现代城镇污水处理技术与管理

现代城镇污水处理技术与管理 王洪臣 中国人民大学环境学院 二零一零年十二月 于 山东淄博 现代城镇污水处理技术与管理 （一 ) 现代污水处理系统 （二）雨污收集系统 （三）污水处理系统 （四）再生利用系统 （五）污泥处理处置系统 （六）减排核查工作 现代城镇污水处理技术与管理 （一 ) 现代污水处理系统 雨污收集 污水处理 再生利用 污泥处理处置 居民 企业 降水 水环境 水资源 雨污收集系统：不完善、完好率低、效率低 污水处理系统：受重视、发展快、标准高 再生利用系统：规模小、水质差、发展慢 污泥处理处置系统：雷声大、雨点小、起步难 资源循环利用 现代城镇污水处理技术与管理 （一 ) 现代污水处理系统 现代城镇污水处理技术与管理 （二 ) 雨污收集系统 处理初期雨水 不处理初期雨水 弱截留：大量雨污混合进入水体 强截留：污水厂设有大调蓄池，雨污基本不进入水体 排水体制 分流制 合流制 不应盲目强调 “一刀切”式的雨污分流 降水量很小的地区，没有必要搞分流制，不经济 老城区改造困难，不宜强行分流，可加大截留倍数 发达地区进行新区开发时，可考虑合流制，全部截入污水厂进行调蓄处理 1. 排水体制 现代城镇污水处理技术与管理 （二 ) 雨污收集系统 2. 初期雨水的污染 与控制 污水变成新水，雨水变成了新污水 现代城镇污水处理技术与管理 （二 ) 雨污收集系统 1. 初期雨水的污染 ) ) ) 18 59 J J in 代城镇污水处理技术与管理 （二 ) 雨污收集系统 1. 初期雨水的污染 与控制 ) 5 - 270 00 2 0 20 现代城镇污水处理技术与管理 （二 ) 雨污收集系统 1. 初期雨水的污染与控制 M e a n c o n c e n t r a t i o n s o f s e l e c t e d c o n t a m i n a n t c l a s s e s i n C S O s a n d s t o r m w a t e r d i s c h a r g e s t o t h e N e w J e r s e y p o r t i o n o f t h e h a r b o r , 8 6 33 , 1 1 61 2 9 , 2 1 87 2 , 6 9 97 8 , 6 2 82 , 6 3 25 4 , 8 0 42 7 , 9 6 35 8 , 1 7 5 5 8 , 5 3 102 0 , 0 0 04 0 , 0 0 06 0 , 0 0 08 0 , 0 0 01 0 0 , 0 0 01 2 0 , 0 0 01 4 0 , 0 0 0 C W O C W O C W O C W O C o t a l Pe s t i ci d e s(p g / L ) T o t a l s(p g / L )T o t a l D i o x i n /F u ra n s (p g / L )T o t a l M e t a l s(n g / L )T o t a l s(n g / L )代城镇污水处理技术与管理 （二 ) 雨污收集系统 1. 初期雨水的污染与控制 3.4 SO 40 G G G G G G G G G 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1972* 1975* 1980 1985/ 1989/ 1995 1998 2003/ 2012 2013 2019 2023 *1972 - ct *1975 - G = G + 代城镇污水处理技术与管理 （二 ) 雨污收集系统 3. 污水收集的效率 以下因素决定着污水收集系统的效率： 排水体制（合流制的比例） 管网施工质量与维护水平（渗入 /渗出） 河水倒灌 污水收集系统的效率又严重影响污水处理厂的效能 中美全国污水厂水力负荷率基本相当，为 70% 但入流污染物负荷仅为美国的 60% 美国 35，中国仅 160 而按照人均污染物产生量和用水量，入流 00 现代城镇污水处理技术与管理 （二 ) 雨污收集系统 4. 污水收集管网的建设质量与维护水平 老城区分流困难、 新建区分流不彻底、 分流区的雨水系统不完善导致雨水借道污水、 实践中，普遍规划为分流制，但实际普遍为合流制，且为弱截留 管网的入流和入渗（ I/I)严重、 水体向管网倒灌较严重 管网建设标准低 管网维护投入不足 管道的损坏过程 地下管道在受到持续或冲击性负载影响时管道将出现裂缝。 地下水将从裂缝处渗入管内并带走周围的泥沙，失去侧面支承 管道将被逐渐压扁直至崩溃 15 现代城镇污水处理技术与管理 16 现代城镇污水处理技术与管理 17 现代城镇污水处理技术与管理 18 现代城镇污水处理技术与管理 现代城镇污水处理技术与管理 （二 ) 雨污收集系统 5. 新技术 雨污储存技术 大口径管道管材及施工技术 能力恢复技术 气味及腐蚀控制技术 管道检查检验技术 化塑料） 、 合混凝土） 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 1. 污水水质 水质（水的品质）可分为六大类： 感官指标 ：浊度 色度 嗅味 有机污染指标： 机营养指标： N， 物安全性指标：大肠杆菌，病毒，隐孢子虫等致病微生物 生态安全性指标： 微量有毒有机物和重金属 特殊用途指标： 水处理对以上指标均有改善与去除，但主要是有机和无机指标 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 污水水质流域及地区特征明显，年均值范围： 华北及西北： 400； 180 东北及华东： 300； 120 西南及华南： 200； 80 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 污水水质流域及地区特征明显，年均值范围： 华北及西北： 40； 5-6 东北及华东： 30； 4-5 西南及华南： 20； 2-4 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 2006通知单 基本控制项目 一级标准 二级标准 三级标准 A 标准 B 标准 化学需氧量（ 50 60 100 120 生化需氧量（ 10 20 30 60 悬浮物（ 10 20 30 50 总氮 （以 N 计） 15 20 氨氮（以 N 计） 5（ 8） 8（ 15） 25（ 30） 总磷 （以 P 计） 2005 年 12 月 1 5 2006 年 1 月 1 3 5 现代城镇污水处理技术与管理 （三 )污水处理系统 按照现在的标准及 2006年的通知单，国管及省管流域均执行一级 全国大部分污水处理厂需执行一级 排放限值不能“一刀切” 太湖、滇池、巢湖、三峡等敏感流域执行一级 最终受纳水体不是海湾或湖库的的重点流域也需执行一级 评价方法必须明确 现有标准没明确 应按流域水污染防治规划要求，分别制定标准。 污水处理设施建设投资大，运营费用高，技术复杂。 应按照合理的标准，系统地规划建设，系统地制定运营策略。 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 美国的污水处理排放标准 国家制定了污水处理的基本标准，即“双 30标准” 按照 每个流域的每个污水处理厂制定具体标准 目前， 56%的处理厂只执行“双 30标准” ， 44%的处理厂执行严于“双 30标准” 的具体标准，包括氮磷指标 在四个流域或地区执行非常严格的氮磷排放标准： N 低于 3 或 5 于 或 现代城镇污水处理技术与管理 （三 )污水处理系统 2. 排放标准 标 年均 月均 周均 日最大 0 25 40 60 0 30 45 60 3 现代城镇污水处理技术与管理 （三 )污水处理系统 标 年均 月均 周均 日最大 0 45 0 45 P 1 现代城镇污水处理技术与管理 （三 )污水处理系统 050 标 年均 月均 周均 日最大 0 0 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 欧洲 按规模分别制定 采样频率 采样方法 规模 国家或地区 （每年） 瞬时 244人口当量） 欧盟 12(4) 200010000 12 1000050000 24 50000 瑞士 52 50000 欧盟标准 丹麦 1224 2000 法国 412 2000 6104 10000100000 52365 1000000 芬兰 1252 挪威 1252 荷兰 12/1224 180018000 1224/2428 1800090000 24/60 90000 英国 4 2501000 12 100010000 26 10000100000 52 100000 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 2. 排放标准 欧洲 按规模分别制定 S P 规模（ % % % % % 欧盟 125 75 25 7090 35 90 2000 15 7080 2 80 10000100000 10 1 100000 德国 150 40 100000 法国 125 25 80 35 2000 15 70 2 80 10000100000 10 70 1 90 100000 英国 2000 10000100000 100000 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 2. 排放标准 欧洲 按规模分别制定 S P 欧盟 (+100%) ， (+100%) ， 奥地利 瑞士 同欧盟 德国 (+100%) ， (80%) 丹麦 西班牙 同欧盟 法国 同欧盟 意大利 荷兰 同欧盟 或者 葡萄牙 同欧盟 俄罗斯 英国 同欧盟 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 出水水质有机污染指标流域及地区特征不明显，年均值范围： 华北及西北： 40； 10 东北及华东： 40； 10 西南及华南： 30； 5 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 出水水质氮磷指标流域及地区特征明显，年均值范围： 华北及西北： 20； 东北及华东： 15； 西南及华南： 10； 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 各地区污水进出水氮磷指标虽然差别明显，但去除效果基本相同： 华北及西北： 45%； 70% 东北及华东： 45%； 70% 西南及华南： 45%； 70% 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 3. 工艺流程 预处理 ：去除大块污物及砂砾，便于后续处理的运行 一级处理：去除可沉及可漂浮物质 二级处理：去除胶态及溶解态的有机污染物质 消毒 ： 杀灭或抑制病原体 预处理 一级处理 二级处理 消毒 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 4. 预处理（提升泵组、格栅、沉砂） 提升泵组： 四项原则 : 抽升量与来水量一致：控制好溢流量、 防止干运转 高水位运行：控制泵的运转台时 高水位 节电、关注管网沉积 开停次数不宜过多：尤其是大泵 每台泵运行时间均匀：防止产生死区、积泥积砂、提高寿命 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 4. 预处理（提升泵组、格栅、沉砂） 格栅：粗、中、细、 超细（ 1精细过滤 (100过栅流速的控制： s 太高 :大块污物大量通过；栅渣量太大，超过除污能力而堵塞 太低 :砂在渠道沉积；除污机投运台数增大 计算流速 (液位 过水断面 +流量 流速 ) 过栅水头损失 (即栅前后液位差 ) 量下降 分析栅渣量的变化 截污效率下降 观测初沉池或浓缩池上浮渣尺寸 尺寸大于栅距 截污效率下降 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 4. 预处理（提升泵组、格栅、沉砂） 格栅：粗、中、细、 超细（ 1精细过滤 (100现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 4. 预处理（提升泵组、格栅、沉砂） 沉砂池：平流沉砂池、曝气沉砂沉砂池、旋（涡）流沉砂池 定期观测除砂效果 在很多处理厂被忽略 设计上要求： 上的砂 95%被去除 ,但实际出入很大 方法 : 并计算去除率，很难做到 并计算去除率，较易实现 调整工况 ,提高除砂效率 水力停留时间与水平流速 水力停留时间与旋流速度 (曝气强度 ) 水力停留时间与浆板转速 排砂 : 及时排 +勤排少排 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 4. 预处理（提升泵组、格栅、沉砂） 沉砂池：平流沉砂池、曝气沉砂沉砂池、旋（涡）流沉砂池 类型 项目 平流沉砂 曝气沉砂 涡流沉砂 流态 平流 旋流 涡流 控制参数 平流速度 平流速度、旋流速度 切向流速、涡流速度及两者的相互作用 调控手段 水量 水量 、 曝气程度 水量、浆板转速及二者协同作用 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 4. 预处理（提升泵组、格栅、沉砂） 沉砂池：平流沉砂池、曝气沉砂沉砂池、旋（涡）流沉砂池 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 5. 一级处理（初级处理） 初次沉淀池：平流沉淀池、辐流沉淀池 沉淀效果的评价： 0%左右，而可沉固体去除率则应接近 100% 核算并调控水力停留时间 排泥控制： 及时排；勤排少排；最好连续排； 在保证不积泥的前提下，少排可提高污泥浓度，减小后续处理 量 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 5. 一级处理（初级处理） 初次沉淀池：平流沉淀池、辐流沉淀池 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 5. 一级处理（初级处理） 初次沉淀池：平流沉淀池、辐流沉淀池 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 5. 一级处理（初级处理） 初次沉淀池：平流沉淀池、辐流沉淀池 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 传统生物处理工艺分类复杂 按数量分：传统活性污泥法 60%，氧化沟 15%， 按水量分：传统活性污泥法 70%，氧化沟 20%， 悬浮态 附着态 污泥特性 池型及时空变化 传统活性污泥法 氧化沟 间歇式活性污泥法（ 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 传统活性污泥工艺： 回流污泥 剩余污泥 预处理后的污水 曝气池 空气 二沉池 处理水 回流污泥泵 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 传统活性污泥工艺： 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 传统活性污泥工艺： 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 传统活性污泥工艺： 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 传统活性污泥工艺： 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 传统活性污泥工艺： 回流污泥 剩余污泥 初期吸附 （捕食） 空气 处理水 活性污泥 污水 氧化分解 （代谢） 絮凝沉淀 （回收） 空气 污泥 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 传统活性污泥工艺： 活性污泥的特征： 黄褐色、土腥味、矾花絮绒颗粒、粒径 度 比表面积 20 100代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 传统活性污泥工艺： 活性污泥法 ( 活性 生物 生物处理系统 “ 四个足够 ” : 足够的 生物活性 (足够的 生物量（ ( 或二池分配 ) 足够的 曝气强度 足够的 反应时间 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 传统活性污泥工艺： 通过四项控制实现四个足够： 控制之一 : 排泥控制 排泥是生物处理系统最重要的操作，通过调整排泥量改变系统内的 生物量及其性能，提高生物处理系统的品质 当只去除有机污染物时， F/5 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 传统活性污泥工艺： 通过四项控制实现四个足够： 控制之二 - 回流比控制 回流比不需经常调，但需设在最佳值 在确保二沉泥位不过半，将回流比调至最低； 在低回流比下稳定运行， 为处理厂应付大水量冲击提供了调整空间 绝大部分污水处理厂都在最大回流比下运行， 是极不经济的，也是不合理的 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 传统活性污泥工艺： 通过四项控制实现四个足够： 控制之三 - 泥水分离工况控制 提高污泥的沉降性能 (控制三大负荷 （水力、固体、堰流）（内匀和外匀） 改善流态 （ 重流、死区、短流 ） 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 传统活性污泥工艺： 通过四项控制实现四个足够： 控制之四 - 曝气系统的控制 实际供氧速率（量） = 生化耗氧 + 维持需要的 平所需氧量 实际供气速率（量） = F（曝气器充氧性能， ，水质） 均匀与稳定 : 各池之间 每池各段之间按需稳定 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 氧化沟工艺： 卡鲁塞尔氧化沟、奥贝尔氧化沟、多沟交替式氧化沟 进水氧化沟 二沉池出水回流污泥 剩余污泥现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 氧化沟工艺的曝气方式 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 氧化沟工艺： 卡鲁塞尔氧化沟 曝气器进水出水现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 氧化沟工艺： 卡鲁塞尔氧化沟 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 氧化沟工艺： 卡鲁塞尔氧化沟 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 氧化沟工艺： 奥贝尔氧化沟 进水回流污泥中心岛二沉池出水1 2 3现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理 氧化沟工艺： 奥贝尔氧化沟 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 氧化沟工艺： 多沟交替式氧化沟 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 氧化沟工艺： 多沟交替式氧化沟 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 进水 污泥回流 进水 曝气 污泥回流 进水 沉淀 排水 进水 进水 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 进水 进水 进水 进水 曝气 沉淀 （ 停曝 ） 排水 （ 停曝 、 排泥 ） 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 6. 生物处理（二级处理） 剩余污泥 出水 进水 剩余污泥 沉淀 好氧 好氧 好氧 好氧 沉淀 出水 进水 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 7. 生物脱氮除磷 脱氮除磷的工艺水平可粗略分为四个层级，处理深度依次增加： （ 1） （ 2） （ 3）曝气池加填料工艺类（ （ 4）串联曝气生物滤池和反硝化滤池 我国现有脱氮除磷设施基本都是 氧化沟和 2 现在一些地区的提标改造已开始规模化采用第（ 3）和第（ 4）类。 0年的研究与实践的积累， 这些成果在中国基本没有被采用，是个很大的遗憾！ 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 7. 生物脱氮除磷 4 （ （ （三 ) 污水处理系统 7. 生物脱氮除磷 混合液回流 搅拌 搅拌 原污水 处理出水 厌氧反应器 缺氧反应器 好氧反应器 磷释放 脱氮 B O D 去除、硝化 磷吸收 污泥回流 剩余污泥 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 7. 生物脱氮除磷 4水 缺氧 好氧 二沉池 出水 剩余污泥 回流污泥 好氧 缺氧 内回流 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 7. 生物脱氮除磷 5水 缺氧 好氧 二沉池 出水 剩余污泥 回流污泥 好氧 缺氧 内回流 厌氧 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 7. 生物脱氮除磷 进水 厌氧 好氧 二沉池 出水 剩余污泥 回流污泥 缺氧 内回流 1 内回流 2 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 7. 生物脱氮除磷 进水 厌氧 好氧 二沉池 出水 剩余污泥 回流污泥 缺氧 内回流 2 缺氧 内回流 1 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 7. 生物脱氮除磷 高效脱氮除磷需做到“ 1234” 足够的碳源 ： 于六个碳原子） 合格的两个状态 ： 厌氧状态 或 氧状态 或 够的 三段时间 ： 厌氧时间 缺氧时间 好氧时间 足够的 四大速率 : 硝化速率 反硝化速率 吸磷速率 释磷速率 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 7. 生物脱氮除磷 对于典型污水水质水质： P前提下， 15 P前提下， 8 反硝化滤池工艺的目标是 3 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 7. 生物脱氮除磷 美国实例 ) 4 13 15 15 5 4 2/O 30 0 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 7. 生物脱氮除磷 2000座处理厂在脱氮除磷，但效率不高 实现 50%脱氮率不需要工艺调整，只需跟着设计走； 70%除磷率系 简单变成了 提高脱氮率将降低除磷率 硝化效果普遍很好 ,但系“懒惰”所为 不控制溶解氧， 不按时足量排泥， 不根据负荷调整投运设施， 现代城镇污水处理技术与管理 （三 ) 污水处理系统 7. 生物脱氮除磷 “ 十二五”脱氮除磷建议 全面合理地制定排放标准，为脱氮除磷提供可行的准则。 把提高现有设施的脱氮除磷效率作为重点， 先运营优化，后提标改造。 在运营优化或提标改造中， 优先考虑采用 的各种变型工艺，降低改造幅度。 通过运营优化和最简单提标改造，使现有系统的脱氮率大于 80；除磷率大于 85% 现代城镇污水处理技术与管理 （四 ) 再生利用系统 中国的水问题总体上体现为： 水质不合格 水污染 水量不足 水资源紧缺 水污染 水资源紧缺 水污染 + 水资源紧缺 水危机 现代城镇污水处理技术与管理 （四 ) 再生利用系统 水资源总量 27000 亿 可用水资源总量 8000 亿 现在用水量 6000 亿 未来用水量 8000 亿 （ 2025年） 现在污水量 570 亿 （水利部数据 758亿） 未来污水量 800 亿 （ 2025年） 27000 8000 800 800亿污水将污染 27000亿水资源，从而无法保证 8000亿的用水量 现代城镇污水处理技术与管理 （四 ) 再生利用系统 解决中国水问题的根本对策在哪里？ 根本对策是实现水的 循环利用 ！ 而循环利用的的关键节点是 污水处理 。 温总理号召：污水要全收集、全处理、全回用。 现代城镇污水处理技术与管理 （四 ) 再生利用系统 有机污染物达标率尚可，基于一级 的氮磷无机营养物质达标率低； 即使达标后排放，水环境质量仍不能改善，致使污水处理设施不断处于改造中； 污水经再生处理后，仍不能满足使用要求，实际为 “ 半再生 ” 。 本质上，排放标准应与水环境质量标准接轨，才能 维持正常的水文循环，实现水资源的可持续。 现代城镇污水处理技术与管理 （四 ) 再生利用系统 二级标准 一级 B