新型复合填料强化生活污水处理系统

王乐阳

（1.江苏龙腾工程设计股份有限公司，南京 210014；2.江苏省雨污水资源化利用工程技术研究中心，南京 210014；3.南京市生态河道工程技术研究中心，南京 210014）

本研究针对村镇生活污水，采用新型复合填料强化生活污水处理系统，通过固定化菌藻填料强化脱氮技术、铝污泥复合填料高效除磷技术、缓释碳源填料强化反硝化技术、斜板增强型高精度膜生物反应器（MBR）膜过滤技术、低能耗静音式中水回用反冲洗技术和高效节能深层曝气装置技术等六大核心技术的应用，进一步提升污水净化效率，延长设备装置使用寿命，实现水质净化和中水回用的目标，为农村生活污水的有效净化提供技术支撑。

1 工艺流程

新型复合填料强化生活污水处理系统包括水质水量调节池、固定填料缺氧槽、生物接触氧化槽、好氧MBR 槽、中水回用池、消毒池以及依次连通的污水管路，生物接触氧化槽和好氧MBR 槽内部设有曝气装置，固定填料缺氧槽和生物接触氧化槽内部装填固定化菌藻填料、铝污泥复合填料和高效缓释碳源填料（见图1）。工艺中，对系统进水进行调节，以防止后续设备装置的堵塞，调节后的进水进入主体反应槽，有效脱氮除磷后经过MBR 膜过滤，最终达到净化水质、中水回用的目的。

图1 新型复合填料强化生活污水处理系统工艺流程

2 核心技术

2.1 固定化菌藻填料强化脱氮技术

与传统的悬浮生物处理法相比，固定化处理工艺具有处理效率高、稳定性强、能纯化和保持高效菌株、生物浓度高、污泥产量少和固液分离效果好等优点。该技术提供的一种固定化菌藻填料，选用自然界中常见且易于获得的蛋白核小球藻、微绿球藻作为藻粉，污水处理厂二沉池的活性污泥作为菌种，海藻酸钠（SA）作为固定化菌藻载体，通过添加少量二氧化硅后制备[1]。该固定化菌藻填料具有高分子材料外壳和内部多孔结构，孔隙率达38.5%—42.3%，细菌浓度高达3.52×104cfu/mm3，生物膜的成长时间缩短20%—30%，脱氮效率提高20%以上，填料更换周期延长2 倍以上，体系耐负荷冲击及抗抑制性大为增强，在解决设备装置易堵塞问题的同时也降低了运行成本。通过限制菌藻填料在填料盒内生长，避免了常规活性污泥法中活性污泥随意悬浮的问题，有效降低了后续MBR 膜组件的工作压力，在提高污水处理工作效率的同时也延长了MBR 膜组件的使用寿命。

2.2 铝污泥复合填料高效除磷技术

铝污泥来源于给水处理，原水中的污染物质主要包括浊度、色度、腐殖质等，没有有毒物质，而且铝污泥简单易得，铝离子含量高、量大，可免费使用，是一种较为理想的填料前驱体。该技术以铝污泥为原料，与一定重量的沸石或钢渣混合，经一系列工艺制成铝污泥-沸石、铝污泥-钢渣和铝污泥-沸石-钢渣三种复合填料。铝污泥复合填料具有很好的物化性质（见下表），其体积密度、孔隙率和比表面积等均优于市场普通填料，而且比表面积较高，可提供足够的表面积供微生物形成生物膜附着，具有较好的磷吸附性能、更长的使用寿命、可以缓解设备装置堵塞的特点。

铝污泥复合填料物化特性

2.3 缓释碳源填料强化反硝化技术

生活污水尤其是农村生活污水的碳氮（C/N）比较低，采用的深度脱氮工艺往往需外加碳源[2]，液体碳源虽然较为高效，但会增加处理成本，而且还会造成二次污染。而固体碳源选用的是天然纤维类物质，如秸秆、玉米芯等，绿色环保无污染，具有较高的经济性。为使固体碳源更加适用于生活污水处理，该技术将天然玉米芯改性并与大孔物质、结合材料（如牡蛎壳粉）等进行复合，制成缓释碳源填料，其比表面积为26.8—33.5m2/g、孔隙率为41.2%—45.3%、体积密度为1.12—1.33g/cm3，均优于传统填料，形状更加规则，具有较好的空间结构与稳定性，而且填料具有缓释碳源功能，将其应用于生活污水处理，可有效提高设备装置的脱氮效率。

2.4 斜板增强型高精度MBR 膜过滤技术

MBR 以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度（可提升至8000—10 000mg/L），通过提高生物处理有机负荷减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量（污泥龄可延长至30d 以上）。该技术采用的MBR 膜强度高、通量大、过滤精度稳定，在好氧MBR 槽底部增设斜板沉淀装置，可以减缓生物接触氧化槽流出的污水的流速，并且污水中的污泥由于重力作用会沿着斜板沉淀装置滑落至好氧MBR 槽底部，从而大量减少进入MBR 膜组件的污泥量,同时斜板沉淀装置能够絮凝沉淀活性污泥，可进一步减少对MBR 膜组件的堵塞，提高污水处理的工作效率和MBR 膜组件的使用寿命。

2.5 低能耗静音式中水回用反冲洗技术

反冲洗能减少膜结垢，可优化水力操作条件，使膜组件恢复优良过滤性能，提高净化效率。该技术利用反冲洗装置和管路将中水回用池中蓄存的水加压，由于固定化菌藻填料强化脱氮技术和斜板增强型高精度MBR 膜过滤技术使整个系统污泥量骤减，只需要以较低的反冲洗强度对好氧MBR 槽中膜组件进行冲洗，即可减少水流对膜的冲击，大幅延长MBR 膜组件的使用寿命。系统中的设备装置均采用隔声消音技术，如在吸水泵、循环泵和污泥泵底座设置橡皮垫吸收振动，在曝气装置排风口处设置消声器降低声源噪声，整个系统的设备装置外部设置隔声罩，大幅减弱噪声强度，减少噪声对周围居民或者环境的影响。

2.6 高效节能深层曝气装置技术

好氧生物处理是污水处理的中心环节，曝气设备是好氧生物处理的核心组件。曝气不仅可以提供好氧微生物所需的溶解氧，还可以搅动水体，增加微生物与悬浮物的接触面积，提高污染物的去除率。同时，曝气是污水处理的主要耗能环节，能耗大、维护费用高是目前曝气系统的主要问题。该技术采用微孔曝气技术，通气量大、充氧能力强，节约能耗，与粗孔曝气器相比氧利用率提高50%，能耗降低28%左右。根据双膜理论，在一定水深下，曝气量增大，单位时间内转移到水中的溶解氧量增加，充氧能力增强，但曝气量增加会导致气泡在水中的停留时间减少，因此在相同水深的条件下，氧的利用率会减小。该技术优化水利条件，选择最佳水深，使曝气装置运行时处于高效节能状态。

3 应用效果

在南京市江宁区“美丽乡村建设”项目中，将新型复合填料强化生活污水处理系统应用于农村生活污水处理（见图2），稳定运行两个月后，氮去除率达82%、磷去除率达90%以上，固定填料缺氧槽、生物接触氧化槽中的填料维护周期延长两倍以上，出水可达准Ⅳ类水质标准。

图2 新型复合填料强化生活污水处理系统在农村生活污水处理中的应用

4 结语

采用新型复合填料强化生活污水处理系统处理生活污水，通过固定化菌藻填料强化脱氮技术、铝污泥复合填料高效除磷技术、缓释碳源填料强化反硝化技术、斜板增强型高精度MBR 膜过滤技术、低能耗静音式中水回用反冲洗技术和高效节能深层曝气装置技术等六大技术的应用，大大提升了污水净化效率，出水水质可达准Ⅳ类水质标准，同时延长了设备装置使用寿命，实现水质净化和中水回用的双重目标，为农村生活污水的有效净化提供有力的技术支撑。