熊建英¹，雷震珊¹，許曉天²，曹達文²
（1 上海市政工程設計研究院，上海 200092；2 上海嘉定環境建設管理有限公司，上海 201800）

　　摘要：本文以上海市正在建設的安亭中心鎮污水處理廠為例，對化學一級強化處理工藝及懸浮填料活性污泥法作了簡單的介紹，并且就這兩種工藝結合組成的二級強化處理工藝在工程實踐中的應用作了技術可靠性和經濟合理性分析。
　　關鍵詞：化學一級強化；懸浮填料活性污泥法；城市污水

1 化學一級強化工藝簡介

　　常規的化學絮凝強化一級處理工藝流程如圖1所示。化學藥劑投加到混合池與原污水快速混合，并發生沉淀反應，凝聚作用，然后進入反應池，在此，主要發生化學絮凝作用，最后入沉淀池進行固液分離。

圖1 化學絮凝強化一級處理工藝流程

　　國內外大量文獻報道表明：采用單純的化學絮凝強化一級工藝處理城市污水，COD去除率可達50% ～ 65%，SS、TP去除率可達80%以上。但該工藝對NH₃-N沒什么去除作用，有時還會出現出水NH₃–N值比進水高的現象，這是因為城市污水中或多或少都含有一定量可降解的有機氮，經一級強化處理后，部分有機氮會降解為NH₃-N。單純采用化學絮凝強化一級工藝，污泥含磷濃度相當高，因此，出水磷濃度受SS影響較大，要保證較好的除磷效果，出水SS也應控制在較低水平。
　　近些年來，化學絮凝強化一級處理工藝以其流程簡單，處理構筑物少，投資省，效果明顯，運行費用低等優勢而受到我國污水處理專家的重視，并將它作為尾水排入大水體的首選污水處理工藝。比如在上海、廣東等一些沿江沿海城市，污水廠尾水大都排入江海等大水體，這類水體對COD、BOD₅、NH₃-N的排放標準不是特別嚴格，而為了減少水體富營養化引起的赤潮，對污水中磷的排放有所限制，這種情況下，化學一級強化工藝表現出絕對優勢。上海同濟大學顧國維教授課題組和高廷耀教授課題組曾先后在上海合流一期預處理廠進行了化學一級強化工藝生產性試驗^[1,2]，研究結果表明：上海合流一期污水水質濃度較淡，采用化學一級強化處理工藝，出水各項水質指標除NH₃–N外，其它均可達到上海市污水排放標準中的二級排放標準。這說明化學一級強化處理工藝在上海合流污水處理工藝方案比選中是比較有優勢的。目前上海在建的2座大型城市污水處理廠—竹園第一污水處理廠和白龍港污水處理廠采用的處理工藝均是化學一級強化工藝。
　　另外，化學一級強化工藝也可用于老廠改造，以達到除磷目標。我國城市污水處理廠的處理程度一般是根據受納水體的環境要求來定的。上個世紀八十年代已建的一百多座城市污水廠，絕大多數采用的是傳統活性污泥法。隨著污水排放標準的提高，對磷排放指標也有一定要求，在現有生物處理設施的基礎上增加一套投藥系統，即可達到除磷目的，而由此增加的費用相對生物技改來說要少得多。

2 懸浮填料活性污泥法簡介

　　懸浮填料活性污泥法是一種在活性污泥系統中投加填料的污水處理工藝，其實質就是在常規活性污泥系統的生物反應池內投加密度接近于1的填料，使之懸浮在混合液中，通過填料上附著微生物來提高生物反應池的污泥濃度，從而達到高效率去除有機污染物和NH₃-N目的。該工藝對磷的去除效果同常規活性污泥法一樣，僅靠微生物增殖消耗一部分磷元素，對污水中磷的去除十分有限。從懸浮填料活性污泥法的機理來看，它比較適合常規活性污泥法污水處理廠的改造，以挖掘現有污水廠的處理潛力。
　　另外，懸浮填料活性污泥法也適合處理低濃度廢水，例如合流制排水系統中的污染物指標往往較低，BOD₅只有70 mg/L左右，從理論上來講，這樣的進水水質濃度很難培養出大量的活性污泥。而通過在生物反應池中投加懸浮填料，由于填料的附著作用，微生物不易隨出水流失，可使生物反應池內的微生物維持在一定濃度范圍。進水BOD₅較低情況下還特別有利于硝化細菌的增殖并附著于填料上。從上海同濟大學高廷耀教授課題組在上海曲陽污水處理廠進行的“化學一級強化＋懸浮填料活性污泥法”的中試研究結果來看，盡管懸浮填料活性污泥池中僅在填料上附著生長一層薄薄的膜，懸浮在池中的污泥量特別少，但系統對NH₃-N的去除效果相當好，出水NH₃-N基本低于10 mg/L。懸浮在液體中的污泥主要是從填料上脫落下來的老化污泥，在二沉池中不易自然沉降，因此需投加少量化學藥劑以提高泥水分離效果。

3 “化學一級強化＋懸浮填料活性污泥法”在工程實踐中的應用

　　目前，國內外城市污水處理廠的污水處理工藝還沒有采用“化學一級強化＋懸浮填料活性污泥法”的工程實例，僅上海同濟大學高廷耀教授課題組有該工藝的中試研究，上海安亭中心鎮污水處理廠是首座采用該工藝的城鎮污水處理廠。
3.1 工藝選擇背景
　　安亭中心鎮污水處理廠設計規模5萬m³/d，設計進、出水水質如表1。由上海同濟環保（集團）有限公司采取BOT方式建設，這也是上海市首座較大規模城市污水處理廠BOT工程。

表1 安亭中心鎮污水處理廠設計進、出水水質

　　采取企業運作方式的安亭中心鎮污水處理廠的建設突破了以往的市政污水項目由政府統一建設、統一管理的傳統模式。為更好地發揮該工程的環境效益、社會效益和經濟效益，建設單位充分利用了自身的技術儲備和資源優勢，通過綜合分析污水廠當前的進水水質特點、排放要求及今后可能出現的水質變化情況，果斷地將“新技術”應用到工程實踐中。
3.2 工藝技術可靠性和經濟合理性分析
　　下面就具體分析一下安亭中心鎮污水處理廠采用“化學一級強化＋懸浮填料活性污泥法”這一污水處理工藝的技術可靠性和經濟合理性。
　　圖2為安亭中心鎮污水處理廠的污水處理工藝流程圖。表2為污水廠主要設計參數，污水廠生物反應池設計水力停留時間（HRT）為5.2 hr，較其它的生物處理構筑物HRT要小得多。
　　由圖2可以看出：安亭中心鎮污水廠處理工藝運行靈活性比較大，通過超越管的設計，可以形成以下幾種運行模式：
　　① 按單純的化學一級強化工藝流程運行，污水超越懸浮填料活性污泥池和二沉池，初沉池代替沉淀池功能，初沉池出水直接排放。
　　② 按無初沉池的懸浮填料活性污泥系統工藝流程運行，即原污水經泵站提升后，超越混合反應池和初沉池。
　　③ 按有初沉池的懸浮填料活性污泥系統工藝流程運行，即原污水經泵站提升后，超越前段的混合反應池，直接進入初沉池，然后再進懸浮填料活性污泥池。
　　④ 按“化學一級強化＋懸浮填料活性污泥法”工藝流程運行，即污水流經圖2所示中的所有構筑物。

圖2 安亭中心鎮污水處理廠工藝流程圖

表2 安亭中心鎮污水處理廠主要構筑物設計參數

　　運行模式 ① 適合進水各污染物濃度較低，在春、冬季節對NH₃-N排放要求不是很高的場合。安亭鎮以發展汽車工業為主，目前納入城市污水管道的污水量約2.5萬m³/d，污水性質組成中，工業廢水占了相當大的比例。經水質分析調查研究，現狀污水COD_Cr、BOD₅的濃度并不高，COD_Cr只有150 ～ 200 mg/L，BOD₅僅60 ～ 100 mg/L，NH₃-N指標也遠遠遠小于設計值。隨著安亭國際汽車城的開發建設，污水水質會有一個逐步提高的過程。安亭中心鎮污水處理廠建成通水初期，實際進水水質遠小于設計值情況下，采用模式 ① 運行，成本最經濟，處理出水水質也能達到設計要求。
　　運行模式 ② 適合進水各污染物濃度較低或接近設計值，在夏、秋季節對NH₃-N排放要求比較高的場合。一般來說，夏、秋季節對NH₃-N的排放標準要求較嚴格，這主要是為了控制NH₃-N消耗受納水體中的氧。當安亭中心鎮污水廠進水NH₃-N高于排放標準，而其它污染物指標又相對較低時，采用模式 ② 運行是最經濟的，處理出水水質同樣能達到設計要求（若磷超標，可在懸浮填料活性污泥池末端投加少量化學藥劑）。
　　運行模式 ③ 適合進水SS較高，超過設計值，其它水質指標偏低或接近設計值，對NH₃-N排放要求比較高的場合。污水流經初沉池，主要是去除一部分SS，以降低后續懸浮填料活性污泥系統的產泥量。
　　運行模式 ④ 適合進水各污染物指標大于設計值的場合。隨著安亭地區房產的開發建設，城市污水組成中，居民生活污水量所占比例會越來越高，污水水質會逐漸變濃。當進水BOD₅濃度達到200 mg/L甚至更高時，若采用模式 ③ 運行，懸浮填料活性污泥池中5.2 h的停留時間難以滿足完全生物降解需要，此時則必須按模式 ④ 運行。通過化學一級強化去除50%左右的有機污染物負荷，剩余污染物則通過懸浮填料活性污泥系統去除。為保證懸浮填料活性污泥池中的C、N、P的平衡，化學一級強化處理階段，藥劑投加摩爾比（化學藥劑實際投加量與除磷理論需求量之比）可取低一些，一般取1 ～ 1.5。這樣，出水同樣能達標排放。
　　由上述分析可見，“化學一級強化＋懸浮填料活性污泥法”具有工程投資省、處理效果穩定、流程操作靈活，適應進水水質變化等特點。安亭中心鎮污水處理廠在工藝流程的設計中，針對近期進水水質較淡的特點，采用“化學一級強化＋懸浮填料活性污泥法”這一靈活工藝，可充分發揮該工程的環境效益和經濟效益，最大限度地降低污水廠運行和管理成本。
3.3 存在問題
　　由于“化學一級強化＋懸浮填料活性污泥法”在國內外還沒有實際運行經驗，安亭中心鎮污水處理廠建成通水后，不同季節、不同進水水質條件下的運行工況有一個逐步摸索，積累經驗的過程，為以后類似工程的優化設計提供寶貴的資料。

4 主要結論

　　化學一級強化處理工藝對SS、P去除效果較好，可作為尾水排入大水體的首選處理工藝。
　　懸浮填料活性污泥法因填料的附著作用，可提高生物反應池內的污泥濃度，適合處理污染物濃度較高或較低污水，也可作為現有常規活性污泥法污水處理廠挖潛改造的首選工藝。
　　安亭中心鎮污水處理廠BOT工程采用“化學一級強化＋懸浮填料活性污泥法”這一處理工藝，具有工程投資省、適應水質變化，操作靈活等優點，近期水質較淡的情況下，有一部分處理構筑物閑置，需加強對閑置構筑物設備的維護。另外，該工藝的實際運行管理經驗還有待一個逐步積累的過程。

參考文獻

[1] 上海市污水治理二期工程高效、低能耗污水除磷技術研究, 上海市城市排水有限公司、同濟大學. 1998年.

[2] 上海竹園第一污水處理廠污水處理工藝優化研究報告. 上海水環境建設有限公司、同濟大學等, 2002年6月.