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【關(guān)鍵詞】蒸汽鍋爐;排污余熱;再利用;節(jié)能
Reuse of Sewage Waste Heat Steam Boiler
YANG Gang QIAO Jin-zeng
(Inner Mongolia Lu Xin Energy Limited Liability Company,Silingoledge Inner Mongolia,026321,China)
【Abstract】Through the 4 steam boilers of Shandong new company continuous blowdown heat data calculation, puts forward a kind of waste heat reuse scheme and the feasibility study, at the same time, waste heat recovery heat exchanger for technological transformation, to achieve the desired energy-saving effect of continuous drainage of waste heat reuse.
【Key words】Steam boiler;Sewage waste heat;Reuse;Energy saving
0 前言
鍋爐排污分為連續(xù)排污和定期排污兩。連續(xù)排污就是不斷排出鍋爐水中含鹽量濃度最高的部分,減少鍋爐水的酸、堿含量和懸浮物,所以連續(xù)排污管設(shè)置在正常水位下80-100毫米;定期排污主要排出污泥泥質(zhì)沉積物,污水排放口設(shè)置鍋筒下部。
鍋爐的排污存在兩個(gè)問(wèn)題:一是,經(jīng)過(guò)排污膨脹器的排污水仍具備較大未利用熱能;二是,浪費(fèi)大量自來(lái)水來(lái)冷卻排污水。本文就4臺(tái)蒸汽鍋爐實(shí)例探討連續(xù)排污熱能回收的技術(shù)方案。
1 連續(xù)排污余熱回收量的估算
現(xiàn)以4臺(tái)蒸發(fā)量為10t/h的蒸汽鍋爐為例進(jìn)行計(jì)算,其連續(xù)排污率為3%。鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽分別用于換熱供暖熱水和生活熱水。其中制取供暖熱水和生活熱水產(chǎn)生的冷凝水被回收利用。
若將連續(xù)排污水的余熱進(jìn)行回收利用,排污水經(jīng)換熱器后溫度降至35℃,管內(nèi)污水總放熱量為:
Qi=mps(h′-h″)
式中Qi為管內(nèi)排污水放出的熱量,kW;mps為連續(xù)排污水的質(zhì)量流量,kg/s;h′為排污水的初始比焓,kJ/kg;查表得h″=870.68kJ/kg;h″為排污水排放時(shí)的比焓,kJ/kg,查表得h″=123.56kJ/kg。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得Qi=63.275kW。
回收的熱量折合成標(biāo)準(zhǔn)煤量可用下式計(jì)算:
B=■
式中B為節(jié)煤量,kg/h;η為熱效率,取90%;Q標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)煤低位發(fā)熱值,kJ/kg。
2 技術(shù)改造方案
冷凝水溫度的蒸汽加熱產(chǎn)生的熱水在75℃,流量為10t/h,如果連續(xù)排污水由軟化水回收,軟化水的出口溫度將高于規(guī)定的排放溫度;若冷凝水和軟化存儲(chǔ)在水箱中的水,根據(jù)各自水量的關(guān)系,污水出口溫度仍然不能降至規(guī)定的排放溫度。因此,為了使連續(xù)污水溫度低于規(guī)定的排放溫度和合理利用排污水?dāng)y帶的余熱,需要設(shè)置兩個(gè)水箱,兩個(gè)水箱的布置和工藝流程如圖1所示。
圖1 排污余熱回收工藝流程
關(guān)鍵詞 火力發(fā)電廠;熱泵;電廠循環(huán)冷卻水;可行性
中圖分類號(hào)TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708(2013)101-0077-02
在我國(guó)的電力工業(yè)中,火力發(fā)電廠主要以凝汽式汽輪發(fā)電為核心的燃煤火電廠為主,發(fā)電總量非常高,占總發(fā)電量的80%左右,但是熱能利用率卻較低,有一半以上的熱量都被溫度很低的循環(huán)冷卻水?dāng)y帶而在大氣中蒸發(fā)。由于循環(huán)冷卻水的溫度較低,無(wú)法采用常規(guī)手段提高其回收利用率,此部分能源回收易被忽視,長(zhǎng)期下來(lái),造成了大量能源的浪費(fèi),對(duì)環(huán)境也帶來(lái)了很大的危害,必須采用先進(jìn)手段加強(qiáng)對(duì)這部分能源的回收利用。將熱泵應(yīng)用于火力發(fā)電廠廢熱回收中,不僅可以減少煤炭能源消耗,還能夠有效提高煤炭能源的利用率,對(duì)火力發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
1火力發(fā)電廠廢熱回收方案
1.1熱泵的工作原理
熱泵是一種能夠?qū)嵩磸牡蜏丨h(huán)境中轉(zhuǎn)移到高溫環(huán)境中的裝置,能夠提升能量。在火力發(fā)電廠廢熱回收中,熱泵的工作原理是通過(guò)消耗一定的電能或高溫蒸汽,將循環(huán)冷卻水中所攜帶的低品位熱能吸收,并將高位能和低位熱能這兩部分能量通過(guò)熱泵輸送到高溫環(huán)境中去。對(duì)于熱泵工作性能的評(píng)價(jià),可將熱泵機(jī)組的供熱系數(shù)作為評(píng)價(jià)依據(jù)。當(dāng)前,應(yīng)用于火力發(fā)電廠廢熱回收中的熱泵一般為電動(dòng)壓縮式熱泵,其供熱系數(shù)在310~510之間,由此可以看出來(lái),當(dāng)熱泵消耗一定的高位能的時(shí)候,中位能的產(chǎn)生可達(dá)數(shù)倍。所以,熱泵是一種非常有效的廢熱回收裝置,其應(yīng)用于循環(huán)冷卻水的回收利用中對(duì)火力發(fā)電廠來(lái)說(shuō)具有重要意義。
1.2火力發(fā)電廠循環(huán)水廢熱回收系統(tǒng)流程
火力發(fā)電廠中,汽輪發(fā)電機(jī)組的常規(guī)循環(huán)冷卻水廢熱回收系統(tǒng)主要是由循環(huán)水泵、凝汽器、冷卻塔和積水池等組成的。熱泵回收系統(tǒng)則由電動(dòng)壓縮機(jī)、兩組換熱器和節(jié)流閥組成,在這個(gè)系統(tǒng)中,一組換熱器可作為蒸發(fā)器進(jìn)行吸熱,另一組換熱器相當(dāng)于冷凝器,通過(guò)此系統(tǒng)將循環(huán)水直接引到具有吸熱功能的換熱器中,并在此換熱器中得到冷卻,冷卻后,循環(huán)水進(jìn)入積水池或凝汽器循環(huán)水的進(jìn)水管,凝結(jié)水從凝結(jié)水泵中流出來(lái)后,經(jīng)過(guò)熱泵冷凝器加熱后流回電廠鍋爐房。
2 可行性研究
2.1回收途徑的可行性
火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水?dāng)y帶的廢熱是地位能源,其直接利用范圍和利用率非常低,將熱泵技術(shù)應(yīng)用于火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水廢熱回收中,能夠有效提高低品位能源的品味,擴(kuò)大能源應(yīng)用范圍,提高能源的利用率?,F(xiàn)階段,熱泵技術(shù)在火力發(fā)電廠廢熱回收中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,科研人員也不斷在實(shí)踐中根據(jù)低品位能源的形式和特征開(kāi)發(fā)出更多類型、更能滿足廢熱回收需求的熱泵,比如工業(yè)余熱泵、地源熱泵、太陽(yáng)能熱泵、城市污水源熱泵、空氣源熱泵等。不同的低位熱源其特點(diǎn)也不盡相同,這就在一定程度上限制了各種熱泵技術(shù)的應(yīng)用,也使得熱泵技術(shù)存在著一定的缺陷,比如地源熱泵的取水問(wèn)題、回灌問(wèn)題,且易對(duì)地溫帶來(lái)影響,太陽(yáng)能熱泵的非持續(xù)供熱,城市污水源熱泵在污水處理和設(shè)備防腐方面存在著一系列問(wèn)題,空氣源熱泵的蒸發(fā)器冬季易結(jié)霜等。但總的來(lái)說(shuō),相對(duì)于常規(guī)廢熱回收手段,熱泵作為一種低位能源回收利用裝置,具有非常顯著的優(yōu)越性。首先,熱泵裝置位于地面,不需要在地面上打深井來(lái)安置熱泵管路和兩組換熱器,大大節(jié)省了投資;第二,循環(huán)水的流動(dòng)性非常好,且具有較好的換熱性能,熱泵只需要很短的時(shí)間內(nèi)就可以啟動(dòng);第三,循環(huán)水相對(duì)于污水來(lái)說(shuō)比較清潔,熱泵的傳熱效果會(huì)保持穩(wěn)定,不易出現(xiàn)惡化現(xiàn)象;第四,循環(huán)水具有穩(wěn)定的溫度、流量,熱泵蒸發(fā)器不會(huì)像空氣源熱泵那樣出現(xiàn)結(jié)霜的現(xiàn)象;第五,能夠在一定程度上將凝汽器循環(huán)水進(jìn)水溫度降低,提高凝汽器的真空度,增加熱泵機(jī)組工作的穩(wěn)定性和效率。由此可見(jiàn),將火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水作為熱泵的低位熱源是可行的。但是由于受到較低的出水溫度、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等因素的限制,熱泵的應(yīng)用范圍較小,火力發(fā)電廠廢熱回收利用效率較低。因此,可結(jié)合火力發(fā)電廠的生產(chǎn)特點(diǎn),按照上文思路和方案,利用熱泵技術(shù)達(dá)到循環(huán)冷卻水廢熱回收再利用的目的。
2.2效益分析
目前,火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水廢熱回收中所用的熱泵機(jī)組主要以300MW汽輪發(fā)電機(jī)組為主,其具有很高的節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益。300MW汽輪發(fā)電機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)包括:冷卻水溫度20℃,高壓缸效率87.07%,排氣壓力4.9kPa,主蒸汽流量907.3t/h,循環(huán)水流量30000m3/h,37℃水蒸氣凝結(jié)熱2414kJ/kg,給水溫度273.8℃,耗熱率7921kJ/kwh,中壓缸效率92.25%,廠用抽汽流量45t/h,循環(huán)水進(jìn)水溫度10℃,循環(huán)水出水溫度24℃。
假如熱泵廢熱回收系統(tǒng)一年運(yùn)行時(shí)間為7000h,凝結(jié)水量為主蒸汽流量的80%,凝結(jié)水溫度由30℃升至80℃,火力發(fā)電廠發(fā)電效率為42%,鍋爐效率為88%,煤發(fā)熱量為5550kcl/kg,通過(guò)計(jì)算可得出,冷凝器放熱量可達(dá)46400kW以上,節(jié)煤量約達(dá)到56000t,而熱泵電動(dòng)機(jī)消耗功率為13257kW,電量消耗煤約36000t,采用熱泵回收每年可節(jié)省煤資源約20000t。據(jù)相關(guān)資料顯示,少燃燒1噸煤,就可少排放二氧化碳、二氧化硫、灰渣、煙塵各440kg、20kg、269kg、15kg,根據(jù)上面假定數(shù)字計(jì)算出的火力發(fā)電廠的節(jié)煤數(shù)據(jù)可得出,每年可減少二氧化碳排放量8800t,二氧化硫排放量400t,灰渣排放量5200t,煙塵排放量3000t。從上面計(jì)算出的數(shù)據(jù)可以看出來(lái),將熱泵應(yīng)用于循環(huán)冷卻水廢熱回收中,并將其用于火力發(fā)電廠冷凝水的預(yù)熱,具有良好的節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益。
3結(jié)論
熱泵是一種有效的低位熱能回收利用裝置,將熱泵技術(shù)應(yīng)用于火力發(fā)電廠的廢熱回收中,不僅能夠有效降低煤炭能源消耗,還能夠提高煤炭能源的利用率,為火力發(fā)電廠社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境效益的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。但是也應(yīng)認(rèn)識(shí)到熱泵出水溫度低、供熱系數(shù)小的缺點(diǎn),這些缺點(diǎn)必將制約廢熱回收技術(shù)的應(yīng)用范圍和廢熱回收利用率,使得廢熱回收熱泵技術(shù)的各種效益得不到有效發(fā)揮。因此,必須加大投入,利用先進(jìn)科技,促進(jìn)熱泵技術(shù)在火力發(fā)電廠廢熱回收中的應(yīng)用和發(fā)展,最大限度提高熱泵廢熱回收系統(tǒng)的節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益,提高廢熱回收利用率。
參考文獻(xiàn)
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砂石工程一篩車間產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水,由于粗細(xì)砂顆粒含量高,其疏水性強(qiáng),使得沉淀物含水量小;但泥質(zhì)顆粒含量相對(duì)于其他生產(chǎn)車間要高很多,泥質(zhì)顆粒粒徑小,親水性強(qiáng),黏結(jié)性強(qiáng),充填能力強(qiáng),因此,大部分泥質(zhì)顆粒會(huì)懸浮于水中不易分離,使得一篩車間廢水處理回用水達(dá)標(biāo)難,同時(shí),其余的小部分泥質(zhì)顆粒同石粉、粗細(xì)砂顆?;旌铣恋砗?,充填結(jié)合密實(shí),在固體物質(zhì)自身重力及水壓力的作用下粘稠、易板結(jié),使得泥漿處理干化難、排泥難。因此一篩車間廢水處理困難。其他車間產(chǎn)生的廢水細(xì)砂、石粉含量高,回收利用價(jià)值大,工程實(shí)際中,常先將除一篩車間以外的其他車間產(chǎn)生的廢水中的細(xì)砂和石粉回收利用,以免成品砂含泥量超標(biāo)、保證成品砂質(zhì)量,其次分離回收部分達(dá)標(biāo)清水,之后含渣廢水同一篩車間廢水混合,再進(jìn)行廢水處理,回收清水,按環(huán)保要求堆存固體廢棄物。砂石工程廢水處理隨著技術(shù)進(jìn)步和新設(shè)備應(yīng)用,經(jīng)歷了由簡(jiǎn)易到復(fù)雜、由粗放到精細(xì)的演變。
2早期簡(jiǎn)易方案
砂石工程簡(jiǎn)易廢水處理案例,如張河灣抽水蓄能電站上水庫(kù)砂石工程水處理系統(tǒng),其車間組成及運(yùn)行工藝流程見(jiàn)圖1。其工作原理為:系統(tǒng)生產(chǎn)車間用水經(jīng)系統(tǒng)排水溝匯集至沉砂池①,絕大部分石粉及廢渣沉淀于池內(nèi)。利用生產(chǎn)間歇時(shí)間,打開(kāi)排污閥,將污水排至專用水池④,將水回收;及時(shí)回收石粉并清理污泥。池①內(nèi)回收水以頂部溢流方式進(jìn)入沉淀池②,經(jīng)進(jìn)一步沉淀后,經(jīng)池體②、③中壁溢流口溢流至沉淀池③,然后經(jīng)聯(lián)系水溝進(jìn)入沉淀池⑤,成品砂倉(cāng)脫水盲溝及其他地表水經(jīng)相應(yīng)水溝匯入沉淀池⑤,池內(nèi)設(shè)置集水槽,適時(shí)處理漂浮物,進(jìn)一步凈化后,溢流至清水池⑥。將清水經(jīng)回收水管利用水泵泵入系統(tǒng)高位水池⑦。根據(jù)用水需求經(jīng)供水管流至生產(chǎn)車間。外部補(bǔ)充水也經(jīng)供水管進(jìn)入生產(chǎn)車間。嚴(yán)格地講,簡(jiǎn)易方案屬于自然沉淀類別,因其在廢水處理方案發(fā)展前期實(shí)施,同現(xiàn)階段方案相比多有不完善之處,故在此單列說(shuō)明。簡(jiǎn)易方案同現(xiàn)階段工程實(shí)施中采取的自然沉淀方案加以對(duì)比,也可看出廢水處理方案由粗放到精細(xì)的演變。由于處理效果相對(duì)較差,簡(jiǎn)易廢水處理方案只在較早時(shí)期、偏遠(yuǎn)地區(qū)、建設(shè)條件差、小型工程上應(yīng)用較多。結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)條件,目前階段砂石工程常用的廢圖1水回收車間構(gòu)成及流程簡(jiǎn)圖水處理可分為自然沉淀與機(jī)械處理兩類。
3自然沉淀方案
砂石工程廢水處理采取自然沉淀方案的案例,如向家壩水電站馬延坡砂石工程廢水處理。本方案利用系統(tǒng)附近的開(kāi)闊山谷地形建一土石壩形成尾渣庫(kù),將生產(chǎn)廢水用水管引至庫(kù)區(qū),經(jīng)過(guò)自然沉淀后,澄清水回收利用,泥渣沉積到庫(kù)底并逐層壓實(shí),尾渣庫(kù)使用過(guò)程中,由于泥渣沉積造成尾渣庫(kù)功能下降時(shí)采用采砂船清理,清理出的廢渣運(yùn)輸至工程棄渣場(chǎng)堆放,計(jì)劃在工程結(jié)束、砂石系統(tǒng)完成使命后尾渣庫(kù)也隨之停止使用。采取自然沉淀方案的還有三峽下岸溪、溪洛渡中心場(chǎng)等砂石工程的廢水處理。這些工程的不同之處在于修建數(shù)個(gè)大型沉淀池(污泥干化池),砂石系統(tǒng)生產(chǎn)廢水加絮凝劑后引入沉淀池,一個(gè)池滿后啟用第二個(gè)沉淀池,沉料自然干化滿足出渣條件后出渣清理,周而復(fù)始,循環(huán)使用。方案包含完善的廢水引入、加速沉淀滿足水回用、渣處理使用要求的措施和回水設(shè)施。該方案土建工程量大,水處理效果一般,水回收利用率偏低。自然沉淀方案的優(yōu)點(diǎn):①?gòu)U水沉淀表面負(fù)荷低,因此可以少加甚至不加絮凝劑,投入設(shè)備少,運(yùn)行管理簡(jiǎn)單,運(yùn)行費(fèi)用低,廢水處理總體成本低;②回用水品質(zhì)好;③綠色環(huán)保,社會(huì)影響好。馬延坡砂石工程廢水處理缺點(diǎn):①前期土石壩建設(shè)投資高;②土石壩壩高40m,設(shè)計(jì)、施工安全要求高。其他修建沉淀池砂石工程廢水處理的缺點(diǎn):常受場(chǎng)地條件等的影響,設(shè)計(jì)布置滿足使用要求的保證性不強(qiáng)??傮w而言,自然沉淀方案優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)大于缺點(diǎn),在條件具備時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用。
4“泥漿濃縮+脫水干化”方案
目前砂石工程廢水處理采取較多的是按照固液初步分離、泥漿濃縮和壓縮干化過(guò)程來(lái)實(shí)施的工藝系統(tǒng)。生產(chǎn)廢水進(jìn)入旋流沉淀池(或水力旋流器)實(shí)現(xiàn)固液初步分離和泥漿濃縮,分離出的濁水送至(由濁至清逐級(jí))沉淀池沉淀澄清,達(dá)標(biāo)清水回收利用,沉淀池底部濃縮后的泥漿、濁水循環(huán)進(jìn)入旋流沉淀池(或水力旋流器)處理;旋流沉淀池(或水力旋流器)濃縮后的泥漿供給干化設(shè)備進(jìn)行干化處理,產(chǎn)生的清水回收利用,干化渣料送至棄渣場(chǎng)堆放。(1)采用板框式壓濾機(jī)方案。構(gòu)皮灘水電站爛泥溝、光照水電站基地、金安橋水電站、柬埔寨甘再水電站等砂石工程廢水處理工藝流程基本相同,采用“旋流沉淀池沉淀濃縮+板框壓濾機(jī)干化”方案。其工藝流程如圖2所示。圖2砂石工程廢水處理板框式壓濾機(jī)方案工藝流程圖板框式壓濾機(jī)的工作原理簡(jiǎn)單:濃縮泥漿經(jīng)渣漿泵泵送進(jìn)入壓濾機(jī)并持壓,在壓力作用下,固體物質(zhì)隔離在濾布上,水滲透出濾布,板框間堆積滿后形成泥餅,卸料洗布進(jìn)入下一循環(huán)。板框式壓濾機(jī)由于單臺(tái)套設(shè)備不能連續(xù)處理濃縮泥漿,因此需要配置的設(shè)備數(shù)量較多;對(duì)泥漿濃縮濃度要求較高,配套使用的渣漿泵在泥漿較高濃度工況下易出故障,泥漿濃度低時(shí)壓濾時(shí)間很長(zhǎng),效率低;工作濾布清理困難,運(yùn)行成本較高。但由于脫水效果好,固液分離徹底,使用成熟,在砂石工程中應(yīng)用較為廣泛。(2)采用帶式真空過(guò)濾機(jī)方案。阿海水電站新源溝砂石工程采用水力旋流器來(lái)實(shí)現(xiàn)泥漿濃縮,帶式真空過(guò)濾機(jī)處理濃縮泥漿。水力旋流器以離心力實(shí)現(xiàn)固液分離。生產(chǎn)廢水以一定壓力切向進(jìn)入旋流器,在腔內(nèi)產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)流場(chǎng),混合液中密度大的組份,在旋流場(chǎng)的作用下沿軸向向下運(yùn)動(dòng),沿徑向向外運(yùn)動(dòng),在到達(dá)底部時(shí)沿器壁向下運(yùn)動(dòng),并由噴砂嘴排出,這樣就形成了外漩渦流場(chǎng),密度小的組份向中心軸方向運(yùn)動(dòng),并在軸線中心形成向上的內(nèi)漩渦,然后由溢流口排出。帶式真空過(guò)濾機(jī)采用了固定真空盒,過(guò)濾機(jī)運(yùn)行時(shí),真空盒固定不動(dòng),膠帶在上面運(yùn)行,真空盒與膠帶間構(gòu)成運(yùn)動(dòng)密封的結(jié)構(gòu)型式,由于真空盒采用分節(jié)連接的整體,每節(jié)均有管口與集液總管相連接形成真空集液系統(tǒng),通過(guò)真空吸力把橡膠濾帶上料液中的水吸到集液系統(tǒng)中,從而實(shí)現(xiàn)固液分離。帶式真空過(guò)濾機(jī)廢水處理量隨進(jìn)料料漿濃度有較大波動(dòng),濾餅含水率一般為8%~15%,料漿濃度低時(shí)會(huì)增高,但一般不高于30%[1];附屬設(shè)備較多,占地面積較大,適宜于較大規(guī)模砂石工程。(3)采用真空陶瓷過(guò)濾機(jī)方案。官地水電站竹子壩砂石工程采用真空陶瓷過(guò)濾機(jī)來(lái)處理濃縮泥漿。真空陶瓷過(guò)濾機(jī)的工作原理為:在壓強(qiáng)差的作用下,懸浮液通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)時(shí),顆粒被截留在介質(zhì)表面形成濾餅,而液體則通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)流出,達(dá)到了固液分離的目的。陶瓷過(guò)濾板具有產(chǎn)生毛細(xì)效應(yīng)的微孔,使微孔中的毛細(xì)作用力大于真空所施加的力,使微孔始終保持充滿液體狀態(tài),陶瓷過(guò)濾板上沒(méi)有空氣透過(guò),固液分離時(shí)能耗低、真空度高[2]。采用真空陶瓷過(guò)濾機(jī)來(lái)處理濃縮泥漿具有濾餅干、濾液清、能耗低、運(yùn)行場(chǎng)地干凈、無(wú)噪音污染等優(yōu)點(diǎn),但設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用高,實(shí)際產(chǎn)能低,目前在砂石工程中應(yīng)用不多。
5采用新型設(shè)備方案
隨著廢水處理研究的發(fā)展和新設(shè)備的推廣使用[3],現(xiàn)階段砂石工程廢水處理也開(kāi)始采用DH高效污水凈化器、臥螺離心機(jī)等新型高效設(shè)備。(1)采用DH高效污水凈化器方案。黃登-大華橋等砂石工程采用DH高效污水凈化器進(jìn)行廢水處理。DH高效污水凈化器是將物理、化學(xué)反應(yīng)有機(jī)融合在一起,集成了直流混凝、臨界絮凝、離心分離、動(dòng)態(tài)過(guò)濾及污泥濃縮沉淀技術(shù),短時(shí)間內(nèi)(25~30min)在同一罐體中完成廢水快速多級(jí)凈化的一體化組合設(shè)備。凈化器為鋼制罐體,上中部為橢圓柱體,下部為錐體,自下而上分別為污泥濃縮區(qū)、混凝區(qū)、離心分離區(qū)、動(dòng)態(tài)過(guò)濾區(qū)、清水區(qū)。其工作原理為:直流混凝和臨界絮凝技術(shù)取代了混凝反應(yīng)池,在泵前及泵后投加絮凝和助凝藥劑,利用泵、管道、水流完成藥劑的水解、混合、壓縮雙電層,吸附中和作用后高速沿切線方向進(jìn)入罐體快速完成吸附架橋,絮凝形成礬花。離心分離是利用廢水沿切線方向進(jìn)入罐體產(chǎn)生高速旋流、產(chǎn)生離心力,在離心力的作用下廢水中形成的懸浮顆粒及礬花被甩向器壁,并隨下旋流及自身重力作用沿罐內(nèi)壁下滑至錐形污泥濃縮區(qū),廢水向下作螺旋運(yùn)動(dòng)到一定程度后向中心靠攏,又形成向上的旋流,這股旋流水質(zhì)較清,流向設(shè)置在上層動(dòng)態(tài)過(guò)濾區(qū)。在離心分離區(qū)一般粒徑大于20μm的懸浮顆粒(礬花)被固液分離至污泥濃縮區(qū)。廢水經(jīng)離心分離進(jìn)入動(dòng)態(tài)過(guò)濾區(qū)再次完成吸附作用,過(guò)濾區(qū)采用表面吸附的懸浮濾料,表面積大、吸附能力強(qiáng),可截留5μm以上的粒徑的懸浮物。動(dòng)態(tài)過(guò)濾,濾料不易堵塞,吸附的顆粒物易脫落又下沉至離心分離區(qū),因此濾料反洗周期長(zhǎng)(0.5~1個(gè)月反沖洗一次)。廢水經(jīng)多級(jí)固液分離及凈化后排出。離心分離和過(guò)濾脫落的懸浮顆粒在離心力及重力的作用下進(jìn)入污泥濃縮區(qū),污泥在錐形泥斗區(qū)中上部經(jīng)聚合力的作用下,顆粒群體結(jié)合成一整體,各自保持相對(duì)不變位置共同下沉,在泥斗區(qū)中下部SS(水質(zhì)中懸浮物)很高,將顆粒縫隙中液體擠出界面,固體顆粒被濃縮壓密后從錐體底部排出。(2)采用臥螺離心機(jī)方案。呼和浩特抽水蓄能水電站、白鶴灘水電站三灘等砂石工程采用臥螺離心機(jī)進(jìn)行廢水處理。臥螺離心機(jī)是一種臥式螺旋卸料、連續(xù)操作的沉降設(shè)備,其工作原理為:轉(zhuǎn)鼓與螺旋以一定差速同向高速旋轉(zhuǎn),物料由進(jìn)料管連續(xù)引入輸料螺旋內(nèi)筒,加速后進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓,在離心力場(chǎng)作用下,較重的固相物沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上形成沉渣層。輸料螺旋將沉積的固相物連續(xù)不斷地推至轉(zhuǎn)鼓錐端,經(jīng)排渣口排出機(jī)外。較輕的液相物則形成內(nèi)層液環(huán),由轉(zhuǎn)鼓大端溢流口連續(xù)溢出轉(zhuǎn)鼓,經(jīng)排液口排出機(jī)外。臥螺離心機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于:能在全速運(yùn)轉(zhuǎn)下,連續(xù)進(jìn)料、分離、洗滌和卸料;可通過(guò)調(diào)整差數(shù)和轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速來(lái)控制泥餅含水率;全封閉結(jié)構(gòu),無(wú)泄漏,生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)整潔;基建和占地少,重量輕,安裝方便;對(duì)泥漿濃度適應(yīng)范圍廣等。目前砂石工程廢水處理DH高效污水凈化器和臥螺離心機(jī)的使用仍在探索中,應(yīng)用案例不多,其工程適應(yīng)情況和使用發(fā)展前景尚沒(méi)有明確結(jié)論??偨Y(jié)機(jī)械處理方案,需要強(qiáng)調(diào)的幾點(diǎn)。①水力旋流器同旋流沉淀池相比,旋流沉淀池占地面積大,土建工作量大,廢水處理量大,濃縮效果較后者差,濃縮泥漿經(jīng)常出料困難;水力旋流器體積小巧,安裝方便,濃縮效果好,泥漿出料方便,但廢水處理能力較小。二者可根據(jù)工程實(shí)際情況具體選用。②在“泥漿濃縮+脫水干化”的組合方案中,盡管泥漿濃縮的效果對(duì)下一步的干化處理非常重要,但廢水處理方案的核心應(yīng)是干化設(shè)備的處理效果。③上述泥漿脫水干化設(shè)備以及新型設(shè)備中,無(wú)論是采用機(jī)械壓縮、真空過(guò)濾還是離心分離等工作原理,設(shè)備對(duì)廢水處理工作而言,本身并無(wú)優(yōu)劣之分,工程實(shí)際中應(yīng)根據(jù)具體條件和對(duì)設(shè)備的掌握情況具體選用。
6結(jié)語(yǔ)
1.1為了引導(dǎo)城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)發(fā)展,提高城市生活垃圾處理水平,防治環(huán)境污染,促進(jìn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展,根據(jù)《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》和國(guó)家相關(guān)法律、法規(guī),制定本技術(shù)政策。
1.2城市生活垃圾(以下簡(jiǎn)稱垃圾),是指在城市日常生活中或者為城市日常生活提供服務(wù)的活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢物以及法律、行政法規(guī)規(guī)定視為城市生活垃圾的固體廢物。
1.3本技術(shù)政策適用于垃圾從收集、運(yùn)輸,到處置全過(guò)程的管理和技術(shù)選擇應(yīng)用,指導(dǎo)垃圾處理設(shè)施的規(guī)劃、立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行和管理,引導(dǎo)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
1.4應(yīng)在城市總體規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)規(guī)劃指導(dǎo)下,制訂與垃圾處理相關(guān)的專業(yè)規(guī)劃,合理確定垃圾處理設(shè)施布局和規(guī)模。有條件的地區(qū),鼓勵(lì)進(jìn)行區(qū)域性設(shè)施規(guī)劃和垃圾集中處理。
1.5應(yīng)按照減量化、資源化、無(wú)害化的原則,加強(qiáng)對(duì)垃圾產(chǎn)生的全過(guò)程管理,從源頭減少垃圾的產(chǎn)生。對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的垃圾,要積極進(jìn)行無(wú)害化處理和回收利用,防止污染環(huán)境。
1.6衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥、回收利用等垃圾處理技術(shù)及設(shè)備都有相應(yīng)的適用條件,在堅(jiān)持因地制宜、技術(shù)可行、設(shè)備可靠、適度規(guī)模、綜合治理和利用的原則下,可以合理選擇其中之一或適當(dāng)組合。在具備衛(wèi)生填埋場(chǎng)地資源和自然條件適宜的城市,以衛(wèi)生填埋作為垃圾處理的基本方案;在具備經(jīng)濟(jì)條件、垃圾熱值條件和缺乏衛(wèi)生填埋場(chǎng)地資源的城市,可發(fā)展焚燒處理技術(shù);積極發(fā)展適宜的生物處理技術(shù),鼓勵(lì)采用綜合處理方式。禁止垃圾隨意傾倒和無(wú)控制堆放。
1.7垃圾處理設(shè)施的建設(shè)應(yīng)嚴(yán)格按照基本建設(shè)程序和環(huán)境影響評(píng)價(jià)的要求執(zhí)行,加強(qiáng)垃圾處理設(shè)施的驗(yàn)收和垃圾處理設(shè)施運(yùn)行過(guò)程中污染排放的監(jiān)督。
1.8鼓勵(lì)垃圾處理設(shè)施建設(shè)投資多元化、運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)化、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和監(jiān)控自動(dòng)化。鼓勵(lì)社會(huì)各界積極參與垃圾減量、分類收集和回收利用。
1.9垃圾處理技術(shù)的發(fā)展必須依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,要積極研究新技術(shù)、應(yīng)用新工藝、選用新設(shè)備和新材料,加強(qiáng)技術(shù)集成,逐步提高垃圾處理技術(shù)裝備水平。
二、垃圾減量
2.1限制過(guò)度包裝,建立消費(fèi)品包裝物回收體系,減少一次性消費(fèi)品產(chǎn)生的垃圾。
2.2通過(guò)改變城市燃料結(jié)構(gòu),提高燃?xì)馄占奥屎图泄崧?減少煤灰垃圾產(chǎn)生量。
2.3鼓勵(lì)凈菜上市,減少?gòu)N房殘余垃圾產(chǎn)生量。
三、垃圾綜合利用
3.1積極發(fā)展綜合利用技術(shù),鼓勵(lì)開(kāi)展對(duì)廢紙、廢金屬、廢玻璃、廢塑料等的回收利用,逐步建立和完善廢舊物資回收網(wǎng)絡(luò)。
3.2鼓勵(lì)垃圾焚燒余熱利用和填埋氣體回收利用,以及有機(jī)垃圾的高溫堆肥和厭氧消化制沼氣利用等。
3.3在垃圾回收與綜合利用過(guò)程中,要避免和控制二次污染。
四、垃圾收集和運(yùn)輸
4.1積極開(kāi)展垃圾分類收集。垃圾分類收集應(yīng)與分類處理相結(jié)合,并根據(jù)處理方式進(jìn)行分類。
4.2垃圾收集和運(yùn)輸應(yīng)密閉化,防止暴露、散落和滴漏。鼓勵(lì)采用壓縮式收集和運(yùn)輸方式。盡快淘汰敞開(kāi)式收集和運(yùn)輸方式。
4.3結(jié)合資源回收和利用,加強(qiáng)對(duì)大件垃圾的收集、運(yùn)輸和處理。
4.4禁止危險(xiǎn)廢物進(jìn)入生活垃圾。逐步建立獨(dú)立系統(tǒng),收集、運(yùn)輸和處理廢電池、日光燈管、殺蟲(chóng)劑容器等。
五、衛(wèi)生填埋處理
5.1衛(wèi)生填埋是垃圾處理必不可少的最終處理手段,也是現(xiàn)階段我國(guó)垃圾處理的主要方式。
5.2衛(wèi)生填埋場(chǎng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行和管理應(yīng)嚴(yán)格按照《城市生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》和《生活垃圾填埋場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等要求執(zhí)行。
5.3科學(xué)合理地選擇衛(wèi)生填埋場(chǎng)場(chǎng)址,以利于減少衛(wèi)生填埋對(duì)環(huán)境的影響。
5.4場(chǎng)址的自然條件符合標(biāo)準(zhǔn)要求的,可采用天然防滲方式;不具備天然防滲條件的,應(yīng)采用人工防滲技術(shù)措施。
5.5場(chǎng)內(nèi)應(yīng)實(shí)行雨水與污水分流,減少運(yùn)行過(guò)程中的滲瀝水(滲濾液)產(chǎn)生量。
5.6設(shè)置滲瀝水收集系統(tǒng),鼓勵(lì)將經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理的垃圾滲瀝水排入城市污水處理系統(tǒng)。不具備上述條件的,應(yīng)單獨(dú)建設(shè)處理設(shè)施,達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后方可排入水體。滲瀝水也可以進(jìn)行回流處理,以減少處理量,降低處理負(fù)荷,加快衛(wèi)生填埋場(chǎng)穩(wěn)定化。
5.7應(yīng)設(shè)置填埋氣體導(dǎo)排系統(tǒng),采取工程措施,防止填埋氣體側(cè)向遷移引發(fā)的安全事故。盡可能對(duì)填埋氣體進(jìn)行回收和利用;對(duì)難以回收和無(wú)利用價(jià)值的,可將其導(dǎo)出處理后排放。
5.8填埋時(shí)應(yīng)實(shí)行單元分層作業(yè),做好壓實(shí)和每日覆蓋。
5.9填埋終止后,要進(jìn)行封場(chǎng)處理和生態(tài)環(huán)境恢復(fù),繼續(xù)引導(dǎo)和處理滲瀝水、填埋氣體。在衛(wèi)生填埋場(chǎng)穩(wěn)定以前,應(yīng)對(duì)地下水、地表水、大氣進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。
5.10衛(wèi)生填埋場(chǎng)穩(wěn)定后,經(jīng)監(jiān)測(cè)、論證和有關(guān)部門審定后,可以對(duì)土地進(jìn)行適宜的開(kāi)發(fā)利用,但不宜用作建筑用地。
六、焚燒處理
6.1焚燒適用于進(jìn)爐垃圾平均低位熱值高于5000kJ/kg、衛(wèi)生填埋場(chǎng)地缺乏和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)。
6.2垃圾焚燒目前宜采用以爐排爐為基礎(chǔ)的成熟技術(shù),審慎采用其它爐型的焚燒爐。禁止使用不能達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)的焚燒爐。
6.3垃圾應(yīng)在焚燒爐內(nèi)充分燃燒,煙氣在后燃室應(yīng)在不低于850℃的條件下停留不少于2秒。
6.4垃圾焚燒產(chǎn)生的熱能應(yīng)盡量回收利用,以減少熱污染。
6.5垃圾焚燒應(yīng)嚴(yán)格按照《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,對(duì)煙氣、污水、爐渣、飛灰、臭氣和噪聲等進(jìn)行控制和處理,防止對(duì)環(huán)境的污染。
6.6應(yīng)采用先進(jìn)和可靠的技術(shù)及設(shè)備,嚴(yán)格控制垃圾焚燒的煙氣排放。煙氣處理宜采用半干法加布袋除塵工藝。
6.7應(yīng)對(duì)垃圾貯坑內(nèi)的滲瀝水和生產(chǎn)過(guò)程的廢水進(jìn)行預(yù)處理和單獨(dú)處理,達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。
6.8垃圾焚燒產(chǎn)生的爐渣經(jīng)鑒別不屬于危險(xiǎn)廢物的,可回收利用或直接填埋。屬于危險(xiǎn)廢物的爐渣和飛灰必須作為危險(xiǎn)廢物處置。
七、堆肥處理
7.1垃圾堆肥適用于可生物降解的有機(jī)物含量大于40%的垃圾。鼓勵(lì)在垃圾分類收集的基礎(chǔ)上進(jìn)行高溫堆肥處理。
7.2高溫堆肥過(guò)程要保證堆體內(nèi)物料溫度在55℃以上保持5~7天。
7.3垃圾堆肥廠的運(yùn)行和維護(hù)應(yīng)遵循《城市生活垃圾堆肥處理廠運(yùn)行、維護(hù)及其安全技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定。
7.4垃圾堆肥過(guò)程中產(chǎn)生的滲瀝水可用于堆肥物料水分調(diào)節(jié)。向外排放的,經(jīng)處理應(yīng)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》和《城市生活垃圾堆肥處理廠技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)》要求。
7.5應(yīng)采取措施對(duì)堆肥過(guò)程中產(chǎn)生的臭氣進(jìn)行處理,達(dá)到《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求。
1城市污水處理的水質(zhì)目標(biāo)管理
長(zhǎng)期以來(lái),城市污水處理廠的作用被認(rèn)為是降低污水直接排放對(duì)受納水體的污染,因此,處理水質(zhì)“達(dá)標(biāo)”是最重要的目標(biāo)。為達(dá)到設(shè)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),各種技術(shù)與手段被采用,將污水中所含的污染物質(zhì)分離去除或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì),使水得到凈化。在此過(guò)程中,除了消耗大量的電能和絮凝劑與消毒劑等化學(xué)品外,還有大量剩余污泥和溫室氣體等“廢物”產(chǎn)生。據(jù)資料統(tǒng)計(jì),不同類型污水處理工藝的平均電耗在0.20~0.35kW•h/m3,其中約70%消耗在污水好氧生物處理單元;剩余污泥量占處理污水的0.3%~0.5%(以含水率97%計(jì)),且污水處理程度越高,泥量越多;產(chǎn)生的溫室氣體包括CO2、CH4和N2O,其產(chǎn)生量與污水特征和處理工藝有關(guān)。
目前評(píng)價(jià)污水處理工藝或方案的常用方法是基于水質(zhì)保障的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析法,即以水質(zhì)達(dá)標(biāo)為前提,按照資源合理配置的原則,從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度評(píng)價(jià)污水處理工藝或方案的效益與費(fèi)用,分析其技術(shù)與經(jīng)濟(jì)合理性。常用的評(píng)價(jià)體系包括費(fèi)用模型、效益評(píng)價(jià)指數(shù)模型、灰色系統(tǒng)模型等。然而,這類方法未充分考慮不同污水處理工藝或方案的環(huán)境影響。例如,從污水處理的角度,微生物將有機(jī)物降解為CO2和水被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)了無(wú)害化,但在全球氣候變化背景下,CO2已是公認(rèn)的溫室氣體。此外,污水處理過(guò)程中的動(dòng)力消耗也將折算成CO2排放量,高能耗也意味著增加了CO2的排放量;除CO2外,污水脫氮除磷過(guò)程中還產(chǎn)生了CH4和N2O等溫室氣體。因此,對(duì)大氣環(huán)境而言,城市污水處理廠則是溫室氣體排放源,而在水質(zhì)目標(biāo)管理中對(duì)此并未予以考慮。對(duì)于污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥也是如此,只是包含污水處理廠內(nèi)污泥處理部分,對(duì)于出廠污泥最終如何處置及其對(duì)環(huán)境的影響則不予考慮。盡管“達(dá)標(biāo)”和“提標(biāo)”是當(dāng)前城市污水處理主要關(guān)注的重點(diǎn),但從可持續(xù)發(fā)展來(lái)看,以水質(zhì)目標(biāo)管理的城市污水處理工藝的發(fā)展將面臨極大的障礙,主要表現(xiàn)為污水處理過(guò)程的高能耗、高剩余污泥產(chǎn)量和溫室氣體排放與能源緊缺、低碳社會(huì)以及溫室氣體控制之間的矛盾。
2生命周期評(píng)價(jià)城市污水處理
近年來(lái),有關(guān)污水處理對(duì)環(huán)境影響方面的研究越來(lái)越多,生命周期評(píng)價(jià)(LifeCycleAssessment,LCA)是采用的主要研究方法之一。
LCA是一種評(píng)價(jià)產(chǎn)品整個(gè)生命周期(從“搖籃”到“墳?zāi)埂保┑沫h(huán)境影響和資源消耗的方法,具有系統(tǒng)性和可量化的特點(diǎn)。LCA研究起源于20世紀(jì)60年代,世界上的第一個(gè)案例是1969年美國(guó)中西部研究所對(duì)可口可樂(lè)飲料瓶從最初的原材料采掘到最終的廢棄瓶處理處置的全過(guò)程跟蹤和定量分析,這是公認(rèn)的LCA研究開(kāi)始的標(biāo)志。20世紀(jì)90年代,國(guó)際環(huán)境毒理學(xué)和化學(xué)學(xué)會(huì)組織(SETAC)在有關(guān)生命周期評(píng)價(jià)的國(guó)際研討會(huì)上首次提出了“生命周期評(píng)價(jià)”的概念,并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)共同推動(dòng)了生命周期評(píng)價(jià)方法的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化,于1997至2000年相繼推出了ISO14040~I(xiàn)SO14043等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),為生命周期評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。我國(guó)于2008年了《環(huán)境管理生命周期評(píng)價(jià)要求與指南》(GB/T24044-2008/ISO14044-2006)。近年來(lái),LCA已在不同的行業(yè)得以應(yīng)用,特別是在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。運(yùn)用LCA評(píng)價(jià)城市污水處理全過(guò)程,打破了傳統(tǒng)方法的局限性,將城市污水處理放在了大環(huán)境背景下,與能源消耗、對(duì)氣候變化的影響等聯(lián)系在一起進(jìn)行綜合評(píng)估,可以較全面地解析污水處理各環(huán)節(jié)對(duì)環(huán)境的影響。
LCA的評(píng)價(jià)過(guò)程包括4個(gè)階段:目標(biāo)確定、清單分析、影響評(píng)價(jià)和解釋,其中影響評(píng)價(jià)是LCA研究的難點(diǎn),通常經(jīng)過(guò)分類、特征化和量化三步驟完成,目前大多處于探索階段。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者運(yùn)用LCA對(duì)城市污水處理工藝進(jìn)行系統(tǒng)的環(huán)境效應(yīng)解析,識(shí)別不同工藝組合形式運(yùn)行過(guò)程中所帶來(lái)的環(huán)境影響的類型及關(guān)鍵環(huán)節(jié)。污水處理廠的生命周期包括了建設(shè)期、運(yùn)行期和拆除期,許多研究對(duì)各階段的環(huán)境影響進(jìn)行了定量分析。一些研究認(rèn)為,污水處理廠運(yùn)行期的環(huán)境影響要大于建設(shè)期和拆除期。也有研究指出,在城市污水處理廠,不同污水處理工藝對(duì)環(huán)境的影響有所不同,污水處理設(shè)備的耗能對(duì)環(huán)境影響最大,特別是好氧處理單元,電耗約占污水處理總電耗的70%,因此建議減少能量消耗、有效利用能源和更多地使用可再生能源;污泥處理過(guò)程對(duì)環(huán)境影響最大的是沼氣不能利用轉(zhuǎn)而用火炬將其燃燒的厭氧消化單元,為維持厭氧消化消耗了大量的能源或使用化學(xué)品;污泥的最終處置方式也對(duì)環(huán)境具有很大影響。對(duì)達(dá)到不同排放標(biāo)準(zhǔn)的幾種典型污水處理工藝的對(duì)比研究表明,以水質(zhì)目標(biāo)管理的污水處理工藝,隨著處理水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高,需要采用更完善的污水處理工藝,導(dǎo)致能耗、化學(xué)品消耗、溫室氣體產(chǎn)生量和污泥產(chǎn)生量等相應(yīng)增加,對(duì)環(huán)境影響的負(fù)面效應(yīng)增大。也就是提高污水排放標(biāo)準(zhǔn),對(duì)保障受納水體的環(huán)境質(zhì)量有利,但加重了污水處理工藝設(shè)施對(duì)環(huán)境的綜合影響。也有學(xué)者將LCA作為城市污水處理廠優(yōu)化運(yùn)行的對(duì)策輔助工具,對(duì)現(xiàn)有城市污水處理廠處理工藝和優(yōu)化可選工藝進(jìn)行分析對(duì)比,為污水處理廠的優(yōu)化運(yùn)行和升級(jí)改造提供建議。
由此可見(jiàn),在污水處理過(guò)程中,能耗、化學(xué)品消耗、溫室氣體排放、污泥的最終處置方式等產(chǎn)生的環(huán)境影響最大,是重點(diǎn)考慮的環(huán)境影響因子。為此,有人提出,如果污水處理廠能夠充分利用污泥厭氧消化產(chǎn)生的生物氣,不僅可以減小厭氧消化單元對(duì)環(huán)境的影響,而且可以為污水處理設(shè)備提供能源,實(shí)現(xiàn)城市污水處理過(guò)程能源消耗的自給自足。對(duì)污泥的最終處理方式,也有研究對(duì)污泥堆肥農(nóng)用和水泥廠焚燒做了對(duì)比評(píng)價(jià),各有優(yōu)缺點(diǎn),主要取決于污泥的性質(zhì)。
3城市污水處理的多目標(biāo)管理
3.1多目標(biāo)管理的基本思路LCA的引入讓我們對(duì)污水處理過(guò)程的環(huán)境影響有了深入的理解,可見(jiàn)污水處理目標(biāo)的設(shè)定是非常重要的。水質(zhì)目標(biāo)管理可以使排放的污水對(duì)水環(huán)境的影響最小化,但從生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展考慮,污水處理的目標(biāo)不僅要保護(hù)水環(huán)境,也要最大限度地減少資源的損失,加強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用,減少能源使用,減少?gòu)U物的產(chǎn)生,使之對(duì)總環(huán)境影響最小化,甚至產(chǎn)生環(huán)境效益。事實(shí)上,污水中的有機(jī)物和氮磷營(yíng)養(yǎng)物,以及生物處理單元產(chǎn)生的剩余污泥都是可回收利用的資源。為此,需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的污水處理觀念,將單一的水質(zhì)目標(biāo)管理發(fā)展為滿足水質(zhì)、節(jié)能、低碳和資源回收的多目標(biāo)管理。因此,城市污水處理多目標(biāo)管理的基本思路是:在保障出水水質(zhì)滿足一定的排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下,減少污水處理過(guò)程中所需的能耗和物耗,減少溫室氣體釋放等環(huán)境足跡,并借助回收技術(shù)對(duì)污水及剩余污泥中的有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行多途徑的回收利用,同步實(shí)現(xiàn)污水處理的節(jié)能、低碳與資源回收等多項(xiàng)目標(biāo)。城市污水處理多目標(biāo)管理具有兩層涵義,一是滿足一定的污水處理要求及標(biāo)準(zhǔn),保障受納水體的健康可持續(xù),這是城市污水處理最原始的、也是最重要的目標(biāo);二是盡可能降低污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)荷和環(huán)境足跡,并實(shí)現(xiàn)污水及污泥中可利用物質(zhì)回收的最大化。城市污水處理多目標(biāo)管理的目的是:環(huán)境負(fù)面效應(yīng)最小化,能源與資源回收利用最大化,實(shí)現(xiàn)污水處理與總生態(tài)環(huán)境效益的和諧統(tǒng)一,以及污水處理的可持續(xù)發(fā)展。
3.2多目標(biāo)管理體系的發(fā)展由于多目標(biāo)管理是將出水達(dá)標(biāo)、營(yíng)養(yǎng)物回收、能源回收和降低環(huán)境影響作為管理目標(biāo),回收物質(zhì)的能源化和資源化所帶來(lái)的環(huán)境正效益可抵消污水處理過(guò)程產(chǎn)生的環(huán)境影響。因此,與單一的水質(zhì)目標(biāo)管理下污水處理過(guò)程對(duì)環(huán)境影響隨排放標(biāo)準(zhǔn)的提高而增加不同,在多目標(biāo)管理的情況下,污水處理過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響并不一定隨著污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高而增大。為了有效地實(shí)施城市污水處理多目標(biāo)管理,需要一套具有較高科學(xué)性、系統(tǒng)性和綜合性的污水處理評(píng)價(jià)技術(shù)體系,該體系應(yīng)充分考慮污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的主要環(huán)境效應(yīng)及物質(zhì)資源化潛能,也需要考慮當(dāng)前污水處理技術(shù)水平和未來(lái)的發(fā)展。評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建,很大程度依賴于指標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)置,指標(biāo)系統(tǒng)能夠有針對(duì)性且客觀反映研究系統(tǒng)的特性,是構(gòu)建一個(gè)評(píng)價(jià)體系需要深思熟慮的關(guān)鍵問(wèn)題。另一個(gè)需要注意的問(wèn)題是,污水處理多目標(biāo)管理涉及多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),而各指標(biāo)相對(duì)重要性的大?。礄?quán)重)的分配是評(píng)價(jià)技術(shù)體系構(gòu)建的又一難點(diǎn),因?yàn)闄?quán)重的確定以及賦值是否合理,對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)論的科學(xué)合理性起著非常重要的作用,若某一指標(biāo)的權(quán)重發(fā)生變化,將會(huì)影響整個(gè)評(píng)價(jià)的結(jié)論。因此,避免人為的主觀性,建立客觀地反映各指標(biāo)間的相互關(guān)系及重要性的排序方法是十分重要的。大數(shù)據(jù)方法學(xué)的發(fā)展為此提供了有效的手段。有研究表明,評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值在不同的國(guó)家、不同的地區(qū)和不同的歷史時(shí)段存在較大的差異,與當(dāng)時(shí)受關(guān)注的程度有關(guān)。因此,各目標(biāo)的優(yōu)先順序在不同的國(guó)家和不同時(shí)期將不同,特別是發(fā)展中國(guó)家與發(fā)達(dá)國(guó)家之間有明顯的差異。由于有關(guān)污水處理多目標(biāo)管理的研究起步較晚,目前在理論和方法方面還有很多不成熟之處。缺乏一種被普遍接受且適合不同情況的評(píng)價(jià)的方法,特別是受可獲取的信息和數(shù)據(jù)的限制,無(wú)法充分體現(xiàn)污水處理對(duì)環(huán)境影響的時(shí)間性和區(qū)域性,在評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性方面有一定的局限。這些有待于進(jìn)一步的研究和發(fā)展。
3.3多目標(biāo)管理對(duì)污水處理工藝的影響從單一的水質(zhì)目標(biāo)管理到多目標(biāo)管理,體現(xiàn)了城市污水處理觀念的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的以水質(zhì)目標(biāo)管理的污水處理是將有機(jī)物和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物看作為污染物,在污水處理工藝設(shè)計(jì)時(shí)考慮盡可能將其高效同步去除,例如A2/O工藝等,污水中的有機(jī)物作為脫氮除磷過(guò)程的碳源被利用。對(duì)于多目標(biāo)管理,污水中的有機(jī)物和氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)將作為資源被分類回收利用,需要將有機(jī)物與氮磷回收的過(guò)程盡量分開(kāi)。這種觀念的轉(zhuǎn)變勢(shì)必引起污水處理工藝的改變。國(guó)內(nèi)外提出的許多新型的節(jié)能低碳污水處理技術(shù)與工藝,例如污水處理碳中和、磷回收工藝等,都體現(xiàn)了觀念轉(zhuǎn)變一定會(huì)帶動(dòng)污水處理技術(shù)與工藝的變化。
4結(jié)語(yǔ)