分散式污水处理一体化技术研究

摘要:分散式污水处理技术具有投资少、经济实用、占地面积少、管理方便等諸多优点,非常适用于新农村、旅游度假区等污水排放量小,排放分散的偏远地区。本研究介绍了分散式污水处理常用技术,对生物转盘工艺作了着重阐述,结果表明该工艺具有更好的适用性和经济性,是解决分散式污水难题的重要技术。
关键词:分散式污水;生物转盘
中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:2095-672X(2017)04-0057-03
DOI:10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.025
Abstract:Decentralized sewage treatment technology has many advantages such as low investment, economical and practical, small footprint, easy management and so on. It is very suitable for remote areas such as new countryside, tourist resort and so on. This paper introduces the commonly used technology of decentralized sewage treatment, and elaborates the process of biological turntable. The results show that the process has better applicability and economy, and it is an important technology to solve the problem of decentralized sewage.
Keywords:Dispersed sewage;Biological turntable
我国在大力建设新农村,构建生态文明社会,但居住较为分散、市政配套尚不完善的农村地区,并没有相对集中的污水处理厂,而各家各户产生的分散式污水一般都直接外排,严重制约了新农村建设的步伐。分散式污水处理一体化技术作为小型的污水处理设施可以就地解决新农村、旅游度假区等偏远地区产生的生活污水。该设施可以对污水就地进行处理达标排放,节省了市政管网建设和维护费用,且占地面积小,因地制宜,是一种新型污水处理技术[1,2]。
1 分散式污水处理技术介绍
1.1 A/O工艺
A/O 工艺[3-5]是以活性污泥作为生物载体,通过风机供氧曝气的作用使污水达到充氧的目的。A 池内设机械搅拌,从 O 池回流至 A 池,在 A 池进行反硝化反应,将大部分硝酸盐氮还原成氮气,并通过搅拌使氮气从废水中溢出,达到去除氨氮的目的;A 池出水至 O 池,O 池内设鼓风曝气,去除大部分有机污染物,并将进水中的大部分氨氮转化成硝酸盐氮;可以根据废水的需要,调整 O段池中的活性污泥浓度,通过活性污泥中的菌胶团,吸附、氧化并分解废水中的有机物;有机物、氨氮去除率高。由于没有独立的污泥回流系统,从而不能培养出具有独特功能的污泥,难降解物质的降解率较低;若要提高脱氮效率,必须加大内循环比,因而加大了运行费用,另外,内循环液来自曝气池,含有一定的 DO,使 A 段难以保持理想的缺氧状态,影响反硝化效果,脱氮率很难达到 90%。总而言之,此工艺土建及运行成本较大,占地较多,且后续的维护、管理复杂。
1.2 常规活性污泥法
常规活性污泥法[6-9]在大型污水处理中使用广泛,活性污泥处理系统有效运行的基本条件和特点是:
(1)废水中应有足够的可溶性易降解物质,作为微生物生理活动必要的营养物,一般活性污泥法须定期投加一定配比的营养物质,这样以来就增加了运行费用和管理难度;
(2)混合液必须含有足够的溶解氧,活性污泥池长有好氧原生动物,对溶解氧的需求量较大;
(3)活性污泥在池内呈悬浮状态,能充分与水接触和混合;
(4)活性污泥生长周期长,对温度、水质和水量的聚变适应能力差;
(5)活性污泥法处理负荷较低,造成设施的体积增大,土建投资也相应增加。
因为以上的必要条件和特点,活性污泥法运行管理比较专业,另外活性污泥法处理负荷低,易产生污泥膨胀,不易控制管理,故近年来在小型污水处理站中的使用越来越少。
1.3 SBR工艺
SBR 法即序批式活性污泥法,是近年发展起来的一种较为先进的活性污泥处理法,该处理工艺集曝气池、沉淀池为一体,连续进水,间歇曝气,停气时污水沉淀,撇除上清液,成为一个周期,周而复始。SBR 法不设沉淀池,无污泥回流设备,但 SBR 法为间歇运行,需设多个处理单元,进水和曝气相互切换,造成控制较为复杂。SBR工艺对自动化控制要求很高,并需要大量的电控阀门和机械滗水器,稍有故障将不能运行, 保证溢流率,SBR 法对滗水器设备制造要求高,制作时必须精益求精,否则极易造成最终出水水质不达标。国内目前还没有质量较好的滗水设备,进口设备采购麻烦,且价格昂贵,同时今后维修费用也高,SBR法池内污泥浓度由浓度仪测定以便控制排出多余污泥量,目前国内浓度仪质量尚不过硬,造成污泥排放控制较困难。由于一池有多种功能,相关设备不得已而闲置,曝气头的数量和鼓风机的能力必须稍大,因而增加了投资成本和运行费用 ,其脱氮除磷效率不太高,而且污泥稳定性也不是很好,因此 SBR 不是最佳的工艺选择。
1.4 膜生物反应器(MBR)
在 污水 处 理 、水 资 源再 利 用 领域 ,MBR又 称膜 生 物 反应 器器,是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。根据膜组件和生物反应器的组合方式,可将膜生物反应器分为分置式、一体式以及复合式三种基本类型。
膜生物反应器在一个处理构筑物内可以完成生物降解和固液分离功能,生物反应区的混合液固体浓度较高,其主要优点:出水水质优质稳定,剩余污泥产量少,可去除氨氮及难降解有机物,占地面积小,不受设置场合限制。
然而膜生物反应器也存在一些明显不足。主要表现在:
(1)膜组件通常需采用国外进口,造价高,使 MBR 工艺的基建投资高于传统污水处理工艺;
(2)膜污染容易出现,造成膜寿命的缩短,且清洗膜件操作复杂,对维护人员要求较高,给管理工作带来不便;
(3)膜组件需要 3-4 年更换一次,更换膜组件的投资较高;
(4)能耗高,MBR 处理工艺的t水运行成本远高于其他工艺。
1.5 人工湿地
人工湿地是一种利用天然净化能力对污水进行处理的构筑物的总称[15]。净化过程与自然水体的自净过程相似。通常是将土地进行适当的人工修整,建成池塘,并设置围堤和防渗层,依靠塘内生长的微生物来处理污水。主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物。
人工湿地污水处理系统具有基建投资和运转费用低、维护和维修简单、便于操作、能有效去除污水中的有机物和病原体、无需污泥处理等优点。但土地处理及生态塘系统的缺点在于:占地面积过于多、气候对生态塘的处理效果影响较大、若设计或运行管理不当,则会造成二次污染、易产生臭味和滋生蚊蝇、污泥不易排出和处理利用等。
2 立体生物转盘工艺
2.1 立体生物转盘工艺介绍
生物转盘工艺是生物膜法污水生物处理技术的一种, 是在生物滤池基础上发展起来的一种高效、 经济的污水生物处理设备,这种处理法使细菌和菌类的微生物、原生动物一类的微型动物在生物转盘填料载体上生长繁育,形成膜状生物性污泥-生物膜。污水经调节池初级处理后与生物膜接触,生物膜上的微生物摄取污水中的有机污染物作为营养,使污水得到净化。
与常规生物处理工艺相比使用生物转盘工艺有如下特征:
能耗低,系统的水头损失小,降低了运行费用;
生物量多,净化率高,适应性强,出水水质较好;
生物膜上生物的食物鏈长,污泥产量少;
维护管理简单,功能稳定可靠,无噪音,无灰蝇;
占地面积较小,颠覆了原有生物转盘占地面积大的缺点;
水处理工艺选择直接关系到水处理工程建设投资、运行成本的高低,产出水水质的好坏、运行管理是否方便可靠。本项目工艺的选择宗旨是借鉴同类水处理项目的经验,以及对其它相关同类行业水处理工艺的总结,结合现有水处理工艺最新进展,采用投资省,占地少,有利于长期运行管理的工艺。
2.2 立体生物转盘工艺与其他工艺比较
立体生物转盘工艺与A/O、常规活性污泥法、SBR工艺、MBR工艺、人工湿地等工艺优缺点比较如表1所示。从表中可以看出,通过工艺先进性、设备投资、运行费用等多种指标的比对,立体结构生物转盘一体化工艺具有先进可靠,投资省,运行管理方便,布局合理,处理效果好等特点,非常适用于农村分散式污水处理。
2.3 立体生物转盘工艺处理技术
2.3.1 立体生物转盘设备概述
图 1为某设备厂家立体结构生物转盘污水处理一体化设备图,该设备采用高效生物转盘技术、滤布滤池技术等多种先进的技术,实现了系列化、模块化,整套设备在车间组装完成,安装周期短,可在 7-15天内完成。该设备耗电费用低,寿命长,污泥产生量少,出水可达到 一级 A 或一级 B 等排放标准,并且可升级采用物联网技术,将设备的运行情况可以传输到设定的网络终端设备,方便对设备运行情况进行诊断、监控,也为设备的不定期进行检修提供依据。 立体结构生物转盘一体化设备配套自动控制系统,完全实现了自动化、智能化。
图 2 为 立体结构生物转盘污水处理设备构造示意图。立体结构生物转盘污水处理设备主要由盘体、氧化槽、转轴 以及驱动装置三部分组成,后部配套滤布滤池技术为主的定盘过滤设备构成一体化设备。
(1)盘体
盘片(盘体)是生物转盘的主要组成部分,是微生物附着的载体,它与生物转盘的处理效率直接相关。立体结构生物转盘盘片采用无框架立体网格状结构,这种立体的结构不同于一般的圆板型平面盘片,这也是立体结构生物转盘区别于传统生物转盘的重要特点。 这种立体的结构大大增加了盘片的比表面积,利于空气的流通,进而增加了盘片上微生物氧气的补充,同时也有利于老化的生物膜的脱落。并且大幅度提高了生物量,同时具备厌氧,好氧,兼氧菌群,抗冲击负荷能力更强,提高了单位面积净化污水的能力。立体结构生物转盘盘片采用改性工程塑料制成,质轻并具有卓越的耐腐蚀性、耐老化性、耐药品性和耐冲击性,具有良好挂膜特性。
图4是盘片组合后的立体结构图,其巨大的比表面积大大减少了设备体积,空气的流通性和污染物质的传质也都得到了加强。
图5是挂膜后的盘片图,特殊的盘片材质特性有利于微生物的生长,巨大的生物量和高活性的微生物保证了污水的处理效率。
(2)护罩
护罩采用高强度 FRP 复合材料一体成型,结实耐用,美观大方,并具有防止气味外散的作用。
(3)氧化槽
氧化槽又称曝气槽或接触反应槽,立体结构生物转盘氧化槽采用钢板制成,其断面做成与盘片外形基本吻合的半圆形,避免 水流短路、沉积和产生死角。
(4)转动轴以及驱动装置
转动轴是用来固定盘片并带动其旋转的装置,采用实心钢轴或无缝钢管制成,两端固定安装在氧化槽两端的支座上。立体结构生物转盘采用电力机械驱动,配备德国 SEW 电动机及减速机,性能极其稳定,噪音少,维护简单。
2.3.2 立体生物转盘处理工艺流程图
图6是立体生物转盘工艺处理流程图,生活污水中含有大量较大颗粒的悬浮物和漂浮物,先经过格栅去除上述杂质,对水泵及后续处理单位可以起到保护作用。进入格栅后的污水进入调节池进行水质与水量的调理,保障后续处理单元正常运行,调节池出来的污水进入缺氧池进行反硝化脱氮,从缺氧池出来的污水重力自流至立体结构生物转盘一体化设备中,其中生物转盘约 40%浸没在污水中,并维持这种状态缓慢旋转,不断吸收空气中氧气和吸附水中污染物,利用生化反应对污染物进行降解,转盘出来的污水部分回流至调节池进行反硝化保障系统脱总氮的目的,剩余污水经过混凝沉淀紫外消毒后达标排放。
2.3.3 立体生物转盘工艺运行成本
本工艺所选的污水处理工艺的能耗、药剂费以及人工费都很低,为尽可能的减少运行费用,就要在水力计算中力求精确,尽量使处理构筑物布置紧凑,管路短而直,在保证良好运行条件的基础上,减少不必要的水头损失,降低水泵工作扬程,以节省常年运行费用,同时对提升泵实行合理控制,使水泵在高效段運行。该工艺相关配套设备及主体设备耗电量如表2所示。
若电 费 按 每 度 0.50 元 计 算 折 合 成 每 t 水 的 用 电 费 用 : E1=66.24×0.50÷200=0.17 元/(t·水)
按 PAC 每千克 1 元计算折合成每t水的 PAC 投加费用:E2=0.02 元/(t·水)
人工费:本项目运行仅需定期巡检,人员可兼职,不作成本考虑。
污泥外运费用:本项目产泥量很低,且清运周期长,不作成本考虑。
以上成本为大体运营成本,实际运行费用应根据实际水质、水量确定。根据以上推算,t水处理运行成本为 E1+E2=0.19 元/(t·水)。
3 结论
与其他处理工艺对比,生物转盘处理工艺具有占地面积小、处理能耗低、对周边环境影响小、操作方便等特点,该技术非常适用于农村、旅游度假区等偏远地区的分散式污水处理。
参考文献
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作者简介:虞峰,男,硕士,工程师,研究方向为给排水设计等。