提高污水处理厂(站)出水水质标准可行性与政策措施研究.pdf

河流主题“流域行业点源水污染控制技术”研讨会论文集提高污水处理厂(站)出水水质标准可行性与政策措施研究顾永钢拳，王培京，何刚，廖日红北京市水利科学研究所(北京市海淀区车公庄西路2 1 号)，北京1 0 0 0 4 8摘要：本研究基于污水处理厂出水不达标或达不到排放水体功能要求现状，根据温榆河水体功能要求，研究现有污水处理厂优化改造或增加深度处理提高出水水质标准的可行性，以提出相应技术方案，及其投资、运营维护和监管政策，保障污水处理厂退水达到水体环境功能要求，提高水资源的利用率，这对改善水质、保护水环境、提升水系景观和促进经济发展具有重要现实意义关键词：污水处理厂，水质提升，工艺选择，政策措施S t u d yo na v a i l a b i l i t ya n de n s u r em e a s u r ea b o u ti m p r o v i n gD i s c h a r g eS t a n d a r d so fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tG uY o n g g a n g,肠增P e i j i n g,H e g a n g,L i a oR i h o n gB e i j i n gH y d r a u l i cR e s e a r c hI n s t i t u t e,B e i j i n g1 0 0 0 4 8A b s t r a c t：T h eR e s e a r c hb a s e dO i lt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fD i s c h a r g eS t a n d a r d so fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tt h a tc o u l dn o tc o n t e n tw i t hf u n c t i o no nt h ew a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yo fw e n y ur i v e r,S t u d yo na v a i l a b i l i t ya n de n s u r em e a s u r ea b o u ti m p r o v i n gD i s c h a r g eS t a n d a r d so fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t,t oe n s u r eD i s c h a r g eo fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tt h a tc o n t e n tw i t hf u n c t i o nO i lt h ew a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y,w h i l ei m p r o v i n gw a t e rr e s o u r c e su t i l i z a t i o n R e a l i s t i cm e a n i n gw h i c hi si m p r o v e m e n to fw a t e rq u a l i t y,w a t e re n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n，i m p r o v i n gw a t e rl a n d s c a p ea n db o o m i n ge c o n o m y K e y w o r d s：w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t；i m p r o v e m e n to fw a t e rq u a l i t y；t e c h n o l o g yt r e a t m e n tS e l e c t i o n；e n s u r em e a s u r el 项目背景及必要性北京市的水资源紧缺形势日趋严峻。北京市域范围内可开发利用的水资源大部分已开发利用，新增水源已相当困难。同时南水北调引水进京规划延后五年，这使原本水库蓄水不足、地下水位下降的首都水资源承载能力经受着前所未有的压力。温榆河属于北运河水系，目前流域污水处理率不足6 0，现有污水厂是执行北京市排放标准(试行)中的二级和一级B 标准，因各污水处理厂工艺结构组成和运行工况等存在一定差异，脱氮除磷效果不稳定达不到设计标准。对污水处理厂二级出水进行深度处理后回用于城市杂用，要达到要求出水指标，现有工艺很难有较好的脱氮除磷效果【1 1；流域补水水源基本上是以污水处理厂退水水源为主，现行的污水处理厂排放标准不满足河流水体功能要求的水质，通过污水处理设施消减污染物排放总量的能力需要通过设施改造提升出水水质，才可能进一步消减污染物排放总量，污水厂升级改造后的优质再生水可以作为河湖景观、工业冷却、园林绿化、市政杂用等领域的优质水源，将极大的改善温榆河水体环境质量。因此在温榆河水环境容量的规划要求下，急需对现有的污水处理厂进行升级改造，污水处理厂升级改造后出水水质的提高可以大大缓解水资源严重短缺的局面。9 1 第一*柬减捧清洁屯产技术2 满足水体功能要求的污水处理厂出水水质标准2 1 污水处理厂排放及地寰水环境质量标准温榆河是北京市重要的战略备用水源地，对水质目标要求较高其 河污水必须达到景观环境用水标准新建污水处理厂 河污水应达到城镇污水处理厂污染物捧放标准G B l 8 9 1 8-2 0 0 2级A 标准，下表1 列出了国家标准，北京市地方标准以及地表水环境类标准主要项目控制指标。寰I 基本控制项目最高允许排放浓度(日均值)(单位：r q 酣)序号基；旨制国家标准北京市地方标准地表水环境质量标准一级标准磊蓬一级标准磊辇A 标准B 标准A 标准B 标准类1C O D5 06 01 0 01 55 06 03 02B O 风1 02 03 0501 52 063S S1 02 03 01 03 05 04总氮1 52 01 52 0155氧氯5(8)8(1 5)2 5(3 0)2 05 01 0152 2 藏域水环境窖分析根据温榆河水体功能要求，温榆河鲁疃闸以上河道水体为地表水类，鲁疃闸至北关闸为V 类水体，首先流域内的污染源主要为未经处理的污水和污水厂的退水。温榆河干流和支流的水质污染严重的情况与流域内的点源污染有极大的关系。温榆 可流域污水排放总量达4 87 9 万m J 从污水处理厂(站)退水量达7 7 9 万m J m，进入温榆河干支流的污水及污水厂(站)退水总量达1 2 6 7 万一m。圈la 榆河流域水系组成示意圈由于实际入河的C O D c，氨氪分别为入河的排污口污水和面源污染贡献。根据清华大学对温榆河北关闸断面的计算数据分析，不论何种水平年，面源污染物输出量对全流域污染的贡献比例均不大约在08 6 89 4；从径流量上看即使雨水比较充沛的丰水年降雨产生的径流也只是基本与污水量持平，因此温榆河中的污染绝大部分由点源产生，面源产生的污染在温榆河流域中只占很小的比例。根据点源面源污染物分析，得出温河流主题“流域行业点源水污染控制技术”研讨会论文集主要支流水环境容量(吨)C O D c，氨氮点源实际入河(吨)C O D c r氨氮面源实际入河(吨)C O D C r氨氮2 3 满足水体功能要求的污水处理厂排放标准鉴于温榆河对于北京宜居城市建设的重要性和再生水回用景观环境用水的水质要求，假定所有入河污水(包括部分污水处理厂、站退水)达到城镇污水处理厂污染物排放标准G B l 8 9 1 8-2 0 0 2 一级A 标准，考虑C O D c r 和氨氮指标并加入面源污染负荷入河量，得出满足水体功能要求指标的污水厂排放标准：温榆河流域应重点对现有的清污水处理厂、北小河污水处理厂、酒仙桥污水处理厂、朝阳机场污水处理厂、北京顺义李桥污水厂、昌平污水处理中心6 座大型污水处理厂提标改造，出水应达到地表水类，新建2 4 座污水处理厂，出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准G B l 8 9 1 8-2 0 0 2 一级A 或地表水类标准。3 污水处理厂升级改造组合工艺当现有的许多处理厂的陈旧工艺设备已不能满足不断提高的水质标准及回用水要求，在原有处理设施上进行改造使其具有更优的处理效果是一种行之有效的方法。但由于各污水处理厂的进水水质、选用工艺和实际出水水质等方面存在不同程度的差距，单一的的水处理方法已无法满足以再生回用为目的的污水深度处理要求，因此，在对温榆河流域污水处理厂进行现状分析的情况下，需要以高效除磷脱氮、膜生物反应器、微滤膜、反渗透、化学絮凝、沉淀过滤、生物过滤等单元技术为核心，通过不同的组合方式，将现有的成熟技术最大程度地整合，研究开发一些突破传统工艺的新型工艺和组合，来进一步改善和提高出水水质，使污水处理厂出水水质满足地表水类标准。3 1 传统活性污泥二级处理工艺改造(1)混凝沉淀一生物曝气(生物活性炭)一膜分离(超滤反渗透)一消毒此法适合于氨氮含量较高的二级出水，已有研究结果表明，在试验条件下，进水氨氮 1 0m g L 时，组合工艺出水的氨氮 1 0m g L，亚硝酸盐氮 O 1m g L t 2 j。研究还表明，中空膜可以应用于混凝沉淀一生物曝气一超滤工艺中，而且P A C 的投加有利于膜水通量的提高。(2)曝气生物流化床(A B F T)一超滤一消毒9 3 第一部分节水减排清洁生产技术对于污水厂原有处理设施为传统活性污泥二级处理工艺的情况，以在原有处理设施上进行改造的指导思想下，考虑其原出水水质各项指标均较差的情况下，应增设具有较强C O D、T N、T P 和氨氮污染物去除效果的工艺方案。将传统活性污泥法与生物膜法相结合组成曝气生物流化床(A B F T)是其中一种较好的选择，即投加高效微生物载体，载体材料表面所生长的生物量最高达到3 5g L，是传统活性污泥法的1 0 倍【3 1。附着在载体材料表面的微生物的内部存在厌氧区，故而可以在同一个反应器中同时发生碳氧化、硝化和反硝化的作用。(3)膜生物反应器(M B R)一臭氧工艺将传统的活性污泥生化处理技术与超滤或微滤相结合的膜生物反应器(M B R)是另一种较为适宜的工艺，且易于改造。其原理是以膜分离过程取代重力沉降过程，既可轻易完成固液分离过程，还可以避免因生物体流失而造成的系统失效。它利用了膜分离的选择透过性与高效性，又利用了生物处理的有效性及彻底性，使有机物深度氧化，还同时可以硝化、反硝化脱氮。当污水中B O D 5、C O D c r 的含量为1 0 0 0m g L 以上时，出水B O D 5、C O D c r的含量仅为1 0 m g L，可以达到回用水标准。3 2 延时曝气活性污泥工艺氧化沟工艺对有机污染物(C O D)的处理效果良好，并可以在一定的运行条件下进行脱氮除磷。出水的C O D 基本在3 0 4 0 m g L，与地表水环境质量标准相差幅度较小，出水氮磷浓度也相对较低，总体上出水水质良好。考虑到上述条件，故而可选用一些传统、简单、经济可行的深度处理工艺方案。(1)絮凝一沉淀一膜分离一臭氧工艺生活污水经二级生化处理以后，有机物负荷通常较低，水中残留的有机物大多是难生物降解的有机物，絮凝一沉淀一过滤后对于深度处理进水中的各项污染物均有一定程度的去除效果，之后经臭氧化学强氧化后，具有消毒、脱色、去味的功能，对一些微量有机物也能氧化去除，且无明显副产物产生，是一种综合性的处理手段，这是其他工艺无法比拟的1 4 J。(2)臭氧一超滤或微滤一消毒采用臭氧氧化作为膜处理的预处理工艺，臭氧能将溶解性的铁和锰氧化，生成胶体并通过膜分离加以去除，因而可以提高铁锰的去除率，此外，臭氧氧化可以去除异臭味。(3)活性炭吸附或氧化铁微粒过滤一超滤或微滤一消毒将粉末活性炭(P A C)与超滤(u F)或微滤(M F)联用，P A C 可有效吸附水中低分子量的有机物，使溶解性有机物转移至固相，再利用M F 和U F 膜截留去除微粒的特性，可将低分子量的有机物从水中去除，更重要的是，P A C 还可有效地防止膜污染。氧化铁微粒的作用和P A C 一样，积累在膜表面，起了一种保护膜的作用。这层膜既可使膜本身免遭污染，反冲洗时又容易将有机物洗脱，使透水量恢复。P A C 粒径范围一般在1 0-5 0 0 m，大于膜孔径几个数量级，因而不会堵塞膜孔隙。3 3 A 2 o 工艺A 2 O 处理工艺其运行状况和出水水质总体而言也是比较好的。但氮磷去除效果不是很好，为达到更高出水水质标准，建议采用传统和新型相结合的工艺方案。(1)砂滤一臭氧一B A F 工艺将二级出水首先经过砂滤处理后，再经过臭氧预氧化，提高其微生物处理活性，最后经曝气生物滤池的深度处理，使得水质进一步被净化。在采用曝气生物滤池处理工艺时，可根据其处理对象的不同设计不同的工艺流程，分别达到针对有机物、氮和磷的高效去除9 4 流 题“流域行点潍水*染控制技$”研 会*t 4目的。(2)混凝一砂滤一臭氧一生物活性炭滤池(B A C)经0 3-B A C 工艺处理的出水水质很好 对氧化过程中形成的可生物降解的溶解性有机物(B D O C)、D O C，包括可能转变为毒害物的溶解性有机物、臭氧化产物、台成有机化合物(如杀虫剂)，产生臭味的化合物盈氮的去赊均f 一分有效。B A C 技术由于提高了避水的可生化性，从而提高了有机物的去除率。(3)臭氧生物活性炭过滤(B A C)一微滤一消毒将生物膜处理和膜分离组台进行试验。结果表明，生物膜处理无助十出求水质的提高 q与直接膜过滤相比，能缓解透水通量的下降。4 满足水体功能要求的处理成本4 1 已建污水处理厂改造经济分薪传统的城市污水回用深度处理贽用一般需要在二级处理贽用上增加0 7 0 l1 0 元帅1，按照组台方式进行桉算，现有污水处理厂全面升级后并实行满负荷运行年新增成本38 0 亿元，折台12 7 1 元，。加上已经建成2 0 万一m 再生水深度处理厂的成本费用，年新增成本09 2 亿元，年成本费用合计为47 2 亿元折合l2 6 97 n m 3。新建的污水处理厂直接处理到一级A 标准或地表水粪标准，年运行成本新增22 2 亿元。聃“升柱a 违垮晰费可黼*林厂遥目女毋4”图3 流域现自W m r#费月圈4 流域日建污水厂改造及再水r 运行女月囝5 流域新建W 生水r 增的运行费用蛳咖|毫咖瑚咖o1 _ I M罴M蔷一j 品mi=I舸w籼柳猢啪惭洲。图f i羔蕊：三!而1 三丽一=】!磊一鬲。匿盟|_ 藿一一扩_生丽Jk第一部分节水减排清洁生产技术5 污水处理厂升级改造运营政策5 1 投资政策城市污水深度改造再生所需投资巨大、建设运营周期长漏榆河流域根据深度处理再生水设施性质，制定政府投资补助标准。污水厂升级改造所需资金原则上维持现行再生水投资政策不变，由市发改委统筹安排，市政府投资与企业自筹各占5 0；郊区划入城市水源地保护区的集中处理再生水设施建设，由市政府全额投资；郊区新城集中处理再生水设施建设，市政府投资安排5 0，区县自筹5 0；农村重点建设小型污水处理设施，由市政府投资安排6 0，区县自筹4 0。城市固定输水管线，主干线建设由市政府全额安排投资；支线建设投资全部由再生水企业自筹；户线建设投资全部由再生水用户承担。5 2 增加成本补偿政策温榆河流域污水厂升级改造后，既满足了污水达标排放，又实现了节能减排目标，更重要的是为全市新增了优质的水资源，设施成本费用应该由污水处理费和其它专项资金共同承担。建议按照补偿运行维护成本并合理盈利的原则重新核定处理成本，以推动再生水事业健康持续发展。企业自筹的资金按照税后利润归还贷款本金的原则测算，年需产生利润0“亿元。折合O 1 4 元m 3，净资产利润率3 1 4(不含污水收集、污泥处置和再生水输配供应的净资产)，因此政府应给深度改造企业每方水补偿O 1 4 元。同时可以通过环境外部成本补偿机制计算提标改造污水厂水污染补偿费用。以需要提标改造的4 7 万m 3 d 的清河污水厂为例，如果污水厂由原来的一级B 处理提标到地表水类，氨氮含量削减6 5m g l，C O D。削减2 0m g 1，污水厂消减的污染物排放量相当于减少排放了4 7 万m 3 d 的污水，政府应补偿污水厂提标改造的运行费用0 1 0 元m 3。不同计算方法计算出的吨水补偿费用有着一定的差异，因此政府应开展更细致的研究，分析多种补偿方式的合理性，确保提标改造企业的正常运行。5 3 监督激励政策政府管制部门必须切实采取措施加强对温榆河流域污水再生的安全性监督，确保出水水质达标，加强对再生水源进行日常监测(包括污染物检测以及健康、安全测试)，定期对污水再生处理系统的稳定性进行评价，在再生水使用地区进行分散式监测。政府应制定日常运营监管办法，建立奖励与处罚相结合的机制，建立再生水利用监督检查、责任考核和责任追究制度，建立举报机制和公示制度，对不按规定使用再生水的责任单位公开曝光，并依据有关法规予以处罚。应尽快完善再生水使用方面的规范、标准等，建立再生水利用安全评价体系，加强监督。参考文献【l】王佳伟，周军，甘一萍，等北京高碑店污水厂升级改造及污水资源化利用工程方案分析 A 见：2 0 0 8 奥运水处理新技术新工艺应用汇编【c】北京：水工业市场，2 0 0 9，0 3(1)：4 8 5 0【2】杨彩风，李震，郭志毅，等膜生物反应器在污水厂中水回用中的应用l-J 上海水务，2 0 0 7，0 6(2 3)3】钱伯章；治理高氨氮废水的曝气生物流化床技术(A B F T)r J l 水处理技术，2 0 0 8，0 8 4】刘夏伊奥运城镇污水再生水厂技术发展及案例介绍 A 见：2 0 0 8 奥运水处理新技术新工艺应用汇编 C】北京：水工业市场，2 0 0 9，0 3(i)：3 5 9 6 提高污水处理厂(站)出水水质标准可行性与政策措施研究提高污水处理厂(站)出水水质标准可行性与政策措施研究作者：顾永钢，王培京，何刚，廖日红作者单位：北京市水利科学研究所(北京市海淀区车公庄西路21号)，北京 100048 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.彭国敏.唐伟.PENG Guo-ming.TANG Wei 城镇污水处理厂工艺改造及运行调控技术的探讨期刊论文-能源环境保护2010,24(5)2.辽宁省城镇污水处理工作情况会议论文-20103.黄华.HUANG Hua 生物接触氧化技术在洗罐站污水处理中的运用期刊论文-铁道运营技术2011,17(2)4.赵辉 浅析中水回用技术及实施对策期刊论文-治淮2008(6)5.朱浩杰.郑勇杰.赵燎原 慈溪城市污水深度处理及中水回用会议论文-20056.王晓凤.金桂琴.贺晓庆.黄俊雄.杜桂森.吴璟宜.WANG Xiaofeng.JINGuiqin.HE Xiaoqing.HUANG Junxiong.DUGuisen.WU Jingyi 北运河(通州段)浮游植物群落与水体营养状况分析期刊论文-世界科技研究与发展2011,33(5)7.綦中跃.王景仕.顾华.QI Zhong-yue.WANG Jing-shi.GU Hua 水利计量认证对北京水务事业的技术支撑期刊论文-北京水务2011(2)8.胡秀琳.张岚 电流法与电位法滴定氯的比较期刊论文-中国卫生检验杂志2002,12(4)9.孙颖.陈肇和.李其军.唐春玲 城市防洪与水资源管理会议论文-199910.长沙市污水收集处理工作情况会议论文-2010 本文链接：http:/