城镇污水处理厂深度处理研究进展

2023-03-04何广燕刘辉利黄书海陈航

当代化工研究 2023年24期

＊何广燕刘辉利黄书海陈航

（桂林理工大学环境科学与工程学院广西 541006）

引言

2015年国务院印发了《水污染防治行动计划》，要求加快城镇污水处理设施建设与改造，在2020年底前达到相应排放标准或再生利用要求，到2030年力争全国水环境质量总体改善。各地政府陆续出台相关城镇污水厂排放标准响应，国家和部分省市的城镇污水处理厂主要污染物的排放限值见表1。高排放标准使各城镇污水处理厂加速在一级、二级处理后增设深度处理工艺以提高出水水质，进一步去除水中的微量有机污染物质，SS和氮、磷高浓度营养物质及盐类。本文对国内外比较常用的沉淀、吸附、过滤、湿地等深度处理工艺进行分析总结，以求为相关研究与实际应用提供参考。

表1 部分城镇污水处理厂主要污染物排放限值（单位：mg/L）

1.重简质混凝沉淀技术

重介质混凝沉淀技术是在传统的混凝过程中投加惰性高密度毫米级或微米级的颗粒状重介质粉作为絮凝体的核以强化混凝沉淀过程，用于高效去除TP、SS、COD，其所涉及的重介质粉包括磁性重介质粉（磁铁矿粉）和非磁性重介质粉（石英砂），与之对应的混凝沉淀技术分别称为磁混凝沉淀技术和加砂混凝沉淀技术。王少军等人[1]用磁混凝沉淀技术处理微污染河道水时发现当磁粉投加量为100mg/L，聚合氯化铝（PAC）投加量为60mg/L，聚丙烯酰胺（PAM）投加量为1.0mg/L时，SS、TP、COD的去除率分别可达94.6%、84.9%和40.7%。但郑利兵等人[2]研究发现磁混凝过程对氨氮、盐类基本无去除效果，需与其他工艺组合。上海某污水处理厂在提标改造工程中，不仅增加了磁混凝沉淀池，还增加了精密过滤器等深度处理措施，改造后的出水执行一级A+标准（NH3-N和TP执行地表水Ⅳ类水标准）[3]。

2.活性炭吸附技术

活性炭吸附技术常被污水厂提标改造作为深度处理工艺用来提高COD去除率。但活性炭的价格一般比较昂贵，因此研究如何回收水中已饱和的活性炭，或对活性炭进行改造等具有重要意义。无锡某污水处理厂运用活性炭吸附技术提标改造时发现活性炭单独处理对COD的平均去除率可达58%，但有较大的波动，而臭氧-活性炭联用对COD的去除较为稳定，平均去除率为66%，最大去除率可达88%[4]。刘鲁建等[5]设计采用高密度沉淀池-粉末活性炭膜生物反应器（CUF）-大孔树脂脱氮组合工艺，使汤逊湖污水处理厂尾水水质由一级A标准提升至Ⅲ类（湖库）标准。此外，通过在传统活性炭表面进行自然富集或人工固定微生物改造的生物活性炭（BAC）因具有吸附与生物降解的双重作用及低能耗、无污染等优点，被广泛应用于水处理领域[6]。

3.过滤技术

（1）膜分离。膜分离工艺可直接去除病毒、细菌等微生物，也可去除水中的部分无机盐离子，在污水处理中广泛应用于高盐水的处理和对水质要求较高的深度处理工艺中。根据膜孔尺寸及分离物粒径范围，可分为微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）4种类型，其中微滤、超滤因其具有低能耗、高分离效率、可回收循环等特点，成为该领域中膜分离技术的核心。宋来洲等[7]采用微滤分离膜系统对生物处理后的污水进行深度处理，其系统出水悬浮物小于5mg/L，浊度小于0.5NTU，细菌和大肠杆菌几乎全部去除。王靖[8]考察了超滤膜技术对原水浑浊度、SS、COD、TP及粪大肠菌群等污染物的去除效果，其去除率分别为95%、98%、75.8%、52%、100%，该技术明显优于污水处理厂原砂滤处理工艺。王宁若等[9]采用超滤-纳滤双膜组合工艺对某城市污水厂A2/O工艺处理后的二沉池出水进行深度处理，出水COD、TP指标均完全满足地表水Ⅱ类以上水质标准，NH3-N指标可达到Ⅲ类以上水质标准。

（2）滤布滤池/转盘滤池工艺。滤布滤池/转盘滤池属于表面过滤技术，与传统的过滤技术相比，具有投资小、运行效率高、水头损失小、去除磷化物效果明显、可连续运行全面实现自动化控制等优点，但其过滤孔径一般为10～20μm，对进水水质要求比较高。其与混凝沉淀工艺联用后能够去除SS、TP以及少部分的COD、BOD，但对于NH3-N、TN指标则没有去除效果[10]。江西某南部城市生活污水处理厂[11]采用改良型厌氧-缺氧-好氧（AAO）+高效沉淀池+纤维转盘滤池处理工艺，三峡库区某城镇污水处理厂[12]采用“高效沉淀池+滤布滤池”组合工艺进行提标改造，该两家污水处理厂出水水质均从一级B标准提升到了一级A标准，环境效益明显。此外，立式纤维滤布滤池能有效截留出水中的SS，完成二沉池出水的深度处理[13]。

（3）活性砂过滤。活性砂过滤是一种连续运行处理工艺，能集絮凝、澄清、过滤及生化处理功能为一体，在SS、TN、TP的去除方面有着较好的效果。砂过滤系统具有占地面积省、运行费用低、截污容量大等优点，但在实际运行中需要注意观察维护无法正常提砂、跑砂、板结等问题[14]。安徽某污水处理厂在深度处理阶段采用了活性砂滤池，对SS具有良好的去除效果，当进水SS为15～35mg/L时，出水SS＜8mg/L[15]。张林等[14]针对西北某城市污水深度处理采用改良A2/O+活性砂过滤技术，该组合工艺对TN、TP、COD、BOD5、SS、氨氮的去除效果稳定良好，而且具有良好的抗冲击负荷能力。秦皇岛市某污水处理厂在已建工艺流程后增加了曝气生物滤池（BAF池）及活性砂过滤系统，最终出水水质由一级B稳定提高至一级A排放标准[16]。

（4）反硝化深床滤池。反硝化深床滤池是常规滤池的深度改造，采用石英砂作为填料，填料的深度可设置为1.8～2.4m，一般采用气洗、气水联合反冲洗、水洗或漂洗等运行操作方式来避免滤池的堵塞或板结。其具有生物脱氮及过滤功能，能够有效确保出水SS、TN稳定达标，极具进一步深度推广应用价值。安徽省阜阳市颍南污水处理厂采用高效沉淀池+反硝化深床滤池深度处理，处理后出水水质达到一级A标准，其中SS达到地表水Ⅳ类标准[17]。河北省某污水处理厂运用多段AAO+深床反硝化滤池工艺使出水水质提高至地表水Ⅳ类标准，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]。浙江某城市污水厂采用改良式SBR+MBBR+深床反硝化滤池提标改造工艺，使出水BOD5、NH3-N、TN和TP均值分别降为4.1mg/L、0.7mg/L、6.9mg/L和0.2mg/L[19]。

4.湿地生态技术

湿地生态技术净化污水的过程是生物或基质填料对浓度较低的污染物进行吸附、过滤、沉淀及生物吸收、富集、降解等去除，其管理较为便捷，投资小，运行成本低，净化效果明显，还可以实现环境美化的最大化。该技术对于COD、BOD5、NH3-N以及TP等几种物质的处理效率可分别达到60.1%、55.3%、76.6%及40.5%乃至以上，且经处理的出水水质能达到有关规定中的Ⅲ类水标准[20]。杜村寺采用“强化澄清调节池+微曝气垂直潜流人工湿地+水平潜流人工湿地+表面流人工湿地+氧化塘”组合工艺构建的人工湿地，出水水质达到Ⅳ类水标准[21]。王建等[22]以潜流人工湿地+表流人工湿地组合工艺实现了将湿地出水中COD、NH3-N浓度分别控制在30mg/L、1.5mg/L以下。

5.发展趋势与展望

（1）工艺优化与提升。通过对已投产使用的深度处理工艺，从处理效果、数据分析、物料损耗等方面综合分析，不断优化工艺参数，提升工艺效果。

（2）技术绿色化发展。使城镇生活污水深度处理技术和方法朝着创新的、绿色无污染的方向发展，减少处理过程物质资源的耗损以及污染废弃物的产生。例如微藻生物技术，微藻在深度去除氮、磷的过程中具有巨大的潜力，在脱氮除磷的同时，可以实现空气中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）技术资源化发展。在利用深度处理技术处理污水时，不仅要注重提高水质，还要注重能源回收和资源化利用。例如生活污水中含有一定的氮磷，经深度处理技术处理达到再生水水源要求后可作为城市绿化及农田灌溉用水回用。

（4）智能化应用与管理。利用物联网技术、大数据技术以及自动化控制系统等监测和管理生活污水的深度处理。