

中国市政污水处理的瓶颈和起因以及可能的解决方案/下水道系统渗漏对黑臭水体和污水厂运行的影响
中国市政污水处理的瓶颈和起因以及可能的解决方案
作者:曹业始,MCM Van Loosdrecht, 刘智晓, Glen Daigge 来源:中国水协教育委
摘要:自90年代以来,中国在城市卫生方面取得了了不起进步: 建立了广泛的污废水处理基础设施,城市污水处理率达到94.5%, 并且依法在全国范围内实施了污水营养物去除。但是,市政污水处理厂仍然面临着源自于独特污水水质特征的问题。这项研究了比较了中国和其他具有较长的污废水处理历史的国家在城市污水处理中的能量回收、营养物去除和污泥产量方面的差异,揭示了中国的污水特性,即高无机悬浮固体(ISS)浓度,低COD浓度和低碳氮比(C/N)以及与市政污水处理厂性能之间的因果关系,并提出市政污水处理厂设计和操作应该结合当地的水质特征,给出了具有成本效益的改善市政污水处理可持续性的措施和方案,并评估了这些措施实施可能带来的收益,强调了加强以结果导向的市政污水处理应用研究的必要性。关键词:能源回收,城市污水处理,营养物去除,污泥产生,可持续性,中国污水处理
导言
自90年代以来,中国在城市卫生方面取得了显著进步。2017年市政污水处理能力达到49.2 x109m³,在城市地区的覆盖处理率达94.5%。去除营养物(氮和磷)已经在国家范围内依法实施。然而,许多市政污水处理厂面临很少能量回收,脱氮除磷成本高昂,污泥产量高等问题。污水管网渗漏造成中国污/废水的独特特征是市政污水处理厂效率低下的主要原因。最近,中国三部委颁布了题为“城镇污水处理提质增效三年行动方案(2019—2021年)”文件强调污水管网修复在城市环境卫生与生态关键功能,标志着中国城市环境卫生战略的转折点。考虑到污水管网修复所涉及的繁重任务,所需的巨大投资和长周期,必须采取具有成本效益的快速行动和措施,以改善中国市政污水处理效率和可持续性。这项研究有三个目标:(1) 比较中国和其他具有更长的污/废水处理历史的国家在市政污水处理厂在能量回收、营养物去除和污泥产生量等方面的差异;(2)揭示市政污水处理厂的污水特征和工艺性能之间的因果关系;(3)建议适于中国污水水质特性的具有成本效益的措施和解决方案,以提高市政污水处理厂的可持续性。
方法
中国、欧洲、美国和新加坡的污水处理厂均基于使用厌氧消化(AD)热电联产(CHP)(以下简称AD-CHP)进行能源回收基于使用厌氧消化(AD)热电联产(CHP)。中国相当部分厂省略初级污泥沉降(PS), 很少有处理厂使用污泥厌氧消化(AD),污泥的产生主要基于观察生物产量(系数)和进水无机悬浮固体(ISS)积累。
结果和讨论
市政废水处理 – 可持续性
表1 显示,不到5%的中国城市污水处理厂使用污泥厌氧消化,这个比例与欧洲、美国和新加坡相比非常低, 尽管具有较长污水处理历史的国家在很久之前已经广泛应用AD-CHP技术,但在中国,通过AD-CHP污泥厌氧消化和热电联产技术(下称AD-CHP)途径技术进行的能量回收非常有限。舍弃使用污泥厌氧消化不仅导致污泥稳定化问题,招致二次污染和卫生问题,同时,由于没有污泥厌氧消化中VSS破坏,加上调理板框脱水添加石灰还增加了污泥量(由于没有污泥厌氧消化中VSS破坏,加上调理板框脱水添加石灰)增加了污泥处理,增加了处置和再利用的困难难度。
表1 在中国和其他国家/地区采用污泥厌氧消化的市政污水处理厂占比(%)

为了达到严格的营养物排放标准[如中国市政污水处理厂一级A排放标准,TN(总氮)<15 mg-N/L,TP(总磷)< 0.5 mg-P/L,和在一些省份敏感地区实施的TN <10 mg-N/L,TP <0.3 mg-P/L], 尽管舍弃没有设置初级污泥沉降,但中国许多污水处理厂仍需要额外采用了外投加碳源除氮(和磷)。从根本上讲,这是由于其根本原因归结为进水的低C/N比,因为对于典型的污水,常规的生物脱氮工艺可以在不添加或添加少量碳情况下实现出水TN <10-15 mg-N/L。现今在一些污水厂中,化学药品花费仅次于电力。如果实行更严格的营养物排放标准(例如TN <5 mg-N/L和TP < 0.1 mg-P/L),将给工污水厂运营和地方带来进一步的经济负担,此外,考虑初级能源的使用和相应的温室气体排放, 过量化学物质添加对环境也是不可持续的。 污水厂活性污泥由微生物,难降解的颗粒和无机悬浮固体(ISS)组成, 其产量和组成取决于废水的水质特性,处理工艺和场地环境。表2列出了以中国市政污水处理在2015年,2016和2017年基于COD去除量计算的年平均污泥产量(干固体(DS))。三年平均量为0.69 kg/去除kgCOD。鉴于采用初级污泥沉降的污水厂只有10%–20%和少于5%污水厂采用污泥厌氧消化, 每去除kg化学需氧量产生的污泥量可以视为活性污泥过程定义的表观产率(系数)Yob 。运用中国2017年市政污水的平均成分,假设进水VSS/TSS比80%, 采用的生物除氮和除磷工艺与辅助化学除磷(摩尔铁/磷去除比率为1.5, 去除了80%的P),废水的易于生物降解的COD (RBCOD)分数为8%,BOD/P为18%,污泥停留时间(SRT)为18天,根据 Paul 等(2001)提议计算方法算得污泥产率为0.48 kg/去除kg COD。这数量比传统生物除氮(BNR)的0.37 kg/去除kg COD 多30%。原因是化学除磷所添加的金属药剂导致化学污泥量的增加。上文提到的中国市政污水厂近三年平均量污泥产率0.69 kg/去除kg COD(见表2),比正常进水VSS/TSS比率(80%)条件下理论估算值0.48 kg/去除kg COD大约高出44%。 对中国部分污水处理厂的调查表明, 当进水水质特性大致正常时,污水处理厂污泥产率接近0.48 kg/去除kg COD,而当污水水质特性异常,污泥产率接近0.69或甚至更高。分析认为高的污泥产率系数在很大程度上源自进水中高浓度无机悬浮颗粒。在法国,39%的污水处理厂具有污泥厌氧消化 (表1),其平均污泥产率为0.44 kg/去除kg COD. 新加坡的污泥产率仅0.24 kg/kg COD,为中国三分之一,新加坡所有市政污水处理厂采用污泥厌氧消化进行能量回收由此减少约35%的固体。通过与法国和新加坡污水污泥产率相比,可以看出中国目前的市政污水厂污泥产量系数确实过高。 表2 2015年、2016年和2017年中国年度市政污水处理COD去除量和污泥产量以及污泥的观测产率系数

a COD去除,kg x 10 -1 /米 3 ,市政污水处理厂的平均值(CUWA 2016)。
b 去除了COD,kg x 10 9 ,所有市政污水处理厂量,(CUWA 2017)。
c 去除所有COTP,kg x 10 9 ,所有污水处理厂量(CUWA 2018)。
d 污泥产生(DS),kg x 10 -1 /米 3 ,市政污水处理厂的平均值(CUWA 2016)。
e 产生的污泥(DS),kg x 10 9 ,所有市政污水处理厂量(CUWA 2017)。
f 污泥产生量(DS)kg x 10 9 ,所有市政污水处理厂量(CUWA 2018)。
低性能原因:独特的污水水质特性
污水水质特性对于活性污泥和整个厂工艺的设计至关重要。较早的一项对中国和中国三个城市污水管网系统进行的渗漏比估算研究结果显示污水管网系统渗漏导致的中国市政污水水质具有三个基本特征,即高的无机悬浮固体浓度(ISS),低COD和C/N比。 尽管需有更多数据描述全国情况, 但初步调查显示,在中国, 即便在施工质量及管理维护良好的污水管网系统,某些地区的污水处理厂的进水VSS/TSS比在50% - 70%范围,低于60%-80%的正常范围。文献报告进水低 COD/SS比(<1)和BOD5/SS比(0.3-0.5)较低反映污水含高ISS(砂质,粉土和粘土等), 表明国内污水厂进水“无机化”特性显著。如式(1)所示, 在假设没有初沉和最终出水中无ISS条件下, 进水的ISS/TSS率直接影响到混合液非挥发性固体(MLISS)浓度。
MLISS = ISSIO x(τ/Θc) (1) 其中,ISSIO:进水ISS; Θc:污泥停留时间SRT;τ:水力停留时间。 对于没有初沉,12天SRT和0.5天HRT的活性污泥工艺,进水VSS为180 mg/L,ISS为79 mg/L [VSS比率为70%[180/(79+180)],当进水VSS比率减少10%(ISS增加至120 mg/L)使用公式(1), 混合液ISS增加大约1,000 mg-ISS/L,表明了进水ISS对混合液MLVSS/MLSS分数的敏感性。 模拟显示,当进水的ISS/TSS增加(VSS/TSS比率减少)10%, MLVSS/MLSS分数可减少约10% (见图 1)。在中国大多数污水处理厂活性污泥(和污泥厌氧消化进料)中,MLVSS/MLSS比在30至60%范围。较低的MLVSS/MLSS比通常来自进水高ISS浓度,连结渗漏相对严重污水管网系统的污水处理厂,而相对较高MLVSS/MLSS比通常来自连结维护管理较好管网系统或发生渗出性渗漏污水管网系统的中国北方污水处理厂,它的进水ISS较低。最近报告显示中国污水厂活性污泥混合液平均挥发性固体分数低于50%,远低于正常的70%-75%的范围 , 表明进水含高浓度的无机固体(ISS)在活性污泥系统中的积累影响显著, 即使考虑到化学除磷形成的化学污泥及矿物的积累(挥发性固体成分60%)。 低混合液MLVSS/MLSS比对市政污水处理厂工艺性能和运行有多方面的不利影响。以活性污泥固体含量70%作为比较基准,为了在反应器中保留相同数量的生物量, 较低的MLVSS/MLSS-50%则意味着需要活性污泥池的容积增加约30%。另外,混合液中无机颗粒增加导致单位体积活性微生物含量的减少. 其影响类似于在设计中忽略了高进水ISS, 二者都会影响生化过程性能,比如低水温硝化污泥龄不足导致冬天出水高氨氮。 类似于活性污泥, 污泥厌氧消化池进料中的低挥发性固体含量,降低了单位有效体积(或每单位污泥)的沼气产率, 减少沼气产量。而为了达到预定VSS的削减率和产气率,需要增加额外容积或延长SRT。沼气产量降低与砂子等固体在污泥厌氧消化池沉积,以及砂子引起材料磨损和管道堵塞在很大程度上限制污泥厌氧消化在中国的应用。废水中较高的ISS含量被认为是是中国应用污泥厌氧消化的主要技术障碍。 进水中ISS在初沉污泥和二沉污泥的积累导致增加污泥产生量。模拟表明,在有或没有初沉条件下, 在进水VSS/TSS 35%-75%的范围内, 当进水VSS/TSS比每降低10%(剩余)污泥产量(DS)降低20%-30% (见图 1)。与污泥增加有关, 高ISS导致剩余污泥明显增加需要二沉池额外的表面积(容量)和固体处理设施(比如脱水和泵)容量,以及处理固体的能量, 将大大的增加了市政污水处理厂处理固体所需的投资。综上所述,当下污水中高ISS对中国市政污水处理厂的绩效和运营造成多种不利影响, 极大地影响其可持续性。

图 1. 进水VSS/TSS比对MLVSS/TSS和污泥产量的影响。使用GPX-s(6.02)没有初沉COD去除和硝化活性污泥过程。进水成分:COD:429 mg-COD/L,sCOD:107 mg-COD/L,可生物降解颗粒物COD:238 mg-COD/L,ISS随进水VSS/TSS比值变化。 2016年中国市政污水处理厂的进水COD浓度平均值仅为267 mg-COD / L,约为表3所列国家污水厂的进水浓度的一半。这归因于下水道在线生物降解和高渗漏比率。许多污水处理厂进水悬浮固体(SS)浓度在100 mg/L范围,比污水典型值低约150 mg/L, 颗粒在下水道中沉降和积累可能是原因之一。
表3 中国市政污水处理厂和其他地方的进水COD浓度(mg-COD / L)

进水低COD导致活性污泥池低生物量(MLVSS)浓度。进水ISS越高,混合液中的相对于去除单位COD的非挥发性固体分数和污泥产量越高。这使得高效除砂在处理COD较低进水时尤其至关重要。这里需要注意的是, 较低的进水COD浓度并不意味着必须废除污泥厌氧消化(参见下文), 尽管与进水COD较高相比,能量回收的量可能会受到影响。中国城市污水处理厂的进水C/N比在5.4到10.9之间,北京,上海和广州污水处理厂的进水碳氮比介于7.5(广州)到8.8(北京)之间,平均8.0, 低于其他地方的典型范围8到12 。低C/N比率导致碳短缺, 尤其是面对高效生物脱氮时。此外, 鉴于潜在的高浓度惰性颗粒化学需氧量,与具有类似进水的典型污水(较低比例的惰性颗粒COD)的活性污泥相比,反硝化效率和生物除磷效率可能进一步减少 。
在中国许多污水处理厂,由于进水COD较低,为增加碳供应,提高生物脱氮(反硝化)效率, 而省略了初沉池。考虑初沉池去除30%–40%进水COD,在省略初沉池情况下,则生物池的池容将增加约40%,同时二沉池表面积也须显著增加,导致设施体积和水力停留时间增加,增加了建设成本。而由于引入了更多可生物降解的颗粒COD, 颗粒的水解速率成为反硝化效率的提高决定因素,由于水解和温度的关系,夏季反硝化效率的提高是可能的, 但是冬季则未必。所以,省略初沉池的目的并不一定是可以实现的。需要全面详细分析污水特征,测量在不同温度范围下硝酸盐还原速率等,以及具灵活性操作策略的的设计。 另一方面,为了满足日趋严格的营养物排放标准(例如,TN <10 mg-N/L),外加碳源被越来越普遍地实践。以当前市场价格粗略估计, 一个100,000 m³/d的污水处理厂为购买相当于20 mg-HAc/L醋酸(HAc), 每年花费大约300万元人民币(约45万美元)。购买碳和化学物质正成为工厂运营沉重负担。
潜在的解决方案
综合污水水质特征考虑市政污水处理厂的设计和运行 面对中国独特的污水水质特征,污水处理厂设计和运营须综合考虑当地污水水质特征,排放要求,地理位置,处理能力以及能源供给,化学药品和污泥处置成本。污水水质特性在污水处理厂的工艺选择和设计中起着至关重要的作用。传统生物工艺可能不适用于中国南方部分地区的低COD浓度进水(例如,COD <100 mg-COD/L)处理, 而基于膜分离的技术或SANI(硫酸盐还原,自养反硝化和硝化)可能是适用的技术。省略初沉池、利用可生物降解的颗粒COD提高反硝化效率在温暖气候条件下可能可行,但在寒冷的地区则未必可行。 能源回收应在市政污水处理厂议程得到足够的关注。早在在世纪之交的美国,基于其经济上的可行性, 许多处理规模大约或超过100,000 m³/d的污水处理厂使用污泥厌氧消化。最近几年数据显示,甚至处理量为20,000–40,000 m³/d的工厂使用污泥厌氧消化在经济上仍然有利。欧洲数据则显示处理量大约或超过10,000 m³/d (50,000 PE)厂使用污泥厌氧消化经济上是可行的。中国的条件与美国和欧洲有所不同,研究在当地条件和因素情况下市政污水处理厂应用污泥厌氧消化经济可行性和必要性的迫切性是显而易见的,包括能量回收与营养物去除两者之间的平衡和成本-效益分析。
建议措施
鉴于污水管网修复耗时长久和当前广泛存在市政污水处理厂的状态,需要找出具有成本效益的措施和解决方案并加以实施,以及制定整合了各个方面因素的污水处理厂设计与运行指南, 以提高污水处理厂的运行绩效。下面将谈及除砂池的改进,污泥发酵,污泥厌氧消化和热电回收的应用。考虑到众多效益和有限成本,所有污水处理厂, 不管规模多大,提高砂粒去除效率都是值得去做的,而污泥发酵,污泥厌氧消化和热电联产的应用可能适合处理能力相对较大、且具有较高的进水COD浓度的污水处理厂。 增强除砂池除砂效率。从上面讨论可以明显看出,混合液低挥发性固体分数和高污泥产量归因于: i. 很多情况下除砂装置的设计存在技术缺陷,如停留时间不足(低估)和运营中缺乏必要维护。 ii. 在中国的许多地方,污水中的ISS浓度很高,且含相当部分直径远小于200微米的微细无机固体(这部分微细无机固体难以被常规除砂单元去除)。 建议性措施包括: 研究现有除砂单元的性能,包括ISS固体负荷和去除效率,并定期加以维护。另外,升级或改造现有的常规除砂设备,例如增加水力停留时间以提高效率。一些例子表明, 经简单升级后, 一些常规的除砂装置性能提升后可能将生物池混合液挥发性固体MLVSS/MLSS提高到55%至60%。总之,现场调查认真评估除砂设施对小于200微米颗粒物的去除效率非常必要的。考虑中国污水中广泛存在的高浓度的细小无机固体(ISS),以及ISS对许多污水处理厂运行性能产生的的负面影响,国内亟需开展对进水除砂尤其是ISS高效去除技术方面的研究或者设备开发。 基于上述分析,对改善中国污水处理厂除砂工艺运行性能提供如下的建议: i. 对城市污水处理厂污水中和混合液中的挥发性固体成份进行广泛调查;测量和估算不同类型除砂工艺的除砂性能,尤其是粒径低于200微米砂砾去除效率;
ii. 通过提高除砂装置的效率来减少过程中的ISS积累:通过提高除砂效率可使混合液中的挥发性固体成分增加约10%,有望将小型污水处理厂的混合液中的挥发性固体成分提高到55%-60%,中大型污水处理厂(≥50,000 m³/d)提高到60 %- 65%, 污泥发酵。最大限度地利用污水所含有的COD应该是解决生物脱氮除磷工艺中的碳短缺的首要途径。在充分利用易生物降解的可溶性COD方面, 可以参考苏黎世污水处理厂。在充分利用可生物降解的固体COD方面,初沉污泥发酵是一种被广泛应用的技术。图2显示了中国某地生产规模污水厂初沉污泥发酵数据,从进料到出料,平均增加40 mg-VFA/L挥发性脂肪酸(VFA)。同时,利用回流活性污泥(和在线混合液)发酵技术改善脱氮除磷效果已在丹麦、瑞典和美国和欧洲等国家得到广泛应用。中国已经有初沉污泥和活性污泥发酵的工程实例, 但缺乏长期成功运营报告, 因此, 影响了污泥发酵技术的广泛应用,这可能是由于国内对这些污泥发酵项目后期长周期跟踪性研究不够所致。

图2 生产规模初级污泥发酵中的VFA进出,显示平均增加40 mg-VFA/L [VFA出 -VFA入],温度16–18°C,NH4-N和磷的净释放量分别为2和1 mg/L。 低碳要求的营养物去除工艺。可以考虑采用像BCFS(生物化学除磷和除氮),SANI (综合硫酸盐还原,自养反硝化和硝化)和MABR(膜曝气生物反应器)等可在低碳情况下去除营养物的工艺。BCFS和MABR已被行业规模化应用,SANI处于中试规模,仍然有待工程尺度的应用验证。此外,西安四污出现的主流厌氧氨氧化现象也值得进一步关注和研究。
未来
增加能量回收。对于那些具有适当处理能力和较高的进水COD的浓度(例如 > 300 mg / L)的污水处理厂,污泥混合液挥发性固体组份(MLVSS/MLSS比)是应用污泥厌氧消化的关键。根据计算,如果将混合液MLVSS/MLSS由55%提高到65%,挥发份只是提高10%,就可以增加20%沼气产率。污泥挥发份的提升也有效提高了生物池的污泥活性,提高了池容利用效率,同时,显著减少了金属材料磨损和管道堵塞,大大消除了技术上应用污泥厌氧消化的障碍。通过热电联产从污泥厌氧消化回收的电可节省经营污水处理厂电力的大约30%。上海白龙港污水处理厂(产能2,000,000 m³ / d ),进水COD浓度为250 mg/L,苏黎世污水处理厂初沉池出水COD浓度约为250 mg / L,两个厂都使用污泥厌氧消化用于能量回收。对于中国处理能力超过100,000 m³ /d的污水厂,即便只有一半的应用了污泥厌氧消化进行能量回收,其对污水处理厂运行效益和环境可持续也有很大的提高。对于规模较小的污水处理厂,可以考虑脱水污泥合并送到大型污泥工厂或区域污泥处理中心进行能量回收。 减少碳支出。目标是通过污泥发酵获得净25 mg-COD/ L。这相当于最终出水硝酸氮浓度降低了约5 mg-N/L,有助于实现在几乎没有或添加少量碳情况下实现出水总氮浓度少于10 mg-N / L。 减少污泥量。通过增进进水砂粒去除, 提高10%进水VSS / TSS分数,可将污泥产量减少约20%。 结合污泥厌氧消化去除大约40%VSS(Grady等,1999)污泥量减少可达约50%。 这意味着如果在约一半的污水处理厂实现了ISS减少并应用污泥厌氧消化,则全国范围内污泥产生量可能减少约25%。连同能量回收增加的和购买化学品成本减少,落实减少ISS并应用污泥厌氧消化将在很大程度改善污水处理厂的可持续性。 加强结果导向的应用研究。要大力加强针对克服或解决中国污水水质特性形成的技术瓶颈进而实现高效污水处理目标的可持续性研究与技术开发,从开始就需要制定详细的可行性研究计划,针对污水特性,尤其是进水ISS,和硝酸盐还原速率等研究与实际测试,将有助于从技术确定是否需要初沉池。通过生化挥发物脂肪酸潜力(BVFAP)等指标测试可用于评估初沉污泥和活性污泥发酵的可行性。目前看来,现在针对实际水质特征条件下的污水厂设计,针对解决独特中国污水水质相关的市政污水处理现实问题的研究仍然相对薄弱。最近几年中国在水科学研究方面取得了出色的进步,现在也正是时候,可进一步加强在可持续市政污/废水处理应用领域的研究。
结束语
自90年代以来,中国在城市卫生工程方面取得了显着进步。但是,市政污水处理仍然面临着低效率的能量回收,营养物去除高成本和高污泥量问题. 这些难题源于独特的污水水质特性: 高ISS,低COD和C / N比。这项研究揭示了污水水质特性和市政污水处理厂的低效率之间的因果关系。进一步提出建议,要根据当地的实际水质特性,进行污水处理厂的设计和运行。鉴于管网完善需要一定周期, 污水处理厂的可持续性改进可以与管网提质增效、管网修复等工作并行。提供具有成本效益的措施和解决方案的建议,即高效除砂、污泥发酵和应用低碳生物脱氮除磷工艺,并估算了实施可能带来的收益。强调了未来加强以结果导向的市政污水处理应用研究的必要性。
致谢 杨向平(中国城镇供水与排水协会),张悦(中国水工业协会),郑兴灿(中国市政工程华北设设计研究总院有限公司),甘一苹(中国城镇供水和排水协会),王洪臣(中国人民大学),王佳伟(北京排水集团),胡维杰(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司),吴远远 (北京首创),杨岸明(北京排水集团),李金河(天津创业环保),丁永伟(苏州水务集团公司),李 激(江南大学), 王 燕(江南大学)和吕 贞(常州市排水管理处)等提供了有用的信息和观点.
参考资料(省略)
来源:中国水协教育委 作者:曹业始,MCM Van Loosdrecht, 刘智晓, Glen Daigge
中国给水排水2020年中国污水处理厂提标改造(污水处理提质增效)高级研讨会 (第四届)邀请函暨征稿启事 2020年中国排水系统提质增效大会——鼎力打造高质量、高效能,与城市水环境相融合,网厂河一体的排水系统 共创 共生 共赢-- 鼎力打造中国污水处理厂提标改造及排水系统提质增效核心技术品牌生态圈 (请提前报名,限1000人;2019年1400余人参会) 时间:2020年8月—9月 ,第一天报到,第二、第三天会场研讨,第四天参观 地点:山西 太原市 (具体酒店待定) 组织机构 主办单位: 《中国给水排水》杂志社有限公司 青岛思普润水处理股份有限公司 赛莱默(中国)有限公司 中国市政工程华北设计研究总院有限公司 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司 中国建设科技集团股份有限公司 协办单位: 中国土木工程学会水工业分会 宁波市供排水集团有限公司 北京海普润膜科技有限公司 大连宇都环境技术材料有限公司 天津大拇指环境工程有限公司 天津创业环保集团股份有限公司 天津华博水务有限公司 国美(天津)水技术工程有限公司 青岛洛克环保科技有限公司 中国给水排水战略联盟 中国给水排水品牌委员会 亚洲环保 济南浦华会展服务有限公司 中国水业网(www.water8848.com) 支持单位: 《给水排水》杂志社 浙江省城市水业协会 杭州市水务控股集团有限公司 中国工业节能与清洁生产协会 中国市政工程中南设计研究总院有限公司 国家城市给水排水工程技术研究中心 青岛欧仁环境科技有限公司 天津机科环保科技有限公司 苏伊士新创建有限公司 威立雅水务工程(北京)有限公司 苏伊士水务技术(上海)有限公司 德国 BHU Umwelttechnik GmbH 中瑞(天津)环境技术发展有限公司 中国市政工程西北设计研究总院有限公司 中国市政工程西南设计研究总院有限公司 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司 广州市市政工程设计研究总院有限公司 北控水务集团 北京排水集团 杭州市水务控股集团有限公司 常州市排水管理处 杭州萧山环境集团有限公司 河北农业大学水资源利用与健康水循环研究所 清华大学 环境学院、中国人民大学环境学院、哈尔滨工业大学环境学院、中国科学技术大学、天津大学 环境科学与工程学院、东南大学能源与环境学院 、浙江工业大学环境学院、浙江工业大学建工学院、北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室、中—荷污水处理技术研发中心、江南大学 环境与土木工程学院、北京工业大学市政工程研究所、同济大学环境科学与工程学院 等。
战略合作微信平台

(微信名称:water8848 微信号:cnwater8848 )

(微信名称:中国给水排水 微信号:cnww1985 ) 
(微信名称:水环境生态圈 微信号:iwacnww )
组委会联系方式 联系人 : 王领全 13752275003(主办、协办、报告等) 孙磊 13702113519(展示、广告) 任莹莹15122360102 (论文投稿、预订房间) 于菁琳会计 13821165596 (发票) 金晟 会计18622273726 (展示、广告、赞助、发票和预订房间) 电话:022-27835639 27835592 13752275003 E-mail:wanglingquan88@163.com cnwater@vip.163.com 传真:022-27835592 邮编:300070 地址:天津市和平区新兴路52号都市花园大厦21层






共创、共生、共赢---- 鼎力打造中国给水排水核心技术品牌生态圈
另:转发到朋友圈并点在看,可赠送2019污泥大会论文集1本+中国给水排水杂志1本,转发后请将自己信息发到:13752275003@163.com)大量粉丝还没有养成阅读后点“在看”的习惯,希望大家在阅读后顺便点“在看”和转发,以示鼓励!坚持是一种信仰,专注是一种态度!
战略合作微信平台: 
共创、共生、共赢---- 鼎力打造中国给水排水核心技术品牌生态圈 全国31省市4500家污水处理厂名单(下载全名单请点击底部 “阅读原文”)
导言
方法
结果和讨论
b 去除了COD,kg x 10 9 ,所有市政污水处理厂量,(CUWA 2017)。
c 去除所有COTP,kg x 10 9 ,所有污水处理厂量(CUWA 2018)。
d 污泥产生(DS),kg x 10 -1 /米 3 ,市政污水处理厂的平均值(CUWA 2016)。
e 产生的污泥(DS),kg x 10 9 ,所有市政污水处理厂量(CUWA 2017)。
f 污泥产生量(DS)kg x 10 9 ,所有市政污水处理厂量(CUWA 2018)。
MLISS = ISSIO x(τ/Θc) (1)
潜在的解决方案
建议措施
ii. 通过提高除砂装置的效率来减少过程中的ISS积累:通过提高除砂效率可使混合液中的挥发性固体成分增加约10%,有望将小型污水处理厂的混合液中的挥发性固体成分提高到55%-60%,中大型污水处理厂(≥50,000 m³/d)提高到60 %- 65%,
未来
结束语
(微信名称:中国给水排水 微信号:cnww1985 )
曹业始:国内城市污水处理的瓶颈与潜在解决方案
国内城市污水处理的瓶颈与潜在解决方案
【延期通知】2020年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会同期召开中国无废城市建设及固废资源化利用大会延期举办的通知
题 目: 景津压滤机污泥装备在污泥行业中的应用
报告人:景津环保股份有限公司 姜桂廷 董事长
(主持人:天津市华博水务有限公司 陈凡阵 研究员级高工 )
题 目:带式污泥干化机在污泥减量过程中的热平衡
报告人 :北京合清环保技术有限公司 副总经理 陈俊 博士
下水道系统的渗漏及其对水体黑臭和污水处理厂运行的影响 报告人:曹业始--新加坡公用事业局(PUB)前首席专家,国际水协会会士
下水道系统渗漏对黑臭水体和污水厂运行的影响:北京、上海、广州、新加坡四地的对比分析研究
微信扫一扫
关注该公众号
下水道系统渗漏对黑臭水体和污水厂运行的影响:北京、上海、广州、新加坡四地的对比分析研究
微信扫一扫
关注该公众号
中国在水污染治理问题上已经取得了显著的进步。中国住房和城乡建设部2018年第二季度全国城镇污水处理设施建设运行情况通报显示,截至2018年6月底,全国设市城市、县(以下简称城镇,不含其它建制镇)累计建成污水处理厂3,802座,污水处理能力达1.61亿立方米/日,成为全世界单日污水处理量最大的国家。然而,消除黑臭水体依然是巨大挑战,同时中国污水厂面对日益严格的排放标准,也有很多问题尚待解决,其中一大问题是进水COD往往异常的低。中国城镇供水排水协会(CUWA)2017年发布的数据显示,市政污水厂的进水COD平均值仅为267mg/L,南方地区的一些污水厂COD甚至低于100mg/L,而欧洲污水厂的进水COD一般在400-1,000mg/L。
表1. 中国各地区污水厂进水水质和新加坡的对比(单位:mg/L)
中国大多数城市污水厂进水COD的C/N为7.5-8.8,属于中等偏低的水平,而且有大量惰性固体组分。为了保留更多碳源用于脱氮除磷,许多污水厂都略去初沉池,而且有厌氧消化工艺的污水厂占比不到10%,因此大部分污水厂都要通过外加碳源满足一级A的总氮标准(TN<10mg/L)。
进水COD浓度低也可能是由于污水管网存在渗漏问题,包括了外渗和内渗。黑臭水体问题很大程度跟管网渗漏有关。专家认为,要解决黑臭水体问题,先要解决污水厂进水低浓度的问题,并且要对管网渗漏情况进行量化。国内外水务专家就此进行了联合研究,目的是开发出一套简易的量化方法,探讨管网渗漏对黑臭水体和污水厂运行的影响,最后提出相关建议。专家团包括新加坡PUB前首席专家的曹业始博士、荷兰TU Delft的Mark van Loosdrecht教授,国际水协会前主席Helmut Kroiss教授和Glen Daigger教授、上海城市建设设计研究总院总工唐建国、中国水协排水委员会杨向平主任、甘一萍秘书长、江南大学李激教授、中国土木工程学会水工业分会张悦理事长等。他们的报告发表在国际水协会的期刊《Water Science & Technology》上。
研究人员将污水厂进水的氮磷浓度分解为三个来源,第一是人们日常生活用水产生的负荷,第二是污水管网的内渗和外渗,第三是少量进入管网的工业废水。此外,还有部分污水在管网里发生生物降解,这都会影响进水COD的浓度。
图1. 污水下水道的内渗外渗过程示意图
研究团队首先以新加坡为例,计算人均污水负荷值。结果显示,新加坡的人均用水量为200L/天,假设内渗率约10%(旱天),没有外渗现象,COD在管网的降解率为10%,可以算得COD、氮和磷的个人负荷人别为121、9.7、1.0g/人/天。这些数值和奥地利、德国等欧洲国家几乎一模一样。
初步计算反映了中国污水管网存在严重的渗漏问题。在这次研究里,他们专门考察了北京、上海和广州的情况,并和新加坡进行对比。下表是人均用水和渗漏对比的概况,统计的都是处理量在10万m³/天以上的污水厂。
表2. 人均用水、处理率和渗漏率的对比
表3.污水厂进水氮、磷和外渗情况的对比
上表2统计显示,中国污水管网的整体外渗率达39%,考虑到南方水位较高,他们认为外渗情况主要发生在北方,而南方以内渗为主,致使进水浓度便低。但总的来说,这些外渗的COD和氮磷进入地下水或者地表水,导致黑臭水体的形成。这种扩散污染很难控制,而且其中形成的硫化物、硝酸盐或亚硝酸盐会进一步消耗可降解的COD。
图2. 管网系统的COD去向统计
另外,数据显示上海污水厂COD的惰性颗粒组分超过30%,欧洲只为8-20%,VSS/SS比范围在30-60%之间,低于欧洲的70%。具体参数见下表4。
表4
作者认为,上述结果说明合理设计和运行下水道系统,对于保护水生环境、消除黑臭水体,以及确保污水厂可持续运行至关重要。北京的案例证明了“厂网一体化”管理策略的有效性。最近住房和城乡建设部、生态环境部、发展改革委印发《城镇污水处理提质增效三年行动方案(2019—2021年)》对下水道的修复技术做出了指示,应该能加快污水管网系统的修复和完善。
管网的渗漏问题使污水厂的运行表现偏离其设计能力。下水道系统的COD生物去除率高,使得进水COD/N比值偏低,平均在7.7-8.8之间,低于新加坡的11.2(表 4)。许多污水厂测得的进水VSS/TSS比率很低,约为30-60%,这表明固体的生物降解性较差。这是由于内渗引入的许多细砂和黏土(直径小于200µm)造成的,这些物质来自土地开发和城市化发展。进水碳源短缺、生物降解性差,为了满足氮磷的出水要求,必须外加碳源才能达标排放。这些细砂也占据了活性污泥池和厌氧消化管的空间,降低了处理效率和沼气产量。作者认为目前移除初沉池和厌氧污泥消化的常规做法过于简单,管理者需要根据当地具体情况,对污水厂运行进行优化。
研究团队的比较分析方法对中国下水道管网的渗漏进行了初步量化,总的来说40%的水量流失和50%的COD和氮磷外渗量十分惊人。这也反应了管网问题确实和黑臭水体密切相关,同时也降低了污水处理厂的运行效率。他们指出,修复下水道管网的完整性,消除渗漏问题,能帮助中国从根本上解决黑臭水体的问题,实现城市可持续水管理的目标。对于日后应该采取怎样的措施,作者们列出了以下七点建议:
有四点建议是关于对管网渗漏调查的优化:
1. 开展全国范围的调查,评估对目前下水道 (以及部分雨水系统) 的渗漏情况。要达到量化的目的,调查要考虑旱天和雨天天气、时间/空间条件的变化情况(例如一年里地下水位的变化),这样有助了解表面现象背后的复杂机制;
2. 研究在当地条件下,渗漏对水环境和黑臭水体的影响;
3. 研究内渗地下水/河水与污水的相互作用、以及外渗污水和地下水/河水的相互作用,以及这些相互关系对水环境和COD在管网里的生物降解的影响;
4. 根据成本效益分析, 制定任务清单和替代方案,并列明优先级,最终制定下水道系统的修复计划,并予以执行。
另外三点建议是关于如何在现有进水水质条件下改善污水厂的运行表现:
5. 结合当地情况,评估当前污水水质,尤其是可生物降解和惰性固体的组成比,因为了解进水特性是污水厂设计和运行必不可少的首要任务。
6. 评估现有工艺单元的运行效率,特别是沉砂池和生物处理单元。分析并确定对污水厂进行升级或改造会遇到的瓶颈问题。
7. 根据目前的进水特性,对各单元/工艺开发一套合理的、一体化的设计指南,尤其是那些渗漏情况严重的地区。
参考资料
The leakage of sewer systems and the impact on the ‘black and odorous water bodies’ and WWTPs in China, Y. S. Cao, J. G. Tang, M. Henze, X. P. Yang, Y. P. Gan, J. Li, H. Kroiss, M. C. M. van Loosdrecht, Y. Zhang and G. T. Daigger, Water Science and Technology, Volume 79, Issue 2, Feb 2019
doi: 10.2166/wst.2019.051
欢迎加入我们,成为IWA会员!点击微信最下方“阅读原文”,访问会员网站IWA Connect。任何疑问,可邮件至dan.wang@iwahq.org咨询。
https://iwaconnect.org/subscribe#/
国际水协会(IWA)官网 www.iwa-network.org
了解更多水行业前沿信息,敬请搜索关注国际水协会微信公众号“IWA国际水协会”
也可长按下方二维码,在弹出对话框中选择“识别图中二维码”来关注我们。
已群发消息
-
11:45发送完毕221
-
昨天 12:05发送完毕2842
-
星期六 12:47发送完毕1802
-
星期五 13:14发送完毕2621
-
星期四 12:11发送完毕6425
-
星期三 10:01发送完毕1641
-
星期二 13:55发送完毕6302
-
10:15发送完毕
-
昨天 20:42无法查看
-
昨天 00:01发送完毕
-
星期六 11:43发送完毕
-
星期六 11:32无法查看
-
-
星期五 00:01发送完毕
中国给水排水2020年中国污水处理厂提标改造高级研讨会(第四届)邀请函暨征稿启事0309.docx
中国给水排水2020中国排水管网大会(污水千人大会同期会议)0309.docx