我国南方城市污水处理率较低,大量未经处理的城市污水排入水体,使南方城市水体受到不同程度的污染[1]。可以预料,随着我国经济实力的增强,南方城市污水处理将以超常规的建设速度发展。因 此,剖析现已运行的南方城市污水处理厂存在的问题,结合南方城市污水特点,探讨高效低 耗适合南方城市污水处理工艺,这对加快发展南方城市污水处理事业,具有重要的意义。
1 南方城市污水处理工艺现状及存在的问题
1.1 南方城市污水处理工艺现状
我国南方城市污水处理所采取的工艺具有明显的时代特征。1979年前,南方城市污水处理 处于初始阶段,所采取的处理工艺通常为普通活性污泥法。采取的曝气方法,既有鼓风曝气 ,又有表面曝气。上海北郊污水厂(鼓风曝气)和桂林市北区污水厂(表面曝气)就代表了那一 时期的处理工艺。
80年代,南方城市污水处理工艺仍然以普通活性污泥法为主。但改良的活性污泥法开始逐步取代投资大、运行费用高的普通活性污泥法。这时期,工艺流程简单、运行稳定、管理方 便、出水水质好的氧化沟处理工艺得到推广应用。
90年代以来,南方城市污水处理事业快速发展。普通活性污泥法被淘汰,不同类型的氧化 沟相继投入运行。随着城市水体富营养化程度加剧,各种具有除磷脱氮的新工艺开始应用, AB法、A/O、A2/O、SBR污水处理工艺继氧化沟后,成为当今污水处理工艺的主流。
1.2 南方城市污水处理工艺存在的问题
目前,我国南方城市普遍采用的污水处理工艺为普通活性污泥法、氧化沟、AB法、A/O、A 2/O法以及近年来发展起来的SBR法。
一般南方城市污水处理1m3水投资成本为1 000～2 000元,运行费用为0.4 ～0.6元(不含污泥消化处置费)。如深圳滨河水质净化厂三期氧化沟处理工艺,设计处 理量为25万m3/d,投资达3亿元(1997年),运行费为0.42元/m3,年运行费达3 832 万余元。广州大坦沙污水厂采用A2/O工艺,设计处理量30万m3/d,总投资3.6亿元, 运行成本0.40元/m3,年运行费4380万元。如此高昂的基建投资和运行费用,极大地遏制了南方城市污水厂的建设,严重制约了已建城市污水厂的正常运行。
2 南方城市污水处理工艺选择
决定城市污水处理厂投资和运行成本的很重要因素是污水处理工艺的选择。目前,在城市污水处理领域,南方城市普遍存在着追求"新工艺"的倾向,而且在工艺选择上似乎还有"一窝蜂"的现象。例如80年代,南方城市污水处理工艺多选择氧化沟；到了90年代末,SBR工艺几乎要"一统天下"了。
一座城市污水厂处理工艺的选择,虽然应由污水水质、水量、排放标准来确定,但是,忽略污水处理厂投资和运行成本,过分强调污水处理工艺的先进是不足取的。实际上,有些南 方城市采取的高投资、高运行费的"新工艺",由于水质浓度低等缘故,并未收到理想的处 理效果[2]。
众所周知,生物膜法是与活性污泥法并列的一种污水生物处理技术。目前,国内仅用于中 水(杂用水)处理以及解决地表水源微污染的治理上,应用于城市污水处理,却鲜有报道 [3～4]。事实上,城市污水处理事业发达的美国,在70年代主要采取生物膜法处理城 市污水,70%的城市污水处理厂采用造价低、运行费用省的高负荷生物滤池[5～6]。
我国是一个发展中国家,污水治理的基本原则是要以有限的财力,解决日益严重的水污染问题。城市污水处理选择生物膜法,符合我国国情。而且,南方城市污水尤其适宜采用生物膜法处理,其理由如下如述。
2.1 南方城市污水水质浓度低
南方城市人均生活用水量大,其中洗涤、淋浴用水量占80%左右,加之南方城市雨水较多 ,以及排水系统多为合流制,使得城市污水浓度较低。当然,地下水渗入排水管内,化粪池 的不合理设置,也是造成南方城市污水浓度低的原因[2]。表1列出了若干南方城 市污水厂处理工艺及进水水质。
表1 南方若干城市污水厂处理工艺及进水水质
污水厂名称
处理工艺
年平均进水水质
测定年份
BOD5(mg/L)
SS(mg/L)
武汉水质净化厂
活性污泥法(表曝)
60
80
1997
广州大坦沙污水厂
A2/O法
75
100
1997
珠海香州水质净化厂
氧化沟(A/O法)
54.4
215
1994
珠海吉大水质净化厂
表面曝气活性污泥法
68
130
1996
桂林北冲污水厂
表面曝气活性污泥法
34
61
1997
桂林第四污水厂
A2/O深水微孔曝气氧化沟
70
99
1997
长沙第一污水厂
表面曝气活性污泥法
60.4
165.1
1996
长沙第二污水厂
卡鲁塞尔式氧化沟
90
100
1997
佛山市镇安水质净化厂
A/O法(鼓风曝气)
50
105
1996
工程实践证明：活性污泥法不适宜处理低浓度城市污水,生物膜法却对低浓度城市污水 有很好的处理效果[2,7]。
2.2 南方城市污水厂处理规模不大
南方城市由于受新老城区分期建设及地形、河湖分割的影响,城区排水收集系统难以集中 。所以南方城市污水厂处理规模一般在2～10万m3/d,超过10 万m3/d规模的城市污水 厂并不多见。表2列出了若干南方城市污水处理厂规模。
生物膜法适宜于处理低浓度的城市污水和水量不大的城市污水。在处理中小规模城市污 水上,生物膜法在占地、能耗、对水质水量的适应性等方面,比活性污泥法具有更大的优越 性[7]。
2.3 利于污泥处置
由于南方城市污水厂处理规模有限,从节省基 建投资和运行费用考虑,现已建成运行的不 少南方城市污水处理厂(活性污泥处理工艺)产生的剩余活性污泥,通常采取浓缩、干化,泥 饼最终采取填埋方式。近些年,泥饼填埋方式日益受到了城市用地紧张、地下水易受污染的 制约。有些南方城市试图将泥饼用于农肥,但终因肥效低,投加混凝剂的泥饼易使土壤板结 而受到用户抵制。因此,有些南方城市污水处理厂因污泥无出路,大量堆积在厂区内,已影 响到了污水处理厂的正常运行。
表2 若干南方城市污水处理厂规模
城市名称
污水厂数(座)
总处理水量
(万m3/d)
平均处理水量
(万m3/d)
截止年份
上海
12
52.7
＜5
1999
珠海
3
8.2
＜3
1998
桂林
4
15
＜4
1999
长沙
2
16
8
1998
武汉
1
5
5
1999
若采取生物膜法处理,产生的剩余污泥远少于活性污泥法。而且从生物膜上脱落下来的生 物污泥,所含动物成份较多,比重较大,沉降性能良好,宜于固液分离。这对不设污泥消化 的南方城市污水处理厂剩余污泥的处理,是十分有利的。
综上所述,南方城市污水处理厂采取生物膜法处理十分适宜。
3 南方城市采用生物膜法处理城市污水的设计要点
3.1 生物膜法处理工艺选择
生物膜法中比较有代表性的工艺有生物接触氧化、生物滤池、生物转盘、塔滤、生物流化 床等。其中生物接触氧化和生物滤池这两种处理工艺适宜处理城市污水,技术上比较成熟。 生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物处理技术,也可以说是具 有活性污泥法特点的生物膜法。近10～20年来,在日本、美国得到了迅速的发展和应用 [7]。生物接触氧化与生物滤池比较,具有池型构造简单、布水布气方便等优点,因此 ,应是南方城市污水处理优先选择的工艺。
3.2 强化预处理工艺,保证生物膜法的正常运行
生物膜法污水处理工艺,一般都存在着生物填料易堵塞的问题。由于南方城市污水多为合 流制城市污水,因此,必须强化城市污水的预处理[8]。常规的城市污水预处理设 施有格栅、沉砂池、初沉池。
格栅的设置,宜采取粗、中、细三道格栅：粗格栅设置在污水厂提升泵房水泵吸水间前。 宜选择运行稳定,自动清渣、输渣、压渣的高链式格栅除污机组,栅距为30～40mm,以拦截 粗大杂质(如木块、砖块等)；中格栅可选择阶梯式格栅或旋转式格栅,栅距或耙齿间隙为15 ～25mm,一般设在沉砂池前；细格栅可选择弧形格栅,栅距5～10mm,设置在生物膜法处理 构筑物进水渠上,用以拦截细小杂质。沉砂池可选占地小,除砂效率高的圆形涡流式沉砂池 ,也可选设置桁车式除砂机的平流式沉砂池[9]。 初沉池选择设置桁车式 泵吸泥装置的平流式沉淀池[10～11]。
3.3 生物填料的选择
生物填料是生物膜法处理城市污水的主体,他对城市污水的净化效率有直接影响。生物填 料要求耐腐蚀、强度高、抗老化、比表面积大、空隙率大、易加工安装、价格便 宜。生物填料已从硬性填料、软性填料、半软性填料发展到现在普遍使用的立体弹性填料。 立体弹性填料由束状的尼龙丝组成,比表面积大,有较大的空隙率,易挂膜,是一种较为理 想的生物填料[12～13]。近年来,还有一种不需安装,直接投入水中,比重接 近于水的悬浮型生物填料,也是一种较好的生物接触氧化填料。
高负荷生物滤池,目前一般选择焦炭、石英砂、陶粒等作为滤料。
3.4 生物接触氧化池和生物滤池布水布气问题
生物接触氧化和生物滤池极少用于城市污水处理领域,除了需配置价格较高的生物填料的 原因外,还有一个很重要的原因是生物接触氧化池和生物滤池布水布气不易均匀。以 往为达到生物接触氧化池和生物滤池的均匀布水布气,通常以限制生物接触氧化池和生物滤 池的平面几何尺寸来实现。这就大大地制约了生物膜法在大中型城市污水厂中的应用。目前 ,国内已有太原市殷家堡污水厂(处理规模10万m3/d)和上海彭浦污水厂(处理规模0.57万m3/d)采用生物膜法处理城市污水,这两座厂的设计和运行经验值得规划中的南方城市污水厂借鉴。但应注意到,超过10万m3/d的南方城市污水厂生物膜法处理构筑物的均匀布水 布气问题还有待于研究解决[13]。
4 结语
(1)处理规模不大的南方城市污水厂因进水浓度低,适宜选择生物膜法作为处理工艺；
(2)宜选择生物接触氧化和高负荷生物滤池作为南方城市污水处理主流工艺[14～ 15]；
(3)加强对生物填料、生物膜法构筑物均匀布水布气、池型等生物膜法关键技术的研究, 尽快在南方城市进行生物膜法中试和生产性试验研究。
参考文献
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13 李怀正,等. YDT型弹性填料性能试验研究. 上海给水排水,1991,3(1)：11～12
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