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污水处理技术应成为当前我国规划与建设中的突出目标

随着全国中小发展步伐的加快,大批的市政污水处理设施将陆续兴建,突出环保理念,充分吸收和应用的,污水处理技术应成为当前我国规划与建设中的突出目标:

1 污水处理厂发展动态

随着国民经济持续、稳定的发展,近年来我国的水务市场正以7%~8%的年平均速度快速增长。但同时,城镇污水处理问题也日益凸显。据《2002年中国环境状况公报》报道,2002年全国城镇污、排放总量约为439.5×108 m3,其中,污水占总排放量的52.9%。为解决这一问题,我国己先后建设452座污水处理厂,其中出水为二、三级水平的污水处理厂有307座。即便如此,污水的处理率也仅达到36.5%。

“十五”期间,预计将增加污水处理量2 600×104 m3/d。根据建设部、总局、科技部发布的《城市污水处理及防治技术政策》规定,2005年城市污水处理率应达到45%,50万人以上的城市达到60%;到2010年,所有城市的污水处理率不得低于60%,直辖市、省会城市以及风景旅游城市不得低于70%。为了实现这个目标,需新增污水处理能力:(5 000~6 000)×104 m3/d,所需建设投资约2 000~3 000亿元(不包括运行费用)。如果对全国县级以上城市的市政污水进行处理,全国将有超过1 000座的城市污水处理厂待建。

2 污水处理厂对周遍环境的污染

毫无疑问,污水处理厂在改善城市环境、节约水资源、提高居民质量方面发挥了巨大的作用,成为市政和环保工作的重要组成部分。但由于其自身的特殊性,绝大多数污水处理厂在改善城市环境的同时,又成为新的污染源,对周遍环境造成不同程度的污染。主要表现为恶臭、噪声、污泥和出水不能达到GB 8978-1996二级排放标准四个方面。

2.1 恶臭

污水处理厂产生恶臭的污染源主要在进水部分和污泥处理部分,即格栅间、贮泥池、污泥浓缩池、脱水机房以及曝气池等。恶臭的主要成分是氨气、硫化氢、甲硫醇、VFAs、VOCs、细菌和大肠菌。污水及污泥中的恶臭物质向大气扩散受到诸多因素的影响,如水温、水质、处理工艺、污泥龄、周遍建筑物的密度及气象条件等。表1列出了《恶臭污染物排放标准》(GB14554—93)中对恶臭污染物做出的厂界标准值。表2是对天津市纪庄子污水处理厂恶臭污染的检测结果。

表1 恶臭污染物厂界标准值

项目 标准 二级标准 A类 B类

臭气浓度 10 20 30

注:①表中臭气浓度为无量纲的指标。②新建污水厂应满足标准的要求,改扩建污水厂应满足二级标准A类要求,现有污水厂应满足二级标准B类要求。

表2 天津市纪庄子污水处理厂恶臭污染物监测结果

源点 硫化氢(mg/m3) 氨(mg/m3) 甲硫醇(mg/m3) 臭气浓度

普通曝气池 0.222 0.479 0.084 570

储泥池 30.95 0.312 0.347 6500

脱水机房 52.72 0.475 0.495 20000

由表1、2可见,以天津市纪庄子污水处理厂为例,曝气池、储泥池和脱水机房周遍的臭气浓度比《恶臭污染物排放标准》中的标准值高19~667倍(虽然厂界处的臭气浓度比构筑物周遍的臭气浓度低,但仍远高于标准值)。这不仅影响了周遍居民的生活,而且对污水处理厂工作人员的身体危害较大。

2.2 噪声

污水处理厂的主要是在污水处理过程中、管道和水流所产生的。噪声对人体的危害是多方面的,尤其是对听觉器官的损伤,长期在强噪声环境下工作可能导致噪声性耳聋。此外,噪声对人体中枢神经系统、植物神经及心血管系统方面的损害也非常严重。一些已建成的污水处理厂由于缺乏足够的噪声隔离设施或是生产设备老化,导致不同程度的噪声超标。

以隔音设施改造前的济南市污水处理厂为例。该厂采用射流曝气污泥法的处理工艺,风机房预留9台罗茨风机的位置,一期工程先安装2台(风压:73 kPa,风量:112 m3/min,转速:960 r/min,配套电机功率183 kW)。在对隔音设施改造前,厂区噪声严重超标,风机房内噪声平均值达118.8 dB,曝气池靠近送风道处的噪声达111.6 dB,风机房相邻西厂界的噪声达75.5 dB,超过所在区域厂界噪声标准值(夜间)30.5 dB。[2]这种因机械运转而产生的持续性噪声,对厂区工作人员和周遍居民的危害很大。

2.3 污泥

自1887年英国伦敦建成世界上一个污水处理厂以来,全球性的污水处理业就迅猛发展,与此同时也产生了新的—污泥。在污水处理过程中,产生的污泥约为污水处理量的1%~2%。目前我国的污泥产量约为113.6×106 t/年。污水处理厂污泥的来源主要有:格栅间截流的悬浮物、生物处理工艺产生的污泥、投加化学药剂产生的化学污泥、深度处理时过滤等工艺所产生的污泥以及沉砂池、初沉池和二沉池的沉后污泥。污泥中有大量的病原菌、寄生虫(卵)、有机污染物和重金属等有害成份,易腐烂并产生恶臭。目前我国处理污泥的主要方法是运到郊外露天堆放或简单的填埋,仅对少量污泥进行焚烧、堆肥或生物处理。

2.4 出水不达标

目前,污水处理厂出水能够达到二级排放标准的仅为50%,另一半污水则未经有效的处理便排入水体。究其原因,主要是①某些污水处理厂年久失修,处理构筑物无法达到设计要求的处理效果;②流程中某个构筑物发生故障,须使用超越管暂时将污水直接排入水体;③原水与设计时的水质有明显偏差,可生化性差。

污水处理厂对周遍环境的污染,不仅影响了居民的正常生活,而且在一定程度上制约了周遍地区的经济发展,对商业、房地产业、服务业的影响尤其明显。

3 对策研究及典型方案介绍

污水处理技术应成为当前我国规划与建设中的突出目标,污水处理的现代化是和城市的现代化同步进行的。我们过去建设污水处理厂时,通常是着重技术标、商务标,追求低投入,高收益。而现代城市的可持续发展不仅要求技术标、经济标,还要充分地考虑社会(指)标,即对社会及环境的影响。污水处理厂不是只运行一两年,而是要运行三、五十年,甚至更长。我们不能只看眼前的投资额和经济效益,要放眼未来。二十年前,不顾一切大规模砍伐树木成为致富的捷径,今天乱砍乱伐带来的严重后果有目共睹。我们不能让污水处理厂的建设重蹈覆辙。另外,污水处理厂也不是一个孤立的市政环保设施,它从建设之日起,就已经成为城市有机体的重要一环。

基于我国污水处理厂的发展现状及国内外已付诸实践的成功经验,可以通过以下几个途径建设污水处理厂,或是对已有的污水处理厂进行改造。

3.1 对恶臭和噪声的解决方案

3.1.1 方案一:建设花园式厂区

为减少恶臭和噪声对周遍环境的影响,设计规范规定污水处理厂与居民生活区的小距离为300 m。但随着城市的快速发展,城市的外延不断扩大,很多建在郊区的污水处理厂也逐渐被纳入市区的范围。

对于已建的污水处理厂,可以采用改进隔声罩设计、加消声器、控制管道噪声、提高房围护结构的隔声能力等措施减小噪声污染。防止恶臭污染的措施主要有①给池体加盖;②在敞口的和曝气池周遍设多处抽气及炭吸附设备;③延长曝气池中的污泥龄以减少恶臭污染物。另外,污水处理厂与其他建筑之间,应设置绿化隔离带,这既可以隔离噪声、吸收恶臭、净化空气。

植物可以吸收空气中的污染物,例如,地衣、臭椿、山楂、夹竹桃、丁香等吸收二氧化硫的能力较强;垂柳、拐枣、油茶有较强的吸收氟化物的能力;女贞、美人蕉、大叶黄等可吸收一定量的氯。水生植物中的水葫芦、浮萍、金鱼藻、黑藻等既能吸收水中的酚和氰化物,也可吸收汞、铅、镉、砷等重金属污染物。另外,植物叶片皱糙的表面和分泌的油脂可吸附粉尘。污染物被植物吸收后,有的被分为营养物质,有的形成络合物,从而降低了污染物的毒性。例如,当酚这种有害物质进入植物体后,其中的大部分参加糖代谢,与糖结合成酚糖苷,贮存于植物的细胞体内(对植物无害);另一部分形成游离酚,而后被多酚氧化酶和过氧化物酶氧化分,变成二氧化碳、水和其他的化合物,解除其毒性。一般情况下。

污水处理厂的出水可以作为景观用水。在污水处理厂旁建造一个人工湖,其出水直接排进湖内,该湖既可供游玩,又可作为净化塘,截留出水中的残余固体并使出水稳定化,这实际上起到了深度处理(三级处理)的功能。污水在湖内的停留时间为1~2 d,这样可限制藻类的生长。另外,湖内污泥的累积率很低,只需每年清理一次,降低了运行成本。

美国洛杉矶亥佰龙污水处理厂在易产生恶臭的各构筑物周遍(如格栅间、沉砂池、中间泵站、反应器、泥饼仓库等)架设了24个塔式(以次氯酸钠或氢氧化钠为填料)和17个炭塔,以达到净化空气,改善厂区空气质量的目的。

石家庄市桥西污水处理厂是我国花园式污水处理厂的典型。该厂处理规模:16×104 m3/d,总投资额:1.53亿元,厂区占地面积:14 hm2,绿化覆盖率为48%。厂区绿化以大面积的草坪为基调,配以高大的树木和低矮的绿篱灌木,以及典雅别致的假山、亭榭、长廊、藤架、彩灯和喷泉。此外还有柿子园、葡萄园、碧桃园、月季园,实现了三季有花,秋季有果。绿化布局错落有致。

3.1.2 方案二:建设全封闭的污水处理厂

目前对恶臭的主要处理方法有焚烧法、催化氧化法、化学吸附法、酸碱洗涤法、炭吸附法、土壤脱臭法、生物脱臭法等。而能否有效地收集臭气是解决恶臭污染问题的关键。建设全封闭污水处理厂,通过集气装置将其中的臭气收集,再经过适当的处理即可有效地防止恶臭污染。而将处理构筑物集中建在一个封闭的区域内,再增加相应的围护结构和隔声设施,则可有效地隔离噪声。

全封闭污水处理厂有两种类型,一种是将污水处理厂建在“室内”,其顶部可以修建花园、游乐场等设施;另一种是地下污水处理厂。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

3.1.2.1 “室内”污水处理厂

美国纽约的北河污水处理厂就很具有代表性。该厂位于寸土万金的纽约曼哈顿岛上,为节约空间,厂区建在一座大桥下面的滩涂上,并沿河岸向河床适度拓展。污水处理厂顶部建造了一座公园,公园内不仅绿树成荫,还有足球场、游泳池、滑冰场、竞技中心、场和餐馆等设施。该污水处理厂的主车间采用密封的方法,并向污水中充氧,大程度地防止了恶臭扩散。

3.1.2.2 地下污水处理厂

虽然地下设施的投资通常要高于地上设施,但在已高度开发和过分拥挤的区域,科学地利用地下空间无疑是对地上常规发展的可行性替代方案。在人们的印象中,高楼大厦、立交桥是现代化城市的标志,城市建设外延“摊饼”式扩张,多层式环城高架快速路、立交桥的建设成为一些城市发展的走向。随着发展,人们越来越意识到城市的包袱越背越重,相应的设施不配套,城市的美观及生态环境遭到破坏。特别是生活在钢筋水泥的狭窄空间中人们越来越感到很不舒服,对家园、回归自然的渴望越来越强烈。要做好城市规划,从长远着眼,做到科学、规范、美观、自然,将地下与地上空间的利用结合起来。国际上,土木工程界的预言,19世纪建桥,20世纪建高楼,21世纪利用地下空间。

地下空间的利用也可以分层,浅层可进行商业发展,适于居民活动;次浅层搞公共交通;深部建公共设施,例如污水处理厂、自来水厂等。瑞典的斯德哥尔摩市就有三座建在地下岩石中的污水处理厂,分别是HENRIKSDAL污水处理厂(处理规模:23×104 m3/d)、BROMMA污水处理厂(处理规模:14×104 m3/d)和LOUDDEN污水处理厂(处理规模:1×104 m3/d)。

建设地下污水厂既可消除噪声和恶臭污染,又不占用日益紧张的城市用地,不影响其地上空间的正常使用;另外还具有保持原水温度,有利于生化反应;厂内不需要修建雨水管道;若利用岩石作池壁,还可节省土建投资等优点。传统污水处理厂普遍存在的影响周遍居民生活,制约周遍房地产、商贸业发展的问题也就迎刃而解了。

3.2 对污泥和出水不达标的解决方案

污泥处理与处置的目的是减量化、稳定化、无害化和资源化。目前,主要的污泥处理(处置)方法有焚烧、填埋、填海和堆肥,比较常用的是堆肥法。因污泥中含有能促植物生长的氮、磷、钾、钙、硫、铁、镁、硼等矿物质,所以污泥是优良的肥料和土壤改良剂。但如何去除污泥中的重金属是亟待解决的问题,目前这方面的研究已很多,此处不再一一赘述。

解决污水处理厂出水不达标问题的主要途径是改进污水处理厂的工艺,尽量将处理构筑物改为并联+串联的混合方式连接,使之成为两套(甚至几套)既相对独立又互相联系的系统,若其中任何一个构筑物暂时停产,也对出水水质影响不大。

4 污水处理技术应成为当前我国规划与建设中的突出目标的理论思索

如何控制污水处理厂对周遍环境的污染不是一个孤立的技术问题,而是构建以人为本、实现可持续发展的重要一环。

①只有在不断实现科技创新的基础上追求、经济发展和提高人民群众生活质量的同步协调发展,才能在资源的有效利用和环保的长远建设上有所突破和作为。

对于设施陈旧的污水处理厂而言,建立在以人为本理念基础上的环保改造,不仅可以降低其对周遍环境的污染,而且可以变废为宝,利用其开阔的厂区建设园林化城市空间,拉动周遍地区经济、文化的发展。

②污水处理厂的规划与建设一定要立足于城市经济、文化的长远发展,避免以牺牲环保质量为代价的片面节省资金的短期行为。

在以往的污水处理厂建设中,这一问题颇为突出。本来是专门治理污染的,却又成为环境的破坏者。这就是领域的辩证法。随着全国中小城市发展步伐的加快,大批的市政污水处理设施将陆续兴建,突出环保理念,充分吸收和应用,应成为规划与建设中的突出目标。

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