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污水处理工艺及原理,目录 污水处理概述 定义 水污染分类 污水处理工艺技术 氧化沟 SBR AB AO AAO 排放标准 污水处理控制系统,1：污水处理 sewage treatment;wastewater treatment,定义1：用各种方法将污水中所含的污染物分离出来或将其转化为无害物，从而使污水得到净化的过程。 定义2：为使污水达到排放或回用的水质要求，采取物理的、化学的或生物的处理方法对污水进行净化的措施。,2：水污染分类,按污水的性质来分， 水的污染有两类： 自然污染； 人为污染。 当前对水体危害较大的是人为污染。 水污染可根据污染杂质的不同而主要分为 化学性污染 物理性污染 生物性污染 。 污染物主要有：（1）未经处理而排放的工业废水；（2）未经处理而排放的生活污水；（3）大量使用化肥、农药、除草剂的农田污水；（4）堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾；（5）水土流失；（6）矿山污水。,3：常见污水处理分类,现代污水处理技术，按处理方法分类 物理法：物理或机械的分离过程。 过滤,沉淀,离心分离,上浮等。 化学法：加入化学物质与污水中有害物质发生化学反应的转化过程。 中和,氧化,还原,分解,混凝,化学沉淀等 物理化学法：物理化学的分离过程。 气提,吹脱,吸附,萃取,离子交换,电解电渗析,反渗透等 生物法：微生物在污水中对有机物进行氧化,分解的新陈代谢过程。 活性污泥法,生物膜法,氧化塘,厌氧消化等,按处理程度划分,现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。 一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，经过一级处理的污水，BOD一般可去除30%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。 二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质(BOD，COD物质)，去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。 三级处理，进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗分析法等。,4；污水处理工艺技术,氧化沟类型包括： Carrousel氧化沟 2厂 3厂 改良Carrousel氧化沟 抚宁 交替式氧化沟 Orbal氧化沟 SBR工艺 昌黎 （ICEAS工艺；DATIAT工艺 ；CASS；CAST等为改良SBR工艺） AB工艺 A/O工艺 4厂 A2/O 工艺 1厂 ；山海关厂（UCT 为改良A2/O工艺） UASB工艺,氧化沟前言,氧化沟（oxidation ditch）又名连续循环曝气池（Continuous loop reactor），是活性污泥法的一种变形。氧化沟污水处理工艺是在20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所研制成功的。自从1954年在荷兰的首次投入使用以来。由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点，已经在国内外广泛的应用于生活污水和工业污水的治理。 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。这些氧化沟由于在结构和运行上存在差异，因此各具特点。本文将主要介绍Carrousel氧化沟的结构、机理、存在的问题及其最新发展。,Carrousel氧化沟 及Orbal氧化沟,Carrousel氧化沟的结构,Carrousel氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制。在原Carrousel氧化沟的基础上DHV公司和其在美国的专利特许公司EIMCO又发明了Carrousel 2000系统，实现了更高要求的生物脱氮和除磷功能。 Carrousel氧化沟使用定向控制的曝气和搅动装置，使混合液氧化沟闭合渠道内循环流动。因此氧化沟具有特殊的水力学流态，既有完全混合式反应器的特点，又有推流式反应器的特点，沟内存在明显的溶解氧浓度梯度。氧化沟断面为矩形或梯形，平面形状多为椭圆形，沟内水深一般为2.54.5，宽深比为2:1，亦有水深达6-7m的，沟中水流平均速度为0.3m/s。氧化沟曝气混合设备有表面曝气机、曝气转刷或转盘、射流曝气器、导管式曝气器和提升管式曝气机等，近年来配合使用的还有水下推动器。,Carrousel氧化沟的机理,氧化沟可认为模糊的AO工艺。 最初的普通Carrousel氧化沟的工艺中污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系统。表面曝气机使混合液中溶解氧DO的浓度增加到大约23mg/L。在这种充氧条件下，微生物得到足够的溶解氧来去除BOD；同时，氨氮也被氧化成硝酸盐，水流维持在0.3m/s，保证活性污泥处于悬浮状态。 微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧，直到DO值降为零，混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用，混合液进入有氧区，完成一次循环。该系统中，BOD降解是一个连续过程，硝化作用和反硝化作用发生在同一池中。 由于结构的限制，这种氧化沟虽然可以有效的去处BOD，但除磷脱氮的能力有限。,Carrousel 2000系统,为了取得更好的除磷脱氮的效果，Carrousel 2000系统在普通Carrousel氧化沟前增加了一个厌氧区和绝氧区（又称前反硝化区）。 全部回流污泥和10-30%的污水进入厌氧区，可将回流污泥中的残留硝酸氮在缺氧和10-30%碳源条件下完成反硝化，为以后的绝氧池创造绝氧条件。 同时，厌氧区中的兼性细菌将可溶性BOD转化成VFA，聚磷菌获得VFA将其同化成PHB，所需能量来源于聚磷的水解并导致磷酸盐的释放。 厌氧区出水进入内部安装有搅拌器的绝氧区，所谓绝氧就是池内混合液既无游离氧，也无化合氧（硝酸盐氮），在此绝氧环境下，70-90%的污水可提供足够的碳源，使聚磷菌能充分释磷。 绝氧区后接普通Carrousel氧化沟系统，进一步完成BOD的去除、氨氮的硝化和除磷。 最后，混合液在氧化沟富氧区排出，在富氧环境下聚磷菌过量吸磷，将磷从水中转移到污泥中，随剩余污泥排出系统。这样，在Carrousel 2000系统内，较好的同时完成了去除BOD、COD和脱氮除磷。,SBR是序列间歇式活性污泥法,SBR 与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。,SBR序列式活性污泥法工艺,SBR工艺以下： 优点,SBR 1、 理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。 2、 运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。 3、 耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。 4、 工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。 5、 处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。 6、 反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。 7、 SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。 8、 脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。 9、 工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。,SBR工艺以下：缺点,1、自动化控制要求高。 2、排水时间短（间歇排水时），并且排水时要求不搅动沉淀污泥层，因而需要专门的排水设备（滗水器），且对滗水器的要求很高。 3、后处理设备要求大：如消毒设备很大，接触池容积也很大，排水设施如排水管道也很大。 4、滗水深度一般为12m，这部分水头损失被白白浪费，增加了总扬程。 5、由于不设初沉池，易产生浮渣，浮渣问题尚未妥善解决。,SBR系统的适用范围,SBR系统更适合以下情况： 1 中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。 2 需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。 3 水资源紧缺的地方。SBR系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。 4 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。,AB工艺,曝气池分为高低负荷两段，各有独立的沉淀和污泥回流系统。 高负荷段（A段） 停留时间约20-40分钟，以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应，生物主要为短世代的细菌群落，去除BOD达50%以上。 B段与常规活性污泥法相似，负荷较低，泥龄较长。,AB工艺A段效率很高，并有较强的缓冲能力。B段起到出水把关作用，处理稳定性较好。对于高浓度的污水处理，AB法具有很好适 用性的，并有较高的节能效益。尤其在采用污泥消化和沼气利用工艺时，优势最为明显。 B法工艺中的主要处理构筑物有A段曝气池、中间沉淀池、B段曝气池和二次沉淀等，通常不设初次沉淀池，以A段为一级处理系统。A段和B段拥有各自独的污泥回流系统，因此有各自独特的微生物种群，有利于系统功能的稳定。 但是，AB法污泥产量较达，A段污泥有机物含量极高，污泥后续稳定化处理是必须的，将增加一定的投资和费用。另外，由于A 段去除了较多的BOD，可能造成炭源不足，难以实现脱氮工艺。对于污水浓度较低的场合，B段运行较为困难，也难以发挥优势。 目前有仅采用A段的做法，效果要好于一级处理，作为一种过渡型工艺，在性能价格比上有较好的优势。一般适用于排江、排海场合。 AB工艺由A级曝气池、中间沉淀池、B级曝气池和最终沉淀池组成。 总体而言，AB法工艺适合于污水浓度高、具有污泥消化等后续处理设施的大中规模的城市污水处理厂，有明显的节能效果。,AB吸附工艺,AB吸附工艺流程,AO水处理工艺的分类,缺氧好氧法（AO 法） anoxicoxic process脱氮工艺 采取缺氧、好氧状态交替处理，以提高总氮去除率的污水处理方法。 厌氧好氧法（ AO 法）anaerobicoxic process除磷工艺 采取厌氧、好氧状态交替处理，以提高磷去除率的污水处理方法。,（AO 法）缺氧好氧脱氮工艺,AO脱氮工艺基本原理 A/O脱氮工艺的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以A/O法是改进的活性污泥法。 A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，交替处理。 在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，可提高污水的可生化性。 在缺氧段，异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+）。 在好氧段，硝化菌将NH3-N（NH4+）氧化为NO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。,A/O生物脱氮工艺特点,(A/O)脱氮工艺具有以下优点： 1）效率高。该工艺对废水中的有机物，氨氮等均有较高的去除效果。 2）流程简单，投资省，操作费用低。 3）若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大了运行费用。 4）高污泥浓度MLSS；长污泥龄；低负荷。,厌氧好氧法（ AO 法）除磷工艺,AO除磷工艺基本原理 A/O除磷工艺的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有较好的除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以A/O法是改进的活性污泥法。 A/O工艺将前段厌氧段和后段好氧段串联在一起。 在厌氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，可提高污水的可生化性。 根据生物除磷原理,在厌氧条件下,聚磷菌通过菌种间的协作,将有机物转化为挥发酸,借助水解聚磷释放的能量将之吸收到体内,并以聚羟基丁酸PHB形式贮存,提供后续好氧条件下过量摄磷和自身增殖所需的碳源和能量。 除磷工艺的活性污泥中磷含量远高于普通活性污泥法。磷的去除通过排除剩余污泥的形式完成。,A/O生物除磷工艺特点,1）效率高。该工艺对废水中的有机物，总磷等均有较高的去除效果。 2）流程简单，投资省，操作费用低。 3）工艺要求短泥龄，控制氨氮硝化，保证除磷效果。 4）氮去除较差。,AAO 工艺,厌氧缺氧好氧法（AAO 法） 采取厌氧、缺氧、好氧状态交替处理，以提高总氮和磷去除率的污水处理方法。,AAO工艺流程,A2/O工艺的固有缺陷,硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在着矛盾和竞争,很难在同一系统中同时获得氮、磷的高效去除,阻碍着生物除磷脱氮技术的应用。 其中最主要的问题是厌氧环境下反硝化与释磷对碳源的竞争。根据生物除磷原理,在厌氧条件下,聚磷菌通过菌种间的协作,将有机物转化为挥发酸,借助水解聚磷释放的能量将之吸收到体内,并以聚羟基丁酸PHB形式贮存,提供后续好氧条件下过量摄磷和自身增殖所需的碳源和能量。 如果厌氧区存在较多的硝酸盐,反硝化菌会以有机物为电子供体进行反硝化,消耗进水中有机碳源,影响厌氧产物PHB的合成,进而影响到后续除磷效果。,改良AAO工艺,为解决A2/O工艺碳源不足及其引起的硝酸盐 进入厌氧区干扰释磷的问题,工艺改进,归纳起来主要有三个方面: 一是解决硝酸盐干扰释磷问题而提出的工艺,如:UCT、MUCT等工艺。 二是直接针对碳源不足而采取解决措施,如补充碳源、改变进水方式、为反硝化和除磷重新分配碳源,进而形成的一些工艺,如:JHB工艺、倒置A2/O工艺。 三是随着反硝化除磷细菌DPB的发现形成的以厌氧污泥中PHB为反硝化碳源的工艺,如Dephanox工艺和双污泥系统的除磷脱氮工艺。,硝酸盐干扰释磷问题的工艺对策,UCT(University of Cape Town,1983)工艺 将A2/O中的污泥回流由厌氧区改到缺氧区,使污泥经反硝化后再回流至厌氧区,减少了回流污泥中硝酸盐和溶解氧含量。 UCT工艺在短HRT和低SRT运行时,在美国被称为VIP (Virginia Initiative Process,1987)工艺。 与A2/O工艺相比,UCT工艺在适当的COD/TKN比例下,缺氧区的反硝化可使厌氧区回流混合液中硝酸盐含量接近于零。 当进水TKN/COD较高时,缺氧区无法实现完全的脱氮,仍有部 分硝酸盐进入厌氧区,因此又产生改良UCT工艺MUCT工艺，MUCT工艺有两个缺氧池,前一个接受二沉池回流污泥,后一个接受好氧区硝化混合液,使污泥的脱氮与混合液的脱氮完全分开,进一步减少硝酸盐进入厌氧区的可能。,弥补碳源不足的工艺对策1,补充碳源 补充碳源可分为两类:一类是包括甲醇、乙醇、丙酮和乙酸等可用作外部碳源的化合物,一类是易生物降解的COD源,它们可以是初沉池污泥发酵的上清液或其它酸性消化池的上清液或者是某种具有大量易生物降解COD组分的有机废水,例如:麦芽工业废水、水果和蔬菜工业废水和果汁工业废水等。 碳源的投加位置可以是缺氧反应器,也可以是厌氧反应器,在厌氧反应器中投加碳源不仅能改善除磷,而且能增加硝酸盐的去除潜力,因为投加易生物降解的COD能使起始的脱氮速率加快,并能运行较长的一段时间。,弥补碳源不足的工艺对策2,改变进水方式 取消初次沉淀池或缩短初次沉淀时间,使沉砂池出水中所含大量颗粒有机物直接进入生化反应系统,这种传统意义上的初次沉淀池污泥进入生化反应池后,可引发常规活性污泥法系统边界条件的重要变化之一就是进水的有机物总量增加了,部分地缓解了碳源不足的问题,在提高除磷脱氮效率的同时,降低运行成本。 对功能完整的城市污水处理厂而言,这种碳源是易于获取又不额外增加费用的。 此外,对传统A2/O工艺有人建议,采用1/3进水入缺氧区,2/3进水入厌氧区的分配方案可以取得较高的N,P去除效果。,弥补碳源不足的工艺对策3,倒置A2/O工艺 同济大学高廷耀、张波等认为,传统A2/O工艺厌氧、缺氧、好氧布置。其在碳源分配上总是优先照顾释磷的需要,把厌氧区放在工艺的前部,缺氧区置后。这种作法是以牺牲系统的反硝化速率为前提的。但释磷本身并不是除磷脱氮工艺的最终目的。 基于以上认识,他们对常规除磷脱氮工艺提出一种新的碳源分配方式,缺氧区放在工艺最前端,厌氧区置后,即所谓的倒置A2/O工艺。 其特点如下:聚磷菌厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境,其在厌氧条件下形成的吸磷动力可以得到更充分的利用,具有“饥饿效应”优势;允许所有参与回流的污泥全部经历完整的释磷、吸磷过程,故在除磷方面具有“群体效应”优势;缺氧段位于工艺的首端,允许反硝化优先获得碳源,故进一步加强了系统的脱氮能力;工程上采取适当措施可以将回流污泥和内循环合并为一个外回流系统,因而流程简捷,宜于推广。 Johannesburg(JHB)工艺 是在A2/O工艺到厌氧区污泥回流线路中增加了一个缺氧池。这样,来自二沉池的污泥可利用33%左右进水中的有机物作为反硝化碳源去除硝态氮,以消除硝酸盐对厌氧池厌氧环境的不利影响。,以厌氧污泥中PHB为反硝化碳源的工艺,以厌氧污泥中PHB为反硝化碳源的工艺 随着除磷研究在微生物学领域的深化,研究者发现一种“兼性厌氧反硝化除磷细菌”DPB(Denitrifying Phosphorus Removing Bacteria)能在缺氧环境下,在氧化PHB的过程中能以硝酸盐代替氧作电子受体,使摄磷和反硝化这两个不同的生物过程,能够借助同一种细菌在同一环境中一并完成,实现同时反硝化和过度摄磷,即所谓“一碳(指PHB)两用”。 这对于解决除磷系统反硝化碳源不足的问题和降低系统充氧能耗都具有一定的意义,于是产生了利用DPB的反硝化除磷工艺。,倒置AAO工艺,倒置AAO工艺流程,UCT工艺,UCT工艺流程,UASB上流厌氧污泥床反应器,上流式厌氧污泥床反应器是一种处理污水的厌氧生物方法，又叫升流式厌氧污泥床，英文缩写UASB（Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket）。由荷兰Lettinga教授于1977年发明。 污水自下而上通过UASB。反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床，污水中的大部分有机污染物在此间经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳。 因水流和气泡的搅动，污泥床之上有一个污泥悬浮层。 反应器上部有设有三相分离器，用以分离消化气、消化液和污泥颗粒。消化气自反应器顶部导出；污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床；消化液从澄清区出水。 UASB 负荷能力很大，适用于工业高浓度有机废水的处理。运行良好的UASB有很高的有机污染物去除率，不需要搅拌，能适应较大幅度的负荷冲击、温度和pH变化。,UASB,污水综合排放标准GB 8978-1996,城镇污水处理厂污染物排放标准GB 18918-2002,污水处理厂自控系统的基本形式,自控系统的基本形式主要有三种 DCS系统。 现场总线系统。 基于PC控制的系统。 从规模来看三种系统所适用的规模是不同。DCS 系统和现场总线系统一般适用于控制点比较多而且厂区规模比较大的系统，基于PC的控制则用于小型而且控制点比较集中的控制系统。,DCS控制系统,污水处理厂自控系统应用方案 1、自控系统组成 自控系统包括了现场仪表检测系统; PLC分控站;中控监控系统三部分。 2、总体结构 自动控制系统以标准的、开放的工业以太网作为系统主干网络，配以高性能、高可靠性的现场控制站组成，中间节点采用MOXA工业以太网冗余交换机，构成了自控系统的光纤冗余环状网络结构。 3、系统特点 自控系统采用“集中管理、分散控制、资源共享”的集散型系统。整个系统由信息层（管理层）、监控层和现场控制层组成。 采用这种结构可使生产过程中的信息能够集中管理，以实现整体操作、管理和优化；同时，也使得控制危险分散，提高系统可靠性。 中控室监控计算机和现场 PLC控制分站通过光纤和以太网交换机组成全厂工业冗余以太环网。,现场总线控制系统,现场总线控制系统构成 总线电缆和终端电阻。总线电缆一般分为主干缆和分支电缆。各种总线协议对于总线电缆的长度都有所规定，不同的通讯波特率，对应不同的总线电缆长度。同时，分支电缆的长度也是有所限制的。网络的最后部分是终端电阻。在一些总线系统中。这个终端电阻只是连接到两数据线的简单电阻。它是用来吸收网络信号传输过程中的剩余能量。 系统中的输入输出节点虽然有许多不同的类型，但在应用中最常用