中小城市污水处理厂设计的几个问题

中小城市污水处理厂设计的几个问题为了保护水体环境，国家已把城市给排水列为基本建设领域重点支持的产业，并提出至2000年我国污水处理率达到25%，2010年污水处理率达到40%的总体目标，要求“七大流域”、“三大湖泊”和重点沿海城市及其近岸海域城市、非农业人口50万以上的城市都要建设城市污水处理厂。据有关资料，2005年我国城市污水排放量达420×108m3，国家在“十五”期间对城市排水设施投资将达1200亿元，而中小城市污水处理项目将占有相当高的比重。为使有限的投资取得好的效益，结合中小城市排水工程现状及建设特点，就中小城市污水处理厂设计的问题谈几点个人看法。2排水管网2.1排水体制排水体制是污水处理厂设计所面临的首要问题，它不仅涉及工程投资、环境保护、工程实施的难易程度，还直接影响污水处理厂的工艺选择。我国的中小城市在长期发展过程中，由于受投资因素的限制及发展模式的影响，现状建成区多为雨污合流制。合流制区域面积至少占建成区面积的80%以上，而且八十年代以前的建成区，建筑密集，各种地下管线拥挤，要改造为分流制，需增设一套污水管网系统，难度非常大。结合近年国内城市污水处理厂建设的情况，本人认为宜采用混合制的排水体制，即城市新区及有条件改造的建成区采用分流制，大部分现状建成区采用截流式合流制，不宜盲目追求分流制。2.2合流污水的溢流问题传统排水观念认为，合流管渠被暴雨释稀溢流，当径污比达到5-7倍时，不会对水体造成危害，事实并非如此。截流式合流制管网系统，应同时考虑暴雨时合流污水溢流对水体环境的影响，对于合流制管网系统设计，应注意以下几个问题：2.2.1截流倍数根据受纳水体的环境容量及排水系统组成,确定合理的截流倍数，减少合流污水的溢流频率及溢流量。一般截流干管取n0=1-2，支管系统适当高于干管的截流倍数，取n0=1-3。2.2.2雨水调蓄结合城市水域水体环境规划及公园绿地建设，利用现有坑塘洼地，在截流干管附近修建调节池，以贮存调节溢流污水，待暴雨过后再将溢流污水送至污水处理厂进行处理。该工程措施可结合城市总体发展规划逐步实施。2.2.3环境评价进行项目的环境影响评价等前期研究工作时，计入雨季溢流的污染物量，修正污水处理厂的尾水排放标准。2.2.4分流制管网与排水系统的连接对于混合制排水体制的管网系统，分流制污水干管应在合流制截流干管的最终溢流井下游接入，严禁先汇流再溢流。3污水处理厂设计规模3.1设计规模的确定在实际工程中经常出现实际进厂水量水质偏离设计规模的现象。有一些工程项目，在初步设计阶段污水量以每平方公里0.5×104～0.8×104m3/d进行估算，或不考虑现状管网的完善程度，把设计年限的用水量乘以折减系数0.8进行估算，即做为污水处理厂的设计水量。对于设计进水水质，仅简单类比其它城市污水处理厂的数据。前期工作薄弱，缺少基础研究，是造成实际进厂水量水质偏离设计规模的主要原因。污水处理厂设计规模包含设计水量及设计进水水质浓度，是污水处理厂工艺选择及设计的基础数据，特别是污水处理厂有除磷脱氮要求时，除需确定常规污染物浓度外，还应确定营养物浓度、碱度等水质特性，应当引起设计人员的足够重视。3.1.1设计水量污水处理厂的水量规模，应根据城市历年供水节水统计资料，以现状年的用水量为基础，以年增长率法预测污水处理厂收水范围内设计年限的需水量，并实测市区主要排污口的水量，以实测污水折减系数确定其水量规模。对于截流式合流制管网系统，还应结合管网设计，计算雨季设计水量，做为工艺选择及各项构筑物计算依据。3.1.2设计进水水质污水处理厂的设计进水水质，在市区选择几个有代表性的排污口，定期实测其水质水量，采用加权平均确定其现状水质浓度，以此为基础，结合其它监测资料并考虑一定余地，确定设计进水水质。因不同城市产业结构的差异，切忌简单类比。3.2近期建设规模污水处理厂设计应进行近期及远期规模的研究，以合理确定工程分期。以远期规模做为污水处理厂选址的依据，其选址用地条件应满足远期处理用地的需要，以利于工程的扩建。对中小城市污水处理厂，近期建设规模不宜过大。原因如下：①中小城市污水管网普及率较低，污水管网的改造耗时较长，至少3-5年。②中小城市基础资料缺乏，存在诸多不确定因素，如产业结构调整、某些重点污染企业的周期性运行等，其水质水量较难准确预测。如果近期建设规模过大，污水处理厂长期达不到设计规模，造成大量设备闲置，投资效益降低。4处理工艺4.1处理工艺类型及选择随着环境及法规的压力，城市污水处理厂普遍采用二级生物处理工艺，在生物法中，有活性污泥法和生物膜法两大类，活性污泥法因其处理效率高，在城市污水处理厂得到广泛应用。活性污泥法有许多种型式，使用广泛的主要有以下三种类型：①传统活性污泥法及其改进型A/0、A2/0、AB工艺，②氧化沟工艺，③SBR工艺。传统活性污泥及其改进型A/0、A2/0、AB工艺，处理单元多，操作管理复杂，尤其是污泥厌氧消化工艺，对管理水平要求较高。污泥厌氧消化可回收一部分能量，根据我国污水处理的实践经验，污水处理厂设计规模达到20×104m3/d以上，才具有经济性。中小城市污水处理厂，设计规模一般在10×104m3/d以下，由于其技术力量相对较弱，采用氧化沟和SBR工艺具有明显优势。其优点如下：（1）氧化沟法和SBR法的抗冲击负荷能力强，能够适应中小城市水质水量变化大的特点。（2）氧化沟和SBR法，通常不设初沉池和污泥消化系统，工艺流程简单，适合管理水平相对较低的中小城市。（3）氧化沟和SBR法的基建费用低。4.2雨水冲击负荷与污泥流失在排水管网为合流制的条件下，进入污水处理厂的污水流量雨天是晴天的2-4倍，当出现雨水冲击负荷时，大量活性污泥从曝气池转移至二沉池，并造成污泥流失。在常规处理系统中，通常设置超越管，在生物曝气池前溢流，或分流部分冲击负荷至二沉池，通过停开曝气器让污泥在曝气池内沉淀，防止污泥流失。但上述方式都不能使有机物得到有效降解。改进型Orbal氧化沟工艺和SBR工艺可解决上述问题。4.2.1改进型Orabl氧化沟工艺Orabl氧化沟由三条椭圆形同心沟渠组成，污水由外沟依次进入中间沟及内沟，各沟内的有机物浓度和溶解氧浓度均不相同，在去除有机物的同时，可实现除磷脱氮的目的。经改进的Orabl氧化沟设计为雨水分流的运行模式，当雨水高峰流量发生时，可将进水切换至中间沟道，而回流污泥仍连续送往外沟道，使其在外沟道贮存并得到曝气，可有效地防止活性污泥的流失，同时使有机物得到降解。当雨水冲击负荷停止后，系统切换至正常运行状态。4.2.2SBR工艺SBR是一种间歇式的活性泥泥系统，其基本特征是在一个反应池内完成污水的生化反应、固液分离、排水、排泥。可通过双池或多池组合运行实现连续进出水。SBR通过对反应池曝气量和溶解氧的控制而实现不同的处理目标，具有很大的灵活性。SBR池通常每个周期运行4-6小时，当出现雨水高峰流量时，SBR系统就从正常循环自动切换至雨水运行模式，通过调整其循环周期，以适应来水量的变化。SBR系统通常能够承受3-5倍旱流量的冲击负荷。5污水回用我国属世界12个贫水国家之一，人均水资源占有量仅2400m3，尤其北方地区人均水资源占有量仅200-400m3，水资源的紧缺状况在一定程度上限制了工农业生产和城市的发展，许多城市不得不到几十公里以外开辟水源，其投资在1000元/m3以上，制水成本高达1.0元/m3以上。相比之下，城市污水处理厂二级处理的尾水，是一种稳定的水资源，经过处理后可做为工业冷却洗涤用水、市政杂用水及城市河道湖面的景观用水，其投资约200-300元/m3，制水成本在0.30元/左右。我国的天津、大连、太原、青岛、泰安等地污水回用的工程实践，充分证明了城市污水回用的经济性。中小城市工业用水量约占总用水量的50%-70%以上，其中冷却、洗涤等用水量大但水质要求不高。在中小城市污水处理厂设计中，应研究污水回用的可能性，调查研究回用对象及水质要求，并结合回用水水质要求进行污水处理工艺选择，进行厂区总平面布置时，应考虑污水回用的处理用地。