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

本文針對國內(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，對污水處理的適用工藝進行總結(jié)與分類，通過分析各種工藝的適用范圍及優(yōu)缺點，提出了關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)及設(shè)計要求，旨在實現(xiàn)污水處理廠達標(biāo)排放及運營經(jīng)濟的平衡。

［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 A 的地方排放標(biāo)準(zhǔn)，在此背景下的提標(biāo)改造項目層出不窮。根據(jù)當(dāng)?shù)厥芗{水體環(huán)境容量，采用適宜當(dāng)?shù)亟?jīng)濟條件的污水處理工藝勢在必行。

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)除總氮外均達到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，常規(guī)指標(biāo)對比具體見表 1。

1.1 工藝分析

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

1.2 一級處理工藝

一級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)來水類型及來水標(biāo)高，選用匹配的格柵類型，常用的一級處理工藝如下：

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

（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% 的有機物，當(dāng)水質(zhì)水量波動較大，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間短，占地面積小，易設(shè)備化，但需保證前端細格柵柵條間距盡可能小，減少對葉輪及提砂裝置的磨損。

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

平流沉淀池對于粗砂的去除率高于曝氣沉砂池，對于細砂的截留率則遠低于曝氣沉砂池。實際工程中，需針對進水水質(zhì)特點及占地需求，選擇最為合適的工藝類型。

（2）初沉池工藝。

初沉池通過將非溶解性的有機物及無機物的沉降，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)筑物的負荷，降低污水處理廠運轉(zhuǎn)費用，在沉砂池后設(shè)置初沉池，用以緩沖SS 對污水系統(tǒng)的沖擊。初沉池經(jīng)過水解發(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，為保證總氮對碳源的需求，當(dāng) BOD/TKN ≤ 4 時，可不設(shè)初沉池，也可設(shè)置速沉池，有效去除無機物而保留非溶解性的有機物。

1.3 二級處理工藝

二級處理工段是整個污水處理系統(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。本文主要針對前者進行闡述。

（1）A2/O 法及變形工藝。A2/O 工藝不僅具有較強的脫氮除磷功能，還具有很強的抗沖擊負荷能力。A2/O工藝可以同時完成有機物的去除、硝化脫氮、磷的過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：①回流污泥中的硝酸鹽含量會造成厭氧區(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際只有小部分經(jīng)歷了完整的放磷、吸磷過程，其余則基本上未經(jīng)厭氧狀態(tài)而直接進入好氧區(qū)，系統(tǒng)除磷不利。A2/O 變形工藝在回流污泥點、多點進水設(shè)置及生化功能區(qū)的組合等方面進行優(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)達到較好的除磷效果。UCT 工藝流程如圖 1 所示。

（3）多點進水倒置 A2/O。多點進水倒置 A2/O 工藝是對倒置 A2/O 工藝的改進，好氧區(qū)產(chǎn)生的硝酸鹽不再通過外回流系統(tǒng)進入?yún)捬醭?，回流污泥在缺氧池?nèi)進行反硝化，去除硝態(tài)氧，再進入?yún)捬醵危ＷC了厭氧池的厭氧狀態(tài)，強化除磷效果?？筛鶕?jù)不同進水水質(zhì)，不同進水水質(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水比例，反硝化作用及除磷效果均能得到有效的保證，多點進水倒置 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)進出水布置方式可以分為中心進水周邊出水、周邊進水中心出水、周邊進水周邊出水等形式；周邊進水輻流式沉淀池是一種沉淀效率較高的池型，其設(shè)計表面負荷可明顯提高。項目設(shè)計階段可根據(jù)設(shè)計規(guī)模及占地造價等靈活選用。

1.4 三級處理工藝

（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部分，經(jīng)斜管沉淀后的出水通過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，具體以實驗結(jié)果為準(zhǔn)。

②絮凝池：進水管內(nèi)進水與回流污泥進行混合，流速按 1m/s 左右控制。絮凝池停留時間 10 ～ 15min?？刂茖?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散器或穿孔管曝氣器。曝氣器可設(shè)在承托層或濾料層中。c 曝氣生物濾池宜采用濾頭布水布氣系統(tǒng)。反沖洗宜采用氣水聯(lián)合反沖洗，通過長柄濾頭實現(xiàn)。反沖洗空氣強度宜為 10 ～ 15L/(㎡·s)，反沖洗水強度不應(yīng)超過 8L/(㎡·s)。

d 曝氣生物濾池的五日生化需氧量容積負荷宜為3 ～ 6kgBOD5/(m3·d)，硝化容積負荷（以 NH3-N 計）宜為 0.3 ～ 0.8kg NH3-N/(m3·d)，反硝化容積負荷（以NO3-N 計）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%，濾池前投加適量優(yōu)質(zhì)碳源，以保證濾料上附著的反硝化細菌的生長需求，完成把 NO3-N 轉(zhuǎn)換成 N2 的反硝化脫氮過程，反硝化產(chǎn)生的大量氮氣上浮，提高了過濾效率，也增強了反硝化細菌與水流的紊流接觸，去除出水中固體懸浮物的同時，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)活性砂反硝化過濾器將混凝、澄清、過濾、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，它不需停機反沖洗，無需設(shè)置反沖洗水泵，僅采用壓縮空氣的氣洗實現(xiàn)連續(xù)流砂；采用無需級配的單種濾料；停機切換用電動、氣動閥門，

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

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

1.5 臭氧氧化工藝

水經(jīng)過臭氧氧化后，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：臭氧是對各種致病菌及抵抗力較強的芽孢、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，接觸時間 6 ～ 15min。

（2）去除 COD：COD 的去除率一般能達到 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)波長的紫外線，有效破壞微生物機體細胞中的分子結(jié)構(gòu)，造成生長性或再生性細胞死亡，達到殺菌消毒的效果。實際項目中需設(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。