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大中小型污水處理廠的工藝選擇!

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1、城市污水處理廠的規(guī)模劃分

根據(jù)我國的實際情況,大體上可分為大型、中型和小型污水處理廠。

規(guī)模>10×10^4 m³/d的是大型污水廠,一般建在大城市,基建投資以億元計,年運營費用以千萬元計,目前全國已建成十多座。

中型污水處理廠的規(guī)模為(1~10)×10^4 m3/d,一般建于中、小城市和大城市的郊縣,基建投資幾千萬至上億元,年運營費用幾百萬到上千萬元,目前全國已建成幾十座,正建的有上百座,今后一段時間還將大量增加。

規(guī)模<1×10^4 m3/d的是小型污水處理廠,一般建于小城鎮(zhèn),基建投資幾百萬到上千萬,年運營費用幾十萬到上百萬;由于經(jīng)濟條件的限制,目前這類污水廠剛剛在沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達的小城鎮(zhèn)出現(xiàn),今后會越來越多, 終小型污水廠的數(shù)量將超過大中型污水廠。

2、城市污水處理廠的主要工藝

城市污水的主要污染物是有機物,因此目前國內(nèi)外大多采用生物法。也有采用化學法的,比如采用化學強化一級處理,但這種工藝的去除率不高,出水達不到國家規(guī)定的標準,只適用于某些特定的對出水水質要求不高的地方。

在生物法中,有活性污泥法和生物濾池兩大類,生物濾池的處理效率不高,衛(wèi)生條件較差,我國只有少數(shù)幾座生物濾池城市污水處理廠,而活性污泥法占絕大多數(shù)。

活性污泥法有很多種型式,使用 廣泛的主要有三類:①傳統(tǒng)活性污泥法和它的改進型A/O、A2/O工藝,②氧化溝,③SBR工藝。

傳統(tǒng)活性污泥法是應用 早的工藝,它去除有機物的效率很高,在處理過程中產(chǎn)生的污泥采用厭氧消化方式進行穩(wěn)定處理,對消除污水和污泥的污染很有效,而且能耗和運行費用都比較低,因而得到廣泛應用。近20年來,水體富營養(yǎng)化的危害越來越嚴重,去除氮、磷列入了污水處理的目標,于是出現(xiàn)了活性污泥法的改進型A/O法和A2/O法。A/O法有兩種,一種是用于除磷的厭氧—好氧工藝,一種是用于脫氮的缺氧—好氧工藝;A2/O法則是既脫氮又除磷的工藝。

氧化溝是活性污泥法的一種變型,在水力流態(tài)上不同于傳統(tǒng)活性污泥法,是一種首尾相接的循環(huán)流,通常采用延時曝氣,在污水凈化的同時污泥得到穩(wěn)定。它不設初沉池和污泥消化池,處理設施大大簡化。氧化溝具有傳統(tǒng)活性污泥法的優(yōu)點,去除有機物的效率很高,也具有脫氮的功能。如果在溝前增設厭氧池,還可同時除磷。氧化溝這種高效、簡單的特點,使它在中小型城市污水處理廠中得到廣泛應用。

SBR是序批式活性污泥法,它的基本特征是在一個反應池中完成污水的生化反應、沉淀、排水、排泥,不僅省去了初沉池和污泥消化池,還省去了二沉池和回流污泥泵房,處理設施比氧化溝還要簡單,而且處理效果好,有的SBR工藝還具有很強的脫氮除磷功能。SBR工藝對自控要求高,過去自控設備不過關,這種工藝無法推廣,近年來自控技術和儀表應用于污水處理已經(jīng)過關,因而SBR工藝得到大力推廣,成為業(yè)內(nèi)人士十分關注的一種工藝。

3、大型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝

大型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝是傳統(tǒng)活性污泥法及其改進型A/O法、A2/O法。目前世界上絕大多數(shù)國家(包括我國)的大型污水廠大多采用傳統(tǒng)活性污泥法、A/O和A2/O法,我國的北京高碑店污水廠、天津紀莊子污水廠和東郊污水廠、沈陽市北部污水廠、鄭州市污水廠、杭州市四堡污水廠、成都市三瓦窯污水廠等都采用這種工藝,這不是偶然的,因為這種工藝對大型污水廠具有難以替代的優(yōu)點:

1.耗能低、運營費用低

傳統(tǒng)活性污泥法、A/O和A2/O法與氧化溝和SBR工藝相比 大優(yōu)勢是能耗較低、運營費用較低,規(guī)模越大這種優(yōu)勢越明顯。對于大型污水廠來說,年運營費很可觀,比如規(guī)模為40×10^4 m3/d的污水廠,1 m3污水節(jié)省處理費1分錢,一年就節(jié)省146萬元。

這種工藝的能耗和運營費低的原因是:a.設置初沉池,利用物理法以 小的能耗和費用去除污水中相當一部分有機物和懸浮物,降低二級處理的負荷,顯著節(jié)省能耗;b.污泥采用厭氧消化,它比氧化溝和SBR工藝的同步好氧消化顯著節(jié)省能耗,是一種公認的節(jié)能工藝。

這種工藝的基建投資一般情況下比氧化溝和SBR工藝高,但隨著規(guī)模的增大,氧化溝和SBR的基建費也成倍增加,而常規(guī)活性污泥法的投資則以較小的比例增加,兩者的差距越來越小。當污水廠達到一定規(guī)模后,常規(guī)活性污泥法的投資比氧化溝與SBR還省,所以,污水廠規(guī)模越大,常規(guī)活性污泥法的優(yōu)勢就越大。

2.管理水平提高

常規(guī)活性污泥法、A/O和A2/O法的主要缺點是處理單元多,操作管理復雜,特別是污泥厭氧消化要求高水平的管理,消化過程產(chǎn)生的沼氣是可燃易爆氣體,更要求安全操作,這些都增加了管理的難度。但由于大型污水廠背靠大城市,技術力量強,管理水平較高,能滿足這種要求,因而常規(guī)活性污泥法的缺點不會成為限制使用的因素。

根據(jù)我國目前的現(xiàn)實情況,同時由于排水管網(wǎng)系統(tǒng)不夠完善,大多數(shù)城市污水的有機成分不高,加之污泥厭氧消化的管理和沼氣的利用還缺乏成熟的經(jīng)驗,這些因素都降低了包含污泥厭氧消化工序的常規(guī)活性污泥法、A/O和A2/O法的經(jīng)濟性。因此,對于規(guī)模為(10~20)×10^4 m3/d的城市污水處理廠,有時可能采用SBR和氧化溝工藝更為經(jīng)濟,在這種情況下,有必要對各種工藝進行詳細的技術經(jīng)濟比較,以確定 佳工藝。

4、中、小型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝

中、小型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝是氧化溝和SBR,它們的共同特點是:

1、去除有機物效率很高,有的還能脫氮、除磷或既脫氮又除磷,而且處理設施十分簡單,管理非常方便,是目前國際上公認的高效、簡化的污水處理工藝,也是世界各國中小型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝。

2、在10×10^4 m3/d規(guī)模以下,氧化溝和SBR法的基建費用明顯低于常規(guī)活性污泥法、A/O和A2/O法;對于規(guī)模為(5~10)×10^4 m3/d的污水廠,氧化溝與SBR法的基建費用通常要低10%~15%。規(guī)模越小,兩者差距越大,這對缺少資金建污水廠的中小城市很有吸引力。

即使在10×10^4 m3/d規(guī)模以下,氧化溝和SBR法的電耗和年運營費用仍高于常規(guī)活性污泥法,但如果與基建費用一起來比較,基建費加上20年的運營費總計還是比常規(guī)活性污泥法低些。規(guī)模越小,低得越多,規(guī)模越大,差距越小,當規(guī)模為10×104 m3/d時,兩類工藝的總費用大致相當。因此,對于中小型污水廠采用氧化溝與SBR法在經(jīng)濟上是有利的。

3、氧化溝與SBR工藝通常都不設初沉池和污泥消化池,整個處理單元比常規(guī)活性污泥法少50%以上,操作管理大大簡化,這對于技術力量相對較弱、管理水平相對較低的中小型污水處理廠很合適。

4、氧化溝和SBR工藝的設備基本上實現(xiàn)了國產(chǎn)化,在質量上能滿足工藝要求,價格比國外設備便宜好幾倍,而且也省去了申請外匯進口設備的種種麻煩。

5、氧化溝和SBR工藝的抗沖擊負荷能力比常規(guī)活性污泥法好得多,這對于水質、水量變化劇烈的中小型污水廠很有利。

正是由于上述種種原因,氧化溝和SBR在國內(nèi)外都發(fā)展很快。美國環(huán)保局(EPA)把污水處理廠的建設費用或運營費用比常規(guī)活性污泥法節(jié)省15%以上的工藝列為革新替代技術,由聯(lián)邦政府給予財政資助,SBR和氧化溝工藝因此得以大力推廣,已經(jīng)建成的污水廠各有幾百座。歐州的氧化溝污水廠已有上千座,澳大利亞近10多年建成SBR工藝污水廠近600座。在國內(nèi),氧化溝和SBR工藝已成為中小型污水處理廠的 工藝。

5、氧化溝工藝的主要分類和特點

氧化溝工藝大體上可以分為四類:

1.多溝交替式氧化溝

它的特點是合建式,沒有單獨的二沉池,采用轉刷曝氣。它有單溝、雙溝和三溝式, 典型的是邯鄲三溝式氧化溝。這種氧化溝具有SBR工藝的特點,也可算是SBR的一種類型,它的脫氮除磷效果不穩(wěn)定,如果要求脫氮除磷,需增加一些設施。

2.卡魯塞爾氧化溝

它是分建式,有單獨的二沉池,采用表曝機曝氣,溝深大于多溝交替式氧化溝,長沙水質凈化二廠就是這種工藝,它的脫氮除磷效果也不夠理想,如果要求脫氮除磷,也需增加一些設施。

3.奧貝爾氧化溝

它也是分建式,有單獨二沉池,采用轉碟曝氣,溝深也較大,現(xiàn)在四川、北京、山東、浙江等地都在采用,它的脫氮效果很好,但除磷效率不夠高,要求除磷時還需采取一些措施。

4.一體化氧化溝

是合建式,沉淀池建在氧化溝內(nèi),已在四川成都市新都污水廠和山東高密市污水廠應用。它既是連續(xù)進出水,又是合建式,且不用倒換功能,從理論上講 經(jīng)濟合理,但在一些具體技術問題上還不十分成熟,因此影響了它的推廣使用。

6、SBR工藝的主要分類和特點

SBR工藝主要有以下幾種類型:

1.傳統(tǒng)式SBR工藝

它的所有操作都是間歇的、周期性的,四川巴中污水廠就是這種工藝。它的脫氮除磷效果不夠穩(wěn)定,如要求脫氮除磷,需做一些改進。

2.ICEAS工藝

即間歇式循環(huán)延時曝氣活性污泥法,它用隔墻將反應池分為兩部分,前面是預反應區(qū),后面是主反應區(qū),采用連續(xù)進水,間歇曝氣、沉淀、排水、排泥,已用在昆明第三、第四污水廠。它可以脫氮除磷,但效果不夠理想。

3.DAT—IAT工藝

即連續(xù)曝氣和間歇曝氣相結合的工藝,反應池中部用隔墻分為兩部分,前邊的DAT連續(xù)曝氣,后邊的IAT間歇曝氣、沉淀、排水、排泥,已用于天津開發(fā)區(qū)污水處理廠。它的脫氮除磷功能一般,需增加設施才能提高脫氮除磷效率。

4.CAST工藝

即循環(huán)式活性污泥法,它的反應池用隔墻分為選擇區(qū)和主反應區(qū),進水、曝氣、沉淀、排水、排泥都是間歇周期性運行。它的脫氮除磷效果好,防止污泥膨脹的性能好,目前深圳、天津和云南的一些污水處理廠都采用此種工藝。

5.UNITANK工藝

是三個矩形池并聯(lián),按照類似三溝式氧化溝的周期運行模式工作,但把轉刷曝氣改為鼓風曝氣,可加大池深,把出水可調(diào)堰改為固定堰,簡化了排水,上海石洞口污水處理廠就是采用這種工藝,它的功能和三溝式氧化溝類似。

7、氧化溝和SBR工藝的比較

氧化溝和SBR工藝有很多共同特點,也有各自的特點和適用性,在選定方案時需要仔細分析。

1.從基建投資看

SBR工藝是合建式,一般情況下征地費和土建費較氧化溝低,而設備費較氧化溝高,總造價的高低則要視具體情況決定。

a. 地價高,對氧化溝不利。

b. 進水BOD濃度高,反應容積與沉淀容積的比值高,對氧化溝有利;BOD濃度低,反應容積與沉淀容積的比值低,對SBR有利。

2.從運營費用看

SBR工藝通常用鼓風曝氣,氧化溝工藝通常用機械曝氣。一般說來,在供氧量相同的情況下,鼓風曝氣比機械曝氣省電;第二方面,SBR工藝是合建式,不用污泥回流(有的少量回流),氧化溝工藝是分建式要大量回流,電耗較大;第三方面,SBR工藝是變水位運行,增大了進水提升泵站的揚程。綜合考慮,通常氧化溝工藝的電耗要比SBR工藝大些,運營費要高些。

3.從運行差異看

氧化溝工藝是連續(xù)運行,不要求自動控制,只是在要求節(jié)能時用自動控制;SBR工藝是周期間歇運行,各個工序轉換頻繁,需要自動控制。

4.從沉淀差異看

SBR工藝是靜態(tài)沉淀氧化溝工藝是動態(tài)沉淀,因而SBR的沉淀效率更高,出水水質更好。

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