城市生活污水处理技术现状及活性炭的应用（一）

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城市生活污水处理技术现状及活性炭的应用
吉建斌  段丽丽  张金凤  （山西新华化工厂设计研究所030008）
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城市生活污水主要包括厨房洗涤水、冲厕废水及其它生活杂水。该类废水含大量固体悬浮物、可化学或生物降解的溶解性或胶态分散有机物（以COD和BOD表征）、含氮化合物（包括氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和有机氮）、磷酸盐、钾钠及重金属离子、菌类生物群等。若不加处理或处理程度不足而排入天然水体，会导致水体富营养化及毒性积累，导致生态环境恶化；水体中有毒物质经水生动物进入食物链，最终危害人体健康。目前我国法规要求生活污水最终排放水质应符合GB8978-1996污水综合排放二级标准，随国民环保意识的加强和综合国力的提高，污水净化回用目标的实现已可预期。
( |- g0 H! J3 j" K, Y5 e2 f5 g城市生活污水处理工艺分三级：污水→以化学混凝为主的一级处理技术→以生物化学法为主的二级处理技术→以物理过滤为主的三级（深度）处理技术。一般来说，该类污水经一级处理（包括辅以其他技术的强化一级处理，有时称为一级半处理）很难达标排放，经二级处理后大都能达标，三级处理的目的，是净化水的回用而非排放。
, X) C- W) H' Y' L7 W2 v8 B国内文献中，关于城市生活污水强化一级处理技术和生化处理技术的研究报道很多（尤其是后者），深度净化技术报道极少。随净化处理技术的不断发展，新工艺的不断开发并投入应用，活性炭这一功能性吸附剂在城市污水处理领域的应用潜力逐渐被研究者认识，已进行了许多有意义的应用研究工作。
1、城市生活污水的一级处理技术进展
单纯的生活污水一级处理厂数量很少，仅存于一些小城镇及部分采矿居民区。传统的污水一级处理工艺为：污水→格栅→沉砂池→反应池（投加化学混凝剂或絮凝剂）→沉淀池→出水（排放或进入生化处理工序）。一级处理效果较好时，可降低生化处理工序的负荷，保证出水水质。近年来，我国城市化速度加快，大中型城市出现不同程度的扩张，随着城市居民小区的不断增建，原有生活污水厂的处理规模和能力已不胜负荷，许多城市被迫在城建规划中要求新建居民区建设小型污水处理站以减轻污水厂负荷，这些小型污水处理站大多采用一级处理工艺。为提高一级处理能力，近年来开发了三种已成熟或接近成熟的强化一级处理新工艺。
* `  @) e( e* s  l: X2 R; Z( I0 F5 _1.1  生物絮凝强化一级处理工艺【1】【2】
用絮凝吸附池代替传统工艺反应池,在投加适宜化学混凝剂的同时,投加一定量生物污泥(可取自二级污水厂消化活性污泥,或从生活污水中分离培养)，机械或鼓风混合，在生物吸附絮凝和化学絮凝协同作用下，污水中悬浮状、胶体状和部分溶解性有机物粒子絮凝吸附进入污泥絮体，出水在沉淀池固液分离，分离出的沉淀污泥经短时曝气活化，部分回流至絮凝吸附池再用。该工艺与传统一级处理法相比，COD去除率可从30%提高到60～70%，SS（固体悬浮物）从45%提高至70%，BOD5和有机氮、TP（全磷）的去除率均有不同程度提高。
1.2  磁分离法强化一级处理工艺【3】
  f) v; b/ O) W! a- N    用连续运行的高梯度磁分离器代替传统工艺沉淀池，反应池在投加传统混凝药剂的同时，投加Fe3O4磁粉，压缩空气强制混合，出水通过高梯度磁分离器中钢毛填充床层时，在外加电磁场作用下，顺磁性Fe3O4粉（已吸附大量有机物絮体）被强制从液相分离；当床层阻力增至预定值时，断电，外加磁场消失，用少量水反冲床层，回收Fe3O4粉再用。该工艺对污水的COD、BOD和SS去除率较高。近年来有关于磁粉改性活性炭的报道，但尚未见将磁性活性炭用于污水处理的相关消息。
& k' u. W0 l/ W# C- X% K4 L1.3  生态滤池强化一级处理工艺【4】
    目前该类工艺中已成熟并进行过生产性规模应用实验的只有蚯蚓生态滤池,利用在滤床中建立的人工生态系统,对城镇生活污水中各种形态的污染物质通过蚯蚓和其他微生物的协同作用进行最经济合理的处理和转化。该工艺可替代传统一级处理工艺中的反应池和沉淀池,且不需投加化学混凝剂,已在智利及中国上海成功地进行了生产性规模应用实验,对污水CODCr、BOD5和SS去除率分别达83～88%、91～96%和85～92%，已与活性污泥生化二级处理效果相当，是一种极具发展潜力的强化一级处理工艺。
% j: w  `" L9 H- t  Q6 S. ^* D( u2、城市生活污水的二级生化处理技术进展
生活污水的生化处理基本技术为活性污泥法（AS法），其他类型如A/O法、A2/O法、SBR法、氧化沟法等都是AS法的工艺变型，目前已发展成为相对独立的分支技术。
1 g0 W" e2 V4 w2.1  传统AS工艺及其改良技术
7 K1 X1 y4 ~) P; U1 L& \1 \传统AS法应用最早，主要目的是去除污水中的有机物。工艺特点是利用好氧微生物进行有机物降解，活性污泥在主液相流程中不被消化，需沉淀分离后进行厌氧消化处理，能耗及运行费用较低，目前在中小型污水处理厂仍有应用。
9 }; M- K; G% e7 P/ c: t6 EAB法。工艺特点是对曝气池按高、低负荷分两级供氧，A级负荷高，曝气时间短，污泥产量大；B级负荷低，泥龄较长。两级曝气池中微生物群体有差异，A级具部分兼氧特点；B级以好氧为主。主要特点是节能，缺点是不适于处理低浓污水【5】。
BC（生物/化学）法。工艺特点是流程中投加化学絮凝剂FeCl3，系高负荷活性污泥生物处理与化学处理相结合的处理工艺，优点是曝气时间短、污泥沉降性能好、泥龄短、去除SS和有机物效率高，具一定的除磷能力，适合于低浓污水的处理【6】。
% k3 h! x* y  m. A4 x" Q    PACT(AS-PAC)工艺。特点是向活性污泥系统投加粉状活性炭，曝气池中物理吸附与生物降解同时进行。粉状活性炭的适量投加可改善污泥沉降性能；提高系统对难生物降解COD的去除率，加速污泥絮体的形成；强化系统对无机物的去除以避免污水中重金属对微生物的毒害；降低出水毒性，减轻出水对鱼类的毒害；具有一定的脱氮效果【7】。
$ X6 T( l1 I- u, F/ ~生物接触氧化法。是具有AS法特点的生物膜法，有固定填料反应器、悬浮填料反应器和流化床反应器三种型式。固定填料反应器有生物转盘（RBC）、生物纤维膜、微生物包埋滤料等几种形式【8】；悬浮填料反应器有聚乙烯、聚氨酯多孔泡沫块等多种弹性立体填料形式【9】，流化床反应器是近来发展较快的一种生物接触氧化工艺，注重于功能性载体的研究，有用砂、粒状活性炭作载体的中试报道【8】，还有一种将粉状活性炭载入海绵，外裹一层工程塑料材质的球形网笼作生物膜载体的生物流化床技术专利【10】，可实现厌氧和好氧过程的一体化。
" }+ L$ t) q$ l, p4 b0 Z2.2  A/O法及其改进工艺
3 x9 m3 E+ P) V+ t% \3 ], g' ^/ Z6 {$ M    基本的A/O污水处理工艺有两种，一种称为厌氧-好氧工艺，着重于污水强化除磷；另一种称为缺氧-好氧工艺，强化污水脱氮。
强化厌氧处理是A/O工艺改良的方向之一。厌氧生物滤池（AF）是强化厌氧处理效率的一种方法【11】，采用硬性填料和砂石、陶粒、波尔环等作生物膜载体，部分填料在运行中呈悬浮状，该工艺微生物浓度高、泥龄长，可承受较高的有机物负荷，常温下处理低浓生活类有机废水效果较好。粒状活性炭用于AF技术的研究曾有报道，但对使用效果看法不一，分歧较大。厌氧快速吸收技术是另一种厌氧效率强化方法，是一种非稳态的污水处理工艺【12】，特点是强化了污水除磷，同时按固定P/COD比率（约1：50）去除大量有机质，该工艺厌氧吸收期仅需0.5h，COD去除率高达80～90%，且污泥沉降性能好，剩余污泥产率低。厌氧升流式污泥床反应器（UASB技术）也是一种强化厌氧处理技术，但该类型反应器的启动时间长达2.3～12个月，应用推广困难，有研究【13】表明，细粒状（粒径＜0.4mm＝活性炭可促进污泥的快速颗粒化，使反应器启动时间缩短近50%，投加量应占反应器总有效体积的2～3%，颗粒活性炭在污泥成熟化过程中起到了颗粒污泥晶核的作用，在短期内使那些易于形成颗粒污泥的细菌在活性炭表面富集，同时可明显提高系统在启运初期的稳定性和最大有机负荷。
A/O双级改良型工艺。王凯军等【14】开发了一种连续运行的微需氧升流式污泥床（MUSB）工艺，并向其中投加少量Al2(SO4)3或Al(OH)3混凝剂，替代传统A/O工艺的好氧曝气工序。这种技术是与厌氧升流式污泥床（UASB）技术匹配应用的。俞庭康等【4】详细介绍了另一种A/O双级改良型工艺，称为厌氧水解酸化—高负荷生物滤池技术，厌氧水解滤池取代传统初沉池，用高负荷生物滤池替代传统AS工序（好氧曝气），双级滤池均填充WY型塑料模块填料做生物膜载体，总系统正常运行时可使出水达二级排放要求，污泥产率比传统AS法低得多，处理流程简单，抗冲击负荷能力高，管理方便。
一体化A/O改良工艺。向仁军等人【15】设计了一种高集约性的一体化厌氧-好氧生物除磷脱氮工艺装置，分厌氧区、好氧区和沉淀区三部分，污水泵入厌氧区，处理后自流至好氧区，反应后再自流至沉淀区进行泥水分离，上清液溢流进入集水池排放，底部污泥无泵自动回流至厌氧区，剩余污泥排出。经中试，该技术节能效果明显，可同时实现除磷脱氮，适用于我国南方城市含氮、磷浓度不高的城市生活污水处理。
2.3  A2/0法及其改型工艺
A2/0法污水处理工艺可同时高效去除污水中的有机物、含氮及含磷化合物，因该工艺基建投资大，技术管理水平要求高，故多用于大型城市污水处理厂（日处理污水量>10万立方米）【16】。典型A2/0法工艺布置为厌氧段（A1）/缺氧段（A2）/好氧段（O）。
9 l. I9 o  o+ I1 y4 K5 m( x9 i8 q张波等【17】【18】对上述常规A2/0法工艺布置形式提出质疑，认为A1/A2/O流程形式不能使硝化菌、反硝化菌（合称为脱氮微生物）和聚磷菌（除磷微生物）的微生物“呼吸效应”达到最佳配合状态。他们采取A2/A1/O倒置工序，与常规工艺进行对比研究后发现，不论在何种水温、水质条件下，前者的处理效果总优于后者，且改型后的A2/0工艺可将回流污泥与内循环合并成一个回流系统，流程比常规A2/0工艺简捷。
" p  t! J9 f! C* C2 O% Y; A2 r2.4  氧化沟污水处理工艺【16】
氧化沟也是传统AS法的一种变型，与传统AS法相比，最大区别在于水力流态及曝气方式。氧化沟是一种首尾相接的循环流污水处理技术，常采用延时曝气法，在污水净化的同时使污泥得以稳定，取消了传统AS工艺中的初沉池和污泥消化池。具高效去除有机质能力，有一定脱氮效率，沟前加设厌氧池时可同时除磷（成为一种新的A2/0工艺型式）。多用于中小型污水厂。氧化沟工艺大致分四类：
2 D& E! z& s0 Q% w9 r多沟（常为三沟）交替式氧化沟。合建式；不设单独二沉池；转刷曝气；去除COD效果好，脱氮除磷效果不稳定。
卡鲁塞尔氧化沟。分建式；设单独二沉池；表曝气机曝气；沟深大于多沟式；处理效果与多沟交替式氧化沟相当。
3 H  l0 z4 Z3 |! Y奥贝尔氧化沟。分建式；设单独二沉池；转碟曝气；沟较深；脱氮效果好，除磷效果一般。
一体化氧化沟。合建式；沉淀池建在氧化沟内；连续进出水，不用倒换；在一些具体技术问题上尚未十分成熟。

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用水处理絮凝剂吸附池代替传统工艺反应池,在投加适宜化学混凝剂的同时,投加一定量生物污泥，在生物吸附絮凝和化学絮凝协同作用下，污水中悬浮状、胶体状和部分溶解性有机物粒子絮凝吸附进入污泥絮体，出水在沉淀池固液分离，分离出的沉淀污泥经短时曝气活化，部分回流至絮凝吸附池再用。这个工艺比活性炭吸附法效率还高，推荐使用下。