淺談村鎮(zhèn)生活污水處理提標(biāo)技改

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(中煤天津設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，天津 300120)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源污染的問(wèn)題也日益凸顯。大量污水排放(或不達(dá)標(biāo)排放)造成了嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)擔(dān)，特別是在廣大的鄉(xiāng)村地區(qū)，存在農(nóng)業(yè)廢水污染、生活污水污染等問(wèn)題。本文結(jié)合具體調(diào)研項(xiàng)目，針對(duì)村鎮(zhèn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)條件差、人員管理能力弱的特點(diǎn)，對(duì)村鎮(zhèn)生活污水處理技改的要點(diǎn)進(jìn)行討論。

1 常規(guī)處理工藝

筆者先后參與了多項(xiàng)生活污水處理工程設(shè)計(jì)，常規(guī)處理技術(shù)包括活性污泥法、生物膜法和氧化法。目前國(guó)內(nèi)城市生活污水廠處理方法最常用的處理工藝為活性污泥法(A/A/O)、間歇式活性污泥法(SBR)、推流式活性污泥法(氧化溝)等?；钚晕勰嗵幚砉に嚲哂羞\(yùn)行費(fèi)用低、工藝成熟可靠的優(yōu)勢(shì)。但隨著國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及自控要求的提高，活性污泥處理工藝流程長(zhǎng)、污泥量多、臭味大、操作較復(fù)雜的特點(diǎn)越來(lái)越不適應(yīng)當(dāng)前的市場(chǎng)需要。常規(guī)活性污泥法已難以適應(yīng)國(guó)家法律法規(guī)和環(huán)境的要求，必須增加后續(xù)深度處理單元。

2 提標(biāo)技改處理工藝

據(jù)前沿技術(shù)資訊介紹，曝氣生物濾池(以下簡(jiǎn)稱BAF)可作為傳統(tǒng)城市污水處理工藝的深度處理工藝，占地少、投資小、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、檢修維護(hù)量少，出水水質(zhì)可達(dá)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，是城鎮(zhèn)污水處理廠及小型污水處理廠的后續(xù)升級(jí)改造或者深度處理的首選工藝(除磷有特殊要求時(shí)可輔助化學(xué)除磷)。為了充分掌握BAF工藝的應(yīng)用，筆者通過(guò)實(shí)地調(diào)研山東濰坊諸城市禹王街道污水處理廠、林家村鎮(zhèn)污水處理廠，進(jìn)一步掌握了BAF工藝的實(shí)際應(yīng)用和運(yùn)行管理，為后續(xù)工作打下技術(shù)基礎(chǔ)。

3 BAF工藝介紹

3.1 BAF技術(shù)原理

BAF屬于生物膜法的范疇，又兼?zhèn)渚哂谢钚晕勰喾承┨攸c(diǎn)。BAF工藝原理主要有3個(gè)過(guò)程。

1)濾池中裝填一定數(shù)量粒徑較小的粒狀濾料，通過(guò)濾池內(nèi)部的曝氣，濾料表面生長(zhǎng)著高活性的生物膜。污水流經(jīng)時(shí)，利用濾料表面高活性生物膜以及濾料之間生物絮體的生物氧化降解作用，對(duì)污水進(jìn)行生化處理，此為生物氧化降解過(guò)程。

2)因?yàn)V料粒徑變小且呈壓實(shí)狀態(tài)，在生物膜及濾料之間生物絮凝的生物吸附作用下，濾層可以吸附、截留污水中絕大部分的懸浮物(包括脫落的生物膜)，其后不需設(shè)置沉淀池，因而表觀上類似一個(gè)濾池，稱為過(guò)濾過(guò)程。生物氧化降解過(guò)程和過(guò)濾過(guò)程在曝氣生物濾池中是同時(shí)發(fā)生的。

3)隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，濾池水頭損失逐漸增加，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行反沖洗，清洗截留的懸浮物以及老化的生物膜，此為反沖洗過(guò)程。水流方向多采用上向流式，即池底進(jìn)水池頂出水，有的也用下向流式。上向流式采用穿孔管池底配水，濾板及濾頭則安裝于池的頂部，以阻擋濾料流失并收集出水。下向流式采用大阻力配水系統(tǒng)。輕質(zhì)多孔濾料粒徑小、比表面積大，容積負(fù)荷可以很高，濾池面積可大大縮小。由于水流方向與濾料壓密方向一致，可同時(shí)完成生物接觸氧化與固液分離，通?？墒∪ズ罄m(xù)的二沉池。沖洗方式為三段式氣水反沖洗，即先氣洗，氣水聯(lián)合沖洗然后單獨(dú)水洗。反洗空氣由鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)池底的配氣系統(tǒng)提供。反洗水流方向則自上而下(上向流濾池)或自下而上(下向流濾池)。

BAF工藝類型和操作方式有多種，各具特點(diǎn)，但其基本原理是一致的。反應(yīng)器內(nèi)填料上所附生物膜中微生物起氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的食物鏈分級(jí)捕食作用，以及生物膜內(nèi)部微環(huán)境和厭氧段的反硝化作用。

3.2 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

1)耐沖擊負(fù)荷。BAF池(反應(yīng)器)在短時(shí)間(4 h)內(nèi)承受2倍于正常負(fù)荷，而出水水質(zhì)基于不變。抗沖擊負(fù)荷的主要機(jī)理是生物膜的生物吸附作用。在正常負(fù)荷下，微生物時(shí)刻處于一種“饑餓”狀態(tài)，一旦出現(xiàn)沖擊負(fù)荷，生物膜會(huì)過(guò)量吸附有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物。

微生物被固定于載體表面，系統(tǒng)脫氨氮效果好，去除率可達(dá)到90%以上，總氮去除率可達(dá)75%以上，COD去除率大于85%，BOD去除率大于90%。受氣候、水量和水質(zhì)變化影響小，特別適合于寒冷天氣地區(qū)，并可間歇運(yùn)行。

2)占地面積小，占活性污泥法工藝1/5～1/3。BAF具有較高的處理負(fù)荷，表面負(fù)荷(濾速)可達(dá)到1.5～2.5 m/h，因此占地面積很小，對(duì)污水處理廠占地緊張的實(shí)際情況尤為適用。

3)掛膜啟動(dòng)快，運(yùn)行靈活，無(wú)需投放菌種及細(xì)菌的培養(yǎng)及馴化。BAF在12℃以上水溫，掛膜時(shí)間僅需要2～3周；當(dāng)BAF停運(yùn)后，需要再次啟動(dòng)僅需要3～7 d時(shí)間。

4)常規(guī)的厭氧好氧生物系統(tǒng)能產(chǎn)出難聞的氣味，嚴(yán)重影響周圍的空氣環(huán)境，其原因在于厭氧分解時(shí)產(chǎn)出大量的沼氣及硫化氫氣體，封閉不嚴(yán)時(shí)會(huì)從水中溢出。而B(niǎo)AF工藝分解產(chǎn)生的氣體在通過(guò)好氧生物層時(shí)，被好氧菌吸收利用。硫化物被固定在好氧菌體內(nèi)，甲烷等有機(jī)氣體被進(jìn)一步分解為無(wú)味的無(wú)機(jī)氣體和水，幾乎無(wú)不良?xì)馕懂a(chǎn)生。

5)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)。BAF的自動(dòng)控制主要是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)反沖洗和反沖洗后的正常過(guò)濾，控制的對(duì)象是閥門、水泵、風(fēng)機(jī)，全部為開(kāi)關(guān)控制，采用PLC系統(tǒng)(或者DCS系統(tǒng))控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，可靠性強(qiáng)。

6)工藝運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)好，可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

7)BAF工藝可全部做成鋼制模塊化設(shè)備，安裝工期短，利于維護(hù)管理及后期改、擴(kuò)建。

8)運(yùn)行費(fèi)用低。因BAF能耗低，濾池水頭損失小，水泵揚(yáng)程小，無(wú)需加藥。

9)BAF工藝集生物氧化和截留懸浮固體于一體，產(chǎn)生的污泥量少，節(jié)省了后續(xù)沉淀池。

10)工藝流程短、氧傳輸效率高、供氧動(dòng)力消耗低，處理單位體積污水的電耗低。

3.3 常規(guī)生活污水處理工藝+BAF工藝流程

對(duì)于村鎮(zhèn)生活污水處理，后期升級(jí)技改BAF工藝，其流程如下：生活污水→格柵井→預(yù)沉調(diào)節(jié)池→混凝反應(yīng)池→初沉池→水解酸化池→接觸氧化池→二沉池→中間水池→BAF池→活性炭濾池→清水池→出水回用或達(dá)標(biāo)排放。

其中從格柵井至二沉池為典型的生活污水常規(guī)處理工藝，中間水池至清水池為后續(xù)提標(biāo)技改升級(jí)BAF工藝的典型流程。

格柵井、預(yù)沉調(diào)節(jié)池、初沉池、二沉池排泥進(jìn)入污泥濃縮池，經(jīng)壓濾脫水后的污泥外運(yùn)處理。

3.4 BAF與其他技改深度水處理工藝比較

BAF與其他技改深度水處理工藝性能對(duì)比見(jiàn)表1，經(jīng)濟(jì)對(duì)比見(jiàn)表2。以處理量為1 000 m3/d污水處理廠為例，進(jìn)水為城市污、廢水，出水達(dá)到一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn)。

表1 BAF與其他技改深度處理工藝對(duì)比分析表

表2 BAF與其他技改深度處理工藝經(jīng)濟(jì)費(fèi)用對(duì)比分析表

3.5 BAF工藝實(shí)際運(yùn)行效果

目前BAF技術(shù)通過(guò)產(chǎn)、學(xué)、研合作，在國(guó)內(nèi)數(shù)千家污水處理廠取得良好效果。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用BAF工藝的萬(wàn)噸級(jí)污水廠已超過(guò)30個(gè)，總處理量超100×104m3/d。全國(guó)總共有數(shù)以千計(jì)的污水處理廠采用了BAF處理工藝或者在原有污水處理工藝基礎(chǔ)上，后期技改增設(shè)了BAF處理工藝。在北京、上海、河北、山東、山西、內(nèi)蒙、新疆、海南等各地已有多個(gè)成功項(xiàng)目。適用于城鎮(zhèn)生活污水、小區(qū)生活污水、中水、生活雜排水和食品加工廢水、釀造和造紙等廢水處理。BAF工藝相關(guān)技術(shù)獲得國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng)，實(shí)用新型專利1項(xiàng)。

通過(guò)對(duì)山東濰坊諸城市舜王街道污水處理廠及林家村鎮(zhèn)污水處理廠實(shí)地調(diào)研，其BAF工藝流程與具體運(yùn)行出水指標(biāo)情況如下。

3.5.1 舜王街道污水處理廠

山東省諸城市舜王街道污水處理廠，以城市生活污水、農(nóng)業(yè)廢水為主。根據(jù)已有污水處理工藝，出水可以達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。增加BAF污水深度處理單元，污水經(jīng)BAF工藝深度處理后達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表3)。污水處理規(guī)模1 000 m3/d，處理工藝流程如下。

表3 增加BAF工藝技改后舜王街道污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)對(duì)比 單位:mg/L

原水→調(diào)節(jié)池→污水提升泵→旋流沉砂池→水解酸化池→速分生物反應(yīng)池→中間水池→中間水泵→BAF反應(yīng)器→石英砂過(guò)濾器→回用水池(消毒)→出水。

舜王街道污水處理廠由6個(gè)人分3班負(fù)責(zé)維護(hù)運(yùn)營(yíng)，提標(biāo)技改后已運(yùn)行1年，出水水質(zhì)指標(biāo)低于《城鎮(zhèn)污水處理廠 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。出水作為附近工業(yè)企業(yè)用水，其余補(bǔ)充至濱河。

3.5.2 林家村鎮(zhèn)污水處理廠

山東省諸城市林家村鎮(zhèn)污水處理廠，進(jìn)水主要為生活污水、農(nóng)業(yè)廢水。水質(zhì)、水量沖擊負(fù)荷較大。該廠采用分期建設(shè)、模塊化運(yùn)行的設(shè)計(jì)模式，解決近期和遠(yuǎn)期林家村鎮(zhèn)污水處理的難題。根據(jù)已有污水處理工藝，出水可以達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。增加BAF污水深度處理單元，污水經(jīng)BAF工藝深度處理后達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表4)。污水處理規(guī)模為2 000 m3/d，處理工藝流程如下。

表4 技改后林家村鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)對(duì)比(運(yùn)行1年后) 單位：mg/L

原水→調(diào)節(jié)池→污水提升泵→旋流沉砂池→水解酸化池→速分生物反應(yīng)池→中間水池→中間水泵→BAF反應(yīng)器→石英砂過(guò)濾器→回用水池(消毒)→出水。

該污水處理廠提標(biāo)技改后已運(yùn)行1.5年，出水水質(zhì)指標(biāo)低于《城鎮(zhèn)污水處理廠 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，出水作為附近工業(yè)企業(yè)用水，其余補(bǔ)充郭家村水庫(kù)。

4 結(jié)論

BAF工藝在投資、占地、出水水質(zhì)、運(yùn)行費(fèi)用等方面具有較高優(yōu)勢(shì)，是一種性價(jià)比高的深度處理工藝，非常適合應(yīng)用在城市、村鎮(zhèn)污水處理廠的深度處理或者后期技改，在污水處理和廢水處理中有廣闊的應(yīng)用前景。

應(yīng)用BAF工藝，還需要注意以下幾點(diǎn)。

1)當(dāng)對(duì)出水有較高脫氮要求時(shí)，一般需要采用兩級(jí)曝氣生物濾池，通過(guò)控制供氧在濾層內(nèi)分別造就缺氧或好氧環(huán)境，令生物膜上繁殖的優(yōu)勢(shì)菌種分別為好氧異養(yǎng)菌或硝化菌、反硝化菌，從而達(dá)到除碳及脫氮目的。

2)對(duì)除磷要求較高時(shí)，以化學(xué)絮凝法為主(濾前投加鐵鹽或鋁鹽)，濾池內(nèi)聚磷菌在厭氧與好氧交替情況下對(duì)污水中磷的過(guò)剩攝取進(jìn)行生物除磷為輔。

3)BAF工藝對(duì)前期處理工段要求較高。不得有毛發(fā)、塑料皮等較大懸浮物，控制進(jìn)水SS≤60 mg/L。