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污水處理技術應成為當前我國規劃與建設中的突出目標

隨著全國中小發展步伐的加快,大批的市政污水處理設施將陸續興建,突出環保理念,充分吸收和應用的,污水處理技術應成為當前我國規劃與建設中的突出目標:

1 污水處理廠發展動態

隨著國民經濟持續、穩定的發展,近年來我國的水務市場正以7%~8%的年平均速度快速增長。但同時,城鎮污水處理問題也日益凸顯。據《2002年中國環境狀況公報》報道,2002年全國城鎮污、排放總量約為439.5×108 m3,其中,污水占總排放量的52.9%。為解決這一問題,我國己先后建設452座污水處理廠,其中出水為二、三級水平的污水處理廠有307座。即便如此,污水的處理率也僅達到36.5%。

“十五”期間,預計將增加污水處理量2 600×104 m3/d。根據建設部、總局、科技部發布的《城市污水處理及防治技術政策》規定,2005年城市污水處理率應達到45%,50萬人以上的城市達到60%;到2010年,所有城市的污水處理率不得低于60%,直轄市、省會城市以及風景旅游城市不得低于70%。為了實現這個目標,需新增污水處理能力:(5 000~6 000)×104 m3/d,所需建設投資約2 000~3 000億元(不包括運行費用)。如果對全國縣級以上城市的市政污水進行處理,全國將有超過1 000座的城市污水處理廠待建。

2 污水處理廠對周遍環境的污染

毫無疑問,污水處理廠在改善城市環境、節約水資源、提高居民質量方面發揮了巨大的作用,成為市政和環保工作的重要組成部分。但由于其自身的特殊性,絕大多數污水處理廠在改善城市環境的同時,又成為新的污染源,對周遍環境造成不同程度的污染。主要表現為惡臭、噪聲、污泥和出水不能達到GB 8978-1996二級排放標準四個方面。

2.1 惡臭

污水處理廠產生惡臭的污染源主要在進水部分和污泥處理部分,即格柵間、貯泥池、污泥濃縮池、脫水機房以及曝氣池等。惡臭的主要成分是氨氣、硫化氫、甲硫醇、VFAs、VOCs、細菌和大腸菌。污水及污泥中的惡臭物質向大氣擴散受到諸多因素的影響,如水溫、水質、處理工藝、污泥齡、周遍建筑物的密度及氣象條件等。表1列出了《惡臭污染物排放標準》(GB14554—93)中對惡臭污染物做出的廠界標準值。表2是對天津市紀莊子污水處理廠惡臭污染的檢測結果。

表1 惡臭污染物廠界標準值

項目 標準 二級標準 A類 B類

臭氣濃度 10 20 30

注:①表中臭氣濃度為無量綱的指標。②新建污水廠應滿足標準的要求,改擴建污水廠應滿足二級標準A類要求,現有污水廠應滿足二級標準B類要求。

表2 天津市紀莊子污水處理廠惡臭污染物監測結果

源點 硫化氫(mg/m3) 氨(mg/m3) 甲硫醇(mg/m3) 臭氣濃度

普通曝氣池 0.222 0.479 0.084 570

儲泥池 30.95 0.312 0.347 6500

脫水機房 52.72 0.475 0.495 20000

由表1、2可見,以天津市紀莊子污水處理廠為例,曝氣池、儲泥池和脫水機房周遍的臭氣濃度比《惡臭污染物排放標準》中的標準值高19~667倍(雖然廠界處的臭氣濃度比構筑物周遍的臭氣濃度低,但仍遠高于標準值)。這不僅影響了周遍居民的生活,而且對污水處理廠工作人員的身體危害較大。

2.2 噪聲

污水處理廠的主要是在污水處理過程中、管道和水流所產生的。噪聲對人體的危害是多方面的,尤其是對聽覺器官的損傷,長期在強噪聲環境下工作可能導致噪聲性耳聾。此外,噪聲對人體中樞神經系統、植物神經及心血管系統方面的損害也非常嚴重。一些已建成的污水處理廠由于缺乏足夠的噪聲隔離設施或是生產設備老化,導致不同程度的噪聲超標。

以隔音設施改造前的濟南市污水處理廠為例。該廠采用射流曝氣污泥法的處理工藝,風機房預留9臺羅茨風機的位置,一期工程先安裝2臺(風壓:73 kPa,風量:112 m3/min,轉速:960 r/min,配套電機功率183 kW)。在對隔音設施改造前,廠區噪聲嚴重超標,風機房內噪聲平均值達118.8 dB,曝氣池靠近送風道處的噪聲達111.6 dB,風機房相鄰西廠界的噪聲達75.5 dB,超過所在區域廠界噪聲標準值(夜間)30.5 dB。[2]這種因機械運轉而產生的持續性噪聲,對廠區工作人員和周遍居民的危害很大。

2.3 污泥

自1887年英國倫敦建成世界上一個污水處理廠以來,全球性的污水處理業就迅猛發展,與此同時也產生了新的—污泥。在污水處理過程中,產生的污泥約為污水處理量的1%~2%。目前我國的污泥產量約為113.6×106 t/年。污水處理廠污泥的來源主要有:格柵間截流的懸浮物、生物處理工藝產生的污泥、投加化學藥劑產生的化學污泥、深度處理時過濾等工藝所產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、寄生蟲(卵)、有機污染物和重金屬等有害成份,易腐爛并產生惡臭。目前我國處理污泥的主要方法是運到郊外露天堆放或簡單的填埋,僅對少量污泥進行焚燒、堆肥或生物處理。

2.4 出水不達標

目前,污水處理廠出水能夠達到二級排放標準的僅為50%,另一半污水則未經有效的處理便排入水體。究其原因,主要是①某些污水處理廠年久失修,處理構筑物無法達到設計要求的處理效果;②流程中某個構筑物發生故障,須使用超越管暫時將污水直接排入水體;③原水與設計時的水質有明顯偏差,可生化性差。

污水處理廠對周遍環境的污染,不僅影響了居民的正常生活,而且在一定程度上制約了周遍地區的經濟發展,對商業、房地產業、服務業的影響尤其明顯。

3 對策研究及典型方案介紹

污水處理技術應成為當前我國規劃與建設中的突出目標,污水處理的現代化是和城市的現代化同步進行的。我們過去建設污水處理廠時,通常是著重技術標、商務標,追求低投入,高收益。而現代城市的可持續發展不僅要求技術標、經濟標,還要充分地考慮社會(指)標,即對社會及環境的影響。污水處理廠不是只運行一兩年,而是要運行三、五十年,甚至更長。我們不能只看眼前的投資額和經濟效益,要放眼未來。二十年前,不顧一切大規??撤淠境蔀橹赂坏慕輳?,今天亂砍亂伐帶來的嚴重后果有目共睹。我們不能讓污水處理廠的建設重蹈覆轍。另外,污水處理廠也不是一個孤立的市政環保設施,它從建設之日起,就已經成為城市有機體的重要一環。

基于我國污水處理廠的發展現狀及國內外已付諸實踐的成功經驗,可以通過以下幾個途徑建設污水處理廠,或是對已有的污水處理廠進行改造。

3.1 對惡臭和噪聲的解決方案

3.1.1 方案一:建設花園式廠區

為減少惡臭和噪聲對周遍環境的影響,設計規范規定污水處理廠與居民生活區的小距離為300 m。但隨著城市的快速發展,城市的外延不斷擴大,很多建在郊區的污水處理廠也逐漸被納入市區的范圍。

對于已建的污水處理廠,可以采用改進隔聲罩設計、加消聲器、控制管道噪聲、提高房圍護結構的隔聲能力等措施減小噪聲污染。防止惡臭污染的措施主要有①給池體加蓋;②在敞口的和曝氣池周遍設多處抽氣及炭吸附設備;③延長曝氣池中的污泥齡以減少惡臭污染物。另外,污水處理廠與其他建筑之間,應設置綠化隔離帶,這既可以隔離噪聲、吸收惡臭、凈化空氣。

植物可以吸收空氣中的污染物,例如,地衣、臭椿、山楂、夾竹桃、丁香等吸收二氧化硫的能力較強;垂柳、拐棗、油茶有較強的吸收氟化物的能力;女貞、美人蕉、大葉黃等可吸收一定量的氯。水生植物中的水葫蘆、浮萍、金魚藻、黑藻等既能吸收水中的酚和氰化物,也可吸收汞、鉛、鎘、砷等重金屬污染物。另外,植物葉片皺糙的表面和分泌的油脂可吸附粉塵。污染物被植物吸收后,有的被分為營養物質,有的形成絡合物,從而降低了污染物的毒性。例如,當酚這種有害物質進入植物體后,其中的大部分參加糖代謝,與糖結合成酚糖苷,貯存于植物的細胞體內(對植物無害);另一部分形成游離酚,而后被多酚氧化酶和過氧化物酶氧化分,變成二氧化碳、水和其他的化合物,解除其毒性。一般情況下。

污水處理廠的出水可以作為景觀用水。在污水處理廠旁建造一個人工湖,其出水直接排進湖內,該湖既可供游玩,又可作為凈化塘,截留出水中的殘余固體并使出水穩定化,這實際上起到了深度處理(三級處理)的功能。污水在湖內的停留時間為1~2 d,這樣可限制藻類的生長。另外,湖內污泥的累積率很低,只需每年清理一次,降低了運行成本。

美國洛杉磯亥佰龍污水處理廠在易產生惡臭的各構筑物周遍(如格柵間、沉砂池、中間泵站、反應器、泥餅倉庫等)架設了24個塔式(以次氯酸鈉或氫氧化鈉為填料)和17個炭塔,以達到凈化空氣,改善廠區空氣質量的目的。

石家莊市橋西污水處理廠是我國花園式污水處理廠的典型。該廠處理規模:16×104 m3/d,總投資額:1.53億元,廠區占地面積:14 hm2,綠化覆蓋率為48%。廠區綠化以大面積的草坪為基調,配以高大的樹木和低矮的綠籬灌木,以及典雅別致的假山、亭榭、長廊、藤架、彩燈和噴泉。此外還有柿子園、葡萄園、碧桃園、月季園,實現了三季有花,秋季有果。綠化布局錯落有致。

3.1.2 方案二:建設全封閉的污水處理廠

目前對惡臭的主要處理方法有焚燒法、催化氧化法、化學吸附法、酸堿洗滌法、炭吸附法、土壤脫臭法、生物脫臭法等。而能否有效地收集臭氣是解決惡臭污染問題的關鍵。建設全封閉污水處理廠,通過集氣裝置將其中的臭氣收集,再經過適當的處理即可有效地防止惡臭污染。而將處理構筑物集中建在一個封閉的區域內,再增加相應的圍護結構和隔聲設施,則可有效地隔離噪聲。

全封閉污水處理廠有兩種類型,一種是將污水處理廠建在“室內”,其頂部可以修建花園、游樂場等設施;另一種是地下污水處理廠。具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。

3.1.2.1 “室內”污水處理廠

美國紐約的北河污水處理廠就很具有代表性。該廠位于寸土萬金的紐約曼哈頓島上,為節約空間,廠區建在一座大橋下面的灘涂上,并沿河岸向河床適度拓展。污水處理廠頂部建造了一座公園,公園內不僅綠樹成蔭,還有足球場、游泳池、滑冰場、競技中心、場和餐館等設施。該污水處理廠的主車間采用密封的方法,并向污水中充氧,大程度地防止了惡臭擴散。

3.1.2.2 地下污水處理廠

雖然地下設施的投資通常要高于地上設施,但在已高度開發和過分擁擠的區域,科學地利用地下空間無疑是對地上常規發展的可行性替代方案。在人們的印象中,高樓大廈、立交橋是現代化城市的標志,城市建設外延“攤餅”式擴張,多層式環城高架快速路、立交橋的建設成為一些城市發展的走向。隨著發展,人們越來越意識到城市的包袱越背越重,相應的設施不配套,城市的美觀及生態環境遭到破壞。特別是生活在鋼筋水泥的狹窄空間中人們越來越感到很不舒服,對家園、回歸自然的渴望越來越強烈。要做好城市規劃,從長遠著眼,做到科學、規范、美觀、自然,將地下與地上空間的利用結合起來。國際上,土木工程界的預言,19世紀建橋,20世紀建高樓,21世紀利用地下空間。

地下空間的利用也可以分層,淺層可進行商業發展,適于居民活動;次淺層搞公共交通;深部建公共設施,例如污水處理廠、自來水廠等。瑞典的斯德哥爾摩市就有三座建在地下巖石中的污水處理廠,分別是HENRIKSDAL污水處理廠(處理規模:23×104 m3/d)、BROMMA污水處理廠(處理規模:14×104 m3/d)和LOUDDEN污水處理廠(處理規模:1×104 m3/d)。

建設地下污水廠既可消除噪聲和惡臭污染,又不占用日益緊張的城市用地,不影響其地上空間的正常使用;另外還具有保持原水溫度,有利于生化反應;廠內不需要修建雨水管道;若利用巖石作池壁,還可節省土建投資等優點。傳統污水處理廠普遍存在的影響周遍居民生活,制約周遍房地產、商貿業發展的問題也就迎刃而解了。

3.2 對污泥和出水不達標的解決方案

污泥處理與處置的目的是減量化、穩定化、無害化和資源化。目前,主要的污泥處理(處置)方法有焚燒、填埋、填海和堆肥,比較常用的是堆肥法。因污泥中含有能促植物生長的氮、磷、鉀、鈣、硫、鐵、鎂、硼等礦物質,所以污泥是優良的肥料和土壤改良劑。但如何去除污泥中的重金屬是亟待解決的問題,目前這方面的研究已很多,此處不再一一贅述。

解決污水處理廠出水不達標問題的主要途徑是改進污水處理廠的工藝,盡量將處理構筑物改為并聯+串聯的混合方式連接,使之成為兩套(甚至幾套)既相對獨立又互相聯系的系統,若其中任何一個構筑物暫時停產,也對出水水質影響不大。

4 污水處理技術應成為當前我國規劃與建設中的突出目標的理論思索

如何控制污水處理廠對周遍環境的污染不是一個孤立的技術問題,而是構建以人為本、實現可持續發展的重要一環。

①只有在不斷實現科技創新的基礎上追求、經濟發展和提高人民群眾生活質量的同步協調發展,才能在資源的有效利用和環保的長遠建設上有所突破和作為。

對于設施陳舊的污水處理廠而言,建立在以人為本理念基礎上的環保改造,不僅可以降低其對周遍環境的污染,而且可以變廢為寶,利用其開闊的廠區建設園林化城市空間,拉動周遍地區經濟、文化的發展。

②污水處理廠的規劃與建設一定要立足于城市經濟、文化的長遠發展,避免以犧牲環保質量為代價的片面節省資金的短期行為。

在以往的污水處理廠建設中,這一問題頗為突出。本來是專門治理污染的,卻又成為環境的破壞者。這就是領域的辯證法。隨著全國中小城市發展步伐的加快,大批的市政污水處理設施將陸續興建,突出環保理念,充分吸收和應用,應成為規劃與建設中的突出目標。

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