為了保護(hù)水體環(huán)境，國(guó)家已把城市給排水列為基本建設(shè)領(lǐng)域重點(diǎn)支持的產(chǎn)業(yè)，并提出至2000年我國(guó)污水處理率達(dá)到25%，2010年污水處理率達(dá)到40%的總體目標(biāo)，要求“七大流域”、“三大湖泊”和重點(diǎn)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(shè)城市污水處理廠。據(jù)有關(guān)資料，2005年我國(guó)城市污水排放量達(dá)420×108m3，國(guó)家在“十五”期間對(duì)城市排水設(shè)施投資將達(dá)1200億元，而中小城市污水處理項(xiàng)目將占有相當(dāng)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(shè)特點(diǎn)，就中小城市污水處理廠設(shè)計(jì)的問題談幾點(diǎn)個(gè)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(shè)計(jì)所面臨的首要問題，它不僅涉及工程投資、環(huán)境保護(hù)、工程實(shí)施的難易程度，還直接影響污水處理廠的工藝選擇。我國(guó)的中小城市在長(zhǎng)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(shè)一套污水管網(wǎng)系統(tǒng)，難度非常大。結(jié)合近年國(guó)內(nèi)城市污水處理廠建設(shè)的情況，本人認(rèn)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(rèn)為，合流管渠被暴雨釋稀溢流，當(dāng)徑污比達(dá)到5-7倍時(shí)，不會(huì)對(duì)水體造成危害，事實(shí)并非如此。截流式合流制管網(wǎng)系統(tǒng)，應(yīng)同時(shí)考慮暴雨時(shí)合流污水溢流對(duì)水體環(huán)境的影響，對(duì)于合流制管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)注意以下幾個(gè)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(dāng)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(shè)，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(jìn)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(shí)施。
2.2.3 環(huán)境評(píng)價(jià)
進(jìn)行項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)等前期研究工作時(shí)，計(jì)入雨季溢流的污染物量，修正污水處理廠的尾水排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.2.4 分流制管網(wǎng)與排水系統(tǒng)的連接
對(duì)于混合制排水體制的管網(wǎng)系統(tǒng)，分流制污水干管應(yīng)在合流制截流干管的最終溢流井下游接入，嚴(yán)禁先匯流再溢流。
3 污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模
3.1設(shè)計(jì)規(guī)模的確定
在實(shí)際工程中經(jīng)常出現(xiàn)實(shí)際進(jìn)廠水量水質(zhì)偏離設(shè)計(jì)規(guī)模的現(xiàn)象。有一些工程項(xiàng)目，在初步設(shè)計(jì)階段污水量以每平方公里0.5×104～0.8×104m3/d進(jìn)行估算，或不考慮現(xiàn)狀管網(wǎng)的完善程度，把設(shè)計(jì)年限的用水量乘以折減系數(shù)0.8進(jìn)行估算，即做為污水處理廠的設(shè)計(jì)水量。對(duì)于設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，僅簡(jiǎn)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(chǔ)研究，是造成實(shí)際進(jìn)廠水量水質(zhì)偏離設(shè)計(jì)規(guī)模的主要原因。
污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模包含設(shè)計(jì)水量及設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)濃度，是污水處理廠工藝選擇及設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，特別是污水處理廠有除磷脫氮要求時(shí)，除需確定常規(guī)污染物濃度外，還應(yīng)確定營(yíng)養(yǎng)物濃度、堿度等水質(zhì)特性，應(yīng)當(dāng)引起設(shè)計(jì)人員的足夠重視。
3.1.1 設(shè)計(jì)水量
污水處理廠的水量規(guī)模，應(yīng)根據(jù)城市歷年供水節(jié)水統(tǒng)計(jì)資料，以現(xiàn)狀年的用水量為基礎(chǔ)，以年增長(zhǎng)率法預(yù)測(cè)污水處理廠收水范圍內(nèi)設(shè)計(jì)年限的需水量，并實(shí)測(cè)市區(qū)主要排污口的水量，以實(shí)測(cè)污水折減系數(shù)確定其水量規(guī)模。對(duì)于截流式合流制管網(wǎng)系統(tǒng)，還應(yīng)結(jié)合管網(wǎng)設(shè)計(jì)，計(jì)算雨季設(shè)計(jì)水量，做為工藝選擇及各項(xiàng)構(gòu)筑物計(jì)算依據(jù)。
3.1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)
污水處理廠的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，在市區(qū)選擇幾個(gè)有代表性的排污口，定期實(shí)測(cè)其水質(zhì)水量，采用加權(quán)平均確定其現(xiàn)狀水質(zhì)濃度，以此為基礎(chǔ)，結(jié)合其它監(jiān)測(cè)資料并考慮一定余地，確定設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。因不同城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的差異，切忌簡(jiǎn)單類比。
3.2近期建設(shè)規(guī)模
污水處理廠設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行近期及遠(yuǎn)期規(guī)模的研究，以合理確定工程分期。以遠(yuǎn)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(yīng)滿足遠(yuǎn)期處理用地的需要，以利于工程的擴(kuò)建。對(duì)中小城市污水處理廠，近期建設(shè)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(shí)較長(zhǎng)，至少3-5年。
② 中小城市基礎(chǔ)資料缺乏，存在諸多不確定因素，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、某些重點(diǎn)污染企業(yè)的周期性運(yùn)行等，其水質(zhì)水量較難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。如果近期建設(shè)規(guī)模過大，污水處理廠長(zhǎng)期達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)模，造成大量設(shè)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(jí)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(yīng)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(jìn)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(jìn)型a/0、a2/0、ab工藝，處理單元多，操作管理復(fù)雜，尤其是污泥厭氧消化工藝，對(duì)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(guó)污水處理的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模達(dá)到20×104m3/d以上，才具有經(jīng)濟(jì)性。
中小城市污水處理廠，設(shè)計(jì)規(guī)模一般在10×104m3/d以下，由于其技術(shù)力量相對(duì)較弱，采用氧化溝和sbr工藝具有明顯優(yōu)勢(shì)。其優(yōu)點(diǎn)如下：
（1）氧化溝法和sbr法的抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，能夠適應(yīng)中小城市水質(zhì)水量變化大的特點(diǎn)。
（2）氧化溝和sbr法，通常不設(shè)初沉池和污泥消化系統(tǒng)，工藝流程簡(jiǎn)單，適合管理水平相對(duì)較低的中小城市。
（3）氧化溝和sbr法的基建費(fèi)用低。
4.2 雨水沖擊負(fù)荷與污泥流失
在排水管網(wǎng)為合流制的條件下，進(jìn)入污水處理廠的污水流量雨天是晴天的2-4倍，當(dāng)出現(xiàn)雨水沖擊負(fù)荷時(shí)，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(shè)置超越管，在生物曝氣池前溢流，或分流部分沖擊負(fù)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(jī)物得到有效降解。改進(jìn)型orbal氧化溝工藝和sbr工藝可解決上述問題。
4.2.1 改進(jìn)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(jìn)入中間溝及內(nèi)溝，各溝內(nèi)的有機(jī)物濃度和溶解氧濃度均不相同，在去除有機(jī)物的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)除磷脫氮的目的。經(jīng)改進(jìn)的orabl氧化溝設(shè)計(jì)為雨水分流的運(yùn)行模式，當(dāng)雨水高峰流量發(fā)生時(shí)，可將進(jìn)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(shí)使有機(jī)物得到降解。當(dāng)雨水沖擊負(fù)荷停止后，系統(tǒng)切換至正常運(yùn)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(gè)反應(yīng)池內(nèi)完成污水的生化反應(yīng)、固液分離、排水、排泥。可通過雙池或多池組合運(yùn)行實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)出水。sbr通過對(duì)反應(yīng)池曝氣量和溶解氧的控制而實(shí)現(xiàn)不同的處理目標(biāo)，具有很大的靈活性。
sbr池通常每個(gè)周期運(yùn)行4-6小時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)雨水高峰流量時(shí)，sbr系統(tǒng)就從正常循環(huán)自動(dòng)切換至雨水運(yùn)行模式，通過調(diào)整其循環(huán)周期，以適應(yīng)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(fù)荷。
5 污水回用
我國(guó)屬世界12個(gè)貧水國(guó)家之一，人均水資源占有量?jī)H2400m3，尤其北方地區(qū)人均水資源占有量?jī)H200-400m3，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(dá)1.0元/m3以上。相比之下，城市污水處理廠二級(jí)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(guó)的天津、大連、太原、青島、泰安等地污水回用的工程實(shí)踐，充分證明了城市污水回用的經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)中，應(yīng)研究污水回用的可能性，調(diào)查研究回用對(duì)象及水質(zhì)要求，并結(jié)合回用水水質(zhì)要求進(jìn)行污水處理工藝選擇，進(jìn)行廠區(qū)總平面布置時(shí)，應(yīng)考慮污水回用的處理用地。
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