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摘 要 我国城市污水处理厂的规模绝大多数在10万t/d以下(含10万t/d) ,由于10万t/d以下的城市污水处理的
工艺繁多,且各有利弊,选择何种工艺对城市污水进行处理,是建设项目的业主、设计单位和主管政府部门较难解决但又必
须解决的问题。本文从城市污水处理厂的处理工艺入手,根据国家的城市污水处理及污染防治技术政策,对10万t/d以下
城市污水处理工艺进行排序和优选,并给出城市污水处理厂建设及运营的主要技术经济指标,供城市污水处理厂建设的相
关方参考。
关键词 城市污水 处理工艺
中图分类号 X70311 文献标识码 A 文章编号 100829241 (2006) 0320096205
Technology for mun ic ipa l sewage
trea tment plants with sca les under 100 000 t /d in China
Mu Quanjun
( Sino2Japan Friendship Center for Environmental Protection,Beijing 100029)
Abstract The scales of the majority ofmunicipal sewage treatment p lansts in China are under 100 000 t/d
inclusive. Since the technology for these p lants are numerous, choosing which technology is difficult for clients,
design sectors and the administration in charge. According to related national technical policies formunicipal sew2
age treatment and pollution control, the technology for municipal sewage treatment p lants with scales under
100 000 t/d inclusive are collated and op timized. The main technical and economic indexes of construction and
operation of municipal sewage treatment p lants are given.
Key words municipal sewage; treatment technology1 概 述
城市污水是指纳入和尚未纳入城市污水收集系统的生活污水和工业废水之混合的污水。根据《城市污水处理及污染防治技术政策》(建城[ 2000 ]124号) ,我国城市污水处理厂按照规模一般分为3 个等级,即10万t/d以下(含10万t/d) 、10～20万t/d (含20万t/d)和20万t/d以上。截至2001 年底, 我国的城市总数662 个, 县1660个,我国的城市总人口达到3176亿,是世界上城市及城市人口最多的国家。但我国现有超过50万人的大城市(在我国50万人以上城市为大城市)81个,全国的城市绝大多数为中小城市,中小城市
相对大城市来说普遍存在着城市基础设施落后,其中城市污水处理设施严重滞后于城市建设、经济发展和人民生活水平的提高,成为城市可持续发展的阻障因素,现状亟待改变。
按照国家的部署和要求,我国中小城市污水处理设施建设的步伐在加快,一大批城市污水处理设施在建设或在规划和设计之中,由于中小城市污水处理厂的工艺繁多,且各种工艺各有利弊,污水处理工艺的选择成为建设项目业主、设计单位和政府主管部门的难题之一。
2 我国城市污水处理的工艺特点
由于我国地域辽阔,气候跨度大,经济发展水平差异较大;加之城市污水处理厂的建设资金来源多样,技术支持、提供和服务方较多;已建的城市污水处理厂的规划、设计、建设和管理有着较强的地域性。我国城市污水处理厂的以上建设特点决定了其处理工艺种类的多样性。迄21世纪初,全国已建成或在建的城市污水处理厂已逾400座[ 1 ] 。城市污水处理厂采用的工艺基本上包括了世界各国的先进工艺,主要有:活性污泥法、AB工艺、A /O工艺、A2 /O工艺、水解(酸化) 、氧化沟、SBR、BAF工艺及其变型工艺和自然净化系统(如生物稳定塘及土地处理)等污水处理工艺。
3 10万t /d以下城市污水处理工艺
3. 1 国家城市污水处理及污染防治技术政策推荐的城市污水处理工艺根据不同规模、不同背景条件和不同受纳水体要求,符合我国城市污水处理及污染防治技术政策的城市污水处理工艺主要有:一级强化处理工艺、二级处理工艺和二级强化处理工艺[ 2 ] 。
3. 1. 1 一级强化处理工艺
非重点流域和非水源保护区的建制镇,根据当地经济条件和水污染控制要求,可先实行一级强化处理,分期实现二级处理。一级强化污水处理工艺主要包括物化强化处理法(混凝沉淀法) 、AB 法前段工艺、水解2好氧法前段工艺和高负荷活性污泥法(即AB法之A段)等。
3. 1. 2 二级处理工艺
设市城市和重点流域及水源保护区的建制镇,必须建设二级污水处理厂,可分期分批实施。二级处理可选用氧化沟法、SBR 法、水解好氧法、AB法和曝气生物滤池(BAF)等技术,也可选用常规活性污泥法。
3. 1. 3 二级强化处理工艺
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,增强脱氮除磷的效果。二级强化处理工艺是指除有效去除碳源污染物外,且具备较强的脱氮、除磷功能的污水处理工艺。在对氮磷污染物有控制要求的地区,污水处理工艺除选用A2 /O工艺、A /O工艺外,也可选用具有脱氮、除磷效果的氧化沟法、SBR法、水解好氧法和生物滤池等。必要时也可选用物化方法强化除磷效果。
3. 2 已建城市污水处理工艺
根据我国已建城市污水处理厂的实际运行状况的调研和统计,目前城市污水处理工艺运行现状综合评价情况如表1所示。
3. 3 现在及将来有发展前途的城市污水处理工艺以我国城市污水处理及污染防治技术政策推荐的工艺为基础,兼顾新技术的实践,选择城市规模不
表1 我国已建城市污水处理工艺的综合评价
Table 1 Com prehen sive appra isa l of m un ic ipa l sewage trea tm en t technology in Ch ina
同、经济水平不同、具有代表性的中小型城市污水处理厂作为评价样本,建立以工艺、技术、投资、运行、管理、效率、设备和工程等评价因子的多参数评价体系,用此评价体系对选取的城市污水处理厂样本进行评价,将评价结果交由专家采用“头脑风暴法”进
行再评价。根据我国已建城市污水处理厂的实际运行状况,得到建立在科学数据、专家经验和市场认可基础上的评价结果,最终对城市污水处理工艺进行综合排序,对现在及将来具有发展前途的城市污水处理工艺进行综合评价(表2) ,用以指导城市污水处理厂的规划、设计、建设和运行管理。
表2 现在及将来有发展前途的城市污水处理工艺综合评价
Table 2 Com prehen sive appra isa l of curren t and
prom ising sewage trea tm en t technology 序号污水处理工艺综合排序1 MSBR 1
2 UN ITANK 2
3 ICEAS 型SBR 3
4 CASS 型SBR 4
5 IDEA 型SBR 5
6 普通SBR 6
7 交替运行式氧化沟7
8 奥贝尔型氧化沟8
9 水解2好氧9
10 卡鲁塞尔型氧化沟10
11 一体化氧化沟11
12 稳定塘12
13 曝气生物滤池13
14 土地处理14
15 A /O 15
16 A2 /O 16
17 AB 17
18 普通活性污泥法18
3. 4 有发展前景的城市污水处理新工艺由于城市污水处理工艺的发展较快,不断有新工艺、新方法被提出,有些已被应用到实际的工程中,取得了较好的效果。根据国内外城市污水处理工艺的发展,推荐其他一些具有较好发展前景的新工艺,今后有较好发展前景的城市污水处理新工艺如表3所示。
表3 有发展前景的城市污水处理工艺
Table 3 Prom ising sewage trea tm en t technology
序号 污水处理工艺
1 百乐卡B iolak
2 一级强化
3 脱氮除磷UCT 法
4 脱氮除磷MUCT 法
5 旁路除磷(phostrip ing)
6 DE 氧化沟
7 Passvier 型氧化沟
8 膜生物反应器
9 污水污泥产H2
10 生物接触氧化法
11 曝气生物滤池(BAF)
12 DAT IAT 型SBR
注:由于可供比较的资料、数据和样本等原因,没有对表中的城市污水处理工艺进行优劣排序
4 城市污水处理工艺的确定
4. 1 合理确定建设规模
对一个城市来说,需根据城市总体规划和排水规划,分期分批建设污水管网和污水处理厂,要根据水环境保护的目标,分期实施,逐步到位。城市污水处理设施建设是一项系统工程,涉及城区管网的建设和改造,污水的收集、输送,污水的处理、排放及利用,以及污泥处置等问题,在河网和湖泊城市,还需考虑上游、下游和水体自净能力等问题。合理地确定设计的污水量和污水水质,直接涉及污水处理设施的投资、运行费用和费用效益。不少城市由于市区污水管道未形成系统,缺乏长期积累的污水水质、水量资料,一般采取按规划面积、人口和工业发展的预测来推测城市污水量,并提出生活污水量、工业废水量和公建、商业设施污水量所占的比例,其不确定因素较多,因此提出的设计污水量往往偏大。实际上,按规划计算的污水量与实际产生的污水量、实际可能收集到的污水量和根据需要可能进行处理的污水量是不同的,设计的污水量在很大程度上取决于污水管网普及率及实际可能收集到的近、远期污水量,并分期建设污水处理厂。要充分认识城区内管网改造的复杂性和艰巨性,其建设的进程取决于旧城市的改造和道路的改造,有时埋了干
管,支管迟迟未建成,致使许多已建成的污水处理厂在相当一段时间内无法满负荷运行。
4. 2 合理确定污水水质
设计污水处理厂的污水水质,应该对现有实测的水质资料进行分析,对雨污合流和老城区排水系统需科学地确定污水管道的截流倍数。我国的实际情况是,现在设计的绝大多数污水处理厂要处理的污水水质偏高的问题是普遍存在的,因此,要对设计的污水水量和污水水质整体考虑,留余地过大,既增加投资亦会使设备闲置或低效运行。合理确定城市污水水质是城市污水处理厂建设的一个非常重要的因素,要引起高度重视,避免有限的建设资金浪费。
4. 3 城市污水处理的工艺选择要求
符合国家城市污水处理及污染防治技术政策,是城市污水处理工艺选择的基本要求。同时,城市污水处理的具体工艺选择要符合以下要求:
4. 3. 1 技术的合理性
要求技术先进而成熟,对水质变化适应性强,出水达标且稳定性高,污泥易于处理。针对出水有回用要求的要选用深度处理工艺,对有脱氮、除磷要求的要考虑具有脱氮、除磷效果的工艺。
4. 3. 2 经济节能
“运行费用低、造价低和占地少”是经济节能的基本要求。对于城市污水处理,运行费用主要是“两大因素”:一是提升泵房电耗,一般占运行费用的20% ～30% ,主要与出水水位标高、进水管底高程和工艺流程损失有关;二是鼓风机房电耗,一般占运行费用的50% ～60% ,主要与进出水BOD5 或氨氮等要求有关。因此不同工艺本身对电耗影响较小,即工艺对运行费用的影响相对较小,但造价和占
地则不同,在比较工艺的积极性方面主要是投资和占地因素间的比较。
4. 3. 3 易于管理
操作管理方便,设备可靠且维修简单是基本要
求。目前城市污水处理所采用工艺基本上是基于活性污泥法类型的,因此,曝气设备的选择是运行管理的关键。目前,国内广泛使用的曝气方式可分为机械曝气和鼓风曝气2种:机械曝气设备主要有表面曝气机、转刷(转碟)曝气机等,在使用上设备可靠耐用、维护简单,但效率低、动力消耗大;鼓风曝气设备主要有穿孔管、固定式微孔曝气器及可变微孔管等,总的说来,鼓风曝气较机械曝气的充氧效率高、动力消耗低,但维修时需将构筑物中水放空,维护复杂。尤其是近些年广泛采用的效率最高的橡胶膜微孔曝气器,曝气膜片在污水的侵蚀下很容易损坏,而且在悬浮物较高的情况下易堵塞。所以近几年一些新上马的污水处理厂为了减少运行管理的不便而采用效率低、动力消耗大的机械曝气技术。B iolak工艺采用的悬挂链移动曝气装置具备微孔橡胶曝气器的效率,又因为可以在正常运行的情况下直接将曝气器提出水面检修,不失为未来发展的一个方向。
4. 3. 4 重视环境
污水处理厂的厂区平面布置与周围环境相协调,注意厂内噪声控制和臭气的治理,绿化、道路与分期建设结合好。最大限度地消除二次污染是污水处理厂进行工艺选择必须考虑的因素之一。
4. 4 优选的城市污水处理工艺
在符合国家城市污水处理及污染防治技术政策的条件下,从国内已建污水处理厂的实际建设、运行和管理的经验看,国内的城市污水处理厂的建设和污水处理工艺选取一般考虑诸如:处理规模、受纳水体环境要求、城市经济发展水平和土地资源条件等因素。
4. 4. 1 二级及二级强化污水处理工艺的优选当前适用的污水处理工艺主要为氧化沟(包括其变形工艺)和SBR (包括其变形工艺)工艺,氧化沟和SBR 工艺均可以控制氮、磷,由于氧化沟和SBR工艺占地面积有较大差别,在氧化沟和SBR污水处理工艺之间选择主要考虑土地资源条件,土地资源条件紧张的地区宜采用SBR污水处理工艺,土地资源条件丰富的地区宜采用氧化沟污水处理
工艺。
4. 4. 2 一级强化污水处理工艺的优选
当没有脱氮、除磷要求,在非重点流域和非水源保护区的建制镇建设污水处理厂时,根据当地经济条件和水污染控制要求,可先实行一级强化处理,预留建设二级以上深度处理的能力。
国内运行效果较好的一级强化污水处理工艺主要为AB 法前段工艺,内蒙古自治区赤峰市中心城区污水处理厂就是采用AB法前段污水处理工艺处理城市污水。
4. 4. 3 较优的城市污水处理工艺
城市污水处理工艺优选遵循的原则:符合国家城市污水处理及污染防治技术政策、技术合理、经济节能、易于管理和环境影响小等。针对不同规模、不同背景条件、不同受纳水体要求,根据城市污水原水水质、出水要求和污水处理设施的规模,污泥处置方法及当地温度、工程地质、征地费用和电价等因素进行通盘慎重考虑,建立以工艺、技术、投资、运行、管理、效率、设备和工程等评价因子的多参数评价体系,用此评价体系对选取的城市污水处理工艺进行评价和优选,将评价结果交由专家采用“头脑风暴法”进行再评价和优选。同时,参考全国城市污水处理厂运行的定性与定量评价结果,综合评估出性能较优的城市污水处理工艺(表4)。
4. 5 小城镇污水处理工艺
全国分布着为数众多的小城镇(2000个以上) ,小城镇由于受资金、技术力量和人员素质等方面的制约,不可能像大中城市那样建设集中城市污水处理厂。有针对性地找到适合小城镇污水处理的工艺,在现阶段就显得尤为重要。我国小城镇的污水处理工艺较多,但真正投资省、运行费用低、处理效果好、工艺流程及运行管理简单的污水处理工艺较少,在对国内外中小城镇污水处理工艺进行了大范围筛选,认为以下几种污水处理工艺较适合广大中小城镇,并有着较好的利用前景。
适合小城镇的污水处理工艺有:(1)一体化氧化沟污水处理工艺;(2)传统SBR工艺及其变形污水处理工艺;
(3)B IOLAK悬挂链式污水处理工艺等。
5 城市污水处理工艺的技术经济指标
5. 1 国内已建污水处理设施的基本技术经济指标根据国家经济贸易委员会、建设部和原国家机械局三部委局[ 1 ]对国内已建成的36家污水处理厂的建设经济指标的统计,这36家污水处理厂的基本情况是: > 20 万t/d的有6 座, 10 ～20 万t/d的有
16座, 1～10万t/d的有14座;规模最大的是北京高碑店污水处理厂(100万t/d) ,最小的四川新都污水处理厂( 1万t/d) , 36家污水处理厂的总处理规模为443. 3万t/d。
国内36家已建污水处理厂技术经济指标统计结果为:
5. 1. 1 综合投资指标
处理规模443. 3万t/d的城市污水处理设施总投资为743 415万元(平均约1700元/ t,统计的投资包括污水厂工程、部分管网工程、综合利用的发电及堆肥等工程) ,其中国内资金624 125万元,国外贷款119 290万元,国内投资占总投资的84%。5. 1. 2 污水处理厂(城市污水处理设施的厂内部分)投资指标36家污水处理厂投资一般为800～1600元/ t,国内资金建设的城市污水处理厂平均投资为1164元/ t,利用国外贷款建设的城市污水处理厂平均投资为1517元/ t,利用国外贷款建设的项目比国内资金高约30%。
对于一个处理工艺已确定的污水处理厂,不论采用国外设备还是采用国内设备,其土建投资大致相同,按设备投资占总投资的30%计算,采用国外设备的污水处理厂设备价格是国产设备的2倍。5. 2 污水处理工艺的优选技术经济指标
城市污水处理投资大,运行费用高,为降低污水处理投资和运行成本,因地制宜地进行工艺方案(主要是生物处理方案)比较是必须的。对污水处理方案的比较力求客观全面,在同等进水、出水条件下,其设计参数应包括对各种污染物的去除率、曝气
时间、污泥负荷和容积负荷、曝气量及氧的利用率(及动力效率)和污泥产量(及污泥指数)等做全面分析,数据丰富可以做到集思广益,扬长避短,根据技术上合理,经济上合算,管理方便,运行可靠且有利于近、远期结合的原则,进行污水处理工艺方案的优化选择。
在对国内污水处理设施建设投资及运行费进行广泛调研的基础上,认为不包括管网工程、引进污水处理设备和引进沼气发电设备,较优的城市污水处理厂建设投资及运行费用的技术经济指标为:
(1)污水处理设施建设投资宜控制在1000元/ t左右;
(2)污水处理设施运行费(包括折旧费)宜控制在0. 5元/ t左右。
6 结 论
污水处理工艺的选择是建设城市污水处理设施的重要一环,是城市污水处理厂建设的基础性工作之一。选择合适的污水处理工艺,将影响城市污水处理厂的建设投资、管理运营的难易、运营成本、处理效果、社会效益和环境效益等诸方面,是非常重要的工作。
本文作者以10万t/d以下城市污水处理工艺的国家产业政策要求为基础,对已建城市污水处理厂污水处理工艺进行综合排序,给出现在及将来有发展前途的城市污水处理工艺及综合排序,推荐了有发展前景的城市污水处理新工艺。本文对我国10万t/d以下城市污水处理工艺选取及确定的原则、关注的问题进行了重点介绍,给出了优选的城市污水处理工艺,同时给出了我国城市污水处理设施
的建设及运营的技术经济指标。作者希望本文对我国10万t/d以下城市污水处理工艺的介绍和探讨,能对城市污水处理工艺选取和确定有一定的借鉴作用。
在城市污水处理工艺的筛选和确定上,作者认为根据本城市污水的水质、经济发展水平和受纳环境水体的功能等诸要素进行多方案比选是必须的,也是必要的。污水处理工艺的选择及确定要坚持:“方案选择和比选要‘厚积’、方案的定夺要‘薄发’”。
参考文献
[ 1 ]《全国城市污水处理厂工艺与设备技术经济评价》,国
家经贸委、建设部和原国家机械局, 2001
[ 2 ]《关于印发<城市污水处理及污染防治技术政策>的通
知》,建城[ 2000 ]124号文,建设部、国家环境保护总局、
科技部, 2000
