三峽庫區(qū)小城鎮(zhèn)污水處理工藝選擇與分析

三峽庫區(qū)小城鎮(zhèn)污水處理工藝選擇與分析

0水體污染嚴重2003年6月，大壩一期蓄水已完成。蓄水后，庫夏河自凈能力降低，通往城市河流附近水域的納污能力下降。受主力轉(zhuǎn)移影響，一些支流和海灣容易富營養(yǎng)化，污染加劇。因此為保護庫區(qū)地表水環(huán)境質(zhì)量,國家環(huán)境保護總局要求三峽庫區(qū)長江段水體水質(zhì)標準由成庫前的Ⅲ類水質(zhì)標準提高至Ⅱ類。在三峽庫區(qū),很多小城鎮(zhèn)位于城鄉(xiāng)結(jié)合部的次級河流附近,生態(tài)環(huán)境脆弱,城鎮(zhèn)排水體系不健全,生活污水、地表徑流污水甚至一部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)廢水常?；旌吓湃氘?shù)睾泳W(wǎng),嚴重污染了周圍的農(nóng)田甚至生活水源,增加了次級河流污染負荷,最終嚴重影響到三峽庫區(qū)的水質(zhì)。隨著重慶市區(qū)生活污染得到基本的控制,三峽庫區(qū)小城鎮(zhèn)生活污水對環(huán)境的影響將日益突出。因此,有必要對重慶市三峽庫區(qū)小城鎮(zhèn)污水的排放、處置現(xiàn)狀進行調(diào)查研究,并在此基礎(chǔ)上開發(fā)適用的污水處理工藝,使小城鎮(zhèn)污水得到有效控制,從而保護三峽庫區(qū)水環(huán)境。1研究范圍和方法1.1水處理廠運行情況為了解三峽庫區(qū)重慶段城市污水處理廠的運行情況,2010年5月課題組對庫區(qū)沿岸部分城鎮(zhèn)污水處理廠(涪陵排水公司清溪污水處理廠、涪陵排水公司南沱污水處理廠、涪陵排水公司李渡污水處理廠、涪陵排水公司白濤污水處理廠、忠縣排水公司新生污水處理廠)的運行情況進行了調(diào)查。所調(diào)查污水處理廠(站)等處于三峽庫區(qū)腹心地帶,對三峽地區(qū)的污水處理現(xiàn)狀具有一定代表性。1.2浮物及總氮、tp收集整理5個具有代表性的污水處理廠的相關(guān)資料,選取4個水質(zhì)指標:化學需氧量(COD)、懸浮物(SS)、總氮(以N計)、總磷(TP)。為了反映污水處理廠的運行效果,收集整理各污水處理廠2010年1—4月的進出水數(shù)據(jù),將各項指標的進出水負荷取平均值,對照GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級標準B標準(表1)進行分析。2忠縣排水公司污水處理廠污水水質(zhì)現(xiàn)狀2010年1—4月,三峽庫區(qū)重慶段部分城市污水處理廠進出水的水質(zhì)均值見表2。涪陵排水公司清溪污水處理廠采用改良型奧貝爾氧化溝,廠區(qū)占地面積3466m2,設(shè)計規(guī)模2500m3/d,實際處理能力為800m3/d,工程總投資為1293萬元。涪陵排水公司南沱污水處理廠采用人工快滲處理工藝,總投資359.87萬元,處理能力為1000m3/d。涪陵排水公司李渡污水處理廠和白濤污水處理廠采用的是倒置式A2/O工藝。忠縣排水公司新生污水處理廠采用ue132水解酸化+折流式曝氣生物濾池ue132工藝,處理能力為1000m3/d。從表2可以看出,所調(diào)查污水處理廠的進水ρ(COD)、ρ(SS)、ρ(TN)、ρ(TP)的平均值分別為242.04,199.52,47.08,3.63mg/L。將此結(jié)果與其他地區(qū)的生活污水水質(zhì)進行比較見表3。由表3可以看出,與一般城市和城鎮(zhèn)生活污水相比,該區(qū)域排放污水中的ρ(TN)明顯偏高,ρ(TP)與之相差不大,ρ(COD)則略低,呈現(xiàn)出典型的高氮、中磷、低有機物及低碳氮比的特征。這與周健等對三峽庫區(qū)小城鎮(zhèn)水質(zhì)調(diào)研及監(jiān)測結(jié)果是基本一致的,即小城鎮(zhèn)用水量較小,排放的污水具有高氮及低碳氮比的特征,該類污水水質(zhì)特征在三峽庫區(qū)村鎮(zhèn)中具有一定的代表性。從表2可以看出,各污水處理廠對COD、SS的去除效果較好,而對氮磷的去除效果較差。忠縣排水公司新生污水處理廠的總氮平均排放濃度未達標。涪陵排水公司清溪污水處理廠、涪陵排水公司南沱污水處理廠、涪陵排水公司李渡污水處理廠、涪陵排水公司白濤污水處理廠、忠縣排水公司新生污水處理廠的TN去除率分別為:65.4%、58.0%、64.4%、64.0%、57.5%;以上五個污水處理廠TP去除率分別為72%、80%、66%、65%、57%。從脫氮除磷的效果來看,各污水處理廠的脫氮除磷效果并不理想。因此,對該類城鎮(zhèn)污水采用現(xiàn)有的常規(guī)脫氮工藝難以達標,探尋適用于三峽庫區(qū)的污水處理技術(shù)顯得十分必要。3通過重慶庫區(qū)濕處理技術(shù)和技術(shù)的應(yīng)用3.1因地制宜、適地適樹,實行區(qū)域結(jié)合的污水處理工藝和技術(shù)三峽庫區(qū)小城鎮(zhèn)污水水質(zhì)特殊,具有高氮及低碳氮比特征。同時庫區(qū)流域?qū)拸V,地表起伏大,庫區(qū)沿岸形成以小城鎮(zhèn)為中心的城鄉(xiāng)穿插的城市格局,特殊的地理環(huán)境使建設(shè)傳統(tǒng)的排水工程(污水收集系統(tǒng))和污水處理廠不僅造價昂貴,而且難以實施。因此,有必要針對庫區(qū)污水水質(zhì)特點,水環(huán)境保護的特殊要求和庫區(qū)地理環(huán)境與經(jīng)濟條件特點,進行適用污水處理工藝和技術(shù)的比選。三峽大壩的建成使三峽庫區(qū)水力學條件發(fā)生變化,水體自凈能力下降,為保護庫區(qū)地表水水環(huán)境質(zhì)量,未來庫區(qū)城鎮(zhèn)污水處理要求達到較高的標準,尤其是對水中N、P的標準將大大提高,這意味具體的污水處理工藝、技術(shù)除具有去除有機物的功能外,還必須有較好的除磷脫氮功能。這是庫區(qū)特殊的水環(huán)境對污水處理工藝、技術(shù)提出的要求。庫區(qū)小城鎮(zhèn)受地形限制,往往被分割成多個排水區(qū)域,污水大部分都分散排放,使得庫區(qū)城鎮(zhèn)很難采用區(qū)域處理的模式,只能因地制宜,根據(jù)不同的具體條件選擇最適用的工藝與技術(shù)。庫區(qū)小城鎮(zhèn)大多數(shù)為山區(qū)或丘陵地區(qū),地形高差大,可采用跌水曝氣生物處理法,同時,庫區(qū)小城鎮(zhèn)大多數(shù)屬于經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū),受經(jīng)濟發(fā)展水平的限制,需采用的污水處理技術(shù)和工藝應(yīng)具有基建費用低,易于分期建設(shè),且運行費用比目前常用的普通活性污泥法節(jié)省;此外,庫區(qū)普遍缺乏污水處理專業(yè)技術(shù)人才,為保證建成后的污水處理廠能夠正常運轉(zhuǎn),勢必要求所采用的污水處理技術(shù)和工藝流程短、運行管理簡便。3.2基于區(qū)塊協(xié)議的立法3.2.1生活電能的消耗跌水曝氣技術(shù),可因地制宜設(shè)計,將山地丘陵的劣勢化為優(yōu)勢,利用高差跌水充氧,從而減少土石方的開挖和混合液曝氣所需電能的消耗。姜湘山等人采用跌水曝氣來改進填料排水系統(tǒng),在處理屠宰廢水中取得很好的效果,且比常規(guī)方法節(jié)省工程造價達60%。司馬衛(wèi)平對跌水復(fù)氧進行數(shù)學模擬,得出進水經(jīng)過1.5m高的跌水,其復(fù)氧量在2.2～3.3mg/L。因此利用地形高差跌水曝氣充氧技術(shù)在一些經(jīng)濟較落后又有可資利用地形的小城鎮(zhèn)的污水處理中將具有一定優(yōu)勢。3.2.2工藝類型投資及占比氧化溝工藝采用環(huán)形水流設(shè)計,處理流程簡單,操作管理方便,出水水質(zhì)良好,運行可靠性和穩(wěn)定性高,能承受水量、水質(zhì)的沖擊負荷,并具有一定的除磷脫氮能力,可緩解水體富營養(yǎng)化的進程?；ㄙM用明顯低于常規(guī)活性污泥法。按6%的年利率將重慶大學鄧榮森2005年對國內(nèi)24座運行1年以上的污水處理廠調(diào)查結(jié)果進行折算,得出各工藝類型投資及占地指標比較見表4。從表4可以看出:采用氧化溝工藝的污水處理廠的噸水電耗平均為0.30kW·h/m3,采用A2/O工藝的污水處理廠的噸水電耗平均為0.34kW·h/m3,采用SBR工藝的污水處理廠的噸水電耗平均為0.31kW·h/m3。可見,相比所調(diào)查的其他污水處理工藝,氧化溝污水處理工藝具有明顯的投資省、占地少、運行電耗低的優(yōu)勢。氧化溝工藝是庫區(qū)小城鎮(zhèn)污水處理廠的首選工藝之一,首先其基建費用明顯低于常規(guī)活性污泥法、A/O、A2/O法,而處理效果可與之相媲美,對缺少資金建設(shè)的庫區(qū)小城鎮(zhèn)很有吸引力;其次,這種工藝通常都不設(shè)初沉池和污泥消化池,整個處理單元比常規(guī)活性污泥法少一半多,運行管理簡單方便,適于技術(shù)力量薄弱、管理水平較低的庫區(qū)小城鎮(zhèn);而且,就工藝本身的特點而言,氧化溝抗沖擊負荷能力很強,這對水質(zhì)、水量變化劇烈的小城鎮(zhèn)污水處理廠比較有利。3.2.3生物濾池的處理工藝針對三峽庫區(qū)小城鎮(zhèn)污水水質(zhì)水量的特點及目前除磷脫氮反應(yīng)器存在的問題,通過對生物膜法的技術(shù)集成優(yōu)化研究開發(fā)出1種新型濾塔———跌水曝氣式生物濾塔。它是在濾塔內(nèi)設(shè)置多個濾料層,每個濾料層上下交錯設(shè)置擋板,以便污水在濾料層內(nèi)折流。各個濾料層之間在空間上存在一定的高度差。污水流過濾料層時隨著生物膜上微生物對污水中有機物的降解,污水中的溶解氧濃度逐漸降低,達到缺氧狀態(tài),隨后其流向下一濾料層,通過跌水曝氣達到好氧狀態(tài)。生物膜上的微生物一直處于缺氧和好氧交替的環(huán)境中。反應(yīng)器中的DO濃度不僅能滿足有機物氧化及硝化反應(yīng)的需要,保證硝化反應(yīng)充分;同時,DO濃度又不致于過高,能在微生物絮體內(nèi)產(chǎn)生DO濃度梯度,形成缺氧微環(huán)境,并且使系統(tǒng)中有機底物不致于過度消耗而影響反硝化細菌和除磷細菌對碳源的需求。因此其特別適合具有高氮及低碳氮比特征的污水脫氮除磷。跌水曝氣式生物濾塔的有關(guān)研究也表明,這種構(gòu)筑物不但占地面積小,結(jié)構(gòu)簡單,耐沖擊負荷,而且產(chǎn)泥量低。資料顯示塔式生物濾池去除1kgBOD所產(chǎn)生的污泥體積是普通活性污泥法的1/9左右。同時由于其不需要專門的供氧設(shè)備而運行費用較低,跌水曝氣式生物濾塔對資金缺乏的小城鎮(zhèn)建設(shè)污水處理廠很有優(yōu)勢。4污水處理工藝的選擇三峽庫區(qū)小城鎮(zhèn)污