大型城市污水處理廠的清潔工藝分析

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境要求的提高,清潔生產(chǎn)成為了環(huán)境保護(hù)的重要組成部分。本文就某一城市污水廠的清潔生產(chǎn)進(jìn)行分析。為進(jìn)行清潔生產(chǎn),對(duì)城市污水處理廠的處理水量、水質(zhì)及處理工藝進(jìn)行了介紹分析。對(duì)污水處理過(guò)程中主要產(chǎn)生的污染源及處理中的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析,確定了整個(gè)污水處理過(guò)程審核重點(diǎn),并詳細(xì)分析了可采取的清潔生產(chǎn)方案,確定持續(xù)清潔生產(chǎn)目標(biāo)。通過(guò)清潔生產(chǎn)評(píng)估,使污水處理廠取得更好的社會(huì)效益和環(huán)境效益,為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入了新的活力。

關(guān)鍵詞：城市污水處理;清潔生產(chǎn)

城市是一個(gè)工業(yè)和人口,能流和物流高度密集的人工生態(tài)系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中,水污染治理成為城市生態(tài)物質(zhì)代謝循環(huán)的重要前提,也是保護(hù)城市水質(zhì)資源和居民生活環(huán)境的重要條件,因而城市污水處理廠成為城市的一個(gè)重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施[1]。清潔生產(chǎn)是將整體預(yù)防的環(huán)境戰(zhàn)略持續(xù)應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程、產(chǎn)品和服務(wù)中,以增加生態(tài)效應(yīng)和減少對(duì)人類(lèi)及環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)[2~5]。城市污水廠的清潔生產(chǎn)可通過(guò)采用先進(jìn)的工藝技術(shù)與設(shè)備、加強(qiáng)質(zhì)量管理,合理利用原料,充分利用廢棄物資源,提高資源、能源利用率,減少或避免污染物產(chǎn)生,降低污染物的排放[6]。

某城市污水處理廠的污水處理系統(tǒng)服務(wù)城市面積50余平方公里,服務(wù)人口60余萬(wàn),占地約110000m2,建筑面積約17000m2,設(shè)計(jì)處理能力約20萬(wàn)m3/d。一期工程含:污水處理廠、與之相配套的28公里截污干管及沿線5座泵站�？偼顿Y約10億元人民幣。2001年12月動(dòng)工建設(shè),2003年10月底基本建成,2004年5月啟動(dòng)污水運(yùn)行。根據(jù)國(guó)家制定的清潔生產(chǎn)的相關(guān)法規(guī)以及相關(guān)方面[7,8]的要求,該廠于2006年開(kāi)展包括2005年在內(nèi)的清潔生產(chǎn)審核工作,本文介紹該審核工作情況、采取的措施及實(shí)施成果。

1　污水水量、水質(zhì)

水處理廠的廢水主要來(lái)源于生活污水,最終都進(jìn)入污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理,日處理水量達(dá)20萬(wàn)噸。其中主要的污染物監(jiān)測(cè)參數(shù)包括:BOD5、COD、SS、T-P、NH3-N、T-N、大腸桿菌數(shù),根據(jù)2005年統(tǒng)計(jì)各種污染物的平均濃度分別為:BOD5:99·5mg/L、COD:167mg/L、SS:119mg/L、T-P:2·79mg/L、NH3-N:19·4mg/L、T-N:26·39mg/L、大腸桿菌數(shù)6623個(gè)/L,且每日變化幅度大,極為不穩(wěn)定,主要波動(dòng)范圍為:BOD5:21·9~263mg/L、COD:39~454mg/L、SS:36~683mg/L、T-P:1·06~6·01mg/L、NH3-N:1·3~30·8mg/L、T-N:5·7~41·8mg/L、大腸桿菌數(shù):2950~13800個(gè)/L。

2　水處理工藝

該污水廠處理工藝見(jiàn)下圖,主要為改良A2/O工藝。污水被泵打入均衡池后先經(jīng)過(guò)格柵,去除污水中顆粒直徑大于5mm的懸浮物,防止堵塞后續(xù)單元的機(jī)器、水泵或工藝管線。再泵入渦流沉砂池,渦流式沉砂池為圓形結(jié)構(gòu),污水從切線方向進(jìn)入池中,進(jìn)水渠道的末端設(shè)有向下傾斜的斜坡,與水流的切線方向保持一致,在池內(nèi)產(chǎn)生了螺旋狀的環(huán)行水流。在重力及離心力的作用下,砂子沉入池底的集砂坑中,而比重較輕的有機(jī)物則在葉輪與水流雙重作用下與砂分離,上浮到沉砂池表面隨水流流出。污水經(jīng)過(guò)物理處理后,進(jìn)入核心的生物反應(yīng)池,采用改良的A2/O工藝,利用生物降解水體有機(jī)污染物并除磷脫氮。最后,在二沉池中,利用重力的作用使活性污泥與處理后的污水分離,并使污泥得到一定的濃縮,池體采用中進(jìn)周出幅流式二沉池。此外,采用紫外消毒系統(tǒng)對(duì)處理水進(jìn)行消毒,殺滅其中的病菌和病毒。經(jīng)消毒后的處理水排入河中。

具體處理情況見(jiàn)表1,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明各種污染物的綜合排放達(dá)標(biāo)率為95%。不達(dá)標(biāo)的主要有T-P、大腸桿菌、COD。

3　主要污染源分析

針對(duì)該廠的整個(gè)污水處理過(guò)程進(jìn)行分析,主要可能產(chǎn)生污染的情況有水、氣、聲、固廢等四方面的來(lái)源。整個(gè)污水處理廠的污染源主要表現(xiàn)見(jiàn)表2。

水處理廠的廢水主要來(lái)源于生活污水和廢水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污水,最終都進(jìn)入污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理,其中主要的污染物是BOD5、COD、SS、T-P、NH3-N、T-N·進(jìn)廠廢水每日變化幅度大,極為不穩(wěn)定。主要水質(zhì)特征同第一節(jié)的水質(zhì)特征。水處理廠的廢水通過(guò)水處理裝置處理達(dá)標(biāo)后外排入河流。2005年該廠各種污染物的綜合排放達(dá)標(biāo)率為:95%。不達(dá)標(biāo)的主要有T-P、大腸桿菌、COD。分析得出不達(dá)標(biāo)的原因有:(1)污水處理廠進(jìn)水的污染物濃度變化范圍太大,在短時(shí)間內(nèi)輸送到廠內(nèi)產(chǎn)生超負(fù)荷沖擊,對(duì)處理階段的工藝控制帶來(lái)嚴(yán)重的影響。(2)污水處理廠因不規(guī)范操作,在沒(méi)有監(jiān)控的情況下,為節(jié)約運(yùn)行成本而有段時(shí)間沒(méi)有開(kāi)動(dòng)紫外消毒系統(tǒng),導(dǎo)致大腸桿菌等超標(biāo)。廢氣污染源主要為各泵站、運(yùn)行班、脫水機(jī)房范圍內(nèi)的污水、污泥產(chǎn)生少量含有胺類(lèi),硫化氫,甲基吲哚等化學(xué)成分的臭氣,具體情況見(jiàn)表3,排放方式為無(wú)規(guī)律排放。

主要噪聲源來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)房固、脫水機(jī)房中泵和鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行,目前通過(guò)隔音處理措施基本能達(dá)到較好的隔音效果,具體噪聲源情況見(jiàn)表4。

固體廢物最大的來(lái)源是脫水機(jī)房的脫水污泥、生活垃圾等。具體情況見(jiàn)表5。

4　確定審核重點(diǎn)

對(duì)于污水處理廠的清潔生產(chǎn)來(lái)說(shuō),確定備選審核重點(diǎn)的原則[2]及應(yīng)考慮的因素有:(1)污染物產(chǎn)生量大,排放量大的環(huán)節(jié);(2)廢水中病菌毒性危害水體的環(huán)節(jié);(3)一旦采取措施,容易產(chǎn)生顯著環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的環(huán)節(jié);(4)物流進(jìn)出口多、量大、控制較難的環(huán)節(jié);(5)公眾反映強(qiáng)烈,投訴最多的問(wèn)題;(6)在區(qū)域環(huán)境質(zhì)量改善中起重大作用的環(huán)節(jié)。

目前水處理廠的物耗暫時(shí)沒(méi)有清潔生產(chǎn)的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),清潔生產(chǎn)審核只能依據(jù)相關(guān)類(lèi)似法規(guī)、案例[7,8]進(jìn)行。雖然該城市污水處理廠一期工程每天處理的廢水達(dá)20萬(wàn)噸,處理的量比較大,但由于水處理廠的工藝和設(shè)備都較為先進(jìn),經(jīng)過(guò)2005年1~3月的調(diào)試后,水處理廠排放的經(jīng)處理的廢水持續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)率較為穩(wěn)定,由2005年的95%變?yōu)?006年首季度的100%,迄清潔生產(chǎn)審核期為止已連續(xù)達(dá)標(biāo)排放212天。

但同時(shí)也存在一些問(wèn)題需要改進(jìn)。2005年還有5%的不達(dá)標(biāo)的廢水排入花地河中,造成了一定程度上的污染;消毒對(duì)于飲用水是必不可少的處理工藝,對(duì)廢水而言,雖然不是必需的,但對(duì)某些廢水的安全排放或回用,消毒處理已經(jīng)成為了必須考慮的工藝之一。因此,紫外光消毒系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行是保證處理出水細(xì)菌達(dá)標(biāo)的保障。另外水處理廠每年產(chǎn)生的污泥數(shù)量特別大,污泥的處置也是清潔生產(chǎn)的審核重點(diǎn)之一;目前我國(guó)有部分先進(jìn)的水處理廠已經(jīng)將部分廢水處理后達(dá)到中水回用的水平[9,10],作為水資源緊張的我國(guó),如此大量的廢水若能得到進(jìn)一步的治理利用,將對(duì)城市的循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展做出有益的貢獻(xiàn),因此,污水處理廠將部分廢水處理后達(dá)到中水回用也是該廠的一項(xiàng)長(zhǎng)期目標(biāo)。

5　確定清潔工藝方案

清潔生產(chǎn)方案的數(shù)量、質(zhì)量和可實(shí)施性直接關(guān)系到企業(yè)清潔生產(chǎn)審計(jì)的成效,是審計(jì)過(guò)程的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),因而應(yīng)廣泛發(fā)動(dòng)群眾征集、產(chǎn)生各類(lèi)方案。通過(guò)前面污水處理廠污染源,審核重點(diǎn)的分析,清潔生產(chǎn)提出了如下建議和方案:

5·1　3個(gè)體現(xiàn)技術(shù)工藝改造的方案

增加化學(xué)除磷處理工序;污泥無(wú)害化、減量化研究方案;同時(shí)硝化反硝化生物脫氮與工藝優(yōu)化。(1)化學(xué)除磷處理工序[11~13]。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和處理水排放標(biāo)準(zhǔn),為了達(dá)到出水磷酸鹽的濃度不大于1·0mg/L的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),建議在工藝流程中加入化學(xué)除磷設(shè)施來(lái)控制處理水的磷酸鹽濃度。確保了出水磷酸鹽按照相應(yīng)的Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)排放,對(duì)排放的河流和相關(guān)流域的水質(zhì)情況將有大幅改善。(2污泥無(wú)害化、減量化[14,15]研究方案。開(kāi)展絮凝劑的研究,最大限度的降低污泥的含水率并提高污泥的脫水性能是大幅降低污水處理廠的運(yùn)行費(fèi)用的辦法。減輕污泥對(duì)環(huán)境的不良影響,減少污泥填埋廠的處理用地。大幅降低處理廠的運(yùn)行費(fèi)用。(3同時(shí)硝化反硝化生物脫氮與工藝優(yōu)化。對(duì)生化池進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行計(jì)量學(xué)優(yōu)化[16,17]控制、調(diào)控溶解氧濃度與分布,造成局部好氧與厭氧環(huán)境,使之實(shí)現(xiàn)硝化與反硝化的動(dòng)力學(xué)平衡。該新建工程建成投產(chǎn)后,確保了出水T-N值按照相應(yīng)的Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)排放,對(duì)周邊排放河流及相關(guān)流域的水質(zhì)情況將有大幅改善。

5·2　3個(gè)設(shè)備維護(hù)和更新的方案

安裝節(jié)能燈;安裝照明設(shè)備;紫外消毒裝置的維護(hù)和運(yùn)行。(1)安裝節(jié)能燈。在條件允許的情況下,在需要的道路安裝節(jié)能燈,節(jié)約用電。(2安裝照明設(shè)備。在生物反應(yīng)池邊安裝節(jié)能照明設(shè)備,以適應(yīng)晚上工作的需要,節(jié)約用電,保障安全。(3)紫外消毒裝置的維護(hù)和運(yùn)行。長(zhǎng)期開(kāi)啟紫外消毒裝置,保證出水的病原菌指標(biāo)達(dá)到有關(guān)規(guī)定的要求,保證出水的各項(xiàng)指標(biāo)以及病原菌含量的達(dá)標(biāo)排放,產(chǎn)生良好的環(huán)境效益,對(duì)于改善周邊環(huán)境、凈化河道,保護(hù)水資源等起到了相當(dāng)積極的作用。

5·3　3個(gè)過(guò)程優(yōu)化控制的方案

減少風(fēng)機(jī)的輸送風(fēng)量;加裝隔音設(shè)備;設(shè)置合理的報(bào)警上限。(1)減少風(fēng)機(jī)的輸送風(fēng)量。合理控制工藝的運(yùn)行,將DO值控制在一個(gè)合適的范圍,在保證出水合格的條件下減少空氣的輸送量減少電力消耗,節(jié)約用電。(2)加裝隔音設(shè)備在鼓風(fēng)機(jī)房裝隔音設(shè)備,減少噪音污染。(3)設(shè)置合理的報(bào)警上限。在進(jìn)出水口設(shè)置的檢測(cè)儀表上設(shè)置合理的報(bào)警上限,當(dāng)進(jìn)出水接近設(shè)計(jì)值時(shí),工藝人員能夠及時(shí)調(diào)整工藝,使出水及格,提高出水合格率。

5·4　4個(gè)廢物回收利用和循環(huán)使用的方案

回用水系統(tǒng)安裝;一水多用;污泥消化處理污泥資源化利用。(1)安裝回用水系統(tǒng),使回用水用于綠化等方面,節(jié)約用水,減少水費(fèi)支出(2)一水多用,食堂在工作時(shí)候,盡量做到一水多用,節(jié)約用水量,可以減少水費(fèi)的開(kāi)支。(3污泥消化處理。在濃縮與脫水這兩個(gè)步驟中間增加消化處理過(guò)程(穩(wěn)定處理),進(jìn)一步減少污泥量使污泥量大幅減少,為后續(xù)的脫水及最終處理大幅減少處理數(shù)量和成本,且可以消滅病原菌、蠕蟲(chóng)和大量雜草種子,減少污泥處理費(fèi)用。(4)對(duì)污泥進(jìn)行資源化利用,制成顆粒肥施用農(nóng)田,有效利用資源并防止污泥的二次污染的產(chǎn)生。

5·5　9個(gè)加強(qiáng)管理的方案

調(diào)節(jié)脫水機(jī)的運(yùn)行參數(shù)節(jié)省用電;采用合適的絮凝劑濃度;延長(zhǎng)污泥濃縮時(shí)間減少藥耗;降低藥耗;化學(xué)藥品的合理利用;處理有毒化學(xué)藥品;合理用空調(diào);建立相關(guān)認(rèn)證體系;加強(qiáng)綠化工作(1)調(diào)節(jié)脫水機(jī)的運(yùn)行參數(shù)節(jié)省用電。在降低脫水污泥含水率的情況下,采用合適的絮凝劑濃度合理調(diào)節(jié)脫水機(jī)的運(yùn)行參數(shù)(帶速、網(wǎng)帶張緊壓力、調(diào)偏壓力等),降低投藥量,可以節(jié)約用電和降低藥耗,達(dá)到節(jié)能減耗的目的。(2)采用合適的絮凝劑濃度,不但可以節(jié)省絮凝劑,節(jié)約資源;而且可以避免濾帶堵塞致使沖洗水用量增加、濾帶損耗大等危害。(3)控制排泥速度,與脫水機(jī)班密切配合,延長(zhǎng)污泥濃縮時(shí)間,降低脫水前污泥含水率,減少藥耗,節(jié)約資源。(4)加強(qiáng)脫水機(jī)的加藥系統(tǒng)設(shè)備的管理,降低藥耗,將費(fèi)用控制在一個(gè)最佳的比例,節(jié)約資源,降低藥耗。(5)確定化學(xué)品合理貯存量,定期進(jìn)行材料使用跟蹤,減少不同牌號(hào)和不同等級(jí)化學(xué)品的用量,減少化學(xué)品過(guò)期損耗,節(jié)約藥品支出。(6)增加儀器分析,在實(shí)驗(yàn)中減少或杜絕使用有毒化學(xué)品,在試驗(yàn)最后一步時(shí),處理或降解廢物毒性;使有害廢物流分離,減輕化學(xué)藥品對(duì)環(huán)境的污染。(7)在室內(nèi)開(kāi)空調(diào)時(shí)室內(nèi)和室外的溫差在5℃以?xún)?nèi),沒(méi)有人在的時(shí)候注意及時(shí)關(guān)閉,節(jié)約用電。(8)廠區(qū)建立質(zhì)量管理體系、環(huán)境管理體系、職業(yè)健康安全管理體系———管理體系(又稱(chēng)三合一體系),并通過(guò)第三方認(rèn)證,使環(huán)境管理系統(tǒng)化,有利于企業(yè)全方面的控制和預(yù)防環(huán)境污染,增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力,提高企業(yè)形象。(9)加強(qiáng)廠區(qū)綠化工作,提高廠區(qū)綠化率,美化環(huán)境。

6　持續(xù)清潔生產(chǎn)

清潔生產(chǎn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、相對(duì)的概念,是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程,因而以原工廠原管理層中抽調(diào)人員組成一個(gè)固定的機(jī)構(gòu)、穩(wěn)定的工作人員來(lái)組織和協(xié)調(diào)這方面工作,確保清潔工藝各步驟均在規(guī)范化要求下實(shí)施,以鞏固已取得的清潔生產(chǎn)成果,并使清潔生產(chǎn)工作持續(xù)地開(kāi)展下去。建立和完善清潔生產(chǎn)組織、明確任務(wù)、落實(shí)歸屬、確定專(zhuān)人負(fù)責(zé);建立和完善清潔生產(chǎn)管理制度,把審計(jì)成果納入企業(yè)的日常管理、建立和完善清潔生產(chǎn)激勵(lì)機(jī)制;制定持續(xù)清潔生產(chǎn)計(jì)劃清潔生產(chǎn)并非一朝一夕就可完成,因而應(yīng)制定持續(xù)清潔生產(chǎn)計(jì)劃,使清潔生產(chǎn)有組織、有計(jì)劃地在企業(yè)中進(jìn)行下去。通過(guò)管理層的監(jiān)督、清潔生產(chǎn)激勵(lì)機(jī)制的建立,對(duì)企業(yè)的嚴(yán)格管理,從而防止一些不規(guī)范操作的發(fā)生,使整個(gè)企業(yè)進(jìn)行可持續(xù)的清潔生產(chǎn)。

在本輪清潔生產(chǎn)審核(2005~2006年)過(guò)程中,公司成立的清潔生產(chǎn)審核領(lǐng)導(dǎo)小組和工作小組根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置了相應(yīng)的清潔生產(chǎn)目標(biāo),主要針對(duì)廢水排放、廢氣排放、污泥排放、提高回用水的二次使用率等4個(gè)清潔生產(chǎn)審核重點(diǎn),設(shè)置了該審核期間的清潔生產(chǎn)的目標(biāo),見(jiàn)表6。

結(jié)合2005年來(lái)在廢水、廢氣處理等方面所采取的一些措施而獲得的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),加上有實(shí)力的科研單位的合作,通過(guò)清潔生產(chǎn)審核的有效實(shí)施和清潔生產(chǎn)方案的落實(shí),這些目標(biāo)通過(guò)努力是可以達(dá)到的�？偟膩�(lái)說(shuō),該城市污水處理廠從2006年3月~2006年6月正式開(kāi)展本輪清潔生產(chǎn)審核工作,通過(guò)審核工作的實(shí)施,找出了清潔生產(chǎn)方面存在的主要問(wèn)題,并制定了相應(yīng)的實(shí)施方案,這些方案的實(shí)施將投入巨大的資金,方案完成后將取得良好的社會(huì)效益和環(huán)境效益,為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入新的活力。

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