高效智能化鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理一體化設(shè)備及應(yīng)用

羅豐，陳婷，吉強(qiáng)，胡志武

（1.湖南伍玖環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司，長(zhǎng)沙 410100；2.永清環(huán)保股份有限公司，長(zhǎng)沙 410300）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展及人民生活水平的提高，水環(huán)境污染問題也日趨嚴(yán)重[1-3]，近些年頻頻出現(xiàn)水體富營(yíng)養(yǎng)化、黑臭水體等現(xiàn)象。我國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水治理起步較晚，由于環(huán)保意識(shí)滯后、資金投入不足、鄉(xiāng)鎮(zhèn)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)欠缺等原因，目前我國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)水體污染十分嚴(yán)重[4]。鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水主要包括沖廁用水、廚房用水、洗浴用水、洗衣用水等，污染物成分相對(duì)簡(jiǎn)單，但由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水水質(zhì)、水量變化大，碳氮比較低，導(dǎo)致許多一體化污水處理設(shè)施對(duì)污染物的去除效果不佳[5]。因此，根據(jù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水的特點(diǎn)，開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的生物脫氮除磷技術(shù)已經(jīng)成為污水處理領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)[6]。

鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水的主要特征是處理率低、污水間歇排放、排量少且分散、氮磷濃度高，并且含有大量的營(yíng)養(yǎng)鹽、細(xì)菌、病毒，這些因素給鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水的收集和處理帶來了一定難度。當(dāng)前，很多傳統(tǒng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理工藝較為復(fù)雜、維護(hù)難度高、運(yùn)行成本高、需人員定期管理[7]。雖然，國(guó)內(nèi)一體化污水處理設(shè)備應(yīng)用較為廣泛，但處理工藝存在一些不足，使其在農(nóng)村地區(qū)的推廣應(yīng)用受到限制[8-9]。因此，開展適合于我國(guó)國(guó)情且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的實(shí)用型、經(jīng)濟(jì)型、節(jié)能型、智能型鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理一體化設(shè)備與技術(shù)的研究，將對(duì)我國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水治理領(lǐng)域的技術(shù)裝備水平提升、產(chǎn)業(yè)化推廣起到推動(dòng)作用。

1 工程概況

本項(xiàng)目為湖南省某鎮(zhèn)600m3/d 污水處理工程，污水主要是當(dāng)?shù)鼐用衽欧诺纳钗鬯?。生活污水中含有較多的有機(jī)物，如蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、糖類、纖維素等，還含有氮、硫、磷等無機(jī)鹽類，以及多種微生物、病原體。污水如果不經(jīng)處理直接排放會(huì)嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和地表水水質(zhì)，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化、藻類大量繁殖、水體水質(zhì)惡化，影響當(dāng)?shù)鼐用裆睢?/p>

本項(xiàng)目污水經(jīng)新建污水處理站（處理能力600m3/d）處理后可達(dá)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)A 標(biāo)準(zhǔn)。

2 污水處理工藝分析比選

2.1 A2/O 主體工藝

A2/O 工藝是一種典型的除磷脫氮工藝，其生物反應(yīng)池由厭氧、缺氧和好氧三段組成。A2/O 是一種推流式的前置反硝化型工藝，其特點(diǎn)是厭氧、缺氧和好氧三段功能明確，界線分明，可根據(jù)進(jìn)水條件和出水要求，控制三段的時(shí)空比例和運(yùn)轉(zhuǎn)條件，只要碳源充足，即總氮/五日生化需氧量（TN/BOD5）≥4，便可根據(jù)需要達(dá)到比較高的脫氮率。

2.2 MBR 主體工藝

MBR 為膜生物反應(yīng)器（membrane bio-reactor）的簡(jiǎn)稱，是一種將膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型水處理技術(shù)，它綜合了兩種處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，以微濾膜組件取代傳統(tǒng)的二沉池作為泥水分離單元，微濾膜截留活性污泥混合液中的微生物絮體和懸浮物，使生物反應(yīng)器內(nèi)維持高生物濃度且延長(zhǎng)有機(jī)固體停留時(shí)間，大大提高了微生物對(duì)有機(jī)物的氧化效率，可以獲得高質(zhì)量的出水水質(zhì)。

3 設(shè)備工藝技術(shù)的選擇及關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 “A3/O+生物移動(dòng)床反應(yīng)器（MBBR）+纖維過濾”污水處理工藝

為避免傳統(tǒng)A2/O 工藝回流污泥硝酸鹽對(duì)厭氧池放磷的影響，采用一種新的碳源分配方式。在傳統(tǒng)A2/O 工藝的基礎(chǔ)上增設(shè)一個(gè)預(yù)脫硝段，微生物以進(jìn)入水中的有機(jī)物作為碳源，以回流污泥中的硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮作為電子受體進(jìn)行反硝化脫氮，從而消除了厭氧段存在的大量硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮對(duì)聚磷菌厭氧釋磷產(chǎn)生的抑制作用。此外，通過向預(yù)脫硝段、厭氧段及缺氧段多點(diǎn)配水，有效平衡了缺氧區(qū)反硝化脫氮及厭氧段生物釋磷的碳源需求，從而加強(qiáng)了工藝控制的靈活性。A3/O 工藝采用矩形的生物池，設(shè)預(yù)脫硝段、厭氧段、缺氧段及好氧段，用隔墻分開，水流為推流式。預(yù)脫硝段、厭氧段、缺氧段設(shè)置水下攪拌器，好氧段設(shè)微孔曝氣系統(tǒng)。

本項(xiàng)目自主創(chuàng)新改良的“A3/O+MBBR+纖維過濾”工藝兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型高效的污水處理方法，依靠曝氣池內(nèi)的曝氣和水流的提升作用可使載體處于流化狀態(tài)，進(jìn)而形成懸浮生長(zhǎng)的活性污泥和附著生長(zhǎng)的生物膜，充分發(fā)揮了附著相和懸浮相生物的優(yōu)越性，同時(shí)通過多段式分配進(jìn)水，強(qiáng)化了脫氮除磷效果，有效解決了鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水進(jìn)水化學(xué)需氧量（COD）濃度低而導(dǎo)致氨氮（NH3-N）難去除的問題，該設(shè)備出水可達(dá)到準(zhǔn)四類/一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)?？傮w工藝路線如圖1所示。

圖1 高效智能化鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理一體化設(shè)備工藝路線圖

3.2 設(shè)備關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高效智能化鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理一體化設(shè)備主要由各工藝段、曝氣系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、沉淀過濾系統(tǒng)、進(jìn)出水系統(tǒng)、智能控制等關(guān)鍵系統(tǒng)組成。設(shè)備整體采用集裝箱式結(jié)構(gòu)，二次污染控制水平高，可實(shí)現(xiàn)快速安裝轉(zhuǎn)場(chǎng)。設(shè)備總體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 高效智能化鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理一體化設(shè)備總體結(jié)構(gòu)圖

3.2.1 各工藝段設(shè)計(jì)

單套一體化設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)模為200m3/d，尺寸為16.0m×3.0m×3.0m，池深3.0m，有效水深為2.7m。設(shè)備由預(yù)脫硝池、厭氧池、缺氧池、好氧池四部分組成，總停留時(shí)間15h，生化停留時(shí)間9.66h，需氣量1.82m3/min，其中混合液懸浮固體濃度取3000mg/L，BOD5污泥負(fù)荷取0.12kgBOD5/（kgMLSS·d）。各段停留時(shí)間為0.7h、2.1h、2.7h、9.5h，污泥回流比100%，混合液回流比200%。設(shè)計(jì)水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計(jì)水質(zhì)參數(shù)

在預(yù)脫硝池、厭氧池、缺氧池內(nèi)設(shè)置潛水?dāng)嚢铏C(jī)，好氧池末端設(shè)置內(nèi)回流泵，設(shè)備總運(yùn)行功率為5.75kW。

3.2.2 多段式分配進(jìn)水系統(tǒng)

鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水普遍存在進(jìn)水COD 濃度偏低的問題，往往在100mg/L 以內(nèi)，但是NH3-N 濃度卻在30mg/L 以上，這就導(dǎo)致進(jìn)水的碳氮比失衡，造成工藝內(nèi)部碳源不足無法去除總氮（TN）。傳統(tǒng)的解決辦法是增加碳源，但是會(huì)造成運(yùn)行成本升高。本項(xiàng)目通過向預(yù)脫硝段、厭氧段及缺氧段多點(diǎn)配水，有效平衡了缺氧區(qū)反硝化脫氮及厭氧段生物釋磷的碳源需求，從而加強(qiáng)了工藝控制的靈活性，確保了總氮的有效去除，降低了運(yùn)行成本。多段式分配進(jìn)水工藝流程見圖3。

圖3 多段式分配進(jìn)水工藝流程圖

3.2.3 藥劑輸送與計(jì)量系統(tǒng)

藥劑輸送和計(jì)量系統(tǒng)采用計(jì)量泵進(jìn)行精準(zhǔn)配送，并且在程序上與整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，加藥系統(tǒng)自動(dòng)匹配進(jìn)水程序，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行和精準(zhǔn)計(jì)量，從而避免了藥劑浪費(fèi)，降低運(yùn)行成本。

3.2.4 智能控制系統(tǒng)

設(shè)備配置了全流程智能控制系統(tǒng)，包括設(shè)備遠(yuǎn)程綜合管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障預(yù)警，為設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷帶來了便利，同時(shí)也大大降低了設(shè)備維護(hù)和售后成本。系統(tǒng)主控界面采用智能化動(dòng)態(tài)3D 顯示，根據(jù)進(jìn)水各項(xiàng)指標(biāo)濃度的不同，自動(dòng)調(diào)節(jié)處理工藝，實(shí)現(xiàn)進(jìn)水→預(yù)脫硝→厭氧→缺氧→好氧→沉淀→過濾→消毒→出水的全過程控制?？刂凭雀?，可追溯性好，施工數(shù)據(jù)（如日處理量、藥劑添加量）可實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、顯示和打印，便于過程管控和數(shù)據(jù)追查。系統(tǒng)可提供云端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)推送、大數(shù)據(jù)分析等服務(wù)。

3.2.5 主要技術(shù)參數(shù)

高效智能化鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理一體化設(shè)備主要參數(shù)見表2。

表2 高效智能化鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理一體化設(shè)備主要參數(shù)表

3.2.6 項(xiàng)目運(yùn)行情況

項(xiàng)目實(shí)施過程中，一體化設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間已達(dá)1 年，每月抽查水質(zhì)數(shù)據(jù)均100%達(dá)標(biāo)。設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，安裝、調(diào)試便捷。設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計(jì)了處理工藝和多段式分配進(jìn)水，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水進(jìn)水濃度不高的情況下能有效保障出水達(dá)標(biāo)排放。目前，項(xiàng)目已順利通過驗(yàn)收。

出水水質(zhì)情況如表3 所示，COD、TN 去除效果如圖4 所示（在不同的時(shí)間點(diǎn)取5 次水樣進(jìn)行數(shù)據(jù)分析）。

圖4 COD、TN 去除效果

表3 項(xiàng)目設(shè)備運(yùn)行記錄

4 結(jié)語

項(xiàng)目基于自主創(chuàng)新改良的“A3/O+MBBR+纖維過濾”工藝，成功研制了智能化、模塊化、集成化的高效污水處理一體化設(shè)備，工藝設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了進(jìn)水→預(yù)脫硝→厭氧→缺氧→好氧→沉淀→過濾→消毒→出水的全過程集成。設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一體化集裝箱式結(jié)構(gòu)模塊、多段式分配進(jìn)水核心技術(shù)、全自動(dòng)藥劑計(jì)量與輸送系統(tǒng)，并采用了全過程智能控制技術(shù)等，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水得到高效智能化處理的同時(shí)，降低了處理成本，避免了二次污染。工藝及設(shè)備技術(shù)先進(jìn)，運(yùn)行可靠穩(wěn)定，適用于我國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水的高效穩(wěn)定治理。