随着我国污水处理标准的提高以及工艺研究的深入, A/O工艺也在不断发展, 并衍生出多种变形工艺, 其中竖向多级A/O处理工艺近年来因为其系统化、资源化和生态化的特点而广受关注。
竖向多级A/O池 (生态组合塘) 是一个由生物 (如:细菌、藻类、原生动物、后生动物、水生植物、高等水生动物) 及非生物 (光照、风、温度、有机物、PH值、溶解氧、N及P营养元素等) 部分构成的人工生态系统。系统中的生物组成部分, 是由多条食物链构成组合塘中各种生物相互依存、相互制约的复杂的生态系统。通过厌氧、缺氧、好氧、吸附、沉淀、氧化、吹脱等多种生化和物化过程, 实现了有机污染物、N和P营养元素的降解和去除, 而系统中的非生物部分则提供了保障生物系统有效运行的外在条件。
竖向多级A/O池不同于传统A/O池水平布置, 其主体是一个水深大于6m的塘体, 由污泥稳定储存区、厌氧区、缺氧区、好氧区等竖向 (自下而上) 叠加而成, 及最终的深度处理区。在缺氧区、好氧区中, 安装由曝气器、填料、混合液回流设施等组成的拼装式生化组合装置, 在深度处理区布设了生物浮岛。采用在污泥区上多点上向流布水, 相当于并排布置了多个竖向A2/O。污水进入反应池后, 向上依次流经厌氧区、缺氧区, 汇入缺氧、好氧区, 通过多级缺氧与好氧重复操作来替代单级连续缺氧与好氧操作, 并把所需处理的污水量按一定比例分别进入各级缺氧段, 充分利用原水中的有机碳源进行反硝化, 提高总氮去除率, 使污水得到净化, 最后经深度处理区沉淀、吸附处理后, 排出竖向多级A/O池。
某污水处理厂建于2013年, 采用竖向多级A/O处理工艺, 规划用地86亩, 总设计处理能力8万吨/日, 总投资2.52亿元, 吨水造价3150元。已建一期 (含二期、三期土建) , 投资1.76亿元, 一期设计处理能力1.8万吨/日, 设计出水水质执行GB18918-2002的一级A排放标准。目前实际处理量1.7万吨/日 (二期正在设备安装) , 平均电耗0.21 Kwh/吨水, 平均药剂费0.044元/吨水, 进出水水质见表1。
mg/l
从以上数据来看, 吨水造价、占地面积、电耗及污水处理效果, 竖向多级A/O处理工艺与传统AO处理工艺略占优势。差异较大的是吨水药剂费, 传统A/O处理工艺药剂费约0.06~0.09元/吨水, 前者明显低于后者, 其主要原因是节省了剩余生化污泥浓缩和脱水处理的费用。
从2014年至2015年期间运行情况来看, 竖向多级A/O池出水总磷浓度通常在0.7~1.6mg/l之间, 必须增加物化除磷工艺, 才能确保出水一级A标准。竖向多级A/O池除磷效果低于传统AO处理工艺的主要原因是没有剩余污泥外排, 生化除磷功能削弱。
从工艺流程来看, 竖向多级A/O工艺无须进行剩余生化污泥处理, 减少污泥浓缩池、生化污泥脱水和干化设施建设, 减少了投资和运行费用。另一方面, 由于采用多级多点布水和安装拼装式生化组合装置, 相应增加了建设和运行费用。
从总体厂貌来看, 竖向多级A/O工艺主体构筑物由于采用池塘构造, 水面浮植有美人蕉、海洋之心等水生植物, 厂区内犹如花园式的人工湿地, 景观明显优于传统A/O工艺。
竖向多级A/O池底泥主要有三个来源:进水中悬浮物的沉降、无机污泥的沉降、生化污泥的沉降。按其组成可分为可生物降解部分和不可生物降解部分。
可生物降解部分通过厌氧分解过程转变为CO2、CH4、小分子可溶性有机物以及生物残渣。生物残渣降解缓慢, 将累积于塘底缓慢降解, 而其余物质最终会通过各种途径离开底泥层, 进人大气或返溶于塘水体, 重新参与塘内的各种变化过程。
塘中底泥的蓄积主要是不可生物降解部分的增加, 其组成主要为污水厂进水中的不可降解及惰性悬浮固体的沉积。从总体上看, 塘中底泥蓄积总量随运行时间不断增加, 运行时间足够长之后, 主要是不可生物降解部分的增加。这部分底泥需定期清理, 一般15-25年清理一次。
北京市某污水处理厂竖向多级A/O池 (生态组合塘) 水深10.8m, 运行5年后, 通过实测发现, 塘底竖向形成了两个明显的污泥层分区:密实区和松散区。密实区平均厚度0.17m, 平均含水率、有机质含量、容重分别为30.7%、5.1%、1.65T/m3;松散区平均厚度0.511m, 平均含水率、有机质含量、容重分别为91.5%、31.5%、1.03T/m3。密实区污泥层厚度逐年增加, 松散区污泥层厚度基本恒定。竖向多级A/O池 (生态组合塘) 污泥区高度1.5m, 按目前污泥蓄积速度推算, 该厂污泥清理年限为29年, 泥层厚度0.99m。
与传统A/O处理工艺相比, 竖向多级A/O处理工艺具有如下优点:
(1) 处理过程异味大幅度减少。一般污水处理厂臭味主要来自于格栅拦截杂物、剩余污泥、厌氧池。竖向多级A/O池通过上层水封作用, 降低了塘底厌氧污泥产生的异味, 除臭成本大幅度降低。
(2) 污泥产量很少, 且已稳定化和无机化, 污泥一般15-25年清理一次, 避免了传统污水处理厂处置污泥过程中产生二次污泥, 较好地解决了制约污水处理过程中落实污泥减量化、无害化、稳定化的难点问题。
(3) 无须污泥、混合液回流操作, 无须生化污泥处理, 运行操作简单, 对操作者要求较低, 污水处理厂定员少, 运行成本低。
(4) 池体内设有填料, 具有活性污泥法和膜法处理两种功能, 抗冲击负荷能力强、处理效果好的特点。
(5) 通过浮力板的浮力实现生化单元上浮, 不存在传统生化单元填料的固定问题, 安装和检修方便。
(6) 实现了污水污泥处理和构筑景观的有机结合。竖向多级A/O池面可见部分为水生植物, 池表面为生化处理后的清水, 时常可见飞禽停驻或飞翔在池面, 厂区犹如水生态公园, 可以与自然生态景观媲美, 改变了传统污水处理厂黑色或棕色污水池面、臭气飘逸的现象, 使污水处理厂融入到了城市园林中, 环境效果得到了凸显, 从而使周边土地升值。
但同时, 竖向多级A/O处理工艺的应用也受到如下一些限制:
(1) 无剩余污泥外排, 生化除磷能力降低, 因此末端必须设置药剂除磷设施。
(2) 土池结构不适合地下水位高的地区;
(3) 竖向多级A/O池采用多级多点布水装置, 增加运行维护难度, 提高技术要求。
因此, 在选择竖向多级A/O处理工艺时一定要注意因地制宜, 扬长避短。
竖向多级A/O工艺不仅具有传统AO工艺在投资、运行管理、运行费用和运行稳定性等方面的优势, 而且具有无须建设常规污水处理厂的剩余生化污泥浓缩、脱水等处置设施、无厌氧池臭气排放的优点, 既可营造生态景观、改善生态环境, 又可融入到城市绿化中, 使周边地价增值, 具有较好的经济效益、环境效益和广阔的应用前景。
摘要：简述了竖向多级A/O (生态组合塘) 工艺处理机理及组成, 通过应用实例, 介绍了污水处理效果和工艺特点, 分析了底泥蓄积消化过程和工艺环保技术优势与短处, 为建设生态型污水处理厂提供新的思路和借鉴。
关键词：竖向多级AO,生态组合塘,污水处理
[1] 蒋展鹏, 杨宏伟.环境工程学, 高等教育出版社, 2013.3.
[2] 张志杰.环境工程手册-水污染防治卷, 高等教育出版社, 1996.10.
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