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王洪臣:城镇污水处理厂运营困局怎么破?

时间:2019-09-04 09:30

来源:给水排水

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过量投加化学除磷药剂的主要原因是生物除磷机制的失败。当脱氮效果不佳时,外回流带回厌氧区的硝酸盐,既与聚磷菌争夺本就不足的优质碳源,也使ORP难以降低到释磷的要求。另外,生物除磷需要通过排泥实现,而超高污泥浓度运行工况排泥量不足,无法获得较好的生物除磷效果。当没有生物除磷效果,全部采用化学除磷时,除磷药剂投加量将是一个很大的药量,同时产生大量化学污泥。一部分污水处理厂没有生物除磷而又采用同步化学除磷时,污泥活性将进一步降低,形成恶性循环。

1.3 水量超负荷与设备欠维护

在调研的467座城镇污水处理厂中,约2/3的水力负荷率大于80%,约1/3的大于120%,有5座污水处理厂大于150%。高水力负荷运行的污水处理厂没有运行调控余地,不能应对水量水质变化,出水超标风险增大。当水力负荷率大于80%,除少数超大型污水处理厂以外,一般污水处理厂无法在出水达标的前提下倒池停水检修,而曝气器和二沉池吸刮泥机等无备用水下设备只有泄空才能彻底检修或更换。无法进行计划性维修的设备,长期带病运行,将随时导致运营风险。调研发现,约1/2的污水处理厂曝气器超过2年没有泄空检修,约1/4的污水处理厂曝气器竟然长达6年没有泄空检修。曝气器的主要材料是三元乙丙类橡胶,这类橡胶材料的理论寿命只有4~6年,因此,这些长期不检修曝气器的污水处理厂将随时面临由于曝气器大量损坏导致的运行崩溃。与曝气器情况类似,二沉池吸刮泥机也存在长期无法泄空检修的普遍问题,一旦吸刮泥机因故障停运,二沉池将不能正常泥水分离,整个处理系统将面临崩溃。

污水水量持续增加,污水处理设施设计建设冗余度不足,以及规划的相应扩建工程不能及时建成投入运行,是水量超负荷的直接原因。有关方面认为污水处理厂不满负荷运行就会造成已建设施的浪费,事实上,高水力负荷必然导致出水水质不稳定,难以实现稳定达标。欧洲一些国家排水设施的绩效评价,水力负荷超过70%就要扣分,而我国一些地方则要求满负荷运行。在水量超负荷的情况下,几乎所有地方主管或监管部门都不允许污水处理厂停产或部分停产检修,必然导致主要设备尤其是水下无备用设备严重欠维护。水量超负荷导致运行不稳定,水下无备用设备因欠维护随时停止运行,都使运营风险大大增加。

2 破解当前困境的可能路径

2.1 突破污泥处理处置设施建设的瓶颈,补齐污泥处理处置短板

《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》提出,“十三五”期间应统筹规划,加大投入,实现城镇污水处理设施建设由“规模增长”向“提质增效”转变,由“重水轻泥”向“泥水并重”转变,到2020年底,地级及以上城市污泥无害化处置率达到90%,其他城市达到75%;县城力争达到60%。目前看,污泥处理处置设施建设状况与以上目标相距甚远。问题在哪里?瓶颈在哪里?问题在没有出路。污泥最终出路无非就是3个:一是填埋,二是焚烧,三是回到土地。污泥填埋是与垃圾争场地,随着填埋场地越来越少,填埋就成为一条死路。污泥焚烧在技术上是可行的,但邻避效应突出,难以成为主流路径。

几十年来,欧美国家将绝大部分污泥消纳到了土地,叫土地处置,也叫土地利用。污泥土地利用有3个方向:一是沙荒地改良,二是林业利用,三是农业循环利用。西方的实践中,由于运距和操作的困难,沙荒地改良和林业利用总量不多。美国年产含水率80%的污泥3 500万t,其中60%进行农业循环利用,3%用于土壤修复,17%进行填埋,20%予以焚烧。关于污泥农业循环利用,控制重金属及其化合物的含量是关键,汞和镉是两个最活跃的重金属,是控制重点。1984年制定的《农用污泥污染物控制标准》(GB 4284-1984)中,污泥用于酸性土壤时,汞的限值是5 mg/kg DS,镉的限值是5 mg/kg DS;用于中性及碱性土壤时,汞的限值放宽到15 mg/kg DS,镉的限值放宽到20 mg/kg DS。在该标准生效的30多年间,《农用污泥污染物控制标准》(GB 4284-1984)一直是世界上最严格的污泥农用污染物控制标准,而2018年最新发布的《农用污泥污染物控制标准》(GB 4284-2018)又进一步趋严。按照这个现有标准,污泥农业循环利用的去向被进一步堵死。填埋困难,焚烧困难,土地利用困难,污泥都去了哪里?污泥没了出路,污水处理厂如何保持正常运营?因此,有关方面应合力打通污泥农业循环利用这一主要出路,一是在政策上明确土地可以消纳污泥、应该消纳污泥,二是制定科学合理的污染物控制标准,尤其不可让标准阻碍纯粹的生活污泥进入土地,三是加速建设污泥稳定化设施,稳定化就是无害化,稳定化的污泥就可以进入土地。

2.2 找准阻碍污水处理可持续运营的根源,对症开展提升改造

管网建设标准和质量不高、排水体制混乱、清污混流、养护管理不足,致使大量无机泥渣砂进入污水处理厂,并伴随部分有机碳源流失,而污水处理流程设置又普遍无法应对这一状况,导致污水处理厂难以实现可持续运营的良性循环,从而只能被动低效应对。具体表现为:预处理单元设计建设标准过低,大量细渣细砂进入后续单元;90%以上的污水处理厂没有设置初沉池,致使无机泥渣砂直接进入了生物处理系统,导致活性污泥处于高浓度、低活性;生物脱氮工艺的缺氧区普遍太短,无法适用污水特征;用于除碳和硝化的好氧区普遍太长,既增大能耗又干扰脱氮;厌氧消化等污泥稳定化设施普遍缺失,无法在厂内实现污泥稳定并回收能源。

排水系统问题较为复杂,南北差异大,不同城市间差别也很大,需要系统深入地识别问题所在,因地制宜提出改造对策,减少无机渣砂进入管网,减少碳源的损失。必须认识到,管网改造是个复杂过程,非短时突击所能解决,既要积极推进提质增效行动方案,也要从长计议,久久为功。在污水处理厂内,首先要通过改造强化预处理效果,把渣砂等无机组分在预处理单元彻底分离出来,提高生物处理单元污泥MLVSS/MLSS,提升整个生物处理系统的效率,这是一个事半功倍的方案。其次,一大批污水处理厂可在系统测试的基础上把多余的好氧区改造成缺氧区,通过增大缺氧区提高脱氮效果并降低对外加碳源的依赖,进而提高生物除磷效果,降低除磷药剂的投加量。再者,应通过曝气系统的改造,提升氧的科学管理水平,既满足耗氧物质降解需求,又不因曝气过量而投加过多的碳源。对于水力负荷率超过80%,尤其是满负荷或超负荷的污水处理厂,有关方面应加快设施扩建,使污水处理厂在适宜的负荷下运行。

编辑:王媛媛

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