城市污水處理工藝選擇及方案比選

城市污水處理工藝選擇及方案比選1.1污水處理工藝簡介根據(jù)設(shè)計(jì)原則，污水處理工藝應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)、受納水體、污水處理廠規(guī)模，污泥處置方法、用地面積及當(dāng)?shù)販囟?、工程地質(zhì)等多因素綜合考慮，選擇投資省，運(yùn)行費(fèi)用低，技術(shù)成熟，處理效果穩(wěn)定可靠，運(yùn)行管理方便，設(shè)備先進(jìn)的工藝。當(dāng)前城市污水常見的二級(jí)生化處理工藝有普通活性污泥法、接觸氧化法、SBR工藝及其變形工藝、A/O、A2/O、曝氣生物濾池、氧化溝及其改良工藝等，這幾種工藝都是從傳統(tǒng)活性污泥法派生出來的，各有其特點(diǎn)。對(duì)本工程的原水水質(zhì)分析可知，目標(biāo)水質(zhì)除了要求去除有機(jī)物之外，還需要控制出水氨氮和磷的含量，因而工藝選擇時(shí)應(yīng)采用具有脫氮除磷功能的相關(guān)工藝。另外，污水生化處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥的穩(wěn)定處理也是污水處理中的一道重要工序，它的基建費(fèi)用高，直接影響到處理工藝的選擇。常規(guī)二級(jí)生化處理的去除目標(biāo)是有機(jī)污染物，對(duì)污水中同時(shí)存在的氮、磷等營養(yǎng)物只能去除其中的一小部分，一般氮的去除率只有20%左右，通過生物合成去除的磷也只有15%~20%，殘存的大部分氮和磷將隨出水排放到受納水體，不能滿足污水處理廠的處理要求。某些化學(xué)法或物理化學(xué)法可以有效地從污水中去除氮和磷。如投加金屬離子的化學(xué)沉淀法，是使污水中的磷與金屬離子形成不溶性的可沉物而從水中去除，具有很高的除磷率；折點(diǎn)氯化可以有效的去除污水中的氮。但化學(xué)法和物理化學(xué)法所需運(yùn)行費(fèi)用較高，尤其是大、中型污水處理廠，經(jīng)濟(jì)上難以承受。與化學(xué)法和物理化學(xué)法相比，生物脫氮除磷技術(shù)因具有對(duì)有機(jī)物、氮和磷去除效率高、投資較低、運(yùn)行費(fèi)用省、污泥沉降性能好等優(yōu)點(diǎn)而受到污水處理界的重視，特別是近20年來，在工藝、技術(shù)和專用設(shè)備的研究及工程應(yīng)用方面都得到很快的發(fā)展。生物脫氮除磷工藝能將總氮去除率提高到70%~95%，總磷去除率提高到70%~90%，一般情況下可以穩(wěn)定可靠地滿足處理要求，因此確定本工程污水處理的二級(jí)生化處理工段將采用具有生物脫氮除磷的工藝。生物脫氮機(jī)理生物脫氮過程包括硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)。硝化反應(yīng)是指在有氧條件下，微生物（硝化菌）將NH3（NH4）氧化成硝酸鹽氮或亞硝酸鹽氮的過程。其反應(yīng)過程可表示為：NH4++1.5O2→NO2-+H2O+2H++新細(xì)胞NO2-+0.5O2→NO3-+新細(xì)胞總反應(yīng)為：NH4++2O2→NO3-+2H++H2O+新細(xì)胞硝化反應(yīng)速度與溫度、溶解氧、pH值以及抑制性物質(zhì)有關(guān)。硝化反應(yīng)能在4～45℃范圍內(nèi)進(jìn)行，硝化反應(yīng)速率隨溫度降低而減慢。對(duì)一般的活性污泥法，硝化反應(yīng)溶解氧一般應(yīng)大于2mg/L。pH值對(duì)硝化反應(yīng)的影響較大，當(dāng)pH值降低到5～5.5時(shí)，硝化反應(yīng)幾乎停止。硝化菌和亞硝化菌的增長都可用Monod公式表示，即：硝化反應(yīng)和亞硝化反應(yīng)速度隨著底物濃度的降低而降低。反硝化反應(yīng)是指在缺氧和有機(jī)物存在的條件下，微生物（反硝化菌）將硝化過程產(chǎn)生的NO2-和NO3-還原成氣態(tài)氮（N2、N2O）的過程。其反應(yīng)過程可表示為：NO3-+3H（電子供體有機(jī)物）→0.5N2+H2O+OH-NO2-+6H（電子供體有機(jī)物）→0.5N2+H2O+OH-污水中含碳有機(jī)物作為反硝化過程的電子供體。理論上每轉(zhuǎn)化1g氮需要2.86g含碳有機(jī)物（以BOD計(jì)）。因此，當(dāng)反硝化池污水BOD5/TKN大于4～6時(shí)，一般認(rèn)為碳源充分。這一比值要求還與反硝化時(shí)間有關(guān)，如反硝化時(shí)間過短，則只有一部分快速生物降解的BOD5才可作為反硝化的碳源。如有機(jī)物均可利用，有機(jī)物/NO3-－N大于3時(shí)就可以反硝化完全（95％的還原為N2）。反硝化菌的增長也可用Monod公式表示，即：根據(jù)硝化和反硝化作用的原理不難看出，生物脫氮需要好氧和缺氧環(huán)境的并存。脫氮效率取決于有機(jī)碳源、進(jìn)出水氨氮的濃度。生物除磷原理生物除磷就是利用聚磷菌一類的細(xì)菌，過量地，超出其生理需要的從外部攝取磷，并將其以聚合形態(tài)儲(chǔ)藏在體內(nèi)，形成高磷污泥，排出系統(tǒng)，達(dá)到從污水中除磷的效果。在好氧條件下，聚磷菌有氧呼吸，不斷地從外部攝取有機(jī)物，加以氧化分解，并產(chǎn)生能量，能量為ADP所獲得，并結(jié)合H3PO4合成ATP（三磷酸腺苷）即：ADP+H3PO4+能ATP+H2OH3PO4的大部分是通過主動(dòng)輸送的方式從外部環(huán)境攝入的，一部分用于合成ATP，另一部分則用于合成磷酸鹽，這一現(xiàn)象就是“磷的過量攝取”。在厭氧條件下，聚磷菌體的ATP進(jìn)行水解，釋放磷和能量，形成ADP，即：ATP+H2OADP+H3PO4+能所有生物脫氮除磷工藝都包含厭氧-缺氧-好氧環(huán)境的交替循環(huán)。其不同的設(shè)計(jì)參數(shù)和組合方式構(gòu)成了不同的工藝。根據(jù)處理要求和各脫氮除磷工藝的特點(diǎn)及以往的工程經(jīng)驗(yàn)，可采用前置厭氧的氧化溝、A2/O及ICEAS工藝作為備選方案，由于ICEAS工藝適用于中小規(guī)模，本工程規(guī)模較大，因此，本工程選擇前置厭氧的氧化溝工藝及A2/O工藝進(jìn)行比較。1.2工藝方案論述（1）A2/O工藝A2/O工藝是80年代初期開創(chuàng)的處理技術(shù)，作為目前采用較為廣泛的一種脫氮除磷工藝。污水在流經(jīng)三個(gè)不同功能分區(qū)的過程中，在不同微生物菌群的作用下，使污水中的有機(jī)物、氮和磷得到去除。在首段厭氧池主要是進(jìn)行磷的釋放，使污水中P的濃度升高，溶解性有機(jī)物被細(xì)胞吸收而使污水中BOD5濃度下降；另外NH3-N因細(xì)胞的合成而被去除一部分，污水中NH3-N濃度下降。在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有機(jī)物作碳源，將回流混合液中帶入的大量硝酸鹽或亞硝酸鹽還原為N2釋放至空氣，同時(shí)BOD5濃度繼續(xù)下降，硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮的濃度大幅度下降。在好氧池中，有機(jī)物被微生物生化降解，大幅度下降；氨氮被硝化，使NH3-N濃度顯著下降，但隨著硝化過程，NO3--N的濃度增加，而P隨著聚磷菌的過量攝取，也以較快的速率下降。A2/O工藝是最簡單的同步生物脫氮除磷工藝，在厭氧、缺氧、好氧交替運(yùn)行的條件下，可抑制絲狀菌，克服污泥膨脹，有利于處理后的泥水分離。為了克服傳統(tǒng)A2/O工藝回流污泥中的硝酸鹽對(duì)厭氧釋磷產(chǎn)生不利影響，可在厭氧池前增設(shè)預(yù)反硝化區(qū)，來自二沉池的回流污泥和部分污水進(jìn)入預(yù)反硝化區(qū)，去除回流污泥中的硝態(tài)氮，消除硝態(tài)氮對(duì)厭氧釋磷的影響，保證除磷效果。（2）前置厭氧的氧化溝工藝氧化溝污水處理工藝是50年代初由荷蘭衛(wèi)生工程研究所的帕思維爾博士通過研究和設(shè)計(jì)而首先開發(fā)的。氧化溝法污水處理技術(shù)實(shí)際是傳統(tǒng)活性污泥法的一種改型，其基本特征是曝氣池呈環(huán)狀溝渠形，污水和活性污泥的混合液在其中連續(xù)循環(huán)流動(dòng)，其流態(tài)具備推流式和完全混合式的雙重特點(diǎn)，因而耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。通常采用垂直軸或水平軸設(shè)備供氧，并推動(dòng)水流。氧化溝操作管理簡便，出水水質(zhì)好，處理效果穩(wěn)定。因此，人們對(duì)氧化溝的評(píng)價(jià)為“可以用一般水平的運(yùn)行管理，獲得不一般的處理效果”。常用的氧化溝工藝有卡羅塞爾“Carrousel”型、奧伯爾“orbal”型、雙溝式“DE”型及三溝式“T”型氧化溝等，各種型式氧化溝有其特點(diǎn)。卡羅塞爾“Carrousel”氧化溝是荷蘭DHV公司開發(fā)的。該工藝在曝氣渠道端部裝有低速表面曝氣機(jī)。在曝氣區(qū)內(nèi)用隔板分格，構(gòu)成連續(xù)渠道。表曝機(jī)把水流推向曝氣區(qū)，水流連續(xù)經(jīng)過幾個(gè)曝氣區(qū)后經(jīng)堰口排出?！癈arrousel”2000型氧化溝具有脫氮功能。雙溝式“DE”型氧化溝及三溝式“T”型氧化溝是丹麥克魯格公司開發(fā)的，采用交替運(yùn)行方式。“DE”型氧化溝由容積相同的二池組成，它們串聯(lián)運(yùn)行，污水在二池中交替處于好氧和缺氧狀態(tài)，進(jìn)行硝化和反硝化反應(yīng)。三溝式氧化溝集曝氣和沉淀為一體，三溝交替進(jìn)水，兩外溝交替出水，兩外溝分別作為曝氣或沉淀交替運(yùn)行，不需設(shè)二沉池及污泥回流設(shè)備，該工藝設(shè)備利用率較低。奧伯爾“orbal”型氧化溝是橢圓形的，通常有三條同心曝氣渠道，污水通過淹沒式進(jìn)水口從外溝進(jìn)入，順序流入下一條渠道，由內(nèi)溝排出，奧伯爾氧化溝具有同時(shí)硝化、反硝化的特性。以上幾種形式的氧化溝都具有脫氮功能，在氧化溝前增加一座厭氧池，則具有了除磷的功能。并且可抑制絲狀菌的生長，改善污泥沉降性能。由于氧化溝的泥齡通常較長，剩余污泥得到了一定程度的好氧穩(wěn)定，從而減少了污泥處理的費(fèi)用。1.3工藝方案比選（1）方案技術(shù)比較：見表3-1。表3-1污水處理各方案技術(shù)比較表工藝方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用條件前置厭氧的氧化溝工藝1、處理流程簡單、構(gòu)筑物少，可比A2/O工藝少建鼓風(fēng)機(jī)房等。2、出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，尤其脫氮效果好。3、對(duì)進(jìn)水水質(zhì)水量的波動(dòng)具有較好的適應(yīng)性。1、曝氣設(shè)備較多，維修量增加。2、占地面積較大。中、小型污水處理廠A2/O工藝1、工藝比較成熟，是最基本的同步脫氮、除磷工藝。2、國內(nèi)建有多座該種工藝的污水處理廠，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富。3、采用可調(diào)離心鼓風(fēng)機(jī)，在不同進(jìn)水水質(zhì)、水量情況下，可根據(jù)曝氣池溶解氧自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣量，達(dá)到節(jié)能的效果。4、微孔曝氣管采用充氧效率高的產(chǎn)品（曝氣管充氧效率>25%），可大大降低供氣量，節(jié)約能耗。5、可通過優(yōu)化平面布置，降低回流的流程，從而降低回流提升泵揚(yáng)程、節(jié)約能耗。1、由于其推流的池型結(jié)構(gòu)，對(duì)水質(zhì)變化的緩沖能力稍差。2、混合液回流增加一些運(yùn)行費(fèi)用。大、中型污水處理廠（2）方案經(jīng)濟(jì)比較在占地面積相當(dāng)?shù)臈l件下，對(duì)A2/O工藝及改良型“Car