摘　要: 本文主要介紹了選擇中小規(guī)模城市污水處理廠工藝流程的依據(jù)、原則和方法, 并根據(jù)不同的條件推薦了適用的工藝流程。

關(guān)鍵詞: 城市污水處理; 工藝流程; 原則; 方法

1　前言

根據(jù)我國(guó)發(fā)展規(guī)劃, 2010 年全國(guó)設(shè)市城市和建制鎮(zhèn)的污水平均處理率不低于50% , 設(shè)市城市的污水處理率不低于60% , 重點(diǎn)城市的污水處理率不低于70%。為了引導(dǎo)城市污水處理及污染防治技術(shù)的發(fā)展, 加快城市污水處理設(shè)施的建設(shè), 2000 年5 月國(guó)家建設(shè)部、環(huán)境保護(hù)局和科技部聯(lián)合印發(fā)了《城市污水處理及污染防治技術(shù)政策》。本文將結(jié)合該政策的內(nèi)容, 主要研究日處理能力為10 萬(wàn)m 3 以下, 特別是1～ 5 萬(wàn)m 3.d 規(guī)模的城市污水處理廠適用的各種處理工藝流程的比較和選擇, 從而確定不同條件下適用的較優(yōu)工藝流程。

1　中小規(guī)模城市污水處理廠工藝流程概述

二級(jí)生物處理指利用水中的微生物來(lái)去除污水中的碳源有機(jī)物, 二級(jí)強(qiáng)化生物處理是指除利用微生物來(lái)去除污水中的碳源有機(jī)物外, 還需去除污水中的氮和磷。城市污水二級(jí)及二級(jí)強(qiáng)化處理一般以好氧生物處理為主, 好氧處理可分為活性污泥法和生物膜法兩大類。
活性污泥法是利用河川自凈原理, 人工創(chuàng)建的生化凈化污水處理方法。中小規(guī)模城市污水廠適用的方法主要有AB 法、SBR 法、氧化溝法、AO 法、 A 2O 法、水解好氧法等。

生物膜法是利用土壤自凈原理發(fā)展起來(lái)的, 通過(guò)附著在各種載體上的生物膜來(lái)處理污水的好氧生物處理法, 主要包括生物轉(zhuǎn)盤、生物濾池和生物接觸氧化法等工藝。

2　污水處理工藝流程選擇的依據(jù)和原則

2. 1　污水處理級(jí)別的確定

選擇污水處理工藝流程時(shí)首先應(yīng)按受納水體的性質(zhì)確定出水水質(zhì)要求, 并依此確定處理級(jí)別, 排水應(yīng)達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978- 1996)。
設(shè)市城市和重點(diǎn)流域及水資源保護(hù)區(qū)的建制鎮(zhèn)必須建設(shè)二級(jí)污水處理設(shè)施; 受納水體為封閉或半封閉水體時(shí), 為防治富營(yíng)養(yǎng)化, 城市污水應(yīng)進(jìn)行二級(jí)強(qiáng)化處理, 增強(qiáng)除磷脫氮的效果; 非重點(diǎn)流域和非水源保護(hù)區(qū)的建制鎮(zhèn), 根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)條件和水污染控制要求, 可先行一級(jí)強(qiáng)化處理, 分期實(shí)現(xiàn)二級(jí)處理。

2. 2　工藝流程選擇應(yīng)考慮的技術(shù)因素

處理規(guī)模; 進(jìn)水水質(zhì)特性, 重點(diǎn)考慮有機(jī)物負(fù)荷、氮磷含量; 出水水質(zhì)要求, 重點(diǎn)考慮對(duì)氮磷的要求以及回用要求; 各種污染物的去除率; 氣候等自然條件, 北方地區(qū)應(yīng)考慮低溫條件下穩(wěn)定運(yùn)行; 污泥的特性和用途。 2. 3　工藝流程選擇應(yīng)考慮的技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素〔3〕批準(zhǔn)的占地面積, 征地價(jià)格; 基建投資; 運(yùn)行成本; 自動(dòng)化水平, 操作難易程度, 當(dāng)?shù)剡\(yùn)行管理能力。

2. 4　工藝流程選擇的原則

保證出水水質(zhì)達(dá)到要求; 處理效果穩(wěn)定, 技術(shù)成熟可靠、先進(jìn)適用; 降低基建投資和運(yùn)行費(fèi)用, 節(jié)省電耗; 減小占地面積; 運(yùn)行管理方便, 運(yùn)轉(zhuǎn)靈活; 污泥需達(dá)到穩(wěn)定; 適應(yīng)當(dāng)?shù)氐木唧w情況; 可積極穩(wěn)妥地選用污水處理新技術(shù)。

3　污水處理工藝流程的比較和選擇方法〔2、3、4、5〕

在選定污水處理工藝流程時(shí)可以采用下面介紹的一種或幾種比較方法。

3. 1　技術(shù)比較

在方案初選時(shí)可以采用定性的技術(shù)比較, 城市污水處理工藝應(yīng)根據(jù)處理規(guī)模、水質(zhì)特性、排放方式和水質(zhì)要求、受納水體的環(huán)境功能以及當(dāng)?shù)氐挠玫�、氣候、�?jīng)濟(jì)等實(shí)際情況和要求, 經(jīng)全面的技術(shù)比較和初步經(jīng)濟(jì)比較后優(yōu)選確定。

方案選擇比較時(shí)需要考慮的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括: 處理單位水量投資、削減單位污染物投資、處理單位水量電耗和成本、削減單位污染物電耗和成本、占地面積、運(yùn)行性能可靠性、管理維護(hù)難易程度、總體環(huán)境效益等。

定性比較時(shí)可以采用有定論的結(jié)論和經(jīng)驗(yàn)值等, 而不必進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。幾種常用生物處理方法的比較見(jiàn)表1。

3. 2　經(jīng)濟(jì)比較

在選定最終采用的工藝流程時(shí), 應(yīng)選擇2～ 3 種工藝流程進(jìn)行全面的定量化的經(jīng)濟(jì)比較。可以采用年成本法或凈現(xiàn)值法進(jìn)行比較。

3. 2. 1　年成本法。將各方案的基建投資和年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用按標(biāo)準(zhǔn)投資收益率, 考慮復(fù)利因素后, 換算成使用年限內(nèi)每年年末等額償付的成本- 年成本, 比較年成本最低者為經(jīng)濟(jì)可取的方案。

3. 2. 2　凈現(xiàn)值法。將工程使用整個(gè)年限內(nèi)的收益和成本(包括投資和經(jīng)營(yíng)費(fèi)) 按照適當(dāng)?shù)馁N現(xiàn)率折算為基準(zhǔn)年的現(xiàn)值, 收益與成本現(xiàn)行總值的差額即凈現(xiàn)值, 凈現(xiàn)值大的方案較優(yōu)。

3. 2. 3　多目標(biāo)決策法。多目標(biāo)決策是根據(jù)模糊決策的概念, 采用定性和定量相結(jié)合的系統(tǒng)評(píng)價(jià)法。按工程特點(diǎn)確定評(píng)價(jià)指標(biāo), 一般可以采用5 分制評(píng)分, 效益最好的為5 分, 最差的為1 分。同時(shí), 按評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性進(jìn)行級(jí)差量化處理(加權(quán)) , 分為極重要、很重要、重要、應(yīng)考慮、意義不大五級(jí)。取意義不大權(quán)重為1 級(jí), 依次按2n- 1 進(jìn)級(jí), 再按加權(quán)數(shù)算出評(píng)價(jià)總分, 總分最高的為多目標(biāo)系統(tǒng)的最佳方案。評(píng)價(jià)指標(biāo)項(xiàng)目及權(quán)重應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目具體情況合理確定。

例如確定某城市污水處理廠工藝流程時(shí)采用了表2 所示的評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重:

進(jìn)行工藝流程選擇時(shí), 可以先根據(jù)污水處理廠的建設(shè)規(guī)模, 進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)和排放所要求的處理程度, 排除不適用的處理工藝, 初選2～ 3 種流程, 然后再針對(duì)初選的處理工藝進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比后確定最終的工藝流程。

4　中小規(guī)模城市污水廠處理工藝流程選擇的探討〔6、7、8〕

4. 1　根據(jù)進(jìn)水有機(jī)物負(fù)荷選擇處理工藝

進(jìn)水BOD5 負(fù)荷較高(如> 250m g.L ) 或生化性能較差時(shí), 可以采用AB 法或水解- 生物接觸氧化法、水解- SBR 法等; 進(jìn)水BOD5 負(fù)荷較低時(shí)可以采用SBR 法或常規(guī)活性污泥法等。

4. 2　根據(jù)處理級(jí)別選擇處理工藝

二級(jí)處理工藝可選用氧化溝法、SBR 法、水解好氧法、AB 法和生物濾池法等成熟工藝技術(shù), 也可選用常規(guī)活性污泥法; 二級(jí)強(qiáng)化處理要求除磷脫氮, 工藝流程除可以選用AO 法、A 2O 法外, 也可選用具有除磷脫氮效果的氧化溝法、CA SS 法和水解- 接觸氧化法等; 在投資有限的非重點(diǎn)流域縣城, 可以先建設(shè)一級(jí)強(qiáng)化處理廠, 采用水解工藝、生物絮凝吸附(即AB 法的A 段) 和混凝沉淀等物化強(qiáng)化一級(jí)處理, 待資金等條件成熟后再續(xù)建后續(xù)生物處理工藝, 形成水解好氧法、AB 法等完整工藝。

4. 3　根據(jù)回用要求選擇處理工藝

嚴(yán)重缺水地區(qū)要求污水回用率較高, 應(yīng)選擇 BOD5 和SS 去除率高的污水處理工藝, 例如采用氧化溝或SBR 工藝, 使BOD5 和SS 均達(dá)到20m g.L 以下甚至更低, 則回用處理只需要直接過(guò)濾就可以達(dá)到生活雜用水標(biāo)準(zhǔn), 整個(gè)污水處理及回用廠流程非常簡(jiǎn)捷、經(jīng)濟(jì)。

如果出水將在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)用于農(nóng)灌, 解決缺水問(wèn)題, 則處理目標(biāo)可以以去除有機(jī)物為主, 適當(dāng)保留肥效。

4. 4　根據(jù)氣候條件選擇處理工藝

冰凍期長(zhǎng)的寒冷地區(qū)應(yīng)選用水下曝氣裝置, 而不宜采用表面曝氣; 生物處理設(shè)施需建在室內(nèi)時(shí), 應(yīng)采用占地面積小的工藝, 如UN ITAN K 等; 水解池對(duì)水溫變化有較好的適應(yīng)性, 在低水溫條件下運(yùn)行穩(wěn)定, 北方寒冷地區(qū)可選擇水解池作為預(yù)處理; 較溫暖的地區(qū)可選擇各種氧化溝和SBR 法。

4. 5　根據(jù)占地面積選擇處理工藝

地價(jià)貴、用地緊張的地區(qū)可采用SBR 工藝(尤其是UN TAN K) ; 在有條件的地區(qū)可利用荒地、閑地等可利用的條件, 采用各種類型的土地處理和穩(wěn)定塘等自然凈化技術(shù), 但在北方寒冷地區(qū)不宜采用。用水解池作為穩(wěn)定塘的預(yù)處理, 可以改善污水的生化性能, 減小穩(wěn)定塘的面積。

4. 6　根據(jù)基建投資選擇處理工藝

為了節(jié)省投資, 應(yīng)盡量采用國(guó)內(nèi)成熟的, 設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率較高的工藝。

基建投資較小的處理工藝有水解- SBR 法、 SBR 法及其變型、水解- 活性污泥法等。用水解池作預(yù)處理可以提高對(duì)有機(jī)物的去除率, 并改善后續(xù)二級(jí)處理構(gòu)筑物污水的生化性能, 可使總的停留時(shí)間比常規(guī)法少30%。采用水解- 好氧處理工藝高效節(jié)能, 其出水水質(zhì)優(yōu)于常規(guī)活性污泥法。
氧化溝法在用于以去除碳源污染物為目的二級(jí)處理時(shí), 與各種活性污泥法相比, 優(yōu)勢(shì)不明顯, 但用于還須去除氮磷的二級(jí)強(qiáng)化處理時(shí), 則投資和運(yùn)行費(fèi)用明顯降低。

4. 7　根據(jù)運(yùn)行費(fèi)用選擇處理工藝

節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用的途徑有降低電耗、減少污泥量、減少操作管理人員等。電耗較低的流程有自然凈化、氧化溝、生物濾池、水解好氧法等, 污泥量較少的有氧化溝和SBR 等, 自動(dòng)化程度高、管理簡(jiǎn)單的流程有SBR 等。綜合比較, 在基建費(fèi)相當(dāng)?shù)臈l件下, 運(yùn)行費(fèi)用較低的處理方法有氧化溝、SBR、水解好氧法等。

4. 8　污泥處理

中小規(guī)模城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥可進(jìn)行堆肥處理和綜合利用, 采用延時(shí)曝氣的氧化溝法、SBR 法等技術(shù)的污水處理設(shè)施, 污泥需達(dá)到穩(wěn)定化。

4. 9　可以推廣應(yīng)用的新工藝

在盡量采用成熟可靠工藝流程的同時(shí), 也要研究開(kāi)發(fā)適用于北方地區(qū)中小污水廠的新工藝, 或?qū)徤鞑捎脟?guó)內(nèi)外新開(kāi)發(fā)的高效經(jīng)濟(jì)的先進(jìn)工藝技術(shù)。城市污水處理新工藝應(yīng)向簡(jiǎn)單、高效、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展, 各類構(gòu)筑物從工藝和結(jié)構(gòu)上都應(yīng)向合建一體化發(fā)展。

目前可以重點(diǎn)考慮應(yīng)用和推廣使用的流程有一體化氧化溝技術(shù)、CA SS 、UN ITAN K 和膜法等。

5　結(jié)束語(yǔ)

城市污水處理工藝應(yīng)根據(jù)污水水質(zhì)特性、排放水質(zhì)要求, 以及當(dāng)?shù)氐挠玫�、氣候、�?jīng)濟(jì)等實(shí)際情況, 經(jīng)全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后優(yōu)選確定。處理水量在10 萬(wàn)m 3 以下的城市污水處理廠可以優(yōu)先考慮的處理工藝有水解- SBR 法、SBR 法、氧化溝法、AB 法、水解- 接觸氧化法、AO 法等, 如果條件適宜也可采用穩(wěn)定塘等自然凈化工藝。

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