城市污水处理工艺及其发展.pdf
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1、_ 水 资 源保护 口2 0 0 3年第 1 城市污水处理工艺及其发展 刘兴平,郝晓美2 (1 河 海 大 学 宣 传 部,江 苏 南 京2 1 0 0 9 8;2 河海 大学 水资源环境学 院,江苏 南京2 1 o o 9 8)摘要:介绍国内外 目前运 用较 多和正在开发、研 究的城 市污水一级、二级、三级 处理 工艺流程,讨论 了这些工 艺的发展状况和发展趋势,介绍了一些适 用于我 国城市污水处理的新s t _ 艺。指 出,在我 国,一级污水处理 工 艺以混凝沉淀强化法的应 用较 多。二级污水处理 中,鼓风曝 气的完全混合 式活性 污泥法和氧化 沟工艺适用 于日处理能力大于 2 0万 t
2、的城市污水处理厂,日处理能力在 5万 一2 o万 t 的污水 处理厂可 以采用鼓风曝气 的完全混合式活性 污泥法、氧化沟工艺及 S B R工艺,日处理能力在 l万 一5万 t 的污水 处理厂总体上 以活性 污泥法为主。常规 处理工艺比较适用于三级 污水处理 工艺。关 键词:城 市 污水;处理 工 艺;工艺 流程;污水 处理 中图分类号:X 7 0 3 1 文献标 识码:A 文章编号:1 0 0 4 6 9 3 3(2 0 0 3)O 1 0 0 2 5 0 4 城市污水处理技术作 为环境学科 的一个分支,就我 国目前的状况来看,整体上已有了很大的进步,但还落后于我 国城市 发展的水平。近些 年
3、来,虽然 研究、开发 了一些设备和工艺,但总体上主要是借鉴 和引进国外的一些先进工艺、经验和设备。l 一级处理 工艺及其发 展趋势 一级强化处理技术 分为两类:一类侧重于物化 机 理,一类 侧重 于微 生 物 的 絮 凝 吸 附 原 理。目前 国 内外研 究 的一 级处 理 工 艺主 要 如下。1 1 活化污泥法 活化污泥法是根据絮凝动力学和生物吸附理论 提出“絮凝吸附一沉淀一活化”的城市污水强化一级 处理工艺。该工艺对污染物去除的强化作用主要包 括污泥的絮凝、吸附和生物代谢 3种,以前两者的作 用 为主。该工艺的特点是未经沉淀的生活污水原水与生 物污泥同时进入混合反应器(絮凝吸附池),两者在
4、 机械搅拌作用下充分混合,经充分絮凝吸附反应后,大量污染物质被絮凝吸 附进 入污泥絮体,出水进入 沉淀池,实现固液分离,而沉淀池 出水就是最终 出水(见图 1)。为了恢复沉淀池饱 和污泥的生物絮凝吸 附活性,将沉淀污泥短时间曝气活化,以部分降解吸 附的有机物,产生适量的微生物絮凝物质,改善污泥 的沉降性能,同时保持污泥 的好 氧状 态,避免变黑、发臭。此过程在 污泥活化池 里进行,能耗远低于二 级生物氧化反应。该工艺是适用于环境状况亟待改 善而经济欠发达地 区的一种新型实用技术。出水 图 1活化污泥 法工艺流程 1 2 混凝沉淀强化法 混凝沉淀强化法 目前主要应用于给水处理和部 分工业废水处理
5、。由于需要投加大量的混凝剂且污 水水质常常急剧变化,限制 了其 在城市污水处理领 域中的应用,一般仅应用于城市污水的深度处理中。近年来,随着许多新 型、高效、廉 价 的混凝剂 的出现 和 自动化技术 的广 泛应用,混凝 法与污水生物处理 法相比具有 了较强 的竞争力。例如,对北京市城 市污 水进行试验,结果表 明,两种传统混凝剂(F e C 1 3和聚合硫酸铁)及一种 国外 引进的混凝剂(B i o fl o e),经过 混凝沉 淀强化一 级处 理后,污水中 C O D的去 除率可达 5 0 一8 0。而处 理成本仅为二级处理的 1 51 3,既能有效地削减 污染物总量,又节约 了治理资金,在
6、现阶段十分符合 我国国情。此外,经强化一级 处理后 的污水再进行 二级处理时,停 留时间可 以大大缩短,减少能耗,提 高 出水水质。1 3 应用及其发展趋势 就 我 国 目前 的污 水 处 理 状 况 来 说,污 水 处理 率 作者简介:刘兴 平(1 ),男,湖北 公安人 讲师,双学士,从事环境保护 和污染治理研究 2 5 维普资讯 http:/ _ 一直较低,而解决城市 污水 污染的根本措施是建设 以生物处理为主体工艺 的二级城市污水处理厂,但 这需要大量的投资和高额运行费用。对我国不少地 区,特别是经济欠发达地区和 中小城市而言,有必要 应用投资低、污染物去除率较高 的城市 污水强化一 级
7、处 理 工艺。根 据 我 国 目前 水 处 理 的发 展 状 况,混 凝 沉淀 强化 一 级处 理 工艺 在 我 国应 用较 多。目前 一级 处理 工 艺 的发 展 主要 集 中在研 究 和应 用高效、廉价的絮凝剂 以及微生物絮凝剂,同时研究 无机 絮凝剂与其 他各类 絮凝剂协 同作用效果,以及 对一级处理工艺设备的优化选型等方面。2 二级 处理工艺及 其发展趋 势 二级 处理 工 艺 流程 的 发展 主要 是 在原 有 的传 统 处理工艺流程上进行某一个方 面的强化处 理,使某 一处理水的某一或某几个指标达到一定的标准。2 1 序 批式 工 艺 2 1 1传 统 的 S B R 法 S B
8、R工艺 即间歇 活性 污泥法,它 由一个 或多 个曝 气反应池组成,污水分批进入池中,经活性污泥净化 后,上清液排出池外即完成一个运行周期。每个工作 周期顺 序完成 进水、反 应、沉 淀、排放 4 个 工 艺过 程。S B R工 艺 的特 点 是 具 有 一 定 的调 节 均 化 功 能 可缓解进水水质、水量波动对系统带来的不稳定性。工艺处理简单,处理构筑物少,曝气反应池集曝气、沉 淀、污泥 回流 于 一 体,可 省 去 初 沉 池、二 沉 池 及 污 泥 回流系统,且 污 泥 量 少,易 于 脱 水,控 制 一 定 的工 艺条件可达到较好 的除磷 效果,但也存在 自动控制 和连续在线分析仪器
9、仪表要求高的缺点。2 1 2 C A S S工 艺 C A S S工艺 是 一种 连续 进 水式 S B R曝气 系统,不 仅具有 S B R工艺简单可靠、运行方式灵 活、自动化 程度高的特点,且 除磷 脱氮效果明显。这一功能 主 要 实现 于 C A S S池通 过 隔 墙 将 反 应 池 分 为功 能 不 同 的区域,在各分格 中溶解氧、污泥浓度和有机负荷不 同,各池中的生物 也不相 同。整个过程实现 了连续 进、出水。同时在传统 的 S B R池前或池 中设 置了选 择器及厌氧 区,提高了除磷脱氮效果(见图 2)。加 氧 进水 排 水 栅渣栅渣 砂;l 浓缩池 一 _脱水间 一 图 2
10、C A S S工艺流程 2 6 C A S S工艺 的特点是对污水预处理要求不高,只 设 间 隙 1 5 1 11 1 1 1 1 的机 械格 栅 和沉 砂 池。生物 处 理核 心 是 C A S S反应 池,除磷、脱 氮、降解有 机物 及悬浮物 等功能均在该池 内完成,出水可达标排放。2 1 3 MS B R 法 M S B R工 艺 是 2 0世 纪 8 0年代 初 期 发 展 起 来 的 污水 处 理工 艺,经过 不 断 改进 和 发展,目前 最新 的工 艺是第三代工艺,其工作原理如图 3所示 图 3 MS B R工 艺 流 程 M S B R工艺 的特点 是 系统 从 连续 运 行 的
11、单 元(如厌氧池)进水,从而加速了厌氧反应速率,改善 了 系统承受水力冲击负荷和有机物 冲击 负荷 的能力;同 时,由于 M S B R工艺 增 加 了低 水 头、低 能耗 的 回流 设施,极大地改善 了系统 中各个单 元 内 ML S S的均 匀性。可见,MS B R系统是 由 A 2 O系统与 S B R系统 串联组成,并集合 了两者 的全部优势,因而出水水质 稳定、高效,并有极 大的净化潜力。2 1 4 UN r I A NK 系统 S E G 眦 R S公 司提 出 的 U N I T A N K 系统 是 S B R法 的又一种变形和发展,它集合 了 S B R和传统活性污 泥法的优
12、点,一体化设计,不仅具 有 S B R系统的主 要特点,还可以像传统 活性污泥法那样在恒定水位 下 连续 运 行。U N I T A N K系统 的特点是构筑物结构 紧凑,一体 化。可根据好氧过程 的 D O检测与缺氧和厌氧过程 的 O R P在线检测,通过改变供 气量,切换进 出水阀 门,改变好氧、缺氧及厌氧 的反应 时间等,高水平地 实现系统的时间和空间控制,高效地去除污水 中的 有机物及脱氮除磷,且水力负荷稳定。交替改变进 水点,可以相应改善系统各段 的污泥负荷,进而改善 污泥的沉降性能(见图 4)。脱氮 除磷过程更能通过 抑制丝状菌生长来控制污泥膨胀。3个池可 以被完 全加盖封闭或建在
13、地下,废气 可以收集处理,既有利 于布置、保温,又避免系统对周围环境产生不 良影响(见图 5)。目前,我 国石家庄高新技 术产业 开发区 污 水处 理 厂 日处理 污 水 l 0万 t,就是 采 用 的该 工 艺。2 1 5 D AT-I AT工 艺 D A T-I AT工 艺 是 一 种 S B R法 的 变 形 工 艺,主体 构筑物 由两个串联 的反应池组成,即需氧池(d e m a n d 维普资讯 http:/ 图 4 好氧 U N I T A N K系统流程 剩余污泥 二 厌氧E=三 好氧 没定时间好氧、厌氧 交替进 行 图 5 脱 氧除磷 U N 1 T A N K系统 流程 a
14、e ra t i o n t a n k)和 间 歇 曝 气 池(i n t e l m i t t e n t a e r a t i o n t a n k)。一般情况下 D A T池连续进水、曝气,其 出水 进入 I A T池,在 I A T池完成曝气、沉淀、滗 水和排除 剩余活性 污泥。主要 过程 分为进水、反应、沉淀、排 水、闲置等几个过程(见 图 6)。进水 粗格棚 卜 一l 进水泵H细格栅 H旋流除砂池 加氧 巴氏计量槽 HD A T I A T卜 _ _ J 出水泵 排放出水 S B R反应 池 至 】_ 圆泥 饼 外 运 图 6 D A T-I A T工艺流程 D A T-I
15、 A T工艺的特点是运行稳定、处理效率高、出水质量好、处理构筑物少、处理流程简化、建设 费 用少、自动化程度高、操作运行简单、调度灵活、节省 占地面积,可达到脱磷 脱氮的 目的。天津经 济技术 开发区污水处理厂就是使用的该工艺。2 2 脱氮除磷工艺 2 2 1 A 2 O工 艺 A 2 O工艺 为厌 氧一缺 氧一好氧生物 脱氮除磷 工艺,该工艺能对 B O D 5,S S,氮、磷都有很高 的去 除,效果,因此又称为生物脱氮除磷工艺。A O工艺将生物反应池分为厌氧段、缺氧段和 好氧段。在厌 氧段,回流污泥中的聚磷菌释放磷,同 时 B O D 5 得 到部 分去除。进 入好 氧段,聚磷菌 又变 本
16、加厉地吸收磷,污泥成 为高磷污泥,通过排放剩余 污泥的方式,将磷去除;B O D 5 得到更进一步去除,同 时 N H 3 一 N被硝化,通过含硝酸盐混合液 的内回流方 式,使其 N i l 一 N在缺氧段 进行 反硝化 脱氮,因而该 工艺具有同时生物脱氮除磷的功能(见图 7)。厂厂 进 水 壹 查 亟 出 水 j L 一 璺 婆 一 一 塑 叁 望 翌 图 7 A 2 O工艺流 程 A 0工艺处理效率较高,适用 于要求脱氮除磷 的大中型城 市污水 厂,但基建费和运行费均高于普 通活性污泥法,运行管理要求高,所以对 目前我国国 情来说,当处理后的污水排人封闭性水体或缓流水体 引起富营养化从而影
17、响给水水源时,才采用该工艺。2 2 2 A 0工 艺 A O工艺也是城市 污水 生物脱氮技术 的一种。这种工艺是在曝气池前增加厌氧、全混合反应池,原 污水经过预处理后在这个池内与回流污泥充分混合。A O工艺的特点是处理 的水质好,氮、磷的含量 都较低,且不需要再增加脱氮除磷的三级处理工艺,剩余污泥量较一般生物处理系统少,沉降性能也好,易于脱水。但该工艺对没经过硝化处理的污水不适 用,同时 由于回流污泥 中有硝酸盐 及亚硝酸盐的存 在,将阻碍磷在厌氧池 内的溶解。2 2 3 U C T(U n i v e r s i t y o f C a p e T o w n)工艺 由于在 A O工艺 中,
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- 城市 污水处理 工艺 及其 发展
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