報(bào)告人：曹業(yè)始--新加坡公用事業(yè)局(PUB)前首席專家，國際水協(xié)會(huì)會(huì)士(IWA Fellow), 國際水協(xié)會(huì)營養(yǎng)物去除和回用專家領(lǐng)導(dǎo)小組成員，世界銀行環(huán)境顧問
共同作者：Daigger G. 密西根大學(xué)土木與環(huán)境工程系教授,美國工程院院士,國際水協(xié)(IWA)和美國水環(huán)境聯(lián)盟(WEF)前主席
主要內(nèi)容 ： 多年來COD、BOD, TN 等全包性(lump sum) 污水參數(shù)用于污水處理廠的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和升級(jí)改造. 這一方法的潛在問題是這些全包性參數(shù)提供很少關(guān)于碳、氮和磷組成的信息, 而這些信息與反應(yīng)計(jì)量和動(dòng)力學(xué)息息相關(guān), 并在很大程度上決定了過程設(shè)計(jì)和優(yōu)化固有可能。中國許多地方污水的低 COD濃度、碳氮比、高惰性固體等反常特征可能加速應(yīng)用這種經(jīng)驗(yàn)方法負(fù)面影響。結(jié)合實(shí)際案例, 這個(gè)演講建議將詳細(xì)的污水特征作為污水處理廠設(shè)計(jì),優(yōu)化和升級(jí)改造的機(jī)理性方法加以應(yīng)用。
Key influences of sewage characteristics to the design, operation and upgrading of WWTPs: from empirical to mechanistic
Abstract The lump sum type parameters as COD, BOD, TN and TP etc. have been used in the design, operation and upgrading of sewage treatment plants for many years. The major problem of this approach is little information provision on the details of the components of carbon, nitrogen and phosphorus, which is essentially related to the reaction stoichiometry and kinetics, and determines, to a large extent, the feasibility of process improvement. These negative impacts of this empirical approach in its application to the abnormal feature of low COD concertation, low C/N ratio and high inert solids of the sewages in many places in China can be further accelerated. With several practical cases this presentation proposes to use detailed sewage characterization as a mechanistic approach and vehicle in design, operation and upgrading of wastewater treatment plant.
下水道系統(tǒng)的滲漏及其對(duì)水體黑臭和污水處理廠運(yùn)行的影響
The authors of Abstract include
1. 曹業(yè)始,2.唐建國 ,3.Henze M.,4.楊向平, 4.甘一萍,5.李激,
6.Krosis H., 7.van Loosdrecht M.C.M., 8 .張悅 ,9.Daigger G.T.
下水道系統(tǒng)的滲漏及其對(duì)水體黑臭和污水處理廠運(yùn)行的影響
The authors of Abstract include
Cao Y.S.1（曹業(yè)始）, Tang J.G.2（唐建國） ,Henze M.3, Yang X.P.4（楊向平）, Gan Y.P.4（甘一萍）, Li J.5（李激）,
Krosis H.6, van Loosdrecht M.C.M.7, Zhang Y.8 （張悅） ,Daigger G.T.9
介紹
中國在解決水污染問題上付出了巨大的努力并取得重大成就:總處理能力在2016年達(dá)到了 1 7.6億 m3/d (1CUWA, 2017), 是世界上第一 (1CUWA, 2017)。然而,消除 "黑臭水體" 仍然是具有挑戰(zhàn)性的任務(wù), 同時(shí)許多污水處理廠面臨著由于異常低進(jìn)水COD濃度(表 1) 和低COD/N 比 (表 2), 外部加碳去除營養(yǎng)物和低效率能量回收等形成操作成本的增加。在許多因素中, 下水道滲漏 (包括外滲和流入) 對(duì)改善水環(huán)境質(zhì)量和污水處理廠運(yùn)行起著中心作用 (張悅, 2017; 1唐建國, 2017).但定量和整體性研究仍不多。本研究的目的是: 1.建立一種對(duì)下水道系統(tǒng)污水、COD、N、P 質(zhì)量負(fù)荷滲透百分率和生物 COD 去除率簡便的計(jì)算方法.五例[中國(排除香港、澳門和臺(tái)灣)、上海、廣州、天津、北京,四個(gè)城市具有處理能力≥ 100 000 m3/d 的污水處理廠]被用作量化分析;2. 探討污水滲漏與水環(huán)境以及城市污水處理廠性能和運(yùn)行的關(guān)系;3. 據(jù)此提出相應(yīng)建議。
題 目：下水道系統(tǒng)的滲漏及其對(duì)水體黑臭和污水處理廠運(yùn)行的影響
題 目： 污水處理廠審計(jì): 物流與能源效率
報(bào)告人：曹業(yè)始--新加坡公用事業(yè)局(PUB)前首席專家，國際水協(xié)會(huì)會(huì)士(IWA Fellow), 國際水協(xié)會(huì)營養(yǎng)物去除和回用專家領(lǐng)導(dǎo)小組成員，世界銀行環(huán)境顧問
下水道系統(tǒng)的滲漏及其對(duì)水體黑臭和污水處理廠運(yùn)行的影響
(詳細(xì)摘要)
The authors of Abstract include
Cao Y.S.1（曹業(yè)始）, Tang J.G.2（唐建國） ,Henze M.3, Yang X.P.4（楊向平）, Gan Y.P.4（甘一萍）, Li J.5（李激）,
Krosis H.6, van Loosdrecht M.C.M.7, Zhang Y.8 （張悅） ,Daigger G.T.9
下水道系統(tǒng)的滲漏及其對(duì)水體黑臭和污水處理廠運(yùn)行的影響
The authors of Abstract include
1. 曹業(yè)始,2.唐建國 ,3.Henze M.,4.楊向平, 4.甘一萍,5.李激,
6.Krosis H., 7.van Loosdrecht M.C.M., 8 .張悅 ,9.Daigger G.T.
介紹
中國在解決水污染問題上付出了巨大的努力并取得重大成就:總處理能力在2016年達(dá)到了 1 7.6億 m3/d (1CUWA, 2017), 是世界上第一 (1CUWA, 2017)。然而,消除 "黑臭水體" 仍然是具有挑戰(zhàn)性的任務(wù), 同時(shí)許多污水處理廠面臨著由于異常低進(jìn)水COD濃度(表 1) 和低COD/N 比 (表 2), 外部加碳去除營養(yǎng)物和低效率能量回收等形成操作成本的增加。在許多因素中, 下水道滲漏 (包括外滲和流入) 對(duì)改善水環(huán)境質(zhì)量和污水處理廠運(yùn)行起著中心作用 (張悅, 2017; 1唐建國, 2017).但定量和整體性研究仍不多。本研究的目的是: 1.建立一種對(duì)下水道系統(tǒng)污水、COD、N、P 質(zhì)量負(fù)荷滲透百分率和生物 COD 去除率簡便的計(jì)算方法.五例[中國(排除香港、澳門和臺(tái)灣)、上海、廣州、天津、北京,四個(gè)城市具有處理能力≥ 100 000 m3/d 的污水處理廠]被用作量化分析;2. 探討污水滲漏與水環(huán)境以及城市污水處理廠性能和運(yùn)行的關(guān)系;3. 據(jù)此提出相應(yīng)建議。
方法和方法
圖1說明了污水下水道系統(tǒng)的滲漏的概念和在本研究中采用的方法。新加坡的個(gè)人(民用)用水量、COD、氮、磷的個(gè)人負(fù)荷 (PLs)被用作參考值: 0.176 m3/日.個(gè)人, 9.7 克氮/日.個(gè)人, 1.0 克磷/日.個(gè)人。70% 的新加坡個(gè)人負(fù)荷被采納作為研究整個(gè)中國參考值, 而100% 新加坡個(gè)人負(fù)荷為用于四個(gè)城市研究。分別從2CUWA (2017) 和1CUWA (2017)計(jì)算中國在污水處理廠的進(jìn)入地點(diǎn)個(gè)人(民用)用水量、COD、氮、磷的個(gè)人負(fù)荷 (PLs)值。假設(shè)氮、磷為保守化合物,以COD的外滲透百分率與氮、磷的外滲透平均百分率差計(jì)算生物COD去除率。
污水滲漏呈現(xiàn)很高百分率: 39% 的外滲漏(中國) 和48% 的內(nèi)滲漏 (天津) (表 3).COD 的外滲漏百分率在 17% (北京) 和 66% (中國) 之間 (圖 2), 平均為44%. N 和 P 的外滲漏百分率平均值分別為21.5% 和23.2%。生物 COD 去除率的平均分?jǐn)?shù)至少為24%。大量外滲漏的污水、氮和磷污染了地下水和河流,并形成擴(kuò)散源而難以控制(Metcalf and Eddy, 2004), 往往是造成"黑色和惡臭水體’’主要原因.外滲漏污水中的硫酸鹽、氯化物和氮化合物可以再滲入受損的下水道系統(tǒng) (Eiswirth和Hotzl, 2004)。高COD生物去除率意味著COD用于還原地下水中硝酸鹽的可能性 (Nielson, et, 1991;Talib 等, 2002;van Loosdrecht, 2018),消耗的 COD和有氧異養(yǎng)轉(zhuǎn)化消耗的 COD數(shù)量級(jí)相同(Huisman等, 2004).廣泛存在于中國地下水硝酸鹽已被證明 (Gu etc., 2013; Hanetc., 2013).低碳/氮比率的另一個(gè)可能因素是排放系統(tǒng)中化糞池溢出含有更少 COD(Kroiss, 2018; Daigger, 2018).
下水道系統(tǒng)高COD生物去除率對(duì)低進(jìn)水COD/N (五例:7.7 - 8.8 之間,新加坡:11.3) (表 2) 和在許多市政污水處理廠測(cè)得低進(jìn)水 VSS/TSS 比率(30% -60%) (戴曉虎, 2017;鄭興燦, 2017;吉芳英, 2017;吳遠(yuǎn)遠(yuǎn), 2018) 表明固體的生物降解性較差 (Henzeetc,, 2002)。后者由于滲透細(xì)砂和黏土與直徑 200µm (吉芳英, 2017)變的更糟。進(jìn)水碳的短缺和生物降解性差和法定的營養(yǎng)物排放要求構(gòu)成了在許多污水處理廠中省略主沉淀池,外部加碳和低百分比 (« 10%)厭氧消化池用于能量回收在中國 (戴曉虎, 2017)的主要原因。
在許多污水處理廠活性污泥池中惰性細(xì)顆粒降低了混合液的 VSS/MLSS 比率(30% - 50%, (鄭興燦, 2017; 吉芳英, 2017; 李激, 2018) 與正常范圍的70% - 80% (Henze等, 2002) 相比, 活性污泥罐和厭氧消化池要求額外的反應(yīng)器容積(Daigger, 2014)。同時(shí)在反應(yīng)器沉降的惰性固體減少了有效的反應(yīng)器容量 (吉芳英, 2017)。厭氧消化池污泥低 COD進(jìn)料負(fù)荷和高惰性無機(jī)含量導(dǎo)致低沼氣產(chǎn)量 (吉芳英, 2017),高污泥產(chǎn)量。
建議
五例分析結(jié)果表明總的來說下水道系統(tǒng)滲漏嚴(yán)重.滲漏污染地下水, 與"黑臭水體"密切相關(guān);同時(shí)導(dǎo)致廢水處理廠操作偏離可持續(xù)發(fā)展性. 因此恢復(fù)下水道系統(tǒng)的完整性以消除滲透有助從根本上解決以上兩個(gè)問題,是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)綜合和可持續(xù)水和實(shí)現(xiàn)城市水循環(huán)閉環(huán)管理的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。為此, 主要建議如下:
§ 對(duì)目前下水道 (和部分雨水集體系統(tǒng)) 的滲漏進(jìn)行全國范圍的調(diào)查。
§ 研究在當(dāng)?shù)貤l件下,滲漏對(duì)水環(huán)境和 "黑臭味水體" 的影響;
§ 研究滲水/河水與污水、化糞池在下水道中的相互作用及對(duì)生物 COD 去除的影響, 以提高污水處理廠的進(jìn)水COD濃度;
§ 根據(jù)成本效益分析, 制定任務(wù)清單,替代方案和優(yōu)先考慮,經(jīng)濟(jì)高效制定破損下水道系統(tǒng)修復(fù)工作計(jì)劃并付諸實(shí)行。
§ 實(shí)施下水道系統(tǒng)、污水處理廠和接收水體進(jìn)行一體化管理.
§ 評(píng)估現(xiàn)有現(xiàn)有的單元和過程(和新開發(fā)的除砂/粘土微粒去除裝置)的效率,
§ 進(jìn)行在當(dāng)?shù)貤l件下,原污水COD的成分特性研究,特別是在惰性固體COD含量;
§ 研發(fā)在目前的進(jìn)水特性條件下,各個(gè)單元/過程設(shè)計(jì)和以一體化的方式設(shè)計(jì)污水處理廠的基本原理準(zhǔn)則,并制定升級(jí)和重建設(shè)計(jì)指南.
參考文件 (省略)
Appendix: Tables and Figures
Table 2 Characteristics of influent municipal sewage of municipal WWTPs in China and Singapore (in mg/L)
|
|
COD |
BOD |
SS |
TN |
NH4-N |
TP |
|
China |
267 |
111 |
182 |
34 |
25 |
3.8 |
|
Shanghai |
280 |
138 |
158 |
32 |
24 |
4.1 |
|
Guangzhou |
181 |
92 |
186 |
24 |
19 |
3.5 |
|
Tianjin |
470 |
202 |
242 |
59 |
43 |
5.9 |
|
Beijing |
513 |
225 |
289 |
56 |
38 |
6.7 |
|
Singapore |
565 |
325 |
296 |
50 |
38 |
6.5 |
Table 2 The ratios of organic carbon and nitrogen of the sewages of China, four cities and Singapore
|
Ratio |
China |
Shanghai |
Guangzhou |
Tianjin |
Beijing |
Singapore |
|
COD/BOD5 |
2.4 |
2.0 |
2.0 |
2.2 |
2.3 |
1.8 |
|
COD/TN |
7.7 |
8.7 |
7.5 |
8.0 |
8.8 |
11.3 |
|
BOD5/TN |
3.3 |
4.4 |
3.8 |
3.6 |
4.0 |
7.6 |
Table 3 Person Loads of water consumtion, treated, COD and exfiltration fractions estimated
|
|
PL of water consumption*
m3/cap.d |
PLin of water treated**
m3/cap.d |
Per. PL of water in- or ex- filtrated % |
PLin of COD in inf. WWTPs
g COD /cap.d |
PL of COD disappeared
g COD/cap.d
|
Per. PL of COD Disappeared,
% |
|
China |
0.168 |
0.103 |
39*** |
28 |
56 |
66 |
|
Shanghai |
0.223 |
0.252 |
13 |
71 |
50 |
41 |
|
Guangzhou |
0.246 |
0.277 |
13 |
50 |
71 |
59 |
|
Tianjin |
0.109 |
0.162 |
48 |
76 |
45 |
37 |
|
Beijing |
NA |
0.194 |
`NA |
100 |
21 |
17 |
|
Singapore |
0.176 |
0.196 |
10 |
110 |
11 |
10 |
* 2中國供水和污水處理協(xié)會(huì) (2017), **1中國供水和污水處理協(xié)會(huì) (2017), *** - exfiltration
Fig. 2 COD fate in the sewer systems of China, Shanghai, Guangzhou, Tianjin and Beijing
