城市污水处理的技术决策与工艺方案选择研究 7页

城市污水处理的技术决策与工艺方案选择研究作者：来源：更新日期：2005-8-29阅读次数：29郑兴灿张悦1我国城市污水处理的发展形势1.1城市污水处理成为水污染治理的首要任务我国的江、河、湖、库、近海水域已经普遍受到污染，其中大部分水体严重污染。与此同时，近年来，我国内陆水域水体普遍出现藻华暴发现象，近海海域频繁发生赤潮现象。水质污染和水质富营养化问题不但给生态环境造成了严重危害，而且造成十分惨重的经济损失。造成水体污染和水质富营养化的污染源主要来源于城市污水、工业废水和农田肥料流失；城镇是工业、人口、能源和物流高度密集的地方，随着经济发展，排放的工业废水、生活污水及其他污染物逐年增加。城市污水系指纳入和将纳入城市污水收集系统的生活污水和工业废水之混合污水，近年来，城市污水中生活污水所占比例呈逐年上升趋势。随着2000年底国务院“一控双达标”工作的完成，城市污水的集中处理将成为水污染治理的首要任务。建立城市污水处理厂对改善城市水环境，保障城市社会经济发展起着举足轻重的作用。在欧美、日本等发达国家，已经普遍施行城市污水的集中二级处理、二级强化处理，以及一定程度的三级处理。近年来，我国中央政府、各级地方政府及有关部门对城市污水治理工作十分重视，将其作为当前和今后一段时期基本建设和环境保护领域中重点支持的产业之一，城市污水处理领域出现了前所未有的发展速度。然而，截止到1998年底，尽管我国已经建成城市污水处理厂187座，但二级处理能力仅822万m3/d,按此计算的城市污水二级处理率仅14.1%。目前，我国城市平均每100万人有1座污水处理厂，与美国等发达国家每0.5〜1万人有1座污水处理厂相比，差距很大。根据国家有关规划，到2010年全国设市城市和建制镇的污水平均处理率不低于50%,设市城市的污水处理率不低于60%,重点城市的污水处理率不低于70%o近年来，国务院相继制订了淮河、辽河、海河、太湖、滇池、巢湖等流域的水污染控制总体规划，各省市也制订了相应的水污染治理规划，其中城市污水处理厂的建设与运行是重要的组成部分。根据目前的规划，我国用于城市污水处理产业的投资需求在1800亿元以上，建成后每年的运行费在70亿以上。按照国家环保局颁布的《污水综合排放标准》(GB8978-1996),为了满足出水排放标准，绝大多数城镇污水处理厂都必须采用二级生化处理或深度二级处理工艺技术。毫无疑问，我国的城市污水处理行业具有很大的市场需求与产业发展前景，但同时存在严峻的资金短缺和技术设备国产化开发问题。由于城市污水处理厂建设和运行资金短缺，致使一大批规划中的城市污水处理厂迟迟不能上马，已经建设的城市污水处理厂也不能正常运行，预期的水环境目标无法实现。对大部分地区而言，当前首要解决的不仅仅是治理深度的问题，而是治理与否的问题。近年来，我国的城市污水处理厂建\n设主要通过利用外资，引进国外技术设备，导致工程投资大、债务负担重，并抑制了国内污水处理技术设备制造产业的发展。由此可见，为了尽快提高我国的城市污水处理率，除了必须继续开发适合我国国情、切实可行、高效低耗的城市污水处理技术、工艺与设备外，还必须健全和完善城市污水处理综合性技术支持与服务体系，制定合理可行的产业技术经济政策，尽快解决城市污水处理收费及价格问题，加大建设城市污水处理厂的投资力度。1.1水质富营养化与氮磷污染去除成为难题流域性水污染是我国水环境的重大问题，跨省、跨地区、跨市水污染纠纷频繁发生。1995年国务院确定淮河、辽河、海河和太湖、巢湖、滇池为“九五”期间水污染防治的重点流域，并编制了这些流域的水污染防治规划和实施计划。近年来，重点流域水污染防治工作取得较大进展，淮河、太湖两大流域的重点工业污染源已经基本达标排放，主要污染物的排放量削减了大约40%,水质污染得到初步控制，但恶性水污染事故还是常有发生。在出现严重有机物污染的同时，我国大部分湖泊和部分河流、近海水体还存在相当严重的水质富营养化问题。近年来，时有湖泊蓝藻、绿藻等的季节性暴发现象，滇池、巢湖等湖泊富营养化造成的蓝藻问题依然存在，甚至湖泊水质达I、II类标准的千岛湖、洱海也每年暴发藻华。部分河流水域如汉江、珠江、葛洲坝水库等近年来也出现了水质富营养化。1998年3、4月间香港海域和珠江口的赤潮记忆犹新，9月份渤海又发生了3000km2以上的大面积赤潮。水质富营养化问题给生态环境造成严重危害，经济损失也十分惨重。在我国，水体富营养化成为突出的环境问题的另一方面是，由于长期污染，造成水体中营养盐异常高的背景浓度，使水环境变得非常脆弱，外部条件的微小变化就会使水体营养状态发生急转，引起藻华频频暴发o在这种情况下，氮磷污染物控制与去除技术、水体富营养化发展态势预测、富营养化控制技术等方面的研究及相关技术的应用成为水环境污染控制日益紧迫的重要课题。1.2工业废水治理开始转向全工艺过程控制为了解决工业废水污染问题，许多国家的环境决策者提出了排放污染物最小化的概念，即从污染源头进行减量，变单纯的末端治理为以清洁生产为核心的全工艺过程控制。同时发展高效、低耗的处理技术，以保障排放最小化清洁技术的实施。它作为防治工业污染，保护环境，提高工业企业整体素质，实现可持续发展战略的重大措施，已成为当今世界的历史潮流。美国的50多年的水污染防治实践表明：污染最小化技术是一种既经济又实用的方法。1992年联合国环境与发展大会将排放最小化清洁生产列入《二十一世纪议程》，并制定计划在全球推行。在国际组织的支持、帮助下，我国在1994年建立了示范工程，并于1999年在3省市作全面试点。水污染排放最小化清洁集成技术包括先进生产技术、工艺改革、资源综合利用和污染物末端治理的综合技术，是综合预防的环境策略。我国城市污水处理与回用技术经济水平，总体来说是效率低、成本高，缺乏水资源化处理的高效、低耗工艺及相应的设备，加上水价过低，污水回用率当然低。这就成了制约污水排放最小化清洁集成技术开发应用和低质水利用进程的关键因素之一。国内外实践证明顺利推行污水排放最小化清洁生产以达到节能、降耗、减污和提高生产效率的目的，必须建立排放最小化清洁生产实施机制，对企业施加压力和给予诱导的激励政策。1.3单独分散处理转为城市污水集中处理虽然发达国家的水污染控制对象已经转向微量有毒有机物，致力于受污染水体水质功能的全面恢复，但广大发展中国家的水污染控制对象仍然主要是有机污染物以及氮磷营养物，遏制水污染和水质富营养化不断\n加剧的趋势仍然是艰巨的任务。因此，今后相当长的一段时期内，加强水污染源的末端治理依然是我国水污染控制的最主要途径。国内外的实践表明，在绝大多数情况下，采取城市污水与工业废水集中处理的方式具有非常明显的技术经济优势。因此，城市市区公共污水收集系统服务范围内的工商业污水要从城市水污染防治的总体效益出发，打破行业和隶属关系的制约；要根据污染源的分布、污染物的种类，以及区域水环境的特点，解决好以污染源源头治理、辅以局部予处理为主的点源处理与污染集中控制的结合。远离城市市政排水管网的独立工矿区或几个企业距离较近、污染物性质相近的产业污废水，在技术可行、经济合理的条件下，也可集中处理，或与生活污水一并处理、处置或利用，达标就近排放。在工商业实施节水减污、清洁生产、污水清污分流，市政管网雨污分流，接纳的污水浓度合理提高的基础上，要发展和应用高效、节能、投资省、占地少、运营成本低的污水处理工艺技术和装备。1.1小城镇污水处理不容忽视目前我国拥有各种规模和性质的小城镇近48000多个，其中建制镇19200多个，吸纳2亿多居民，随着乡镇企业的迅速发展和村镇人口的不断集中，小城镇的污水排放量不断增加，但绝大多数没有有效的污水处理设施。由于缺乏必要的污水收集和处理设施，不仅造成小城镇本身的环境污染日益严重，而且成为区域性水环境的重要污染源。例如，太湖流域现有各种规模的城市为7座，而小型城镇高达978个，小城镇的污水治理成为太湖水污染防治的关键。对于我国大量的小城镇，产生的污水量一般小于2万m3/d,通常在2000〜5000m3/d之间，属于小型污水处理厂范围。由于受经济发展水平偏低、处理要求偏高、可供选择的经济适用技术很少和运营管理经验严重缺乏等多方面的问题，与大中型城市污水处理厂相比，小城镇小型污水处理厂的设计、建设和运营更加困难，小城镇污水治理将成为今后我国水污染控制的重点和难点之一，与此相对应，小城镇污水治理技术与设备的研究开发也是当前需要加速解决的问题。投资省、运行费用低、工艺流程简单、处理效果好、运行管理简便的工艺及成套设备始终是国内外污水处理界所致力于研究与寻求的方向。对于小城镇污水，这样的需求更加突出。1.2由工艺技术开发转向工艺、设备、工程、政策和经济的综合集成在城市污水处理技术发展方面，一个重大的转变是，我国已经开始从单纯的工艺技术研究开发转向工艺、设备、工程、政策和经济的综合集成与产业化。在过去，我国的污水处理技术研究长期以单项优势为主，且偏重于工艺性能的研究，且缺乏对不同处理系统综合研究，缺乏足够的系统性、完整性，也缺乏综合性的比较研究和技术经济评价体系，缺乏全面和综合比较能力，在很长的一段时间内国外的新技术和新产品就不断冲击国内市场，国产产品总是无法在市场上占有一席之地，决策失误相当频繁。最近几年，以技术设备的集成性、成套性和高效实用为基础，与工程建设和运营管理密切结合的技术决策和质量保证体系的建立得到了高度重视。当代污水处理已经形成向高科技和设备集成化发展的趋势。在发达国家，水处理工艺的创新往往和配套设备的开发融为一体，一种新工艺的问世通常伴随着专利设备的产生，工艺的先进性通过集成化的设备来体现，并由设备的市场获得主要经济效益。在国际市场上，具有工艺技术优势和设备开发集成能力的工程公司，已经成为承担水工业工程项目的主体，并且在我国也有非常成功的业绩。但多年来，我国对设备的开发相对滞后，进口设备占据了主要市场。由于我国城市污水处理相关设备制造企业分散且规模小，生产设备的总体质量差，成套能力弱，尤其是工艺技术与专用设备的开发和功能要求相脱节，不能依据各种水质水量变化特性实现处理工艺与相应设备的紧密结合、同步发展和整体化，从而在适用性、稳定性和可靠性等方面不能满足城市污水处理厂的建设和运行需要。这一状况已经引起国务院主要领导和业内人士的重视，污水处理设备国产化工作正大力度地向前推进。在今后的科技攻关和技术进步中，工艺研究和设备开发必将密切结合，在推广应用先进工艺技术的同时推出高质量的成套设备，为污水处理工程建设和技术改造提供全面的技术支持。随着国家城市污水处理产业政策的调整，污水处理收费制度的推行，以及工程建设程序的国际接轨，招\n投标制度的全面实行，污水处理及成套工艺设备产业发展所需的市场条件和竞争机制正在逐步现成。1.1城市污水处理水质控制指标不断增加并越来越严水环境污染和水质富营养化问题的尖锐化以及公众环境意识的增强，迫使越来越多的国家和地区制定严格的污水处理和排放标准，涉及的水质控制指标、内容和数值不断改进，越来越严，使技术与经济压力明显加大。1998年1月开始实施的国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996),对城镇二级污水处理厂的排放水质不仅有更加明确和详细的规定，而且对其中几项指标的要求更加严格，除了原来的二级排放标准外，新增了更加严格的一级标准，磷酸盐和氨氮排放标准的适用范围扩大到所有排污单位，此外，还增加了色度、pH值等20多个新项目。这不仅意味着新建污水处理厂所采用的工艺流程不但要具有很高的SS、BOD5、COD去除能力，而且要具有去除营养物、色度和某些特殊有机物的能力，同时意味着许多现有污水处理厂将面临着处理工艺的改造、运行方式的改变和出水水质的改善问题。因此，迫切需要通过综合性的研究开发，推广应用一批能满足新的排放要求、处理效果好、基建和运行费用低的污水处理新技术、新工艺和更新改造技术，解决城镇污水处理厂出水COD、SS、色度和氮磷等污染物指标的达标排放问题，为新标准的全面推行以及保护有限的水资源创造先行条件。2城市污水处理的科学决策问题随着我国的社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，尤其是城市水环境的恶化，加剧了水资源的短缺，影响着人民群众的身心健康，已经成为城市可持续发展的严重制约因素。近年来，国家和地方政府非常重视污水处理事业，正以前所未有的速度推进城市污水处理工程的建设，有数百座污水处理厂正在工程设计和建设中，预计到2010年，我国要新建城市污水处理厂1000余座，污水厂的投资将达1800亿元。在这一进程中，城市污水处理工程方案的优化选择，将是污水处理工程界面临的首要问题。其中，污水处理工艺方案的优化选择是确保处理厂运行性能、降低费用的关键，通常需要根据确定的标准和一般原则，从整体优化的观念出发，结合设计规模、污水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择切实可行且经济合理的处理工艺方案，经全面技术经济比较后优选出最佳的总体工艺方案和实施方式。所要遵循的一般原则包括：处理效果稳定可靠；工艺控制调节灵活；工程实施切实可行；运行维护管理方便；投资运行费用节省；整体工艺协调优化。因此，非常有必要开展城市污水处理科学决策支持系统的研究，并逐步解决城市污水处理的通用性、基础性技术问题，为城市污水处理工程的规划设计和运行管理提供合理、可靠的依据，尽量避免规划设计和运行管理中存在的某些不合理性和技术失误，及时识别假冒伪劣技术和产品。另一方面，目前我国城市污水处理新兴工艺层出不穷，并以国外引入的工艺技术为主导潮流，每一种工艺及其实施方式都有一个实用性、适用性、经济性、可靠性问题。熟悉了解国内外这些工艺的基本原理、单元构成及其实施方式，对其利弊进行客观辨证的分析，因地制宜地合理选择适用工艺技术及其实施方式，对我国城市污水处理工程的设计、建设和运行都具有重要的意义。3我国城市污水处理的技术决策要素3.1城市污水处理系统的规划\n城市排水及其污水处理设施已经成为社会经济可持续发展必不可缺的基础设施，城市排水及其污水处理设施的规划建设应纳入国民经济和社会发展规划。城市污水处理系统的规划建设具有明确的目标，主要包括水源保护目标、水环境质量控制目标和污水综合利用目标3个方面。因此，首先必须根据城市水文、地理、社会、经济和污水汇集状况及发展趋势，在流域（子流域或区域）总体发展规划的指导下，制定出以城市为中心的区域水质水量管理计划，统一考虑水在工业、农业、城镇、地表地下的输送和分配以及污水的综合利用；并划定水质分区范围（区段和功能），全面规划分区内的水资源开发利用、水系保护和污水的综合治理，合理确定各项水资源和水污染治理设施的位置、规划、数量和功能要求，为城市污水处理设施的建设提供规划设计依据。随后在水质水量管理计划的基础上根据《城市建设总体规划》、《城市社会经济发展总体规划》《城市环境保护总体规划》和《城市供水专项规划》等，制定出《城市排水专项规划》（污水处理设施建设规划）。城市排水及其污水处理的统一规划，应根据城市水域及接纳水体功能区的要求和水环境容量，体现排渍、减污、分流、净化、再用功能的协调发展，综合考虑经济发展、水质目标、污水治理目标、污水产生量、需水用水排水平衡等因素，控制水质和区域水污染防治建设规划，合理确定雨污水收集输送、污水净化和综合利用设施的设置。并根据分汇水区、按系统分期配套建设。城市污水处理设施的设计建设，应依据城市总体规划和水环境规划、水资源综合利用规划以及城市排水专业规划的要求，做到规划先行，合理确定污水处理设施的布局和设计规模，并优先安排城市污水收集系统的建设。城市污水处理厂的规划设计，要根据污染物排放总量控制目标，城市地理地质环境、受纳水体功能与交换能力、污水排放量和污水利用等因素，选择厂址，确定建设规模、处理程度和工艺流程，力求布点合理、位置适当、规模适度。城市污水的处理方式应根据本地区的经济发展水平和自然环境条件及地理位置等因素，合理选择。城市污水处理应考虑与污水资源化目标相结合，积极发展污水再生利用和污泥综合利用技术。规划和设计方案的制定必须有环境影响评价和技术经济评价作为依据。3.1城市污水的收集与输送系统作为城市基础设施和城市水环境污染控制的主体设施，城市排水管网和污水处理厂纳入城市建设总体规划之后，应保证其实施能与城市经济和城市建设同步发展。目前，我国大多数城市的污水处理基础设施建设欠帐严重，必须加快污水处理基础设施的规划与建设。城市污水收集与输送系统的建设和正常运行是城市污水得到有效处理处置的必要前提。污水管网的完善对污水处理厂设计规模和设计水质的确定至关重要，目前我国大多数城市污水管网不配套，造成污水处理厂建设规模和水质难以合理确定，投入运行后实际值与设计值往往相差较大。在我国已经建成的城市污水处理厂中，有相当大一部分进水流量没有达到设计规模、水质浓度偏低，其主要原因就是配套管网的建设没有跟上，导致污水处理厂没有发挥应有的投资效益和环境效益，有的甚至导致污水处理设备丧失功效。因此，近中期内的关键任务就是尽快普及和健全城市排水(雨、污水)管网系统，以便有效地减轻城市及周围水体的污染，同时为城市污水的集中处理打下必备的基础。城市排水管网的体制选择应根据当地具体条件，经过综合权衡和详细的费用-效益分析后确定。我国城市污水处理技术政策中规定，在城市排水规划中应明确排水体制和退水出路。对于新城区，应优先考虑采用完全分流制；对于改造难度很大的旧城区合流制排水系统，可维持合流制排水系统，合理确定截留倍数；在降雨量很少的城市，可根据实际情况采用合流制；在经济发达的城市或受纳水体环境要求较高时，可考虑将初期雨水纳入城市污水收集系统。就我国的现实情况而言，城市污水管网的设计建设可采用下列技术原则：(1)大型及以上城市新建区应采用分流制，如果降雨量不是很少，旧城区合流制应逐步改造成分流制，这种体制虽然费用高昂，但十分必要。原因之一是大城市总污水量、总雨水量及其污染负荷大，加上雨水的全面净化处理尚未提到议事日程，因此雨、污合流时雨季的溢流将造成冲击性的污染负荷，严重破坏水体质量。原因之二，分流制有助于实现工业废水的清、污分流，清洁或达标废水可直接入雨水管排走，从而相应地降低污水排放量和污水处理厂建设规模。原因之三，对于降水量不大、暴雨强度较低的城市，雨水管网设\n计时设计重现期取值可适当降低以降低造价。原因之四，大城市经济状况较好，有实行分流制的经济能力。(2)如果降雨量不是很少，中型城市从规划或远期考虑宜全面采用分流制，近中期可考虑分流制与合流制并存，具体选择应根据城市总体规划和实际情况经技术经济比较后加以确定，近期应加强合流制系统截流管的建设，为城市污水处理厂的建设和运行打下基础。目前我国相当一部分中等城市未建立完整的排水管网系统，规划上应充分考虑远期分流、近中期合流的工程设施建设相衔接问题。在管材选择上直一次到位，选择寿命长、性能好的产品。(3)小型城市因汇水面积小、污染物总量不太大，加上经济实力普遍较弱，许多城市未建有效的排水管网，为了尽快改善水污染状况，在雨水量不是很大的地区可采用合流制排水系统，在建设材料上不一定非得全部采用钢筋混凝土之类较昂贵的管材，在考虑较高性能管材的同时，也可考虑采用价格较低的材料和施工手段，如石砌、砖砌暗沟、缸瓦管、明沟、明渠等作为过渡性的补充措施。(4)目前大多数县城和乡镇几乎没有按规划设计程序建造的排水管网，多数为明沟暗渠排水或地表漫流；有必要规划建设规范的排水管网系统。作为近期改善环境的补充(应急)手段，目前可采取两种手段收集污水，其一是采取简易建造技术建设包括管道、暗沟、明沟在内的较完善的简易排水系统；其二是建设截流暗渠或明渠将地表污水和径流汇集起来。汇集的旱流污水可送简易污水处理设施处理后外排，汇集的雨季混合水以水塘等方式储存净化。城市排水管网的总体布置应与污水处理设施、最终排放利用设施的设置相结合，使总体费用降低，得到总体优化的方案。为了节省建造费用和发挥在城区以外选点的优势，城市排水规划宜考虑将所有污水集中到一个污水厂，但对于大城市或呈分散布设的城区，则常常需要设置多个排水系统和相应的污水处理厂。3.3工业废水的接纳与预处理根据我国污水处理相关技术政策，全国设市城市和建制镇均应规划建设城市污水集中处理设施。达标排放的工业废水应纳入城市污水收集系统和生活污水合并处理。对不能纳入城市污水收集系统的居民区、旅游风景点、度假村、疗养院、机场、铁路车站、经济开发小区等分散的人群聚居地排放的污水和独立工矿区的工业废水，应进行就地处理达标排放。城市生活污水与工业废水合并处理，从技术上、经济上、管理上都是合理可行的。但随着现代工业，尤其是污染密集型工业的发展，工业废水不仅量大而且浓度高、成分复杂，这些废水可能含有大量难降解有毒有害有机物和重金属，对城市污水处理厂的正常运行有很不利的影响，可造成污水厂运行困难、甚至完全失为了避免工业废水对污水厂正常运行的破坏，根据国内外的实践经验，有必要通过实行城市排水许可制度，严格按照有关标准（参见表1）监督检测排入城市污水收集系统的污水水质和水量，对排入城市污水收集系统的工业废水的重金属、有毒有害物质含量进行严格的控制，确保城市污水处理设施安全有效运行。必要时，要求排污企业对排入城市污水收集系统的工业废水进行合理的厂内顶处理，使其达到国家和行业规定放排放标准。预处理的目的是去除废水中对生物处理具有毒害作用的物质或生物处理难去除的物质，而不是完全处理。实践经验表明，一般情况下只要对能引起问题的为数不多的水污染源进行适当的预处理，就能解决上述问题。\n表1污水排入城市卜水道水质标准(CJ3082-1999)序号项目名称单位最高允许浓度序号项目名称单位最高允许浓度1pH值6.0〜9.019总铅mg/L1.02悬浮物mg/L150(400)20总铜mg/L2.03易沉固体mg/L•15min1021总锌mg/L5.04油脂mg/L10022总银mg/L1.05矿物油类mg/L20.023总镒mg/L2.0(5.0)6苯系物mg/L2.524总铁mg/L10.07氧化物mg/L0.525总镀mg/L