中國輕工業(yè)北京設(shè)計(jì)院　　 王榮選
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　　提要：本文對小型污水處理的工藝選擇、設(shè)計(jì)及應(yīng)用中存在的一些問題進(jìn)行了分析，以引起重視和討論．
　　關(guān)鍵詞：建筑排水小型污水處理 微生物生命活動(dòng) 環(huán)境條件和營養(yǎng)條件

　　近年來，隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)、污染治理、綜合利用日益被重視并受到法律、法規(guī)控制。建筑排水污染治理涵蓋了工業(yè)與民用建筑、居住小區(qū)排水治理，從生活排水至生產(chǎn)污水內(nèi)容廣泛，雖然在規(guī)模上與城市污水處理廠差距很大，但在排水水質(zhì)上比城市污水要更為復(fù)雜。大多數(shù)建筑排水仍屬于有機(jī)污染范疇。目前處理工藝以生化處理為主，日趨整體非標(biāo)設(shè)備化、系列化，以便于專業(yè)生產(chǎn)制造，更有利于設(shè)計(jì)選用、安裝運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放。
　　污水處理工藝包括物理處理法，即利用篩選、浮選、沉淀等措施除去污水中大部分懸浮物質(zhì)，但不能去除溶解的和膠體物質(zhì)；化學(xué)祛：即利用化學(xué)藥劑或電化學(xué)方法降低污染物濃度，主要用于混凝、中和、萃取、消毒等。水中污染物構(gòu)成復(fù)雜時(shí)，不能完全達(dá)標(biāo)排放，多用于預(yù)處理和深度處理；生物化學(xué)法，即在人工控制的邊界條件下，利用細(xì)菌呼吸作用實(shí)現(xiàn)對有機(jī)污染物的降解，較之化學(xué)法有效率高和運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)。
　　對于建筑排水，由于水質(zhì)多屬于有機(jī)污染，因此建筑排水污水處理，包括中水處理，廣泛采用以生化處理為核心的工藝流程和成套設(shè)備。建筑排水處理量較小。一般水量多在100-1500m³/d，目前采用整體設(shè)備比較多，尤其大量埋地式設(shè)備更在某些地區(qū)和企業(yè)廣泛采用。由于各種因素影響，如生產(chǎn)廠家綜合實(shí)力參差不齊、設(shè)計(jì)人員專業(yè)水平限制、選用者盲從生搬硬套、運(yùn)輸和安裝技術(shù)的限制、經(jīng)費(fèi)投人不合理等使一些處理設(shè)備或設(shè)施不能正常發(fā)揮應(yīng)有作用，影響達(dá)標(biāo)排放或污水凈化回用的目的。這些不應(yīng)發(fā)生的事故和繼續(xù)存在的隱患，應(yīng)引起充分的重視，以減少資源和經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。
　　生化處理的設(shè)計(jì)與實(shí)踐實(shí)質(zhì)上是用人工的方法，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和參數(shù)，合理創(chuàng)造環(huán)境條件和營養(yǎng)條件，充分適應(yīng)和滿足微生物通過生命活動(dòng)完成有機(jī)物代謝的復(fù)雜過程。水中微生物的生化作用以細(xì)菌為主。細(xì)菌生命活動(dòng)特性有四個(gè)方面：1．營養(yǎng)需要：其生長繁殖需要碳、氫、氮、磷等成分和能量，所以要攝食有機(jī)污染物和無機(jī)鹽類；2．呼吸作用：細(xì)菌氧化各種有機(jī)物質(zhì)，并從中獲取能量。氧化過程絕大部分為去氫氧化，即把有機(jī)物中的氫脫去而放出適當(dāng)?shù)哪芰俊４藭r(shí)，必須有相應(yīng)的受氫體來接受脫出的氫，反應(yīng)才能最終完成。如果以游離的氧分子O₂作為受氫體，反應(yīng)在有氧條件下才能進(jìn)行，這種反應(yīng)稱為有氧氧化；如果是以分子氧以外的化合物作為受氫體，反應(yīng)在缺氧或無氧的條件下進(jìn)行，則稱為無氧氧化；3．溫度：大部分細(xì)菌生長適宜的溫度在20℃～40℃之間，在限值內(nèi)溫度提高10℃，生長速率可提高一倍；4．酸堿度：大多數(shù)細(xì)菌適宜于pH值范圍在6～8，而pH值4～10也能生存。
　　微生物的這些特性應(yīng)在確定工藝流程和工程設(shè)計(jì)中給以充分保證。在工程運(yùn)行中如出現(xiàn)不正常時(shí)，也應(yīng)從這些特性方面去檢查、補(bǔ)充和完善。細(xì)菌靠胞外聚合物細(xì)纖維互相同織形成菌膠團(tuán)，并進(jìn)一步絮換形成絮體稱為活性污泥，當(dāng)菌膠團(tuán)附著在填料表面形成密度較大的粘膜，稱為生物膜，所以活性污泥與生物膜的基本形態(tài)仍是菌膠團(tuán)。鑒于細(xì)菌的這些特性，不同水質(zhì)的污水要求設(shè)計(jì)者應(yīng)創(chuàng)造不同的邊界條件以適應(yīng)細(xì)菌特性達(dá)到最佳有機(jī)物去除效率。
　　工程上，選擇工藝流程和工藝設(shè)備時(shí)，首先應(yīng)確認(rèn)污水的水質(zhì)。有些廠家樣本在提供參數(shù)時(shí)，一般只有COD或BOD參數(shù)值，然后根據(jù)設(shè)計(jì)處理量Q（m³／d）就可以把從住宅小區(qū)、礦山、石油化工、賓館。工廠、學(xué)校、飯店等行業(yè)生活污水和工業(yè)廢水處理到一級或中水排放，給人一種萬能污水處理設(shè)備的假象。其實(shí)，各種污水形成的COD、BOD、SS構(gòu)成內(nèi)容相去甚遠(yuǎn)，除以上參數(shù)外。設(shè)計(jì)者更重視的因素有污水的可生化性（BOD／COD）值，有害物質(zhì)的濃度、pH值等，這些重要參數(shù)對選擇處理工藝和反應(yīng)器的類型起著決定性作用。如回避這些因素，只用流量或BOD來套用設(shè)備，將會(huì)帶來很大隱患。
　　在有些污水處理工藝流程中出現(xiàn)過調(diào)節(jié)沉淀池，調(diào)節(jié)酸化池等綜合功能的地型。設(shè)計(jì)者出于小型化、一池多用的良好愿望，創(chuàng)造了這些池型。但是每一個(gè)工藝模塊都是在特定的前提下，才能充分發(fā)揮功效。調(diào)節(jié)池的功能在于調(diào)節(jié)水量和均勻水質(zhì)。因此，調(diào)節(jié)池的液面水位是波動(dòng)很大的，水深也是不斷變化的，也就是說沉降時(shí)間是不斷變化的。為了均勻水質(zhì)，作為調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)時(shí)希望把不同時(shí)刻的進(jìn)水互相碰頭混參，因此池內(nèi)的流態(tài)最好是完全混合型流態(tài)。因此可以認(rèn)為調(diào)節(jié)池的功能和流態(tài)與靜置沉淀理論相駁。酸化理論是利用調(diào)正合適的水力停留時(shí)間及水的上向流速使厭氧甲烷菌難以繁殖，使反應(yīng)控制在水解酸化階段，進(jìn)行水解產(chǎn)酸菌迅速分解有機(jī)物的過程。酸化工藝要求上流式流態(tài)從下向上穿透污泥層完成對有機(jī)物的網(wǎng)捕、吸附、生物絮凝、生物降解、澄清污水等綜合反應(yīng)。這個(gè)過程需要配水均勻；上向流態(tài)；衡定的反應(yīng)時(shí)間等等，顯然水位波動(dòng)很大的調(diào)節(jié)池與之不易相容。所以，如果保證各處理工藝真正發(fā)揮原有功能，采用諸如調(diào)節(jié)沉淀池、調(diào)節(jié)酸化池要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上大作文章，否則應(yīng)脫開分建為好。
　　在氧化池的設(shè)計(jì)中，很多人很看重水力停留時(shí)間（HRT），并把這一因素作為工藝計(jì)算比選的重要標(biāo)尺。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，一般氧化池控制性參數(shù)應(yīng)為有機(jī)物負(fù)荷（污泥負(fù)荷或容積負(fù)荷）和去除效率，前者反映出氧化工藝的數(shù)量值，即每公斤活性污泥每天去除BOD₅的數(shù)量值（kg）或每立方米曝氣池容積每天去除BOD₅的數(shù)量值（kg），后者反映氧化池對有機(jī)物去除的程度和出水質(zhì)量。只要控制了氧化池降解有機(jī)物的數(shù)量和質(zhì)量，氧化池的選型就確定了。同樣，不同工藝的比選也應(yīng)主要用有機(jī)物去除的數(shù)量和質(zhì)量兩個(gè)參數(shù)來衡量。對于小型污水處理受場地、空間等限制，多選用負(fù)荷較高的生物膜法工藝，以接觸氧化法為多。該工藝的生物膜為大量絲狀菌交織而成，成立體狀在池中均怖，試驗(yàn)表明其氧化能力比活性活泥法高1．81倍。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證填料下怖氣，促使生物膜表面代謝物質(zhì)濃度變化快，濃度梯度大，加快了傳質(zhì)速度。氧的吸收率一般與水深成正比，即氧吸收率隨水深而提高。一般曝氣池水深應(yīng)在3.5m以上較為合理。目前市售設(shè)備，由于運(yùn)輸限制，水深均在2．7m以下，對去除負(fù)荷和空氣氧的利用有負(fù)面影響，采用時(shí)應(yīng)進(jìn)行計(jì)算復(fù)核才可。
　　關(guān)于活性污泥法工藝，目前有多種方式，如普通活性污泥法、SBR法（間歇周期活性污泥法）、CASS（周期循環(huán)活性污泥法）、完全混合加速曝氣法、延時(shí)曝氣曝氣法等等，這些方法的活性污泥負(fù)荷均在 0.15～0.5KgBOD₅／Kg污泥·d，曝氣方法有鼓風(fēng)暖氣和機(jī)械曝氣。由于負(fù)荷較低，占地面積較大，選用時(shí)應(yīng)充份考慮環(huán)境條件是否適用。生物膜法有塔濾、生物轉(zhuǎn)盤、接觸氧化法等。前兩種方法一般自然通風(fēng)充氧，冬季時(shí)大量冷空氣卷吸入水中會(huì)降低污水溫度、影響去除效果，多數(shù)用于有取暖的房間內(nèi)。由于供氧有限，污泥負(fù)荷也較低，占地面積增大，一次投資很高。接觸氧化法屬于淹沒式生物濾池。人工鼓風(fēng)曝氣鼓風(fēng)機(jī)出風(fēng)溫度＞60℃，對水有加溫作用，因此受室外氣溫影響較小，因而負(fù)荷較高，（對于生活污水容積負(fù)荷可達(dá)7Kg BOD₅·d，工業(yè)污水可達(dá) 2～3Kg BOD₅／m³·d）適用于小型污水處理工藝。采用時(shí)應(yīng)注意工藝流態(tài)和偉氣方法。有些設(shè)計(jì)者在推流式曝氣池中加填料，這只是對活性活泥法的一種工藝補(bǔ)充與標(biāo)準(zhǔn)接觸氧化法在負(fù)荷和出水質(zhì)量上是有本質(zhì)區(qū)別的。
　　污水最終達(dá)標(biāo)排放，污水的澄清處理是關(guān)鍵。經(jīng)驗(yàn)表明，出水中含有大量細(xì)小懸浮物，1克懸浮物相當(dāng)于0．24克左右的COD，對出水達(dá)標(biāo)影響甚大。對于小型污水處理，一般澄清處理均采用沉淀——過濾。沉淀裝置受場地限制，多數(shù)采用豎流式沉淀池，也有采用斜管（板）沉淀池。過濾裝置采用砂濾較多，也有采用聚苯乙烯球、滌綸纖維球等快速過濾裝置。由于生化出水中仍含有機(jī)污染物及溶解氧，因此出水采用斜管（板）沉淀時(shí)，在夏天易在管（板）表面形成生物膜，影響沉淀效果，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)管（板）堵塞，厭氧污泥團(tuán)上浮，出水水質(zhì)變壞。因此，對于小型污水處理不提倡二次沉淀采用斜管（板）沉淀池。
　　過濾工藝目前多出現(xiàn)砂層表面產(chǎn)生板結(jié)或?yàn)V層堵塞，使實(shí)際反沖洗強(qiáng)度和時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)參數(shù)。這同樣是由于氧化池出水中的殘存的微生物、可降解的有機(jī)物質(zhì)和溶解氧綜合生化反應(yīng)所致。由于一般設(shè)計(jì)流程均采用濾后消毒，使上述生化反應(yīng)在沉淀過濾中繼續(xù)進(jìn)行。為使澄清工藝正常運(yùn)行，建議來用濾前消毒工藝。青島啤酒廢水生化處理后中水處理工藝采用濾前消毒殺菌已運(yùn)行15年，未發(fā)生過濾裝置堵塞問題。當(dāng)采用活性炭過濾時(shí)，建議炭層增加微量曝氣形成生物炭工藝，曝氣強(qiáng)度為水量的5％左右，可以延長活性炭的再生周期。
　　小型污水處理除中水處理可回用外，基本上不產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，既使中水處理由于目前自來水價(jià)定位不合理，也使之經(jīng)濟(jì)效益較差而得不到推廣。為了使之存在具有較強(qiáng)的生命力，除了強(qiáng)制性的法律法規(guī)外，設(shè)計(jì)遵循簡單適用、運(yùn)行可靠、達(dá)標(biāo)穩(wěn)定、節(jié)約能耗、投資經(jīng)濟(jì)的原則是極為重要的。設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)不同排水水質(zhì)、水量和環(huán)境條件從工藝流程設(shè)備選型到技經(jīng)分析進(jìn)行多方案比選，避免生搬硬套，使建筑排水小型污水處理在不斷完善、不斷求新中更加健康地發(fā)展。