村鎮(zhèn)污水處理傳統(tǒng)工藝及一體化處理技術(shù)研究

張慶軍

（遼寧城建設(shè)計院有限公司，沈陽 110168）

城鎮(zhèn)污水由于分散、規(guī)模小，傳統(tǒng)的污水原處理工藝對管網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施、工藝等方面的要求較高等原因，導(dǎo)致城鎮(zhèn)污水對村鎮(zhèn)環(huán)境造成了污染，村鎮(zhèn)分散污水處理已成為傳統(tǒng)污水治理之后的又一個熱點(diǎn)，其治理成效將影響我國黑臭水體治理效果及生態(tài)環(huán)境狀況。因此，研發(fā)適合村鎮(zhèn)污水處理工藝對改善城鎮(zhèn)化過程中人居環(huán)境具有重要的意義。

1 村鎮(zhèn)污水處理概況

1.1 村鎮(zhèn)污水特征

村鎮(zhèn)污水主要包括居民生活污水、養(yǎng)殖廢水，學(xué)校、醫(yī)院、服務(wù)機(jī)構(gòu)及各種公共設(shè)施排水，以及部分工業(yè)廢水和雨水等。具有以下明顯特點(diǎn)[1]。

（1）生活污水的比重較大，受地區(qū)生活習(xí)慣、環(huán)境管理、設(shè)施完善程度等因素的影響，水質(zhì)有較大的不均勻性。

（2）村鎮(zhèn)人口相對較少，污水水量小且分散，水量不穩(wěn)定，不易收集；市場對某種行業(yè)或是產(chǎn)品的社會需求量不同也會影響廢水量的變化；受雨季及用水的影響，水量的變化系數(shù)較大。

（3）污染物主要含有TOC、TN、TP，生活污水中含有大量的氮和磷，有機(jī)物濃度相對較低，屬于典型的低碳氮比污水。

1.2 村鎮(zhèn)污水處理工藝概述

隨著我國對水環(huán)境質(zhì)量要求的提高，修訂后的《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）特別對出水氮、磷含量加嚴(yán)了要求，現(xiàn)有污水處理設(shè)施重點(diǎn)考慮達(dá)到氮、磷排放標(biāo)準(zhǔn)，由此研發(fā)了多種脫氮除磷工藝[2]。而針對我國村鎮(zhèn)分散污水處理的工藝技術(shù)應(yīng)滿足以下要求：低碳氮比污染物處理效果好，出水氮磷達(dá)標(biāo)；投資少，能耗低；占地面積小，一體化設(shè)計；污泥排放量少，運(yùn)行和維護(hù)簡單，操作管理方便。

1.2.1 A/O工藝

20世紀(jì)80年代初開發(fā)的A/O（Anoxic/Oxic）工藝是目前較為廣泛使用的一種脫氮工藝。在缺氧反硝化時，反硝化菌以污水中的有機(jī)碳為碳源，以硝化回流液為電子受體，進(jìn)而完成反硝化脫氮[3]。

主要優(yōu)點(diǎn)：硝化反應(yīng)消耗堿度可通過反硝化產(chǎn)生堿度得到一定的補(bǔ)充；缺氧、好氧池的順序有利于減輕好氧池負(fù)荷，提高有機(jī)物的去除率；以原污水為碳源，降低了建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用。

主要缺點(diǎn)：由于沒有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)，培養(yǎng)出的污泥不能去除難降解的物質(zhì)；較大的內(nèi)循環(huán)比加大了運(yùn)行費(fèi)用；內(nèi)循環(huán)液攜帶一定的溶解氧，進(jìn)而破壞了嚴(yán)格的缺氧環(huán)境，影響反硝化脫氮效果。

1.2.2 A/A/O工藝

A/A/O（Aerobic/Anoxic/Oxic）工藝是在A/O工藝的基礎(chǔ)上增設(shè)厭氧池而開發(fā)的具有同步脫氮除磷功能的工藝，可用于二級污水處理、三級污水處理、中水回用，具有較好的脫氮除磷效果[4]。出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，上清液及一部分剩余污泥進(jìn)行排放，一部分污泥回流至厭氧反應(yīng)器。污水與含磷回流污泥進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，在釋磷菌作用下釋放磷并產(chǎn)生能量，同時降解部分有機(jī)物。出水進(jìn)入缺氧池后，利用從好氧區(qū)回流至缺氧區(qū)的混合液完成反硝化脫氮，最后進(jìn)入好氧區(qū)，進(jìn)行氧化降解有機(jī)物、吸收磷和硝化反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷功能。

主要優(yōu)點(diǎn)：水力停留時間少于其他類工藝；厭氧、缺氧、好氧交替運(yùn)行，絲狀菌增殖少，減少了污泥膨脹的可能性；具有較好的脫氮除磷效果。

主要缺點(diǎn)：除磷效果很難進(jìn)一步提高，污泥增長有一定限度，尤其是處理低碳氮比城鎮(zhèn)污水；內(nèi)回流不宜太大使得脫氮效果受到一定限制；由于硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有機(jī)負(fù)荷、泥齡以及碳源需求上存在矛盾和競爭，影響氮、磷的去除效果[5]。

1.2.3 改進(jìn)AAO工藝

為解決AAO工藝碳源競爭及同步脫氮除磷的矛盾，研究者做了大量的工藝改進(jìn)，開發(fā)了以下工藝：解決硝酸鹽干擾釋磷問題的UCT工藝；針對碳源不足而改變進(jìn)水方式提出的倒置AAO工藝，及新型同步硝化反硝化脫氮除磷工藝，如Dephanox[6]等。南非開普敦大學(xué)[7]（University of Cape Town）提出的UCT脫氮除磷工藝將污泥回流由厭氧區(qū)改到缺氧區(qū)，使污泥經(jīng)反硝化后再回流至厭氧區(qū)，減小了硝酸鹽對厭氧區(qū)釋磷的影響。UCT工藝的缺氧池分為兩部分接受二沉池回流污泥和好氧區(qū)硝化混合液，使污泥的脫氮與混合液的脫氮分開進(jìn)行，進(jìn)而減少反硝化不充分的硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)[8]。同濟(jì)大學(xué)高廷耀[9]等為了解決AAO工藝中碳源競爭矛盾，把缺氧區(qū)放在工藝最前端，厭氧區(qū)置后，開發(fā)了對常規(guī)除磷脫氮工藝提出一種新的碳源分配方式的倒置AAO工藝。Wanner[10]率先開發(fā)出第一個以厭氧污泥中的PHB（聚羥基丁酸酯）為反硝化碳源的工藝，在AAO工藝的厭氧池與缺氧池之間增設(shè)一中間沉淀池和固定膜反應(yīng)池，為反硝化除磷細(xì)菌提供了所需的環(huán)境和基質(zhì)，進(jìn)而開發(fā)了一種強(qiáng)化除磷的DEPHANOX工藝。

改進(jìn)AAO工藝的特點(diǎn)：通過改變碳源分配方式提高缺氧段反硝化能力，提高系統(tǒng)的脫氮能力；充分利用聚磷菌在厭氧條件下形成的吸磷動力，回流污泥的釋磷與吸磷效果得到提高；污泥及混合液回流過程中的動力消耗低。該類工藝在脫氮除磷效果上雖有所提高，但一體化程度低，存在反應(yīng)器體積較大、投資和運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)[11]。

2 一體化村鎮(zhèn)分散污水處理工藝發(fā)展

現(xiàn)代分散污水處理技術(shù)發(fā)展的總趨勢是趨向于一體化設(shè)計，一系列一體化污水處理新工藝得到較好的開發(fā)應(yīng)用，該類工藝大大減少了占地面積，改變了傳統(tǒng)工藝在時間和空間上的布置形式，并大大簡化了水處理工藝的流程，適合用于處理城鎮(zhèn)污水。該類工藝根據(jù)空間和時間可以歸結(jié)為兩類[12]：一類是對反應(yīng)器的內(nèi)部空間進(jìn)行合理分區(qū)，如對空間上的厭氧區(qū)-缺氧區(qū)-好氧區(qū)進(jìn)行一體化設(shè)計等。另一類是將反應(yīng)、沉淀等工序按時間順序進(jìn)行調(diào)配的一體化氧化溝工藝等。

M.Ro[13]等研究的一種厭氧-缺氧-好氧復(fù)合反應(yīng)器，污水依次通過厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，取得了較好的一體化污水處理效果。由Pasveer[14]研制的一體化氧化溝（Ombined Oxidation Ditch）成功的將集曝氣、沉淀、泥水分離和污泥回流實(shí)現(xiàn)一體化，開發(fā)后迅速得到發(fā)展。比利時史格斯清水公司開發(fā)的UNITANK是專利技術(shù)，無需二次沉淀池、污泥回流系統(tǒng)簡單且容易實(shí)現(xiàn)自動控制，建成投產(chǎn)后效果良好[15]。英國學(xué)者Lockett[16]采用將反應(yīng)曝氣、沉淀、出水、污泥回流基于一體的SBR反應(yīng)器（Sequencing Batch Reactor），投資和運(yùn)行費(fèi)用大大降低，改善了污泥特性，工藝簡單且有較好的脫氮除磷效果。

一體化工藝優(yōu)點(diǎn)：將傳統(tǒng)生物處理工藝的反應(yīng)、沉淀和污泥回流一體化，減少了占地面積，提高了工藝對分散污水抗沖擊負(fù)荷能力；工藝簡單，施工安裝及運(yùn)行費(fèi)用低，運(yùn)行管理方便，能耗低；脫氮除磷反應(yīng)能在一個反應(yīng)器內(nèi)同時連續(xù)發(fā)生，減小了反應(yīng)器容積，節(jié)省了反應(yīng)時間，對負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)；剩余污泥量少，減少了二次污染及污泥處理成本[17]。沒有厭氧、缺氧、好氧明顯分區(qū)的一體化設(shè)備有利于硝化和反硝化反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)而達(dá)到更好的脫氮除磷目的，同時為聚磷菌在缺氧環(huán)境中以硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行吸磷反應(yīng)提供了環(huán)境，進(jìn)而完成反硝化除磷，這是業(yè)內(nèi)研究開發(fā)新型脫氮除磷工藝的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

一體化工藝的缺點(diǎn)：現(xiàn)有一體化工藝的最大缺點(diǎn)就是處理低碳氮比污水時脫氮除磷的效率仍存在一定限制，不能較好地應(yīng)用到村鎮(zhèn)分散污水處理領(lǐng)域，污水量不穩(wěn)定導(dǎo)致工藝設(shè)備利用率較低，生物處理調(diào)試運(yùn)行受外界環(huán)境要求較大，自動化程度要求高，因而研究與開發(fā)高效脫氮除磷技術(shù)以及相關(guān)成套設(shè)備對處理村鎮(zhèn)分散污水具有重要意義[18、19]。目前我國能夠?qū)崿F(xiàn)同步硝化反硝化及反硝化除磷的環(huán)保、節(jié)能一體化工藝仍較少。因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效、低耗的新型脫氮除磷一體化工藝仍是國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)[20]。

3 結(jié)論

（1）針對村鎮(zhèn)污水處理工程的設(shè)計規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)等較少，沒有相適應(yīng)的工藝，而是延用和照搬大、中型規(guī)模城市污水處理工藝，因此建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用高、占地面積大，開發(fā)適合村鎮(zhèn)分散污水處理的一體化污水處理技術(shù)尤為關(guān)鍵。

（2）現(xiàn)有一體化工藝的最大缺點(diǎn)是脫氮除磷的效率較低，不能滿足村鎮(zhèn)污水處理的需要，因而研究與開發(fā)高效脫氮除磷技術(shù)以及相關(guān)成套設(shè)備具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。