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以生物处理程序净化已经作一级处理的污水,以摄取溶解在污水中的有机物和进一步除去污水中的悬浮固体。
一般来说,这个程序可除去约80%的生化需氧量和90%的悬浮固体。
24.污水处理:
三级处理top
最高水平的污水处理程序,结合物理、化学和生物原理,以期除去污水中的营养物和任何余下的悬浮固体。
污水处理回用意义重大
我国是水资源短缺的国家。
目前城市缺水问题突出,同时城市污水排放量的快速增长也影响了城市水环境,对城市经济社会可持续发展构成了严重威胁。
根据《水资源公报》统计,2008年全国废污水排放总量达758亿吨,随着我国工业化和城镇化进程明显加快,对城市污水处理回用提出了更高要求。
水利部水资源司副司长程晓冰在由清华大学和中国水网主办的“2010城市水业战略论坛”上发表
讲话,他指出,我国水资源短缺,城市缺水问题突出,污水处理回用是战略选择,意义重大。
城市污水处理回用在替代清洁水源的同时减少了污水排放量,降低了城市排污负荷,具有水量稳定、输水距离短、制水成本低等特点,可以提供安全可靠的替代水源,是解决城市缺水问题的战略选择。
推进污水处理回用工作充分体现了科学发展观以人为本的要求,反映了广大人民群众的迫切愿望,是推进城市化建设的客观需要,是实现水资源合理配置、科学保护、循环利用的重要手段,对建设资源节约型、环境友好型社会意义重大,对我国经济又好又快发展意义重大。
党中央、国务院高度重视城市污水处理回用工作,先后在有关法规和文件中对城市污水处理回用工作做出了明确规定和要求。
《国务院关于加强城市供水节水和水污染防治工作的通知》(国发[2000]36号)文中提到:
大力提倡城市污水回用等非传统水资源的开发利用,并纳入水资源的统一管理、调配;
缺水地区在规划建设城市污水处理设施时,还要同时安排污水会用设施的建设。
2002年新《水法》中提处:
加强城市污水集中处理,鼓励使用再生水,提高污水再生利用率。
2004年国务院办公厅《关于推进水价改革促进节约用水保护水资源的通知》中要求:
合理确定再生水价格,要以补偿成本和合理收益为原则,结合再生水水质、用途等情况,与自来水价格保持适当差价,按低于自来水价格的一定比例确定,引导工业、洗车、市政设施及城市绿化等行业使用再生水。
2007年《节水型社会建设“十一五”规划》提出到2010年底:
北方地区缺水城市再生水利用率达到污水处理量的20%以上,其他水资源缺乏的城市根据实际需要确定再生水利用率。
2008年国务院部门“三定”规定首次明确赋予水利部指导城市污水处理回用等非传统水资源开发的工作职责。
我国城市污水处理回用起步较晚,目前全国城市污水处理回用率远低于发达国家水平,发展潜力巨大。
推动城市污水处理回用是落实《水法》和部门职责的必然要求,是实施最严格的水资源管理制度必由之路,关系到总量红线的实现。
城市生活污水处理厂处理目的与技术关系
城市生活污水处理厂目前处理的目的主要是使城市生活污水经过处理后,水体中的有机污染物和无机污染物浓度水平降低,减少对水体的污染。
但是,该目的对中国的水资源紧张匮乏的状态不会有更多的改善。
而我们在本文中提出的观点是:
为了解决中国的水资源匮乏状态,城市生活污水处理厂处理目的是使城市生活污水处理厂处理出水成为一种清洁安全的城市水资源。
而在这种条件下,城市生活污水处理厂或者准确讲是小城镇污水处理厂的技术就必须根据该目的进行变化,以支持该目的。
关键词:
,城市生活污水处理厂;
处理目的;
处理技术
1.城市生活污水处理厂目前处理目的和技术的相关性。
城市生活污水处理厂特别是中小型城市生活污水处理厂目前处理目的是使出水水质指标中的主要污染物浓度水平对河流等水源中的污染降低到可以接受的水平,使自然资源得到保护。
所以,以此为基础出台的国家污水综合排放标准规定的有关城市生活污水处理厂的目的指标的污染物浓度为如下表格(摘自GB8978-1996)
序号指标适用范围一级指标(mg/l)二级指标(mg/l)三级指标(mg/l)
1BOD5城镇二级污水处理厂2030
2CODCr城镇二级污水处理厂60120
3石油类一切排污单位1010
4氨氮其他排污单位1525
5磷酸盐(以P计)一切排污单位0.51.0
所以,在以上标准下指导下,国内城市生活污水处理厂经过多年发展,在国内已经成功解决了出水水质超标的问题。
在国内城市生活污水处理厂技术选择过程中,首先在最初阶段没有考虑污水中的氮和磷对水体污染的影响,城市生活污水处理厂主要目的是削减水体中的有机污染物,所以主要采用的是普通的曝气活性污泥法。
在意识到城市生活污水中的氮和磷对水体富营养化的影响后,逐步在城市生活污水处理流程和技术中引进了除氮脱磷的技术。
现在小型城市生活污水处理厂处理流程中已经有活性污泥法,A/O/A,氧化沟法,SBR法,以及生物滤塔等新技术的采用。
可以肯定地讲,这些技术在我国小城市生活污水处理厂中地应用是成功的,对改善我国的水环境和使我国实现可持续发展的基本目标是有益的。
而且,在达到《污水综合排放标准》方面这些技术是行之有效的。
2.城市生活污水处理厂目前处理目的局限性
城市生活污水处理厂目前的处理目的的最大的局限性在于强调的是减少污染物排放,而不是从根本上解决中国的水资源匮乏以及开发可以利用的新的水资源。
在这里可用一个数学模型结合GB50282-98《城市给水工程规划规范》中的相关条文进行论证:
其中设小城市的居民人口为15万,城市居民人均日用水定额为
表2.2.4人均综合生活用水量指标(L/(人·
d)
区域城市规模
特大城市大城市中等城市小城市
一区300-540290-530280-520240-450
二区230-400210-380190-360190-350
三区190-330180-320170-310170-300
在目前以水资源在利用率不高的条件下,采用较低的日供水定额。
人均设定值为250L/人·
d。
则该城市的城市生活污水处理厂的处理规模为3.75万吨/d。
而处理后出水可以使下游的超过11万吨/d流量的水体成为劣Ⅴ类水体。
而且,如果城市居民在今后要求更高的水量使用时,例如,要求450L/人·
d的用水需求,该市的日供水增加3万吨/d,城市生活污水处理厂的处理能力相应增加到6.75万吨/d。
同时,处理后的排放水可以使下游的超过22万吨/d流量的水体成为劣Ⅴ类水体。
所以,目前的城市生活污水处理厂处理目的是在相关的投资,技术条件下使水资源和水环境的污染降低。
而不是使水资源和水环境的减少而使水资源可以利用的总量增加,以缓解中国的水资源匮乏状态。
3.城市生活污水处理厂处理目的的探讨:
在此我提出我们在这方面的理解:
城市生活污水处理厂处理的目的是使城市生活污水处理厂处理出水真正成为可以持续利用的具有广泛用途的水体资源在此同样也可以用一个数学模型结合GB50282-98《城市给水工程规划规范》中的相关条文进行论证:
目前以水资源在利用率不高的条件下,采用较低的日供水定额。
在水处理出水的水质指标达到或者超过地面水环境质量标准的Ⅲ级要求,则处理出水完全可以补充城市取水的水源。
处理出水水质指标达到或者超过地面水环境质量标准的Ⅱ级要求,该水体可以直接成为城市给水的水源。
而且,如果该处理出水的水量中的60%成为城市的第二水源,实际城市的用水定额可以增加到400L/人·
d的水平。
大大改善城市居民的生活质量中的用水部分。
而且,该模式下的充裕用水可以改善城市的自然生态条件。
原因在于可以利用多余的水资源增加地面的灌溉用水,然后在地下水的运动中降解城市生活污水处理厂处理出水中的残余的有机污染物。
地下水再补充地面水的时候,就成为清洁的水源。
在此,可以与目前的城市生活污水处理厂处理目的下的污水处理厂出水对流域下游的水资源影响进行比较:
我们所提出的模式中,处理水对下游的水资源总量的影响在于:
减少了下游的流域水资源量仅仅是该市的一次性城市给水。
即3.75万吨/d的水量,而且在该城市的污水处理和利用后可以有3.75万吨/d的水量的30%左右成为下游城市的补充水(城市生活污水处理厂的出水水质指标为地面水环境质量标准的Ⅲ级标准)。
所以,对下游的城市供水量的影响结果是下游的水资源日供给量减少2.6万吨/d。
而目前的城市生活污水处理厂污水处理目的的模式下,对下游城市的水资源影响为:
减少了下游的流域水资源量不仅是该市的一次性城市给水3.75万吨/d的水量。
在城市用水供给指标增加的条件下,减少的下游城市的水资源一次性供给量为3.75万吨/d。
城市生活污水处理厂处理出水中残余的有机污染物对下游的污染影响为22万吨/d。
总计将减少下游的水资源日供给量为28万吨/d。
对比两种城市污水处理厂的污水处理目的可以知道,我们现在所提出的城市污水处理厂的污水处理目的对水资源的使用率和对缓解中国的水资源匮乏状态的贡献远远大于目前的城市污水处理厂的污水处理目的对水资源的使用率和对缓解中国的水资源匮乏状态的贡献。
4.实现我们所提出的城市生活污水处理厂处理目的的城市生活污水厂处理技术的探讨。
由于在我所提出的城市生活污水处理厂处理目的的条件下,必然有城市生活污水处理厂的投资和运行费用的增加。
我们在此提出我们根据国内外的城市生活污水处理厂处理技术筛选出适应本目的的城市生活污水处理厂处理流程和技术。
该技术的要点在于:
(1)充分考虑和应用生物除磷脱氮技术。
(2)流程能量的综合利用,特别是充分使用厌氧消化技术和沼气综合利用技术,使流程中的能量的支出和收入的总量平衡。
(3)考虑和应用污泥减量处理技术的应用,考虑一方面采用长泥龄和低SS负荷,实现污泥减量处理技术。
(4)分考虑和应用生物膜附着生长的优势,实现占地面积减少和投资指标减少。
(5)分利用高级氧化技术和环境亲和技术在污水处理中的优势,主要指利用电化学氧化技术实现水体中的特种污染物的降解和分离,并且实现消毒过程和污泥减量处理。
并且实现对水体中的氯代烃的降解。
(6)充分利用生物膜附着生长优势和污泥减量处理技术,实现在流程中不需要一,二沉池就可以实现流程顺利运行,并且使剩余污泥的处理量为常规流程的20%。
减少污泥处理处置费用。
(7)充分利用自动化控制技术,实现流程的优化和人力成本的最小化运行。
(8)利用流程中的能量剩余实现城市生活污水处理厂的良性经营运行和赢利性运行。
在此,我们根据我公司所进行的中试和计算,提出下图的工艺流程供各位专家斧正。
在此,对流程中的相关内容进行解释:
流程中的能量平衡主要得益于在流程中加入了厌氧反应器处理过程,而且其中得ABR反应器对气温适应性强(根据报道和试验数据,在气温为15℃时仍然可以有较好得处理效果,同时余热也可以作为流程中保持厌氧反应器得反应效率得热源。
同时,有流程中产生得沼气推动沼气发动机可以实现能量综合利用和能量平衡。
以此为基础可以实现流程的能量平衡。
同时,由于使用了厌氧反应流程作为污染物降解得主要手段,所以流程中得污泥增长率为进入流程得有机污染物的2.5%,所以污泥充分实现减量化。
电化学反应器主要功能是实现对水体中的病原体消毒和对其中的水溶性磷进行固化,而其中同时截留水体中的有机污染物回流进入ABR反应器后,不仅可以在其中降解有机污染物,同时可以部分固定进水中的磷,并且促进ABR反应器中的污泥颗粒化。
同时,为了进行流程的商业经营,流程中的能量结余可以考虑在城市生活污水处理厂中建立纯水生产线,能量综合利用同时实现城市生活污水处理厂盈利最大化。
投资分析:
虽然在本流程的城市生活污水处理厂的建设中,由于在ABR反应器和ABF反应器的建设中需要投入填料,但是在本流程中完全可以不需要设置一沉池和二沉池,同时,也不需要很长的泥处理流程,在污泥脱水装置上仅需要普通流程的污泥脱水装置10%能力的装置。
所以本流程可以在与现有的氧化沟,SBR,活性污泥法,A2O等投资接近的基础上实现我们在本文中所提出的城市生活污水处理厂污水处理目的
我国污水处理产业发展进步较晚,建国以来到改革开放前,我国污水处理的需求主要是以工业和国防尖端使用为主。
改革开放后,国民经济的快速发展,人民生活水平的显著提高,拉动了污水处理的需求。
1990年以来,全球污水处理表观消费量以年均6%的速度增长,而九十年代的十年间,我国污水处理表观消费量年均增长率达到17.73%,是世界年均增长率的2.9倍。
进入二十一世纪,我国污水处理产业高速增长。
事实上,当我国的污水处理业还处于设施建设的初期时,国外的污水处理水平已经非常发达,大型城市污水处理厂十分普及,新技术的开发研究也正是在这种基础上进行的。
现阶段,我国污水处理厂的建设重心逐渐由大城市向中小城市转移,呈现单体小型化、区域分散化的发展趋势。
从总体上看,我国污水处理正在经历由规模小、水平低、品种单一、严重不能满足需求到具有相当规模和水平、品种质量显著提高和初步满足国民经济发展要求的深刻转变,污水处理需求将逐步实现自给。
前一阶段,国内的污水处理行业一味追求国外的新技术、新工艺,在引进国外技术的时候,并没有认真研究考察国外技术是否真正适合国内污水处理厂的具体情况,存在很大的片面性和盲目性。
污水处理设备在技术的选择上不一定是越新越好,而应根据具体情况采用最适合的技术工艺。
从未来趋势来看,一些小型化、操作简易的污水处理技术反而更具适应性,继而带动与之相关的设备制造需求。
虽然由于国家和各级政府对环境保护重视程度的不断提高,中国污水处理行业正在快速增长,污水处理总量逐年增加,城镇污水处理率不断提高。
但目前中国污水处理行业仍处于发展的初级阶段。
一方面,中国目前的污水处理能力尚跟不上用水规模的迅速扩张,管网、污泥处理等配套设施建设严重滞后。
另一方面,中国的污水处理率与发达国家相比,还存在着明显的差距,且处理设施的负荷率低。
因此中国应完善污水处理的政策法规,建立监管体制,创建合理的污水处理收费体系,扶植国内环保产业发展,推进污水处理行业的产业化和市场化。
污水处理行业是一个朝阳产业,发展前景十分广阔。
我国污水处理厂技术工艺应用发展现状及未来趋势探讨
1.前言
城市污水处理设施是现代化城市经济发展和水资源保护不可或缺的组成部分。
在美国、英国、荷兰、日本等发达国家,已经普遍实行了城市污水的集中二级处理;
近年来,我国中央政府、各级地方政府及有关部门对城市污水治理十分重视,同时加大了对污水治理的资金投入和治理力度,使我国在污水处理厂的建设方面取得了巨大进展。
截至2003年,我国已建成运行的污水处理厂有516座,污水处理能力3284万m3/d。
并且,国家“七五”、“八五”、“九五”科技攻关课题的建立,使我国污水处理的新技术取得了可喜的科研成果,某些项目达到了国际先进水平。
2.我国城市污水处理厂技术工艺的应用发展现状
自我国第一座采用活性污泥工艺的城市污水处理厂1921年在上海建成以来[1],污水处理事业在我国得到了迅速的发展,污水处理工艺也是层出不穷[2]。
目前我国所采用的污水处理工艺类型主要有以下几种:
传统活性污泥处理工艺、AB工艺、A/O及A2/O工艺、水解-好氧工艺、氧化沟工艺、SBR及其变型工艺、曝气生物滤池工艺、生物接触氧化工艺、氧化塘、BIOLAK®
及土地处理工艺。
2.1传统活性污泥处理工艺
我国20世纪80年代及其以前建设的污水处理厂,由于当时没有对出水氮磷含量的要求,生物处理工艺主要采用传统活性污泥工艺及其改良工艺,其主要功能是大幅度去除污水中呈胶体态和溶解态的有机污染物,使经处理的污水BOD达到排放标准,而对污水中氮磷的去除率非常低[3][4]。
同时,水体富营养化问题在我国已日益严重,为适应国家对氮磷的排放要求,保护水环境,一些采用传统活性污泥处理工艺的污水厂已对现有工艺进行改造,增设了除磷脱氮功能。
2.2AB工艺
我国在20世纪80年代相继开展了对AB工艺的特性、运行机理及处理过程的稳定性的研究,并将其用于工程实际,且得到了一定规模的应用,如青岛海泊河污水处理厂、淄博污水处理厂、深圳滨河污水处理厂等。
AB工艺具有抗冲击负荷能力强、对pH值变化和有毒物质具有明显缓冲作用、可分期建设的特点。
但其对低浓度城市污水的处理效果较差,并且此工艺产泥量大,目前污水处理厂普遍面临的一个问题是污泥的处理处置难,因此限制了AB工艺的发展应用。
2.3A/O及A2/O工艺
20世纪80年代末90年代初,A/O工艺、A2/O工艺因其较好的除磷脱氮效果而逐渐应用于城市污水处理之中,并且成为主流。
在此阶段,氮磷污染物控制与去除技术的研究及相关技术的应用成为水环境污染控制日益紧迫的重要课题。
A/O工艺包括A/O除磷工艺和A/O脱氮工艺,它们对磷、氮的去除率分别达到90%以上和80%左右;
而A2/O工艺不能同时高效除磷脱氮。
20世纪90年代以来,随着具有脱氮除磷功能污水处理工艺的研究应用,发现A2/O工艺本身存在的缺陷,即硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在着矛盾和竞争,很难在同一系统中同时获得氮、磷的高效去除,阻碍着生物除磷脱氮技术的应用,因此为解决这些工艺矛盾,研究者们进行了大量研究来进行工艺改进,开发出倒置A2/O、UCT、A+A2/O等工艺[5],尤其对倒置A2/O进行了大量研究,现已完成了对其原理与特点、运行参数的研究,并通过生产试验研究[6][7][8],现已有部分污水厂已采用该工艺并取得了良好的运行效果,如常州北城污水厂、青岛团岛污水厂、青岛李村河污水处理厂等。
2.4水解-好氧工艺
针对传统活性污泥工艺基建投资高、运行费用高以及电耗高等问题,北京市环境保护科学研究院在20世纪80年代初开发了水解-好氧生物处理工艺。
经过十多年的开发,围绕水解-好氧技术已经形成一套完整的工艺技术。
相继开发了水解-活性污泥处理工艺、水解-氧化沟处理工艺、水解-接触氧化处理工艺、水解-土地处理工艺和水解-氧化塘处理工艺,,目前,全国各地建设了上百座水解-好氧工艺的污水处理厂,如北京密云污水处理厂、深圳石岩河污水处理厂、新疆昌吉污水处理厂等。
其具有较好的抗有机负荷冲击能力、在低温条件下仍有较好的去除效果、已达到对剩余污泥稳定、出水水质稳定等特点[2][9],并且也很适用于我国小城镇的污水处理。
2.5氧化沟工艺
20世纪90年代中期,氧化沟工艺因其良好的脱氮效果且无需沉淀池开始被推广,此时期建设的大型污水处理项目基本上采用氧化沟工艺。
近几年来,国内对各种类型氧化沟的除磷脱氮的效果、设计、充氧设备及运行控制等方面进行了大量的研究。
对多种氧化沟都进行了一定的革新,如Carrousel氧化沟由第一代的普通Carrousel氧化沟发展为具有脱氮除磷功能的Carrousel2000型氧化沟,后又发展为第三代的Carrousel3000型氧化沟[10]。
国内许多污水处理厂使用的情况证明,氧化沟工艺是一种工艺流程简单、管理方便、投资省、运行费用低、工艺稳定性高的污水处理技术[11],目前国内较多采用的氧化沟主要有Orbal氧化沟、Carrousel氧化沟、T型氧化沟、DE型氧化沟、一体化氧化沟等。
2.6SBR及其变型工艺
近年来,随着工业和自动化控制技术的飞速发展,特别是监控技术的自动化程度以及污水处理厂自动化管理要求的日益提高,为SBR进一步的研究和应用,提供了有利的条件[12]。
我国于80年代中期开始对SBR进行研究,目前,对SBR自控系统、滗水器等设备[13][14][15][16]的研究开发,对SBR系统脱氮除磷的研究[17][18][19]都为SBR工艺在我国的应用创造了条件,天津市市政工程设计研究院、天津水工业工程设备有限公司开发的DAT-IAT工艺在天津经济技术开发区的成功应用[20]以及同济大学开发出的MSBR[21]在深圳盐田污水处理厂的成功应用,表明了我国对SBR工艺的研究已达到了日臻成熟的阶段,目前,我国对SBR工艺的应用很广泛,主要有CASS、CAST、UNITANK、ICEAS、DAT-IAT、MSBR等。
2.7曝气生物滤池工艺
我国是20世纪90年代以后才开始曝气生物滤池工艺的研究,其主要可分为以下三种形式:
BIOCARBON、BIOFOR和BIOSTYR,由于BIOCARBON具有负荷不高、容易堵塞、运行周期短的缺点,而BIOFOR和BIOSTYR则克服了这些缺点[22],成为目前所研究的曝气滤池的主要形式。
近年来,国内已有BIOSTYR和BIOFOR曝气生物滤池的中试研究[23][24],以及曝气生物滤池的短程硝化反硝化机理研究的报导。
目前,国内曝气生物滤池的研究开发方兴未艾,工艺形式也不断推陈出新,如厌氧曝气生物滤池、Biofly工艺[25]等。
曝气生物滤池有占地面积小,基建投资省,出水水质高的特点[26],在我国已得到了一定规模的应用,如大连马栏河污水处理厂采用的是BIOFOR工艺,广东南海污水处理厂采用的是BIOSTYR工艺,沈阳仙女河采用的是上流式两段曝气生物滤池。
2.8生物接触氧化工艺
生物接触氧化法具有能耗低、剩余污泥量少、出水水质好等优点。
近年来,性能更为优越、运行更加可靠的新型生物填料的开发,使此工艺的应用在国内更为迅速,如太原殷家堡污水净化厂,太原古交镇城底污水处理厂,太原成古交中心污水处理厂等。
太原地区最早建成的生物接触氧化法污水处理厂至今已连续运行了十几年,积累了较丰富的运行管理经验,太原市市政工程设计研究院编制了《生物接触氧化法设计规范》,使此工艺更加规范化、标准化,因此生物接触氧化工艺得到了全面广泛的推广和应用[27]。
2.9稳定塘
20世纪80到90年代是我国稳定塘处理技术迅速发展的时期。
近代的塘系统已由直接利用天然坑塘挖地稍加修整发展为规范化的处理设施;
由传统塘型发展为各种节能、高效的新型塘及其组合系统;
由单纯依靠自然净化发展为自然净化与人工强化技术相结合的工艺形式;
由仅有净化功能的污水处理设施发展为具有多功能的、综合利用的良性生态系统。
1985年有30余座稳定塘,1988年增为80余座,90年代后期发展为120余座。
目前,大约有几百个城市污水和工业废水处理塘在城市和工业区运行。
如齐齐哈尔污水生态塘处理系统、东营生态塘处理系统等[28]。
实践证明,塘系统能有效处理生活污水及一些有机工业废水、对有机物和病原体有
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