校園污水厭氧生物接觸氧化濾布濾池技術

　　一、項目概況

　　隨著農村偏遠地區(qū)越來越多大中型學校的出現，校園污水的污染問題也逐漸突顯出來。甘肅省西部地區(qū)某鄉(xiāng)鎮(zhèn)小學、中學一貫制寄宿性學校，學生約為2000人，教職工約為100人，學校地處西北偏遠干旱地區(qū)，水資源短缺，校園衛(wèi)生條件較差，生活污水由洗衣廢水、食堂廢水、沖廁及淋浴廢水等組成，污水處理規(guī)模為60~100m3/d。要求污水經深度處理后達到《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T18920―2002)標準后回用于沖洗廁所、道路和校園綠化，同時不產生剩余污泥。

　　由于該學校地處西北地區(qū)，冬季寒冷干燥，夏季炎熱，因此用水量、污水水質月際變化較大。校園污水經化糞池處理后的實際水質如表1所示。

　　從表1可見，該污水有機物及氨氮濃度均較高，水質水量的變化又較大，而處理水還要求達到《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T18920-2002)標準后回用，以及無剩余污泥排放等。綜合上述情況，最終采用的工藝流程如圖1所示。

　　二、主要處理單元及其參數

　　2.1 調節(jié)池/水酸酸化池

　　冬季進水有機物濃度高，污水的可生化性好，有機物水解酸化速度快，導致pH值快速下降，干擾厭氧產甲烷階段的運行。該工程將厭氧生物處理的產酸發(fā)酵階段和產甲烷階段分別放在不同的反應池完成。調節(jié)池同時用作產酸發(fā)酵池，使進水中的有機物在發(fā)酵菌及產酸菌的作用下快速水解，完成產酸發(fā)酵階段。一般產酸發(fā)酵階段會導致反應池內的pH值下降，但是由于進水氨氮含量較高，氨氮產生的堿度物質會中和有機酸，使水解酸化池出水pH值不至于過量下降，一般能維持產酸發(fā)酵池出水pH值為6.6~6.8，對產甲烷階段不會產生較大的影響。同時，將好氧沉淀池污泥也回流到本處理單元，回流污泥中的硝酸鹽氮在此進行反硝化脫氮，反硝化不徹底產生的亞硝酸鹽氮還能繼續(xù)進入厭氧折流板反應池，與原污水中的氨氮進行厭氧氨氧化，進一步降低出水中的氮源污染物。

　　調節(jié)池/水解酸化池采用鋼筋混凝土結構矩形水池，平面尺寸為2.0mx4.0m，池深為4.3m，有效水深為3.8m，HRT=7~12h，VSS=30g/L，池內設潛水泵2臺(1用1備)，在池底設多孔攪拌管3根，管徑為48mm，管底向下設45°斜孔用于對池內水流進行攪拌混合。潛水泵出水一部分提升至后續(xù)處理構筑物，另一部分回流至池內多孔管用于循環(huán)攪拌，從而滿足水解酸化過程中有機物與發(fā)酵菌的接觸要求。調節(jié)池/水解酸化池進口設格柵槽，槽寬為1.0m，柵條間隙為10mm，安裝傾角為60°，采用人工定期清除柵渣。

　　2.2 改良式厭氧折流板反應池

　　常規(guī)的厭氧折流板反應池利用隔板將反應池進行分割，池內上向水流和下向水流間隔出現，由于污泥的密度大，因此下向流部分厭氧污泥聚集在池底，難以發(fā)揮應有的生物活性，反應器容積利用率下降。為了克服這種缺陷，設計中往往將下向流部分容積縮小，擴大上向流部分反應器的容積，但是這樣帶來的負面作用是升流區(qū)水流速度降低，污泥同樣易于聚集在反應器底部。本工程采用同時從厭氧沉淀池和生物接觸氧化沉淀池回流污泥，提高回流污泥率來增加反應器內水流流速，使升流區(qū)流速達到0.8~1.25m/h，升流區(qū)污泥處于膨脹狀態(tài)，反應器的運行方式類似于厭氧膨脹床工藝，提高了容積利用率。而升流區(qū)較高的上升流速也有助于對反應器內的污泥顆粒進行篩選，小顆粒污泥隨水流排出，升流區(qū)僅保留大顆粒污泥。而在降流區(qū)，由于高速水流的剪切作用，使流失的小顆粒污泥破碎后重新被升流區(qū)顆粒污泥吸附，進一步加大了升流區(qū)污泥顆粒的直徑，最終留存反應器內的只有大顆粒的厭氧污泥，污泥顆粒越大，越有利于提高反應區(qū)污泥濃度，增加厭氧反應速度，也有利于后續(xù)泥水分離。通過一段時間的運行觀察，反應器內的污泥顆粒直徑保持在2~3mm，遠高于普通的厭氧折流板反應器。本工藝由于采用產酸階段和產甲烷階段分離的工程措施，保證了產甲烷菌最佳的生存環(huán)境，提高了厭氧反應速度。

　　改良式厭氧折流板反應池采用鋼筋混凝土結構矩形水池，平面尺寸為2.0mx8.0m，池深為4.3m，有效水深為3.8m，HRT為15~24h，VSS為25g/L，污泥回流比夏季為300%、冬季為400%，其中回流的厭氧污泥占總回流的50%，厭氧污泥回流至產甲烷階段，而生物膜法后污泥回流至產酸發(fā)酵池。反應池內采用鋼板分隔為8個反應室，最后1個反應室兼作沉淀池，在沉淀池內設2臺潛水泵(1用1備，配套電機功率為1.1kW)進行厭氧污泥回流。

　　2.3 生物接觸氧化池

　　生物接觸氧化池分為兩級。采用斜餅柱狀填料，該填料類似一個斜切的圓柱體，內部具有放射狀支撐結構，這種結構使填料在內外部水流的作用下，在池中沿柱軸方向運動，從而引起填料間的相互摩擦，加速填料表面生物膜的脫落更新。同時填料中心水流流速較高，在水力剪切力的作用下，引起填料內部生物膜的脫落更新，在這兩種水流作用下，抑制了填料內外表面生物膜的厚度，使生物膜始終保持較高的活性，提高生物反應速度，有助于獲得良好的出水水質。生物接觸氧化池的另一個主要功能是對厭氧反應出水的氨氮進行硝化反應，使厭氧出水中剩余的氨氮被氧化為硝酸鹽氮，進而隨高比率回流污泥被回流至厭氧反應池，與進水中的氨氮進行厭氧氨氧化，最終消除廢水中的氮源污染物。

　　生物接觸氧化池兩級串聯(lián)，鋼筋混凝土結構矩形水池，單池平面尺寸為2.0mx4.0m，池深為4.3m，有效水深為3.8m，兩級生物接觸氧化池的HRT均為7~12h，第一級有機負荷率為0.3~0.5kgBOD5/(m3.d)，第二級有機負荷率為0.1-0.2kgBOD5/(m3?d)。采用鼓風供氧，曝氣量為15mVm3污水，設配套鼓風機2臺(1用1備)，配套電機功率為7.5kW。

　　2.4 沉淀池

　　該工程的沉淀池分為厭氧沉淀池與好氧沉淀池，沉淀池兼有沉淀與回流污泥栗站的雙重作用。采用豎流式沉淀池，其最大優(yōu)點是占地面積小，但是沉淀區(qū)水流方向與顆粒物沉淀方向相反，導致粒徑較小的顆粒物被上升水流帶至出水區(qū)，沉淀效果較差。為了克服這一缺點，將沉淀池與污泥泵站合建，將沉淀池污泥斗改為污泥泵站，利用不間斷的回流污泥加速沉淀區(qū)下向水流，通過污泥回流引起的下向水流與沉淀區(qū)上向水流之差，補償了上升水流對小顆粒污泥沉淀的不利影響，從而提高了泥水分離效果。

　　該工程將好氧污泥回流率加大到夏季為300%、冬季為400%。提高好氧污泥的回流比有3個優(yōu)勢：首先，廢水生物處理對氨氮的氧化主要在好氧反應池進行，這樣回流污泥中就含有大量的硝酸鹽氮，硝酸鹽氮與進水中的氨氮在厭氧反應池中進行厭氧氨氧化，去除廢水中氨氮污染物。其次，提高好氧污泥到厭氧反應器的回流率，能有效利用厭氧反應去除剩余污泥，從而省去專用的污泥處理系統(tǒng)。第三，將好氧污泥回流到厭氧反應器前端，能加大厭氧反應器的進水負荷，提高厭氧反應器顆粒污泥的產率，從而提高厭氧反應器的處理效率。

　　沉淀池為鋼筋混凝土結構矩形池，平面尺寸為3.0mx3.0m，有效水深為3.5m，HRT均為1.5~2.5h，表面負荷為1.5~2.5m3/(m2?h)。池內安裝潛水栗2臺(1用1備)，配套電機功率為1.1kW。

　　2.5濾布濾池

　　濾布濾池采用小孔(<0.1μm)纖維濾布，低壓力重力過濾，過濾時濾布兩側的水位差僅為0.1?0.2m，水流穿過濾布時的流速低，濾布對水中SS的截留效果好，在進水SS≤30mg/L的條件下濾后出水SS≤10mg/L，且出水效果穩(wěn)定，水質清澈。該機配備有濾布自動沖洗水系統(tǒng)，利用濾后水進行沖洗，主要目的是沖洗濾布表面截留的SS和附著生長的微生物，恢復過濾孔隙，沖洗水用量為產水量的3%，定時自動反沖洗，每過濾運行2h，依次沖洗濾布正面1min、反面1min。

　　經過半年的運行監(jiān)測發(fā)現，該濾池產水量穩(wěn)定。刮取濾布表面附著物進行檢測，發(fā)現即使剛沖洗結束的濾布表面仍然附著一層生物膜，膜內的微生物主要為好氧微生物，通過與無污染濾布進行對比過濾試驗，發(fā)現該生物膜的存在能有效地降低出水SS，獲得良好的出水水質。

　　三、工藝特點

　　由于該工程地處西北干旱地區(qū)，冬季氣候寒冷，因此構筑物全部地埋，利用地溫進行保溫，根據該校環(huán)境衛(wèi)生要求，不能建設剩余污泥處理設施，需按無剩余活性污泥工藝進行設計，故選擇生物接觸氧化工藝。該工藝為生物膜法和普通活性污泥法的結合，利用生物膜法污泥量大、污泥齡長的特點來降低剩余污泥量，同時利用人工曝氣來增加混合液中的含氧量，提高生物處理效率。同時，加大污泥回流率，生物膜法產生的剩余污泥首先回流到產酸發(fā)酵池，經產酸發(fā)酵菌的水解發(fā)酵作用轉化為易于被產甲烷菌所利用的有機物而后在產甲烷階段生成甲烷等物質后排放大氣。厭氧折流板反應后的厭氧沉淀污泥回流到厭氧反應器進一步內循環(huán)分解。通過這兩個污泥回流，使得污泥齡無限延長，從而實現基本無剩余污泥產生的效果。

　　在厭氧生物處理過程中，產酸發(fā)酵菌和產甲烷菌增殖所要求的環(huán)境截然不同，產甲烷菌要求絕對厭氧，而產酸發(fā)酵菌為兼性菌和厭氧菌，產酸菌要求較低的pH值，而產甲烷菌要求的PH值相對較高，因此，將產酸階段和產甲烷階段完全放置在不同的反應池內來完成，有利于為這兩類細菌營造良好的環(huán)境、發(fā)揮最大的處理效率。

　　利用濾布濾池結構簡單、自動化運行、效果穩(wěn)定的特點進行深度處理以滿足回用水的要求。

　　四、工藝運行及成本分析

　　4.1 工藝運行

　　該工程于2015年6月一8月進行土建施工，2015年9月初投入接種污泥進行啟動調試運行。厭氧污泥來自本校和附近居住小區(qū)的化糞池，產酸發(fā)酵池污泥的接種量為30g/L，厭氧折流板反應池的接種量為50g/L。采用連續(xù)培養(yǎng)法，在調試期均按設計水量進水[7]。調試期產酸發(fā)酵池反應速度較快，2個星期即達到了設計運行條件。厭氧折流板反應池的調試周期較長，為了彌補產酸發(fā)酵初期pH值下降過快的問題，在調試期向產酸發(fā)酵池出水中投加石灰粉以補充堿度，使厭氧折流板反應池進水的pH值>7.0以滿足產甲烷菌屬的要求。厭氧折流板反應池在培養(yǎng)啟動期采用不連續(xù)式污泥回流，最初一個月內運行2h、污泥回流10min，第二個月厭氧池運行1h、污泥回流10min，第三個月厭氧池運行l(wèi)h、污泥回流30min。通過這些方式保證以最快的速度累積產甲烷菌屬厭氧污泥。生物接觸氧化池微生物采用自然培養(yǎng)法：初始的第一個月每隔1h曝氣20min，第二個月每隔1h曝氣30min，第三個月曝氣30min，停止曝氣30min。在調試階段濾布濾池停止運行，處理水直接排放。調試期結束的標志是生物處理構筑物出水BOD5≤20mg/L，同時滿足綠化標準要求。調試期歷時3個月。調試結束后開啟濾布濾池進行深度處理，經檢測出水滿足設計要求。

　　該工程于2016年4月開始驗收監(jiān)測，其間平均處理水量為67m3/d，出水水質見表2，各項指標均能穩(wěn)定地滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T18920―2002)標準。該工藝從調試啟動起，系統(tǒng)內沒有排放剩余污泥，也沒有發(fā)生污泥膨脹等異常現象，其中經歷了兩個寒假和一個暑假的中斷運行，假期后系統(tǒng)能夠自動恢復正常處理，出水水質也沒有出現異常，說明整個工程達到了設計要求。

　　4.2 成本分析

　　該工程的建設成本為41萬元，主要為曝氣機、污泥回流及濾布沖洗等費用，總裝機功率為12.6kW。根據一年多的運行經驗，平均處理費為2.26元/m3。其中，冬季平均運行成本為2.73元/m3，夏季平均運行成本為1.81元/m3，與多數正在運行的再生水處理工程成本相當。

　　五、結論

　?、俨捎卯a酸發(fā)酵一厭氧折流板反應一兩級生物接觸氧化一濾布濾池工藝處理西北干旱地區(qū)高有機物、高氨氮的校園生活污水，處理出水水質能穩(wěn)定地滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T18920―2002)標準。

　　②采用厭氧污泥和腐化污泥分別回流，同時加大污泥回流率的方式可以將剩余污泥在反應過程中厭氧消化，實現無剩余污泥排放。

　?、蹆呻A段厭氧生物處理及兩級生物接觸氧化運行條件下，采取加大污泥回流率等措施，能有效地實現高有機物、高氨氮污水的處理。

　　④濾布濾池是一種簡單有效的深度處理裝置，對再生水的水質具有較高的保障作用。（來源：湖南科技大學土木工程學院；蘭州交通大學環(huán)境與市政工程學院）