第一章 小區(qū)污水處理及技術 一、概 述 醫(yī)院、港口、公園、商業(yè)中心、新建的郊外住宅區(qū)、高級住宅區(qū)、療養(yǎng)區(qū)、學校、農(nóng)場、漁場、狩獵場等均可稱為小區(qū),我們最常遇到的主要是由居住區(qū)、療養(yǎng)院、商業(yè)中心、機關學校等一種功能或多種功能構成的相對獨立的區(qū)域,其排水系統(tǒng)通常不在城市市政管網(wǎng)覆蓋范圍之內(nèi)。根據(jù)當?shù)氐沫h(huán)保標準,必須設置獨立的污水處理設施,這就是我們所指的小區(qū)污水處理。 小區(qū)污水系統(tǒng)的處理能力,各國并無統(tǒng)一的限定。前蘇聯(lián)曾建議單個構筑物的處理能力不宜超過1400m3/d,美國則把小廠的處理能力限定在3785 m3/d的范圍內(nèi)。根據(jù)我國情況,建議把等于或小于4000 m3/d的處理廠定義為小區(qū)污水處理廠。 小區(qū)污水不同于城市污水(常包括部分工業(yè)廢水),屬于生活污水范疇。其水質(zhì)水量特征可概括為:水質(zhì)水量變化較大,污染物濃度偏低,即比城市污水低,污水可生化性良好,處理難度小。 小區(qū)污水的處理工藝依據(jù)小區(qū)污水排入水體的功能不同而異,常用處理方法有:化糞池、一級處理(初次沉淀池)、生物二級處理及二級處理后再經(jīng)消毒回用等。由于小區(qū)污水處理水量較小,管理水平不高,所以,在工藝設計時盡可能選用無污泥或少污泥的處理工藝,以防止因污泥處理不善造成二次污染。目前,較為常用的處理工藝有:①污水→調(diào)節(jié)池→初次沉淀池→生物接觸氧化池→二沉池→出水,生物接觸氧化是應用最廣泛的方法,主要優(yōu)點是停留時間短、易掛膜,尤其適合設備化,埋地建設倍受環(huán)保公司及用戶青睞,但由于維修管理及設備防腐等方面的問題,近年來應用受到限制。但如果建成地下鋼筋混凝土形式,設置人員通道以便維修,此種地下建設方式在小區(qū)水處理中具有較大市場,但這種方式一般處理規(guī)模較小,每天排放污水量小于幾百噸的小區(qū)較為理想。對上千噸的小區(qū)污水處理,推薦采用地面建設方式,生物處理部分可采用接觸氧化,也可采用SBR或其改進型CASS工藝,曝氣方式建議采用低噪音的風機或水下曝氣機。②污水→調(diào)節(jié)池→混凝沉淀→過濾→出水,對處理程度要求不高,且水量較小時,可采用此工藝,具有占地面積小,異味小,管理簡單等優(yōu)點。另外,在好氧生物處理之前加上酸化水解,有利于降低能耗,提高系統(tǒng)的總去除率。生活小區(qū)通常有較大的綠地面積,如果把污水處理后回用于澆灌綠地、道路、沖洗汽車,應在上述處理出水后加上消毒或其它補充措施。 二、小區(qū)污水處理廠設計原則 1. 處理出水要求和處理程度 一般來說,不同小區(qū)對出水的要求差異較大。應根據(jù)我國《地面環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838—88)和《污水綜合排放標準》(GB8978—96)的有關規(guī)定和當?shù)丨h(huán)保部門的要求確定處理程度,以確保出水水質(zhì)。如果出水采用土地處理法處理,則按土地處理法的要求計算; 2. 污水處理設施的設計和建設必須結合小區(qū)的整體規(guī)劃和建筑特點,即外觀設計上要與小區(qū)建筑環(huán)境相協(xié)調(diào),以求美觀; 3. 在污水處理工藝上力求簡單實用,以方便管理; 4. 在高程布置上應盡量采用立體布局,充分利用地下空間。平面布置上要緊湊,以節(jié)省用地; 5. 污水處理廠位置應盡可能位于小區(qū)下風向,與其它建筑物有一定的距離,以減少對環(huán)境的影響; 6. 設備化,定型化,模塊化,施工安裝方便,運行簡易,設備性能穩(wěn)定,適合分期建設; 7. 處理程度高,污泥產(chǎn)量少,并盡可能采用節(jié)能處理技術; 8. 處理構筑物對水力負荷和有機物負荷的適應范圍較大,使系統(tǒng)有較好的經(jīng)受沖擊負荷的能力。 9. 小區(qū)內(nèi)的人口是逐漸增加的。因此,小區(qū)污水處理廠應按可預期的發(fā)展規(guī)劃作為流量設計的基礎。根據(jù)我國情況,可考慮采用20年的設計周期。 三、小區(qū)污水處理技術及流程 新編《建筑給水排水設計規(guī)范》(征求意見稿)中補充了小區(qū)污水處理的內(nèi)容。因此,本部分內(nèi)容以此為基礎,包括了化糞池的設置、含油廢水的預處理、醫(yī)院污水的消毒和放射性廢水、有毒有害廢水的預處理、高溫廢水預處理、一級處理(初次沉淀池)、生物二級處理及二級處理后再經(jīng)消毒回用等。本節(jié)第一部分先介紹新編(設計規(guī)范)4.8>小型生活污水處理的內(nèi)容, 然后重點介紹二級生物處理及水回用方面的內(nèi)容等。 (一) 4.8小型生活污水處理(摘自新編《建筑給水排水設計規(guī)范》(征求意見稿)) 4.8.1 公共食堂和飲食業(yè)的污水以及其它含油污水,應經(jīng)除油裝置后方允許排入污水管道。 4.8.2 隔油池設計應符合下列規(guī)定: l.污水流量應按設計秒流量計算。 2.污水在池內(nèi)的流速,應根據(jù)含油污水性質(zhì)確定; 1)含食用油污水,不得大于0.005m/s。 2)含汽油、柴油、煤油及其它工業(yè)用油的污水,宜采用0.002~0 0lm/s。 3.停留時間可按下列規(guī)定確定: l)含食用油污水宜為2~10min。 2)含汽油、柴油、煤油及其它工業(yè)用油的污水,宜為0.5~lmin 4.人工除油的隔油池內(nèi)存油部分的容積,不得小于該池有效容積的25%。 5.池內(nèi)污水池進水管應考慮有清通的可能,并應設活動蓋板。 6.污水夾帶其它沉淀物時,在排入隔油池前未經(jīng)沉淀處理者,應在池內(nèi)另附加沉淀部分容積。 7.油脂及沉淀物清除周期不宜大于6d。 8.除油池出水管管底至池底的深度,不得小于0.6m。 4.8.3 溫度高于40℃的排水,應首先考慮將所含熱量回收利用,如不可能或不合理時,在排入城鎮(zhèn)排水管道之前應設降溫池,降溫池應設置于室外。 4.8.4 降溫宜采用較高溫度排水與冷水在池內(nèi)混合的方法進行。 冷卻水應盡量利用低溫廢水。所需冷卻水量應按熱平衡方法計算。 4.8.5 降溫池的容積應按下列規(guī)定確定: l.間斷排放污水時,應按一次最大排水量與所需冷卻水量的總和計算有效容積。 2.連續(xù)排放污水時,應保證污水與冷卻水能充分混合。 4.8.6 降溫池管道設置應符合下列要求: l.有壓高溫污水進水管口直裝設消音設施,有兩次蒸發(fā)時,管口應露出水面向上;無兩次蒸發(fā)時,管口宜插進水內(nèi)200mm以上。 2.冷卻水與高溫水混合可采用花管噴灑,采用生活用冷水做冷卻水時,應采取防回流污染措施。 3.降溫池虹吸排水管管口應設在水池底部。 4.應設通氣管,并引至不妨礙通行處。 4.8.7 建筑物生活排水在下列情況下宜設置化糞池: l.城鎮(zhèn)、居住小區(qū)或廠區(qū)無污水處理設施,污水排入江河湖海時; 2.城鎮(zhèn)污水處理廠設施和市政污水管道已滿負荷運行,無法接納時; 3.居住小區(qū)、醫(yī)院等設有生活污水處理設施,需要預處理時。 4.8.8 化糞池的設置應符合下列要求: 1.化糞池宜設置在接戶管的下游端,便于機動車清掏的位置。 2.化糞池池外壁距建筑物外墻不宜小于5m,并不得影響建筑物基礎。 3.化糞池距離地下水取水構筑物不得小于30m。 4.化糞池不得設置于建筑物內(nèi)。 4.8.9 化糞池有效容積應為污水部分和污泥部分容積之和。其計算參數(shù)應符合下列規(guī)定; 1.每人每日污水量和污泥量,應按表4.8. 9-1確定。 表4.8. 9-1 每人每日污水量和污泥量 分 類 | 生活和生產(chǎn)合流廢水 | 生活污水 | 每人每日污水量(L) | 與用水量相同 | 20~30 | 每人每日污泥量(L) | 0.7 | 0.4 |
2.污水在池中停留時間應根據(jù)污水量確定,宜采用12~24h。 3.污泥清掏周期應根據(jù)污水溫度和當?shù)貧夂驐l件確定,宜采用3~12個月。 4.新鮮污泥含水率可按95%、發(fā)酵濃縮后的污泥含水率可按90%計算。 5.污泥發(fā)酵后體積縮減系數(shù)宜取0.8。 6.清掏污泥后遺留熟污泥量的容積應按污泥部分容積的20%計算。 7.化糞池實際使用人數(shù)占總人數(shù)的百分數(shù)可按表4.8.9-2確定。 表4.8.9-2 化糞池使用人數(shù)百分數(shù) 建筑物名稱 | 百分數(shù)(%) | 醫(yī)院、療養(yǎng)院、養(yǎng)老院、幼兒園(有宿舍) | 100 | 住宅、集體宿舍、旅館 | 70 | 辦公樓、教學樓、實驗樓、工業(yè)企業(yè)生活間 | 40 | 公共食堂、餐飲業(yè)、影劇院、體育場(館)和其它場所(按座位) | 10 |
4.8.10 化糞池的構造,應符合下列要求: 1 化糞池的長度與深度、寬度的比例應按污水中懸浮物的沉降條件和積存數(shù)量,經(jīng)水力計算確定,但深度(水面至地底)不得小于l.3m,寬度不得小于0.75m,長度不得小于l.0m,圓形化糞池直徑不得小于1.0m。 2 雙格化糞池第一格的容量直為計算總容量的75%,三格化糞池第一格的容量宜為總容量的60%,第二格和第三格各宜為總容量的20%。 3 化糞池格與格之間應設通氣孔洞。 4 化糞池進水口、出水口應設置連接并與進水管、出水管相接。 5 化糞池進水管口應設導流裝置,出水口處及格與格之間應設攔截污泥浮渣的設施。 6 化糞池池壁和地底,應防止?jié)B漏。 7 化糞池頂板上應設有人孔和蓋板。 4.8.11 醫(yī)院污水必須進行消毒處理。消毒處理后,水質(zhì)應符合現(xiàn)行《醫(yī)院污水排放標準》的要求。 4.8.12 經(jīng)消毒處理后的污水,不得排入生活飲用水的集中取水點上游1000m和下游100m的水體范圍內(nèi)。 經(jīng)消毒處理后的污水,如排入娛樂和體育用水水體、漁業(yè)用水水體時,還應符合有關標準要求。 4.8.13 醫(yī)院污水處理構筑物,宜與病房、醫(yī)療室、住宅等有一定防護距離,并應設置隔離措施。 4.8.14 腸道病毒等傳染病房的污水,如經(jīng)技術經(jīng)濟比較認為合理時,可與普通病房污水分別進行處理。 4.8.15 醫(yī)院污水處理流程應根據(jù)污水性質(zhì)、排放條件等因素確定,一般排入城市下水道時,宜采用一級處理;排放到地表水體時,宜采用二級處理。 4.8.16 化糞池作為醫(yī)院污水消毒前的預處理時,化糞池的容積應按污水在池內(nèi)停留時間不小于36h計算,污泥清掏周期不得小于一年。 4.8.17 醫(yī)院污水清毒一般宜采用氯消毒(液氯、氯片、漂白粉或漂粉精)。如運輸或供應有困難時,可采用現(xiàn)場制備次氯酸鈉、二氧化氯等消毒方式。 如有特殊要求并經(jīng)技術經(jīng)濟比較認為合理,可采用臭氧消毒法。 4.8.18 含放射性物質(zhì)、重金屬及其它有毒、有害物質(zhì)的污水,如不符合排放標準時,須進行單獨處理后,方可排入醫(yī)院污水處理站或城市排水管道。 4.8.19 醫(yī)院污水處理系統(tǒng)的污泥,宜由城市環(huán)衛(wèi)部門集中處置。 當城鎮(zhèn)無集中處置條件時,可采用高溫堆肥或石灰消化等方法處理。 4.8.20 居住小區(qū)、公共建筑物生活排水在下列情況下應設置生活污水處理設施。 1 城鎮(zhèn)近期無污水處理廠; 2 生活污水經(jīng)化糞池處理達不到污水排放標準; 3 城市環(huán)保、衛(wèi)生部門規(guī)定的大型公共建筑生活污水必須進行處理后排入市政管道時。 4.8.21 生活污水處理設施的工藝流程應根據(jù)污水性質(zhì)、回用或排放要求確定,一般應采用生物處理工藝。 4.8.22 生活污水處理設施前宜設置調(diào)節(jié)地,調(diào)節(jié)池的有效容積應經(jīng)計算確定,也可取4~6平均小時污水流量。當采用序批式活性污泥法(SBR)處理工藝時,應根據(jù)污水排放規(guī)律、處理周期和容積等因素確定。 4.8.23 生活污水處理設施的設置應符合下列要求: l 處理站的位置應在常年主導風向的下風向,且應用綠化帶與建筑物隔開。 2 處理站宜設置在綠地、停車坪及室外空地的地下。 3 處理站如布置在建筑地下室時,應有專用隔間。 4 處理站與給水泵及清水池水平距離不得小于10米。 4.8.24 設置生活污水處理設施的房間或地下室應有良好的通風系統(tǒng),當處理構筑物為敝開式時,每小時換氣次數(shù)不宜小于15次,當處理設施有蓋板時,每小時換氣次數(shù)不宜小于5次。 4.8.25 生活污水處理應設置排臭系統(tǒng),或設置有效的臭氣處理裝置,其排放口位置應避免對周圍人、畜、植物造成危害和影響。 4.8.26 生活污水處理構筑物機械運行噪聲不應超過現(xiàn)行的國家標準《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準》的要求。對建筑物內(nèi)運行噪聲較大的機械應設獨立隔間。 4.9 中 水 4.9.1 居住小區(qū)、公共建筑設置中水工程應綜合社會效益、環(huán)境效益,經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定。 4.9.2 中水工程的水源應優(yōu)先選用優(yōu)質(zhì)雜排水和冷卻水,嚴禁將工業(yè)污水、傳染病醫(yī)院污水和放射性污水作為中水水源。 4.9.3 中水處理工藝流程應根據(jù)水質(zhì)、水量和中水用途等因素,進行技術經(jīng)濟比較后確定。 4.9.4 中水系統(tǒng)設計應進行水量平衡計算。當采用生活飲用水作為中水應急補充給水時,應采取防回流隔斷措施。 4.9.5 中水原水系統(tǒng)應設分流、溢流和超越管。 4.9.6 處理后的中水一般可用于廁所沖洗、綠化、洗車、掃除等用水,其水質(zhì)應符合現(xiàn)行的《生活雜用水水質(zhì)標準》的要求。如用于水景用水,則其水質(zhì)應符合水景水質(zhì)要求。 4.9.7 中水管道嚴禁與生活飲用水給水管道連接。中水管道應采用耐腐蝕材料,外壁應涂有淺深色標志。管道系統(tǒng)、中水水箱(池)、水泵、閥門、水表、給水柱均應有明顯的“中水”標記,管道上不得裝設取水龍頭,宜采用壁式或地下式給水柱。 三、小區(qū)污水處理流程 根據(jù)小區(qū)廢水處理的原則,應選擇處理效果穩(wěn)定、產(chǎn)泥少、節(jié)能的處理方法。小區(qū)系統(tǒng)中的各類建筑物一般均建有化糞池,所以,化糞池應與污水處理方法相結合。 幾種常用的處理工藝: ?。?)污水→格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→接觸氧化池→沉淀池→出水 ?。?)污水→格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→曝氣池→沉淀池→出水 ↑←污泥回流↓ ?。?)污水→格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→SBR池或CASS→出水 加藥 ↓ ?。?)污水→格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→混凝沉淀→過濾→出水(物化方法) 加藥 ↓ ?。?)污水→格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→接觸氧化池→混凝過濾→出水 回用工藝流程: 生物處理出水再經(jīng)混凝過濾和消毒 在流程開始時一般要考慮設置均化池,這是因為小區(qū)在水質(zhì)和水量上的變化都比城市污水處理廠大。均化池一般設在格柵以后。物化和生化處理是去除污染物的核心部分。 四、組合式污水處理廠或設備 組合式處理廠以裝配好的或易于組裝的標準定型設備部件出售。在國內(nèi)埋地設備曾風靡一時,主要優(yōu)點是施工快,不占地面綠地,很多設計單位和用戶非常歡迎,設計人員選設備很簡單,而要設計污水處理廠工作量較大,所以,非常喜歡用設備化產(chǎn)品。環(huán)保公司制造設備利潤豐厚,而土建工程利潤較低,因此,企業(yè)大做廣告和公關。但是實際應用表明,確實存在不少問題,對設備的維修管理困難,對運行情況考核不便,單機處理水量有限,使用壽命等均有待時間驗證,因此,對埋地設備一直爭議很大,現(xiàn)在,埋地設備熱已經(jīng)降溫。建于地下的可檢修、便于操作(有人員操作空間)污水處理設計方式應于推薦。上千噸的污水處理廠建議采用地上式。在水量不大,場地十分緊張時仍可考慮用埋地設備。埋地設備的確工藝流程一般均采用兩段接觸氧化和沉淀工藝,水力停留時間一般為2小時,污水進入設備前,先進行水量調(diào)節(jié)和提升。 五、SBR及CASS處理工藝的原理及參數(shù)選擇 (一)序批式活性污泥法(SBR) 1、概述 SBR是序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor)的簡稱,它是從Fill&Draw (加入及排放) 反應器發(fā)展而來的,F(xiàn)ill&Draw比連續(xù)流活性污泥產(chǎn)生的還早,主要用于間歇排放的工廠或農(nóng)村的污水處理,具有工藝簡單、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。20年代后,工業(yè)化和城市化的迅猛發(fā)展,生活污水和工業(yè)廢水量増加,采用Fill&Draw系統(tǒng)常需要多個反應池交替運行,當時,有關自動控制設備和技術還很落后,進水、曝氣、沉淀、排水等操作都依靠人工完成,規(guī)模擴大后,管理十分復雜,因此,連續(xù)流反應器(Continous Activated Sludge Reactor,簡稱CAS)很快替代了Fill&Draw系統(tǒng)。 七十年代初,為了解決連續(xù)流污水處理工藝(CAS)中存在的一些問題,由美國Robert Irvine教授等人發(fā)起,日本、澳大利亞等國都對間歇式活性污泥工藝進行了重新研究和評價,R. Irvine教授等人于1979年發(fā)表了第一篇運用間歇活性污泥反應器處理污水的論著。隨著研究的不斷深入,該工藝的機理和優(yōu)越性被廣泛認識。本世紀80年代各種新型不堵塞曝氣器、新型浮動式出水堰(潷水器、撇水器)和自動監(jiān)控硬件設備和軟件技術的出現(xiàn)和發(fā)展,使SBR充分顯示出優(yōu)勢,并迅速得到開發(fā)和應用。1984年美國環(huán)保局通過了SBR技術評價,同時,由于聯(lián)邦政府的資助,SBR成為美國中小型污水處理的首選工藝。1985年日本下水道理事會公布了對間歇式活性污泥法的技術評價報告書,充分肯定了其優(yōu)點, SBR工藝在日本仍保持著小型污水處理廠世界上數(shù)量第一的記錄。在澳大利亞,公用事業(yè)部引入SBR工藝用于城市污水處理,SBR法已成為城市污水處理的主導工藝,近10年來已建成SBR污水處理廠近600座。我國自1985年建成首座處理肉類加工污水的SBR系統(tǒng)后,又陸續(xù)在城市污水及工業(yè)廢水處理領域得以應用。 2、工作原理 SBR的核心是SBR反應池,該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一體。所謂序列包括兩層含義:一是不同SBR池的運轉(zhuǎn)是按順序進行,由于污水大都是連續(xù)或半連續(xù)排放,SBR為2個池或多個池交替運行,因此,從總體上污水連續(xù)按順序依次進入每個反應器,它們相互協(xié)調(diào)作為一個有機的整體完成污水凈化功能。但對每一個SBR池是間歇進水的;二是每個SBR的運行操作分階段、按時間次序進行。典型SBR工藝的一個完整運行周期由五個階段組成,即進水階段、反應階段、沉淀階段、排水階段和閑置階段。從第一次進水到第二次進水稱為一個工作周期。典型的運行模式見圖1。
進水階段接納需處理的廢水,有調(diào)蓄和勻質(zhì)作用,此階段可曝氣或不曝氣;反應階段是停止進水后的反應過程,根據(jù)需要可以在富氧和缺氧條件下進行,也可周期性進行,但一般以富氧為主;沉淀階段進行泥水分離,分離后的上清液排出池外;排水完成后至再次進水之間為閑置階段。閑置階段內(nèi)可采取措施恢復污泥活性并等待下一周期的開始。在一個運行周期中,各階段的運行時間和控制參數(shù)等都可以根據(jù)污水水質(zhì)和出水要求靈活掌握。SBR工藝的五個運行階段,可按實際情況省去某一階段(如閑置期),也可以把反應期與進水期合并,還可在進水期間同時曝氣等,控制十分靈活。 3、工藝特點 從目前的污水好氧生物處理的研究、應用及發(fā)展趨勢來看,SBR稱得上簡易、快速、低耗的污水處理工藝。與連續(xù)式活性污泥法比較,SBR法具有以下特點:①SBR裝置結構簡單,運轉(zhuǎn)靈活,操作管理方便。②投資省,運行費用低。Ketchum等人的統(tǒng)計結果表明:采用SBR法處理小城鎮(zhèn)污水,要比用普通活性污泥法節(jié)省基建投資30%。③可抑制絲狀菌生長繁殖,不易發(fā)生污泥膨脹,污泥指數(shù)SVI較低,有利于活性污泥的沉淀和濃縮。④SBR處于好氧/厭氧的交替運行過程中,能夠在去除碳物質(zhì)的同時實現(xiàn)脫氮除磷。⑤SBR處理工藝系統(tǒng)布置緊湊、節(jié)省占地。⑥運行穩(wěn)定性好,能承受較大的水質(zhì)水量沖擊。⑦各項運行控制參數(shù)都能通過計算機加以控制,易于實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化運行。 由于SBR的諸多優(yōu)點,近年來在我國得到較廣泛的應用,實踐表明SBR仍有不足之處。在實際工作中,廢水排放規(guī)律與SBR間歇進水的要求存在不匹配問題,特別污水量較大時,需多套SBR池并聯(lián)操作,增加了控制系統(tǒng)的復雜性。連續(xù)進水間斷排水的改進型間歇式活性污泥法是對SBR技術的發(fā)展,保留了SBR的優(yōu)點,克服了缺點,在工程應用中更加方便。 (二)周期循環(huán)延時曝氣活性污泥法(ICEAS) 周期循環(huán)延時曝氣活性污泥法(Intermittent Cycle Extended Aeration System,簡稱ICEAS)是80年代初在澳大利亞發(fā)展起來的。1976年建成世界上第一座ICEAS污水處理廠,隨后在日本、美國、加拿大、澳大利亞等地得到廣泛應用。1986年美國國家環(huán)保局正式承認ICEAS工藝屬于革新代用技術(I/A)技術。  圖案2 ICEAS及CASS原理圖
ICEAS最大的特點是在SBR池內(nèi)增加了一個生物選擇器,實現(xiàn)了連續(xù)進水(沉淀期、排水期仍連續(xù)進水),間歇排水。設置生物選擇器的主要目的是使系統(tǒng)選擇出絮凝性細菌, 其容積約占整個池子的10%。生物選擇器的工藝過程遵循活性污泥的基質(zhì)積累——再生理論,使活性污泥在選擇器中經(jīng)歷一個高負荷的吸附階段(基質(zhì)積累),隨后在主反應區(qū)經(jīng)歷一個較低負荷的基質(zhì)降解階段,以完成整個基質(zhì)降解的全過程和污泥再生。 據(jù)有關資料介紹,污泥膨脹的直接原因是絲狀菌的過量繁殖。由于絲狀菌比菌膠團的比表面積大,因此,有利于攝取低濃度底物。但一般絲狀菌的比增殖速率比非絲狀菌小,在高底物濃度下菌膠團和絲狀菌都以較大速率降解底物與增殖,但由于膠團細菌比增殖速率較大,其增殖量也較大,從而較絲狀菌占優(yōu)勢,這樣利用基質(zhì)作為推動力選擇性地培養(yǎng)菌膠團細菌,使其成為曝氣池中的優(yōu)勢菌。所以,在ICEAS池進水端增加一個設計合理的生物選擇器,可以有效地抑制絲狀菌的生長和繁殖,克服污泥膨脹,提高系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。 ICEAS工藝對污染物質(zhì)的降解是一個時間上的推流過程,集反應、沉淀、排水于一體,是一個好氧—缺氧—厭氧交替運行的過程,并具有一定脫氮除磷效果。 綜上所述,ICEAS工藝流程簡單,具有SBR的優(yōu)點,實現(xiàn)了連續(xù)進水,使其在大型污水處理廠的應用成為現(xiàn)實。該工藝強調(diào)延時曝氣,污泥負荷很低(0.04-0.05kgBOD5/kgMLSS.d),因此,使ICEAS工藝投資低(無初沉池、二沉池及污泥回流設備)的優(yōu)點在實際工程中無法體現(xiàn),因此影響了這種工藝的推廣應用。 (三)周期循環(huán)曝氣活性污泥法(CASS)的提出 1.CASS工藝的提出 CASS(Cyclic Activted Sludge System)與ICEAS在工藝流程上差別不大,只是污泥負荷不同。ICEAS屬周期循環(huán)延時曝氣,污泥負荷通??刂圃?.04~0.05 kgBOD5/kgMLSS.d以下。 實踐證明,如果以此負荷進行設計,其工程投資與其它生物處理方法相比無任何優(yōu)勢,而且還要高,先進技術的工藝失去經(jīng)濟優(yōu)勢后,應用自然受到很大限制,這正是ICEAS工藝在我國推廣有一定難度的原因所在。本文所述的CASS工藝是結合我們的研究成果和工作實際總結出來的,即在給定的水質(zhì)條件下達到要求的排放標準,是我們設計參數(shù)選擇的依據(jù),實驗研究和應用表明,在負荷為0.1-0.2kgBOD5/kgMLSS.d 或再高一些,CASS的去除效果并不比ICEAS差, 而且有利于形成絮凝性能好的污泥,出水達到排放標準也是可以的(如COD<60mg/L, BOD5<20 mg/L)。當要求更嚴格的排放標準或污水回用時可適當降低負荷。因此,負荷的提高使CASS工藝的工程投資比ICEAS節(jié)省。 2.CASS與傳統(tǒng)活性污泥法的比較 建設費用底,省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設備,建設費用可節(jié)省20%-30%。工藝流程簡潔,污水廠主要構筑物為集水池、沉砂池、CASS曝氣池、污泥池,布局緊湊,占地面積可減少35%。 ● 運轉(zhuǎn)費用省,由于曝氣是周期性的,池內(nèi)溶解氧的濃度也是變化的,沉淀階段和排水階段溶解氧降低,重新開始曝氣時,氧濃度梯度大,傳遞效率高,節(jié)能效果顯著,運轉(zhuǎn)費用可節(jié)省10—25%。 ● 有機物去除率高,出水水質(zhì)好,不僅能有效去除污水中有機碳源污染物,而且具有良好的脫氮、除磷功能。 ● 管理簡單,運行可靠,不易發(fā)生污泥膨脹,污水處理廠設備種類和數(shù)量較少,控制系統(tǒng)簡單,運行安全可靠。 ● 污泥產(chǎn)量低,性質(zhì)穩(wěn)定。 3.CASS與SBR的比較 CASS反應池由預反應區(qū)和主反應區(qū)組成,預反應區(qū)控制在缺氧狀態(tài),因此,對難降解有機物的去除效果提高; ● CASS進水過程連續(xù),因此進水管道上無電磁閥控制元件,單個池子可獨立運行,而SBR或CAST進水過程是間歇的,應用中一般要2個或2個以上池子交替使用,控制系統(tǒng)復雜程度增加。 ● CASS每個周期的排水量一般不超過池內(nèi)總水量的1/3,而SBR則為1/2-3/4,CASS抗沖擊能力較好。 ● CASS比CAST系統(tǒng)簡單,但脫氮除磷效果不如后者。 (四)CASS與SBR曝氣方式的選擇 由于小區(qū)大都是居民居住區(qū),對環(huán)境的要求比較高,因此,污水廠建設時應充分考慮噪音擾民問題和污水廠操作人員的工作環(huán)境,采用水下曝氣機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鼓風機曝氣可有效解決噪音污染。另外,由于CASS工藝獨特的運行方式,采用水下曝氣機可省去復雜的管路及閥門,安裝、維修方便,使用靈活,可根據(jù)進出水情況開不同的臺數(shù),在保證效果的條件下,達到經(jīng)濟運行的目的。 (五)CASS與SBR撇水機的選擇 撇水機是CASS工藝的關鍵組成部分,其性能是否穩(wěn)定可靠直接影響到CASS工藝的正常運行。目前,國內(nèi)外對撇水機仍在進行研究和開發(fā),按照目前所用的原理撇水機可分為三種類型,即浮球式、旋轉(zhuǎn)式和虹吸式。撇水機研制的關鍵是解決潷水過程中,堰口、導水軟管和升降控制裝置與水流之間形成的動態(tài)平衡,使之可隨排水量的不同調(diào)整浮動水堰浸沒的深度,并隨水位均勻地升降,將排水對底層污泥的干擾降低到最低限度,保證出水水質(zhì)穩(wěn)定。 我院自主研制開發(fā)的撇水機屬絲杠旋轉(zhuǎn)式,自動撇水裝置主要組成部分是:潷水器、可擾動的軟管、水位控制器、可伸縮推動桿和驅(qū)動電機等。其中潷水器又叫自動浮動式水堰,上部為堰口和防止浮渣進入出水的浮筒,下部出水管兼起支撐作用,部分浸沒在水中,通過可伸縮推動桿使方形堰口達到連續(xù)均勻地排出反應池中的上清液。實際應用表明,所研制的撇水裝置達到了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進水平。具有升降平穩(wěn)、排水均勻、自動控制、價格低廉等優(yōu)點,該項研究不僅滿足了工程的需要,而且具有創(chuàng)新,屬專項保密技術之一。 五、處理小區(qū)污水主要設計參數(shù) SBR設計參數(shù):污泥負荷0.1~0.15kgBOD5/kgMLSS.d, 污泥齡20~30天 工作周期12小時, 其中, 進水2.5小時(曝氣或不曝氣),反應6小時, 沉淀0.75~1小時, 排水2小時,閑置0.5~0.75小時。出水指標:COD〈50mg/L, BOD5〈20mg/L, SS〈10mg/L CASS設計參數(shù):污泥負荷0.1~0.2kgBOD5/kgMLSS.d, 污泥齡15~30天 水力停留時間12小時,工作周期4小時,其中曝氣2.5小時, 沉淀0.75小時,排水0.5~0.75小時,出水指標與SBR相近。 六 、污泥處理 污水處理量上千噸時,一般采用濃縮后脫水處理,小規(guī)模時一般濃縮后定期用大糞車運至填埋或作農(nóng)肥。 七、小區(qū)污水處理廠址選擇和布置 小區(qū)系統(tǒng)的廠址選擇和廠區(qū)布置在基本原則上與大廠是一致的。但是考慮到小區(qū)系統(tǒng)在服務對象和流程選擇上的獨特性,在廠址選擇和布置時也應考慮到小區(qū)系統(tǒng)的特點。 1.廠址規(guī)劃 (l)與服務地區(qū)的衛(wèi)生防護區(qū)應有一定距離 (2)風向(不影響所服務地區(qū)和周圍地區(qū)) (3)交通運輸和水電供應。 (4)便于兼顧小區(qū)其它生活保障設施的統(tǒng)一管理。 2.廠區(qū)道路和構筑物之間的間距 由于小區(qū)系統(tǒng)選用較小的設備和構筑物,廠區(qū)交通、維修及衛(wèi)生要求所需的空間相應較小。廠區(qū)內(nèi)應設計充足的車輛通道,路寬設計可以輕型載重汽車的回轉(zhuǎn)半徑為依據(jù)。主要構筑物之間的間距可考慮在3-5m之間。 第二章 小區(qū)污水處理工程方案設計實例 2.1 CASS工藝處理北京航天城污水 北京航天城是展示我國國防和國家綜合國力的重點工程,污水處理廠是該工程的配套項目。根據(jù)首都規(guī)劃委員會和北京市環(huán)保局有關文件的指示精神,污水處理廠建在航天城北1.4公里處,污水經(jīng)二級生化處理后排入友誼渠,最終匯入南沙河。 2.1.1 設計依據(jù) 1、《周期循環(huán)活性污泥法試驗研究報告》,總裝備部工程設計研究院,1995年。 2、首都規(guī)劃委員會《北京航天城市政配套設施建設方案審查會議紀要》; 3、《北京航天城環(huán)境影響報告書》,中國航天工業(yè)總公司第七設計研究院,1995年8月; 4、《國家水污染物綜合排放標準》; 5、給排水等方面的設計規(guī)范及規(guī)定; 6、北京航天城污水處理廠廠區(qū)地質(zhì)勘察報告。 2.1.2 水質(zhì)水量及處理要求 1、設計水量 根據(jù)《北京航天工程環(huán)境評價報告書》提供的資料,污水處理廠根據(jù)航天城建設的計劃分為二期,近期處理能力為7200 m3/d,遠期為14400 m3/d。 2、設計水質(zhì) 北京航天城的污水包括工業(yè)廢水、生活污水和門診部污水,所占比例分別為18.0%、81.5%和0.5%。主要是生活污水,污染物包括有機物、懸浮物和油類等。設計進水、出水水質(zhì)及排放標準(北京市水污染物排放標準中的二級標準)見表2-1-1。 污水處理廠設計進出水水質(zhì)及排放標準 表2-1-1 項目 | COD (mg/L) | BOD5 (mg/L) | SS (mg/L) | pH | 礦物油 (mg/L) | 進水 | 350 | 250 | 220 | 6.5-8.5 | 5.8 | 出水 | <50 | <15 | <30 | 6.0-8.5 | <3 | 排放標準 | 60 | 20 | 50 | 6.0-8.5 | 4 |
3、近期每天污染物消減量 CODCr=(350-60)×7200/1000=2088kg BOD5=(250-20)×7200/1000=1656kg 2.1.3 污水處理工藝流程設計 北京航天城是跨世紀國家重點工程,作為配套的污水處理廠也應能體現(xiàn)90年代的先進水平,即工藝必須先進可靠,投資省,運行管理方便,環(huán)境優(yōu)美,布局合理,處理效果好??傃b備部工程設計研究總院環(huán)保中心在實驗研究的基礎上提出了周期循環(huán)活性污泥法(cyclic Activated Sludge System,簡稱CASS)處理方案。 1、CASS工藝簡介 CASS工藝是近年來國際公認的生活污水及工業(yè)廢水的先進工藝。其主要原理是:把序批式活性污泥法(SBR)的反應池沿長度方向分為兩部分,前部為生物選擇區(qū)也稱預反應區(qū),后部為主反應區(qū),在主反應區(qū)后部安裝了可升降的撇水裝置,曝氣、沉淀等在同一池子內(nèi)周期循環(huán)運行,省去了常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流系統(tǒng)。該方法在美國的明尼蘇達州草原市污水處理廠、俄亥俄州托萊多廢水處理廠、密執(zhí)安州地區(qū)廢水處理廠應用均獲得了良好的處理效果。CODcr去除率90%,BOD5去除率95%,并達到良好的脫氮除磷效果。目前,該方法在美國、加拿大、澳大利亞已有270家污水處理廠得到應用,其中城鎮(zhèn)污水處理廠200家,工業(yè)廢水處理廠70家。我國上海、昆明、北京等地也相繼應用該工藝處理生活污水及工業(yè)廢水。 為將先進的污水處理工藝引進、消化并結合我國的實際情況加以改進推廣,總裝備部工程設計研究總院環(huán)保中心自1994年就開始實驗進行系統(tǒng)的研究:⑴ 常溫條件下處理生活污水研究;⑵低溫條件下處理污水研究;⑶ CASS工藝脫氮除磷研究;⑷處理抗生素廢水研究;⑸處理合成藥生產(chǎn)廢水研究;⑹處理化肥廠氨氮廢水研究;⑺處理制革廢水研究;在進行工藝研究的同時,還研制了CASS工藝的配套控制系統(tǒng)和潷水器,為工程應用打下良好的基礎。 2、北京航天城污水處理工藝流程 工藝流程見圖2-1-1。 進水→ 格柵→集水池→提升泵→沉砂池→CASS池→出水 圖 2-1-1 北京航天城污水處理工藝流程圖 3、工藝流程說明 污水中含有大量較大顆粒的懸浮物和漂浮物,經(jīng)過格柵截留,除去上述污物,對水泵機組及后續(xù)處理構筑物具有重要的保護作用。污水經(jīng)集水池用潛污泵打至沉砂池,在沉砂池中可除去比重較大的無機顆粒如砂等,使無機顆粒與有機污物分離,定期將砂排入曬砂池,干化后清除。污水經(jīng)沉砂池后由配水井自流進入CASS池,經(jīng)過CASS池處理達標后排放,其中部分作為航天城綠化和農(nóng)場灌溉用水。 2.1.4 主要處理單元及設備設計參數(shù) ⑴ 格柵 選用旋轉(zhuǎn)式格柵除污機SGS-1000型2臺,柵條間隙15mm,柵條間設有一臺電動葫蘆,以方便格柵檢修。 ⑵ 集水池 集水池位于泵房下部,有一定的調(diào)節(jié)水質(zhì)水量作用,避免負荷沖擊對生化處理系統(tǒng)造成不良影響。集水池設計兼顧近期與遠期需要,尺寸9.80m×7.40m×5.30m(最大水深),有效容積384.4 m3,。 集水池內(nèi)設立式潛污泵三臺,兩用一備,Q=150~240m3/h,H=15~20m,N=30kw。在污水提升干管上設有超聲波流量計,直接指示瞬時流量,還可記錄累積流量。 ⑶ 平流沉砂池 考慮到污水處理廠的規(guī)模不大,設計采用管理簡單的平流式沉砂池,沉砂定期從池底排入曬砂池,曬干后定期清理。 平流式沉砂池設計尺寸16.7m×4.20m×3.20m(H) ⑷ CASS池 CASS池是本工程的關鍵構筑物,設計有效容積2880 m3,主反應區(qū)和預反應區(qū)長度分別為19.25m和3.75m,寬度方向分4格,每格可獨立運行,池深5 m,有效水深4.5 m(污泥區(qū)高1.3 m,緩沖區(qū)高1.7m),周期排水比1/3。污泥負荷設計為0.11kgBOD5/(kgMLSS·d)。 CASS池采用每周期4h,其中曝氣2.0h,沉淀1.0h,撇水0.5h,時延0.5h。 ⑸ 水下曝氣機 北京航天城污水處理廠分二期建設,一期工程選用水下曝氣機24臺,每臺功率5.5kw,設計服務面積24m2,向CASS池中污水充氧。該曝氣機具有充氧效率高,無噪音,克服了鼓風曝氣機噪音大、占地面積大、管道布置復雜的缺點,而且安裝維修方便,一臺發(fā)生故障,其它可以正常運行。此外,還可以根據(jù)進水水質(zhì)的變化調(diào)整泵的開啟臺數(shù),在不影響處理效率的情況下達到經(jīng)濟運行的目的。 ⑹ 潷水器 CASS工藝的特點是程序工作制,它可依據(jù)進水及出水水質(zhì)變化來調(diào)整工作程序,保證出水效果。潷水器是CASS工藝中的關鍵設備,本工程采用的潷水器是總裝備部工程設計研究總院環(huán)保中心和北京四達水處理工程公司聯(lián)合研制的,克服了過去關鍵設備依靠進口的困難,降低了成本,為CASS工藝在我國推廣應用創(chuàng)造了條件。每次撇水階段開始時,潷水器以事先設定的速度首先由原始位置降到水面,然后隨水面緩慢下降,下降過程為:下降10秒,靜止撇水30秒,再下降10秒,靜止撇水30秒…,如此循環(huán)運行直至設計排水最低水位,上清液通過潷水器排出。潷水器排水均勻,不會擾動已沉淀的污泥層。潷水器上升過程是由低水位連續(xù)升至最高位置,即原始位置。潷水器在運行過程中設有線位開關,保證潷水器在安全行程內(nèi)工作。 ⑺ 污泥濃縮罐 根據(jù)試驗結果,去除1kgCODcr產(chǎn)生的剩余污泥約0.2 kg,污水處理廠每天排放的污泥量約417.6kg(干污泥),含水率以99%計,其體積為42m3,污泥濃縮罐選用φ2600mm×3000mm,2臺。 ⑻ 污泥脫水機 選用上海寶山化工廠生產(chǎn)的GGT-1000型轉(zhuǎn)鼓輥壓式污泥脫水機2臺,脫水能力1.5~2.0m3/h,含水率約80%,體積2m3。 ⑼ 污水廠自動控制系統(tǒng) CASS工藝之所以在國外得到廣泛應用,得益于自動化技術發(fā)展及在污水處理工程中的應用。CASS工藝的特點是程序工作制,可根據(jù)進水及出水水質(zhì)變化來調(diào)整工作程序,保證出水效果。北京航天城污水廠根據(jù)工藝流程和廠區(qū)設備分布情況,采用集散式分布系統(tǒng)。整套控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場可編程控制(PLC)與微機集中控制,在中心監(jiān)控室設有一臺工控機和模擬顯示屏?,F(xiàn)場控制機可獨立完成相應的參數(shù)設置(可自動或手動控制),中央控制機通過總線向現(xiàn)場控制機傳輸和數(shù)據(jù)采集,發(fā)現(xiàn)問題及時報警。 2.1.5 工程投資估算 1、主要設備及估價 設備部分投資估算 表2-1-2 序號 | 名稱 | 數(shù)量 | 單價(萬元) | 一期價(萬元) | 1 | 格柵 | 1 | 8 | 8 | 2 | 提升泵 | 3 | 2.4 | 7.2 | 3 | 撇水器 | 4 | 10 | 40 | 4 | 污泥泵 | 6 | 1.0 | 6 | 5 | 水下曝氣機 | 24 | 2.0 | 48 | 6 | 污泥濃縮罐 | 2 | 5 | 10 | 7 | 反應罐 | 1 | 4.5 | 9 | 8 | 脫水機 | 2 | 6.5 | 13 | 9 | 電控部分 | | | 30 | 10 | 管道及附件 | | | 40 | 11 | 其它 | | | 20 | 合計 | | | 231.2 |
2、土建部分 土建部分投資估算 表2-1-3 序號 | 名稱 | 數(shù)量 | 單價(萬元) | 一期價(萬元) | 1 | 集水池及泵房 | | | 45.0 | 2 | 曝氣池 | 2880 m3 | 400 | 86.4 | 3 | 沉砂池 | 200 m3 | 400 | 8.0 | 4 | 閘門井 | | | 7.0 | 5 | 輔助用房 | 500 m2 | 1000 | 50.0 | 6 | 其它 | | | 20.0 | 合計 | | 216.4 |
3、工程總投資 工程總投資估算 表2-1-4 項 目 | 一期價(萬元) | 設備部分 | 231.2 | 土建部分 | 216.4 | 調(diào)試費 | 15.0 | 設計費 | 24.5 | 安裝費 | 30.0 | 綜合取費 | 50.0 | 不可預見費 | 20.0 | 合計 | 587.1 |
由上表可知,工程一期投資587.1萬元,這里指污水處理廠圍墻以內(nèi)所有必備項目所需的費用。需征地費150萬元,北京航天城到污水處理廠1.5km的外線110萬元費用不包括在上述范圍內(nèi)。 2.1.6 污水廠人員編制及技術經(jīng)濟分析 1、人員編制 行政及技術負責人2人,分析化驗1人,操作管理4人,電工及維修1人,共計8人。 2、能耗 污水廠能耗分析 表2-1-5 序號 | 名稱 | 功率 | 折工時 | 能耗(度) | 1 | 污水提升泵 | 22 | 36 | 792 | 2 | 機械格柵 | 2.2 | 24 | 52.8 | 3 | 水下曝氣機 | 4.4 | 240 | 960 | 4 | 潷水器 | 1.5 | 24 | 36 | 5 | 其它合計 | 40 | 5 | 200 | 合計 | | | 2041 |
3、其它 污水處理廠總占地面積6708m2,其中建(構)筑物面積2910m2 道路面積1806m2,綠地面積1990m2,綠化率30%。 2.1.7 工程實施效果 該方案應用于實際工程后,運轉(zhuǎn)效果良好,平面布置合理,自動控制先進可靠,運行管理方便,進水CODcr目前只有100mg/L,出水20mg/L以下,1998年7月通過北京市環(huán)保局驗收,受到北京市環(huán)保局和用戶的高度評價,已經(jīng)成為北京地區(qū)很好的示范工程,參觀者甚多。 污水廠直接運行成本0.2元/m3。 污水廠平面布置見圖2-1-2(略) 2.2 生物接觸氧化法(地下式)處理小區(qū)生活污水 珠江花園規(guī)劃用地9.03公頃,可建設用地約6.91化頃,建筑面積18萬m2左右,其中高、中、低層的公寓式住宅14萬m2,公用配套設施3萬m2,此外,還有托幼建筑及小學校。 依據(jù)東莞市虎門鎮(zhèn)人民政府文件及國標GB8978-88規(guī)定,珠江花園為新建小區(qū),應執(zhí)行污水綜合排放二級標準,具體指標如下: CODcr≤150mg/L,BOD5≤60mg/L,SS≤200mg/L,動植物油≤20mg/L。 要達到上述要求,必須進行生物處理。 2.2.1 污水量計算 設計規(guī)范規(guī)定污水量一般為給水量的85% 1、居民生活用水量 用水量標準以350升/人·天計,人數(shù)6000人,合計用水量2100m3/d。 2、餐廳(營業(yè)性)用水量 用水量標準以20升/人·次、一日以3餐計,人數(shù)7000人,用水量42m3/d。 3、OK廳用水量 參考劇院用水量標準,取20升/人·場,人數(shù)300人,僅晚上營業(yè),以4場/晚計,用水量24m3/d。 4、服務人員用水量 參考居民用水量350升/人·天,500人合計用水量175m3/d。 5、商業(yè)服務人員用水量 以30升/人·班標準計,750人合計用水量22.5 m3/d。 上述用水量之和為2338.5m3/d,這部分用水與排放污水有關,其它用水暫不計入。不可預見水量以20%計,共計用水量2806m3/d。 排放污水量為:2806×85%=2385m3/d。 2.2.2污水處理方案設計 1、工藝流程 根據(jù)我國科技攻關的研究成果及工程的應用實踐,該工程采用爐渣填料生物接觸氧化法,其工藝流程見圖2-2-1: 圖2-2-1 珠江花園小區(qū)污水處理工藝流程圖 2、方案特點 ?、磐耆叵率剑ㄍ\噲鱿拢?,不占用地表面積; ⑵采用科研新成果,比其它方法節(jié)約投資約50%,節(jié)能50%~70%; ⑶布置緊湊,便于管理,維修工作量??; ⑷如采用鋼制設備,可大大縮短施工周期; ⑸可分期建設,使有限資金發(fā)揮最大效益。 2.2.3 建議 1. 污水若經(jīng)深度處理,可回用于沖車、澆灑綠地、道路等。 2. 應將化糞池與污水處理場一起考慮,達到經(jīng)濟上的優(yōu)化。 珠江花園小區(qū)污水處理站平剖面圖見圖2-2-2(略)。 |