生化处理工艺比选

生化处理工艺比选本工程的原水水质高，要达到回用和达标排放要求，对有机物、总氮、总磷的去除率要求均非常高，本工程应选择同时具有较高脱氮除磷工艺的二级生物（生化）处理工艺。污水二级处理工艺通常可选用悬浮生长型活性污泥法、固着生长型生物膜法、化学法及物理化学法等。悬浮生长型活性污泥法和固着生长型生物膜法在处理有机废水方面和化学法及物理化学法相比具有处理效率高、处理效果好、效果较为稳定、运转经验丰富、运行费用低、无二次污染等优点，在国内外被普遍采用。本次设计在这两类中进行筛选。1.1.1.悬浮生长型活性污泥法工艺简介悬浮型活性污泥法污水处理工艺主要有以下一些工艺系列：AAO系列、氧化沟系列、序批式反应器（SBR）系列、一体化系列、多段式系列等。各种系列均在不断地发展、改进，形成的目前比较典型的工艺有：1.1.1.1.AAO工艺系列主要包括常规AAO工艺、改良AAO工艺、倒置AAO工艺、UCT工艺、MUCT工艺、多段多级缺氧好氧工艺等。（1）常规AAO工艺常规A/A/O工艺是一种典型的除磷脱氮工艺，其生物反应池由ANAEROBIC（厌氧）、ANOXIC（缺氧）和OXIC（好氧）三段组成，其典型工艺流程见图3.2-1。这是一种推流式的前置反硝化型工艺，其特点是厌氧、缺氧和好氧三段功能明确，界线分明，可根据进水条件和出水要求，人为地创造和控制三段的时空比例和运转条件，只要碳源充足（TKN/COD≤0.08或BOD/TKN≥4）便可根据需要达到比较高的脱氮率。图3.2-1常规AAO工艺流程图常规A/A/O工艺呈厌氧（A1）/缺氧（A2）/好氧（O）的布置形式，具有如下特点：TN的去除率可达到60%～70%，TP的去除率为70%～80%。反应池内要分成多格，以有效地维持厌氧、缺氧和好氧状态。要设置硝化液回流泵。由于厌氧区居前，回流污泥中的硝化液进入厌氧段，造成脱氮菌和聚磷菌对碳源的竞争，回流污泥中的硝酸盐对厌氧区产生不利影响。污泥龄的取值要兼顾脱氮长泥龄和除磷短泥龄的矛盾，即要平衡脱氮效果和除磷效果，污泥龄一般取10~13天。（2）改良AAO工艺为了常规解决A/A/O工艺的缺点，即由于厌氧区居前，回流污泥中的硝酸盐对厌氧区产生不利影响，改良A/A/O工艺在厌氧池之前增设厌氧/缺氧调节池，改良A/A/O工艺流程见图3.2-2所示，来自二沉池的回流污泥和10%左右的进水进入调节池，停留时间为20~30min，微生物利用约10%进水中的有机物去除回流硝态氮，消除硝态氮对厌氧池的不利影响，从而保证厌氧池的稳定性。图3.2-2改良AAO工艺流程图（3）倒置AAO工艺为避免传统A/A/O工艺回流硝酸盐对厌氧池放磷的影响，将缺氧池置于厌氧池前面，来自二沉池的回流污泥和30~50%的进水，50~150%的混合液回流均进入缺氧段。回流污泥和混合液在缺氧池内进行反硝化，反硝化菌位于碳源争夺的有利位置，可强化脱氮效果。图3.2-3分点进水倒置AAO工艺流程图倒置A/A/O工艺的缺点主要是，若回流比较大，当硝酸盐浓度高时，缺氧段易被击穿，未反硝化的硝酸盐进入厌氧段，影响除磷效果，需辅以化学除磷措施。另外，大量的回流稀释了厌氧池反应物浓度，降低了反应速率。（4）UCT工艺UCT工艺的流程见图3.2-4所示，与常规A/A/O工艺的区别在于，回流污泥首先进入缺氧段，而缺氧段部分出流混合液再回至厌氧段。通过这样的修正，可以避免因回流污泥中的NO3-N回流至厌氧段，干扰磷的厌氧释放，而降低磷的去除率。回流污泥带回的NO3-N将在缺氧段中被反硝化。当入流污水的BOD5/TKN或BOD5/TP较低时，较适用UCT工艺。图3.2-4UCT工艺流程图UCT工艺的缺点主要是不易控制缺氧段的停留时间，若控制不当，DO仍会影响厌氧区。（5）MUCT工艺MUCT工艺的流程如图3.2-5所示，是对UCT工艺的基改良，即将缺氧段一分为二，形成二套独立的内回流，克服了UCT工艺不易控制缺氧段的停留时间。但是比传统A/A/O工艺多了一级污泥回流，因此系统的复杂程度和自控要求有所提高，耗能有所增加。另外，设两个单独的缺氧池，增加了缺氧池体积。图3.2-5MUCT工艺流程图（5）多段多级缺氧好氧活性污泥法多级缺氧好氧活性污泥法工艺的流程如图3.2-6所示，即将污水在生化池经过厌氧、缺氧、好氧多次交替，使聚磷菌、硝化菌和反硝化菌共存于同一污泥系统中，实现同步除磷脱氮，增加脱氮效果。图3.2-6多段缺氧好氧活性污泥法1.1.1.2.氧化沟工艺系列主要包括奥贝尔氧化沟工艺、卡鲁塞尔氧化沟工艺、双沟式DE氧化沟工艺、三沟式T型氧化沟工艺等。氧化沟是活性污泥法的一种改进型，具有除磷脱氮功能，其曝气池为封闭的沟渠，废水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动，因此氧化沟又名“连续循环曝气池”。过去由于其曝气装置动力小，使池深及充氧能力受到限制，导致占地面积大，土建费用高，使其推广及运用受到影响。近十年来由于曝气装置的不断改进、完善及池形的合理设计，弥补了氧化沟过去的缺点。（1）卡鲁塞尔氧化沟卡鲁塞尔氧化沟是荷兰DHV公司开发的。该工艺在曝气渠道端部装有低速表面曝气机。在曝气渠内用隔板分格，构成连续渠道。表曝机把水流推向曝气区，水流连续经过几个曝气区后经堰口排出。为了保证沟中流速，曝气渠的几何尺寸和表曝机的设计是至关重要的，DHV公司往往要通过水力模型才能确定工程设计。最近DHV公司又开发了卡鲁塞尔2000型，把厌氧/缺氧/好氧与氧化沟循环式曝气渠巧妙的结合起来，改变了原调节性差，除磷脱氮效果低的缺点，但水力设计更为复杂。卡鲁塞尔氧化沟的缺点是池深较浅，一般为4.0m，占地面积大，土建费用高。也有将卡鲁塞尔氧化沟池深设计为6m或更深的情况，但需采用潜水推流器提供额外动力。（2）双沟式（DE型）氧化沟和三沟式（T型）氧化沟双沟式（DE型）氧化沟和三沟式（T型）氧化沟是丹麦克鲁格公司开发的。DE型氧化沟为双沟组成，氧化沟与二沉池分建，有独立的污泥回流系统，DE型氧化沟可按除磷脱氮（或脱氮）等多种工艺运行。双沟式氧化沟是由两个容积相同，交替进行的曝气沟组成。沟内设有转刷和水下搅拌器，实现硝化过程。由于周期性的变换进、出水方向（需启闭进出水堰门）和变换转刷和水下搅拌器的运行状态，因此必须通过计算机控制操作，对自控要求较高。三沟式氧化沟集曝气沉淀于一体，工艺更为简单。三沟交替进水，两外沟交替出水，两外沟分别作为曝气或沉淀交替运行，不需设二沉池及污泥回流设备。同DE型氧化沟相同，需要的自动化程度高。由于这两种氧化沟采用转刷曝气，池深较浅，占地面积大。双沟式和三沟式由于各沟交替进行，明显的缺点是设备利用率低，三沟式的设备利用率只有58%，设备配置多，使一次性设备投资较大。（3）奥伯尔（orbal）氧化沟奥伯尔（orbal）氧化沟是氧化沟类型中的重要形式，此法起初是由南非的休斯曼构想，南非国家水研究所研究和发展的，该技术转让给美国的Envirex公司后得到的不断的改进及推广应用。奥伯尔氧化沟是椭圆型的，通常有三条同心曝气渠道（也有两条或更多条渠道）。污水通过淹没式进水口从外沟进入，顺序流入下一条渠道，由内沟道排出。奥伯尔氧化沟具有同时硝化、反硝化的特性，在氧化沟前面增加一座厌氧选择池，便构成了生物除磷脱氮系统。污水和回流污泥首先进入厌氧选择池，停留时间约1小时，在厌氧池中完成磷的释放，并改善污泥的沉降性，然后混合液进入氧化沟进行硝化、反硝化，实现除磷脱氮。奥伯尔氧化沟的缺点是池深较浅，一般为4.3m左右，占地面积较大，因为池型为椭圆型，对地块的有效利用较差。1.1.1.3.序批式反应器（SBR）处理工艺系列主要包括ICEAS工艺、CAST工艺、SBR工艺、CASS工艺等。CASS反应器工艺是以生物反应动力学原理及合理的水力条件为基础而开发的一种具有系统组成简单、运行灵活和可靠性好等优良特点的废水处理新工艺，尤其适用于含有较多工业废水的城市污水及要求脱氮除磷的处理。CASS的整个工艺为一间歇式反应器，在此反应器中进行交替的曝气－不曝气过程的不断重复，将生物反应过程及泥水的分离过程结合在一个池子中完成。因此，它是SBR工艺及ICEAS工艺的一种最新变型。CASS反应器由三个区域组成：生物选择区、兼氧区和主反应区。生物选择区是设置在CASS前端的小容积区，通常在厌氧或兼氧条件下运行。兼氧区不仅具有辅助厌氧或兼氧条件下运行的生物选择区对进水水质水量变化的缓冲作用，同时还具有促进磷的进一步释放和强化反硝化作用。主反应区则是最终去除有机物的场所。CASS反应器构造见图3.2-7。图3.2-7CASS反应器构造图CASS工艺脱氮除磷的原理为：除磷是靠厌氧捕捉选择区（预反应区）和曝气反应区（主反应区）完成。硝化和反硝化在主反应区完成。从充水/曝气开始，溶解氧（DO）浓度从0mg/L逐渐增加到2.0mg/L的过程中，大约有50％的时间其DO接近于零，约30％时间DO在1mg/L左右，约20％时间DO在2mg/L左右。DO能否进入微生物絮体内，取决于絮体大小和活性污泥的好氧速率。一般情况下，好氧速度较快，当DO含量不高时，溶解氧很难进入絮体内部，这样在絮体内形成了微缺氧环境，而硝化产生的较多浓度梯度的NO3-N-可进入絮体内部，使絮体内部发生反硝化作用，使硝化/反硝化过程同时发生。无需专设缺氧区和内回流系统。1.1.1.4.一体化处理工艺系列主要包括MSBR工艺、Unitank工艺等。MSBR是80年代后期发展起来的技术，是连续进水、连续出水的反应器，其实质是A/A/O系统后接SBR，因此具有A/A/O的生物除磷脱氮功能和SBR的一体化、流程简洁、控制灵活等优点。主要缺点是整个流程较复杂，核心属于专利技术，国内应用较少。1.1.1.5.多段式处理工艺系列主要包括二段法工艺、AB法工艺、Bardenpho工艺、Phoredox工艺、其它多段式工艺等，但工艺较为繁琐，实际工程中应用较少。1.1.1.6.几种典型活性污泥法工艺比较从处理效果来看，以上工艺系列均可满足本项目处理要求。但污水处理工艺的选择还应充分考虑技术的可行性、可靠性、成熟度，经济的合理性，对污水水质、水量的适应性，运行的稳定性等各种因素。应用较广泛的典型活性污泥法处理工艺系列的综合特点比较详见表3.2-1。表3.2-1典型活性污泥法处理工艺综合特点比较表内容方案一（氧化沟系列工艺）方案二（AAO系列工艺）方案三（SBR系列工艺）C处理效果好好好N处理效果较好好较好P处理效果好（前置厌氧段）好好（前置厌氧段）运行可靠性好好较好忍受冲击负荷能力好较好好操作管理方便方便复杂构筑物数量一般较多较少生反池体积利用率高高一般设备台套数一般较多较少对机械设备的要求高一般高机械设备利用率高高较低对系统自控的要求较低一般高出水水质控好好较好污泥量一般一般一般剩余污泥浓度较高较高较低污泥稳定性较稳定较稳定较稳定构筑物布置集约化程度较差较高高构筑物占地较大较小较小基建投资稍大稍小一般运行费用较高一般较高工艺流程较简单较复杂一般曝气形式机械曝气微孔鼓风曝气微孔鼓风曝气供氧利用率一般高较高内回流比－100％~200％无外回流比－50％~150％50％工程实例较多多较少工程适用性较广广一般规模适应性大、中、小型特大、大、中、小型中、小型1.1.2.固着生长型生物膜法工艺简介固着生长型生物膜法污水处理工艺主要有以下一些工艺系列：生物滤池系列、生物接触氧化池系列、生物转盘系列和生物流化床系列等。在生物膜法工艺中，生物滤池工艺的应用较多，其他工艺的应用较少，因此如考虑固着生长型生物膜法处理工艺，则首推生物滤池工艺。现代曝气生物滤池是在生物接触氧化工艺的基础上，引入上水处理过滤原理发展成一种新工艺，在80年代初出现在欧洲，主要是在一级强化处理基础上将生物氧化与过滤结合在一起，滤池后可不设二次沉淀池，通过反冲洗再生，实现滤池周期运行。由于其良好性能，应用范围逐渐扩大。至九十年代已日趋成熟，在废水二级、三级处理中曝气生物滤池发展很快，法国、英国澳地利和澳大利亚等环保公司，已有成熟产品推向市场。图3.2-8为常见的几种曝