浅谈村镇生活污水处理提标技改

张源野

(中煤天津设计工程有限责任公司，天津 300120)

0 引言

随着经济的快速发展，水资源污染的问题也日益凸显。大量污水排放(或不达标排放)造成了严重的环境负担，特别是在广大的乡村地区，存在农业废水污染、生活污水污染等问题。本文结合具体调研项目，针对村镇地区经济条件差、人员管理能力弱的特点，对村镇生活污水处理技改的要点进行讨论。

1 常规处理工艺

笔者先后参与了多项生活污水处理工程设计，常规处理技术包括活性污泥法、生物膜法和氧化法。目前国内城市生活污水厂处理方法最常用的处理工艺为活性污泥法(A/A/O)、间歇式活性污泥法(SBR)、推流式活性污泥法(氧化沟)等。活性污泥处理工艺具有运行费用低、工艺成熟可靠的优势。但随着国家环保标准及自控要求的提高，活性污泥处理工艺流程长、污泥量多、臭味大、操作较复杂的特点越来越不适应当前的市场需要。常规活性污泥法已难以适应国家法律法规和环境的要求，必须增加后续深度处理单元。

2 提标技改处理工艺

据前沿技术资讯介绍，曝气生物滤池(以下简称BAF)可作为传统城市污水处理工艺的深度处理工艺，占地少、投资小、运行稳定可靠、检修维护量少，出水水质可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中一级A标准，是城镇污水处理厂及小型污水处理厂的后续升级改造或者深度处理的首选工艺(除磷有特殊要求时可辅助化学除磷)。为了充分掌握BAF工艺的应用，笔者通过实地调研山东潍坊诸城市禹王街道污水处理厂、林家村镇污水处理厂，进一步掌握了BAF工艺的实际应用和运行管理，为后续工作打下技术基础。

3 BAF工艺介绍

3.1 BAF技术原理

BAF属于生物膜法的范畴，又兼备具有活性污泥法某些特点。BAF工艺原理主要有3个过程。

1)滤池中装填一定数量粒径较小的粒状滤料，通过滤池内部的曝气，滤料表面生长着高活性的生物膜。污水流经时，利用滤料表面高活性生物膜以及滤料之间生物絮体的生物氧化降解作用，对污水进行生化处理，此为生物氧化降解过程。

2)因滤料粒径变小且呈压实状态，在生物膜及滤料之间生物絮凝的生物吸附作用下，滤层可以吸附、截留污水中绝大部分的悬浮物(包括脱落的生物膜)，其后不需设置沉淀池，因而表观上类似一个滤池，称为过滤过程。生物氧化降解过程和过滤过程在曝气生物滤池中是同时发生的。

3)随着运行时间的延长，滤池水头损失逐渐增加，当达到设计值时需要对其进行反冲洗，清洗截留的悬浮物以及老化的生物膜，此为反冲洗过程。水流方向多采用上向流式，即池底进水池顶出水，有的也用下向流式。上向流式采用穿孔管池底配水，滤板及滤头则安装于池的顶部，以阻挡滤料流失并收集出水。下向流式采用大阻力配水系统。轻质多孔滤料粒径小、比表面积大，容积负荷可以很高，滤池面积可大大缩小。由于水流方向与滤料压密方向一致，可同时完成生物接触氧化与固液分离，通常可省去后续的二沉池。冲洗方式为三段式气水反冲洗，即先气洗，气水联合冲洗然后单独水洗。反洗空气由鼓风机通过池底的配气系统提供。反洗水流方向则自上而下(上向流滤池)或自下而上(下向流滤池)。

BAF工艺类型和操作方式有多种，各具特点，但其基本原理是一致的。反应器内填料上所附生物膜中微生物起氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用，以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用。

3.2 技术特点及优势

1)耐冲击负荷。BAF池(反应器)在短时间(4 h)内承受2倍于正常负荷，而出水水质基于不变。抗冲击负荷的主要机理是生物膜的生物吸附作用。在正常负荷下，微生物时刻处于一种“饥饿”状态，一旦出现冲击负荷，生物膜会过量吸附有机营养物。

微生物被固定于载体表面，系统脱氨氮效果好，去除率可达到90%以上，总氮去除率可达75%以上，COD去除率大于85%，BOD去除率大于90%。受气候、水量和水质变化影响小，特别适合于寒冷天气地区，并可间歇运行。

2)占地面积小，占活性污泥法工艺1/5～1/3。BAF具有较高的处理负荷，表面负荷(滤速)可达到1.5～2.5 m/h，因此占地面积很小，对污水处理厂占地紧张的实际情况尤为适用。

3)挂膜启动快，运行灵活，无需投放菌种及细菌的培养及驯化。BAF在12℃以上水温，挂膜时间仅需要2～3周；当BAF停运后，需要再次启动仅需要3～7 d时间。

4)常规的厌氧好氧生物系统能产出难闻的气味，严重影响周围的空气环境，其原因在于厌氧分解时产出大量的沼气及硫化氢气体，封闭不严时会从水中溢出。而BAF工艺分解产生的气体在通过好氧生物层时，被好氧菌吸收利用。硫化物被固定在好氧菌体内，甲烷等有机气体被进一步分解为无味的无机气体和水，几乎无不良气味产生。

5)控制系统结构简单，可靠性强。BAF的自动控制主要是实现自动反冲洗和反冲洗后的正常过滤，控制的对象是阀门、水泵、风机，全部为开关控制，采用PLC系统(或者DCS系统)控制结构简单，易于操作，可靠性强。

6)工艺运行稳定，出水水质好，可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中一级A标准。

7)BAF工艺可全部做成钢制模块化设备，安装工期短，利于维护管理及后期改、扩建。

8)运行费用低。因BAF能耗低，滤池水头损失小，水泵扬程小，无需加药。

9)BAF工艺集生物氧化和截留悬浮固体于一体，产生的污泥量少，节省了后续沉淀池。

10)工艺流程短、氧传输效率高、供氧动力消耗低，处理单位体积污水的电耗低。

3.3 常规生活污水处理工艺+BAF工艺流程

对于村镇生活污水处理，后期升级技改BAF工艺，其流程如下：生活污水→格栅井→预沉调节池→混凝反应池→初沉池→水解酸化池→接触氧化池→二沉池→中间水池→BAF池→活性炭滤池→清水池→出水回用或达标排放。

其中从格栅井至二沉池为典型的生活污水常规处理工艺，中间水池至清水池为后续提标技改升级BAF工艺的典型流程。

格栅井、预沉调节池、初沉池、二沉池排泥进入污泥浓缩池，经压滤脱水后的污泥外运处理。

3.4 BAF与其他技改深度水处理工艺比较

BAF与其他技改深度水处理工艺性能对比见表1，经济对比见表2。以处理量为1 000 m3/d污水处理厂为例，进水为城市污、废水，出水达到一级A的排放标准。

表1 BAF与其他技改深度处理工艺对比分析表

表2 BAF与其他技改深度处理工艺经济费用对比分析表

3.5 BAF工艺实际运行效果

目前BAF技术通过产、学、研合作，在国内数千家污水处理厂取得良好效果。目前国内应用BAF工艺的万吨级污水厂已超过30个，总处理量超100×104m3/d。全国总共有数以千计的污水处理厂采用了BAF处理工艺或者在原有污水处理工艺基础上，后期技改增设了BAF处理工艺。在北京、上海、河北、山东、山西、内蒙、新疆、海南等各地已有多个成功项目。适用于城镇生活污水、小区生活污水、中水、生活杂排水和食品加工废水、酿造和造纸等废水处理。BAF工艺相关技术获得国家发明专利3项，实用新型专利1项。

通过对山东潍坊诸城市舜王街道污水处理厂及林家村镇污水处理厂实地调研，其BAF工艺流程与具体运行出水指标情况如下。

3.5.1 舜王街道污水处理厂

山东省诸城市舜王街道污水处理厂，以城市生活污水、农业废水为主。根据已有污水处理工艺，出水可以达到《城镇污水处理厂 污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级B标准。增加BAF污水深度处理单元，污水经BAF工艺深度处理后达到《城镇污水处理厂 污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准(见表3)。污水处理规模1 000 m3/d，处理工艺流程如下。

表3 增加BAF工艺技改后舜王街道污水处理厂进出水水质对比 单位:mg/L

原水→调节池→污水提升泵→旋流沉砂池→水解酸化池→速分生物反应池→中间水池→中间水泵→BAF反应器→石英砂过滤器→回用水池(消毒)→出水。

舜王街道污水处理厂由6个人分3班负责维护运营，提标技改后已运行1年，出水水质指标低于《城镇污水处理厂 污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准。出水作为附近工业企业用水，其余补充至滨河。

3.5.2 林家村镇污水处理厂

山东省诸城市林家村镇污水处理厂，进水主要为生活污水、农业废水。水质、水量冲击负荷较大。该厂采用分期建设、模块化运行的设计模式，解决近期和远期林家村镇污水处理的难题。根据已有污水处理工艺，出水可以达到《城镇污水处理厂 污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级B标准。增加BAF污水深度处理单元，污水经BAF工艺深度处理后达到《城镇污水处理厂 污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准(见表4)。污水处理规模为2 000 m3/d，处理工艺流程如下。

表4 技改后林家村镇污水处理厂进出水水质对比(运行1年后) 单位：mg/L

原水→调节池→污水提升泵→旋流沉砂池→水解酸化池→速分生物反应池→中间水池→中间水泵→BAF反应器→石英砂过滤器→回用水池(消毒)→出水。

该污水处理厂提标技改后已运行1.5年，出水水质指标低于《城镇污水处理厂 污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准，出水作为附近工业企业用水，其余补充郭家村水库。

4 结论

BAF工艺在投资、占地、出水水质、运行费用等方面具有较高优势，是一种性价比高的深度处理工艺，非常适合应用在城市、村镇污水处理厂的深度处理或者后期技改，在污水处理和废水处理中有广阔的应用前景。

应用BAF工艺，还需要注意以下几点。

1)当对出水有较高脱氮要求时，一般需要采用两级曝气生物滤池，通过控制供氧在滤层内分别造就缺氧或好氧环境，令生物膜上繁殖的优势菌种分别为好氧异养菌或硝化菌、反硝化菌，从而达到除碳及脱氮目的。

2)对除磷要求较高时，以化学絮凝法为主(滤前投加铁盐或铝盐)，滤池内聚磷菌在厌氧与好氧交替情况下对污水中磷的过剩摄取进行生物除磷为辅。

3)BAF工艺对前期处理工段要求较高。不得有毛发、塑料皮等较大悬浮物，控制进水SS≤60 mg/L。