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    美國污水處理的“高排放標準”的啟示

    發布日期:2018-01-10    【字號:  

          高排放標準的討論是近年來國內污水處理一個熱議的話題,圍繞這一話題的有關技術應用正一步步影響著中國污水處理的走向,執行什么樣的高排放標準、采用什么樣的技術路線、能夠達到什么樣的效果無疑是基層實踐所非常關注的。在回答這些問題之前我們不妨將目光投向大洋彼岸的美國,看看美國污水處理的“高排放標準”。

      美國在氮、磷控制方面的“高排放標準”

      美國在氮、磷控制方面的“高排放標準”并不是一個統一的標準,而是針對特定地區的特定標準。根據美國環保局、NRDC以及其他相關組織的評估,美國對氮磷控制可以劃分為以下5個類別:

    美國污水處理的“高排放標準”的啟示

      從上表中可以看到,無論是何處理等級,BOD與SS都沒有進一步的提高,顯然這已經不再是處理等級向前發展所關注的問題,重要的問題在于總氮和總磷。與上述5個處理水平相對應的美國各地污水處理技術路線主要如下:

    美國污水處理的“高排放標準”的啟示

      從上表中可以看到,對于TN<10mg/L以內的要求只是常規的硝化反硝化+生物除磷+過濾,可選擇性地投加化學除磷藥劑和外加碳源,并不包含反硝化濾池。反硝化濾池只用于處理水平4(TN<3mg/L)和處理水平5(TN<2mg/L)的要求。

      技術性能統計(TPS)

      我們知道污水處理廠的進水負荷時刻變化,處理廠需要面對一年四季的溫度變化、暴雨沖擊,污水水質組分的變化也在影響生物處理的動態性能,日常的計劃檢修或設備意外故障等都會影響到正常的穩定運行。此外,還有一些預想不到的事情,比如工業廢水含有的有毒有害物質的排入。

      那么當污水處理廠面對這些復雜變化的情況,執行上述標準、采用上述技術路線的實際效果怎么樣?2010年美國的一項研究報告對22座這些不同處理層次的污水處理廠進行了為期3年的調查研究,參與這項研究的人員來自AEcom、CH2M、HDR、Brown& Caldwell等多個北美咨詢公司,并包含了DCWater、OrangeCounty等公共設施部門,調查研究的內容主要是工藝效果的穩定性與可靠性。令人感興趣的事情是這項研究工作用到了統計學的方法,并在污水處理領域內引入了一個概念——技術性能統計(TechnologyPerformance Statistics,TPS),主要方法如下:

      技術可達到的理想標準:這一概念并不指實測的某個最低值,而是指在一段時間內可達到的性能水平。具體而言是用一年之內2周(14天)的持續性能表現來反映技術可達到的最低標準,簡稱為TPS-14d。這一衡量指標代表了系統在理想情況下可獲得的最佳結果,但并不適合作為標準或可以期望在實際污水廠能夠達到的值。之所以采用14天的統計學結果是因為生物脫氮除磷的泥齡一般在8-20天,14天的統計周期可以反映出泥齡的變化,以概率表達就是3.84% (14/365 = 3.84%)。

      技術可達到的平均標準:這里用的并不是平均值,而是統計學上的中位值,中位值不受極端變量值的影響,是運行能夠達到的技術標準。

      技術可達到的可靠標準:可靠性是基于第95百分位的統計計算,主要是考慮到美國的很多污水處理廠的排放標準是用月均值,也就是如果在連續5年的運行中,超標的月均值可以有3次,這樣的結果通常被認為技術是可靠的。

      “高排放標準”污水處理廠的評估結果

      那么上述指標用于評估這些“高排放標準”污水處理廠的結果如何?舉例說明如下。

      出水TN的概率值

    美國污水處理的“高排放標準”的啟示

      從上表中可以看出TPS-14d的值很低,都滿足排放標準,但這些數值只占3.84%。50%的中位值基本都滿足排放標準,95%的覆蓋率雖高,但有相當一部分數據并不滿足排放標準,TP的情況類似,如下表。

      出水TP的概率值

    美國污水處理的“高排放標準”的啟示


      如果單獨對某個污水處理廠做一點深入的分析還會得到一些其他信息,WesternBranch污水處理廠的處理規模約12萬噸/日,出水TN月均值要求達到3mg/L,周均達到4.5mg/L,處理工藝采用三段式活性污泥法。

    美國污水處理的“高排放標準”的啟示

    美國污水處理的“高排放標準”的啟示

      盡管WesternBranch污水處理廠出水TN的中位值為1.72mg/L,但當覆蓋率達到99.9%時出水TN已經接近10mg/L。由此可見,從上述美國一些污水處理廠出水水質統計學的結果反映出一個基本事實:達到“高排放標準”的同時實現高覆蓋率是不現實的。

      同時,在上述統計分析過程中,TPS-14d與TPS-50%、TPS-95%的比值也是一個有趣的現象,對于TN和TP,TPS-14d約為TPS-50%的40~60%,TPS-95%約為TPS-50%的200~300%,這充分說明即使在美國最好的脫氮除磷污水處理廠(相當一部分是達到極限脫氮除磷標準)其出水氮磷水質也存在較大的波動性。

      再將目光回到中國,“高排放標準”涉及的流域水環境改善、技術路線在國內已有較多的討論,但“高排放標準”一詞在技術層面尚缺乏嚴謹、明確的界定,同時更為重要的是深入、全面、科學的數據分析尚不多見,這些都是國內標準發展的重要基石,我們需要做的事還很多。(來源:中宜環科環保產業研究)

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