摘要:通过宁夏南部山区小城镇生活污水处理模式研究,来探索适应南部山区实际条件的污水处理工艺,选择适应分散型小城镇的污水排放的工艺简单、投资小、运行成本低的工艺,保障污水厂建成后正常运行,改善南部山区环境和人民生活条件,提高水资源的综合利用。
关键词:工艺论证 BIOLAK 人工湿地 生物接触氧化 水解—好氧
1 宁夏城镇污水处理厂发展现状及南部山区小城镇基本情况概述
1.1 宁夏城镇污水处理厂发展现状 宁夏已建成和在建污水处理厂共17座,建成投入运行的11座污水处理厂已形成了日处理62.5万吨生活污水处理能力。目前采用的城市污水处理工艺主要有两种氧化沟工艺和SBR工艺,都是较为成熟的污水处理工艺,但投资都比较高,运行费用也较高。因此,通过本课题的研究,为宁夏南部山区选出投资省、操作简单、管理方便的污水处理工艺。
1.2 宁夏南部山区小城镇基本情况概述 宁夏地处我国西北地区东部,黄河上中游,面积6.64万平方公里。全区属典型的大陆性气候,多年平均降水量289毫米,蒸发量1250毫米。全区水资源总量11.63亿方,其中地表水资源9.49亿方。当地水资源量少质差、时空分布不均,计入国家分配的40亿方黄河水,人均占有量706方,不足全国平均值的三分之一。
宁夏南部山区通称西海固地区,地处西北黄土高原,主要包括西吉、海原、固原、彭阳、隆德、泾源、同心、盐池八县以及红寺堡开发区,主要分布于南部丘陵区和中部干旱带,八县(除红寺堡外)土地面积共计3.04万km2,农业人口210万人,分别占自治区总面积的58.7%和总人口的55.2%。宁南山区干旱少雨,旱灾频繁,多年平均降水量186～630mm,95%的地区年平均降水量在450mm以下。该地区因贫困而出名,干旱缺水是造成贫困最直接也是最主要的原因。多年来一直是国家扶持救济的重点地区之一。
2 宁夏南部山区小城镇生活污水处理模式研究
2.1 研究思路 根据南部山区城市水质、水量的特点,同时考虑到发展趋势,结合其周边的地理环境即“城乡衔接地带”,附近有可利用农田和林地,可进行污水灌溉和污泥用作农肥等便利条件,在污水处理工艺流程的选择上可将污水处理与利用相结合,与保护和改善当地的生态环境和水资源相结合,实现城市区域性的生态环境和水资源的良性循环。
2.2 研究方法 通过对全国小型污水处理厂资料的分析对比,按吨水投资排序初选出下列污水处理工艺:百乐卡(BIOLAK)、人工湿地、生物接触氧化、深池曝气、水解-好氧与目前广泛采用的氧化沟、SBR等工艺进行经济指标和技术性能指标比较,经济指标包括:厂址及地形、单位污水投资、单位污水处工艺进行比较的指标有经济指标理成本、单位污水耗电量等;技术性能指标包括出水水质、运行管理、施工周期、适宜地区等。再通过调研与论证比选出适合南部山区实际情况、投资小、运行费用低、操作简单及适合水资源再利用的污水处理工艺。
2.3 工艺论证
2.3.1 水解-好氧工艺
①工艺简介20世纪80年代出现的水解(酸化)-好氧生物处理工艺,将厌氧和好氧有机地结合起来,从而使废水的厌氧-好氧生物处理进入了新阶段。该工艺在厌氧段摒弃了厌氧消化过程中对环境条件要求严格、且降速度较慢的甲烷发酵阶段,使厌氧段控制在水解(酸化)阶段,可减少反应器容积,同时省去了沼气回收利用系统,基建费用大幅度降低。另外,由于厌氧段控制在水解(酸化)阶段。经水解后的,原废水中易降解物质减少较少,而一些难以生物降解的大分子物质可被转化为易于生物降解的小分子物质(如有机酸等),从而使废水的可生化性和降解速度提高。
②水解-好氧工艺优点a在好氧段前加水解池使污水可生化性提高,使其既能处理易生物降解的污水也可处理不易生物降解的污水,同时可提高抗冲击负荷的能力。b由于水解段使污水中固体、大分子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物,使得后续的好氧单元能耗降低,同时停留时间缩短,从而减小了好氧池的池容,从而降低造价。c在水解段可同时完成对污水和污泥的处理,从而去消污泥消化池。
③水解-好氧工艺缺点水解段的控制条件较多,增加了控制难度。
2.3.2百乐卡(BIOLAK)工艺
①工艺简介BIOLAK工艺基于多级A/O理论和非稳态理论,悬挂链波浪曝气技术在构筑物中实现多级A/O工艺。在同一构筑物中设置了多个A/O段,使污水能够经过多次的缺氧与好氧过程,强化了污泥的活性并兼有脱氮效果。通常情况下,BIOLAK系统由可选设除磷区的曝气池、沉淀池、包含二次曝气区的稳定池等三部分组成(三部分可以合建,曝气池和稳定池可采用土池防渗结构)。BIOLAK采用地下曝气结构(地盆式),这种结构可以获得坚固和完全密封的反应池。为防止污水的渗漏,池体采用世界上先进的防渗膜(HDPE)。采用高效率的底部微孔曝气头,移动式曝气链,进一步提高氧气的传送效率。
②BIOLAK工艺优点a耐进水负荷冲击能力强,剩余污泥量小; b曝气池采用土池结构节省投资;c高效的曝气系统提高了氧的传递效率节约能耗。
③缺点a污泥负荷过低,停留时间长必然导致占地面积增大。bBIOLAK曝气池采用HDPE膜片土池防渗结构,有两点不足:一是与混凝土或管道接口处的处理比较麻烦,且不均匀沉降和由温度变化引起的伸缩都有可能造成膜片撕裂;二是在地下水位比较高的情况下,当放空检修时地下水会把防渗层不均匀顶起,将影响构筑物的继续正常使用。c由于采用平流沉淀池,为长边进水、长边出水,容易造成有效水流距离不足,致使出水中悬浮物含量升高。
2.3.3人工湿地
①工艺简介人工湿地处理是由土壤和填料(如砾石等)混合组成填料床,与床体表面水生植物(如芦苇、蒲草等)形成的一个独特的动植物生态系统,对污水进行处理的工艺,具有建造和运行费用便宜、易于维护的特点。欧美国家广泛采用人工湿地系统处理村镇地区及小型社区的污水,取得了显著的成效。目前,国内也有利用该技术处理小城镇污水、污染河道水、村镇污水及面源污水的成功实例。人工湿地系统处理污水具有一系列的显著优点,适合不同的处理规模,基建费用低廉,处理构筑物由各种天然生态系统或经简单修建而成,没有复杂的机械设备,易于运行维护与管理。人工湿地的主要材料如碎石、砂砾、煤渣、土壤等均可就近获得,处理系统依地势而建,对于我国广大农村地区来说,占地面积较大的人工湿地污水处理工艺具有很好的应用前景。
②人工湿地优点a建造和运行费用便宜;b易于维护,技术含量低;c可进行有效可靠的污水处理;d可缓冲对水力负荷冲击。
③人工湿地缺点a占地面积大;b设计、运行参数不精确;c易受病虫害影响;d易受气候等条件制约,出水水质不稳定。
2.3.4生物接触氧化工艺
①工艺简介曝气生物滤池(BAF,Biological Aerated Filter)也叫淹没式曝气生物滤池。国外从20世纪初开始进行研究,于80年代末基本成型,后不断改进,并已开发出多种形式。在开发过程中,充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路,集曝气、高滤速、截留悬浮物,定期反冲洗等特点于一体。
②生物接触氧化工艺的优点a维护管理方便,无需污泥回流,节省运行能耗。b生物膜可保持较高的活性污泥生物量,剩余污泥产量低。c由于采用了填料,填料的比表面积大,从而可缩小池容。d对水质、水量有较高的适应能力,可间歇运行。
③生物接触氧化工艺的缺点a填料易填塞。b布水、曝气不易均匀,可能在池体局部出现死角。
2.3.5深池曝气污水生态处理工艺
①工艺简介深池曝气污水生态处理工艺,包括一污水生态处理池和曝气系统,污水生态处理池分为曝气区和出水区,所述曝气系统包括鼓风机、主风管道、曝气器、支风管道,其特征在于所述曝气区划分为一号曝气区、二号曝气区和三号曝气区,一号曝气区、二号曝气区和三号曝气区内的曝气器由密到疏布置,所述一号曝气区内的曝气器高密度布置,一号曝气区的面积占污水生态处理池面积为15%-25%,曝气区内的曝气器分组曝气。
②深池曝气污水生态处理工艺的优点a污泥少。b无异味。c建设投资省。d工艺简洁,节省运营费。e出水水质好,运行稳定。本工艺耐冲击负荷,抗冲击能力强。f改善生态环境,提高土地的综合利用效益。
③深池曝气污水生态处理工艺的缺点a池体深、容积大,建设和检修时地下水位会对池体结构产生较大影响。b池体深,水下设备检修不便。
2.5分析
2.5.1 技术可行性:所列各工艺均可行,水解-好氧及氧化沟耐水质冲击能力最强,人工湿地最弱。
2.5.2 水质指标:人工湿地不能保证完全满足排放要求,其他各工艺均能满足排放要求,除氮除磷的效果氧化沟最强,人工湿地最弱。
2.5.3 费用指标(吨水投资):吨水投资SBR工艺≥氧化沟工艺>水解好氧工艺>生物接触氧化工艺>百乐克工艺>深池曝气>人工湿地工艺
2.5.4 工程实施:都可实现分步实施,百乐克与人工湿地工艺施工难度较小,其他工艺施工难度较大。
2.5.5 环境影响:人工湿地工艺噪声与臭味最小,水解好氧工艺臭味最大;污泥产量:SBR工艺>氧化沟工艺≥百乐克工艺>水解好氧工艺>生物接触氧化工艺>深池曝气>人工湿地工艺
2.5.6 物能消耗:吨水耗电——氧化沟工艺>SBR工艺≥百乐克工艺≥生物接触氧化工艺>深池曝气>水解好氧工艺>人工湿地工艺。药耗(由污泥量决定)——SBR工艺>氧化沟工艺≥百乐克工艺>水解好氧工艺>生物接触氧化工艺>人工湿地工艺。
2.5.7 运转操作——人工湿地和生物接触氧化工艺因无污泥回流,且操作单元少较易人工操作;深池曝气无污泥处理单元,易操作;SBR工艺对自动化要求程度高,不易于人工操作,在自动化完备的情况下,易操作;其他工艺相当。
2.5.8 维修管理——人工湿地工艺设备少,维修量少;百乐卡工艺虽然设备多,但其悬挂链式曝气装置维修时不必放空池体;氧化沟主要曝气装置采用机械曝气,因此维修较易;SBR工艺主要曝气装置采用鼓风曝气,维修须放空池体,维修较难;生物接触氧化工艺虽然设备数量少,但填料的更换较难(因为在水下且数量大),维修较难;水解好氧工艺设备量大,维修较难。深池曝气工艺池体深、容积大,水下设备较难维修。但其不需要污泥处理设施,投资省,对污泥处置管理简单。
3 结论
3.1 通过对比分析及实地调研,水解-好氧工艺在实际运行中效果并不很理想,而且臭味较大,应用不是很广,并且除运行电耗外,其他各方面均没有明显优势;生物接触氧化工艺在实际运行中效果也不理想,其填料堵塞问题一直没有解决,在经济技术比较中也无明显优势,因此该两种工艺予以排除。
3.2 人工湿地在投资、运行操作难易程度以及运行成本上优势明显,实际调研运行状况也良好,经过预处理段的加强和采取冬季防冻措施,完全可以满足排放要求;百乐克工艺最大的优势是在基建投资上由于采用土池结构基建费用较常规二级处理要低约超过50%,另外其悬挂链式曝气装置也易于维护,其鼓风微孔曝气的供氧形式对电能的利用率也较高,另外沉淀池与曝气池为一体,易于管理。
3.3 深池曝气工艺,池体深、容积大。抗冲击负荷能力强,出水水质好,运行稳定,且不需要污泥处理及处置,无不良气味;工艺简洁,节省运营费用;利于改善生态环境,提高土地的综合利用效益。本工艺可以改变区域小气候,涵养地下水源,便于污水自然再生和再利用。
3.4 综上所述,我区南部山区污水处理工艺宜选用百乐克工艺、深池曝气工艺。在土地允可的情况下,也可进一步考虑人工湿地。就可为南部山区小城镇改善水环境质量的同时,营造一片碧水蓝天之美景。
3.5 经过工艺论证及实地调研,百乐克工艺、深池曝气工艺符合课题的目的:投资省、运行费用低、操作简单,但这几种工艺还有以下问题需要解决:
3.5.1 百乐克工艺对施工地地基条件的要求也需要进一步进行深入研究。
3.5.2 深池曝气水下曝气器检修难度大些,需良好的安全护具方能进行。
3.5.3 在水资源的利用上,可考虑污水在经过二级处理后排入贮存塘,冬季贮存,农灌季节用于农业灌溉,做到不浪费水资源。
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