生物強化技術(shù)在城市污水處理廠改造中的應用

劉 鋼，李青青，曹 磊，胡一凡，王 琳

(1.承德市環(huán)境科學研究院，河北承德 067000;2.承德市環(huán)境保護局，河北承德 067000)

生物強化技術(shù)在城市污水處理廠改造中的應用

劉 鋼1，李青青1，曹 磊1，胡一凡1，王 琳2

(1.承德市環(huán)境科學研究院，河北承德 067000;2.承德市環(huán)境保護局，河北承德 067000)

針對城市污水處理廠排放水質(zhì)標準的新要求以及水利用技術(shù)的發(fā)展，我國城市污水處理廠的升級改造工作已大面積展開。通過分析城市污水處理廠升級改造中容易發(fā)生的一些問題，重點論述了生物強化技術(shù)在污水處理系統(tǒng)深度處理中的優(yōu)缺點，結(jié)合承德地區(qū)多家污水處理廠在建工程的實際調(diào)研，分析了該技術(shù)在城市污水處理廠改造過程中的應用前景。

城市污水處理廠;深度處理;生物強化技術(shù)

1 城市污水處理廠現(xiàn)狀分析

近年來中國污水處理行業(yè)處于一種快速發(fā)展階段，截至2010年底，全國城市污水平均處理率已達到60%。預計未來五年，我國城鎮(zhèn)生活污水的治理投資將達4 590億元。隨著污水處理新技術(shù)、新工藝、新設備的不斷發(fā)展，AB法、A/O法、AA/O法、CASS法、SBR法、氧化溝法、穩(wěn)定塘法、土地處理法等也在污水處理廠的建設中得到廣泛應用。2006年5月國家環(huán)保部發(fā)布了《關于發(fā)布〈城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準〉(GB18918－2002)修改單的公告》，將《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918－2002)中原部分內(nèi)容修改為城鎮(zhèn)污水處理廠出水排入國家和省確定的重點流域及湖泊、水庫等封閉、半封閉水域時，執(zhí)行一級標準的A標準。據(jù)此要求，承德市內(nèi)大部分在建、已建、已投產(chǎn)污水處理廠現(xiàn)有工藝均已不能滿足環(huán)保要求，須在原有工藝基礎上對污水進行深度處理，調(diào)整污水處理工藝。

2 城鎮(zhèn)污水處理廠改造的工藝指標分析

通過調(diào)查統(tǒng)計，除部分收納工業(yè)廢水的工程外，承德地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠進水水質(zhì)差異不大，一般進水主要水質(zhì)指標如表1。

表1 城市污水處理廠進水水質(zhì) 單位:mg/L

承德地區(qū)已建成和在建的大部分污水處理廠，執(zhí)行的多為原《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中一級標準的B標準，而按照國家環(huán)保部及河北省環(huán)境保護廳的文件精神，出水已經(jīng)需要達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中一級標準的A標準，方可滿足環(huán)境保護管理的要求，B標準和A標準的出水水質(zhì)要求見表2。

表2 城鎮(zhèn)污水處理廠現(xiàn)狀設計出水水質(zhì) 單位:mg/L

通過對表2一級標準的A標準和B標準指標的對比，可以看出:

1)A標準中COD、BOD5兩項指標分別比B標準降低了10 mg/L。從技術(shù)角度分析，通過加大O池容積、降低處理負荷就很容易實現(xiàn)，但在實際處理過程中，城市生活污水的水質(zhì)一般是相對固定的，采取傳統(tǒng)的兩級生化處理后，污水的可生化性明顯降低，采取一般的生化處理方式，即使通過減輕處理負荷等措施，一般出水COD也只能達到60～70 mg/L，再處理難度很大。

2)總磷一項指標限制較大，一般來說采用生物除磷的方法已很難達到A標準要求，傳統(tǒng)的處理工藝中，只有采用化學除磷的方法，理論上才能達到0.5 mg/L的排放標準要求。

3)在一般的二級生化處理工藝中，通過采取增加缺氧生物處理是可以增加總氮和氨氮的去除效果，但對于已建成或在建的污水處理廠來說，增設或擴容兼(厭)氧系統(tǒng)也是十分困難的。

3 現(xiàn)有污水處理廠改造工程現(xiàn)狀及存在問題

以承德地區(qū)為例，現(xiàn)有的已建及在建污水處理廠一般都采用比較成熟的二級生化處理工藝，主要處理工藝包括奧貝爾氧化溝、BAF法、百樂克等。此類污水處理廠在改造過程中，為提升出水水質(zhì)，一般均考慮了采用三級深度處理的方式，通過采用絮凝過濾、超濾，甚至微濾的深度處理工藝，來滿足達標排放的要求。

二級生物處理出水中污染物質(zhì)為有機物和無機物的混合體，有機物包括細菌、病菌、藻類及原始生物等。不論是有機物還是無機物，根據(jù)它們存在于污水中的顆粒的大小又可分為懸浮物(＞1 μm)、膠體(1×10－3nm～1 nm)和溶解物(＜1 nm)。一般來說通過混凝沉淀、過濾等常規(guī)工藝可以去除懸浮物和膠體粒子，進一步降低出水濁度以及含在濁度物質(zhì)中的BOD5、COD、總磷以及各種寄生蟲卵和致病菌。在污水處理廠的初步設計中，通過設置三級深度處理工序以保證出水的水質(zhì)［1］。但是在已建或在建的污水處理廠的工程改造過程中，采取上述深度處理的工藝就明顯具有其局限性，具體表現(xiàn)為:

1)該深度處理工藝一般都具有較大的水頭阻力，而克服這種阻力就很容易影響整套污水處理系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。

2)深度處理工藝的增加，必然增加污水處理廠的大量占地，對已建和在建工程來說，解決占地問題也是一大難題。即使解決了占地問題，由于多數(shù)污水廠通常在二級生化池后設置二沉池、消毒池、污泥濃縮車間等構(gòu)筑物，設置深度處理工序，對污水的輸送也帶來了很大困難。

3)上述工藝一般很難長期、穩(wěn)定地滿足達標排放要求。所謂的三級深度處理工序一般來說都是以膜過濾為主的物理去除過程。而工藝中污水的處理規(guī)模和負荷的局限性等都明顯制約著深度處理的效果，無法保證長期、連續(xù)、穩(wěn)定出水。

4 生物強化技術(shù)工藝特點及應用

4.1 生物強化技術(shù)工藝原理及特點

由于廢水處理系統(tǒng)的主處理工藝為傳統(tǒng)的好氧生物處理工藝，所以曝氣池好氧微生物的活性是決定廢水處理系統(tǒng)處理效率的關鍵因素。而曝氣池中具有特定或典型污染物降解能力的微生物的數(shù)量的多少和活性的大小，則是影響廢水生物處理系統(tǒng)好壞的直接原因。

如果能夠把曝氣池內(nèi)的好氧微生物通過一種廉價的方式提高其活性和數(shù)量，那么自然也就提高了處理效果和處理能力。而生物強化處理技術(shù)核心是在原有好氧生物處理工藝基礎上，投加高效降解微生物，其效果由微生物本身的降解性能和各種生物因素綜合作用決定。競爭力高和適應性強的高效菌株的篩選是生物強化處理技術(shù)應用的關鍵。而這一點恰恰是傳統(tǒng)的城市污水處理廠忽視或欠缺的［2］。

生物強化技術(shù)主要可分為以下三種類型:

1)含有代謝功能的可移動基因片段的強化 通過向具有競爭力的常見微生物中引入可移動代謝基因，加速微生物菌種的自然基因交換和代謝，強化水體處理;

2)通過基因工程技術(shù)構(gòu)建高效微生物的生物強化 運用微生物遺傳學的手法改造生物反應器中的微生物特性，使之獲得高降解活性或廣譜降解污染物特性等優(yōu)良遺傳性狀，從而得到高效生物處理效果;

3)利用常規(guī)微生物學手段分離生物菌株的生物強化 在長期的生物處理過程中，選擇性地培養(yǎng)和分離具有特定或高效降解性能微生物，再通過富集培養(yǎng)、多次分離純化得到高效微生物而用于生物強化。這種通過分離、篩選得到的高效菌是生物強化技術(shù)的主流，也是目前最常見和最常用的生物強化技術(shù)［3］。

利用生物強化技術(shù)對城市污水進行深度處理，具有以下技術(shù)特點和優(yōu)勢:

1)在原有設備和設施規(guī)格、容量不變的情況下，可將處理系統(tǒng)的處理負荷提升30% ～100%。布局靈活，不用增加新的建設用地，投資可以大大減少，建設周期縮短，運行費用降低。

2)可在各類有機污染物濃度較低且不易降解的情況下，通過特殊菌種的降解作用，進一步降低污水中的COD、BOD5、氮、磷等污染物濃度，提高排放污水水質(zhì)，滿足達標排放的要求。

3)可以有效解決因水量增加或負荷增加而無法擴建的問題。

4)可以有效解決因絲狀菌異常增殖而導致的污泥膨脹問題。

5)投資省，可以連續(xù)升級，自動化程度高，操作、管理簡易。

6)與拋灑種菌劑的方法相比，具有有效微生物數(shù)量多、微生物活性強、不必保存菌種、運行費用更低等優(yōu)點。

7)可以隨時應對因進水水質(zhì)變化而對污水處理廠產(chǎn)生的沖擊負荷［4］。

可見，采用上述生物強化技術(shù)結(jié)合廢水生化處理工藝，可以明顯增加系統(tǒng)處理負荷，增強生化階段有機污染物處理效率，減輕后續(xù)處理工段有機負荷。這種技術(shù)則恰好適合已建成、已運行的污水處理廠的工藝提升改造。在不改造原生化設施、設備的情況下，通過對生化處理環(huán)節(jié)的生物強化，得到更高的處理負荷和處理效率，在適當改造或增加深度處理環(huán)節(jié)的情況下，得到較好的處理效果。

4.2 生物強化技術(shù)的工程應用

目前，這一技術(shù)已在承德地區(qū)部分工業(yè)企業(yè)污水處理廠得到了應用。在杏仁脫苦、食品加工廢水的處理過程中均取得了明顯的效果。以承德雙灤利民杏仁有限公司廢水處理工程為例，該企業(yè)在進水COD質(zhì)量濃度高達10 000 mg/L以上的情況下，僅增設生物強化反應器，通過特殊菌種的強化培養(yǎng)，未進行污水處理站的設施和工藝改造，出水COD質(zhì)量濃度就控制在了100 mg/L左右，實現(xiàn)了出水的長期、穩(wěn)定達標排放。

5 結(jié)束語

盡管生物強化處理技術(shù)的應用在環(huán)境微生物學術(shù)界尚無定論，且許多成功的實踐僅停留在實驗室研究階段，但在目前的城市污水處理廠的微生物系統(tǒng)中，因為有效微生物的數(shù)量和質(zhì)量的缺失和不足，而導致處理效果的差異已是不爭的事實。針對城市污水這種水質(zhì)和水量相對穩(wěn)定、毒性污染物比例較小的水質(zhì)特征，生物強化處理技術(shù)有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢。采用高效的微生物強化，不但可以提高污水生物處理系統(tǒng)中難降解有機物的降解效率，改善系統(tǒng)脫氮、除磷效率，同時，還可以明顯提高處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

隨著污水處理技術(shù)的拓展和發(fā)展，生物強化技術(shù)必將在大中型城市污水處理廠的建設和改造中發(fā)揮其應有的作用。

［1］ 韓魁聲.污水生物處理工藝技術(shù)［M］.大連:大連理工大學出版社，2005.

［2］ 張忠祥，錢易.廢水生物處理新技術(shù)［M］.北京:清華大學出版社，2004.

［3］ 王凱軍.城市污水生物處理新技術(shù)開發(fā)與應用—實用水處理技術(shù)叢書［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2001.

［4］ 許保玖，龍騰銳.當代給水與廢水處理原理［M］.北京:高等教育出版社，2008.

Application of Bioaugmentation in Reforming Municipal Sewage Disposal Plant

LIU Gang1，LI Qing-qing1，CAO Lei1，HU Yi-fan1，WANG Lin2
(1.Chengde Environmental Science Research Institute，Chengde 067000，Hebei，China;2.Chengde Municipal Environmental Protection Bureau，Chengde 067000，Hebei，China)

The reform of municipal sewage disposal plant has been already fully launched according to the new request of MEPPRC(Ministry of Environmental Protection of the People’s Republic of China)and the development of reclaimed water reuse technology.Bioaugmentation is a highly efficient biotechnology and has a bright future in wastewater treatment.The merit and shortcoming of bioaugmentation in sewage depth processing are discussed in this article combined with investigation of municipal sewage disposal plants in Chengde and relevant problems are also discussed.

municipal sewage disposal plant;depth processing;bioaugmentation

X505

B

1008-9446(2012)01-0021-04

2011-10-12

劉鋼(1976－)，男，滿族，河北承德市人，承德市環(huán)境科學研究院副高級工程師，主要從事環(huán)境影響評價、環(huán)保科研工作。