村鎮(zhèn)污水處理傳統(tǒng)工藝研究
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摘要：探討了傳統(tǒng)A/O、A/A/O及改良式AAO工藝在村鎮(zhèn)分散污水處理中的應用及一體化污水處理技術的發(fā)展進程，分析了傳統(tǒng)工藝在城鎮(zhèn)分散污水處理中的優(yōu)缺點，闡述了一體化污水處理技術的發(fā)展，提出了一體化污水處理技術在低碳氮比村鎮(zhèn)污水處理中的應用研究建議，為研發(fā)簡便、可靠、高效、節(jié)能環(huán)保的一體化污水處理工藝提供參考。
關鍵詞：分散污水處理；傳統(tǒng)污水處理；一體化污水處理；村鎮(zhèn)污水
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)的基礎設施、工藝等方面的要求較高等原因，導致城鎮(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，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，學校、醫(yī)院、服務機構及各種公共設施排水，以及部分工業(yè)廢水和雨水等。具有以下明顯特點[1]。（1）生活污水的比重較大，受地區(qū)生活習慣、環(huán)境管理、設施完善程度等因素的影響，水質有較大的不均勻性。（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)境質量要求的提高，修訂后的《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）特別對出水氮、磷含量加嚴了要求，現(xiàn)有污水處理設施重點考慮達到氮、磷排放標準，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應滿足以下要求：低碳氮比污染物處理效果好，出水氮磷達標；投資少，能耗低；占地面積小，一體化設計；污泥排放量少，運行和維護簡單，操作管理方便。
1.2.1A/O工藝
20世紀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碳為碳源，以硝化回流液為電子受體，進而完成反硝化脫氮[3]。主要優(yōu)點：硝化反應消耗堿度可通過反硝化產(chǎn)生堿度得到一定的補充；缺氧、好氧池的順序有利于減輕好氧池負荷，提高有機物的去除率；以原污水為碳源，降低了建設運行費用。主要缺點：由于沒有獨立的污泥回流系統(tǒng)，培養(yǎng)出的污泥不能去除難降解的物質；較大的內循環(huán)比加大了運行費用；內循環(huán)液攜帶一定的溶解氧，進而破壞了嚴格的缺氧環(huán)境，影響反硝化脫氮效果。
1.2.2A/A/O工藝
A/A/O（Aerobic/Anoxic/Oxic）工藝是在A/O工藝的基礎上增設厭氧池而開發(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]。出水進入二沉池進行泥水分離，上清液及一部分剩余污泥進行排放，一部分污泥回流至厭氧反應器。污水與含磷回流污泥進入?yún)捬鯀^(qū)，在釋磷菌作用下釋放磷并產(chǎn)生能量，同時降解部分有機物。出水進入缺氧池后，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，最后進入好氧區(qū)，進行氧化降解有機物、吸收磷和硝化反應，最終實現(xiàn)同步脫氮除磷功能。主要優(yōu)點：水力停留時間少于其他類工藝；厭氧、缺氧、好氧交替運行，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：除磷效果很難進一步提高，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負荷、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，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[7]（Uni-versityofCapeTown）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行，進而減少反硝化不充分的硝酸鹽進入?yún)捬鯀^(qū)[8]。同濟大學高廷耀[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一中間沉淀池和固定膜反應池，為反硝化除磷細菌提供了所需的環(huán)境和基質，進而開發(fā)了一種強化除磷的DEPHANOX工藝。改進AAO工藝的特點：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，存在反應器體積較大、投資和運行費用高等缺點[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發(fā)展的總趨勢是趨向于一體化設計，一系列一體化污水處理新工藝得到較好的開發(fā)應用，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為兩類[12]：一類是對反應器的內部空間進行合理分區(qū)，如對空間上的厭氧區(qū)-缺氧區(qū)-好氧區(qū)進行一體化設計等。另一類是將反應、沉淀等工序按時間順序進行調配的一體化氧化溝工藝等。M.Ro[13]等研究的一種厭氧-缺氧-好氧復合反應器，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（OmbinedOxidationDitch）成功的將集曝氣、沉淀、泥水分離和污泥回流實現(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，無需二次沉淀池、污泥回流系統(tǒng)簡單且容易實現(xiàn)自動控制，建成投產(chǎn)后效果良好[15]。英國學者Lockett[16]采用將反應曝氣、沉淀、出水、污泥回流基于一體的SBR反應器（SequencingBatchReactor），投資和運行費用大大降低，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：將傳統(tǒng)生物處理工藝的反應、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荷能力；工藝簡單，施工安裝及運行費用低，運行管理方便，能耗低；脫氮除磷反應能在一個反應器內同時連續(xù)發(fā)生，減小了反應器容積，節(jié)省了反應時間，對負荷變化適應性強；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)的一體化設備有利于硝化和反硝化反應的進行，進而達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行吸磷反應提供了環(huán)境，進而完成反硝化除磷，這是業(yè)內研究開發(fā)新型脫氮除磷工藝的重點和熱點。一體化工藝的缺點：現(xiàn)有一體化工藝的最大缺點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，不能較好地應用到村鎮(zhèn)分散污水處理領域，污水量不穩(wěn)定導致工藝設備利用率較低，生物處理調試運行受外界環(huán)境要求較大，自動化程度要求高，因而研究與開發(fā)高效脫氮除磷技術以及相關成套設備對處理村鎮(zhèn)分散污水具有重要意義[18、19]。目前我國能夠實現(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、高效、低耗的新型脫氮除磷一體化工藝仍是國內外的研究熱點[20]。
3結論
（1）針對村鎮(zhèn)污水處理工程的設計規(guī)范、標準、法規(guī)等較少，沒有相適應的工藝，而是延用和照搬大、中型規(guī)模城市污水處理工藝，因此建設運行費用高、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尤為關鍵。（2）現(xiàn)有一體化工藝的最大缺點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)高效脫氮除磷技術以及相關成套設備具有重要的現(xiàn)實意義。
作者：張慶軍 單位：遼寧城建設計院有限公司