藝。它的脫氮除磷效果不夠穩(wěn)定,如要求脫氮除磷,需做一些改進。

② ICEAS工藝,即間歇式循環(huán)延時曝氣活性污泥法,它用隔墻將反應池分為兩部分,前面是預反應區(qū),后面是主反應區(qū),采用連續(xù)進水,間歇曝氣、沉淀、排水、排泥,已用在昆明第三、第四污水廠。它可以脫氮除磷,但效果不夠理想。

③ DAT—IAT工藝,即連續(xù)曝氣和間歇曝氣相結(jié)合的工藝,反應池中部用隔墻分為兩部分,前邊的DAT連續(xù)曝氣,后邊的IAT間歇曝氣、沉淀、排水、排泥,已用于天津開發(fā)區(qū)污水處理廠。它的脫氮除磷功能一般,需增加設(shè)施才能提高脫氮除磷效率。

④ CAST工藝,即循環(huán)式活性污泥法,它的反應池用隔墻分為選擇區(qū)和主反應區(qū),進水、曝氣、沉淀、排水、排泥都是間歇周期性運行。它的脫氮除磷效果好,防止污泥膨脹的性能好,目前深圳、天津和云南的一些污水處理廠都采用此種工藝。

⑤ UNITANK工藝,是三個矩形池并聯(lián),按照類似三溝式氧化溝的周期運行模式工作,但把轉(zhuǎn)刷曝氣改為鼓風曝氣,可加大池深,把出水可調(diào)堰改為固定堰,簡化了排水,上海石洞口污水處理廠就是采用這種工藝,它的功能和三溝式氧化溝類似。

7氧化溝和SBR工藝的比較

氧化溝和SBR工藝有很多共同特點,也有各自的特點和適用性,在選定方案時需要仔細分析。

① 從基建投資看,SBR工藝是合建式,一般情況下征地費和土建費較氧化溝低,而設(shè)備費較氧化溝高,總造價的高低則要視具體情況決定。a.地價高,對氧化溝不利。b.進水BOD濃度高,反應容積與沉淀容積的比值高,對氧化溝有利;BOD濃度低,反應容積與沉淀容積的比值低,對SBR有利。

② 從運營費用看,SBR工藝通常用鼓風曝氣,氧化溝工藝通常用機械曝氣。一般說來,在供氧量相同的情況下,鼓風曝氣比機械曝氣省電;第二方面,SBR工藝是合建式,不用污泥回流(有的少量回流),氧化溝工藝是分建式要大量回流,電耗較大;第三方面,SBR工藝是變水位運行,增大了進水提升泵站的揚程。綜合考慮,通常氧化溝工藝的電耗要比SBR工藝大些,運營費要高些。

③ 氧化溝工藝是連續(xù)運行,不要求自動控制,只是在要求節(jié)能時用自動控制;SBR工藝是周期間歇運行,各個工序轉(zhuǎn)換頻繁,需要自動控制。

④ SBR工藝是靜態(tài)沉淀,氧化溝工藝是動態(tài)沉淀,因而SBR的沉淀效率更高,出水水質(zhì)更好。

參考文獻:

[1]周雹.試論城市污水處理廠工藝選擇[J].中國給水排水,1995,11(增刊)

來源:《中國給水排水》  作者:周雹 

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