污水處理需要較大的投資和運(yùn)營費(fèi)用,在目前我國還不富裕的條件下,怎樣用最少的費(fèi)用達(dá)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(dá)到預(yù)期目標(biāo),關(guān)系到基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對中、小型城市污水處理廠怎樣優(yōu)選工藝的問題進(jìn)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(shí)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(yùn)營費(fèi)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(dá)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(yùn)營費(fèi)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(yùn)營費(fèi)用幾十萬到上百萬;由于經(jīng)濟(jì)條件的限制,目前這類污水廠剛剛在沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)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(jī)物,因此目前國內(nèi)外大多采用生物法。也有采用化學(xué)法的,比如四川遂寧市的污水就采用化學(xué)強(qiáng)化一級處理,但這種工藝的去除率不高,出水達(dá)不到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),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(jìn)型A/O、A2/O工藝,②氧化溝,③SBR工藝。

傳統(tǒng)活性污泥法是應(yīng)用最早的工藝,它去除有機(jī)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(jìn)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(yùn)行費(fèi)用都比較低,因而得到廣泛應(yīng)用。近20年來,水體富營養(yǎng)化的危害越來越嚴(yán)重,去除氮、磷列入了污水處理的目標(biāo),于是出現(xiàn)了活性污泥法的改進(jìn)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(diǎn),去除有機(jī)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(diǎn),使它在中小型城市污水處理廠中得到廣泛應(yīng)用。

SBR是序批式活性污泥法,它的基本特征是在一個反應(yīng)池中完成污水的生化反應(yīng)、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(qiáng)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(yīng)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(yùn)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(jìn)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(jì)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?yàn)檫@種工藝對大型污水廠具有難以替代的優(yōu)點(diǎn):

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(yùn)營費(fèi)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(yùn)營費(fèi)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(fèi)1分錢,一年就節(jié)省146萬元。

這種工藝的能耗和運(yùn)營費(fèi)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(fèi)用去除污水中相當(dāng)一部分有機(jī)物和懸浮物,降低二級處理的負(fù)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(rèn)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(fèi)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(dāng)污水廠達(dá)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(diǎn)是處理單元多,操作管理復(fù)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(qiáng),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(diǎn)不會成為限制使用的因素。

根據(jù)我國目前的現(xiàn)實(shí)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(jī)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(yàn),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(jì)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(jì),在這種情況下,有必要對各種工藝進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(diǎn)是:

① 去除有機(jī)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(rèn)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(fèi)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(fèi)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(yùn)營費(fèi)用仍高于常規(guī)活性污泥法,但如果與基建費(fèi)用一起來比較,基建費(fèi)加上20年的運(yùn)營費(fèi)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(dāng)規(guī)模為10×104m3/d時,兩類工藝的總費(fèi)用大致相當(dāng)。因此,對于中小型污水廠采用氧化溝與SBR法在經(jīng)濟(jì)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(shí)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(jìn)口設(shè)備的種種麻煩。

⑤ 氧化溝和SBR工藝的抗沖擊負(fù)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(fèi)用或運(yùn)營費(fèi)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(diǎn)

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(diǎn)是合建式,沒有單獨(dú)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(diǎn),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(dú)的二沉池,采用表曝機(jī)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(dú)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(yīng)用。它既是連續(xù)進(jìn)出水,又是合建式,且不用倒換功能,從理論上講最經(jīng)濟(jì)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(diǎn)

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(jìn)。

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(yīng)池分為兩部分,前面是預(yù)反應(yīng)區(qū),后面是主反應(yīng)區(qū),采用連續(xù)進(jìn)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(yīng)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(yīng)池用隔墻分為選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū),進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水、排泥都是間歇周期性運(yùn)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(yùn)行模式工作,但把轉(zhuǎn)刷曝氣改為鼓風(fēng)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(diǎn),也有各自的特點(diǎn)和適用性,在選定方案時需要仔細(xì)分析。

① 從基建投資看,SBR工藝是合建式,一般情況下征地費(fèi)和土建費(fèi)較氧化溝低,而設(shè)備費(fèi)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(jìn)水BOD濃度高,反應(yīng)容積與沉淀容積的比值高,對氧化溝有利;BOD濃度低,反應(yīng)容積與沉淀容積的比值低,對SBR有利。

② 從運(yùn)營費(fèi)用看,SBR工藝通常用鼓風(fēng)曝氣,氧化溝工藝通常用機(jī)械曝氣。一般說來,在供氧量相同的情況下,鼓風(fēng)曝氣比機(jī)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(yùn)行,增大了進(jìn)水提升泵站的揚(yáng)程。綜合考慮,通常氧化溝工藝的電耗要比SBR工藝大些,運(yùn)營費(fèi)要高些。

③ 氧化溝工藝是連續(xù)運(yùn)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(yùn)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(xiàn):

[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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