医院、港口、公园、商业中心、新建的郊外住宅区、高级住宅区、疗养区、学校、农场、渔场、狩猎场等均可称为小区,我们最常遇到的主要是由居住区、疗养院、商业中心、机关学校等一种功能或多种功能构成的相对独立的区域,其排水系统通常不在城市市政管网覆盖范围之内。根据当地的环保标准,必须设置独立的污水处理设施,这就是我们所指的小区污水处理。
小区污水不同于城市污水(常包括部分工业废水),属于生活污水范畴。其水质水量特征可概括为:水质水量变化较大,污染物浓度偏低,即比城市污水低,污水可生化性良好,处理难度小。
小区污水的处理工艺依据小区污水排入水体的功能不同而异,常用处理方法有:化粪池、一级处理(初次沉淀池)、生物二级处理及二级处理后再经消毒回用等。由于小区污水处理水量较小,管理水平不高,所以,在工艺设计时尽可能选用无污泥或少污泥的处理工艺,以防止因污泥处理不善造成二次污染。
1.小区污水处理工艺原理
生活污水处理的目标是有机污染物的去除,因此生活污水的处理设计主要围绕降解去除有机污染物和隔油处理展开。目前生活污水的处理方法很多,不同的处理工艺均有一定的针对性、独特性,现对目前常用的适于小规模的污水生物处理工艺进行比较分析和选择。
1.1接触氧化法
生物接触氧化法也称淹没式生物滤池,其主要特点是在反应器内设置填料作为微生物的载体,使反应器内保持一个相对高的保持量,进而可提高处理效率。其反应原理为反应器内附着填料生长的生物膜的吸附、氧化等作用,将污水中有机污染物逐步氧化成二氧化碳、水和细胞物质,污水得到净化。同时控制氧化池内溶氧水平,保证污水中氨态氮由硝化细菌转化成为硝态氮。生物接触氧化法由于反应器内微生物量大,能耐受较大的水质冲击,且污泥龄长,污泥产量低。
废水均匀地淋洒在介质表层上,在充分供氧的条件下,接种的或废水中原有的微生物就在介质表面增殖。这些微生物吸附废水中的有机物并对其进行降解,逐渐在介质表面形成粘液状的膜,即生物膜。生物膜呈蓬松的絮状结构,微孔多,表面积大,具有很强的吸附能力,在其表面有一层很薄的水层,称之为附着水层。生物膜微生物以水层内的有机物为营养料,将一部分物质转化为细胞物质,另一部分物质转化为排泄物。附着于水层内的有机物被氧化后,其浓度下降由于浓度差的作用,有机物会从废水中转移到附着水层中去。如此循环往复,使废水中的有机物不断减少,从而得到净化随着微生物的生长繁殖,生物膜变厚,当它的厚度达到一定程度就会脱落,被新的生物膜取代,生物膜得到更新。
1.2 SBR处理工艺
SBR及CASS均为活性污泥法。SBR法是一种利用微生物在反应器中按照一定的时间顺序间歇式操作污水处理技术。这种技术集曝气、沉淀于一池,而需要设置二沉池及污泥回流设备,也无需初沉池。在该系统中,反应池在一定时间间隔内充满污水,以间歇处理方式运行处理后混合液沉淀一段时间后,从池中排除上清液,沉淀的生物污泥则留于池内,这样依次反复运行,则构成了序批式处理工艺。典型的SBR系统分为:进水、反应、沉淀、排水与闲置5个阶段。废水经过一段时间的曝气后,水中会产生一种褐色絮凝体,这就是活性污泥,它以大量的活性微生物为主体。活性污泥结构疏松,表面积很大,对有机污染物有强烈的吸附凝聚和氧化分解能力。活性污泥去除水中有机物主要经历吸附、氧化、絮凝体形成与凝聚沉降三个阶段。
SBR的核心是SBR反应池,该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一体。典型SBR工艺的一个完整运行周期由五个阶段组成,即进水阶段、反应阶段、沉淀阶段、排水阶段和闲置阶段。从第一次进水到第二次进水称为一个工作周期。
从目前的污水好氧生物处理的研究、应用及发展趋势来看,SBR称得上简易、快速、低耗的污水处理工艺。与连续式活性污泥法比较,SBR 法具有以下特点:SBR装置结构简单,运转灵活,操作管理方便;投资省,运行费用低。Ketchum等人的统计结果表明:采用SBR法处理小城镇污水,要比用普通活性污泥法节省基建投资30%;可抑制丝状菌生长繁殖,不易发生污泥膨胀,污泥指数SVI较低,有利于活性污泥的沉淀和浓缩;SBR处于好氧/厌氧的交替运行过程中,能够在去除碳物质的同时实现脱氮除磷;SBR处理工艺系统布置紧凑、节省占地;运行稳定性好,能承受较大的水质水量冲击;各项运行控制参数都能通过计算机加以控制,易于实现系统优化运行。
1.3 CASS处理工艺
CASS(Cyclic Activated Sludge System)工艺是近年来国际公认的处理生活污水及工业废水的先进工艺。该工艺是在序批式活性污泥法(SBR)的基础上,反应池沿长度方向设计为两部分,前部为生物选择区也称预反应区,后部为主反应区,在主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置,曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行,省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统。
1.4 A/O法(缺氧/好氧)工艺该工艺是在普通的活性污泥法基础上研究开发的,其好氧池是与普通曝气池相似的推流池,在好氧池内可完成对含碳有机物的氧化、含氮有机物的硝化和聚磷菌对磷的大量吸收;其缺氧池容积较小,但由于它与好氧池的结合使用,所以使处理系统具有一定的除磷作用和抗冲击负荷能力等优点。
2.小区生活污水的回用技术
近年来,通过对国外成熟技术的借鉴和国内的研究实践,小区回用技术得到了很快的发展。生活污水深度处理的目的是进一步去除污水中的悬浮物(SS) 、有机物、氮磷等营养盐以及可溶的无机盐等。根据污水回用用途和地理条件的不同,处理工艺与流程也有着很大的区别。随着小区生活污水处理技术的发展,二级处理及深度处理的差异不再像以往明显,诸如生物膜技术、生物活性炭技术、BAF 工艺等作为二级强化处理,一般二级生化处理出水经过混凝沉淀和过滤等深度处理,消毒后就可以达到回用要求。随着回用要求的提高,对于生物活性炭技术、膜生物反应器、膜技术等深度处理技术也正逐步为人们所重视。
2.1生物活性炭技术
生物活性炭是一种去除微量有机物的有效方法,其实质是生物降解与炭的物理吸附两者的协调作用。王占生等以生物活性炭理论为基础,选用廉价的多孔性物质或惰性物质(比如陶粒或炉渣等)来代替活性炭的一种新型工艺――颗粒填料生物接触氧化法,在城市污水深度处理中已经得到了成功的应用。应用生物活性炭工艺处理小区生活污水二级出水,可以使最终出水COD 降至30 mg/ L左右,BOD、SS、色度等也可达到回用要求。与传统的混凝、澄清、过滤工艺相比,该工艺工程投资略高,但运行费用较低。
2.2膜技术
膜技术主要是指纳滤、超滤、渗透以及反渗透等膜分离技术。小区生活污水经二级处理出水, 经反渗透(RO) 等膜技术深度处理,其出水可作为工业用水或生活用水。不过,由于膜技术的成本很高,且运行管理比较麻烦,目前在国内的应用不是很广。
2.3膜生物反应器(MBR)
MBR作为一种新型的污水处理和水回用技术,在小区生活污水回用方面具有很好的应用前景。MBR 集生物反应器的生物降解作用和膜的高效分离作用于一体,具有出水水质好、处理负荷高、装置占地面积小、产泥量少、易于实现自动控制等优点。其出水经消毒后可直接回用,甚至可回用于饮用水水源。MBR 在发达国家的污水回用工业中已经得到了很好的应用,但是膜本身成本高,操作系统复杂以及运行成本较高,阻碍了其在小区生活污水回用处理中的应用。
我国许多城市面临着严峻的水资源匮乏,小区生活污水回用作为一个切实可行的缓解水资源和防止污染的办法,已经逐步为人们所重视。按照我国新的城市污水处理及污染防治技术政策,要求2010年实现城市污水处理率50%以上,污水回用率30%以上,污水回用于市政、工农业等各个行业。而北京市在最近出台的《北京市中水设施建设管理试行办法》已经对小区生活污水回用提出了明确的要求,要求现有和新建小区必须配建污水回用设施。小区生活污水回用尽管规模比较小,且分散,对运行管理带来一定的难度。但由于小区生活污水就近处理并回用,水源稳定可靠,可减少供水管网的压力,同时也缓解了城市下水管网和污水处理设施的压力;且对于水资源匮乏也有一定的缓解。小区生活污水回用技术正逐步成为污水处理的一个重要方向。