摘要：隨著經濟的發展和環境要求的提高,清潔生產成為了環境保護的重要組成部分。本文就某一城市污水廠的清潔生產進行分析。為進行清潔生產,對城市污水處理廠的處理水量、水質及處理工藝進行了介紹分析。對污水處理過程中主要產生的污染源及處理中的薄弱環節進行分析,確定了整個污水處理過程審核重點,并詳細分析了可采取的清潔生產方案,確定持續清潔生產目標。通過清潔生產評估,使污水處理廠取得更好的社會效益和環境效益,為企業的可持續發展注入了新的活力。

關鍵詞：城市污水處理;清潔生產

城市是一個工業和人口,能流和物流高度密集的人工生態系統。在這個系統中,水污染治理成為城市生態物質代謝循環的重要前提,也是保護城市水質資源和居民生活環境的重要條件,因而城市污水處理廠成為城市的一個重要的市政基礎設施[1]。清潔生產是將整體預防的環境戰略持續應用于生產過程、產品和服務中,以增加生態效應和減少對人類及環境的風險[2~5]。城市污水廠的清潔生產可通過采用先進的工藝技術與設備、加強質量管理,合理利用原料,充分利用廢棄物資源,提高資源、能源利用率,減少或避免污染物產生,降低污染物的排放[6]。

某城市污水處理廠的污水處理系統服務城市面積50余平方公里,服務人口60余萬,占地約110000m2,建筑面積約17000m2,設計處理能力約20萬m3/d。一期工程含:污水處理廠、與之相配套的28公里截污干管及沿線5座泵站。總投資約10億元人民幣。2001年12月動工建設,2003年10月底基本建成,2004年5月啟動污水運行。根據國家制定的清潔生產的相關法規以及相關方面[7,8]的要求,該廠于2006年開展包括2005年在內的清潔生產審核工作,本文介紹該審核工作情況、采取的措施及實施成果。

1　污水水量、水質

水處理廠的廢水主要來源于生活污水,最終都進入污水處理系統進行處理,日處理水量達20萬噸。其中主要的污染物監測參數包括:BOD5、COD、SS、T-P、NH3-N、T-N、大腸桿菌數,根據2005年統計各種污染物的平均濃度分別為:BOD5:99·5mg/L、COD:167mg/L、SS:119mg/L、T-P:2·79mg/L、NH3-N:19·4mg/L、T-N:26·39mg/L、大腸桿菌數6623個/L,且每日變化幅度大,極為不穩定,主要波動范圍為:BOD5:21·9~263mg/L、COD:39~454mg/L、SS:36~683mg/L、T-P:1·06~6·01mg/L、NH3-N:1·3~30·8mg/L、T-N:5·7~41·8mg/L、大腸桿菌數:2950~13800個/L。

2　水處理工藝

該污水廠處理工藝見下圖,主要為改良A2/O工藝。污水被泵打入均衡池后先經過格柵,去除污水中顆粒直徑大于5mm的懸浮物,防止堵塞后續單元的機器、水泵或工藝管線。再泵入渦流沉砂池,渦流式沉砂池為圓形結構,污水從切線方向進入池中,進水渠道的末端設有向下傾斜的斜坡,與水流的切線方向保持一致,在池內產生了螺旋狀的環行水流。在重力及離心力的作用下,砂子沉入池底的集砂坑中,而比重較輕的有機物則在葉輪與水流雙重作用下與砂分離,上浮到沉砂池表面隨水流流出。污水經過物理處理后,進入核心的生物反應池,采用改良的A2/O工藝,利用生物降解水體有機污染物并除磷脫氮。最后,在二沉池中,利用重力的作用使活性污泥與處理后的污水分離,并使污泥得到一定的濃縮,池體采用中進周出幅流式二沉池。此外,采用紫外消毒系統對處理水進行消毒,殺滅其中的病菌和病毒。經消毒后的處理水排入河中。

具體處理情況見表1,數據統計表明各種污染物的綜合排放達標率為95%。不達標的主要有T-P、大腸桿菌、COD。

3　主要污染源分析

針對該廠的整個污水處理過程進行分析,主要可能產生污染的情況有水、氣、聲、固廢等四方面的來源。整個污水處理廠的污染源主要表現見表2。

水處理廠的廢水主要來源于生活污水和廢水處理過程中產生的污水,最終都進入污水處理系統進行處理,其中主要的污染物是BOD5、COD、SS、T-P、NH3-N、T-N·進廠廢水每日變化幅度大,極為不穩定。主要水質特征同第一節的水質特征。水處理廠的廢水通過水處理裝置處理達標后外排入河流。2005年該廠各種污染物的綜合排放達標率為:95%。不達標的主要有T-P、大腸桿菌、COD。分析得出不達標的原因有:(1)污水處理廠進水的污染物濃度變化范圍太大,在短時間內輸送到廠內產生超負荷沖擊,對處理階段的工藝控制帶來嚴重的影響。(2)污水處理廠因不規范操作,在沒有監控的情況下,為節約運行成本而有段時間沒有開動紫外消毒系統,導致大腸桿菌等超標。廢氣污染源主要為各泵站、運行班、脫水機房范圍內的污水、污泥產生少量含有胺類,硫化氫,甲基吲哚等化學成分的臭氣,具體情況見表3,排放方式為無規律排放。

主要噪聲源來自鼓風機房固、脫水機房中泵和鼓風機的運行,目前通過隔音處理措施基本能達到較好的隔音效果,具體噪聲源情況見表4。

固體廢物最大的來源是脫水機房的脫水污泥、生活垃圾等。具體情況見表5。

4　確定審核重點

對于污水處理廠的清潔生產來說,確定備選審核重點的原則[2]及應考慮的因素有:(1)污染物產生量大,排放量大的環節;(2)廢水中病菌毒性危害水體的環節;(3)一旦采取措施,容易產生顯著環境效益與經濟效益的環節;(4)物流進出口多、量大、控制較難的環節;(5)公眾反映強烈,投訴最多的問題;(6)在區域環境質量改善中起重大作用的環節。

目前水處理廠的物耗暫時沒有清潔生產的國家和行業標準,清潔生產審核只能依據相關類似法規、案例[7,8]進行。雖然該城市污水處理廠一期工程每天處理的廢水達20萬噸,處理的量比較大,但由于水處理廠的工藝和設備都較為先進,經過2005年1~3月的調試后,水處理廠排放的經處理的廢水持續穩定達標率較為穩定,由2005年的95%變為2006年首季度的100%,迄清潔生產審核期為止已連續達標排放212天。

但同時也存在一些問題需要改進。2005年還有5%的不達標的廢水排入花地河中,造成了一定程度上的污染;消毒對于飲用水是必不可少的處理工藝,對廢水而言,雖然不是必需的,但對某些廢水的安全排放或回用,消毒處理已經成為了必須考慮的工藝之一。因此,紫外光消毒系統的長期運行是保證處理出水細菌達標的保障。另外水處理廠每年產生的污泥數量特別大,污泥的處置也是清潔生產的審核重點之一;目前我國有部分先進的水處理廠已經將部分廢水處理后達到中水回用的水平[9,10],作為水資源緊張的我國,如此大量的廢水若能得到進一步的治理利用,將對城市的循環經濟和可持續發展做出有益的貢獻,因此,污水處理廠將部分廢水處理后達到中水回用也是該廠的一項長期目標。

5　確定清潔工藝方案

清潔生產方案的數量、質量和可實施性直接關系到企業清潔生產審計的成效,是審計過程的一個關鍵環節,因而應廣泛發動群眾征集、產生各類方案。通過前面污水處理廠污染源,審核重點的分析,清潔生產提出了如下建議和方案:

5·1　3個體現技術工藝改造的方案

增加化學除磷處理工序;污泥無害化、減量化研究方案;同時硝化反硝化生物脫氮與工藝優化。(1)化學除磷處理工序[11~13]。根據進水水質和處理水排放標準,為了達到出水磷酸鹽的濃度不大于1·0mg/L的二級標準,建議在工藝流程中加入化學除磷設施來控制處理水的磷酸鹽濃度。確保了出水磷酸鹽按照相應的Ⅱ級標準達標排放,對排放的河流和相關流域的水質情況將有大幅改善。(2污泥無害化、減量化[14,15]研究方案。開展絮凝劑的研究,最大限度的降低污泥的含水率并提高污泥的脫水性能是大幅降低污水處理廠的運行費用的辦法。減輕污泥對環境的不良影響,減少污泥填埋廠的處理用地。大幅降低處理廠的運行費用。(3同時硝化反硝化生物脫氮與工藝優化。對生化池進水水質進行計量學優化[16,17]控制、調控溶解氧濃度與分布,造成局部好氧與厭氧環境,使之實現硝化與反硝化的動力學平衡。該新建工程建成投產后,確保了出水T-N值按照相應的Ⅱ級標準達標排放,對周邊排放河流及相關流域的水質情況將有大幅改善。

5·2　3個設備維護和更新的方案

安裝節能燈;安裝照明設備;紫外消毒裝置的維護和運行。(1)安裝節能燈。在條件允許的情況下,在需要的道路安裝節能燈,節約用電。(2安裝照明設備。在生物反應池邊安裝節能照明設備,以適應晚上工作的需要,節約用電,保障安全。(3)紫外消毒裝置的維護和運行。長期開啟紫外消毒裝置,保證出水的病原菌指標達到有關規定的要求,保證出水的各項指標以及病原菌含量的達標排放,產生良好的環境效益,對于改善周邊環境、凈化河道,保護水資源等起到了相當積極的作用。

5·3　3個過程優化控制的方案

減少風機的輸送風量;加裝隔音設備;設置合理的報警上限。(1)減少風機的輸送風量。合理控制工藝的運行,將DO值控制在一個合適的范圍,在保證出水合格的條件下減少空氣的輸送量減少電力消耗,節約用電。(2)加裝隔音設備在鼓風機房裝隔音設備,減少噪音污染。(3)設置合理的報警上限。在進出水口設置的檢測儀表上設置合理的報警上限,當進出水接近設計值時,工藝人員能夠及時調整工藝,使出水及格,提高出水合格率。

5·4　4個廢物回收利用和循環使用的方案

回用水系統安裝;一水多用;污泥消化處理污泥資源化利用。(1)安裝回用水系統,使回用水用于綠化等方面,節約用水,減少水費支出(2)一水多用,食堂在工作時候,盡量做到一水多用,節約用水量,可以減少水費的開支。(3污泥消化處理。在濃縮與脫水這兩個步驟中間增加消化處理過程(穩定處理),進一步減少污泥量使污泥量大幅減少,為后續的脫水及最終處理大幅減少處理數量和成本,且可以消滅病原菌、蠕蟲和大量雜草種子,減少污泥處理費用。(4)對污泥進行資源化利用,制成顆粒肥施用農田,有效利用資源并防止污泥的二次污染的產生。

5·5　9個加強管理的方案

調節脫水機的運行參數節省用電;采用合適的絮凝劑濃度;延長污泥濃縮時間減少藥耗;降低藥耗;化學藥品的合理利用;處理有毒化學藥品;合理用空調;建立相關認證體系;加強綠化工作(1)調節脫水機的運行參數節省用電。在降低脫水污泥含水率的情況下,采用合適的絮凝劑濃度合理調節脫水機的運行參數(帶速、網帶張緊壓力、調偏壓力等),降低投藥量,可以節約用電和降低藥耗,達到節能減耗的目的。(2)采用合適的絮凝劑濃度,不但可以節省絮凝劑,節約資源;而且可以避免濾帶堵塞致使沖洗水用量增加、濾帶損耗大等危害。(3)控制排泥速度,與脫水機班密切配合,延長污泥濃縮時間,降低脫水前污泥含水率,減少藥耗,節約資源。(4)加強脫水機的加藥系統設備的管理,降低藥耗,將費用控制在一個最佳的比例,節約資源,降低藥耗。(5)確定化學品合理貯存量,定期進行材料使用跟蹤,減少不同牌號和不同等級化學品的用量,減少化學品過期損耗,節約藥品支出。(6)增加儀器分析,在實驗中減少或杜絕使用有毒化學品,在試驗最后一步時,處理或降解廢物毒性;使有害廢物流分離,減輕化學藥品對環境的污染。(7)在室內開空調時室內和室外的溫差在5℃以內,沒有人在的時候注意及時關閉,節約用電。(8)廠區建立質量管理體系、環境管理體系、職業健康安全管理體系———管理體系(又稱三合一體系),并通過第三方認證,使環境管理系統化,有利于企業全方面的控制和預防環境污染,增強競爭能力,提高企業形象。(9)加強廠區綠化工作,提高廠區綠化率,美化環境。

6　持續清潔生產

清潔生產是一個動態的、相對的概念,是一個連續的過程,因而以原工廠原管理層中抽調人員組成一個固定的機構、穩定的工作人員來組織和協調這方面工作,確保清潔工藝各步驟均在規范化要求下實施,以鞏固已取得的清潔生產成果,并使清潔生產工作持續地開展下去。建立和完善清潔生產組織、明確任務、落實歸屬、確定專人負責;建立和完善清潔生產管理制度,把審計成果納入企業的日常管理、建立和完善清潔生產激勵機制;制定持續清潔生產計劃清潔生產并非一朝一夕就可完成,因而應制定持續清潔生產計劃,使清潔生產有組織、有計劃地在企業中進行下去。通過管理層的監督、清潔生產激勵機制的建立,對企業的嚴格管理,從而防止一些不規范操作的發生,使整個企業進行可持續的清潔生產。

在本輪清潔生產審核(2005~2006年)過程中,公司成立的清潔生產審核領導小組和工作小組根據實際情況設置了相應的清潔生產目標,主要針對廢水排放、廢氣排放、污泥排放、提高回用水的二次使用率等4個清潔生產審核重點,設置了該審核期間的清潔生產的目標,見表6。

結合2005年來在廢水、廢氣處理等方面所采取的一些措施而獲得的實際經驗,加上有實力的科研單位的合作,通過清潔生產審核的有效實施和清潔生產方案的落實,這些目標通過努力是可以達到的。總的來說,該城市污水處理廠從2006年3月~2006年6月正式開展本輪清潔生產審核工作,通過審核工作的實施,找出了清潔生產方面存在的主要問題,并制定了相應的實施方案,這些方案的實施將投入巨大的資金,方案完成后將取得良好的社會效益和環境效益,為企業的可持續發展注入新的活力。

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