小型污水处理工艺技术

　　一、背景和目的

　　在滇池面源污染控制中，村镇生活污水的收集、处理和回用是极为重要的。另外，滇池作为著名的旅游名胜，周边的旅游景点、饭店宾馆必然产生相对集中的生活污水。污水不加处理或仅作简易处理即排放到水体，势必加大滇池的污染，导致水体的富营养化，加剧藻类繁殖，使滇池水质不断恶化。要彻底改善滇池的水体环境，除了有效处理城市污水外，必须重视滇池周边村镇和旅游景点的生活污水处理，有条件时，应尽量将经处理的尾水回用于农业或园林灌溉，从根本上杜绝污水排入滇池，确保水环境质量。
　　村镇和景点的污水处理不同于城市污水处理，一般具有以下特点：
　　其一，污水处理规模较小，村镇的经济能力较弱，必须大幅度降低建设投资，减少运行成本，并具有维护方便、管理简单的基本特点。
　　其二，由于滇池是典型的封闭水体，除按常规要求处理有机污染外，还必须有效去除磷和氮，防止水体的富营养化，抑制藻类的生长和繁殖。
　　根据上述特点和要求，本项目将针对村镇和旅游景点的生活污水污染问题，提供先进、经济并具有除磷脱氮功能的小型污水处理厂的工艺技术，建立具有典型意义的示范工程，为下一步的滇池面源治理中的污水处理提出指导建议。

　　二、现有技术基础和主要成果

　　三、关键技术和主要指标

　　四、示范工程设计方案

　　为保护受纳水体，国家制定了污水排放标准，依受纳水体水质类别的不同，执行不同的排放标准。为满足排放标准污水需达到相应的处理程度，排放标准高，势必要求处理程度也高。如一级排放标准一般至少要达到硝化/反硝化、生物与化学除磷的深度二级处理程度；二级排放标准一般要达到生物（或化学）除磷、氨氮硝化的二级处理程度。由于区域性质的乡镇污水处理涉及面广，情况较复杂，加之各乡镇的地理位置、经济及环境条件、污水排放状况及处理规划等各不相同，因此，具体到各污水处理厂处理目标还要具体分析、分别对待。
　　受建设部和锡山市建委的委托，国家城市给水排水工程技术研究中心和中国市政工程华北设计研究院就锡山市24个乡镇的污水处理进行了工程实施方案研究，提出污水处理系统工程方案，针对每种类型的污水处理厂提出了推荐处理工艺方案。并针对小城镇污水处理进行了工艺与设备技术的综合研究与开发，提出了一系列适合乡镇污水处理的工艺技术。
　　1. 奥贝尔氧化沟
　　通过 “九五”国家科技攻关（相关专题编号96-909-02-01A，96-909-01-01A），奥贝尔氧化沟工艺及全套设备的国产化问题已经基本解决。奥贝尔氧化沟工艺流程简单，基建费用省，运行管理简单，操作控制灵活、方便，耐高浓度、高流量冲击负荷能力强，处理效果稳定可靠，出水水质好，溶解氧浓度0－1－2(mg/L)的梯度分布，可实现除磷脱氮、有效地防止污泥膨胀并能节省能耗，适用于中、小型污水厂，其设计和运行特点主要有以下几个方面：
　　（1）奥贝尔氧化沟由三个椭园形沟道组成，来自沉砂池的污水与回流污泥混合后首先进入外沟道，又分别进入中沟道和内沟道，最后经中心岛的出水堰排至二次沉淀池，在各沟道上安装有转蝶曝气盘数套。
　　（2）转蝶曝气盘密布凸起齿结，可将污水打碎成细密水花，具有较高的混合和充氧能力；可通过改变转盘的旋转方向、转速、浸水深度和转盘安装个数等调节供氧量和电耗水平。
　　（3）外沟道容积为整个氧化沟容积的50％～60％，污水在外沟道内流动150～250圈，才能进入中间沟道，经过有氧无氧区的交换达500～1000次，从而完成了有氧无氧的快速交替，具有同时硝化和反硝化作用。
　　（4）奥贝尔通常有三个串联的连续曝气沟道，其溶解氧控制为外沟0.2mg/L、中沟l mg/L、内沟2 mg/L，在工艺上有更大的灵活性，可以保证始终达到或超过性能标准。
　　（5）原污水中的初沉污泥作为核心，经外沟快速的有氧无氧循环交换，增强了聚凝吸附作用，使污泥密度增大，颗粒直径变大，有利于反硝化的出现。
　　（6）奥贝尔系统转碟的传氧强度低，大部分氧的传递在第一沟道内进行，曝气器前后的DO浓度都接近零，这使得氧传递有一个较高的现场校正系数，降低了标准需氧量（SOR）。
　　（7）曝气转碟具有工作水深大、充氧能力大、充氧效率高、混合能力强以及结构简单、组装灵活、使用寿命长、安装维护方便等特点。
　　2. CSLR工艺的描述
　　双道序批式氧化沟（Course Sequencing Loop Reactor，CSLR）工艺是国家城市给水排水工程技术研究中心针对小型污水处理厂开发的创新工艺，属于反应/沉淀一体化的活性污泥法变型工艺，集成了SBR和氧化沟的优点。CSLR工艺的处理池呈环状（见下图），分成3个渠道，顺次称做A渠，B渠和C渠，渠与渠之间由共用壁相隔，A渠和C渠的宽度为B渠的60%～80%。系统运行时，在环型沟一端的两个外沟渠（A渠和C渠）进水。

　　CSLR工艺处理池的主要曝气设备为曝气转碟，主要特点为：
　　* 处理单元构筑物少，布置紧凑，占地面积小；
　　* 运行管理简单，维护方便，运行调节灵活；
　　* 池容和设备的有效利用率高；
　　* 土建与设备投资节省，运行费用低；
　　* 处理效果好，稳定可靠；
　　* 通过控制曝气系统，形成厌氧、好氧、缺氧条件，具有同时硝化/反硝化和生物除磷效果；
　　* 曝气池和沉淀池一体化，不需要设置单独的沉淀池和污泥回流系统；
　　* 不需要专门的滗水器，水头损失小。
　　CSLR工艺必须按两组（或两组以上）处理池同时运行。运行过程分成三个阶段：BA/C阶段、过渡段和BC/A阶段，三个阶段循环交替连续运行，不需要单独的沉淀池以及回流污泥系统。
　　在CSLR工艺中，通过出水堰和出水结构的特别设计，消除了出水堰中残留混合液对出水水质的影响。
　　3. 化学-生物联合絮凝沉淀法
　　化学-生物联合絮凝沉淀法处理工艺是国家城市给水排水工程技术研究中心与中国市政工程华北设计研究院在“八五”“九五”国家科技攻关基础上开发的创新工艺（相关专题编号85-908-03-03-02，96-909-01-01A）。化学-生物联合絮凝沉淀法污水强化一级处理工艺由絮凝反应池、沉淀池、污泥回流和空气混合系统构成。污水经过机械处理及提升后进入絮凝反应池，通过投加化学药剂和空气混合，实现化学-生物联合絮凝和沉淀反应后，形成沉降性能良好的污泥絮体和磷酸盐化学沉淀物，然后在沉淀池完成固液分离。絮凝反应池的停留时间为20～30分钟，沉淀池的停留时间为1.5小时左右，污泥回流比根据实际需要在10%～50%范围内调节。化学药剂投加量主要根据进水磷浓度和除磷要求确定，PAM投加量为0.1～0.5 mg/L。

　　化学絮凝强化处理与生物絮凝强化处理相结合，以化学强化絮凝沉淀作用为主，生物絮凝沉淀作用为辅，可以取长补短，达到处理效果稳定可靠、明显降低药剂消耗量（30%以上）、减小污泥产生量（20%以上）、降低处理成本的目的。通过化学絮凝沉淀作用、生物絮凝与不完全氧化作用，可以提高和保证SS、COD、BOD、TP的一级强化去除效果；去除率一般为：COD 60%～80%、BOD5 60%～80%、SS 80%～90%、TP 75%～90%、TN 25%左右；
　　处理系统可按3种方式运行，化学絮凝沉淀强化一级处理、化学-生物联合絮凝沉淀强化一级处理处理、生物絮凝沉淀强化一级处理，以适应不同时期水质水量的变化，运行灵活性明显提高
　　4. 回流污泥反硝化生物除磷（倒置A2/O）工艺
　　回流污泥反硝化生物除磷工艺（缺氧/厌氧/好氧工艺，简称倒置A2/O工艺）是中国市政工程华北设计研究院在“七五”（国家科技进步奖证书号（1992）建-3-002-01）、“八五”（专题号85-908-05-03）科技攻关的基础上开发的独创性成果。

　　回流污泥反硝化生物除磷工艺
　　该工艺方案具有处理效果稳定可靠、工艺控制调节灵活、工程实施切实可行、运行维护管理方便、资运行费用节省、整体工艺协调优化等特点。其技术特点为：
　　* 工艺流程中反应池的设计和布置综合了已有除磷脱氮工艺的优点，具有相对独立的厌氧、好氧区域以及回流污泥反硝化区域，功能分区明确、协调；
　　* 在厌氧池之前设缺氧/厌氧反应池（停留时间为2 h左右），来自二沉池的回流污泥和10%左右的进水进入该池，活性污泥利用约10%进水中的有机物和活性污泥本身的有机物（内源反硝化）彻底去除回流污泥中的所有硝态氮，消除了硝态氮对后续厌氧池的不利影响，从而保证厌氧池的稳定性和生物除磷效果；
　　* 采用多点进水设计，取消混合液回流，具有工艺流程简单、运行灵活性强等特点，可以根据进水水量水质特性和环境条件的变化，灵活调整运行方式，并降低工程投资和运行费用；
　　* 由于回流污泥反硝化反应池内的污泥浓度接近于回流污泥的浓度，单位池容的反硝化速率明显提高，能够稳定、高效、可靠地完全去除回流污泥中的硝酸盐，除磷效果及稳定性优于其它除磷脱氮工艺；
　　* 污水生物处理反应池的池型设计采用推流式池型构造、反应池分格，明显提高运行方式的调节和控制灵活简便、稳定可靠；
　　* 我国的城市污水中碳氮比普遍偏低，就满足国家《污水综合排放标准》来说，除磷要求高、氨氮和总氮去除要求不太高，倒置A2/O工艺非常适合这种需求；
　　* 附加协同沉淀法化学除磷，满足TP 0.5 mg/L的特殊要求，处理效果稳定、可靠，药剂消耗量低，构筑物与设备少，运行简便。
　　5. SBR法 SBR法是间歇式（序批式）活性污泥法的简称，其运行工况以间歇操作为主要特征。该法不设二次沉淀池，省去了污泥回流及其设备，工艺流程简单，布置紧凑，占地节省，运行方式灵活，除磷脱氮效果好，耐冲击负荷，可避免污泥膨胀，处理效果稳定可靠，出水水质好。但需特殊的滗水装置。
　　6. 单沟式氧化沟 工艺流程简单，运行管理方便，耐冲击负荷能力强，处理效果稳定，出水水质好。基建费、运行费较低。适用于中、小型污水厂。
　　7. 滴滤池
　　滴滤池即普通生物滤池，是一种生物膜法处理工艺，是生物滤池早期出现的类型，由于其构筑物结构简单，所用滤料能就地取材，靠自然通风供氧的方式大大减少了设备，节约了能源，因而运行费用较少，另外其运行稳定，易于管理，对BOD去除率可达95%以上。其主要缺点是卫生状况不好，易孳生滤池蝇，滤池易堵塞，在处理水量大时占地面积较大。