張源野

(中煤天津設(shè)計工程有限責任公司，天津 300120)

0 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，水資源污染的問題也日益凸顯。大量污水排放(或不達標排放)造成了嚴重的環(huán)境負擔，特別是在廣大的鄉(xiāng)村地區(qū)，存在農(nóng)業(yè)廢水污染、生活污水污染等問題。本文結(jié)合具體調(diào)研項目，針對村鎮(zhèn)地區(qū)經(jīng)濟條件差、人員管理能力弱的特點，對村鎮(zhèn)生活污水處理技改的要點進行討論。

1 常規(guī)處理工藝

筆者先后參與了多項生活污水處理工程設(shè)計，常規(guī)處理技術(shù)包括活性污泥法、生物膜法和氧化法。目前國內(nèi)城市生活污水廠處理方法最常用的處理工藝為活性污泥法(A/A/O)、間歇式活性污泥法(SBR)、推流式活性污泥法(氧化溝)等?；钚晕勰嗵幚砉に嚲哂羞\行費用低、工藝成熟可靠的優(yōu)勢。但隨著國家環(huán)保標準及自控要求的提高，活性污泥處理工藝流程長、污泥量多、臭味大、操作較復(fù)雜的特點越來越不適應(yīng)當前的市場需要。常規(guī)活性污泥法已難以適應(yīng)國家法律法規(guī)和環(huán)境的要求，必須增加后續(xù)深度處理單元。

2 提標技改處理工藝

據(jù)前沿技術(shù)資訊介紹，曝氣生物濾池(以下簡稱BAF)可作為傳統(tǒng)城市污水處理工藝的深度處理工藝，占地少、投資小、運行穩(wěn)定可靠、檢修維護量少，出水水質(zhì)可達《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)中一級A標準，是城鎮(zhèn)污水處理廠及小型污水處理廠的后續(xù)升級改造或者深度處理的首選工藝(除磷有特殊要求時可輔助化學除磷)。為了充分掌握BAF工藝的應(yīng)用，筆者通過實地調(diào)研山東濰坊諸城市禹王街道污水處理廠、林家村鎮(zhèn)污水處理廠，進一步掌握了BAF工藝的實際應(yīng)用和運行管理，為后續(xù)工作打下技術(shù)基礎(chǔ)。

3 BAF工藝介紹

3.1 BAF技術(shù)原理

BAF屬于生物膜法的范疇，又兼?zhèn)渚哂谢钚晕勰喾承┨攸c。BAF工藝原理主要有3個過程。

1)濾池中裝填一定數(shù)量粒徑較小的粒狀濾料，通過濾池內(nèi)部的曝氣，濾料表面生長著高活性的生物膜。污水流經(jīng)時，利用濾料表面高活性生物膜以及濾料之間生物絮體的生物氧化降解作用，對污水進行生化處理，此為生物氧化降解過程。

2)因濾料粒徑變小且呈壓實狀態(tài)，在生物膜及濾料之間生物絮凝的生物吸附作用下，濾層可以吸附、截留污水中絕大部分的懸浮物(包括脫落的生物膜)，其后不需設(shè)置沉淀池，因而表觀上類似一個濾池，稱為過濾過程。生物氧化降解過程和過濾過程在曝氣生物濾池中是同時發(fā)生的。

3)隨著運行時間的延長，濾池水頭損失逐漸增加，當達到設(shè)計值時需要對其進行反沖洗，清洗截留的懸浮物以及老化的生物膜，此為反沖洗過程。水流方向多采用上向流式，即池底進水池頂出水，有的也用下向流式。上向流式采用穿孔管池底配水，濾板及濾頭則安裝于池的頂部，以阻擋濾料流失并收集出水。下向流式采用大阻力配水系統(tǒng)。輕質(zhì)多孔濾料粒徑小、比表面積大，容積負荷可以很高，濾池面積可大大縮小。由于水流方向與濾料壓密方向一致，可同時完成生物接觸氧化與固液分離，通?？墒∪ズ罄m(xù)的二沉池。沖洗方式為三段式氣水反沖洗，即先氣洗，氣水聯(lián)合沖洗然后單獨水洗。反洗空氣由鼓風機通過池底的配氣系統(tǒng)提供。反洗水流方向則自上而下(上向流濾池)或自下而上(下向流濾池)。

BAF工藝類型和操作方式有多種，各具特點，但其基本原理是一致的。反應(yīng)器內(nèi)填料上所附生物膜中微生物起氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的食物鏈分級捕食作用，以及生物膜內(nèi)部微環(huán)境和厭氧段的反硝化作用。

3.2 技術(shù)特點及優(yōu)勢

1)耐沖擊負荷。BAF池(反應(yīng)器)在短時間(4 h)內(nèi)承受2倍于正常負荷，而出水水質(zhì)基于不變。抗沖擊負荷的主要機理是生物膜的生物吸附作用。在正常負荷下，微生物時刻處于一種“饑餓”狀態(tài)，一旦出現(xiàn)沖擊負荷，生物膜會過量吸附有機營養(yǎng)物。

微生物被固定于載體表面，系統(tǒng)脫氨氮效果好，去除率可達到90%以上，總氮去除率可達75%以上，COD去除率大于85%，BOD去除率大于90%。受氣候、水量和水質(zhì)變化影響小，特別適合于寒冷天氣地區(qū)，并可間歇運行。

2)占地面積小，占活性污泥法工藝1/5～1/3。BAF具有較高的處理負荷，表面負荷(濾速)可達到1.5～2.5 m/h，因此占地面積很小，對污水處理廠占地緊張的實際情況尤為適用。

3)掛膜啟動快，運行靈活，無需投放菌種及細菌的培養(yǎng)及馴化。BAF在12℃以上水溫，掛膜時間僅需要2～3周；當BAF停運后，需要再次啟動僅需要3～7 d時間。

4)常規(guī)的厭氧好氧生物系統(tǒng)能產(chǎn)出難聞的氣味，嚴重影響周圍的空氣環(huán)境，其原因在于厭氧分解時產(chǎn)出大量的沼氣及硫化氫氣體，封閉不嚴時會從水中溢出。而BAF工藝分解產(chǎn)生的氣體在通過好氧生物層時，被好氧菌吸收利用。硫化物被固定在好氧菌體內(nèi)，甲烷等有機氣體被進一步分解為無味的無機氣體和水，幾乎無不良氣味產(chǎn)生。

5)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強。BAF的自動控制主要是實現(xiàn)自動反沖洗和反沖洗后的正常過濾，控制的對象是閥門、水泵、風機，全部為開關(guān)控制，采用PLC系統(tǒng)(或者DCS系統(tǒng))控制結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，可靠性強。

6)工藝運行穩(wěn)定，出水水質(zhì)好，可達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)中一級A標準。

7)BAF工藝可全部做成鋼制模塊化設(shè)備，安裝工期短，利于維護管理及后期改、擴建。

8)運行費用低。因BAF能耗低，濾池水頭損失小，水泵揚程小，無需加藥。

9)BAF工藝集生物氧化和截留懸浮固體于一體，產(chǎn)生的污泥量少，節(jié)省了后續(xù)沉淀池。

10)工藝流程短、氧傳輸效率高、供氧動力消耗低，處理單位體積污水的電耗低。

3.3 常規(guī)生活污水處理工藝+BAF工藝流程

對于村鎮(zhèn)生活污水處理，后期升級技改BAF工藝，其流程如下：生活污水→格柵井→預(yù)沉調(diào)節(jié)池→混凝反應(yīng)池→初沉池→水解酸化池→接觸氧化池→二沉池→中間水池→BAF池→活性炭濾池→清水池→出水回用或達標排放。

其中從格柵井至二沉池為典型的生活污水常規(guī)處理工藝，中間水池至清水池為后續(xù)提標技改升級BAF工藝的典型流程。

格柵井、預(yù)沉調(diào)節(jié)池、初沉池、二沉池排泥進入污泥濃縮池，經(jīng)壓濾脫水后的污泥外運處理。

3.4 BAF與其他技改深度水處理工藝比較

BAF與其他技改深度水處理工藝性能對比見表1，經(jīng)濟對比見表2。以處理量為1 000 m3/d污水處理廠為例，進水為城市污、廢水，出水達到一級A的排放標準。

表1 BAF與其他技改深度處理工藝對比分析表

表2 BAF與其他技改深度處理工藝經(jīng)濟費用對比分析表

3.5 BAF工藝實際運行效果

目前BAF技術(shù)通過產(chǎn)、學、研合作，在國內(nèi)數(shù)千家污水處理廠取得良好效果。目前國內(nèi)應(yīng)用BAF工藝的萬噸級污水廠已超過30個，總處理量超100×104m3/d。全國總共有數(shù)以千計的污水處理廠采用了BAF處理工藝或者在原有污水處理工藝基礎(chǔ)上，后期技改增設(shè)了BAF處理工藝。在北京、上海、河北、山東、山西、內(nèi)蒙、新疆、海南等各地已有多個成功項目。適用于城鎮(zhèn)生活污水、小區(qū)生活污水、中水、生活雜排水和食品加工廢水、釀造和造紙等廢水處理。BAF工藝相關(guān)技術(shù)獲得國家發(fā)明專利3項，實用新型專利1項。

通過對山東濰坊諸城市舜王街道污水處理廠及林家村鎮(zhèn)污水處理廠實地調(diào)研，其BAF工藝流程與具體運行出水指標情況如下。

3.5.1 舜王街道污水處理廠

山東省諸城市舜王街道污水處理廠，以城市生活污水、農(nóng)業(yè)廢水為主。根據(jù)已有污水處理工藝，出水可以達到《城鎮(zhèn)污水處理廠 污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級B標準。增加BAF污水深度處理單元，污水經(jīng)BAF工藝深度處理后達到《城鎮(zhèn)污水處理廠 污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A標準(見表3)。污水處理規(guī)模1 000 m3/d，處理工藝流程如下。

表3 增加BAF工藝技改后舜王街道污水處理廠進出水水質(zhì)對比 單位:mg/L

原水→調(diào)節(jié)池→污水提升泵→旋流沉砂池→水解酸化池→速分生物反應(yīng)池→中間水池→中間水泵→BAF反應(yīng)器→石英砂過濾器→回用水池(消毒)→出水。

舜王街道污水處理廠由6個人分3班負責維護運營，提標技改后已運行1年，出水水質(zhì)指標低于《城鎮(zhèn)污水處理廠 污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A標準。出水作為附近工業(yè)企業(yè)用水，其余補充至濱河。

3.5.2 林家村鎮(zhèn)污水處理廠

山東省諸城市林家村鎮(zhèn)污水處理廠，進水主要為生活污水、農(nóng)業(yè)廢水。水質(zhì)、水量沖擊負荷較大。該廠采用分期建設(shè)、模塊化運行的設(shè)計模式，解決近期和遠期林家村鎮(zhèn)污水處理的難題。根據(jù)已有污水處理工藝，出水可以達到《城鎮(zhèn)污水處理廠 污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級B標準。增加BAF污水深度處理單元，污水經(jīng)BAF工藝深度處理后達到《城鎮(zhèn)污水處理廠 污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A標準(見表4)。污水處理規(guī)模為2 000 m3/d，處理工藝流程如下。

表4 技改后林家村鎮(zhèn)污水處理廠進出水水質(zhì)對比(運行1年后) 單位：mg/L

原水→調(diào)節(jié)池→污水提升泵→旋流沉砂池→水解酸化池→速分生物反應(yīng)池→中間水池→中間水泵→BAF反應(yīng)器→石英砂過濾器→回用水池(消毒)→出水。

該污水處理廠提標技改后已運行1.5年，出水水質(zhì)指標低于《城鎮(zhèn)污水處理廠 污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A標準，出水作為附近工業(yè)企業(yè)用水，其余補充郭家村水庫。

4 結(jié)論

BAF工藝在投資、占地、出水水質(zhì)、運行費用等方面具有較高優(yōu)勢，是一種性價比高的深度處理工藝，非常適合應(yīng)用在城市、村鎮(zhèn)污水處理廠的深度處理或者后期技改，在污水處理和廢水處理中有廣闊的應(yīng)用前景。

應(yīng)用BAF工藝，還需要注意以下幾點。

1)當對出水有較高脫氮要求時，一般需要采用兩級曝氣生物濾池，通過控制供氧在濾層內(nèi)分別造就缺氧或好氧環(huán)境，令生物膜上繁殖的優(yōu)勢菌種分別為好氧異養(yǎng)菌或硝化菌、反硝化菌，從而達到除碳及脫氮目的。

2)對除磷要求較高時，以化學絮凝法為主(濾前投加鐵鹽或鋁鹽)，濾池內(nèi)聚磷菌在厭氧與好氧交替情況下對污水中磷的過剩攝取進行生物除磷為輔。

3)BAF工藝對前期處理工段要求較高。不得有毛發(fā)、塑料皮等較大懸浮物，控制進水SS≤60 mg/L。