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污水廠一級A穩定達標工藝分析
1一級A穩定達標的主要工藝單元考慮
從技術可行性和經濟合理性角度考慮，有機物(COD、BOD5)和氮、磷的達標去除應盡量在污水二級生物處理工藝單元中完成，特別是TN和NH3-N的去除。二級(強化)處理應確保有機物、懸浮固體和氮磷營養物有足夠高的去除率，一般采用生物除磷和生物硝化/反硝化方法，必要時增加化學協同除磷。特殊(微量)污染物和有毒有害物質應盡量在工業企業源頭加以控制，必要時在深度處理工藝流程中設置針對特定水質指標的處理單元。表1匯總了城鎮污水處理廠一級A穩定達標處理中可供選擇采用的代表性工藝操作單元。
二級(強化)處理之后的深度處理應以過濾工藝為核心單元、混凝沉淀為強化手段，起到高效去除懸浮固體和膠體物質的作用，降低處理水的濁度和消除病原體，必要時通過調整混凝劑優選和劑量同步完成化學除磷。高級處理是達標深度處理的選用單元，通過物理、化學或生物方法更充分地去除水中某些特定的成分，例如反硝化濾池去除硝態氮，活性炭吸附和臭氧化去除難生物降解有機物及脫色、反滲透法去除溶解性固體。消毒處理是達標的必備單元，也是深度處理流程的最后一個單元，其功能是利用物理、化學或生物的方法去除和滅活水中的各種病原體。
2一級A穩定達標的工藝單元選擇
針對太湖流域城鎮污水處理廠的除磷脫氮改造需求，結合代表性城鎮污水的水質特點和水質處理要求，以表1所列出的工藝單元為基礎，按圖1所示的工藝選擇過程組合出適合該區域城鎮污水處理廠出水一級A穩定達標的基本工藝流程及變化方式。
在城鎮污水一級A穩定達標處理工藝流程中，粗格柵、細格柵、提升泵站和沉砂池是必備的前處理工藝單元，二級生物處理采用膜生物反應器(MBR)時，還需要在前端設置超細格柵(1mm間距)。除非進水懸浮物濃度很低或進水SS/BOD5比值較低，否則，常規初沉池或高負荷沉淀池應該成為必選工藝單元，以盡量去除進水中的無機懸浮固體。后續生物處理單元存在碳源不足時，可考慮初沉污泥的產酸發酵以補充優質碳源，或者部分時段超越初沉池直接進入生物處理池。
二級生物處理工藝的選擇是一級A穩定達標的最重要環節，特別是TN和NH3-N的穩定達標去除，對于氮磷去除，建議采用回流污泥反硝化生物除磷脫氮(改良A2/O)及其變型工藝作為基本工藝流程，目前已經得到較為廣泛的工程應用?？刹扇〉闹饕に嚳刂萍案倪M措施為：
(1)污水生物處理系統采用15d以上的設計泥齡，考慮進水水質水量的變動和運行操作的調節能力限制，實際運行過程中應盡量控制在12～20d的范圍內，以保障冬季低水溫(例如10℃)條件下生物處理池有足夠數量的硝化菌與硝化能力。
(2)可采用環形溝道生物反應池(氧化溝)池型構造，較高倍率的循環流量形成快速混合作用，加上多個溝道的串聯，可以明顯減小進水水質水量的時變化峰值系數(由3～10倍降低到1.5倍左右)，相應降低出水NH3-N濃度的波動，有效發揮硝化菌的作用，有利于NH3-N穩定達標。
(3)進水水質水量的波動和碳氮比偏低是影響TN穩定達標的最主要因素，進水水質水量的波動通過溝道串聯布置來緩解，碳源不足可通過初沉污泥發酵進行一定程度的補充;必要時，補充外部碳源(例如甲醇、醋酸鈉、醋酸等)強化生物反硝化效果。
(4)強化前端預處理以去除盡量多的進水無機懸浮固體，降低活性污泥的惰性組分含量，以提高生物池的反硝化速率，縮短反硝化所需時間或提高反硝化總量;部分溝(渠)道可按虧氧方式運行，促進同時硝化反硝化及部分短程硝化反硝化的實現，提高碳源利用效率和TN去除總量。
(5)冬季低溫到來之前，在秋季提前逐步提高整個污水生物處理系統的活性污泥總量，增加實際運行泥齡，系統中累積硝化菌和反硝化菌的總量，以改進和保障冬季的硝化和反硝化效果。
在二級處理出水TN和NH3-N穩定達到一級A排放標準的情況下，可采用直接過濾或者混凝過濾的工藝單元進一步降低出水的COD、BOD5、SS和TP濃度，使其穩定達標?；瘜W混凝有助于強化COD、BOD5、SS和TP的去除以及后續過濾單元的穩定運行。過濾方式可以有多種選擇，包括砂濾池、機械過濾器和膜過濾系統，主要取決于出水水質的具體要求和達標考核方式、處理出水的出路與用途、工程造價和運行成本、操作管理與運行調整難易等方面。
在二級處理出水TN和NH3-N不能穩定達到一級A標準的情況下，需要采用反硝化濾池和曝氣生物濾池系統，將TN和NH3-N的進一步穩定去除與過濾處理相結合，但這種方式的出水濁度和SS含量要高于砂濾、機械過濾和膜濾，另外，反硝化濾池需要投加外部碳源(甲醇)，去除1mg/L硝態氮一般需要投加3mg/L甲醇。
采用膜生物反應器(MBR)時，生物處理與膜濾結合為一體，占地面積較小，出水感官指標好，適合處理出水的直接再利用，但運行成本和工程投資高，曝氣能耗會有明顯的升高。
3一級A穩定達標的基本工藝流程建議
3.1基本工藝流程的構成
一級A穩定達標的基本工藝流程為：二級強化處理+化學混凝(沉淀)+介質過濾+消毒。這一工藝流程選擇基于二級強化處理出水的TN和NH3-N已經能夠穩定達到一級A標準，COD穩定達到一級B標準，碳源BOD5一般在12mg/L以下。
其中，化學混凝(沉淀)過濾工藝包括以下三種主要組合方式：
?、倩炷恋磉^濾：快速混合+絮凝+沉淀+過濾。在快速混合池或進水管道內完成快速混合，經過絮凝反應過后，在澄清池中沉淀處理，沉淀出水進入濾池過濾。在二級處理出水SS不穩定或需要化學除磷的情況下，需要采用該工藝組合，以確保出水的全面穩定達標。
?、诨瘜W絮凝過濾：快速混合+絮凝+過濾;在快速混合池或進水管道內完成快速混合，經過一定時間的絮凝反應，不經沉淀，直接進入濾池過濾。一般采用聚鋁或硫酸鋁作為化學除磷藥劑。
?、畚⑿跄^濾：管道混合+過濾;通過快速混合器或管道內部混合器完成化學藥劑的投加與快速混合，絮凝過程在深床上向流濾池的底部或深床重力流濾池的頂部完成，不設置中間沉淀段。采用聚鋁作為除磷藥劑時，需要一定的化學沉淀反應時間，否則除化學磷效果會受到一定影響。
3.2化學混凝處理
深度處理工藝流程中設置化學混凝劑投加系統，其核心目的是提高后續過濾工藝的顆粒去除性能，以增強懸浮物、膠體物質、磷酸鹽和病原體的去除;混凝劑包括鋁鹽、鐵鹽、石灰、復合藥劑和聚合物等。
如果深度處理工藝系統在不投加化學藥劑的情況下就能穩定達到TP去除要求和3NTU的濁度，則允許混凝劑投加系統停止運行，但化學藥劑投加系統必須每月至少保持運行兩次，以保證需要時整個加藥系統能夠投入正常運行。
如果混凝工藝之后采用粒狀濾料濾池工藝，則化學混凝工藝應至少滿足：
?、龠B續監測和記錄生物處理出水的濁度值，以便后續混凝劑投加設備能依據進水水質的變化自動調整混凝劑的投加量。
?、诔⑿跄^濾外，設計中應提供包括快速混合和絮凝池在內的化學處理設施，必要時增加中間沉淀設施，以確保所有運行條件下均能達到后續過濾水質的要求。
③深度處理設施的每個處理工藝單元(凝聚或快速攪拌以及絮凝等)應至少設置兩套，以確保某一套設備停機維修、保養或反沖洗時，能連續進行再生處理。
?、芡都踊炷齽┑耐瑫r，提供足夠的初期快速混合或等效措施，以確?；炷齽┰谖鬯械挠行U散和高效利用，促進后續絮凝反應的高效完成。
?、菰谛跄磻刂幸话阈枰峁┐龠M絮體粒子形成的模式。要通過慢速攪拌控制水流的紊流或攪拌強度，既要防止絮體粒子的沉淀，也要防止絮體的破碎與解體。
?、薰に嚳刂浦胁坏贸霈F絮凝時間不足，以防過濾出水中繼續發生絮凝而影響出水水質。
?、咄都踊炷齽┖笮枰欢ǖ臅r間才能形成肉眼可見的絮體，根據污水性質以及所選混凝劑的不同，絮體形成的時間也有所不同，可能需要5min或更長時間。要提供充足的絮凝反應停留時間，以確保絮體在污水過濾之前全部形成，而不是過濾之后繼續形成。絮凝反應停留時間應根據試驗測定結果或參照同類工程運行數據。
⑧不同污水處理廠的生物處理出水水質會有一定程度的不同，每個擬建項目都需要進行前期試驗，合理選擇混凝劑和聚合物類型，以及相應的設計投加量。
?、岵捎眯跄笾苯舆^濾方式時，建議快速混合單元的停留時間小于30s，絮凝單元的停留時間20~45min。
3.3過濾處理
過濾處理是達一級A達標處理的重要組成部分，可以在消毒之前去除固體物質、TP和濁度，從而能提高后續消毒效果，使病原微生物失活或去除。過濾技術的選擇不僅體現在出水水質的好壞，而且也需要考慮操作難易程度、運行的限制條件、系統構件的可靠性以及對流速和負荷變化的適應性問題。粒狀濾料過濾是應用時間最長，也是應用效果最好的城市污水過濾處理技術。
濁度是混凝-絮凝沉淀-過濾工藝處理效果的主要度量參數，雖然不能用于度量病原體的去除程度，但濁度卻是出水消毒效果的重要控制指標。濾池可采用雙層濾料濾池、單層濾料濾池、均質濾料濾池等。
3.4消毒處理
對于凈化處理水的消毒，其衛生學與環境性能目標包括：將微生物病原體的濃度降低到水質標準規定的最低濃度標準值以下，達到國家規定的排入受納水體的水質要求;不會因處理水的排放而增加用水過程與環境中有毒物質的濃度;消毒效果穩定可靠且經濟有效;消毒劑或副產物的運輸、儲存或處置過程不會對公眾健康或環境造成額外風險?？晒玫南痉椒òɑ瘜W品消毒(例如氯化或臭氧消毒)、物理消毒(例如紫外消毒)、生物法消毒(例如滯留蓄水塘或生態凈化處理)等，膜濾技術也有較好的病原體去除效果。
三種典型消毒技術的特點為：
?、俾然荆郝葘.coli等腸道細菌的消毒非常有效，但對其他微生物種屬的消毒效果就沒有那么好，因此，使用大腸桿菌度量消毒效果時，應考慮不同病原體類群對氯化消毒的敏感度。氯化消毒效果取決于pH、氯濃度和接觸時間，并受氨和懸浮固體的影響。氯化消毒的不足之處是，余氯對水生生物有毒害作用，還可能形成具有較大毒性、持久性和生物累積性的有機氯衍生物。
?、诔粞跸荆号c氯化消毒相比，臭氧對病毒和細菌的消毒效果要好得多，但如果條件不理想，滅菌的效果也會出現問題。臭氧在水中的溶解度較低，使其消毒能力明顯降低;另外，由于其反應活性高，難以維持殘留臭氧，這可能導致微生物的再次生長。
③紫外消毒：UV消毒的效率主要取決于消毒前凈化處理水的物理化學水質特征，水質越好，UV消毒的效率越高。UV進行消毒的優勢在于消毒速度快，而且不會增加處理水的毒性。與臭氧一樣，UV消毒不會在水中產生持久的殘存。需要經長距離和長時間輸送或儲存時，可能存在微生物再次繁殖的風險。
4達標排放與再生利用兼顧的工藝流程
考慮到再生水利用的水質可靠性和穩定性要求較高，一級A達標排放與再生水生產相結合的基本工藝流程為：二級強化生物處理+膜過濾(多層濾料過濾)+消毒，必要時膜過濾之前增加混凝沉淀預處理。有化學除磷需求，或者生物處理出水SS濃度偏高時，應采取混凝沉淀預處理。
4.1混凝沉淀
可選用鋁鹽、鐵鹽、石灰、聚合物等作為化學混凝劑。不同污水處理廠的生物處理出水水質會有一定程度的不同，每個擬建項目都需要進行初期試驗研究，以合理選擇混凝劑和聚合物類型及設計投加量。
作為SS的達標控制措施時，如果進水濁度低于10NTU，可以不投加化學藥劑。作為化學除磷的達標控制措施時，應保持加藥系統的運行，除非進水磷濃度已經低于限定的標準值。投加鐵鹽或鋁鹽進行化學除磷的摩爾比一般為2~3，通常通過試驗確定?；瘜W除磷和生物除磷均盡量安排在生物處理工序完成，以降低處理成本和藥劑消耗量。
在絮凝反應池中一般需要提供某些促進絮體粒子形成的方式。通過慢速攪拌控制水流的紊流或攪拌強度，既要防止絮體粒子的沉淀，也要防止絮體的破碎與解體。要提供一定的絮凝反應停留時間，一般為10~20min，具體根據試驗測定結果或參照同類工程的生產性運行數據。
沉淀工序采用平流沉淀池時，沉淀時間可選用2.0~4.0h，水平流速可采用l.0~10.0mm/s。如采用澄清池，上升流速可選用0.4~0.6mm/s。需要連續監測和記錄生物處理出水的濁度值，以便后續混凝劑投加設備能依據進水水質的變化自動調整混凝劑的投加量。
4.2膜過濾
經過前端工序處理后進行膜過濾(微濾、納濾等)，采用微濾膜過濾時，主要技術參數為：
?、傥V膜孔徑宜選擇0.2μm或0.1~0.2μm。
?、诙壧幚沓鏊M入微濾裝置前，應投加適量抑菌劑;如果沒有混凝沉淀預處理，應進行粗過濾處理(500μm)。
?、畚V系統宜設置在線監測微濾膜完整性的自動測試裝置和自動反沖洗系統;可以采用氣水反沖系統，也可根據膜材料采用其他沖洗措施。
?、芪V系統宜采用自動控制系統，在線監測過膜壓力，控制反沖洗過程和化學清洗周期，多數處理系統的技術參數為：反沖洗周期30~60min，化學清洗周期：20~40d。
⑤要求微濾或其他等效膜過濾的出水濁度不超過0.5NTU。
4.3消毒處理
膜過濾能有效去除微粒、細菌、某些病毒、藻類和原生動物。原生動物一般大于0.2μm，通過微濾可以有效去除，這使得該方法優于其他技術。粒徑大于0.2μm的病毒(包括多數腸道病毒)也能得到有效去除。但反沖洗液中含有大量的微生物污染。膜濾出水需要進一步消毒處理，可以采用氯化或紫外線消毒，或其他等效方法，要求消毒出水的糞大腸菌群數小于3MPN/L。
5低濃度和高濃度城鎮污水的達標工藝流程
5.1低氮磷生物處理出水的達標處理工藝
部分中低濃度污水和進水水質特性較好的中等濃度污水，其二級處理出水的TN、NH3-N已經能夠達到一級A標準，TP、COD和BOD5接近一級A標準，只要直接進行過濾處理，出水水質就可以全面達到一級A標準的要求，過濾方式包括砂濾池、機械過濾器或膜過濾系統等。
5.2一級A穩定達標工藝流程的功能擴展
在二級強化生物處理+化學混凝(沉淀)+過濾的基本工藝流程的出水水質難以穩定達到一級A標準的情況下，需要在基本工藝流程的基礎上擴展某些功能。例如：在二級強化生物處理部分，主要包括好氧生物池添加填料提高硝化能力和硝化穩定性，缺氧段投加碳源提高反硝化能力及其穩定性，初沉污泥發酵和剩余污泥破解補充碳源。在二級強化生物處理之后，主要包括去除氨氮的曝氣生物濾池，去除TN的反硝化濾池，去除COD的活性碳吸附，脫除色度的臭氧氧化，脫除鹽分的反滲透，以及膜生物反應器的應用，等等。
需要特別注意的是，采用投加外部碳源的方式強化生物脫氮效果時，對于進水總氮濃度高、碳氮比低的城鎮污水處理廠，其工程投資和運行費用可能出現大幅度的增加，使得單位資金投入的減排效果并不顯著，此時應該特別加強源頭控制，一是降低排入污水管網的原水總氮濃度，二是適當降低存在優質碳源的工業污水(例如生物發酵行業排水)的BOD5排放要求，以提高城鎮污水處理廠進水的碳氮比和優質碳源(可快速生物降解有機物)比例。
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