城镇污水处理设施出水水质的提高

摘要:随着全省污水处理能力的不断提升,保障污水处理厂稳定达标运行,降低运行成本提高污染物消减总量是摆在各级政府面前的重要任务。面对环境的压力与挑战,特别是针对小型污水处理设施工艺的选择方面急需加强投入研究和指导。本文针对辽宁省污水处理工作现状,搜集了大量关于污水处理设施规模、工艺、运行负荷、出水达标率及运营成本等方面的相关数据。依靠大数据对污水处理运营工作中各核心要素的相关性进行分析,并对污水处理设施的建设、运营及进一步提高污水厂出水水质标准等问题进行探讨。

关键词:污水处理设施;规模;工艺;运行费用;土地处理系统

我省目前各市、县及部分重点乡镇均建成污水处理厂(设施),但因各种原因部分污水处理设施未能正常达标运行。造成这一原因的因素较多,经费不足和较高的运行成本不失为一个重要原因。另外,即使达到一级A的出水标准,依然无法改善部分地区现有的水体水质。因此,进一步提高污水厂出水水质对改善我省水环境质量具有十分重要的意义。

1.我省污水处理行业基本情况

截止目前,全省已运行的城市污水厂134座,设计处理能力900.6万t/d,平均运行负荷88.09%。处理工艺普遍采用“厌氧-缺氧-好氧法”(简称A2O法)和间歇活性污泥法(简称SBR法)等工艺为主的生化处理技术。乡镇污水处理厂近200座,设计处理能力近100万t/d。国家重点监控污水处理厂月监督性监测显示,全省城镇污水厂整体运行稳定,达标排放率为90%以上。

1.1城镇污水处理厂运行成本情况

全省城镇污水厂的运行成本(运行费)主要由电费、药剂费、设备维护及维修费、人员工资及管理费、污泥处置费、药剂费和其他费用等构成。根据对全省年平均运行350d以上的污水厂数据统计测算,城镇污水处理厂的平均运行成本约为0.68元/t。按建设规模统计,10万t以上的污水厂平均运行成本为0.64元/t、5~10万t的污水厂平均成本为0.69元/t、1~5万t的污水厂平均成本为0.78元/t。按污水排放标准统计,以规模为10万t/d、运行负荷率达到80%以上的污水处理厂为例,一级A污水厂平均运行成本为0.70元/t;一级B污水厂平均运行成本为0.63元/t;二级污水厂平均运行成本为0.39元/t。由此可见,设计达到日处理能力1万多t以上的污水处理设施吨水处理成本随着处理规模的提高而降低,但是降幅并不明显。但出水标准(一级A、一级B和二级出水)其吨水运行成本之间差距较大。

1.2乡镇污水处理设施运行成本情况

全省乡镇污水处理设施普遍规模较小、工艺相对简单。运行成本主要由电费、设备维修费、人员工资三部分组成。按照处理工艺分为两类,即常规生化法和生态法。据测算,生态法运行成本为0.54元/t;常规生化法受规模、工艺等因素影响成本波动较大,波幅在0.70~1.7元/t。根据规模和处理工艺进行成本测算的结果是:

(1)规模在5000t/d及以上的污水处理设施,按城市污水厂计算,成本为0.70元。

(2)规模5000~1000t/d以上的污水处理设施,对常规生化法测算,平均成本为0.9元/t。

(3)1000t/d以下污水处理设施,对常规生化法测算,平均成本为1.3元/t。因为我省乡镇小型污水处理设施建设较晚,出水大都实现一级A标准,工艺多采用常规生化法。规模小、出水标准高、进水不稳定、运行负荷低、单位运行成本高就成了乡镇污水处理厂的普遍特点。

1.3城市及乡镇污水处理设施提标改造前

后能耗情况对比污水厂运行费用主要由电费、设备维修费、人员工资三部分构成。一般来说,电费约占40%~65%,设备维修费约占10%~25%,人员工资及管理费约占10%~20%。但规模越小,人员工资及管理费所占比例就越高,甚至会远远超过电费或设备维修费。相较于城市污水处理厂,乡镇污水处理设施普遍规模较小、工艺相对简单、管理水平不高,运行成本在水厂提标改造后大幅提高。下面我们列举红透山镇污水处理厂、南杂木镇污水处理厂和永陵镇污水处理厂改造前后吨水电耗情况进行比较,借以说明小型污水厂脱氮除磷环节对吨水能耗明显增加。红透山镇污水处理厂设计规模0.3万t/d,提标改造前吨水电耗不足0.3度/t,提标后0.8度/t。永陵镇污水处理厂设计规模0.1万t/d,提标改造前吨水电耗0.25度/t左右,提标后0.4度/t。此外,药剂费和设备维护维修也是运行费用增加的主要方面。我省大部分乡镇污水处理设施设计规模不足0.1万t/d,这种情况导致吨水运行费用增加更为明显。

2.关于优化工艺以降低污水处理运

行费用的思考根据统计结果我们可以看出,提高出水标准后运行费用在规模较小的污水处理设施增加明显。特别是设计规模在5000t/d以下的污水处理设施吨水处理成本同设计规模明显呈负相关。其原因主要是在脱磷除氮环节,大污水厂可以通过调整工艺流程实现出水达标。规模较小的污水处理设施很难通过相同办法解决这一问题。因此在建设小型污水处理设施时设计规模、出水标准和工艺一定要慎重,这样才不至于产生财政难以负担的运行费用。目前,财政投入的不足已经成为制约我省水污染治理工作的主要因素。所以有效降低污水处理成本,进一步提高出水水质对于加强我省水环境治理有着重要意义。针对规模小、出水水质标准要求高的污水处理设施,因为其高昂的运营费用导致很多地方在财政上不堪重负。如果在污水厂提标改造过程中,对部分符合条件的污水处理设施采用将污水处理设施和各种类型的土地处理和稳定塘等自然净化技术相结合的方法。即排出污水处理厂的污水经过二级强化处理后不但有效去除污水中的碳源,且可以实现脱磷除氮的目的。这种既可以提高出水水质,又不会大幅度提高运行费用的方法非常适合我省实际情况。

3.土地处理系统特点及适用范围

污水土地处理系统的价值就是实现污水处理设施深度处理部分的功能,这也是污水处理成本构成的主要部分。它属于污水自然处理范畴,主要指污水有控制地投配到土地上,通过土壤—植物系统物理的、化学的、生物的吸附、过滤与净化作用和自我调控功能,使污水可生物降解的污染物得以降解、净化。氮、磷等营养物质和水分得以再利用,促进绿色植物生长并获得增产。污水土地处理系统是人工规划、设计与自然净化相结合,以及水处理与利用相结合的环境系统工程,一般可分为慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、湿地处理和地下渗滤系统五种工艺,其中湿地处理系统主要依据生态单元而定名,其他系统则是依据水流路径而定名。不同的土地处理类型具有不同的工艺条件、工艺参数和场地要求。污水土地处理系统因其具有投资少、能耗低、成本低等特点,因此在许多国家得到了运用和发展。土地处理系统会根据处理目标和处理对象选择不同的工艺,像慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流和地下渗滤等工艺类型均是土地处理系统中最为常见的类型。其中地表漫流系统和地下渗滤系统较为适合我省实际情况。各种工艺在污水处理过程中,对其处理的程度、工艺参数等方面差异较大,因此必须结合各地实际情况。

3.1地表漫流系统

地表漫流系统是将污水控制于地表,使其在缓慢流动的过程中得到净化的污水土地处理系统。与其他污水土地处理系统相比,该系统需要在具有缓坡和低渗透性土壤的场地内运行,场地内常以种植牧草为主,由于水力停留时间短且土壤的渗透率低,污水由于蒸发和渗漏而损失的部分较少,大部分污水经过处理后汇入排水沟中。该种处理系统对土壤的渗透性要求较低,处理过程简单且对预处理要求低,适用于多种污水。经过其处理的污水可以达到二级排放标准,处理后的污水也适用于回用。但其容易受到气候和水量的影响,且对坡面设计的要求较高。这种工艺相对适合于辽宁西部缺水地区,比较典型的例子如阜新泡子镇乡镇污水厂出水常年稳定达标。

3.2地下渗滤系统

地下渗滤系统是指利用预先的埋置将污水投配至一定深度的土层中,污水经过缓慢的渗滤作用得到净化。地下渗滤系统的特点在于其土层需要具有一定的构造和良好的渗透性,通常需要对场地进行人工改造。通过布水管的污水缓慢渗入周围的碎石和砂土层中,在土层中由于毛细管作用进行着扩散,同时土壤中的过滤、吸附以及一些生物作用对污水起到了净化作用。其作用与慢速渗滤系统类似,同样具有水力停留时间长、处理效果好的特点,运行简单稳定,氮磷去除率高。且由于是采用地下布水的设计,不会影响地面的景观,可与原本的绿化和生态景观相结合,具有更强的适用性。缺点在于工程建设较复杂,较其他几种系统需要更多的前期投资,且对前处理要求较高,负荷较小,否则容易造成土壤堵塞。这一工艺现在桓仁水厂有应用。在沈阳浑南应用规模较大,主要用于处理河水,项目投产后对断面水质提升效果明显。

4.结语

土地处理系统作为污水处理的重要组成部分,对污水厂出水的进一步净化具有明显的成本优势。在国外很多这类项目也都是对经过二级处理后的污水进行再处理。特别是对规模较小的污水处理设施,其优势就在于去除氮磷等污染物的成本较低。如果能因地制宜积极发展复合工艺,相应减少系统对环境的依赖,该技术将会得到推广。特别是对于零散居民区、风景区和干旱少雨地区具有广阔应用前景。目前,在国内比较成功的大型项目包括成都市活水公园和深圳的洪湖公园。我省该类工程案例还不是很多,但运行比较稳定,随着技术进步和工艺改良未来土地处理系统必将有更大的应用空间。

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