1、.1.城镇小型污水处理设施运行性能现状评价要点 *周律 1， 李涛 1， 张玉魁 2， 耿锐 1， 王森杰 2（ 1. 清华大学 环境科学与工程系，北京 100084； 2. 北京市政建设集团有限责任公司，北京 100045）摘要：随着我国大量中小型污水处理设施投入运行，污水处理设施运行中存在的问题不断出现。全面可行的小型污水处理设施运行性能评价与分析方法，对于合理的改造现有系统、设施的优化运行都有十分重要的现实意义。本文在评价要点及内容上进行了初步地探讨和分析，同时结合案例进行了应用介绍关键词：小型污水处理设施 运行性能 评价方法1 引言近十年以来我国建设了大量城镇污水处理设施，尤其是十一五
2、期间，我国新增城镇污水处理能力超过 5000 万 m3/d，污水处理率由 52%提高到 75%，这些设施对我国水环境的改善及污染物减排工作起到了巨大的作用。但从目前大量已投入运行的城镇污水处理设施的情况分析，由于规划、设计、施工、运行、管理等各方面的原因，为数不少的污水处理设施运行不良，或者出水无法达标。在当前节能减排要求日益增高的形势下，国内许多小型污水处理设施都面临着持续的技术改造的任务，存在着如何有效提高城镇污水处理设施处理水平、如何有效降低运行能耗、如何有效提高污水处理设施的运行可靠性、如何有效地进行设备管理等一系列共性问题。从技术角度规范性能现状评价的方法和程序是解决上述问题需要重点
3、考虑的内容。此外，对已有城镇污水处理设施运行性能评价，其结果也是了解现有设施存在问题，提出经济合理的技术改造策略和方案的前提。本文对小型污水处理设施运行性能评价的要点进行了探讨，并结合案例进行了应用分析。2 污水处理设施运行性能评价主要内容对污水处理设施技术改造目的不同其评价的方法和侧重点也会有所不同，但基本的内容应包括以下几部分。2.1 复核性评估和分析由于建成时间不同、排水性质的变化、市政设施的发展、污染物排放限制变化等原因，现有污水处理设施实际运行情况与当初的建设意图和污染物控制目标会存在一定差距。因此，复核性评估就是依据现有设施的进出水水量水质、工艺参数、设备和构筑物使用情况，对照原有
4、设计和竣工文件、运行要求、日常记录和内部已改造的情况进行复核及比较，初步评估和分析存在的异同，对发生变化的原因进行基本的判断，为后续的进一步分析提供必要的方向性信息。* 北京市自然科学基金资助项目（8102022）作者联系方式：北京市 海淀区 清华大学 环境科学与工程系 北京(100084)，Tel.：010 62773079；E-mail：水工业市场约稿稿件.2.2.2 工艺性能和设备性能分析工艺性能测试就是结合设计要求、水质标准等，对各工艺单元分别进行性能分析和测试，具体判定目前的处理效果和水平。对于常规水质、泥质检测数据比较完整的处理设施，如果处理规模和进出水水质与设计比较相符，可对多年
5、的不同季节的数据等进行整理和统计计算分析，以识别整体工艺运行的性能情况。如果常规水质、泥质检测数据完备性差，则需进行一定时期的强化调查检测，对现有条件和环境下的典型进出水水质进行取样分析，有条件时进一步对其他水质组成进行分析，并在此基础上完成整体工艺运行的性能分析。具体采用的方式可以是按照规范、标准或相关计算手册进行计算，也可采用相关的模型进行分析。需要指出的是，除了分析评估单元构筑物本身的工艺性能外，还务必分析和评估各单元间联系方式或系统的设置合理性，如管路的设置、单元构筑物的连接方式、前后单元对应性和一致性等。污水处理设施中，工艺单元、管路（渠）和设备构成了完整的处理系统，其中设备是处理能
6、够有效完成的重要保证。除了常规的设备，如泵、风机、各类闸阀、搅拌设备、脱水设备、计量设备外，随着控制水平的提高在线检测仪器已逐渐成为污水处理设施中必备的仪器。另外，日常的分析检测设备仪器也归于设备的类别中，对这几类设备（仪器）应该根据正常使用和非正常使用的条件，对照相关的设备手册和检测方法，评估其劣化程度、失效程度，尤其对于对检测结果影响大的设备应依据主要出厂性能指标对其目前性能状况进行详细评估，以便提出下一阶段维修或更换策略。2.3 处理设施的可靠性分析通常污水处理设施可靠性是指，在规定时间内和规定条件下，污水经过处理系统处理后出水水质满足特定排放标准的能力。目前我国排水行业还没有统一的可靠
7、性标准。 室外排水设计规范（GB50014-2006）中虽然没有将可靠性单独作为一项要求列出，但间接地提出了保证可靠性的措施。如在水泵和鼓风机的配置上，规定按照工作水泵和鼓风机台数设置备用泵和备用鼓风机等，以保证必要的设备冗余。因此，应该结合设备、元器件的要求，对已有设备的配备进行可靠性评估。更详细的分析方法，应该包括污水处理系统机械可靠性和污水处理系统工艺可靠性两大方面，机械可靠性直接影响污水处理工艺的正常运转和维护检修费用，生物的活性和降解性能在很大程度上决定了系统的可靠性。2.4 费用效益测算及分析应从财务分析角度对实际运行中发生的费用和效益进行分科目计算和分析，通常，费用包括电耗、维修
8、费用、药剂消耗指标、人员费用等，效益包括污水处理的收费及产品收益等，汇总计算污水处理成本，并对比条件相类似的相关先进设施的费用效益指标，结合工艺、设备的性能分析及处理设施的可靠性分析，对造成成本偏高的项目结合工艺和设备进行相关的研究，发现问题，为下一阶段的技术改造提供依据。.3.3 案例分析3.1 基本情况评价的对象为北京某小城镇污水处理设施，设计处理能力为 3000 m3/d，2003 年 10 月竣工。处理的污水构成主要为生活污水，设计的主要进出水水质指标如表 1。表 1 污水处理厂原设计进水、出水水质指标项目 CODCr（mg/L） BOD5（mg/L） SS（ mg/L）进水 400
9、250 250出水 60 20 50工艺流程图如图 1 所示，包括提升井、配水闸门井、细格栅、调节池、循环活性污泥处理单元（CASS 池） 、集泥池、脱水机房和鼓风机房等，其中CASS 池为处理系统中核心单元之一。图 1 工艺流程图该污水处理厂自投产运行以来，其出水水质经常无法满足设计水质，进水CODCr、SS 平均浓度为 303.1 mg/L 和 149.0 mg/L，平均去除率仅分别为 56.2%和 60.0%。为了使该污水处理厂出水符合设计标准，对该设施进行评价分析，为后继改造工作提供支持，以恢复该厂的正常运行功能服务。3.2 复核性评估及分析基于收集得到的原初步设计、竣工图、日常运行检
10、测分析记录和管理日志，对照现有污水处理系统设置、运行及要求，发现最重要的差异在于目前污水处理出水限值更加严格了，出水不仅要求去除进水中的有机物和悬浮固体，总氮和总磷等物质也作了严格的规定。这将直接导致该污水处理系统工艺性能评价的复杂性和重要性。3.3 工艺性能分析评价定性分析各工艺单元的作用和污水处理目标之间的协调性，可以发现原有污水处理工艺存在明显的缺陷：缺少沉砂池、计量设施、在线监测设备、消毒设施。定量分析现有处理单元的工作性能，确定出提升井、配水闸门井、格栅.4.井的建设不符合规范，对污水处理厂日后的运行会产生很大影响，故障常导致污水厂停产，并增加日常运行工作量及费用。对于核心处理单元C
11、ASS 反应池的定量分析通过两个步骤完成：（1）仅考虑去除有机物和悬浮物；（2）考虑去除总氮。第一步用于确定原设计是否满足当时的条件，第二步用于确定原设计是否能够满足现有要求。两者初始分析条件的不同在于有机物污泥负荷、反应池充水比以及污泥龄的取值。分析结果表明，现有 CASS 池的容积能够满足有机物和悬浮物的去除，但是若要去除总氮，那么在 C/N 合适的条件下，现有 CASS池容积仅能够处理 1800m3/d 的污水，同时还需要将现有 CASS 池的预反应区体积增大一倍。进一步分析该污水处理厂进水 C/N 比值，发现该值小于 2.5，这又会进一步增加现有系统去除总氮的难度。此外，对 CASS
12、池运行参数进行监测，发现 CASS 池进水能力较小，且曝气反应时，混合液中溶解氧含量不超过 0.5 mg/L，水面上起泡分布十分不均匀。检查结果表明 CASS 池进水泵输水能力偏小，且原有曝气系统大部分已发生损坏。3.4 机电设备分析与评价污水处理厂现场机械及电气设备自建成之日起已经使用 6 年，大多数设备已经到了更新周期。问题体现在：设备腐蚀严重、主要设备无必要的保护元器件、部分设备参数不能达到使用要求等。该污水厂另一个比较突出的问题是设备的保护设施不完备。现场所有设备电机都没有漏水保护和过热过载保护等功能，致使工作人员无法及时发现问题，设备一旦出现停机情况就说明设备彻底毁坏，修理难度大，时
13、间长，对生产的影响比较大，严重时可能导致停产情况。电气部分问题主要集中在不符合变配电室电气安全规范，容易引发人员伤亡事故、电气火灾事故、设备损坏等问题。3.5 改造具体措施和建议结合评价及经济测算，在经过方案比较后，仅对设备进行检修和更新，主要内容包括：将 2 台提升泵更换为自耦合水泵，同时考虑增加安装 1 台备用水泵，水泵前端增加粗格栅，避免大的杂物堵塞水泵；2 台电动闸门检修，同时增加 2 台闸门控制箱，发挥限位功能；增加明渠计量设施；格栅检修；清空调节池，更换潜水搅拌器、提升泵。提升泵更换为自耦合水泵，并安装备用水泵，增加可靠性也便于检修，调节池应增加相应的限位开关保护水泵运行；.5.交
14、替放空 2 座 CASS 池，更换其中的回流泵、剩余泵。并增加回流计量设备；更换 CASS 池底的曝气管，修理损坏的空气支管；检修滗水器，修理倾斜的堰口，增加滗水器变频控制器；更换 CASS 池进水分配渠上损坏的水泥板，改为钢格板；改造存在用电安全隐患的部位，保证生产用电安全。4 结语在我国，通常中小型污水处理厂所对应的污水收集区域是经济最为活跃的地区，水质、水量的波动性与大型污水处理厂有着明显的区别，今后的水质、水量变化趋势常常也很难预测。因此，对中小型污水处理设施经常性的运行功能诊断和评价十分必要。运行功能诊断和评价的方法主要可以包括复核性评估和分析、工艺性能和设备性能分析、处理设施的可靠
15、性分析和费用效益测算及分析等几方面。通过这几方面的工作，可以为现有设施的优化和设施完善提供重要的技术信息，并以此为依据，实施相关的措施，可以提高设施的稳定运行状况，起到好的社会、环境和经济效益。主要参考文献1 张辰. 污水处理厂改扩建设计. 北京: 中国建筑工业出版社 , 20082 Silvia C. Oliveira, Marcos Von Sperling. Reliability analysis of wastewater treatment plants. Water Research, 2008, 42(4-5): 118211943 US Environmental Protection Agency. NDWRCDP:WU-HT-03-57. Decentralized Wastewater System Reliability Analysis Handbook. 2005
