準Ⅳ類排放標準污水處理工藝應用進展

呂開雷

(核工業(yè)西南勘察設計研究院有限公司, 四川成都 610000)

1 污水排放標準

為改善城市水環(huán)境質(zhì)量，國家及地方先后出臺嚴于(GB 18918-2002)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A的排放標準。表1列出了地表Ⅳ類水水質(zhì)和代表性準Ⅳ類排放標準的主要污染物限值。如表1所示，這些排放標準的污染物(除TN外的COD、BOD、NH3-N、TP等指標)限值已經(jīng)達到或接近(GB 3838-2002)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》地表Ⅳ類水相應的指標要求(本文統(tǒng)稱準Ⅳ類)。

表1 地表Ⅳ類水標準和準Ⅳ類排放標準 mg/L

本文在介紹國內(nèi)近年來準Ⅳ類污水處理常用工藝的基礎上，分析了預處理、生物處理和深度處理等相關技術(shù)的應用趨勢，最后給出結(jié)論與建議，以期能為準Ⅳ類污水處理廠的建設提供借鑒。

2 常用污水處理工藝及適用范圍

國內(nèi)近年來準Ⅳ類污水處理代表性案例詳表2[2-17]。

表2中16個污水處理代表性案例中，12座污水處理廠采用了“生物處理+深度處理”為主體的工藝，3座污水處理廠采用了A2O—MBR工藝，其余1座污水處理廠采用兩者并聯(lián)運行。

準Ⅳ類污水處理工藝達標的基本思路可大體概括為：生物處理階段盡可能實現(xiàn)NH3-N、COD的最終降解，同時最大限度地實現(xiàn)TN和TP的去除；深度處理主要實現(xiàn)截流SS、進一步脫氮除磷，起到出水把關的作用[2]。生物法泥水分離的主要類型包括二沉池、膜池、沉淀潷水等；用地條件允許時，優(yōu)先選用二沉池[18]。膜生物反應器(MBR)工藝具有占地省，出水水質(zhì)好等特點；但同時存在投資費用高、運行費用較高等問題；比較適合于老舊城市污水處理廠的提標改造；當用地緊張時，可考慮采用[9]。

表2中14座污水處理廠的生物處理采用處理效果好、運行穩(wěn)定的活性污泥法[3]；其中12座采用A2O及其改良工藝(如多級AO工藝、Bardenpho工藝)，3座采用氧化溝工藝。另有1座采用SBR池中投加懸浮填料的MBBR工藝。其余1座采用改良型SBR與MBBR串聯(lián)運行的工藝。

深度處理多采用兩種及以上方法的組合工藝，具體工藝因項目情況而異，差別較大；常用的主要有絮凝沉淀、反硝化過濾、臭氧催化氧化、接觸消毒等方法。

3 污水處理技術(shù)應用趨勢

準Ⅳ類污水處理工藝流程一般由預處理、生物處理及深度處理三部分組成?，F(xiàn)將各部分的作用、技術(shù)應用趨勢及設計要點分析總結(jié)如下：

3.1 預處理

污水預處理一般包括粗格柵、提升泵房、細格柵及沉砂池；為防止碳源損耗，可不設置初沉池。如后續(xù)采用MBR膜工藝，應在預處理末端設置超細格柵(又稱膜格柵)用于去除細小毛發(fā)和纖維物質(zhì)，以防膜堵塞[9-19]。

表2 準Ⅳ類污水處理代表性案例

當城鎮(zhèn)污水混入工業(yè)廢水時，應根據(jù)來水情況設置水質(zhì)水量調(diào)節(jié)、水質(zhì)調(diào)整、有毒有害物質(zhì)去除等工序；常用的強化預處理措施有均質(zhì)調(diào)節(jié)池、氣浮除油、化學沉淀、化學氧化、水解酸化等[17、19]。

3.2 生物處理

生物處理承擔著降解去除大部分污染物的作用，是污水處理系統(tǒng)能夠達標運行的“重中之重”。主要對生物處理設計工藝選擇、現(xiàn)狀生化池利用等進行分析總結(jié)。

3.2.1 工藝選擇。

近年來，城鎮(zhèn)污水廠總體呈現(xiàn)出進水BOD偏低的態(tài)勢，而進水N、P總體偏高，進水碳源不足，導致生物脫氮效果有限[20]。因此，相比COD、BOD等碳源指標，N、P等指標的去除問題相對突出。生物脫氮和生物除磷在易降解有機物爭奪、泥齡要求上存在固有矛盾[21]，生物處理設計一般優(yōu)先保證生物脫氮的效果，盡量兼顧生物除磷的效果。

分段進水多級AO工藝可以在低碳氮比條件下可高效地去除氮、磷等營養(yǎng)，最大程度地利用原水碳源，是準Ⅳ類污水處理的常用工藝，一般分為2級[12]、3級[6]或4級[4]。在MBR脫氮除磷工藝中A2O及其變形強化工藝的處理效果和運行管理是最為穩(wěn)定和方便的，因此在目前應用的工程經(jīng)驗來看MBR多選用改良型A2O工藝[3、7、9]。

3.2.2 現(xiàn)狀生化池利用。

從表2可以看出，準Ⅳ類污水處理廠多為提標改造項目?，F(xiàn)狀生化池的運行模式和停留時間往往不能滿足更高的出水標準要求，需要對其進行改造，如何經(jīng)濟有效的利用好現(xiàn)狀生化池值得研究。改造的思路大體分為四種情況：

(1)改造現(xiàn)有池型，優(yōu)化運行模式。王小郢污水處理廠提標改造中利用原氧化溝HRT較長的優(yōu)勢，將其改造為以A2/O為特征的工藝流程[2]。長沙市第二污水處理廠提標改造中，將HRT為4h的原氧化溝改造為厭氧-缺氧池，將二沉池改造為 MBR綜合池，運行效果達到要求[9]。

(2)減小處理規(guī)模，增加HRT。寧波市中心某城鎮(zhèn)污水處理廠將原7×104m3/d的AAO工藝生物反應池折減至5×104m3/d，基本滿足提標處理要求[7]。臺州某污水廠提標改造中將氧化溝處理規(guī)模減半并將其改造為兩段AO池，HRT達到32h，保證脫氮效果[11]。

(3)投加生物填料，增加池內(nèi)生物總量。長三角地區(qū)某污水處理廠提標將原SBR池改造為MSBR-MBBR工藝，將池體切割為缺氧區(qū)及好氧區(qū)，同時在好氧區(qū)投加懸浮填料，保證了反硝化和硝化效果[14]。④ 后續(xù)增加生化段，進一步去除污染物。東源縣縣城污水處理廠提標改造在現(xiàn)狀氧化溝后設置曝氣生物濾池進一步去除氨氮[10]。北京經(jīng)開區(qū)東區(qū)污水處理廠SBR池出水可達一級B標，提標時增設缺氧-好氧兩級MBBR池進一步去除NH3-N和TN[16]。

現(xiàn)狀生化池的利用方案應依據(jù)項目提標改造的“邊界條件”，對現(xiàn)狀設施進行全面評估，通過經(jīng)濟技術(shù)比較后綜合確定。

3.3 深度處理

深度處理主要確保出水SS、TP和TN等能穩(wěn)定達標。MBR出水經(jīng)消毒后能夠達到“準Ⅳ類”標準，其后可不設置深度處理。常用的深度處理工藝總結(jié)如下：

(1)從表2可看出，絮凝沉淀+濾池是常用的深度處理工藝。絮凝沉淀通過投加化學藥劑，用于強化TP、SS的去除，同時增加對膠體COD的去除率。高效沉淀池相比普通平流式沉淀池具有水力負荷高、運行成本低等優(yōu)點[11]，得到廣泛應用。過濾的主要功能是強化對水中懸浮固體的攔截效果，進一步去除SS[18]。反硝化濾池具有生物脫氮及過濾功能，可根據(jù)脫氮需求靈活運用反硝化濾池，必要時可投加碳源進行深度脫氮[12]。

(2)如污水處理廠進水混入一定量的工業(yè)廢水，其中往往會含有溶解性難生物降解COD，可考慮采用高級氧化法去除。臭氧催化氧化技術(shù)在國內(nèi)已有較多工程案例，可以對難降解COD實現(xiàn)穩(wěn)定的處理效果，同時去除水中的色度[5]。

4 結(jié)論、建議與思考

(1)“生物處理+深度處理”、A2O-MBR是準Ⅳ類污水處理的常用工藝。工藝的確定應根據(jù)項目邊界條件，通過經(jīng)濟技術(shù)分析對比確定。分段進水多級AO工藝、改良型A2O工藝脫氮除磷效果良好且運行穩(wěn)定，是常用的生物處理工藝。絮凝沉淀+濾池是常用的深度處理工藝。

(2)污水處理廠提標改造應充分利用既有設施。建議對污水處理現(xiàn)狀設施的評價制定相應標準，為現(xiàn)狀設施的技術(shù)評估提供指引和依據(jù)，有利于提標改造方案的科學決策。

(3)污水處理廠提標到準Ⅳ類，需要增加大量的工藝流程，使得建設和運營成本明顯增加。水環(huán)境質(zhì)量問題的影響因素多且成因非常復雜，農(nóng)業(yè)和城市的面源污染，“污水直排”“合流制溢流”等點源污染問題均應引起重視，不應將所有的工作重點都放在污水處理廠的提標改造上[23]。因此，將排放標準提升到準Ⅳ類既要考慮環(huán)境容量的要求，也要考慮經(jīng)濟性，即投入和產(chǎn)出效益；切勿“盲目跟風”。