污水廠一級A穩(wěn)定達標(biāo)的工藝分析與建議
發(fā)布日期：2017-11-30 點擊：1055
在GB 18918-2002的制訂過程中，設(shè)立“一級標(biāo)準(zhǔn)A標(biāo)準(zhǔn)”的初衷是，在國家相關(guān)再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)未出臺之前，作為再生水水質(zhì)的過渡性標(biāo)準(zhǔn)與參考基準(zhǔn)。某種意義上說，一級A標(biāo)準(zhǔn)的初衷不是作為排放標(biāo)準(zhǔn)，而是再生水水質(zhì)的基本要求。因此，可以認(rèn)為，城鎮(zhèn)污水處理廠出水一級A達標(biāo)的工藝流程實際上相當(dāng)于城鎮(zhèn)污水再生處理工藝流程，是污水二級強化處理、三級處理、高級處理和消毒的不同組合與集成。污水二級強化處理是一級A穩(wěn)定達標(biāo)的關(guān)鍵工藝單元，其選取既要考慮二級處理出水中的主要水質(zhì)指標(biāo)(TN、NH3-N、COD、TP)能否達到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，更要考慮后續(xù)深度處理對前處理工藝的要求，前處理和后處理工藝能夠相互補充以增強整個工藝流程的總體效能。
1 一級A穩(wěn)定達標(biāo)的主要工藝單元考慮
從技術(shù)可行性和經(jīng)濟合理性角度考慮，有機物(COD、BOD5)和氮、磷的達標(biāo)去除應(yīng)盡量在污水二級生物處理工藝單元中完成，特別是TN和NH3-N的去除。二級(強化)處理應(yīng)確保有機物、懸浮固體和氮磷營養(yǎng)物有足夠高的去除率，一般采用生物除磷和生物硝化/反硝化方法，必要時增加化學(xué)協(xié)同除磷。特殊(微量)污染物和有毒有害物質(zhì)應(yīng)盡量在工業(yè)企業(yè)源頭加以控制，必要時在深度處理工藝流程中設(shè)置針對特定水質(zhì)指標(biāo)的處理單元。表1匯總了城鎮(zhèn)污水處理廠一級A穩(wěn)定達標(biāo)處理中可供選擇采用的代表性工藝操作單元。
二級(強化)處理之后的深度處理應(yīng)以過濾工藝為核心單元、混凝沉淀為強化手段，起到高效去除懸浮固體和膠體物質(zhì)的作用，降低處理水的濁度和消除病原體，必要時通過調(diào)整混凝劑優(yōu)選和劑量同步完成化學(xué)除磷。高級處理是達標(biāo)深度處理的選用單元，通過物理、化學(xué)或生物方法更充分地去除水中某些特定的成分，例如反硝化濾池去除硝態(tài)氮，活性炭吸附和臭氧化去除難生物降解有機物及脫色、反滲透法去除溶解性固體。消毒處理是達標(biāo)的必備單元，也是深度處理流程的最后一個單元，其功能是利用物理、化學(xué)或生物的方法去除和滅活水中的各種病原體。
2 一級A穩(wěn)定達標(biāo)的工藝單元選擇
針對太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠的除磷脫氮改造需求，結(jié)合代表性城鎮(zhèn)污水的水質(zhì)特點和水質(zhì)處理要求，以表1所列出的工藝單元為基礎(chǔ)，按圖1所示的工藝選擇過程組合出適合該區(qū)域城鎮(zhèn)污水處理廠出水一級A穩(wěn)定達標(biāo)的基本工藝流程及變化方式。
在城鎮(zhèn)污水一級A穩(wěn)定達標(biāo)處理工藝流程中，粗格柵、細格柵、提升泵站和沉砂池是必備的前處理工藝單元，二級生物處理采用膜生物反應(yīng)器(MBR)時，還需要在前端設(shè)置超細格柵(1mm間距)。除非進水懸浮物濃度很低或進水SS/BOD5比值較低，否則，常規(guī)初沉池或高負(fù)荷沉淀池應(yīng)該成為必選工藝單元，以盡量去除進水中的無機懸浮固體。后續(xù)生物處理單元存在碳源不足時，可考慮初沉污泥的產(chǎn)酸發(fā)酵以補充優(yōu)質(zhì)碳源，或者部分時段超越初沉池直接進入生物處理池。
二級生物處理工藝的選擇是一級A穩(wěn)定達標(biāo)的最重要環(huán)節(jié)，特別是TN和NH3-N的穩(wěn)定達標(biāo)去除，對于氮磷去除，建議采用回流污泥反硝化生物除磷脫氮(改良A2/O)及其變型工藝作為基本工藝流程，目前已經(jīng)得到較為廣泛的工程應(yīng)用�？刹扇〉闹饕に嚳刂萍案倪M措施為：
(1)污水生物處理系統(tǒng)采用15d以上的設(shè)計泥齡，考慮進水水質(zhì)水量的變動和運行操作的調(diào)節(jié)能力限制，實際運行過程中應(yīng)盡量控制在12～20d的范圍內(nèi)，以保障冬季低水溫(例如10℃)條件下生物處理池有足夠數(shù)量的硝化菌與硝化能力。
(2)可采用環(huán)形溝道生物反應(yīng)池(氧化溝)池型構(gòu)造，較高倍率的循環(huán)流量形成快速混合作用，加上多個溝道的串聯(lián)，可以明顯減小進水水質(zhì)水量的時變化峰值系數(shù)(由3～10倍降低到1.5倍左右)，相應(yīng)降低出水NH3-N濃度的波動，有效發(fā)揮硝化菌的作用，有利于NH3-N穩(wěn)定達標(biāo)。
(3)進水水質(zhì)水量的波動和碳氮比偏低是影響TN穩(wěn)定達標(biāo)的最主要因素，進水水質(zhì)水量的波動通過溝道串聯(lián)布置來緩解，碳源不足可通過初沉污泥發(fā)酵進行一定程度的補充;必要時，補充外部碳源(例如甲醇、醋酸鈉、醋酸等)強化生物反硝化效果。
(4)強化前端預(yù)處理以去除盡量多的進水無機懸浮固體，降低活性污泥的惰性組分含量，以提高生物池的反硝化速率，縮短反硝化所需時間或提高反硝化總量;部分溝(渠)道可按虧氧方式運行，促進同時硝化反硝化及部分短程硝化反硝化的實現(xiàn)，提高碳源利用效率和TN去除總量。
(5)冬季低溫到來之前，在秋季提前逐步提高整個污水生物處理系統(tǒng)的活性污泥總量，增加實際運行泥齡，系統(tǒng)中累積硝化菌和反硝化菌的總量，以改進和保障冬季的硝化和反硝化效果。
在二級處理出水TN和NH3-N穩(wěn)定達到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的情況下，可采用直接過濾或者混凝過濾的工藝單元進一步降低出水的COD、BOD5、SS和TP濃度，使其穩(wěn)定達標(biāo)�；瘜W(xué)混凝有助于強化COD、BOD5、SS和TP的去除以及后續(xù)過濾單元的穩(wěn)定運行。過濾方式可以有多種選擇，包括砂濾池、機械過濾器和膜過濾系統(tǒng)，主要取決于出水水質(zhì)的具體要求和達標(biāo)考核方式、處理出水的出路與用途、工程造價和運行成本、操作管理與運行調(diào)整難易等方面。
在二級處理出水TN和NH3-N不能穩(wěn)定達到一級A標(biāo)準(zhǔn)的情況下，需要采用反硝化濾池和曝氣生物濾池系統(tǒng)，將TN和NH3-N的進一步穩(wěn)定去除與過濾處理相結(jié)合，但這種方式的出水濁度和SS含量要高于砂濾、機械過濾和膜濾，另外，反硝化濾池需要投加外部碳源(甲醇)，去除1mg/L硝態(tài)氮一般需要投加3mg/L甲醇。
采用膜生物反應(yīng)器(MBR)時，生物處理與膜濾結(jié)合為一體，占地面積較小，出水感官指標(biāo)好，適合處理出水的直接再利用，但運行成本和工程投資高，曝氣能耗會有明顯的升高。
3 一級A穩(wěn)定達標(biāo)的基本工藝流程建議
3.1 基本工藝流程的構(gòu)成
一級A穩(wěn)定達標(biāo)的基本工藝流程為：二級強化處理+化學(xué)混凝(沉淀)+介質(zhì)過濾+消毒。這一工藝流程選擇基于二級強化處理出水的TN和NH3-N已經(jīng)能夠穩(wěn)定達到一級A標(biāo)準(zhǔn)，COD穩(wěn)定達到一級B標(biāo)準(zhǔn)，碳源BOD5一般在12mg/L以下。
其中，化學(xué)混凝(沉淀)過濾工藝包括以下三種主要組合方式：
①混凝沉淀過濾：快速混合+絮凝+沉淀+過濾。在快速混合池或進水管道內(nèi)完成快速混合，經(jīng)過絮凝反應(yīng)過后，在澄清池中沉淀處理，沉淀出水進入濾池過濾。在二級處理出水SS不穩(wěn)定或需要化學(xué)除磷的情況下，需要采用該工藝組合，以確保出水的全面穩(wěn)定達標(biāo)。
②化學(xué)絮凝過濾：快速混合+絮凝+過濾;在快速混合池或進水管道內(nèi)完成快速混合，經(jīng)過一定時間的絮凝反應(yīng)，不經(jīng)沉淀，直接進入濾池過濾。一般采用聚鋁或硫酸鋁作為化學(xué)除磷藥劑。
③微絮凝過濾：管道混合+過濾;通過快速混合器或管道內(nèi)部混合器完成化學(xué)藥劑的投加與快速混合，絮凝過程在深床上向流濾池的底部或深床重力流濾池的頂部完成，不設(shè)置中間沉淀段。采用聚鋁作為除磷藥劑時，需要一定的化學(xué)沉淀反應(yīng)時間，否則除化學(xué)磷效果會受到一定影響。
3.2 化學(xué)混凝處理
深度處理工藝流程中設(shè)置化學(xué)混凝劑投加系統(tǒng)，其核心目的是提高后續(xù)過濾工藝的顆粒去除性能，以增強懸浮物、膠體物質(zhì)、磷酸鹽和病原體的去除;混凝劑包括鋁鹽、鐵鹽、石灰、復(fù)合藥劑和聚合物等。
如果深度處理工藝系統(tǒng)在不投加化學(xué)藥劑的情況下就能穩(wěn)定達到TP去除要求和3 NTU的濁度，則允許混凝劑投加系統(tǒng)停止運行，但化學(xué)藥劑投加系統(tǒng)必須每月至少保持運行兩次，以保證需要時整個加藥系統(tǒng)能夠投入正常運行。
如果混凝工藝之后采用粒狀濾料濾池工藝，則化學(xué)混凝工藝應(yīng)至少滿足：
①連續(xù)監(jiān)測和記錄生物處理出水的濁度值，以便后續(xù)混凝劑投加設(shè)備能依據(jù)進水水質(zhì)的變化自動調(diào)整混凝劑的投加量。
②除微絮凝過濾外，設(shè)計中應(yīng)提供包括快速混合和絮凝池在內(nèi)的化學(xué)處理設(shè)施，必要時增加中間沉淀設(shè)施，以確保所有運行條件下均能達到后續(xù)過濾水質(zhì)的要求。
③深度處理設(shè)施的每個處理工藝單元(凝聚或快速攪拌以及絮凝等)應(yīng)至少設(shè)置兩套，以確保某一套設(shè)備停機維修、保養(yǎng)或反沖洗時，能連續(xù)進行再生處理。
④投加混凝劑的同時，提供足夠的初期快速混合或等效措施，以確保混凝劑在污水中的有效擴散和高效利用，促進后續(xù)絮凝反應(yīng)的高效完成。
⑤在絮凝反應(yīng)池中一般需要提供促進絮體粒子形成的模式。要通過慢速攪拌控制水流的紊流或攪拌強度，既要防止絮體粒子的沉淀，也要防止絮體的破碎與解體。
⑥工藝控制中不得出現(xiàn)絮凝時間不足，以防過濾出水中繼續(xù)發(fā)生絮凝而影響出水水質(zhì)。
⑦投加混凝劑后需要一定的時間才能形成肉眼可見的絮體，根據(jù)污水性質(zhì)以及所選混凝劑的不同，絮體形成的時間也有所不同，可能需要5min或更長時間。要提供充足的絮凝反應(yīng)停留時間，以確保絮體在污水過濾之前全部形成，而不是過濾之后繼續(xù)形成。絮凝反應(yīng)停留時間應(yīng)根據(jù)試驗測定結(jié)果或參照同類工程運行數(shù)據(jù)。
⑧不同污水處理廠的生物處理出水水質(zhì)會有一定程度的不同，每個擬建項目都需要進行前期試驗，合理選擇混凝劑和聚合物類型，以及相應(yīng)的設(shè)計投加量。
⑨采用絮凝后直接過濾方式時，建議快速混合單元的停留時間小于30s，絮凝單元的停留時間20 ~ 45 min。
3.3 過濾處理
過濾處理是達一級A達標(biāo)處理的重要組成部分，可以在消毒之前去除固體物質(zhì)、TP和濁度，從而能提高后續(xù)消毒效果，使病原微生物失活或去除。過濾技術(shù)的選擇不僅體現(xiàn)在出水水質(zhì)的好壞，而且也需要考慮操作難易程度、運行的限制條件、系統(tǒng)構(gòu)件的可靠性以及對流速和負(fù)荷變化的適應(yīng)性問題。粒狀濾料過濾是應(yīng)用時間最長，也是應(yīng)用效果最好的城市污水過濾處理技術(shù)。
濁度是混凝-絮凝沉淀-過濾工藝處理效果的主要度量參數(shù)，雖然不能用于度量病原體的去除程度，但濁度卻是出水消毒效果的重要控制指標(biāo)。濾池可采用雙層濾料濾池、單層濾料濾池、均質(zhì)濾料濾池等。
3.4 消毒處理
對于凈化處理水的消毒，其衛(wèi)生學(xué)與環(huán)境性能目標(biāo)包括：將微生物病原體的濃度降低到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低濃度標(biāo)準(zhǔn)值以下，達到國家規(guī)定的排入受納水體的水質(zhì)要求;不會因處理水的排放而增加用水過程與環(huán)境中有毒物質(zhì)的濃度;消毒效果穩(wěn)定可靠且經(jīng)濟有效;消毒劑或副產(chǎn)物的運輸、儲存或處置過程不會對公眾健康或環(huán)境造成額外風(fēng)險。可供應(yīng)用的消毒方法包括化學(xué)品消毒(例如氯化或臭氧消毒)、物理消毒(例如紫外消毒)、生物法消毒(例如滯留蓄水塘或生態(tài)凈化處理)等，膜濾技術(shù)也有較好的病原體去除效果。
三種典型消毒技術(shù)的特點為：
①氯化消毒：氯對E.coli 等腸道細菌的消毒非常有效，但對其他微生物種屬的消毒效果就沒有那么好，因此，使用大腸桿菌度量消毒效果時，應(yīng)考慮不同病原體類群對氯化消毒的敏感度。氯化消毒效果取決于pH、氯濃度和接觸時間，并受氨和懸浮固體的影響。氯化消毒的不足之處是，余氯對水生生物有毒害作用，還可能形成具有較大毒性、持久性和生物累積性的有機氯衍生物。
②臭氧消毒：與氯化消毒相比，臭氧對病毒和細菌的消毒效果要好得多，但如果條件不理想，滅菌的效果也會出現(xiàn)問題。臭氧在水中的溶解度較低，使其消毒能力明顯降低;另外，由于其反應(yīng)活性高，難以維持殘留臭氧，這可能導(dǎo)致微生物的再次生長。
③紫外消毒：UV消毒的效率主要取決于消毒前凈化處理水的物理化學(xué)水質(zhì)特征，水質(zhì)越好，UV消毒的效率越高。UV進行消毒的優(yōu)勢在于消毒速度快，而且不會增加處理水的毒性。與臭氧一樣，UV消毒不會在水中產(chǎn)生持久的殘存。需要經(jīng)長距離和長時間輸送或儲存時，可能存在微生物再次繁殖的風(fēng)險。
4 達標(biāo)排放與再生利用兼顧的工藝流程
考慮到再生水利用的水質(zhì)可靠性和穩(wěn)定性要求較高，一級A達標(biāo)排放與再生水生產(chǎn)相結(jié)合的基本工藝流程為：二級強化生物處理+膜過濾(多層濾料過濾)+消毒，必要時膜過濾之前增加混凝沉淀預(yù)處理。有化學(xué)除磷需求，或者生物處理出水SS濃度偏高時，應(yīng)采取混凝沉淀預(yù)處理。
4.1 混凝沉淀
可選用鋁鹽、鐵鹽、石灰、聚合物等作為化學(xué)混凝劑。不同污水處理廠的生物處理出水水質(zhì)會有一定程度的不同，每個擬建項目都需要進行初期試驗研究，以合理選擇混凝劑和聚合物類型及設(shè)計投加量。
作為SS的達標(biāo)控制措施時，如果進水濁度低于10NTU，可以不投加化學(xué)藥劑。作為化學(xué)除磷的達標(biāo)控制措施時，應(yīng)保持加藥系統(tǒng)的運行，除非進水磷濃度已經(jīng)低于限定的標(biāo)準(zhǔn)值。投加鐵鹽或鋁鹽進行化學(xué)除磷的摩爾比一般為2 ~ 3，通常通過試驗確定�；瘜W(xué)除磷和生物除磷均盡量安排在生物處理工序完成，以降低處理成本和藥劑消耗量。
在絮凝反應(yīng)池中一般需要提供某些促進絮體粒子形成的方式。通過慢速攪拌控制水流的紊流或攪拌強度，既要防止絮體粒子的沉淀，也要防止絮體的破碎與解體。要提供一定的絮凝反應(yīng)停留時間，一般為10 ~ 20 min，具體根據(jù)試驗測定結(jié)果或參照同類工程的生產(chǎn)性運行數(shù)據(jù)。
沉淀工序采用平流沉淀池時，沉淀時間可選用2.0 ~ 4.0 h，水平流速可采用l.0 ~ 10.0 mm/s。如采用澄清池，上升流速可選用0.4 ~ 0.6 mm/s。需要連續(xù)監(jiān)測和記錄生物處理出水的濁度值，以便后續(xù)混凝劑投加設(shè)備能依據(jù)進水水質(zhì)的變化自動調(diào)整混凝劑的投加量。
4.2 膜過濾
經(jīng)過前端工序處理后進行膜過濾(微濾、納濾等)，采用微濾膜過濾時，主要技術(shù)參數(shù)為：
①微濾膜孔徑宜選擇0.2 μm或0.1 ~ 0.2 μm。
②二級處理出水進入微濾裝置前，應(yīng)投加適量抑菌劑;如果沒有混凝沉淀預(yù)處理，應(yīng)進行粗過濾處理(500 μm)。
③微濾系統(tǒng)宜設(shè)置在線監(jiān)測微濾膜完整性的自動測試裝置和自動反沖洗系統(tǒng);可以采用氣水反沖系統(tǒng)，也可根據(jù)膜材料采用其他沖洗措施。
④微濾系統(tǒng)宜采用自動控制系統(tǒng)，在線監(jiān)測過膜壓力，控制反沖洗過程和化學(xué)清洗周期，多數(shù)處理系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)為：反沖洗周期30 ~ 60 min，化學(xué)清洗周期：20 ~ 40 d。
⑤要求微濾或其他等效膜過濾的出水濁度不超過0.5 NTU。
4.3 消毒處理
膜過濾能有效去除微粒、細菌、某些病毒、藻類和原生動物。原生動物一般大于0.2 μm，通過微濾可以有效去除，這使得該方法優(yōu)于其他技術(shù)。粒徑大于0.2 μm的病毒(包括多數(shù)腸道病毒)也能得到有效去除。但反沖洗液中含有大量的微生物污染。膜濾出水需要進一步消毒處理，可以采用氯化或紫外線消毒，或其他等效方法，要求消毒出水的糞大腸菌群數(shù)小于3 MPN/L。
5 低濃度和高濃度城鎮(zhèn)污水的達標(biāo)工藝流程
5.1 低氮磷生物處理出水的達標(biāo)處理工藝
部分中低濃度污水和進水水質(zhì)特性較好的中等濃度污水，其二級處理出水的TN、NH3-N已經(jīng)能夠達到一級A標(biāo)準(zhǔn)，TP、COD和BOD5接近一級A標(biāo)準(zhǔn)，只要直接進行過濾處理，出水水質(zhì)就可以全面達到一級A標(biāo)準(zhǔn)的要求，過濾方式包括砂濾池、機械過濾器或膜過濾系統(tǒng)等。
5.2 一級A穩(wěn)定達標(biāo)工藝流程的功能擴展
在二級強化生物處理+化學(xué)混凝(沉淀)+過濾的基本工藝流程的出水水質(zhì)難以穩(wěn)定達到一級A標(biāo)準(zhǔn)的情況下，需要在基本工藝流程的基礎(chǔ)上擴展某些功能。例如：在二級強化生物處理部分，主要包括好氧生物池添加填料提高硝化能力和硝化穩(wěn)定性，缺氧段投加碳源提高反硝化能力及其穩(wěn)定性，初沉污泥發(fā)酵和剩余污泥破解補充碳源。在二級強化生物處理之后，主要包括去除氨氮的曝氣生物濾池，去除TN的反硝化濾池，去除COD的活性碳吸附，脫除色度的臭氧氧化，脫除鹽分的反滲透，以及膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用，等等。
需要特別注意的是，采用投加外部碳源的方式強化生物脫氮效果時，對于進水總氮濃度高、碳氮比低的城鎮(zhèn)污水處理廠，其工程投資和運行費用可能出現(xiàn)大幅度的增加，使得單位資金投入的減排效果并不顯著，此時應(yīng)該特別加強源頭控制，一是降低排入污水管網(wǎng)的原水總氮濃度，二是適當(dāng)降低存在優(yōu)質(zhì)碳源的工業(yè)污水(例如生物發(fā)酵行業(yè)排水)的BOD5排放要求，以提高城鎮(zhèn)污水處理廠進水的碳氮比和優(yōu)質(zhì)碳源(可快速生物降解有機物)比例。
