虞波，高來順，李紅建

（揚(yáng)州澄露環(huán)境工程有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

水資源在生產(chǎn)生活中占有重要地位。水資源需求量隨著不斷發(fā)展的社會經(jīng)濟(jì)和不斷增加的人口數(shù)量而不斷增長，水資源利用出現(xiàn)較大壓力，形勢不容樂觀。在水資源短缺時(shí)，其開發(fā)與利用仍不夠完善。有相關(guān)學(xué)者指出，當(dāng)前國內(nèi)每年約產(chǎn)生90 億噸以上的生活污水，而多數(shù)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(zhì)量將會不斷增加。因此，對污水處理技術(shù)開展研究，以加強(qiáng)污水處理質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)水資源節(jié)約的目標(biāo)已經(jīng)迫在眉睫。

1 組合式一體化污水處理設(shè)備設(shè)計(jì)思路

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

1.1 A/O 工藝

缺氧反應(yīng)系統(tǒng)和好氧反應(yīng)系統(tǒng)是A/O 污水生物處理系統(tǒng)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(qū)，可以充分發(fā)揮厭氧菌群高耐受和高有機(jī)負(fù)荷的優(yōu)點(diǎn)，在第二級放置好氧菌群可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，處理效果較好，運(yùn)行較為穩(wěn)定。A/O 工藝有較為簡單的工藝流程，便于運(yùn)行管理。

傳統(tǒng)A/O 工藝中共有兩個(gè)污水回流裝置，一個(gè)可回流二次沉淀區(qū)中的污泥到系統(tǒng)初始位置，一個(gè)可回流好氧區(qū)出水到厭氧位置以進(jìn)行厭氧反硝化作用。好氧區(qū)出水溶解氧含量較高，可對厭氧區(qū)反硝化細(xì)菌生命活動(dòng)進(jìn)行抑制，而反硝化反應(yīng)也會在一定程度上使好氧區(qū)產(chǎn)生硝酸鹽，兩者在厭氧區(qū)中聚集會導(dǎo)致污水處理復(fù)雜化，使其運(yùn)行機(jī)理難以分析，運(yùn)行參數(shù)不易確定，增加設(shè)備的運(yùn)行管理成本，使設(shè)備維護(hù)的成本大大提高。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)合并了兩個(gè)回流途徑，A/O 工藝在改良后可將沉淀區(qū)混合液回流到系統(tǒng)的進(jìn)水口，實(shí)現(xiàn)同時(shí)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(fù)合生物處理系統(tǒng)

污水生物處理技術(shù)有活性污泥法和生物膜法?；钚晕勰喾ㄍ顿Y較少，且運(yùn)行管理相對簡單，進(jìn)水穩(wěn)定且處理效果較好，但存在抗沖擊性能不足等缺點(diǎn)，容易出現(xiàn)污泥膨脹等問題，且外界容易對其產(chǎn)生較大影響。生物膜法存在運(yùn)行管理上的缺陷，如生物膜需要較高成本，且需定期反復(fù)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(yōu)缺點(diǎn)，在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，選擇使用復(fù)合生物處理系統(tǒng)。在該系統(tǒng)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(jié)合活性污泥和生物膜的特點(diǎn)，確保兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)均得到充分發(fā)揮，使有機(jī)污染物的去除更高效，成本更低。

1.3 一體化處理結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)中存在較多的處理單元，各處理單元又分別設(shè)置，大大提升基建設(shè)備的占地面積和投資，且流程更加復(fù)雜?；诖?，提出污水處理一體化工藝。

污水處理一體化工藝可以在時(shí)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(gòu)筑物進(jìn)行有效組建，可避免多單元操作，實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

當(dāng)前，污水處理一體化思想已有廣泛應(yīng)用，如一體化氧化溝技術(shù)和SBR 技術(shù)等。污水一體化處理技術(shù)可在農(nóng)村地區(qū)的污水處理中得到廣泛應(yīng)用，其特點(diǎn)有：一是系統(tǒng)中的擋板可共用，使基建材料有效減少；二是運(yùn)輸污泥的距離較短，能夠有效節(jié)約各項(xiàng)材料；三是占地面積較少，施工簡便；四是結(jié)構(gòu)緊湊，有較快的反應(yīng)速度。

2 組合式一體化設(shè)備構(gòu)造

基于設(shè)計(jì)思路進(jìn)行一體化設(shè)備的設(shè)計(jì)，具體如圖3所示。

圖3 組合式一體化污水設(shè)備構(gòu)造示意圖

組合式一體化污水處理設(shè)備包括沉淀池、厭氧池和好氧池等，結(jié)構(gòu)較為緊湊且簡單。以矩形桶的形式設(shè)計(jì)組合式一體化污水處理設(shè)備有利于施工組裝和節(jié)省費(fèi)用。

組合式一體化工藝使用的是復(fù)合生物處理系統(tǒng)，在厭氧池中配備有立體網(wǎng)狀填料，可溶性有機(jī)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(jī)物和氮等物質(zhì)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(qū)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(jìn)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(tài)氮可被還原成氮?dú)?，而在回流管道充氣口的閥門可有效調(diào)節(jié)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(shù)微生物，少部分脫落的老化生物膜會不斷循環(huán)在設(shè)備內(nèi)部，可在一定程度上實(shí)現(xiàn)硝化，而僅有較少的污泥無法硝化需排出反應(yīng)槽。因此，該設(shè)備沒有專門的污泥處理槽，當(dāng)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(qū)中采用的是立體網(wǎng)狀填料。該種填料主體由多根絲條所構(gòu)成，為有序的空間立體柱狀結(jié)構(gòu)，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(xiàn)黏結(jié)成團(tuán)的現(xiàn)象。

好氧區(qū)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(zhì)填料直接投放進(jìn)水處理構(gòu)筑物中，共同發(fā)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(gè)位置停留，曝氣時(shí)會跟隨水流流動(dòng)，即會表現(xiàn)出“移動(dòng)的生物膜”的現(xiàn)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(dòng)會隨之出現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)，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(gòu)造物也僅有較低要求，結(jié)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(shè)備工藝流程

當(dāng)組合式一體化處理設(shè)備有污水進(jìn)入時(shí)，會先經(jīng)過沉淀分離池進(jìn)行預(yù)處理，將大顆粒和懸浮物篩選掉，以提高污水可生化性；再進(jìn)到厭氧過濾池進(jìn)行生物分解等反應(yīng)，以使污水里的有機(jī)物濃度有所降低；最后進(jìn)到好氧曝氣池中生物降解，使污水有機(jī)物等物質(zhì)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(shè)置到沉淀池溢水堰中又可對其進(jìn)行消毒。經(jīng)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(yīng)，以還原硝態(tài)氮成氮?dú)?。具體工藝如圖4 所示。

圖4 組合式一體化污水處理設(shè)備工藝流程圖

3 系統(tǒng)性能研究

以某污水處理廠為依托，以其進(jìn)口污水開展實(shí)驗(yàn)，原水水質(zhì)如表1 所示。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可采用微生物自然生長繁殖方法，但為更快獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)時(shí)使用的是接種污泥法。

表1 原水水質(zhì)

3.1 COD 去除效果分析

在啟動(dòng)初期，組合式一體化污水處理設(shè)備主要通過厭氧區(qū)立體網(wǎng)狀填料中的微生物去除COD。從試驗(yàn)現(xiàn)場看，啟動(dòng)組合式一體化污水處理設(shè)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(tǒng)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(tuán)出現(xiàn)之后隨之增加。啟動(dòng)初期控制流量為48L/h，系統(tǒng)水力停留時(shí)間較短會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)較大的容積負(fù)荷，且內(nèi)部生物數(shù)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(jīng)過九天的運(yùn)行后，內(nèi)部已有豐富的生物量，且基本建立生物膜的情況下，系統(tǒng)有約50%的COD 去除率。此時(shí)，在20℃水溫和18h 水力停留時(shí)間下，COD 濃度可滿足國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。啟動(dòng)階段COD 去除效果圖如圖5。

圖5 啟動(dòng)階段COD 去除效果

從結(jié)果看，COD 去除率在啟動(dòng)后的11 天時(shí)有顯著提高。此外，厭氧區(qū)有較快的COD 濃度減少，好氧區(qū)則相對較慢，因此，可以認(rèn)為多數(shù)有機(jī)物在啟動(dòng)階段多數(shù)在厭氧區(qū)中被降解。對所得數(shù)據(jù)做出進(jìn)一步分析可得圖6所示結(jié)果。

圖6 啟動(dòng)階段各反應(yīng)區(qū)COD 變化情況

從結(jié)果看，在經(jīng)過20 天的啟動(dòng)后，出水COD 僅有60%以下的濃度，COD 去除率保持在70%～80%。隨著進(jìn)水COD 濃度有所波動(dòng)，但有較為穩(wěn)定的出水COD，出水水質(zhì)符合國家一級標(biāo)準(zhǔn)的要求，表明系統(tǒng)穩(wěn)定性較高。

3.2 氨氮去除效果分析

所得結(jié)果如圖7 所示。

圖7 啟動(dòng)過程中的氨氮變化

氨氮在設(shè)備啟動(dòng)7 內(nèi)僅有較低的去除率，不具備明顯的去除效果。在經(jīng)過11 天的運(yùn)行后，約有27%的氨氮去除率且逐漸上升。在20 天的運(yùn)行后，約有60%的氨氮去除率，出水氨氮可滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。對原因進(jìn)行分析可知，設(shè)備啟動(dòng)初期，水力停留時(shí)間較短，設(shè)備中僅有較少的微生物處于懸浮狀態(tài)，可認(rèn)為在氨氮去除過程中，缺氧區(qū)的作用較小。好氧區(qū)曝氣裝置讓污泥里的微生物處于懸浮狀態(tài)，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(yùn)行一段時(shí)間后，缺氧區(qū)和好氧區(qū)的掛膜均有成功，使硝化和反硝化反應(yīng)有所增長，反應(yīng)速率得到較快，氨氮去除效果更佳。

4 結(jié)語

當(dāng)前，隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，人們的生活水平和經(jīng)濟(jì)水平有了顯著的提高。而在生活條件改善的同時(shí)也在一定程度上增加了生活污水量，但污水收集處理設(shè)施仍缺乏完整配套。因此，對運(yùn)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(shù)有重要意義。本文結(jié)合我國污水處理現(xiàn)狀，提出一體化污水處理工藝，并檢驗(yàn)其處理效果，從結(jié)果看，所設(shè)計(jì)一體化污水處理設(shè)備有較好的污水處理效果。