重點(diǎn)行業(yè)COD減排實(shí)用技術(shù)研討會(huì)
小城鎮(zhèn)城市污水處理技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)
王凱軍
城市污水處理新工藝和新技術(shù)開發(fā)內(nèi)在原因是人們不斷追求高效率、低能耗、低成本和低的占地面積等高性能指標(biāo)的實(shí)踐結(jié)果。不同反應(yīng)器的應(yīng)用受到了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和理論條件的限制。這些限制體現(xiàn)在對(duì)于好氧生物反應(yīng)器研究和開發(fā)，受到了生物生長(zhǎng)特性(生物量和活性)、反應(yīng)器的形式(固定床、懸浮床和流化床)、傳質(zhì)條件(氧的供給)和固液分離(沉淀、過濾)等諸多因素的限制。長(zhǎng)期以來人們圍繞這些限制因素根據(jù)各個(gè)時(shí)期的理論、技術(shù)、材料等進(jìn)展，進(jìn)行了長(zhǎng)期不懈的研究和開發(fā)工作。目前，在以下幾個(gè)方面的進(jìn)展迅速： ① 高效反應(yīng)器的發(fā)展: 生物膜反應(yīng)器和活性污泥工藝的處理負(fù)荷在1.0～2.0kgBOD/m3.d之間，而以三相內(nèi)循環(huán)流化床反應(yīng)器為代表的移動(dòng)床反應(yīng)器的負(fù)荷可以達(dá)到5-10kgBOD/m3.d。所以，對(duì)生活污水的處理從反應(yīng)器發(fā)展趨勢(shì)角度是從生物膜反應(yīng)器、活性污泥工藝向高效的移動(dòng)床和流化床發(fā)展。
② 沉淀與反應(yīng)、反應(yīng)與分離等技術(shù)的融合趨勢(shì): 對(duì)生物反應(yīng)和沉淀功能的組合，導(dǎo)致三溝式氧化溝、SBR反應(yīng)器和UNITANK等新工藝的開發(fā)和應(yīng)用，特別是集接觸氧化反應(yīng)和過濾為一體的曝氣生物濾池，以及利用高科技形成反應(yīng)和分離的膜生物反應(yīng)器，充分代表了這一發(fā)展趨勢(shì)。
③ 固定床和懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)融合的趨勢(shì): 80年代初，我國(guó)和日本同時(shí)開發(fā)了接觸氧化工藝，但是接觸氧化沒有解決填料使用壽命、放大和堵塞一系列問題，同時(shí)，填料費(fèi)用的增加抵消了池容投資的節(jié)約。這導(dǎo)致移動(dòng)床和流化床反應(yīng)器的開發(fā)，這種反應(yīng)器生物外在形態(tài)上是懸浮狀態(tài)，而生長(zhǎng)方式是生物膜生長(zhǎng)。這是固定床生物膜技術(shù)與懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)更高一個(gè)層次的技術(shù)融合。
④ 充氧性能的提高：從直到70年代末仍然采用簡(jiǎn)單的穿孔管曝氣，這一時(shí)期的技術(shù)進(jìn)展表現(xiàn)為我國(guó)對(duì)于射流曝氣的開發(fā)和掌握，到80年代初國(guó)內(nèi)第一個(gè)大型城市污水處理廠引進(jìn)中剛玉盤的微孔曝氣，90年代，開發(fā)橡膠材料的可變孔微孔曝氣裝置，體現(xiàn)了這一領(lǐng)域的進(jìn)展。 我國(guó)城市污水處理技術(shù)研究工作從20世紀(jì)70年代末起步，經(jīng)過20多年的不懈努力，在城市污水處理技術(shù)方面取得了較大的成就，成果豐碩。同時(shí)，隨著改革開放也不斷引進(jìn)國(guó)外新的工藝技術(shù)。目前在水污染治理技術(shù)上，已成功廣泛使用傳統(tǒng)活性污泥法、延時(shí)法等新型活性污泥工藝、SBR、AB法、UNITANK和氧化溝技術(shù)、A-O法和A2-O等變形工藝。這些在我國(guó)城市污水處理廠普遍采用的工藝，是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家所采用的主導(dǎo)技術(shù)，并被證明是行之有效的水污染控制技術(shù)。這些工藝原則上也適用于小城鎮(zhèn)污水處理，但是，對(duì)于我國(guó)大量的小城鎮(zhèn)的小型城市污水處理廠，應(yīng)該根據(jù)這一巨大需求開發(fā)小城鎮(zhèn)適用的簡(jiǎn)易高效污水處理成套技術(shù)，重點(diǎn)要解決在城市污水處理廠出現(xiàn)的三高問題，即投資高、電耗高和運(yùn)行費(fèi)用高。
2 小城鎮(zhèn)污水處理的適宜工藝
2.1 SBR反應(yīng)器
傳統(tǒng)SBR反應(yīng)器在運(yùn)行操作上形成了曝氣和沉淀相結(jié)合的特點(diǎn)，這體現(xiàn)了SBR反應(yīng)器最為本質(zhì)的特點(diǎn)之一。同時(shí)，這要求SBR反應(yīng)器必須充分利用了現(xiàn)代電子和自動(dòng)化技術(shù)。SBR反應(yīng)器的發(fā)展過程呈現(xiàn)了多樣性，有CASS、CAST、ICEAS、MSBR等多種新型SBR反應(yīng)器。各種SBR反應(yīng)器的發(fā)展體現(xiàn)了與傳統(tǒng)活性污泥相互融合的趨勢(shì)。具體表現(xiàn)為從間歇進(jìn)水、間歇出水的傳統(tǒng)SBR反應(yīng)器，發(fā)展到連續(xù)進(jìn)水、間歇出水和連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水并帶回流污泥的SBR反應(yīng)器。以及出現(xiàn)了UNITANK這種融合氧化溝、SBR和活性污泥工藝新型的綜合性工藝。這體現(xiàn)了間歇式的SBR和連續(xù)式活性污泥工藝相互融合的特點(diǎn)。
通過對(duì)SBR工藝特點(diǎn)和不同研究者的研究結(jié)果進(jìn)行匯總(不考慮由于SBR反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致的直接結(jié)果，如：投資低和運(yùn)行費(fèi)用低等)，SBR反應(yīng)器眾多優(yōu)點(diǎn)可歸納如下：
SBR反應(yīng)器充分利用了生物反應(yīng)過程和單元操作過程的一些基本原理(表1)。不同的SBR反應(yīng)器由于流態(tài)、池型或操作方式的改變可能僅僅具有上述特點(diǎn)的一條或幾條。同時(shí)，經(jīng)典的SBR反應(yīng)器也存在一定問題，比如：
① 處理連續(xù)進(jìn)水時(shí)，對(duì)于單一SBR反應(yīng)器的應(yīng)用需要較大的調(diào)節(jié)池；
② 對(duì)于多個(gè)SBR反應(yīng)器進(jìn)水和排水的閥門自動(dòng)切換頻繁；
③ 無法解決大型污水處理項(xiàng)目連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水的處理要求；
④ 設(shè)備的閑置率較高和污水提升水頭損失較大等等。
2.2氧化溝工藝
氧化溝在歐美各國(guó)得到了廣泛的重視，發(fā)展速度很快。據(jù)統(tǒng)計(jì)到1977年為止在西歐有超過2000多座派司維爾型氧化溝投入運(yùn)行。荷蘭DHV公司發(fā)明的卡魯塞爾氧化溝在全世界范圍已有800多座投入運(yùn)行(1996)。法國(guó)OTV-Kurger公司開發(fā)的D型氧化溝已占丹麥氧化溝總數(shù)的80％。美國(guó)Envirex公司開發(fā)的Orbal氧化溝，最大處理規(guī)模已達(dá)90萬m3/d。
從90年代至今是我國(guó)氧化溝技術(shù)大發(fā)展的階段，預(yù)計(jì)已有上百座氧化溝污水處理廠投入運(yùn)行。氧化溝技術(shù)仍然是當(dāng)前污水處理的熱點(diǎn)。氧化溝屬于活性污泥工藝的一種變形，但是在其發(fā)展過程中也形成了其很多獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：
① 構(gòu)造形式具有多樣性
② 氧化溝曝氣設(shè)備的多樣性
③ 簡(jiǎn)化了預(yù)處理和污泥處理
2.3 曝氣生物濾池工藝
現(xiàn)代曝氣生物濾池(簡(jiǎn)稱BAF)是在70年代末80年代初出現(xiàn)的一種膜法生物處理工藝，最初是應(yīng)用在污水處理的三級(jí)處理上。其將生物接觸氧化與過濾結(jié)合在一起，不設(shè)沉淀池，通過反沖洗再生實(shí)現(xiàn)濾池的周期運(yùn)行。在廢水的二級(jí)處理中其保持接觸氧化的高效性，同時(shí)又可通過過濾獲得高的出水水質(zhì)。90年代初得到了較大發(fā)展(圖1)。以BAF為代表的工藝主要優(yōu)點(diǎn)如下：
① 工藝容積負(fù)荷可高達(dá)6.0kgBOD/m3.d，出水達(dá)到或接近生活雜用水標(biāo)準(zhǔn)；
② 占地面積少：曝氣生物濾池占地是常規(guī)二級(jí)生化處理的1/5～1/10；
③ 投資?。築AF系統(tǒng)總水力停留時(shí)間短，基建投資少，同時(shí)出水水質(zhì)高。
曝氣生物濾池可以有多種運(yùn)行方式，可以下向流的方式運(yùn)行，也可以是上向流的方式運(yùn)行，采用上向流的曝氣生物濾池往往采用輕質(zhì)濾料。曝氣生物濾池工藝也可與其他生物處理工藝一樣采用多級(jí)串聯(lián)工藝。采用兩級(jí)串聯(lián)工藝為進(jìn)一步降解污水中難降解的有機(jī)污染物和達(dá)到嚴(yán)格的出水水質(zhì)提供了可靠的保證，可以獲得了優(yōu)良的處理效果，保證了出水的穩(wěn)定性。
2.4 三相內(nèi)循環(huán)流化床反應(yīng)器
內(nèi)循環(huán)三相流化床反應(yīng)器，作為一種新型的三相流化床，其反應(yīng)器的諸多特性主要體現(xiàn)在氣、液循環(huán)、載體流態(tài)的特殊運(yùn)行規(guī)律。由于在內(nèi)循環(huán)三相生物流化床反應(yīng)器內(nèi)裝有大量細(xì)小的載體，并使之處于循環(huán)流化狀態(tài)，為微生物的附著生長(zhǎng)提供巨大的表面積，同時(shí)保證良好的混合和傳質(zhì)條件(圖2)。因此本質(zhì)上該反應(yīng)器是一種生物膜法處理工藝。
三相內(nèi)循環(huán)流化床不僅具有一般好氧流化床的特點(diǎn)，還具有以下特點(diǎn)： 強(qiáng)化一級(jí)處理的工作的特點(diǎn)如下：
① 流化性能好，反應(yīng)器處于完全混合狀態(tài)：反應(yīng)器內(nèi)大部分載體都參與循環(huán)流動(dòng)，載體流化具有良好的均勻性，這為生物膜形成提供了條件；
② 氧的轉(zhuǎn)移效率高：由于大量液體循環(huán)流動(dòng)，在此過程中會(huì)夾帶一些細(xì)小的氣泡，延長(zhǎng)氣-液接觸時(shí)間，提高了氧的轉(zhuǎn)移效率。氧利用率可達(dá)30%～50%；
③ 載體流失量少，不需專門的脫膜設(shè)備，大大簡(jiǎn)化了原來的流化床處理污水所需的輔助設(shè)備。
在投配容積負(fù)荷達(dá)10kgCOD/m3.d以內(nèi)時(shí)，可獲得70%～80％左右的COD去除率，與傳統(tǒng)活性污泥相比去除污泥負(fù)荷可提高10倍左右。內(nèi)循環(huán)三相生物流化床進(jìn)入正常運(yùn)行后，COD去除率均達(dá)75%以上，尤其是進(jìn)水濃度較高時(shí)，去除率可達(dá)90%以上。這說明流化床具有較強(qiáng)的抗沖擊能力。
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