由于原排污泵站雨污混流，加上污水截排系統仍不完善，降低了水環境自凈能力，進一步加劇了河流水污染程度。為了改善河道水環境，滿足天津市中心城區河道水質排放標準，從源頭解決入河污染問題，在入河排放口處設置臨時污水處理裝置，要求對直排污水經應急裝置處理達標后才能排放。非汛期主要處理生活污水和滲入的地下水，汛期主要處理雨水，尤其是初期雨水，以便削減對河道的污染。該臨時廢水處理工程位于海河南雨水泵站附近的空地上，設計處理水量為 500 m3 / d，總投資為 234 萬元，主要采用速分生化技術，出水水質執行天津市《城鎮污水處理廠污染物排放標準》( DB 12 /599— 2015) A 標準。
針對生活污水的水質特點，本工程選擇了速分生化處理技術。與傳統污水處理方法相比，其最大的優勢在于將生物處理與固液分離結合在一起，使用速分球填料，在分離固液兩相的同時，還為微生物提供生長環境，將污水中的有機污染物降解，此工藝具有流程簡單、啟動快、處理效果好、出水水質穩定、操作管理方便、污泥產量少、占地面積少等優點，近來已逐漸為業內所重視并得以推廣應用[1 - 2]。
1 速分生化技術
速分生化技術就是將流體力學中流離原理與生物接觸氧化機理相結合并應用到污水處理領域的一種新型生物膜法處理技術，采用速分球作生物膜載體，通過流離聚集和多相生物反應，完成固液分離、污水凈化和污泥消解的目的[3]。速分生化法采用具有特殊結構的速分生化球作為生物膜載體，池內固定排列著一定數量的速分球，通過生物接觸氧化和微生物食物鏈的分級捕食 將池內的有機物及含氮污染物去除[4]。
速分生化處理技術的核心是“速分生化球”，圖1 為常見速分生化球結構示意圖。主要采用特殊陶土、植物纖維及加入紫砂泥材料通過高溫燒結而成的多孔徑生物速分球，再通過外部加裝 PP 多面空心球體，最后在球體內加入配重礫石，使速分球體密度接近于水，懸浮于水體中。速分球直徑一般為 10 ～ 12 cm，孔隙率約為 0. 6。速分球填充在速分生化池內，作為微生物生長的載體和形成微環境的動因，它直接影響生物膜的生長、繁殖和脫落，影響厭氧、缺氧、好氧等生物環境的分布與變化，影響固液分離的效果。速分生化法在實際運行中基本不排泥或少量排泥，故其污泥齡( SRT) 較長，為了確保出水氮、磷達標，采用強化生物脫氮模式確保出水 TN 達標，并通過生物除磷方式去除一部分磷，剩余部分輔以化學沉淀方式去除[5]。目前，強化脫氮速分生化池主要有兩種型式: 第一種按活性污泥法脫氮工藝設置速分池，即反應池按水流方向設缺氧區和好氧區 2 個單元，并設置一套混合液回流系統; 第二種為合理布置曝氣系統，調整曝氣量，使生化池按水流方向形成厭氧、缺氧、好氧單元，以獲得理想的生物脫氮效果[6]。
2 水量與水質
污水自原泵池中經提升泵送入污水處理系統進行處理，經過現場取樣分析，確定設計進水水質見表1，最終出水水質需滿足天津市《城鎮污水處理廠污染物排放標準》( DB 12 /599—2015) A 標準。
3 工藝設計及設備
3. 1 工藝流程
根據進水水質可知，BOD5 / COD 約 0. 4，屬可生化污水，又因為排放水 TN 和 TP 要求比較高，所以除了考慮有機物降解以外，還要考慮脫氮及除磷。通過考察雨水泵站周圍的實際情況，從投資、運行費用、管理技術、處理效果等方面進行分析，最終確定了如圖 2 所示的污水處理工藝流程。
該工藝流程簡單，操作管理方便，基本上可實現無專人管理，運行過程中可不排泥或少量排泥，出水水質穩定。根據進水水量和水質特點，在污水處理前設置一套人工格柵，用以去除大顆粒的懸浮物和漂浮物。污水重力流入預曝氣調節池，為后續生化處理提供保證。經調節池均衡水質的污水由一級提升泵提升后以推流形式進入后續速分生化池。速分球以一定的方式排列在池內，池內布設曝氣系統，一方面通過外置的曝氣機進行污水擾動，避免沉淀物淤積，另一方面進行曝氣充氧以維持微生物代謝活動的需要。速分生化池出水進入折流式消毒池，向池內投加一定量的次氯酸鈉，殺死有害病菌，再通過多介質過濾器和石英砂過濾池進一步去除懸浮物、膠體、細小顆粒等雜質，保證出水達標排放或回用。本工藝運行過程中，速分生化池內剩余污泥直接排入污泥濃縮池，再由污泥泵定期輸送到脫水機脫水，泥餅外運由有資質單位進行資源化處理。
3. 2 主要構筑物及設備參數
① 人工格柵。由不銹鋼柵條組成的框式結構，尺寸為 0. 8 m × 0. 8 m × 1 m。運行時污水進入細柵框，柵條直徑為 6 mm，柵隙為 3 mm，粒徑 > 3mm 的雜質被截留在格柵框內。細格柵約 7 ～ 15 d清理一次，通過提升鏈條提升，格柵沿導桿上滑，柵渣定期外運。該裝置安裝在調節池內，用于清除污水中大顆粒的懸浮物及漂浮物，以防止后續管道及水泵堵塞，同時有利于保護膜組件。
② 調節池。內部凈尺寸為 8 m × 5 m × 5 m，有效容積為 180 m3 ，有效水深為 4. 5 m，水力停留時間為 8 h。調節池內設 2 臺潛污泵( 1 用 1 備) ，單臺流量為 21 m3 / h，揚程為 100 kPa，電機功率為 0. 75kW，2 臺水泵 12 h 自動切換工作，故障時聲光報警，備用泵自動投入運行。池內設穿孔管進行少量曝氣，空氣攪拌強度為 1 m3 / ( m2 ·h) ，曝氣管面積為 40 m2 。本單元用于經格柵處理后污水的收集，起調節水量及均化水質作用，以保證進入后續系統的水量及水質的均勻性。
③ 速分生化池。速分生化池是本工藝的核心，采用分段式結構，分格設置，每格間設過渡水池，用于水流的再分配及運行多年后污泥的收集。收集的污泥基本上是無機污泥，可臨時提升排至污泥池。生化池包括進水區、反應區和出水區，尺寸分別為 13. 5 m × 3 m × 3 m( 4 箱) 和 11 m × 3 m × 3 m( 1箱) ，有效容積為 328 m3 。池底鋪設環形穿孔管進行曝氣充氧，曝氣管面積為 121. 5 m2 ，主管流速為 8 ～ 12 m / s，支管流速為 4 ～ 6 m / s。為了提高布水的均勻性，在池子進出口設置配水墻多孔配水。填料為速分生化球( 110 mm) ，骨架材質 PP，球內填充 30 ～ 50 mm 陶料濾料，總共 720 m3 ，空隙率為90% ，填料高度為 2. 7 m。為確保速分生化池出水磷能穩定達標，在此池內設置除磷裝置( 間歇運行) ，根據設計流量，配套除磷劑加藥裝置，材質為PE，有效容積為 0. 5 m3 ，選用 2 臺計量泵，流量為 0 ～ 15 L / h，揚程為 1 MPa，功率為 28 W。速分球通常分層平鋪于反應區內，這有利于減小填料的水平角度，使配水更均勻，促進微生物和污染物充分接觸，有利于有機物去除。速分生化法通常不需單獨另設二沉池和污泥回流設施，也不需反沖洗設施，在污水生物處理的整個過程中，如進水、曝氣、生物凈化、污泥穩定消化、固液分離和出水全部都集中在速分生化池一個單元中完成。
④ 生化風機。為調節池和速分生化池提供氧氣，以供池內微生物生長。設置 3 臺生化風機，2 用1 備，風量為 5. 25 m3 / min，轉速為 420 r / min，風壓為 0. 03 MPa，功率為 7. 5 W，風機 24 h 連續運行，與調節池液位聯鎖運行，低液位風機停止工作，中液位風機啟動工作，保證生化處理裝置正常進行。同時配消聲器及止回閥，有效降低振動和噪聲。
⑤ 二沉池。1 座，尺寸為 6 m × 3 m × 3 m，有效水深為 2. 6 m，水力停留時間為 2 h，其主要作用是實現泥水分離。
⑥ 消毒池。采用折流式混合反應，尺寸為1. 5 m × 3 m × 3 m，有效水深為 2. 5 m。采用次氯酸鈉消毒，水力停留時間為0. 5 h。配套次氯酸鈉加藥裝置，有效容積為 0. 1 m3 ，選用 2 臺計量泵，流量為 0 ～ 25 L / h，揚程為 1 MPa，功率為 60 W。
⑦ 中間泵。潛水泵 2 臺( 1 用 1 備) ，單臺流量為 21 m3 / h，揚程為 220 kPa，電機功率為 4 kW。
⑧ 多介質過濾。采用立式圓形容器設備，1臺，規格為 1. 8 m × 3. 95 m，流速為 8 ～ 10 m / h，處理水量為 20 ～ 25 m3 / h，試驗壓力為 0. 75 MPa。濾層由上而下排列分別為: 無煙煤 d = 0. 8 ～ 1. 8 mm，H = 0. 4 m; 石英砂濾料 d = 0. 5 ～ 1. 2 mm，H = 0. 8m; 礫石層 d = 1. 0 ～ 2. 0 mm、H = 0. 2 m，d = 2. 0 ～ 4. 0 mm、H = 0. 15 m，d = 4. 0 ～ 8. 0 mm、H = 0. 1 m， d = 8. 0 ～ 16. 0 mm、H = 0. 15 m，d = 16 ～ 32 mm、H =0. 25 m。同時采用水及氣進行反洗，水反洗強度為12 L / ( m2 ·s) ，反洗水為反滲透濃水，水反洗流量為 164 m3 / h，水反洗時間為 5 ～ 6 min; 氣反洗強度為 20 L / ( m2 ·s) ，氣反洗量為 4. 56 m3 / min，反洗膨脹高度為 0. 6 m。污水經過多種過濾介質處理后，濁度較高的水在一定的壓力下通過一定厚度的粒狀或非粒材料，從而有效地去除懸浮雜質并使水澄清。
⑨ 活性炭過濾。采用立式圓形容器設備，1臺，規格為 1. 8 m × 4. 35 m，流速為 8 ～ 10 m / h，處理水量為 20 ～ 25 m3 / h，試驗壓力為 0. 75 MPa。濾層由上而下排列分別為: 活性炭濾料 d = 0. 8 ～ 1. 5mm，H = 1. 5 m; 礫石層 d = 1. 0 ～ 2. 0 mm、H = 0. 2 m，d = 2. 0 ～ 4. 0 mm、H = 0. 15 m，d = 4. 0 ～ 8. 0 mm、 H = 0. 1 m，d = 8. 0 ～ 16. 0 mm、H = 0. 15 m，d = 16 ～ 32 mm、H = 0. 25 m。反沖洗技術參數同⑧。過濾時 由于其多孔性可吸附各種微細物質，常用于脫色，脫臭，去除有機物、細菌、病毒等，也常用于廢水的三級處理。
⑩ 污泥池。1 座，尺寸為 3. 5 m × 3 m × 3 m，有效水深為 2. 7 m，設臨時排泥泵 1 臺，流量為 5 m3 / h，揚程為 70 kPa，電機功率為 0. 55 kW。當系統出水SS > 20 mg / L 時，用于配水池污泥的臨時排放，約在 2 年后每年提升 2 次污泥。同時配備疊螺式污泥脫水機 1 臺，處理量為 3 ～ 300 kgDS / h，沖洗水量為 24 ～ 216 L / h，污泥脫水后含水率為 80% 。
4 工程調試、運行效果和達標情況
4. 1 工程調試
① 培養階段。啟動進水泵，充滿污水后投加接種污泥于速分生化池內，控制 MLSS 在 7 500 ～9 500 mg / L。開啟鼓風機，從底部曝氣，控制 DO 在2 ～ 4 mg / L，對速分生化池內的填料連續曝氣培養，其間逐步提高微生物營養物質的投加量。
② 馴化階段。采用低負荷間歇性的方式，通過進水泵向池內適當進水和接種污泥，每隔 6 h 排出池內污水并補充新的污水和營養物質，經過連續 10 d 的曝氣培養后，發現填料表面已經附著了一層橙黃色的生物膜，形成了生物膜和生物污泥的混合體。經過監測各項水質指標和鏡檢填料表面的生物膜，發現進口處以菌膠團、絲狀菌為主，呈厭氧狀態;接著出現草履蟲、鞭毛蟲等原生動物，呈厭氧、好氧狀態; 出口處有鐘蟲、太陽蟲、輪蟲、線蟲等后生動物，呈好氧狀態，表明生物膜基本適應污水水質。此時，應停止接種污泥，逐步提高污水加入量，初始流量控制在設計正常流量的 10% ～ 20% ，根據出水水質檢測污染物去除率，逐步提升至設計水量的 30% ～ 40% ，直到滿負荷連續進水[7]。
③ 正常運行。污水從速分生化池進口處流入，污水中的有機物和懸浮物聚集到球體內部，球內外反復交替進行好氧、厭氧和兼氧作用，有機污染物、N、P 等作為營養物質，被微生物所吸附和分解，最后使污水處理達到較好的效果，實現無污泥排放[8]。
4. 2 運行效果和達標情況
臨時污水處理工程經過幾個月穩定運行測試，處理效果穩定，出水水質良好，并對進、出水水質各項指標進行監測，運行效果( 平均值) 如表 2 所示。
由表 2 可以看出，采用預處理、生物處理( 速分生化池) 及深度處理組合工藝處理城鎮綜合污水，對各污染物指標都具有較高的去除率，出水水質達到了天津市《城鎮污水處理廠污染物排放標準》 ( DB 12 /599—2015) A 標準。
5 結論
采用速分生化工藝可以有效處理城鎮生活污水，獲得較好的去除效果，對 COD、BOD 、NH +- N、TN、TP、SS 平均去除率分別為 81. 5% 、94. 2% 、96. 9% 、79. 4% 、86. 3% 以及 98. 6% ，平均出水濃度分別為 22. 8、4. 3、0. 8、6. 9、0. 26、3. 2 mg / L，達到了天津市《城鎮污水處理廠污染物排放標準》( DB 12 / 599—2015) A 標準。速分生化法作為一種新型高效生物膜處理技術，工藝流程簡單，處理效果穩定，出水水質良好，運行操作簡單，占地面積小，運行費用低，是一種很有發展前途的工藝，適合于城鎮生活污水的集中處理。（來源：天津科技大學 海洋與環境學院）
