前言

隨著城鎮化進程加快,經濟快速發展的同時環境污染問題隨之出現,主要表現在小城鎮污水處理率較低,各地區發展不平衡等方面。與大城市相比,中小城鎮建設污水處理廠還具有資金來源缺乏和管理技術水平低等約束條件,因此城鎮污水處理廠應選擇適合其水質特點和地區特性的高效低耗處理工藝。處理規模確定的不合理是造成已建成污水處理廠不能正常運營的重要原因之一。

1　不同污水的水質分析及處理設想

充分利用原水水質的不同對污水進行預處理,通過源頭的有效控制,合理發揮調節容量,為生化處理創造最佳條件,達到升級改造的要求。

1. 1　不同污水的水質分析

印染產生的堿性廢水和金屬制品生產產生的酸性廢水的中和混勻對調節原水的pH起關鍵作用。印染產生的堿性廢水堿性很強,一般都能用于印染企業鍋爐水膜除塵脫硫,一方面能降低煙道中的酸性氣體,另一方面煙塵中的碳粒能吸附堿性廢水中的有機物。同樣印染產生的原水COD濃度較高,利用電廠的煤渣可以吸附印染廢水的COD,可降低原水中印染廢水的COD濃度8%～25%。化纖廢水含有可溶和不溶有機物,可以在預處理中用隔油和氣浮的方式去除不溶有機物,除油和去除浮在水中的比重較輕的顆粒物,再用沉降方式去取比重比較重的顆粒物,同樣對金屬表面處理的含油廢水、化工廢水、塑料制品的廢水、造紙廢水等也可采用同樣或類似的方法進行預處理。皮革廢水含有硫化物和重金屬離子、氯化物、SS,預處理后的廢水原水中BOD5 較高,有利于生化處理。

化工廢水水質情況比較復雜,預處理也各不相同,對不可生化、難易生化和影響生化的化工廢水,要根據化工廢水特點合理調配進水水量,特別是水質復雜,含有影響生化的化工成份存在:例如含有強氧化劑、殺菌劑、高鹽份、高毒性的廢水應進入急事故排放池,盡可能不要接管處理。

1. 2　不同污水的水質混合控制及處理

對于含有酸和堿的接管廢水進水,需要有應急事故排放池,以防止由于酸堿瞬時濃度高而影響生化處理。印染、洗毛、造紙、皮革生產過程中,由于生產工藝的不同,其廢水排放存在周期性的變化,水質水量變化太大不利后期的生化處理,利用周期性變化的規律合理調節水質水量,對接管進水水質的混合進行有效控制,能起到調節水質進水濃度和水量的作用,對后期的生化處理才能穩定運行。化工廢水由于所含成份復雜,往往BOD5 很低,尤其預處理已有物化和生化的化工廢水,對后期生化處理更帶來負面影響,而且其COD 濃度變化很大,特別是水質復雜,含有影響生化的化工成份存在:強氧化劑、殺菌劑、高鹽份、高毒性的廢水,因此也需要有應急事故排放池,合理調節和控制進水水質水量,合理配好進水水質,才能便于后期的生化處理。

金屬氧化和含有重金屬的廢水,由于重金屬離子影響生化處理,預處理去除重金屬離子也很重要,控制住接管水的重金屬離子有利于生化處理。生活污水和畜禽養殖業等一些含有BOD5 較高的廢水,對生化處理有利,能起到平衡水質B/C的作用。對于物化處理和一級生化處理后的水質中BOD5含量較低,通過合理調配生活污水等BOD5含量較高的接管水量,對后期的生化處理能起到關鍵作用。生活廢水在城鎮污水管網建設中集中提升后直接排進一級生化出水池,直接配入二級生化池中進行生化,通過提高二級生化污水中的B /C,有利于二級生化的處理。

2　小城鎮污水深度處理工藝的選擇

目前活性污泥工藝在城鎮污水處理廠中得到了廣泛的應用,如傳統活性污泥及其改進工藝A/O,A2/O或者倒置A2/O,氧化溝、交替式氧化溝、一體化氧化溝等, SBR工藝等,它們已經成為城市污水處理的主流工藝。中小城鎮污水的升級改造深度處理可采用淹沒式生物膜法、生態塘、人工濕地等工藝。確定中小城鎮污水深度處理工藝,應該遵循下列原則: ①工藝應具備運行可靠,運行管理方便的特點,②工藝應具備投資省,運行費用低廉的特點, ③工藝應具備較強的抗沖擊能力及靈活的運行方式。

2. 1　水解- 好氧生物處理工藝

水解- 好氧生物處理工藝在小城鎮污水處理中具有高效、節能、投資低廉等顯著優勢,無疑在中國中小城鎮污水處理中具有良好的應用前景。通過實踐與資料整理得到:當生活污水工業廢水各占一半時,水質成分復雜,BOD5 /CODcr為013～014,是較難生化降解的廢水。這時的處理工藝為:原水→水解池→曝氣池→二沉池→出水。水解池停留時間215h～315 h,曝氣池4 h～6 h,試驗期間進水水質波動較大, CODcr 177 mg/L ～330 mg/L, 系統最終出水CODcr平均49 mg/L, BOD25 mg/L, SS17 mg/L,出水完全達到一級排放標準,同時用氣量比傳統工藝減少70% ,“水解- 好氧”工藝產泥量比傳統工藝減少30%～40%。“水解- 復合好氧生物處理工藝”相對傳統“水解- 好氧”工藝提高了好氧段生物量及曝氣傳質速率,加快了系統的去除速率,使得這一工藝在近些年得到快速發展。“厭氧水解- 高負荷生物濾池”組合處理工藝便是其中有代表性的一種,該工藝采用厭氧水解濾池取代傳統的初沉池作為預處理工藝,提高廢水可生化性,同時對傳統高負荷生物濾池進行了重要的技術革新,在提高處理效率的同時大幅度降低了建設投資和運行能耗。厭氧酸化- 高負荷生物濾池處理系統的CODcr去除率高達75% ～85% , BOD5 達85% ～95% , SS達85% ～95%。經該系統處理后, CODcr小于55 mg/L, BOD30 mg/L,SS4 mg/L～28 mg/L,均可滿足城市污水一級處理的出水要求。此外,厭氧水解- 高負荷生物濾池處理__系統的污泥產率明顯低于普通活性污泥法,污泥總產率的大幅降低意味著二次污染物數量以及污泥處理和處置費用的大幅度降低。

2. 2　BAF工藝

BAF工藝一般為固定床形式,通常用陶粒填料作為生物載體,具有生物氧化降解和截留SS的雙重功能,該工藝需周期性地反沖洗,以清洗濾池中截留的SS和更新生物膜,生物主體以固定相為主,另外BAF工藝之后一般不需再設二次沉淀池,該工藝適用于污水深度處理或低濃度污水處理。

2. 3　SBF工藝

SBF工藝介于曝氣生物濾池(BAF)與活性污泥法之間。SBF工藝通常以彈性生物環填料、組合填料、軟性填料、球形懸浮填料等新型生物載體為主,SBF曝氣池生物主體以懸浮相和固著相兩種形式存在,后續工藝需要二次沉淀池進行固液分離,該工藝可以處理不同濃度污水,運行靈活穩定。與常規活性污泥法相比, SBF工藝的特點有: ①生物相多樣化且微生物量多,生物膜法單位體積內的生物量有時可多達活性污泥的5～20倍,因此SBF工藝具有較大的處理能力, SS、BOD5、CODcr、和NH3 - N的去除率高且剩余污泥的產量少; ②耐沖擊負荷,對水質、水量變動具有較強的適應性,即使進水中斷或工藝遭到破壞,性能亦不會受到致命的影響,恢復較快;③動力消耗低,氧的利用率高,由于填料的擾動使氣泡破裂進而提高了充氧效率,故一般動力消耗較活性污泥法要小; ④土建費用少,造價低,運行管理方便。因此對于水質成分相對復雜,水質水量波動相對較大的中小城鎮, SBF工藝無疑是一種高效低耗的污水處理優選工藝。

2. 4　BLOAK污廢水處理系統

由于投資低廉、運行可靠等諸多優勢,BLOAK污廢水處理系統這種新的高效低耗污水處理工藝逐步在中小城鎮污水處理工程中得到應用。BLOAK屬于脫氮除磷生化處理系統,采用低負荷活性污泥工藝和特殊的懸掛鏈式曝氣工藝,曝氣頭懸掛在浮筒鏈下,浮筒鏈橫跨一體化曝氣池兩岸,每條鏈可在一定區域運動,曝氣器的波動使其服務面積增大,使系統可以在低污泥負荷波浪式氧化工藝下運行,通過簡單的控制可在曝氣池中交替形成多重缺氧區和好氧區,形成多級A /O工藝,實現多級脫氮以促進硝化、反硝化反應的進行,使水中的污染物被微生物徹底吸收和分解,達到凈化水質的目的。該工藝曝氣池多采用土墻結構,可以因地制宜利用低洼地形,因而具備投資低廉、維護簡單、運行費用低等特點。

2. 5　生物氧化塘、植物吸收人工濕地等新型技術的應用

人工濕地處理工藝:目前,人工濕地污水處理系統已經在中國得到了迅速發展。與常規活性污泥法相比,人工濕地利用自然生態系統中的物理、化學和生物等協同作用實現污水的凈化,具有投資低、運轉費用低、維護技術水平低和能耗低等特點。資料表明,人工濕地的工程造價與運行費用僅為傳統活性污泥法的10%～50% 。因此,人工濕地在中國中小城鎮具有良好的應用前景。按照系統布水方式的不同或水在系統中的流動方式不同一般可分為自由表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直流人工濕地,各種人工濕地在中國各地都有應用。人工濕地處理系統完全適于中國不同地區中小城鎮的水質、水量波動大的特點,是極具發展及應用前景的高效低耗污水處理工藝。

生態塘污水處理工藝:塘處理系統厭氧塘、兼性塘、好氧塘,凈化(或)熟化塘,大型水生植物塘,儲存塘等各種單元塘的不同組合。生態塘以太陽能為初始能源,通過在塘里種植水生作物,并進行水產和水禽養殖,進而形成人工生態系統。污水進入生態塘中,其中的有機污染物被細菌和真菌降解,而其降解產物又被作為碳源、氮源和磷源,利用太陽能,進行新陳代謝過程,并從低營養級到高營養級逐級遷移轉化,最后轉變成水生作物如魚、蝦、蚌、鵝、鴨等產物,從而獲得可觀的經濟效益。由于生態塘工藝動力費用小,且無需進行污泥處理,基建工藝流程:污水→格柵→沉砂池→斜板沉淀池→厭氧塘→多級兼性塘→最終凈化塘(養魚、養鴨) →農田灌溉→補充地下水。如果土地面積寬裕可以考慮使用此工藝。

2. 6　微生物絮凝劑的應用

常規的生化處理已不能滿足COD的進一步降低,一級生化出水后的深度處理,可以在一級生化出水進行二級物化處理,加入絮凝劑后依次用煤渣、粉煤灰、陶瓷顆粒、硅藻土、活性炭為載體,對廢水進行深度處理,其原理是利用各種固體顆粒的吸附功能和對廢水進行深度處理。具體參見http://www.dongaorq.cn更多相關技術文檔。

生物絮凝劑和膜分離技術的應用:微生物絮凝劑屬于天然高分子有機物(生物樹脂) ,是人們近年來利用生物技術,開發出的一類由微生物在特定培養條件下生長代謝至一定階段產生的具有絮凝活性的產物。可以使水體中不易降解的固體懸浮顆粒、菌體細胞及膠體粒子等凝集、沉淀的特殊高分子聚合物。它易于分離、沉降效率高、可降解,其降解產物對環境無毒無害、不會產生二次污染、適應范圍廣、具有很好的除濁__和脫色作用,是一種高效安全的絮凝劑。屬于綠色環保產品,被人們稱為第二代絮凝劑。主要由具有兩性多聚電解質特性的糖蛋白、蛋白質、多糖、纖維素和DNA等生物高分子化合物組成。

微生物絮凝劑在實際中的應用主要有以下幾方面:

(1)污泥沉降性能的改善。在膨脹污泥中加入生物絮凝劑能有效地消除污泥膨脹狀態,使污泥容積指數快速下降,恢復污泥活性。

(2)廢水懸浮顆粒去除。微生物絮凝劑可用于高嶺土、泥水漿、粉煤灰等水樣的處理。

(3)高濃度有機廢水處理。畜產廢水中含較高濃度的TOC和TN,采用合成高分子絮凝劑處理存在二次污染, 采用微生物絮凝劑處理后, TOC、OD660均有顯著降低,濁度去除率也很高;染料分子難以生物降解,一般的化學絮凝劑效果不佳,而用微生物絮凝劑處理可達理想目標。

(4)乳化液油水分離。

(5) 發酵液后處理。發酵液常常呈現膠體狀態,給過濾帶來困難,添加微生物絮凝劑可有效地實現發酵液中微生物的細胞分離。

(6)食品廢水處理。食品的廢水中往往會有多種可利用成分,需要回收再利用。可利用某些廢水產生絮凝劑,用于處理水產廢水,達到以廢治廢,變廢為寶的效果。此外,微生物絮凝劑還可廣泛應用于城市污水、醫院污水、石化廢水、造紙廢液、制藥廢水等多方面的處理過程中。

2. 7　膜分離技術的應用

膜分離過程是以選擇性透過膜為分離介質,在外力的推動下,對混和物進行分離、提純、濃縮的一種分離新方法。可以是固相膜、液相膜或氣相膜。目前使用的分離膜絕大多數是固相膜。根據分離膜所受驅動力的不同,分為壓力驅動膜、濃度驅動膜、電驅動膜和熱驅動膜,以壓力和濃度為驅動力的膜分離技術主要包括微濾、超濾、反滲透、納濾、滲析、電滲析、滲透蒸發和氣體分離等。膜分離技術有著很明顯的優點:膜分離過程不發生相變,和其他方法相比能耗低,是一種節能技術膜分離設備本身沒有運動部件,很少需要維護,可靠度很高,操作十分簡單;膜分離裝置簡單、分離效率高,而且可以直接插入已有的生產工藝流程,不需要對生產線進行大的改變。為達到新的排放標準需要在短時間內提高處理要求的,或者需要將排水作為回用的,結合一定的融資支持可以考慮用這種高效便捷的升級改造處理技術。（東華大學環境工程與科學學院）