城市污水一級(jí)強(qiáng)化處理的研究及發(fā)展

張貴發(fā)，楊富山

(1.鶴崗市自來水公司，黑龍江鶴崗154100;2.黑龍江省第一建筑工程公司，哈爾濱150001)

1 我國(guó)城市污水處理概況

城市污水處理是環(huán)境污染控制的一個(gè)重要內(nèi)容。由于經(jīng)濟(jì)的原因。發(fā)展中國(guó)家的城市污水處理率較低。因此引起城市水環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重。

近幾年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，城市污水排放量持續(xù)增加，城市水環(huán)境受到嚴(yán)重污染，并且由于城市污水處理水平較低，因此盡快提高城市污水處理率已成為當(dāng)務(wù)之急。

我國(guó)的城市污水處理廠多以二級(jí)生物處理為主，由于耗能較大，運(yùn)行費(fèi)用較高，相當(dāng)數(shù)量的污水處理廠沒能正常運(yùn)行，實(shí)際處理能力遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)能力。

我國(guó)城市污水排放量約占總量的70%，資金比較缺乏，廢水處理任務(wù)十分限巨;因而在近期應(yīng)先大力發(fā)展并逐步普及一級(jí)污水處理廠，經(jīng)過化一級(jí)處理，以較少的投資排減較大的污染負(fù)荷，到條件成熟后再建設(shè)二級(jí)處理工藝。這對(duì)我國(guó)這樣經(jīng)濟(jì)尚不發(fā)達(dá)而環(huán)境污染又較嚴(yán)重的國(guó)家，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 城市污水強(qiáng)化一級(jí)處理工藝及效果

物理化學(xué)法一級(jí)處理與絮凝劑的發(fā)展密切相關(guān)。近年來，由于高效、廉價(jià)絮凝劑的出現(xiàn)，在城市污水一級(jí)處理中應(yīng)用較廣。

在城市污水一級(jí)處理的強(qiáng)化技術(shù)研究中，采用的無(wú)機(jī)絮凝劑主要有鋁鹽、鐵鹽、石灰等。根據(jù)中國(guó)、以色列、埃及等國(guó)家科技人員的研究結(jié)果表明，投加無(wú)機(jī)絮凝劑能夠大幅度地提高懸浮物和有機(jī)物的去除率，強(qiáng)化效果非常明顯。但無(wú)機(jī)絮凝劑的投加量較多，運(yùn)行費(fèi)用較高，產(chǎn)污泥量較大。

有機(jī)高分子絮凝劑具有絮凝速度快，用量少等優(yōu)點(diǎn)，其主要種類有合成高分子絮凝劑如丙烯酰胺(PMA)和天然高分子絮凝劑如殼聚糖等。由于有機(jī)高分子絮凝劑價(jià)格較高，為了減少投藥量，充分發(fā)揮不同絮凝劑間的協(xié)同作用，往往與無(wú)機(jī)絮凝劑配合使用。

微生物絮凝劑是有微生物產(chǎn)生的具有高效絮凝作用的天然高分子物質(zhì)，其化學(xué)本質(zhì)主要是微生物代謝產(chǎn)生的各種多聚糖類，蛋白質(zhì)或多肽。由于微生物絮凝劑絮凝效果好，投加量少，適用面廣，無(wú)二次污染，絮體易于分離等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。

微生物絮凝劑在廢水脫色、油水分離、污泥脫水。畜牧場(chǎng)廢水處理、瓦廠廢水處理等方面已有所有應(yīng)用，效果顯著。但在城市污水處理中的應(yīng)用，由于微生物絮凝劑的研究尚處于實(shí)驗(yàn)階段，而且生產(chǎn)成本較高，無(wú)法適用城市污水處理的要求。

利用微生物的絮凝吸附作用強(qiáng)化一級(jí)處理，與二級(jí)處理的本質(zhì)區(qū)別在于二級(jí)處理主要利用生物氧化作用;而生物法強(qiáng)化一級(jí)處理則主要利用微生物的絮凝吸附作用快速去除污染物質(zhì)。這就決定了它必然要比二級(jí)生物處理產(chǎn)生更多的污泥，但由于不投加任何藥劑，其產(chǎn)泥量比物化處理產(chǎn)泥量少。

根據(jù)絮凝動(dòng)力學(xué)的原理可知，在顆粒沉淀開始時(shí)，如果有較大直徑的顆粒存在，必然使顆粒的沉降去除半衰期大為減少，使總的顆粒下降速度顯著加快。因而，在原污水中引入顆粒直徑較大的生物絮體，能夠提高懸浮顆粒的除效率，起到強(qiáng)化一級(jí)處理的效果。

生物絮體不即你僅具有一般大顆粒的強(qiáng)化沉淀效果，還有生吸附作用。其去除機(jī)理既有污染物質(zhì)的物理吸附、化學(xué)吸附和生物吸附、又有吸附架橋，沉淀物網(wǎng)捕等絮凝作用，相互作用十反分復(fù)雜。一般認(rèn)為，對(duì)重金屬離子的去除以物化吸附作用為主，對(duì)懸浮顆粒的去除以生物絮凝作用為主，絮凝作用的主要物質(zhì)是胞外聚合物(ECP)，不同微生物表面間細(xì)微成分和結(jié)構(gòu)的差別也可以導(dǎo)致絮凝，大量微生物形成的絮體又可以通過接觸凝據(jù)等作用去除水中的污染物質(zhì)。二價(jià)陽(yáng)離子在絮凝吸附過程中起著重要的架橋作用。

活性污泥對(duì)廢水的凈化是通過兩個(gè)階段——吸附階段和氧化階段完成的，吸附階段能在10～30 min內(nèi)去除70%～90%的有機(jī)質(zhì)，其去除機(jī)理是絮凝和吸附。比較常用的活性污泥處理法有;吸附再生法和AB法。這兩個(gè)方法都不設(shè)初沉池，分別在吸附池和A段完成懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)的生物絮凝吸附過程，水力停留時(shí)間一般為30min左右，負(fù)荷高，泥齡短，產(chǎn)泥量大。

利用生物絮凝提高城市污水初沉池處理效果的想法早已提出，但一直未能引起足夠的重視。近年來，直接利用生物作用強(qiáng)化一級(jí)處理的研究也已有所報(bào)道。日本人以生物絮凝與斜板沉淀結(jié)合處理生活污水，MLSS 1 000～2 000 mg/L，HRT約1 h，SS去除率達(dá)70%，SCOD去除30%以上。韓國(guó)學(xué)者提出的FCS系統(tǒng)即絮凝～澄清～穩(wěn)定系統(tǒng)，作為增強(qiáng)型一級(jí)處理工藝。我國(guó)學(xué)者受AB法運(yùn)行機(jī)理的啟發(fā)，研究了城市污水的一級(jí)半處理方法。采用高負(fù)荷生物接觸氧化工藝，在容積負(fù)荷10～30 kgCODm3·d，HRT為30～45 min的運(yùn)行條件下，處理模似城市污水，COD去除率60%～80%，污泥產(chǎn)率0.55～0.73 kgSS/kgBOD5(去除)，有機(jī)物去除可達(dá)17 kgCOD/m3·d。

國(guó)外有學(xué)者采用厭氧吸附反應(yīng)間歇處理合成污水MLSS10g/L，HRT15min，即可去除40%的有機(jī)物質(zhì)。

有研究表明，好氧污泥與厭氧污泥ECP的產(chǎn)量和成分存在著顯著的差異。好氧污泥ECP產(chǎn)量約為厭氧污泥產(chǎn)量的4～7倍。另外兩種污泥表面都帶負(fù)電荷，半活性污泥的負(fù)電荷電性更強(qiáng)。

無(wú)論好氧污泥還是厭氧污泥，都對(duì)重金屬離子有較強(qiáng)的吸附能力。金屬離子的吸附主要依賴金屬離子和微生物表面的理化特性，而與微生物的代謝活性關(guān)系不大，推測(cè)這主要是一個(gè)被動(dòng)的過程。

近年來，對(duì)沉淀池的技術(shù)理論沒與大的突破，其主要發(fā)展在機(jī)械化和自動(dòng)化程度的提高，但同時(shí)也與一些局部的技術(shù)革新?？傊?，無(wú)論發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，對(duì)城市污水一級(jí)處理強(qiáng)化工藝的研究都很重視，并已取得了一定的成果，但多數(shù)研究還停留在探索階段，工藝技術(shù)還不很成熟。

3 發(fā)展趁勢(shì)分析

環(huán)境污染的加劇和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平?jīng)Q定了在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，一級(jí)處理應(yīng)是我國(guó)中、小城市污水處理的重要方式。一級(jí)處理強(qiáng)化技術(shù)中，無(wú)極絮凝劑因其投藥量大、產(chǎn)泥量多、運(yùn)行費(fèi)用高而缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，但如與其它種類的絮凝劑復(fù)配使用則可發(fā)展協(xié)同作用，達(dá)到較好的處理效果，這可能是其在城市污水處理中最具生命的方面。有機(jī)絮凝劑和微生物絮凝劑投加量一般較少，但由于產(chǎn)品價(jià)格較高，大量應(yīng)用仍有一定的困難。

生物絮凝吸附不必投加任何外部藥劑，污泥產(chǎn)量相對(duì)較少，運(yùn)行費(fèi)用較低，應(yīng)用前景廣闊。因而，應(yīng)進(jìn)一步研究生物絮凝吸附的機(jī)理，探索適宜的處理工藝和運(yùn)行參數(shù)，為工程應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

［1］ 詹健，高廷耀，周增炎.生物絮體的物理特性調(diào)節(jié).中國(guó)給水排水［J］，1996，12(1):4－7.