速分生化技術(shù)處理城市生活污水

　　由于原排污泵站雨污混流，加上污水截排系統(tǒng)仍不完善，降低了水環(huán)境自凈能力，進(jìn)一步加劇了河流水污染程度。為了改善河道水環(huán)境，滿足天津市中心城區(qū)河道水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)，從源頭解決入河污染問題，在入河排放口處設(shè)置臨時(shí)污水處理裝置，要求對(duì)直排污水經(jīng)應(yīng)急裝置處理達(dá)標(biāo)后才能排放。非汛期主要處理生活污水和滲入的地下水，汛期主要處理雨水，尤其是初期雨水，以便削減對(duì)河道的污染。該臨時(shí)廢水處理工程位于海河南雨水泵站附近的空地上，設(shè)計(jì)處理水量為 500 m3 / d，總投資為 234 萬(wàn)元，主要采用速分生化技術(shù)，出水水質(zhì)執(zhí)行天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( DB 12 /599— 2015) A 標(biāo)準(zhǔn)。

　　針對(duì)生活污水的水質(zhì)特點(diǎn)，本工程選擇了速分生化處理技術(shù)。與傳統(tǒng)污水處理方法相比，其最大的優(yōu)勢(shì)在于將生物處理與固液分離結(jié)合在一起，使用速分球填料，在分離固液兩相的同時(shí)，還為微生物提供生長(zhǎng)環(huán)境，將污水中的有機(jī)污染物降解，此工藝具有流程簡(jiǎn)單、啟動(dòng)快、處理效果好、出水水質(zhì)穩(wěn)定、操作管理方便、污泥產(chǎn)量少、占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，近來(lái)已逐漸為業(yè)內(nèi)所重視并得以推廣應(yīng)用[1 - 2]。

　　1 速分生化技術(shù)

　　速分生化技術(shù)就是將流體力學(xué)中流離原理與生物接觸氧化機(jī)理相結(jié)合并應(yīng)用到污水處理領(lǐng)域的一種新型生物膜法處理技術(shù)，采用速分球作生物膜載體，通過(guò)流離聚集和多相生物反應(yīng)，完成固液分離、污水凈化和污泥消解的目的[3]。速分生化法采用具有特殊結(jié)構(gòu)的速分生化球作為生物膜載體，池內(nèi)固定排列著一定數(shù)量的速分球，通過(guò)生物接觸氧化和微生物食物鏈的分級(jí)捕食 將池內(nèi)的有機(jī)物及含氮污染物去除[4]。

　　速分生化處理技術(shù)的核心是“速分生化球”，圖1 為常見速分生化球結(jié)構(gòu)示意圖。主要采用特殊陶土、植物纖維及加入紫砂泥材料通過(guò)高溫?zé)�結(jié)而成的多孔徑生物速分球，再通過(guò)外部加裝 PP 多面空心球體，最后在球體內(nèi)加入配重礫石，使速分球體密度接近于水，懸浮于水體中。速分球直徑一般為 10 ～ 12 cm，孔隙率約為 0. 6。速分球填充在速分生化池內(nèi)，作為微生物生長(zhǎng)的載體和形成微環(huán)境的動(dòng)因，它直接影響生物膜的生長(zhǎng)、繁殖和脫落，影響厭氧、缺氧、好氧等生物環(huán)境的分布與變化，影響固液分離的效果。速分生化法在實(shí)際運(yùn)行中基本不排泥或少量排泥，故其污泥齡( SRT) 較長(zhǎng)，為了確保出水氮、磷達(dá)標(biāo)，采用強(qiáng)化生物脫氮模式確保出水 TN 達(dá)標(biāo)，并通過(guò)生物除磷方式去除一部分磷，剩余部分輔以化學(xué)沉淀方式去除[5]。目前，強(qiáng)化脫氮速分生化池主要有兩種型式: 第一種按活性污泥法脫氮工藝設(shè)置速分池，即反應(yīng)池按水流方向設(shè)缺氧區(qū)和好氧區(qū) 2 個(gè)單元，并設(shè)置一套混合液回流系統(tǒng); 第二種為合理布置曝氣系統(tǒng)，調(diào)整曝氣量，使生化池按水流方向形成厭氧、缺氧、好氧單元，以獲得理想的生物脫氮效果[6]。

　　2 水量與水質(zhì)

　　污水自原泵池中經(jīng)提升泵送入污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣分析，確定設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見表1，最終出水水質(zhì)需滿足天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( DB 12 /599—2015) A 標(biāo)準(zhǔn)。

　　3 工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備

　　3. 1 工藝流程

　　根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)可知，BOD5 / COD 約 0. 4，屬可生化污水，又因?yàn)榕欧潘?TN 和 TP 要求比較高，所以除了考慮有機(jī)物降解以外，還要考慮脫氮及除磷。通過(guò)考察雨水泵站周圍的實(shí)際情況，從投資、運(yùn)行費(fèi)用、管理技術(shù)、處理效果等方面進(jìn)行分析，最終確定了如圖 2 所示的污水處理工藝流程。

　　該工藝流程簡(jiǎn)單，操作管理方便，基本上可實(shí)現(xiàn)無(wú)專人管理，運(yùn)行過(guò)程中可不排泥或少量排泥，出水水質(zhì)穩(wěn)定。根據(jù)進(jìn)水水量和水質(zhì)特點(diǎn)，在污水處理前設(shè)置一套人工格柵，用以去除大顆粒的懸浮物和漂浮物。污水重力流入預(yù)曝氣調(diào)節(jié)池，為后續(xù)生化處理提供保證。經(jīng)調(diào)節(jié)池均衡水質(zhì)的污水由一級(jí)提升泵提升后以推流形式進(jìn)入后續(xù)速分生化池。速分球以一定的方式排列在池內(nèi)，池內(nèi)布設(shè)曝氣系統(tǒng)，一方面通過(guò)外置的曝氣機(jī)進(jìn)行污水?dāng)_動(dòng)，避免沉淀物淤積，另一方面進(jìn)行曝氣充氧以維持微生物代謝活動(dòng)的需要。速分生化池出水進(jìn)入折流式消毒池，向池內(nèi)投加一定量的次氯酸鈉，殺死有害病菌，再通過(guò)多介質(zhì)過(guò)濾器和石英砂過(guò)濾池進(jìn)一步去除懸浮物、膠體、細(xì)小顆粒等雜質(zhì)，保證出水達(dá)標(biāo)排放或回用。本工藝運(yùn)行過(guò)程中，速分生化池內(nèi)剩余污泥直接排入污泥濃縮池，再由污泥泵定期輸送到脫水機(jī)脫水，泥餅外運(yùn)由有資質(zhì)單位進(jìn)行資源化處理。

　　3. 2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

　　① 人工格柵。由不銹鋼柵條組成的框式結(jié)構(gòu)，尺寸為 0. 8 m × 0. 8 m × 1 m。運(yùn)行時(shí)污水進(jìn)入細(xì)柵框，柵條直徑為 6 mm，柵隙為 3 mm，粒徑 > 3mm 的雜質(zhì)被截留在格柵框內(nèi)。細(xì)格柵約 7 ～ 15 d清理一次，通過(guò)提升鏈條提升，格柵沿導(dǎo)桿上滑，柵渣定期外運(yùn)。該裝置安裝在調(diào)節(jié)池內(nèi)，用于清除污水中大顆粒的懸浮物及漂浮物，以防止后續(xù)管道及水泵堵塞，同時(shí)有利于保護(hù)膜組件。

　　② 調(diào)節(jié)池。內(nèi)部?jī)舫叽鐬?8 m × 5 m × 5 m，有效容積為 180 m3 ，有效水深為 4. 5 m，水力停留時(shí)間為 8 h。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè) 2 臺(tái)潛污泵( 1 用 1 備) ，單臺(tái)流量為 21 m3 / h，揚(yáng)程為 100 kPa，電機(jī)功率為 0. 75kW，2 臺(tái)水泵 12 h 自動(dòng)切換工作，故障時(shí)聲光報(bào)警，備用泵自動(dòng)投入運(yùn)行。池內(nèi)設(shè)穿孔管進(jìn)行少量曝氣，空氣攪拌強(qiáng)度為 1 m3 / ( m2 ·h) ，曝氣管面積為 40 m2 。本單元用于經(jīng)格柵處理后污水的收集，起調(diào)節(jié)水量及均化水質(zhì)作用，以保證進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)的水量及水質(zhì)的均勻性。

　�、� 速分生化池。速分生化池是本工藝的核心，采用分段式結(jié)構(gòu)，分格設(shè)置，每格間設(shè)過(guò)渡水池，用于水流的再分配及運(yùn)行多年后污泥的收集。收集的污泥基本上是無(wú)機(jī)污泥，可臨時(shí)提升排至污泥池。生化池包括進(jìn)水區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出水區(qū)，尺寸分別為 13. 5 m × 3 m × 3 m( 4 箱) 和 11 m × 3 m × 3 m( 1箱) ，有效容積為 328 m3 。池底鋪設(shè)環(huán)形穿孔管進(jìn)行曝氣充氧，曝氣管面積為 121. 5 m2 ，主管流速為 8 ～ 12 m / s，支管流速為 4 ～ 6 m / s。為了提高布水的均勻性，在池子進(jìn)出口設(shè)置配水墻多孔配水。填料為速分生化球( �h110 mm) ，骨架材質(zhì) PP，球內(nèi)填充 �h30 ～ 50 mm 陶料濾料，總共 720 m3 ，空隙率為90% ，填料高度為 2. 7 m。為確保速分生化池出水磷能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，在此池內(nèi)設(shè)置除磷裝置( 間歇運(yùn)行) ，根據(jù)設(shè)計(jì)流量，配套除磷劑加藥裝置，材質(zhì)為PE，有效容積為 0. 5 m3 ，選用 2 臺(tái)計(jì)量泵，流量為 0 ～ 15 L / h，揚(yáng)程為 1 MPa，功率為 28 W。速分球通常分層平鋪于反應(yīng)區(qū)內(nèi)，這有利于減小填料的水平角度，使配水更均勻，促進(jìn)微生物和污染物充分接觸，有利于有機(jī)物去除。速分生化法通常不需單獨(dú)另設(shè)二沉池和污泥回流設(shè)施，也不需反沖洗設(shè)施，在污水生物處理的整個(gè)過(guò)程中，如進(jìn)水、曝氣、生物凈化、污泥穩(wěn)定消化、固液分離和出水全部都集中在速分生化池一個(gè)單元中完成。

　�、� 生化風(fēng)機(jī)。為調(diào)節(jié)池和速分生化池提供氧氣，以供池內(nèi)微生物生長(zhǎng)。設(shè)置 3 臺(tái)生化風(fēng)機(jī)，2 用1 備，風(fēng)量為 5. 25 m3 / min，轉(zhuǎn)速為 420 r / min，風(fēng)壓為 0. 03 MPa，功率為 7. 5 W，風(fēng)機(jī) 24 h 連續(xù)運(yùn)行，與調(diào)節(jié)池液位聯(lián)鎖運(yùn)行，低液位風(fēng)機(jī)停止工作，中液位風(fēng)機(jī)啟動(dòng)工作，保證生化處理裝置正常進(jìn)行。同時(shí)配消聲器及止回閥，有效降低振動(dòng)和噪聲。

　�、� 二沉池。1 座，尺寸為 6 m × 3 m × 3 m，有效水深為 2. 6 m，水力停留時(shí)間為 2 h，其主要作用是實(shí)現(xiàn)泥水分離。

　�、� 消毒池。采用折流式混合反應(yīng)，尺寸為1. 5 m × 3 m × 3 m，有效水深為 2. 5 m。采用次氯酸鈉消毒，水力停留時(shí)間為0. 5 h。配套次氯酸鈉加藥裝置，有效容積為 0. 1 m3 ，選用 2 臺(tái)計(jì)量泵，流量為 0 ～ 25 L / h，揚(yáng)程為 1 MPa，功率為 60 W。

　　⑦ 中間泵。潛水泵 2 臺(tái)( 1 用 1 備) ，單臺(tái)流量為 21 m3 / h，揚(yáng)程為 220 kPa，電機(jī)功率為 4 kW。

　　⑧ 多介質(zhì)過(guò)濾。采用立式圓形容器設(shè)備，1臺(tái)，規(guī)格為 �h1. 8 m × 3. 95 m，流速為 8 ～ 10 m / h，處理水量為 20 ～ 25 m3 / h，試驗(yàn)壓力為 0. 75 MPa。濾層由上而下排列分別為: 無(wú)煙煤 d = 0. 8 ～ 1. 8 mm，H = 0. 4 m; 石英砂濾料 d = 0. 5 ～ 1. 2 mm，H = 0. 8m; 礫石層 d = 1. 0 ～ 2. 0 mm、H = 0. 2 m，d = 2. 0 ～ 4. 0 mm、H = 0. 15 m，d = 4. 0 ～ 8. 0 mm、H = 0. 1 m， d = 8. 0 ～ 16. 0 mm、H = 0. 15 m，d = 16 ～ 32 mm、H =0. 25 m。同時(shí)采用水及氣進(jìn)行反洗，水反洗強(qiáng)度為12 L / ( m2 ·s) ，反洗水為反滲透濃水，水反洗流量為 164 m3 / h，水反洗時(shí)間為 5 ～ 6 min; 氣反洗強(qiáng)度為 20 L / ( m2 ·s) ，氣反洗量為 4. 56 m3 / min，反洗膨脹高度為 0. 6 m。污水經(jīng)過(guò)多種過(guò)濾介質(zhì)處理后，濁度較高的水在一定的壓力下通過(guò)一定厚度的粒狀或非粒材料，從而有效地去除懸浮雜質(zhì)并使水澄清。

　�、� 活性炭過(guò)濾。采用立式圓形容器設(shè)備，1臺(tái)，規(guī)格為 �h1. 8 m × 4. 35 m，流速為 8 ～ 10 m / h，處理水量為 20 ～ 25 m3 / h，試驗(yàn)壓力為 0. 75 MPa。濾層由上而下排列分別為: 活性炭濾料 d = 0. 8 ～ 1. 5mm，H = 1. 5 m; 礫石層 d = 1. 0 ～ 2. 0 mm、H = 0. 2 m，d = 2. 0 ～ 4. 0 mm、H = 0. 15 m，d = 4. 0 ～ 8. 0 mm、 H = 0. 1 m，d = 8. 0 ～ 16. 0 mm、H = 0. 15 m，d = 16 ～ 32 mm、H = 0. 25 m。反沖洗技術(shù)參數(shù)同⑧。過(guò)濾時(shí)　　由于其多孔性可吸附各種微細(xì)物質(zhì)，常用于脫色，脫臭，去除有機(jī)物、細(xì)菌、病毒等，也常用于廢水的三級(jí)處理。

　�、� 污泥池。1 座，尺寸為 3. 5 m × 3 m × 3 m，有效水深為 2. 7 m，設(shè)臨時(shí)排泥泵 1 臺(tái)，流量為 5 m3 / h，揚(yáng)程為 70 kPa，電機(jī)功率為 0. 55 kW。當(dāng)系統(tǒng)出水SS > 20 mg / L 時(shí)，用于配水池污泥的臨時(shí)排放，約在 2 年后每年提升 2 次污泥。同時(shí)配備疊螺式污泥脫水機(jī) 1 臺(tái)，處理量為 3 ～ 300 kgDS / h，沖洗水量為 24 ～ 216 L / h，污泥脫水后含水率為 80% 。

　　4 工程調(diào)試、運(yùn)行效果和達(dá)標(biāo)情況

　　4. 1 工程調(diào)試

　　① 培養(yǎng)階段。啟動(dòng)進(jìn)水泵，充滿污水后投加接種污泥于速分生化池內(nèi)，控制 MLSS 在 7 500 ～9 500 mg / L。開啟鼓風(fēng)機(jī)，從底部曝氣，控制 DO 在2 ～ 4 mg / L，對(duì)速分生化池內(nèi)的填料連續(xù)曝氣培養(yǎng)，其間逐步提高微生物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的投加量。

　�、� 馴化階段。采用低負(fù)荷間歇性的方式，通過(guò)進(jìn)水泵向池內(nèi)適當(dāng)進(jìn)水和接種污泥，每隔 6 h 排出池內(nèi)污水并補(bǔ)充新的污水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過(guò)連續(xù) 10 d 的曝氣培養(yǎng)后，發(fā)現(xiàn)填料表面已經(jīng)附著了一層橙黃色的生物膜，形成了生物膜和生物污泥的混合體。經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)和鏡檢填料表面的生物膜，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口處以菌膠團(tuán)、絲狀菌為主，呈厭氧狀態(tài);接著出現(xiàn)草履蟲、鞭毛蟲等原生動(dòng)物，呈厭氧、好氧狀態(tài); 出口處有鐘蟲、太陽(yáng)蟲、輪蟲、線蟲等后生動(dòng)物，呈好氧狀態(tài)，表明生物膜基本適應(yīng)污水水質(zhì)。此時(shí)，應(yīng)停止接種污泥，逐步提高污水加入量，初始流量控制在設(shè)計(jì)正常流量的 10% ～ 20% ，根據(jù)出水水質(zhì)檢測(cè)污染物去除率，逐步提升至設(shè)計(jì)水量的 30% ～ 40% ，直到滿負(fù)荷連續(xù)進(jìn)水[7]。

　　③ 正常運(yùn)行。污水從速分生化池進(jìn)口處流入，污水中的有機(jī)物和懸浮物聚集到球體內(nèi)部，球內(nèi)外反復(fù)交替進(jìn)行好氧、厭氧和兼氧作用，有機(jī)污染物、N、P 等作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，被微生物所吸附和分解，最后使污水處理達(dá)到較好的效果，實(shí)現(xiàn)無(wú)污泥排放[8]。

　　4. 2 運(yùn)行效果和達(dá)標(biāo)情況

　　臨時(shí)污水處理工程經(jīng)過(guò)幾個(gè)月穩(wěn)定運(yùn)行測(cè)試，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)良好，并對(duì)進(jìn)、出水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，運(yùn)行效果( 平均值) 如表 2 所示。

　　由表 2 可以看出，采用預(yù)處理、生物處理( 速分生化池) 及深度處理組合工藝處理城鎮(zhèn)綜合污水，對(duì)各污染物指標(biāo)都具有較高的去除率，出水水質(zhì)達(dá)到了天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 ( DB 12 /599—2015) A 標(biāo)準(zhǔn)。

　　5 結(jié)論

　　采用速分生化工藝可以有效處理城鎮(zhèn)生活污水，獲得較好的去除效果，對(duì) COD、BOD 、NH +- N、TN、TP、SS 平均去除率分別為 81. 5% 、94. 2% 、96. 9% 、79. 4% 、86. 3% 以及 98. 6% ，平均出水濃度分別為 22. 8、4. 3、0. 8、6. 9、0. 26、3. 2 mg / L，達(dá)到了天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( DB 12 / 599—2015) A 標(biāo)準(zhǔn)。速分生化法作為一種新型高效生物膜處理技術(shù)，工藝流程簡(jiǎn)單，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)良好，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，占地面積小，運(yùn)行費(fèi)用低，是一種很有發(fā)展前途的工藝，適合于城鎮(zhèn)生活污水的集中處理。（來(lái)源：天津科技大學(xué) 海洋與環(huán)境學(xué)院）