第20章生物处理新技术.

第20章生物处理新技术20.1活性污泥法新工艺20.1.1氧化沟20.1.2A-B法污水处理工艺20.1.3间歇式活性污泥法20.2生物脱氮除磷新工艺20.2.1生物脱氮原理与工艺20.2.2脱氮除磷新工艺一般而言，废水中所含的污染物种类繁多，不能期望只用一种处理方法就能把污染物全部去除，往往需要由几种方法组成一个处理系统，才能完成所要求的处理功能。生物处理是利用生物的新陈代谢作用，对污染物质进行转化和稳定，使之无害化的处理方法。对污染物进行转化和稳定的主体是微生物。生物处理是废水处理和污泥处理的重要方法，近年来，涌现了许多生物处理新技术，在节能降耗、脱氮除磷等方面发挥了重要作用。20.1活性污泥法新工艺20.1.1氧化沟目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟、奥尔伯（Orbal）氧化沟、T型氧化沟（三沟式氧化沟）、DE型氧化沟和一体化氧化沟。1.氧化沟的工作原理与特征（1）氧化沟结合推流和完全混合的特点，有利于克服短流和提高缓冲能力，通常在氧化沟曝气区上游安排入流，在入流点的再上游点安排出流。（2）氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度，特别适用于硝化－反硝化生物处理工艺。氧化沟从整体上说又是完全混合的，而液体流动却保持着推流前进，其曝气装置是定位的，因此，混合液在曝气区内溶解氧浓度是上游高，然后沿沟长逐步下降，呈现明显的浓度梯度，到下游区溶解氧浓度就很低，基本上处于缺氧状态。（3）氧化沟沟内功率密度的不均匀配备，有利于氧的传质、液体混合和污泥絮凝。（4）氧化沟的整体功率密度较低，可节约能源。2.氧化沟的曝气装置（1）横轴曝气装置分为转刷和转盘两种。（2）竖轴式表面曝气机。（3）射流曝气（4）微孔曝气。（5）其他曝气设备，包括一些新型的曝气推动设备。3常用的氧化沟型式（1）基本型：采用转刷曝气，有效水深H水=1～1.5m，平均流速v=0.3～0.4m/s，如图20-1和图20-2所示。图20-1氧化沟平面图图20-2氧化沟工艺流程图原污水转刷曝气器表面曝气器处理水(去二沉池)原污水转刷二沉池处理水回流污泥污泥泵房干化设备图20-1氧化沟平面图图20-2以氧化沟为生物处理单元的污水处理流程（2）卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟1967年由荷兰的DHV公司开发研制的。11′46523354132图20-3卡罗塞氧化沟系统（一）1--污水泵站；11--污水泵站；1\S1,100′--回流污泥泵站；2--氧化沟；3--转刷曝气器；4--剩余污泥排放；5--处理水排放；6--二次沉淀池图20-4卡罗塞氧化沟系统(二)1--来自经过预处理的污水(或不经预处理)；2--氧化沟；3--表面机械曝气器；4--导向隔墙；5--处理水去往二次沉淀池图20-3卡鲁塞尔氧化沟系统（一）图20-4卡鲁塞尔氧化沟系统(二)1--污水泵站；1/--回流污泥泵站；2--氧化沟；3--转刷曝气器；4--剩余污泥排放；5--处理水排放；6--二次沉淀池1--来自经过预处理的污水(或不经预处理)；2--氧化沟；3--表面机械曝气器；4--导向隔墙；5--处理水去往二次沉淀池（3）三沟式氧化沟由三条同容积的沟槽串连组成，两侧的A、C池交替作为曝气池和沉淀池，中间的B池一直为曝气池。ⅠDNⅢⅠⅠⅠⅠⅠⅡⅡⅡⅡⅡⅢⅢⅢⅢⅢAFEDCBNNNNNNNNDNⅡDN=反硝化缺氧N=硝化好氧小时102345678A阶段槽III槽II槽IBCDEFDNNNNNNNNDNN进水处理后出水曝气沉淀进水出水图20-5三沟式氧化沟的基本运行方式图20-5三沟式氧化沟的基本运行方式（4）奥贝尔（Orbal）氧化沟中央岛污水进口污泥回流二沉池回流污泥012图20-6奥巴勒型氧化沟图20-6奥贝尔（Orbal）氧化沟（5）其他氧化沟如船形一体化氧化沟（见图20-7）、二沉池交替运行的氧化沟（图20-8）。污泥排出口浮渣出口浮渣隔板溢流槽浮渣回流浮渣回流污泥排出口浮渣出口v1v1v2注：槽内流速v1为船式沉淀池部流速v2的60%图20-7船形一体化氧化沟图20-7船形一体化氧化沟（注：槽内流速v1为船式沉淀池部流速v2的60%）图20-8二沉池交替运行的氧化沟处理水污水来自预处理出水二次沉淀池ⅠⅡ图20-8二次沉淀池交替运行氧化沟系统曝气器4.氧化沟脱氮除磷工艺目前，在工程应用中比较有代表性的有形式有：多沟交替式氧化沟（如三沟式，五沟式）及其改进型、卡鲁塞尔氧化沟及其改进型、奥贝尔(Orbal)氧化沟及其改进型、一体化氧化沟等，一般均具有一定的脱氮除磷能力。5氧化沟的设计计算（1）氧化沟的容积V(m3)（20-1）式中Q—污水平均日流量，m3/s；Y—污泥净增长系数，KgMLSS/KgBOD5；Lo—进水BOD5浓度，mg/L；Le—出水BOD5浓度，mg/L；θc——污泥龄，d；X—混合液悬浮固体浓度（MLSS）,g/m3，一般为2500～5000mg/L。XLeLYQVcO)(（2）需氧量G的计算G=Q－1.42Wx－0.56Wx（20-2）式中Q—污水设计流量，m3/d；Wx—剩余活性污泥排放量，Kg/d；=0.75；—进水氨氮浓度，mg/L或g/m3；——出水氨氮浓度，mg/L或g/m3；△NO3—还原的NO3浓度，mg/L、g/m3。将G折算成标准状态下的需氧量，以便选曝气设备。68.0)LL(e0QNeNoSSVSS)(57.46.2SSVSSQNO3SSVSS（3）剩余污泥量WX(V)=(Kg/d)（20-3）式中Q—设计污水流量m3/d；Lr＝(Lo-Le)，去除的BOD5浓度mg/L；a—污泥产率系数，KgMLSS/KgBOD5，对于城市污水，a一般为0.5～0.65；b—污泥自身氧化率，d-1，对于城市污水，b一般为0.05～0.1d-1。cbaQLr1（4）曝气时间tt=V/Q（20-4）（5）污泥回流比RR=X/(XR-X)×100％（20-5）式中X——氧化沟混合液污泥浓度，mg/L；XR——二沉池底流污泥浓度，mg/L。（6）污泥负荷率NSNS＝（KgBOD5/KgMLVSS·d）（20-6）20.1.2A-B法污水处理工艺20.1.2A-B法污水处理工艺1.A-B法的工艺流程A-B工艺实际上是由城市排水管网和污水处理厂构成的处理系统，见图20-9沉淀曝气沉淀吸附沉沙格栅出水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥A段B段图20-10A-B法工艺流程图20-9A-B法工艺流程图项目曝气池A段B段污泥负荷Ns容积负荷NvX（g/L）水力停留时间（h）污泥龄θc（d）溶解氧（mg/L）污泥回流比（%）汽水比2～66～102～30.50.3～0.50.2～0.720～50（3～4）：10.15～0.30≤0.93～42～315～201～250～100（7～10）：1表20-1A、B段主要工艺参数2.A-B工艺的机理3.A—B工艺特点不设初沉池；A段污泥负荷率高；A段活性污泥吸附能力强；对BOD5、COD、SS、N、P的去除率高；比普通活性污泥法节省投资及运行费用；适合分步建设；缺点是产泥量高。4.A-B工艺的设计（1）如果大量工业废水未达标而进入城市排水管网，会引起污水中微生物大量死亡，微生物浓度下降，且微生物絮凝性差，导致A段处理效率下降，此情况不宜采用A—B工艺。（2）设计要点：A段曝气池；B段曝气池（3）计算：曝气池容积；曝气池的布置；沉淀池的计算；剩余污泥量W和污泥龄ts20.1.3间歇式活性污泥法1.概述2.SBR工艺的工作过程处理水Ⅳ排水工序Ⅰ污水流入工序污水Ⅴ排泥待机工序剩余污泥Ⅲ沉淀工序Ⅱ曝气反应工序图20-12SBR工艺的典型运行工序图20-10SBR工艺的典型运行工序3.SBR工艺的影响因素1）易生物降解的基质浓度；2）NO3—N对脱氮除磷的影响；3）运行时间和DO的影响；4.SBR工艺优点推动力大，效率高，净化效果好；运行效果稳定；耐冲击负荷；运行灵活；构造简单；有效控制活性污泥膨胀；利于扩建和改造；脱氮除磷效果良好；工艺流程简单、造价低。5.SBR系统的适用范围（1）中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水；（2）需要较高出水水质的地方；（3）水资源紧缺的地方、用地紧张的地方；（5）对已建连续流污水处理厂的改造等；（6）非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。6.SBR工艺设计（1）设计要点1）运行周期（T）的确定；2）反应池容积的计算；3）曝气系统；4）排水系统；5）排泥设备（2）设计计算20.2生物脱氮除磷新工艺20.2.1生物脱氮原理与工艺1.生物脱氮原理有机N（尿素、氨基酸、蛋白质）NO3—-NNH3-NNO2—-N无机NNOx--N(硝态氮)NTKN(凯氏氮)总N(TN)（1）氨化与硝化反应过程。3222NHCORCOOHO)COOH：RCH(NH氨化菌氨化HOHNO3/2O：NH2-223亚硝化菌硝化-3-2NO1/2ONO硝酸菌HOHNO2ONH2-323硝化菌-2223-36OHO7H3N5COOH5CH：6NO反硝化菌反硝化硝化反应：亚硝化阶段硝化阶段硝化反应总反应式：-2275-3240.982NONOH0.0182CCO1.982H1.382ONH亚硝化细菌322CO1.891HO1.036H-3227523324-2NOO0.008HNOH0.003C0.488O-0.003HCOCO0.01H0.003NHNO硝化菌-3322275-3240.982NOCO1.881HO1.044HNOH0.021C1.985HCO1.86ONH（2）硝化反应的条件。1）好氧状态：DO≥2mg/L；1gNH3-N完全硝化需氧4.57g——硝化需氧量。2）消耗废水中的碱度：1gNH3-N完全硝化需碱度7.1g（以CaCO3计），废水中应有足够的碱度，以维持PH值不变。3）污泥龄θC≥（10-15）d。同化反硝化4）BOD5≤20mg/L。（3）反硝化2.生物脱氮工艺：（1）传统活性污泥法脱氮工艺。1）三级活性污泥法流程2）二级活性污泥生物脱氮工艺（图20-11）图20-11两级生物脱氮系统2）缺氧—好氧活性污泥法（A1/O工艺）生物脱氮（前置反硝化生物脱氮工艺）。1）分建式缺氧—好氧活性污泥生物脱氮（前置反硝化生物脱氮工艺）（图20-12）处理水回流污泥反硝化反应器BOD去除硝化氨化沉淀池碱N3(好氧)III回流污泥CH2OH剩余污泥剩余污泥回流污泥图20-14两级生物脱氮系统图20-12分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统回流污泥回流污泥处理水内循环（硝化液回流）回流污泥反硝化反应器BOD去除、硝化反应反应器(缺氧)沉淀池碱N2(好氧)图20-15分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统2）合建式A1/O工艺（图20-13）硝化BOD去除回流污泥反硝化沉淀池处理水内循环N2内循环原污水空气图20-16合建式缺氧-好氧活性污泥法脱氮系统图20-13合建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统3）A1/O工艺的优缺点。a优点。同时除有机物和氮，流程简单，构筑物少，节省基建费。反硝化缺氧池不需外加有机碳源，降低了运行费用。因为好氧池在缺氧池后，可使反硝化残留的有机物得到进一步去除，高了出水水质。（残有机物进一步去除）。缺氧池中污水的有机物被反硝化菌所利用，减轻了其它好氧池的有机物负荷，同时缺氧池中反硝化产生的碱度可弥补好氧池中硝化需要碱度的一半。（减轻了好氧池的有机物负荷，碱度可弥补需要的一半）。b缺点。脱氮效率不高，一般ηN=（70～80）%；好氧池出水含有一定浓度的硝酸盐，如二沉池运行不当，则会发生反硝化反应，污泥上浮，使处理水水质恶化。3.A1/O工艺的影响因素（1）水力停留时间t（2）进入硝化好氧池中BOD5≤80mg/L（3）硝化好氧池中DO=2mg/L±（4）反硝化缺氧池污水中溶解氧性BOD5/NO3