再生水生物污水處理及深度處理工藝擇選研究

卓 雄

(福州城建設(shè)計(jì)研究院有限公司，福建 福州 350001)

城市的排水工程是城市基礎(chǔ)設(shè)施的必要組成部分，直接影響到城市各種功能的發(fā)揮。2015年4月，中央正式出臺《水污染防治行動計(jì)劃》，將在污水處理、工業(yè)廢水、全面控制污染物排放等多方面進(jìn)行強(qiáng)力監(jiān)管并啟動嚴(yán)格問責(zé)制，各地區(qū)放松對工業(yè)、企業(yè)廢水的監(jiān)管，必然導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益的損害。水環(huán)境保護(hù)是城市環(huán)境保護(hù)的重要組成部分。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究地區(qū)無完整污水處理設(shè)施，不能滿足長足發(fā)展需要。居民生活污水直接排入附近海水體；同時，部分污水蒸發(fā)入滲，污染附近農(nóng)田及地下水資源，給居民生活環(huán)境、農(nóng)田灌溉及旅游造成嚴(yán)重危害。隨著人口規(guī)模、用地規(guī)模的不斷增長，城市的排水量日益增大，加快完善再生水處理設(shè)施，提高再生水處理能力，對于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、提高區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)生態(tài)區(qū)的建設(shè)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。綜上所述，對再生水生物污水處理工藝及污泥處理處置工藝的擇選研究，在城市建設(shè)中的地位是十分重要的。

1 研究背景

1.1 水量預(yù)測及工程規(guī)模

(1)用水量預(yù)測。研究區(qū)用水量預(yù)測結(jié)果見表1。

表1 研究區(qū)用水量預(yù)測結(jié)果Tab.1 Forecast results of water consumption in the study area 萬m3/d

(2)污水量預(yù)測。2020年污水量為3.58萬m3/d，遠(yuǎn)期(2030 年)污水量預(yù)測為20.00萬m3/d。

(3)工程建設(shè)規(guī)模。綜合考慮污水量預(yù)測結(jié)果，根據(jù)上位規(guī)劃要求與現(xiàn)狀排水情況，研究區(qū)建設(shè)規(guī)模確定為：一期工程建設(shè)規(guī)模5.0萬m3/d；遠(yuǎn)期工程總規(guī)模25.0萬m3/d。

1.2 進(jìn)出水水質(zhì)

(1)進(jìn)水水質(zhì)確定。研究區(qū)的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)需謹(jǐn)慎對待，在科學(xué)合理的范圍內(nèi)選取相對穩(wěn)妥的指標(biāo)數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)進(jìn)出水質(zhì)指標(biāo)見表2。

表2 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水質(zhì)及處理程度Tab.2 Designed incoming and outgoing water quality indicators

1.3 存在問題

(1)污水處理廠配套不足、建設(shè)滯后。研究區(qū)排水體制不完善，污水未能得到有效的收集處理，對環(huán)境、生態(tài)造成了影響。

(2)管網(wǎng)建設(shè)滯后，污水收集率偏低。研究區(qū)污水管道建設(shè)滯后，不能滿足污水收集處理排放的要求。城市道路、建筑建設(shè)速度比污水系統(tǒng)快。現(xiàn)狀污水管網(wǎng)不成系統(tǒng)，多數(shù)污水管 直接接入雨水管道中。相關(guān)部門對住宅污水排放管進(jìn)行改造，將原排放至雨水管的污水排放管改接至新建道路污水干管內(nèi)，但該工程施工困難，難以將所有住宅的污水排放管接入道路污水干管，居民污水排放難以實(shí)現(xiàn)雨污完全分流。

(3)土地資源匱乏，可供建設(shè)污水廠的土地資源有限。

(4)污水處理廠出路問題未解決，回用水用戶及最終受納水體未明確。

(5)配套再生水尾水管道未啟動同步規(guī)劃建設(shè)。

2 再生水生物處理工藝擇選

2.1 生物脫氮除磷原理

(1)生物脫氮原理。生物脫氮是利用自然界氮的循環(huán)原理，采用人工方法予以控制。生物脫氮過程如圖1所示。

圖1 生物脫氮過程Fig.1 Biological nitrogen removal process

(2)生物除磷原理。磷常以磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機(jī)磷的形式存在于廢水中，生物除磷就是利用聚磷菌一類的細(xì)菌，在厭氧狀態(tài)能釋放磷，在好氧狀態(tài)能從外部攝取磷，并將其以聚合形態(tài)貯藏在體內(nèi)，形成高磷污泥排出系統(tǒng)，達(dá)到從廢水中除磷的效果。

2.2 生物脫氮除磷工藝類型

2.2.1 傳統(tǒng)活性污泥工藝和其改進(jìn)型A/O、A2/O工藝

(1)A/O工藝[1-5]。這種工藝(圖2)對于大型活性污泥法污水廠來說，處理效果較穩(wěn)定，且實(shí)現(xiàn)了脫氮或除磷的目標(biāo)，能耗和運(yùn)營費(fèi)也較低，但處理單元多、管理較復(fù)雜，且不能同步脫氮和除磷。

圖2 A/O工藝Fig.2 A/O process

(2)A2/O工藝。對于有脫氮除磷要求的城市污水處理廠，傳統(tǒng)上考慮首選A2/O工藝。A2/O工藝(圖3)根據(jù)活性污泥微生物在完成硝化、反硝化以及生物除磷過程對環(huán)境條件要求的不同，在不同的池子區(qū)域分別設(shè)置厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)。

圖3 A2/O工藝Fig.3 A2/O process

2.2.2 SBR工藝

SBR工藝早在20世紀(jì)初已有應(yīng)用，由于人工管理的困難和環(huán)節(jié)煩瑣未能推廣應(yīng)用。此法集進(jìn)水、曝氣、沉淀、潷水、閑置功能在一個池子中完成，如圖4所示。

圖4 SBR工藝流程Fig.4 SBR process

MSBR即改進(jìn)型SBR(Modified SBR)，其工藝經(jīng)過不斷改進(jìn)和發(fā)展已成為SBR的第三代技術(shù)。MSBR的工藝流程如圖5所示。

圖5 MSBR的工藝流程Fig.5 MSBR process flow

2.2.3 氧化溝工藝

氧化溝是活性污泥法是在水力流態(tài)上不同于傳統(tǒng)活性污泥法是一種首尾相接的循環(huán)流，通常采用延時曝氣，在污水凈化的同時穩(wěn)定了污泥。

(1)卡魯塞爾(Carrousel)氧化溝工藝(圖6)。

圖6 Carrousel氧化溝工藝Fig.6 Carrousel oxidation ditch process

(2)奧貝爾(Orbal)氧化溝工藝。奧貝爾氧化溝由3個相對獨(dú)立的同心橢圓形溝道組成，如圖7所示。

圖7 Orbal氧化溝工藝Fig.7 Orbal oxidation ditch process

2.3 污水處理工藝方案比較

綜合考慮工程的建設(shè)規(guī)模、進(jìn)水水質(zhì)、處理要求、工程投資、運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)管理，以及工程的分期建設(shè)運(yùn)行情況，選擇污水處理工藝。污水處理工藝方案綜合比較見表3。

表3 污水處理工藝方案綜合比較Tab.3 Comprehensive comparison of sewage treatment process plans

結(jié)合該工程具體情況，根據(jù)以上比較，認(rèn)為A2/O工藝成熟穩(wěn)妥，工藝流程簡單，剩余污泥穩(wěn)定，在出水水質(zhì)、實(shí)現(xiàn)脫氮除磷、耐水質(zhì)水量沖擊負(fù)荷、運(yùn)行及維護(hù)、運(yùn)行費(fèi)用等方面均可滿足要求，技術(shù)經(jīng)濟(jì)較明顯。因此，推薦A2/O工藝為本工程污水生化處理工藝。

3 深度處理工藝

3.1 深度處理工藝選擇原則

再生水深度處理是為了達(dá)到一級 A 排放及回用標(biāo)準(zhǔn)的要求，對二級處理出水中殘留的污染物進(jìn)行的再處理，其處理對象主要是難降解有機(jī)物、可溶性無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)(氮、磷)以及懸浮物等。根據(jù)竹嶼再生水廠二級生物處理出水水質(zhì)和出水排放標(biāo)準(zhǔn)，確定污水深度處理的設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)，同時選用適當(dāng)?shù)奶幚砉に嚵鞒蹋越档吞幚沓杀荆岣呓?jīng)濟(jì)效益。

3.2 深度處理工藝路線

結(jié)合研究區(qū)的工程規(guī)模及水質(zhì)特點(diǎn)，在二級處理出水較好的情況下，三級處理的目的主要是進(jìn)一步降低水中的 TP、SS 和CODcr，確保出水達(dá)標(biāo)，且處理規(guī)模相對來說較大，故考慮采用傳統(tǒng)方法[6-12]。

(1)混合工藝。管式靜態(tài)混合器和機(jī)械攪拌混合工藝比較見表4。為適應(yīng)水量水質(zhì)的變化，推薦采用機(jī)械攪拌混合池。

表4 管式靜態(tài)混合器和機(jī)械攪拌混合工藝比較Tab.4 Comparison of mixing process between tubular static mixer and mechanical stirring

(2)絮凝工藝。常見的絮凝工藝為折板絮凝池和機(jī)械絮凝池，2種工藝對比見表5。

表5 折板絮凝池和機(jī)械絮凝池工藝比較Tab.5 Comparison of the process of the folded plate flocculation tank and the mechanical flocculation tank

(3)沉淀工藝。比較適合本工程的工藝是機(jī)械絮凝斜管沉淀池和高密度澄清池，2種工藝比較見表6。

表6 機(jī)械絮凝斜管沉淀池與高密度澄清池比較Tab.6 Comparison of mechanical flocculation inclined tube sedimentation tank and high-density clarification tank

(4)過濾工藝。過濾的形式主要有V型濾池、纖維轉(zhuǎn)盤濾池(平面過濾)、活性砂濾池、 回轉(zhuǎn)精密過濾設(shè)備等。

(5)深度處理工藝的確定。根據(jù)污水處理廠常用的出水水質(zhì)處理工藝，結(jié)合污水的特點(diǎn)和處理要求，選擇幾種有代表性的水質(zhì)保障處理工藝，從技術(shù)、管理和經(jīng)濟(jì)等方便綜合進(jìn)行比較(表7)。

表7 出水水質(zhì)保障處理常用工藝投資及運(yùn)行費(fèi)用比較Tab.7 Comparison of common process investment and operating cost of effluent water quality assurance treatment

該工藝完全可以滿足本工程的出水水質(zhì)要求，推薦采用“混凝+沉淀+過濾”工藝作為深度處理工藝。綜合考慮，深度處理工藝主要是為了滿足因二級處理無法滿足出水 SS、TP 指標(biāo)，并應(yīng)對水質(zhì)水量波動保障出水達(dá)標(biāo)。針對本工程的二級處理出水再進(jìn)行混凝沉淀處理后的水質(zhì)保障處理措施，纖維轉(zhuǎn)盤濾池可以進(jìn)一步去除生物處理和沉淀中未能沉降的顆粒和膠狀物質(zhì)，降低濁度和色度，也可以增加對磷、BOD5、CODCr、重金屬、細(xì)菌、病毒和其他物質(zhì)的去除率，具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、效果好、流程簡潔、運(yùn)行管理簡單、運(yùn)行費(fèi)用低、自動化程度高、工藝組合性強(qiáng)等突出特點(diǎn)，因此研究區(qū)設(shè)計(jì)的水質(zhì)保障處理工藝推薦采用“高密度沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池工藝”。

4 再生水處理廠工藝流程

經(jīng)上述污水、污泥處理等工藝方案的比選后，確定再生水處理廠推薦的工藝流程如圖8所示。

圖8 再生水處理廠工藝流程Fig.8 Process flow of reclaimed water treatment plant

5 結(jié)語

為貫徹科學(xué)發(fā)展觀，堅(jiān)持以人為本、全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展地建設(shè)生態(tài)城市，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，創(chuàng)建和諧社會，通過方案比選和論證，本工程推薦采用污水處理工藝：A2/O、二沉池、高效沉淀池、纖維轉(zhuǎn)盤濾池；深度處理工藝：“高密度沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池工藝”。