生物強(qiáng)化技術(shù)在城市污水處理廠改造中的應(yīng)用
摘要: 針對城市污水處理廠排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的新要求以及水利用技術(shù)的發(fā)展，我國城市污水處理廠的升級改造工作已大面積展開。通過分析城市污水處理廠升級改造中容易發(fā)生的一些問題，重點論述了生物強(qiáng)化技術(shù)在污水處理系統(tǒng)深度處理中的優(yōu)缺點，結(jié)合承德地區(qū)多家污水處理廠在建工程的實際調(diào)研，分析了該技術(shù)在城市污水處理廠改造過程中的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:城市污水處理廠; 深度處理; 生物強(qiáng)化技術(shù)
1 城市污水處理廠現(xiàn)狀分析
近年來中國污水處理行業(yè)處于一種快速發(fā)展階段，截至2010 年底，全國城市污水平均處理率已達(dá)到60%。預(yù)計未來五年，我國城鎮(zhèn)生活污水的治理投資將達(dá)4 590 億元。隨著污水處理新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備的不斷發(fā)展，AB 法、A/O 法、AA/O 法、CASS 法、SBR 法、氧化溝法、穩(wěn)定塘法、土地處理法等也在污水處理廠的建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。2006 年5 月國家環(huán)保部發(fā)布了《關(guān)于發(fā)布〈城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)〉(GB18918 － 2002) 修改單的公告》，將《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918 －2002) 中原部分內(nèi)容修改為城鎮(zhèn)污水處理廠出水排入國家和省確定的重點流域及湖泊、水庫等封閉、半封閉水域時，執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn)的A 標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此要求，承德市內(nèi)大部分在建、已建、已投產(chǎn)污水處理廠現(xiàn)有工藝均已不能滿足環(huán)保要求，須在原有工藝基礎(chǔ)上對污水進(jìn)行深度處理，調(diào)整污水處理工藝。
2 城鎮(zhèn)污水處理廠改造的工藝指標(biāo)分析
通過調(diào)查統(tǒng)計，除部分收納工業(yè)廢水的工程外，承德地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)差異不大，一般進(jìn)水主要水質(zhì)指標(biāo)如表1。
表1 城市污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)單位: mg/L
承德地區(qū)已建成和在建的大部分污水處理廠，執(zhí)行的多為原《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級標(biāo)準(zhǔn)的B 標(biāo)準(zhǔn)，而按照國家環(huán)保部及河北省環(huán)境保護(hù)廳的文件精神，出水已經(jīng)需要達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級標(biāo)準(zhǔn)的A 標(biāo)準(zhǔn)，方可滿足環(huán)境保護(hù)管理的要求，B 標(biāo)準(zhǔn)和A 標(biāo)準(zhǔn)的出水水質(zhì)要求見表2。
表2 城鎮(zhèn)污水處理廠現(xiàn)狀設(shè)計出水水質(zhì)單位: mg /L
通過對表2 一級標(biāo)準(zhǔn)的A 標(biāo)準(zhǔn)和B 標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的對比，可以看出:
1) A 標(biāo)準(zhǔn)中COD、BOD5兩項指標(biāo)分別比B 標(biāo)準(zhǔn)降低了10 mg /L。從技術(shù)角度分析，通過加大O 池容積、降低處理負(fù)荷就很容易實現(xiàn)，但在實際處理過程中，城市生活污水的水質(zhì)一般是相對固定的，采取傳統(tǒng)的兩級生化處理后，污水的可生化性明顯降低，采取一般的生化處理方式，即使通過減輕處理負(fù)荷等措施，一般出水COD 也只能達(dá)到60 ～ 70 mg / L，再處理難度很大。
2) 總磷一項指標(biāo)限制較大，一般來說采用生物除磷的方法已很難達(dá)到A 標(biāo)準(zhǔn)要求，傳統(tǒng)的處理工藝中，只有采用化學(xué)除磷的方法，理論上才能達(dá)到0． 5 mg / L 的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
3) 在一般的二級生化處理工藝中，通過采取增加缺氧生物處理是可以增加總氮和氨氮的去除效果，但對于已建成或在建的污水處理廠來說，增設(shè)或擴(kuò)容兼(厭) 氧系統(tǒng)也是十分困難的。
3 現(xiàn)有污水處理廠改造工程現(xiàn)狀及存在問題
以承德地區(qū)為例，現(xiàn)有的已建及在建污水處理廠一般都采用比較成熟的二級生化處理工藝，主要處理工藝包括奧貝爾氧化溝、BAF 法、百樂克等。此類污水處理廠在改造過程中，為提升出水水質(zhì)，一般均考慮了采用三級深度處理的方式，通過采用絮凝過濾、超濾，甚至微濾的深度處理工藝，來滿足達(dá)標(biāo)排放的要求。
二級生物處理出水中污染物質(zhì)為有機(jī)物和無機(jī)物的混合體，有機(jī)物包括細(xì)菌、病菌、藻類及原始生物等。不論是有機(jī)物還是無機(jī)物，根據(jù)它們存在于污水中的顆粒的大小又可分為懸浮物(＞1 μm) 、膠體(1 × 10-3nm ～ 1 nm) 和溶解物(＜1 nm) 。一般來說通過混凝沉淀、過濾等常規(guī)工藝可以去除懸浮物和膠體粒子，進(jìn)一步降低出水濁度以及含在濁度物質(zhì)中的BOD5、COD、總磷以及各種寄生蟲卵和致病菌。在污水處理廠的初步設(shè)計中，通過設(shè)置三級深度處理工序以保證出水的水質(zhì)［1］。但是在已建或在建的污水處理廠的工程改造過程中，采取上述深度處理的工藝就明顯具有其局限性，具體表現(xiàn)為:
1) 該深度處理工藝一般都具有較大的水頭阻力，而克服這種阻力就很容易影響整套污水處理系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。
2) 深度處理工藝的增加，必然增加污水處理廠的大量占地，對已建和在建工程來說，解決占地問題也是一大難題。即使解決了占地問題，由于多數(shù)污水廠通常在二級生化池后設(shè)置二沉池、消毒池、污泥濃縮車間等構(gòu)筑物，設(shè)置深度處理工序，對污水的輸送也帶來了很大困難。
3) 上述工藝一般很難長期、穩(wěn)定地滿足達(dá)標(biāo)排放要求。所謂的三級深度處理工序一般來說都是以膜過濾為主的物理去除過程。而工藝中污水的處理規(guī)模和負(fù)荷的局限性等都明顯制約著深度處理的效果，無法保證長期、連續(xù)、穩(wěn)定出水。
4 生物強(qiáng)化技術(shù)工藝特點及應(yīng)用
4．1 生物強(qiáng)化技術(shù)工藝原理及特點
由于廢水處理系統(tǒng)的主處理工藝為傳統(tǒng)的好氧生物處理工藝，所以曝氣池好氧微生物的活性是決定廢水處理系統(tǒng)處理效率的關(guān)鍵因素。而曝氣池中具有特定或典型污染物降解能力的微生物的數(shù)量的多少和活性的大小，則是影響廢水生物處理系統(tǒng)好壞的直接原因。
如果能夠把曝氣池內(nèi)的好氧微生物通過一種廉價的方式提高其活性和數(shù)量，那么自然也就提高了處理效果和處理能力。而生物強(qiáng)化處理技術(shù)核心是在原有好氧生物處理工藝基礎(chǔ)上，投加高效降解微生物，其效果由微生物本身的降解性能和各種生物因素綜合作用決定。競爭力高和適應(yīng)性強(qiáng)的高效菌株的篩選是生物強(qiáng)化處理技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。而這一點恰恰是傳統(tǒng)的城市污水處理廠忽視或欠缺的［2］。
生物強(qiáng)化技術(shù)主要可分為以下三種類型:
1) 含有代謝功能的可移動基因片段的強(qiáng)化通過向具有競爭力的常見微生物中引入可移動代謝基因，加速微生物菌種的自然基因交換和代謝，強(qiáng)化水體處理;
2) 通過基因工程技術(shù)構(gòu)建高效微生物的生物強(qiáng)化運用微生物遺傳學(xué)的手法改造生物反應(yīng)器中的微生物特性，使之獲得高降解活性或廣譜降解污染物特性等優(yōu)良遺傳性狀，從而得到高效生物處理效果;
3) 利用常規(guī)微生物學(xué)手段分離生物菌株的生物強(qiáng)化在長期的生物處理過程中，選擇性地培養(yǎng)和分離具有特定或高效降解性能微生物，再通過富集培養(yǎng)、多次分離純化得到高效微生物而用于生物強(qiáng)化。這種通過分離、篩選得到的高效菌是生物強(qiáng)化技術(shù)的主流，也是目前最常見和最常用的生物強(qiáng)化技術(shù)［3］。
利用生物強(qiáng)化技術(shù)對城市污水進(jìn)行深度處理，具有以下技術(shù)特點和優(yōu)勢:
1) 在原有設(shè)備和設(shè)施規(guī)格、容量不變的情況下，可將處理系統(tǒng)的處理負(fù)荷提升30% ～ 100%。布局靈活，不用增加新的建設(shè)用地，投資可以大大減少，建設(shè)周期縮短，運行費用降低。
2) 可在各類有機(jī)污染物濃度較低且不易降解的情況下，通過特殊菌種的降解作用，進(jìn)一步降低污水中的COD、BOD5、氮、磷等污染物濃度，提高排放污水水質(zhì)，滿足達(dá)標(biāo)排放的要求。
3) 可以有效解決因水量增加或負(fù)荷增加而無法擴(kuò)建的問題。
4) 可以有效解決因絲狀菌異常增殖而導(dǎo)致的污泥膨脹問題。
5) 投資省，可以連續(xù)升級，自動化程度高，操作、管理簡易。
6) 與拋灑種菌劑的方法相比，具有有效微生物數(shù)量多、微生物活性強(qiáng)、不必保存菌種、運行費用更低等優(yōu)點。
7) 可以隨時應(yīng)對因進(jìn)水水質(zhì)變化而對污水處理廠產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷［4］。
可見，采用上述生物強(qiáng)化技術(shù)結(jié)合廢水生化處理工藝，可以明顯增加系統(tǒng)處理負(fù)荷，增強(qiáng)生化階段有機(jī)污染物處理效率，減輕后續(xù)處理工段有機(jī)負(fù)荷。這種技術(shù)則恰好適合已建成、已運行的污水處理廠的工藝提升改造。在不改造原生化設(shè)施、設(shè)備的情況下，通過對生化處理環(huán)節(jié)的生物強(qiáng)化，得到更高的處理負(fù)荷和處理效率，在適當(dāng)改造或增加深度處理環(huán)節(jié)的情況下，得到較好的處理效果。
4．2 生物強(qiáng)化技術(shù)的工程應(yīng)用
目前，這一技術(shù)已在承德地區(qū)部分工業(yè)企業(yè)污水處理廠得到了應(yīng)用。在杏仁脫苦、食品加工廢水的處理過程中均取得了明顯的效果。以承德雙灤利民杏仁有限公司廢水處理工程為例，該企業(yè)在進(jìn)水COD 質(zhì)量濃度高達(dá)10 000 mg /L 以上的情況下，僅增設(shè)生物強(qiáng)化反應(yīng)器，通過特殊菌種的強(qiáng)化培養(yǎng)，未進(jìn)行污水處理站的設(shè)施和工藝改造，出水COD 質(zhì)量濃度就控制在了100 mg /L 左右，實現(xiàn)了出水的長期、穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。
5 結(jié)束語
盡管生物強(qiáng)化處理技術(shù)的應(yīng)用在環(huán)境微生物學(xué)術(shù)界尚無定論，且許多成功的實踐僅停留在實驗室研究階段，但在目前的城市污水處理廠的微生物系統(tǒng)中，因為有效微生物的數(shù)量和質(zhì)量的缺失和不足，而導(dǎo)致處理效果的差異已是不爭的事實。針對城市污水這種水質(zhì)和水量相對穩(wěn)定、毒性污染物比例較小的水質(zhì)特征，生物強(qiáng)化處理技術(shù)有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢。采用高效的微生物強(qiáng)化，不但可以提高污水生物處理系統(tǒng)中難降解有機(jī)物的降解效率，改善系統(tǒng)脫氮、除磷效率，同時，還可以明顯提高處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
隨著污水處理技術(shù)的拓展和發(fā)展，生物強(qiáng)化技術(shù)必將在大中型城市污水處理廠的建設(shè)和改造中發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
參考文獻(xiàn):
［1］韓魁聲．污水生物處理工藝技術(shù)［M］．大連: 大連理工大學(xué)出版社，2005．
［2］張忠祥，錢易．廢水生物處理新技術(shù)［M］．北京: 清華大學(xué)出版社，2004．
［3］王凱軍．城市污水生物處理新技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用—實用水處理技術(shù)叢書［M］．北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2001．
［4］許保玖，龍騰銳．當(dāng)代給水與廢水處理原理［M］．北京: 高等教育出版社，2008．
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