大型城市污水处理厂的清洁工艺分析
摘要：随着经济的发展和环境要求的提高,清洁生产成为了环境保护的重要组成部分。本文就某一城市污水厂的清洁生产进行分析。为进行清洁生产,对城市污水处理厂的处理水量、水质及处理工艺进行了介绍分析。对污水处理过程中主要产生的污染源及处理中的薄弱环节进行分析,确定了整个污水处理过程审核重点,并详细分析了可采取的清洁生产方案,确定持续清洁生产目标。通过清洁生产评估,使污水处理厂取得更好的社会效益和环境效益,为企业的可持续发展注入了新的活力。
关键词：城市污水处理;清洁生产
城市是一个工业和人口,能流和物流高度密集的人工生态系统。在这个系统中,水污染治理成为城市生态物质代谢循环的重要前提,也是保护城市水质资源和居民生活环境的重要条件,因而城市污水处理厂成为城市的一个重要的市政基础设施[1]。清洁生产是将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中,以增加生态效应和减少对人类及环境的风险[2~5]。城市污水厂的清洁生产可通过采用先进的工艺技术与设备、加强质量管理,合理利用原料,充分利用废弃物资源,提高资源、能源利用率,减少或避免污染物产生,降低污染物的排放[6]。
某城市污水处理厂的污水处理系统服务城市面积50余平方公里,服务人口60余万,占地约110000m2,建筑面积约17000m2,设计处理能力约20万m3/d。一期工程含:污水处理厂、与之相配套的28公里截污干管及沿线5座泵站。总投资约10亿元人民币。2001年12月动工建设,2003年10月底基本建成,2004年5月启动污水运行。根据国家制定的清洁生产的相关法规以及相关方面[7,8]的要求,该厂于2006年开展包括2005年在内的清洁生产审核工作,本文介绍该审核工作情况、采取的措施及实施成果。
1 污水水量、水质
水处理厂的废水主要来源于生活污水,最终都进入污水处理系统进行处理,日处理水量达20万吨。其中主要的污染物监测参数包括:BOD5、COD、SS、T-P、NH3-N、T-N、大肠杆菌数,根据2005年统计各种污染物的平均浓度分别为:BOD5:99·5mg/L、COD:167mg/L、SS:119mg/L、T-P:2·79mg/L、NH3-N:19·4mg/L、T-N:26·39mg/L、大肠杆菌数6623个/L,且每日变化幅度大,极为不稳定,主要波动范围为:BOD5:21·9~263mg/L、COD:39~454mg/L、SS:36~683mg/L、T-P:1·06~6·01mg/L、NH3-N:1·3~30·8mg/L、T-N:5·7~41·8mg/L、大肠杆菌数:2950~13800个/L。
2 水处理工艺
该污水厂处理工艺见下图,主要为改良A2/O工艺。污水被泵打入均衡池后先经过格栅,去除污水中颗粒直径大于5mm的悬浮物,防止堵塞后续单元的机器、水泵或工艺管线。再泵入涡流沉砂池,涡流式沉砂池为圆形结构,污水从切线方向进入池中,进水渠道的末端设有向下倾斜的斜坡,与水流的切线方向保持一致,在池内产生了螺旋状的环行水流。在重力及离心力的作用下,砂子沉入池底的集砂坑中,而比重较轻的有机物则在叶轮与水流双重作用下与砂分离,上浮到沉砂池表面随水流流出。污水经过物理处理后,进入核心的生物反应池,采用改良的A2/O工艺,利用生物降解水体有机污染物并除磷脱氮。最后,在二沉池中,利用重力的作用使活性污泥与处理后的污水分离,并使污泥得到一定的浓缩,池体采用中进周出幅流式二沉池。此外,采用紫外消毒系统对处理水进行消毒,杀灭其中的病菌和病毒。经消毒后的处理水排入河中。
具体处理情况见表1,数据统计表明各种污染物的综合排放达标率为95%。不达标的主要有T-P、大肠杆菌、COD。
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3 主要污染源分析
针对该厂的整个污水处理过程进行分析,主要可能产生污染的情况有水、气、声、固废等四方面的来源。整个污水处理厂的污染源主要表现见表2。
水处理厂的废水主要来源于生活污水和废水处理过程中产生的污水,最终都进入污水处理系统进行处理,其中主要的污染物是BOD5、COD、SS、T-P、NH3-N、T-N·进厂废水每日变化幅度大,极为不稳定。主要水质特征同第一节的水质特征。水处理厂的废水通过水处理装置处理达标后外排入河流。2005年该厂各种污染物的综合排放达标率为:95%。不达标的主要有T-P、大肠杆菌、COD。分析得出不达标的原因有:(1)污水处理厂进水的污染物浓度变化范围太大,在短时间内输送到厂内产生超负荷冲击,对处理阶段的工艺控制带来严重的影响。(2)污水处理厂因不规范操作,在没有监控的情况下,为节约运行成本而有段时间没有开动紫外消毒系统,导致大肠杆菌等超标。废气污染源主要为各泵站、运行班、脱水机房范围内的污水、污泥产生少量含有胺类,硫化氢,甲基吲哚等化学成分的臭气,具体情况见表3,排放方式为无规律排放。
主要噪声源来自鼓风机房固、脱水机房中泵和鼓风机的运行,目前通过隔音处理措施基本能达到较好的隔音效果,具体噪声源情况见表4。
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固体废物最大的来源是脱水机房的脱水污泥、生活垃圾等。具体情况见表5。
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4 确定审核重点
对于污水处理厂的清洁生产来说,确定备选审核重点的原则[2]及应考虑的因素有:(1)污染物产生量大,排放量大的环节;(2)废水中病菌毒性危害水体的环节;(3)一旦采取措施,容易产生显著环境效益与经济效益的环节;(4)物流进出口多、量大、控制较难的环节;(5)公众反映强烈,投诉最多的问题;(6)在区域环境质量改善中起重大作用的环节。
目前水处理厂的物耗暂时没有清洁生产的国家和行业标准,清洁生产审核只能依据相关类似法规、案例[7,8]进行。虽然该城市污水处理厂一期工程每天处理的废水达20万吨,处理的量比较大,但由于水处理厂的工艺和设备都较为先进,经过2005年1~3月的调试后,水处理厂排放的经处理的废水持续稳定达标率较为稳定,由2005年的95%变为2006年首季度的100%,迄清洁生产审核期为止已连续达标排放212天。
但同时也存在一些问题需要改进。2005年还有5%的不达标的废水排入花地河中,造成了一定程度上的污染;消毒对于饮用水是必不可少的处理工艺,对废水而言,虽然不是必需的,但对某些废水的安全排放或回用,消毒处理已经成为了必须考虑的工艺之一。因此,紫外光消毒系统的长期运行是保证处理出水细菌达标的保障。另外水处理厂每年产生的污泥数量特别大,污泥的处置也是清洁生产的审核重点之一;目前我国有部分先进的水处理厂已经将部分废水处理后达到中水回用的水平[9,10],作为水资源紧张的我国,如此大量的废水若能得到进一步的治理利用,将对城市的循环经济和可持续发展做出有益的贡献,因此,污水处理厂将部分废水处理后达到中水回用也是该厂的一项长期目标。
5 确定清洁工艺方案
清洁生产方案的数量、质量和可实施性直接关系到企业清洁生产审计的成效,是审计过程的一个关键环节,因而应广泛发动群众征集、产生各类方案。通过前面污水处理厂污染源,审核重点的分析,清洁生产提出了如下建议和方案:
5·1 3个体现技术工艺改造的方案
增加化学除磷处理工序;污泥无害化、减量化研究方案;同时硝化反硝化生物脱氮与工艺优化。(1)化学除磷处理工序[11~13]。根据进水水质和处理水排放标准,为了达到出水磷酸盐的浓度不大于1·0mg/L的二级标准,建议在工艺流程中加入化学除磷设施来控制处理水的磷酸盐浓度。确保了出水磷酸盐按照相应的Ⅱ级标准达标排放,对排放的河流和相关流域的水质情况将有大幅改善。(2污泥无害化、减量化[14,15]研究方案。开展絮凝剂的研究,最大限度的降低污泥的含水率并提高污泥的脱水性能是大幅降低污水处理厂的运行费用的办法。减轻污泥对环境的不良影响,减少污泥填埋厂的处理用地。大幅降低处理厂的运行费用。(3同时硝化反硝化生物脱氮与工艺优化。对生化池进水水质进行计量学优化[16,17]控制、调控溶解氧浓度与分布,造成局部好氧与厌氧环境,使之实现硝化与反硝化的动力学平衡。该新建工程建成投产后,确保了出水T-N值按照相应的Ⅱ级标准达标排放,对周边排放河流及相关流域的水质情况将有大幅改善。
5·2 3个设备维护和更新的方案
安装节能灯;安装照明设备;紫外消毒装置的维护和运行。(1)安装节能灯。在条件允许的情况下,在需要的道路安装节能灯,节约用电。(2安装照明设备。在生物反应池边安装节能照明设备,以适应晚上工作的需要,节约用电,保障安全。(3)紫外消毒装置的维护和运行。长期开启紫外消毒装置,保证出水的病原菌指标达到有关规定的要求,保证出水的各项指标以及病原菌含量的达标排放,产生良好的环境效益,对于改善周边环境、净化河道,保护水资源等起到了相当积极的作用。
5·3 3个过程优化控制的方案
减少风机的输送风量;加装隔音设备;设置合理的报警上限。(1)减少风机的输送风量。合理控制工艺的运行,将DO值控制在一个合适的范围,在保证出水合格的条件下减少空气的输送量减少电力消耗,节约用电。(2)加装隔音设备在鼓风机房装隔音设备,减少噪音污染。(3)设置合理的报警上限。在进出水口设置的检测仪表上设置合理的报警上限,当进出水接近设计值时,工艺人员能够及时调整工艺,使出水及格,提高出水合格率。
5·4 4个废物回收利用和循环使用的方案
回用水系统安装;一水多用;污泥消化处理污泥资源化利用。(1)安装回用水系统,使回用水用于绿化等方面,节约用水,减少水费支出(2)一水多用,食堂在工作时候,尽量做到一水多用,节约用水量,可以减少水费的开支。(3污泥消化处理。在浓缩与脱水这两个步骤中间增加消化处理过程(稳定处理),进一步减少污泥量使污泥量大幅减少,为后续的脱水及最终处理大幅减少处理数量和成本,且可以消灭病原菌、蠕虫和大量杂草种子,减少污泥处理费用。(4)对污泥进行资源化利用,制成颗粒肥施用农田,有效利用资源并防止污泥的二次污染的产生。
5·5 9个加强管理的方案
调节脱水机的运行参数节省用电;采用合适的絮凝剂浓度;延长污泥浓缩时间减少药耗;降低药耗;化学药品的合理利用;处理有毒化学药品;合理用空调;建立相关认证体系;加强绿化工作(1)调节脱水机的运行参数节省用电。在降低脱水污泥含水率的情况下,采用合适的絮凝剂浓度合理调节脱水机的运行参数(带速、网带张紧压力、调偏压力等),降低投药量,可以节约用电和降低药耗,达到节能减耗的目的。(2)采用合适的絮凝剂浓度,不但可以节省絮凝剂,节约资源;而且可以避免滤带堵塞致使冲洗水用量增加、滤带损耗大等危害。(3)控制排泥速度,与脱水机班密切配合,延长污泥浓缩时间,降低脱水前污泥含水率,减少药耗,节约资源。(4)加强脱水机的加药系统设备的管理,降低药耗,将费用控制在一个最佳的比例,节约资源,降低药耗。(5)确定化学品合理贮存量,定期进行材料使用跟踪,减少不同牌号和不同等级化学品的用量,减少化学品过期损耗,节约药品支出。(6)增加仪器分析,在实验中减少或杜绝使用有毒化学品,在试验最后一步时,处理或降解废物毒性;使有害废物流分离,减轻化学药品对环境的污染。(7)在室内开空调时室内和室外的温差在5℃以内,没有人在的时候注意及时关闭,节约用电。(8)厂区建立质量管理体系、环境管理体系、职业健康安全管理体系———管理体系(又称三合一体系),并通过第三方认证,使环境管理系统化,有利于企业全方面的控制和预防环境污染,增强竞争能力,提高企业形象。(9)加强厂区绿化工作,提高厂区绿化率,美化环境。
6 持续清洁生产
清洁生产是一个动态的、相对的概念,是一个连续的过程,因而以原工厂原管理层中抽调人员组成一个固定的机构、稳定的工作人员来组织和协调这方面工作,确保清洁工艺各步骤均在规范化要求下实施,以巩固已取得的清洁生产成果,并使清洁生产工作持续地开展下去。建立和完善清洁生产组织、明确任务、落实归属、确定专人负责;建立和完善清洁生产管理制度,把审计成果纳入企业的日常管理、建立和完善清洁生产激励机制;制定持续清洁生产计划清洁生产并非一朝一夕就可完成,因而应制定持续清洁生产计划,使清洁生产有组织、有计划地在企业中进行下去。通过管理层的监督、清洁生产激励机制的建立,对企业的严格管理,从而防止一些不规范操作的发生,使整个企业进行可持续的清洁生产。
在本轮清洁生产审核(2005~2006年)过程中,公司成立的清洁生产审核领导小组和工作小组根据实际情况设置了相应的清洁生产目标,主要针对废水排放、废气排放、污泥排放、提高回用水的二次使用率等4个清洁生产审核重点,设置了该审核期间的清洁生产的目标,见表6。
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结合2005年来在废水、废气处理等方面所采取的一些措施而获得的实际经验,加上有实力的科研单位的合作,通过清洁生产审核的有效实施和清洁生产方案的落实,这些目标通过努力是可以达到的。总的来说,该城市污水处理厂从2006年3月~2006年6月正式开展本轮清洁生产审核工作,通过审核工作的实施,找出了清洁生产方面存在的主要问题,并制定了相应的实施方案,这些方案的实施将投入巨大的资金,方案完成后将取得良好的社会效益和环境效益,为企业的可持续发展注入新的活力。
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