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user: 4. 污水处理再利用策略 4.1. 分散处理再利用措施 分散式污水处理当前主要用到的是生物膜技术，此项技术可以提高单位反应器体积微生物浓度，可以提高反应器的容积负荷，增强了系统整体的抗冲击负荷能力和处理效果，并且占地面积较之前更小。在工艺上，由于该设备多样化程度高，且处理工艺简单，能更好地适应处理区域实际要求。在费用上，分散式污水处理工程所需的投资小，操作性高，更容易实现，而且在短时间内便可以见到成效，同时也能为市政排水与污水处理厂减轻污水处理压力。 4.2. 集中处理再利用措施 以建立大中型污水处理回收再利用水厂的方式，对整个城市的污水进行统一收集、处理和再利用，一般再利用的水也是用于农业的灌溉、城市生态等方面。与分散方式比较，集中回收能对污水进行统一处理，更好实现水资源的循环利用。该方法的规模效益，也让集中处理对场地和设备要求更高，因此一次性投入也就更多，但是处理厂单位水量投资与运行费用较低，且可以大规模处理污水。城市污水的总量在不断增加的背景下，选择集中式回收方法，可以让污水处理的效率更高，而且处理后的水质更稳定，因此处理后的水用途范围也大。 4.3. 污水处理再利用方案分析 污水处理方法大致可以分为两大类：物化法、生化法。其中生化法由于更经济、更环保的原因成为城市污水处理站污水处理的首选方法 [ 4 ]。 判断是否能采用生化法处理污水，需要研究以下几项重要指标。BOD 5 /CODcr：该比值是判定污水可生化性是否可行的最简便、最常用的方法。BOD 5 /TN (即C/N)：该比值是判定能否有效生物脱氮的重要指标。比值越大，反应越快。 BOD 5 /TP：该比值是判别能否生物除磷的主要指标。比值越大，除磷效果就越明显 [ 5 ]。 根据进水水质预测，该城镇污水处理站进水水质有关指标比值与判别标准比较表1。 Table 1 Biochemical discrimination table of influent water qualit 序号 进水水质 指标 判别标准 判别结果 1 BOD 5 = 200 mg/L BOD 5 /CODcr = 0.5 >0.45时可生化性较好 >0.3时可生化 <0.3时较难生化 <0.25时不易生化 满足较好生化 反映的条件 2 CODcr = 400 mg/L BOD 5 /TN = 5.0 ≥3.0 满足条件 3 TN = 40 mg/L BOD 5 /TP = 40 标准：≥20 满足条件 4 TP = 5.0 mg/L 表1. 进水水质可生化判别表 由表1可以看出，该城镇污水处理站的污水处理方法选用生化法是可行的。 根据预测的城镇污水进水水质，该污水处理站需要对BOD 5 、CODcr、SS以及NH 3 -N、TN、TP进行不同程度的高效处理，去除常规污染的同时增加脱氮除磷过程。根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006)中污水处理站的处理效率，将该城镇污水处理站要求的处理效率与之对比可得表2。 Table 2 Comparison table of required efficiency and standard efficiency of sewage treatment stations in a cit 处理级别 处理方法 主要工艺 SS、BOD 5 去除率(%) 比较结果 SS BOD 5 本次要求 一级处理 沉淀法 沉淀(自然沉淀) 40~55 20~30 ≥96% ≥95% 不满足要求 二级处理 生物膜法 初次沉淀、生物膜反应、二次沉淀 60~90 65~90 接近要求 活性污泥法 初次沉淀、活性污泥反应、二次沉淀 70~90 65~95 接近要求 表2. 某市污水处理站需要效率与规范效率比较表 上表数据反应出，常规二级处理工艺能通过剩余污泥的排放，有效地去除BOD 5 、CODcr和SS，但这种做法只能一定程度上去除氮和磷，氮和磷的去除率均低于20%，达不到本工程要求的去除率。因此，本工程需要采用污水的脱氮除磷工艺。具体重点处理指标确定了，才能更准确的选择污水处理工艺。下面根据不同指标具体分析。 1) BOD 5 、CODcr 该城镇污水处理站出水BOD 5 要求浓度低于10 mg/L，相应的去除率 ≥ 95%。结合国内很多项目的实践证明，常规二级处理工艺配合脱氮除磷过程，对去除BOD 5 的效率可以达到 95%以上，因此，可以满足该工程出水水质对BOD 5 的要求。BOD 5 不是重点处理项目 [ 6 ]。同时，因为CODcr和BOD 5 去除过程基本同步，且出水对CODcr要求不是很高，所以CODcr不是重点处理项目。 2) SS 该城镇污水处理站出水SS要求浓度低于10 mg/L，相应的去除率 ≥ 96%。 常规的二级处理可以使出水SS浓度低于20 mg/L，却无法保证其低于10 mg/L，然而，出水SS对出水水质中的CODcr、BOD 5 、P等有直接影响，所以，SS需重点处理。 3) NH 3 -N 该工程要求NH 3 -N出水浓度小于5(8) mg/L，不考虑有机氮等其他因素对进出水的影响，要求去除率 ≥ 83(73)%。 污水处理通常通过硝化反应去除氨氮，在同时存在氨氮的硝化过程及碳的氧化过程的单元中，硝化过程因其速率明显慢于碳氧化过程，影响着我们对好氧单元的设计。因此，NH 3 -N需重点考虑。 4) TN 该工程对出水TN要求不是很高：出水TN小于15 mg/L，去除率 ≥ 62.5%。污水处理中通过反硝化过程(缺氧阶段)来去除进水TN，影响缺氧单元的设计，但不是重点处理项目。 5) TP 该工程要求TP出水浓度小于0.5 mg/L，去除率 ≥ 90%。 生化处理(结合脱氮除磷过程)后，可以使出水中的磷含量接近1 mg/L，却无法保证其稳定处于0.5 mg/L之下。因此，TP需重点处理。 综上总结得出，出水水质中对处理率要求较高的为指标为BOD 5 、SS、TP以及NH 3 -N。 1) 生物脱氮除磷工艺 该工艺主体是由三段式组成的，具体为厌氧段–缺氧段–好氧段三阶段，由厌氧–好氧(A/O)工艺上发展而来的生物脱氮除磷工艺。工艺流程图如图1所示。 图1. A 2 /O工艺流程图 根据生物脱氮除磷的原理分析，不论是A 2 /O还是氧化沟工艺，其原理都是一样的，都是由三段式组合起来的，区别只是在顺序、构筑物具体操作特性、污泥停留时间等，下面由A 2 /O工艺来具体说明。A 2 /O工艺实质上是缺氧/好氧生物脱氮 + 厌氧/好氧生物除磷两种过程的有机组合。在三个池中，分别发生不同的化学反应来完成脱氮除磷的功能。 厌氧池中，完成磷的释放过程。由于聚磷菌的专性好氧性，在厌氧条件下，聚磷菌会受到抑制，将体内的多聚磷酸盐分解，以磷酸盐( PO 4 3 − )的形式释放出来，并生成大量能量来维持聚磷菌在厌氧条件下的正常代谢活动，与此同时，发酵菌将污水中的一些大分子有机物降解成小分子发酵产物，聚磷菌依靠能量快速吸收降解这些小分子的有机产物，并将其转化为PHB储存在菌体内，此过程完成后，磷的浓度达到最高，NH 3 -N浓度降低。 缺氧池中，完成脱氮除磷的反硝化过程。通过泵的运送我们将好氧池中大量含有硝酸盐( NO 3 − )的混合液送到缺氧池，在缺氧条件下，反硝化细菌将硝酸盐( NO 3 − )转化为氮气(N 2 )排到空中，同时降解有机物，此过程中，NH 3 -N浓度下降，起到脱氮作用，充足的碳源(无机化合物)为该反应提供所需要的能量。最新研究表明，缺氧池中还可以除磷，反硝化聚磷菌(DNPAO)可以利用O 2 或者硝态氮( NO 3 − )作为电子受体进行吸磷，这个过程节省了碳源，一定程度上缓解了基质竞争矛盾，并且在一定程度上提高了脱氮除磷的效率，根据这个原理，A 2 /O又产生相应的改良工艺，并已经得到广泛应用 [ 7 ]。 好氧池中，完成硝化反应和吸磷过程。好氧条件下，硝化细菌将有机物中的有机氮先转化成氨氮(NH 3 -N)，最终转化成硝态氮( NO 3 − )，反应过程要求在低污泥负荷下。同时，聚磷菌分解菌体内储存的PHB产生能量完成代谢作用，并过量吸收污水中的磷酸盐( PO 4 3 − )来合成多聚磷酸盐及其他有机物质，再次储存在菌体内，最终形成的污泥为高浓度含磷污泥，随剩余污泥一起排出，从而达到除磷的目的。 2) 氧化沟工艺 氧化沟实质上是延时曝气的活性污泥工艺，是连续循环封闭的曝气池，严格的讲氧化沟不属于专门的脱氮除磷工艺，但是随着污水处理业的发展，出现了一系列脱氮除磷技术和氧化沟工艺结合起来。氧化沟的反应池是连续环形首尾相接的闭合渠道，污水在反应池中以该渠道进行连续循环，宏观上看，氧化沟可以看成一个完全混合池，污水同时进入池中参与反应，但是由于其中的曝气装置并不是均匀的沿池长铺设到沟内的某一段，因此有推流式的特征，分为“曝气区”和“非曝气区”，沟内会根据曝气情况、水流搅动情况、溶解氧的含量的实时变化状态，同时为满足脱氮除磷所需，形成厌氧、缺氧、好氧等化学条件来脱氮除磷以及处理污水中的各种有机污染物，工艺流程图如图2所示。 图2. 氧化沟工艺流程图 3) SBR及其改良工艺 我们把传统的序批式活性污泥法(又称“序列间歇式活性污泥法”)定义为SBR工艺，该工艺从它特殊的发展史来看是个“既古老又年轻”的工艺，该工艺是在一个反应器中分时段完成搅拌、曝气、沉淀的过程，一个周期内形成厌氧、缺氧、好氧三个过程来进行污水处理，它通过在运行上的间歇操作，实现了对有机物的有效降解，可通过不同数量的反应池组合控制连续进出水，通过控制曝气量和溶氧量而灵活的处理不同程度的污水 [ 8 ]。但由于池体容积并未完全得到利用，故多用于中、小型污水处理厂，多用于有机物浓度高的工业废水处理。其反应器运行过程为：进水→曝气→沉淀→滗水→待机，SBR工艺流程图如图3所示。 由于常规A 2 /O工艺，因污泥降解率低以及基质竞争矛盾等引起的工艺缺陷，并不能满足该项目污水处理厂站出水达到标准一级A的处理要求。结合实际工程要求，为了提高脱氮除磷效率，我们将厌氧池、缺氧池顺序变换，即采用倒置A 2 /O工艺为该城镇污水处理厂最终污水处理工艺。