城鎮(zhèn)污水處理廠深度處理研究進(jìn)展

＊何廣燕 劉輝利 黃書海 陳航

（桂林理工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 廣西 541006）

引言

2015年國務(wù)院印發(fā)了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，要求加快城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)與改造，在2020年底前達(dá)到相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)或再生利用要求，到2030年力爭全國水環(huán)境質(zhì)量總體改善。各地政府陸續(xù)出臺相關(guān)城鎮(zhèn)污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)，國家和部分省市的城鎮(zhèn)污水處理廠主要污染物的排放限值見表1。高排放標(biāo)準(zhǔn)使各城鎮(zhèn)污水處理廠加速在一級、二級處理后增設(shè)深度處理工藝以提高出水水質(zhì)，進(jìn)一步去除水中的微量有機(jī)污染物質(zhì)，SS和氮、磷高濃度營養(yǎng)物質(zhì)及鹽類。本文對國內(nèi)外比較常用的沉淀、吸附、過濾、濕地等深度處理工藝進(jìn)行分析總結(jié)，以求為相關(guān)研究與實(shí)際應(yīng)用提供參考。

表1 部分城鎮(zhèn)污水處理廠主要污染物排放限值（單位：mg/L）

1.重簡質(zhì)混凝沉淀技術(shù)

重介質(zhì)混凝沉淀技術(shù)是在傳統(tǒng)的混凝過程中投加惰性高密度毫米級或微米級的顆粒狀重介質(zhì)粉作為絮凝體的核以強(qiáng)化混凝沉淀過程，用于高效去除TP、SS、COD，其所涉及的重介質(zhì)粉包括磁性重介質(zhì)粉（磁鐵礦粉）和非磁性重介質(zhì)粉（石英砂），與之對應(yīng)的混凝沉淀技術(shù)分別稱為磁混凝沉淀技術(shù)和加砂混凝沉淀技術(shù)。王少軍等人[1]用磁混凝沉淀技術(shù)處理微污染河道水時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁粉投加量為100mg/L，聚合氯化鋁（PAC）投加量為60mg/L，聚丙烯酰胺（PAM）投加量為1.0mg/L時(shí)，SS、TP、COD的去除率分別可達(dá)94.6%、84.9%和40.7%。但鄭利兵等人[2]研究發(fā)現(xiàn)磁混凝過程對氨氮、鹽類基本無去除效果，需與其他工藝組合。上海某污水處理廠在提標(biāo)改造工程中，不僅增加了磁混凝沉淀池，還增加了精密過濾器等深度處理措施，改造后的出水執(zhí)行一級A+標(biāo)準(zhǔn)（NH3-N和TP執(zhí)行地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)）[3]。

2.活性炭吸附技術(shù)

活性炭吸附技術(shù)常被污水廠提標(biāo)改造作為深度處理工藝用來提高COD去除率。但活性炭的價(jià)格一般比較昂貴，因此研究如何回收水中已飽和的活性炭，或?qū)钚蕴窟M(jìn)行改造等具有重要意義。無錫某污水處理廠運(yùn)用活性炭吸附技術(shù)提標(biāo)改造時(shí)發(fā)現(xiàn)活性炭單獨(dú)處理對COD的平均去除率可達(dá)58%，但有較大的波動(dòng)，而臭氧-活性炭聯(lián)用對COD的去除較為穩(wěn)定，平均去除率為66%，最大去除率可達(dá)88%[4]。劉魯建等[5]設(shè)計(jì)采用高密度沉淀池-粉末活性炭膜生物反應(yīng)器（CUF）-大孔樹脂脫氮組合工藝，使湯遜湖污水處理廠尾水水質(zhì)由一級A標(biāo)準(zhǔn)提升至Ⅲ類（湖庫）標(biāo)準(zhǔn)。此外，通過在傳統(tǒng)活性炭表面進(jìn)行自然富集或人工固定微生物改造的生物活性炭（BAC）因具有吸附與生物降解的雙重作用及低能耗、無污染等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域[6]。

3.過濾技術(shù)

（1）膜分離。膜分離工藝可直接去除病毒、細(xì)菌等微生物，也可去除水中的部分無機(jī)鹽離子，在污水處理中廣泛應(yīng)用于高鹽水的處理和對水質(zhì)要求較高的深度處理工藝中。根據(jù)膜孔尺寸及分離物粒徑范圍，可分為微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）4種類型，其中微濾、超濾因其具有低能耗、高分離效率、可回收循環(huán)等特點(diǎn)，成為該領(lǐng)域中膜分離技術(shù)的核心。宋來洲等[7]采用微濾分離膜系統(tǒng)對生物處理后的污水進(jìn)行深度處理，其系統(tǒng)出水懸浮物小于5mg/L，濁度小于0.5NTU，細(xì)菌和大腸桿菌幾乎全部去除。王靖[8]考察了超濾膜技術(shù)對原水渾濁度、SS、COD、TP及糞大腸菌群等污染物的去除效果，其去除率分別為95%、98%、75.8%、52%、100%，該技術(shù)明顯優(yōu)于污水處理廠原砂濾處理工藝。王寧若等[9]采用超濾-納濾雙膜組合工藝對某城市污水廠A2/O工藝處理后的二沉池出水進(jìn)行深度處理，出水COD、TP指標(biāo)均完全滿足地表水Ⅱ類以上水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，NH3-N指標(biāo)可達(dá)到Ⅲ類以上水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）濾布濾池/轉(zhuǎn)盤濾池工藝。濾布濾池/轉(zhuǎn)盤濾池屬于表面過濾技術(shù)，與傳統(tǒng)的過濾技術(shù)相比，具有投資小、運(yùn)行效率高、水頭損失小、去除磷化物效果明顯、可連續(xù)運(yùn)行全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)，但其過濾孔徑一般為10～20μm，對進(jìn)水水質(zhì)要求比較高。其與混凝沉淀工藝聯(lián)用后能夠去除SS、TP以及少部分的COD、BOD，但對于NH3-N、TN指標(biāo)則沒有去除效果[10]。江西某南部城市生活污水處理廠[11]采用改良型厭氧-缺氧-好氧（AAO）+高效沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池處理工藝，三峽庫區(qū)某城鎮(zhèn)污水處理廠[12]采用“高效沉淀池+濾布濾池”組合工藝進(jìn)行提標(biāo)改造，該兩家污水處理廠出水水質(zhì)均從一級B標(biāo)準(zhǔn)提升到了一級A標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境效益明顯。此外，立式纖維濾布濾池能有效截留出水中的SS，完成二沉池出水的深度處理[13]。

（3）活性砂過濾?；钚陨斑^濾是一種連續(xù)運(yùn)行處理工藝，能集絮凝、澄清、過濾及生化處理功能為一體，在SS、TN、TP的去除方面有著較好的效果。砂過濾系統(tǒng)具有占地面積省、運(yùn)行費(fèi)用低、截污容量大等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際運(yùn)行中需要注意觀察維護(hù)無法正常提砂、跑砂、板結(jié)等問題[14]。安徽某污水處理廠在深度處理階段采用了活性砂濾池，對SS具有良好的去除效果，當(dāng)進(jìn)水SS為15～35mg/L時(shí)，出水SS＜8mg/L[15]。張林等[14]針對西北某城市污水深度處理采用改良A2/O+活性砂過濾技術(shù)，該組合工藝對TN、TP、COD、BOD5、SS、氨氮的去除效果穩(wěn)定良好，而且具有良好的抗沖擊負(fù)荷能力。秦皇島市某污水處理廠在已建工藝流程后增加了曝氣生物濾池（BAF池）及活性砂過濾系統(tǒng)，最終出水水質(zhì)由一級B穩(wěn)定提高至一級A排放標(biāo)準(zhǔn)[16]。

（4）反硝化深床濾池。反硝化深床濾池是常規(guī)濾池的深度改造，采用石英砂作為填料，填料的深度可設(shè)置為1.8～2.4m，一般采用氣洗、氣水聯(lián)合反沖洗、水洗或漂洗等運(yùn)行操作方式來避免濾池的堵塞或板結(jié)。其具有生物脫氮及過濾功能，能夠有效確保出水SS、TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，極具進(jìn)一步深度推廣應(yīng)用價(jià)值。安徽省阜陽市潁南污水處理廠采用高效沉淀池+反硝化深床濾池深度處理，處理后出水水質(zhì)達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)，其中SS達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)[17]。河北省某污水處理廠運(yùn)用多段AAO+深床反硝化濾池工藝使出水水質(zhì)提高至地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，其中COD均值低于22mg/L，TP均值低于0.19mg/L，TN均值低于10mg/L[18]。浙江某城市污水廠采用改良式SBR+MBBR+深床反硝化濾池提標(biāo)改造工藝，使出水BOD5、NH3-N、TN和TP均值分別降為4.1mg/L、0.7mg/L、6.9mg/L和0.2mg/L[19]。

4.濕地生態(tài)技術(shù)

濕地生態(tài)技術(shù)凈化污水的過程是生物或基質(zhì)填料對濃度較低的污染物進(jìn)行吸附、過濾、沉淀及生物吸收、富集、降解等去除，其管理較為便捷，投資小，運(yùn)行成本低，凈化效果明顯，還可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境美化的最大化。該技術(shù)對于COD、BOD5、NH3-N以及TP等幾種物質(zhì)的處理效率可分別達(dá)到60.1%、55.3%、76.6%及40.5%乃至以上，且經(jīng)處理的出水水質(zhì)能達(dá)到有關(guān)規(guī)定中的Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)[20]。杜村寺采用“強(qiáng)化澄清調(diào)節(jié)池+微曝氣垂直潛流人工濕地+水平潛流人工濕地+表面流人工濕地+氧化塘”組合工藝構(gòu)建的人工濕地，出水水質(zhì)達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)[21]。王建等[22]以潛流人工濕地+表流人工濕地組合工藝實(shí)現(xiàn)了將濕地出水中COD、NH3-N濃度分別控制在30mg/L、1.5mg/L以下。

5.發(fā)展趨勢與展望

（1）工藝優(yōu)化與提升。通過對已投產(chǎn)使用的深度處理工藝，從處理效果、數(shù)據(jù)分析、物料損耗等方面綜合分析，不斷優(yōu)化工藝參數(shù)，提升工藝效果。

（2）技術(shù)綠色化發(fā)展。使城鎮(zhèn)生活污水深度處理技術(shù)和方法朝著創(chuàng)新的、綠色無污染的方向發(fā)展，減少處理過程物質(zhì)資源的耗損以及污染廢棄物的產(chǎn)生。例如微藻生物技術(shù)，微藻在深度去除氮、磷的過程中具有巨大的潛力，在脫氮除磷的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)空氣中CO2的固定，并生成O2，提高水中溶解氧的含量，大大降低了成本和二次污染的可能[23]。

（3）技術(shù)資源化發(fā)展。在利用深度處理技術(shù)處理污水時(shí)，不僅要注重提高水質(zhì)，還要注重能源回收和資源化利用。例如生活污水中含有一定的氮磷，經(jīng)深度處理技術(shù)處理達(dá)到再生水水源要求后可作為城市綠化及農(nóng)田灌溉用水回用。

（4）智能化應(yīng)用與管理。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)等監(jiān)測和管理生活污水的深度處理。

6.結(jié)語

各城鎮(zhèn)污水廠應(yīng)根據(jù)污水的水質(zhì)水量特點(diǎn)，綜合考慮排水標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)成本等情況，因地制宜地選擇合適的深度工藝進(jìn)行協(xié)同處理，提高污染物的處理效率，滿足質(zhì)量要求。同時(shí)，未來城鎮(zhèn)污水深度處理工藝也將朝著綠色資源化、創(chuàng)新化、智能化方向發(fā)展，進(jìn)一步滿足我們的需求。