第三章--城市污水处理典型工艺流程

城市污水厂实习培训教程16第三章城市污水处理典型工艺流程第一节传统活性污泥工艺一、工艺原理向生活污水中不断地注入空气，维持水中有足够的溶解氧，经过一段时间后，污水即生成一种絮凝体。这种絮凝体是由大量繁殖的微生物构成的，易于沉淀分离，使污水得到澄清，这就是“活性污泥”。活性污泥法就是以悬浮生长在水中的活性污泥为主题，在微生物生长有利的环境条件下和污水充分接触，使污水净化的一种方法。它的主要构筑物是曝气池和二次沉淀池。活性污泥法关键在于要使曝气池保持高的反应速率，让曝气池中的活性污泥处于良好的状态，同时要使曝气池内保持足够高的活性污泥微生物浓度。为此，沉淀后的活性污泥又回流至曝气池前端，使之与进入曝气池的废水混合后充分接触，以重复吸附、氧化分解废水中的有机物。在正常的连续生产（连续进水）条件下，活性污泥中微生物不断利用废水中的有机物进行新陈代谢，由于合成作用的结果，活性污泥大量增殖，曝气池中活性污泥的量愈积愈多，当超过一定的浓度时，应适当排放一部分，这部分被排出的活性污泥称作剩余污泥。活性污泥通常为黄褐色（有时呈铁红色）絮绒状颗粒，也称为“菌胶团”或“生物絮凝体”，其直径一般为0.02～2mm；含水率一般为99.2%～99.8%，密度因含水率不同而异，一般为1.002～1.006g/cm3，活性污泥具有较大的比表面积，一般为20～100cm2/mL。活性污泥由有机物及无机物两部分组成，组成比例因污泥性质不同而异。例如，城市污水处理系统中的活性污泥，其有机成分占75%～85%，无机成分占15%～25%。活性污泥中有机物成分主要由生长在活性污泥中的各种微生物组成，这些微生物群体构成了一个相对稳定的生态系统和食物链，其中以各种细菌及原生动物为主，也存在着真菌、放线菌、酵母菌以及轮虫等后生动物。在活性污泥中，细菌含量一般在107～108个/mL之间，原生动物为103个/mL左右，而原生动物中则以纤毛虫为主，因此可以用其作为指示生物，通过镜检法判断活性污泥的活性。通常当活性污泥中有固着型纤毛虫，如钟虫、等枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现，且数量较多时，说明活性污泥经培养驯化后较为成熟而且活性较好。反之，如果在正常运行的曝气池中发现活性污泥中固着型纤毛虫减少，而游泳纤毛虫突然增多，说明活性污泥活性差，处理效果将变差。城市污水厂实习培训教程17二、工艺流程传统活性污泥法工艺系统主要是由曝气池、曝气系统、二次沉淀以及回流系统和污泥消化系统组成，如图3-1所示。图3-1传统活性污泥工艺流程1.曝气池曝气池是由微生物组成的活性污泥与污水中的有机污染物质充分混合接触，并进而将其吸收并分解的场所，它是活性污泥工艺的核心。曝气池有推流式和完全混合式两种类型。推流式是在长方形的池内，污水和回流污泥从一端流入，水平推进，经另一端流出。而完全混合式是污水和回流污泥一起进入曝气池就立即与池内其他混合液均匀混合。推流式的特点是池子大小不受限制，不易发生短流，出水质量较高；而完全混合式的特点是池子受池型和曝气手段的限制，池容不能太大，当搅拌混合效果不佳时易产生短流，但它对入流水质的适应能力较强。由于以上特点，城市污水处理一般采用推流式，而完全混合式则广泛应用于工业废水处理。2.曝气系统曝气系统的作用是向曝气池供给微生物增长及分解有机物所必需的氧气，并起混合搅拌作用，使活性污泥与有机污染物质充分接触。曝气系统总体上可分为鼓风曝气和机械曝气两大类。鼓风曝气是将压缩空气通过管道送入曝气池的扩散设备，以气泡形式分散进入混合液，使气泡中的氧迅速扩散转移到混合液中，供给活性污泥中的微生物。鼓风曝气系统主要由空气净化系统、鼓风机、管路系统和空气扩散器组成。城市污水处理厂采用的鼓风机有多种，如罗茨鼓风机和离心鼓风机。国产罗茨风机单机风量小，适用于中小型污水处理厂；离心风城市污水厂实习培训教程18机噪声小、效率高，适用于大型污水厂。空气扩散器也有很多种，按材质分有陶瓷扩散器、橡胶扩散器和塑料扩散器。按扩散器形状分有钟罩型扩散器、长条板型扩散器和圆管式（或筒套式）扩散器，另外还有固定双螺旋、双环伞形以及射流曝气器等特殊形式。扩散器在曝气池内的布置形式也有很多种，如池底满布形式、旋转流形式、半水深布置形式等。风管按气量和风速选择管径，干管、支管风速10～15m/s，竖管及小支管4～5m/s。空气管线上设空气计量和调节装置，以便控制曝气量。机械曝气则是利用装设在曝气池内的叶轮转动，剧烈地搅动水面，使水循环流动，不断更新液面并产生强烈的水跃，从而使空气中的氧与水滴或水跃的界面充分接触，转入到混合液中。因此，机械曝气也称作表面曝气，简称表曝。机械曝气分为竖轴表曝和卧轴表曝两种形式，竖轴表曝机多用于完全混合式的曝气池，转速一般为20～100r/min，并可有两级或三级的速度调节。卧轴表曝机一般用于氧化沟工艺，称为曝气转盘（刷）。3.二次沉淀池二次沉淀池的作用是使活性污泥与处理完的污水分离，并使污泥得到一定程度的浓缩。二次沉淀池内的沉淀形式较复杂，沉淀初期为絮凝沉淀，中期为成层沉淀，而后期则为压缩沉淀，即污泥浓缩。二沉池的结构形式同初沉池一样，分为平流沉淀池、竖流沉淀池和辐流沉淀池。国内现有城市污水处理厂二沉池绝大多数都采用辐流式。有些中小处理厂也采用平流式，竖流式二沉池尚不多见。平流式二沉池的构造及布置形式与平流初沉池基本一样，只是工艺参数不同。平流初沉池的水平冲刷流速为50mm/s，而二沉池的水平冲刷流速为20mm/s，当水平流速大于20mm/s或吸泥机的刮板行走速度大于20mm/s时，下沉的污泥将受扰动而重新浮起。除工艺参数不同以外，辐流式二沉池与辐流式初沉池构造形式也基本相似。二沉池的排泥方式与初沉池差别较大。初沉池一般都是先用刮泥机将污泥将污泥刮至泥斗，再将其间歇或连续排除。而二沉池一般直接用吸泥机将污泥连续排除。这主要是因为活性污泥易厌氧上浮，应及时尽快地从二沉池中分离出来。另外，曝气池本身也要求连续不断地补充回流污泥。平流二沉池一般采用桁车式吸泥机，辐流式二沉池一般采用回转式吸泥机。常用的排泥方式有静压排泥、气提排泥、虹吸排泥或直接泵吸。4.回流污泥系统回流污泥系统把二沉池中沉淀下来的绝大部分活性污泥再回流到曝气池，以保证曝气池有足够的微生物浓度。回流污泥系统包括回流污泥泵和回流污泥管道或渠道。回流污泥泵的城市污水厂实习培训教程19形式有多种，包括离心泵、潜水泵和螺旋泵。螺旋泵的优点是转速低，不易打碎活性污泥絮体，但效率较低。回流污泥泵的选择应充分考虑大流量、低扬程的特点，同时转速不能太快，以免破坏絮体。回流污泥渠道上一般应设置回流量的计量及调节装置，以准确控制及调节污泥回流量。5.剩余污泥排放系统随着有机污染物质被分解，曝气池每天都净增一部分活性污泥，这部分活性污泥称为剩余活性污泥，应通过剩余污泥排放系统排出。污水处理厂用泵排放剩余污泥，也可直接用阀门排放。可以从回流污泥中排放剩余污泥，也可以从曝气池直接排放。从曝气池直接排放可减轻二沉池的部分负荷，但增大了浓缩池的负荷。在剩余污泥管线上应设置计量及调节装置，以便准确控制排泥。三、活性污泥系统的工艺参数活性污泥工艺是一个较复杂的工程化的生物系统，其工艺参数可分为三大类。第一类是曝气池的工艺参数，主要包括污水在曝气池内的水力停留时间、曝气池内的活性污泥浓度、活性污泥的有机负荷。第二类是关于二沉池的工艺参数，主要包括混合液在二沉池的停留时间、二沉池的水力表面负荷、出水堰的堰板溢流负荷、二沉池内污泥层深度、固体表面负荷。第三类是关于整个工艺系统的参数，包括入流水质水量、回流污泥量和回流比、回流污泥浓度、剩余污泥排放量、泥龄。以上工艺参数相互之间联系紧密，任一参数变化都会影响到其它参数。1.入流水质水量入流污水量Q必须充分利用所设置的计量设施准确计量，它是整个活性污泥系统运行控制的基础。入流水质也直接影响到运行控制。传统活性污泥工艺的主要目标是降低污水中的BOD5，因此，入流污水的BOD5必须准确测定，它是工艺调整的一个基础数据。2.回流污泥量与回流比回流污泥量是二沉池补充到曝气池的污泥量，常用Qr表示。Qr是活性污泥系统的一个重要控制参数，通过有效地调节Qr可以改变工艺运行状态，保证运行的正常。回流比是回流污泥量与入流污泥量（Q）之比，通常用R表示。保持R的相对恒定，是一种重要的运行方式。回流比也可以根据实际运行需要加以调整。传统活性污泥工艺的R一般在25%～100%之间。3.悬浮固体和回流污泥悬浮固体城市污水厂实习培训教程20悬浮固体是指混合液中悬浮固体的浓度，通常用MLSS表示。MLSS也可近似表示曝气池内活性微生物的浓度，这是运行管理的一个重要控制参数。当入流污水的BOD5增高时，一般应提高MLSS，即增大曝气池内的微生物量。实际测得的MLSS，是混合液的过滤性残渣，活性污泥絮体内的活性微生物量、非活性的有机物和无机物都被滤纸截留而包括所测得的MLSS中，因此MLSS值实际比活性微生物的浓度值要大。MLVSS是MLSS中的有机部分，称为混合液的挥发性悬浮固体，由于不包含无机物，它能较好地反应活性污泥微生物的数量，但不是活性微生物的实际浓度。回流污泥悬浮固体是指回流污泥中悬浮固体的浓度，通常用RSS表示，它近似表示回流污泥中的活性微生物浓度。如上所述，运行管理中应尽量采用RVSS，即回流污泥挥发性悬浮固体。传统活性污泥法的MLSS在1500～3000mg/L之间，而RSS则取决于回流比R的大小，以及活性污泥的沉降性能和二沉池的运行状况。4.活性污泥的有机负荷F/M活性污泥的有机负荷是指单位质量的活性污泥，在单位时间内要保证一定的处理效果所能承受的有机污染物量，单位为kgBOD5/(kgMLSS·d)。活性污泥的有机负荷通常是用BOD5代表有机污染物进行计算的，因此也成为BOD负荷。F/M代表了微生物量与有机污染物之间的一种平衡关系，它直接影响活性污泥增长速率、有机污染物的去除效率、氧的利用率以及污泥的沉降性能。传统活性污泥工艺的F/M值一般在0.2～0.4kgBOD5/(kgMLSS·d)之间，即每1000gMLVSS每天承受0.2～0.4kgBOD5，这属于中负荷范围。F/M较大时，由于有机污染物较充足，活性污泥中的微生物增长速度较快，有机污染物被去除的速率也较快，但此时的活性污泥的沉降性能可能较差。反之，F/M较小时，由于有机污染物不太充足，微生物增长速率较慢或基本不增长，甚至也可能减少，此时有机物被去除的速率也必然较慢，但这时活性污泥沉降性能往往较好。运行管理中应选择合适的F/M值，在有机物去除速率满足要求的前提下，污泥的沉降性能最佳。5.溶解氧浓度传统活性污泥工艺主要采用好氧过程，因而混合液中必须保持好氧状态，即混合液内必须维持一定的溶解氧DO浓度。DO是通过单纯扩散方式进入微生物细胞内的，因而混合液须有足够高的DO值，以保持强大的扩散推动力，将微生物好氧分解所需的氧强制“注入”微生物细胞体内。传统活性污泥法一般控制曝气池出口DO大于2.0mg/L。6.剩余污泥排放量和污泥龄城市污水厂实习培训教程21剩余活性污泥的排放量用Qw表示。剩余污泥排放是活性污泥系统运行控制中一项最重要的操作，Qw的大小，直接决定污泥龄的长短。如从曝气池排放剩余活性污泥，则其浓度为混合液的污泥浓度MLVSS；如果从回流污泥系统内排除剩余活性污泥，则其浓度为RSS。绝大部分处理厂都从回流污泥系统排泥，只有当二沉池入流固体值严重超负荷时，才考虑从曝气池直接排放。污泥龄是指活性污泥在整个系统内的平均停留时间，一般用SRT表示。因为活性微生物基本上存在于活性污泥絮体中，因此，污泥龄也就是微生物在活性污泥系统内的停留时间。不同种类的微生物，具有不同的世代期。控制污泥龄是选择活性污泥系统中微生物的种类的一种方法。所谓世代期，是指微生物繁殖一代所需要的时间，如某种微生物群体数量增加一倍需要2d的时间，则该种微生物的世代期就是2d。如果某种微生物的世代期比活性污泥系统的泥龄长，则该类微生物在繁殖出下一代微生物之前，就被以剩余污泥的方式排走，该类微生物