熊建英¹，雷震珊¹，許曉天²，曹達(dá)文²
（1 上海市政工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200092；2 上海嘉定環(huán)境建設(shè)管理有限公司，上海 201800）

　　摘要：本文以上海市正在建設(shè)的安亭中心鎮(zhèn)污水處理廠為例，對(duì)化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化處理工藝及懸浮填料活性污泥法作了簡(jiǎn)單的介紹，并且就這兩種工藝結(jié)合組成的二級(jí)強(qiáng)化處理工藝在工程實(shí)踐中的應(yīng)用作了技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性分析。
　　關(guān)鍵詞：化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化；懸浮填料活性污泥法；城市污水

1 化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化工藝簡(jiǎn)介

　　常規(guī)的化學(xué)絮凝強(qiáng)化一級(jí)處理工藝流程如圖1所示。化學(xué)藥劑投加到混合池與原污水快速混合，并發(fā)生沉淀反應(yīng)，凝聚作用，然后進(jìn)入反應(yīng)池，在此，主要發(fā)生化學(xué)絮凝作用，最后入沉淀池進(jìn)行固液分離。

圖1 化學(xué)絮凝強(qiáng)化一級(jí)處理工藝流程

　　國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)報(bào)道表明：采用單純的化學(xué)絮凝強(qiáng)化一級(jí)工藝處理城市污水，COD去除率可達(dá)50% ～ 65%，SS、TP去除率可達(dá)80%以上。但該工藝對(duì)NH₃-N沒(méi)什么去除作用，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)出水NH₃–N值比進(jìn)水高的現(xiàn)象，這是因?yàn)槌鞘形鬯谢蚨嗷蛏俣己幸欢靠山到獾挠袡C(jī)氮，經(jīng)一級(jí)強(qiáng)化處理后，部分有機(jī)氮會(huì)降解為NH₃-N。單純采用化學(xué)絮凝強(qiáng)化一級(jí)工藝，污泥含磷濃度相當(dāng)高，因此，出水磷濃度受SS影響較大，要保證較好的除磷效果，出水SS也應(yīng)控制在較低水平。
　　近些年來(lái)，化學(xué)絮凝強(qiáng)化一級(jí)處理工藝以其流程簡(jiǎn)單，處理構(gòu)筑物少，投資省，效果明顯，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)而受到我國(guó)污水處理專(zhuān)家的重視，并將它作為尾水排入大水體的首選污水處理工藝。比如在上海、廣東等一些沿江沿海城市，污水廠尾水大都排入江海等大水體，這類(lèi)水體對(duì)COD、BOD₅、NH₃-N的排放標(biāo)準(zhǔn)不是特別嚴(yán)格，而為了減少水體富營(yíng)養(yǎng)化引起的赤潮，對(duì)污水中磷的排放有所限制，這種情況下，化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化工藝表現(xiàn)出絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。上海同濟(jì)大學(xué)顧國(guó)維教授課題組和高廷耀教授課題組曾先后在上海合流一期預(yù)處理廠進(jìn)行了化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化工藝生產(chǎn)性試驗(yàn)^[1,2]，研究結(jié)果表明：上海合流一期污水水質(zhì)濃度較淡，采用化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化處理工藝，出水各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)除NH₃–N外，其它均可達(dá)到上海市污水排放標(biāo)準(zhǔn)中的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。這說(shuō)明化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化處理工藝在上海合流污水處理工藝方案比選中是比較有優(yōu)勢(shì)的。目前上海在建的2座大型城市污水處理廠—竹園第一污水處理廠和白龍港污水處理廠采用的處理工藝均是化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化工藝。
　　另外，化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化工藝也可用于老廠改造，以達(dá)到除磷目標(biāo)。我國(guó)城市污水處理廠的處理程度一般是根據(jù)受納水體的環(huán)境要求來(lái)定的。上個(gè)世紀(jì)八十年代已建的一百多座城市污水廠，絕大多數(shù)采用的是傳統(tǒng)活性污泥法。隨著污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，對(duì)磷排放指標(biāo)也有一定要求，在現(xiàn)有生物處理設(shè)施的基礎(chǔ)上增加一套投藥系統(tǒng)，即可達(dá)到除磷目的，而由此增加的費(fèi)用相對(duì)生物技改來(lái)說(shuō)要少得多。

2 懸浮填料活性污泥法簡(jiǎn)介

　　懸浮填料活性污泥法是一種在活性污泥系統(tǒng)中投加填料的污水處理工藝，其實(shí)質(zhì)就是在常規(guī)活性污泥系統(tǒng)的生物反應(yīng)池內(nèi)投加密度接近于1的填料，使之懸浮在混合液中，通過(guò)填料上附著微生物來(lái)提高生物反應(yīng)池的污泥濃度，從而達(dá)到高效率去除有機(jī)污染物和NH₃-N目的。該工藝對(duì)磷的去除效果同常規(guī)活性污泥法一樣，僅靠微生物增殖消耗一部分磷元素，對(duì)污水中磷的去除十分有限。從懸浮填料活性污泥法的機(jī)理來(lái)看，它比較適合常規(guī)活性污泥法污水處理廠的改造，以挖掘現(xiàn)有污水廠的處理潛力。
　　另外，懸浮填料活性污泥法也適合處理低濃度廢水，例如合流制排水系統(tǒng)中的污染物指標(biāo)往往較低，BOD₅只有70 mg/L左右，從理論上來(lái)講，這樣的進(jìn)水水質(zhì)濃度很難培養(yǎng)出大量的活性污泥。而通過(guò)在生物反應(yīng)池中投加懸浮填料，由于填料的附著作用，微生物不易隨出水流失，可使生物反應(yīng)池內(nèi)的微生物維持在一定濃度范圍。進(jìn)水BOD₅較低情況下還特別有利于硝化細(xì)菌的增殖并附著于填料上。從上海同濟(jì)大學(xué)高廷耀教授課題組在上海曲陽(yáng)污水處理廠進(jìn)行的“化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化＋懸浮填料活性污泥法”的中試研究結(jié)果來(lái)看，盡管懸浮填料活性污泥池中僅在填料上附著生長(zhǎng)一層薄薄的膜，懸浮在池中的污泥量特別少，但系統(tǒng)對(duì)NH₃-N的去除效果相當(dāng)好，出水NH₃-N基本低于10 mg/L。懸浮在液體中的污泥主要是從填料上脫落下來(lái)的老化污泥，在二沉池中不易自然沉降，因此需投加少量化學(xué)藥劑以提高泥水分離效果。

3 “化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化＋懸浮填料活性污泥法”在工程實(shí)踐中的應(yīng)用

　　目前，國(guó)內(nèi)外城市污水處理廠的污水處理工藝還沒(méi)有采用“化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化＋懸浮填料活性污泥法”的工程實(shí)例，僅上海同濟(jì)大學(xué)高廷耀教授課題組有該工藝的中試研究，上海安亭中心鎮(zhèn)污水處理廠是首座采用該工藝的城鎮(zhèn)污水處理廠。
3.1 工藝選擇背景
　　安亭中心鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模5萬(wàn)m³/d，設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表1。由上海同濟(jì)環(huán)保（集團(tuán)）有限公司采取BOT方式建設(shè)，這也是上海市首座較大規(guī)模城市污水處理廠BOT工程。

表1 安亭中心鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

　　采取企業(yè)運(yùn)作方式的安亭中心鎮(zhèn)污水處理廠的建設(shè)突破了以往的市政污水項(xiàng)目由政府統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理的傳統(tǒng)模式。為更好地發(fā)揮該工程的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，建設(shè)單位充分利用了自身的技術(shù)儲(chǔ)備和資源優(yōu)勢(shì)，通過(guò)綜合分析污水廠當(dāng)前的進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)、排放要求及今后可能出現(xiàn)的水質(zhì)變化情況，果斷地將“新技術(shù)”應(yīng)用到工程實(shí)踐中。
3.2 工藝技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性分析
　　下面就具體分析一下安亭中心鎮(zhèn)污水處理廠采用“化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化＋懸浮填料活性污泥法”這一污水處理工藝的技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性。
　　圖2為安亭中心鎮(zhèn)污水處理廠的污水處理工藝流程圖。表2為污水廠主要設(shè)計(jì)參數(shù)，污水廠生物反應(yīng)池設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間（HRT）為5.2 hr，較其它的生物處理構(gòu)筑物HRT要小得多。
　　由圖2可以看出：安亭中心鎮(zhèn)污水廠處理工藝運(yùn)行靈活性比較大，通過(guò)超越管的設(shè)計(jì)，可以形成以下幾種運(yùn)行模式：
　?、?按單純的化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化工藝流程運(yùn)行，污水超越懸浮填料活性污泥池和二沉池，初沉池代替沉淀池功能，初沉池出水直接排放。
　?、?按無(wú)初沉池的懸浮填料活性污泥系統(tǒng)工藝流程運(yùn)行，即原污水經(jīng)泵站提升后，超越混合反應(yīng)池和初沉池。
　?、?按有初沉池的懸浮填料活性污泥系統(tǒng)工藝流程運(yùn)行，即原污水經(jīng)泵站提升后，超越前段的混合反應(yīng)池，直接進(jìn)入初沉池，然后再進(jìn)懸浮填料活性污泥池。
　?、?按“化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化＋懸浮填料活性污泥法”工藝流程運(yùn)行，即污水流經(jīng)圖2所示中的所有構(gòu)筑物。

圖2 安亭中心鎮(zhèn)污水處理廠工藝流程圖

表2 安亭中心鎮(zhèn)污水處理廠主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

　　運(yùn)行模式 ① 適合進(jìn)水各污染物濃度較低，在春、冬季節(jié)對(duì)NH₃-N排放要求不是很高的場(chǎng)合。安亭鎮(zhèn)以發(fā)展汽車(chē)工業(yè)為主，目前納入城市污水管道的污水量約2.5萬(wàn)m³/d，污水性質(zhì)組成中，工業(yè)廢水占了相當(dāng)大的比例。經(jīng)水質(zhì)分析調(diào)查研究，現(xiàn)狀污水COD_Cr、BOD₅的濃度并不高，COD_Cr只有150 ～ 200 mg/L，BOD₅僅60 ～ 100 mg/L，NH₃-N指標(biāo)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值。隨著安亭國(guó)際汽車(chē)城的開(kāi)發(fā)建設(shè)，污水水質(zhì)會(huì)有一個(gè)逐步提高的過(guò)程。安亭中心鎮(zhèn)污水處理廠建成通水初期，實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值情況下，采用模式 ① 運(yùn)行，成本最經(jīng)濟(jì)，處理出水水質(zhì)也能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
　　運(yùn)行模式 ② 適合進(jìn)水各污染物濃度較低或接近設(shè)計(jì)值，在夏、秋季節(jié)對(duì)NH₃-N排放要求比較高的場(chǎng)合。一般來(lái)說(shuō)，夏、秋季節(jié)對(duì)NH₃-N的排放標(biāo)準(zhǔn)要求較嚴(yán)格，這主要是為了控制NH₃-N消耗受納水體中的氧。當(dāng)安亭中心鎮(zhèn)污水廠進(jìn)水NH₃-N高于排放標(biāo)準(zhǔn)，而其它污染物指標(biāo)又相對(duì)較低時(shí)，采用模式 ② 運(yùn)行是最經(jīng)濟(jì)的，處理出水水質(zhì)同樣能達(dá)到設(shè)計(jì)要求（若磷超標(biāo)，可在懸浮填料活性污泥池末端投加少量化學(xué)藥劑）。
　　運(yùn)行模式 ③ 適合進(jìn)水SS較高，超過(guò)設(shè)計(jì)值，其它水質(zhì)指標(biāo)偏低或接近設(shè)計(jì)值，對(duì)NH₃-N排放要求比較高的場(chǎng)合。污水流經(jīng)初沉池，主要是去除一部分SS，以降低后續(xù)懸浮填料活性污泥系統(tǒng)的產(chǎn)泥量。
　　運(yùn)行模式 ④ 適合進(jìn)水各污染物指標(biāo)大于設(shè)計(jì)值的場(chǎng)合。隨著安亭地區(qū)房產(chǎn)的開(kāi)發(fā)建設(shè)，城市污水組成中，居民生活污水量所占比例會(huì)越來(lái)越高，污水水質(zhì)會(huì)逐漸變濃。當(dāng)進(jìn)水BOD₅濃度達(dá)到200 mg/L甚至更高時(shí)，若采用模式 ③ 運(yùn)行，懸浮填料活性污泥池中5.2 h的停留時(shí)間難以滿足完全生物降解需要，此時(shí)則必須按模式 ④ 運(yùn)行。通過(guò)化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化去除50%左右的有機(jī)污染物負(fù)荷，剩余污染物則通過(guò)懸浮填料活性污泥系統(tǒng)去除。為保證懸浮填料活性污泥池中的C、N、P的平衡，化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化處理階段，藥劑投加摩爾比（化學(xué)藥劑實(shí)際投加量與除磷理論需求量之比）可取低一些，一般取1 ～ 1.5。這樣，出水同樣能達(dá)標(biāo)排放。
　　由上述分析可見(jiàn)，“化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化＋懸浮填料活性污泥法”具有工程投資省、處理效果穩(wěn)定、流程操作靈活，適應(yīng)進(jìn)水水質(zhì)變化等特點(diǎn)。安亭中心鎮(zhèn)污水處理廠在工藝流程的設(shè)計(jì)中，針對(duì)近期進(jìn)水水質(zhì)較淡的特點(diǎn)，采用“化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化＋懸浮填料活性污泥法”這一靈活工藝，可充分發(fā)揮該工程的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，最大限度地降低污水廠運(yùn)行和管理成本。
3.3 存在問(wèn)題
　　由于“化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化＋懸浮填料活性污泥法”在國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，安亭中心鎮(zhèn)污水處理廠建成通水后，不同季節(jié)、不同進(jìn)水水質(zhì)條件下的運(yùn)行工況有一個(gè)逐步摸索，積累經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程，為以后類(lèi)似工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供寶貴的資料。

4 主要結(jié)論

　　化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化處理工藝對(duì)SS、P去除效果較好，可作為尾水排入大水體的首選處理工藝。
　　懸浮填料活性污泥法因填料的附著作用，可提高生物反應(yīng)池內(nèi)的污泥濃度，適合處理污染物濃度較高或較低污水，也可作為現(xiàn)有常規(guī)活性污泥法污水處理廠挖潛改造的首選工藝。
　　安亭中心鎮(zhèn)污水處理廠BOT工程采用“化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化＋懸浮填料活性污泥法”這一處理工藝，具有工程投資省、適應(yīng)水質(zhì)變化，操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，近期水質(zhì)較淡的情況下，有一部分處理構(gòu)筑物閑置，需加強(qiáng)對(duì)閑置構(gòu)筑物設(shè)備的維護(hù)。另外，該工藝的實(shí)際運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)還有待一個(gè)逐步積累的過(guò)程。

參考文獻(xiàn)

[1] 上海市污水治理二期工程高效、低能耗污水除磷技術(shù)研究, 上海市城市排水有限公司、同濟(jì)大學(xué). 1998年.

[2] 上海竹園第一污水處理廠污水處理工藝優(yōu)化研究報(bào)告. 上海水環(huán)境建設(shè)有限公司、同濟(jì)大學(xué)等, 2002年6月.