再生水生物污水处理及深度处理工艺择选研究

2022-01-05卓雄

能源与环保 2021年12期

卓雄

(福州城建设计研究院有限公司，福建福州 350001)

城市的排水工程是城市基础设施的必要组成部分，直接影响到城市各种功能的发挥。2015年4月，中央正式出台《水污染防治行动计划》，将在污水处理、工业废水、全面控制污染物排放等多方面进行强力监管并启动严格问责制，各地区放松对工业、企业废水的监管，必然导致经济效益、环境效益的损害。水环境保护是城市环境保护的重要组成部分。根据现场调查发现，研究地区无完整污水处理设施，不能满足长足发展需要。居民生活污水直接排入附近海水体；同时，部分污水蒸发入渗，污染附近农田及地下水资源，给居民生活环境、农田灌溉及旅游造成严重危害。随着人口规模、用地规模的不断增长，城市的排水量日益增大，加快完善再生水处理设施，提高再生水处理能力，对于实现可持续发展、提高区域环境质量，促进生态区的建设和社会经济的发展具有重要意义。综上所述，对再生水生物污水处理工艺及污泥处理处置工艺的择选研究，在城市建设中的地位是十分重要的。

1 研究背景

1.1 水量预测及工程规模

(1)用水量预测。研究区用水量预测结果见表1。

表1 研究区用水量预测结果Tab.1 Forecast results of water consumption in the study area 万m3/d

(2)污水量预测。2020年污水量为3.58万m3/d，远期(2030 年)污水量预测为20.00万m3/d。

(3)工程建设规模。综合考虑污水量预测结果，根据上位规划要求与现状排水情况，研究区建设规模确定为：一期工程建设规模5.0万m3/d；远期工程总规模25.0万m3/d。

1.2 进出水水质

(1)进水水质确定。研究区的设计进水水质指标需谨慎对待，在科学合理的范围内选取相对稳妥的指标数据。设计进出水质指标见表2。

表2 设计进、出水质及处理程度Tab.2 Designed incoming and outgoing water quality indicators

1.3 存在问题

(1)污水处理厂配套不足、建设滞后。研究区排水体制不完善，污水未能得到有效的收集处理，对环境、生态造成了影响。

(2)管网建设滞后，污水收集率偏低。研究区污水管道建设滞后，不能满足污水收集处理排放的要求。城市道路、建筑建设速度比污水系统快。现状污水管网不成系统，多数污水管直接接入雨水管道中。相关部门对住宅污水排放管进行改造，将原排放至雨水管的污水排放管改接至新建道路污水干管内，但该工程施工困难，难以将所有住宅的污水排放管接入道路污水干管，居民污水排放难以实现雨污完全分流。

(3)土地资源匮乏，可供建设污水厂的土地资源有限。

(4)污水处理厂出路问题未解决，回用水用户及最终受纳水体未明确。

(5)配套再生水尾水管道未启动同步规划建设。

2 再生水生物处理工艺择选

2.1 生物脱氮除磷原理

(1)生物脱氮原理。生物脱氮是利用自然界氮的循环原理，采用人工方法予以控制。生物脱氮过程如图1所示。

图1 生物脱氮过程Fig.1 Biological nitrogen removal process

(2)生物除磷原理。磷常以磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷的形式存在于废水中，生物除磷就是利用聚磷菌一类的细菌，在厌氧状态能释放磷，在好氧状态能从外部摄取磷，并将其以聚合形态贮藏在体内，形成高磷污泥排出系统，达到从废水中除磷的效果。

2.2 生物脱氮除磷工艺类型

2.2.1 传统活性污泥工艺和其改进型A/O、A2/O工艺

(1)A/O工艺[1-5]。这种工艺(图2)对于大型活性污泥法污水厂来说，处理效果较稳定，且实现了脱氮或除磷的目标，能耗和运营费也较低，但处理单元多、管理较复杂，且不能同步脱氮和除磷。

图2 A/O工艺Fig.2 A/O process

(2)A2/O工艺。对于有脱氮除磷要求的城市污水处理厂，传统上考虑首选A2/O工艺。A2/O工艺(图3)根据活性污泥微生物在完成硝化、反硝化以及生物除磷过程对环境条件要求的不同，在不同的池子区域分别设置厌氧区、缺氧区和好氧区。

图3 A2/O工艺Fig.3 A2/O process

2.2.2 SBR工艺

SBR工艺早在20世纪初已有应用，由于人工管理的困难和环节烦琐未能推广应用。此法集进水、曝气、沉淀、滗水、闲置功能在一个池子中完成，如图4所示。

图4 SBR工艺流程Fig.4 SBR process

MSBR即改进型SBR(Modified SBR)，其工艺经过不断改进和发展已成为SBR的第三代技术。MSBR的工艺流程如图5所示。

图5 MSBR的工艺流程Fig.5 MSBR process flow

2.2.3 氧化沟工艺

氧化沟是活性污泥法是在水力流态上不同于传统活性污泥法是一种首尾相接的循环流，通常采用延时曝气，在污水净化的同时稳定了污泥。

(1)卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟工艺(图6)。

图6 Carrousel氧化沟工艺Fig.6 Carrousel oxidation ditch process

(2)奥贝尔(Orbal)氧化沟工艺。奥贝尔氧化沟由3个相对独立的同心椭圆形沟道组成，如图7所示。

图7 Orbal氧化沟工艺Fig.7 Orbal oxidation ditch process

2.3 污水处理工艺方案比较

综合考虑工程的建设规模、进水水质、处理要求、工程投资、运行费用和维护管理，以及工程的分期建设运行情况，选择污水处理工艺。污水处理工艺方案综合比较见表3。

表3 污水处理工艺方案综合比较Tab.3 Comprehensive comparison of sewage treatment process plans

结合该工程具体情况，根据以上比较，认为A2/O工艺成熟稳妥，工艺流程简单，剩余污泥稳定，在出水水质、实现脱氮除磷、耐水质水量冲击负荷、运行及维护、运行费用等方面均可满足要求，技术经济较明显。因此，推荐A2/O工艺为本工程污水生化处理工艺。

3 深度处理工艺

3.1 深度处理工艺选择原则

再生水深度处理是为了达到一级 A 排放及回用标准的要求，对二级处理出水中残留的污染物进行的再处理，其处理对象主要是难降解有机物、可溶性无机营养物质(氮、磷)以及悬浮物等。根据竹屿再生水厂二级生物处理出水水质和出水排放标准，确定污水深度处理的设计进、出水水质，同时选用适当的处理工艺流程，以降低处理成本，提高经济效益。

3.2 深度处理工艺路线

结合研究区的工程规模及水质特点，在二级处理出水较好的情况下，三级处理的目的主要是进一步降低水中的 TP、SS 和CODcr，确保出水达标，且处理规模相对来说较大，故考虑采用传统方法[6-12]。

(1)混合工艺。管式静态混合器和机械搅拌混合工艺比较见表4。为适应水量水质的变化，推荐采用机械搅拌混合池。

表4 管式静态混合器和机械搅拌混合工艺比较Tab.4 Comparison of mixing process between tubular static mixer and mechanical stirring

(2)絮凝工艺。常见的絮凝工艺为折板絮凝池和机械絮凝池，2种工艺对比见表5。

表5 折板絮凝池和机械絮凝池工艺比较Tab.5 Comparison of the process of the folded plate flocculation tank and the mechanical flocculation tank

(3)沉淀工艺。比较适合本工程的工艺是机械絮凝斜管沉淀池和高密度澄清池，2种工艺比较见表6。

表6 机械絮凝斜管沉淀池与高密度澄清池比较Tab.6 Comparison of mechanical flocculation inclined tube sedimentation tank and high-density clarification tank

(4)过滤工艺。过滤的形式主要有V型滤池、纤维转盘滤池(平面过滤)、活性砂滤池、回转精密过滤设备等。

(5)深度处理工艺的确定。根据污水处理厂常用的出水水质处理工艺，结合污水的特点和处理要求，选择几种有代表性的水质保障处理工艺，从技术、管理和经济等方便综合进行比较(表7)。

表7 出水水质保障处理常用工艺投资及运行费用比较Tab.7 Comparison of common process investment and operating cost of effluent water quality assurance treatment

该工艺完全可以满足本工程的出水水质要求，推荐采用“混凝+沉淀+过滤”工艺作为深度处理工艺。综合考虑，深度处理工艺主要是为了满足因二级处理无法满足出水 SS、TP 指标，并应对水质水量波动保障出水达标。针对本工程的二级处理出水再进行混凝沉淀处理后的水质保障处理措施，纤维转盘滤池可以进一步去除生物处理和沉淀中未能沉降的颗粒和胶状物质，降低浊度和色度，也可以增加对磷、BOD5、CODCr、重金属、细菌、病毒和其他物质的去除率，具有出水水质稳定、效果好、流程简洁、运行管理简单、运行费用低、自动化程度高、工艺组合性强等突出特点，因此研究区设计的水质保障处理工艺推荐采用“高密度沉淀池+纤维转盘滤池工艺”。