污水深度處理一體化裝置效果研究

張丹丹，郭鵬飛，陸元州，張羽

（1.上海川盛環(huán)境科技有限公司，上海 200000；2.合肥中盛水務(wù)發(fā)展有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

隨著國務(wù)院2015年印發(fā)的《水污染防治行動計劃》的施行，城鎮(zhèn)污水處理廠出水要求不斷提高。另一方面，農(nóng)村生活污水和旅游區(qū)、度假村等分散型污水由于規(guī)模小、排水管網(wǎng)不完善，未經(jīng)處理直接排入地表水體或者滲入地下水體，對當(dāng)?shù)丶跋掠嗡w造成極其嚴重的污染[1]。生態(tài)環(huán)境部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2018年印發(fā)了《關(guān)于加快制定地方農(nóng)村生活污水處理排放標準的通知》，對農(nóng)村生活污水處理排放要求進行規(guī)定。而為了控制分散型污水污染物限值排放的目標，需要就地處理后才可排放。污水分散處理系統(tǒng)如日本的凈化槽技術(shù)、美國的就地處理系統(tǒng)、英國的活化器生態(tài)系統(tǒng)[2]等，也是國內(nèi)外更具可持續(xù)性的選擇方案[3-4]。分散型污水處理裝置的優(yōu)點是節(jié)省污水管網(wǎng)所需的資源、大幅降低安裝成本，并增加了污水經(jīng)處理回用的可能性[5]。隨著污水排放標準的日益嚴格，分散型污水處理裝置依靠傳統(tǒng)的單一處理工藝，已經(jīng)很難穩(wěn)定地達到排放標準。因此，以AAO工藝為基礎(chǔ)，后端配置一體化深度處理工藝，使其強化脫氮除磷功能，使出水能達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）中V類要求及以上，從而實現(xiàn)農(nóng)村生活污水以及其他分散型污水穩(wěn)定達標排放。

1 試驗材料和方法

1.1 分散型污水深度處理一體化裝置

（1）裝置工藝流程。國內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造主要應(yīng)用高效沉淀池和反硝化深床濾池工藝，對污水進行深度處理[6-8]，但工藝機械設(shè)備多、占地面積和能耗大、運行管理復(fù)雜，不適用于分散型污水深度處理。一體化污水處理工藝通過對傳統(tǒng)污水處理工藝各功能模塊進行優(yōu)化設(shè)計、組合，減少工藝復(fù)雜度，滿足不同規(guī)模、成本、進水水質(zhì)等要求的污水處理工藝，其優(yōu)勢包括方便運輸、現(xiàn)場安裝簡單及占地面積較小等[9-10]。目前以AAO工藝為主流的一體化污水處理裝置，處理效果可達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）的二級標準或一級B標準。為滿足出水要求，本研究的深度處理一體化裝置主體采用生物接觸氧化法，可配套在一體化AAO工藝裝置末端，能夠應(yīng)對較強的沖擊負荷和水質(zhì)變化[11]。試驗裝置以固定型懸掛填料作為生物膜載體，工藝流程見圖1。在缺氧區(qū)前端設(shè)置選擇區(qū)，在此段投加碳源（葡萄糖），使污水均質(zhì)化流入缺氧區(qū)進行反硝化，設(shè)置攪拌，為防止缺氧區(qū)污泥沉淀無法排出，也在缺氧區(qū)設(shè)置曝氣管，定期曝氣，出水流入好氧區(qū)，好氧區(qū)使有機負荷進一步去除，經(jīng)好氧區(qū)出水流入混合區(qū)。在混合區(qū)投加PAC（聚合氯化鋁），在絮凝區(qū)反應(yīng)后經(jīng)斜板沉淀泥水分離，最后出水。

圖1 工藝流程圖

（2）裝置工作原理。裝置為不銹鋼制成的長方體，通過設(shè)置隔板對各區(qū)進行間隔，濾料為半軟性的懸掛型固定填料，水流采用下行上行流，裝置尺寸為L×B×H=3.7m×1.0m× 2.6m，有效容積為6.9m3。填料懸掛密度為100m/m3，曝氣裝置設(shè)于反應(yīng)器底部。主要工作原理是：①選擇區(qū)：用于緩沖來自沉淀區(qū)的污水對缺氧區(qū)的擾動，與碳源混合流入缺氧區(qū)；②缺氧區(qū)：主要進行脫氮處理，設(shè)置半軟性填料以作為反硝化細菌的載體，利用外加碳源，進一步進行反硝化，將污水中的硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮還原成N2，水力停留時間為1.0h；③好氧區(qū)：該區(qū)域好氧菌以固定型懸掛填料作為生物膜載體，污水含有的有機物為養(yǎng)料，所需氧氣來自鼓風(fēng)曝氣，水力停留時間為1.0h；④混凝區(qū)：投加PAC，進行化學(xué)除磷；⑤斜板沉淀區(qū)：進入斜板沉淀區(qū)前，設(shè)置緩沖，斜板沉淀可保證沉淀區(qū)較高的上升流速（可達7m/h），沉淀時間在6～7min。生物接觸氧化工藝污泥產(chǎn)量較低，采用污泥泵定期排泥即可。

1.2 裝置設(shè)計水質(zhì)情況及分析方法

（1）裝置設(shè)計處理水量和水質(zhì)情況。該深度處理一體化中試裝置設(shè)計處理量為50m3/d，擬將AAO工藝出水深度處理限值，為了與生活污水一體化設(shè)備AAO工藝出水水質(zhì)類似，選擇合肥某污水處理廠AAO工藝處理后出水作為裝置進水，該深度處理一體化中試裝置設(shè)計進出水水質(zhì)情況見表1。

表1 進出水水質(zhì)注：括號外數(shù)值為水溫＞12℃時的控制指標，括號內(nèi)數(shù)值為水溫≤12℃時的控制指標

（2）監(jiān)測項目及測試方法。裝置中試運行中，主要監(jiān)測指標有COD、NH4+-N、硝態(tài)氮（NO3--N）、TN、TP、pH、溶解氧（DO）、SS、溫度，均采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》（國家環(huán)境保護總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會，2002）檢測。運行期間每天上午九點對裝置進行進水取樣，根據(jù)裝置停留時間，對裝置各出水口進行采樣，當(dāng)天在實驗室分析，溫度計測定裝置進水溫度，溶解氧儀測定各取水口DO值。

（3）藥劑。中試過程中投加的葡萄糖和聚合氯化鋁使用情況見下表2。

表2 藥劑使用情況

2 結(jié)果與討論

2.1 中試裝置掛膜啟動

取污水廠曝氣池后端污泥作為種泥，接種至中試裝置，根據(jù)進水水質(zhì)進行營養(yǎng)源投加，按照COD：N：P=100：5：1比例，碳源為葡萄糖，氮源為氯化銨，磷源為磷酸鹽。經(jīng)過內(nèi)循環(huán)曝氣、靜置、間隔換水等過程，兩周后，填料表面附著了黃色生物膜，表面有粘性，厚度為0.5～1mm。裝置掛膜成熟后，測定COD去除率達75%以上，氨氮去除率在56%以上，硝態(tài)氮去除率在78%以上，TP去除率在58%以上，具體見圖2。

2.2 試驗裝置處理效果

進水流量通過人工調(diào)節(jié)進水閥門對裝置不斷進水，進水管安裝緩沖塑料膜，防止進水對懸掛濾料的沖擊。正常運行后，調(diào)節(jié)進水流量分別為2.0m3/h、2.5m3/h、3.0m3/h、4.0m3/h，裝置各指標出水效果穩(wěn)定，各污染物去除效果見圖2。由圖2a可知，COD進水在55～95mg/L范圍內(nèi)波動，出水濃度維持在21～34mg/L，均值為28.05mg/L，去除率均值保持在65%，說明裝置設(shè)置的接觸選擇區(qū)和缺氧區(qū)提高了污水的可生化性。由圖2b可知，掛膜穩(wěn)定后，進水NH4+-N在0.10～3.02mg/L之間浮動，已基本滿足出水要求。經(jīng)過深度處理裝置，NH4+-N出水濃度低于0.69mg/L。由圖2c可知，掛膜前期，TN出水均值為8.7mg/L，在掛膜后期投加葡萄糖（配制濃度為20%），溶解氧控制在≤0.5mg/L。TN去除率均值由59%提高至79%，TN出水均值為4.3mg/L，說明缺氧區(qū)生物反硝化功能因外加碳源提升明顯。正式運行期間，當(dāng)TN進水范圍為3.46～14.10mg/L，TN出水可以達到2.0mg/L以下，出水均值為1.45mg/L，平均去除率達到84.0%，證明裝置反硝化效果良好。通過圖2d可知，掛膜期間在沒有進行絮凝劑投加的情況下，TP的出水濃度均值為0.40mg/L左右，正式運行期間進行PAC的投加。在混凝區(qū)投加PAC（配置濃度為15%）進行化學(xué)除磷，TP進水在0.61～1.29mg/L范圍內(nèi)變化時，TP出水低于0.3mg/L，均值為0.17mg/L，去除率均值為82%。相比未投加PAC，去除效果明顯提升，說明裝置進行絮凝劑投加后，通過化學(xué)作用絮凝，使TP去除效果提升。由圖2e可知，進水SS在5.4～43.4mg/L范圍變化，經(jīng)斜板沉淀后，SS去除率均值為61%，出水均值為5.7mg/L，說明選擇斜板沉淀可以有效提升懸浮物的阻截沉降功能。以上結(jié)果說明，經(jīng)過深度處理一體化裝置后，出水指標均達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）的V類水及以上。

圖2 各污染物去除效果

此外，AAO+該深度處理一體化裝置運行成本為1.57元/m3。目前，厭氧/缺氧/好氧-膜生物反應(yīng)器(AAO-MBR)也能達到相應(yīng)的處理水平，但平均水處理成本高達1.8元/m3。同時MBR裝置中如未設(shè)置嚴格的缺氧段來強化反硝化效果，則脫氮效果不佳，TN的去除率隨進水波動大，這是因為MBR工藝主要問題有膜污染和高能耗[12]。顯然，與MBR裝置相比，該中試裝置提高了經(jīng)濟效益。

3 結(jié)語

設(shè)計的深度處理一體化裝置處理效果達到預(yù)期設(shè)計要求：提高了污水的可生化性，在碳源投加的情況下，反硝化效果良好，TN去除率可以達到75%以上。通過生化區(qū)后端投加PAC，TP去除率均值為82%，裝置出水SS去除率均值為61%，說明將設(shè)備作為末端治理設(shè)備，可以滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）的V類水標準。本中試裝置能夠應(yīng)對進水水量變化，以選擇式接觸氧化工藝為基礎(chǔ)，污泥產(chǎn)生量相應(yīng)降低，使裝置具有占地面積少、處理效率高、管理方便、運行成本低等優(yōu)點，可為后續(xù)分散式污水深度處理一體化裝置規(guī)?；峁┘夹g(shù)支持與指導(dǎo)。