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生物接触氧化+混凝沉淀组合工艺处理合流制水体的研究
摘要：安庆市某村镇排水管网系统不完善，雨污混接，旱季污水入河现象明显，造成穿过该村镇的河道成为黑臭水体，降低了周边居民的生活质量和河道生态系统的稳定性。将村镇污水截污纳管后进行旁路处理，因该河道周边用地紧张，本工程在充分利用河道空间且不影响行洪的前提下，在下游河道上建钢结构平台布置旁路处理设备。采用占地面积小、处理效率高的“生物接触氧化+混凝沉淀”组合工艺处理合流制水体，出水稳定达到准地表Ⅳ类水标准，处理后的中水部分返回上游作为河道生态补水，提升河道自净能力。
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随着城镇化的发展和农民生活水平的显著提高，我国村镇的人均生活用水量和污水排放总量持续上升[1-2]。大部分村镇没有完整的排水系统[3]，多为直排式雨污合流制，雨水、生活污水和部分工业废水均未经处理直接排放到附近沟渠中，导致村镇河道水体黑臭，对村民身体健康和村镇居住环境带来不利影响[4]。城市地区一般具有较完善的污水收集处理系统，而农村地区由于排水管网的不健全和经济基础薄弱等原因，较大规模地集中处理村镇生活污水在现阶段并不可行，考虑到村镇生活污水具有分散、量小的特点，通过控源截污对污水进行收集纳管后，采用小型的旁路处理设施处理是较合适的选择[5]。常用的河道旁路处理技术有生态塘、人工湿地等，其工艺简单、运行费用低，但具有占地面积大、受用地条件限制、受季节温度影响等缺点[6]。
本研究以安庆市某村镇直排式合流制污染水体为研究对象，根据项目周边用地条件和出水水质目标，采用占地面积小、处理效率高的“生物接触氧化+混凝沉淀”旁路处理组合工艺进行治理，对其工艺特点、设计参数、运行效果进行了分析，以期为用地受限的村镇合流制水体治理提供思路。
1、工程概况
1.1项目背景
本项目位于安庆市某镇区河道，镇区管网为直排式雨污合流制。河道由西向东穿过镇区，周边为基本农田，全长约3 km，全河道平均坡降0.09%，河面宽度2 m～14 m。河道旱季水深0.2 m～0.3 m，旱季无其他水源汇入，旱季流量约1360 m3/d，均为镇区雨污合流口的排水，水质处于轻度黑臭(2023年2月连续监测)，本项目设计目标是河道下游水质监测断面水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)准Ⅳ类，治理前河道水质数据见表1，属于低浓度污水[7]。
表1河道水质指标监测表
1.2项目特点
该镇区雨污管网混接现象明显，需对所有雨水管网进行排查，工作量大，需增加大量入户管网的施工，工期长，跨部门协调量大，短期内难以对河道水质提升起到促进作用，因此本工程采用控源截污将污水收集后进行处理。本项目处理对象为直排式雨污合流制水体，水质污染程度相较于生活污水较低，且河道水处理出水水质指标不考核总氮。
项目周边用地紧张，河道上游、下游周边均为基本农田，不可占用，中游两侧均为高密度居民区和工业区，无剩余土地可用。仅靠河道自身生态功能无法实现水质净化，但河道周边没有建设旁路处理设施的土地。
1.3工艺选择
该河道周边用地不具备布置人工湿地等大型旁路处理设施的条件，且污水进水浓度较低，因此本项目选择占地面积小的旁路处理“生物接触氧化+混凝沉淀”组合工艺对河道水进行水质净化，处理后的中水部分返回上游作为河道生态补水，提升河道自净能力。
因河道周边用地受限，本项目在充分利用河道空间且不影响行洪的前提下，在下游河道上建钢结构平台布置旁路处理设备。综合考虑河道平均径流量及初期雨水入河，本次旁路处理设计规模2000 t/d，占地面积约440 m2，旁路处理工程平面布置如图1所示。
图1生物接触氧化+混凝沉淀组合工艺平面布置图
表2设计进出水水质指标
旁路处理工程进水为排入河道的生活、生产污水及河道旱季污水，经污水处理站处理后，出水水质执行《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的准Ⅳ类标准。设备主要设计进水水质和出水限值见表2。
污水经提升泵提升进入厂站，依次流经好氧区、沉淀区、混凝区、絮凝区、物化沉淀区，经紫外消毒后通过出水渠达标排放。在生化反应和混凝沉淀等作用下，污水中的有机物、悬浮物、氨氮、总磷、致病菌等，得到有效消减。出水部分就近排入河流水域，部分返回上游作为河道生态补水。污水处理过程中产生的污泥经叠螺机脱水后外运处置，污水处理工艺流程如图2所示。
图2污水处理工艺流程图
2、工艺设计参数
本工程采用的生物接触氧化+混凝沉淀组合工艺主要包括好氧生化系统、深度处理系统、污泥处理系统及附属构筑物等。
2.1好氧生化系统
2.1.1生物接触氧化池
生物接触氧化池采用固定床填料，结合活性污泥法和生物膜法的优点，具有高效的生物脱氮功能[8]。污水进入生物接触氧化池进行好氧处理，通过好氧细菌对有机物进行高速代谢分解，在硝化细菌的作用下，水中氨氮进行硝化反应，使污水中NH3-N的含量降低。同时，通过氧化分解水中污染物到CO2和H2O，完成大量有机污染物的去除，降低氨氮对微生物的毒性，为微生物提供稳定的生长环境[9-10]。
生物接触氧化池共8台，采用两级好氧工艺，4组独立运行，单组处理规模500 m3/d。生物接触氧化池曝气由罗茨风机供应，具体设计参数见表3。
表3好氧生化系统设计参数
2.1.2沉淀池
沉淀池总处理规模为2000 m3/d，单台处理规模500 m3/d,4座独立运行。沉淀池采用改良型竖流式结构，生化处理后的污水进入布有斜管填料的沉淀池，进行高效的泥水分离，具体设计参数见表3。沉淀池的污泥通过回流泵回流至好氧池，保证好氧池的污泥浓度维持在3000 mg/L。沉淀池的上清液进入一体化混凝沉淀设备，对污水进行深度处理。
2.2深度处理系统
生物除磷工艺对磷的去除率有一定的限制，如要确保总磷含量<0.3 mg/L，则应辅以化学除磷工艺[11-12]。污水深度处理采用一体化混凝沉淀系统，具有强化除磷的功能，该装置用在生物处理模块之后，通过混凝加药的方式强化除磷，可确保出水总磷≤0.3 mg/L。
一体化混凝沉淀系统优化了沉淀区的过水布水、集泥排泥等设计，通过增加斜板等方式为污染物沉降创造了更好的环境，高度集成了混合、絮凝和沉淀浓缩功能，结构紧凑高效，降低了设备成本并且节约用地[13]。一体化混凝沉淀系统包含混凝区、絮凝区、斜板沉淀区等，具体设计参数见表4。
表4一体化混凝沉淀系统设计参数
2.3污泥处理系统及附属构筑物
污水处理过程中产生的污泥排入污泥池中暂存，污泥池采用钢结构，总容积44 m3，污泥通过叠螺脱水机处理后，泥饼外运处置。污泥处理系统及附属构筑物设计参数见表5。
表5污泥池及附属构筑物设计参数
3、运行效果分析
本工程于2023年6月完工，2024年7月至2024年10月完成项目试运营。旁路处理工程完工后按月度对设备进出水水质进行定期监测。2023年7月至2024年3月，共进行了9次水质监测，结果如下。
3.1 COD的处理效果
2023年7月至2024年3月，COD进出水水质数据见图3。监测期间COD进水浓度为63.64 mg/L～124.20 mg/L，进水浓度波动较大，部分月份进水超过设计进水浓度；监测期间COD出水浓度为8.22 mg/L～26.70 mg/L，出水COD稳定达标，可见该工艺具有一定的抗冲击负荷能力。设备对COD的去除率为61.80%～93.10%，平均去除率为83.79%。
图3 COD去除效果图
3.2氨氮的处理效果
图4氨氮去除效果图
2023年7月至2024年3月，氨氮进出水水质数据见图4。监测期间氨氮进水浓度为7.51 mg/L～14.64 mg/L；监测期间氨氮出水浓度为1.10 mg/L～1.46 mg/L，出水氨氮浓度均能满足设计出水标准。设备对氨氮的去除率为81.76%～90.03%，氨氮的平均去除率为87.67%。
3.3总磷的处理效果
2023年7月至2024年3月，总磷进出水水质数据见图5。监测期间总磷进水浓度为0.53 mg/L～2.44 mg/L，部分月份进水超过设计进水浓度；监测期间总磷出水浓度为0.05 mg/L～0.27 mg/L，出水总磷稳定达标。设备对总磷的去除率为73.58%～96.00%，总磷的平均去除率为85.00%。
4、结论
针对用地受限的村镇合流制水体治理，控源截污后采用生物接触氧化+混凝沉淀组合工艺，在河道上构建钢框架结构平台布置旁路处理设备进行水处理，出水COD、氨氮、TP均值分别为13.46 mg/L、1.33 mg/L、0.17 mg/L，稳定达到准地表Ⅳ类水标准，且该工艺具有占地面积小、处理效率高、耐冲击负荷等优点，可为类似的村镇合流制水体治理提供借鉴。
图5总磷去除效果图
参考文献:
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文章来源:熊霞,吴昭东,汪向阳,等.生物接触氧化+混凝沉淀组合工艺处理合流制水体的研究[J].广东化工,2024,51(14):105-108.
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