城镇小区生活污水回用处理技术与工艺综述

赵 娜

（沈阳市给排水勘察设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110021）

目前，我国城市年缺水量高达58.4 亿m3，如果全国废水回用率达到10%，就可提41.4 亿m3的供水量，解决城市缺水量的70.9%。而污水再生成本是海水淡化的1/3-1/5，优先回用污水在经济和技术两方面都是可行的[1-2]。由此可见污水的再生利用是有效缓解大批城市缺水问题的重要措施，而小区生活污水回用是污水再生利用的重要组成部分。

小区是具有一种或多种功能的相对独立的区域，通常意义上指的是居民生活住宅。随着城镇化进程的加快，城乡结合部附近的经济技术开发区不断出现，由于没有或短期内无法完善市政排水管网，大部分小区的污水就近排入地面水体，导致地面水体水质恶化，污染了周围环境。因此，在小区建立中水回用系统，既能防治污染，又能解决城市缺水问题。小区生活杂用水的用途包括冲厕、绿化浇灌、水景、空调补水、洗车、地面冲洗等[2]。这些生活杂用水对水质并无过高要求，这就为小区中水的回用提供了可能。小区污水具有数量较大、就近可得、易于收集、处理技术也相对比较成熟等特点，城镇小区生活污水回用可减少市政供水管网的压力，同时也缓解了市政排水管网和污水处理设施的压力，作为小区生活杂用水的第二水源它要比长距离引水更加经济实用[3-4]

1 UCT-HMBR复合式膜生物工艺

复合式膜生物反应器（UCT-Hybrid Membrane Reactor，UCT-HMBR），是将UCT工艺与生物膜以及膜过滤技术相结合，从工艺和生物生长方式两个方面对传统膜生物反应器（Membrane Bioreactor，简称MBR）做了改进。

一方面，针对目前生物法一般很难达到除磷标准的问题，采用了公认的脱氮除磷效果较好的UCT工艺，该工艺具有流程短、效果好、稳定性强的优点。UCT工艺与MBR系统相结合提高了系统的脱氮除磷能力，对溶解性有机物、氨氮、总氮和磷的去除主要依靠UCT活性污泥系统，当活性污泥系统去除COD效果不佳的时候，MBR系统对出水起到了保证作用，去除浊度则主要靠膜的截留作用[1]。

另一方面，在好氧区投加填料构成复合式反应器，既减轻了膜污染，又进一步提高了系统对污染物的去除效果和抗冲击负荷能力。HMBR内生物膜和悬浮污泥共同生长，生物群落结构多样化，生物食物链长，有效改善了污泥性状，提高其处理能力和抗冲击负荷能力。MBR的污泥停留时间较长，而小区生活污水的有机污染物含量较少，容易引起污泥膨胀，投加填料使部分微生物附着生长，改善了传统 MBR系统内污泥絮体松散的性状，降低了系统悬浮活性污泥的浓度，克服了传统活性污泥MBR系统易膨胀、易发生膜污染等缺点。因生物载体的介入而形成的生物膜具有多层结构，从外至内因氧传递阻力的增加而形成氧浓度梯度，进而构成了外层以好氧为主，内层以缺氧或厌氧为主的微环境，有利于提高系统的生物脱氮除磷能力[2]。

2 SBR反硝化除磷脱氮工艺

近年来但随着科学技术的发展，计算机和自动控制技术的深入，使SBR在城市污水、工业废水中的应用越来越广泛，目前SBR脱氮除磷工艺已经成为各国竞相开展的热门工艺。

吕娟[3]采用厌氧（1.5 h）、好氧（1 h）、缺氧（1 h）、好氧（20 min）、缺氧（1 h）、好氧（20 min）多级交替的序批式反应器，通过对曝气时间、交替次数的调整对脱氮除磷效果进行研究，即(AO)3SBR。研究结果表明该系统无论是对人工配水还是生活污水的脱氮除磷效果都很理想，COD、TN、TP去除率可分别达到88%、89%、99%和85%、75%、99.5%。

王罗春[4]以人工配水为研究对象，采用厌氧 1.5 h、好氧1 h、缺氧3 h、好氧0.5 h交替运行的SBR序批式反应器，在DO=2.5 mg/L，SRT=15 d下，获得了理想的脱氮除磷效果，人工配水中COD、TN、TN去除率分别为90.46%、96.26%、99. 87%。

黄荣新[5]研究表明，当NO2--N浓度大于30 mg/L时，对生物反硝化除磷存在严重抑制影响，而NO2--N浓度低于25 mg/L时，NO2--N不仅可以作为良好的电子受体，而且随着NO2--N浓度的升高，在缺氧段的最大吸磷速率也逐步升高。吕娟[3]将NO2--N浓度分别控制在5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L，对缺氧状态下磷的去除效果进行研究。试验结果表明，随着 NO2--N含量的增加，吸磷速率明显下降，但当NO2--N浓度在20 mg/L时，反硝化2 h仍可去除近5 mg/L的磷，这表明，当NO2--N浓度在20 mg/L时，并未对吸磷作用完全抑制。张超[6]使用人工配水，在SBR系统内以厌氧/好氧/缺氧的运行方式，控制 SRT=15 d，MLSS=3 200 mg/L，DO=2.5 mg/L，氮、磷去除效果最佳，TN、TP、COD去除率分别为96.26%、99.87%、90.46%。吴昌[7]采用A2/O工艺，对反硝化除磷的影响因素进行研究，研究表明C/N比越低，缺氧吸磷占总磷比例越大，但C/N比太低会导致这个系统TN的去除率偏低。当C/N比低于4时，反硝化除磷的比例高达60%以上，但TN的去除率仅62%。

唐艳葵[8]采用厌氧/好氧/缺氧的运行方式，在SBR中对以反硝化聚磷菌含量可高达为优势菌的活性污泥进行颗粒化，试验结果表明，当以厌氧/缺氧方式运行时系统具有良好的反硝化除磷性能，缺氧结束时除磷率＞96%，外加NO3--N对反硝化吸磷速率有一定的影响，而且与经富集培养的反硝化聚磷污泥相比，颗粒污泥的去除效果更高，也较为稳定。

3 BAF曝气生物滤池工艺

曝气生物滤池（Biological Aeratel Filter，BAF）又叫淹没式曝气生物滤池，由法国CGE公司开发，国外从20世纪初开始进行该工艺的研究，于80年代末基本成型。90年代以来有关曝气生物滤池的技术方法和工艺流程不断进行改进和完善，应用范围也不断扩大，不仅用于污水的二级处理，也被用于污水中的除磷和硝化反硝化，甚至用于微污染水的预处理。曝气生物滤池的类型和操作方式有多种，各具特点，但其基本原理是一致的。也可以通过硝化和反硝化除氮。其工作原理主要是过滤、吸附和生物代谢。该工艺将污水生物处理过程和悬浮物去除过程结合在一起，可同时起到普通曝气池、二沉池和砂滤池的作用[9]。

4 SBBR序批式生物膜工艺

序批式生物膜反应器（Sequencing batch biofilm reactor，SBBR），是在SBR反应器内投加载体，使部分微生物附着在载体上，呈附着态和悬浮态生长，同时两种类型的微生物达到动态平衡，吸附在填料上的生物膜能保证世代时间较长的硝化菌生存，利于硝化过程的正常进行，同时生物膜载体从表面到内部存在溶解氧浓度梯度现象，有利于生物自养脱氮的实现。既提高了系统内微生物的浓度，又增强了系统的抗冲击负荷能力[10]。

在反硝化反应进行时，反硝化细菌可利用的碳源可分为三类：①外加碳源，当废水中 BOD5：TN＜（3～5）∶1时需投加；②废水本身的有机碳源，当废水中BOD5：TN＞（3～5）∶1时，不用额外投加碳源就能达到脱氮目的；③内碳源，活性污泥和吸附在载体上的生物膜中的微生物死亡自溶后释放出来的有机碳，也可以作为反硝化反应的碳源，即贮存性反硝化反应。孙永利[11]在城镇污水处理厂外加碳源的选择研究试验中，分别以乙酸钠、葡萄糖和白砂糖作为外加碳源，考察了其对生物处理系统反硝化脱氮效果的强化作用。结果表明，以乙酸钠为碳源时的反硝化速率约为以葡萄糖和白砂糖为碳源时的2倍，而在同等COD投加当量下的有效作用时间约为葡萄糖和白砂糖的一半。王洪贞[12]针对城镇污水处理中碳源不足影响系统脱氮能力的问题，分别以乙酸钠、葡萄糖、甲醇作为外加碳源，考察各碳源对活性污泥脱氮能力的影响。研究结果表明，在乙酸钠投加量分别为 50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L的条件下，NO3--N去除率分别为 68.8%、85.8%、100%；在葡萄糖投加量 50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L的条件下NO3--N去除率分别为47.3%、64.3%、76.2%。因此，乙酸钠可以作为高效外源性碳源用作城镇污水脱氮除磷。

5 ANAMMOX厌氧氨氧化工艺

厌氧氨氧化（Anaerobic Ammonium Oxidation，ANAMMOX），工艺是迄今为止已知的最具革命性的生物脱氮新工艺。指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌以无机碳源为营养基质，分别以NH4+-N和NO2--N为电子供体和电子受体进行生化反应，生成 N2和少量从而实现对污水中氮素的脱除[13]。

郑平[14]研究得到，在不添加有机物条件下，TN容积负荷为 0.29～0.72 kg·m-3·d-1，去除率分别为86.0%～99.7%和88.7%～99.3%。添加有机物（酵母膏100 mg·L-1）后，当TN容积负荷低于0.43 g·m-3·d-11时，有机物对ANAMMOX反应的影响较小，NH4+-N和NO2--N去除率均保持在94%以上；但当TN容积负荷达到0.72 g·m-3·d-1时，有机物对ANAMMOX反应产生严重影响，NH4+-N和NO2--N去除率均低于75%。停止添加有机物并降低TN容积负荷，可在短期内有效消除有机物的抑制作用。

李祥[15]通过研究HCO3-浓度对ANAMMOX工艺脱氮效果的影响得出，当进水HCO3-/NH4+-N为0.21时，反应器出水pH值将大幅度提高，严重抑制了厌氧氨氧化菌的活性，氮去除速率大幅度下降。但当其比值为1.13时，系统内pH值可以下降到厌氧氨氧化菌生长所需要的范围，氮去除速率开始逐步增加。HCO3-对于ANAMMOX系统的脱氮效能和维持系统内 pH值具有重要影响。李捷[16]证明了适当增加进水中无机碳源的浓度，可以有效刺激厌氧氨氧化菌增殖，有利于ANAMMOX反应的正常进行，但当其超过一定浓度时反应速率将会急剧下降。

杨洋[17]研究得到，ANAMMOX反应应尽量在较高温度（30～35 ℃）条件下进行，当温度高于40 ℃或低于 30 ℃时，其活性明显下降。同时发现在20～30 ℃之间时，ANAMMOX反应速率与温度有一定的的关系，并且这种关系可以用修正的Arrhenius方程来描述。李冬[18]认为较高的 NH4+-N浓度（约500 mg·L-1）对于长期培养的厌氧氨氧化菌并无明显的抑制作用。由于 NO2--N本身就是生物毒性物质，过高浓度的 NO2--N会引起生物抑制效应，对厌氧氨氧化菌产生较强的毒害作用，干扰其正常代谢性能，使其活性降低且很难恢复。

6 展望

生活污水的再生利用，一方面能够为城市供水开辟第二水源，是解决水资源短缺的重要举措；另一方面可以在一定程度上解决污水对水源的污染问题，从而起到保护水源的作用。UCT-HMBR、BAF、反硝化除磷脱氮工艺、SBBR、ANAMMOX等生物脱氮除磷工艺用于小区污水回用方面具有较大的优势，特别适合我国水处理事业所面临的现状。

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