城鎮(zhèn)污水處理工藝簡述

概述污水處理的需求是伴隨著城市的誕生而產(chǎn)生的。城市污水處理技術(shù)，歷經(jīng)數(shù)百年變遷，從最初的一級處理發(fā)展到現(xiàn)在的三級處理，從簡單的消毒沉淀到有機物去除、脫氮除磷再到深度處理回用。其中，活性污泥法的問世更是具有劃時代的意義，而今年正值活性污泥法誕生101周年。我們來了解一下關(guān)于城市污水處理工藝的前世今生。概述污水處理定義污水:(英文:wastewater)喪失了原來使用功能的水簡稱為污水。污水是由于水里摻入了新的物質(zhì)或者因為外界條件的變化，導致水變質(zhì)不能繼續(xù)保持原來的使用功能。污水主要有生活污水、工業(yè)廢水和初期雨水。污水的主要污染物有病原體污染物、耗氧污染物、植物營養(yǎng)物和有毒污染物等。污水處理是處理水污染的重要過程。采用物理、生物、化學及生化的方法對工業(yè)廢水和生活污水進行處理以分離水中的固體污染物并降低水中的有機污染物和富營養(yǎng)物（主要為氮、磷化合物），從而減輕污水對環(huán)境的污染。水污染一級處理工藝簡述城市污水處理歷史可追溯到古羅馬時期，那個時期環(huán)境容量大，水體的自凈能力也能夠滿足人類的用水需求，人們僅需考慮排水問題即可。而后，城市化進程加快，生活污水通過傳播細菌引發(fā)了傳染病的蔓延，出于健康的考慮，人類開始對排放的生活污水處進行處理。早期的處理方式采用石灰、明礬等進行沉淀或用漂白粉進行消毒。明代晚期，我國已有污水凈化裝置。但由于當時需求性不強，我國生活污水仍以農(nóng)業(yè)灌溉為主。1762年，英國開始采用石灰及金屬鹽類等處理城市污水。一級處理工藝簡述污水一級處理又稱污水物理處理。通過簡單的沉淀、過濾或適當?shù)钠貧?，以去除污水中的懸浮物，調(diào)整pH值及減輕污水的腐化程度的工藝過程。處理可由篩選、重力沉淀和浮選等方法串聯(lián)組成，除去污水中大部分粒徑在100微米以上的顆粒物質(zhì)。篩濾可除去較大物質(zhì);重力沉淀可除去無機顆粒和相對密度大于1的有凝聚性的有機顆粒;浮選可除去相對密度小于1的顆粒物(油類等)。廢水經(jīng)過一級處理后一般仍達不到排放標準。二級處理工藝簡述二級處理工藝簡述生物膜法、活性污泥法脫氮除磷工藝除磷工藝、脫氮工藝A2O工藝、氧化溝工藝、兩段法工藝、SBR工藝脫氮除磷新工藝生物膜法十八世紀中葉，歐洲工業(yè)革命開始，其中，城市生活污水中的有機物成為去除重點。1881年，法國科學家發(fā)明了第一座生物反應(yīng)器，也是第一座厭氧生物處理池—moris池誕生，拉開了生物法處理污水的序幕。1893年，第一座生物濾池在英國Wales投入使用，并迅速在歐洲北美等國家推廣。技術(shù)的發(fā)展，推動了標準的產(chǎn)生。1912年，英國皇家污水處理委員會提出以BOD5來評價水質(zhì)的污染程度。生物膜法活性污泥法1914年，Arden和Lokett在英國化學工學會上發(fā)表了一篇關(guān)于活性污泥法的論文，并于同年在英國曼徹斯特市開創(chuàng)了世界上第一座活性污泥法污水處理試驗廠。兩年后，美國正式建立了第一座活性污泥法污水處理廠?；钚晕勰喾ǖ恼Q生，奠定了未來100年間城市污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)。活性污泥泥法活性污泥泥法誕生生之初，，采用的的是充-排式工工藝，由由于當時時自動控控制技術(shù)術(shù)與設(shè)備備條件相相對落后后，導致致其操作作繁瑣，，易于堵堵塞，與與生物濾濾池相比比并無明明顯優(yōu)勢勢。之后后連續(xù)進進水的推推流式活活性污泥泥法（CAS法法）（如如圖1））出現(xiàn)后后很快就就將其取取代，但但由于推推流式反反應(yīng)器中中污泥耗耗氧速度度沿池長長是變化化的，供供氧速率率難以與與其配合合，活性性污泥法法又面臨臨局部供供氧不足足的難題題?；钚晕勰嗄喾?936年提出的的漸曝氣氣活性污污泥法(TAAs)和1942年提出的的階段曝曝氣法(SFAS)，分別從從曝氣方方式及進進水方式式上改善善了供氧氧平衡。。1950年，美國國的麥金金尼提出出了完全全混合式式活性污污泥法。。該方法法通過改改變活性性污泥微微生物群群的生存存方式，，使其適適應(yīng)曝氣氣池中因因基質(zhì)濃濃度的梯梯度變化化，有效效解決了了污泥膨膨脹的問問題。隨著在實實際生產(chǎn)產(chǎn)生的廣廣泛應(yīng)用用和技術(shù)術(shù)上的不不斷革新新改進，，20世紀40-60年代，活活性污泥泥法逐漸漸取代了了生物膜膜法，成成為污水水處理的的主流工工藝。1921年，活性性污泥法法傳播到到中國，，中國建建設(shè)了第第一座污污水處理理廠—上海北區(qū)區(qū)污水處處理廠。。1926年及1927年又分別別建設(shè)了了上海東東區(qū)及西西區(qū)污水水廠，當當時3座水廠的的日處理理量共為為3.55萬噸。活性污泥泥法除磷工藝藝20世紀50年代，水水體富營營養(yǎng)化問問題凸顯顯，脫氮氮除磷成成為污水水處理的的另一主主要訴求求。于是是，在活活性污泥泥法的基基礎(chǔ)上衍衍生出了了一系列列的脫氮氮除磷工工藝。50年代初，，攝磷菌菌被發(fā)現(xiàn)現(xiàn)并用于于除磷（（如圖2）脫氮工藝藝1969年，美國國的Barth提出采用用三段法法除氮（（如圖3），第一一段是好好氧段，，主要去去除有機機物，第第二段加加堿硝化化，第三三段是厭厭氧反硝硝化，除除氮。A/O工工藝1973年，Barnard在原有工工藝基礎(chǔ)礎(chǔ)上，將將缺氧和和好氧反反應(yīng)器完完全分隔隔，污泥泥回流到到缺氧反反應(yīng)器，，并添加加了內(nèi)回回流裝置置，縮短短了工藝藝流程，，也就現(xiàn)現(xiàn)在常說說的缺氧氧好氧（（A/O）工藝（（如圖4）。A2O工藝70年代，美美國專家家在A/O工藝的基基礎(chǔ)上，，再加上上除磷就就成了A2O工藝（如如圖5）。我國國1986年建廠的的廣州大大坦沙污污水處理理廠，采采用的就就是A2O工藝，當當時的設(shè)設(shè)計處理理水量為為15萬噸，是是當時世世界上最最大的采采用A2O工藝的污污水處理理廠。氧化溝工工藝A2O工藝是將將生物處處理厭氧氧段和好好氧段進進行了空空間分割割，而氧氧化溝則則為封閉閉的溝渠渠型結(jié)構(gòu)構(gòu)，結(jié)合合了推流流式和完完全混合合式活性性污泥法法的特點點，集曝曝氣、沉沉淀和污污泥穩(wěn)定定于一體體。污水水和活性性污泥的的混合液液不斷地地循環(huán)流流動，系系統(tǒng)中能能夠形成成好氧區(qū)區(qū)和缺氧氧區(qū)，進進而實現(xiàn)現(xiàn)生物脫脫氮除磷磷（如圖圖6）。氧化溝白白天進水水曝氣，，夜間用用作沉淀淀池?；罨钚晕勰嗄喾ㄏ啾缺?其具有處處理工藝藝及構(gòu)筑筑物簡單單、泥齡齡長、剩剩余污泥泥少且容容易脫水水、處理理效果穩(wěn)穩(wěn)定等優(yōu)優(yōu)勢。氧化溝工工藝1953年，荷蘭蘭的公共共衛(wèi)生工工程研究究協(xié)會的的Pasveer研究所提提出了氧氧化溝工工藝，也也被稱為為“帕斯斯維爾溝溝”。1954年，在荷荷蘭的伏伏肖?。ǎ╒oorshoten）建造了了第一座座氧化溝溝污水處處理廠，，當時服服務(wù)人口口僅為360人。60年代，這這項技術(shù)術(shù)在歐洲洲、北美美和南非非等各國國得到了了迅速推推廣和應(yīng)應(yīng)用。據(jù)據(jù)統(tǒng)計，，到1977年為止，，在西歐歐有超過過2000多座的帕帕斯維爾爾型氧化化溝投入入運行。。氧化溝工工藝1967年，荷蘭蘭DHV公司開發(fā)發(fā)研制了了卡魯塞塞爾（Carroussel）氧化溝溝。它是是一個由由多渠串串聯(lián)組成成的氧化化溝系統(tǒng)統(tǒng)?？旚斎麪栄跹趸瘻系牡陌l(fā)展經(jīng)經(jīng)歷了普普通卡魯魯塞爾氧氧化溝、、卡魯塞塞爾2000氧化溝和和卡魯塞塞爾3000氧化溝三三個階段段。氧化溝工工藝1970年，美國國的Envirex公司投放放生產(chǎn)了了奧貝爾爾（Orbal）氧化溝溝。它由由3條同心園園形或橢橢圓形渠渠道組成成，各渠渠道之間間相通，，進水先先引入最最外的渠渠道，在在其中不不斷循環(huán)環(huán)的同時時，依次次進入下下一個渠渠道，相相當于一一系列完完全混合合反應(yīng)池池串聯(lián)在在一起，，最后從從中心的的渠道排排出。氧化溝工工藝氧化溝工工藝交替式工工作氧化化溝是由由丹麥克克魯格（（Kruger）公司研研制，該該工藝造造價低，，易于維維護，通通常有雙雙溝交替替和三溝溝交替（（T型氧化溝溝）的氧氧化溝系系統(tǒng)和半半交替工工作式氧氧化溝。。兩段法工工藝早期的兩兩段法只只是將一一套活性性污泥法法的兩組組構(gòu)筑物物串聯(lián)，，一段和和二段曝曝氣池體體積相同同，且多多合并建建設(shè)，大大部分有有機物在在第一段段被吸附附降解，，第二段段的污泥泥負荷很很低，其其出水水水質(zhì)要優(yōu)優(yōu)于相同同體積曝曝氣池的的單級活活性污泥泥法（如如圖7）。AB工藝由于第一一段曝氣氣池體積積減小了了一倍，，相當于于污泥負負荷增加加了一倍倍，處在在易發(fā)生生污泥膨膨脹的階階段，運運行管理理較為困困難。20世紀70年代中期期，德國國的BothoBohnke教授開發(fā)發(fā)了AB工藝（如如圖8）。AB工藝該工藝在在傳統(tǒng)兩兩段法的的基礎(chǔ)上上進一步步提高了了第一段段即A段的污泥泥負荷，，以高負負荷、短短泥齡的的方式運運行，而而B段與常規(guī)規(guī)活性污污泥法相相似，負負荷較低低，泥齡齡較長，，A段由于泥泥齡短、、泥量大大對磷的的去除效效果很好好，經(jīng)A段去除了了大量的的有機物物以后B段的體積積可大大大減小，，其低負負荷的運運行方式式可提高高出水水水質(zhì)。但但是由于于A段去除了了大量的的有機物物導致B段碳源缺缺失，所所以在處處理低濃濃度的城城市污水水時該工工藝的優(yōu)優(yōu)勢并不不明顯。。AO-A2O工藝其后，為為了解決決脫氮時時硝化菌菌需要長長泥齡，，除磷時時聚磷微微生物需需要短泥泥齡的矛矛盾，開開發(fā)了AO-A2O工藝（如如圖9）。該工工藝由兩兩段相對對獨立的的脫氮和和除磷工工藝組成成，第一一段泥齡齡短，主主要用于于除磷，，第二段段泥齡長長、負荷荷低，用用于脫氮氮。Hybrid工藝在AO-A2O工藝基礎(chǔ)礎(chǔ)上奧地地利研發(fā)發(fā)出了Hybrid工藝（如如圖10），該工工藝的兩兩段之間間有三個個內(nèi)回流流裝置，，可以為為第一段段曝氣池池提供硝硝態(tài)氮、、硝化菌菌以及為為第二段段曝氣池池提供碳碳源。第第一段主主要是去去除有機機物和磷磷，第二二段是硝硝化功能能，并靠靠第一段段曝氣池池回流混混合液進進行反硝硝化脫氮氮。SBR工藝序批式活性污污泥法(SBR)工藝是在時間間上將厭氧段段與好氧段進進行分割。20世紀70年代初由美國國Irvine公司開發(fā)。它它在流程上只只有一個基本本單元，集調(diào)調(diào)節(jié)池、曝氣氣池和二沉池池的功能于一一池，進行水水質(zhì)水量調(diào)節(jié)節(jié)、微生物降降解有機物和和固液分離等等。SBR工藝經(jīng)典SBR反應(yīng)器的運行行過程為：進進水→曝氣→沉淀→潷水→待機。ICEAS工工藝（間歇式循環(huán)延延時曝氣活性性污泥法）80年代初，連續(xù)續(xù)進水的ICEAS工藝誕生（如如圖13）。該工藝在在傳統(tǒng)的SBR工藝基礎(chǔ)上，，在反應(yīng)池中中增加一道隔隔墻,將反應(yīng)池分隔隔為小體積的的預反應(yīng)區(qū)和和大體積的主主反應(yīng)區(qū),污水連續(xù)流入入預反應(yīng)區(qū),然后通過隔墻墻下端的小孔孔以層流速度度進入主反應(yīng)應(yīng)區(qū)，解決了了間歇式進水水的問題。ICEAS工工藝（間歇式循環(huán)延延時曝氣活性性污泥法）將SBR反應(yīng)池沿長度度方向分為兩兩個部分，前前部為預反應(yīng)應(yīng)區(qū)，后部為為主反應(yīng)區(qū)。。預反應(yīng)區(qū)可可起調(diào)節(jié)水流流的作用，主主反應(yīng)區(qū)是曝曝氣、沉淀的的主體。ICEAS是連續(xù)進水工工藝，不但在在反應(yīng)階段進進水，在沉淀淀和潷水階段段也進水。污污水進入預反反應(yīng)區(qū)后，通通過隔墻底部部的連接口以以平流流態(tài)進進入主反應(yīng)池池，在主反應(yīng)應(yīng)池中進行間間歇曝氣和沉沉淀潷水，成成為連續(xù)進水水、間歇出水水的SBR反應(yīng)池，使配配水大大簡化化，運行也更更加靈活。CAST工藝隨后，Goranzy教授開發(fā)了CASS/CAST工藝。與ICEAS工藝類似，在在反應(yīng)池前段段增加了一個個選擇段,污水先與來自自主反應(yīng)區(qū)的的回流混合液液在選擇段混混合，在厭氧氧條件下,選擇段相當于于前置厭氧池池,為高效除磷創(chuàng)創(chuàng)造了有利條條件。交替式生物處處理工藝90年代，比利時時的西格斯公公司在三溝式式氧化溝的基基礎(chǔ)上開發(fā)了了UNITANK系統(tǒng)。它由3個矩形池組成成,其中外邊兩側(cè)側(cè)的矩形池既既可做曝氣池池,又可做沉淀池池,中間一個矩形形池只做曝氣氣池該工藝把把傳統(tǒng)SBR的時間推流與與連續(xù)系統(tǒng)的的空間推流有有效地結(jié)合了了起來。MSBR工藝藝MSBR法即改良型的的SBR(ModifiedSBR)，采用單池多多格方式,結(jié)合了傳統(tǒng)活活性污泥法和和SBR技術(shù)的優(yōu)點。。反應(yīng)器由曝曝氣格和兩個個交替序批處處理格組成。。主曝氣格在在整個運行周周期過程中保保持連續(xù)曝氣氣，而每半個個周期過程中中，兩個序批批處理格交替替分別作為SBR和澄清池。該該工藝可連續(xù)續(xù)進水且可使使用更少的連連接管、泵和和閥門。脫氮除磷新工工藝近幾十年，能能源、資源的的短缺已經(jīng)引引起了廣泛的的關(guān)注，進一一步脫氮除磷磷及對能源節(jié)節(jié)約及資源回回收的需求成成為了污水處處理工藝發(fā)展展的主流方向向。一批新興興脫氮除磷技技術(shù)得以應(yīng)用用。ANAMMOX-SHARON組合工藝1994年，荷蘭Delft大學開發(fā)了厭厭氧氨氧化（（ANAMMOX）技術(shù)，厭氧氧氨氧化菌在在缺氧環(huán)境中中，能夠?qū)@銨離子(NH4+)用亞硝酸根(NO2-)氧化為氮氣。。該工藝與傳統(tǒng)統(tǒng)反硝化工藝藝相比是完全全自養(yǎng)，不需需任何有機碳碳源。脫氮除磷新工工藝1998年，荷蘭Delft大學基于短程程硝化反硝化化原理開發(fā)了了SHARON工藝，首例工工程在荷蘭鹿鹿特丹DOKHAVEN水廠。其基本本原理是在同同一反應(yīng)器內(nèi)內(nèi)，先在有氧氧條件下利用用亞硝化細菌菌將氨氧化成成NO2-；然后再在缺缺氧條件下已已有機物為電電子供體將亞亞硝酸鹽反硝硝化，形成氮氮氣。工藝流流程縮短且無無需加堿中和和。與傳統(tǒng)活活性污泥法相相比可減少25%的供氧量及40%的反硝化碳源源，有利于資資源能源的回回收利用，更更適用于碳氮氮比濃度較低低的城市廢水水。目前，以SHARON工藝為硝化反反應(yīng)器，ANAMMOX工藝為反硝化化反應(yīng)器，與與傳統(tǒng)工藝相相比能夠節(jié)