分散式污水處理一體化技術(shù)研究

摘要：分散式污水處理技術(shù)具有投資少、經(jīng)濟實用、占地面積少、管理方便等諸多優(yōu)點，非常適用于新農(nóng)村、旅游度假區(qū)等污水排放量小，排放分散的偏遠(yuǎn)地區(qū)。本研究介紹了分散式污水處理常用技術(shù)，對生物轉(zhuǎn)盤工藝作了著重闡述，結(jié)果表明該工藝具有更好的適用性和經(jīng)濟性，是解決分散式污水難題的重要技術(shù)。

關(guān)鍵詞：分散式污水；生物轉(zhuǎn)盤

中圖分類號：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）04-0057-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.025

Abstract：Decentralized sewage treatment technology has many advantages such as low investment， economical and practical， small footprint， easy management and so on. It is very suitable for remote areas such as new countryside， tourist resort and so on. This paper introduces the commonly used technology of decentralized sewage treatment， and elaborates the process of biological turntable. The results show that the process has better applicability and economy， and it is an important technology to solve the problem of decentralized sewage.

Keywords：Dispersed sewage；Biological turntable

我國在大力建設(shè)新農(nóng)村，構(gòu)建生態(tài)文明社會，但居住較為分散、市政配套尚不完善的農(nóng)村地區(qū)，并沒有相對集中的污水處理廠，而各家各戶產(chǎn)生的分散式污水一般都直接外排，嚴(yán)重制約了新農(nóng)村建設(shè)的步伐。分散式污水處理一體化技術(shù)作為小型的污水處理設(shè)施可以就地解決新農(nóng)村、旅游度假區(qū)等偏遠(yuǎn)地區(qū)產(chǎn)生的生活污水。該設(shè)施可以對污水就地進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)排放，節(jié)省了市政管網(wǎng)建設(shè)和維護(hù)費用，且占地面積小，因地制宜，是一種新型污水處理技術(shù)[1，2]。

1 分散式污水處理技術(shù)介紹

1.1 A/O工藝

A/O 工藝[3-5]是以活性污泥作為生物載體，通過風(fēng)機供氧曝氣的作用使污水達(dá)到充氧的目的。A 池內(nèi)設(shè)機械攪拌，從 O 池回流至 A 池，在 A 池進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將大部分硝酸鹽氮還原成氮氣，并通過攪拌使氮氣從廢水中溢出，達(dá)到去除氨氮的目的；A 池出水至 O 池，O 池內(nèi)設(shè)鼓風(fēng)曝氣，去除大部分有機污染物，并將進(jìn)水中的大部分氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽氮；可以根據(jù)廢水的需要，調(diào)整 O段池中的活性污泥濃度，通過活性污泥中的菌膠團(tuán)，吸附、氧化并分解廢水中的有機物；有機物、氨氮去除率高。由于沒有獨立的污泥回流系統(tǒng)，從而不能培養(yǎng)出具有獨特功能的污泥，難降解物質(zhì)的降解率較低；若要提高脫氮效率，必須加大內(nèi)循環(huán)比，因而加大了運行費用，另外，內(nèi)循環(huán)液來自曝氣池，含有一定的 DO，使 A 段難以保持理想的缺氧狀態(tài)，影響反硝化效果，脫氮率很難達(dá)到 90%?？偠灾?，此工藝土建及運行成本較大，占地較多，且后續(xù)的維護(hù)、管理復(fù)雜。

1.2 常規(guī)活性污泥法

常規(guī)活性污泥法[6-9]在大型污水處理中使用廣泛，活性污泥處理系統(tǒng)有效運行的基本條件和特點是：

（1）廢水中應(yīng)有足夠的可溶性易降解物質(zhì)，作為微生物生理活動必要的營養(yǎng)物，一般活性污泥法須定期投加一定配比的營養(yǎng)物質(zhì)，這樣以來就增加了運行費用和管理難度；

（2）混合液必須含有足夠的溶解氧，活性污泥池長有好氧原生動物，對溶解氧的需求量較大；

（3）活性污泥在池內(nèi)呈懸浮狀態(tài)，能充分與水接觸和混合；

（4）活性污泥生長周期長，對溫度、水質(zhì)和水量的聚變適應(yīng)能力差；

（5）活性污泥法處理負(fù)荷較低，造成設(shè)施的體積增大，土建投資也相應(yīng)增加。

因為以上的必要條件和特點，活性污泥法運行管理比較專業(yè)，另外活性污泥法處理負(fù)荷低，易產(chǎn)生污泥膨脹，不易控制管理，故近年來在小型污水處理站中的使用越來越少。

1.3 SBR工藝

SBR 法即序批式活性污泥法，是近年發(fā)展起來的一種較為先進(jìn)的活性污泥處理法，該處理工藝集曝氣池、沉淀池為一體，連續(xù)進(jìn)水，間歇曝氣，停氣時污水沉淀，撇除上清液，成為一個周期，周而復(fù)始。SBR 法不設(shè)沉淀池，無污泥回流設(shè)備，但 SBR 法為間歇運行，需設(shè)多個處理單元，進(jìn)水和曝氣相互切換，造成控制較為復(fù)雜。SBR工藝對自動化控制要求很高，并需要大量的電控閥門和機械潷水器，稍有故障將不能運行， 保證溢流率，SBR 法對潷水器設(shè)備制造要求高，制作時必須精益求精，否則極易造成最終出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。國內(nèi)目前還沒有質(zhì)量較好的潷水設(shè)備，進(jìn)口設(shè)備采購麻煩，且價格昂貴，同時今后維修費用也高，SBR法池內(nèi)污泥濃度由濃度儀測定以便控制排出多余污泥量，目前國內(nèi)濃度儀質(zhì)量尚不過硬，造成污泥排放控制較困難。由于一池有多種功能，相關(guān)設(shè)備不得已而閑置，曝氣頭的數(shù)量和鼓風(fēng)機的能力必須稍大，因而增加了投資成本和運行費用 ，其脫氮除磷效率不太高，而且污泥穩(wěn)定性也不是很好，因此 SBR 不是最佳的工藝選擇。

1.4 膜生物反應(yīng)器（MBR）

在 污水 處 理 、水 資 源再 利 用 領(lǐng)域 ，MBR又 稱膜 生 物 反應(yīng) 器器，是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的組合方式，可將膜生物反應(yīng)器分為分置式、一體式以及復(fù)合式三種基本類型。

膜生物反應(yīng)器在一個處理構(gòu)筑物內(nèi)可以完成生物降解和固液分離功能，生物反應(yīng)區(qū)的混合液固體濃度較高，其主要優(yōu)點：出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定，剩余污泥產(chǎn)量少，可去除氨氮及難降解有機物，占地面積小，不受設(shè)置場合限制。

然而膜生物反應(yīng)器也存在一些明顯不足。主要表現(xiàn)在：

（1）膜組件通常需采用國外進(jìn)口，造價高，使 MBR 工藝的基建投資高于傳統(tǒng)污水處理工藝；

（2）膜污染容易出現(xiàn)，造成膜壽命的縮短，且清洗膜件操作復(fù)雜，對維護(hù)人員要求較高，給管理工作帶來不便；

（3）膜組件需要 3-4 年更換一次，更換膜組件的投資較高；

（4）能耗高，MBR 處理工藝的t水運行成本遠(yuǎn)高于其他工藝。

1.5 人工濕地

人工濕地是一種利用天然凈化能力對污水進(jìn)行處理的構(gòu)筑物的總稱[15]。凈化過程與自然水體的自凈過程相似。通常是將土地進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜斯ば拚?，建成池塘，并設(shè)置圍堤和防滲層，依靠塘內(nèi)生長的微生物來處理污水。主要利用菌藻的共同作用處理廢水中的有機污染物。

人工濕地污水處理系統(tǒng)具有基建投資和運轉(zhuǎn)費用低、維護(hù)和維修簡單、便于操作、能有效去除污水中的有機物和病原體、無需污泥處理等優(yōu)點。但土地處理及生態(tài)塘系統(tǒng)的缺點在于：占地面積過于多、氣候?qū)ι鷳B(tài)塘的處理效果影響較大、若設(shè)計或運行管理不當(dāng)，則會造成二次污染、易產(chǎn)生臭味和滋生蚊蠅、污泥不易排出和處理利用等。

2 立體生物轉(zhuǎn)盤工藝

2.1 立體生物轉(zhuǎn)盤工藝介紹

生物轉(zhuǎn)盤工藝是生物膜法污水生物處理技術(shù)的一種， 是在生物濾池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高效、 經(jīng)濟的污水生物處理設(shè)備，這種處理法使細(xì)菌和菌類的微生物、原生動物一類的微型動物在生物轉(zhuǎn)盤填料載體上生長繁育，形成膜狀生物性污泥-生物膜。污水經(jīng)調(diào)節(jié)池初級處理后與生物膜接觸，生物膜上的微生物攝取污水中的有機污染物作為營養(yǎng)，使污水得到凈化。

與常規(guī)生物處理工藝相比使用生物轉(zhuǎn)盤工藝有如下特征：

能耗低，系統(tǒng)的水頭損失小，降低了運行費用；

生物量多，凈化率高，適應(yīng)性強，出水水質(zhì)較好；

生物膜上生物的食物鏈長，污泥產(chǎn)量少；

維護(hù)管理簡單，功能穩(wěn)定可靠，無噪音，無灰蠅；

占地面積較小，顛覆了原有生物轉(zhuǎn)盤占地面積大的缺點；

水處理工藝選擇直接關(guān)系到水處理工程建設(shè)投資、運行成本的高低，產(chǎn)出水水質(zhì)的好壞、運行管理是否方便可靠。本項目工藝的選擇宗旨是借鑒同類水處理項目的經(jīng)驗，以及對其它相關(guān)同類行業(yè)水處理工藝的總結(jié)，結(jié)合現(xiàn)有水處理工藝最新進(jìn)展，采用投資省，占地少，有利于長期運行管理的工藝。

2.2 立體生物轉(zhuǎn)盤工藝與其他工藝比較

立體生物轉(zhuǎn)盤工藝與A/O、常規(guī)活性污泥法、SBR工藝、MBR工藝、人工濕地等工藝優(yōu)缺點比較如表1所示。從表中可以看出，通過工藝先進(jìn)性、設(shè)備投資、運行費用等多種指標(biāo)的比對，立體結(jié)構(gòu)生物轉(zhuǎn)盤一體化工藝具有先進(jìn)可靠，投資省，運行管理方便，布局合理，處理效果好等特點，非常適用于農(nóng)村分散式污水處理。

2.3 立體生物轉(zhuǎn)盤工藝處理技術(shù)

2.3.1 立體生物轉(zhuǎn)盤設(shè)備概述

圖 1為某設(shè)備廠家立體結(jié)構(gòu)生物轉(zhuǎn)盤污水處理一體化設(shè)備圖，該設(shè)備采用高效生物轉(zhuǎn)盤技術(shù)、濾布濾池技術(shù)等多種先進(jìn)的技術(shù)，實現(xiàn)了系列化、模塊化，整套設(shè)備在車間組裝完成，安裝周期短，可在 7-15天內(nèi)完成。該設(shè)備耗電費用低，壽命長，污泥產(chǎn)生量少，出水可達(dá)到 一級 A 或一級 B 等排放標(biāo)準(zhǔn)，并且可升級采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將設(shè)備的運行情況可以傳輸?shù)皆O(shè)定的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，方便對設(shè)備運行情況進(jìn)行診斷、監(jiān)控，也為設(shè)備的不定期進(jìn)行檢修提供依據(jù)。 立體結(jié)構(gòu)生物轉(zhuǎn)盤一體化設(shè)備配套自動控制系統(tǒng)，完全實現(xiàn)了自動化、智能化。

圖 2 為 立體結(jié)構(gòu)生物轉(zhuǎn)盤污水處理設(shè)備構(gòu)造示意圖。立體結(jié)構(gòu)生物轉(zhuǎn)盤污水處理設(shè)備主要由盤體、氧化槽、轉(zhuǎn)軸 以及驅(qū)動裝置三部分組成，后部配套濾布濾池技術(shù)為主的定盤過濾設(shè)備構(gòu)成一體化設(shè)備。

（1）盤體

盤片（盤體）是生物轉(zhuǎn)盤的主要組成部分，是微生物附著的載體，它與生物轉(zhuǎn)盤的處理效率直接相關(guān)。立體結(jié)構(gòu)生物轉(zhuǎn)盤盤片采用無框架立體網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，這種立體的結(jié)構(gòu)不同于一般的圓板型平面盤片，這也是立體結(jié)構(gòu)生物轉(zhuǎn)盤區(qū)別于傳統(tǒng)生物轉(zhuǎn)盤的重要特點。 這種立體的結(jié)構(gòu)大大增加了盤片的比表面積，利于空氣的流通，進(jìn)而增加了盤片上微生物氧氣的補充，同時也有利于老化的生物膜的脫落。并且大幅度提高了生物量，同時具備厭氧，好氧，兼氧菌群，抗沖擊負(fù)荷能力更強，提高了單位面積凈化污水的能力。立體結(jié)構(gòu)生物轉(zhuǎn)盤盤片采用改性工程塑料制成，質(zhì)輕并具有卓越的耐腐蝕性、耐老化性、耐藥品性和耐沖擊性，具有良好掛膜特性。

圖4是盤片組合后的立體結(jié)構(gòu)圖，其巨大的比表面積大大減少了設(shè)備體積，空氣的流通性和污染物質(zhì)的傳質(zhì)也都得到了加強。

圖5是掛膜后的盤片圖，特殊的盤片材質(zhì)特性有利于微生物的生長，巨大的生物量和高活性的微生物保證了污水的處理效率。

（2）護(hù)罩

護(hù)罩采用高強度 FRP 復(fù)合材料一體成型，結(jié)實耐用，美觀大方，并具有防止氣味外散的作用。

（3）氧化槽

氧化槽又稱曝氣槽或接觸反應(yīng)槽，立體結(jié)構(gòu)生物轉(zhuǎn)盤氧化槽采用鋼板制成，其斷面做成與盤片外形基本吻合的半圓形，避免 水流短路、沉積和產(chǎn)生死角。

（4）轉(zhuǎn)動軸以及驅(qū)動裝置

轉(zhuǎn)動軸是用來固定盤片并帶動其旋轉(zhuǎn)的裝置，采用實心鋼軸或無縫鋼管制成，兩端固定安裝在氧化槽兩端的支座上。立體結(jié)構(gòu)生物轉(zhuǎn)盤采用電力機械驅(qū)動，配備德國 SEW 電動機及減速機，性能極其穩(wěn)定，噪音少，維護(hù)簡單。

2.3.2 立體生物轉(zhuǎn)盤處理工藝流程圖

圖6是立體生物轉(zhuǎn)盤工藝處理流程圖，生活污水中含有大量較大顆粒的懸浮物和漂浮物，先經(jīng)過格柵去除上述雜質(zhì)，對水泵及后續(xù)處理單位可以起到保護(hù)作用。進(jìn)入格柵后的污水進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)與水量的調(diào)理，保障后續(xù)處理單元正常運行，調(diào)節(jié)池出來的污水進(jìn)入缺氧池進(jìn)行反硝化脫氮，從缺氧池出來的污水重力自流至立體結(jié)構(gòu)生物轉(zhuǎn)盤一體化設(shè)備中，其中生物轉(zhuǎn)盤約 40%浸沒在污水中，并維持這種狀態(tài)緩慢旋轉(zhuǎn)，不斷吸收空氣中氧氣和吸附水中污染物，利用生化反應(yīng)對污染物進(jìn)行降解，轉(zhuǎn)盤出來的污水部分回流至調(diào)節(jié)池進(jìn)行反硝化保障系統(tǒng)脫總氮的目的，剩余污水經(jīng)過混凝沉淀紫外消毒后達(dá)標(biāo)排放。

2.3.3 立體生物轉(zhuǎn)盤工藝運行成本

本工藝所選的污水處理工藝的能耗、藥劑費以及人工費都很低，為盡可能的減少運行費用，就要在水力計算中力求精確，盡量使處理構(gòu)筑物布置緊湊，管路短而直，在保證良好運行條件的基礎(chǔ)上，減少不必要的水頭損失，降低水泵工作揚程，以節(jié)省常年運行費用，同時對提升泵實行合理控制，使水泵在高效段運行。該工藝相關(guān)配套設(shè)備及主體設(shè)備耗電量如表2所示。

若電 費 按 每 度 0.50 元 計 算 折 合 成 每 t 水 的 用 電 費 用 ： E1=66.24×0.50÷200=0.17 元/（t·水）

按 PAC 每千克 1 元計算折合成每t水的 PAC 投加費用：E2=0.02 元/（t·水）

人工費：本項目運行僅需定期巡檢，人員可兼職，不作成本考慮。

污泥外運費用：本項目產(chǎn)泥量很低，且清運周期長，不作成本考慮。

以上成本為大體運營成本，實際運行費用應(yīng)根據(jù)實際水質(zhì)、水量確定。根據(jù)以上推算，t水處理運行成本為 E1+E2=0.19 元/（t·水）。

3 結(jié)論

與其他處理工藝對比，生物轉(zhuǎn)盤處理工藝具有占地面積小、處理能耗低、對周邊環(huán)境影響小、操作方便等特點，該技術(shù)非常適用于農(nóng)村、旅游度假區(qū)等偏遠(yuǎn)地區(qū)的分散式污水處理。

參考文獻(xiàn)

[1]王陽，石玉敏.分散式污水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 水處理信息報導(dǎo)， 2016 （3）： 50.

[2]王桂銀，馬翠翠，吳漢洪.分散式污水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].《商品與質(zhì)量》，2015，5（47）：168-174.

[3]謝文玉，沈豪祥，鐘華文等.一體化 A/O 工藝對生活污水除碳脫氮效果研究[J]. 環(huán)境工程學(xué)報， 2011，5（7）： 1576-1580.

[4]張巖. A/O 工藝與 A～ 2/O 工藝處理城市污水特點對比研究[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

作者簡介：虞峰，男，碩士，工程師，研究方向為給排水設(shè)計等。