小区生活污水处理与回用技术.doc

小区生活污水处理与回用技术 小区是具有一种或多种功能的相对独立的区域,包括通常意义上的居民生活小区、医院、公园、旅游渡假村、新建大学城、高速公路的生活服务区等,其排水系统通常不在城市市政管网覆盖范围之内,必须设置独立的污水处理设施。小区污水系统的处理能力,各国并无统一的限定。美国建议将单个构筑物的处理能力限定在3 785 m3 / d 的范围内。根据我国情况,建议把污水量在4 000 m3 / d 以下的处理厂定义为小区污水处理厂1 。小区生活污水不同于包括部分工业废水的城市污水,其水质水量特征为:水质、水量小时变化系数较大,污染物浓度通常比城市污水低,污水可生化性好,处理难度较小;且由于其污染来源比较简单,从处理技术和处理成本角度考虑,具有相当的技术可行性和很高的回用价值。资料显示,以生活用水为例,用于烹饪、饮用的水约占5 % ,而对占20 %30 %不与人体直接接触的生活杂用水如冲厕用水等,加上小区绿化浇灌用水、空调冷却水、地面冲洗水以及车辆清洗等用水也可归入生活杂用水的范畴,并无高水质要求2 ,这种用水分布为小区生活污水的回用去向提供了可能。根据小区的功能特点,小区生活污水回用方向,主要应该是厕所冲洗水、绿化浇灌水、地面冲洗水、车辆冲洗水、非接触风景景观用水等。根据我国对于生活杂用水(厕所便器冲洗、城市绿化、洗车冲洗等) 水质标准要求,并参考美国制订的水回用建议指导书、市政杂用水水质标准和日本的城市生活用水中水水质标准中关于此类再生回用水的水质要求,一般要求小区生活污水经过二级强化处理并消毒后,使回用水水质达到表12 ,3 标准,即可满足对于 小区生活污水的一般回用要求。小区生活污水回用不仅可以为水资源匮乏地区提供了新的“水源”,即使对水源丰沛的地区,也可以起到防治污染的作用,减轻城市下水管网和污水处理的压力4 ,12 。1 小区生活污水的典型处理工艺小区生活污水处理工艺是在传统的城市污水处理工艺的基础上发展起来的。常规城市污水二级生物处理工艺主要有:氧化沟技术、SBR 工艺(系列) 、BAF 工艺、A2 / O 工艺、生物处理+ 人工湿地工艺等(见表2) 1 - 3 ,5 ,7 ,9 ,10 ,14 。根据小区及其污水的特点,一般小区生活污水处理设施应工艺流程合理,处理效果稳定,采用一体化设施,并尽量采用地埋式处理,地面进行绿化;如采用地上式处理,需与周围环境协调,并尽量减少如臭味、噪声、污泥等二次污染。2 小区生活污水的回用技术近年来,通过对国外成熟技术的借鉴和国内的研究实践,小区回用技术得到了很快的发展。生活污水深度处理的目的是进一步去除污水中的悬浮物(SS) 、有机物、氮磷等营养盐以及可溶的无机盐等。根据污水回用用途和地理条件的不同,处理工艺与流程也有着很大的区别。污水的深度处理流程通常有以下几类: (1) 混凝、澄清、过滤法; (2) 直接过滤法; (3) 微絮凝过滤法; (4) 接触氧化法; (5) 生物快滤池法; (6) 流化床生物氧化法;(7) 活性炭吸附法; (8) 膜过滤技术(超滤、纳滤等) ;(9) 生物膜技术2 等。对于小区生活污水回用,根据污水回用的去向,我国一般采用以下工艺流程(见表3) 5 。表3 常见小区生活污水回用工艺流程1 绿化、冲厕等二级出水消毒回用2 空调冷却水等二级出水过滤消毒回用3 洗车、消防、空调冷却水等二级出水混凝沉淀砂滤消毒回用随着小区生活污水处理技术的发展,二级处理及深度处理的差异不再像以往明显,诸如生物膜技术、生物活性炭技术、BAF 工艺等作为二级强化处理,一般二级生化处理出水经过混凝沉淀和过滤等深度处理,消毒后就可以达到回用要求。随着回用要求的提高,对于生物活性炭技术、膜生物反应器、膜技术等深度处理技术也正逐步为人们所重视。2.1.1 生物活性炭技术生物活性炭是一种去除微量有机物的有效方法,其实质是生物降解与炭的物理吸附两者的协调作用。王占生等以生物活性炭理论为基础,选用廉价的多孔性物质或惰性物质(比如陶粒或炉渣等)来代替活性炭的一种新型工艺颗粒填料生物接触氧化法,在城市污水深度处理中已经得到了成功的应用6 。应用生物活性炭工艺处理小区生活污水二级出水,可以使最终出水COD 降至30 mg/ L 左右,BOD、SS、色度等也可达到回用要求。与传统的混凝、澄清、过滤工艺相比,该工艺工程投资略高,但运行费用较低6 。2.1.2 膜技术膜技术主要是指纳滤、超滤、渗透以及反渗透等膜分离技术。小区生活污水经二级处理出水, 经反渗透(RO) 等膜技术深度处理,其出水可作为工业用水或生活用水8 。不过,由于膜技术的成本很高,且运行管理比较麻烦,目前在国内的应用不是很广。2.1.3 膜生物反应器(MBR)MBR作为一种新型的污水处理和水回用技术,在小区生活污水回用方面具有很好的应用前景。MBR 集生物反应器的生物降解作用和膜的高效分离作用于一体,具有出水水质好、处理负荷高、装置占地面积小、产泥量少、易于实现自动控制等优点3 ,13 。其出水经消毒后可直接回用,甚至可回用于饮用水水源。MBR 在发达国家的污水回用工业中已经得到了很好的应用,但是膜本身成本高,操作系统复杂以及运行成本较高,阻碍了其在小区生活污水回用处理中的应用11 。3 小区生活污水回用技术的思考小区作为一个相对独立的生活区域,这不仅对小区生活污水的回用提出了要求,也使小区生活污水回用技术在推广和运行中面临着一系列需要思考的问题。3.1.1 回用技术的可靠性小区生活污水回用技术通过多年的研究与发展,本身已经逐步完备。小区生活污水回用的去向主要是生活杂用水等,水质及其稳定性要求高,因此,在实际工程设计时,必须根据小区生活污水水质、水量以及小区功能和环境要求,选择合理、可靠的处理工艺;并要考虑能长期安全可靠地运行。3.1.2 回用设施的智能化管理小区生活污水回用设施处理规模较小,一般都是兼职管理,因此,在设计时必须考虑到智能化管理,如采用PLC 自控等。小区回用设施采用PLC 自控等智能化管理,不仅可以保证处理设施稳定、可靠地运行,保证出水水质的安全,而且还促进了SBR 和A2 / O 等对控制系统要求比较高的先进污水处理工艺在小区生活污水回用中的进一步推广应用。3.1.3 回用水的安全性小区生活污水回用的去向主要为生活杂用水和非接触观赏性景观用水等,因此,必须尽量减少可能有毒或者有害非生活污水进入小区生活污水处理站,以防破坏小区生活污水处理站的正常运行或者影响出水水质;而且从卫生和健康角度考虑,还必须对回用水进行严格的消毒处理。另外小区生活污水回用,在作为绿化用水时,尽量不要采用喷灌;而作为景观用水时,也不宜作为瀑布和喷泉等易形成水雾的景观用水3 。3.1.4 回用设施的环境协调小区是一个人员相对集中的独立区域。小区生活污水回用设施在工艺选择和单体构筑物的造型设计上,必须考虑到周围人居环境相和谐、协调。因此,小区生活污水回用设施不仅要求工艺先进、运行稳定和管理智能,而且需对运行中的噪音和气味有很好的解决方案,如景观竹林等人工湿地技术;要考虑到污泥消化处理,减少污泥的外排量。4 结语我国许多城市面临着严峻的水资源匮乏,小区生活污水回用作为一个切实可行的缓解水资源和防止污染的办法,已经逐步为人们所重视。按照我国新的城市污水处理及污染防治技术政策,要求2010 年实现城市污水处理率50 %以上,污水回用率30 %以上,污水回用于市政、工农业等各个行业。而北京市在最近出台的北京市中水设施建设管理试行办法已经对小区生活污水回用提出了明确的要求,要求现有和新建小区必须配建污水回用设施2 。小区生活污水回用尽管规模比较小,且分散,对运行管理带来一定的难度。但由于小区生活污水就近处理并回用,水源稳定可靠,可减少供水管网的压力,同时也缓解了城市下水管网和污水处理设施的压力;且对于水资源匮乏也有一定的缓解。小区生活污水回用技术正逐步成为污水处理的一个重要方向。小区污水处理技术探讨 随着国家经济的飞速发展，城市规模不断向周围扩展。在众多城市的边缘地区以及旅游景区出现了新的建筑小区，有宾馆、住宅、学校、休闲娱乐设施、医院等。由于这些小区没有市政管网，有的虽然在市政管网规划范围内，但因市政污水处理滞后于城市的发展，在短期内还无法建设完整的市政系统。有的小区远离城市，今后也不可能排入市政污水处理厂。小区的污水都就近排入地面水体，污染了周围环境，特别是有些旅游景点，地面水体水质恶化，与周围环境极不协调，人民群众要求治理的呼声越来越高。与此同时，各地环境部门加大了对小区污水污染治理的力度，一般要求进行二级处理，多数要求达到国家污水排放标准中的一级标准。小区污水治理存在着较大的市场。小区污水与市政污水如何区分，目前国内没有严格的定义，水量也没有具体规定。实际上，美国确定日处理水量在3800立方米/d以下为小区污水工程，前苏联确定为1400立方米/d以下。笔者认为我国宜将小区污水量的界限确定在10000/d以下为宜。小区污水的治理不是一个权宜之计，它将长期与城市大型污水厂并存。即使在许多发达国家，小区污水处理厂处理污水的总量也超过城市大型污水厂的污水总量。如按污水处理厂的数量比较，小型污水处理厂的数量占有绝对多数，因此对小型污水的治理应予以足够的重视，其治理技术也应认真探讨。小区污水处理与市政污水处理虽然都是生活污水，水质上没有太大区别，但小区处理与市政处理还是有很多不同之处。在小区污水处理工程设计时，必须认真考虑。首先是水量、水质变化较大。有的小区住居成员比较单一，几乎全是同一个单位的，上班、下班非常集中，用水量时变化系数很大。有的小区还有一些工业企业，间断排放，形成水质、水量的冲击。 其次，小区污水处理工程大多没有专门的污水处理专业人员，对处理工艺原理了解甚少，对运行过程中出现的问题，不知如何处理。第三是管理人员流动性较大。不少小区污水处理工程没有长期固定的管理人员，更换比较频繁，例如部队的污水工作操作人员，多数一、两年就更换一次，操作手往往刚刚熟悉设备的操作程序就换人了。由于频繁的变动，在岗的人员也多没有长期打算，不安心本职工作，更谈不到钻研业务技术，操作手普遍技术水平较低，不少人连简单的机械故障都不会排除。第四，不少小区在建设初期没有考虑污水治理，没有污水处理工程的规划位置。污水处理工程只能根据已有场地的情况，在总排水口的附近见缝插针。不少单位能提供使用的场地较小。 第五，各个小区都有自己的建筑风格，污水处理建筑也必须与周围环境相协调。特别是有的小区污水处理设施必须建在小区显眼的部位，更应注意。第六，小区内水处理设施往往离建筑物及人员活动的部位较近，必须尽力减轻污水处理机械噪音及散发的异味对环境的影响。第七，小区污水处理多为小区所属单位自筹资金，一般资金总额有限，使用者对初投资及运行成本都十分关心。笔者认为在选择小区污水治理方案时，应考虑小区污水处理的特点。选择的工艺应具备： 1处理工艺成熟、可靠，工艺流程简单，所需设备及管道少，所选用的设备应是通用设备；2主要设计参数选用应留有一定余地，适应水质、水量变化较大的冲击；3维护工作量要小，选用设备的操作与控制要简单，易被操作手掌握，维修技术水平要求较低，以便适应管理人员、专业知识水平较低人员更换较为频繁的特点；4尽量采用一体化组合式构筑物或设备。这种一体化工艺可将各个处理单元组合在一起，各单元之间仅用一道隔墙（或隔板）分开。在隔墙上设孔口，就可实现相邻单元的连接，各单元左右或上下交错排列，构成一体。具有占地面积小，连接管道少，操作简单，初投资及运行费用较低等优点；5尽量采用埋地式或半地下式的形式，将污水处理站全部或大部分埋置在地下，上面种草绿化。全地埋式的可设置在小区规划的绿地内或道路上，不影响小区景观，也不占用原建筑物规划用地。目前小区污水处理治理形式较多，大多采用工厂生产的埋地式设备，基本上是八十年代根据国外设备仿造的，其工艺为传统的生物接触氧化法：污水一沉池生物接触氧化池二沉池消毒池排放。鼓风机鼓风，所有设备均设置在地下，九十年代初风行一时，对小区污水治理起到了积极作用，但也暴露了一些问题：1填料容积负荷偏高，设备总容积较小，经受不了水质、水量变化的冲击，造成出水水质不达标；2填料、斜管等器材使用年限一般是35年，如不更换将影响污水处理效果。但器材都填装在地下设备内，更换时要排空设备内的污水及污泥，空间狭小，环境很差，维护较困难；3鼓风机，消毒设备等全部安装在地下设备内，设备内湿度较大，通风不好，容易造成设备腐蚀且维修也不便，至使部分设备不能正常运转。 小区污水与市政污水没有太大区别。从工艺原理上讲，凡是适合处理市政污水的工艺，用在小区污水处理时，水质是可以达到排放标准的。但在选用小区污水方案时，必须从小区污水处理的特点出发，选用适用的技术工艺。小区污水的主要污染物是有机物。目前，国内外经济适用的方法主要是生物法。在生物法中活性污泥法占绝大多数。活性污泥法有多种形式，应用最广泛的有五种：1传统活性污泥法，一沉曝气二沉。其中二沉设有污泥回流；2传统形式改进型，A/O与A2/O。A/O法有两种，一是用于降磷的厌氧好氧工艺，一是用于降氮的缺氧好氧工艺。A2/O法则是即除氮又除磷的工艺；3氧化沟，又称循环曝气池，类似活性污泥的延时曝气法，近年来我国中小城市污水处理厂采用这一工艺较多。特别是一体化氧化沟，它不设初沉池、二沉池，处理设施大大简化。氧化沟具有传统活性污泥法的特点，有机物去除率高，也具有脱氮功能。氧化沟这种高效、简单的特点，适合小区污水处理。但氧化沟不宜采用地下式，占地也较大，与小区周围环境也难协调，限制了这种工艺在小区污水处理中的应用；4SBR工艺，间歇式活性污泥法。它的前身是充排式反应池。由于操作敏琐，限制了它的发展。近年来，随着自动化控制器材可靠性的提高，蓬勃发展起来。它的基本特点是在一个池子中完成污水的生化反应、沉淀、排水、排泥。SBR工艺具有一些优于传统活性污泥法的特征：（1）SBR工艺运行简单，基本实现无需搬运操作，进水、曝气、沉淀、排水、闲置五道程序可由一台小型的PLC实现程序控制，运行的程序也可根据水质变化情况重新编排。使本来十分繁琐的操作变成全自动运行；（2）造价低，占地少，不设置一沉池、二沉池，没有污泥回流系统，多数情况下也可不设调节池，因此可减少占地，降低造价； （3）耐冲击负荷。污水逐渐进入池内，被池内的水缓慢稀释，污水与原池内的水的比例是逐渐提高的，所以耐水质变化的冲击；（4）出水水质好。池内水沉淀时是在水平流速为零的理想静止状态下沉淀，沉淀效果好。池内溶解氧值交替变化。沉淀排水时，溶解氧接近零，抑制了丝状菌的生长，污泥沉淀性能好；（5）能耗低。由于池内溶解氧的交替变化，使溶解氧浓度梯度大，提高了氧的利用率。没有污泥回流系统，节省了能耗，降低了运行费用；（6）除磷脱氮。一个运行周期内，厌氧、兼氧、好氧交替变化，在一个池内实现了除磷脱氮。5改进型SBR工艺。SBR工艺变种有多种形式，比较典型的有间歇式循环曝气活性污泥法（简称ICEAS法），连续曝气和间歇曝气相结合的活性污泥法（简称DATIAT法），三池连体型前部连续曝气和后部交替曝气相结合的活性污泥法（简称UNITANK法）。以上几种改进型的SBR工艺都有其特点。当前国内都有应用的实例。这里主要介绍周期循环活性污泥法（简称CASS法）。CASS工艺是SBR工艺的改进形式之一，它除了具有SBR工艺所具有特点外，又优于SBR工艺。我们从1994年开始对这种工艺进行研究，并成功的将它应用在北京航天城污水处理厂、北京朗迅光缆公司污水站、北京房山石楼污水站、南京师大附中污水站等十多处，COD、BOD去除率都达到了90以上。CASS工艺的反应池用一道隔墙分为生物选择区和主反应区。在生物选择区内，微生物通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中的大部分可溶性有机物，经过一个高负荷的基质快速积累过程，这对进水水质、水量、PH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用。随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解过程。CASS工艺为连续进水。SBR工艺即使在小水量时，也需设置不少于两个独立运行的SBR池，以便在一个池子停止进水时，另一个池子接受集水池提升泵输出的污水，否则就得设置池容较大的调节池。而CASS可实现连续进水，污水量较小时只需设置一个池子即可运行，省去了污水流量随时间变化分配的自动控制阀门，只设一台滗水器，池子结构形式也更为简单。生物选择区与主反应区一墙相隔，只是在池底设置一定数量的孔口相互连接，两个区的水面标高相等。生物选择区容积设计为总容积的2025，池长宽比多采用5:14:1，一个周期的排水量为总容积的3040，排水时间一般为1小时，一周期为48小时，在排水时进入生物选择区的污水量只占到生物选择区总容积的1530，排水时池内水平流速极小，水流较稳定，池长宽比又较大，所以排水时连续进水并不影响排出水水质。滗水机是CASS工艺的主要设备之一。国外产品价格昂贵。我们自行研制的PL型旋转式滗水机已生产了数十台，已成功应用于工程。这种滗水机省去了在池内建排水井，用双曲环状橡胶软管代替进口设备上的旋转接头，结构简单、实用，价格也比进口设备便宜很多。曝气方式的选择。 CASS工艺曝气方式常用鼓风机曝气及潜水曝气两种方式。鼓风曝气系统