城镇污水处理(厂)的运营管理问题与对策王洪臣.ppt

1,城镇污水处理（厂）运营管理问题与对策中国人民大学环境学院王洪臣二零零九年五月,一、污水处理（厂）的 历史、现状及未来趋势 二、现代污水处理厂及其效能 三、城镇污水处理（厂）的 运营问题分析及解决对策（一）污水收集系统的效率对污水处理厂效能的影响（二）污水处理工艺控制要点（三）污水处理工艺水质可达性讨论（四）污水处理运行的合理量化（五）运营的质量、成本与可靠性,3,一、污水处理（厂）的历史、现状及未来趋势,污水处理的几个发展阶段：管网收集-公共卫生 一级处理-清除淤泥 二级处理-治理黑臭 脱氮除磷-控制富营养化 全面执行96标准 全面执行2002标准的一级B 全面执行2002标准的一级A 深度处理-缺水地区开始规模化再生利用 2006年，修改（GB 18918-2002）标准为：城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时,执行一级标准的A标准,到2008年底：1530座城镇污水处理厂 8860万立方米/日的污水处理能力 能力率达到75%实际处理率超过了60%至五月份，处理能力已达9680万立方米/日 大大超过计划！九十年代制定的中国二十一世纪议程：计划2020年全国污水处理率为50%“十一五”计划：2010年形成8888万立方米/日的能力 能力率达到75%实际处理率超过了60%“十一五”计划预测“十二五”：2015年形成11888万立方米/日的能力 能力率达到90%实际处理率超过了75%,4,5,污水处理厂在水污染控制中的作用,自来水厂,水源,居民,工厂,污水处理厂,水体,排水管网,水环境质量标准,水源水质标准,6,社会用水,污水处理厂,水环境,下游,清洁水源,社会用水,污水处理厂,水环境,下游,清洁水源,随着水环境尺度的变小，对污水处理的要求越来越高,7,现代排水系统：全收集、全处理、全回用，参与水资源配置，是水循环的组成部分所谓的排放标准将直接与水环境质量标准接轨,污水处理的终极目标,目前，全国年污水发生量 700-800亿立方米，2025年将达到1100亿立方米，这些污水最终将通过20000-25000座污水处理厂全部处理到以下水质：COD Cr:20-25 mg/L 氨氮：1 mg/L 总磷:0.1 mg/L 总氮：5 mg/L 色度：15 倍 浊度：3 NTU 粪大肠杆菌：3 个/升 将从根本上扭转中国的水环境质量恶化的局面，缓解水资源紧缺矛盾，部分再现当年的水景壮观，实现水资源的可持续发展！,9,污水处理的工艺单元将增加、流程将延长,砂滤、微滤、超滤、曝气生物滤池、反硝化滤池、臭氧氧化,10,二、现代污水处理厂 及其效能 1.传统污水处理厂及其绩效管理,传统意义上，污水处理厂的职责是：将污水中的污染物进行一定程度的去除后，达标排放传统污水处理厂绩效管理的核心：污水处理量 出水达标率 设施设备完好率 单位处理成本 安全生产 现在状况：即使绩效评价结果很好，政府和公众仍不满意，“围墙内是优秀污水处理厂，围墙外不认可，公众更注重直观效果”，污水处理厂被提出更高的 要求。,11,二、现代污水处理厂 及其效能 2.对污水处理厂水质的新要求,污水处理厂被作为水污染控制中心：对水污染控制起决定作用，把最后一道关，因为水环境容量已经没有了。污水处理厂被作为水环境质量的主要提高者：水环境的体量减小，质量降低，污水处理厂出水的量和质直接决定着水环境的体量和质量。污水处理厂被作为新水源的提供者：用水量越来越大，水资源越来越少，既然处理了就不能只是简单排放，应进一步提高水质并大规模回用。,12,二、现代污水处理厂 及其效能 3.污水处理厂的公共安全职责,污水处理厂是公共卫生安全的重要保障：大规模传染疾病污水处理厂应保证上游排水系统内污水的正常收集与排除：不能造成管网顶托污水处理厂是城市防汛的最重要手段：雨水排出量远大于临时防汛设备,13,二、现代污水处理厂 及其效能 4.对污水处理厂的环保要求,传统意义上，污水处理厂理应“污”，二次污染在所难免，现代污水处理厂应：不排放恶臭气体；污泥应无害化处置；不产生噪声污染；安全卫生整洁；真正的花园式工厂,14,二、现代污水处理厂 及其效能 5.应成为“清洁生产”和“循环经济”的典范,污泥消化及沼气利用系统；污水水源热泵系统；污泥资源化；（深圳、北京等地已开始行业间争夺）厂内再生水利用 雨水收集利用，太阳能利（有场地条件）,15,二、现代污水处理厂 及其效能 6.污水处理厂是重要公共基础设施,基础设施主要是指关系到社会整体利益或长远利益的物质基础设施。公共设施是满足人们日常公共需求的设施。公共基础设施应持续稳定地处于正常运营状态，并具有随时应对超负荷运营的策略和准备。,16,二、现代污水处理厂 及其效能 7.现代污水处理厂及其绩效,能满足水环境质量的需要；能提供高品质的再生水；能对公共安全的保障发挥关键作用；能达到高标准的环保要求；能够资源再生利用，实现循环经济；能满足公共基础设施的要求，长期稳定运营；低运营成本。,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,(一）污水收集系统的效率对污水处理厂效能的影响排水体制（合流制的比例）、管网质量（渗入/渗出）、河水倒灌这三类因素决定着污水收集系统的效率污水收集系统的效率又严重影响污水处理厂的效能,17,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,关于运行的流量负荷率（2008年，72%）2004年，美国运行的城镇污水处理厂16,583座，总处理能力 46,438mgd(1.76亿立方米/日），实际处理量 33,657mgd(1.27亿立方米/日），负荷率72.5%与美国比较，中国污水处理厂的运行流量负荷率并不低关于运行的污染物负荷率（？）2004年，美国运行的城镇污水处理厂16,583座，入流污染负荷 CBOD5 为 29,925万吨/日，入流CBOD5平均浓度为235mg/L；2008年，中国污水处理厂平均入流 COD 为325mg/L,CBOD5 约为160mg/L。单位处理能力的污染物负荷：美国：29925/17600=1.7 0 吨CBOD5/万吨处理能力/日 中国：10213/8836=1.15 吨CBOD5/万吨处理能力/日产泥 美国：700*5/12700=7.5 吨污泥/万吨污水 中国：1600/6383=6.86（？）,18,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,提高污水收集效率增强污水处理厂入流浓度的空间 2005-2008年，全国平均 人均生活用水量 150-180 升/日 人均公建用水量 60-80 升/日 人均生产用水量 140-160 升/日 如不考虑工业废水的影响，人均日产COD按100克计，污水的 COD浓度应在400-500mg/L。目前，入流浓度为325mg/L。通过提高污水收集系统的效率，可望使污水处理厂入流COD浓度提高80-120mg/L。,19,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,提高污水收集效率的对策 本质上提高雨污分流：老城区分流困难 新建区分流不彻底 分流区的雨水系统不完善导致雨水借道污水 提高排水管网的质量：全国30万公里排水管网，完好率低于65%渗入/渗出问题严重 减少河水向管网倒灌：污水干线的下游一般低于河道水位，应加强安全溢流道的管理控制。河网地区尤应关注。,20,管道的损坏过程,地下管道在受到持续或冲击性负载影响时管道将出现裂缝。,地下水将从裂缝处渗入管内并带走周围的泥沙，失去侧面支承,管道将被逐渐压扁直至崩溃,管路因连接不良或接口处的橡皮圈老化将在接口处产生缝隙,地下水将管路周围的土壤带入管内。失去土壤支撑的管路将移动,管路失去原有的功能。严重时造成管道开裂，形成大面积塌方,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,22,6.美国的做法,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,23,6.美国的做法,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,24,6.美国的做法,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,25,6.美国的做法,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,(二）污水处理的工艺控制要点1.格栅的控制要点 过栅流速的控制：0.61.0m/s 太高:大块污物大量通过 太低:砂在渠道沉积污水提升泵站的控制原则 抽升量与来水量一致 控制好溢流 防止干运转 高水位运行 高水位节电 开停次数不宜过多 每台泵运行时间均匀,26,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,(二）污水处理的工艺控制要点沉砂池运行控制要点 定期观测除砂效果 设计规范0.2mm以上的砂95%被去除,实际出入很大 调整工况,提高除砂效率 平流沉砂池:水力停留时间与水平流速 曝气沉砂池:水力停留时间与旋流速度(曝气强度)涡流沉砂池:水力停留时间与浆板转速 沉砂池是运行难点 难测量、难控制，常异地沉砂,27,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,(二）污水处理的工艺控制要点4.渣砂对后续工艺的影响 初沉池：浮渣、排泥管堵塞、刮泥机缠绕与磨损 曝气池：浮渣、曝气系统堵塞、排空管堵塞 泥处理：机泵过度磨损、排泥管及泄空管堵塞、脱水机的磨损与堵塞,28,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,(二）污水处理的工艺控制要点5.初沉池运行控制要点 沉淀效果的评价：SS去除率是一个被动指标，不明显 观测出水可沉固体，应基本为零 SS去除率仅50%左右，而可沉固体去除率则应100%水力停留时间、水力表面负荷及堰上负荷 排泥控制：及时排；勤排少排；最好连续排；在保证不积泥的 前提下，通过少排提高污泥浓度，减小后续处理量,29,30,（二）污水处理工艺控制要点 6.生物处理系统控制要点 活性污泥法(Activated Sludge)活性 生物 对于有机物去除系统（BCR)，坚持四个足够：,足够的 生物活性(SOUR),足够的 生物量（MT）(或二池分配),足够的 曝气强度足够的 反应时间,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,31,（二）污水处理工艺控制要点 6.生物处理系统控制要点 通过四项控制实现四个足够：控制之一-排泥控制 排泥是生物处理系统最重要的操作 通过调整排泥量，改变系统内的生物量及其性能，提高生物处理系统的品质 只去除有机物时，F/M控制在0.150.25 SRT控制在58 对于BNR系统，F/M 和 SRT 视脱氮除磷深度要求,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,32,（二）污水处理工艺控制要点 6.生物处理系统控制要点 通过四项控制实现四个足够：控制之二-回流比控制 回流比不需经常调，但需设在最佳值 在确保二沉泥位不过半，将回流比调至最低；在低回流比下稳定运行，为处理厂应付大水量冲击提供了调整空间 绝大部分污水处理厂都在最大回流比下运行，是极不经济的，也是不合理的,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,33,（二）污水处理工艺控制要点 6.生物处理系统控制要点 通过四项控制实现四个足够：控制之三-泥水分离工况控制,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,提高污泥的沉降性能(SVI),控制三大负荷（水力、固体、堰流）（内匀和外匀）,改善流态（stormford挡板、异重流、死区、短流）,34,（二）污水处理工艺控制要点 6.生物处理系统控制要点 通过四项控制实现四个足够：控制之四-曝气系统的控制,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,实际供氧速率（量）=生化耗氧+维持需要的 DO 水平所需氧量 实际供气速率（量）=F（曝气器充氧性能，DO，水质）控制 DO 水平对 BNR 系统越来越重要 均匀与稳定:各池之间 每池各段之间按需稳定,35,（二）污水处理工艺控制要点 7.生物脱氮除磷系统控制要点（一二三四）,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,足够的碳源：VFA或醇醛（低于六个碳原子）合格的 两个状态：厌氧状态 DO 0.2mg/L或ORP-250mV 缺氧状态 DO 0.5mg/L或ORP-150mV 足够的 三段时间：厌氧时间 缺氧时间 好氧时间 足够的 四大速率:硝化速率 反硝化速率 吸磷速率 释磷速率,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,(三）污水处理工艺水质可达性讨论 1.城镇污水处理厂水质排放标准（GB18918-2002）,36,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,(三）污水处理工艺水质可达性讨论 2.可达标状况总体评价,37,工艺设计、建设标准、运营水平、外部因素出水质量 对于 BCR 和 BNR 系统，当设计、建设、运营良好，入流为典型城市污水时，二级标准 年达标率：所有指标 可达100%实现日均全达标仍无法瞬时全达标 一级B标准 年达标率：COD、BOD5、SS可达95%实现月均全达标,无法日均全达标 氨氮、总氮、总磷 可达80%-90%可实现年均达标,无法月均全达标一级A标准 年达标率：COD、BOD5、SS可达40%-60%年均可能达标，无法月均全达标 氨氮、总氮、总磷 可达30%-50%年均一般不达标,更无法月均全达标,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,(三）污水处理工艺水质可达性讨论 3.常规指标水质可达性,38,对于 BCR 和 BNR 系统，当设计、建设、运营良好，入流为典型城市污水时：COD cr 可达到 35-40 mg/L，常在 40-50mg/L BOD5 可达到 8-10 mg/L，常在 10-13mg/L SS 可达到 10-13 mg/L，常在 15-20mg/L,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,(三）污水处理工艺水质可达性讨论 4.氮磷指标水质可达性,39,生物硝化 独立的出水氨氮3mg/L的年达标率可达到95%以上，年均可在1mg/L以下 生物反硝化 独立的生物脱氮系统可以稳定地使出水TN15mg/L 生物除磷 独立的生物除磷系统可以稳定地使出水TP0.5mg/L 生物脱氮除磷 设计及运行良好的 A2-O 系统在技术上 可稳定达到一级B标准，具有达到一级A 排放标准的能力,40,北方某大型处理厂2008年硝化运行结果-G,41,北方某大型污水处理厂2008年脱氮运行结果-J,42,北方某大型处理厂2008年生物除磷运行结果-Q,43,主流脱氮除磷工艺的优化调控 控制溶解氧方向的调控：可提高同步硝化反硝化和短程反硝化程度 提高污泥浓度方向的调控：可补偿硝化和反硝化的速率或时间的不足 综合优化方向的调控：目标：通过工艺优化，持续稳定达到一级A 标准 典型进水：TKN=5065 NH4+-N 5 TN 15 TP=58 TP 0.5 需依据环境条件，遵循5F准则 C/N-C/P SRT DO水平及空间分布 R-r Van/Vdn/Vn 863重大专项的成果：5F-A2-O工艺设计及运行参数优化组合谱,45,46,47,48,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,(四）污水处理运行的准确量化 正确决策的基础 1.运行过程的准确量化,49,处理量的流量计量 计量位置：总出水、泵后、泵前、回流影响？计量手段：巴氏计量槽、电磁、超声波、标定周期？水质检测 取样地点：总进水取样在总干线？回流影响？取样方法：取样器完好率？代表性？检测手段：在线仪表准确性？法理？理化分析的准确性？认证与认可？泥量与泥质的计量与检测 必要性：校核、物料平衡、污泥处置的量化基础过程参数的计量与检测物耗与电耗的计量物料平衡与能流核算,二、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,(四）污水处理运行的合理量化 正确决策的基础 1.水质监督的合理量化,50,在标准排放限值的基础上，应尽快明确排放标准的检测和评价方法。因为：一个污水处理厂出水是否达标与监测及评价方法高度相关！也是设计与改造的基础。检测方法包括取样方法和分析方法 取样方法有三种：瞬时样（标准中不常采用，但实际监督中常用）24小时时间比例混合样（我国大型污水处理厂普遍采用）24小时流量比例混合样（国外大型污水处理厂普遍采用）分析方法有两类：理化分析 在线自动检测仪表评价方法有五种：每个水样都符合标准 一定比例的水样符合标准 不定的水样数都符合标准值 水样的算术平均值符合标准 污水处理厂污染物量浓度的去除率符合标准（系指处理标准）,51,对于地表水环境质量标准，国家有关部门编制了 地表水环境质量评价有关问题的技术规定（暂行）北京市环保局也发布了 北京市地表水环境质量评价技术规范（试行）对于排放标准，进行达标评价时，应考虑：在短期内可能导致环境问题的指标，如水体中氧气的消耗、卫生学问题或美观问题，应该采用最大值标准；长期才能导致环境问题的指标，如富营养化、生物积累等问题，采用平均值（如年均）更合理。,52,欧洲排放标准的检测及评价方法,1.采样方法 瞬时样（意大利、德国、英国）24小时时间比例混合样 24小时流量比例混合样 周流量比例混合样（挪威和瑞典）2.执行评价方法 对于TN和TP项目，绝大多数国家以水样的算术平均值作为评价依据3.排放标准限值 有浓度的标准值，或者要求去除率,53,欧洲各国污水处理采样方法,54,欧盟及英、法、德国的污水处理排放标准值,55,评价方法,注释：代表每个水样都符合标准值，K(+100%)代表每个水样都符合2K(80%)代表80%的水样都符合标准值K代表不定的水样数都符合标准值代表水样的算术平均值符合标准值代表经标准偏差修正的算术平均值符合标准值代表在敏感水域，污水处理厂污染物量浓度的去除率符合标准,56,北美国家没有统一的国家排放标准，美国有一个国家二级处理标准，但有一套系统严密的制定排放标准的程序，用于制定州排放标准、流域排放标准或每个污水处理厂的排放标准。这套程序为国家污染物减排系统（NPDES），详细规定了综合技术、环境要求、经济、监测、评价等因素制定水环境质量标准和各种污染物排放标准的程序和方法。,北美地区污水处理排放标准及其制定,57,美国污水二级处理标准,该二级处理标准不管排放点、河流的流量、流速和自净能力，对所有公共处理设施的出水规定统一的排放限值。,七天或更长时段的水质监测值能更好的反映出公共处理设施的运行状况。,北美地区污水处理排放标准及其制定,58,佛罗里达州几个污水处理厂的排放标准,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,(五）运营的质量、成本与稳定性 1.质量与成本,59,质量成本水平：与质量要求对应的成本是最优的不足质量成本水平：不足质量的低成本是“偷工减料”过剩质量成本水平：过高于质量要求的成本是“浪费”,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,(五）运营的质量、成本与可靠性 2.运营质量的含义（O&M）,60,运行质量（O）：策略+必需的直接成本 出水质量 水质的可靠性维护质量（M）：不同投入决定了不同的可靠性 最终表现为整个系统的可靠性，持续 运营的能力,三、城镇污水处理（厂）运营管理问题分析及解决对策,(五）运营的质量、成本与可靠性 3.维护质量与可靠性,61,广义的维护 日常维护：日常的检查、润滑、密封 大修理：全面的检查，更换全部的易耗件，恢复功 能，大修周期逐渐缩短，具体取决于日常维护质量 更 新：更新周期取决于大修质量及频率 维护质量 故障性维护（BDM，Breakdown Maintenance)基于时间的维护(TBM,Time-based Maintenance)基于状态的维护(CBM,Condition-based Maintenance)强调可靠性的维护(RCM,Reliability-centered Maintenance),62,污水处理厂的运营要面对 复杂的介质，复杂的生物过程，复杂的环境因素。因此，把运营做好是一件很难的事情，把监管做好也是一件很难的事情。希望通过各位的有效监管，全国的污水处理厂运营的更好！谢谢大家!,