低碳源市政污水處理優(yōu)化運(yùn)行探討

胡瑜

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，武漢 430023）

1 引言

市政污水具體是指城市在應(yīng)用水資源的過(guò)程中產(chǎn)生的各種廢水和污水，主要包括生活用水、工業(yè)用水等。我國(guó)屬于水資源分配不均衡、總體水量不足的缺水大國(guó)，但用水量較大，我國(guó)平均每年用水量多達(dá)6.354 5×1012m3，因此，對(duì)市政污水進(jìn)行處理，提高水資源的利用率十分重要。在市政污水處理過(guò)程中，污水脫氮脫磷是重要環(huán)節(jié)，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)低碳處理，提高碳源的利用率。但在污水處理過(guò)程中往往存在工藝技術(shù)陳舊、落后、基礎(chǔ)設(shè)施不完善以及廢水處理效果不佳等問(wèn)題。

2 市政低碳源污水問(wèn)題概述

2.1 技術(shù)工藝陳舊

傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)工藝早已經(jīng)無(wú)法滿足市政低碳源污水的處理要求，也無(wú)法將污水中存在的氮和磷進(jìn)行徹底去除。污水凈化也只能去除表面的大顆粒物質(zhì)和有害物質(zhì)，對(duì)于污水中過(guò)多的有害元素沒(méi)有實(shí)現(xiàn)徹底凈化。還有的城市本身地理位置不佳，污水處理工廠建設(shè)在距離市中心較遠(yuǎn)的地區(qū)，地域的限制加之污水處理技術(shù)難以達(dá)標(biāo)，不能發(fā)揮污水凈化的全部作用，其污水處理技術(shù)工藝亟待更新。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)施不完善

在市政污水處理的基礎(chǔ)設(shè)施中，不僅整個(gè)污水處理廠的各項(xiàng)工作和指標(biāo)要達(dá)到嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，還需要配套的污水管網(wǎng)在污水處理中充分發(fā)揮作用。污水管網(wǎng)作為污水處理的核心設(shè)備，對(duì)污水有收集、引流與凈化的作用，因此，污水管網(wǎng)設(shè)備的建設(shè)、更新和定期維護(hù)十分重要。但是，由于污水管網(wǎng)屬于配套設(shè)施，很多管理人員對(duì)其并不重視，導(dǎo)致污水管網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷，分支和主干道難以高效匹配，或未將雨水和污水進(jìn)行有效分離，導(dǎo)致很多污水收集之后無(wú)法直接送入主管道，或者各分支相互干擾，將雨水和污水混合一起，導(dǎo)致難以進(jìn)行污水的收集。

2.3 廢水處理效果不佳

目前，我國(guó)污水的處理主要通過(guò)城市的專業(yè)污水處理廠完成。污水處理廠通過(guò)專業(yè)的設(shè)備和工藝將污水中的有害成分和污染物質(zhì)進(jìn)行提取，當(dāng)污水凈化達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)后再排放到城市供水管網(wǎng)或河流中。但是，由于一些管理人員對(duì)市政污水處理重視不夠，并且污水處理設(shè)備陳舊、落后，經(jīng)常出現(xiàn)各種設(shè)備磨損和故障，所以，無(wú)法落實(shí)污水的特殊處理，不能有效去除污水中的有害物質(zhì)和雜質(zhì)。

2.4 維修成本高

目前，國(guó)產(chǎn)污水處理設(shè)備已有很多，除了少部分特殊工藝設(shè)備需要進(jìn)口外，大部分工藝可采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)，但是在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中，設(shè)備必然會(huì)出現(xiàn)磨損和問(wèn)題。雖然前期可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)設(shè)備進(jìn)行免費(fèi)維修和處理，可以降低維修保養(yǎng)費(fèi)用，但一旦過(guò)了保修期，所有的設(shè)備維修都需要自費(fèi)，一旦設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重的損害，維修費(fèi)十分昂貴。而污水處理廠的資金主要來(lái)自政府撥款，政府提供的經(jīng)費(fèi)有限，因此，無(wú)法提供全部的維修費(fèi)用，很多資金問(wèn)題都需要工廠解決。

3 低碳源污水處理優(yōu)化措施

3.1 工藝改進(jìn)

傳統(tǒng)的污水處理工藝主要包括使用化學(xué)反應(yīng)或者物理方法來(lái)提取污水中的膠狀物質(zhì)，采用生物法（利用微生物的降解作用）來(lái)處理廢水中的有機(jī)污染物。如今，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使傳統(tǒng)的污水處理工藝實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的優(yōu)化，包括AAO、氧化溝、SBR 工藝、CASS 以及AO 工藝等。本文以SBR 工藝和AAO工藝為例進(jìn)行工藝優(yōu)化介紹。

3.1.1 SBR 工藝改進(jìn)

SBR 工藝是對(duì)活性污泥法的一種改進(jìn)，它的作用原理與傳統(tǒng)的活性污泥法相同，但是具體操作過(guò)程和運(yùn)行方式不同。它在單一的反應(yīng)器時(shí)間內(nèi)采取各種操作，因此，是嚴(yán)格根據(jù)時(shí)間順序進(jìn)行處理，并集調(diào)節(jié)池、曝氣池以及沉淀池為一體，功能多。其具有操作簡(jiǎn)單、流程少、成本低、固液分離效果好、脫氮除磷效果好以及耐沖擊負(fù)荷性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，適用于水量小的企業(yè)廢水處理。在改進(jìn)SBR 工藝的基礎(chǔ)上還可以加入一段預(yù)缺氧區(qū)，將外回流帶來(lái)的亞硝酸在預(yù)缺氧區(qū)域進(jìn)行反硝化，為后續(xù)的厭氧釋磷提供更好的厭氧環(huán)境。當(dāng)預(yù)缺氧區(qū)進(jìn)水中的原水有機(jī)物發(fā)生一定程度的水解反應(yīng)后，更容易被聚磷菌所高效利用。同時(shí)增加預(yù)缺氧區(qū)為原水在碳源的分配上提供更多的選擇權(quán)。這樣能夠優(yōu)化原水分配過(guò)程中碳源的選擇，還能將市政污水的碳源集中處理，從而提升整個(gè)污水的優(yōu)化效率，提高水資源的循環(huán)使用率[1]。

3.1.2 AOO 工藝改進(jìn)

1）在沉降區(qū)旁邊依次設(shè)置厭氧除磷區(qū)和低氧曝氣區(qū)，形成一體化設(shè)置，有利于提高工作效率，縮短污水處理時(shí)間。

2）充分利用空氣壓力的原理建立了一個(gè)空氣推流區(qū)前端的低氧曝氣區(qū)域，提供自然力量并減少能源消耗和沖擊載荷。

3）獨(dú)特的溶解氧控制系統(tǒng)，可以加強(qiáng)對(duì)COD、總氮TN 和總磷TP 的去除。同時(shí)，該工藝的應(yīng)用范圍也非常廣泛，主要用于城市污水和各種工業(yè)廢水的高效處理。它是低碳源城市污水處理的主要工藝。

3.2 分段進(jìn)水

在低碳源市政污水的處理過(guò)程中，為了進(jìn)一步提升市政污水的處理效率，保障污水處理到位，還可以進(jìn)行分段進(jìn)水。分段進(jìn)水工藝是在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上升級(jí)改進(jìn)的。通過(guò)對(duì)污水進(jìn)行分段控制，能夠達(dá)到很好的凈化效果，對(duì)污水中含有的碳源進(jìn)行分解，從而達(dá)到二次利用的目的。在多段多級(jí)的AO工藝當(dāng)中，它能夠讓生物反應(yīng)池形成多組缺氧池和好氧池交替使用，有著運(yùn)行成本低、占地面積小以及管理強(qiáng)度低的優(yōu)勢(shì)。分段進(jìn)水按照嚴(yán)格的比例，對(duì)每一段碳源進(jìn)行分割，將反應(yīng)池內(nèi)混合液懸浮固體濃度提升到最高，進(jìn)而提升脫氮除磷的效率。

3.3 運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化

低碳源城市污水處理需要專業(yè)的設(shè)備和具體的系統(tǒng)，需要建立完善科學(xué)的系統(tǒng)來(lái)收集、分析和處理污水相關(guān)數(shù)據(jù)。因此，為了改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，必須對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。該系統(tǒng)的數(shù)字輸出卡是整個(gè)污水處理系統(tǒng)的核心。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)生物脫氮除磷，提高污水處理效率。在具體的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，由于不同區(qū)域的氧化還原材料不同，各方面電位的參數(shù)也不同。需要考慮缺氧區(qū)和厭氧區(qū)兩個(gè)區(qū)域的氧化還原反應(yīng)。結(jié)合硝化反應(yīng)所需條件，根據(jù)實(shí)際化學(xué)反應(yīng)判斷點(diǎn)需求，創(chuàng)造較好的反應(yīng)環(huán)境，并根據(jù)回流比調(diào)整末端溶氧量。

3.4 合理篩選外部碳源

在篩選外碳源的過(guò)程時(shí)，要保證外碳源的質(zhì)量。外部碳源根據(jù)其來(lái)源主要分為兩類：

1）傳統(tǒng)的碳源包括甲醇、糖等有機(jī)物。

2）有機(jī)污水碳源，如工業(yè)廢水、生活廢水和垃圾滲濾液。不同類型的有機(jī)物在生物系統(tǒng)中有著各自的循環(huán)代謝方式，利用效率也不同，因此，碳源的來(lái)源和利用效率都是篩選中重點(diǎn)考察的因素[2]。

一般來(lái)說(shuō)，很多市政污水處理廠主要選擇甲醇、葡萄糖類等傳統(tǒng)的有機(jī)物，而不同污水處理廠的處理方式和效率也不同。通過(guò)分析得知，活性污泥對(duì)于不同的碳源會(huì)表現(xiàn)出不同的反硝化效率，并且降解時(shí)間、降解程度都有所不同，在反硝化過(guò)程中加入乙酸鈉效果會(huì)更好；同時(shí)，大量研究表明，乙酸反硝化反應(yīng)速率要高于葡萄糖以及乙醇，因此，在篩選外部碳源時(shí)，需要根據(jù)具體的污水處理項(xiàng)目采取多種方法進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)最終的處理效果和經(jīng)濟(jì)效益選擇最合適的外部碳源。污水處理廠活性污泥對(duì)于不同碳源的反硝化速率，具體見(jiàn)表1。

表1 活性污泥對(duì)于不同碳源的反硝化速率m3/d

3.5 改進(jìn)碳源投加方式

目前，市面上可供選擇的碳源主要包括甲醇、醋酸鈉和醋酸。碳源投加量的精準(zhǔn)控制是節(jié)約成本的重要環(huán)節(jié)。電氣柜就地控制以及遠(yuǎn)程控制等可以實(shí)現(xiàn)碳源的精準(zhǔn)投加。污水處理廠對(duì)于碳源投加的用量主要是通過(guò)特定的公式來(lái)計(jì)算，但是也存在少數(shù)污水處理廠根據(jù)直接經(jīng)驗(yàn)直接投加碳源，碳源控制精度不夠，造成碳源的大量浪費(fèi)，增加成本，并且也無(wú)法保證被處理的廢水各方面指標(biāo)達(dá)標(biāo)[3]。因此，本文主要闡釋五種不同碳源的添加量計(jì)算方法：

1）將葡萄糖作為添加碳源。

2）將甲醇作為添加C 源，1 ml 甲醇可以換算成1.187 7 g COD，1 g 甲醇可以換算成1.5 gCOD，剩下的3 種是分別將蔗糖、醋酸鈉以及糖蜜作為添加碳源，并根據(jù)每一個(gè)添加碳源的密度和分子量進(jìn)行詳細(xì)、精準(zhǔn)的換算，避免因計(jì)算失誤而造成碳源浪費(fèi)，各種碳源投加的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 3 種主碳源投加的計(jì)算參數(shù)

4 結(jié)論

通過(guò)大量闡述和分析，得到如下結(jié)論：

1）要增加資金支持，更新和維修基礎(chǔ)設(shè)備，改進(jìn)傳統(tǒng)、陳舊的處理工藝，采用AAO 工藝、SBR 工藝等對(duì)污水實(shí)現(xiàn)高效率處理。

2）在污水處理過(guò)程中，為了更好地凈化污水，可以采取分段進(jìn)水的方式進(jìn)行分段凈化。

3）對(duì)各種設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行定期檢查和維修，尤其是在構(gòu)建和完善污水處理系統(tǒng)時(shí)要優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)。

4）合理、精準(zhǔn)地篩選外部碳源。詳細(xì)對(duì)比各個(gè)碳源的優(yōu)缺點(diǎn)，評(píng)估碳源的經(jīng)濟(jì)效益和凈化成果，篩選最合適的外部碳源。對(duì)于碳源投加不能只憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，而是要依據(jù)碳源的類型精準(zhǔn)投加，避免造成碳源的大量浪費(fèi)。