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美国污水处理的“高排放标准”的启示

时间:2017-12-07 15:51

来源:中宜环科环保产业研究

作者:陈珺

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高排放标准的讨论是近年来国内污水处理一个热议的话题,围绕这一话题的有关技术应用正一步步影响着中国污水处理的走向,执行什么样的高排放标准、采用什么样的技术路线、能够达到什么样的效果无疑是基层实践所非常关注的。在回答这些问题之前我们不妨将目光投向大洋彼岸的美国,看看美国污水处理的“高排放标准”。

美国在氮、磷控制方面的“高排放标准”

美国在氮、磷控制方面的“高排放标准”并不是一个统一的标准,而是针对特定地区的特定标准。根据美国环保局、NRDC以及其他相关组织的评估,美国对氮磷控制可以划分为以下5个类别:

美国污水处理的“高排放标准”的启示

从上表中可以看到,无论是何处理等级,BOD与SS都没有进一步的提高,显然这已经不再是处理等级向前发展所关注的问题,重要的问题在于总氮和总磷。与上述5个处理水平相对应的美国各地污水处理技术路线主要如下:

美国污水处理的“高排放标准”的启示

从上表中可以看到,对于TN<10mg/L以内的要求只是常规的硝化反硝化+生物除磷+过滤,可选择性地投加化学除磷药剂和外加碳源,并不包含反硝化滤池。反硝化滤池只用于处理水平4(TN<3mg/L)和处理水平5(TN<2mg/L)的要求。

技术性能统计(TPS)

我们知道污水处理厂的进水负荷时刻变化,处理厂需要面对一年四季的温度变化、暴雨冲击,污水水质组分的变化也在影响生物处理的动态性能,日常的计划检修或设备意外故障等都会影响到正常的稳定运行。此外,还有一些预想不到的事情,比如工业废水含有的有毒有害物质的排入。

那么当污水处理厂面对这些复杂变化的情况,执行上述标准、采用上述技术路线的实际效果怎么样?2010年美国的一项研究报告对22座这些不同处理层次的污水处理厂进行了为期3年的调查研究,参与这项研究的人员来自AEcom、CH2M、HDR、Brown& Caldwell等多个北美咨询公司,并包含了DCWater、OrangeCounty等公共设施部门,调查研究的内容主要是工艺效果的稳定性与可靠性。令人感兴趣的事情是这项研究工作用到了统计学的方法,并在污水处理领域内引入了一个概念——技术性能统计(TechnologyPerformance Statistics,TPS),主要方法如下:

技术可达到的理想标准:这一概念并不指实测的某个最低值,而是指在一段时间内可达到的性能水平。具体而言是用一年之内2周(14天)的持续性能表现来反映技术可达到的最低标准,简称为TPS-14d。这一衡量指标代表了系统在理想情况下可获得的最佳结果,但并不适合作为标准或可以期望在实际污水厂能够达到的值。之所以采用14天的统计学结果是因为生物脱氮除磷的泥龄一般在8-20天,14天的统计周期可以反映出泥龄的变化,以概率表达就是3.84% (14/365 = 3.84%)。

技术可达到的平均标准:这里用的并不是平均值,而是统计学上的中位值,中位值不受极端变量值的影响,是运行能够达到的技术标准。

技术可达到的可靠标准:可靠性是基于第95百分位的统计计算,主要是考虑到美国的很多污水处理厂的排放标准是用月均值,也就是如果在连续5年的运行中,超标的月均值可以有3次,这样的结果通常被认为技术是可靠的。

“高排放标准”污水处理厂的评估结果

那么上述指标用于评估这些“高排放标准”污水处理厂的结果如何?举例说明如下。

出水TN的概率值

美国污水处理的“高排放标准”的启示

从上表中可以看出TPS-14d的值很低,都满足排放标准,但这些数值只占3.84%。50%的中位值基本都满足排放标准,95%的覆盖率虽高,但有相当一部分数据并不满足排放标准,TP的情况类似,如下表。

出水TP的概率值

美国污水处理的“高排放标准”的启示

如果单独对某个污水处理厂做一点深入的分析还会得到一些其他信息,WesternBranch污水处理厂的处理规模约12万吨/日,出水TN月均值要求达到3mg/L,周均达到4.5mg/L,处理工艺采用三段式活性污泥法。

美国污水处理的“高排放标准”的启示

美国污水处理的“高排放标准”的启示

尽管WesternBranch污水处理厂出水TN的中位值为1.72mg/L,但当覆盖率达到99.9%时出水TN已经接近10mg/L。由此可见,从上述美国一些污水处理厂出水水质统计学的结果反映出一个基本事实:达到“高排放标准”的同时实现高覆盖率是不现实的。

同时,在上述统计分析过程中,TPS-14d与TPS-50%、TPS-95%的比值也是一个有趣的现象,对于TN和TP,TPS-14d约为TPS-50%的40~60%,TPS-95%约为TPS-50%的200~300%,这充分说明即使在美国最好的脱氮除磷污水处理厂(相当一部分是达到极限脱氮除磷标准)其出水氮磷水质也存在较大的波动性。

再将目光回到中国,“高排放标准”涉及的流域水环境改善、技术路线在国内已有较多的讨论,但“高排放标准”一词在技术层面尚缺乏严谨、明确的界定,同时更为重要的是深入、全面、科学的数据分析尚不多见,这些都是国内标准发展的重要基石,我们需要做的事还很多。


编辑:李丹

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