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科技进步是提升太湖流域氮磷污染治理水平的重要推动力

太湖流域主要包括江苏省、浙江省和上海市的部分地区,区域总面积达到3万多平方公里,是全国经济最发达的地区之一。上世纪80年代以来,随着太湖流域经济迅速发展以及城市化进程的加快,入湖污染负荷量逐年增加,水体富营养化问题日益突出。2007年春末夏初,太湖蓝藻爆发,引发无锡供水危机,流域水污染防治工作受到国内外广泛关注。氮磷污染是太湖水体富营养化问题产生的主要原因,因此,要实现太湖水质的根本好转,氮磷排放量的消减是关键。2008年,《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值(DB32/T1072—2007)》实施,这就对氮磷的排放提出了更高的要求。

为更好地了解太湖流域脱氮除磷技术的科技水平、应用情况和存在问题,为十二五科研资金重点支持方向选择提供决策参考,受江苏省太湖办的委托,江苏省环境工程咨询中心、南京大学等单位组织开展了“太湖流域城镇污水厂和工业点源氮磷污染治理技术调查、分析与评价”科研项目。通过对我省太湖流域城镇污水厂和工业点源氮磷污染治理现状及工业行业清洁生产、废水处理技术水平深入调查、分析和评价,筛选出了一批可供推广的脱氮除磷实用技术,提出了今后一段时间需要重点攻克的关键技术。

1 太湖流域氮磷污染现状

1.1 轻度污染,水质稳中向好

近年来,在流域各有关部门的统一部署下,对太湖流域水环境进行了全面、系统、科学的治理,流域水环境几十年来的恶化趋势得到了有效的遏制。2011年,太湖湖体高锰酸盐指数和总磷年均浓度分别达到地表水Ⅲ类和Ⅳ类标准要求,氨氮年均浓度达Ⅱ类标准要求,与2010年相比,高锰酸盐指数与氨氮年均浓度基本持平;太湖湖体综合营养状态指数(TLIc)为58.5,平均处于轻度富营养状态,同比保持稳定;在遭遇60年一遇干旱的情况下,2011年太湖蓝藻最大发生面积和平均发生面积分别比2010年下降35.3%27.7%2011年与2010年太湖环湖河流水质类别比例见图1


1  2011年与2010年太湖环湖河流水质类别比例

太湖15条入湖河流控制断面未出现劣Ⅴ类水质,53个国家考核断面水质达标率为90.4%,较2010年提高1.9个百分点。

1.2 污染来源广,生活污水和工业废水成为主要污染源

太湖污染物来源广泛,城镇生活污水、工业废水、农田径流、畜禽养殖、水产养殖等均是造成太湖水质恶化的污染源。据调查,生活污水和工业废水分别是太湖入湖污染物的第1大和第2大污染源;而在工业污染源中,纺织、化工、造纸、钢铁、电镀、食品酿造等6大行业排放的废水量又占到工业排放总量的89.8%。显然,城镇污水处理厂及6大行业已成为太湖流域氮磷污染的主要来源,与此同时这6大行业又是太湖流域经济的主要支柱产业。因此,提高这些行业的氮磷污染控制水平意义重大。

2 太湖流域氮磷污染处理设施建设水平

2.1 流域城镇污水处理厂氮磷污染处理设施建设水平

太湖蓝藻爆发和无锡供水危机的发生使流域水污染治理工作受到空前重视,城镇污水处理厂出水标准也由GB18919-2002一级B提高到一级A[1]。由于2007年之前建设的大部分城镇污水处理厂对脱氮除磷不够重视,没有运用完善的脱氮除磷工艺,导致出水中氨氮、总氮、总磷等指标难以达到排放要求。新标准提出后,太湖流域城镇污水处理厂开展了全面的提标改造工程,特别是侧重了脱氮除磷技术的应用,引进了较为先进的污水处理技术及设备,确保了新建项目具备完全脱氮除磷的能力。

太湖流域城镇污水处理厂的提标改造工程主要从二级强化处理、化学协同除磷、深度处理等方面改造[2]。流域内某城镇污水处理厂针对该厂原有的厌氧+DE氧化沟工艺,采用了化学辅助除磷、甲醇作为补充碳源以及国外先进的反硝化过滤池工艺进行提标改造,达到了预期的脱氮除磷效果[3]。无锡市芦村污水处理厂对传统的A2/O工艺进行了如下改造[4]:①部分原水超越初沉池,提高生化池进水碳源;②采用多点进水、在好氧段投加填料及化学除磷等方式提高氮磷脱除效率;③增加深度处理工艺,采用转盘过滤器和膜过滤相结合的工艺流程,满足了排放要求。经过对各自的工艺和设施建设提标改造,太湖流域部分城镇污水处理厂已基本达到氮、磷排放要求,但仍然也还有一些污水处理厂由于各方面因素,目前还无法完全实现氮、磷的稳定达标排放。

2.2 流域工业企业氮磷污染处理设施建设水平

太湖流域是我国乡镇工业的摇篮和外资、民资企业密集的区域,也是我国较早重视工业企业污染防治的区域。1998年底的“聚焦太湖零点达标”行动使得流域工业企业基本配备了污水处理设施,但当时对氮磷污染物排放要求较低,大部分企业只追求COD的达标,并未针对氮磷污染设计污水处理工艺。DB32/T1072—2007颁布实施后,对6大行业提出了明确的脱氮除磷要求,于是流域内工业企业掀起了氮磷脱除项目提标改造和新建的热潮。无锡市某印染废水处理厂根据自身水质特点,建立了一座2t/d规模的曝气生物滤池(BAF),运行良好,达标率较高[5];流域内某以化工废水为主的污水处理厂,在原有BFBR工艺的基础上,采用增加池容和混凝沉淀深度处理工艺进行改造,达标率可达到90%[6]

目前,流域内大部分企业已建设了相对完善的污水处理设施,甚至在部分行业如钢铁、造纸、电子等行业已实现了部分废水的回用。但由于工业废水的复杂性、水质不稳定等原因,目前排放废水的处理效率还是偏低,污水处理达标率还有待进一步提高,特别是化工行业废水具有水质复杂,缺乏普遍性等特点,因此想要完全实现氮、磷的达标排放尚存一些技术上的难度。

2.3 流域污水处理配套管网建设水平

管网是污水处理系统的血脉,通过接管把生活污水和工业污水接进污水收集管网,送入污水厂进行处理。目前由于管网配套不足、部分城区的收集管网老化破损,流域内城镇生活污水集中处理率为59%,农村生活污水集中处理率为12%,工业废水集中处理率为46%,大量污废水未能得到集中化的处理。因此流域各地还需加大投入,切实抓好污水收集系统的建设和完善,为城镇和工业水污染的控制提供最为重要的基础条件和保障。

3 流域氮磷污染防治技术发展水平

3.1 流域城镇污水处理厂氮磷污染防治技术发展水平

流域城镇污水处理厂处理对象以生活污水为主,处理难度相对较低,因此脱氮除磷技术主要以生物脱氮除磷为主,物化除磷为辅。目前基本采用较为成熟可靠的生化工艺,其中有35%以上采用了A/A/O (含改进型UCT)工艺,25%以上的项目采用SBR (含改进型CASS)工艺,15%以上采用氧化沟(含改进型0rbal氧化沟)工艺。

在江苏省组织开展的太湖流域城镇污水处理厂脱氮除磷提标改造技术攻关示范科研项目中,对污水处理厂主要污染物来源、碳源投加、低温生物脱氮效果、强化生物处理技术、有机毒物影响、深度处理及回用技术等方面进行了研究[7],并开发出了一系列适用于城镇污水、农村生活污水脱氮除磷的生物强化处理、深度处理与中水回用的关键技术及装备:① 在生物强化处理方面,改良型A2/O工艺(如倒置A2/OUCT、环沟式改良A2/O高效除磷脱氮工艺等)、SBR变种工艺(如CAST工艺)、膜生物反应器(MBR)工艺、曝气生物滤池、反硝化滤池等新工艺陆续在工程上得到使用,甚至短程硝化反硝化、同步硝化反硝化(SDN)、反硝化除磷、高效生物滤池等新工艺也陆续得到更为广泛的深入研究与工程试验;② 在废水深度处理与中水回用技术方面,高效过滤技术、离子交换、活性炭吸附、臭氧活性炭、甚至反渗透(RO)等技术也得到了一些应用。无锡太湖国家旅游度假区污水处理厂通过调整CAST运行周期、改善活性污泥性能、采用化学除磷及使用转鼓格栅和转盘过滤器加强预处理和尾水深度处理,有效去除了污水中有机污染物和氮磷[8]

3.2 流域重点工业点源氮磷污染防治技术发展水平

相对城镇污水处理厂,太湖流域工业企业污水水质复杂、浓度高,可生化性差,脱氮除磷的难度相对较大。目前工业企业污水脱氮除磷的限制因素主要有:①来水波动性较大,出水中污染物种类繁多,水质难以稳定达到回用的要求;②有毒有害物质控制难度较大,缺乏优质碳源,微生物特别是硝化菌、反硝化菌、聚磷菌的活性容易受到抑制,氮磷达标较难;③ 预处理、生化和深度处理技术的集成度较低,处理手段适用性不强,投资和运行费用偏高。

针对太湖流域化工、印染、食品酿造、钢铁、造纸、电镀等重点行业废水氮磷综合治理的需求,目前工业废水脱氮除磷技术研究主要围绕四方面开展:①氮磷污染物消减的清洁生产技术,例如废氨水回收技术、废水闭路循环技术等。宜兴市某纺织印染公司将染色废水代替自来水用于锅炉水膜除尘装置,不仅减少了废水排放,而且节约了成本[9]。②以提高可生化性为目标的物化技术,例如混凝、还原、氧化、吸附等预处理技术。③传统生化工艺调整和强化技术,例如EGSBICBAF等反应器的应用和高效降解菌的开发等。④生化尾水的深度处理技术,例如高效混凝、超滤(UF)、反渗透(RO)、吸附、臭氧活性炭等。

4 结束语

几年来,流域全面推进氮磷污染治理技术的研发与应用,湖区水质得到了持续改善。在太湖流域水污染治理取得阶段性成果的同时,我们也应认识到这项工作的长期性、复杂性和艰巨性。

参考文献

[1] 王阿华. 城镇污水处理厂提标改造的若干问题探讨[J]. 中国给水排水, 2010, 26(2): 19-22.

[2] 郑兴灿, 尚巍, 孙永利,等. 城镇污水处理厂一级A稳定达标的工艺流程分析与建议[J]. 给水排水, 2009, 35(5): 24-28.

[3] 陈秋红, 吴雪才, 何海亚,等. 提标改造一级A标准工程在某城镇污水处理厂的应用[J]. 污染防治技术, 2010, 23(4): 128-130.

[4] 张万里, 蒋岚岚, 陈秋萍,等. 无锡市城镇污水处理厂提标改造措施及效果[J]. 中国给水排水, 2010, 26(2): 23-27.

[5] 宋伟, 沈为, 李稳. 太湖流域印染废水处理提标工艺探讨[J]. 中国资源综合利用, 2010, 28(6): 43-45.

[6] 杨旸, 陆朝阳, 凌洪吉,等. 太湖流域工业废水为主的污水厂提标改造工程调研[J]. 中国给水排水, 2010,26(14): 42-46.

[7] 何伶俊, 汪勇, 黄皓,等. 江苏太湖流域污水处理厂一级A提标改造技术总结[J]. 中国给水排水, 2011, 27(10): 33-39.

[8] 陈秋萍, 胡邦, 袁越,等. 无锡太湖国家旅游度假区污水处理厂CAST升级改造工程调试[J]. 给水排水, 2009, 35(9): 47-49.

[9] 谢卫平, 李志娟. 清洁生产-太湖流域印染企业应对提标的另一种选择[J]. 环境科技, 2008, 21(2): 121-124.

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