自湖南省2008年开展城镇污水处理建设“三年行动”以来,据统计,有20多座2万m³/d以下规模的污水处理厂采用“折流淹没式生物膜法工艺”(又称微动力生物膜法、DEST等)。在湖南省相关部门组织的联合督查中,发现该工艺总体运行良好,大部分满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准要求,但也有一部分运行不正常,主要表现在TN、TP指标难以达标,有的甚至出现设施无法运行状态,没有起到减排的作用。

　　 随着对水环境要求的不断提高,国家及省有关单位也下达了要求进一步加强污染减排项目运行管理工作,对城镇污水处理厂的运行管理的总体目标提出了新的要求:“已建成的污水处理厂运行负荷率不得低于设计负荷的85%,出水水质应达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准”。这一要求迫使对已达或未达一级B标准的污水处理厂加快提标改造的速度,其中也包括众多的采用“折流淹没式生物膜法工艺”的污水处理厂。

　　 折流淹没式生物膜法工艺是一种以生物膜法为主、兼有活性污泥法的生物处理装置,在池中安置填料,污水中微生物的生存环境由气、液两相转变为气、液、固三相,为微生物创造了更丰富的生存形式,部分微生物附着在填料上,其余的悬浮在水中,以生物膜和活性污泥两种方式构成新的生态系统,且这一系统在纵横两个方向上互相关联。在纵向上微生物构成一个由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物与多个营养级组成的复杂生态系统;在横向上沿着水流到载体的方向,构成了一个悬浮好氧型、附着好氧型、附着兼氧型和附着厌氧型的多种不同活动能力、呼吸类型、营养类型的微生物系统^[1] ,原理见图1。

　　 折流淹没式生物膜法工艺原理主要包括了水解、厌氧、缺氧、好氧过程,从池体构造分析,有生物膜法的特点,但从整体及污染负荷分析是倒置的A²/O工艺,系统本身除能有效去除COD、BOD₅外,更主要是能适应对磷和氮的降解要求,应该说,该工艺较好地结合了活性污泥法及生物膜法工艺的特点,处理效果从系统分析应明显优于常规的处理工艺,但实际表现却差强人意。

　　 折流淹没式生物膜法工艺一般采用多组并联运行方式,配水不均、各组进水量及工作负荷不一,影响处理效果;另外,为了降低水头损失、提高配水的均匀性,配水渠设计流速往往低于0.3m/s,如未注意清理在配水渠沉降的泥砂,生物池进水管有可能被堵塞,严重影响各组进水及配水的均匀性。

　　 根据项目检查的情况,格栅捞渣效率低、沉砂池无除砂效果是许多此类项目的共性,因此,生物池池内进砂是难以避免的。另外,早期的折流淹没式生物池设计考虑6个月至1年用吸粪车抽吸池内填料上脱落的失去活性的污泥,大部分未考虑排泥措施,一些项目由于前端预处理能力不足或疏于管理,在运行1~2年后,未及时清泥,池内逐渐淤积,不仅池容减少,缩短生物池生化时间,也影响池内水流流态,造成池内水流短流,使其污水处理效率日益降低,并形成恶性循环,甚至导致整个系统失效。

　　 目前该工艺大部分混合液回流依靠设在每一组最后一级好氧池的潜水泵完成,其选用水泵扬程一般在5~8m,有的项目甚至达到10m。由于扬程偏大,实际运行中,采用压闸方式运行,以防电流偏大跳闸,其结果是混合液回流量无法达到100%,影响TN去除。

　　 该工艺大部分采用的是竖流式沉淀池,该池型正常状态下,泥水分离效果尚可,但如果中心筒安装不符合技术要求,如气提系统失效,污泥不能提升排出;沉淀池气提排泥间隔过长,污泥堵塞中心筒等,会造成大片污泥腐化而上浮。另外,如沉淀池倒锥体角度小于污泥滑落所要求的最小角度,或倒锥体表面粉刷不光滑,使一部分污泥沉积在倒锥体表面而不能自由滑落至中心筒工作范围,也会造成污泥腐化、影响出水水质。

　　 生物池内填料由聚丙烯等塑料制成,并由池内上下2层钢筋网固定。填料系统是在池体主体施工验收完毕后再施工的。由于池顶覆盖,填料系统施工质量难以监控,尤其是钢筋网的搭接及防腐、填料布局及悬挂等过程,但发生填料脱落、钢筋网锈蚀坍塌等情况易造成填料系统失稳,使生物池核心系统难以正常运行。

　　 系统管理问题主要是日常维护问题、污水管道改造问题。对于日常维护,重要的是好氧池溶解氧浓度控制是否满足生物系统运行要求。一些项目将溶解氧控制在4mg/L以上,有的甚至达到9mg/L以上,其结果是反硝化难以正常进行。关于污水管道服务范围及质量,尽管比以前有重大改善,但一些项目还有许多不尽如人意的地方,如污水管道破损,地下水、雨水渗入严重,影响进水水质浓度,严重的甚至使污水处理厂无法正常运行。

　　 提标改造的基本原则应充分考虑本工程的特点及污水处理厂设计及实际进、出水指标,采用改造难度低、处理效果稳定可靠、简便易行的成熟工艺,以便于施工、减小工程投资、降低运行成本为目的。下面将对应上述提及的问题逐一提出解决思路。

　　 如果生物池整体完好,尤其是填料系统无大的问题,如填料悬挂系统无坍塌、填料密度符合设计要求则按局部修复思路进行。局部修复思路细分如下几种:

　　 核实水头,设配水井或配水筒,采用堰配水方式确保各池进水均匀。另外各池进水采用管道,以解决渠道淤塞及臭味问题。

　　 对于格栅及沉砂池出现的问题,需认真对待。在核实水位标高的情况下,调整格栅尤其是细格栅棚隙、安装角度;调整沉砂池除砂装置,以解决格栅捞渣效率低、沉砂池无除砂效果的问题。

　　 为解决池内泥砂淤积问题,在各池顶合适位置开洞,插入4根开孔密度不一的DN80PVC-U管(开孔密度下部密,上部稀),并在池顶汇集为一根DN100PVC-U管,该管与总排泥管相连接,并接转子泵,排泥进入排泥池或储泥池。发挥转子泵可正转可反转的特点,需排泥时,先反冲将沉积的死污泥适当搅动,之后再正传吸泥排泥。可考虑1个池为1组,用阀门分隔进行手控或自控操作。该模式已在工程中运用,并获得明显效果。

　　 将各组好氧池混合回流液合并至池外新设的回流泵井,设轴流泵2台,扬程控制在2~3 m。轴流泵1用1备,回流量按100%设计,必要时,备用泵也可以投入使用。该模式已在工程中运用,获得明显效果。改造原理见图2。

　　 一般二沉池底部积泥的污泥数量越少,排泥时间间隔就越长,然而不能无限制的延长排泥间隔时间,还应以二沉池底部浓缩污泥不产生厌氧腐化或反硝化为度,若二沉池中污泥不及时排放可产生厌氧发酵产生二氧化碳、硫化氢和氨气等气体。在氧化池中已经达到氮素硝化的系统中,导致反硝化产生氮气,这些气体都会集结于污泥絮体中,使其密度降低而上浮随出水漂走,影响出水水质。因此判断气提排泥系统是否正常,先检查系统是否按设施运行要求排泥,考察排泥时间是否合理、排泥间隔是否过长,并按要求运行,之后观察其效果,按正常操作,一般沉淀池污泥上浮问题会解决。

　　 如气提排泥系统不能满足运行要求,则需要清池检查池内排泥筒空气提升管是否出现破损、脱落等状况。为了解决此问题,先对沉淀池排干对其进行检查,如果中心筒安装不符合技术要求、气提系统失效,或更换或对其进行修复,并采取加强措施,延长设备使用寿命。

　　 如气提排泥系统正常,但污泥上浮问题仍然存在,则要考虑池内污泥斗存在积泥而不能有效收集排除。如沉淀池泥斗坡度小于污泥滑落所要求的最小角度,或其表面粉刷不光滑,使一部分污泥沉积在倒锥体表面而不能自由滑落至中心筒工作范围,这也是造成污泥腐化、影响出水水质的原因。解决这些问题,对改善沉淀池浮泥有明显作用。

　　 整体修复主要解决系统性失效问题。系统性失效问题主要体现在2方面,一是整体淤塞;二是生物池内填料系统失稳、坍塌,这些均使构筑物失去基本处理功能。对于系统性失效问题,可按原设计恢复、完善系统,再按原模式运行的一种办法。基于此,可考虑清理池内污泥、清理生物池内坍塌的填料系统,将该生物池进行如下调整:

　　 (1)按设计恢复填料系统,严格按设施运行要求采购及施工。

　　 (2)将各组好氧池混合回流液合并至池外新设的回流泵井,由原设计的潜水混流泵改为潜水轴流泵,提高内回流效率,强化脱氮效果。

　　 (3)检查竖流式沉淀池效果,确保固液分离效果。

　　 (4)增加生物池排泥系统,定期排泥,防止池内污泥淤积。

　　 (5)检查在线仪表,确保曝气的准确性。

　　 如果生物池不仅整体淤塞、池内填料系统失稳、坍塌,同时池体结构体系有严重缺陷,如按修复思路改造估计难以获得预期效果。基于此,可考虑清理池内污泥、清理生物池内坍塌的填料系统,将该生物池改造为A²/O,具体思路如下:

　　 (1)调整流态,将原并联运行的生物池按串联运行考虑。

　　 (2)在确保构筑物结构安全的前提下,在相邻池隔墙底部开过水洞口。洞口位置及大小需考虑水量及池内流态满足工艺要求。

　　 (3)按脱氮除磷要求重新计算、划分缺氧、厌氧、好氧区,在每格缺氧、厌氧池内加设立式双曲面搅拌机,满足推流、搅拌要求。

　　 (4)在好氧池出水端增设内回流泵井,提升硝化液至生物池缺氧段,利用进水碳源优先进行反硝化脱氮。

　　 (5)好氧池曝气采用微孔曝气,此时需要核实鼓风机参数是否满足工艺要求。

　　 (6)竖流式沉淀池可以保留,但需要根据前述论述评估是否要进行改造。

　　 (7)考虑污泥回流及出水提标要求,将原污泥池分二部分进行改造,一部分作为污泥泵站,竖流式沉淀池污泥汽提至该泵站,污泥按工艺要求分别提升回流至缺氧及至污泥脱水间进行脱水处理;一部分考虑改造为纤维定盘滤池。

　　 (8)核算原消毒池水位及容积是否满足工艺要求。改造原理见图3。

　　 该系统处理效果有些难以满足设计要求,从调查的情况分析,大部分是基于对设施疏于管理和麻痹大意造成,如未对工程建设进行有效监管造成设施硬伤、不及时排泥造成池体淤积使其失去有效空间、好氧池出水端溶解氧浓度不加控制造成内回流液溶解氧过高使反硝化难以正常进行等。因此,是否按科学、规范的操作规程管理、运行是污水处理厂正常运行的关键。

　　 另外,污水管道建设及维护是否到位也是关键。对于已建污水管道首先要结合管道普查检查污水管道是否满足建设要求,尤其是地下水位高、靠近水体等区域位置是重点,检查部位主要是管道是否破损、接口密封是否符合要求、管道坡度及标高是否满足运行要求、截污措施是否有效等。对于不符合要求的污水管道应及时进行整改、修复,在提高污水收集率的同时,降低地下水、雨水渗入量,达到提高污水浓度、确保污水处理厂正常运行的目标。

　　 折流淹没式生物膜法工艺从整体及污染负荷分析是倒置的A²/O工艺,系统本身除能有效去除COD、BOD₅外,更主要是能适应对磷和氮的降解要求,采用该工艺的项目在运行中存在的问题可以进行系统性分析,并按问题难易及紧迫性逐一加以解决,并在事后的运行中加强管理,避免问题再次发生。