關(guān)于城市污水處理廠設(shè)計(jì)的若干問題

為了加強(qiáng)城市污水治理，保護(hù)水環(huán)境，中央增加了投資力度。1998年分二批下達(dá)的城市污水治理項(xiàng)目達(dá)117項(xiàng)，投資約300億元。1999年又下達(dá)近百億國家債券資金，支持城市污水處理廠建設(shè)。為了確保污水處理廠建設(shè)后的正常運(yùn)行，國家已明確在水價(jià)中增收排污費(fèi)。一年多來，全國有上百座城市污水處理廠正在建設(shè)，按照“七大流域、三大湖泊和重點(diǎn)沿海城市及 其近岸海域要新增城市集中式污水處理能力2000×10４m3/d”和“非農(nóng)業(yè)人口50萬以上城市都要建設(shè)城市污水處理廠”的目標(biāo)，在2000年年底前，還有上百座城市污 水處理 廠正立項(xiàng)要求建設(shè)。我國現(xiàn)有668個(gè)城市中，僅有123個(gè)城市有307座不同處理等級(jí)的 城市污水處理廠，其中城市污水二級(jí)處理率10%左右，全國17000個(gè)建制鎮(zhèn)，絕大多 數(shù)沒有排 水和污水處理設(shè)施�？v觀世界各國，排水系統(tǒng)和污水處理率均有一個(gè)逐步發(fā)展和逐步完善的 過程。國家提出至2000年我國污水處理率要求達(dá)到25%，2010年達(dá)到40%，這是根據(jù)國家(包括地方)財(cái)力，在各方面作出努力后爭取達(dá)到的目標(biāo)。為使來之不易的投資取得實(shí)實(shí)在在的 效益，針對(duì)目前城市污水處理中有關(guān)建設(shè)規(guī)模和工藝技術(shù)談一些個(gè)人的看法。

1 合理確定建設(shè)規(guī)模

對(duì)一個(gè)城市來說，需根據(jù)城市總體規(guī)劃和排水規(guī)劃，分期分批地建設(shè)污水管網(wǎng)和污水處理廠，要根據(jù)水環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)，分期實(shí)施，逐步到位。城市排水工程建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及城區(qū)管渠改造，污水的收集、輸送(包括泵站)，污水處理和排放利用，以及污泥處置等問題；在河網(wǎng)城市，還需考慮上游、下游和水體自凈問題。

合理地確定設(shè)計(jì)的污水水量和污水水質(zhì)，直接涉及工程的投資、運(yùn)行費(fèi)用和費(fèi)用效益。不少城市由于市區(qū)污水管道未形成系統(tǒng)，缺乏長期積累的污水水質(zhì)水量資料，一般采取按規(guī)劃面 積、人口和工業(yè)發(fā)展的預(yù)測來推導(dǎo)污水量，并提出生活污水量、工業(yè)廢水量和公建、商業(yè)污 水量各占的比例，其不確定因素較多，因此提出的設(shè)計(jì)污水量往往偏大。實(shí)際上，按規(guī)劃計(jì) 算的污水量與可能有污水量、實(shí)際可能收集到的污水量和根據(jù)需要與可能進(jìn)行處理的污水量 是不同的，設(shè)計(jì)的污水量在很大程度上取決于污水管網(wǎng)普及率和實(shí)際可能收集到的近、遠(yuǎn)期 污水量，并分期建設(shè)污水處理廠。要充分認(rèn)識(shí)城區(qū)內(nèi)管網(wǎng)改造的復(fù)雜性和艱巨性，有的取決 于 舊城市的改造和道路的改造，有的埋了干管，支管遲遲未建成，致使許多已建成的污水處理 廠在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)“吃不飽”。對(duì)設(shè)計(jì)的污水水質(zhì)，應(yīng)該對(duì)現(xiàn)有實(shí)測的水質(zhì)資料進(jìn)行分 析(包括工業(yè)廢水正在限期達(dá)標(biāo)排放的水質(zhì)水量變化和管渠內(nèi)地下水的滲入量)，對(duì)雨污合流 和老城區(qū)排水系 統(tǒng)需科學(xué)地確定污水管道的截流倍數(shù)(干管和支管可采用不同的截流倍數(shù))�，F(xiàn)在設(shè)計(jì)的需 處理污水水質(zhì)偏高的問題是普遍存在的，設(shè)計(jì)的污水水量和污水水質(zhì)要通盤考慮，留余地過大，既增加投資亦會(huì)使設(shè)備閑置或低效運(yùn)行。

2 城市污水處理廠的工藝選擇

污水處理廠的工藝選擇應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)、出水要求、污水廠規(guī)模，污泥處置方法及當(dāng)?shù)販囟�、工程地質(zhì)、征地費(fèi)用、電價(jià)等因素作慎重考慮。污水處理的每項(xiàng)工藝技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)、特點(diǎn)、適用條件和不足之處，不可能以一種工藝代替其他一切工藝，也不宜離開當(dāng)?shù)氐木唧w 條 件和我國國情。同樣的工藝，在不同的進(jìn)水和出水條件下，取用不同的設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)備的選型并不是一成不變的。

具體工程的選擇要求包括：

① 技術(shù)合理。技術(shù)先進(jìn)而成熟，對(duì)水質(zhì)變化適應(yīng)性強(qiáng)，出水達(dá)標(biāo)且穩(wěn)定性高，污泥易于處理。

② 經(jīng)濟(jì)節(jié)能。耗電小，造價(jià)低，占地少。

③ 易于管理。操作管理方便，設(shè)備可靠。

④ 重視環(huán)境。廠區(qū)平面布置與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，注意廠內(nèi)噪聲控制和臭氣的治理，綠化、道路與分期建設(shè)結(jié)合好。

2��1 關(guān)于活性污泥法

當(dāng)前流行的污水處理工藝有：AB法、SBR法、氧化溝法、普通曝氣法、A/A/O法、A/O 法等，這幾種工藝都是從活性污泥法派生出來的，且各有其特點(diǎn)。

① AB法(Adsorption—Biooxidation)

該法由德國Bohuke教授首先開發(fā)。該工藝對(duì)曝氣池按高、低負(fù)荷分二級(jí)供氧，A級(jí)負(fù)荷高，曝氣時(shí)間短，產(chǎn)生污泥量大，污泥負(fù)荷2.5kgBOD/(kgMLSS·d)以上，池容積負(fù)荷6kgBOD/(m3·d)以上；B級(jí)負(fù)荷低，污泥齡較長。A級(jí)與B級(jí)間設(shè)中間沉淀池。二級(jí)池子F/M(污染物量與微生物量之比)不同，形成不同的微生物群體。AB法盡管有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，但不適 合低濃度水質(zhì)，A級(jí)和B級(jí)亦可分期建設(shè)。

② SBR法(Sequencing Batch Reactor)

SBR法早在20世紀(jì)初已開發(fā)，由于人工管理繁瑣未予推廣。此法集進(jìn)水、曝氣、沉淀、出水 在一座池子中完成，常由四個(gè)或三個(gè)池子構(gòu)成一組，輪流運(yùn)轉(zhuǎn)，一池一池地間歇運(yùn)行，故稱 序批式活性污泥法�，F(xiàn)在又開發(fā)出一些連續(xù)進(jìn)水連續(xù)出水的改良性SBR工藝，如ICEAS法、CASS法、IDEA法等。這種一體化工藝的特點(diǎn)是工藝簡單，由于只有一個(gè)反應(yīng)池，不需二沉池、 回流污泥及設(shè)備，一般情況下不設(shè)調(diào)節(jié)池，多數(shù)情況下可省去初沉池，故節(jié)省占地和投資 ，耐沖擊負(fù)荷且運(yùn)行方式靈活，可以從時(shí)間上安排曝氣、缺氧和厭氧的不同狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)除磷 脫氮的目的。但因每個(gè)池子都需要設(shè)曝氣和輸配水系統(tǒng)，采用潷水器及控制系統(tǒng)，間歇排水 水頭損失大，池容的利用率不理想，因此，一般來說并不太適用于大規(guī)模的城市污水處理廠 。

③ A/A/O法(Anaerobic—Anoxic—Oxic)

由于對(duì)城市污水處理的出水有去除氮和磷的要求，故國內(nèi)10年前開發(fā)此厭氧—缺氧—好氧組 成的工藝。利用生物處理法脫氮除磷，可獲得優(yōu)質(zhì)出水，是一種深度二級(jí)處理工藝。

A/A/O法的可同步除磷脫氮機(jī)制由兩部分組成：一是除磷，污水中的磷在厭氧狀態(tài)下(DO<0.3mg/L)，釋放出聚磷菌，在好氧狀況下又將其更多吸收，以剩余污泥的形式排出系統(tǒng)。 二是脫氮，缺氧段要控制DO<0.7 mg/L，由于兼氧脫氮菌的作用，利用水中BOD作為氫供給體(有機(jī)碳源)，將來自好氧池混合液中的硝酸鹽及亞硝酸鹽還原成氮?dú)庖萑氪髿�，達(dá)到脫氮的目的。為有效脫氮除磷，對(duì)一般的城市污水，COD/TKN為3.5～7.0(完全脫氮COD/TKN>12.5)，BOD/TKN為1.5～3.5，COD/TP為30～60，BOD/TP為16～40(一般應(yīng)＞20)。

若降低污泥濃度、壓縮污泥齡、控制硝化，以去除磷、BOD5和COD為主，則可用A/O 工藝。

有的城市污水處理的出水不排入湖泊，利用大水體深水排放或灌溉農(nóng)田，可將脫氮除 磷放在下一步改擴(kuò)建時(shí)考慮，以節(jié)省近期投資。

④ 普通曝氣法及其變法

本工藝出現(xiàn)最早，至今仍有較強(qiáng)的生命力。普曝法處理效果好，經(jīng)驗(yàn)多，可適應(yīng)大的污水量 ，對(duì)于大廠可集中建污泥消化池，所產(chǎn)生沼氣可作能源利用。傳統(tǒng)普曝法的不足之 處是只能作為常規(guī)二級(jí)處理，不具備脫氮除磷功能。��

近幾年在工程實(shí)踐中，通過降低普通曝氣池容積負(fù)荷，可以達(dá)到脫氮的目的；在普曝池前設(shè)置厭氧區(qū)，可以除磷，亦可用化學(xué)法除磷。采用普通曝氣法去除BOD5，在池型上有多種形 式(如下文所述的氧化溝)，工程上稱為普通曝氣法的變法，亦可統(tǒng)稱為普通曝氣法。��

⑤ 氧化溝法

本工藝50年代初期發(fā)展形成，因其構(gòu)造簡單，易于管理，很快得到推廣，且不斷創(chuàng)新，有發(fā)展前景和競爭力，當(dāng)前可謂熱門工藝。氧化溝在應(yīng)用中發(fā)展為多種形式，比較有代表性的有：

帕式(Passveer)簡稱單溝式,表面曝氣采用轉(zhuǎn)刷曝氣,水深一般在2.5～3.5m,轉(zhuǎn)刷動(dòng)力效率1.6～1.8kgO2/(kW·h)。

奧式(Orbal)簡稱同心圓式，應(yīng)用上多為橢圓形的三環(huán)道組成，三個(gè)環(huán)道用不同的DO(如外環(huán)為0，中環(huán)為1，內(nèi)環(huán)為2)，有利于脫氮除磷。采用轉(zhuǎn)碟曝氣，水深一般在4.0～4.5m,動(dòng)力效率與轉(zhuǎn)刷接近，現(xiàn)已在山東濰坊、北京黃村和合肥王小郢的城市污水處理廠應(yīng)用 。若能將氧化溝進(jìn)水設(shè)計(jì)成多種方式，能有效地抵抗暴雨流量的沖擊，對(duì)一些合流制排水系 統(tǒng)的城市污水處理尤為適用。

卡式(Carrousel)簡稱循環(huán)折流式，采用倒傘形葉輪曝氣，從工藝運(yùn)行來看，水深一般在3.0m左右，但污泥易于沉積，其原因是供氧與流速有矛盾。

三溝式氧化溝(T型氧化溝)，此種型式由三池組成，中間作曝氣池，左右兩池兼作沉淀池和 曝氣池。T型氧化溝構(gòu)造簡單，處理效果不錯(cuò)，但其采用轉(zhuǎn)刷曝氣，水深淺，占地面積大，復(fù)雜的控制儀表增加了運(yùn)行管理的難度。不設(shè)厭氧池，不具備除磷功能。

氧化溝一般不設(shè)初沉池，負(fù)荷低，耐沖擊，污泥少。建設(shè)費(fèi)用及電耗視采用的溝型而變，如 在轉(zhuǎn)碟和轉(zhuǎn)刷曝氣形式中，再引進(jìn)微孔曝氣，加大水深，能有效地提高氧的利用率(提高20%)和動(dòng)力效率［達(dá)2.5～3.0 kgO2/(kW·h)］。

2.2關(guān)于曝氣生物濾池

曝氣生物濾池實(shí)質(zhì)上是常說的生物接觸氧化池，相當(dāng)于在曝氣池中添加供微生物棲附的填 (濾)料，在填料下鼓氣，是具有活性污泥特點(diǎn)的生物膜法。曝氣生物濾池(BAF)70年代末起 源于歐洲大陸，已發(fā)展為法、英等國設(shè)備制造公司的技術(shù)和設(shè)備產(chǎn)品。由于選用的填料 不同，以及是否有脫氮要求，設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)是不同的,如要求處理出水BOD5、SS＜20mg/L,去除BOD5達(dá)90%以上的工藝，其容積負(fù)荷為0.7～3.0 kgBOD5/(m3·d)，水力停留時(shí)間1～2h；以硝化(90%以上)為主的工藝，其容積負(fù)荷為0.5～2.0kgBOD5/(m3·d)，水力停留時(shí)間2～3h。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

一般認(rèn)為，生物膜法處理城市污水，在國內(nèi)尚需積累經(jīng)驗(yàn)，處理規(guī)模不宜過大，約5×104m3/d左右為宜。國外(主要在歐洲)處理水量有達(dá)到36×104m3/d的，這與其填料材質(zhì)、自控手段和先進(jìn)的反沖洗裝置有關(guān)，也與其有長期積累的運(yùn)行 管理經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。

2.3 關(guān)于UNITANK工藝

UNITANK工藝和類似的TCBS工藝、MSBR工藝一樣，都是SBR法新的變型和發(fā)展。它集“序批法”、“普通曝氣池法”及“三溝式氧化溝法”的優(yōu)點(diǎn)，克服了“序批法”間歇進(jìn)水、“三溝式氧化溝法”占地面積大、“普通曝氣池法”設(shè)備多的缺點(diǎn)。

典型的UNITANK工藝是三個(gè)水池，三池之間水力連通，每池都設(shè)有曝氣系統(tǒng)，外側(cè)的兩池設(shè)有出水堰及污泥排放口，它們交替作為曝氣池和沉淀池。污水可以進(jìn)入三池中的任意一個(gè)， 采用連續(xù)進(jìn)水、周期交替運(yùn)行。在自動(dòng)控制下使各池處在好氧、缺氧及厭氧狀態(tài)，以完 成有機(jī)物和氮磷的去除。

UNITANK工藝由比利時(shí)Seghers公司首先建在我國的澳門特區(qū)，處理水量14×104m3/d(不下雨時(shí)平均處理水量為7×104m3/d)，池型封閉，設(shè)計(jì)采用的容積負(fù)荷為0.58kgBOD/(m3·d)，總的反應(yīng)池體積為46800m3，曝氣池水力停留時(shí)間為8h，出水的BOD5、SS＜20mg/L。

這類一體化工藝是傳統(tǒng)活性污泥工藝的變形，可以采用活性污泥工藝的設(shè)計(jì)方法對(duì)不同的污染物加以去除，如考慮硝化，其負(fù)荷一般在0.05～0.10 kgBOD5/(kgMLSS·d)，硝化率視污水溫度而異。而要求污泥穩(wěn)定化，其污泥負(fù)荷和污泥齡要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過硝化時(shí)的數(shù)值。

容積利用率低是此類一體化工藝共同的主要問題，就是說在一個(gè)較長停留時(shí)間的曝氣系統(tǒng)內(nèi),有50%左右的池容用于沉淀。��

UNITANK工藝的成功與否有賴于系統(tǒng)采用穩(wěn)定可靠的儀表及設(shè)備，因此引進(jìn)技術(shù)，消化、吸 收和開發(fā)先進(jìn)的自控系統(tǒng)是應(yīng)用此工藝的關(guān)鍵問題。一般認(rèn)為，UNITANK工藝不太適用于大 型(>10×104m3 /d)的城市污水處理廠。

3 科學(xué)地進(jìn)行工藝方案比較

城市污水處理投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，如不包括引進(jìn)處理設(shè)備和引進(jìn)沼氣發(fā)電設(shè)備，每處理1m3污水投資宜控制在1000元，運(yùn)行費(fèi)(包括折舊費(fèi))宜控制在0.5元/m3左右。由于現(xiàn)在 污水處理率還不高，按用水量的0.8計(jì)算污水量，收0.2～0.3元/m3排水費(fèi)，基本上能維持處理 設(shè)備的運(yùn)行。

為了降低投資和運(yùn)行成本，因地制宜地進(jìn)行工藝方案(主要是生物處理方案)比較是必要的。進(jìn)行多種工藝方案的比較，說明處理工藝技術(shù)的發(fā)展，是好事。現(xiàn)在經(jīng)常碰到的問題是，工藝方案比較往往不夠科學(xué)，有的對(duì)工藝已有傾向和愛好，先入為主，對(duì)傾向的工藝只 說優(yōu)點(diǎn)，對(duì)不贊成的工藝強(qiáng)調(diào)缺點(diǎn)；有的把自己的小型試驗(yàn)數(shù)據(jù)與別的已上工程的工藝比；有的是將處理BOD5為主的工藝與處理BOD5同時(shí)進(jìn)行脫氮除磷的工藝比。實(shí)際已運(yùn)行的不少 污水處理廠，其出水水質(zhì)較好與其進(jìn)水水量和水質(zhì)遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)有關(guān)，各廠情況不同 ，不可簡單地比較出水指標(biāo)；有的投資包括廠外工程費(fèi)用(如道路、電負(fù)荷增容等)；有的投資包括征地費(fèi)用(而此費(fèi)用在各地出入很大)；有的工藝建設(shè)投資低，運(yùn)行費(fèi)用高； 有的工藝投資高，運(yùn)行費(fèi)用低；有的工藝處理污水的投資低，而污泥量較多增加了污泥的處 理成本。應(yīng)該看到，同樣的工藝，采用的設(shè)計(jì)參數(shù)不同，其結(jié)果也是不同的。作為負(fù)責(zé)任的 單位，對(duì)工藝方案的比較力求客觀全面，在同等進(jìn)水、出水條件下，其設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)包括對(duì) 各種污染物的去除率、曝氣時(shí)間、污泥負(fù)荷和容積負(fù)荷、曝氣量和氧的利用率(及動(dòng)力效率)、污泥產(chǎn)量(及污泥指數(shù))等作全面分析，數(shù)據(jù)豐富就可以集思廣益，揚(yáng)長避短，根據(jù)技術(shù)上 合理，經(jīng)濟(jì)上合算，管理方便，運(yùn)行可靠且有利于近、遠(yuǎn)期結(jié)合的原則，進(jìn)行工藝方案的優(yōu) 化抉擇。

對(duì)一定規(guī)模(如10 ×104m3 /d)以上的城市污水處理廠，應(yīng)作污泥穩(wěn)定處理，通常采 用中溫消化，沼氣利用，有條件的可設(shè)沼氣發(fā)電(如北京高碑店、天津東郊)，這要花費(fèi)不少投資，技術(shù)設(shè)備相當(dāng)復(fù)雜，設(shè)備需要引進(jìn)。不處置由污水處理帶來的污泥，污水處理是不完 整的，脫水后污泥的最終處置要具體落實(shí)，不留后患。

國內(nèi)有些環(huán)保公司提出對(duì)污水處理廠投資采用多方集資和融資方案(如環(huán)保公司和業(yè)主出資50%，其余50%資金由銀行貸款)，然后通過收取的排污費(fèi)逐年償還，這種方法是有積極意義的。但有兩個(gè)問題需要明確：一個(gè)是出資的環(huán)保公司采用的工藝和設(shè)計(jì)參數(shù)需要通過評(píng)議，選用 的設(shè)備需通過招標(biāo)，正如國外貸款(包括政府貸款)其工藝和設(shè)備需評(píng)議和招標(biāo)一樣；另一個(gè)是要明確污水處理廠的股權(quán)和產(chǎn)權(quán)問題，需制訂相應(yīng)的政策和協(xié)議。

有的環(huán)保公司在報(bào)上一再宣傳采用曝氣生物濾池和氣浮池替代沉淀池技術(shù)處理城市污水，投資可減至400 元/m3，占地可減少4/5，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用可減少一半，操作人員可減少9/10，這完 全是誤導(dǎo)。建設(shè)部要求城市污水廠綠化占全廠1/3面積，再加上道路及輔助設(shè)施、辦公生活 設(shè)施，總面積約占全廠的1/2。減少曝氣池和沉淀池面積絕不可能使總的面積減少一半。從技術(shù)上看，用氣浮池代替沉淀池，對(duì)代替初沉池來說是行不通的，對(duì)于代替二沉池需作具體 比較(包括土建、設(shè)備、電耗、管理等方面)。另外，還應(yīng)對(duì)大規(guī)模氣浮裝置的技術(shù)可行性作出評(píng)估。（谷騰水網(wǎng)）