太湖流域城鎮(zhèn)污水廠提標(biāo)改造工藝的比較和選擇

劉科軍

（常州市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 常州 213003）

2007年5月無(wú)錫太湖的藍(lán)藻爆發(fā)事件，引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。根據(jù)國(guó)務(wù)院、江蘇省委、省政府的要求，為進(jìn)一步加大太湖流域水環(huán)境的保護(hù)力度，太湖流域范圍內(nèi)的城鎮(zhèn)污水處理廠必須提高尾水的排放標(biāo)準(zhǔn)，滿足防治太湖水污染，改善和保護(hù)環(huán)境，提高人民健康水平和保障安全的要求。

1 城鎮(zhèn)污水廠尾水排放標(biāo)準(zhǔn)提高

目前，太湖流域大部分已建城鎮(zhèn)污水廠尾水的排放采用《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)B標(biāo)準(zhǔn)(總氮未作為控制指標(biāo))，而在2007年無(wú)錫太湖藍(lán)藻事件后，江蘇省政府要求太湖流域所有新建城鎮(zhèn)污水廠尾水排放標(biāo)準(zhǔn)提高到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)A標(biāo)準(zhǔn)。一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)A標(biāo)準(zhǔn)和B標(biāo)準(zhǔn)的具體區(qū)別見(jiàn)表1。

表1 一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)中A、B標(biāo)準(zhǔn)的主要指標(biāo)對(duì)比Tab.1 Contrast of Main Emission Standard in A,B Standard

通過(guò)表1，可見(jiàn)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)A標(biāo)準(zhǔn)中:（1）BOD5、NH3－N、SS、CODCr控制要求提高。（2）TN 控制要求非常高，冬天水溫12℃時(shí)仍要控制在15mg／L以下。（3）TP的控制進(jìn)一步加強(qiáng)，由1mg／L提高到0.5mg／L。

對(duì)于以上 BOD5、NH3－N、CODCr和 TN 指標(biāo)可以通過(guò)對(duì)城鎮(zhèn)污水廠目前普遍采用的二級(jí)處理工藝進(jìn)行強(qiáng)化來(lái)進(jìn)一步去除，但對(duì)于SS和TP必須采用三級(jí)處理工藝才能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。因?yàn)槌Ｒ?guī)的生物除磷很難使TP的去除到達(dá)0.5mg／L的限值，必須采用化學(xué)除磷；而在不影響現(xiàn)有工藝的生物效應(yīng)，化學(xué)除磷應(yīng)考慮放在三級(jí)處理工藝中進(jìn)行。此外，城鎮(zhèn)污水廠二級(jí)處理中的常規(guī)重力沉淀也很難保證SS的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，因此也應(yīng)考慮采用三級(jí)處理。

2 污水廠提標(biāo)改造工藝的選擇

由于尾水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，太湖流域所有已建城鎮(zhèn)污水廠都面臨著改造，以實(shí)現(xiàn)尾水的達(dá)標(biāo)排放。通過(guò)對(duì)排放標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析可以看出，對(duì)于現(xiàn)狀城鎮(zhèn)污水廠的提標(biāo)改造可以分為以下幾部分:一是對(duì)現(xiàn)狀污水廠普遍采用的二級(jí)處理工藝進(jìn)行改造，來(lái)強(qiáng)化處理效果；二是新建三級(jí)處理構(gòu)筑物，來(lái)進(jìn)一步去除污染物，進(jìn)而做到達(dá)標(biāo)排放；三是新技術(shù)膜生物反應(yīng)器（membrane bioreactor,MBR）的運(yùn)用，MBR出水不需經(jīng)三級(jí)處理即可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放和滿足直接回用要求。

2.1 二級(jí)處理工藝的改造方案

二級(jí)處理工藝的改造，主要是為了提高對(duì)BOD5、CODCr和氮磷的去除效果，因此改造的重點(diǎn)在于生化池。目前，太湖流域城鎮(zhèn)污水廠的生化池采用的形式主要有A／A／O和氧化溝。因此對(duì)于生化池的改造主要有減荷增效和泥法—膜法聯(lián)用。

2.1.1 生化池減荷增效

在污水的生物處理中，根據(jù)活性污泥法的反應(yīng)器理論[1]，當(dāng)生化池進(jìn)水污染物負(fù)荷降低時(shí)，能夠有效提高微生物的去污效果，使出水中污染物的各類指標(biāo)進(jìn)一步降低。目前工程中通常采用的措施有:

（1）進(jìn)水的分流量減荷；（2）生化池的擴(kuò)容減荷。

1）分流量減荷

當(dāng)平面布置允許時(shí)，可以通過(guò)新建生化池來(lái)達(dá)到分流量，最終實(shí)現(xiàn)生化池負(fù)荷的降低。此方案最大的優(yōu)點(diǎn)是不影響污水廠現(xiàn)有工藝的正常運(yùn)行，大大降低了因改造而對(duì)污水廠帶來(lái)的損失和不便，做到生產(chǎn)和改造同步進(jìn)行。

2）擴(kuò)容減荷

生化池的擴(kuò)容主要是降低負(fù)荷，延長(zhǎng)污泥泥齡和水力停留時(shí)間，進(jìn)而提高生物處理效果。具體措施有:（1）擴(kuò)大原有生化池的容積，其前提是必須有足夠的場(chǎng)地；（2）把原有初沉池改造成生化池，初沉池對(duì)BOD5有20%～30%的去除率[2]，降低了進(jìn)入生化池的BOD5濃度，碳氮比的下降不利于脫氮。因此把初沉池改造成生化池，不僅有利于TN的去除，同時(shí)平面布置和高程銜接上也無(wú)任何困難。此方案最大的優(yōu)點(diǎn)是充分利用了現(xiàn)有構(gòu)筑物，做到了挖潛增效。

2.1.2 泥法—膜法聯(lián)用

在污水的生物處理中，主要有懸浮生物法，簡(jiǎn)稱泥法（即常見(jiàn)的活性污泥法）和固定膜生物法，簡(jiǎn)稱膜法。目前城鎮(zhèn)污水廠采用的主流生物處理法是活性污泥法，主要是固定膜生物法需要設(shè)置填料，而填料的費(fèi)用一般較高。但是在微污染飲用水的生物預(yù)處理中，生物膜法已經(jīng)得到廣泛運(yùn)用，并取得了顯著的效果[3]。生物膜法的主要優(yōu)點(diǎn)是生物量大，污泥齡長(zhǎng)，抗沖擊負(fù)荷，具有良好的硝化功能，尤其在低溫季節(jié)，生物膜法的脫氮效果明顯比活性污泥法要好?；钚晕勰喾ǖ膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行靈活，可靠，出水質(zhì)量高，抗短時(shí)有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷能力比較強(qiáng)[4]。在此次太湖流域城鎮(zhèn)污水廠的提標(biāo)改造中，可以在原有生化池中設(shè)置填料，充分利用兩者的優(yōu)點(diǎn)，做到取長(zhǎng)補(bǔ)短，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

1）生化池增設(shè)填料

生化池中增設(shè)填料就是在活性污泥曝氣池中投加懸浮型填料作為微生物附著生長(zhǎng)的載體。由于填料的加入，使污水處理機(jī)理和效能都大為改變。在這種系統(tǒng)中，微生物生存的基礎(chǔ)環(huán)境由原來(lái)的氣、液兩相轉(zhuǎn)變?yōu)闅?、液、固三相，載體表面的生物膜與液相中的懸浮污泥共同發(fā)揮作用，各自發(fā)揮降解優(yōu)勢(shì)，形成了一個(gè)更復(fù)雜的復(fù)合式生態(tài)系統(tǒng)。在復(fù)合系統(tǒng)中由于曝氣的作用，懸浮狀態(tài)和填料表面附著狀態(tài)的微生物處于好氧狀態(tài)，主要由去除有機(jī)物的異養(yǎng)菌和硝化、亞硝化菌組成。從填料表面的好氧區(qū)到填料的內(nèi)部，由于受到氧轉(zhuǎn)移的影響，形成中間兼氧區(qū)、內(nèi)部厭氧區(qū)，存在兼性反硝化細(xì)菌，將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)猓鸬饺コ偟淖饔?。由以上的分析可知，用這種復(fù)合式生物處理系統(tǒng)改造傳統(tǒng)活性污泥法是一種經(jīng)濟(jì)高效的途徑。

當(dāng)污水廠提標(biāo)改造面臨現(xiàn)狀用地有限及進(jìn)一步征地條件極其苛刻，且征地的經(jīng)濟(jì)代價(jià)相當(dāng)昂貴時(shí)，生化池增設(shè)填料的工藝可以在不增加工程建設(shè)用地，對(duì)現(xiàn)有運(yùn)行管理影響有限的條件下，完成污水廠的提標(biāo)改造，現(xiàn)實(shí)出水的達(dá)標(biāo)排放。

2）增設(shè)曝氣生物濾池

曝氣生物濾池（biological aerated filter，BAF）是將接觸氧化與過(guò)濾工藝有機(jī)結(jié)合在一起的一種好氧生物膜法處理工藝。反應(yīng)器內(nèi)存在著不同的好氧、缺氧區(qū)域，可同步實(shí)現(xiàn)硝化和反硝化，對(duì)廢水中的有機(jī)物、氨氮、磷等都有較好的去除效果，同時(shí)該工藝具有容積負(fù)荷高、水力負(fù)荷大、水力停留時(shí)間短、所需基建投資少、占地面積小、出水水質(zhì)好等特點(diǎn)[5]。

在城鎮(zhèn)污水廠提標(biāo)改造中采用曝氣生物濾池可以不需改造現(xiàn)有處理構(gòu)筑物，而通過(guò)增加曝氣生物濾池，與原有處理工藝中的生化池形成泥－膜法聯(lián)用工藝，進(jìn)一步削減原工藝出水中的各類污染物，特別是原有泥法工藝不能有效去除的N、P。但為保證出水SS穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，曝氣生物濾池后宜增加過(guò)濾處理[6]。

2.2 三級(jí)處理工藝的新建方案

三級(jí)處理工藝的新建主要是為了去除二級(jí)處理中不能有效穩(wěn)定去除的污染物，如SS和TP。二沉池出水中的SS一般波動(dòng)較大，很難達(dá)到良好的保證率；而TP的去除在二級(jí)處理中主要依靠生化池的生物效應(yīng)，而冬季太湖流域水溫一般在10～12℃，單獨(dú)的生物效應(yīng)很難保證達(dá)標(biāo)排放。

為實(shí)現(xiàn)中水回用和達(dá)標(biāo)排放的目的，二級(jí)處理出水必須進(jìn)行深度處理。深度處理的去除對(duì)象和采用的主要處理技術(shù)見(jiàn)表2[7]。

表2 深度處理各單元去污效率[6]Tab.2 Decontamination Efficiency of Each Unit of the Depth Processing

通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，目前適合我國(guó)國(guó)情，同時(shí)適用于本次城鎮(zhèn)污水廠提標(biāo)改造工程的三級(jí)處理主流工藝流程主要有以下幾種:

2.2.1 混凝—沉淀—過(guò)濾

混凝—沉淀—過(guò)濾是目前自來(lái)水廠采用的主流工藝，當(dāng)用于污水三級(jí)處理時(shí)其各處理單元的主要作用有:混凝主要是:（1）澄清降濁；（2）化學(xué)除磷。沉淀主要是:減輕后續(xù)過(guò)濾單元的負(fù)荷，防止濾料阻塞，減少濾池反沖洗次數(shù)。過(guò)濾主要是:進(jìn)一步去除水中的固體懸浮物，確保出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2.2.2 微絮凝—過(guò)濾

微絮凝—過(guò)濾就是原水加藥混合經(jīng)過(guò)絮凝后不經(jīng)沉淀而直接過(guò)濾的工藝。當(dāng)污水廠二級(jí)處理中SS去除效果較好，同時(shí)工藝運(yùn)行穩(wěn)定，但需要進(jìn)一步有效除磷的，后續(xù)三級(jí)處理工藝可以考慮采用微絮凝－過(guò)濾。通過(guò)加藥微絮凝過(guò)程使二級(jí)處理出水中溶解態(tài)的磷酸離子形成難溶性的磷酸鹽，再通過(guò)后續(xù)的過(guò)濾單元得到進(jìn)一步去除。本工藝減少了沉淀單元，使得工程造價(jià)減少，同時(shí)工藝流程簡(jiǎn)潔，運(yùn)行簡(jiǎn)單。

2.2.3 直接過(guò)濾

直接過(guò)濾就是二級(jí)處理出水直接通過(guò)濾池過(guò)濾。在污水廠二級(jí)處理出水水質(zhì)較好，并能穩(wěn)定運(yùn)行，三級(jí)處理可以采用直接過(guò)濾。該工藝流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省。泰安市污水處理廠的三級(jí)處理就是采用直接過(guò)濾工藝，運(yùn)行結(jié)果表明該工藝在去除CODCr、BOD5、SS指標(biāo)上都是很有效的，但由于未采用絮凝劑投加系統(tǒng)，所以對(duì)磷的去除無(wú)效[8]。

從以上三種工藝可以看出:過(guò)濾單元是三級(jí)處理工藝的核心，是保障出水水質(zhì)的把關(guān)措施。目前，過(guò)濾在實(shí)際工程中普遍采用V型濾池。V型濾池的特點(diǎn)是:過(guò)濾周期長(zhǎng)，采用均質(zhì)深層砂濾料，濾料層利用率高，截污能力強(qiáng)、濾速高、濾后水質(zhì)好，反沖洗方式為氣水反沖加表面掃洗，反沖洗強(qiáng)度小，節(jié)省沖洗水量和電耗，反沖洗效果好。此外還有翻板濾池和D型濾池，以及最近從國(guó)外引進(jìn)的轉(zhuǎn)盤(pán)過(guò)濾器和濾布濾池等。

2.3 膜生物反應(yīng)器（MBR）的運(yùn)用

MBR[9,10]是將超、微濾膜技術(shù)與污水處理中的生物反應(yīng)器相結(jié)合的一種新的污水處理裝置。超、微濾膜截留活性污泥混合液中微生物絮體，使之停留在生化池內(nèi)，使生化池內(nèi)活性污泥濃度大大提高，并延長(zhǎng)了污泥齡，極大提高了微生物對(duì)有機(jī)物的降解，同時(shí)超、微濾膜作為泥水分離單元，可以完全取代二沉池。MBR工藝適用于需要除磷脫氮，同時(shí)用地緊張，出水水質(zhì)要求高或有回用要求的場(chǎng)合。目前MBR工藝的工程投資及運(yùn)行成本還是相對(duì)較高，但隨著膜材料研究的不斷深入，MBR工藝也將更具有實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)論與建議

太湖流域城鎮(zhèn)污水廠尾水排放標(biāo)準(zhǔn)由目前的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)提高到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，引發(fā)了太湖流域眾多已建城鎮(zhèn)污水廠的改造。本文從污水廠現(xiàn)狀二級(jí)處理工藝的改造，三級(jí)處理工藝的新建以及新工藝MBR的運(yùn)用三方面，歸納了適用于本次提標(biāo)改造的各種工藝，并介紹了各種工藝的適用場(chǎng)合及優(yōu)缺點(diǎn)，為工程運(yùn)用實(shí)踐提供了借鑒。

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