从城市污水收集与处理策略分析曝气生物滤池工艺的应用冉华奉

从城市污水收集与处理策略分析曝气生物滤池工艺的应用冉华奉Sh刁刀岁了盯21》ZVZr口刀mne勿了5`i`zZces从城市污水收集与处理策略分析曝气生物滤池工艺的应用APPlieationAnalysisonBiologiealAeratedFilterProeessfromCountermeasureofColIeetionandTreatmentofMunieiPalSewage冉华奉杜文华(同济大学污染拉制与资源化研究国家重点实验室,上海200092)RanHuafengDuW七nhua(StateKCyLab.PollutionControlandResoucreReuse,OTn自1University,ShanghiaZ《XX为2)摘要城市污水处理厂目前存在占地面积大、管道收集系统投资大和不利于污水回用的缺陷。传统污水处理工艺由于负荷低、占地大,难以解决这些缺陷。曝气生物滤池工艺占地小、效率高、能解决污水处理厂的臭气污染问题,使得城市污水处理厂可以靠近市区建设.从而降低管道收集系统投资,为今后污水回用创造条件。从城市污水收集和处理总投资看.污水处理厂分散建设有时更经济.因而曝气生物滤池工艺在分散建设的城市污水处理厂中会得到越来越大的应用。关键词:城市污水污水处理厂曝气生物滤池占地面积臭气污染1前言目前,我国总的城市污水处理率并不高,二级处理率仅巧%,每年有近300/IO8m,城市污水未经任何处理直接排入江河湖泊[’],严重污染环境。当前,我国的城市污水处理厂二级处理工艺主要是氧化沟、一体化反应池(UNITANK)工艺、改进的间歇式活性污泥法(SBR)、厌氧一缺氧一好氧(A,O)工艺、吸附一生物降解(AB)工艺、CASS工艺等,处理深度大多要求脱氮,部分要求脱氮除磷。由于上述工艺处理负荷低,水力停留时间长,因此我国的污水处理厂占地庞大,不得不建在远离城区的地方,造成管道收集系统投资大,且不利于污水回用。为了降低城市污水收集和处理总投资,方便远期污水回用,城市污水分散处理已势在必行。这就要求污水处理厂建在市内,因而要求一种占地面积少、出水水质好的污水处理工艺。曝气生物滤池(iBologicalAeratedFilter,简称BAF)工艺负荷高,省去了二沉池,占地面积小,且出水水质好,因此符合污水处理厂分散建设的要求。本文将从污水收集和处理策略两方面分析BAF工艺在城市污水处理领域的应用前景。2对城市污水处理厂集中与分散建设的思考2.1城市污水处理厂分散建设能降低污水收集与处理总投资建设城市污水处理厂一直存在一个分散与集中的矛盾。若建设大规模污水处理厂,其单位水量的建设和处理费用比小规模污水处理厂低,但前提是必须首先建设庞大的污水收集系统,有时还需修建污水中途泵站。这个污水收集系统投资惊人,据估计,占污水处理厂投资的80%左右,甚至更多。如处理量为5万m3d/的某污水处理厂工程121,总投资为1.1亿元,其中污水处理厂投资为4666万元,而排水干管全长46.6km,投资6300多万元,排水干管投资是污水处理厂投资的135%。若污水处理厂分散建设,不但污水收集管道短,而且管径小,因而管道投资比污水处理厂集中建设少得多。从污水处理厂及其污水收集系统的总投资来看,分散处理有时会比集中处理更经济。2.2城市污水处理厂分散建设有利于污水回用我国684座城市中有400多座城市缺水l’],因此城市污水经过深度处理后回用已是不得不考虑的事情。我国北方部分城市已开始建设以回用为目的的污第一作者冉华奉,男,1973年生,1996年毕业于重庆大学,工程师,现为在读硕士生。一110一君曲;`,毛钟奋2003年增刊`穷Zanhg口jZ方ZF”飞〕nmenl口j及牙巴n`浓s水处理厂,如天津市就计划于2005年前完成纪庄子污水处理厂和东郊污水处理厂的污水回用扩建工程3I],污水回用于农田灌溉、景观绿化、工业冷却、洗车等,总回用水量为23.18万m3d/,总投资为3.86亿元。倘若将污水处理厂建在郊区,不但需要投巨资建设从市区到污水处理厂的排水管道,而且将投资铺设从郊区污水处理厂到市区的回用给水管道,这是相当不经济的、不合理的。2.3旧城区污水达标排放改造宜分散建设城市污水处理厂由于以往人们缺乏环保意识,许多城市的污水未经任何处理就排人江河湖泊。为了节省管线投资,污水宜就近收集、就近排放。因此这些旧城区均按城市地形划分成了若干排水区域,每个排水区域的污水管线独成系统,亦即是分散建设的。在进行污水达标排放改造时,宜根据污水收集管线分散建设的特点,分散建设污水处理厂。这样只需在原排人水体的排放管前设置一个相对较小的污水处理厂即可。若污水处理厂集中建设在郊区,则需要敷设相当长的截流干管,将若干直接排人水体的污水收集起来,且一般需要增加污水中途泵站,这样改造费用较高。如湖南省湘潭市河西污水处理厂的配套工程就包括长为7km的沿江截流干管和3个中途泵站l4]。我国大部分城市紧靠江河湖泊、且许多城市被市内河流分隔。如上海市内有长江和苏州河,武汉被长江和汉江分隔成武昌、汉口和汉阳3个区,天津市内有海河流过,成都市内有府南河流过。对于这些城市,最经济的办法是根据河流和地形将整个城市分成若干个排水区,每区靠近河流单独建设污水处理厂,污水经过处理后就近排人河流。倘若污水处理厂建在郊区,就会出现截流干管沿着河流铺设而不能排人河流的尴尬局面(如湖南省湘潭市河西污水处理厂),这是不经济的。城市污水分散处理在日本较为流行。日本的大中城市都划分成若干污水处理区,每个处理区都设有污水处理厂。例如日本首都东京就被划分成10个污水处理区l5],共有11个污水处理厂;京都被划分成了4个污水处理区,每区建有单独的污水处理厂。这为我国城市污水处理厂的建设提供了新的思路。3BAF工艺的特点和优势3.1工艺特点BAF工艺滤池内装填粒径3一smm的滤料,滤料高度2.5一4m。经培养后滤料表面生长大量微生物,由于周期性的反冲,生物膜活性高,有机负荷比常规处理方法高5倍,可达6kg(COD)/(m,·d)以上。由于滤料直径小,该工艺无需二沉池,出水55可达到国家二级排放标准。运行一段时间后,BAF滤池需进行反冲。反冲时既要冲掉滤料表面截留的55及多余的生物膜,又要保留新鲜生物膜,以保持其快速降解有机物的高效性。按AO工艺模式运行的BAF工艺具有很好的脱氮效果,在此基础上投加化学药剂(如eF1C3)可达到脱氮除磷的目的。具有脱氮除磷功能的BAF工艺流程见图1。3.1.1占地面积小FeCI:(除磷)图1BA「工艺流程Figure1FlowProeessofBAF一111—从城市污水收集与处理策略分析曝气生物滤池工艺的应用冉华奉5内刁刀岁2盯肠,`打1,刀men细了5`2证泞ZcesBAF滤池有机负荷比常规曝气池高5倍,因而滤池占地面积大大低于曝气池。由图1可见,该工艺彻底取消了二沉池和回流至曝气池的污泥回流系统。因此,BAF工艺占地面积仅为其他工艺的10%一30%。ChenJJ、McCartyD、SlaekD等指出[6],泥龄长、水力停留时间短、占地面积小是BAF工艺惟一的特点。Bolfe;M、GujerW、TsehuiM的实验表明[,],对一个450om,/d的污水处理厂进行扩建以达到脱氮目的,各工艺需要增加的占地面积和容积见表1。表1各工艺需要增加的占地面积和容积’)Table1LandoeeuPiedandvolumeInsomeProcesses处理工艺新增净占地面积(mZ)新增总占地面积(mZ)新增净反应池容积(m,)活性污泥法BioPur工艺Biostyr工艺465885l81527023519154981541)表中Biopur和Biostyr工艺均为BAF工艺的一种。由表1可见,BAF工艺新增的占地面积和反应池容积均比活性污泥法小得多。PlljolR、HamonM、KandelX等指出[8],现在的城市污水处理厂越来越靠近市区,甚至成为城市绿化的一部分。当可利用的占地面积较小时,活性污泥法工艺是竞争不过BAF工艺的。以前的城市污水处理厂之所以建在郊区,最主要的原因在于污水处理厂占地面积非常大,人们往往希望市区用于商业投资,而不是用于建造一个庞大的污水处理厂。因此,分散建设的污水处理厂必须占地面积相当小。由表1可见,BAF工艺占地面积比活性污泥法小得多,能满足分散建设的要求。同时,由于占地面积大幅度减少,征地费用也将大幅度降低。这样,人们就可以在市区为污水处理厂选择一个建造场所,比如河流、湖泊附近的荒地、公园等。3.1.2出水水质好国内外的试验和运行资料显示f9,’“],BAF工艺去除55、COD和NH3一N、NOj一N的效果都非常好。据朱乐辉介绍9[],污水经过沉砂一初沉一BAF工艺处理后,COD由48omg/L降为56mg/L,去除率为88.3%:BODS由Z16mg/L降为17mg/L,去除率为92.1%:55由350mg/L降为14mg/L,去除率为96%。pujolR、TaralloS发现[’“],两级BAF滤池脱氮负荷高达l一l.Zkg(Nq一N)/(m,·d)。不加外来碳源时,总氮去除率达70%;添加甲醇为外来碳源时,总氮去除率达85%。3.1.3电耗低法国PERPIGNAN城市污水处理厂服务人口16万人,采用B^Fl艺。1992年KleiberB、RoudonG等人!”〕对该污水处理厂曝气生物滤池的运行数据统计显示,出水水质越好,所需能耗越高;出水水质越差,所需能耗越低。当出水COD为70mg/L(欧洲新排放标准)时,去除COD的电耗为0.80~0.90(kw·h)/gk。文献【12]给出以下工艺去除COD的电耗一般为:AB法1.10(kw·h)/kg,SBR工艺1.24(kw·h)/kg,氧化沟工艺1.45(kw·h)/kg,传统活性污泥法1.32(kw·h)k/g。由此可见,BAF工艺电耗略低于其他工艺。3.2解决污水处理厂分散建设的臭气污染问题臭气污染也是人们不愿将城市污水处理厂建在市内的因素之一。根据郭静、尚巍分析[”],污水处理厂恶臭发生源主要是储泥池、污泥浓缩池、污泥脱水机房以及曝气池和格栅井处。污泥处理构筑物都很小,其臭气便于集中处理。而采用其他工艺的曝气池面积、体积都很庞大,其臭气难以集中,造成整个污水处理厂臭气污染,影响附近居民生活。若采用BAF工艺处理城市污水,其滤池占地比曝气池小得多,因而可以将滤池建成封闭体系,从而为臭气集中处理提供了条件。分散建设的城市污水处理厂需要占地面积相当小的工艺,BAF工艺符合这样的要求,而且出水水质好,还可以将滤池散发的臭气收集起来集中处理,不致于影响附近居民生活。因此,分散建设的城市污水处理厂宜选择BAF工艺。4BAF工艺的不足和改进措施BAF工艺有机负荷高,导致反冲频繁,操作管理较为复杂。该工艺用于城市污水处理时,其反冲周期约为ld,反冲时l间为一5一3omin。BAF滤池对进水55要求较高。一般而言,进水55要求在100mg/L以内。一般城市污水55为200~25omg/L,一级处理55去除率为40%一60%,这样,BAF滤池的进水55值能满足要求。为了降低BAF滤池的进水55,从而延长反冲周期,可以在初沉池内投加混凝剂,但这样会增加运行费用;也可以将初沉池改为水解酸化池。国内利用水解酸化池一BAF工艺处理啤酒废水和卷烟废水都取得了成功【’4·”}。一112一J脚;不袖针奋2003年增刊5内anhgajl了zZi7r口n胡enf口/5〔,口nces目前具有脱氮除磷功能的污水处理工艺都存在不足之处。其中,BAF工艺采用化学法除磷,药剂费用较高;AZO工艺采用生物法除磷,水力停留时间较长。由于BAF工艺用于城市污水处理在我国尚处于起步阶段,因此设计参数极为欠缺,这也是制约该工艺在我国得到广泛应用的因素之一。因此必须大胆探索,引进国外设计、运行的参数和管理经验,以使BAF工艺在我国早日成熟起来。5结语BAF工艺占地面积小、出水水质好,是适合我国国情的污水处理新工艺之一,在分散建设的城市污水处理厂中可进行尝试。