往复式污水处理工艺简介 20页

'往复式污水处理工艺简介    1　我国污水处理现状        　　我国是一个淡水资源匮乏的国家，也是一个水污染非常严重的国家。过去对水污染的问题认识不足，也未采取防范措施，随着工业的发展和卫生设备的日益普及，水污染日趋严重，才引起各方面的重视，治理水污染的问题才提到议事日程上来。        　　自1931年活性污泥法问世以来，经过半个多世纪的探索与发展，已形成了一套由提升、格栅、沉砂、除油、初次沉淀、曝气、二次沉淀、污泥回流及污泥消化、浓缩、脱水、综合利用和最后处置等多种专用设施组成的污水处理工艺体系。不同规模污水处理厂造价费用见表1，表2。(1)污水干管超前投资是污水集中处理无法避免的问题。在相当长的时期内污水干管无法充分发挥效益。        　　(2)城市规划意图必然会根据客观因素的变化而调整，早期敷设的污水管道，往往因调整规划意图成为低效投资，甚至是无效投资。为补偿管道输水能力的盈亏，往往需要再投资。以北京为例，近年来大批工厂从中心区向外迁移，增大绿地面积，用地性质在变化，再加上倡导节约用水，势必引起污水水质和水量的变化，这些调整都是事先难以预料的。         　　(3)建设周期长。以处理量为100万3/d的北京高碑店污水处理厂为例，配套的污水干线从50年代即开始埋设，到20世纪末才接近尾声，很难克服先污染，后治理的弊端。        　　(4)难以实现谁污染，谁治理的公平原则。        　　(5)我国严重缺水，污水资源化势在必行，污水集中处理给污水资源化增添难度。将已经送到城市边缘的污水再送回市区，成为不合理的重复投资。        　　(6)对减灾救灾不利，灾害波及面广，抢救难度大。        　　另外管理体制上也存在一些问题，主要表现为：①决策脱离市场经济规律，工程费用在决策中往往不起主导作用；②责、权、利的关系不顺，投资者无法利用经济杠杆提高投资效益；③设计取费体系不健全，忽视知识含量，开发先进技术降低工程造价的后果是设计单位的效益下降，违反市场经济规律，严重制约污水处理技术的发展。         　　我国是一个发展中的国家，在提高生活质量，拥有一个良好的生态环境的同时必须重视经济效益。防止低效投资，避免重复投资，力戒超前投资，使有限的财力发挥更大的效益，我们需要一个适合我国国情的污水处理工艺。精简工艺，降低造价，化解规模效益的制约因素，克服先污染，后治理的弊端，既能防治污染，又能适应目前我国城镇成片开发的模式，并为污水资源化提供方便。将水污染的治理纳入污水资源化的轨道，将水污染防治由消极防御转向积极利用，将有助于开创我国水污染防治的新局面。        2　往复式污水处理工艺(ReciprocalSewageTreatmentProcess，简称RSTP)        　　RSTP是在继承和发展当代污水处理科研成果及经验的基础上重新优化组合的活性污泥法。其机理、参数及依据均为成熟经验，可信可靠。借鉴这些经验能有效地克服污水集中处理所面临的困难及传统工艺中的工序繁琐、费用偏高的弊端，并为污水资源化创造条件。    2.2　RSTP的基本原理和特点        2.2.1　RSTP的基本原理        　　(1)借鉴氧化沟工艺将污泥的稳定和污水的净化纳入同一道工序的经验，将处理污泥的厌氧消化工艺改为好氧消化，将污泥和污水的无害化过程合并为一道工序，取消初次沉淀，不再设置污泥消化系统。         　　(2)借鉴完全混合型的流态能提高耐冲击负荷的经验，借鉴多级曝气有助于发挥微生物种群特性的经验，按完全混合型及多级曝气的原则组织生化处理系统，以此稳定并提高净化效果。        　　(3)利用改变流向使污泥回流的经验，组织生化系统，减免二次沉淀和污泥回流工序，以此来降低成本。        　　(4)借鉴华南地区粪便养鱼及华东地区肥水养鱼的经验。利用RSTP生化系统中能保持较高溶解氧的条件，为微生物(活性污泥)与高等水生物(鱼类)创造共生的条件，互为饵料，共同完成净化任务，籍以降低能耗并清除剩余活性污泥，实现剩余污泥的零排放。利用延长泥龄可以降低产泥率的经验，RSTP系统对一般生活污水处理的产泥量均能降到悬浮物排放标准以下。当净化水用于农田灌溉及渔业生产时，可以将已经稳定的污泥(肥料)以混合液的形式随净化水直接送到再利用现场。在不具备利用消化污泥条件时，采用充分投鱼及供氧的措施，作为饵料将剩余污泥清除在系统内，选用方案根据现场具体情况决定。以此取消重力浓缩、化学絮凝、机械脱水、车辆运输及最后处置等全部工序，这样简化了工艺流程、降低了工程造价。        　　(5)利用原污水中的碳源进行脱氮的经验，重新组织配水系统及处理构筑物的组合方式，提高原污水中的碳源与净化水中硝酸氮接触的机会。在改变污水流向时所形成的局部缺氧区内，使净化水中的硝酸氮与新污水中的碳源多次接触，进行反硝化，达到脱氮的目的。         　　(6)借助污水管网内的厌氧条件，并利用多级曝气强化活性污泥再生的经验组织生化系统，提高活性污泥的吸附再生能力，达到除磷的目的。富磷的活性污泥做为饵料被共生的鱼类清除在处理系统内，缓解常规工艺中剩余污泥在浓缩工序内因停留时间过长而使已经被活性污泥吸附的富磷又重新返回到污水处理系统中去的弊端。        　　(7)利用调整负荷、停留时间及充氧强度的方法能改变污染质去除率的经验，重新组织配水系统、排水系统及充氧装置，以此来提高处理设施的灵活性。根据污水资源化的具体服务对象，调整运行方式，改变净化程度，同时提供不同标准的净化水。渔业生产有时需要提供BOD为50～80mg/L的净化水，农业灌溉无须除磷脱氮，籍以节约能耗。        　　(8)RSTP生化设施兼备曝气及固液分离的功能，其单体按完全混合型流态布置，有淡化污水异臭的功能，为压缩卫生防护带创造条件，处理系统的总体按串联方式组织，籍以消除短路，稳定净化效果。        　　(9)RSTP设备简单，为降低成本实现处理设备国产化、提高自动化程度及遥测水平创造条件，也为方便管理、便于监督奠定基础。         　　(10)借鉴消除噪音扰民的经验，避免采用鼓风机类的高噪音充氧设备，优先选用表面曝气器及转刷类的低噪音充氧设备，藉以压缩污水处理厂的隔离防护带，节约用地。        　　根据以上的分析研究，通过实践对现有常规工艺流程删繁就简，重新组合，提出RSTP污水处理工艺。RSTP由四个为一组配有充氧装置的处理构筑物组成，其间设有连通管道及控制闸阀，能组成多种处理系统。处理系统的流态在全程上为推流式，在处理构筑物的单体内为完全混合型。污水按指定的顺序依次通过各个构筑物，分别进行曝气、固液分离和污泥回流。RSTP可以一组单独使用，也可两组或四组联合使用，合理的应用范围达20万3/d。2.2.2　RSTP工艺特点        　　常规工艺经改造后的RSTP具有以下特点：        　　(1)系统净化污水的同时污泥也得到稳定，减免常规工艺中的污泥处理工序。        　　(2)系统中的泥龄延长，产泥率低，具有免排剩余污泥的特性。        　　(3)为多级生化系统，能充分发挥微生物种群的特性，具备处理效果稳定的优势。         　　(4)系统中能维持较高的DO，为高等水生生物(鱼类)的存活创造了条件，利用系统内共生的微生物(活性污泥)和高等水生生物(鱼类)共同完成净化任务，具有降低能耗的作用。        　　(5)系统对于活性污泥具有较强的吸附再生能力，提高活性污泥吸附磷的功能，同时利用共生的鱼类将吸附在活性污泥内的富磷作为饵料，将磷清除在处理系统内。        　　(6)利用改变流向的办法使原污水中的碳源与先期进入RSTP系统污水中已经转化为硝酸氮的氨氮进行多次接触，完成脱氮任务。        　　(7)系统为完全混合型，有淡化污水异臭的功能，为接近居民区就地实现污水资源化创造了条件。        　　(8)能同时提供不同标准的净化水，满足污水资源化不同的需求。        　　(9)工艺流程简单，操作方便，易于实现运行自动化。        　　(10)设备简单，易实现国产化。        　　(11)技术经济指标见表3。             　　(12)RSTP的灵活性是其特长，能组织多种处理系统。现举一种含除磷脱氮的运行方式(见图2)。        　　(13)系统的辅助设施较少，工程规模不再是工程造价的制约因素，可以按照城市发展战略自由规划，避开必须集中处理的弊端。近年来我国有利用外资修建污水处理厂的倾向，如改用RSTP处理系统，利用外资所需的国内配套资金就足以建成该污水处理厂，所用设备易在国内配套。因此，RSTP的社会效益、环境效益、经济效益都十分显著。        3　RSTP生产性试验装置        　　为考核RSTP的性能，在海口市海甸岛修建了生产性试验装置，于1992年5月投产。工程规模为50003/d；污水水质：BOD=200mg/L，COD=300mg/L,SS=250mg/L，氨氮=30mg/L，磷=6mg/L。各用户均设有化粪池，净化标准为二级处理(含除磷脱氮)；总投资219万元(未设预处理装置)，综合造价指标为438元/3；调试监测：①调试监测日期为1992年5月～12月(剩余污泥零排放)；②出水水质经海口市环境保护监测站确认符合排放标准；③ 通过监测认为RSTP的机理可信可靠，特别适合成片开发的新区以及中小城市的需要，尤其适合需要实现污水资源化的干旱地区。经中国专利局审查通过并取得专利认证(专利号ZL9.0)。        　　本污水处理厂自1992年5月启用，至1997年4月，连续运行5年，处理系统曾于1995年及1996年两次排空清砂，包括沉砂及其他惰性物质在内总计200t，平均每年积存40t，即每处理100万3污水沉积20t含砂沉淀物，相当于污水处理厂常用沉砂量设计定额的50%。运行情况说明，排水管网的养护管理不可能十全十美，管网中无论是否设有化粪池，均需设置沉砂等预处理装置，以免在生化系统中积存大量砂粒，影响生化系统的正常运行。        4　推广RSTP需要相应的配套法规        　　污水资源化是一个多学科跨行业的系统工程，需要有与之配套的法规，RSTP工艺只有依托具体的法规和措施，才能发挥其优势。        　　由于水体生态系统的多样性，无法制定一个能统管全局的水污染防治标准，自从1972年美国通过了联邦水污染控制法修正案以后，即所谓72-500公共法，各国在评估水污染的问题上，才开始有了较为统一的标准。此种标准大体上可分为两类：①以技术为基准的排放标准，即所谓的浓度控制，以最佳可行技术及经济指标作为控制依据；② 以水质为基准的排放标准，即所谓的总量控制，以水域功能及水环境容量做为控制依据。        　　美国的水质标准由环保署(EPA)负责监控，提供最新科研成果，全面反映水污染在卫生保健方面的影响，在水生生物存活及繁殖方面的影响，在工农业生产和航运方面的影响。在1983年12月8日以前实行以技术为基准的排放标准，以后强调以水质为基准的排放标准。我国基本上是借鉴美国的防治模式，将水域功能划分为五类，由环保部门及水资源保护部门负责监控，规定水域功能不得低于现状，要求在混合区内的水质不得影响鱼类回游及邻近功能区的水质。        　　上述法规还难以满足污水资源化的要求，需做适当的调整和补充。        　　(1)城镇规划方面。①城镇规划要为污水资源化创造条件，包括绿化、农业生产、渔业生产、回灌地下水及中水系统等。②关于污水处理厂的布局与规模的问题。由于客观情况在不断变化，城市规划不可避免地要做相应的调整，这不可避免导致低效投资或无效投资。成片开发已成为我国目前城市建设的常规模式，按中近期发展意图考虑市政配套管网及污水处理问题的条件已经成熟，无须强调污水必须集中处理，既能减免污水干线的费用，又为就地利用净化水提供方便，避免先污染、后治理的矛盾，上述意图没有规划部门的配合也是无法实现的。         　　(2)环保法规方面。①环保法规是推行污水资源化的法律依据。在我国采用按处理技术为基础的排放标准是上策。在颁布净化标准时，同时发布相应的参考工艺，统筹安排环境保护及污水资源化的工作，才能做到集中管理，管而不死；分散操作，分而不乱。②关环境容量问题，天然水体的自净能力是有限的，必须为持续发展保留余地，以经济承受能力及当前处理技术发展的水平作为制定环保政策参考的依据是明智的。先普及二级生化处理，生产废水只要其水质不妨碍生化过程，允许与生活污水合并处理，避免重复投资。    5　RSTP工艺评估        　　(1)利用微生物和高等水生生物的共同作用在好氧条件下同时完成污水和污泥的无害化过程是合理的，按删繁就简的原则调整污水处理工艺是可能的，利用污水处理系统自身的调蓄能力缓解污水资源化所遇到的供需矛盾是可行的，按照资源化原则组织污水处理工艺的效益是显著的。        　　(2)RSTP是一种适合我国国情的方法，目前我国的城市建设大都采用成片开发模式，以近期发展为基础，考虑市政设施(包括预留)，既符合规划原则，也符合开发商的利益，资金基本到位，可操作性强。在此基点上考虑污水处理厂的规模更为可行有效，且基本上能够克服污水集中处理的诸多弊端，还能减免污水干线的敷设。         　　(3)RSTP的工程规模对工程造价影响不大，无须采用集中处理的模式，有助于将水污染的治理纳入污水资源化的轨道，就地利用污水资源。RSTP系统的优化范围为500～1500003/d，基本上能满足我国对水污染防治的需求。        　　(4)RSTP工程费只占普通住宅成本价的1.5%，将污水处理的基建费用纳入住房成本是可行的。优点是污染与治理能同步到位，能有效地克服集中处理带来的先污染、后治理的弊端。既符合公平合理的原则，又可减轻政府负担，有助于运用经济规律促进污水处理工艺的发展。        　　(5)RSTP具备占地少、能耗低、噪音低、无异嗅、工艺简单、造价低廉、出水稳定、管理方便、便于监督等优点，是适合我国国情的方法。在实践中不断改进，不断提高，必将为水污染的防治开创新局面。         　　目前对水污染的治理倡导集中处理，无可否认从远期看，该原则在整体规划和运行管理方面的优势。但目前许多地方的实际情况是由于规划建设及一些具体情况等原因，管网不能及时配套，造成所建大型污水处理厂达不到设计处理能力和一些管网的重复建设和无效建设，而一些小区污水又得不到收集和处理，造成乱排和污染。在城市改造中，规模型小区的建设越来越多，本文所述方法对缓解上述矛盾和小区建设较为实用，尤其对一些远离中心区和污水管网的小区更具有实际可操作性。该法避免了先污染、后治理，实现了污水资源化，投资少，可解决实际问题。当然，我们所倡导的集中处理仍是远期规划的方向和目标，而两者的有机结合和灵活应用则是近中期建设的特点。    危险废物处置中心废水预处理　   某市危险废物处置中心主要接纳该市工业危险废物，包括重金属类废物、废酸、废碱、精馏残渣、有机树脂类废物(焚烧处理)、有机溶剂废物(焚烧处理)等。共占地22.48×104m3。填埋处置规模为10X×104t／a，项目采用地下刚性填埋库的建设方案，设计填埋容量7.3×104m3。本文对处置中心废水预处理系统工程设计做简要介绍。1水量、水质预测及排放标准　　本处置中心产生的生产废水主要包括：填埋库产生的渗滤液、各车间(预处理车间、存储仓库等)产生的冲洗废水及实验室废水等。1.1废水水量　　① 渗滤液量。渗滤液一般由两部分组成：一部分为雨水进入填埋库形成渗滤液，另一部分为填埋废物自身含有的水分经压实流失产生渗滤液。由于工程采用刚性方案(采用钢筋混凝土结构)，填埋库上方设有钢结构雨棚，雨水不能进入填埋库形成渗滤液。因此，填埋库产生的渗滤液主要是由填埋废物自身含有的水分经压实流出产生。根据《危险废物填埋污染控制标准》(GB18595-2001)中规定：入场填埋的废物含水率需低于85％。符合入场要求的危险废物自身含水率较低，经碾压后水分流失不多。因此，运行过程中产生的渗滤液量较少，保守估计，每天产生的渗滤液量约为1.0t。　　②其它废水水量。其它生产废水水量如下：各车间的冲洗废水12.0t／d；实验室废水2.0t／d；共计14.0t/d。　　危险废弃物处置中心产生的生产废水总水量为15t／d。考虑20％的未预见水量，废水处理站的设计规模为18t/d，每天处理6h，每小时废水处理量为3t。1.2废水水质预测及排放标准　　填埋废物的组分非常复杂，很难精确估计渗漠液的水质。但进入填埋场的危险废物都应符合《危险废物填埋污染控制标准》(GB18598-2001)中“危险废物允许进入填埋区的控制限值”，因此，以此限值作为渗滤液水质。　　各车间冲洗废水及实验室废水主要以冲洗地面、设备及实验器皿的冲洗水为主，废水中含有部分重金属。保守估计，除SS外，废水中污染物浓度为渗滤液污染物浓度的20％。　　根据各生产废水的水量及水质，确定待处理生产废水水质见表1。由表1可见，废水中有机污染物的浓度较低，但其中的重金属会对环境造成严重污染。据业主要求，生产废水去除重金属后再外运处理。处理后废水中重金属要求达到《污水综合排放标准》“ 第一类污染物最高允许排放浓度”及“第二类污染物最高允许排放浓度”三级标准。因此，确定本废水处理工程去除的首要目标为重金属污染物。表1 待处理废水设计水质污染物质量浓度/（mg·L-1)污染物质量浓度/（mg·L-1)总汞0.06总镍3.80总铅1.27总砷0.63总镉0.13无机氟化物25.33总铬3.04氰化物1.27六价格0.63pH值7-12总铜19.00CODcr76.00总锌19.00BOD525.33总铍0.05NH3-N38.00　　SS106.672工艺流程　　该废水中含有多种重金属，会对环境造成严重污染，是首要去除对象。根据该水质特点，并考虑到水量较小，确定采用铁盐-石灰法处理废水。该工艺具有工艺紧凑，易于管理等特点，流程见图1。 3主要构筑物及设备　　主要构筑物见表2。表2 主要构筑物序号名称规模结构备注1调节池HRT4d,有效容积80m3钢筋混凝土结构内壁采用防腐、防渗复合涂料2酸度调节池HRT0.5h,有效容积为1.872m3钢筋混凝土结构　3还原反应池HRT0.5h,有效容积1.8m3钢筋混凝土结构　4 中和絮凝池分3格，单格HRT0.5h，有效容积为1.728m3钢筋混凝土结构内壁采用防腐、防渗复合涂料5斜管沉淀池表面负荷为1.0m3/(m2·h），沉淀时间为45min钢筋混凝土结构　6储存池HRT5d钢筋混凝土结构　7重力浓缩池浓缩时间钢筋混凝土结构　8污泥泵井　钢筋混凝土结构与斜管沉淀池合建9压滤机房9.3m×6.0m×3.5m砖混结构　10加药房10.2m×6.0m×3.5m×　　11控制值班室　砖混结构　 　　①调节池。进水口处设置一格栅井，安装1台阶梯式格栅除污机，用于去除较大的悬浮颗粒。为防止调节池中的悬浮物沉淀，在池底设置了2台潜水搅拌机。调节池出水由潜水污水泵均匀打入酸度调节池。潜水污水泵的启动和关闭通过浮球液位控制器控制。　　②酸度调节池。根据废水水质，在酸度调节池中投加H2SO4，将废水的pH值调节至3.0左右。池中安装有ZJ—700型折桨搅拌机1套。　　③还原反应池。酸性废水自流进入还原反应池，在池中加入FeSO4,将六价铬还原三价铬，便于后续工艺的去除。池中安装有ZJ—700型折桨搅拌机1套。　　④中和絮凝池。还原反应池出水自流进入中和絮凝池，中和絮凝池分3格：第1格中加入NaOH，将废水的pH值调节至9.0左右，大部分重金属(包括Cr3+，Pb2+，Ni2+，Cu2+，Zn2+，Ba2+，Co2+，Fe2+,Fe3+等)生成氢氧化物沉淀；第2格中加入Ca(OH)2，将pH值调节至11.0-12.0左右，该pH值条件能够使在第1格未能形成沉淀的重金属形成氢氧化物沉淀，进一步提高沉淀絮凝性，并生成CaF2沉淀去除F-；第3格中加入PAM助凝剂，将细小的沉淀物絮凝成较大的絮状颗粒。每格均安装了1套单层半高桨板搅拌机以加快反应速度。　　⑤斜管沉淀池。设计污泥斗贮存2d的污泥量，污泥的含水率为99.5％-98％。斜管沉淀池的出水自流进入污水储存池，沉淀污泥采用排污泵排至污泥浓缩池。　　⑥ 储存池。储存在池中废水定期外运处置。　　⑦重力浓缩池。斜管沉淀池中的污泥通过排亏泵提升至污泥浓缩池，进行重力浓缩，浓缩后污尼含水率为98.0％—96.0％。污泥浓缩池的上清液丑过不同高度的阀门控制，自流进入调节池。污泥匝过螺杆泵提升至压滤设备进行脱水。　　⑧污泥泵井。安装有排污泵1台，将斜管沉定池中的沉淀污泥提升至污泥浓缩池。　　⑨压滤机房。设置1套DY500型压滤机。　　⑩加药房设置了1套pH检测控制仪、1个硫唆加药罐、1套加酸计量泵、1套OPR氧化还原空制仪、1个FeSO4溶药加药罐、1台FeSO4投加十量泵、1套Ca(OH)2加药装置、1个NaOH溶窍加药罐、1台加碱计量泵、1套PAM配制投加系统。药剂贮藏室的药剂贮量为15d。　　⑾控制值班室。设置1套组合式控制柜，对废水处理设备进行集中控制。组合式控制柜设有各可控设备的开、停按钮及指示，同时实时显示调节池、污水储存池及污泥浓缩池的液位。4 处理结果　　本工程经初步运行，废水经预处理后，重金属达到《污水综合排放标准》“第一类污染物最高允许排放浓度”及“第二类污染物最高允许排放浓度”三级标准，出水水质祥见表3。表3 处理后生产废水水质质量浓度/（mg·L-1）污染物质量浓度/（mg·L-1） 污染物总汞0.049总砷0.49总铅0.09无机氟化物22.12总镉0.1氰化物1.15总铬1.04pH值7.3六价格0.48CODcr46.00总铜1.94BOD519.93总锌1.89NH3-N13.27总铍0.005SS66.45总镍0.87　　'