組合式一體化污水處理設備的研究

虞波，高來順，李紅建

（揚州澄露環境工程有限公司，江蘇 揚州 225000）

水資源在生產生活中占有重要地位。水資源需求量隨著不斷發展的社會經濟和不斷增加的人口數量而不斷增長，水資源利用出現較大壓力，形勢不容樂觀。在水資源短缺時，其開發與利用仍不夠完善。有相關學者指出，當前國內每年約產生90 億噸以上的生活污水，而多數污水存在隨意排放等問題，且生活污水量隨著不斷提高的生活質量將會不斷增加。因此，對污水處理技術開展研究，以加強污水處理質量，實現水資源節約的目標已經迫在眉睫。

1 組合式一體化污水處理設備設計思路

考慮到我國農村污水的處理情況，基于污水有機物分解和脫氨原理及處理特點，研發出符合農村分散式污水處理的設備工藝，其主要思路如下。

1.1 A/O 工藝

缺氧反應系統和好氧反應系統是A/O 污水生物處理系統的主要組成部分，其具體工藝流程如圖1。

圖1 A/O 工藝

在A/O 工藝中，污水處理工藝的第一級放置了缺氧區，可以充分發揮厭氧菌群高耐受和高有機負荷的優點，在第二級放置好氧菌群可以充分發揮兩者的優勢，處理效果較好，運行較為穩定。A/O 工藝有較為簡單的工藝流程，便于運行管理。

傳統A/O 工藝中共有兩個污水回流裝置，一個可回流二次沉淀區中的污泥到系統初始位置，一個可回流好氧區出水到厭氧位置以進行厭氧反硝化作用。好氧區出水溶解氧含量較高，可對厭氧區反硝化細菌生命活動進行抑制，而反硝化反應也會在一定程度上使好氧區產生硝酸鹽，兩者在厭氧區中聚集會導致污水處理復雜化，使其運行機理難以分析，運行參數不易確定，增加設備的運行管理成本，使設備維護的成本大大提高。因此，在設計時合并了兩個回流途徑，A/O 工藝在改良后可將沉淀區混合液回流到系統的進水口，實現同時回流污水和部分污泥。如圖2 所示。

圖2 回流合并后的A/O 工藝

1.2 復合生物處理系統

污水生物處理技術有活性污泥法和生物膜法。活性污泥法投資較少，且運行管理相對簡單，進水穩定且處理效果較好，但存在抗沖擊性能不足等缺點，容易出現污泥膨脹等問題，且外界容易對其產生較大影響。生物膜法存在運行管理上的缺陷，如生物膜需要較高成本，且需定期反復沖洗生物濾池里的濾料，管理難度較高，需要較高成本投入。

綜合兩者的優缺點，在設備設計時，選擇使用復合生物處理系統。在該系統中，在活性污泥里添加有可供微生物附著生長的載體，可以有效結合活性污泥和生物膜的特點，確保兩種工藝的優點均得到充分發揮，使有機污染物的去除更高效，成本更低。

1.3 一體化處理結構

傳統的污水處理系統中存在較多的處理單元，各處理單元又分別設置，大大提升基建設備的占地面積和投資，且流程更加復雜。基于此，提出污水處理一體化工藝。

污水處理一體化工藝可以在時間上和空間上合理分配沉淀池和曝氣等處理單元，可對各單元構筑物進行有效組建，可避免多單元操作，實現成本和占地面積均得到減少的效果。處理單元順序分配是一體化處理工藝的設計的重點。

當前，污水處理一體化思想已有廣泛應用，如一體化氧化溝技術和SBR 技術等。污水一體化處理技術可在農村地區的污水處理中得到廣泛應用，其特點有：一是系統中的擋板可共用，使基建材料有效減少；二是運輸污泥的距離較短，能夠有效節約各項材料；三是占地面積較少，施工簡便；四是結構緊湊，有較快的反應速度。

2 組合式一體化設備構造

基于設計思路進行一體化設備的設計，具體如圖3所示。

圖3 組合式一體化污水設備構造示意圖

組合式一體化污水處理設備包括沉淀池、厭氧池和好氧池等，結構較為緊湊且簡單。以矩形桶的形式設計組合式一體化污水處理設備有利于施工組裝和節省費用。

組合式一體化工藝使用的是復合生物處理系統，在厭氧池中配備有立體網狀填料，可溶性有機物在填料中的厭氧生物膜作用下可有效溶解；在好氧池中配備有懸浮填料，污水中的有機物和氮等物質可被好氧生物膜高效降解，此外，池中還配備有曝氣裝置，可為該區域提供一定的氧氣；沉淀池中的生物膜和污泥沉淀可以在一定程度上澄清污水，且沉淀池上的消毒池可對出水進行一定的消毒處理；沉淀池和好氧池中配備有回流管道，基于氣提原理，混合料可回流至沉淀分離池，在回流反硝化裝置中，硝態氮可被還原成氮氣，而在回流管道充氣口的閥門可有效調節回流比。

填料主要安裝在好氧池和厭氧池。填料上固定有大多數微生物，少部分脫落的老化生物膜會不斷循環在設備內部，可在一定程度上實現硝化，而僅有較少的污泥無法硝化需排出反應槽。因此，該設備沒有專門的污泥處理槽，當老化污泥累積到一定量后可通過抽泥裝置抽出。

2.1 填料選擇

厭氧區中采用的是立體網狀填料。該種填料主體由多根絲條所構成，為有序的空間立體柱狀結構，絲條上不僅有大量的微生物均勻附著，使其具備一定的活性和孔隙可變性，也可以確保微生物保持一定的新陳代謝，不至于出現黏結成團的現象。

好氧區中的填料為懸浮填料。懸浮填料是指將密度和水接近的輕質填料直接投放進水處理構筑物中，共同發揮附著生物膜和活性污泥的作用的一種填料。懸浮填料可在池中的各個位置停留，曝氣時會跟隨水流流動，即會表現出“移動的生物膜”的現象。懸臂填料比表面積較大，微生物生長空間更多；脫模和掛膜速度較快，且生物膜較薄，活性較高；填料隨水的流動會隨之出現循環流動，可有效改善生物處理池通氣和過水性能，僅有較小的水頭損失，且處理構造物也僅有較低要求，結合活性污泥法能夠使處理效果得到大大改善。

2.2 組合式一體化設備工藝流程

當組合式一體化處理設備有污水進入時，會先經過沉淀分離池進行預處理，將大顆粒和懸浮物篩選掉，以提高污水可生化性；再進到厭氧過濾池進行生物分解等反應，以使污水里的有機物濃度有所降低；最后進到好氧曝氣池中生物降解，使污水有機物等物質得到去除；二沉池中的水流流入后可以有效分離老化污泥和污水，而將消毒池設置到沉淀池溢水堰中又可對其進行消毒。經過回流裝置后，二沉池中的混合液會回流到初沉池中，在原水混合后就會到厭氧過濾池開展反硝化反應，以還原硝態氮成氮氣。具體工藝如圖4 所示。

圖4 組合式一體化污水處理設備工藝流程圖

3 系統性能研究

以某污水處理廠為依托，以其進口污水開展實驗，原水水質如表1 所示。在實際應用時可采用微生物自然生長繁殖方法，但為更快獲取試驗數據，試驗時使用的是接種污泥法。

表1 原水水質

3.1 COD 去除效果分析

在啟動初期，組合式一體化污水處理設備主要通過厭氧區立體網狀填料中的微生物去除COD。從試驗現場看，啟動組合式一體化污水處理設備的初期僅有較低水平的COD 去除率。填料生物膜厚度隨著系統中不斷增加的生物量而不斷變厚，COD 去除率在活性污泥菌膠團出現之后隨之增加。啟動初期控制流量為48L/h，系統水力停留時間較短會導致系統內出現較大的容積負荷，且內部生物數量和種群量仍較少，還未能形成完整生物膜，COD 僅有40%以下的去除率。在經過九天的運行后，內部已有豐富的生物量，且基本建立生物膜的情況下，系統有約50%的COD 去除率。此時，在20℃水溫和18h 水力停留時間下，COD 濃度可滿足國家二級排放標準的要求。啟動階段COD 去除效果圖如圖5。

圖5 啟動階段COD 去除效果

從結果看，COD 去除率在啟動后的11 天時有顯著提高。此外，厭氧區有較快的COD 濃度減少，好氧區則相對較慢，因此，可以認為多數有機物在啟動階段多數在厭氧區中被降解。對所得數據做出進一步分析可得圖6所示結果。

圖6 啟動階段各反應區COD 變化情況

從結果看，在經過20 天的啟動后，出水COD 僅有60%以下的濃度，COD 去除率保持在70%～80%。隨著進水COD 濃度有所波動，但有較為穩定的出水COD，出水水質符合國家一級標準的要求，表明系統穩定性較高。

3.2 氨氮去除效果分析

所得結果如圖7 所示。

圖7 啟動過程中的氨氮變化

氨氮在設備啟動7 內僅有較低的去除率，不具備明顯的去除效果。在經過11 天的運行后，約有27%的氨氮去除率且逐漸上升。在20 天的運行后，約有60%的氨氮去除率，出水氨氮可滿足排放標準。對原因進行分析可知，設備啟動初期，水力停留時間較短，設備中僅有較少的微生物處于懸浮狀態，可認為在氨氮去除過程中，缺氧區的作用較小。好氧區曝氣裝置讓污泥里的微生物處于懸浮狀態，而其又會在一定程度上使硝化菌的生長得到抑制。接種污泥在運行一段時間后，缺氧區和好氧區的掛膜均有成功，使硝化和反硝化反應有所增長，反應速率得到較快，氨氮去除效果更佳。

4 結語

當前，隨著社會經濟水平的發展，人們的生活水平和經濟水平有了顯著的提高。而在生活條件改善的同時也在一定程度上增加了生活污水量，但污水收集處理設施仍缺乏完整配套。因此，對運營管理方便、成本較低的分散式污水處理工藝開展研究，對改善污水處理技術有重要意義。本文結合我國污水處理現狀，提出一體化污水處理工藝，并檢驗其處理效果，從結果看，所設計一體化污水處理設備有較好的污水處理效果。