由于原排污泵站雨污混流，加上污水截排系統(tǒng)仍不完善，降低了水環(huán)境自凈能力，進一步加劇了河流水污染程度。為了改善河道水環(huán)境，滿足天津市中心城區(qū)河道水質(zhì)排放標準，從源頭解決入河污染問題，在入河排放口處設置臨時污水處理裝置，要求對直排污水經(jīng)應急裝置處理達標后才能排放。非汛期主要處理生活污水和滲入的地下水，汛期主要處理雨水，尤其是初期雨水，以便削減對河道的污染。該臨時廢水處理工程位于海河南雨水泵站附近的空地上，設計處理水量為 500 m3 / d，總投資為 234 萬元，主要采用速分生化技術，出水水質(zhì)執(zhí)行天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》( DB 12 /599— 2015) A 標準。
針對生活污水的水質(zhì)特點，本工程選擇了速分生化處理技術。與傳統(tǒng)污水處理方法相比，其最大的優(yōu)勢在于將生物處理與固液分離結(jié)合在一起，使用速分球填料，在分離固液兩相的同時，還為微生物提供生長環(huán)境，將污水中的有機污染物降解，此工藝具有流程簡單、啟動快、處理效果好、出水水質(zhì)穩(wěn)定、操作管理方便、污泥產(chǎn)量少、占地面積少等優(yōu)點，近來已逐漸為業(yè)內(nèi)所重視并得以推廣應用[1 - 2]。
1 速分生化技術
速分生化技術就是將流體力學中流離原理與生物接觸氧化機理相結(jié)合并應用到污水處理領域的一種新型生物膜法處理技術，采用速分球作生物膜載體，通過流離聚集和多相生物反應，完成固液分離、污水凈化和污泥消解的目的[3]。速分生化法采用具有特殊結(jié)構(gòu)的速分生化球作為生物膜載體，池內(nèi)固定排列著一定數(shù)量的速分球，通過生物接觸氧化和微生物食物鏈的分級捕食 將池內(nèi)的有機物及含氮污染物去除[4]。
速分生化處理技術的核心是“速分生化球”，圖1 為常見速分生化球結(jié)構(gòu)示意圖。主要采用特殊陶土、植物纖維及加入紫砂泥材料通過高溫燒結(jié)而成的多孔徑生物速分球，再通過外部加裝 PP 多面空心球體，最后在球體內(nèi)加入配重礫石，使速分球體密度接近于水，懸浮于水體中。速分球直徑一般為 10 ～ 12 cm，孔隙率約為 0. 6。速分球填充在速分生化池內(nèi)，作為微生物生長的載體和形成微環(huán)境的動因，它直接影響生物膜的生長、繁殖和脫落，影響厭氧、缺氧、好氧等生物環(huán)境的分布與變化，影響固液分離的效果。速分生化法在實際運行中基本不排泥或少量排泥，故其污泥齡( SRT) 較長，為了確保出水氮、磷達標，采用強化生物脫氮模式確保出水 TN 達標，并通過生物除磷方式去除一部分磷，剩余部分輔以化學沉淀方式去除[5]。目前，強化脫氮速分生化池主要有兩種型式: 第一種按活性污泥法脫氮工藝設置速分池，即反應池按水流方向設缺氧區(qū)和好氧區(qū) 2 個單元，并設置一套混合液回流系統(tǒng); 第二種為合理布置曝氣系統(tǒng)，調(diào)整曝氣量，使生化池按水流方向形成厭氧、缺氧、好氧單元，以獲得理想的生物脫氮效果[6]。
2 水量與水質(zhì)
污水自原泵池中經(jīng)提升泵送入污水處理系統(tǒng)進行處理，經(jīng)過現(xiàn)場取樣分析，確定設計進水水質(zhì)見表1，最終出水水質(zhì)需滿足天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》( DB 12 /599—2015) A 標準。
3 工藝設計及設備
3. 1 工藝流程
根據(jù)進水水質(zhì)可知，BOD5 / COD 約 0. 4，屬可生化污水，又因為排放水 TN 和 TP 要求比較高，所以除了考慮有機物降解以外，還要考慮脫氮及除磷。通過考察雨水泵站周圍的實際情況，從投資、運行費用、管理技術、處理效果等方面進行分析，最終確定了如圖 2 所示的污水處理工藝流程。
該工藝流程簡單，操作管理方便，基本上可實現(xiàn)無專人管理，運行過程中可不排泥或少量排泥，出水水質(zhì)穩(wěn)定。根據(jù)進水水量和水質(zhì)特點，在污水處理前設置一套人工格柵，用以去除大顆粒的懸浮物和漂浮物。污水重力流入預曝氣調(diào)節(jié)池，為后續(xù)生化處理提供保證。經(jīng)調(diào)節(jié)池均衡水質(zhì)的污水由一級提升泵提升后以推流形式進入后續(xù)速分生化池。速分球以一定的方式排列在池內(nèi)，池內(nèi)布設曝氣系統(tǒng)，一方面通過外置的曝氣機進行污水擾動，避免沉淀物淤積，另一方面進行曝氣充氧以維持微生物代謝活動的需要。速分生化池出水進入折流式消毒池，向池內(nèi)投加一定量的次氯酸鈉，殺死有害病菌，再通過多介質(zhì)過濾器和石英砂過濾池進一步去除懸浮物、膠體、細小顆粒等雜質(zhì)，保證出水達標排放或回用。本工藝運行過程中，速分生化池內(nèi)剩余污泥直接排入污泥濃縮池，再由污泥泵定期輸送到脫水機脫水，泥餅外運由有資質(zhì)單位進行資源化處理。
3. 2 主要構(gòu)筑物及設備參數(shù)
�、� 人工格柵。由不銹鋼柵條組成的框式結(jié)構(gòu)，尺寸為 0. 8 m × 0. 8 m × 1 m。運行時污水進入細柵框，柵條直徑為 6 mm，柵隙為 3 mm，粒徑 > 3mm 的雜質(zhì)被截留在格柵框內(nèi)。細格柵約 7 ～ 15 d清理一次，通過提升鏈條提升，格柵沿導桿上滑，柵渣定期外運。該裝置安裝在調(diào)節(jié)池內(nèi)，用于清除污水中大顆粒的懸浮物及漂浮物，以防止后續(xù)管道及水泵堵塞，同時有利于保護膜組件。
�、� 調(diào)節(jié)池。內(nèi)部凈尺寸為 8 m × 5 m × 5 m，有效容積為 180 m3 ，有效水深為 4. 5 m，水力停留時間為 8 h。調(diào)節(jié)池內(nèi)設 2 臺潛污泵( 1 用 1 備) ，單臺流量為 21 m3 / h，揚程為 100 kPa，電機功率為 0. 75kW，2 臺水泵 12 h 自動切換工作，故障時聲光報警，備用泵自動投入運行。池內(nèi)設穿孔管進行少量曝氣，空氣攪拌強度為 1 m3 / ( m2 ·h) ，曝氣管面積為 40 m2 。本單元用于經(jīng)格柵處理后污水的收集，起調(diào)節(jié)水量及均化水質(zhì)作用，以保證進入后續(xù)系統(tǒng)的水量及水質(zhì)的均勻性。
�、� 速分生化池。速分生化池是本工藝的核心，采用分段式結(jié)構(gòu)，分格設置，每格間設過渡水池，用于水流的再分配及運行多年后污泥的收集。收集的污泥基本上是無機污泥，可臨時提升排至污泥池。生化池包括進水區(qū)、反應區(qū)和出水區(qū)，尺寸分別為 13. 5 m × 3 m × 3 m( 4 箱) 和 11 m × 3 m × 3 m( 1箱) ，有效容積為 328 m3 。池底鋪設環(huán)形穿孔管進行曝氣充氧，曝氣管面積為 121. 5 m2 ，主管流速為 8 ～ 12 m / s，支管流速為 4 ～ 6 m / s。為了提高布水的均勻性，在池子進出口設置配水墻多孔配水。填料為速分生化球( 110 mm) ，骨架材質(zhì) PP，球內(nèi)填充 30 ～ 50 mm 陶料濾料，總共 720 m3 ，空隙率為90% ，填料高度為 2. 7 m。為確保速分生化池出水磷能穩(wěn)定達標，在此池內(nèi)設置除磷裝置( 間歇運行) ，根據(jù)設計流量，配套除磷劑加藥裝置，材質(zhì)為PE，有效容積為 0. 5 m3 ，選用 2 臺計量泵，流量為 0 ～ 15 L / h，揚程為 1 MPa，功率為 28 W。速分球通常分層平鋪于反應區(qū)內(nèi)，這有利于減小填料的水平角度，使配水更均勻，促進微生物和污染物充分接觸，有利于有機物去除。速分生化法通常不需單獨另設二沉池和污泥回流設施，也不需反沖洗設施，在污水生物處理的整個過程中，如進水、曝氣、生物凈化、污泥穩(wěn)定消化、固液分離和出水全部都集中在速分生化池一個單元中完成。
④ 生化風機。為調(diào)節(jié)池和速分生化池提供氧氣，以供池內(nèi)微生物生長。設置 3 臺生化風機，2 用1 備，風量為 5. 25 m3 / min，轉(zhuǎn)速為 420 r / min，風壓為 0. 03 MPa，功率為 7. 5 W，風機 24 h 連續(xù)運行，與調(diào)節(jié)池液位聯(lián)鎖運行，低液位風機停止工作，中液位風機啟動工作，保證生化處理裝置正常進行。同時配消聲器及止回閥，有效降低振動和噪聲。
�、� 二沉池。1 座，尺寸為 6 m × 3 m × 3 m，有效水深為 2. 6 m，水力停留時間為 2 h，其主要作用是實現(xiàn)泥水分離。
�、� 消毒池。采用折流式混合反應，尺寸為1. 5 m × 3 m × 3 m，有效水深為 2. 5 m。采用次氯酸鈉消毒，水力停留時間為0. 5 h。配套次氯酸鈉加藥裝置，有效容積為 0. 1 m3 ，選用 2 臺計量泵，流量為 0 ～ 25 L / h，揚程為 1 MPa，功率為 60 W。
⑦ 中間泵。潛水泵 2 臺( 1 用 1 備) ，單臺流量為 21 m3 / h，揚程為 220 kPa，電機功率為 4 kW。
�、� 多介質(zhì)過濾。采用立式圓形容器設備，1臺，規(guī)格為 1. 8 m × 3. 95 m，流速為 8 ～ 10 m / h，處理水量為 20 ～ 25 m3 / h，試驗壓力為 0. 75 MPa。濾層由上而下排列分別為: 無煙煤 d = 0. 8 ～ 1. 8 mm，H = 0. 4 m; 石英砂濾料 d = 0. 5 ～ 1. 2 mm，H = 0. 8m; 礫石層 d = 1. 0 ～ 2. 0 mm、H = 0. 2 m，d = 2. 0 ～ 4. 0 mm、H = 0. 15 m，d = 4. 0 ～ 8. 0 mm、H = 0. 1 m， d = 8. 0 ～ 16. 0 mm、H = 0. 15 m，d = 16 ～ 32 mm、H =0. 25 m。同時采用水及氣進行反洗，水反洗強度為12 L / ( m2 ·s) ，反洗水為反滲透濃水，水反洗流量為 164 m3 / h，水反洗時間為 5 ～ 6 min; 氣反洗強度為 20 L / ( m2 ·s) ，氣反洗量為 4. 56 m3 / min，反洗膨脹高度為 0. 6 m。污水經(jīng)過多種過濾介質(zhì)處理后，濁度較高的水在一定的壓力下通過一定厚度的粒狀或非粒材料，從而有效地去除懸浮雜質(zhì)并使水澄清。
⑨ 活性炭過濾。采用立式圓形容器設備，1臺，規(guī)格為 1. 8 m × 4. 35 m，流速為 8 ～ 10 m / h，處理水量為 20 ～ 25 m3 / h，試驗壓力為 0. 75 MPa。濾層由上而下排列分別為: 活性炭濾料 d = 0. 8 ～ 1. 5mm，H = 1. 5 m; 礫石層 d = 1. 0 ～ 2. 0 mm、H = 0. 2 m，d = 2. 0 ～ 4. 0 mm、H = 0. 15 m，d = 4. 0 ～ 8. 0 mm、 H = 0. 1 m，d = 8. 0 ～ 16. 0 mm、H = 0. 15 m，d = 16 ～ 32 mm、H = 0. 25 m。反沖洗技術參數(shù)同⑧。過濾時 由于其多孔性可吸附各種微細物質(zhì)，常用于脫色，脫臭，去除有機物、細菌、病毒等，也常用于廢水的三級處理。
�、� 污泥池。1 座，尺寸為 3. 5 m × 3 m × 3 m，有效水深為 2. 7 m，設臨時排泥泵 1 臺，流量為 5 m3 / h，揚程為 70 kPa，電機功率為 0. 55 kW。當系統(tǒng)出水SS > 20 mg / L 時，用于配水池污泥的臨時排放，約在 2 年后每年提升 2 次污泥。同時配備疊螺式污泥脫水機 1 臺，處理量為 3 ～ 300 kgDS / h，沖洗水量為 24 ～ 216 L / h，污泥脫水后含水率為 80% 。
4 工程調(diào)試、運行效果和達標情況
4. 1 工程調(diào)試
�、� 培養(yǎng)階段。啟動進水泵，充滿污水后投加接種污泥于速分生化池內(nèi)，控制 MLSS 在 7 500 ～9 500 mg / L。開啟鼓風機，從底部曝氣，控制 DO 在2 ～ 4 mg / L，對速分生化池內(nèi)的填料連續(xù)曝氣培養(yǎng)，其間逐步提高微生物營養(yǎng)物質(zhì)的投加量。
�、� 馴化階段。采用低負荷間歇性的方式，通過進水泵向池內(nèi)適當進水和接種污泥，每隔 6 h 排出池內(nèi)污水并補充新的污水和營養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過連續(xù) 10 d 的曝氣培養(yǎng)后，發(fā)現(xiàn)填料表面已經(jīng)附著了一層橙黃色的生物膜，形成了生物膜和生物污泥的混合體。經(jīng)過監(jiān)測各項水質(zhì)指標和鏡檢填料表面的生物膜，發(fā)現(xiàn)進口處以菌膠團、絲狀菌為主，呈厭氧狀態(tài);接著出現(xiàn)草履蟲、鞭毛蟲等原生動物，呈厭氧、好氧狀態(tài); 出口處有鐘蟲、太陽蟲、輪蟲、線蟲等后生動物，呈好氧狀態(tài)，表明生物膜基本適應污水水質(zhì)。此時，應停止接種污泥，逐步提高污水加入量，初始流量控制在設計正常流量的 10% ～ 20% ，根據(jù)出水水質(zhì)檢測污染物去除率，逐步提升至設計水量的 30% ～ 40% ，直到滿負荷連續(xù)進水[7]。
�、� 正常運行。污水從速分生化池進口處流入，污水中的有機物和懸浮物聚集到球體內(nèi)部，球內(nèi)外反復交替進行好氧、厭氧和兼氧作用，有機污染物、N、P 等作為營養(yǎng)物質(zhì)，被微生物所吸附和分解，最后使污水處理達到較好的效果，實現(xiàn)無污泥排放[8]。
4. 2 運行效果和達標情況
臨時污水處理工程經(jīng)過幾個月穩(wěn)定運行測試，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)良好，并對進、出水水質(zhì)各項指標進行監(jiān)測，運行效果( 平均值) 如表 2 所示。
由表 2 可以看出，采用預處理、生物處理( 速分生化池) 及深度處理組合工藝處理城鎮(zhèn)綜合污水，對各污染物指標都具有較高的去除率，出水水質(zhì)達到了天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》 ( DB 12 /599—2015) A 標準。
5 結(jié)論
采用速分生化工藝可以有效處理城鎮(zhèn)生活污水，獲得較好的去除效果，對 COD、BOD 、NH +- N、TN、TP、SS 平均去除率分別為 81. 5% 、94. 2% 、96. 9% 、79. 4% 、86. 3% 以及 98. 6% ，平均出水濃度分別為 22. 8、4. 3、0. 8、6. 9、0. 26、3. 2 mg / L，達到了天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》( DB 12 / 599—2015) A 標準。速分生化法作為一種新型高效生物膜處理技術，工藝流程簡單，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)良好，運行操作簡單，占地面積小，運行費用低，是一種很有發(fā)展前途的工藝，適合于城鎮(zhèn)生活污水的集中處理。（來源：天津科技大學 海洋與環(huán)境學院）
