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城镇污水处理厂与排水系统一体化实践经验

发布时间:2016/10/11 点击量:

1.厂网一体化运营的界面工艺要素
1.1厂网运营管理的界面及其工艺要素
城镇污水处理厂及其上游排水管网的运营管理界面,也就是二者的物理分界面,即排水管网总干管的末端或污水处理厂进水泵房粗格栅的前端。
界面工艺要素包括污水水量、水质和水位。其中,水量与水质是排水管网收集输送污水的结果,也是污水处理厂运行工艺调控和进行扩建改造的决策依据;水位取决于污水处理厂的运行调控,对于重力流排水管网而言,也是影响其运行安全(产生管道淤积、影响排水通畅)的重要因素。
所谓厂网一体化运营,是指对城镇排水系统的污水处理厂和排水管网进行统筹建设和协调运行,以保证整个排水系统的运行安全和高效。其中,统筹建设是前提,协调运行是核心。对界面工艺要素的预报预警和调度控制,是厂网之间协调运行的考核指标,也是厂网一体化运营的主要内容。
1.2污水处理厂对界面工艺要素的要求
1.2.1水质
(1)调度控制:对于污水处理厂可以去除的常规污染物,即《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的基本控制项目,其浓度不宜超过污水处理厂的设计指标(预警值);其中,无机泥砂类固体含量应尽量低,以减少污水处理厂设备、设施的磨损;但可降解有机物(BOD5)的浓度宜维持在一定的水平之上,以用作污水脱氮除磷所需的碳源。对于污水处理厂难以去除的特种有机物和有毒重金属类污染物,即《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的选择性控制项目,其浓度不能超过《污水排入城镇下水道水质标准》的规定限值;当污水处理厂发现此类污染物超标时,排水管网应具备源头追溯管控的功能。
(2)预报预警:根据北京排水集团所属污水处理厂的实际运行经验,参考其他城市污水处理厂的运行调控水平,污水水质应至少提前2 h向污水处理厂进行预报预警。当污水中常规污染物浓度连续60天超过预警值时,污水处理厂需启动升级(水质保障)改造程序。
1.2.2水量
(1)调度控制:为保证污水处理厂的高效、稳定运行,各时段的进厂流量应尽量均衡,日运行负荷率应适中。正常情况下,瞬时流量宜控制在日均值的±25%以内,最大值不宜超过预警值(一般为设计处理能力的90%),日运行负荷率则宜控制在75%~95%。当污水处理厂的关键设备、设施进行计划性维护或故障抢修时,宜根据部分设备、设施停产的需要减少进厂污水量(包括瞬时流量和持续时间)。
(2)预报预警:根据北京排水集团所属污水处理厂的实际运行经验,污水流量应至少提前1 h向污水处理厂进行预报、预警。理论上,当日总水量连续15日超过设计处理规模的95%时,污水处理厂需启动扩建(新建)程序,但实践中,因征地拆迁非常困难,实际建设周期比较长,当运行负荷率达到90%时,就需及时启动扩建(新建)程序。
1.3排水管网对界面工艺要素的要求
重力流排水管网对界面工艺要素的要求主要是水位。
(1)正常运行状态:应控制界面水位使排水管网运行在安全水位以下(至少是所有排水干管的充满度不高于设计允许值),以减少上游管道淤积、保障排水管网运行安全。
(2)设施维护状态:当排水管网进行计划性维护或故障抢险抢修时,污水处理厂应短期加大污水抽升(处理)量,控制界面水位使排水管网在低水位下运行,为排水管网维护或抢险抢修创造有利条件。
(3)防汛保障状态:对于有合流制管道的排水管网,当汛期接到防汛预警时,污水处理厂应及时加大污水抽升(处理)量,控制界面水位使排水管网在低水位下运行,为雨水预留排水管网的内部空间,以实现内涝防治和溢流污染控制的双重目标。
2.厂网一体化运营的基本模式
北京排水集团目前形成了“水质保障、水量均衡、水位预调”3种基本的厂网一体化运营模式。
2.1水质保障
厂网一体化运营可充分发挥排水管网“排入水质源头监控、水质水量预报预警、超标排水追溯管控、无机杂质厂前去除”的水质保障作用,保证污水处理厂进厂污水符合设计要求,保障其运行安全。
2.1.1排入水质源头监控
排入水质源头监控是指,对于可能超标排入污水的排水户,通过在其排水口设置在线监测装置或定期进行采样检测,监测排入污水的水质、水量;发现超标(尤其是影响污水处理厂运行安全的有毒重金属和特种有机物)的情况及时报告和配合水政执法进行管控处理,并预判对污水处理厂运行安全的影响,及时发出预警;而对于排放污水含有优质碳源(B/C高于075)的排水户,通过签订排水协议适当放宽浓度限制,以有利于污水处理厂的脱氮除磷,降低污水处理(包括排水户的预处理)成本。
北京排水集团在2011年初开始对排水管网实施流域化管理,将各污水处理厂流域的上游管网按照集水区域和上下游连通关系划分为不同级别的管线逻辑关系,共建立了210个排水小流域(见图1)。小流域划分后,每个污水处理厂上游的排水管网都是由总干管、主干管、小流域组成,形成了点、线、面结合的网格化(管理)格局,以便于排入水质的源头监控和超标溯源。
每个小流域的排水户均按其排水水量和水质特性进行分级、分类管理,对曾经严重超标排水的垃圾处理站/填埋场、粪便消纳场、综合性医院等重点排水户,在其排水口安装了在线监测装置进行重点监控(特种有机物和有毒重金属类);对可能超标排水的餐饮等部分排水户,则对其排水水质(特征污染物)进行定期检测。当发现排水户超标排水时,立即向其发送告知书,通知限期整改。对于逾期未采取整改措施的,及时配合水政执法进行管控处理。同时,定期开展社会开放日等活动,加强排水许可宣传,与街道、居委会、社区建立联动,动员社会力量来共同监督超标排水行为。
这些源头监控措施率先在J厂流域综合实施,虽然近年来居民生活污水的浓度有所增加(节水意识提高),但进厂污水的COD平均浓度逐年下降,特别是2013年以后(见图2)。
现阶段,排入水质源头监控需要针对重点排水户安装在线监测装置,不但数量多、投资大,而且监测的特征污染物各不相同,型号规格众多、运行维护困难。因此,集团优先采用定期检测方式并对排水户实行“信用制”管理:对定期检测一直未发现超标排水行为的排水户,将其信用等级提高一级,并相应降低监控频率;而对发现超标排水行为的排水户,发现一次将其信用等级降低一级,连续3次降级的排水户,配合水政执法部门监督由其自行安装在线监测装置。实际上,排入水质源头监控更需要全社会提高对排水许可的认识。
2.1.2水质水量预报预警
水质水量预报预警是指,在排水管网的适当位置安装在线监测装置,实时监测收集污水的水质、水量,并建立污水在管网中的水量叠加模型和水质传递模型,为污水处理厂提供进厂污水水质、水量的预报、预警,以便污水处理厂及时进行工艺调控,保障其高效、稳定运行。
污水中特种有机物和有毒重金属类的预报、预警,应当注重对重点排水户排入污水的源头监控。从污水处理厂工艺调控的需要考虑,主要关注的是污水中常规污染物的预报、预警,如pH、悬浮物、化学需氧量、生化需氧量、氨氮、总氮、总磷等控制项目,可根据实际情况进行选择监测。
对于排水管网中特定的(重力流)管道而言,其水位与流量可建立起一定的对应关系,实践中一般采用水位监测来代替流量监测,以降低投资和成本。
目前,北京排水集团结合小流域管理,已在规模较小的B厂和W厂上游管网的主干管末端及部分小流域末端安装了水位、化学需氧量、氨氮等集成式在线监测装置,并初步建立了相应的水量叠加模型和水质传递模型,基本可实现提前1 h左右对进厂污水的水质和水量进行预报、预警。同时,结合集团的标准化管理,针对12种典型的污水水质、水量(及其组合)情况,以W厂为试点制定了相应的运行方案和应急预案,可根据水质、水量的预报、预警进行快速响应,实现菜单式运行调度,提高污水处理厂的运行效率和水质保障。
计划到2020年底,北京排水集团将完成对中心城区所有小流域排水(水质和水量)的在线监测,预期可实现提前2~3 h对所有污水处理厂的进厂污水进行预报、预警。

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