中小规模城市污水处理厂工艺流程选择的依据和方法
摘 要: 本文主要介绍了选择中小规模城市污水处理厂工艺流程的依据、原则和方法, 并根据不同的条件推荐了适用的工艺流程。
关键词: 城市污水处理; 工艺流程; 原则; 方法
1 前言
根据我国发展规划, 2010 年全国设市城市和建制镇的污水平均处理率不低于50% , 设市城市的污水处理率不低于60% , 重点城市的污水处理率不低于70%。为了引导城市污水处理及污染防治技术的发展, 加快城市污水处理设施的建设, 2000 年5 月国家建设部、环境保护局和科技部联合印发了《城市污水处理及污染防治技术政策》。本文将结合该政策的内容, 主要研究日处理能力为10 万m 3 以下, 特别是1～ 5 万m 3.d 规模的城市污水处理厂适用的各种处理工艺流程的比较和选择, 从而确定不同条件下适用的较优工艺流程。
1 中小规模城市污水处理厂工艺流程概述
二级生物处理指利用水中的微生物来去除污水中的碳源有机物, 二级强化生物处理是指除利用微生物来去除污水中的碳源有机物外, 还需去除污水中的氮和磷。城市污水二级及二级强化处理一般以好氧生物处理为主, 好氧处理可分为活性污泥法和生物膜法两大类。
活性污泥法是利用河川自净原理, 人工创建的生化净化污水处理方法。中小规模城市污水厂适用的方法主要有AB 法、SBR 法、氧化沟法、AO 法、 A 2O 法、水解好氧法等。
生物膜法是利用土壤自净原理发展起来的, 通过附着在各种载体上的生物膜来处理污水的好氧生物处理法, 主要包括生物转盘、生物滤池和生物接触氧化法等工艺。
2 污水处理工艺流程选择的依据和原则
2. 1 污水处理级别的确定
选择污水处理工艺流程时首先应按受纳水体的性质确定出水水质要求, 并依此确定处理级别, 排水应达到国家排放标准(GB8978- 1996)。
设市城市和重点流域及水资源保护区的建制镇必须建设二级污水处理设施; 受纳水体为封闭或半封闭水体时, 为防治富营养化, 城市污水应进行二级强化处理, 增强除磷脱氮的效果; 非重点流域和非水源保护区的建制镇, 根据当地的经济条件和水污染控制要求, 可先行一级强化处理, 分期实现二级处理。
2. 2 工艺流程选择应考虑的技术因素
处理规模; 进水水质特性, 重点考虑有机物负荷、氮磷含量; 出水水质要求, 重点考虑对氮磷的要求以及回用要求; 各种污染物的去除率; 气候等自然条件, 北方地区应考虑低温条件下稳定运行; 污泥的特性和用途。 2. 3 工艺流程选择应考虑的技术经济因素〔3〕批准的占地面积, 征地价格; 基建投资; 运行成本; 自动化水平, 操作难易程度, 当地运行管理能力。
2. 4 工艺流程选择的原则
保证出水水质达到要求; 处理效果稳定, 技术成熟可靠、先进适用; 降低基建投资和运行费用, 节省电耗; 减小占地面积; 运行管理方便, 运转灵活; 污泥需达到稳定; 适应当地的具体情况; 可积极稳妥地选用污水处理新技术。
3 污水处理工艺流程的比较和选择方法〔2、3、4、5〕
在选定污水处理工艺流程时可以采用下面介绍的一种或几种比较方法。
3. 1 技术比较
在方案初选时可以采用定性的技术比较, 城市污水处理工艺应根据处理规模、水质特性、排放方式和水质要求、受纳水体的环境功能以及当地的用地、气候、经济等实际情况和要求, 经全面的技术比较和初步经济比较后优选确定。
方案选择比较时需要考虑的主要技术经济指标包括: 处理单位水量投资、削减单位污染物投资、处理单位水量电耗和成本、削减单位污染物电耗和成本、占地面积、运行性能可靠性、管理维护难易程度、总体环境效益等。
定性比较时可以采用有定论的结论和经验值等, 而不必进行详细计算。几种常用生物处理方法的比较见表1。
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3. 2 经济比较
在选定最终采用的工艺流程时, 应选择2～ 3 种工艺流程进行全面的定量化的经济比较。可以采用年成本法或净现值法进行比较。
3. 2. 1 年成本法。将各方案的基建投资和年经营费用按标准投资收益率, 考虑复利因素后, 换算成使用年限内每年年末等额偿付的成本- 年成本, 比较年成本最低者为经济可取的方案。
3. 2. 2 净现值法。将工程使用整个年限内的收益和成本(包括投资和经营费) 按照适当的贴现率折算为基准年的现值, 收益与成本现行总值的差额即净现值, 净现值大的方案较优。
3. 2. 3 多目标决策法。多目标决策是根据模糊决策的概念, 采用定性和定量相结合的系统评价法。按工程特点确定评价指标, 一般可以采用5 分制评分, 效益最好的为5 分, 最差的为1 分。同时, 按评价指标的重要性进行级差量化处理(加权) , 分为极重要、很重要、重要、应考虑、意义不大五级。取意义不大权重为1 级, 依次按2n- 1 进级, 再按加权数算出评价总分, 总分最高的为多目标系统的最佳方案。评价指标项目及权重应根据项目具体情况合理确定。
例如确定某城市污水处理厂工艺流程时采用了表2 所示的评价指标及权重:
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进行工艺流程选择时, 可以先根据污水处理厂的建设规模, 进水水质特点和排放所要求的处理程度, 排除不适用的处理工艺, 初选2～ 3 种流程, 然后再针对初选的处理工艺进行全面的技术经济对比后确定最终的工艺流程。
4 中小规模城市污水厂处理工艺流程选择的探讨〔6、7、8〕
4. 1 根据进水有机物负荷选择处理工艺
进水BOD5 负荷较高(如> 250m g.L ) 或生化性能较差时, 可以采用AB 法或水解- 生物接触氧化法、水解- SBR 法等; 进水BOD5 负荷较低时可以采用SBR 法或常规活性污泥法等。
4. 2 根据处理级别选择处理工艺
二级处理工艺可选用氧化沟法、SBR 法、水解好氧法、AB 法和生物滤池法等成熟工艺技术, 也可选用常规活性污泥法; 二级强化处理要求除磷脱氮, 工艺流程除可以选用AO 法、A 2O 法外, 也可选用具有除磷脱氮效果的氧化沟法、CA SS 法和水解- 接触氧化法等; 在投资有限的非重点流域县城, 可以先建设一级强化处理厂, 采用水解工艺、生物絮凝吸附(即AB 法的A 段) 和混凝沉淀等物化强化一级处理, 待资金等条件成熟后再续建后续生物处理工艺, 形成水解好氧法、AB 法等完整工艺。
4. 3 根据回用要求选择处理工艺
严重缺水地区要求污水回用率较高, 应选择 BOD5 和SS 去除率高的污水处理工艺, 例如采用氧化沟或SBR 工艺, 使BOD5 和SS 均达到20m g.L 以下甚至更低, 则回用处理只需要直接过滤就可以达到生活杂用水标准, 整个污水处理及回用厂流程非常简捷、经济。
如果出水将在相当长的时期内用于农灌, 解决缺水问题, 则处理目标可以以去除有机物为主, 适当保留肥效。
4. 4 根据气候条件选择处理工艺
冰冻期长的寒冷地区应选用水下曝气装置, 而不宜采用表面曝气; 生物处理设施需建在室内时, 应采用占地面积小的工艺, 如UN ITAN K 等; 水解池对水温变化有较好的适应性, 在低水温条件下运行稳定, 北方寒冷地区可选择水解池作为预处理; 较温暖的地区可选择各种氧化沟和SBR 法。
4. 5 根据占地面积选择处理工艺
地价贵、用地紧张的地区可采用SBR 工艺(尤其是UN TAN K) ; 在有条件的地区可利用荒地、闲地等可利用的条件, 采用各种类型的土地处理和稳定塘等自然净化技术, 但在北方寒冷地区不宜采用。用水解池作为稳定塘的预处理, 可以改善污水的生化性能, 减小稳定塘的面积。
4. 6 根据基建投资选择处理工艺
为了节省投资, 应尽量采用国内成熟的, 设备国产化率较高的工艺。
基建投资较小的处理工艺有水解- SBR 法、 SBR 法及其变型、水解- 活性污泥法等。用水解池作预处理可以提高对有机物的去除率, 并改善后续二级处理构筑物污水的生化性能, 可使总的停留时间比常规法少30%。采用水解- 好氧处理工艺高效节能, 其出水水质优于常规活性污泥法。
氧化沟法在用于以去除碳源污染物为目的二级处理时, 与各种活性污泥法相比, 优势不明显, 但用于还须去除氮磷的二级强化处理时, 则投资和运行费用明显降低。
4. 7 根据运行费用选择处理工艺
节省运行费用的途径有降低电耗、减少污泥量、减少操作管理人员等。电耗较低的流程有自然净化、氧化沟、生物滤池、水解好氧法等, 污泥量较少的有氧化沟和SBR 等, 自动化程度高、管理简单的流程有SBR 等。综合比较, 在基建费相当的条件下, 运行费用较低的处理方法有氧化沟、SBR、水解好氧法等。
4. 8 污泥处理
中小规模城市污水处理厂产生的污泥可进行堆肥处理和综合利用, 采用延时曝气的氧化沟法、SBR 法等技术的污水处理设施, 污泥需达到稳定化。
4. 9 可以推广应用的新工艺
在尽量采用成熟可靠工艺流程的同时, 也要研究开发适用于北方地区中小污水厂的新工艺, 或审慎采用国内外新开发的高效经济的先进工艺技术。城市污水处理新工艺应向简单、高效、经济的方向发展, 各类构筑物从工艺和结构上都应向合建一体化发展。
目前可以重点考虑应用和推广使用的流程有一体化氧化沟技术、CA SS 、UN ITAN K 和膜法等。
5 结束语
城市污水处理工艺应根据污水水质特性、排放水质要求, 以及当地的用地、气候、经济等实际情况, 经全面的技术经济比较后优选确定。处理水量在10 万m 3 以下的城市污水处理厂可以优先考虑的处理工艺有水解- SBR 法、SBR 法、氧化沟法、AB 法、水解- 接触氧化法、AO 法等, 如果条件适宜也可采用稳定塘等自然净化工艺。
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