速分生化工藝在污水處理中的應(yīng)用分析

摘要：速分生化工藝在我國許多地區(qū)都得到了廣泛應(yīng)用。隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，我國城市生活污水排放量日益增加，廢水處理設(shè)施建設(shè)不斷擴(kuò)大，但也存在一些問題，如傳統(tǒng)活性污泥法的脫氮除磷效果不穩(wěn)定，出水水質(zhì)時(shí)好時(shí)差；厭氧生物處理系統(tǒng)對有機(jī)污染物去除率較高，但能耗較大，占地面積大。在此背景下，采用速分生化法代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥法和厭氧法具有一定優(yōu)勢，能夠提高出水水質(zhì)，降低運(yùn)行成本，簡化工藝流程，減少基建投資。本文闡述了速分生化工藝主要的優(yōu)缺點(diǎn)與適用范圍，并提出了一些改進(jìn)建議，以期為今后速分生化工藝相關(guān)研究與應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：速分生化工藝" 污水處理" 水質(zhì)分析" 應(yīng)用措施

Application Analysis of Rapid Separation Biochemical Process in Sewage Treatment

LI Wei"" FENG Yali

Central and Southern China Municipal Engineering Design and Research Institute Co.， Ltd.， Wuhan， Hubei Province， 430010 China

Abstract： The rapid separation biochemical process has been applied in many regions of China. With the rapid development of industrialization and urbanization， the discharge of urban domestic sewage in China is increasing day by day， and the construction of wastewater treatment facilities is constantly expanding. However， there are also some problems， such as the unstable nitrogen and phosphorus removal effect of traditional activated sludge process， and the difference in effluent quality; The anaerobic biological treatment system has a high removal rate for organic pollutants， but it consumes a lot of energy and occupies a large area. In this context， the use of rapid separation biochemical method instead of traditional activated sludge method and anaerobic method has certain advantages， which can improve the effluent quality， reduce operating costs， simplify the process flow， and reduce infrastructure investment. This article elaborates on the main advantages， disadvantages， and scope of application of the rapid separation biochemical process， and proposes some improvement suggestions in order to provide reference for future research and application of the rapid separation biochemical process.

Key Words： Rapid separation biochemical process; Sewage treatment; Water quality analysis; Application measures

近年來，隨著工業(yè)化、城市化的快速發(fā)展，人類社會產(chǎn)生了大量生活污水。污水中含有大量有機(jī)成分和各種有害物質(zhì)，若不經(jīng)處理直接排放，則會對環(huán)境造成污染，因此，我國對污水處理的要求越來越高。目前，城市污水處理廠的設(shè)計(jì)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。但是，現(xiàn)有污水處理設(shè)施普遍存在占地面積大、運(yùn)行成本高、出水水質(zhì)不穩(wěn)定等問題，而且部分地區(qū)還沒有污水處理廠，只能采用一些簡易方法進(jìn)行污水收集處理。速分生化工藝是通過高效穩(wěn)定的生物反應(yīng)過程，使有機(jī)物降解達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的一種污水處理工藝。其主要包括預(yù)處理和好氧生化兩個(gè)階段，其中預(yù)處理工藝又可分為一級缺氧/好氧（Anoxic/Oxic，A/O）法和吸附-生物降解工藝（Adsorption-Biodegradation Process，A/B），這兩種工藝的基本原理都是利用微生物對有機(jī)物的吸附和分解作用去除水中的有機(jī)污染物。預(yù)處理后的水質(zhì)可以滿足后續(xù)好氧生物處理法的進(jìn)水要求，省去了傳統(tǒng)的二沉池，能夠大大減少工程投資，簡化工藝流程。本文就速分生化工藝的應(yīng)用情況進(jìn)行簡要分析，并指出該工藝應(yīng)用過程中存在的不足與未來發(fā)展方向。

1速分生化工藝特點(diǎn)

速分生化工藝就是利用污水中微生物的快速生長速度，迅速將其去除的一種新型污水處理工藝。該工藝具有占地少、投資小、運(yùn)行成本低、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，目前在國內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)用。速分生化處理技術(shù)的核心為速分生化球^[1]。速分生化球利用特殊陶土、植物纖維和紫砂泥材料，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)之后形成速分生化球，在外部加裝多面空心球體，由聚丙烯加工而成，并且在球體中加入配重礫石，促使速分生化球密度和水的密度接近，可以保障球體在水體中懸浮。在速分生化池中填充速分生化球，促進(jìn)微生物生長，對于生物膜的生長繁殖形成直接影響，同時(shí)會影響到生物環(huán)境分布情況，固液分離效果也會因此受到影響。在利用速分生化法的時(shí)候，通常不會排泥，因?yàn)檎w污泥齡比較長，為了實(shí)現(xiàn)水體氮磷指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)，可以利用生物脫氮模式，保證水體總氮（Total Nitrogen，TN）符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)利用生物除磷方法，進(jìn)一步優(yōu)化除磷效果，此外利用化學(xué)沉淀方式去除剩余部分。

采用此工藝的處理裝置通常分為兩個(gè)區(qū)域：一是曝氣區(qū)；二是沉淀區(qū)。曝氣時(shí)間只占整個(gè)污水處理過程的很小部分，一般只需要20 min左右，而且這種曝氣管是微孔曝氣器，氣泡直徑小，因此可以使空氣更充分地與污水進(jìn)行接觸，從而提高水的溶解氧含量，降低化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）和NH₃-N的生成量。通過這一方法，不僅大大縮短了傳統(tǒng)生化工藝所需的水力停留時(shí)間，同時(shí)還保證了水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

速分生化工藝于20世紀(jì)90年代初在國外開始應(yīng)用，2001年被引入國內(nèi)。近幾年來，該工藝在我國各省市相繼建成并投入使用。某家食品公司利用速分生化工藝處理生活廢水，取得了較好的效果。該廠通過技術(shù)改造，將原有的污水處理系統(tǒng)由活性污泥法改為速分生化工藝。改造后，污水生化池改成A/O工藝（缺氧-好氧），整個(gè)處理系統(tǒng)分為三部分：一級曝氣生物濾池、二級硝化和反硝化生物濾池、三級沉淀池^[2]。經(jīng)處理后，出水水質(zhì)達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。該廠每年可以減少污泥量10 t，運(yùn)行費(fèi)用降低30%左右，同時(shí)節(jié)約土地資源，避免了建設(shè)新廠的投資費(fèi)用。目前，該工藝已在全國多個(gè)城市得到推廣應(yīng)用。

2速分生化工藝優(yōu)缺點(diǎn)分析與改進(jìn)措施建議

2.1速分生化工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1.1 速分生化工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

一是可以利用城市污水處理廠剩余污泥，降低了投資費(fèi)用；二是生化反應(yīng)過程中無需添加任何藥品及外加能源，運(yùn)行成本較低；三是整個(gè)工藝流程簡單、穩(wěn)定、可靠，易于管理和操作；四是速分生化工藝由于在水力停留時(shí)間（Hydraulic Retention Time，HRT）、污泥齡（Sludge Retention Time，SRT）等方面都比傳統(tǒng)活性污泥法要低，因此其處理成本低于活性污泥法，這也是該工藝被越來越多工程所采用的主要原因之一。雖然厭氧工藝在有機(jī)物去除率上優(yōu)于活性污泥法，但其能耗較大且占地較大，導(dǎo)致運(yùn)行成本高于活性污泥法。總體來說，在進(jìn)水負(fù)荷保持不變時(shí)，通過合理的曝氣量和污泥齡控制，速分生化工藝可以有效降低污水處理成本，甚至達(dá)到零成本。

2.1.2 速分生化工藝的缺點(diǎn)

（1）因?qū)ξ勰噙M(jìn)行壓縮處理，不能實(shí)現(xiàn)泥水完全分離，所以在高負(fù)荷沖擊下，極易造成污泥膨脹；（2）由于采用混合攪拌工藝，并且進(jìn)水流量大，停留時(shí)間短，故出水懸浮物值較高；（3）對于高濃度有機(jī)廢水，其COD去除率遠(yuǎn)低于活性污泥法^[3]；（4）微生物種類單一，難以適應(yīng)不同水質(zhì)條件的變化。由于速分生化工藝的部分工序需要添加外源營養(yǎng)物質(zhì)，因此其對水質(zhì)的要求較高，容易受到水質(zhì)變化的影響。

2.2 速分生化工藝的改進(jìn)措施

（1）加強(qiáng)對污泥的預(yù)處理技術(shù)研究，提高污泥脫水性能，減少污泥在反應(yīng)器中的體積；（2）增加曝氣設(shè)施，改善水力條件，增加溶解氧的供應(yīng)；（3）根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)整進(jìn)水水質(zhì)或采用預(yù)處理工藝；（4）延長運(yùn)行周期，延長微生物壽命；（5）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改善設(shè)備配置。

3工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備

3.1工藝流程

因?yàn)榕欧潘畬N和總磷（total phosphorus，TP）的要求比較高，不僅需要實(shí)現(xiàn)有機(jī)物降解，還要優(yōu)化脫氮和除磷效果。綜合各方面影響因素，采取污水處理工藝流程。該工藝流程比較簡單，方便工作人員操作管理，甚至可以實(shí)現(xiàn)無人管理的目的，在運(yùn)行過程中排泥量較少，甚至可以實(shí)現(xiàn)不排泥的目標(biāo)，保障出水水質(zhì)的穩(wěn)定性。以進(jìn)水水量和水質(zhì)特點(diǎn)為基礎(chǔ)，將人工格柵安裝在污水處理之前，可以將大顆粒懸浮物去除。污水流入曝氣池，為后續(xù)生化處理工作奠定基礎(chǔ)。經(jīng)過調(diào)節(jié)池處理之后，利用一級提升泵提升處理污水，再通過推流方式進(jìn)入速分生化池^[4]。在池內(nèi)排列速分球，同時(shí)布置曝氣系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行中利用曝氣機(jī)擾動污水，避免淤積沉淀物，同時(shí)利用曝氣充氧方式，激發(fā)微生物代謝活動，將速分生化池出水引入折流式消毒池中，再加入次氯酸鈉，可以對有害病菌殺滅，最后利用過濾器和石英砂過濾池將水中的懸浮物等雜質(zhì)去除，因此保障出水質(zhì)量。

3.2工藝設(shè)備

3.2.1人工格柵

通常在調(diào)節(jié)池中安裝人工格柵，可以將水中的大顆粒懸浮物清除干凈，避免出現(xiàn)管道和水泵堵塞問題，可以對膜組件發(fā)揮出保護(hù)作用。

3.2.2調(diào)節(jié)池

在調(diào)節(jié)池中，設(shè)置2臺潛污泵和2臺水泵，如果出現(xiàn)故障可以發(fā)出聲光報(bào)警，立即投用備用泵。在池內(nèi)利用穿孔管用于曝氣。調(diào)節(jié)池負(fù)責(zé)收集經(jīng)過格柵處理的污水，可以實(shí)現(xiàn)水量調(diào)節(jié)和水質(zhì)均化的目的。

3.2.3速分生化池

本工藝的核心為速分生化池，選用分段式結(jié)構(gòu)，通過分格設(shè)置速分生化池，在每個(gè)隔間設(shè)置過渡水池，可以實(shí)現(xiàn)水流再分配，同時(shí)可以收集污泥。速分生化池主要包括進(jìn)水區(qū)和反應(yīng)區(qū)和出水區(qū)，在池底鋪設(shè)環(huán)形穿孔管，發(fā)揮曝氣充氧的作用。為了實(shí)現(xiàn)均勻布水目的，在進(jìn)水口的部位設(shè)置配水墻，可以實(shí)現(xiàn)多孔配水^[5]。

4速分生化工藝在污水處理中的應(yīng)用效果

某污水處理廠采用“速分生化+臭氧氧化”的處理工藝，進(jìn)水COD為500 mg/L左右，五日生化耗氧量為100 mg/L左右，五日生化耗氧量是一種用微生物代謝作用所消耗的溶解氧量來間接表示水體被有機(jī)物污染程度的一個(gè)重要指標(biāo)。氨氮為30～40 mg/L。經(jīng)處理后，出水達(dá)到《城市生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）一級標(biāo)準(zhǔn)，主要指標(biāo)：COD≤20 mg/L、五日生化耗氧量≤5 mg/L、NH3-N≤1 mg/L、TP≤0.5 mg/L。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于進(jìn)水水質(zhì)波動較大，導(dǎo)致生化池負(fù)荷不穩(wěn)定，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)缺氧現(xiàn)象，給后續(xù)工藝帶來不利影響。所以，需要加強(qiáng)對水質(zhì)和水量變化情況的分析和控制。目前，該廠已建立了較為完善的污水廠生產(chǎn)調(diào)度制度，將各項(xiàng)指標(biāo)的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)反饋至中控室，通過中控系統(tǒng)自動調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，保證穩(wěn)定達(dá)標(biāo)^[6]。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，生化池出水水質(zhì)穩(wěn)定，并且較好地解決了部分時(shí)段因進(jìn)水水質(zhì)變化大而造成生化池負(fù)荷不穩(wěn)定的問題，減少了污水處理站的檢修維護(hù)工作量，降低了污水處理成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

5結(jié)語

速分生化工藝應(yīng)用的工程案例較多，但從處理效果和工藝設(shè)計(jì)來看，還存在著諸多問題。例如：微生物降解有機(jī)物的能力與活性污泥相比還有一定差距；在高氨氮或低碳氮比（Carbon-to-Nitrogen Ratio，C/N）時(shí)，對COD的去除效率偏低；厭氧系統(tǒng)中污泥齡一般不大于15 d，當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物濃度較高時(shí)，很容易導(dǎo)致出水中有大量顆粒狀物質(zhì)沉淀。為了克服這些問題，需要進(jìn)一步研究新技術(shù)，提升微生物的降解能力、改善微生物菌群結(jié)構(gòu)，同時(shí)優(yōu)化曝氣方式，控制好污泥齡和水力停留時(shí)間，加強(qiáng)污泥脫水設(shè)備的使用等。此外，針對不同水源特性進(jìn)行針對性的工藝設(shè)計(jì)也是今后研究的重點(diǎn)。

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