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中國市政污水處理的瓶頸和起因以及可能的解決方案
發(fā)布時(shí)間:2020-03-10 18:51瀏覽次數:

90年代以來(lái),中國在城市衛生方面取得了顯著(zhù)進(jìn)步。2017年市政污水處理能力達到49.2 x109m3,在城市地區的覆蓋處理率達94.5%。去除營(yíng)養物(氮和磷)已經(jīng)在國家范圍內依法實(shí)施。然而,許多市政污水處理廠(chǎng)面臨很少能量回收,脫氮除磷成本高昂,污泥產(chǎn)量高等問(wèn)題。污水管網(wǎng)滲漏造成中國污/廢水的獨特特征是市政污水處理廠(chǎng)效率低下的主要原因。

最近,中國三部委頒布了題為“城鎮污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案(2019—2021年)”文件強調污水管網(wǎng)修復在城市環(huán)境衛生與生態(tài)關(guān)鍵功能,標志著(zhù)中國城市環(huán)境衛生戰略的轉折點(diǎn)??紤]到污水管網(wǎng)修復所涉及的繁重任務(wù),所需的巨大投資和長(cháng)周期,必須采取具有成本效益的快速行動(dòng)和措施,以改善中國市政污水處理效率和可持續性。這項研究有三個(gè)目標:(1) 比較中國和其他具有更長(cháng)的污/廢水處理歷史的國家在市政污水處理廠(chǎng)在能量回收、營(yíng)養物去除和污泥產(chǎn)生量等方面的差異;(2)揭示市政污水處理廠(chǎng)的污水特征和工藝性能之間的因果關(guān)系;(3)建議適于中國污水水質(zhì)特性的具有成本效益的措施和解決方案,以提高市政污水處理廠(chǎng)的可持續性。

方法

中國、歐洲、美國和新加坡的污水處理廠(chǎng)均基于使用厭氧消化(AD)熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)AD-CHP)進(jìn)行能源回收基于使用厭氧消化(AD)熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)。中國相當部分廠(chǎng)省略初級污泥沉降(PS), 很少有處理廠(chǎng)使用污泥厭氧消化(AD),污泥的產(chǎn)生主要基于觀(guān)察生物產(chǎn)量(系數)和進(jìn)水無(wú)機懸浮固體(ISS)積累。

結果和討論

市政廢水處理 – 可持續性

表1 顯示,不到5%的中國城市污水處理廠(chǎng)使用污泥厭氧消化,這個(gè)比例與歐洲、美國和新加坡相比非常低, 盡管具有較長(cháng)污水處理歷史的國家在很久之前已經(jīng)廣泛應用AD-CHP技術(shù),但在中國,通過(guò)AD-CHP污泥厭氧消化和熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)(下稱(chēng)AD-CHP)途徑技術(shù)進(jìn)行的能量回收非常有限。舍棄使用污泥厭氧消化不僅導致污泥穩定化問(wèn)題,招致二次污染和衛生問(wèn)題,同時(shí),由于沒(méi)有污泥厭氧消化中VSS破壞,加上調理板框脫水添加石灰還增加了污泥量(由于沒(méi)有污泥厭氧消化中VSS破壞,加上調理板框脫水添加石灰)增加了污泥處理,增加了處置和再利用的困難難度。

表1  在中國和其他國家/地區采用污泥厭氧消化的市政污水處理廠(chǎng)占比(%)

水處理行業(yè)協(xié)會(huì )

為了達到嚴格的營(yíng)養物排放標準[如中國市政污水處理廠(chǎng)一級A排放標準,TN(總氮)<15 mg-N/L,TP(總磷)< 0.5 mg-P/L,和在一些省份敏感地區實(shí)施的TN <10 mg-N/L,TP <0.3 mg-P/L], 盡管舍棄沒(méi)有設置初級污泥沉降,但中國許多污水處理廠(chǎng)仍需要額外采用了外投加碳源除氮(和磷)。從根本上講,這是由于其根本原因歸結為進(jìn)水的低C/N比,因為對于典型的污水,常規的生物脫氮工藝可以在不添加或添加少量碳情況下實(shí)現出水TN <10-15 mg-N/L?,F今在一些污水廠(chǎng)中,化學(xué)藥品花費僅次于電力。如果實(shí)行更嚴格的營(yíng)養物排放標準(例如TN <5 mg-N/L和TP < 0.1 mg-P/L),將給工污水廠(chǎng)運營(yíng)和地方帶來(lái)進(jìn)一步的經(jīng)濟負擔,此外,考慮初級能源的使用和相應的溫室氣體排放, 過(guò)量化學(xué)物質(zhì)添加對環(huán)境也是不可持續的。

污水廠(chǎng)活性污泥由微生物,難降解的顆粒和無(wú)機懸浮固體(ISS)組成, 其產(chǎn)量和組成取決于廢水的水質(zhì)特性,處理工藝和場(chǎng)地環(huán)境。表2列出了以中國市政污水處理在2015年,2016和2017年基于COD去除量計算的年平均污泥產(chǎn)量(干固體(DS))。三年平均量為0.69 kg/去除kgCOD。鑒于采用初級污泥沉降的污水廠(chǎng)只有10%–20%和少于5%污水廠(chǎng)采用污泥厭氧消化, 每去除kg化學(xué)需氧量產(chǎn)生的污泥量可以視為活性污泥過(guò)程定義的表觀(guān)產(chǎn)率(系數)Yob 。運用中國2017年市政污水的平均成分,假設進(jìn)水VSS/TSS比80%, 采用的生物除氮和除磷工藝與輔助化學(xué)除磷(摩爾鐵/磷去除比率為1.5, 去除了80%的P),廢水的易于生物降解的COD (RBCOD)分數為8%,BOD/P為18%,污泥停留時(shí)間(SRT)為18天,根據 Paul 等(2001)提議計算方法算得污泥產(chǎn)率為0.48 kg/去除kg COD。這數量比傳統生物除氮(BNR)的0.37 kg/去除kg COD 多30%。原因是化學(xué)除磷所添加的金屬藥劑導致化學(xué)污泥量的增加。上文提到的中國市政污水廠(chǎng)近三年平均量污泥產(chǎn)率0.69 kg/去除kg COD(見(jiàn)表2),比正常進(jìn)水VSS/TSS比率(80%)條件下理論估算值0.48 kg/去除kg COD大約高出44%。

對中國部分污水處理廠(chǎng)的調查表明, 當進(jìn)水水質(zhì)特性大致正常時(shí),污水處理廠(chǎng)污泥產(chǎn)率接近0.48 kg/去除kg COD,而當污水水質(zhì)特性異常,污泥產(chǎn)率接近0.69或甚至更高。分析認為高的污泥產(chǎn)率系數在很大程度上源自進(jìn)水中高濃度無(wú)機懸浮顆粒。在法國,39%的污水處理廠(chǎng)具有污泥厭氧消化 (表1),其平均污泥產(chǎn)率為0.44 kg/去除kg COD. 新加坡的污泥產(chǎn)率僅0.24 kg/kg COD,為中國三分之一,新加坡所有市政污水處理廠(chǎng)采用污泥厭氧消化進(jìn)行能量回收由此減少約35%的固體。通過(guò)與法國和新加坡污水污泥產(chǎn)率相比,可以看出中國目前的市政污水廠(chǎng)污泥產(chǎn)量系數確實(shí)過(guò)高。

表2  2015年、2016年和2017年中國年度市政污水處理COD去除量和污泥產(chǎn)量以及污泥的觀(guān)測產(chǎn)率系數

污水處理

a COD去除,kg x 10 -1 /米 3 ,市政污水處理廠(chǎng)的平均值(CUWA 2016)。

b 去除了COD,kg x 10 9 ,所有市政污水處理廠(chǎng)量,(CUWA 2017)。

c 去除所有COTP,kg x 10 9 ,所有污水處理廠(chǎng)量(CUWA 2018)。

d 污泥產(chǎn)生(DS),kg x 10 -1 /米 3 ,市政污水處理廠(chǎng)的平均值(CUWA 2016)。

e 產(chǎn)生的污泥(DS),kg x 10 9 ,所有市政污水處理廠(chǎng)量(CUWA 2017)。

f 污泥產(chǎn)生量(DS)kg x 10 9 ,所有市政污水處理廠(chǎng)量(CUWA 2018)。

低性能原因:獨特的污水水質(zhì)特性

污水水質(zhì)特性對于活性污泥和整個(gè)廠(chǎng)工藝的設計至關(guān)重要。較早的一項對中國和中國三個(gè)城市污水管網(wǎng)系統進(jìn)行的滲漏比估算研究結果顯示污水管網(wǎng)系統滲漏導致的中國市政污水水質(zhì)具有三個(gè)基本特征,即高的無(wú)機懸浮固體濃度(ISS),低COD和C/N比。

盡管需有更多數據描述全國情況, 但初步調查顯示,在中國, 即便在施工質(zhì)量及管理維護良好的污水管網(wǎng)系統,某些地區的污水處理廠(chǎng)的進(jìn)水VSS/TSS比在50% - 70%范圍,低于60%-80%的正常范圍。文獻報告進(jìn)水低 COD/SS比(<1)和BOD5/SS比(0.3-0.5)較低反映污水含高ISS(砂質(zhì),粉土和粘土等), 表明國內污水廠(chǎng)進(jìn)水“無(wú)機化”特性顯著(zhù)。如式(1)所示, 在假設沒(méi)有初沉和最終出水中無(wú)ISS條件下, 進(jìn)水的ISS/TSS率直接影響到混合液非揮發(fā)性固體(MLISS)濃度。

MLISS = ISSIO x(τ/Θc)                                (1)

其中,ISSIO:進(jìn)水ISS; Θc:污泥停留時(shí)間SRT;τ:水力停留時(shí)間。

對于沒(méi)有初沉,12天SRT和0.5天HRT的活性污泥工藝,進(jìn)水VSS為180 mg/L,ISS為79 mg/L [VSS比率為70%[180/(79+180)],當進(jìn)水VSS比率減少10%(ISS增加至120 mg/L)使用公式(1), 混合液ISS增加大約1,000 mg-ISS/L,表明了進(jìn)水ISS對混合液MLVSS/MLSS分數的敏感性。

模擬顯示,當進(jìn)水的ISS/TSS增加(VSS/TSS比率減少)10%, MLVSS/MLSS分數可減少約10% (見(jiàn)圖 1)。在中國大多數污水處理廠(chǎng)活性污泥(和污泥厭氧消化進(jìn)料)中,MLVSS/MLSS比在30至60%范圍。較低的MLVSS/MLSS比通常來(lái)自進(jìn)水高ISS濃度,連結滲漏相對嚴重污水管網(wǎng)系統的污水處理廠(chǎng),而相對較高M(jìn)LVSS/MLSS比通常來(lái)自連結維護管理較好管網(wǎng)系統或發(fā)生滲出性滲漏污水管網(wǎng)系統的中國北方污水處理廠(chǎng),它的進(jìn)水ISS較低。最近報告顯示中國污水廠(chǎng)活性污泥混合液平均揮發(fā)性固體分數低于50%,遠低于正常的70%-75%的范圍 , 表明進(jìn)水含高濃度的無(wú)機固體(ISS)在活性污泥系統中的積累影響顯著(zhù), 即使考慮到化學(xué)除磷形成的化學(xué)污泥及礦物的積累(揮發(fā)性固體成分60%)。

低混合液MLVSS/MLSS比對市政污水處理廠(chǎng)工藝性能和運行有多方面的不利影響。以活性污泥固體含量70%作為比較基準,為了在反應器中保留相同數量的生物量, 較低的MLVSS/MLSS-50%則意味著(zhù)需要活性污泥池的容積增加約30%。另外,混合液中無(wú)機顆粒增加導致單位體積活性微生物含量的減少. 其影響類(lèi)似于在設計中忽略了高進(jìn)水ISS, 二者都會(huì )影響生化過(guò)程性能,比如低水溫硝化污泥齡不足導致冬天出水高氨氮。

類(lèi)似于活性污泥, 污泥厭氧消化池進(jìn)料中的低揮發(fā)性固體含量,降低了單位有效體積(或每單位污泥)的沼氣產(chǎn)率, 減少沼氣產(chǎn)量。而為了達到預定VSS的削減率和產(chǎn)氣率,需要增加額外容積或延長(cháng)SRT。沼氣產(chǎn)量降低與砂子等固體在污泥厭氧消化池沉積,以及砂子引起材料磨損和管道堵塞在很大程度上限制污泥厭氧消化在中國的應用。廢水中較高的ISS含量被認為是是中國應用污泥厭氧消化的主要技術(shù)障礙。

進(jìn)水中ISS在初沉污泥和二沉污泥的積累導致增加污泥產(chǎn)生量。模擬表明,在有或沒(méi)有初沉條件下, 在進(jìn)水VSS/TSS 35%-75%的范圍內, 當進(jìn)水VSS/TSS比每降低10%(剩余)污泥產(chǎn)量(DS)降低20%-30% (見(jiàn)圖 1)。與污泥增加有關(guān), 高ISS導致剩余污泥明顯增加需要二沉池額外的表面積(容量)和固體處理設施(比如脫水和泵)容量,以及處理固體的能量, 將大大的增加了市政污水處理廠(chǎng)處理固體所需的投資。綜上所述,當下污水中高ISS對中國市政污水處理廠(chǎng)的績(jì)效和運營(yíng)造成多種不利影響, 極大地影響其可持續性。

水處理行業(yè)協(xié)會(huì )

圖 1. 進(jìn)水VSS/TSS比對MLVSS/TSS和污泥產(chǎn)量的影響。使用GPX-s(6.02)沒(méi)有初沉COD去除和硝化活性污泥過(guò)程。進(jìn)水成分:COD:429 mg-COD/L,sCOD:107 mg-COD/L,可生物降解顆粒物COD:238 mg-COD/L,ISS隨進(jìn)水VSS/TSS比值變化。

2016年中國市政污水處理廠(chǎng)的進(jìn)水COD濃度平均值僅為267 mg-COD / L,約為表3所列國家污水廠(chǎng)的進(jìn)水濃度的一半。這歸因于下水道在線(xiàn)生物降解和高滲漏比率。許多污水處理廠(chǎng)進(jìn)水懸浮固體(SS)濃度在100 mg/L范圍,比污水典型值低約150 mg/L, 顆粒在下水道中沉降和積累可能是原因之一。

表3  中國市政污水處理廠(chǎng)和其他地方的進(jìn)水COD濃度(mg-COD / L)

污水處理

進(jìn)水低COD導致活性污泥池低生物量(MLVSS)濃度。進(jìn)水ISS越高,混合液中的相對于去除單位COD的非揮發(fā)性固體分數和污泥產(chǎn)量越高。這使得高效除砂在處理COD較低進(jìn)水時(shí)尤其至關(guān)重要。這里需要注意的是, 較低的進(jìn)水COD濃度并不意味著(zhù)必須廢除污泥厭氧消化(參見(jiàn)下文), 盡管與進(jìn)水COD較高相比,能量回收的量可能會(huì )受到影響。中國城市污水處理廠(chǎng)的進(jìn)水C/N比在5.4到10.9之間,北京,上海和廣州污水處理廠(chǎng)的進(jìn)水碳氮比介于7.5(廣州)到8.8(北京)之間,平均8.0, 低于其他地方的典型范圍8到12 。低C/N比率導致碳短缺, 尤其是面對高效生物脫氮時(shí)。此外, 鑒于潛在的高濃度惰性顆?;瘜W(xué)需氧量,與具有類(lèi)似進(jìn)水的典型污水(較低比例的惰性顆粒COD)的活性污泥相比,反硝化效率和生物除磷效率可能進(jìn)一步減少 。

在中國許多污水處理廠(chǎng),由于進(jìn)水COD較低,為增加碳供應,提高生物脫氮(反硝化)效率, 而省略了初沉池。考慮初沉池去除30%–40%進(jìn)水COD,在省略初沉池情況下,則生物池的池容將增加約40%,同時(shí)二沉池表面積也須顯著(zhù)增加,導致設施體積和水力停留時(shí)間增加,增加了建設成本。而由于引入了更多可生物降解的顆粒COD, 顆粒的水解速率成為反硝化效率的提高決定因素,由于水解和溫度的關(guān)系,夏季反硝化效率的提高是可能的, 但是冬季則未必。所以,省略初沉池的目的并不一定是可以實(shí)現的。需要全面詳細分析污水特征,測量在不同溫度范圍下硝酸鹽還原速率等,以及具靈活性操作策略的的設計。

另一方面,為了滿(mǎn)足日趨嚴格的營(yíng)養物排放標準(例如,TN <10 mg-N/L),外加碳源被越來(lái)越普遍地實(shí)踐。以當前市場(chǎng)價(jià)格粗略估計, 一個(gè)100,000 m3/d的污水處理廠(chǎng)為購買(mǎi)相當于20 mg-HAc/L醋酸(HAc), 每年花費大約300萬(wàn)元人民幣(約45萬(wàn)美元)。購買(mǎi)碳和化學(xué)物質(zhì)正成為工廠(chǎng)運營(yíng)沉重負擔。

潛在的解決方案

綜合污水水質(zhì)特征考慮市政污水處理廠(chǎng)的設計和運行

面對中國獨特的污水水質(zhì)特征,污水處理廠(chǎng)設計和運營(yíng)須綜合考慮當地污水水質(zhì)特征,排放要求,地理位置,處理能力以及能源供給,化學(xué)藥品和污泥處置成本。污水水質(zhì)特性在污水處理廠(chǎng)的工藝選擇和設計中起著(zhù)至關(guān)重要的作用。傳統生物工藝可能不適用于中國南方部分地區的低COD濃度進(jìn)水(例如,COD <100 mg-COD/L)處理, 而基于膜分離的技術(shù)或SANI(硫酸鹽還原,自養反硝化和硝化)可能是適用的技術(shù)。省略初沉池、利用可生物降解的顆粒COD提高反硝化效率在溫暖氣候條件下可能可行,但在寒冷的地區則未必可行。

能源回收應在市政污水處理廠(chǎng)議程得到足夠的關(guān)注。早在在世紀之交的美國,基于其經(jīng)濟上的可行性, 許多處理規模大約或超過(guò)100,000 m3/d的污水處理廠(chǎng)使用污泥厭氧消化。最近幾年數據顯示,甚至處理量為20,000–40,000 m3/d的工廠(chǎng)使用污泥厭氧消化在經(jīng)濟上仍然有利。歐洲數據則顯示處理量大約或超過(guò)10,000 m3/d (50,000 PE)廠(chǎng)使用污泥厭氧消化經(jīng)濟上是可行的。中國的條件與美國和歐洲有所不同,研究在當地條件和因素情況下市政污水處理廠(chǎng)應用污泥厭氧消化經(jīng)濟可行性和必要性的迫切性是顯而易見(jiàn)的,包括能量回收與營(yíng)養物去除兩者之間的平衡和成本-效益分析。

建議措施

鑒于污水管網(wǎng)修復耗時(shí)長(cháng)久和當前廣泛存在市政污水處理廠(chǎng)的狀態(tài),需要找出具有成本效益的措施和解決方案并加以實(shí)施,以及制定整合了各個(gè)方面因素的污水處理廠(chǎng)設計與運行指南, 以提高污水處理廠(chǎng)的運行績(jì)效。下面將談及除砂池的改進(jìn),污泥發(fā)酵,污泥厭氧消化和熱電回收的應用??紤]到眾多效益和有限成本,所有污水處理廠(chǎng), 不管規模多大,提高砂粒去除效率都是值得去做的,而污泥發(fā)酵,污泥厭氧消化和熱電聯(lián)產(chǎn)的應用可能適合處理能力相對較大、且具有較高的進(jìn)水COD濃度的污水處理廠(chǎng)。

增強除砂池除砂效率。從上面討論可以明顯看出,混合液低揮發(fā)性固體分數和高污泥產(chǎn)量歸因于:

i. 很多情況下除砂裝置的設計存在技術(shù)缺陷,如停留時(shí)間不足(低估)和運營(yíng)中缺乏必要維護。

ii. 在中國的許多地方,污水中的ISS濃度很高,且含相當部分直徑遠小于200微米的微細無(wú)機固體(這部分微細無(wú)機固體難以被常規除砂單元去除)。

建議性措施包括: 

研究現有除砂單元的性能,包括ISS固體負荷和去除效率,并定期加以維護。另外,升級或改造現有的常規除砂設備,例如增加水力停留時(shí)間以提高效率。一些例子表明, 經(jīng)簡(jiǎn)單升級后, 一些常規的除砂裝置性能提升后可能將生物池混合液揮發(fā)性固體MLVSS/MLSS提高到55%至60%??傊?strong>,現場(chǎng)調查認真評估除砂設施對小于200微米顆粒物的去除效率非常必要的。考慮中國污水中廣泛存在的高濃度的細小無(wú)機固體(ISS),以及ISS對許多污水處理廠(chǎng)運行性能產(chǎn)生的的負面影響,國內亟需開(kāi)展對進(jìn)水除砂尤其是ISS高效去除技術(shù)方面的研究或者設備開(kāi)發(fā)。

基于上述分析,對改善中國污水處理廠(chǎng)除砂工藝運行性能提供如下的建議:

i. 對城市污水處理廠(chǎng)污水中和混合液中的揮發(fā)性固體成份進(jìn)行廣泛調查;測量和估算不同類(lèi)型除砂工藝的除砂性能,尤其是粒徑低于200微米砂礫去除效率;

ii.  通過(guò)提高除砂裝置的效率來(lái)減少過(guò)程中的ISS積累:通過(guò)提高除砂效率可使混合液中的揮發(fā)性固體成分增加約10%,有望將小型污水處理廠(chǎng)的混合液中的揮發(fā)性固體成分提高到55%-60%,中大型污水處理廠(chǎng)(≥50,000 m3/d)提高到60  %- 65%,

污泥發(fā)酵。最大限度地利用污水所含有的COD應該是解決生物脫氮除磷工藝中的碳短缺的首要途徑。在充分利用易生物降解的可溶性COD方面, 可以參考蘇黎世污水處理廠(chǎng)。在充分利用可生物降解的固體COD方面,初沉污泥發(fā)酵是一種被廣泛應用的技術(shù)。圖2顯示了中國某地生產(chǎn)規模污水廠(chǎng)初沉污泥發(fā)酵數據,從進(jìn)料到出料,平均增加40 mg-VFA/L揮發(fā)性脂肪酸(VFA)。同時(shí),利用回流活性污泥(和在線(xiàn)混合液)發(fā)酵技術(shù)改善脫氮除磷效果已在丹麥、瑞典和美國和歐洲等國家得到廣泛應用。中國已經(jīng)有初沉污泥和活性污泥發(fā)酵的工程實(shí)例, 但缺乏長(cháng)期成功運營(yíng)報告, 因此, 影響了污泥發(fā)酵技術(shù)的廣泛應用,這可能是由于國內對這些污泥發(fā)酵項目后期長(cháng)周期跟蹤性研究不夠所致。

水處理行業(yè)協(xié)會(huì )

圖2  生產(chǎn)規模初級污泥發(fā)酵中的VFA進(jìn)出,顯示平均增加40 mg-VFA/L [VFA出 -VFA入],溫度16–18°C,NH4-N和磷的凈釋放量分別為2和1 mg/L。

低碳要求的營(yíng)養物去除工藝。可以考慮采用像BCFS(生物化學(xué)除磷和除氮),SANI (綜合硫酸鹽還原,自養反硝化和硝化)和MABR(膜曝氣生物反應器)等可在低碳情況下去除營(yíng)養物的工藝。BCFS和MABR已被行業(yè)規?;瘧?,SANI處于中試規模,仍然有待工程尺度的應用驗證。此外,西安四污出現的主流厭氧氨氧化現象也值得進(jìn)一步關(guān)注和研究。

未來(lái)

增加能量回收。對于那些具有適當處理能力和較高的進(jìn)水COD的濃度(例如 > 300 mg / L)的污水處理廠(chǎng),污泥混合液揮發(fā)性固體組份(MLVSS/MLSS比)是應用污泥厭氧消化的關(guān)鍵。根據計算,如果將混合液MLVSS/MLSS由55%提高到65%,揮發(fā)份只是提高10%,就可以增加20%沼氣產(chǎn)率。污泥揮發(fā)份的提升也有效提高了生物池的污泥活性,提高了池容利用效率,同時(shí),顯著(zhù)減少了金屬材料磨損和管道堵塞,大大消除了技術(shù)上應用污泥厭氧消化的障礙。通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)從污泥厭氧消化回收的電可節省經(jīng)營(yíng)污水處理廠(chǎng)電力的大約30%。上海白龍港污水處理廠(chǎng)(產(chǎn)能2,000,000 m3 / d ),進(jìn)水COD濃度為250 mg/L,蘇黎世污水處理廠(chǎng)初沉池出水COD濃度約為250 mg / L,兩個(gè)廠(chǎng)都使用污泥厭氧消化用于能量回收。對于中國處理能力超過(guò)100,000 m3 /d的污水廠(chǎng),即便只有一半的應用了污泥厭氧消化進(jìn)行能量回收,其對污水處理廠(chǎng)運行效益和環(huán)境可持續也有很大的提高。對于規模較小的污水處理廠(chǎng),可以考慮脫水污泥合并送到大型污泥工廠(chǎng)或區域污泥處理中心進(jìn)行能量回收。

減少碳支出。目標是通過(guò)污泥發(fā)酵獲得凈25 mg-COD/ L。這相當于最終出水硝酸氮濃度降低了約5 mg-N/L,有助于實(shí)現在幾乎沒(méi)有或添加少量碳情況下實(shí)現出水總氮濃度少于10 mg-N / L。

減少污泥量。通過(guò)增進(jìn)進(jìn)水砂粒去除, 提高10%進(jìn)水VSS / TSS分數,可將污泥產(chǎn)量減少約20%。

結合污泥厭氧消化去除大約40%VSS(Grady等,1999)污泥量減少可達約50%。 

這意味著(zhù)如果在約一半的污水處理廠(chǎng)實(shí)現了ISS減少并應用污泥厭氧消化,則全國范圍內污泥產(chǎn)生量可能減少約25%。連同能量回收增加的和購買(mǎi)化學(xué)品成本減少,落實(shí)減少I(mǎi)SS并應用污泥厭氧消化將在很大程度改善污水處理廠(chǎng)的可持續性。

加強結果導向的應用研究。要大力加強針對克服或解決中國污水水質(zhì)特性形成的技術(shù)瓶頸進(jìn)而實(shí)現高效污水處理目標的可持續性研究與技術(shù)開(kāi)發(fā),從開(kāi)始就需要制定詳細的可行性研究計劃,針對污水特性,尤其是進(jìn)水ISS,和硝酸鹽還原速率等研究與實(shí)際測試,將有助于從技術(shù)確定是否需要初沉池。通過(guò)生化揮發(fā)物脂肪酸潛力(BVFAP)等指標測試可用于評估初沉污泥和活性污泥發(fā)酵的可行性。目前看來(lái),現在針對實(shí)際水質(zhì)特征條件下的污水廠(chǎng)設計,針對解決獨特中國污水水質(zhì)相關(guān)的市政污水處理現實(shí)問(wèn)題的研究仍然相對薄弱。最近幾年中國在水科學(xué)研究方面取得了出色的進(jìn)步,現在也正是時(shí)候,可進(jìn)一步加強在可持續市政污/廢水處理應用領(lǐng)域的研究。

結束語(yǔ)

自90年代以來(lái),中國在城市衛生工程方面取得了顯著(zhù)進(jìn)步。但是,市政污水處理仍然面臨著(zhù)低效率的能量回收,營(yíng)養物去除高成本和高污泥量問(wèn)題. 這些難題源于獨特的污水水質(zhì)特性: 高ISS,低COD和C / N比。這項研究揭示了污水水質(zhì)特性和市政污水處理廠(chǎng)的低效率之間的因果關(guān)系。進(jìn)一步提出建議,要根據當地的實(shí)際水質(zhì)特性,進(jìn)行污水處理廠(chǎng)的設計和運行。鑒于管網(wǎng)完善需要一定周期, 污水處理廠(chǎng)的可持續性改進(jìn)可以與管網(wǎng)提質(zhì)增效、管網(wǎng)修復等工作并行。提供具有成本效益的措施和解決方案的建議,即高效除砂、污泥發(fā)酵和應用低碳生物脫氮除磷工藝,并估算了實(shí)施可能帶來(lái)的收益。強調了未來(lái)加強以結果導向的市政污水處理應用研究的必要性。

致謝

楊向平(中國城鎮供水與排水協(xié)會(huì )),張悅(中國水工業(yè)協(xié)會(huì )),鄭興燦(中國市政工程華北設設計研究總院有限公司),甘一蘋(píng)(中國城鎮供水和排水協(xié)會(huì )),王洪臣(中國人民大學(xué)),王佳偉(北京排水集團),胡維杰(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司),吳遠遠 (北京首創(chuàng )),楊岸明(北京排水集團),李金河(天津創(chuàng )業(yè)環(huán)保),丁永偉(蘇州水務(wù)集團公司),李 激(江南大學(xué)), 王 燕(江南大學(xué))和呂 貞(常州市排水管理處)等提供了有用的信息和觀(guān)點(diǎn).


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