摘要：目前沈陽在污水處理方面走在了全國的前列,全市現有大型污水處理廠5座,污水處理率達到了70%以上。然而,大部分水廠只經過傳統的二級處理,其排放的水質中仍然含有一定的污染物質,要想使其作為新鮮水進行回用,還必須經過污水深度處理。目前,污水深度處理的技術和工藝流程種類較多,如何選擇合適的技術,使其適合在沈陽污水處理企業中推廣,是污水深度處理項目管理的關鍵問題。本文從沈陽實際情況出發,分析目前各種技術的利弊,選擇一種適合沈陽污水深度處理的關鍵技術,為沈陽污水深度處理項目管理提供一定的理論依據和應用參考。
關鍵詞:污水處理,深度處理,關鍵技術,項目管理
一、前言
隨著中國城市化和工業化的加速,水資源的需求也日益增大,城市缺水現象越來越嚴重。沈陽作為東北的重鎮,水資源嚴重匱乏,是國內40個主要缺水城市之一,水資源的匱乏已經成為制約沈陽經濟和社會持續發展的重要因素。為緩解沈陽水資源不足,滿足經濟發展需要和企業需求,使沈陽生態建設可持續發展,讓污水資源成為第二水源,已經成為城市發展的必經之路。沈陽污水排水設施始建于1903年,絕大部分為合流制,現已形成南部、北部和西部三大排水系統,日總污水排水量約為166萬m3。面對如此大的污水排水量,應盡快加速污水處理行業的發展,促進污水資源化,提高污水的利用率,使污水成為第二水源,可在一定程度上有效地解決沈陽的水資源匱乏問題。
沈陽市現有5座污水處理廠:北部污水處理廠,處理能力為40萬t/d;沈水灣污水處理廠,處理能力為20萬t/d;滿堂河污水處理廠,處理能力為3萬t/d;仙女河污水處理廠,處理能力為40萬t/d;西部污水處理廠,處理能力15萬t/d。目前,全市污水處理廠設計處理能力為118萬t/d,設計處理率為70%以上。目前還有一部分水廠在建設中,計劃在今年年底,全市污水處理率將達到100%。
現有5大水廠均執行國家二級排放標準,但要達到國家一級A標準,使其能作為新鮮水進行回用,還有一定的距離。目前,僅有沈陽北部污水處理廠采用了污水深度處理的技術,其排放的水質可達到發電廠冷卻用水的標準。因此,盡快發展污水深度處理項目,是沈陽污水處理企業的當務之急。
深度污水處理是在常規污水二級處理的基礎上,通過物理化學法、生物膜過濾法、活性炭吸附法或臭氧氧化法等手段,使再生水中的SS(懸浮物含量)、COD(化學耗氧量)、色度、嗅味等指標達到相關要求并實現回用的處理技術。
二、污水深度處理常用技術及其優缺點
國內外研究經驗表明,污水深度處理方法大致可分為三類:生物處理法、物理化學處理法、膜處理法。一般來說,需要根據回用水的水質要求,選擇合適的處理方法,才能達到經濟、合理的處理效果。
1、混凝技術。混凝工藝可去除污水中呈膠體和微小懸浮狀態中的有機物和無機污染物,通常作為城市生活污水深度處理的預處理,能有效去除二沉池出水中的懸浮物和磷酸鹽,還可以部分去除溶解性有機物,去除率約為36%～40%,主要為分子量大于5,000的疏水性有機物。混凝法是給水和廢水處理中廣泛應用的一種方法,它可以用來降低原水的濁度、色度等感官指標,去除多種高分子有機物,某些重金屬和放射性物質。然而,城市污水二級出水形成的濁度主要是膠體和菌膠團微粒,往往不是很高,混凝時難以形成沉降性能良好的絮體,往往需要尋求高效的絮凝劑,這也是其作為污水深度處理的主要缺點。
優點:適用范圍廣泛、操作簡便、可以大大降低深度處理運行成本。缺點:對絮凝劑的要求較高,且無法去除氨氮,處理后水質適應性差。
2、生物技術。在二級出水的低濃度條件下,活性污泥很難培養,因此一般在深度處理時宜采用生物過濾法,常用曝氣生物濾池法和生物接觸氧化法。
(1)曝氣生物濾池(BAF)。曝氣生物濾池是在生物濾池下部或底部增加曝氣系統進行污水處理的方法。根據水流方向可分為上向流和下向流兩種,早期的曝氣生物濾池多采用下向流,但是下向流曝氣生物濾池具有納污效率不高、易堵塞和運行周期短等特點,因此,通過改變進出水的方向和濾池進出水過水斷面的大小形成了向上流變速曝氣生物濾池,可更好地利用濾池的深度、減少堵塞的可能性。另外,生物濾池中的濾料對于處理效果的好壞影響很大,目前比較新的濾料有酶促陶粒,它利用多孔陶粒的微孔增加了生物的附著量,同時酶的催化作用也加強了處理的效果。龍騰銳等利用微型酶促填料和素陶粒填充構成的新型復合變速生物濾池對二級出水進行試驗,出水水質完全滿足雜用水水質標準。
(2)生物接觸氧化法。生物接觸氧化技術是在池內填充填料,已經充氧的污水浸沒全部填料,并以一定的流速流經填料,填料上布滿生物膜,污水與生物膜廣泛接觸,在生物膜微生物新陳代謝的作用下,污水中大部分有機污染物得以去除。
目前,該技術除用于生活污水和城市污水的二級處理外,還應用于石油化工、農藥、印染、紡織、輕工造紙、食品加工和發酵釀造等工業廢水處理,都取得了良好的處理效果。
優點:能去除氨氮、亞硝酸鹽、鐵、錳、嗅味、色度等,處理經濟、操作簡便,能耗較低。缺點:掛膜需要的時間較長。
3、活性炭吸附技術。由于活性炭具有發達的細孔結構和巨大的比面積,可有效去除色度、臭味和水中大多數有機污染物,對于生物法和化學法難以去除的有機污染物都有較強的去除效果,也能去除某些無機物包括有毒的重金屬,在水的深度處理中是應用最廣泛和最有效的方法之一。然而,一般污水二級出水中含有大量生物絮體及生物殘渣,若直接采用活性炭吸附柱,易堵。另外,對于分子量大于30,000的有機物,由于活性炭微孔的大小排斥作用而沒有吸附效果。
優點:可有效去除色度、臭味和水中大多數有機污染物和有毒的重金屬物質。缺點:活性炭吸附柱易堵塞,對于分子量大于30,000的有機物無吸附效果。
4、臭氧法。臭氧具有極強的氧化性,對許多有機物或官能團發生反應,有效地改善水質。臭氧能氧化分解水中各種雜質所造成的色、嗅,其脫色效果比活性炭好;還能降低出水濁度,起到良好的絮凝作用,提高過濾濾速或者延長過濾周期。
優點:能有效去除水中色度、臭味,降低水的濁度。缺點:國內的臭氧發生技術和工藝比較落后,所以運行費用過高,推廣有難度。
5、膜分離技術。該技術可有效去除廢水的色度、臭味、各種離子消毒副產物前體、大分子如腐殖酸和灰黃霉酸等許多有機物和微生物,在污水處理與回用方面應用日益廣泛,極大地推進了污水處理和回用工作。應用于污水資源化的膜技術有微濾(MF)、超濾(UF)、反滲透(RO)、納濾(NF)以及膜生物反應器(MBR)等。MF、UF和NF的截流分子量分別為100,000～500,000、2,000～100,000和200～10,000,RO膜的截流分子量通常低于1,000。
優點:可有效去除廢水的色度、臭味、各種離子消毒副產物前體、大分子如腐殖酸和灰黃霉酸等許多有機物和微生物。缺點:膜技術雖然已廣泛用于水處理技術,但是二級出水中仍含有一定的有機污染物,很容易污染膜,影響膜的性能包括滲透性和有機物的去除效率,對低溫適應性差,難以在高寒的北方地區應用。我國的膜技術在深度處理領域的應用與世界先進水平尚有較大差距。
6、高級氧化法(AOP)。高級氧化法選擇性小,反應速度快;氧化徹底,處理效率高;對于污水中微量有害化學物質的去除具有顯著的效果,可有效減少THMs的生成。典型的均相AOP過程中有O3/UV,O3/H2O2,UV/H2O2,H2O2/Fe3+(Fenton試劑)。有研究者利用臭氧和其他氧化劑(紫外輻射、過氧化氫和TiO2)強化降解極性有機物CP。
優點:能有效減少THMs的生成,在處理水中微量有害化學物質領域具有廣泛的前景。缺點:限制較多,經濟性差,影響推廣，同時也可以查看中國污水處理工程網更多關于污水處理的技術文檔。
三、沈陽污水深度處理技術選擇
根據沈陽水資源的狀況和目前的污水處理能力,參照我國污水處理后水質的相關標準,我們可發現:
1、混凝技術雖然是目前較多國內污水處理企業所采用的方法,但其處理后的水質適應性差,且含有較多量的氨氮,其并不適合在沈陽地區污水處理企業中推廣。
2、生物處理技術目前在國內污水處理企業中的應用越來越廣泛,它能有效地將二沉池出水中的大多數物質去除,且可去除氨氮、亞硝酸鹽、鐵、錳、嗅味、色度等,具有處理經濟、操作簡便和能耗較低等特點。另外,該技術具有較高的懸浮物去除效率和脫氮能力,適應性和抗沖擊負荷能力很強,適應間歇運行,同時該技術占地面積小,適應當前土地資源緊張的現實,可在沈陽地區污水處理企業中推廣。
3、活性炭吸附技術可有效去除色度、臭味和水中大多數有機污染物。然而,二級出水中一般含有大量生物絮體及生物殘渣,若直接采用活性炭吸附柱,易堵塞;且對分子量大于30,000的有機物,由于活性炭微孔的大小排斥作用而無效。其可成為沈陽地區污水處理企業的備選技術。
4、臭氧法雖然能有效地改善水質,且其脫色效果比活性炭好,還能降低出水濁度,起到良好的絮凝作用,提高過濾的濾速或者延長過濾周期,但由于目前國內的臭氧發生技術和工藝比較落后,所以運行費用過高,在沈陽污水處理企業中推廣難度較大。
5、膜分離技術膜技術雖然已廣泛用于水處理技術,但是二級出水中仍含有一定的有機污染物,很容易污染膜,影響膜的性能包括滲透性和有機物的去除效率,對低溫適應性差,難以在高寒的北方地區應用。另外,我國的膜技術在深度處理領域的應用與世界先進水平尚有較大差距。因此至少在目前,其不適合在沈陽的污水處理企業中使用。
6、高級氧化法在國內使用較少,限制較多,經濟性差,不推薦在沈陽的污水處理企業中使用。
綜上所述,生物處理技術因其廣泛的適用范圍、穩定的運行效果,良好的經濟效益,適合沈陽地區的污水處理企業中使用。另外,據清華大學環境工程系對以陶粒作填料的曝氣生物濾池進行研究,表明曝氣生物濾池的處理效果明顯優于生物接觸氧化法。因此,以上研究和分析表明,曝氣生物濾池技術可作為污水深度處理的關鍵技術在沈陽污水處理企業中推廣。
四、沈陽污水深度處理技術應用實例
在污水深度處理項目中,一旦關鍵技術確定,其工藝流程也基本可以確定。針對曝氣生物濾池技術,在實際應用中,使用該技術最多的工藝流程為:二級污水處理廠出水→曝氣生物濾池→V型濾池→消毒工藝。目前,沈陽北部污水處理廠已經建設完成了日處理5萬噸污水深度處理項目,為發電廠冷卻用水提供了優質水源。沈陽市北部污水處理廠再生水深度處理站工藝流如圖1所示。(圖1)
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沈陽北部污水處理廠采用的是二級污水處理廠出水→曝氣生物濾池→V型濾池→消毒工藝,經深度處理后,其出水水質情況各項指標都已經達到了國家的相關排放標準。該污水深度處理項目為發電廠提供了極佳的水源,有力地支援了電廠建設,減少了大量新鮮水的使用,為沈陽的可持續發展做出了重要貢獻。
五、結論
沈陽的水資源匱乏,分布極不均勻,是國內嚴重缺水的城市之一,而沈陽的污水排放量較大,因此將沈陽的污水二級出水進行深度處理,使其能夠作為新鮮水進行回用,成為沈陽的第二水源,是污水處理企業迫在眉睫的頭等大事。
本文通過研究目前常用的污水深度處理關鍵技術,并分析其優缺點,同時根據沈陽的氣候和土地資源使用實際狀況,提出適合沈陽污水深度處理項目采用的關鍵技術是曝氣生物濾池技術,可采用的工藝流程為:二級污水處理廠出水→曝氣生物濾池→V型濾池→消毒工藝。
主要參考文獻:
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[3]龍騰銳,龐煜.復合變速生物濾池處理污水廠二級出水.中國給水排水,2002. 作者: 劉洪波
