適用于準(zhǔn)Ⅳ類水體排放標(biāo)準(zhǔn)的污水處理工藝路線

本文針對(duì)國(guó)內(nèi)水質(zhì)監(jiān)管日益嚴(yán)格，多地采用地表準(zhǔn)Ⅳ類排放標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，對(duì)污水處理的適用工藝進(jìn)行總結(jié)與分類，通過(guò)分析各種工藝的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)，提出了關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)要求，旨在實(shí)現(xiàn)污水處理廠達(dá)標(biāo)排放及運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)的平衡。

［關(guān)鍵詞］ 水質(zhì)監(jiān)管；污水處理工藝；適用范圍

自水十條頒布之后，全國(guó)多地區(qū)多流域均采用嚴(yán)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí) A 的地方排放標(biāo)準(zhǔn)，在此背景下的提標(biāo)改造項(xiàng)目層出不窮。根據(jù)當(dāng)?shù)厥芗{水體環(huán)境容量，采用適宜當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)條件的污水處理工藝勢(shì)在必行。

1 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) - 準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)

“準(zhǔn)Ⅳ類”標(biāo)準(zhǔn)指的是污水中常規(guī)指標(biāo)除總氮外均達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，常規(guī)指標(biāo)對(duì)比具體見表 1。

1.1 工藝分析

城鎮(zhèn)污水處理廠出水一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于城鎮(zhèn)污水再生處理要求，將污水二級(jí)強(qiáng)化處理、三級(jí)處理、深度處理和消毒工藝進(jìn)行組合與集成。而準(zhǔn)Ⅳ類排放標(biāo)準(zhǔn)在一級(jí) A 的基礎(chǔ)上提出了更高的要求。

1.2 一級(jí)處理工藝

一級(jí)處理工藝主要去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物，根據(jù)來(lái)水類型及來(lái)水標(biāo)高，選用匹配的格柵類型，常用的一級(jí)處理工藝如下：

原污水→粗格柵→集水池及提升泵房→細(xì)格柵→沉砂池→初沉池，當(dāng)二級(jí)處理采用 MBR 膜系統(tǒng)時(shí)，需要增加膜格柵工藝段。本文對(duì)沉砂池及初沉池工藝類型進(jìn)行分析。

（1）沉砂池工藝。

平流沉砂池流態(tài)為平流，需保證適宜的水平流速，沉砂中約夾雜有 15% 的有機(jī)物，當(dāng)水質(zhì)水量波動(dòng)較大，去除效果難保證。

旋流沉砂池采用水力渦流，沉砂池中心處的旋流使得砂粒沉降。旋流沉砂池水力停留時(shí)間短，占地面積小，易設(shè)備化，但需保證前端細(xì)格柵柵條間距盡可能小，減少對(duì)葉輪及提砂裝置的磨損。

曝氣沉砂池采用鼓風(fēng)曝氣，通過(guò)砂水紊流碰撞去除，除砂率較穩(wěn)定。曝氣沉砂池耐沖擊性好，對(duì)于水量波動(dòng)較大的污水廠較為適用。但曝氣量無(wú)法實(shí)時(shí)控制，存在過(guò)度曝氣的問題。

平流沉淀池對(duì)于粗砂的去除率高于曝氣沉砂池，對(duì)于細(xì)砂的截留率則遠(yuǎn)低于曝氣沉砂池。實(shí)際工程中，需針對(duì)進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)及占地需求，選擇最為合適的工藝類型。

（2）初沉池工藝。

初沉池通過(guò)將非溶解性的有機(jī)物及無(wú)機(jī)物的沉降，BOD5 和 CODCr 含量都能在不同程度上下降，從而減輕了后續(xù)處理構(gòu)筑物的負(fù)荷，降低污水處理廠運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，在沉砂池后設(shè)置初沉池，用以緩沖SS 對(duì)污水系統(tǒng)的沖擊。初沉池經(jīng)過(guò)水解發(fā)酵的底泥也可引入?yún)捬醭?，為厭氧釋磷提供碳源。?zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)下，為保證總氮對(duì)碳源的需求，當(dāng) BOD/TKN ≤ 4 時(shí)，可不設(shè)初沉池，也可設(shè)置速沉池，有效去除無(wú)機(jī)物而保留非溶解性的有機(jī)物。

1.3 二級(jí)處理工藝

二級(jí)處理工段是整個(gè)污水處理系統(tǒng)的核心部分。目前廣泛使用的工藝為 A2/O 及其變形工藝，以及 MBR工藝。本文主要針對(duì)前者進(jìn)行闡述。

（1）A2/O 法及變形工藝。A2/O 工藝不僅具有較強(qiáng)的脫氮除磷功能，還具有很強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。A2/O工藝可以同時(shí)完成有機(jī)物的去除、硝化脫氮、磷的過(guò)量攝取而被去除等功能，脫氮必須保證 NH3-N 應(yīng)完全硝化，硝化產(chǎn)生的硝酸鹽才可進(jìn)行反硝化得以去除；缺氧池與好氧池聯(lián)合完成脫氮功能；厭氧池和好氧池聯(lián)合完成除磷功能。

常規(guī) A2/O 工藝存在以下缺點(diǎn)：①回流污泥中的硝酸鹽含量會(huì)造成厭氧區(qū)釋磷能力大幅下降；②缺氧區(qū)位于系統(tǒng)中部，進(jìn)水中的碳源已經(jīng)被上一工藝段微生物同化吸收，系統(tǒng)的脫氮效果受到碳源的制約；③由于存在內(nèi)循環(huán)，常規(guī)工藝系統(tǒng)所排放的剩余污泥中實(shí)際只有小部分經(jīng)歷了完整的放磷、吸磷過(guò)程，其余則基本上未經(jīng)厭氧狀態(tài)而直接進(jìn)入好氧區(qū)，系統(tǒng)除磷不利。A2/O 變形工藝在回流污泥點(diǎn)、多點(diǎn)進(jìn)水設(shè)置及生化功能區(qū)的組合等方面進(jìn)行優(yōu)化。

（2）UCT 工藝。A2/O 工藝的基礎(chǔ)上增加缺氧混合液回流，且二沉池外回流污泥回到缺氧池即為傳統(tǒng)的UCT 工藝。這樣在冬季水溫較低的情況下，確保系統(tǒng)達(dá)到較好的除磷效果。UCT 工藝流程如圖 1 所示。

（3）多點(diǎn)進(jìn)水倒置 A2/O。多點(diǎn)進(jìn)水倒置 A2/O 工藝是對(duì)倒置 A2/O 工藝的改進(jìn)，好氧區(qū)產(chǎn)生的硝酸鹽不再通過(guò)外回流系統(tǒng)進(jìn)入?yún)捬醭?，回流污泥在缺氧池?nèi)進(jìn)行反硝化，去除硝態(tài)氧，再進(jìn)入?yún)捬醵?，保證了厭氧池的厭氧狀態(tài)，強(qiáng)化除磷效果?？筛鶕?jù)不同進(jìn)水水質(zhì)，不同進(jìn)水水質(zhì)，不同季節(jié)情況下，生物脫氮和生物除磷所需碳源的變化，調(diào)節(jié)分配至缺氧段和厭氧段的進(jìn)水比例，反硝化作用及除磷效果均能得到有效的保證，多點(diǎn)進(jìn)水倒置 A2/O 工藝流程詳見圖 2。

（4）二沉池池型選擇。二沉池大多采用輻流式沉淀池池型。根據(jù)進(jìn)出水布置方式可以分為中心進(jìn)水周邊出水、周邊進(jìn)水中心出水、周邊進(jìn)水周邊出水等形式；周邊進(jìn)水輻流式沉淀池是一種沉淀效率較高的池型，其設(shè)計(jì)表面負(fù)荷可明顯提高。項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段可根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)模及占地造價(jià)等靈活選用。

1.4 三級(jí)處理工藝

（1）高效沉淀池。生化處理之后的二次沉淀池出水懸浮物濃度為 20 ～ 30mg/L，深度處理單元面臨的主要任務(wù)是去除懸浮物和化學(xué)輔助除磷，使 SS ＜ 10。高效沉淀池分為絮凝與沉淀兩個(gè)部分，經(jīng)斜管沉淀后的出水通過(guò)池頂集水槽收集排出。部分污泥從沉淀池回流至快混池或絮凝池中心反應(yīng)筒內(nèi)，污泥循環(huán)率通常為5 ～ 10%。關(guān)鍵參數(shù)如下：

①快混池停留時(shí)間 t 一般在 1 ～ 3min 即可。PAC 的投加量與原水類型及參數(shù)有關(guān)，一般加藥量在30～ 100mg/L，具體以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。

②絮凝池：進(jìn)水管內(nèi)進(jìn)水與回流污泥進(jìn)行混合，流速按 1m/s 左右控制。絮凝池停留時(shí)間 10 ～ 15min。控制導(dǎo)流筒內(nèi)流速：0.5 ～ 0.6m/s。一般 PAM 加藥量在 0.5 ～ 1mg/L，配比 0.1%。過(guò)流洞至推流區(qū)流速0.03 ～ 0.035m/s。

③斜管區(qū)：沉淀區(qū)的表面負(fù)荷：斜管區(qū)水平投影單位面積的處理水量 10 ～ 20m3/（㎡·h）。沉淀池清水區(qū)上升流速 5.5 ～ 7mm/s。

（2）反硝化濾池。①曝氣生物濾池。曝氣生物濾池根據(jù)處理程度不同可分為碳氧化、硝化、后置反硝化或前置反硝化等。關(guān)鍵參數(shù)：a 池體高度宜為 5 ～ 7m。 b曝氣生物濾池宜分別設(shè)置反沖洗供氣和曝氣充氧系統(tǒng)。

曝氣裝置可采用單孔膜空氣擴(kuò)散器或穿孔管曝氣器。曝氣器可設(shè)在承托層或?yàn)V料層中。c 曝氣生物濾池宜采用濾頭布水布?xì)庀到y(tǒng)。反沖洗宜采用氣水聯(lián)合反沖洗，通過(guò)長(zhǎng)柄濾頭實(shí)現(xiàn)。反沖洗空氣強(qiáng)度宜為 10 ～ 15L/(㎡·s)，反沖洗水強(qiáng)度不應(yīng)超過(guò) 8L/(㎡·s)。

d 曝氣生物濾池的五日生化需氧量容積負(fù)荷宜為3 ～ 6kgBOD5/(m3·d)，硝化容積負(fù)荷（以 NH3-N 計(jì)）宜為 0.3 ～ 0.8kg NH3-N/(m3·d)，反硝化容積負(fù)荷（以NO3-N 計(jì)）宜為 0.8 ～ 4.0kg NO3-N/(m3·d)。

②反硝化深床濾池。反硝化深床濾池將生物脫氮及深度過(guò)濾結(jié)合，采用有著較大比表面積的濾料，1.8m 左右的濾床深度保證了懸浮物的高效截流，也能有效阻止截流物的穿透。反沖洗用水量 2%~4%，濾池前投加適量?jī)?yōu)質(zhì)碳源，以保證濾料上附著的反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)需求，完成把 NO3-N 轉(zhuǎn)換成 N2 的反硝化脫氮過(guò)程，反硝化產(chǎn)生的大量氮?dú)馍细?，提高了過(guò)濾效率，也增強(qiáng)了反硝化細(xì)菌與水流的紊流接觸，去除出水中固體懸浮物的同時(shí)，也降低了出水中的 BOD5，出水總磷穩(wěn)定降至 0.3mg/l 以下。反硝化濾池能輕松滿足濁度<2NTU 或 SS <5mg/l（通常SS<2mg/l）的要求。

③反硝化活性砂濾池。連續(xù)活性砂反硝化過(guò)濾器將混凝、澄清、過(guò)濾、反硝化有效結(jié)合，是一種廣泛應(yīng)用的設(shè)備化的反硝化濾池形式，它不需停機(jī)反沖洗，無(wú)需設(shè)置反沖洗水泵，僅采用壓縮空氣的氣洗實(shí)現(xiàn)連續(xù)流砂；采用無(wú)需級(jí)配的單種濾料；停機(jī)切換用電動(dòng)、氣動(dòng)閥門，

無(wú)需單設(shè)混凝、澄清池，及配套設(shè)備。通過(guò)在線投加適量的化學(xué)除磷劑（PAC），達(dá)到去除總磷的目的。

連續(xù)流砂反硝化過(guò)濾器中投加的碳源首先消耗水中的溶解氧為反硝化細(xì)菌提供厭氧的環(huán)境。同時(shí)利用水中的碳源，在去除固性懸浮物及 TP 的同時(shí)，將廢水中的硝態(tài)氮等污染物轉(zhuǎn)化去除，從而達(dá)到高品質(zhì)的出水。

1.5 臭氧氧化工藝

水經(jīng)過(guò)臭氧氧化后，水的濁度、色度、可生化性等都能得到極大改善。臭氧氧化法主要有以下作用。

（1）水的消毒：臭氧是對(duì)各種致病菌及抵抗力較強(qiáng)的芽孢、病毒等都有比氯更好的殺滅效果，是一種廣譜殺

菌劑。臭氧投加量為 5 ～ 15mg/L，接觸時(shí)間 6 ～ 15min。

（2）去除 COD：COD 的去除率一般能達(dá)到 50 ～ 70%。

用臭氧氧化處理法還可以去除苯并 (a) 芘等致癌物質(zhì)。降解1mg L-COD 需消耗 2 ～ 4mg/LO3，接觸時(shí)間 15 ～ 60min。 （3）水的脫色：印染、染料廢水可用臭氧氧化法脫色。一般用臭氧 20 ～ 50mg/L，處理 10 ～ 30min，可達(dá)到95% 以上的脫色效果。

1.6 紫外消毒

紫外線殺菌利用適當(dāng)波長(zhǎng)的紫外線，有效破壞微生物機(jī)體細(xì)胞中的分子結(jié)構(gòu)，造成生長(zhǎng)性或再生性細(xì)胞死亡，達(dá)到殺菌消毒的效果。實(shí)際項(xiàng)目中需設(shè)置紫外超越渠，按需設(shè)置起吊裝置，保證設(shè)備的檢修需求。根據(jù)紫外設(shè)備考慮水頭損失，及渠道流速等。