前言
随着城镇化进程加快,经济快速发展的同时环境污染问题随之出现,主要表现在小城镇污水处理率较低,各地区发展不平衡等方面。与大城市相比,中小城镇建设污水处理厂还具有资金来源缺乏和管理技术水平低等约束条件,因此城镇污水处理厂应选择适合其水质特点和地区特性的高效低耗处理工艺。处理规模确定的不合理是造成已建成污水处理厂不能正常运营的重要原因之一。
1 不同污水的水质分析及处理设想
充分利用原水水质的不同对污水进行预处理,通过源头的有效控制,合理发挥调节容量,为生化处理创造最佳条件,达到升级改造的要求。
1. 1 不同污水的水质分析
印染产生的碱性废水和金属制品生产产生的酸性废水的中和混匀对调节原水的pH起关键作用。印染产生的碱性废水碱性很强,一般都能用于印染企业锅炉水膜除尘脱硫,一方面能降低烟道中的酸性气体,另一方面烟尘中的碳粒能吸附碱性废水中的有机物。同样印染产生的原水COD浓度较高,利用电厂的煤渣可以吸附印染废水的COD,可降低原水中印染废水的COD浓度8%～25%。化纤废水含有可溶和不溶有机物,可以在预处理中用隔油和气浮的方式去除不溶有机物,除油和去除浮在水中的比重较轻的颗粒物,再用沉降方式去取比重比较重的颗粒物,同样对金属表面处理的含油废水、化工废水、塑料制品的废水、造纸废水等也可采用同样或类似的方法进行预处理。皮革废水含有硫化物和重金属离子、氯化物、SS,预处理后的废水原水中BOD5 较高,有利于生化处理。
化工废水水质情况比较复杂,预处理也各不相同,对不可生化、难易生化和影响生化的化工废水,要根据化工废水特点合理调配进水水量,特别是水质复杂,含有影响生化的化工成份存在:例如含有强氧化剂、杀菌剂、高盐份、高毒性的废水应进入急事故排放池,尽可能不要接管处理。
1. 2 不同污水的水质混合控制及处理
对于含有酸和碱的接管废水进水,需要有应急事故排放池,以防止由于酸碱瞬时浓度高而影响生化处理。印染、洗毛、造纸、皮革生产过程中,由于生产工艺的不同,其废水排放存在周期性的变化,水质水量变化太大不利后期的生化处理,利用周期性变化的规律合理调节水质水量,对接管进水水质的混合进行有效控制,能起到调节水质进水浓度和水量的作用,对后期的生化处理才能稳定运行。化工废水由于所含成份复杂,往往BOD5 很低,尤其预处理已有物化和生化的化工废水,对后期生化处理更带来负面影响,而且其COD 浓度变化很大,特别是水质复杂,含有影响生化的化工成份存在:强氧化剂、杀菌剂、高盐份、高毒性的废水,因此也需要有应急事故排放池,合理调节和控制进水水质水量,合理配好进水水质,才能便于后期的生化处理。
金属氧化和含有重金属的废水,由于重金属离子影响生化处理,预处理去除重金属离子也很重要,控制住接管水的重金属离子有利于生化处理。生活污水和畜禽养殖业等一些含有BOD5 较高的废水,对生化处理有利,能起到平衡水质B/C的作用。对于物化处理和一级生化处理后的水质中BOD5含量较低,通过合理调配生活污水等BOD5含量较高的接管水量,对后期的生化处理能起到关键作用。生活废水在城镇污水管网建设中集中提升后直接排进一级生化出水池,直接配入二级生化池中进行生化,通过提高二级生化污水中的B /C,有利于二级生化的处理。
2 小城镇污水深度处理工艺的选择
目前活性污泥工艺在城镇污水处理厂中得到了广泛的应用,如传统活性污泥及其改进工艺A/O,A2/O或者倒置A2/O,氧化沟、交替式氧化沟、一体化氧化沟等, SBR工艺等,它们已经成为城市污水处理的主流工艺。中小城镇污水的升级改造深度处理可采用淹没式生物膜法、生态塘、人工湿地等工艺。确定中小城镇污水深度处理工艺,应该遵循下列原则: ①工艺应具备运行可靠,运行管理方便的特点,②工艺应具备投资省,运行费用低廉的特点, ③工艺应具备较强的抗冲击能力及灵活的运行方式。
2. 1 水解- 好氧生物处理工艺
水解- 好氧生物处理工艺在小城镇污水处理中具有高效、节能、投资低廉等显著优势,无疑在中国中小城镇污水处理中具有良好的应用前景。通过实践与资料整理得到:当生活污水工业废水各占一半时,水质成分复杂,BOD5 /CODcr为013～014,是较难生化降解的废水。这时的处理工艺为:原水→水解池→曝气池→二沉池→出水。水解池停留时间215h～315 h,曝气池4 h～6 h,试验期间进水水质波动较大, CODcr 177 mg/L ～330 mg/L, 系统最终出水CODcr平均49 mg/L, BOD25 mg/L, SS17 mg/L,出水完全达到一级排放标准,同时用气量比传统工艺减少70% ,“水解- 好氧”工艺产泥量比传统工艺减少30%～40%。“水解- 复合好氧生物处理工艺”相对传统“水解- 好氧”工艺提高了好氧段生物量及曝气传质速率,加快了系统的去除速率,使得这一工艺在近些年得到快速发展。“厌氧水解- 高负荷生物滤池”组合处理工艺便是其中有代表性的一种,该工艺采用厌氧水解滤池取代传统的初沉池作为预处理工艺,提高废水可生化性,同时对传统高负荷生物滤池进行了重要的技术革新,在提高处理效率的同时大幅度降低了建设投资和运行能耗。厌氧酸化- 高负荷生物滤池处理系统的CODcr去除率高达75% ～85% , BOD5 达85% ～95% , SS达85% ～95%。经该系统处理后, CODcr小于55 mg/L, BOD30 mg/L,SS4 mg/L～28 mg/L,均可满足城市污水一级处理的出水要求。此外,厌氧水解- 高负荷生物滤池处理__系统的污泥产率明显低于普通活性污泥法,污泥总产率的大幅降低意味着二次污染物数量以及污泥处理和处置费用的大幅度降低。
2. 2 BAF工艺
BAF工艺一般为固定床形式,通常用陶粒填料作为生物载体,具有生物氧化降解和截留SS的双重功能,该工艺需周期性地反冲洗,以清洗滤池中截留的SS和更新生物膜,生物主体以固定相为主,另外BAF工艺之后一般不需再设二次沉淀池,该工艺适用于污水深度处理或低浓度污水处理。
2. 3 SBF工艺
SBF工艺介于曝气生物滤池(BAF)与活性污泥法之间。SBF工艺通常以弹性生物环填料、组合填料、软性填料、球形悬浮填料等新型生物载体为主,SBF曝气池生物主体以悬浮相和固着相两种形式存在,后续工艺需要二次沉淀池进行固液分离,该工艺可以处理不同浓度污水,运行灵活稳定。与常规活性污泥法相比, SBF工艺的特点有: ①生物相多样化且微生物量多,生物膜法单位体积内的生物量有时可多达活性污泥的5～20倍,因此SBF工艺具有较大的处理能力, SS、BOD5、CODcr、和NH3 - N的去除率高且剩余污泥的产量少; ②耐冲击负荷,对水质、水量变动具有较强的适应性,即使进水中断或工艺遭到破坏,性能亦不会受到致命的影响,恢复较快;③动力消耗低,氧的利用率高,由于填料的扰动使气泡破裂进而提高了充氧效率,故一般动力消耗较活性污泥法要小; ④土建费用少,造价低,运行管理方便。因此对于水质成分相对复杂,水质水量波动相对较大的中小城镇, SBF工艺无疑是一种高效低耗的污水处理优选工艺。
2. 4 BLOAK污废水处理系统
由于投资低廉、运行可靠等诸多优势,BLOAK污废水处理系统这种新的高效低耗污水处理工艺逐步在中小城镇污水处理工程中得到应用。BLOAK属于脱氮除磷生化处理系统,采用低负荷活性污泥工艺和特殊的悬挂链式曝气工艺,曝气头悬挂在浮筒链下,浮筒链横跨一体化曝气池两岸,每条链可在一定区域运动,曝气器的波动使其服务面积增大,使系统可以在低污泥负荷波浪式氧化工艺下运行,通过简单的控制可在曝气池中交替形成多重缺氧区和好氧区,形成多级A /O工艺,实现多级脱氮以促进硝化、反硝化反应的进行,使水中的污染物被微生物彻底吸收和分解,达到净化水质的目的。该工艺曝气池多采用土墙结构,可以因地制宜利用低洼地形,因而具备投资低廉、维护简单、运行费用低等特点。
2. 5 生物氧化塘、植物吸收人工湿地等新型技术的应用
人工湿地处理工艺:目前,人工湿地污水处理系统已经在中国得到了迅速发展。与常规活性污泥法相比,人工湿地利用自然生态系统中的物理、化学和生物等协同作用实现污水的净化,具有投资低、运转费用低、维护技术水平低和能耗低等特点。资料表明,人工湿地的工程造价与运行费用仅为传统活性污泥法的10%～50% 。因此,人工湿地在中国中小城镇具有良好的应用前景。按照系统布水方式的不同或水在系统中的流动方式不同一般可分为自由表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地,各种人工湿地在中国各地都有应用。人工湿地处理系统完全适于中国不同地区中小城镇的水质、水量波动大的特点,是极具发展及应用前景的高效低耗污水处理工艺。
生态塘污水处理工艺:塘处理系统厌氧塘、兼性塘、好氧塘,净化(或)熟化塘,大型水生植物塘,储存塘等各种单元塘的不同组合。生态塘以太阳能为初始能源,通过在塘里种植水生作物,并进行水产和水禽养殖,进而形成人工生态系统。污水进入生态塘中,其中的有机污染物被细菌和真菌降解,而其降解产物又被作为碳源、氮源和磷源,利用太阳能,进行新陈代谢过程,并从低营养级到高营养级逐级迁移转化,最后转变成水生作物如鱼、虾、蚌、鹅、鸭等产物,从而获得可观的经济效益。由于生态塘工艺动力费用小,且无需进行污泥处理,基建工艺流程:污水→格栅→沉砂池→斜板沉淀池→厌氧塘→多级兼性塘→最终净化塘(养鱼、养鸭) →农田灌溉→补充地下水。如果土地面积宽裕可以考虑使用此工艺。
2. 6 微生物絮凝剂的应用
常规的生化处理已不能满足COD的进一步降低,一级生化出水后的深度处理,可以在一级生化出水进行二级物化处理,加入絮凝剂后依次用煤渣、粉煤灰、陶瓷颗粒、硅藻土、活性炭为载体,对废水进行深度处理,其原理是利用各种固体颗粒的吸附功能和对废水进行深度处理。。
生物絮凝剂和膜分离技术的应用:微生物絮凝剂属于天然高分子有机物(生物树脂) ,是人们近年来利用生物技术,开发出的一类由微生物在特定培养条件下生长代谢至一定阶段产生的具有絮凝活性的产物。可以使水体中不易降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子等凝集、沉淀的特殊高分子聚合物。它易于分离、沉降效率高、可降解,其降解产物对环境无毒无害、不会产生二次污染、适应范围广、具有很好的除浊__和脱色作用,是一种高效安全的絮凝剂。属于绿色环保产品,被人们称为第二代絮凝剂。主要由具有两性多聚电解质特性的糖蛋白、蛋白质、多糖、纤维素和DNA等生物高分子化合物组成。
微生物絮凝剂在实际中的应用主要有以下几方面:
(1)污泥沉降性能的改善。在膨胀污泥中加入生物絮凝剂能有效地消除污泥膨胀状态,使污泥容积指数快速下降,恢复污泥活性。
(2)废水悬浮颗粒去除。微生物絮凝剂可用于高岭土、泥水浆、粉煤灰等水样的处理。
(3)高浓度有机废水处理。畜产废水中含较高浓度的TOC和TN,采用合成高分子絮凝剂处理存在二次污染, 采用微生物絮凝剂处理后, TOC、OD660均有显著降低,浊度去除率也很高;染料分子难以生物降解,一般的化学絮凝剂效果不佳,而用微生物絮凝剂处理可达理想目标。
(4)乳化液油水分离。
(5) 发酵液后处理。发酵液常常呈现胶体状态,给过滤带来困难,添加微生物絮凝剂可有效地实现发酵液中微生物的细胞分离。
(6)食品废水处理。食品的废水中往往会有多种可利用成分,需要回收再利用。可利用某些废水产生絮凝剂,用于处理水产废水,达到以废治废,变废为宝的效果。此外,微生物絮凝剂还可广泛应用于城市污水、医院污水、石化废水、造纸废液、制药废水等多方面的处理过程中。
2. 7 膜分离技术的应用
膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质,在外力的推动下,对混和物进行分离、提纯、浓缩的一种分离新方法。可以是固相膜、液相膜或气相膜。目前使用的分离膜绝大多数是固相膜。根据分离膜所受驱动力的不同,分为压力驱动膜、浓度驱动膜、电驱动膜和热驱动膜,以压力和浓度为驱动力的膜分离技术主要包括微滤、超滤、反渗透、纳滤、渗析、电渗析、渗透蒸发和气体分离等。膜分离技术有着很明显的优点:膜分离过程不发生相变,和其他方法相比能耗低,是一种节能技术膜分离设备本身没有运动部件,很少需要维护,可靠度很高,操作十分简单;膜分离装置简单、分离效率高,而且可以直接插入已有的生产工艺流程,不需要对生产线进行大的改变。为达到新的排放标准需要在短时间内提高处理要求的,或者需要将排水作为回用的,结合一定的融资支持可以考虑用这种高效便捷的升级改造处理技术。（东华大学环境工程与科学学院）
