為了保護水體環(huán)境，國家已把城市給排水列為基本建設領域重點支持的產(chǎn)業(yè)，并提出至2000年我國污水處理率達到25%，2010年污水處理率達到40%的總體目標，要求“七大流域”、“三大湖泊”和重點沿海城市及其近岸海域城市、非農(nóng)業(yè)人口50萬以上的城市都要建設城市污水處理廠。據(jù)有關資料，2005年我國城市污水排放量達420×108m3，國家在“十五”期間對城市排水設施投資將達1200億元，而中小城市污水處理項目將占有相當高的比重。為使有限的投資取得好的效益，結(jié)合中小城市排水工程現(xiàn)狀及建設特點，就中小城市污水處理廠設計的問題談幾點個人看法。
2 排水管網(wǎng)
2.1排水體制
排水體制是污水處理廠設計所面臨的首要問題，它不僅涉及工程投資、環(huán)境保護、工程實施的難易程度，還直接影響污水處理廠的工藝選擇。我國的中小城市在長期發(fā)展過程中，由于受投資因素的限制及發(fā)展模式的影響，現(xiàn)狀建成區(qū)多為雨污合流制。合流制區(qū)域面積至少占建成區(qū)面積的80%以上，而且八十年代以前的建成區(qū)，建筑密集，各種地下管線擁擠，要改造為分流制，需增設一套污水管網(wǎng)系統(tǒng)，難度非常大。結(jié)合近年國內(nèi)城市污水處理廠建設的情況，本人認為宜采用混合制的排水體制，即城市新區(qū)及有條件改造的建成區(qū)采用分流制，大部分現(xiàn)狀建成區(qū)采用截流式合流制，不宜盲目追求分流制。
2.2合流污水的溢流問題
傳統(tǒng)排水觀念認為，合流管渠被暴雨釋稀溢流，當徑污比達到5-7倍時，不會對水體造成危害，事實并非如此。截流式合流制管網(wǎng)系統(tǒng)，應同時考慮暴雨時合流污水溢流對水體環(huán)境的影響，對于合流制管網(wǎng)系統(tǒng)設計，應注意以下幾個問題：
2.2.1 截流倍數(shù)
根據(jù)受納水體的環(huán)境容量及排水系統(tǒng)組成,確定合理的截流倍數(shù)，減少合流污水的溢流頻率及溢流量。一般截流干管取n0=1-2，支管系統(tǒng)適當高于干管的截流倍數(shù)，取n0=1-3。
2.2.2 雨水調(diào)蓄
結(jié)合城市水域水體環(huán)境規(guī)劃及公園綠地建設，利用現(xiàn)有坑塘洼地，在截流干管附近修建調(diào)節(jié)池，以貯存調(diào)節(jié)溢流污水，待暴雨過后再將溢流污水送至污水處理廠進行處理。該工程措施可結(jié)合城市總體發(fā)展規(guī)劃逐步實施。
2.2.3 環(huán)境評價
進行項目的環(huán)境影響評價等前期研究工作時，計入雨季溢流的污染物量，修正污水處理廠的尾水排放標準。
2.2.4 分流制管網(wǎng)與排水系統(tǒng)的連接
對于混合制排水體制的管網(wǎng)系統(tǒng)，分流制污水干管應在合流制截流干管的最終溢流井下游接入，嚴禁先匯流再溢流。
3 污水處理廠設計規(guī)模
3.1設計規(guī)模的確定
在實際工程中經(jīng)常出現(xiàn)實際進廠水量水質(zhì)偏離設計規(guī)模的現(xiàn)象。有一些工程項目，在初步設計階段污水量以每平方公里0.5×104～0.8×104m3/d進行估算，或不考慮現(xiàn)狀管網(wǎng)的完善程度，把設計年限的用水量乘以折減系數(shù)0.8進行估算，即做為污水處理廠的設計水量。對于設計進水水質(zhì)，僅簡單類比其它城市污水處理廠的數(shù)據(jù)。前期工作薄弱，缺少基礎研究，是造成實際進廠水量水質(zhì)偏離設計規(guī)模的主要原因。
污水處理廠設計規(guī)模包含設計水量及設計進水水質(zhì)濃度，是污水處理廠工藝選擇及設計的基礎數(shù)據(jù)，特別是污水處理廠有除磷脫氮要求時，除需確定常規(guī)污染物濃度外，還應確定營養(yǎng)物濃度、堿度等水質(zhì)特性，應當引起設計人員的足夠重視。
3.1.1 設計水量
污水處理廠的水量規(guī)模，應根據(jù)城市歷年供水節(jié)水統(tǒng)計資料，以現(xiàn)狀年的用水量為基礎，以年增長率法預測污水處理廠收水范圍內(nèi)設計年限的需水量，并實測市區(qū)主要排污口的水量，以實測污水折減系數(shù)確定其水量規(guī)模。對于截流式合流制管網(wǎng)系統(tǒng)，還應結(jié)合管網(wǎng)設計，計算雨季設計水量，做為工藝選擇及各項構筑物計算依據(jù)。
3.1.2 設計進水水質(zhì)
污水處理廠的設計進水水質(zhì)，在市區(qū)選擇幾個有代表性的排污口，定期實測其水質(zhì)水量，采用加權平均確定其現(xiàn)狀水質(zhì)濃度，以此為基礎，結(jié)合其它監(jiān)測資料并考慮一定余地，確定設計進水水質(zhì)。因不同城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構的差異，切忌簡單類比。
3.2近期建設規(guī)模
污水處理廠設計應進行近期及遠期規(guī)模的研究，以合理確定工程分期。以遠期規(guī)模做為污水處理廠選址的依據(jù)，其選址用地條件應滿足遠期處理用地的需要，以利于工程的擴建。對中小城市污水處理廠，近期建設規(guī)模不宜過大。原因如下：
① 中小城市污水管網(wǎng)普及率較低，污水管網(wǎng)的改造耗時較長，至少3-5年。
② 中小城市基礎資料缺乏，存在諸多不確定因素，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整、某些重點污染企業(yè)的周期性運行等，其水質(zhì)水量較難準確預測。如果近期建設規(guī)模過大，污水處理廠長期達不到設計規(guī)模，造成大量設備閑置，投資效益降低。
4 處理工藝
4.1 處理工藝類型及選擇
隨著環(huán)境及法規(guī)的壓力，城市污水處理廠普遍采用二級生物處理工藝，在生物法中，有活性污泥法和生物膜法兩大類，活性污泥法因其處理效率高，在城市污水處理廠得到廣泛應用。
活性污泥法有許多種型式，使用廣泛的主要有以下三種類型：①傳統(tǒng)活性污泥法及其改進型a/0、a2/0、ab工藝，②氧化溝工藝，③sbr工藝。
傳統(tǒng)活性污泥及其改進型a/0、a2/0、ab工藝，處理單元多，操作管理復雜，尤其是污泥厭氧消化工藝，對管理水平要求較高。污泥厭氧消化可回收一部分能量，根據(jù)我國污水處理的實踐經(jīng)驗，污水處理廠設計規(guī)模達到20×104m3/d以上，才具有經(jīng)濟性。
中小城市污水處理廠，設計規(guī)模一般在10×104m3/d以下，由于其技術力量相對較弱，采用氧化溝和sbr工藝具有明顯優(yōu)勢。其優(yōu)點如下：
（1）氧化溝法和sbr法的抗沖擊負荷能力強，能夠適應中小城市水質(zhì)水量變化大的特點。
（2）氧化溝和sbr法，通常不設初沉池和污泥消化系統(tǒng)，工藝流程簡單，適合管理水平相對較低的中小城市。
（3）氧化溝和sbr法的基建費用低。
4.2 雨水沖擊負荷與污泥流失
在排水管網(wǎng)為合流制的條件下，進入污水處理廠的污水流量雨天是晴天的2-4倍，當出現(xiàn)雨水沖擊負荷時，大量活性污泥從曝氣池轉(zhuǎn)移至二沉池，并造成污泥流失。在常規(guī)處理系統(tǒng)中，通常設置超越管，在生物曝氣池前溢流，或分流部分沖擊負荷至二沉池，通過停開曝氣器讓污泥在曝氣池內(nèi)沉淀，防止污泥流失。但上述方式都不能使有機物得到有效降解。改進型orbal氧化溝工藝和sbr工藝可解決上述問題。
4.2.1 改進型orabl氧化溝工藝
orabl氧化溝由三條橢圓形同心溝渠組成，污水由外溝依次進入中間溝及內(nèi)溝，各溝內(nèi)的有機物濃度和溶解氧濃度均不相同，在去除有機物的同時，可實現(xiàn)除磷脫氮的目的。經(jīng)改進的orabl氧化溝設計為雨水分流的運行模式，當雨水高峰流量發(fā)生時，可將進水切換至中間溝道，而回流污泥仍連續(xù)送往外溝道，使其在外溝道貯存并得到曝氣，可有效地防止活性污泥的流失，同時使有機物得到降解。當雨水沖擊負荷停止后，系統(tǒng)切換至正常運行狀態(tài)。
4.2.2 sbr工藝
sbr是一種間歇式的活性泥泥系統(tǒng)，其基本特征是在一個反應池內(nèi)完成污水的生化反應、固液分離、排水、排泥。可通過雙池或多池組合運行實現(xiàn)連續(xù)進出水。sbr通過對反應池曝氣量和溶解氧的控制而實現(xiàn)不同的處理目標，具有很大的靈活性。
sbr池通常每個周期運行4-6小時，當出現(xiàn)雨水高峰流量時，sbr系統(tǒng)就從正常循環(huán)自動切換至雨水運行模式，通過調(diào)整其循環(huán)周期，以適應來水量的變化。sbr系統(tǒng)通常能夠承受3-5倍旱流量的沖擊負荷。
5 污水回用
我國屬世界12個貧水國家之一，人均水資源占有量僅2400m3，尤其北方地區(qū)人均水資源占有量僅200-400m3，水資源的緊缺狀況在一定程度上限制了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市的發(fā)展，許多城市不得不到幾十公里以外開辟水源，其投資在1000元/m3以上，制水成本高達1.0元/m3以上。相比之下，城市污水處理廠二級處理的尾水，是一種穩(wěn)定的水資源，經(jīng)過處理后可做為工業(yè)冷卻洗滌用水、市政雜用水及城市河道湖面的景觀用水，其投資約200-300元/m3，制水成本在0.30元/左右。我國的天津、大連、太原、青島、泰安等地污水回用的工程實踐，充分證明了城市污水回用的經(jīng)濟性。
中小城市工業(yè)用水量約占總用水量的50%-70%以上，其中冷卻、洗滌等用水量大但水質(zhì)要求不高。在中小城市污水處理廠設計中，應研究污水回用的可能性，調(diào)查研究回用對象及水質(zhì)要求，并結(jié)合回用水水質(zhì)要求進行污水處理工藝選擇，進行廠區(qū)總平面布置時，應考慮污水回用的處理用地。
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