摘要: 本文對小型污水處理的工藝選擇、設(shè)計(jì)及應(yīng)用中存在的一些問題進(jìn)行了分析,以引起重視和討論。

  近年來,隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的發(fā)展,環(huán)境保護(hù)、污染治理、綜合利用日益被重視并受到法律、法規(guī)控制。建筑排水污染治理涵蓋了工業(yè)與民用建筑、居住小區(qū)排水治理,從生活排水至生產(chǎn)污水內(nèi)容廣泛,雖然在規(guī)模上與城市污水處理廠差距很大,但在排水水質(zhì)上比城市污水要更為復(fù)雜。大多數(shù)建筑排水仍屬于有機(jī)污染范疇。目前處理工藝以生化處理為主,日趨整體非標(biāo)設(shè)備化、系列化,以便于專業(yè)生產(chǎn)制造,更有利于設(shè)計(jì)選用、安裝運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放。

  污水處理工藝包括物理處理法,即利用篩選、浮選、沉淀等措施除去污水中大部分懸浮物質(zhì),但不能去除溶解的和膠體物質(zhì);化學(xué)祛:即利用化學(xué)藥劑或電化學(xué)方法降低污染物濃度,主要用于混凝、中和、萃取、消毒等。水中污染物構(gòu)成復(fù)雜時(shí),不能完全達(dá)標(biāo)排放,多用于預(yù)處理和深度處理;生物化學(xué)法,即在人工控制的邊界條件下,利用細(xì)菌呼吸作用實(shí)現(xiàn)對有機(jī)污染物的降解,較之化學(xué)法有效率高和運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)。

  對于建筑排水,由于水質(zhì)多屬于有機(jī)污染,因此建筑排水污水處理,包括中水處理,廣泛采用以生化處理為核心的工藝流程和成套設(shè)備。建筑排水處理量較小。一般水量多在100-1500m3/d,目前采用整體設(shè)備比較多,尤其大量埋地式設(shè)備更在某些地區(qū)和企業(yè)廣泛采用。由于各種因素影響,如生產(chǎn)廠家綜合實(shí)力參差不齊、設(shè)計(jì)人員專業(yè)水平限制、選用者盲從生搬硬套、運(yùn)輸和安裝技術(shù)的限制、經(jīng)費(fèi)投人不合理等使一些處理設(shè)備或設(shè)施不能正常發(fā)揮應(yīng)有作用,影響達(dá)標(biāo)排放或污水凈化回用的目的。這些不應(yīng)發(fā)生的事故和繼續(xù)存在的隱患,應(yīng)引起充分的重視,以減少資源和經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。

  生化處理的設(shè)計(jì)與實(shí)踐實(shí)質(zhì)上是用人工的方法,根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和參數(shù),合理創(chuàng)造環(huán)境條件和營養(yǎng)條件,充分適應(yīng)和滿足微生物通過生命活動(dòng)完成有機(jī)物代謝的復(fù)雜過程。水中微生物的生化作用以細(xì)菌為主。

  細(xì)菌生命活動(dòng)特性有四個(gè)方面:

  1.營養(yǎng)需要:其生長繁殖需要碳、氫、氮、磷等成分和能量,所以要攝食有機(jī)污染物和無機(jī)鹽類;

  2.呼吸作用:細(xì)菌氧化各種有機(jī)物質(zhì),并從中獲取能量。氧化過程絕大部分為去氫氧化,即把有機(jī)物中的氫脫去而放出適當(dāng)?shù)哪芰。此時(shí),必須有相應(yīng)的受氫體來接受脫出的氫,反應(yīng)才能最終完成。如果以游離的氧分子O2作為受氫體,反應(yīng)在有氧條件下才能進(jìn)行,這種反應(yīng)稱為有氧氧化;如果是以分子氧以外的化合物作為受氫體,反應(yīng)在缺氧或無氧的條件下進(jìn)行,則稱為無氧氧化;

  3.溫度:大部分細(xì)菌生長適宜的溫度在20℃~40℃之間,在限值內(nèi)溫度提高10℃,生長速率可提高一倍;

  4.酸堿度:大多數(shù)細(xì)菌適宜于pH值范圍在6~8,而pH值4~10也能生存。

  微生物的這些特性應(yīng)在確定工藝流程和工程設(shè)計(jì)中給以充分保證。在工程運(yùn)行中如出現(xiàn)不正常時(shí),也應(yīng)從這些特性方面去檢查、補(bǔ)充和完善。細(xì)菌靠胞外聚合物細(xì)纖維互相同織形成菌膠團(tuán),并進(jìn)一步絮換形成絮體稱為活性污泥,當(dāng)菌膠團(tuán)附著在填料表面形成密度較大的粘膜,稱為生物膜,所以活性污泥與生物膜的基本形態(tài)仍是菌膠團(tuán)。鑒于細(xì)菌的這些特性,不同水質(zhì)的污水要求設(shè)計(jì)者應(yīng)創(chuàng)造不同的邊界條件以適應(yīng)細(xì)菌特性達(dá)到最佳有機(jī)物去除效率。

  工程上,選擇工藝流程和工藝設(shè)備時(shí),首先應(yīng)確認(rèn)污水的水質(zhì)。有些廠家樣本在提供參數(shù)時(shí),一般只有COD或BOD參數(shù)值,然后根據(jù)設(shè)計(jì)處理量Q(m3/d)就可以把從住宅小區(qū)、礦山、石油化工、賓館。工廠、學(xué)校、飯店等行業(yè)生活污水和工業(yè)廢水處理到一級或中水排放,給人一種萬能污水處理設(shè)備的假象。其實(shí),各種污水形成的COD、BOD、SS構(gòu)成內(nèi)容相去甚遠(yuǎn),除以上參數(shù)外。設(shè)計(jì)者更重視的因素有污水的可生化性(BOD/COD)值,有害物質(zhì)的濃度、pH值等,這些重要參數(shù)對選擇處理工藝和反應(yīng)器的類型起著決定性作用。如回避這些因素,只用流量或BOD來套用設(shè)備,將會(huì)帶來很大隱患。

  在有些污水處理工藝流程中出現(xiàn)過調(diào)節(jié)沉淀池,調(diào)節(jié)酸化池等綜合功能的地型。設(shè)計(jì)者出于小型化、一池多用的良好愿望,創(chuàng)造了這些池型。但是每一個(gè)工藝模塊都是在特定的前提下,才能充分發(fā)揮功效。調(diào)節(jié)池的功能在于調(diào)節(jié)水量和均勻水質(zhì)。因此,調(diào)節(jié)池的液面水位是波動(dòng)很大的,水深也是不斷變化的,也就是說沉降時(shí)間是不斷變化的。為了均勻水質(zhì),作為調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)時(shí)希望把不同時(shí)刻的進(jìn)水互相碰頭混參,因此池內(nèi)的流態(tài)最好是完全混合型流態(tài)。因此可以認(rèn)為調(diào)節(jié)池的功能和流態(tài)與靜置沉淀理論相駁。酸化理論是利用調(diào)正合適的水力停留時(shí)間及水的上向流速使厭氧甲烷菌難以繁殖,使反應(yīng)控制在水解酸化階段,進(jìn)行水解產(chǎn)酸菌迅速分解有機(jī)物的過程。酸化工藝要求上流式流態(tài)從下向上穿透污泥層完成對有機(jī)物的網(wǎng)捕、吸附、生物絮凝、生物降解、澄清污水等綜合反應(yīng)。這個(gè)過程需要配水均勻;上向流態(tài);衡定的反應(yīng)時(shí)間等等,顯然水位波動(dòng)很大的調(diào)節(jié)池與之不易相容。所以,如果保證各處理工藝真正發(fā)揮原有功能,采用諸如調(diào)節(jié)沉淀池、調(diào)節(jié)酸化池要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上大作文章,否則應(yīng)脫開分建為好。

  在氧化池的設(shè)計(jì)中,很多人很看重水力停留時(shí)間(HRT),并把這一因素作為工藝計(jì)算比選的重要標(biāo)尺。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,一般氧化池控制性參數(shù)應(yīng)為有機(jī)物負(fù)荷(污泥負(fù)荷或容積負(fù)荷)和去除效率,前者反映出氧化工藝的數(shù)量值,即每公斤活性污泥每天去除BOD5的數(shù)量值(kg)或每立方米曝氣池容積每天去除BOD5的數(shù)量值(kg),后者反映氧化池對有機(jī)物去除的程度和出水質(zhì)量。只要控制了氧化池降解有機(jī)物的數(shù)量和質(zhì)量,氧化池的選型就確定了。同樣,不同工藝的比選也應(yīng)主要用有機(jī)物去除的數(shù)量和質(zhì)量兩個(gè)參數(shù)來衡量。對于小型污水處理受場地、空間等限制,多選用負(fù)荷較高的生物膜法工藝,以接觸氧化法為多。該工藝的生物膜為大量絲狀菌交織而成,成立體狀在池中均怖,試驗(yàn)表明其氧化能力比活性活泥法高1.81倍。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證填料下怖氣,促使生物膜表面代謝物質(zhì)濃度變化快,濃度梯度大,加快了傳質(zhì)速度。氧的吸收率一般與水深成正比,即氧吸收率隨水深而提高。一般曝氣池水深應(yīng)在3.5m以上較為合理。目前市售設(shè)備,由于運(yùn)輸限制,水深均在2.7m以下,對去除負(fù)荷和空氣氧的利用有負(fù)面影響,采用時(shí)應(yīng)進(jìn)行計(jì)算復(fù)核才可。

  關(guān)于活性污泥法工藝,目前有多種方式,如普通活性污泥法、SBR法(間歇周期活性污泥法)、CASS(周期循環(huán)活性污泥法)、完全混合加速曝氣法、延時(shí)曝氣曝氣法等等,這些方法的活性污泥負(fù)荷均在 0.15~0.5KgBOD5/Kg污泥·d,曝氣方法有鼓風(fēng)暖氣和機(jī)械曝氣。由于負(fù)荷較低,占地面積較大,選用時(shí)應(yīng)充份考慮環(huán)境條件是否適用。生物膜法有塔濾、生物轉(zhuǎn)盤、接觸氧化法等。前兩種方法一般自然通風(fēng)充氧,冬季時(shí)大量冷空氣卷吸入水中會(huì)降低污水溫度、影響去除效果,多數(shù)用于有取暖的房間內(nèi)。由于供氧有限,污泥負(fù)荷也較低,占地面積增大,一次投資很高。接觸氧化法屬于淹沒式生物濾池。人工鼓風(fēng)曝氣鼓風(fēng)機(jī)出風(fēng)溫度>60℃,對水有加溫作用,因此受室外氣溫影響較小,因而負(fù)荷較高,(對于生活污水容積負(fù)荷可達(dá)7Kg BOD5·d,工業(yè)污水可達(dá) 2~3Kg BOD5/m3·d)適用于小型污水處理工藝。采用時(shí)應(yīng)注意工藝流態(tài)和偉氣方法。有些設(shè)計(jì)者在推流式曝氣池中加填料,這只是對活性活泥法的一種工藝補(bǔ)充與標(biāo)準(zhǔn)接觸氧化法在負(fù)荷和出水質(zhì)量上是有本質(zhì)區(qū)別的。

  污水最終達(dá)標(biāo)排放,污水的澄清處理是關(guān)鍵。經(jīng)驗(yàn)表明,出水中含有大量細(xì)小懸浮物,1克懸浮物相當(dāng)于0.24克左右的COD,對出水達(dá)標(biāo)影響甚大。對于小型污水處理,一般澄清處理均采用沉淀——過濾。沉淀裝置受場地限制,多數(shù)采用豎流式沉淀池,也有采用斜管(板)沉淀池。過濾裝置采用砂濾較多,也有采用聚苯乙烯球、滌綸纖維球等快速過濾裝置。由于生化出水中仍含有機(jī)污染物及溶解氧,因此出水采用斜管(板)沉淀時(shí),在夏天易在管(板)表面形成生物膜,影響沉淀效果,嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)管(板)堵塞,厭氧污泥團(tuán)上浮,出水水質(zhì)變壞。因此,對于小型污水處理不提倡二次沉淀采用斜管(板)沉淀池。

  過濾工藝目前多出現(xiàn)砂層表面產(chǎn)生板結(jié)或?yàn)V層堵塞,使實(shí)際反沖洗強(qiáng)度和時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)參數(shù)。這同樣是由于氧化池出水中的殘存的微生物、可降解的有機(jī)物質(zhì)和溶解氧綜合生化反應(yīng)所致。由于一般設(shè)計(jì)流程均采用濾后消毒,使上述生化反應(yīng)在沉淀過濾中繼續(xù)進(jìn)行。為使澄清工藝正常運(yùn)行,建議來用濾前消毒工藝。青島啤酒廢水生化處理后中水處理工藝采用濾前消毒殺菌已運(yùn)行15年,未發(fā)生過濾裝置堵塞問題。當(dāng)采用活性炭過濾時(shí),建議炭層增加微量曝氣形成生物炭工藝,曝氣強(qiáng)度為水量的5%左右,可以延長活性炭的再生周期。

  小型污水處理除中水處理可回用外,基本上不產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益,既使中水處理由于目前自來水價(jià)定位不合理,也使之經(jīng)濟(jì)效益較差而得不到推廣。為了使之存在具有較強(qiáng)的生命力,除了強(qiáng)制性的法律法規(guī)外,設(shè)計(jì)遵循簡單適用、運(yùn)行可靠、達(dá)標(biāo)穩(wěn)定、節(jié)約能耗、投資經(jīng)濟(jì)的原則是極為重要的。設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)不同排水水質(zhì)、水量和環(huán)境條件從工藝流程設(shè)備選型到技經(jīng)分析進(jìn)行多方案比選,避免生搬硬套,使建筑排水小型污水處理在不斷完善、不斷求新中更加健康地發(fā)展。