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王洪臣:城镇污水处理厂运营困局怎么破?

作者:admin发布时间:2019-04-05 17:36

  随着城镇化进程的不断加速以及水污染问题的日益突出,我国城镇污水处理设施近十多年来持续高速建设。目前,全国共建成并投入运营4000多座城镇污水处理厂,日总污水处理规模超过2亿m³,位居世界第一,约占全球总污水处理规模的1/5。20多万名污水处理从业人员在一线日夜运营维护,大量基层执法人员动态严格监管,对保护水环境发挥着决定性作用,他们是控制水污染的主力军。如果不建设这些设施,如果不能保障已建成的这些设施持续△▪▲□△运营,我们的水环境状况将无法想象。

  城镇污水处理设施运营可分为两个层次:一是正常稳定运营,也就是在正常工况下持续实现污水处理功能;二是可持续运营,在正常稳▲=○▼定运营的基础上,通过节能降耗以及资源回收利用,降低运营成本并同时降低总碳排放◆▼量。目前,一大批设施的运营既不正常也不稳定,不同程度地面临运营困境,几乎所有设施都偏离了可持续运营理念。为保障城镇污水处理厂正常高效运营,充分发挥环境效益,全行业应关注城镇污水处理厂运营困境,分析导致运营困境的原因,共同探寻破解之道。

  我们调研了全国467座城镇污水处理厂5月份的运行工况,发现困扰正常稳定运营并同时干扰可持续运营的问题主要有3个:一是活性污泥问题,二是能耗高与物耗过高,三是水量超负荷与设备欠维护。这467座处理厂日总设计处理规模约4 500万m³,约占全行业总规模的1/4,覆盖了除西藏以外的全部省市和自治区。分析调研5月份的运行工况,可基本排除降水和低温等自然因素的影响。

  活性污泥是实现污◇•■★▼水处理功能的核心。活性污泥问题体现在两个方面:浓度(MLSS)太高、活性(MLVSS/MLSS)太差。调研发现,2/3的污水处理厂污泥浓度超过4 000 mg/L,1/3的污水处理厂超过了6 000 mg/L,有20座污水处理厂污泥浓度竟然超过了10 000 mg/L。污水处理厂在如此高浓度下运行,增大了二沉池固体负荷,使本就不足的二沉池进一步处于超负荷状态,泥水界面上升,污泥流失,堵塞深度处理单元,或直接导致出水超标。另外,为防止污泥沉积,必须增大曝气量,而增大曝气则抬高了溶解氧,干扰生物脱氮,进而影响生物除磷,出水氮和磷难以达标。一些处理厂靠大量投加化学药实现氮磷达标,使运营偏离了可持续目标。在宏观尺度上,我们可以用MLVSS/MLSS表征污泥活性,正常活性的污泥,MLVSS/MLSS应大于0.7,活性较好的污泥可超◆■过0.8。调研发现,95%的污水处理厂污泥MLVSS/MLSS低于0.7,其中60%的污水处理厂污泥MLVSS/MLSS低于0.5,30%的污水处理厂污泥MLVSS/MLSS低于0.4,有27座污水处理厂污泥MLVSS/MLSS竟然低于0.3。如此低的污泥活性,大大降低了现有设施的污水处理能力与效果,降低了★▽…◇系统抗水量水质冲击的能力。为维持出水达标,不得不提高污泥浓度,从而降低了系统稳定性。另外,低MLV◇…=▲SS/MLSS还导致污泥澄清性能变差。在调研的污水处理厂中,超过一半的处理厂污泥SVI值低于80 mL/g,这样的污泥对游离生物微絮体失去“网捕作用”,澄清性能变差。这些絮状物使出水感观变差,对后续过滤单元造成严重干扰。调研发▽•●◆现,90%以上的污水处理厂建设了深度处理设施,90%以上的这些深度处理设施设▪…□▷▷•置了砂过滤单元,40%的砂滤池反冲洗水占处理量的比例超过5%,超过10%的污水处理厂反冲洗水比例大于10%,有8座污水处理厂的砂滤池反冲洗水竟然高达处理量的20%。大量反冲洗水回流到工艺前端,占用提升能力、缩短有效停留时间、增大能耗,形成恶性循环。

  活性污泥浓度太高的最主要原因是污泥没有稳定连续的出路,脱水污泥出不了厂,只能停止脱水或减少污泥脱水量,将大量污泥暂存在曝气池。一旦污泥临时有了出路,即使脱水机满负荷运行,也无法快速将长期积存的污泥脱水外运。污泥没有稳定出路,已经成为行业的普遍状态,是污水处理厂运营的最大困境。另外,污泥活性差也是导致◆●△▼●污泥浓度高的原▪▲□◁因,污泥中大部分为非活性组分,如不保持较高的污泥浓度,出水无法达标。污泥活性差的原因较为复杂,一是排水管网建设质量差、养护管理•□▼◁▼不到位,加之公众文明使用下水道意识不强,致使过多的渣砂进入管网并最终进入污水处理厂。二是污水处理厂内预处理效果不佳,许多格栅和沉砂池形同虚设,在普遍没有初沉池的情况下,大量渣砂等无机组分进入曝气池并在生物处理系统积累,致使污泥的MLVSS/MLSS普遍极低。另外,浓度太高和活性太差还互为原因,活性差需要▼▼▽●▽●提高污泥浓度,而提高污泥浓度则降低了★△◁◁▽▼排泥量,使无机组分(ISS)更难离开系统,形成恶性循环。除了以上因素,同步化学除磷的过量加药,也成为一些污水处理厂污泥活性降低的重要原因。

  全行业单位水能耗与国外基本相当,但单位污染物能耗则远高于西方国家,这与我国污水处理厂进水污染物浓度偏低有关,前述活性污泥问题也是导致高电耗的重要原因。当前,为实现氮磷达标,不惜一切代价,过度投加大量化学药剂,成为污水处理厂运营的又一突出问题。为降低总氮普遍大量投加外购碳源,为降低总磷大量投加无机混凝剂,一些污水处理厂为控制污泥流失还直接往二沉池投加絮凝剂。虽未统计出准确数据,但许多污水处理厂药剂费超过电费跃升为第一大成本要素,一些水务公司的运行经★◇▽▼•营难以为继。大量药剂的投加,除大大提高了运营成本,还导致污泥产量明显增加,进一步加重了污泥处理处置的困难。污水处理本应是个污染物减量过程,但实际却变成大量物料的增加,严重偏离了可持续运营的理念和目标。

  实践▲★-●★-●=•▽中,外加碳源量要满足两个需求:一是部分污水处理厂进水碳源不足,客观上需要补充碳源;二是用于消氧,消耗掉大量通过内回流带入缺氧区的溶解氧,满足反硝化▼▲要求。许多污水处理厂进水碳源并不缺乏,投加碳源只是用于消耗缺氧区过量的溶解氧。绝大部分污水处理厂缺氧区太短、反硝化时间不足,加上污泥中活性比例太低、反硝化菌◇=△▲群的数量也不足,综合导致反硝化效果很差,而大量投加优质碳源,可提高反硝化速率,弥补反硝化时间和反硝化菌群数量的不足。由于以上原因,大量投加外碳源就成为提高反硝化能力的一条捷径。另外,监管普遍采用瞬时取样方法,大大提高了脱氮要求,进一步增大了碳源投加量。

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