我國(guó)污水處理廠工藝流程的發(fā)展

我國(guó)污水處理廠工藝流程的發(fā)展

作為環(huán)境學(xué)科的一個(gè)分支，我國(guó)的城市污水處理技術(shù)取得了很大進(jìn)步，但也落后于我國(guó)城市發(fā)展的水平。近些年來,雖然研究、開發(fā)了一些設(shè)備和工藝,但總體上主要是借鑒和引進(jìn)國(guó)外的一些先進(jìn)工藝、經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備。1處理1級(jí)及其發(fā)展趨勢(shì)一級(jí)強(qiáng)化處理技術(shù)分為兩類:一類側(cè)重于物化機(jī)理,一類側(cè)重于微生物的絮凝吸附原理。目前國(guó)內(nèi)外研究的一級(jí)處理工藝主要如下。1.1預(yù)處理+生物污泥活化污泥法是根據(jù)絮凝動(dòng)力學(xué)和生物吸附理論提出“絮凝吸附—沉淀—活化”的城市污水強(qiáng)化一級(jí)處理工藝。該工藝對(duì)污染物去除的強(qiáng)化作用主要包括污泥的絮凝、吸附和生物代謝3種,以前兩者的作用為主。該工藝的特點(diǎn)是未經(jīng)沉淀的生活污水原水與生物污泥同時(shí)進(jìn)入混合反應(yīng)器(絮凝吸附池),兩者在機(jī)械攪拌作用下充分混合,經(jīng)充分絮凝吸附反應(yīng)后,大量污染物質(zhì)被絮凝吸附進(jìn)入污泥絮體,出水進(jìn)入沉淀池,實(shí)現(xiàn)固液分離,而沉淀池出水就是最終出水(見圖1)。為了恢復(fù)沉淀池飽和污泥的生物絮凝吸附活性,將沉淀污泥短時(shí)間曝氣活化,以部分降解吸附的有機(jī)物,產(chǎn)生適量的微生物絮凝物質(zhì),改善污泥的沉降性能,同時(shí)保持污泥的好氧狀態(tài),避免變黑、發(fā)臭。此過程在污泥活化池里進(jìn)行,能耗遠(yuǎn)低于二級(jí)生物氧化反應(yīng)。該工藝是適用于環(huán)境狀況亟待改善而經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的一種新型實(shí)用技術(shù)。1.2混凝法與污水生物處理法的應(yīng)用對(duì)比混凝沉淀強(qiáng)化法目前主要應(yīng)用于給水處理和部分工業(yè)廢水處理。由于需要投加大量的混凝劑且污水水質(zhì)常常急劇變化,限制了其在城市污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用,一般僅應(yīng)用于城市污水的深度處理中。近年來,隨著許多新型、高效、廉價(jià)的混凝劑的出現(xiàn)和自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用,混凝法與污水生物處理法相比具有了較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。例如,對(duì)北京市城市污水進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果表明,兩種傳統(tǒng)混凝劑(FeCl3和聚合硫酸鐵)及一種國(guó)外引進(jìn)的混凝劑(Biofloc),經(jīng)過混凝沉淀強(qiáng)化一級(jí)處理后,污水中COD的去除率可達(dá)50%～80%,而處理成本僅為二級(jí)處理的1/5～1/3,既能有效地削減污染物總量,又節(jié)約了治理資金,在現(xiàn)階段十分符合我國(guó)國(guó)情。此外,經(jīng)強(qiáng)化一級(jí)處理后的污水再進(jìn)行二級(jí)處理時(shí),停留時(shí)間可以大大縮短,減少能耗,提高出水水質(zhì)。1.3混凝沉淀強(qiáng)化處理工藝在我國(guó)的應(yīng)用情況就我國(guó)目前的污水處理狀況來說,污水處理率一直較低,而解決城市污水污染的根本措施是建設(shè)以生物處理為主體工藝的二級(jí)城市污水處理廠,但這需要大量的投資和高額運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)我國(guó)不少地區(qū),特別是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)和中小城市而言,有必要應(yīng)用投資低、污染物去除率較高的城市污水強(qiáng)化一級(jí)處理工藝。根據(jù)我國(guó)目前水處理的發(fā)展?fàn)顩r,混凝沉淀強(qiáng)化一級(jí)處理工藝在我國(guó)應(yīng)用較多。目前一級(jí)處理工藝的發(fā)展主要集中在研究和應(yīng)用高效、廉價(jià)的絮凝劑以及微生物絮凝劑,同時(shí)研究無機(jī)絮凝劑與其他各類絮凝劑協(xié)同作用效果,以及對(duì)一級(jí)處理工藝設(shè)備的優(yōu)化選型等方面。2處理技能及其發(fā)展趨勢(shì)二級(jí)處理工藝流程的發(fā)展主要是在原有的傳統(tǒng)處理工藝流程上進(jìn)行某一個(gè)方面的強(qiáng)化處理,使某一處理水的某一或某幾個(gè)指標(biāo)達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。2.1序批算工藝2.1.1sbr工藝特點(diǎn)SBR工藝即間歇活性污泥法,它由一個(gè)或多個(gè)曝氣反應(yīng)池組成,污水分批進(jìn)入池中,經(jīng)活性污泥凈化后,上清液排出池外即完成一個(gè)運(yùn)行周期。每個(gè)工作周期順序完成進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排放4個(gè)工藝過程。SBR工藝的特點(diǎn)是具有一定的調(diào)節(jié)均化功能,可緩解進(jìn)水水質(zhì)、水量波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)帶來的不穩(wěn)定性。工藝處理簡(jiǎn)單,處理構(gòu)筑物少,曝氣反應(yīng)池集曝氣、沉淀、污泥回流于一體,可省去初沉池、二沉池及污泥回流系統(tǒng),且污泥量少,易于脫水,控制一定的工藝條件可達(dá)到較好的除磷效果,但也存在自動(dòng)控制和連續(xù)在線分析儀器儀表要求高的缺點(diǎn)。2.1.2cass預(yù)處理CASS工藝是一種連續(xù)進(jìn)水式SBR曝氣系統(tǒng),不僅具有SBR工藝簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)行方式靈活、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn),且除磷脫氮效果明顯。這一功能主要實(shí)現(xiàn)于CASS池通過隔墻將反應(yīng)池分為功能不同的區(qū)域,在各分格中溶解氧、污泥濃度和有機(jī)負(fù)荷不同,各池中的生物也不相同。整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)、出水。同時(shí)在傳統(tǒng)的SBR池前或池中設(shè)置了選擇器及厭氧區(qū),提高了除磷脫氮效果(見圖2)。CASS工藝的特點(diǎn)是對(duì)污水預(yù)處理要求不高,只設(shè)間隙15mm的機(jī)械格柵和沉砂池。生物處理核心是CASS反應(yīng)池,除磷、脫氮、降解有機(jī)物及懸浮物等功能均在該池內(nèi)完成,出水可達(dá)標(biāo)排放。2.1.3msbr工藝特點(diǎn)MSBR工藝是20世紀(jì)80年代初期發(fā)展起來的污水處理工藝,經(jīng)過不斷改進(jìn)和發(fā)展,目前最新的工藝是第三代工藝,其工作原理如圖3所示。MSBR工藝的特點(diǎn)是系統(tǒng)從連續(xù)運(yùn)行的單元(如厭氧池)進(jìn)水,從而加速了厭氧反應(yīng)速率,改善了系統(tǒng)承受水力沖擊負(fù)荷和有機(jī)物沖擊負(fù)荷的能力;同時(shí),由于MSBR工藝增加了低水頭、低能耗的回流設(shè)施,極大地改善了系統(tǒng)中各個(gè)單元內(nèi)MLSS的均勻性?？梢?MSBR系統(tǒng)是由A2/O系統(tǒng)與SBR系統(tǒng)串聯(lián)組成,并集合了兩者的全部?jī)?yōu)勢(shì),因而出水水質(zhì)穩(wěn)定、高效,并有極大的凈化潛力。2.1.4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)SEGHERS公司提出的UNITANK系統(tǒng)是SBR法的又一種變形和發(fā)展,它集合了SBR和傳統(tǒng)活性污泥法的優(yōu)點(diǎn),一體化設(shè)計(jì),不僅具有SBR系統(tǒng)的主要特點(diǎn),還可以像傳統(tǒng)活性污泥法那樣在恒定水位下連續(xù)運(yùn)行。UNITANK系統(tǒng)的特點(diǎn)是構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)緊湊,一體化。可根據(jù)好氧過程的DO檢測(cè)與缺氧和厭氧過程的ORP在線檢測(cè),通過改變供氣量,切換進(jìn)出水閥門,改變好氧、缺氧及厭氧的反應(yīng)時(shí)間等,高水平地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)間和空間控制,高效地去除污水中的有機(jī)物及脫氮除磷,且水力負(fù)荷穩(wěn)定。交替改變進(jìn)水點(diǎn),可以相應(yīng)改善系統(tǒng)各段的污泥負(fù)荷,進(jìn)而改善污泥的沉降性能(見圖4)。脫氮除磷過程更能通過抑制絲狀菌生長(zhǎng)來控制污泥膨脹。3個(gè)池可以被完全加蓋封閉或建在地下,廢氣可以收集處理,既有利于布置、保溫,又避免系統(tǒng)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響(見圖5)。目前,我國(guó)石家莊高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)污水處理廠日處理污水10萬t,就是采用的該工藝。2.1.5池intermitDAT?IAT工藝是一種SBR法的變形工藝,主體構(gòu)筑物由兩個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)池組成,即需氧池(demandaerationtank)和間歇曝氣池(intermittentaerationtank)。一般情況下DAT池連續(xù)進(jìn)水、曝氣,其出水進(jìn)入IAT池,在IAT池完成曝氣、沉淀、潷水和排除剩余活性污泥。主要過程分為進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置等幾個(gè)過程(見圖6)。工藝的特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定、處理效率高、出水質(zhì)量好、處理構(gòu)筑物少、處理流程簡(jiǎn)化、建設(shè)費(fèi)用少、自動(dòng)化程度高、操作運(yùn)行簡(jiǎn)單、調(diào)度靈活、節(jié)省占地面積,可達(dá)到脫磷脫氮的目的。天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠就是使用的該工藝。2.2脫氮和除磷工藝2.2.1氧段磷的生物處理及nhxn的硝化脫氮A2/O工藝為厭氧—缺氧—好氧生物脫氮除磷工藝,該工藝能對(duì)BOD5,SS,氮、磷都有很高的去除效果,因此又稱為生物脫氮除磷工藝。A2/O工藝將生物反應(yīng)池分為厭氧段、缺氧段和好氧段。在厭氧段,回流污泥中的聚磷菌釋放磷,同時(shí)BOD5得到部分去除。進(jìn)入好氧段,聚磷菌又變本加厲地吸收磷,污泥成為高磷污泥,通過排放剩余污泥的方式,將磷去除;BOD5得到更進(jìn)一步去除,同時(shí)NH3?N被硝化,通過含硝酸鹽混合液的內(nèi)回流方式,使其NHx?N在缺氧段進(jìn)行反硝化脫氮,因而該工藝具有同時(shí)生物脫氮除磷的功能(見圖7)。A2/O工藝處理效率較高,適用于要求脫氮除磷的大中型城市污水廠,但基建費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)均高于普通活性污泥法,運(yùn)行管理要求高,所以對(duì)目前我國(guó)國(guó)情來說,當(dāng)處理后的污水排入封閉性水體或緩流水體引起富營(yíng)養(yǎng)化從而影響給水水源時(shí),才采用該工藝。2.2.2回用污泥處理A/O工藝也是城市污水生物脫氮技術(shù)的一種。這種工藝是在曝氣池前增加厭氧、全混合反應(yīng)池,原污水經(jīng)過預(yù)處理后在這個(gè)池內(nèi)與回流污泥充分混合。A/O工藝的特點(diǎn)是處理的水質(zhì)好,氮、磷的含量都較低,且不需要再增加脫氮除磷的三級(jí)處理工藝,剩余污泥量較一般生物處理系統(tǒng)少,沉降性能也好,易于脫水。但該工藝對(duì)沒經(jīng)過硝化處理的污水不適用,同時(shí)由于回流污泥中有硝酸鹽及亞硝酸鹽的存在,將阻礙磷在厭氧池內(nèi)的溶解。2.2.3uct工藝的工藝流程由于在A/O工藝中,污泥回流很難保證100%不含硝酸鹽及亞硝酸鹽,為了徹底排除硝酸鹽及亞硝酸鹽對(duì)除磷的干擾,UCT工藝不將污泥回流到磷釋放池,而是回流到其后的反硝化池。在硝化池內(nèi)排除硝酸鹽和亞硝酸鹽后,再引入磷釋放池與原污水混合,接下來是一組硝化與反硝化池(見圖8)。2.2.4氧硝化混合液法該工藝又稱為MUCT工藝,其有兩個(gè)缺氧池,前一個(gè)接受二沉池回流污泥,后一個(gè)接受好氧硝化混合液,將污泥的脫氮與混合液的脫氮分開,進(jìn)一步減少硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的可能(見圖9)。2.2.5不同反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物的濃度分布VIP工藝是UCT工藝的改進(jìn)型,其工藝流程與UCT工藝相同,但其厭氧、缺氧和好氧3個(gè)反應(yīng)器都是由多個(gè)混合反應(yīng)器串聯(lián)組成。分格方式形成了有機(jī)物濃度的梯度分布,提高了厭氧釋磷和好氧攝磷的速度。其特點(diǎn)是有機(jī)負(fù)荷高于UCT工藝,泥齡短,反應(yīng)器總?cè)莘e小于UCT工藝。2.3采用高效低碳除雜工藝城市生活污水處理主要去除懸浮物、溶解性有機(jī)物、氮和磷。對(duì)于日處理能力在20萬t以上的城市污水處理廠,最適宜的工藝是活性污泥法及其變形工藝,主要是鼓風(fēng)曝氣的完全混合式活性污泥法和氧化溝工藝。對(duì)于日處理能力在5萬～20萬t的城市污水處理廠,除上述兩類工藝外,還可以采用序批式活性污泥法(SBR工藝)。日處理能力在1萬～5萬t的城市污水處理廠可采用的技術(shù)比較多,近年各種新工藝不斷產(chǎn)生,但總體應(yīng)用上仍以活性污泥法為主。根據(jù)要求的不同可以分為:①以去除有機(jī)碳為目的:活性污泥法、氧化溝、SBR工藝、生物濾池、曝氣生物濾池、接觸氧化法。②以除碳脫氮為目的:A/O法、氧化溝、交替運(yùn)行氧化溝、SBR工藝、CASS工藝、UNITANK工藝等。③以除碳脫氮除磷為目的:A2/O法、交替運(yùn)行氧化溝、SBR工藝等。結(jié)合國(guó)內(nèi)外目前的二級(jí)處理工藝,其發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在:處理系統(tǒng)一體化的研究與開發(fā),組合式污水處理工藝研究,污水的綜合處理、零排放研究,污水處理系統(tǒng)的過程控制研究,污水處理系統(tǒng)的儀表設(shè)備研究。3三級(jí)職業(yè)及其發(fā)展趨勢(shì)近年來,我國(guó)已經(jīng)開始重視三級(jí)處理工藝的研究開發(fā),目前用得比較多的三級(jí)處理工藝可以分為常規(guī)工藝、MBR技術(shù)和LM深度處理技術(shù)。3.1濾、消毒系統(tǒng)常規(guī)的三級(jí)處理工藝是在生物處理之后增加混凝、過濾、消毒等常規(guī)處理過程,有砂濾、膜濾、反滲透、UV消毒、液氯、臭氧消毒等。一般來說這些處理方式單位水處理成本比較低,在經(jīng)濟(jì)上比較可行。3.2mbr工藝特點(diǎn)MBR技術(shù)又稱為膜生物反應(yīng)器技術(shù),利用了膜分離的選擇性和高效性,同時(shí)又利用了生物處理工程的有效性和徹底性,將水中的有害物質(zhì)最大限度地除去。MBR工藝的特點(diǎn)是用膜分離系統(tǒng)代替了普通活性污泥法中的二沉池,減少了傳統(tǒng)工藝大部分的處理單位,節(jié)省了大量投資,而且耗能和一般傳統(tǒng)的水處理工藝相近。污水在處理設(shè)備中的停留時(shí)間短,對(duì)COD,NH3?N的去除率極高,出水水質(zhì)達(dá)到了生活雜用水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。3.3深度處理單元LM深度處理工藝是一種全新的生態(tài)處理工藝,在厭氧池加好氧池的基礎(chǔ)上加入了改進(jìn)的曝氣氧化塘和高效濕地兩個(gè)深度處理單元,使出水水質(zhì)達(dá)到了生活雜用水的標(biāo)準(zhǔn)。其工藝流程是:生物厭氧池—封閉好氧池—開放好氧池—澄清池—人工濕地—UV消毒—蓄水池—回用,或者以接觸氧化池和生態(tài)氧化槽代替封閉好氧池和開放好氧池。LM深度處理工藝的特點(diǎn)是剩余污泥少、運(yùn)行費(fèi)用低、管理方便,還具有美化景觀的功能。該方法和其他水處理工藝相比比較經(jīng)濟(jì)。3.4