水污染治理

【专家解说】：常用污水生物处理工艺主要有A/O系列、氧化沟系列、SBR系列等工艺。 1、典型A/O生物处理工艺 A/O法系Anoxic/Oxic（兼氧/好氧）工艺的简写。A/O工艺是为污水生物脱氮除磷而开发的污水处理技术。根据生化反应原理，生物脱氮必须经过硝化（好氧反应），把NH3-N氧化成硝酸盐；再经过反硝化（厌氧反应）把硝酸盐还原成氮气，氮气溶解度很低，逸入大气，污水得以净化。由于反硝化细菌是异养性兼性细菌，要有充足的碳源有机物才能进行生命活动，完成反硝化过程。而经过硝化反应后，水中残留的有机物已经很低，不能满足反硝化的需要，因此传统的生物脱氮除磷工艺在厌氧工艺段前投加甲醇，以补充有机碳源。典型A/O工艺是把兼氧工艺段提前到好氧工艺段之前，利用原水中的有机物作为有机碳源，故称为前置反硝化流程。再通过混合液回流把硝酸盐带入兼氧工艺段；要取得满意的脱氮率，必须保证足够大的混合液流比，一般回流比300～400%，脱氮效率在80%以上。 A/O工艺的优点： （1）处理效果好且稳定，不但能去除含碳有机污染物，还能在好氧区完成较彻底的硝化，在缺氧区内完成较彻底的反硝化，具有较高的生物脱氮功能。 （2）A/O生物池内循环的混合液量是进水时流量的3-4倍，因此有较大的稀释均化能力，较能承受水质水量的冲击负荷。 （3）由于生物污泥污泥龄长，污泥负荷低，合成污泥在A/O池内趋于好氧稳定，污泥产量少，可暂不建污泥消化系统。 （4）采用氧转移率较高的微孔曝气系统，有效降低了动力消耗，节省了运行费用。 A/O工艺的缺点： （1）典型A/O工艺流程长，设备台套数量多，工程资金投入较大，在当地经济条件有限的条件下，会给资金筹措带来很大困难。 （2）典型A/O工艺要取得满意的脱氮率，必须保证足够大的混合液回流比，动力提升能耗较高，运行费用相对较高。 （3）设备维护管理要求较高，因此对操作管理人员的专业素质要求较高，设备如得不到妥善的维护管理，系统将无法正常运转，投资不能真正发挥效益。 2、氧化沟生物处理工艺 氧化沟（Oxidation Ditch）又名氧化渠，因其构筑物成封闭的沟渠而得名。因为污水和活性污泥混合液在环形的曝气渠道中不断流动，有人称其为“循环曝气池”、“无终端的曝气系统”。 氧化沟在本世纪50年代由荷兰卫生工程研究所发明。氧化沟具有基建投资省，操作管理简便，耐冲击负荷，处理效果好并且有生物脱氮除磷功能等优点。自1954年在荷兰建成第一座间歇式运行的氧化沟以来，氧化沟在欧洲、北美、南非及澳大利亚等地区得到了迅速的推广应用。氧化沟技术进入我国市场较晚，但其发展势头却非常迅猛。 目前应用到城市污水处理的氧化沟系列主要有卡鲁塞尔（Carrousel）型、奥伯尔（Orbal）型和双沟（D型）与三沟（T型）氧化沟。 （1）卡鲁塞尔（Carrousel）型 卡鲁塞尔氧化沟由荷兰DHV公司发明，并以“Carrousel”为商标在世界许多国家（包括中国在内）注册，以卡鲁塞尔2000型为代表。卡鲁塞尔氧化沟是以平板式倒伞型叶轮曝气，混合液在沟渠中循环流动型的氧化沟。卡鲁塞尔氧化沟工艺特点如下： 1）对水质水量适应性强，可适用于小规模200吨/日污水处理厂，也可适用于大规模65.7万吨/日的污水处理厂。 2）处理效果好，BOD5去除率可达95～99%；脱氮率达90%；除磷效率50%。 3）曝气机采用平板式倒伞型曝气叶轮，曝气机周围局部地区曝气强度高，而循环至曝气叶轮的混合液DO浓度低，有较高的传氧推动力，因此氧的转移效率较高。 4）外沟道两叶轮之间流程较长，DO可降至0，硝化和反硝化彻底，具有较高的脱氮效率。 5）进水进入到外沟道厌氧区，为反硝化细菌提供了充足的碳源。 目前国内对卡鲁塞尔氧化沟的应用尚存在一些问题，主要表现在： 1）对沟内混合液流态缺乏足够认识，致使外沟道混合液流速低于淤积流速。如昆明兰花沟污水处理厂，采用卡鲁塞尔氧化沟，外沟道积泥高达1.0m以上，并有污泥成团上翻，影响处理效果。 2）曝气叶轮生产质量不过关。 3）对沟渠几何形状了解不透。如曝气叶轮后侧如何设置阻流板，防止水流后退，提高沟内流速；沟底应留有多大底坡，才能推动混合液以适当流速流动，等等。 （2）奥伯尔（Orbal）型 奥伯尔氧化沟60年代在美国发明。奥伯尔氧化沟由三个椭圆形的沟道组成，来自沉砂池的污水与回流污泥混合液首先进入外沟道，再依次进入中沟道和内沟道，最后以中心岛的出水堰排至二沉池。奥伯尔氧化沟采用转刷或转盘曝气，盘面密布凸起齿结，盘片与水体接触时，可将污水打碎成细密水花，具有较高的混合充氧能力，因此成为奥伯尔氧化沟的首选设备。奥伯尔氧化沟工艺特点如下： 1）椭圆形沟道，能充分利用水流惯性，沟渠内混合液流速可达0.6m/s以上，不产生污泥沉积。 2）处理效果较好。污水在奥伯尔氧化沟的外沟道流动150～250圈，才能进入中间沟道。DO从转盘后的好氧状态迅速降到接近于0，混合液在有氧无氧区的交换达500～1000次，从而完成硝化反硝化过程的快速交替，因此具有较高的生物脱氮功能。 3）在奥伯尔氧化沟的外沟道，污染物（F）浓度高，污泥（m）浓度低，污泥负荷（F/m）高；随着污水依次进入中间沟道和内沟道，污染物（F）浓度不断减少，而污泥浓度（m）不断增加，污泥负荷（F/m）随时间、空间递减，因此具有较高的生化反应推动力和较好的出水水质。 4）供氧量调整灵活。奥伯尔氧化沟可以通过改变转盘的旋转方向、转速、浸没深度和转盘安装个数，把池内的DO值维持在最佳工况。 5）由于快速的循环交换，污水在外沟道进行硝化反硝化的同时，又不断与刚刚进入的原污水混合，保证了充足的碳源（生物脱氮要求BOD5/TKN>6）。 6）在奥伯尔氧化沟的外沟道具有较强的同时硝化和反硝化功能。 氧化沟共同的缺点是能耗较大，一般电费约占运行费用的60～70%，因此能耗大小直接关系到运行费用。氧化沟能耗大的主要原因是： 1）氧化沟不设初沉池，在初沉池不耗电可去除约25%～30%BOD5，而在氧化沟中通过曝气来完成，增加用电量约25%～30%。 2）曝气转盘与微孔曝气相比，充氧效率低。曝气转盘的动力效率约为2.2kgO2/kWh，而微孔曝气的动力效率可达到4.0～6.0kgO2/kWh。 3）由于氧化沟属延时曝气工艺，剩余活性污泥产量少。而生物除磷是通过排除剩余污泥把磷排出生化处理系统的。因此，氧化沟生物脱氮能力较强，而生物除磷能力相对较弱。 3、一体化氧化沟处理工艺 氧化沟工艺近年来发展很快，在我国中、小型污水处理工程中得到了广泛的应用，积累了大量的实践经验。一体化氧化沟技术是近几年发展起来的一种生化处理技术，是传统氧化沟的改进技术。 除具有以上氧化沟优点外，一体化氧化沟还具有以下主要特点： （1）特殊的水力学设计，使得反应器具有了很强的稀释、缓冲能力，因而特别适宜于耐受因流量和水质变化所引起的冲击负荷，出水水质稳定，指标优异。 （2）反应器内反应状态易于控制，运行方式较为灵活，可以利用时间和空间来双向调整运行状况及运行参数，实现多种工艺目标选择。 （3）利用不同菌群的生物特性，使生物系统在降解碳源有机物的同时能去除一定的氨氮。 （4）运行可靠、管理简便，易于实现自动化操作，也能在人工手动操作条件下正常运行。适合宁阳经济区目前的管理操作水平。 （5）污泥龄长，污泥产量低，且多已达到稳定的程度，勿需再进行消化处理。 （6）利用侧沟进行泥水分离，不设二次沉淀池。 （7）不设初沉池、调节池和消化池，工艺流程短。 （8）构筑物和设备少，事故率低，管理方便。 （9）设备利用率高，占地面积小。 （10）曝气设备采用运行稳定，易于安装和维护管理的设备。 4、 SBR生物处理工艺 SBR是Sequencing Batch Reactor的简写，我国通常称为序批式活性污泥法。1969年荷兰国立卫生工程研究所将处理医院污水的连续流氧化沟改为间歇运行，取得了令人瞩目的效果。从中得到启发，世界各国学者开始着手间歇式活性污泥法的研究开发。1979年美国R.Trvine等人根据试验结果首先提出SBR工艺。 近年来，伴随着监控与测试技术的飞速发展和SBR法专用设备滗水器的研制成功，以及电动阀、气动阀、电磁阀、水位计、泥位计、自动计时器，特别是计算机自动控制系统的应用，使监控手段趋于自动化，SBR工艺的优势才充分显露出来，引起广泛重视，得以迅速推广应用。 SBR法工艺简单，不设二次沉淀池，在多数情况下也不设初次沉淀池，间歇（或连续）进水，间歇排水。在单一反应池中完成进水、反应、沉淀、滗水、闲置五道工序。 与传统活性污泥工艺比较，SBR法具有下述工艺特点： （1）工艺流程简单，节省投资。除了必要的预处理设施（如格栅、沉砂）外，SBR法可在一个间歇反应池内，完成生物脱氮除磷。而此过程在A/A/O工艺中要经过一系列生化反应单元才能完成。 （2）生化反应推力大，处理能力强。研究表明，SBR反应器中的活性污泥具有较高的生物活性，其微生物核糖核酸（RNA）是普通活性污泥的3～4倍。在SBR反应器中，随着曝气时程有机物（F）逐渐减少，而生物固体（m）逐渐增加，污泥负荷（F/m）随时间减小，生化反应在时间上呈推流状态，F/m梯度也达到理想的最大，具有较强的污染物去除能力。 （3）不会发生污泥膨胀，运行效果稳定。污泥膨胀多为丝状细菌过剩繁殖，绝大多数丝状菌，如球衣菌属等都是专性的好氧菌。在SBR反应池中，进水阶段的缺氧或厌氧环境与反应阶段的好氧环境不断交替，能有效抑制专性好氧细菌的过量繁殖，因此能形成以絮凝性微生物为主体的生物絮体，不发生污泥膨胀，运行效果稳定。 （4）耐冲击负荷，操作弹性大。 （5）SBR法停曝后在理想静止状态下进行沉淀，泥水分离效果好。 到日前为止，已有多种SBR及其改良工艺投入实际应用。其中具有代表性的改良工艺有：IDEA、ICEAS、CASS、CAST工艺等。 ICEAS（Intermittent Cyclic Eotended Aeration System-间歇运行的循环式延时曝气系统）工艺具有上述SBR工艺的优点，并可以按连续进水的方式运行。但ICEAS在我国并未能广泛推广，主要原因如下： （1）ICEAS工艺是澳大利亚M.C.Goronszy教授的专利技术，需购买专利技术及相关设备、软件等，资金投入较大。 （2）ICEAS工艺对自控要求较高，国产自控设备质量尚不过关，而进口设备价格较高。在无国外贷款的前提下，购买国外设备，会给资金筹措带来很大困难。 （3）ICEAS工艺设备维护管理要求较高，因此对操作管理人员的专业素质要求较高，设备如得不到妥善的维护管理，系统将无法正常运转，投资不能真正发挥效益。 （4）目前国内只有昆明第三污水处理厂等少数几座城市污水处理厂采用ICEAS工艺。运行管理、处理效果有待实践进一步检验，尤其是大型污水处理厂在实际运行过程中还存在着不少问题。因此ICEAS工艺在国内还不能算是运行经验十分成熟的污水处理工艺。 1984年ICEAS技术的专利发明人、SBR技术的主要开拓者之一，澳大利亚的M.C.Goronszy教授根据微生物在不同有机负荷条件下的培育速率和生物脱氮除磷机理，把生物选择器概念引入SBR工艺，开发出具有优选微生物种类的CASS（Cyclic Activated Sludge System-间歇运行的循环式活性污泥系统）工艺。 与传统的SBR相比，CASS工艺的特点是在反应器的进水处设置一生物选择器，它是一个容积较小的污水污泥接触区，进入反应器的污水与从主反应区回流的污泥（SBR法无污泥回流）在此相互混合接触。在生物选择器内，基质浓度较高，絮凝性微生物能迅速吸附吸收低分子可深性有机物，高速增长繁殖；而能引起污泥膨胀的丝状菌在此条件下增长缓慢，缺乏竞争力，从而被淘汰出反应器。CASS工艺的优势是能有效抑制污泥膨胀，提高系统的稳定性。 尽管SBR及其改良工艺在澳洲、北美、日本等地区得到广泛应用，但国内目前应用较少。主要原因是： 1）SBR工艺设备国产化程度低，质量不过关。一般控制系统的核心多采用进口的PLC，但国产被控、执行设备质量不过关，不能准确启闭，影响系统的正常运行。 2）工艺缺乏足够的运行经验。如当SBR工艺采用非限定曝气（边进水边曝气）时，几组SBR反应池共用一个曝气系统，各池水位不一，因水压不同造成气量分配不均匀，也称气体跑偏，影响处理效果。