江蘇省太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造技術(shù)導(dǎo)則

江蘇省太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造技術(shù)導(dǎo)則

自2007年5月爆發(fā)藍(lán)藻以來，太湖流區(qū)已發(fā)生供水危機(jī)。據(jù)教育部稱，太湖流區(qū)城市污水處理廠的廢水處理必須嚴(yán)格執(zhí)行《城市污水處理廠污染物排放規(guī)范》（gb18918-2002）的a級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國(guó)家和江蘇省太湖流域水污染防治工作的總體部署,江蘇省需限期對(duì)太湖流域169座城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造。同時(shí),江蘇省環(huán)保廳和江蘇省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)布了江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》(DB32/1072—2007)。江蘇省城鎮(zhèn)污水處理廠在提標(biāo)改造的嘗試過程中遇到了很多問題:城鎮(zhèn)污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的主要影響因素有哪些?提標(biāo)改造應(yīng)該采取哪些有效技術(shù)措施?提標(biāo)改造中哪些問題應(yīng)該引起重視?冬季低溫時(shí)如何保證出水氨氮和TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)等。為此,筆者根據(jù)編寫《江蘇省太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》中遇到的問題及本人多年的工作經(jīng)驗(yàn),結(jié)合太湖流域污水處理技術(shù)攻關(guān)科研成果,對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造中的重點(diǎn)問題進(jìn)行了探討,以供參考。1污水處理廠進(jìn)水碳源的影響對(duì)江蘇省太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠的調(diào)研發(fā)現(xiàn),排入城鎮(zhèn)污水處理廠的工業(yè)廢水是影響出水達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵因素。如含重金屬、有毒有害有機(jī)物、硝化抑制物及含氮雜環(huán)化合物(不可氨化有機(jī)氮)的工業(yè)廢水直接影響到微生物的生存;豆制品廢水COD高,氨氮高;屠宰廢水COD高,懸浮物、油脂、氨氮濃度高;垃圾滲濾液COD高,氮比例過高;如果不限制工業(yè)廢水的接入,勢(shì)必會(huì)加重污水處理廠進(jìn)水碳氮比的嚴(yán)重失調(diào)。調(diào)研還表明,化糞池對(duì)COD的去除率為20%~30%,因此當(dāng)進(jìn)水碳源不受影響時(shí),可以考慮設(shè)置化糞池,在削減污染負(fù)荷的同時(shí)節(jié)約工程投資?？紤]到化糞池對(duì)N、P的去除效果不明顯,在污水處理廠進(jìn)水碳源不足時(shí),應(yīng)分析化糞池設(shè)置可能帶來的不利影響。食品工業(yè)中釀造廢水、食品加工廢水和糖業(yè)廢水的C/N值很高,可生化性較好。因此,當(dāng)污水處理廠服務(wù)范圍內(nèi)有上述廢水且進(jìn)水碳源不足時(shí),可以考慮放寬接入標(biāo)準(zhǔn)。合流制污水收集系統(tǒng)的流量、組分、濃度隨季節(jié)的變化而波動(dòng)較大,在雨季地面積累的大量污染物與旱季沉積在管底的物質(zhì)一起進(jìn)入污水廠,從而使進(jìn)水污染物濃度較高。綜上所述,源頭污染物如果得不到有效控制,城鎮(zhèn)污水處理廠難以穩(wěn)定運(yùn)行,甚至?xí)c瘓。2為確保廢水穩(wěn)定，應(yīng)采取一些措施2.1困難工業(yè)廢水排放的影響在太湖流域很難找到全部以生活污水為進(jìn)水的污水處理廠,特別是工業(yè)產(chǎn)業(yè)園或工業(yè)發(fā)達(dá)的鄉(xiāng)鎮(zhèn),污水處理廠進(jìn)水中工業(yè)廢水的比例往往高達(dá)60%以上,甚至達(dá)到95%以上。工業(yè)廢水的排放對(duì)污水處理廠進(jìn)、出水水質(zhì)的影響很大,尤其是化工和印染行業(yè)高度發(fā)達(dá)且比較集中的太湖流域。就其原因不外乎以下幾種:工業(yè)廢水未經(jīng)預(yù)處理直接排入污水收集系統(tǒng);工業(yè)廢水雖然經(jīng)過預(yù)處理,但由于預(yù)處理工藝以生物處理為主,因此很多可生化性好的有機(jī)物已經(jīng)被去除,留下來的物質(zhì)進(jìn)入城鎮(zhèn)污水處理廠難以繼續(xù)進(jìn)行生化處理。污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)、進(jìn)出水碳源的情況調(diào)研發(fā)現(xiàn),在一些含工業(yè)廢水的城鎮(zhèn)污水廠的進(jìn)水中,不能被氨化和生物降解的特殊含氮有機(jī)物的含量高達(dá)10mg/L以上,城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水TN構(gòu)成中,不可氨化的有機(jī)氮一般約為30%,因此嚴(yán)重影響了城鎮(zhèn)污水處理廠出水TN的達(dá)標(biāo)。有研究表明,太湖流域的城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水BOD5/TN值一般為3.3左右,最大為5.49,最小為0.96。常州清潭污水處理廠是典型的生活污水處理廠,2006年—2008年的三年日均BOD5/TN值僅為3.5左右。因此,太湖流域?qū)⒔?0%的城鎮(zhèn)污水處理廠為了反硝化脫氮而需投加必要的外加碳源。低溫條件致使污水處理系統(tǒng)中微生物數(shù)量減少,活性降低。太湖流域污水處理技術(shù)攻關(guān)成果表明,該流域污水處理廠污水的最低溫度在10℃左右,當(dāng)冬季水溫<15℃時(shí),生物脫氮效果及活性污泥的硝化反硝化性能受低溫的影響開始明顯,城鎮(zhèn)污水處理廠出水TN達(dá)標(biāo)的難度增大。2.2初沉池的設(shè)置①提標(biāo)改造技術(shù)方案實(shí)施的同時(shí)應(yīng)重視源頭污染物的控制a.新建片區(qū)應(yīng)采用雨污分流制系統(tǒng),老城區(qū)可采用合流制或截流式合流制作為過渡期排水體制,并應(yīng)加快雨污分流系統(tǒng)的改造。接入城鎮(zhèn)污水處理廠的污(廢)水水質(zhì)應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家及行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,不應(yīng)對(duì)下水道和污水處理廠的安全運(yùn)行造成危害,不應(yīng)給污泥的處理處置帶來不良影響。b.應(yīng)限制影響城鎮(zhèn)污水處理廠正常運(yùn)行的含重金屬、有毒有害有機(jī)物、硝化反應(yīng)抑制物和含氮雜環(huán)化合物(不可氨化有機(jī)氮)等工業(yè)廢水的排入;應(yīng)嚴(yán)格控制豆制品、屠宰廢水、垃圾滲濾液等高含氮廢水和高濃度油脂廢水的接入。對(duì)于已接入的上述廢水,應(yīng)采取合理控制其危害性的預(yù)處理措施,防止對(duì)生物處理系統(tǒng)造成不良影響。c.應(yīng)加強(qiáng)管理和及時(shí)清掏城鎮(zhèn)污水處理廠服務(wù)范圍內(nèi)的已建化糞池,確保其正常穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于進(jìn)水碳源不足的城鎮(zhèn)污水處理廠,宜分析服務(wù)范圍內(nèi)設(shè)置化糞池的合理性。d.適當(dāng)放寬含有優(yōu)質(zhì)碳源、碳氮比高的普通有機(jī)廢水(如食品工業(yè)中的釀造廢水、食品加工廢水和糖業(yè)廢水等)排入城鎮(zhèn)污水處理廠的水質(zhì)濃度。②提標(biāo)改造技術(shù)方案中合理取舍預(yù)處理單元城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水中含大量工業(yè)廢水時(shí),考慮到工業(yè)廢水排放的間斷特征,其廢水水質(zhì)和水量隨著時(shí)間而變化,為使各處理單元在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行,在處理流程的前端設(shè)置調(diào)節(jié)池是非常必要的。如果是印染廢水,考慮到廢水pH偏高,為了保證后續(xù)構(gòu)筑物的處理效果,還應(yīng)特別注意pH的調(diào)節(jié)。鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模較小、水量水質(zhì)變化大,故在格柵后也應(yīng)增設(shè)調(diào)節(jié)池。研究表明,初沉池對(duì)進(jìn)水SS有較好的去除效果(一般去除率在40%以上)。懸浮物含量較高的原水不經(jīng)初沉池直接進(jìn)入生物處理系統(tǒng),相當(dāng)部分的無機(jī)物會(huì)因吸附等方式包裹在污泥中,使污泥中的活性成分降低。此時(shí)初沉池的設(shè)置,有利于提高生物處理系統(tǒng)的污泥活性、硝化速率、生物處理裝置的能力和效率。對(duì)于有建筑廢水或無機(jī)成分比例大的高濃度SS廢水進(jìn)入管網(wǎng)的城鎮(zhèn)污水處理廠,尤其是管網(wǎng)以合流制為主的城鎮(zhèn)污水處理廠,為保證生物處理系統(tǒng)正常功能的發(fā)揮以及整個(gè)污水處理廠的正常運(yùn)行,宜設(shè)置初沉池。小試及中試研究表明,當(dāng)進(jìn)水SS達(dá)400mg/L以上時(shí),對(duì)生物處理系統(tǒng)的沖擊很大,一方面生物池的污泥增量太大,需要大量排泥,其結(jié)果是生物池內(nèi)的有效生物量降低,影響處理效果;另一方面是泥量大量增加,在來不及排泥的情況下影響供氧效率。這種高濃度SS廢水對(duì)生物處理系統(tǒng)的沖擊,往往需要幾天的時(shí)間來恢復(fù)。因此,對(duì)于SS≥400mg/L的來水,城鎮(zhèn)污水處理廠必須設(shè)置初沉池。SS濃度不是很高的原水,若經(jīng)過較長(zhǎng)停留時(shí)間的初沉池,會(huì)損失一定的碳源,對(duì)生物脫氮產(chǎn)生不利影響。因此,初沉池的運(yùn)行要靈活,應(yīng)根據(jù)實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)適當(dāng)提高初沉池的表面負(fù)荷,縮短停留時(shí)間或部分超越。通常,初沉池的水力停留時(shí)間宜為0.5~1.5h。綜上所述,是否設(shè)置初沉池的第一個(gè)條件是,考慮進(jìn)水有機(jī)物濃度能否支撐活性污泥生物系統(tǒng)(因許多污水廠進(jìn)水BOD5<70mg/L);第二個(gè)因素是生物脫氮所需的碳氮比,以減少或不投加人工碳源為重要原則。進(jìn)水SS在400mg/L以上時(shí)水質(zhì)指標(biāo)已超出《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ3082—1999),首先應(yīng)在源頭管理上著手,建筑廢水排入下水道也同此。對(duì)于建筑廢水及其他無機(jī)成分比例大的高濃度SS廢水,首先應(yīng)考慮沉砂池的設(shè)計(jì)及其良好運(yùn)行。進(jìn)水BOD5/COD值(通常小于0.3)偏低的城鎮(zhèn)污水處理廠,尤其以印染廢水為主時(shí),應(yīng)考慮設(shè)置厭氧水解池,利用兼性水解產(chǎn)酸菌將部分難以好氧生物降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易生物降解有機(jī)物,提高后續(xù)生物處理的效率。研究表明,作為高VSS/SS值污水的預(yù)處理,厭氧水解池的設(shè)置非常必要,能夠使SCOD/COD值由33%增至75%。對(duì)于工業(yè)廢水所占比例較高或進(jìn)水中含不易生物降解、不易沉降、不易被吸附的COD等影響出水達(dá)標(biāo)的污水處理廠,宜設(shè)置厭氧水解池。③提標(biāo)改造工程中應(yīng)充分發(fā)揮生物處理段的作用為了縮短工藝流程,減少構(gòu)筑物的設(shè)置,生物處理段應(yīng)立足于最大程度地去除有機(jī)物、NH3-N、TN;為了節(jié)省化學(xué)藥劑和污泥處理處置費(fèi)用,還應(yīng)兼顧磷的去除。當(dāng)現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)無法穩(wěn)定達(dá)到尾水排放標(biāo)準(zhǔn),且設(shè)備的能力、池容的利用狀況、操作參數(shù)的控制存在一定的可供調(diào)控空間時(shí),提標(biāo)改造工程應(yīng)優(yōu)先采用運(yùn)行優(yōu)化擴(kuò)容技術(shù),提高系統(tǒng)除磷脫氮能力。對(duì)于現(xiàn)狀已采用A/A/O系列工藝或由A/O工藝改造為A/A/O工藝的污水處理廠,當(dāng)采用優(yōu)化運(yùn)行后,出水TN、NH3-N仍然不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)或新增池容困難時(shí),提標(biāo)改造工程可考慮在生化段好氧區(qū)投加填料,將生物膜技術(shù)與活性污泥工藝結(jié)合,優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)微生物的組成和數(shù)量,提高系統(tǒng)的硝化穩(wěn)定性和反硝化能力。另外,也可以通過投加填料減小好氧區(qū)的容積及增大缺氧區(qū)和厭氧區(qū)的容積,但不宜在缺氧區(qū)和厭氧區(qū)投加填料。當(dāng)原有生物處理段采用上述強(qiáng)化措施后出水NH3-N和TN仍然不能達(dá)標(biāo)時(shí),提標(biāo)改造工程可以考慮在原生物處理段后增加曝氣生物濾池、反硝化濾池等設(shè)施。通常此時(shí)需要補(bǔ)充必要的外加碳源,確保尾水NH3-N和TN穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。④污水處理工藝流程中應(yīng)合理選擇深度處理工藝單元如果污水處理廠尾水要求達(dá)到GB18918—2002的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),通常污水處理工藝流程中必須增設(shè)深度處理單元。二級(jí)處理后的深度處理應(yīng)以過濾為核心單元,混凝沉淀為強(qiáng)化手段,起到高效去除懸浮固體和膠體物質(zhì)的作用,降低SS和消除病原體,以及通過調(diào)整混凝劑和劑量同步完成化學(xué)除磷。當(dāng)二級(jí)強(qiáng)化處理出水的NH3-N及TN已經(jīng)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),BOD5、COD已經(jīng)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn),出水SS不穩(wěn)定且需要化學(xué)除磷時(shí),宜采用混凝/沉淀/過濾工藝流程,以確保出水各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定全面達(dá)標(biāo)。當(dāng)二級(jí)處理出水水質(zhì)接近一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),但還不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)時(shí),可以采用絮凝過濾(混凝/過濾)、微絮凝(混合/過濾)或直接過濾等深度處理單元。當(dāng)采取以上措施后處理出水仍不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)時(shí),可以考慮采取化學(xué)氧化或活性炭吸附方法。當(dāng)出水需要脫色時(shí),可以考慮增加臭氧氧化措施;特殊情況下(如印染廢水進(jìn)水比例較高時(shí)),可以采用投加粉末活性炭作為應(yīng)急或補(bǔ)充措施。⑤加強(qiáng)運(yùn)行管理,應(yīng)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和水量的變化調(diào)整運(yùn)行模式,應(yīng)特別重視冬季低溫下出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的運(yùn)行控制通常污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)和水量會(huì)發(fā)生波動(dòng),因此污水處理運(yùn)行方案應(yīng)根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整運(yùn)行工況,否則難以達(dá)到處理要求。例如,無錫市蘆村污水處理廠在冬季和夏季進(jìn)水水質(zhì)變化較大,可在原有A/A/O工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行多種運(yùn)行方式上的調(diào)整:針對(duì)碳源欠缺的進(jìn)水水質(zhì),夏季運(yùn)行工藝調(diào)整為多點(diǎn)進(jìn)水倒置A/A/O工藝或脫氮A/O工藝;考慮冬季進(jìn)水有機(jī)污染物濃度高的實(shí)際情況,將運(yùn)行工藝調(diào)整為帶回流污泥反硝化段的A/A/O工藝,并在好氧池投加填料。另據(jù)調(diào)查,不論是在北方還是在南方(太湖流域城鎮(zhèn)污水的溫度最低只有9.6℃),冬季低溫均對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠生物脫氮產(chǎn)生了較大的不利影響。因此,當(dāng)?shù)蜏貋砼R前特別是當(dāng)污水水溫降至15℃時(shí),就應(yīng)該采用冬季運(yùn)行模式,提前做好準(zhǔn)備;當(dāng)混合液回流系統(tǒng)設(shè)備能力允許時(shí),可以通過提高混合液回流比,增加活性污泥和微生物的總量;當(dāng)曝氣設(shè)備能力允許時(shí),可以通過提高溶解氧濃度,維持較高的硝化速率;為在低溫下提高反硝化速率,可以采用較長(zhǎng)的泥齡、降低硝酸鹽負(fù)荷或延長(zhǎng)水力停留時(shí)間等措施。當(dāng)采取措施后生物反硝化效果仍然不佳時(shí),應(yīng)考慮投加必要的碳源;當(dāng)采取措施后生物硝化效果仍然不佳時(shí),應(yīng)考慮在好氧區(qū)投加懸浮填料的辦法。3工藝改造方案提標(biāo)改造工程應(yīng)做到以下幾點(diǎn):先優(yōu)化運(yùn)行,后工程措施;先內(nèi)部碳源,后外加碳源;先生物除磷,后化學(xué)除磷;減排兼節(jié)能,達(dá)標(biāo)顧經(jīng)濟(jì)。①城鎮(zhèn)污水處理廠作為城市基礎(chǔ)設(shè)施工程,具有規(guī)模大、投資高的特點(diǎn),工藝方案的選擇必須注重成熟性和可靠性。因此,需要特別強(qiáng)調(diào)技術(shù)的合理性、適用性和可靠性,而不是簡(jiǎn)單地提倡技術(shù)的先進(jìn)和新型。此外,還必須把技術(shù)和工程風(fēng)險(xiǎn)降低到最小,所選工藝改造方案應(yīng)滿足處理效果穩(wěn)定可靠、工藝控制調(diào)節(jié)靈活、工程實(shí)施切實(shí)可行、運(yùn)行維護(hù)管理方便、投資運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省、整體工藝協(xié)調(diào)優(yōu)化。②在城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造中出現(xiàn)了很多新工藝、新設(shè)備?？紤]到部分污水處理工藝在工程應(yīng)用中取得了較好的除污效果,只是工程應(yīng)用數(shù)量有限,機(jī)理和運(yùn)行參數(shù)還不夠成熟,筆者認(rèn)為這部分污水處理工藝可以在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)進(jìn)行工程應(yīng)用,并注意進(jìn)一步總結(jié),為將來大范圍推廣打好基礎(chǔ)。如果投資有限、經(jīng)濟(jì)條件不好,規(guī)模≤1×104m3/d的污水處理廠可以采用硅藻精土污水處理工藝;當(dāng)污水