组合式一体化污水处理设备的研究

虞波，高来顺，李红建

（扬州澄露环境工程有限公司，江苏 扬州 225000）

水资源在生产生活中占有重要地位。水资源需求量随着不断发展的社会经济和不断增加的人口数量而不断增长，水资源利用出现较大压力，形势不容乐观。在水资源短缺时，其开发与利用仍不够完善。有相关学者指出，当前国内每年约产生90 亿吨以上的生活污水，而多数污水存在随意排放等问题，且生活污水量随着不断提高的生活质量将会不断增加。因此，对污水处理技术开展研究，以加强污水处理质量，实现水资源节约的目标已经迫在眉睫。

1 组合式一体化污水处理设备设计思路

考虑到我国农村污水的处理情况，基于污水有机物分解和脱氨原理及处理特点，研发出符合农村分散式污水处理的设备工艺，其主要思路如下。

1.1 A/O 工艺

缺氧反应系统和好氧反应系统是A/O 污水生物处理系统的主要组成部分，其具体工艺流程如图1。

图1 A/O 工艺

在A/O 工艺中，污水处理工艺的第一级放置了缺氧区，可以充分发挥厌氧菌群高耐受和高有机负荷的优点，在第二级放置好氧菌群可以充分发挥两者的优势，处理效果较好，运行较为稳定。A/O 工艺有较为简单的工艺流程，便于运行管理。

传统A/O 工艺中共有两个污水回流装置，一个可回流二次沉淀区中的污泥到系统初始位置，一个可回流好氧区出水到厌氧位置以进行厌氧反硝化作用。好氧区出水溶解氧含量较高，可对厌氧区反硝化细菌生命活动进行抑制，而反硝化反应也会在一定程度上使好氧区产生硝酸盐，两者在厌氧区中聚集会导致污水处理复杂化，使其运行机理难以分析，运行参数不易确定，增加设备的运行管理成本，使设备维护的成本大大提高。因此，在设计时合并了两个回流途径，A/O 工艺在改良后可将沉淀区混合液回流到系统的进水口，实现同时回流污水和部分污泥。如图2 所示。

图2 回流合并后的A/O 工艺

1.2 复合生物处理系统

污水生物处理技术有活性污泥法和生物膜法。活性污泥法投资较少，且运行管理相对简单，进水稳定且处理效果较好，但存在抗冲击性能不足等缺点，容易出现污泥膨胀等问题，且外界容易对其产生较大影响。生物膜法存在运行管理上的缺陷，如生物膜需要较高成本，且需定期反复冲洗生物滤池里的滤料，管理难度较高，需要较高成本投入。

综合两者的优缺点，在设备设计时，选择使用复合生物处理系统。在该系统中，在活性污泥里添加有可供微生物附着生长的载体，可以有效结合活性污泥和生物膜的特点，确保两种工艺的优点均得到充分发挥，使有机污染物的去除更高效，成本更低。

1.3 一体化处理结构

传统的污水处理系统中存在较多的处理单元，各处理单元又分别设置，大大提升基建设备的占地面积和投资，且流程更加复杂。基于此，提出污水处理一体化工艺。

污水处理一体化工艺可以在时间上和空间上合理分配沉淀池和曝气等处理单元，可对各单元构筑物进行有效组建，可避免多单元操作，实现成本和占地面积均得到减少的效果。处理单元顺序分配是一体化处理工艺的设计的重点。

当前，污水处理一体化思想已有广泛应用，如一体化氧化沟技术和SBR 技术等。污水一体化处理技术可在农村地区的污水处理中得到广泛应用，其特点有：一是系统中的挡板可共用，使基建材料有效减少；二是运输污泥的距离较短，能够有效节约各项材料；三是占地面积较少，施工简便；四是结构紧凑，有较快的反应速度。

2 组合式一体化设备构造

基于设计思路进行一体化设备的设计，具体如图3所示。

图3 组合式一体化污水设备构造示意图

组合式一体化污水处理设备包括沉淀池、厌氧池和好氧池等，结构较为紧凑且简单。以矩形桶的形式设计组合式一体化污水处理设备有利于施工组装和节省费用。

组合式一体化工艺使用的是复合生物处理系统，在厌氧池中配备有立体网状填料，可溶性有机物在填料中的厌氧生物膜作用下可有效溶解；在好氧池中配备有悬浮填料，污水中的有机物和氮等物质可被好氧生物膜高效降解，此外，池中还配备有曝气装置，可为该区域提供一定的氧气；沉淀池中的生物膜和污泥沉淀可以在一定程度上澄清污水，且沉淀池上的消毒池可对出水进行一定的消毒处理；沉淀池和好氧池中配备有回流管道，基于气提原理，混合料可回流至沉淀分离池，在回流反硝化装置中，硝态氮可被还原成氮气，而在回流管道充气口的阀门可有效调节回流比。

填料主要安装在好氧池和厌氧池。填料上固定有大多数微生物，少部分脱落的老化生物膜会不断循环在设备内部，可在一定程度上实现硝化，而仅有较少的污泥无法硝化需排出反应槽。因此，该设备没有专门的污泥处理槽，当老化污泥累积到一定量后可通过抽泥装置抽出。

2.1 填料选择

厌氧区中采用的是立体网状填料。该种填料主体由多根丝条所构成，为有序的空间立体柱状结构，丝条上不仅有大量的微生物均匀附着，使其具备一定的活性和孔隙可变性，也可以确保微生物保持一定的新陈代谢，不至于出现黏结成团的现象。

好氧区中的填料为悬浮填料。悬浮填料是指将密度和水接近的轻质填料直接投放进水处理构筑物中，共同发挥附着生物膜和活性污泥的作用的一种填料。悬浮填料可在池中的各个位置停留，曝气时会跟随水流流动，即会表现出“移动的生物膜”的现象。悬臂填料比表面积较大，微生物生长空间更多；脱模和挂膜速度较快，且生物膜较薄，活性较高；填料随水的流动会随之出现循环流动，可有效改善生物处理池通气和过水性能，仅有较小的水头损失，且处理构造物也仅有较低要求，结合活性污泥法能够使处理效果得到大大改善。

2.2 组合式一体化设备工艺流程

当组合式一体化处理设备有污水进入时，会先经过沉淀分离池进行预处理，将大颗粒和悬浮物筛选掉，以提高污水可生化性；再进到厌氧过滤池进行生物分解等反应，以使污水里的有机物浓度有所降低；最后进到好氧曝气池中生物降解，使污水有机物等物质得到去除；二沉池中的水流流入后可以有效分离老化污泥和污水，而将消毒池设置到沉淀池溢水堰中又可对其进行消毒。经过回流装置后，二沉池中的混合液会回流到初沉池中，在原水混合后就会到厌氧过滤池开展反硝化反应，以还原硝态氮成氮气。具体工艺如图4 所示。

图4 组合式一体化污水处理设备工艺流程图

3 系统性能研究

以某污水处理厂为依托，以其进口污水开展实验，原水水质如表1 所示。在实际应用时可采用微生物自然生长繁殖方法，但为更快获取试验数据，试验时使用的是接种污泥法。

表1 原水水质

3.1 COD 去除效果分析

在启动初期，组合式一体化污水处理设备主要通过厌氧区立体网状填料中的微生物去除COD。从试验现场看，启动组合式一体化污水处理设备的初期仅有较低水平的COD 去除率。填料生物膜厚度随着系统中不断增加的生物量而不断变厚，COD 去除率在活性污泥菌胶团出现之后随之增加。启动初期控制流量为48L/h，系统水力停留时间较短会导致系统内出现较大的容积负荷，且内部生物数量和种群量仍较少，还未能形成完整生物膜，COD 仅有40%以下的去除率。在经过九天的运行后，内部已有丰富的生物量，且基本建立生物膜的情况下，系统有约50%的COD 去除率。此时，在20℃水温和18h 水力停留时间下，COD 浓度可满足国家二级排放标准的要求。启动阶段COD 去除效果图如图5。

图5 启动阶段COD 去除效果

从结果看，COD 去除率在启动后的11 天时有显著提高。此外，厌氧区有较快的COD 浓度减少，好氧区则相对较慢，因此，可以认为多数有机物在启动阶段多数在厌氧区中被降解。对所得数据做出进一步分析可得图6所示结果。

图6 启动阶段各反应区COD 变化情况

从结果看，在经过20 天的启动后，出水COD 仅有60%以下的浓度，COD 去除率保持在70%～80%。随着进水COD 浓度有所波动，但有较为稳定的出水COD，出水水质符合国家一级标准的要求，表明系统稳定性较高。

3.2 氨氮去除效果分析

所得结果如图7 所示。

图7 启动过程中的氨氮变化

氨氮在设备启动7 内仅有较低的去除率，不具备明显的去除效果。在经过11 天的运行后，约有27%的氨氮去除率且逐渐上升。在20 天的运行后，约有60%的氨氮去除率，出水氨氮可满足排放标准。对原因进行分析可知，设备启动初期，水力停留时间较短，设备中仅有较少的微生物处于悬浮状态，可认为在氨氮去除过程中，缺氧区的作用较小。好氧区曝气装置让污泥里的微生物处于悬浮状态，而其又会在一定程度上使硝化菌的生长得到抑制。接种污泥在运行一段时间后，缺氧区和好氧区的挂膜均有成功，使硝化和反硝化反应有所增长，反应速率得到较快，氨氮去除效果更佳。

4 结语

当前，随着社会经济水平的发展，人们的生活水平和经济水平有了显著的提高。而在生活条件改善的同时也在一定程度上增加了生活污水量，但污水收集处理设施仍缺乏完整配套。因此，对运营管理方便、成本较低的分散式污水处理工艺开展研究，对改善污水处理技术有重要意义。本文结合我国污水处理现状，提出一体化污水处理工艺，并检验其处理效果，从结果看，所设计一体化污水处理设备有较好的污水处理效果。