分析中小城市污水处理厂设计的几个问题

为了保护水体环境，国家已把城市给排水列为基本建设领域重点支持的产业，并提出至2000年我国污水处理率达到25%，2010年污水处理率达到40%的总体目标，要求“七大流域”、“三大湖泊”和重点沿海城市及其近岸海域城市、非农业人口50万以上的城市都要建设城市污水处理厂。据有关资料，2005年我国城市污水排放量达420×108m3，国家在“十五”期间对城市排水设施投资将达1200亿元，而中小城市污水处理项目将占有相当高的比重。为使有限的投资取得好的效益，结合中小城市排水工程现状及建设特点，就中小城市污水处理厂设计的问题谈几点个人看法。
2排水管网
2.1排水体制
排水体制是污水处理厂设计所面临的首要问题，它不仅涉及工程投资、环境保护、工程实施的难易程度，还直接影响污水处理厂的工艺选择。我国的中小城市在长期发展过程中，由于受投资因素的限制及发展模式的影响，现状建成区多为雨污合流制。合流制区域面积至少占建成区面积的80%以上，而且八十年代以前的建成区，建筑密集，各种地下管线拥挤，要改造为分流制，需增设一套污水管网系统，难度非常大。结合近年国内城市污水处理厂建设的情况，本人认为宜采用混合制的排水体制，即城市新区及有条件改造的建成区采用分流制，大部分现状建成区采用截流式合流制，不宜盲目追求分流制。
2.2合流污水的溢流问题
传统排水观念认为，合流管渠被暴雨释稀溢流，当径污比达到5-7倍时，不会对水体造成危害，事实并非如此。截流式合流制管网系统，应同时考虑暴雨时合流污水溢流对水体环境的影响，对于合流制管网系统设计，应注意以下几个问题：
2.2.1截流倍数
根据受纳水体的环境容量及排水系统组成,确定合理的截流倍数，减少合流污水的溢流频率及溢流量。一般截流干管取n0=1-2，支管系统适当高于干管的截流倍数，取n0=1-3。
2.2.2雨水调蓄
结合城市水域水体环境规划及公园绿地建设，利用现有坑塘洼地，在截流干管附近修建调节池，以贮存调节溢流污水，待暴雨过后再将溢流污水送至污水处理厂进行处理。该工程措施可结合城市总体发展规划逐步实施。
2.2.3环境评价
进行项目的环境影响评价等前期研究工作时，计入雨季溢流的污染物量，修正污水处理厂的尾水排放标准。
2.2.4分流制管网与排水系统的连接
对于混合制排水体制的管网系统，分流制污水干管应在合流制截流干管的最终溢流井下游接入，严禁先汇流再溢流。
3污水处理厂设计规模
3.1设计规模的确定
在实际工程中经常出现实际进厂水量水质偏离设计规模的现象。
有一些工程项目，在初步设计阶段污水量以每平方公里0.5×104～0.8×104m3/d进行估算，或不考虑现状管网的完善程度，把设计年限的用水量乘以折减系数0.8进行估算，即做为污水处理厂的设计水量。对于设计进水水质，仅简单类比其它城市污水处理厂的数据。前期工作薄弱，缺少基础研究，是造成实际进厂水量水质偏离设计规模的主要原因。
污水处理厂设计规模包含设计水量及设计进水水质浓度，是污水处理厂工艺选择及设计的基础数据，特别是污水处理厂有除磷脱氮要求时，除需确定常规污染物浓度外，还应确定营养物浓度、碱度等水质特性，应当引起设计人员的足够重视。
3.1.1设计水量
污水处理厂的水量规模，应根据城市历年供水节水统计资料，以现状年的用水量为基础，以年增长率法预测污水处理厂收水范围内设计年限的需水量，并实测市区主要排污口的水量，以实测污水折减系数确定其水量规模。对于截流式合流制管网系统，还应结合管网设计，计算雨季设计水量，做为工艺选择及各项构筑物计算依据。
3.1.2设计进水水质
污水处理厂的设计进水水质，在市区选择几个有代表性的排污口，定期实测其水质水量，采用加权平均确定其现状水质浓度，以此为基础，结合其它监测资料并考虑一定余地，确定设计进水水质。因不同城市产业结构的差异，切忌简单类比。
3.2近期建设规模
污水处理厂设计应进行近期及远期规模的研究，以合理确定工程分期。以远期规模做为污水处理厂选址的依据，其选址用地条件应满足远期处理用地的需要，以利于工程的扩建。对中小城市污水处理厂，近期建设规模不宜过大。原因如下：
①中小城市污水管网普及率较低，污水管网的改造耗时较长，至少3-5年。
②中小城市基础资料缺乏，存在诸多不确定因素，如产业结构调整、某些重点污染企业的周期性运行等，其水质水量较难准确预测。如果近期建设规模过大，污水处理厂长期达不到设计规模，造成大量设备闲置，投资效益降低。
4处理工艺
4.1处理工艺类型及选择
随着环境及法规的压力，城市污水处理厂普遍采用二级生物处理工艺，在生物法中，有活性污泥法和生物膜法两大类，活性污泥法因其处理效率高，在城市污水处理厂得到广泛应用。
活性污泥法有许多种型式，使用广泛的主要有以下三种类型：①传统活性污泥法及其改进型A/0、A2/0、AB工艺，②氧化沟工艺，③SBR工艺。
传统活性污泥及其改进型A/0、A2/0、AB工艺，处理单元多，操作管理复杂，尤其是污泥厌氧消化工艺，对管理水平要求较高。污泥厌氧消化可回收一部分能量，根据我国污水处理的实践经验，污水处理厂设计规模达到20×104m3/d以上，才具有经济性。
中小城市污水处理厂，设计规模一般在10×104m3/d以下，由于其技术力量相对较弱，采用氧化沟和SBR工艺具有明显优势。
其优点如下：
（1）氧化沟法和SBR法的抗冲击负荷能力强，能够适应中小城市水质水量变化大的特点。
（2）氧化沟和SBR法，通常不设初沉池和污泥消化系统，工艺流程简单，适合管理水平相对较低的中小城市。
（3）氧化沟和SBR法的基建费用低。
4.2雨水冲击负荷与污泥流失
在排水管网为合流制的条件下，进入污水处理厂的污水流量雨天是晴天的2-4倍，当出现雨水冲击负荷时，大量活性污泥从曝气池转移至二沉池，并造成污泥流失。在常规处理系统中，通常设置超越管，在生物曝气池前溢流，或分流部分冲击负荷至二沉池，通过停开曝气器让污泥在曝气池内沉淀，防止污泥流失。但上述方式都不能使有机物得到有效降解。改进型Orbal氧化沟工艺和SBR工艺可解决上述问题。
4.2.1改进型Orabl氧化沟工艺
Orabl氧化沟由三条椭圆形同心沟渠组成，污水由外沟依次进入中间沟及内沟，各沟内的有机物浓度和溶解氧浓度均不相同，在去除有机物的同时，可实现除磷脱氮的目的。经改进的Orabl氧化沟设计为雨水分流的运行模式，当雨水高峰流量发生时，可将进水切换至中间沟道，而回流污泥仍连续送往外沟道，使其在外沟道贮存并得到曝气，可有效地防止活性污泥的流失，同时使有机物得到降解。当雨水冲击负荷停止后，系统切换至正常运行状态。
4.2.2SBR工艺
SBR是一种间歇式的活性泥泥系统，其基本特征是在一个反应池内完成污水的生化反应、固液分离、排水、排泥。可通过双池或多池组合运行实现连续进出水。SBR通过对反应池曝气量和溶解氧的控制而实现不同的处理目标，具有很大的灵活性。
SBR池通常每个周期运行4-6小时，当出现雨水高峰流量时，SBR系统就从正常循环自动切换至雨水运行模式，通过调整其循环周期，以适应来水量的变化。SBR系统通常能够承受3-5倍旱流量的冲击负荷。
5污水回用
我国属世界12个贫水国家之一，人均水资源占有量仅2400m3，尤其北方地区人均水资源占有量仅200-400m3，水资源的紧缺状况在一定程度上限制了工农业生产和城市的发展，许多城市不得不到几十公里以外开辟水源，其投资在1000元/m3以上，制水成本高达1.0元/m3以上。相比之下，城市污水处理厂二级处理的尾水，是一种稳定的水资源，经过处理后可做为工业冷却洗涤用水、市政杂用水及城市河道湖面的景观用水，其投资约200-300元/m3，制水成本在0.30元/左右。我国的天津、大连、太原、青岛、泰安等地污水回用的工程实践，充分证明了城市污水回用的经济性。
中小城市工业用水量约占总用水量的50%-70%以上，其中冷却、洗涤等用水量大但水质要求不高。在中小城市污水处理厂设计中，应研究污水回用的可能性，调查研究回用对象及水质要求，并结合回用水水质要求进行污水处理工艺选择，进行厂区总平面布置时，应考虑污水回用的处理用地。