摘要：目前沈阳在污水处理方面走在了全国的前列,全市现有大型污水处理厂5座,污水处理率达到了70%以上。然而,大部分水厂只经过传统的二级处理,其排放的水质中仍然含有一定的污染物质,要想使其作为新鲜水进行回用,还必须经过污水深度处理。目前,污水深度处理的技术和工艺流程种类较多,如何选择合适的技术,使其适合在沈阳污水处理企业中推广,是污水深度处理项目管理的关键问题。本文从沈阳实际情况出发,分析目前各种技术的利弊,选择一种适合沈阳污水深度处理的关键技术,为沈阳污水深度处理项目管理提供一定的理论依据和应用参考。
关键词:污水处理,深度处理,关键技术,项目管理
一、前言
随着中国城市化和工业化的加速,水资源的需求也日益增大,城市缺水现象越来越严重。沈阳作为东北的重镇,水资源严重匮乏,是国内40个主要缺水城市之一,水资源的匮乏已经成为制约沈阳经济和社会持续发展的重要因素。为缓解沈阳水资源不足,满足经济发展需要和企业需求,使沈阳生态建设可持续发展,让污水资源成为第二水源,已经成为城市发展的必经之路。沈阳污水排水设施始建于1903年,绝大部分为合流制,现已形成南部、北部和西部三大排水系统,日总污水排水量约为166万m3。面对如此大的污水排水量,应尽快加速污水处理行业的发展,促进污水资源化,提高污水的利用率,使污水成为第二水源,可在一定程度上有效地解决沈阳的水资源匮乏问题。
沈阳市现有5座污水处理厂:北部污水处理厂,处理能力为40万t/d;沈水湾污水处理厂,处理能力为20万t/d;满堂河污水处理厂,处理能力为3万t/d;仙女河污水处理厂,处理能力为40万t/d;西部污水处理厂,处理能力15万t/d。目前,全市污水处理厂设计处理能力为118万t/d,设计处理率为70%以上。目前还有一部分水厂在建设中,计划在今年年底,全市污水处理率将达到100%。
现有5大水厂均执行国家二级排放标准,但要达到国家一级A标准,使其能作为新鲜水进行回用,还有一定的距离。目前,仅有沈阳北部污水处理厂采用了污水深度处理的技术,其排放的水质可达到发电厂冷却用水的标准。因此,尽快发展污水深度处理项目,是沈阳污水处理企业的当务之急。
深度污水处理是在常规污水二级处理的基础上,通过物理化学法、生物膜过滤法、活性炭吸附法或臭氧氧化法等手段,使再生水中的SS(悬浮物含量)、COD(化学耗氧量)、色度、嗅味等指标达到相关要求并实现回用的处理技术。
二、污水深度处理常用技术及其优缺点
国内外研究经验表明,污水深度处理方法大致可分为三类:生物处理法、物理化学处理法、膜处理法。一般来说,需要根据回用水的水质要求,选择合适的处理方法,才能达到经济、合理的处理效果。
1、混凝技术。混凝工艺可去除污水中呈胶体和微小悬浮状态中的有机物和无机污染物,通常作为城市生活污水深度处理的预处理,能有效去除二沉池出水中的悬浮物和磷酸盐,还可以部分去除溶解性有机物,去除率约为36%～40%,主要为分子量大于5,000的疏水性有机物。混凝法是给水和废水处理中广泛应用的一种方法,它可以用来降低原水的浊度、色度等感官指标,去除多种高分子有机物,某些重金属和放射性物质。然而,城市污水二级出水形成的浊度主要是胶体和菌胶团微粒,往往不是很高,混凝时难以形成沉降性能良好的絮体,往往需要寻求高效的絮凝剂,这也是其作为污水深度处理的主要缺点。
优点:适用范围广泛、操作简便、可以大大降低深度处理运行成本。缺点:对絮凝剂的要求较高,且无法去除氨氮,处理后水质适应性差。
2、生物技术。在二级出水的低浓度条件下,活性污泥很难培养,因此一般在深度处理时宜采用生物过滤法,常用曝气生物滤池法和生物接触氧化法。
(1)曝气生物滤池(BAF)。曝气生物滤池是在生物滤池下部或底部增加曝气系统进行污水处理的方法。根据水流方向可分为上向流和下向流两种,早期的曝气生物滤池多采用下向流,但是下向流曝气生物滤池具有纳污效率不高、易堵塞和运行周期短等特点,因此,通过改变进出水的方向和滤池进出水过水断面的大小形成了向上流变速曝气生物滤池,可更好地利用滤池的深度、减少堵塞的可能性。另外,生物滤池中的滤料对于处理效果的好坏影响很大,目前比较新的滤料有酶促陶粒,它利用多孔陶粒的微孔增加了生物的附着量,同时酶的催化作用也加强了处理的效果。龙腾锐等利用微型酶促填料和素陶粒填充构成的新型复合变速生物滤池对二级出水进行试验,出水水质完全满足杂用水水质标准。
(2)生物接触氧化法。生物接触氧化技术是在池内填充填料,已经充氧的污水浸没全部填料,并以一定的流速流经填料,填料上布满生物膜,污水与生物膜广泛接触,在生物膜微生物新陈代谢的作用下,污水中大部分有机污染物得以去除。
目前,该技术除用于生活污水和城市污水的二级处理外,还应用于石油化工、农药、印染、纺织、轻工造纸、食品加工和发酵酿造等工业废水处理,都取得了良好的处理效果。
优点:能去除氨氮、亚硝酸盐、铁、锰、嗅味、色度等,处理经济、操作简便,能耗较低。缺点:挂膜需要的时间较长。
3、活性炭吸附技术。由于活性炭具有发达的细孔结构和巨大的比面积,可有效去除色度、臭味和水中大多数有机污染物,对于生物法和化学法难以去除的有机污染物都有较强的去除效果,也能去除某些无机物包括有毒的重金属,在水的深度处理中是应用最广泛和最有效的方法之一。然而,一般污水二级出水中含有大量生物絮体及生物残渣,若直接采用活性炭吸附柱,易堵。另外,对于分子量大于30,000的有机物,由于活性炭微孔的大小排斥作用而没有吸附效果。
优点:可有效去除色度、臭味和水中大多数有机污染物和有毒的重金属物质。缺点:活性炭吸附柱易堵塞,对于分子量大于30,000的有机物无吸附效果。
4、臭氧法。臭氧具有极强的氧化性,对许多有机物或官能团发生反应,有效地改善水质。臭氧能氧化分解水中各种杂质所造成的色、嗅,其脱色效果比活性炭好;还能降低出水浊度,起到良好的絮凝作用,提高过滤滤速或者延长过滤周期。
优点:能有效去除水中色度、臭味,降低水的浊度。缺点:国内的臭氧发生技术和工艺比较落后,所以运行费用过高,推广有难度。
5、膜分离技术。该技术可有效去除废水的色度、臭味、各种离子消毒副产物前体、大分子如腐殖酸和灰黄霉酸等许多有机物和微生物,在污水处理与回用方面应用日益广泛,极大地推进了污水处理和回用工作。应用于污水资源化的膜技术有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)以及膜生物反应器(MBR)等。MF、UF和NF的截流分子量分别为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。
优点:可有效去除废水的色度、臭味、各种离子消毒副产物前体、大分子如腐殖酸和灰黄霉酸等许多有机物和微生物。缺点:膜技术虽然已广泛用于水处理技术,但是二级出水中仍含有一定的有机污染物,很容易污染膜,影响膜的性能包括渗透性和有机物的去除效率,对低温适应性差,难以在高寒的北方地区应用。我国的膜技术在深度处理领域的应用与世界先进水平尚有较大差距。
6、高级氧化法(AOP)。高级氧化法选择性小,反应速度快;氧化彻底,处理效率高;对于污水中微量有害化学物质的去除具有显著的效果,可有效减少THMs的生成。典型的均相AOP过程中有O3/UV,O3/H2O2,UV/H2O2,H2O2/Fe3+(Fenton试剂)。有研究者利用臭氧和其他氧化剂(紫外辐射、过氧化氢和TiO2)强化降解极性有机物CP。
优点:能有效减少THMs的生成,在处理水中微量有害化学物质领域具有广泛的前景。缺点:限制较多,经济性差,影响推广，同时也可以查看中国污水处理工程网更多关于污水处理的技术文档。
三、沈阳污水深度处理技术选择
根据沈阳水资源的状况和目前的污水处理能力,参照我国污水处理后水质的相关标准,我们可发现:
1、混凝技术虽然是目前较多国内污水处理企业所采用的方法,但其处理后的水质适应性差,且含有较多量的氨氮,其并不适合在沈阳地区污水处理企业中推广。
2、生物处理技术目前在国内污水处理企业中的应用越来越广泛,它能有效地将二沉池出水中的大多数物质去除,且可去除氨氮、亚硝酸盐、铁、锰、嗅味、色度等,具有处理经济、操作简便和能耗较低等特点。另外,该技术具有较高的悬浮物去除效率和脱氮能力,适应性和抗冲击负荷能力很强,适应间歇运行,同时该技术占地面积小,适应当前土地资源紧张的现实,可在沈阳地区污水处理企业中推广。
3、活性炭吸附技术可有效去除色度、臭味和水中大多数有机污染物。然而,二级出水中一般含有大量生物絮体及生物残渣,若直接采用活性炭吸附柱,易堵塞;且对分子量大于30,000的有机物,由于活性炭微孔的大小排斥作用而无效。其可成为沈阳地区污水处理企业的备选技术。
4、臭氧法虽然能有效地改善水质,且其脱色效果比活性炭好,还能降低出水浊度,起到良好的絮凝作用,提高过滤的滤速或者延长过滤周期,但由于目前国内的臭氧发生技术和工艺比较落后,所以运行费用过高,在沈阳污水处理企业中推广难度较大。
5、膜分离技术膜技术虽然已广泛用于水处理技术,但是二级出水中仍含有一定的有机污染物,很容易污染膜,影响膜的性能包括渗透性和有机物的去除效率,对低温适应性差,难以在高寒的北方地区应用。另外,我国的膜技术在深度处理领域的应用与世界先进水平尚有较大差距。因此至少在目前,其不适合在沈阳的污水处理企业中使用。
6、高级氧化法在国内使用较少,限制较多,经济性差,不推荐在沈阳的污水处理企业中使用。
综上所述,生物处理技术因其广泛的适用范围、稳定的运行效果,良好的经济效益,适合沈阳地区的污水处理企业中使用。另外,据清华大学环境工程系对以陶粒作填料的曝气生物滤池进行研究,表明曝气生物滤池的处理效果明显优于生物接触氧化法。因此,以上研究和分析表明,曝气生物滤池技术可作为污水深度处理的关键技术在沈阳污水处理企业中推广。
四、沈阳污水深度处理技术应用实例
在污水深度处理项目中,一旦关键技术确定,其工艺流程也基本可以确定。针对曝气生物滤池技术,在实际应用中,使用该技术最多的工艺流程为:二级污水处理厂出水→曝气生物滤池→V型滤池→消毒工艺。目前,沈阳北部污水处理厂已经建设完成了日处理5万吨污水深度处理项目,为发电厂冷却用水提供了优质水源。沈阳市北部污水处理厂再生水深度处理站工艺流如图1所示。(图1)
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沈阳北部污水处理厂采用的是二级污水处理厂出水→曝气生物滤池→V型滤池→消毒工艺,经深度处理后,其出水水质情况各项指标都已经达到了国家的相关排放标准。该污水深度处理项目为发电厂提供了极佳的水源,有力地支援了电厂建设,减少了大量新鲜水的使用,为沈阳的可持续发展做出了重要贡献。
五、结论
沈阳的水资源匮乏,分布极不均匀,是国内严重缺水的城市之一,而沈阳的污水排放量较大,因此将沈阳的污水二级出水进行深度处理,使其能够作为新鲜水进行回用,成为沈阳的第二水源,是污水处理企业迫在眉睫的头等大事。
本文通过研究目前常用的污水深度处理关键技术,并分析其优缺点,同时根据沈阳的气候和土地资源使用实际状况,提出适合沈阳污水深度处理项目采用的关键技术是曝气生物滤池技术,可采用的工艺流程为:二级污水处理厂出水→曝气生物滤池→V型滤池→消毒工艺。
主要参考文献:
[1]李媛.城市污水处理厂深度处理方案比选.节能与环保,2009.10.
[2]宋正光.城市污水回用深度处理方法及其研究进展.山西建筑,2007.33.26.
[3]龙腾锐,庞煜.复合变速生物滤池处理污水厂二级出水.中国给水排水,2002. 作者: 刘洪波