江苏省太湖流域城镇污水处理厂提标改造技术导则

江苏省太湖流域城镇污水处理厂提标改造技术导则

自2007年5月爆发蓝藻以来，太湖流区已发生供水危机。据教育部称，太湖流区城市污水处理厂的废水处理必须严格执行《城市污水处理厂污染物排放规范》（gb18918-2002）的a级标准。根据国家和江苏省太湖流域水污染防治工作的总体部署,江苏省需限期对太湖流域169座城镇污水处理厂进行提标改造。同时,江苏省环保厅和江苏省质量技术监督局联合发布了江苏省地方标准《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32/1072—2007)。江苏省城镇污水处理厂在提标改造的尝试过程中遇到了很多问题:城镇污水处理厂稳定达标的主要影响因素有哪些?提标改造应该采取哪些有效技术措施?提标改造中哪些问题应该引起重视?冬季低温时如何保证出水氨氮和TN稳定达标等。为此,笔者根据编写《江苏省太湖流域城镇污水处理厂提标建设技术导则》中遇到的问题及本人多年的工作经验,结合太湖流域污水处理技术攻关科研成果,对城镇污水处理厂提标改造中的重点问题进行了探讨,以供参考。1污水处理厂进水碳源的影响对江苏省太湖流域城镇污水处理厂的调研发现,排入城镇污水处理厂的工业废水是影响出水达标的关键因素。如含重金属、有毒有害有机物、硝化抑制物及含氮杂环化合物(不可氨化有机氮)的工业废水直接影响到微生物的生存;豆制品废水COD高,氨氮高;屠宰废水COD高,悬浮物、油脂、氨氮浓度高;垃圾渗滤液COD高,氮比例过高;如果不限制工业废水的接入,势必会加重污水处理厂进水碳氮比的严重失调。调研还表明,化粪池对COD的去除率为20%~30%,因此当进水碳源不受影响时,可以考虑设置化粪池,在削减污染负荷的同时节约工程投资。考虑到化粪池对N、P的去除效果不明显,在污水处理厂进水碳源不足时,应分析化粪池设置可能带来的不利影响。食品工业中酿造废水、食品加工废水和糖业废水的C/N值很高,可生化性较好。因此,当污水处理厂服务范围内有上述废水且进水碳源不足时,可以考虑放宽接入标准。合流制污水收集系统的流量、组分、浓度随季节的变化而波动较大,在雨季地面积累的大量污染物与旱季沉积在管底的物质一起进入污水厂,从而使进水污染物浓度较高。综上所述,源头污染物如果得不到有效控制,城镇污水处理厂难以稳定运行,甚至会瘫痪。2为确保废水稳定，应采取一些措施2.1困难工业废水排放的影响在太湖流域很难找到全部以生活污水为进水的污水处理厂,特别是工业产业园或工业发达的乡镇,污水处理厂进水中工业废水的比例往往高达60%以上,甚至达到95%以上。工业废水的排放对污水处理厂进、出水水质的影响很大,尤其是化工和印染行业高度发达且比较集中的太湖流域。就其原因不外乎以下几种:工业废水未经预处理直接排入污水收集系统;工业废水虽然经过预处理,但由于预处理工艺以生物处理为主,因此很多可生化性好的有机物已经被去除,留下来的物质进入城镇污水处理厂难以继续进行生化处理。污水处理厂进水水质、进出水碳源的情况调研发现,在一些含工业废水的城镇污水厂的进水中,不能被氨化和生物降解的特殊含氮有机物的含量高达10mg/L以上,城镇污水处理厂进水TN构成中,不可氨化的有机氮一般约为30%,因此严重影响了城镇污水处理厂出水TN的达标。有研究表明,太湖流域的城镇污水处理厂进水BOD5/TN值一般为3.3左右,最大为5.49,最小为0.96。常州清潭污水处理厂是典型的生活污水处理厂,2006年—2008年的三年日均BOD5/TN值仅为3.5左右。因此,太湖流域将近50%的城镇污水处理厂为了反硝化脱氮而需投加必要的外加碳源。低温条件致使污水处理系统中微生物数量减少,活性降低。太湖流域污水处理技术攻关成果表明,该流域污水处理厂污水的最低温度在10℃左右,当冬季水温<15℃时,生物脱氮效果及活性污泥的硝化反硝化性能受低温的影响开始明显,城镇污水处理厂出水TN达标的难度增大。2.2初沉池的设置①提标改造技术方案实施的同时应重视源头污染物的控制a.新建片区应采用雨污分流制系统,老城区可采用合流制或截流式合流制作为过渡期排水体制,并应加快雨污分流系统的改造。接入城镇污水处理厂的污(废)水水质应严格按照国家及行业有关标准执行,不应对下水道和污水处理厂的安全运行造成危害,不应给污泥的处理处置带来不良影响。b.应限制影响城镇污水处理厂正常运行的含重金属、有毒有害有机物、硝化反应抑制物和含氮杂环化合物(不可氨化有机氮)等工业废水的排入;应严格控制豆制品、屠宰废水、垃圾渗滤液等高含氮废水和高浓度油脂废水的接入。对于已接入的上述废水,应采取合理控制其危害性的预处理措施,防止对生物处理系统造成不良影响。c.应加强管理和及时清掏城镇污水处理厂服务范围内的已建化粪池,确保其正常稳定运行。对于进水碳源不足的城镇污水处理厂,宜分析服务范围内设置化粪池的合理性。d.适当放宽含有优质碳源、碳氮比高的普通有机废水(如食品工业中的酿造废水、食品加工废水和糖业废水等)排入城镇污水处理厂的水质浓度。②提标改造技术方案中合理取舍预处理单元城镇污水处理厂进水中含大量工业废水时,考虑到工业废水排放的间断特征,其废水水质和水量随着时间而变化,为使各处理单元在稳定状态下运行,在处理流程的前端设置调节池是非常必要的。如果是印染废水,考虑到废水pH偏高,为了保证后续构筑物的处理效果,还应特别注意pH的调节。乡镇污水处理厂规模较小、水量水质变化大,故在格栅后也应增设调节池。研究表明,初沉池对进水SS有较好的去除效果(一般去除率在40%以上)。悬浮物含量较高的原水不经初沉池直接进入生物处理系统,相当部分的无机物会因吸附等方式包裹在污泥中,使污泥中的活性成分降低。此时初沉池的设置,有利于提高生物处理系统的污泥活性、硝化速率、生物处理装置的能力和效率。对于有建筑废水或无机成分比例大的高浓度SS废水进入管网的城镇污水处理厂,尤其是管网以合流制为主的城镇污水处理厂,为保证生物处理系统正常功能的发挥以及整个污水处理厂的正常运行,宜设置初沉池。小试及中试研究表明,当进水SS达400mg/L以上时,对生物处理系统的冲击很大,一方面生物池的污泥增量太大,需要大量排泥,其结果是生物池内的有效生物量降低,影响处理效果;另一方面是泥量大量增加,在来不及排泥的情况下影响供氧效率。这种高浓度SS废水对生物处理系统的冲击,往往需要几天的时间来恢复。因此,对于SS≥400mg/L的来水,城镇污水处理厂必须设置初沉池。SS浓度不是很高的原水,若经过较长停留时间的初沉池,会损失一定的碳源,对生物脱氮产生不利影响。因此,初沉池的运行要灵活,应根据实际进水水质适当提高初沉池的表面负荷,缩短停留时间或部分超越。通常,初沉池的水力停留时间宜为0.5~1.5h。综上所述,是否设置初沉池的第一个条件是,考虑进水有机物浓度能否支撑活性污泥生物系统(因许多污水厂进水BOD5<70mg/L);第二个因素是生物脱氮所需的碳氮比,以减少或不投加人工碳源为重要原则。进水SS在400mg/L以上时水质指标已超出《污水排入城市下水道水质标准》(CJ3082—1999),首先应在源头管理上着手,建筑废水排入下水道也同此。对于建筑废水及其他无机成分比例大的高浓度SS废水,首先应考虑沉砂池的设计及其良好运行。进水BOD5/COD值(通常小于0.3)偏低的城镇污水处理厂,尤其以印染废水为主时,应考虑设置厌氧水解池,利用兼性水解产酸菌将部分难以好氧生物降解有机物转化为易生物降解有机物,提高后续生物处理的效率。研究表明,作为高VSS/SS值污水的预处理,厌氧水解池的设置非常必要,能够使SCOD/COD值由33%增至75%。对于工业废水所占比例较高或进水中含不易生物降解、不易沉降、不易被吸附的COD等影响出水达标的污水处理厂,宜设置厌氧水解池。③提标改造工程中应充分发挥生物处理段的作用为了缩短工艺流程,减少构筑物的设置,生物处理段应立足于最大程度地去除有机物、NH3-N、TN;为了节省化学药剂和污泥处理处置费用,还应兼顾磷的去除。当现有污水处理系统无法稳定达到尾水排放标准,且设备的能力、池容的利用状况、操作参数的控制存在一定的可供调控空间时,提标改造工程应优先采用运行优化扩容技术,提高系统除磷脱氮能力。对于现状已采用A/A/O系列工艺或由A/O工艺改造为A/A/O工艺的污水处理厂,当采用优化运行后,出水TN、NH3-N仍然不能稳定达标或新增池容困难时,提标改造工程可考虑在生化段好氧区投加填料,将生物膜技术与活性污泥工艺结合,优化系统内微生物的组成和数量,提高系统的硝化稳定性和反硝化能力。另外,也可以通过投加填料减小好氧区的容积及增大缺氧区和厌氧区的容积,但不宜在缺氧区和厌氧区投加填料。当原有生物处理段采用上述强化措施后出水NH3-N和TN仍然不能达标时,提标改造工程可以考虑在原生物处理段后增加曝气生物滤池、反硝化滤池等设施。通常此时需要补充必要的外加碳源,确保尾水NH3-N和TN稳定达到排放标准。④污水处理工艺流程中应合理选择深度处理工艺单元如果污水处理厂尾水要求达到GB18918—2002的一级A标准,通常污水处理工艺流程中必须增设深度处理单元。二级处理后的深度处理应以过滤为核心单元,混凝沉淀为强化手段,起到高效去除悬浮固体和胶体物质的作用,降低SS和消除病原体,以及通过调整混凝剂和剂量同步完成化学除磷。当二级强化处理出水的NH3-N及TN已经稳定达到一级A标准,BOD5、COD已经稳定达到一级B标准,出水SS不稳定且需要化学除磷时,宜采用混凝/沉淀/过滤工艺流程,以确保出水各项水质指标稳定全面达标。当二级处理出水水质接近一级A标准,但还不能稳定达标时,可以采用絮凝过滤(混凝/过滤)、微絮凝(混合/过滤)或直接过滤等深度处理单元。当采取以上措施后处理出水仍不能稳定达标时,可以考虑采取化学氧化或活性炭吸附方法。当出水需要脱色时,可以考虑增加臭氧氧化措施;特殊情况下(如印染废水进水比例较高时),可以采用投加粉末活性炭作为应急或补充措施。⑤加强运行管理,应根据进水水质和水量的变化调整运行模式,应特别重视冬季低温下出水稳定达标的运行控制通常污水处理厂的进水水质和水量会发生波动,因此污水处理运行方案应根据需要适当调整运行工况,否则难以达到处理要求。例如,无锡市芦村污水处理厂在冬季和夏季进水水质变化较大,可在原有A/A/O工艺基础上进行多种运行方式上的调整:针对碳源欠缺的进水水质,夏季运行工艺调整为多点进水倒置A/A/O工艺或脱氮A/O工艺;考虑冬季进水有机污染物浓度高的实际情况,将运行工艺调整为带回流污泥反硝化段的A/A/O工艺,并在好氧池投加填料。另据调查,不论是在北方还是在南方(太湖流域城镇污水的温度最低只有9.6℃),冬季低温均对城镇污水处理厂生物脱氮产生了较大的不利影响。因此,当低温来临前特别是当污水水温降至15℃时,就应该采用冬季运行模式,提前做好准备;当混合液回流系统设备能力允许时,可以通过提高混合液回流比,增加活性污泥和微生物的总量;当曝气设备能力允许时,可以通过提高溶解氧浓度,维持较高的硝化速率;为在低温下提高反硝化速率,可以采用较长的泥龄、降低硝酸盐负荷或延长水力停留时间等措施。当采取措施后生物反硝化效果仍然不佳时,应考虑投加必要的碳源;当采取措施后生物硝化效果仍然不佳时,应考虑在好氧区投加悬浮填料的办法。3工艺改造方案提标改造工程应做到以下几点:先优化运行,后工程措施;先内部碳源,后外加碳源;先生物除磷,后化学除磷;减排兼节能,达标顾经济。①城镇污水处理厂作为城市基础设施工程,具有规模大、投资高的特点,工艺方案的选择必须注重成熟性和可靠性。因此,需要特别强调技术的合理性、适用性和可靠性,而不是简单地提倡技术的先进和新型。此外,还必须把技术和工程风险降低到最小,所选工艺改造方案应满足处理效果稳定可靠、工艺控制调节灵活、工程实施切实可行、运行维护管理方便、投资运行费用节省、整体工艺协调优化。②在城镇污水处理厂提标改造中出现了很多新工艺、新设备。考虑到部分污水处理工艺在工程应用中取得了较好的除污效果,只是工程应用数量有限,机理和运行参数还不够成熟,笔者认为这部分污水处理工艺可以在适当的范围内进行工程应用,并注意进一步总结,为将来大范围推广打好基础。如果投资有限、经济条件不好,规模≤1×104m3/d的污水处理厂可以采用硅藻精土污水处理工艺;当污水