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東莞市城鎮污水處理提質增效潛力分析

發布時間:2020-03-09    瀏覽次數:16819


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作者簡介:戴永康,廣東東莞人,碩士,東莞市水務集團有限公司技術管理部技術員。


導語:近年來,東莞市加快城市生活污水收集處理系統“提質增效”,全面提升污水處理能力。根據東莞市部分城鎮污水處理廠和污水管網運行的實際情況,測算污水處理廠提標到準Ⅳ類水和完善截污管網兩種情形下的污染物削減量提升潛力,并對污水處理提質增效經濟效益進行分析。結果表明,若將城鎮污水處理廠全部提標到準Ⅳ類,可分別新增COD、氨氮削減量1715.05、125.73 t/a,若推動東莞市污水管網全覆蓋以及老舊污水管網改造和修復改善,可分別新增COD、氨氮削減量56570.99 t/a、11056.60 t/a。因此,提升污水管網收集處理能力比污水處理廠全部提標的效果更顯著,同時提出污水處理提質增效中“廠網并重” “廠網一體”和“智慧廠網”三方面建議,科學合理地提升東莞市污水處理效能。

《城鎮污水處理提質增效三年行動方案》(2019—2021年),要求加快完善城市生活污水收集處理系統和削減合流制溢流污染。唐建國等認為“提質增效”三年行動計劃的重點在于改善污水收集系統,在深入排查的基礎上,重點解決污水直排、清污不分、旱季管道超負荷、污水處理廠進水濃度偏低、管道積泥多等問題,從而實現污水不進河、清水不進管、溢流少污染,支撐消除城市黑臭水體整治和鞏固提升整治成效。

預計到2020年底,東莞市將完成35家污水處理廠的提標改造工程,累計建成5500km截污管網,逐漸構建成一個完整的污水治理體系。但在已建污水處理廠和污水管網運維過程中逐漸發現了一些問題,有研究指出東莞市各鎮區現狀排水體制多數為雨污合流制,雨水和污水排放沒有形成系統,大量的雨污合流水溢流進入河道,直接對河涌水體造成污染,另外也有研究指出在東莞市城市污水管網中,無論是主干管網還是截污管網,均存在大量混接、錯接情況,實際運營中污水廠進水量和進水濃度與理論設計值均不匹配,導致運營難度增大和成本增加。提標改造工程陸續投產后,東莞市污水處理廠將普遍執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級A標準及廣東省《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)地方標準中的最嚴值,但尾水污染物濃度仍然難以滿足日益嚴格的排放標準和環境監管。

為了科學持續提升東莞市污水處理效能,結合該市污水處理現狀,分別對城鎮污水處理廠出水標準提升至地表水準Ⅳ類和污水管網完善工程進行效益分析,對比兩者提升污染物削減潛力,合理提出城鎮污水處理提質增效的側重點。


1.東莞市污水處理提質增效潛力分析

1.1城鎮污水處理廠處理現狀

根據東莞市城鎮污水處理廠的實際情況,研究對象選定為12座已穩定生產的城鎮污水處理廠。根據2018年東莞市污水處理廠實際執行的排放標準進行分類,12座污水廠的情況如表1所示。

表1 東莞市12座城鎮污水處理廠現狀

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1.2城鎮污水處理廠提標改造潛力分析

各目標污水處理廠實際執行的出水標準,分為“準Ⅳ類+地方標準” “一級A+地方標準”和“一級B+地方標準”三類,對應的污水處理規模分別為20×104、26.25×104和57×104m3/d。根據陳瑋等的研究方法,計算得出12座城鎮污水處理廠提標改造新增污染物削減量理論值,結果見表2。


表2 東莞市城鎮污水處理廠提標改造污染物削減理論值

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由表2可知,若將12座污水廠全部提標至準新Ⅳ類,新增COD削減量約3000 t/a、新增氨氮削減量為1500 t/a,表明提標改造有效提升了污水處理效益,但效果不明顯。鑒于全國污水處理廠運營管理水平的不斷提高,污水排放監督力度的逐漸嚴格,東莞市部分城鎮污水處理廠出水的年均COD和氨氮濃度已經達到甚至優于準Ⅳ類標準,因此,不能根據上述計算結果作為新增污染物削減量。

為此,對目標污水處理廠的出水情況進行深入分析,目前執行準Ⅳ類的污水處理廠尾水的COD和氨氮加權平均值分別為10.00 mg/L和0.15 mg/L,假設目標污水處理廠全部提標改造后尾水污染物都能達到同一水平,則新增削減量實際值=(實際出水加權平均值-改造后可望達到限值)×污水處理規模。根據東莞市城鎮污水處理廠實際運行排放情況,各目標污水處理廠提標改造到準Ⅳ類出水標準,新增COD和氨氮削減量分別為1715.05、125.73 t/a(如表3所示)。結果顯示相對于改造所投入的工程費用,污染物削減效能提升的幅度十分有限,投入產出已經不具備合理的經濟效益。

表3 東莞市城鎮污水處理廠提標改造污染物削減實際值

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東莞市市政排水遠景目標是實現初期雨水的分流,市政污水經收集后進污水處理廠進行處理,雨水則由雨水管道收集、處理和排放。目前東莞市部分城鎮污水處理廠進水污染物濃度低于設計值,為此正加快河涌沿岸截污和完善現有污水管網,解決部分城鎮污水處理廠負荷率低和進水污染物濃度偏低等問題,這也從側面說明了東莞市城鎮污水管網存在很大提升空間。

從污染物總量平衡的角度,采用產污系數法估算出所在地區相對合理的進水污染物濃度。根據廣東省東莞市的城鎮居民生活污水及污染物、排放系數,考慮到輸送過程中COD降解20%、氨氮基本保持不變的情況下,通過計算得出相對合理的進水污染物COD和氨氮濃度作為進水濃度理論值,進而算出完善污水收集系統將帶來的污染物削減量理論值,即:理論新增污染物削減量=(進水污染物理論值-進水污染物實際值)×污水處理規模。

完善污水管網可能帶來的污染物削減量如表4所示,通過對現狀污水管網進行查漏補缺,理論上可將COD和氨氮的削減量分別增加56570.99 t/a和11056.60 t/a,分別是將目標污水處理廠提標改造到準Ⅳ類可新增削減量的33倍和88倍。結果表明,完善污水管網的綜合效益更加顯著。


表4 完善污水管網可能帶來的污染物削減量

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2.城鎮污水處理提質增效投資效益分析

2.1 投資效益分析

隨著東莞治水工作的不斷發展,各批次截污管網相繼完工通水,城市的截污管網系統得到完善,污水收集率提高。但是,現階段排水體制基本為雨污合流制,除少數新建住宅小區和道路有相對獨立完善的分流制雨、污管渠外,其他地方將污水管道直接接入市政雨水系統或者附近的河涌,導致河涌水體受到污染。另外,污水處理廠的進水量和濃度低于設計值,未能發揮應有的治污效益。

為提高東莞市污水處理設施運營管理質量,保證全市截污管網運營的整體性,盤活主干管網沉淀資產,縮短截污管網維修、整改時間,實現全市截污管網運營責權統一,《東莞市城市黑臭水體治理攻堅戰實施方案》要求:①加快推進截污管網建設,全面提高污水收集率。②全面提高管網運營質量,開展污水入網情況勘查,徹底摸清管網系統中錯接、漏接以及河涌水倒灌等問題,完成現有污水管網改造,確保進水濃度全面提升。③實施全市鎮街截污主干管網及市區污水廠配套管網的維護維修、整改工作一體化運營。

基于前述研究結果,對于城鎮污水處理廠出水標準從一級A提標到準Ⅳ類,按照單位投入500元/m3估算;從一級B提升到準Ⅳ類,按照單位投入1000元/m3估算,對污水處理廠提標改造的經濟效益進行簡單分析。將目標污水處理廠出水標準全面提標到準Ⅳ類,投資約7.01億元,則污染物削減能力費效比:COD為 40.89 億元/(104t·a-1),氨氮為 557.54億元/(104t·a-1)。完善污水管網提升收集效能所需投資約171.13億元,則污染物削減能力費效比:COD約為30.25億元/(104t·a-1),氨氮為154.78億元/(104t·a-1)。

 

2.2 提質增效側重點分析

理想情況下的城鎮污水處理提質增效投入分析結果顯示,提高污水管網覆蓋率以及老舊污水管網改造和破損修復能夠顯著提升城鎮污水處理廠COD、氨氮削減效能。通過對各城鎮污水處理廠實際運行中進水COD、氨氮濃度與投入產出費效比進行曲線擬合,分析東莞市污水處理提質增效側重點。東莞市執行一級B和一級A標準的城鎮污水處理廠提升至準Ⅳ類,擬合結果如圖1、2所示。

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1 城鎮污水處理廠一級B提升至準Ⅳ類對COD、氨氮削減效能的影響


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圖2 城鎮污水處理廠一級A提升至準Ⅳ類對COD、氨氮削減效能的影響


由此可知,隨著進水COD、氨氮濃度的升高,對應削減能力費效比有逐步降低的趨勢,說明提高進水濃度大幅提升了污染物的削減能力。因此,通過完善現狀污水管道和改造雨污合流制管道是提高城鎮污水處理廠進水濃度的重要途徑。

綜上,對于東莞市污水處理提質增效的側重點應是提高進廠污水的污染物濃度,但由于南方地下水位高、河網豐富以及排水系統不完善,導致南方地區城鎮污水處理廠進水污染物濃度普遍低于設計值。因此,城鎮污水處理廠執行標準不能盲目提高,要充分認識到污水管網對于污水收集的重要意義,并作為本次提質增效的核心工作。


3.結論

① 以城鎮排水系統建設改造為提質增效側重點,優先考慮對現狀污水管網進行查漏補缺,使污水處理廠進水水量和水質逐步提升至設計值,污水處理廠因地制宜進行提標改造,逐步推廣“廠網并重”理念,推進廠網合理化建設;遠期目標實現雨污分流改造,優化雨污水管建設模式,建議借鑒“一管一渠”模式逐步實現雨污分流改造,避免雨污水管混接。

②目前東莞市污水主干管網滿負荷運行,雨季時甚至溢出污水直接排入河涌水體,長期累積形成難治理的黑臭水體,而“控源截污”是城市黑臭水體治理的根本措施,建議實踐“廠網一體化”概念,發展廠網一體化運營管理模式,充分優化排水系統功能,調整各廠運行負荷,節能降耗,減少運營成本,實現經濟效益最大化。

③ 在經濟條件和實際條件允許的情況下,可打造東莞市獨有、系統、科學的“智慧廠網”品牌?,F階段東莞市智能管理排水系統處于起步階段,建議引進海綿城市的智慧化理念,以海綿城市為核心推行現代雨洪管理體系,做好海綿城市規劃建設、運行管理、績效評價三個階段的智慧化,應用先進的信息采集技術,實時監測流量、流速、水質指標等,搭建廠網智能化運營平臺,提高污水收集和處理效率,以此產生巨大的環境、經濟、社會效益。


本文刊登于《中國給水排水》2020年第4期,題目:東莞市城鎮污水處理提質增效潛力分析,作者:東莞市水務集團有限公司 戴永康、羅 鋒、溫巧賢,轉載自中國給水排水微信公眾號。




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