市政污水處理工藝的研究分析

摘要：隨著城市化進程的加快和經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，城市污水排放量也迅速增長，大量未經(jīng)處理的污水的任意排放，不僅造成城市及水環(huán)境的污染，更加危害居民身體健康，同時也制約了城市的可持續(xù)發(fā)展。因此，探索高效、低耗能、低成本的污水處理技術(shù)和工藝有重要意義。本文結(jié)合筆者多年工作的經(jīng)驗，對市政污水處理工藝加以實例進行分析探討。

關(guān)鍵詞：市政污水；污水處理；處理工藝

水是我們?nèi)祟愃灿械摹⒂邢薜馁Y源。大氣中的水分變成雨水降到地表，其中一部分蒸發(fā)或者滲入地下，而大部分泄入江河，流到大海，再通過江、海、河、湖返回大氣中，形成完整的大自然水循環(huán)體系。在這一循環(huán)過程中，人類所利用的水被污染，而被污染的水只有經(jīng)過處理得到凈化才能重新回到大自然的水循環(huán)體系中。因此.污水處理的作用是極為重要的，是保護人類水環(huán)境，提供舒適的生活空間及作為資源有效利用所必須的和必不可少的重要環(huán)節(jié)。

1、污水處理工藝

1.1處理程度

現(xiàn)代污水處理技術(shù)，按處理程度劃分，可分為一級、二級和三級處理。一級處理主要去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)，物理處理法大部分只能完成一級處理的要求。經(jīng)過一級處理的污水，生物需氧量一般可去除30%左右，達不到排放標(biāo)準(zhǔn)。一級處理屬于二級處理的預(yù)處理。二級處理主要去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物質(zhì)，去除率可達90%以上，使有機污染物達到排放標(biāo)準(zhǔn)。三級處理進一步處理難降解的有機物、氮和磷等能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的可溶性無機物等。主要方法有生物脫氮除磷法、混凝沉淀法、砂濾法、活性炭吸附法、離子交換法和電滲分析法等。

1.2污水處理技術(shù)分類

污水處理技術(shù)按作用原理可分為四大類：物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法。市政污水應(yīng)用最多的是生物法，利用微生物的代謝作用，使廢水中的有機污染物和無機微生物營養(yǎng)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無害的物質(zhì)。常見的有活性污泥法（SBR、AO、AAO、氧化溝等）和生物膜法（生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化池等）。

2.實例分析

2.1污水處理廠概況

2.1.1A污水處理廠

該廠污水來源為市政污水，總規(guī)模5萬m3/d，總變化系數(shù)1.37，旱季高峰流量2854m3/h，處理后尾水排入大沙河，尾水排放標(biāo)準(zhǔn)按現(xiàn)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。該廠已于2009年中建成通水，運行至今處理效果良好，水質(zhì)滿足設(shè)計要求。

2.1.2B污水處理廠

該廠污水來源為市政污水，總規(guī)模4萬m3/d，總變化系數(shù)1.42，旱季高峰流2367m3/h，污水處理廠處理后的出水水質(zhì)符合GB18918——2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)。2009年中建成通水，正式運行至今處理效果良好，水質(zhì)滿足設(shè)計要求。

2.1.3C污水處理廠

該廠污水來源為市政污水，總規(guī)模10萬m3/d，總變化系數(shù)1.3。于2013年底設(shè)備驗收和土建建造，正投入試運行。

2.1.4D污水處理廠

該廠污水來源為工業(yè)園區(qū)生活污水，總規(guī)模3000m3/d，總變化系數(shù)1.44。2010年底建成通水，運行至今處理效果良好，水質(zhì)滿足設(shè)計要求。

2.2設(shè)計參數(shù)

2.2.1原水處理量和設(shè)計污染物濃度

4個污水處理廠的水源是該城市區(qū)域的生活污水，設(shè)計處理水量和污染物濃度如表1。

2.2.2設(shè)計處理出水水質(zhì)

根據(jù)處理要求，4個污水處理廠設(shè)計處理出水水質(zhì)如表2。

2.3藝流程比較

各污水處理廠分別對以上污水處理廠原水水量。污染物濃度及處理出水水質(zhì)進行分析，采用不同生物處理工藝，達到處理水達標(biāo)排放。

2.3.1A污水處理廠

生物處理段須考慮總氮、氨氮及總磷指標(biāo)的去除，因此采用同步硝化反硝化曝氣生物濾池加后置反硝化生物濾池進行深度脫氮。后續(xù)三級沉淀池進行化學(xué)除磷和進一步去除懸浮物，采用紫外消毒渠去除糞大腸桿菌和總大腸桿菌，避免污染物的超標(biāo)排放。

2.3.2B污水處理廠

對生物處理段須考慮總氮、氨氮及總磷指標(biāo)的去除，因此采用活性污泥法AZENIT———PTM工藝進行同時脫氮除磷，該工藝出水即可滿足同時脫氮除磷要求，后面設(shè)二沉池，污泥從二沉池回流和排放。后續(xù)采用氯接觸池去除糞大腸桿菌和總大腸桿菌，避免污染物的超標(biāo)排放。

2.3.3C污水處理廠

進水總氮和氨氮污染物濃度較低，處理后的出水水質(zhì)需符合國家及地方標(biāo)準(zhǔn)，對生物處理段須考慮氨氮指標(biāo)的去除，不考慮總磷指標(biāo)的去除，因此采用序批式活性污泥法SBR工藝進行同時脫氮除磷，該工藝出水即可滿足氨氮去除要求，且不需三級沉淀池。

2.3.4D污水處理廠

處理規(guī)模較小，原水來自工業(yè)園區(qū)的生活污水，處理后的出水水質(zhì)滿足我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）》一級A標(biāo)準(zhǔn)，對生物處理段只須考慮硝態(tài)氮和氨氮指標(biāo)的去除，以及總磷指標(biāo)的輕度去除。因此采用生物膜法FBR（FoodChainReactor）工藝。

2.4生物處理段工藝比較

2.4.1A污水處理廠（生物濾池BIOSTYR工藝）

生物處理段采用同時硝化與反硝化曝氣生物濾池加后置反硝化生物濾池。同時硝化與反硝化曝氣生物濾池設(shè)計格數(shù)為6格，單格濾池表面積為113m2，設(shè)計平均濾速為4.9m/h，濾料采用4mm的聚丙烯小球。濾料總體積為2373m3，污染物容積負荷為1.83kgCOD/m3/d（以溶解性CODCr計），采用曝氣管鼓風(fēng)曝氣方式，曝氣量547～634kgO2/h。

后置反硝化生物濾池設(shè)計格數(shù)為2格，單格濾池表面84m2，設(shè)計平均濾6.2m/h。濾料采用4.5mm的聚丙烯小球，總體積為420m3，污染物容積負荷為4～4.6kgCOD/（m3/d）（以進水溶解性CODCr計）。

2.4.2B污水處理廠（活性污泥法AZENIT———PTM工藝）

生物處理段工藝為活性污泥法AZENIT———PTM工藝，結(jié)構(gòu)形式為2個同心圓池子分為兩條線，單池直徑46m，水深8m。每條線進行厭氧，缺氧和好氧區(qū)分區(qū)，單條線總池容1.33萬m3，其中厭氧區(qū)池250m3，缺氧區(qū)池容4000m3，好氧區(qū)池容8750m3，好氧區(qū)標(biāo)準(zhǔn)需要量704kgO2/h，采用鼓風(fēng)曝氣。池中設(shè)計MLSS濃度4.9g/L，設(shè)計污泥齡18d，設(shè)計內(nèi)回流率100%。

因單純依靠生物除磷不可能使總磷從5mg/L降到lmg/L（日平均值），為了保證最終總磷，直接在活性污泥法AZENIT@反應(yīng)池中投加化學(xué)藥劑。

相對于傳統(tǒng)的A/O/O工藝來說，溝形池和液下推進器的結(jié)合不需要污泥內(nèi)回流泵，實際上液下推進器保證了實際的這種效果卻有著更高的回流率，回流率通?？蛇_l000%，相對于采用泵系統(tǒng)的400%。

2.4.3C污水處理廠（序批式反應(yīng)池SBR工藝）

生物處理段采用序批式反應(yīng)器工藝（SBR），該處理廠采用8個序批示反應(yīng)池，單池池容5793m3。水深6.1m。每個池分時段交錯進水，反應(yīng)步驟為4個步驟，反應(yīng)周期為4h，每天反應(yīng)6個周期。第l步：進水階段，反應(yīng)時間為1h，其中0.26h不曝氣進水，0.74h少量曝氣進水；第2步：全曝氣階段，反應(yīng)時間1.1h；第3步：沉淀階段，反應(yīng)時間0.9h；第4步：排水階段，反應(yīng)時間lh，排水階段同時排泥，排泥時間0.1～0.3h。池中設(shè)計MLSS濃度3.5g/L，設(shè)計污泥齡8d，采用循環(huán)泵在曝氣階段進行內(nèi)回流，內(nèi)回流率70%～100%。曝氣采用微孔鼓風(fēng)曝氣，曝氣量：1367kgO2/h。

2.4.4D污水處理廠（生物膜法FBR工藝）

采用生物膜法FBR工藝。這種工藝采用的填料固定在水中，生物膜生長在填料上。填料由PE材質(zhì)制成，密度與水接近。本處理廠FBR反應(yīng)池分兩組，每組采用串聯(lián)的兩個反應(yīng)池，第1個池容為：332.5m3，池中填料體積為133m3；第2個池容為667.5m3，池中填料體積267m3；容積負荷為1.0kgBOD/m3填料·d（以進水溶解性BOD計）和0.26kgTKN/m3填料·d。

工藝中微生物需要的氧氣由布置在反應(yīng)池底部的曝氣管提供，曝氣也可以使反應(yīng)池中的填料和水混合均勻。缺氧池和好氧池內(nèi)曝氣量分別12kgO2/h和36kgO2/h。整個系統(tǒng)以厭氧/好氧連續(xù)流的方式運行。

從以上工藝參數(shù)比較得出相比活性污泥法AZENIT———PTM工藝和序批式反應(yīng)池SBR工藝，生物濾池BIOSTYR工藝和生物膜法FBR工藝的池容較小，相應(yīng)的占地面積較少，可節(jié)約土地資源，減少土建費用，建議對土地資源有限的地區(qū)優(yōu)先采用此兩種工藝。

2.5.運行狀態(tài)比較

2.5.1耗電量

各污水處理廠均有去除程度不等的脫氮除磷要求，只考慮水處理線的平均電耗，耗電量如表3。

從表3可以看出，處理規(guī)模在4萬～10萬m3/d的市政污水處理廠完整的水處理線平均噸水電耗約為0.2kW·h，處理規(guī)模小的市政污水處理廠的噸水電耗大。

2.5.2化學(xué)藥劑投加量

各污水處理廠化學(xué)藥劑平均投加量如表4。

從表4可以看出，當(dāng)采用生物濾池工藝時，需要降低進水懸浮物濃度不超過200mg/L，需要在初沉池投加混凝藥劑，降低懸浮物濃度，其他工藝沒有此要求，初沉池階段不需要投加藥劑；當(dāng)處理水有除磷要求時。上述四種生物處理工藝均達不到除磷要求，需采用化學(xué)除磷。

2.5.3生物污泥產(chǎn)量

各污水處理廠生物污泥量如表5。

從表5可以看出，生物膜法FBR工藝和曝氣生物濾池BIOSTYR工藝的污泥產(chǎn)率最低，序批式反應(yīng)池的污泥產(chǎn)量也較低，活性污泥法AZENIT———PTM污泥產(chǎn)量最高。

3.結(jié)束語

（1）相比活性污泥法AZENIT——PTM工藝和序批式反應(yīng)池SBR工藝，曝氣生物濾池BIOSTYR工藝和生物膜法FBR工藝的池容較小，相應(yīng)的占地面積較少，可節(jié)省土地資源和建造費用，建議對土地資源有限的地區(qū)優(yōu)先采用此兩種工藝。

（2）處理規(guī)模在4萬～l0萬m3/d的市政污水處理廠進行深度脫氮除磷處理時，水處理線噸水電耗約為0.2kW·h，處理規(guī)模小的市政污水處理廠的噸水電耗大。因此不建議投資建造規(guī)模較小的市政污水深度脫氮處理水廠，可將污水收集后進行大規(guī)模深度處理。

（3）上述4種生物處理工藝對磷的去除都不是很明顯，當(dāng)需要高效除磷時，需投加化學(xué)藥劑進行化學(xué)除磷。

（4）生物膜法FBR工藝和生物濾池BIOSTYR工藝的污泥產(chǎn)率最低，序批式反應(yīng)池SBR工藝的污泥產(chǎn)量也較低，活性污泥法AZENIT—PTM工藝污泥產(chǎn)量最高。因此，對污泥處置有困難的市政污水處理設(shè)計可優(yōu)先采用生物濾池BIOSTYR工藝或生物膜法FBR工藝。