王 莉

(上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 201707)

隨著開發(fā)區(qū)工業(yè)企業(yè)的日益壯大，生活污水排放量逐步增多，城市管網(wǎng)多數(shù)以合流制為主，現(xiàn)有污水處理廠規(guī)模有限，無法消納全部水量，出現(xiàn)雨天初期雨水溢流，旱天生活污水少量溢流現(xiàn)象，造成受納水體嚴(yán)重污染。為了更好地治理河道點(diǎn)源污染現(xiàn)象，保護(hù)河道水環(huán)境，修復(fù)河道水生態(tài)，進(jìn)行水資源開發(fā)與利用，水利及環(huán)保相關(guān)部門提出對(duì)溢流污水進(jìn)行應(yīng)急凈化處理，以降低溢流污染。通常對(duì)于溢流污染控制措施包括源頭治理、過程控制和末端治理[1]。由于源頭雨污分流改造困難，過程不可控因素眾多，末端治理溢流污染是最為有效的手段[2]。另外，由于現(xiàn)有土地資源緊張，臨時(shí)占地受限，傳統(tǒng)常用污水凈化工藝AAO和MBR等停留時(shí)間長，占地面積大，有待尋求一種處理效率高，占地面積小，投資成本低的新工藝，用于解決溢流污染問題[3]。因此，本文以宿遷經(jīng)開區(qū)某溢流污水項(xiàng)目為例，采用曝氣生物濾池與高效澄清組合工藝，控制點(diǎn)源溢流污染物排放，探索該工藝的可行性。

1 工程概況

1.1 基本情況

近年來，宿遷經(jīng)開區(qū)持續(xù)招商引資，隨著入駐企業(yè)增加污水量也激增，現(xiàn)有河西污水處理廠日處理規(guī)模9.22萬m3/d，接近滿負(fù)荷運(yùn)行，考慮到龍恒、天合等重大項(xiàng)目產(chǎn)能持續(xù)增加，區(qū)內(nèi)商業(yè)地產(chǎn)陸續(xù)開發(fā)，污水水量還將不斷增加，隨時(shí)有外泄風(fēng)險(xiǎn)。因此，宿遷環(huán)保部門提出在宿遷經(jīng)開區(qū)設(shè)置一套應(yīng)急凈化設(shè)施，收集管網(wǎng)溢流污水，解決旱天溢流污染問題，待河西污水處理廠擴(kuò)建完成后，將旱天污水及雨天初期雨水納入水廠一并處理。

目前旱天溢流污水存在10000m3/d的缺口，急需采用臨時(shí)污水應(yīng)急處理設(shè)施凈化后排入受納水體，防止造成附近河道污染現(xiàn)象。由于土地資源有限，臨時(shí)應(yīng)急污水處理設(shè)施經(jīng)批準(zhǔn)選擇在經(jīng)開區(qū)通湖大道與東吳路北側(cè)的綠化帶上，批復(fù)總占地面積為100m×16m。該項(xiàng)目采用一體化曝氣生物濾池和高效澄清組合工藝，處理規(guī)模為10000m3/d，總占地面積為96m×14m，包括1套預(yù)處理模塊、8套一體化曝氣生物濾池和2套高效組合澄清系統(tǒng)和輔助監(jiān)測控制系統(tǒng)，出水達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)準(zhǔn)Ⅳ類水后就近排入河中。

1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)要求

該項(xiàng)目管網(wǎng)溢流污水進(jìn)水原水COD為146～215mg/L、SS為42～60mg/L、NH3-N為11～16mg/L、TN為18～28mg/L、TP為0.31～0.59mg/L，出水水質(zhì)目標(biāo)為達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002) 準(zhǔn)Ⅳ類水，其中總氮出水水質(zhì)要求為不大于15mg/L。 溢流污水進(jìn)出水濃度見表1。

表1 溢流污水進(jìn)出水濃度 單位：mg/L

1.3 方案比選

溢流污染控制常見技術(shù)包括AO+MBR膜工藝、AO+高效沉淀池和曝氣生物濾池+高效組合澄清系統(tǒng)等工藝。本文就幾種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)、占地面積、運(yùn)行成本等方面進(jìn)行綜合比較，選取經(jīng)濟(jì)可行的工藝方案。工藝方案比選見表2。

續(xù)表

經(jīng)比較，考慮該項(xiàng)目出水水質(zhì)要求高，占地面積小等因素，選取占地面積小、投資成本低、運(yùn)行維護(hù)簡便的曝氣生物濾池+高效組合澄清系統(tǒng)工藝。

1.4 工藝流程

首先收集合流制管網(wǎng)溢流污水，通過集水井提升泵進(jìn)入設(shè)有粗細(xì)格柵及沉砂池功能的預(yù)處理模塊，去除進(jìn)水垃圾和漂浮物，保證后續(xù)工藝所需水頭。隨后污水通過重力流進(jìn)入曝氣生物濾池，曝氣生物濾池反應(yīng)器內(nèi)裝填高比表面積的顆粒填料，以提供微生物膜生長的載體，污水由下向上流過濾料層，在濾料層下部鼓風(fēng)曝氣，空氣與污水同向接觸，使污水中的有機(jī)物與填料表面生物膜通過生化反應(yīng)得到降解，填料同時(shí)起到物理過濾作用。經(jīng)過曝氣生物濾池凈化后的污水進(jìn)入清水池，其作用是為曝氣生物濾池中的生物填料提供清洗水源，同時(shí)其出水通過提升泵進(jìn)入高效組合澄清系統(tǒng)，采用后置高效澄清系統(tǒng)不僅可以保證進(jìn)水碳源充足，使曝氣生物濾池實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化反應(yīng)，去除有機(jī)物、氨氮和總氮，后續(xù)高效澄清系統(tǒng)采用加載沉淀和化學(xué)絮凝原理可以進(jìn)一步降解未去除的有機(jī)物、氨氮、總氮等指標(biāo)，最后出水就近排入河道。工藝流程見圖1[5-6]。

圖1 工藝流程

1.5 工藝設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)總占地面積96m×14m，主要包括預(yù)處理模塊1套，曝氣生物濾池8套，高效組合澄清系統(tǒng)2套。預(yù)處理模塊主要由提升泵房和粗細(xì)格柵組成，主要用于攔截污水中攜帶的漂浮物、大顆粒懸浮物等。曝氣生物濾池和高效組合澄清系統(tǒng)，主要通過生化與物理化學(xué)相結(jié)合的方法降解溢流污水中的COD、NH3-N、TN、TP和SS等污染物質(zhì)。其中8套曝氣生物濾池和2套高效組合澄清系統(tǒng)均采用一體化碳鋼防腐模塊，單個(gè)模塊尺寸為12m×3m×3.2m，布置緊湊，安裝方便，大大節(jié)約了占地面積。

曝氣生物濾池由池體、濾料層、承托層、布水系統(tǒng)、布?xì)庀到y(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)、出水系統(tǒng)和自控系統(tǒng)組成。曝氣生物濾池采用下進(jìn)式，污水通過配水配氣系統(tǒng)經(jīng)承托、濾料層吸附降解后從上部集水槽流出。根據(jù)進(jìn)入的污水濃度調(diào)節(jié)曝氣風(fēng)量和反洗頻率，實(shí)現(xiàn)濾料表面微生物增殖，降解污水中COD、NH3-N、TN等污染物質(zhì)[7]。

高效組合澄清系統(tǒng)由混凝區(qū)、絮凝區(qū)、濃縮區(qū)、斜板清水分離區(qū)、加藥系統(tǒng)、污泥回流系統(tǒng)、介質(zhì)分離裝置及污泥脫水系統(tǒng)組成。該工藝將生化未降解的COD、TP、SS等進(jìn)一步去除，通過加砂沉淀快速實(shí)現(xiàn)泥水分離，具有高處理量和短停留時(shí)間的特點(diǎn)，其占地面積是傳統(tǒng)沉淀系統(tǒng)的1/20。

2 系統(tǒng)啟動(dòng)與調(diào)試

該項(xiàng)目調(diào)試包括曝氣生物濾池培菌掛膜啟動(dòng)調(diào)試和高效澄清系統(tǒng)加藥調(diào)試。

曝氣生物濾池啟動(dòng)調(diào)試主要分為三個(gè)階段：接種掛膜階段、微生物培養(yǎng)階段和微生物馴化階段(見表3)?？傉{(diào)試周期23d，準(zhǔn)備階段進(jìn)行濾料曝氣清洗后，進(jìn)入第一階段：污泥接種掛膜階段，進(jìn)水量控制在1000m3/d，按照曝氣生物濾池活性污泥量4000mg/L接種后，進(jìn)行72h悶曝，24h換水一次；第二階段：微生物培養(yǎng)階段，增加進(jìn)水流量至2000m3/d，4d進(jìn)行一次反洗，同時(shí)監(jiān)測各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，根據(jù)硝化反應(yīng)計(jì)算碳源短期情況，補(bǔ)充碳源至預(yù)處理模塊，增加微生物量；第三階段：持續(xù)增加進(jìn)水流量，每日在穩(wěn)定運(yùn)行基礎(chǔ)上流量增加10%，調(diào)整反洗時(shí)間為3d一次，同時(shí)開啟污泥回流，控制在50%，直到進(jìn)水流量提升至設(shè)計(jì)規(guī)模，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

高效澄清系統(tǒng)主要通過投加砂介質(zhì)和絮凝藥劑達(dá)到快速絮凝沉淀的效果，加砂量為設(shè)計(jì)流量的3%，混凝劑投加量平均為100mg/L，絮凝劑投加量平均為0.5mg/L，剩余污泥回流比為15%。

3 調(diào)試運(yùn)行效果

3.1 對(duì)污染物去除效果分析

3.1.1 對(duì)COD的去除效果分析

COD去除效果見圖2。由圖2可知，在污泥接種初期，采取低負(fù)荷進(jìn)水悶曝方式掛膜，該階段以濾料吸附截留為主，有機(jī)物有一定下降，隨著生物量的增加，COD去除率明顯提升至30%左右，為了防止生物膜脫落，控制低溶解氧曝氣量，濃度為4～6mg/L，加速微生物增殖，通過更換原水補(bǔ)充新的營養(yǎng)物質(zhì)，此階段COD降解速率呈現(xiàn)明顯上升趨勢，COD出水達(dá)到設(shè)計(jì)值30.00mg/L以下；2022年2月1日起進(jìn)入運(yùn)行期，進(jìn)水COD濃度為146.30～214.94mg/L，出水COD濃度為12.30～28.70mg/L，COD主要在曝氣生物濾池中去除，高效澄清系統(tǒng)輔助，該組合工藝對(duì)COD的平均去除率為89.11%。

圖2 COD去除效果

3.1.2 對(duì)NH3-N的去除效果分析

NH3-N去除效果見圖3。由圖3可知，正式投入運(yùn)行后，進(jìn)水NH3-N濃度為11.77～15.93mg/L，出水平均濃度為1.10mg/L，達(dá)到設(shè)計(jì)出水指標(biāo)，平均去除率為92.01%。NH3-N主要在曝氣生物濾池中通過硝化細(xì)菌將氮化物轉(zhuǎn)為硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮。污泥接種初期硝化細(xì)菌處于內(nèi)源呼吸適應(yīng)期，對(duì)氨氮的去除率低于10.00%，通過控制曝氣溶解氧濃度和反洗頻率實(shí)現(xiàn)硝化細(xì)菌增殖，保證水力停留時(shí)間大于細(xì)菌繁殖時(shí)間，在微生物培養(yǎng)階段，進(jìn)水NH3-N濃度存在一定的波動(dòng)，通過調(diào)節(jié)溶解氧和堿度來提高硝化速率，當(dāng)pH值在8.0左右時(shí)，硝化速率明顯提升，去除率從40.00%左右提升至80.00%，微生物鏡相出現(xiàn)鐘蟲、纖毛蟲等指示性原生動(dòng)物，微生物掛膜進(jìn)入穩(wěn)定期，出水去除率達(dá)到90.00%左右[8]。

圖3 NH3-N去除效果

3.1.3 對(duì)TN的去除效果分析

TN去除效果見圖4。由圖4可知，進(jìn)水TN濃度在18.00～27.98mg/L之間，TN出水濃度在7.51～14.48mg/L之間，平均去除率為57.93%。由于進(jìn)水BOD5與TN濃度之比在3～4之間，以硝態(tài)氮為電子受體，反硝化速率較慢，調(diào)試初期補(bǔ)充紅糖增加碳源，間歇性停止曝氣，延長水力停留時(shí)間，加速反硝化細(xì)菌增殖。進(jìn)入正常運(yùn)行期溶解氧濃度控制為4.00mg/L，節(jié)約能耗，同時(shí)實(shí)現(xiàn)同步硝化脫氮。從圖4可以看出，由于反硝化細(xì)菌對(duì)溶解氧較敏感，反應(yīng)存在一定的波動(dòng)性，反應(yīng)速率較低，說明在以硝化為主的曝氣生物濾池具有一定的反硝化作用。

圖4 TN去除效果

3.1.4 對(duì)TP的去除效果分析

TP去除效果見圖5。由圖5可知，進(jìn)水TP濃度為0.31～0.56mg/L，出水TP最小值達(dá)到0.08mg/L，TP的最大去除率為84.91%，最小去除率為56.41%，平均值為70.28%?？偭椎娜コ饕ㄟ^高效澄清化學(xué)除磷作用，調(diào)試啟動(dòng)階段混凝劑硫酸鋁投加量為120.00mg/L，絮凝劑PAM投加量為0.80mg/L，同時(shí)控制剩余污泥回流量為30%，隨著運(yùn)行穩(wěn)定，通過調(diào)節(jié)計(jì)量頻率，降低混凝劑量至100.00mg/L，絮凝劑0.50mg/L，間歇性啟動(dòng)污泥回流泵，回流比為15%。

圖5 TP去除效果

3.1.5 對(duì)SS的去除效果分析

SS去除效果見圖6。由圖6可知，進(jìn)水SS濃度在42～60mg/L之間，出水SS濃度在5～7mg/L之間，平均去除率為88.77%。由于進(jìn)水SS濃度低于60mg/L，相對(duì)濃度較低，如高效前置會(huì)削減碳源和SS，不利于硝化反硝化反應(yīng)，故設(shè)計(jì)采用后置高效去除SS，通過加砂介質(zhì)及絮凝反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了快速泥水分離，說明高效澄清系統(tǒng)對(duì)SS具有較好的去除作用。

圖6 SS去除效果

3.2 綜合效益分析

該項(xiàng)目建設(shè)工期1個(gè)月，調(diào)試23d穩(wěn)定達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)準(zhǔn)Ⅳ類水目標(biāo)(其中總氮出水目標(biāo)不大于15mg/L)，正式投入生產(chǎn)運(yùn)行，具有建設(shè)調(diào)試周期短，安裝操作方便,運(yùn)行期成本低的顯著優(yōu)勢[9]。

該工藝運(yùn)行費(fèi)用主要包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)、人員工資、日常維修保養(yǎng)費(fèi)用等，平均運(yùn)行成本為0.51元/m3。

處理規(guī)模為10000m3/d，經(jīng)測算，年可減少污染排放量COD為608.55t、SS為162.53t、NH3-N為162.53t、TN為162.53t、TP為162.53t，大大削減了受納水體的污染物，保障了水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

4 結(jié) 語

a.曝氣生物濾池與高效澄清組合工藝，可作為溢流污染有效的控制措施，治理河道點(diǎn)源污染現(xiàn)象，保護(hù)河道水環(huán)境，修復(fù)河道水生態(tài)，進(jìn)行水資源開發(fā)與利用。該組合工藝具有安裝拆卸方便，水力停留時(shí)間短，處理效率高，較傳統(tǒng)的水處理工藝占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)用性強(qiáng)，在溢流污染控制工程中具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

b.采用曝氣生物濾池和高效澄清組合工藝，水質(zhì)凈化效果明顯，可快速達(dá)到地表水準(zhǔn)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，解決溢流污染問題。

c.通過在調(diào)試運(yùn)行中改變進(jìn)水流量、控制氣水比和反洗頻率等參數(shù)，得出該項(xiàng)目曝氣生物濾池的最佳運(yùn)行參數(shù)水力停留時(shí)間為90min，氣水比為5 ∶1，高效剩余污泥回流比為15%，在此工況下運(yùn)行成本為0.51元/m3，在后續(xù)運(yùn)行中，需要進(jìn)一步研究優(yōu)化各項(xiàng)控制參數(shù)，進(jìn)一步降低運(yùn)行成本。