目前,我国排水领域在污水处理工程设计方面已渐趋规范化,各设计阶段的深度及工程设计内容基本满足国家有关规定,设计参数的选择也基本符合国家和各部门的相关标准和规范,但仍然有一些问题需予以重视并值得探讨。
(1)污水管网设计
城市污水管网担负着城市污水的收集和输送,是连接污水产生源和污水处理厂的重要的、*的环节,拟研讨的主要因素有以下几个方面:
污水管网规划年限
一般污水主干管或次干管都沿城市主干道或支干道敷设,而且由于大多为重力流,较其它市政管线埋设深度深,因此改建和扩建较为困难。一般应按远期污水量设计,在一些大城市和经济发达城市可按远景污水量设计。此外,根据管线重要性不同,设计年限亦有差异,一般城市主干管设计年限长,一次建成后相当长时间不再扩建,次干管、支管和接户管等设计年限可依次降低。
根据“城市排水工程规划规范”GB50318-2000,城市排水工程规划的期限应与城市总体规划期限相一致,设市城市一般为20年,建制镇一般为15~20年。笔者认为污水管网在城市主要道路下铺设时,至少按20年考虑,大城市和经济发达城市宜采用年限更长,而不可与污水处理厂远期建设年限(一般为10年)相同,具体规划年限应与当地规划部门及相关部门研究后确定。
另外,由于污水处理厂设计年限一般采用近期5年,远期10年,而污水管网≥20年,因此在设计城市污水管网时,必须用污水处理厂近、远期设计污水量对管网设计进行校核,特别需注意管内流速及考虑防止淤积所采取的有效措施。
排水体制
一般说,凡在新建市、区或扩建新区建设污水处理工程时,宜采用分流制;在已建成合流制排水系统的旧城区、小城镇等,宜将原合流制直泄式排水系统改造成截流式合流系统;在雨量地区,如我国西北的部分地区或者边远小城镇,由于污水处理规模小,街道狭窄,两侧建筑密集,施工复杂,无条件修建分流制排水系统,也可考虑采用合流制排水系统。
目前我国较多城镇既有历*已形成合流制的老城区,其建筑密集,街道狭小,难以改造成分流制;又有已建成或正在扩建的分流制的新城区。在这种情况下,可在同一污水处理工程服务范围(或流域范围)内,采用不同的排水体制,即新建区和扩建区采用分流制,而旧城区采用截流式合流制。
采用截流式合流制时,需注意截流倍数no的选择,一般说no的确定需根据所在城市水文、气象条件,水体环境功能要求及旱季污水量、水质和总变化系数等因素经计算确定。笔者认为在我国no可采用1~3,当旱季污水水质较浓或溢流口在城市上游时,no值宜采用较大值,相反则采用较小值。
值得注意的是,当截流倍数较大时,旱季和雨季污水量相差较大,污水处理厂的进水水量及水质都随之发生相应波动,造成冲击负荷,因此在污水处理厂工艺流程设计和设计参数选择时应对该水量、水质变化进行必要的分析和校核,保证处理厂出水稳定达标。
(2)垃圾渗滤液对污水处理厂的影响
目前,我国处理城市垃圾的主要手段为卫生填埋法。 国外设计垃圾卫生填埋场时,进厂垃圾预先经过分类处理,将可焚烧、宜堆肥及回收的垃圾分别收集,使进入卫生填埋场的垃圾绝大部分为无机物,因而产生的渗滤液中有机物浓度较低。而在我国由于垃圾分类迟迟未能推广,绝大多数城市采用混合垃圾卫生填埋,因而进厂垃圾有机成分较高,尤其是氨氮可高达数百甚至上千,给渗滤液处理带来极大困难,目前业内人士千方百计实验和研究,寻求一种在技术上和经济上合理可行的处理工艺,但其结果均不乐观。因此,国内一些城市,特别是中小城镇,当
垃圾处理规模不大,且距城市污水处理厂较近时,往往将垃圾渗滤液经预处理或不经处理直接排入城市污水处理厂。这种情况下,设计城市污水处理厂时,需十分注意由于垃圾渗滤液高浓度废水的进入而给处理厂进水带来的水质变化。处理厂规模越小,其影响越大,渗滤液处理量与污水处理厂处理规模的比值越大,对设计参数选择、设备选型及工程费、运行费等影响越大。
(3)生物除磷脱氮
随着水体对富营养化的主要影响因素氮、磷指标的严格控制,生物除磷脱氮工艺已广泛应用于污水处理设计中。鉴于生物除磷和脱氮存在一定矛盾,比如脱氮过程中所需的硝化菌世代期长,污泥龄长;而除磷则通过剩余污泥的排除而实现磷的去除,污泥龄短。因此,设计时,如选用短泥龄,则硝化过程不*,脱氮效果低下;反之,若选用长泥龄,也会导致糖质积累,使非聚磷微生物增长而降低了除磷效果。当前设计中在选择泥龄时多采用兼顾的方法,但除磷脱氮均不能达到*效果。当然,随着生物除磷脱氮技术的发展,除原有传统A2/O,A/O工艺外,又陆续开发了UCT倒置A2/O,OCO等实用工程新技术,使除磷脱氮效果有很大提高,zui近又有新的研究成果-反硝化除磷,使反硝化脱氮与生物除磷有机的结合,是很好的可持续处理技术。但以工程设计而言,尚有以下几点看法仅供讨论:
防止富营养化的主要因素是氮和磷,但是在这二者之间。磷的去除更为重要,这是因为自然界藻类中兰藻的部分种类有着固氮能力,不仅能将水中的NH4__ N,NO3_N固定其中,而且可吸收空气中氮气,作为自身营养源;也就是说,即使处理水中降低了NO3 _N浓度,兰藻仍可从大气中获得氮源;而磷则不同,一旦将其去除是不可逆反的。为此,为破坏藻类繁殖时所需营养盐的平衡,在除磷脱氮二者之间选择除磷作为重点是合理的。
水中存在的总磷(TP),除正磷酸盐(PO4-P)以外,还有粒状磷和溶解性有机磷,其中粒状磷主要存在于微生物和SS中。当A/O除磷系统处理后出水SS较高时,由于粒状磷随水排出,往往不能达到预期的除磷效果。根据日本高度处理设施手册(草案),若要达到出水TP<1mg/l,二沉池出水SS浓度则需<10mg/l。因此,在A/O生物除磷工艺设计时,应根据zui终出水SS浓度的要求,选用相适应的合理的设计参数,以保证除磷的效果。
目前采用生物除磷工艺的多数设计中,均能充分考虑相关因素对除磷的影响,如进水BOD5/TP值,绝氧状态(既无O2也无NOX-N)污泥龄等,但有的设计往往忽略污泥处理系统磷的再释放现象,比如,仍采用重力浓缩池,上清液重又回入污水系统中,造成再释放的磷返回原系统而未得到去除。一般说,大型污水处理厂设有初沉池时,初沉池污泥可采用重力浓缩,剩余污泥则采用机械浓缩,中小规模污水处理厂,可一并采用机械浓缩;当大型污水处理厂污泥处理采用厌氧消化时,可将消化池上清液集中单独处理,该处理方法一般多采用化学法(如铁盐,铝盐,石灰法)。
(4)幅流式二沉池表面水力负荷
活性污泥系统二沉池是以分离生物处理过程中产生的污泥,使处理水得到澄清为主要目的。设计二沉池的影响因素很多,而其中表面水力负荷和出水堰负荷为主要设计参数。
我国1997年版“室外排水设计规范”中规定活性污泥法后二沉池采用表面水力负荷为1.0~1.5m3/m2.h,美国标准规定高峰流量时为2.0m3/m2.h,日本1994年版“下水道设计指针与解说”中为0.8~1.2 m3/m2.h。(20~30m3/m2.d)。
从理论上讲,按沉淀类型分,二沉池沿水深自上而下原则上分为四个区:自由沉淀区、絮凝沉淀区、成层沉淀区、压缩区,其中自由沉淀过程较短,很快便过渡到絮凝沉淀阶段,沉淀池内大部分时间属于成层沉淀和压缩沉淀阶段。因此,必须有足够的停留时间,或者说必须保证应去除颗粒群的zui小流速,才能产生良好的沉淀效果。而表面水力负荷与颗粒沉降速度在数值上是相同的,因此选用二沉池(中间进水周边出水)表面水力负荷值时,不宜过高。
从处理流程看,二沉池是污水处理系统zui后一道工序,是泥水分离效果好坏的关键把关工序,表面水力负荷采用较低值更为安全,即使处理系统运行工况发生变化,仍可得到稳定可靠的出水效果。
从除磷要求来讲,如前所述,由于出水中SS所携带粒状磷的影响,宜采用较低负荷值。
综上所述,笔者建议:以平均设计污水量计算,在活性污泥法系统中当设有初沉池时,二沉池表面水力负荷宜选用0.8~1.0m3/m2.h,不设初沉池的活性污泥法系统中二沉池表面水力负荷宜选用0.5~0.7m3/m2.h,我国"氧化沟设计规程"中提出的氧化沟法沉淀池表面水力负荷宜采用0.5~0.75m3/m2.h的数值是适宜的。
(6)除臭:
随着我国对环境质量要求的提高和污水处理技术的发展,在设计污水处理厂的同时,考虑除臭设施已提到议事日程。目前我国制定的“城镇污水处理厂污染物排放标准”(报批稿)中已纳入有关大气污染排放标准,主要控制项目为氨、硫化氢、臭气浓度和甲烷气,监测采样点设在城镇污水处理厂下风向有臭气方位的厂界或防护林边缘敏感点处。
城市污水处理厂臭气产生的特点如下:
臭气种类多,属复合性臭气;
臭气浓度低;
臭气源范围广,整个污水处理厂均为臭气发生源;
臭气呈变化态
臭气发生时间是连续的(24h不停止)
虽然污水处理厂臭气面广,臭气浓度较低,但在处理厂内不同处理区臭气浓度和臭气量不同。一般说城市污水处理厂臭气较严重的地区为预处理区、一级处理区和污泥处理区,该区域臭气产生量相对欢啵羝ǘ冉细撸ψ魑饕舳韵笄颉?/SPAN>
根据日本有关资料中的测定数据,污泥处理区硫化氢浓度和氨浓度分别是预处理区和一级处理区的50倍和5倍,因此可以看出污泥处理区更是重中之重,设计时应优先予以考虑。另外,根据上海市政工程设计研究院为杭州四堡污水处理厂设计的生物脱臭系统的计算,若以污水处理厂总臭气量100%计,预处理区、一级处理区和污泥处理区的臭气量比例分别为12.5 %,12.5%和12.5%,而生物处理区为62.5%;但是,臭气浓度则相反,预处理区、一级处理区、生物处理区和污泥处理区的臭气强度分别为5000、9000、2000和6000。因此,建议在大城市、经济发达城市和重要旅游城市或因特殊原因厂址选择不能满足国家规定的卫生防护距离要求时,宜设置除臭设施。同时鉴于我国经济状况,宜将除臭设施建在预处理区,一级处理区和污泥处理区。
除臭方法常用有活性炭吸附法、化学药剂吸收法、土壤法及生物法。由于活性炭吸附法去除高浓度臭气效率低且价格高;化学药剂吸收法臭气去除效率低且操作管理复杂;土壤法则适合低浓度臭气去除及占地面积大等不足,目前国内外广泛采用生物除臭法,即利用微生物除臭。该法具有适合于各种臭气浓度的脱除,且具有效率高,不产生二次污染及运行费用低等优点。因此,在我国建议采用生物除臭更为经济合理。
(7)受纳水体的洪水位及高潮位
这是因为其标准选择与下列工程设计直接有关:
处理厂地面高程;
处理工艺水力流程和确定进水泵扬程;
处理厂事故排放管的设计高程
处理厂超越管的设计高程;
处理厂防洪设施设置的标准;
一般说,污水处理厂洪水位的确定应与城市防洪标准一致,建议大城市采用50年一遇,100 年校核;小城镇采用20年一遇,50年校核的设计标准。
(8)关于污水回用标准中电导率指标
日本滋贺县立大学奥野长晴教授在污水回用研究课题中,对日本东京都新宿区和福冈市的中水回用设施进行了调查,发现回用水金属管道严重腐蚀,特别是不同金属材料接口处更为严重,造成管道和阀门堵塞,而影响用户使用。堵塞的主要物质为铁、铁锈和生物泥。其腐蚀原因如下:
余氯和O2浓度高;
氯离子和硫酸根浓度高;
不同材质金属结合处易发生电腐蚀;
因此,除采用塑料管道代替金属管道和控制余氯浓度等措施外,对电导率提出了限制标准。一般普通未污染河流电导率约为200μS/cm,东京都新宿区电导率约为400μS/cm,未发现腐蚀现象。而福冈市电导率为1500μS/cm,腐蚀极为严重。研究结果认为,电导率指标宜小于500μS/cm,才能避免腐蚀现象发生。
建议我国在制定污水回用标准时认真考虑电导率的控制指标。