摘要:根据在云南省内多年的排水及污水处理工程设计经验,对西南边疆省份中小城镇污水处理工程中的排水系统、排水体制、管材、污水处理工艺、设备选型、深度处理及再生利用、污泥处理及处置等方面进行了回顾、归纳和总结。
关键词:中小城镇污水处理厂,设计经验,脱氮除磷,深度处理
0前言
截至2006年底,云南省已经投入运行的污水处理厂37座,设计污水处理能力125.05万m3/d,污水集中处理率39.1%,配套污水管道4108.9km,沟渠长度1190.3km。截至2008年2月,运行负荷率能够达到设计处理规模60%以上的有20座,占总量的54%。2007年CODCr总削减量为6.63万t。云南省内已建成运行数十座中小城镇污水处理厂,其中昆明市第一污水处理厂在西南地区最早建成运行,昆明市第三污水处理厂是全世界采用ICEAS工艺最大规模的污水处理厂。
玉溪市江川县污水处理厂是全国第一座县城污水处理厂。昆明滇池投资有限公司所属5座污水处理厂分别荣获“全国十佳”、“全国优秀污水处理运营企业”等荣誉。这些污水处理工程设计,既采用了稳妥成熟的传统工艺,同时又采用了一些新工艺、新技术、新设备、新材料。根据这些污水处理厂的近几年实际运行经验,设计中采用的工艺是比较适合云南省中小城镇污水处理实际特点的。
1 排水管网
1. 1 排水体制
排水体制是污水处理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。云南省的中小城镇城区一般分为老城区和新城区,多为雨污合流制的老城区,少部分为雨污分流的新区。合流制区域面积至少占建成区面积的70 %～80 % ,老城区大多建筑密集,难度很大。目前云南省内大部分已建污水处理工程的中小城镇均采用混合制的排水体制。大部分老城区采用截流式合流制,今后有条件时逐步改造为分流制,片面强调雨污分流是不恰当的。新区建设一般采用完全分流制。
1. 2 截流倍数
合流制排水系统的截流倍数应根据旱流污水的水质、水量,以及水体卫生要求,水文、气象条件等因数进行确定。截流倍数取值大,截流的污水量多,溢流的污水量少,对环境有利,但截污干管管径大,工程投资增加;截流倍数取值小,节省工程投资,但对环境不利。一般认为南方城市截流倍数不宜过高。当截流倍数成倍增加时,减少的溢流时间有限,但工程投资增加很多,不合算。目前云南省内中小城镇排水系统的截流倍数的取值基本上都在1～1. 5 ,九湖流域如滇池流域的昆明市取值一般在1～3 。
1. 3 截污方式
云南省内水资源丰富,大多城镇都有河流穿城而过,城区内的河道为主要的排水方向,特是老城区排往河道的排水管道均已建成,因此沿河截污成为目前最常用的截污方式。河底铺设易实施,但养护、渗漏等问题多。沿河铺设拆迁量大,只有与河道整治同步实施才有可能。
1. 4 污水收集率
由于受地形、管网改造、资金等条件的制约,将城市污水特别是老城区污水全部收集至污水处理厂需要一个过程。按照《云南省“十一五”城镇污水处理及再生利用设施建设规划》,目前云南省内中小城镇的设计的污水收集率目标为60 %～80 %。污水收集管网敷设的重点在现状建成区,可兼顾少量近期建设发展区的雨污分流管道。
1. 5 管材选择
在污水工程中,管道工程投资在总投资中占有很大的比例,而管道工程总投资中,管材费用约占60 %以上。污水管道属于城市地下永久性隐藏工程设施,要求具有很高的安全可靠性,合理选择管材非常重要。
从多年的使用效果看,混凝土管的渗漏率比较高,这大都是由于管道不均匀沉降引起接口开裂,松动造成的,此外早年建设混凝土污水管道结垢、堵塞现象也很严重。PVC2U 双壁波纹管、HDPE 缠绕管、玻璃钢管每节长度可为6～12 m ,采用柔性接口,强度高,抗不均匀沉降能力强,且接口连接方法方便,可靠,施工方便,抗渗漏效果好;且内壁光滑,不易结垢,输水能力大,可减少管道埋设及清通的工程量。因此从施工难易和使用效果方面比较,PVC2U 双壁波纹管、HDPE 缠绕管、玻璃钢管优于以前普遍使用的混凝土管。
目前省内中小城镇污水管网中,管径小于600 mm污水管一般设计采用HDPE 缠绕管和波纹管,大于600 mm 污水管采用承插接口混凝土排水管,压力污水输送管多采用玻璃钢管或钢管。一些地区(如潞西市、普洱市) 少量采用玻璃钢管。省内能够生产HDPE 缠绕管和波纹管,塑料检查井也研制成功和投入生产,有些项目已有应用。
2 污水处理厂
2. 1 污水处理厂规模
云南省中小城镇污水量一般都不高,多数县城只有数千m3 / d ,人均综合用水指标偏低,给排水设施不完善。工业废水量很少,比例很低。
2. 2 进出水水质
污水处理厂进水水质指标是进行污水处理厂工艺方案、优化技术经济指标的前提。从污水产生因素方面看,城市污水水质指标主要受当地居民生活及用水习惯、工业性质以及污水排放量等因素影响。从城市污水组成上看,其水质主要受生活污水和工业废水中污染物浓度的影响。一般经济较发达地区设计进水水质取值较高,山区等经济相对欠发达地区设计进水水质取值较低。通过调查,目前云南省内近几年新建的污水处理厂大部分的实际运行进水水质达不到设计值。
设计进水水质最好按近、远期分期。有工业基础的城镇需注意工业废水所占比例及水质。今后发展趋势是工业向工业园区集中和转移,所以城镇污水处理厂大多以接纳生活污水为主。注意防止近期设计进水水质偏高。确定进水水质最好有主要排水沟和排污口水质实测资料。设计出水水质一般为GB 18918 —2002 一级B 标准,九湖流域或缺水地区有污水再生利用时至少GB 18918 —2002 一级A 标准。
2. 3 污水处理工艺
云南省内中小城镇的污水处理厂一般都有脱氮除磷要求,因此污水处理工艺必须考虑脱氮除磷。用于城市污水具有一定脱氮除磷的较为成熟的污水处理工艺主要有: A2 / O 法、改良氧化沟法、改良SBR 法(CASS 或CAST) 等。A2 / O 法处理单元多,操作管理复杂,较适用于大中型污水处理厂。云南省中小城镇污水处理厂设计普遍采用氧化沟和SBR 工艺,氧化沟和SBR 工艺去除有机物效率高,经过改良后具有良好的与脱氮除磷效果。抗冲击负荷能力强,能够适应中小城镇水质水量变化大的特点。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镇。
省会昆明各种常见的污水处理工艺都有应用,省内州市县一般都采用了氧化沟工艺和SBR 工艺,已建成的项目氧化沟工艺占1/ 3 ,SBR 工艺占2/ 3 。拟建项目以CASS 居多,氧化沟次之。CASS 工艺管理稍复杂,对自控依赖程度高,氧化沟工艺管理简单,运行可靠,但占地稍大,运行电费稍高。从云南各县市的情况来看,如果用地紧张,建议选用CASS工艺,如果管理力量跟不上,建议选用氧化沟工艺。采用MBR、生物滤池等工艺应慎重。
2. 4 消毒
目前污水消毒的方法有紫外线、液氯、次氯酸钠、二氧化氯、臭氧等。紫外线消毒系统占地小、土建投资省、运行成本低、高效且无后续作用,加上近些年来设备成本的降低和质量的提高,已成为云南省内中小城镇污水处理厂目前普遍采用的消毒工艺。二氧化氯消毒和次氯酸钠消毒法也可考虑,液氯消毒法渐趋淘汰,臭氧消毒法目前成本太高未有采用。
2. 5 污泥处理与处置
云南省中小城镇污水处理厂规模一般较小,不设消化池,污泥直接进行浓缩、脱水。且多采用机械浓缩、机械脱水方式。机械浓缩、机械脱水设备类型有三种:第一种带式浓缩、脱水一体机;第二种是离心浓缩、离心脱水机;第三种是螺压浓缩、脱水机。由于带式浓缩、脱水一体机设备投资和运行成本低,目前在云南省中小城镇污水处理厂较为广泛使用。离心机使用较少(玉溪、个旧、蒙自、昆明有应用) 。污泥处置方法有填埋、焚烧、堆肥、综合利用等。这些污泥处置方法各有优缺点,就目前云南省的实际情况而言,只有少数几个城市有垃圾焚烧厂(昆明、安宁、玉溪、曲靖沾益) ,多数城市没有采用污泥焚烧处置的条件。随着中小城镇垃圾填埋场的普及,对于中小城镇污水处理厂,污泥卫生填埋是最主要的处置方法。少数园林绿化业发达的城镇(如玉溪市、石林县) 污泥可考虑作为绿化用肥的底肥。污泥干化问题: 送填埋场填埋含水率要求60 % , 一般污水处理厂脱水后污泥含水率要求80 %。可采用污泥干化场(用地大,污染) 和干燥机(能耗高) 。或者预留干化用地。云南太阳能资源丰富,今后可以考虑利用太阳能进行污泥干化。
2. 6 环保新要求
(1) 在线监测。城镇污水处理厂进出水口须设置在线自动监控设备,与环保部门联网运行。主要监测指标有流量、COD ,少量项目可能要监测SS、N H3 、TN 、TP。目前大部分现有污水处理厂已安装完成,新建设的项目一般都设计有进出水在线监测系统。
(2) 主要仪表设置(DO、MLSS) 。《关于加强城镇污水处理厂污染减排核查核算工作的通知》(环办[2008 ]90 号) 要求:2009 年2 月底前设计日处理能力大于2 万吨的城镇污水处理厂都必须安装完成中控系统,实施监控进出污水处理厂的水量和水质主要指标、鼓风机电流、鼓风量、曝气设备的运行状况、曝气池的溶解氧浓度、污泥浓度、滤池堵塞率等数据,并能随机调阅核查期内上述运行指标数据及趋势曲线,相关数据至少保存一年以上,作为核算主要污染物减排量的重要依据。
(3) 污泥干化(半干化) 。
2. 7 新技术、新设备的采用活性砂滤池、D 型滤池、纤维束滤池:可用于污水深度处理的过滤。
高效沉淀池(高密度或加砂沉淀) :可用于污水深度处理的混凝沉淀和初沉池以及合流污水处理。CoMagTM沉淀技术:通过投加比重为5. 2 的磁粉,并使之与水中颗粒物紧密结合,从而提高混凝絮体的比重,沉淀速度可达20 ～40 m/ h , 沉淀出水SS < 5 mg/ L ,浊度< 1 N TU ,优于普通砂滤。可用于污水深度处理的混凝沉淀。
磁悬浮风机(空气悬浮风机) :在一定范围和一定程度上可代替罗兹风机,多级离心风机,单级高速离心风机等。昆明第五污水处理厂、呈贡新区捞鱼河污水处理厂、红河州弥勒县污水处理厂有应用。但价格较贵,一般污水处理厂采用采用三叶罗兹风机或多级离心风机较合适。
立式搅拌器:厌氧区、缺氧区搅拌用,昆明第三污水处理厂、第五污水处理厂、第七污水处理厂、安宁污水处理厂均有应用,其中昆明第三污水处理厂使用效果较好。叶轮的设计是关键,国内有些厂家模仿国外产品加工,搅拌效果很差。立式搅拌器不像普通潜水搅拌器那样成熟,生产厂家很少且良莠不齐,选用要慎重。
叠螺脱水机: 可适用于低浓度(ML SS < 2 000mg/ L) 污泥脱水,河南长葛县污水处理厂有应用,昆明市少量中水站也有应用。
滤布滤池:适用于污水深度处理,水头损失小,呈贡县七甸污水处理厂(规模5 000 m3 / d) 有应用。
微滤机:适用于小型污水处理厂的深度处理,昆明松花坝水源区云龙镇、滇源镇、撒营盘镇污水处理厂有应用(规模1 000～2 000 m3 / d) 。。
3 设计经验及教训
3. 1 进水泵房粗格栅:栅前水平距离和流速需满足规范要求,避免水流和栅渣直冲格栅,造成堵塞;格栅型式:回转式故障率高,回转齿耙式效果较好（中国市政工程中南设计研究院昆明分院）
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