城鎮污水處理廠深度處理研究進展

＊何廣燕 劉輝利 黃書海 陳航

（桂林理工大學 環境科學與工程學院 廣西 541006）

引言

2015年國務院印發了《水污染防治行動計劃》，要求加快城鎮污水處理設施建設與改造，在2020年底前達到相應排放標準或再生利用要求，到2030年力爭全國水環境質量總體改善。各地政府陸續出臺相關城鎮污水廠排放標準響應，國家和部分省市的城鎮污水處理廠主要污染物的排放限值見表1。高排放標準使各城鎮污水處理廠加速在一級、二級處理后增設深度處理工藝以提高出水水質，進一步去除水中的微量有機污染物質，SS和氮、磷高濃度營養物質及鹽類。本文對國內外比較常用的沉淀、吸附、過濾、濕地等深度處理工藝進行分析總結，以求為相關研究與實際應用提供參考。

表1 部分城鎮污水處理廠主要污染物排放限值（單位：mg/L）

1.重簡質混凝沉淀技術

重介質混凝沉淀技術是在傳統的混凝過程中投加惰性高密度毫米級或微米級的顆粒狀重介質粉作為絮凝體的核以強化混凝沉淀過程，用于高效去除TP、SS、COD，其所涉及的重介質粉包括磁性重介質粉（磁鐵礦粉）和非磁性重介質粉（石英砂），與之對應的混凝沉淀技術分別稱為磁混凝沉淀技術和加砂混凝沉淀技術。王少軍等人[1]用磁混凝沉淀技術處理微污染河道水時發現當磁粉投加量為100mg/L，聚合氯化鋁（PAC）投加量為60mg/L，聚丙烯酰胺（PAM）投加量為1.0mg/L時，SS、TP、COD的去除率分別可達94.6%、84.9%和40.7%。但鄭利兵等人[2]研究發現磁混凝過程對氨氮、鹽類基本無去除效果，需與其他工藝組合。上海某污水處理廠在提標改造工程中，不僅增加了磁混凝沉淀池，還增加了精密過濾器等深度處理措施，改造后的出水執行一級A+標準（NH3-N和TP執行地表水Ⅳ類水標準）[3]。

2.活性炭吸附技術

活性炭吸附技術常被污水廠提標改造作為深度處理工藝用來提高COD去除率。但活性炭的價格一般比較昂貴，因此研究如何回收水中已飽和的活性炭，或對活性炭進行改造等具有重要意義。無錫某污水處理廠運用活性炭吸附技術提標改造時發現活性炭單獨處理對COD的平均去除率可達58%，但有較大的波動，而臭氧-活性炭聯用對COD的去除較為穩定，平均去除率為66%，最大去除率可達88%[4]。劉魯建等[5]設計采用高密度沉淀池-粉末活性炭膜生物反應器（CUF）-大孔樹脂脫氮組合工藝，使湯遜湖污水處理廠尾水水質由一級A標準提升至Ⅲ類（湖庫）標準。此外，通過在傳統活性炭表面進行自然富集或人工固定微生物改造的生物活性炭（BAC）因具有吸附與生物降解的雙重作用及低能耗、無污染等優點，被廣泛應用于水處理領域[6]。

3.過濾技術

（1）膜分離。膜分離工藝可直接去除病毒、細菌等微生物，也可去除水中的部分無機鹽離子，在污水處理中廣泛應用于高鹽水的處理和對水質要求較高的深度處理工藝中。根據膜孔尺寸及分離物粒徑范圍，可分為微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）4種類型，其中微濾、超濾因其具有低能耗、高分離效率、可回收循環等特點，成為該領域中膜分離技術的核心。宋來洲等[7]采用微濾分離膜系統對生物處理后的污水進行深度處理，其系統出水懸浮物小于5mg/L，濁度小于0.5NTU，細菌和大腸桿菌幾乎全部去除。王靖[8]考察了超濾膜技術對原水渾濁度、SS、COD、TP及糞大腸菌群等污染物的去除效果，其去除率分別為95%、98%、75.8%、52%、100%，該技術明顯優于污水處理廠原砂濾處理工藝。王寧若等[9]采用超濾-納濾雙膜組合工藝對某城市污水廠A2/O工藝處理后的二沉池出水進行深度處理，出水COD、TP指標均完全滿足地表水Ⅱ類以上水質標準，NH3-N指標可達到Ⅲ類以上水質標準。

（2）濾布濾池/轉盤濾池工藝。濾布濾池/轉盤濾池屬于表面過濾技術，與傳統的過濾技術相比，具有投資小、運行效率高、水頭損失小、去除磷化物效果明顯、可連續運行全面實現自動化控制等優點，但其過濾孔徑一般為10～20μm，對進水水質要求比較高。其與混凝沉淀工藝聯用后能夠去除SS、TP以及少部分的COD、BOD，但對于NH3-N、TN指標則沒有去除效果[10]。江西某南部城市生活污水處理廠[11]采用改良型厭氧-缺氧-好氧（AAO）+高效沉淀池+纖維轉盤濾池處理工藝，三峽庫區某城鎮污水處理廠[12]采用“高效沉淀池+濾布濾池”組合工藝進行提標改造，該兩家污水處理廠出水水質均從一級B標準提升到了一級A標準，環境效益明顯。此外，立式纖維濾布濾池能有效截留出水中的SS，完成二沉池出水的深度處理[13]。

（3）活性砂過濾。活性砂過濾是一種連續運行處理工藝，能集絮凝、澄清、過濾及生化處理功能為一體，在SS、TN、TP的去除方面有著較好的效果。砂過濾系統具有占地面積省、運行費用低、截污容量大等優點，但在實際運行中需要注意觀察維護無法正常提砂、跑砂、板結等問題[14]。安徽某污水處理廠在深度處理階段采用了活性砂濾池，對SS具有良好的去除效果，當進水SS為15～35mg/L時，出水SS＜8mg/L[15]。張林等[14]針對西北某城市污水深度處理采用改良A2/O+活性砂過濾技術，該組合工藝對TN、TP、COD、BOD5、SS、氨氮的去除效果穩定良好，而且具有良好的抗沖擊負荷能力。秦皇島市某污水處理廠在已建工藝流程后增加了曝氣生物濾池（BAF池）及活性砂過濾系統，最終出水水質由一級B穩定提高至一級A排放標準[16]。

（4）反硝化深床濾池。反硝化深床濾池是常規濾池的深度改造，采用石英砂作為填料，填料的深度可設置為1.8～2.4m，一般采用氣洗、氣水聯合反沖洗、水洗或漂洗等運行操作方式來避免濾池的堵塞或板結。其具有生物脫氮及過濾功能，能夠有效確保出水SS、TN穩定達標，極具進一步深度推廣應用價值。安徽省阜陽市潁南污水處理廠采用高效沉淀池+反硝化深床濾池深度處理，處理后出水水質達到一級A標準，其中SS達到地表水Ⅳ類標準[17]。河北省某污水處理廠運用多段AAO+深床反硝化濾池工藝使出水水質提高至地表水Ⅳ類標準，其中COD均值低于22mg/L，TP均值低于0.19mg/L，TN均值低于10mg/L[18]。浙江某城市污水廠采用改良式SBR+MBBR+深床反硝化濾池提標改造工藝，使出水BOD5、NH3-N、TN和TP均值分別降為4.1mg/L、0.7mg/L、6.9mg/L和0.2mg/L[19]。

4.濕地生態技術

濕地生態技術凈化污水的過程是生物或基質填料對濃度較低的污染物進行吸附、過濾、沉淀及生物吸收、富集、降解等去除，其管理較為便捷，投資小，運行成本低，凈化效果明顯，還可以實現環境美化的最大化。該技術對于COD、BOD5、NH3-N以及TP等幾種物質的處理效率可分別達到60.1%、55.3%、76.6%及40.5%乃至以上，且經處理的出水水質能達到有關規定中的Ⅲ類水標準[20]。杜村寺采用“強化澄清調節池+微曝氣垂直潛流人工濕地+水平潛流人工濕地+表面流人工濕地+氧化塘”組合工藝構建的人工濕地，出水水質達到Ⅳ類水標準[21]。王建等[22]以潛流人工濕地+表流人工濕地組合工藝實現了將濕地出水中COD、NH3-N濃度分別控制在30mg/L、1.5mg/L以下。

5.發展趨勢與展望

（1）工藝優化與提升。通過對已投產使用的深度處理工藝，從處理效果、數據分析、物料損耗等方面綜合分析，不斷優化工藝參數，提升工藝效果。

（2）技術綠色化發展。使城鎮生活污水深度處理技術和方法朝著創新的、綠色無污染的方向發展，減少處理過程物質資源的耗損以及污染廢棄物的產生。例如微藻生物技術，微藻在深度去除氮、磷的過程中具有巨大的潛力，在脫氮除磷的同時，可以實現空氣中CO2的固定，并生成O2，提高水中溶解氧的含量，大大降低了成本和二次污染的可能[23]。

（3）技術資源化發展。在利用深度處理技術處理污水時，不僅要注重提高水質，還要注重能源回收和資源化利用。例如生活污水中含有一定的氮磷，經深度處理技術處理達到再生水水源要求后可作為城市綠化及農田灌溉用水回用。

（4）智能化應用與管理。利用物聯網技術、大數據技術以及自動化控制系統等監測和管理生活污水的深度處理。

6.結語

各城鎮污水廠應根據污水的水質水量特點，綜合考慮排水標準、經濟成本等情況，因地制宜地選擇合適的深度工藝進行協同處理，提高污染物的處理效率，滿足質量要求。同時，未來城鎮污水深度處理工藝也將朝著綠色資源化、創新化、智能化方向發展，進一步滿足我們的需求。