城镇污水准Ⅲ和准Ⅳ达标排放技术 调研报告(一)

作者: laokou 分类: 水处理 发布时间: 2021-02-19 08:27

1 概述

随着我国水污染问题日益突显和环保政策密集出台,城镇污水处理排放标准的提高已是大势所趋。在此背景下,城镇污水处理厂出水水质要求的不断提高,这使得我国众多污水处理厂面临进一步升级改造的任务要求。污水处理厂提标改造是一个综合性极强的系统工程,其中核心为污水处理厂提标改造工艺方案的选择,这将直接关系到建设费用、处理成本、处理效果、占地面积和运营管理等关键问题。因此,在进行污水处理厂提标改造时,必须根据实际情况,做好方案的比较,以确定最佳工艺方案。

本调研报告在分析我国高排放标准执行现状、提标改造难点与对策、提标改造案例分析等内容的基础上,提出不同水质条件下的提标改造推荐技术方案,并给出推荐技术方案的设计要点指引,为我公司污水处理厂提标改造工作提供必要的参考与借鉴。

2 我国城镇污水处理厂排放执行标准概况

2.1 总体情况

截至2018年6月底,全国城市累计建成城市污水处理厂5222座(不含乡镇污水处理厂和工业企业),污水处理能力达2.28亿m3/d。根据全国城镇污水处理管理信息系统数据,剔除没有标明实际执行排放标准的、以及规模小于1万m3/d的污水处理厂进行了梳理(以下简称规模以上),并结合有公开报道的情况,对污水处理厂实际执行的排放标准进行了汇总。经分析,截至2017年底,城镇污水处理厂不同排放标准的规模分布情况,如表2.1所示。

表2.1 全国规模以上城镇污水处理厂执行排放标准情况

执行排放标准 准Ⅲ、IV类 一级A 一级B 二级 其他 合计
污水处理规模(万m3/d) 671 6489 7500 2739 481 17880
所占比例(%) 3.8 36.3 41.9 15.3 2.7

由表2.1可知,我全国规模以上城镇污水处理厂大部分仍执行一级B和一级A排放标准。如不考虑占地、投资和技术等因素的前提下,若将现有城镇污水处理厂全部提升改造到准Ⅲ类或准Ⅳ类排放标准,具有十分广阔的市场需求。

2.2 我国高排放标准发布与执行现状

自2015年《城镇污水处理厂污染物排放标准》(征求意见稿)发布以来,污水处理厂提标变成为行业持续关注的焦点。2015年,《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)获得国务院常委会通过并正式颁布。在此背景下,在国内一些城市和地区,如北京、天津、浙江、太湖流域、巢湖流域、岷沱江流域、昆明滇池和雄安地区等,分别制定并出台了更为严格的污水排放标准,高于GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准,污水排放指标要求达到或接近地表水环境质量标准(GB3838-2002)中地表水准Ⅲ类或准Ⅳ类水质标准,称为类Ⅲ类水或IV类水排放标准。我国相关国家、地方城镇污水厂高标准排放标准基本控制项目排放限值,如表2.2所示。

表2.2 我国相关国家、地方城镇污水厂高排放标准基本控制项目排放限值

项目 指标 CODCr BOD5 SS NH3-N TN TP 色度() 备注
一级A GB18918-2002 50 10 10 5(8) 15 0.5(1) (1) 30
地表IV GB3838-2002 30 6 1.5 1.5 0.3(0.1) (2)
特别排放限值 GB18918-2002 30 6 5 1.5(3) 10(15) 0.3 15 准Ⅳ

类水质标

京标B DB11890-2012 30 6 5 1.5(2.5) 15 0.3 15
天津A DB12599-2015 30 6 5 1.5(3.0) 10 0.3 15
深圳A 30 6/10 6 1.5 10 0.3/0.5 15
山东部分区域 30 6 10 1.5 15 0.5
巢湖流域I DB34/2710-2016 40 2.0(3.0) 10(12) 0.3
岷江和沱江 DB51/2311-2016 30 6 10 1.5(3) 10 0.3
台州地标 30 6 15 1.5(2.5) 12(15) 0.3
太湖地区 DB32-1072-2018 40 3(5) 10(12) 0.3
浙江标准 日均值 30 1.5(3) 10(12) 0.3
Max 50 5(8) 15 0.5
河北大清河流域(重点区) DB13/2795-2018 30 6 1.5(2.5) 15 0.3
地表Ⅲ GB3838-2002 20 4 1 1 0.2(0.05)(1)
京标A DB11890-2012 20 4 5 1.0(1.5) 10 0.2 10 准Ⅲ类水质标准
滇池昆明 20 4 1 5 0.05
河北大清河流域(核心区) DB13/2795-2018 20 4 1.0(1.5) 10 0.2

注:表中(1) 0.5是指2006年前建设排放限值,1是指2006年后建设排放限值;(2)是指湖泊和水库的水质标准;其他( )是指括号外数值为水温>12℃时的控制指标,括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。

由表2.2可知,各地相继出台的地方排放标准多以地表水Ⅳ标准为参考,但由于地表水Ⅳ标准氮指标较高,污水厂出水较难实现,一般氮标准适当放宽。从颁布的其他地区地方标准来看,多数地区与北京B标准接近。各地标准中,北京地标A标准为准Ⅲ类标准,其排放水质要求最为严格,后续滇池地区与大清河流域核心区也相继执行了准Ⅲ类标准。从执行高排放标准上,城镇污水处理厂难点在去除难降解CODCr、TN、TP、SS和色度等指标,并以深度脱氮除磷为达标排放的核心问题。

2.3 执行高排放标准存在难点与对策分析

2.3.1 难点分析

日益严格的污水排放标准的提出,将对城镇污水处理厂的处理工艺设计和运营管理提出更高的要求,而国内外都缺乏实践层面的支撑。本文将根据工艺设计和运营管理存在难点进行深入分析。

1)工艺设计存在难点分析

1)缺少实践借鉴经验

相对于我国各地执行的准Ⅲ和准Ⅳ类污水排放标准,国外发达国家污水排放标准要求较为宽松,最为严格排放标准大多执行类似我国一级或二级污水排放标准,其主流处理技术大多采用二级生物处理工艺。因此,即便是在发达国家,也缺乏实现地表水准Ⅲ和准Ⅳ类污水排放标准的大规模应用和成熟的经验。为了应对我国各地执行的准Ⅲ和准Ⅳ类污水排放标准项目,国内各大设计院通常采用十分保守的工艺设计方案,常常采用三级或四级处理工艺,使得处理流程较长和处理成本很高。

2)污水管网不健全、纳管管理不善

根据对污水处理厂进水COD分析结果,我国城镇污水处理厂进水水质和水量负荷偏低,主要原因为部分污水处理厂配套管网不健全,存在“重厂轻网”的现象。部分污水处理厂抽取河水处理,其他污水处理厂虽然建设了配套管网,但质量差,部分污水管网在运行中受多种因素的影响,出现破裂、渗漏、错口等,在地下水位高的地区,上述因素致使地下水大量渗入,污水被稀释后导致进水有机物浓度比较低,但氨氮和总氮比较高,低C/N(BOD5/TN)的污水在除磷脱氮处理中往往需要加入碳源,使得污水处理成本大幅升高。另外,我国纳管制度和管理不善,存在大量工业污水预处理未达标或非法排放等问题,水质冲击性波动、污泥中毒和污水超标排放的现象时常发生。因此,我国在运行管理维护水平、设备配置等层面比西方发达国家都还有较大差距,在这种情况下很难取得让人满意的治理效果。

3)提标改造用地受限

我国已建污水处理厂规划用地大多数按照二级排放标准预留,规划时污水厂大多只考虑远期需扩建的用地,很少同时规划提标改造的用地。随着各项处理要求和处理标准的不断提高,提标改造需要的用地也十分紧张。加上污水处理厂选址时,还需要考虑周边一定范围的环保防护距离,设置绿化、环卫或其他公共设施,从而导致污水处理厂被城市中各种建筑包围,而提标改造工程一般都需要在原污水处理厂的红线范围内进行建设,这给提标改造项目的设计和施工都增加了很大的难度。特别是对于已建的占地较小的集中式污水处理厂,再次提标改造时,只能选择占地较小,但投资和运行费用高的建设方式和工艺单元,如地下式污水厂和膜处理设施等。

2)运营管理存在难点分析

1)监管的压力大

近些年来,我国执行的《新环保法》、“水十条”、日趋严格的地方标准和处罚措施,使得水务行业面临的监管压力空前增加。特别是要求污水厂出水加装总氮和总磷在线仪表,以及政府对污水厂出水“一瓢式”达标检测的监管方式,使得污水厂面临着全方位监管压力。

2)达标管理难度大

对于执行高标准标准污水处理厂,指标上要求比现行的一级A和一级B都更加严格,可控区间越来越窄,运营管理稍有不善就存在超标的现象。按照高标准排放要求,主要指标的三个难点为CODCr、总氮和总磷,尤其是总氮和总磷的达标排放,对污水厂工艺过程的自动控制和先进运营管理经验水平提出更高的要求。

3)愈发严峻的污泥处置问题

由于我国相关标准体制尚不健全,“重水轻泥”的现象仍然存在,导致污泥大部分未进行规范化的处理与处置。目前,我国城镇污水厂污泥外运处置并不顺畅,往往存在污水厂污泥无法外运的情况,生化系统只能采取高污泥浓度运行,导致了污泥活性较差,严重影响了污水厂生化处理系统的正常运行。

4)政府污水费支付风险增大

以现有污水处理技术水平和管理水平,执行高标准排放污水厂的投资和运营成本较执行一级A、一级B或二级标准的污水厂将明显提高,这将增大政府的支付风险,水务公司存在潜在的财务风险。如果要实现高标准排放的可持续之道,唯一的出路就是采用先进技术与管理方法,采用最经济的手段高效地削减污染负荷和实现资源利用,实现污水厂处理低成本运行。

2.3.2 总体思路

城镇污水厂在执行高排放标准的工程实践中,一般以“先实地调研,后工艺选择;先源头控制,后强化处理;先功能定位,后单元比选;先内部碳源,后外加碳源;先生物除磷,后化学除磷”为总体技术原则,从而满足“技术成熟先进、处理效果稳定、运行管理灵活和投资运行费用低”的总体目标。

1)在工艺选择方面

设计单位应在制定设计方案之前对原污水处理厂做切实的实地调研,对污水处理厂的原始资料特别是管网、工艺设备信息、历史运行状况和数据都应该做深入了解,根据原有用地情况进行科学布局,尤其需要对污水厂的进水水质进行详细的分析调查和统计,对于总氮、氨氮和总磷等指标应充分考虑,必要时还需要在工程前期进行试验研究,在此基础上才能形成有针对性的提标工艺设计方案。污水处理工艺技术应成熟可靠、处理效果稳定、耐冲击能力强、运行管理简单,控制环节少和易于操作的处理工艺。积极稳妥的采用污水处理新技术和新工艺,对在国内首次选用的新工艺、新技术、必须经过中试或生产性实验,提供可靠的改造参数后方可采用。污水处理工艺选择要经济上可行、技术上达标和运行上成熟的最佳组合工艺;

2)在工程建设方面:要尽可能考虑土地资源以及经济能力问题,工程应造价低及占地少。如果为提标改造项目应充分利用在原有构筑物基础上进行升级改造,同时要尽可能减小施工对污水处理厂运行影响;

3)在设备选型方面:要尽可能选择技术上先进,运行能耗低,自动化程度高和运行寿命长的污水处理设备,同时考虑到设备所处的环境,必须具有较强抗腐蚀性能;

4)信息化与智慧化建设方面:建议在完善污水处理厂在线监测与自动化控制基础上,建立信息化与智慧化生产与管理系统,为企业规范管理、节能降耗、减员增效和精细化运营管理提供技术支持。

2.3.3 对策分析

城镇污水处理厂实际运行中主要存在进水不稳定、进水与设计差别大、含有难降解工业废水;碳氮比低、碳源不足、SS/BOD5比值偏高;低温条件下运行效率差、运行不稳定;运行负荷低、能耗大、运营管理复杂、区域特性强等实际问题,如出水CODCr难以进一步降低、TN去除较难、出水SS偏高、TP生物处理效果差等困难。针对城镇污水处理厂存在问题,常见的重点去除污染物的对策与原理,如表2.3所示。

表2.3 高排放标准要求下重点去除污染物及对策与原理

污染物 去除对策及措施 去除原理
TN 完全硝化、充分反硝化(通常需外加碳源)及深度脱氮 生化法是最为经济、可靠的脱氮方法,其原理为污水中的氨氮和有机氮,在充氧的条件下(O段),被硝化菌硝化为硝态氮,大量硝态氮回流至A段,在缺氧条件下,通过兼性厌氧反硝化菌作用,以污水中有机物作为电子供体,硝态氮作为电子受体,使硝态氮波还原为氮气,逸入大气从而达到最终脱氮的自的。良好的生物硝化(供氧充足)、反硝化(碳源充足),可获得较高的脱氮率
NH3-N 充分曝气,完全硝化
SS 混凝、沉淀、砂滤、膜分离 沉淀和过滤是去除主要处理方法。沉淀原理为无机颗粒和大直径有机颗粒自然沉淀可去除,小直径有机颗粒经微生物降解去除,小直径无机颗粒靠活性污泥絮体吸附、网络作用与污泥絮体,同时沉淀去除。过滤原理为在压力差的作用下,悬浮液中的液体透过过滤介质,固体颗粒为介质所截留,从而实现液体和固体的分离,常见过滤方式有重力过滤(砂滤)、真空过滤(MBR)、加压过滤(微滤、超滤)等
CODCr 预处理、充分曝气+完全碳化、深度处理(高级氧化或活性炭吸附) 污水中COD可分为固态COD和溶解性COD。固态COD可通过预处理进行沉降去除,溶解性可生物降解COD即BOD5可经微生物的吸附、代谢等过程实现碳化作用进行去除。溶解性不可生物降解COD可经化学氧化或吸附作用进行去除
BOD5 充分曝气,完全碳化
TP 生物除磷+化学除磷、降低出水SS TP去除以生物除磷为主,辅以化学除磷,去除悬浮物的同时可去除所含氮、磷等杂质。生物除磷原理为活性污泥交替在厌氧和好氧状态下运行,能使过量积聚磷酸盐的聚磷菌占优势生长,使活性污泥含磷量比普通活性污泥高。污泥中聚磷菌在厌氧状态下释放磷,在好氧条件下过量地摄取磷。经过排放富磷剩余污泥,实现生化除磷。化学除磷法原理是通过投加化学药剂形成不溶性磷酸盐沉淀物,最终通过固液分离的方法使磷从污水中去除
粪大肠菌群数 过滤,消毒 消毒指杀死病原微生物、但不一定能杀死细菌芽孢的方法,通常用化学或辐射等方法来达到消毒的作用,如液氯、臭氧、紫外线、二氧化氯等方法
色度 充足的生化反应、过滤、吸附脱色或氧化脱色 吸附采用物理吸附剂(活性炭)或化学吸附剂(离子交换)等吸附剂将污水中显色污染物吸附,使得污水脱色的过程;氧化脱色剂是采用氧化性物质,如次氯酸钠、高锰酸钾、臭氧等,将有色基团破坏达到降低污水色度的方法