淺談村鎮生活污水處理提標技改

張源野

(中煤天津設計工程有限責任公司，天津 300120)

0 引言

隨著經濟的快速發展，水資源污染的問題也日益凸顯。大量污水排放(或不達標排放)造成了嚴重的環境負擔，特別是在廣大的鄉村地區，存在農業廢水污染、生活污水污染等問題。本文結合具體調研項目，針對村鎮地區經濟條件差、人員管理能力弱的特點，對村鎮生活污水處理技改的要點進行討論。

1 常規處理工藝

筆者先后參與了多項生活污水處理工程設計，常規處理技術包括活性污泥法、生物膜法和氧化法。目前國內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。活性污泥處理工藝具有運行費用低、工藝成熟可靠的優勢。但隨著國家環保標準及自控要求的提高，活性污泥處理工藝流程長、污泥量多、臭味大、操作較復雜的特點越來越不適應當前的市場需要。常規活性污泥法已難以適應國家法律法規和環境的要求，必須增加后續深度處理單元。

2 提標技改處理工藝

據前沿技術資訊介紹，曝氣生物濾池(以下簡稱BAF)可作為傳統城市污水處理工藝的深度處理工藝，占地少、投資小、運行穩定可靠、檢修維護量少，出水水質可達《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)中一級A標準，是城鎮污水處理廠及小型污水處理廠的后續升級改造或者深度處理的首選工藝(除磷有特殊要求時可輔助化學除磷)。為了充分掌握BAF工藝的應用，筆者通過實地調研山東濰坊諸城市禹王街道污水處理廠、林家村鎮污水處理廠，進一步掌握了BAF工藝的實際應用和運行管理，為后續工作打下技術基礎。

3 BAF工藝介紹

3.1 BAF技術原理

BAF屬于生物膜法的范疇，又兼備具有活性污泥法某些特點。BAF工藝原理主要有3個過程。

1)濾池中裝填一定數量粒徑較小的粒狀濾料，通過濾池內部的曝氣，濾料表面生長著高活性的生物膜。污水流經時，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，對污水進行生化處理，此為生物氧化降解過程。

2)因濾料粒徑變小且呈壓實狀態，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)，其后不需設置沉淀池，因而表觀上類似一個濾池，稱為過濾過程。生物氧化降解過程和過濾過程在曝氣生物濾池中是同時發生的。

3)隨著運行時間的延長，濾池水頭損失逐漸增加，當達到設計值時需要對其進行反沖洗，清洗截留的懸浮物以及老化的生物膜，此為反沖洗過程。水流方向多采用上向流式，即池底進水池頂出水，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。輕質多孔濾料粒徑小、比表面積大，容積負荷可以很高，濾池面積可大大縮小。由于水流方向與濾料壓密方向一致，可同時完成生物接觸氧化與固液分離，通常可省去后續的二沉池。沖洗方式為三段式氣水反沖洗，即先氣洗，氣水聯合沖洗然后單獨水洗。反洗空氣由鼓風機通過池底的配氣系統提供。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，但其基本原理是一致的。反應器內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捕食作用，以及生物膜內部微環境和厭氧段的反硝化作用。

3.2 技術特點及優勢

1)耐沖擊負荷。BAF池(反應器)在短時間(4 h)內承受2倍于正常負荷，而出水水質基于不變。抗沖擊負荷的主要機理是生物膜的生物吸附作用。在正常負荷下，微生物時刻處于一種“饑餓”狀態，一旦出現沖擊負荷，生物膜會過量吸附有機營養物。

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

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

3)掛膜啟動快，運行靈活，無需投放菌種及細菌的培養及馴化。BAF在12℃以上水溫，掛膜時間僅需要2～3周；當BAF停運后，需要再次啟動僅需要3～7 d時間。

4)常規的厭氧好氧生物系統能產出難聞的氣味，嚴重影響周圍的空氣環境，其原因在于厭氧分解時產出大量的沼氣及硫化氫氣體，封閉不嚴時會從水中溢出。而BAF工藝分解產生的氣體在通過好氧生物層時，被好氧菌吸收利用。硫化物被固定在好氧菌體內，甲烷等有機氣體被進一步分解為無味的無機氣體和水，幾乎無不良氣味產生。

5)控制系統結構簡單，可靠性強。BAF的自動控制主要是實現自動反沖洗和反沖洗后的正常過濾，控制的對象是閥門、水泵、風機，全部為開關控制，采用PLC系統(或者DCS系統)控制結構簡單，易于操作，可靠性強。

6)工藝運行穩定，出水水質好，可達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)中一級A標準。

7)BAF工藝可全部做成鋼制模塊化設備，安裝工期短，利于維護管理及后期改、擴建。

8)運行費用低。因BAF能耗低，濾池水頭損失小，水泵揚程小，無需加藥。

9)BAF工藝集生物氧化和截留懸浮固體于一體，產生的污泥量少，節省了后續沉淀池。

10)工藝流程短、氧傳輸效率高、供氧動力消耗低，處理單位體積污水的電耗低。

3.3 常規生活污水處理工藝+BAF工藝流程

對于村鎮生活污水處理，后期升級技改BAF工藝，其流程如下：生活污水→格柵井→預沉調節池→混凝反應池→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→出水回用或達標排放。

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

格柵井、預沉調節池、初沉池、二沉池排泥進入污泥濃縮池，經壓濾脫水后的污泥外運處理。

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比見表1，經濟對比見表2。以處理量為1 000 m3/d污水處理廠為例，進水為城市污、廢水，出水達到一級A的排放標準。

表1 BAF與其他技改深度處理工藝對比分析表

表2 BAF與其他技改深度處理工藝經濟費用對比分析表

3.5 BAF工藝實際運行效果

目前BAF技術通過產、學、研合作，在國內數千家污水處理廠取得良好效果。目前國內應用BAF工藝的萬噸級污水廠已超過30個，總處理量超100×104m3/d。全國總共有數以千計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上，后期技改增設了BAF處理工藝。在北京、上海、河北、山東、山西、內蒙、新疆、海南等各地已有多個成功項目。適用于城鎮生活污水、小區生活污水、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工藝相關技術獲得國家發明專利3項，實用新型專利1項。

通過對山東濰坊諸城市舜王街道污水處理廠及林家村鎮污水處理廠實地調研，其BAF工藝流程與具體運行出水指標情況如下。

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、農業廢水為主。根據已有污水處理工藝，出水可以達到《城鎮污水處理廠 污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級B標準。增加BAF污水深度處理單元，污水經BAF工藝深度處理后達到《城鎮污水處理廠 污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A標準(見表3)。污水處理規模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出水水質對比 單位:mg/L

原水→調節池→污水提升泵→旋流沉砂池→水解酸化池→速分生物反應池→中間水池→中間水泵→BAF反應器→石英砂過濾器→回用水池(消毒)→出水。

舜王街道污水處理廠由6個人分3班負責維護運營，提標技改后已運行1年，出水水質指標低于《城鎮污水處理廠 污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A標準。出水作為附近工業企業用水，其余補充至濱河。

3.5.2 林家村鎮污水處理廠

山東省諸城市林家村鎮污水處理廠，進水主要為生活污水、農業廢水。水質、水量沖擊負荷較大。該廠采用分期建設、模塊化運行的設計模式，解決近期和遠期林家村鎮污水處理的難題。根據已有污水處理工藝，出水可以達到《城鎮污水處理廠 污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級B標準。增加BAF污水深度處理單元，污水經BAF工藝深度處理后達到《城鎮污水處理廠 污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A標準(見表4)。污水處理規模為2 000 m3/d，處理工藝流程如下。

表4 技改后林家村鎮污水處理廠進出水水質對比(運行1年后) 單位：mg/L

原水→調節池→污水提升泵→旋流沉砂池→水解酸化池→速分生物反應池→中間水池→中間水泵→BAF反應器→石英砂過濾器→回用水池(消毒)→出水。

該污水處理廠提標技改后已運行1.5年，出水水質指標低于《城鎮污水處理廠 污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A標準，出水作為附近工業企業用水，其余補充郭家村水庫。

4 結論

BAF工藝在投資、占地、出水水質、運行費用等方面具有較高優勢，是一種性價比高的深度處理工藝，非常適合應用在城市、村鎮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用前景。

應用BAF工藝，還需要注意以下幾點。

1)當對出水有較高脫氮要求時，一般需要采用兩級曝氣生物濾池，通過控制供氧在濾層內分別造就缺氧或好氧環境，令生物膜上繁殖的優勢菌種分別為好氧異養菌或硝化菌、反硝化菌，從而達到除碳及脫氮目的。

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

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