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王洪臣:城鎮污水處理廠運營困局怎麼破?

時間: 2019-09-06 15:10

來源: 給水排水

作者: 王洪臣

隨着城鎮化進程的不斷加速以及水污染問題的日益突出,我國城鎮污水處理設施近十多年來持續高速建設。目前,全國共建成並投入運營4000多座城鎮污水處理廠,日總污水處理規模超過2億m³,位居世界第一,約佔全球總污水處理規模的1/5。20多萬名污水處理從業人員在一線日夜運營維護,大量基層執法人員動態嚴格監管,對保護水環境發揮着決定性作用,他們是控制水污染的主力軍。如果不建設這些設施,如果不能保障已建成的這些設施持續運營,我們的水環境狀況將無法想象。

城鎮污水處理設施運營可分為兩個層次:一是正常穩定運營,也就是在正常工況下持續實現污水處理功能;二是可持續運營,在正常穩定運營的基礎上,通過節能降耗以及資源回收利用,降低運營成本並同時降低總碳排放量。目前,一大批設施的運營既不正常也不穩定,不同程度地面臨運營困境,幾乎所有設施都偏離了可持續運營理念。為保障城鎮污水處理廠正常高效運營,充分發揮環境效益,全行業應關注城鎮污水處理廠運營困境,分析導致運營困境的原因,共同探尋破解之道。

1 城鎮污水處理廠目前有哪些主要運營困境

我們調研了全國467座城鎮污水處理廠5月份的運行工況,發現困擾正常穩定運營並同時干擾可持續運營的問題主要有3個:一是活性污泥問題,二是能耗高與物耗過高,三是水量超負荷與設備欠維護。這467座處理廠日總設計處理規模約4 500萬m³,約佔全行業總規模的1/4,覆蓋了除西藏以外的全部省市和自治區。分析調研5月份的運行工況,可基本排除降水和低温等自然因素的影響。

1.1 污泥濃度過高與污泥活性太差

活性污泥是實現污水處理功能的核心。活性污泥問題體現在兩個方面:濃度(MLSS)太高、活性(MLVSS/MLSS)太差。調研發現,2/3的污水處理廠污泥濃度超過4 000 mg/L,1/3的污水處理廠超過了6 000 mg/L,有20座污水處理廠污泥濃度竟然超過了10 000 mg/L。污水處理廠在如此高濃度下運行,增大了二沉池固體負荷,使本就不足的二沉池進一步處於超負荷狀態,泥水界面上升,污泥流失,堵塞深度處理單元,或直接導致出水超標。另外,為防止污泥沉積,必須增大曝氣量,而增大曝氣則抬高了溶解氧,干擾生物脱氮,進而影響生物除磷,出水氮和磷難以達標。一些處理廠靠大量投加化學藥實現氮磷達標,使運營偏離了可持續目標。在宏觀尺度上,我們可以用MLVSS/MLSS表徵污泥活性,正常活性的污泥,MLVSS/MLSS應大於0.7,活性較好的污泥可超過0.8。調研發現,95%的污水處理廠污泥MLVSS/MLSS低於0.7,其中60%的污水處理廠污泥MLVSS/MLSS低於0.5,30%的污水處理廠污泥MLVSS/MLSS低於0.4,有27座污水處理廠污泥MLVSS/MLSS竟然低於0.3。如此低的污泥活性,大大降低了現有設施的污水處理能力與效果,降低了系統抗水量水質衝擊的能力。為維持出水達標,不得不提高污泥濃度,從而降低了系統穩定性。另外,低MLVSS/MLSS還導致污泥澄清性能變差。在調研的污水處理廠中,超過一半的處理廠污泥SVI值低於80 mL/g,這樣的污泥對遊離生物微絮體失去“網捕作用”,澄清性能變差。這些絮狀物使出水感觀變差,對後續過濾單元造成嚴重干擾。調研發現,90%以上的污水處理廠建設了深度處理設施,90%以上的這些深度處理設施設置了砂過濾單元,40%的砂濾池反衝洗水佔處理量的比例超過5%,超過10%的污水處理廠反衝洗水比例大於10%,有8座污水處理廠的砂濾池反衝洗水竟然高達處理量的20%。大量反衝洗水迴流到工藝前端,佔用提升能力、縮短有效停留時間、增大能耗,形成惡性循環。

活性污泥濃度太高的最主要原因是污泥沒有穩定連續的出路,脱水污泥出不了廠,只能停止脱水或減少污泥脱水量,將大量污泥暫存在曝氣池。一旦污泥臨時有了出路,即使脱水機滿負荷運行,也無法快速將長期積存的污泥脱水外運。污泥沒有穩定出路,已經成為行業的普遍狀態,是污水處理廠運營的最大困境。另外,污泥活性差也是導致污泥濃度高的原因,污泥中大部分為非活性組分,如不保持較高的污泥濃度,出水無法達標。污泥活性差的原因較為複雜,一是排水管網建設質量差、養護管理不到位,加之公眾文明使用下水道意識不強,致使過多的渣砂進入管網並最終進入污水處理廠。二是污水處理廠內預處理效果不佳,許多格柵和沉砂池形同虛設,在普遍沒有初沉池的情況下,大量渣砂等無機組分進入曝氣池並在生物處理系統積累,致使污泥的MLVSS/MLSS普遍極低。另外,濃度太高和活性太差還互為原因,活性差需要提高污泥濃度,而提高污泥濃度則降低了排泥量,使無機組分(ISS)更難離開系統,形成惡性循環。除了以上因素,同步化學除磷的過量加藥,也成為一些污水處理廠污泥活性降低的重要原因。

1.2 能耗高與物耗過高

全行業單位水能耗與國外基本相當,但單位污染物能耗則遠高於西方國家,這與我國污水處理廠進水污染物濃度偏低有關,前述活性污泥問題也是導致高電耗的重要原因。當前,為實現氮磷達標,不惜一切代價,過度投加大量化學藥劑,成為污水處理廠運營的又一突出問題。為降低總氮普遍大量投加外購碳源,為降低總磷大量投加無機混凝劑,一些污水處理廠為控制污泥流失還直接往二沉池投加絮凝劑。雖未統計出準確數據,但許多污水處理廠藥劑費超過電費躍升為第一大成本要素,一些水務公司的運行經營難以為繼。大量藥劑的投加,除大大提高了運營成本,還導致污泥產量明顯增加,進一步加重了污泥處理處置的困難。污水處理本應是個污染物減量過程,但實際卻變成大量物料的增加,嚴重偏離了可持續運營的理念和目標。

實踐中,外加碳源量要滿足兩個需求:一是部分污水處理廠進水碳源不足,客觀上需要補充碳源;二是用於消氧,消耗掉大量通過內迴流帶入缺氧區的溶解氧,滿足反硝化要求。許多污水處理廠進水碳源並不缺乏,投加碳源只是用於消耗缺氧區過量的溶解氧。絕大部分污水處理廠缺氧區太短、反硝化時間不足,加上污泥中活性比例太低、反硝化菌羣的數量也不足,綜合導致反硝化效果很差,而大量投加優質碳源,可提高反硝化速率,彌補反硝化時間和反硝化菌羣數量的不足。由於以上原因,大量投加外碳源就成為提高反硝化能力的一條捷徑。另外,監管普遍採用瞬時取樣方法,大大提高了脱氮要求,進一步增大了碳源投加量。

編輯:趙凡

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