城市污水处理厂热点问题剖析.docx
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城市污水处理厂热点问题剖析
毕业论 文
题目:
城市污水处理厂设计中热点问题剖析
论文作者：
于 淼
学号:
1006０31144
指导教师：
丁 颖
专 业：
环境监测与治理技术
系 （院）:
化学工程 系
答辩日期：
2013年６ 月1日
摘要……………………………………………………………………………………1
第一章 绪论……………………………………………………………………………2
1.１课题背景…………………………………………………………………………２
1.2污水处理厂规模…………………………………………………………………2
1．2．1领导者对城市污水工程建设认识不足……………………………………3
1.2.２要按照“先地下、后地上”的建设方法操作……………………………3
1.２.３处理厂选址…………………………………………………………………4
１．3污水处理工艺选择………………………………………………………………４
1．3．1进水水质预测………………………………………………………………4
１．３.２处理出水水质标准…………………………………………………………4
１.3.3污水消毒……………………………………………………………………６
１.3.4污水处理工艺比选…………………………………………………………6
１.4污泥处理与处置…………………………………………………………………６
１．４．1污泥稳定……………………………………………………………………6
１.4.2污泥综合利用………………………………………………………………7
1.4．3污泥集中处理厂……………………………………………………………７
1.5本章结论…………………………………………………………………………7
第二章污水处理厂排水工程规划水量的确定………………………………………8
2.１总体规划阶段给水水量预测………………………………………………………8
2.2总体规划阶段污水水量预测………………………………………………………９
2．3分区规划阶段及专业规划给水、污水量预测量…………………………………１0
2．4开发区的给水、污水量预测………………………………………………………11
2.5详细规划阶段给水、污水量预测…………………………………………………１1
2.6项目实施阶段给水、污水量预测…………………………………………………１1
结论………………………………………………………………………………………1２
参考文献…………………………………………………………………………………１３
致谢………………………………………………………………………………………14
摘要:
这篇文章主要解释了我国污水处理厂建设的规模与实际情况脱节的各方面原因，并就在污水处理厂设计中进水水质的预测、处理出水水质标准、污水消毒、处理工艺比较、污泥稳定及污泥综合利用等方面的问题以及城市给排水工程水量规定的确定。
确定城市给水排水工程规划水量规模十分重要,总体规划、专业规划、详细规划到工程实施等各规划阶段预测水量规模的依据极其重要。
关键词:
城市污水处理厂；进水水质；出水水质；工艺流程；污泥处理与处置
第一章 绪论
1．１课题背景
在当今的社会发展中，我国在城市污水处理厂建设方面取得一定成效，已建成百余座污水处理厂,但是在控制水污染方面,形式十分严峻。
建国以来，特别是改革开放后，我国在城市污水处理厂建设方面取得一定成效,已建成百余座污水处理厂，但在控制水污染方面，形势不容乐观。
预计今后还有大量的城市污水处理厂待建设。
在建设城市污水厂过程中,设计工作是龙头,在设计时常常碰到一些热点问题,引起各方争论。
为了加强城市污水治理,保护水环境,中央增加了投资力度。
1998年分两批下达的城市污水治理项目１17项，投资约30０亿元。
1999年又下达近百亿国家债卷资金，支持城市污水处理厂建设。
为了确保污水处理厂建设后的正常运行,国家已经明确在水价中增收排污费。
几年来,全国有几百座城市污水处理厂正在建设,按照“七大流域、三大湖泊和重点沿海城市及其近岸海域要新增城市集中式污水处理能力２000×104m³／d”和“非农业入口５0万以上城市都要建设城市污水处理厂”的目标,如今,还在有近百座城市污水处理厂正立项要求建设。
截止2011年第三季度底，我国已建污水处理厂3078座,污水处理总能力达1.36亿吨/天，实际处理能力约为１.1亿吨/天。
我国“十一五”城镇污水处理及再生利用总投资约3700-390０亿。
“十一五”期间我国COD减排10%的成绩中,污水行业的贡献率达到70%,相对于结构减排、管理减排两大减排方向，作为工程减排中的一部分——污水处理减排，取得了非常突出的成绩。
纵观世界各国，排水系统和污水处理率均有一个逐步发展和逐步完善的过程。
在建设城市污水厂过程中，设计工作时最重要的在设计时常常碰到一些热点问题,引起争论。
以及城市给排水工程从各规划阶段到具体项目的试试，确定其水量规模是主要的内容,规模预测是否符合发展趋势和实际需要，将对水资源的合理利用、工程总体布局、实施步骤和工程费用产生重大影响。
目前许多城市由于预测规模偏大,建好工程不能充分发挥效益;又有一些项目由于预测规模滞后,影响城市建设和经济发展，因而合理确定水量规模也是十分重要[1]。
1.2污水处理厂规模
污水处理厂规模是指进厂污水的水量和水质数值。
首先要明确污水处理厂是合流制系统处理厂,还是分流制系统处理厂,还要弄清近期以及发展后的处理厂规模。
在工程建设中，这些数值都是按照有关资料计算确定的，但是，处理厂建成后实际情况与预测结果又较大不同。
有的处理厂建成后,长期达不到设计规模;有的处理厂建成后马上要扩建，而在周围无空地，这些现象时十分重要的，这也是成为讨论的热点问题。
对一个城市来说,需根据城市总体规划和排水规划,分期分批地建设污水网和污水处理厂，要根据水环境保护的目标,分期实施，逐步到位。
城市排水工程建设
是一项系统工程，涉及城区管渠改造，污水的收集、输送（包括泵站）,污水处理和排放利用，以及污泥处置等问题;在河网城市，还考虑上游下游和水体自净问题[2］。
合理地确定设计的污水水量和污水水质，直接涉及工程的投资、运行费用和费用效益。
不少城市由于市区污水管道未形成系统,缺乏长期累积的污水水质水量资料，一般采取按规划面积、人口和工业发展的预测来推导污水量，并提出生活污水量、工业废水量和公建、商业污水量各占的比例，其不确定因素较多，因此提出的设计污水量往往偏大。
实际上，按规划计算的污水量与可能有污水量、实际可能收集到的污水量和根据需要与可能进行处理的污水量是不同的,设计的污水量在很大程度上取决于污水管网普及率和实际可能收集到的近、远期污水量,并分期建设污水处理厂。
要充分认识城区内管网改造的复杂性和艰巨性，有的取决于旧城市改造和道路的改造,有的埋了干管,支管迟迟未建成，致使许多已建成的污水处理厂在相当一段时间内“吃不饱”。
对设计的污水水质，应该对现有实测的水质资料进行分析（包括工业废水正在限期达标排放的水质水量变化和管渠内地下水的渗入量）,对雨污合流和老城区排水系统需科学地确定污水管道的截流倍数（干管和支管可采用不同的截流倍数）。
现在设计的需处理污水水质偏高的问题是普遍存在的，设计的污水水量和污水水质要通盘考虑,留余地过大,既增加投资亦会使设备闲置或低效运行。
关于处理厂建设规模与实际情况脱节的现象,主要原因是由于城市规划调整、市政建设不配套、排水体制不健全等等。
除此之外我认为还有以下几点。
1.2．1领导者对城市污水工程建设认识不足
大家都知道,城市污水工程的组成包括污水的收集、输送、处理与排放４个部分,是一个系统工程，仅建污水厂是不能解决水污染问题的。
领导者应从全局的角度去度量处理厂建设的地位,并确定相应系统规模。
对一个地区而言,其开发建设过程是按计划滚动开发。
对污水系统来说,也可以逐步建成，直到达到规划规模。
在这里要提出的是污水系统逐步形成的过程要与地区开发同步，决不能半途停滞或打乱系统总体布置。
1.２．2要按照“先地下、后地上”的建设方法操作
一个开发区的建设,涉及地面建筑与地下设施建设两个方面，一般容易忽略“先地下、后地上”的建设程序。
例如,房地产开发商急于进行住宅建设,多个房地产开发商之间互相不沟通,影响排水系统实施的系统性。
住宅建设的进度是很快的，而地下管线特别是筹建地区性污水厂，需要２～3年时间，有的可能要更长的时间。
由于住宅建设进度快,污水厂还未建成，街坊已形成，居民入住产生的污水被迫采用化粪池过渡,暂接雨水管道排入附近河道，导致河道水质污染日趋严重。
过几年后,污水厂建成后,照理应该把住宅污水改接入城市污水管道,污水进处理厂处理达标后排放，遗憾的是污水改接工作已无人过问,或因经费无着落而听其自然，其结果是污水厂厂内水量不足,而居民生活污水继续污染水体,处理厂投资不能发挥应有的环境效益。
在上海曾作过调研，要改接一个规模为7.5万m3／ｄ污水收集系统，其投资要上千万元。
总之要结合过去的经验，应该坚持“先地下,后地上”的建设程序。
1.２.3处理厂选址
一座城市污水厂建成后,运行时间是很长的。
上海东区污水处理厂，采用活性污泥法工艺,已连续运行73年（１９2６年建成）,虽经几次改建、扩建，目前运行十分正常,处理出水水质达到排放标准。
因此，选择处理厂厂址，应着眼长远考虑。
当然,要求预测三四十年后的发展情况是困难的,但希望远离住宅区。
在工程实施中，往往为节省近期投资,希望污水厂距居民区近些,总管短些、投资可省些,这样做常常带来不良后果。
上海有几座污水厂被居民区包围,以致污泥消化池建成后就从未使用过,另外,由于距居民住宅近,处理厂臭气污染环境，导致厂群矛盾突出。
因此在选择处理厂厂址是,应尽量远离市区，并留有充裕的扩展余地，应设300米以上的卫生隔离带则更好［3]。
１.３污水处理工艺选择
污水处理工艺选择是依据进水水质、水量状况，再依据受纳水体环境容量或者国家规定排放标准,确定应该去除污染物的项目与数量，从而选择合适的污水处理工艺。
在选择污水处理工艺过程中经常讨论的热点问题有如下几方面：
1．３.1进水水质预测
目前许多污水处理厂存在的问题是进水水质预测值与实测值有较大差异,通常预测值偏高。
例如,深圳滨河污水厂投产运行后的前10年，BOD值在80ｍg/L左右，还不到设计值的一半（设计值20０mｇ／L），直到1998年才逐步上升,进水BＯD值10０mg/L～２00ｍｇ/L（频率为54%）,平均为190mｇ/Ｌ。
产生这种现象的原因主要是污水收集系统不配套。
如本文上节所述，有些污水经化粪池后接入污水管，雨污水管混接、管道施工质量差，地下水渗入,导致进水浓度偏低。
上海市污水管网完善的生活污水处理厂，进水BOD值在250mg／Ｌ～3０0mg/Ｌ，SS值为300mg/Ｌ~350mｇ／L，如果污水管网不完善或设化粪池，BOD值１20mｇ／L~１５0mg/Ｌ左右,SＳ值１5０ｍg／L～２0０ｍg/L，由于对拟建处理厂进水水质预测是确定处理工艺的依据,因此需要慎重对待。
1．3.２处理出水水质标准
处理厂出水水质是按照尾水排入水域类别，再依照国家污水综合排放标准,以满足各项指标要求。
1９98年开始实施的二级处理厂污水综合排放标准各项指标如表１所示。
表1 排放标准
项目
一级标准
二级标准
BOＤ5/mg/L
２0
30
ＣＯD/mｇ／L
60
120
SS/mｇ/L
２0
30
氨氮/mｇ／L
1５
25
磷酸盐／mｇ/L
0.5
1.０
采用二级处理工艺，处理出水恐怕难以达到氨氮与磷酸盐标准,需要采用脱氮除磷工艺流程，特别是一级标准中磷酸盐指标0．5ｍg／L,有相当难度。
有人提出，处理厂尾水排入非蓄水性河流或非封闭性水域,是否还要控制如此低的磷酸盐含量。
采用生物脱氮除磷工艺，或者化学除磷工艺，需要增加基建投资与经常运行费用，同时还要求具有较高的运行管理水平。
笔者建议,在有些场合,经当地环保部门认可，在近期似可放宽磷酸盐标准,以节省近期投资。
城市污水处理投资大,运行费用高,如不包括引进处理设备和引进沼气发电设备，每处理1ｍ³污水投资宜控制在10０0元,运行费（包括折旧费）宜控制在0.5元每立方米左右。
由于现在污水处理率还不高,按用水量0.8计算污水费,收０．2~０.3元/m³排水费,基本上能维持处理设备的运行。
为了降低投资和运行成本，因地制宜地进行工艺方案（主要是生物处理方案）是必要的。
进行多种工艺方案的比较，说明处理工艺技术的发展,是好事。
现在经常碰到的问题是,工艺方案比较往往不够科学,有的对工艺已有倾向和爱好,先入为主，对倾向的工艺只说优点，对不赞成的工艺强调缺点；有的把自己的小型试验数据与别的已上工程的工艺比;有的是将处理BOＤ5为主的工艺与处理BOＤ5同时进行脱氮除磷的工艺比。
实际已运行的不少污水处理厂，其出水水质较好与其进水水量和水质远未达到设计指标,由于各厂情况不同,不可简单地比较出水指标；有的投资包括厂外工程费用（如道路、电负荷增容等）；有的投资包括征地费用（而此费用在各地出入很大）;有的工艺建设投资低,运行费用高;有的工艺投资高，运行费用低;有的工艺处理污水的投资低，而污泥量较多增加了污泥的处理成本。
应该看到,同样的工艺,采用的设计参数不同,其结果也是不同的。
作为负责任的单位,对工艺方案的比较力求客观全面,在同等进水、出水条件下,其设计参数应该包括对各种污染物的去除率、曝气的时间、污泥负荷和容积负荷、曝气量和氧的利用率（以及动力效率）、污泥产量（以及污泥指数）等做全面分析，数据丰富就可以集思广益，扬长避短，根据技术上合理,经济上核算，管理方便，运行可靠且有利于近、远期结合的原则,进行工艺方案的优化抉择。
1.3.3污水消毒
在室外排水设计规范中，城市污水处理厂出水要加氯消毒，而且对生物处理后投氯量规定为5mｇ/L~10mg/Ｌ,并设停留时间为30min混合接触池。
80年代建的城市污水厂,大都有加氯消毒设施，包括加氯机、氯库、混合接触池，建成后已有10余年,从未使用,所以氯库等构筑物已移作它用。
有人提出，国家污水综合排放标准对城市二级处理厂出水水质未确定大肠菌群数及余氯值，所以处理厂出水要不要加氯是值得研究的课题。
笔者建议环保部门、卫生防疫部门及市政建设部门应着手研究污水消毒这一课题,解决加氯量、大肠菌群数、余氯量及其相关关系。
１.３.4污水处理工艺比选
目前,国内建成的城市污水厂绝大部分采用活性污泥法处理工艺，生物膜法应用很少。
１921年在上海已建成一座活性污泥法处理厂,1926年又建成两座活性污泥法处理厂，处理规模各为1.4万m3／d,其中上海东区污水厂一直延用至今,对活性污泥法运行管理积累了丰富经验。
随着科技的发展和微处理机与自控技术设备的进步与普及，对活性污泥法工艺进行改革,特别是8０年代以来，随着改革开放步伐的加快,在污水处理方面，利用外国资金，引进了一批国外污水处理工艺和设备,使污水处理技术有较大的发展。
目前，各种活性污泥变法已在工程中得到应用，例如AB法、A/O法、A2／O法、SＢR法、氧化沟法等等。
综观这些革新的活性污泥法，它们适用于不同场合,满足不同出水水质要求。
我认为，在方案比选时,主要控制的条件有用地范围、尾水排放、污泥出路、地质条件、发展余地、管理水平、运行费用、工程投资、环境影响等诸方面。
在满足出水水质各项指标前提下，应着重研究运行费用与管理水平。
已知一些污水厂建成后，由于运行费用高而无法正常运转,而另一些处理厂引进高级监控仪表设备,由于缺乏具有一定水平的维护人员,这些仪表设备被闲置。
所以,要从目前国内的现状出发，选择合适的处理工艺，切忌盲目跟风。
笔者认为，中小规模污水处理厂选用氧化沟、SBＲ法具有明显优点,而大型污水处理厂推流式活性污泥法仍是首选方案[４］。
１.４污泥处理与处置
污水处理厂在水处理过程中会截流与排出一定量的栅渣、沉砂和污泥。
对城市污水厂而言,其数量大约为进水量的0.５％~1.５％。
污泥处理与处置方案是经常讨论的热点问题。
1.４．1污泥稳定
如何满足《城市污水处理厂污水污泥排放标准》（CＪ3025-93）中规定的污泥稳定要求,目前常用的方法有污泥中温消化、污泥好氧消化、污泥投加石灰,还有污泥焚烧方法。
采用污泥中温消化方法,可以杀灭污泥中的寄生虫卵，同时还可回收能量，消化后污泥可用作农业或绿化肥料。
采用污泥中温消化似应有一个经济规模问题，但尚未能有详细经济分析。
在80年代中期，污水厂处理规模为2.５万m３/ｄ左右，建了几座中温污泥消化池,但由于经济上不合算,投产不久就停用了。
目前，能正常运行的中温污泥消化池，其处理厂规模均在2０万m３/d以上，看来大型污水厂采用污泥中温消化方案是可取的。
采用污泥浓缩、脱水、中温消化、消化污泥再浓缩、脱水外运,其投资大约为１0０万元／ｔ干泥~2０0万元/t干泥（不含水）,经常运行费用大约７0０元/t干泥~９0０元/t干泥。
目前，大部分中小型污水厂产生的污泥,经浓缩、机械脱水后,运往农村作肥料或运往垃圾填埋场填埋。
这些污泥实际上均未达到稳定要求，是否会带来环境的二次污染是值得注意的。
污泥好氧消化、向污泥中投加石灰及污泥采用焚烧处理方法，在国内尚未见报道。
1.4.2污泥综合利用
污泥综合利用的试验研究，已有各种报道，例如利用污泥制砖、制陶瓷等用作建筑材料,甚至从污泥中提炼维生素B1２等等,但大部分是实验室试验，与实际应用还有相当距离。
城市污泥的最终出路，还是用作绿化或农田肥料,改良土壤,这似乎是较现实的综合利用方案,目前，缺少组织推广应用的机构,在政策上也缺少支持。
事实上，城市污水厂污泥作为“绿色植物”的天然有机肥料是具有广阔前途的。
1.4.3污泥集中处理厂
一个城市若有多座污水处理厂,可把各处理厂污泥集中起来，建一座具有相当规模的污泥处理厂，包括处理下水道清通过程中产生的污泥、化粪池污泥等等。
当污泥处理厂达到一定规模后，可减少单位投资，降低经常费用,也便于污泥综合利用[5]。
１．5本章结论
城市污水处理厂设计中有关工程规模、处理工艺选择、污泥处理与处置等问题值得研究、探讨，但归结到一点,就是使工程设计能更切合目前我国的具体现状。
为了克服不可预见的因素，城市污水厂建设似可先建一级处理部分,待污水系统完善后,积累了若干年进厂水质水量资料后,再建二级处理部分,以更好发挥投资效益。
第二章污水处理厂排水工程规划水量的确定
城市给水排水工程从各规划阶段到具体项目实施,确定其水量规模是首要内容,规模预测是否符合发展趋势和实际需要，将对水资源的合理利用、工程总体布局、实施步骤和工程费用产生重大影响。
目前有些城市由于预测规模偏大，建成工程不能充分发挥效益;又有些项目由于预测规模滞后,影响城市建设和经济发展,因而合理确定水量规模十分重要。
城市给水排水工程总体规划、专业规划、详细规划阶段，到工程实施,其水量规模的确定是逐步深化和完善的过程，各阶段有不同的规范、标准、指标作指导。
如果混淆不同阶段和相应的规范,不作比较,将影响预测的准确性。
2.1总体规划阶段给水水量预测
城市总体规划阶段的给水工程规划是根据城市发展目标、用地、人口规模，空间布局安排和水资源状况，提出各取水水源、供水系统的规划期内工程水量、水质目标和设施布局。
国家标准《城市给水工程规划规范》（GB５０2８2－98）（以下简称给水规范）是测算城市总用水量规模的主要依据。
（1）给水规范所提指标适用于城市总体规划期内（一般为20年）的水量预测,并按此控制水资源和提出总水量规模，由于城市用水有逐步增长的过程,因而近期指标要大幅下降。
（２）给水范围所提指标是全国通用指标，选用时不能简单按照城市规模类别和分区进行套用,必须先对城市现状指标进行测算研究,按照发展趋势确定规划期所采用的指标。
由于编制给水规范所提指标是依据１９91~1994年统计资料,该年段正处于用水高速增长期，并按照逐年增长的概念来测算。
近年来由于水资源紧短，节水措施的加强,高耗水工业的更新换代和工厂外迁等因素，城市供水量增长缓慢，有些城市还有所下降，使给水规范所提指标偏大。
如南方某市1995年单位人口综合用水量指标为0.7２３万m3/（万人·d），至200０年下降至0．5７７m3/（万人·d）,2001年为０．６03 m３/（万人·d）。
在编制总体规划时，确定近期（2005年）0．６5m3／（万人·ｄ），远期（202０年）0.７5 m３／（万人·ｄ），而给水规范建议指标为０．8～１．2m3/（万人·d）。
同一城市的不同地区，由于用地性质和供水条件不同,应采用不同的指标。
一些水资源不足的城市和供水距离较远的地区，更应强调节约用水，采用多种措施降低耗水量,其综合用水量指标也应大幅下降。
（３）给水规范所指人均是指户籍人口，未包括暂住人口和流动人口，目前一般采用城市人口数（指户籍人口及暂住一年的人口），因而选用指标时要考虑人口数的内涵。
流动人口的用水量一般已计入指标中，不单独计算。
（4）有些城镇集中发展一种或几种工业,形成产业规模，其工业用水量所占的比重较大,不符合一般城市的组成结构，但与人口数形成一定的比例关系。
可采用生活、工业用水比例法,即用人口增长数，人均居民用水量及生活用水与工业用水的比例来推算今后的总用水量，有一定的准确性。
（５）在城市中用水量较大且水质要求低于《生活饮用水水质标准》的工业企业,如当地有取水水源应自建供水设施，其水量不计入城市给水水量规模。
在城市建设用地范围内，应限制工业自备水源供给生活饮用水[6]。
2.2总体规划阶段污水水量预测
国家标准《城市排水工程规划规范》（GB5０31８-200０）（以下简称排水规范）中关于城市污水量预测方法提出:
城市污水量应由城市给水工程统一供水的用户和自备水原供水的用户排出的城市综合生活污水量和工业废水量组成，城市污水量宜根据城市综合用水量（平均日）乘以城市污水排放系数确定,其中对污水排放系数提出0.70～0.80的数值。
而排水规范中对排放系数的内涵未作细致的说明，笔者认为,实际影响污水水量有下述因素:
（1）给水日变化系数
由最大日给水量，折算成平均日给水量，其数值应根据当地实测数或给水规范提供的数据确定。
（2）产销差率
城市给水厂供出水中包括计量用水及非计量用水,其中计量用水除工业冷却水外一般会产生污水水量；非计量用水包括漏失水量，绿化及浇洒道路用水，消防用水等,这些用水不产生污水量，不进入污水系统,一般占供水量的１２％~20%。
（3）产污率
指用户产生的污水量与用户的用水量比值,即使用过程中的损耗。
产污率与工业性质、城镇卫生设施等因素有关，一般取0．85~0.９0。
（４）截污率
指进入城市污水系统的污水量与产生的污水量之比值。
截污率与污水收集系统的完善程度等因素有关，要求规划期末在规划范围内都应达到100％是不可能的,即要求零排放是无法实现的。
在规划污水管道时,截污率最高值可取０.9。
（5）处理率
指进入城市污水厂处理的污水量与城市产生的污水量之比值,是反映城市污水治理水平的重要指标。
城市污水处理厂是分期建成的，近期规模应按接纳范围近期所产生的污水量和合适的截污率来确定。
避免当前污水处理厂建设规模偏大,进水量达不到设计规模的倾向。
（6）自备水源产生的污水量
在规划建设用地范围内,有自备水源的工业,若其污水水质符合接管标准（或经过厂内治理后达到接管标准），一船均应纳入城市污水系统。
若工厂远离市区,其排放污水水质又有特殊性或污水量很大,则应单独设厂处理。
（7）地下水渗入量及污水渗出量
目前一些城市的污水管道材质及接口形式较差，检查井破损,为节省电费,采用高水位运行方式，管道普遍受内压,污水向
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