中心渔港污水处理厂.doc

第三章 污水厂处理工艺的选择3.1污水处理工艺方案的选择3.1.1方案选择的原则作为城市基础设施的重要组成部分和水污染控制的关键环节，城市污水处理厂工程的建设和运行意义重大，耗资较大，且受多种因素的制约和影响,其中处理工艺方案的优化对确保污水处理厂的运行性能和降低费用最为关键。为了同时实现污水处理厂的高效稳定运行和节省费用的目的，本工程在选择污水处理方案时遵循以下原则：（1）远近期结合,全面规划,布置上采用近期为主,远期控制并为远期发展留有余地,根据建设情况,分期实施,更好地发挥投资效益。（2）技术成熟，处理效果稳定， 在长年运转中保证出水水质达到国家规定的排放要求。（3）基建投资和运行费用低，运转方式灵活，以尽可能小的投入取得尽可能大的效益。（4）运行管理方便,并可根据不同的进水水质和出水水质要求调整运行方式和参数，最大限度地发挥处理构筑物的处理能力。（5）便于实现工艺过程的自动控制，提高管理水平，降低劳动强度和人工费用。（6）选定的设备先进、可靠、国产化程度高、成套性好。但是任何一种处理工艺的优点都是相对的，不是十全十美的，所以在决定处理工艺时，必须因地制宜进行选择。3.1.2污染物去除机理描述在城市污水处理厂中，污染物的存在形式包括漂浮物、胶体悬浮物、溶解性污染物等，主要去除的污染物指标包括COD、BOD、SS、氮、磷和粪大肠杆菌数量等，主要分为物理法、生物法、化学法，漂浮物与悬浮物的去除主要依靠格栅、沉淀、过滤等物理方法解决，不能只通过物理方法去除的COD、BOD、氮、磷等污染物可通过生物法或化学法解决。在城市污水处理过程中，主要的去除对象是C、N、P污染物和病原微生物污染物。1、C污染物的生物处理去除污水中C污染物的存在是以BOD指标反映的，而生物处理的方法因其效果明显，经济实用而在污水处理项目得到极为广泛的应用。在生物反应过程中，污水中的含C有机物被活性污泥降解，这一过程一般在有氧条件下完成，最终生成稳定的分解物，可用方程式表示为：CxHyOz+（x+y/4-z/2）O2xCO2+y/2H2O-H一般城市污水处理厂二级生化反应可以去除大约95以上的BOD，从而完成对主要的C有机污染物的净化。2、N污染物的去除（1）、缺氧好氧的生物脱氮处理工艺机理污水中氮以有机氮和氨氮为主要存在形式，传统活性污泥法能够完成将有机氮化合物转化为氨氮的过程，但对氨氮的去除及脱氮作用却极为有限。生物脱氮的基本原理即在于通过硝化反应先将污水中的氮氨化为硝酸盐，再通过反硝化反应将硝酸盐还原成气态氮从水中逸出。微生物将有机氮转化为NH3-N的生物过程即为氨化作用。一般的异养微生物都能进行高效的氨化作用，在传统活性污泥法工艺中，伴随BOD5的去除，95以上的有机氮会被氨化成NH3N。生物脱氮是由硝化和反硝化两个生化过程完成的，污水先在好氧状态（Oxic）中进行硝化，使氨氮转化成硝态氮，然后在缺氧状态（Anoxic）中进行反硝化，硝态氮还原成氮气溢出。生物硝化反应是利用化学能自养微生物将氨氮氧化成硝酸盐的一种生化反应过程。硝化作用由两类化能自养细菌参与，亚硝化单胞菌首先将氨氮NH3N氧化成亚酸盐NO2N，硝化杆菌再将NO2N转换为NO3N，由于硝化杆菌反应速度大于亚硝化菌反应速度，因而不会造成NO2N积累。在实践中可以简单地理解成硝化作用是硝化细菌将NH3-N氧化成NO3N的过程。反应式如下：NH42O2NO3-2H+H2O式中的NH4系因为NH3N在污水中95以上以NH4形式存在硝化过程需要大量的氧。目前在工程中广泛应用的活性污泥法生物脱氮技术的主要工艺参数及影响因素主要为：A、污泥负荷和泥龄生物硝化属于低负荷工艺F/M一般在0.2kgBOD/kgMLSS.d以下，负荷越低，硝化进行得越充分。与低负荷相对应，生物硝化系统的泥龄一般较长，主要是因为硝化细菌增殖速度较慢，世代周期长，如果不保证足够的SRT（污泥泥龄），硝化细菌就培养不起来，得不到硝化效果。当污水温度为10时，实际工程中SRT一般不少于8d。B、回流比与水力停留时间综合考虑池容、硝化反硝化脱氮率等因素，回流比一般较传统工艺大，同时，回流比太小，曝气池污泥浓度太低，将使曝气池容积增大过多，投资过大。生物硝化系统曝气池的水力停留时间T，一般较传统工艺长，因为硝化速度较有机物的去除速率低。试验表明硝化时间根据硝化速度和需要去除的总NH3N确定，一般在4h以上，如果需要很高的去除率则应加长停留时间。C、溶解氧溶解氧是保证系统正常运转的先决条件，一般情况下，将每克NH3N转化成NO3需氧4.57g。由于硝化菌的工作以充分的好氧环境为前提条件，所以硝化工艺混合液的DO应控制在2.0mg/L以上。D、pH和碱度对硝化的影响硝化细菌对pH反应很敏感。在生物硝化系统中，应尽量控制混合液的PH在6.57.5之间，否则硝化速率会明显下降。当PH值过低时，还需要加碱中和。反硝化菌是兼性异养菌，能利用污水中各种有机质作为电子供体，以硝酸盐代替分子氧，作为电子最终受体，进行“无氧”呼吸，使有机质分解，同时将硝酸盐氮还原成气态氮。反硝化反应受溶解氧的影响较大，一般应保持在0.5mg/L以下。反硝化反应过程为：2NO3+H2O5O+N2+2OH有机碳CO2+H2O总方程：4NO35C2H2O反硝化菌2N25CO24OH为充分利用水中有机质一般均采用前置缺氧脱氮流程。硝态氮由回流污泥和硝化后的混合液回流提供。（2）、物理化学脱氮技术物理化学脱氮技术常见于给水处理和水质要求较高的回用水处理工艺中，主要有氨的吹脱去除、折点加氯和选择性离子交换法等。物理化学脱氮技术一般具有除氨效果稳定、操作简便、易于控制的优点。但也由于受到一次性投资、运行费用、适用规模和遗留问题等因素的制约而限制了应用推广。例如，游离氨（NH3）易造成二次污染，折点加氯的运行费用也远高于生物脱氮工艺，以致癌物卤代烃为代表的所谓“消毒副产品”即是在含有机污染的水中加氯消毒过程形成的。因此，在大规模水处理工程中不宜采用化学脱氮技术。3、P污染物的去除（1）、生物除磷机理除磷是通过磷的厌氧释放和好氧吸收两个过程完成的。目前其机理还不完全清楚，但一般认为主要是一种称为（Acinebacter）菌群的专性厌氧不动细菌起聚磷除磷作用。另外其它一些微生物种群如假单胞菌（Pseudomonas）和气单胞菌（Aeromonas）等也均有除磷作用。混合液中的聚磷菌进入厌氧区后会处于压抑状态，消耗细胞内贮存的聚磷产生能量，用于维持生命和吸收来自污水中的可快速生物降解有机物，并在细胞内把有机物转化成聚羟基丁酸贮存起来。同时，由于聚磷的降解，细胞内多余的磷被释放到液相中。厌氧释放的前提是水中既无分子态氧又无结合氧（NOx-），由于产酸菌的存在，厌氧状态还会使混合液的pH值有所下降。聚磷菌进入好氧状态后降解体内贮存的聚羟基丁酸，产生大量的能量用于细胞合成，增殖和吸收液相中的磷，并在细胞内将磷转化成聚磷酸盐。在厌氧状态下磷的释放越充分，体内贮存的聚羟基丁酸也越多，进入好氧状态后磷的吸收量也越大。有试验资料表明，厌氧状态下每释放1mg磷，进入好氧状态后就可吸收2.02.4mg磷。细胞内吸收了大量磷的高磷污泥最后以剩余污泥的形式排出系统，从而完成除磷过程。（2）、化学除磷机理目前磷已被列为城市污水环境评价的特征因子，它比污水中的氮更容易诱发水体富营养化。而对磷污染的去除目前除采用生化法外，化学除磷也是有效手段之一。污水中的磷分为无机的正磷酸盐，聚磷和有机磷，经水解和微生物降解后，有机磷和聚磷都转化为正磷酸盐，它在水中呈溶解状，PH保持中性时，多以HPO4的形式存在，易于通过化学沉淀法形成难溶的金属磷酸盐去除。一般钙盐，铁盐和铝盐等均可作为混凝剂。以铁盐为例，通过投加硫酸铁，使正磷酸盐被置换成难溶的磷酸铁盐，沉淀后随剩余污泥排出系统。反应方程式如下：Fe2（SO4）3+2PO43=2FePO43SO42采用该法除磷理论所需投加的铁离子量与污水中含磷量的摩尔比为1:1.51：2.5，实际应用中为保证除磷率，铁盐投加量都应超过计算值的2030，另考虑到OH等离子会与PO43争夺Fe3产生沉淀，因而工程中控制药量多偏于保守，且宜保持污水pH略偏酸性为好。4、病原微生物污染物的去除细菌在污水二级处理的出水中仍有可观的数量，并存在有如大肠杆菌、寄生虫卵、蛔虫卵等在内的病原微生物，根据城镇污水处理厂污染物排放标准（GBI8918-2002）的规定，污水处理厂出水必须进行消毒处理。常用的消毒方法有加氯消毒法、臭氧消毒法、紫外线消毒法等。加氯消毒法主要是投加液氯或氯化合物。液氯是迄今为止最常用的方法，其特点是液氯成本低、工艺成熟、效果稳定可靠。其不足是：由于加氯法一般要求不少于30min的接触时间，接触池容积较大；氯气是剧毒危险品，存储氯气的钢瓶属高压容器，有潜在威胁，需要按安全规定建设氯库和加氯间。含氯化合物包括次氯酸纳、漂白粉和二氧化氯等。其特点与液氯相似，但运行成本较高，一般不宜用于大型污水处理厂。在法国，离海岸较近的部分污水排放口和南部的几个排河二级污水处理厂采用了二氧化氯消毒。臭氧消毒法杀菌彻底可靠，危险性较小，对环境基本上无副作用，接触时间比加氯法小。缺点是基建投资大，运行成本高。紫外线是近十多年来发展得最快的一种方法。紫外线消毒的主要优点是灭菌效率高，作用时间短，危险性小，无二次污染等。并且消毒时间短，不需建造较大的接触池，建消毒渠即可，占地面积和土建费用大大减少。缺点是设备投资高，灯管寿命短，运行费用高，管理维修麻烦，抗悬浮固体干扰的能力差，对水中SS浓度有严格要求。3.1.3进水水质分析1、进出水水质要求根据确定的进出水水质要求，中心渔港处理厂所选处理工艺应具备以下功能：（1）污水处理厂的出水水质能达到出水水质指标的要求。（2）能去除大量的COD并具有良好的硝化和反硝化功能。（3）处理厂产生的污泥可达到相对稳定的程度。中心渔港污水处理厂的进水水质和出水水质要求见表3-1所示：项 目单位进水指标出水指标去除率()BOD5mg/L1801094.4CODcrmg/L4805089.6SSmg/L2001095.0NH3-Nmg/L355(8)85.7(77.2)TP(以P计)mg/L5.00.590TNmg/L451566.7大肠杆菌个/L-103-pH-69-常规活性污泥法能满足CODcr、BOD5、SS的去除率，但对氮、磷的去除率是有一定限度的，仅从剩余污泥中排除的TN约为1525%，TP一般约为1219%，对NH3-N的去除率很低。由上表可以看到，本工程水质特点为：TN的去除率要达到66.7，NH3-N的去除率达到85.7，TP去除率达到90，因此本工程必须采用具有生物脱氮除磷功能的污水处理工艺。而且要达到国家一级A排放标准要求，还必须在污水二级脱氮除磷生物处理的基础上，增加三级深度处理和尾水消毒等后续处理工艺。2、采用生物脱氮除磷的可行性分析污水生物处理是以污水中所含污染物作为营养源，利用微生物的代谢作用使污染物被降解，污水得以净化。因此对污水成分的分析以及判断污水能否采用生物处理是设计污水生物处理过程的前提。污水可生化性的实质是指污水中所含的污染物通过微生物的生命活动来改变污染物的化学结构，从而改变污染物的物理化学性能所能达到的程度。研究污染物可生化性的目的在于了解污染物质的分子结构能否在生物作用下分解到环境所允许的结构形态，以及是否有足够快的分解速度。所以对污水进行可生化性研究只研究可否采用生物处理，并不研究分解成什么产物，即使有机污染物被生物污泥吸收而去除也是可以的。因为在停留时间较短的处理设备中，某些物质来不及被分解，允许其随污泥排放处理。事实上，生物处理并不要求将有机物全部分解成CO2、H2O和硝酸盐等，而只要求将水中污染物去除到环境所允许的程度。污水可生物处理的衡量指标（1）、BOD5/CODcr比值BOD5/CODcr值是判定污水可生化性的最简便易行和最常用的方法。一般认为BOD5/CODcr0.45可生化性较好，BOD5/CODcr0.3可生化，BOD5/CODcr 0.3较难生化，BOD5/CODcr 0.25不易生化。本厂BOD5/CODcr0.375，可生化，表明本厂可以采用生化处理工艺，但是需采取一定措施，提高污水的可生化性，保证出水COD指标达标。（2）、BOD5/TN比值C/N比值是判别能否有效脱氮的重要指标。从理论上讲，C/N2.86就能进行脱氮。本工程进水水质C/N4.0，可以进行生物脱氮处理。（3）、BOD5/TP该指标是鉴别能否生物除磷的主要指标。生物除磷是活性污泥中除磷菌在厌氧条件下分解细胞内的聚磷酸盐同时产生ATP，并利用反应产生的能量将废水中的脂肪酸等有机物摄入细胞，以PHB（聚-羟基丁酸）及糖原等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时随着聚磷酸盐的分解而释放磷；一旦进入好氧环境，除磷菌又可利用聚-羟基丁酸氧化分解所释放的能量来超量摄取废水中的磷，并把所摄取的磷合成聚磷酸盐而贮存于细胞内，经沉淀分离，把富含磷的剩余污泥排出系统，达到生物除磷的目的。进水中的BOD5是作为营养物供除磷菌利用的基质，故BOD5/TP是衡量能否达到除磷的重要指标，一般认为该值要大于20，比值越大，生物除磷效果越明显。由于本厂进水出水水质要求总磷小于0.5mg/L，通过正常的生物处理难以达到出水水质要求，需专门设计化学除磷处理。根据以上分析，中心渔港污水处理厂可以采用生物法对污水进行脱氮除磷处理，但需采用化学除磷保证除磷效果。3.1.4常用生物脱氮除磷工艺简述所有的生物脱氮除磷工艺都包含厌氧、缺氧、好氧三个不同过程的交替循环。按照构筑物的组成形式、运行性能以及运行操作方式的不同，又分为悬浮性活性污泥法、固着性生物膜法及膜生物反应器三大类，应用于城市污水厂的悬浮性活性污泥法污水处理工艺主要有三个系列：（1）A/O及A2/O系列；（2）序批式反应器（SBR）系列（3）；氧化沟系列；各个系列不断的发展、改进，形成了目前比较典型的工艺有：A2/O工艺、改良A2/O工艺、UCT工艺、改良UCT工艺、卡鲁塞尔-2000 氧化沟工艺、双沟式DE氧化沟工艺、三沟式T型氧化沟工艺、奥贝尔氧化沟工艺、VIP工艺、CAST工艺、MSBR工艺、Unitank工艺等。应用于城市污水处理厂的固着性生物膜法工艺主要是曝气生物滤池工艺（BAF），包括BIOFOR生物滤池、BIOSTYR生物滤池等。膜生物反应器是最近才发展起来的新型污水处理工艺，根据膜组件的加工方式不同，可以分为管式膜、帘式膜和板式膜等。下面分别介绍以上污水处理工艺的特点，并进行比较。1、A2/O法目前在国内外较为流行的A2/O工艺包括：常规A2/O工艺、UCT工艺、改良UCT工艺，倒置A2/O工艺等。（1）常规A2/O工艺A2/O工艺是一种典型的脱氮除磷工艺，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3-1。其特点是厌氧、缺氧、好氧三段功能明确，界线分明，可根据进水条件和出水要求，人为的创造和控制三段的时空比例和运转条件，只要碳源充足（TKN/COD0.08 或BOD/TKN4）便可根据需要达到比较高的脱氮率。常规生物脱氮除磷工艺呈厌氧（A）/缺氧（A）/好氧（O）的布置形式。该布置在理论上基于这样一种认识，即：聚磷微生物有效释磷水平的充分与否，对于提高系统的除磷能力具有极端重要的意义，厌氧区在前可以使聚磷微生物优先获得碳源并得以充分释磷。出水混合液回流进水厌氧区（A）缺氧区（A）好氧区（O）二沉池污泥外回流图3-1 A2/O工艺流程图A2/O工艺在系统上是简单的同步除磷脱氮工艺，总水力停留时间小于其它同类工艺，在厌氧（缺氧）、好氧交替运行的条件下可抑制丝状菌繁殖，克服污泥膨胀，SVI值一般小于100，有利于处理污水与污泥的分离，运行中在厌氧和缺氧段内只需轻缓搅拌，运行费用低，由于厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开，有利于不同微生物菌群的繁殖生长，因此脱氮除磷效果非常好。目前，该法在国内外使用较为广泛。但常规A2/O工艺也存在着以下缺点：（1）脱氮和除磷对外部环境条件的要求是相互矛盾的，脱氮要求有机负荷较低，污泥龄较长，而除磷要求有机负荷较高，污泥龄较短，往往很难权衡；（2）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；（3）由于缺氧区位于系统中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而影响了系统的脱氮效果；（4）由于存在内循环，常规工艺系统所排放的剩余污泥中实际至少有一少部分经历了完整的放磷、吸磷过程，其余则基本上未经厌氧状态而直接由缺氧区进入好氧区，这对于系统除磷是不利的。但总体来说，对于碳源较丰富的情况，这种工艺运转稳定可靠，除磷脱氮程度高，其出水水质很好，在对出水氮磷要求严格时，多采用这种方法。（2）UCT工艺在常规A2/O工艺中，回流污泥中的硝酸氮会优先夺取污水中容易生物降解的有机物，实现反硝化，对除磷造成不利影响，因此如何降低脱氮对除磷的影响成为了一个关键的技术问题。国外经过研究和实践，成功开发了UCT工艺，提供了一个较好的解决办法。UCT工艺的流程见图3-2所示，该工艺与A2/O工艺的区别在于，回流污泥首先进入缺氧段，而缺氧段部分流出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，获得这一效果的代价是增加从缺氧池出流液到厌氧池的回流，增加了电耗。缺氧内回流出水混合液回流进水厌氧区（A）缺氧区（A）好氧区（O）二沉池污泥外回流图3-2 UCT工艺流程图（3）分点进水倒置A2/O工艺分点进水倒置A2/O脱氮除磷工艺是1997年由“中德合作城市污水脱氮除磷技术研究课题组”最先在我国研究和开发的合作项目。该工艺流程见图3-3。为避免传统A2/O工艺回流硝酸盐对厌氧池放磷的影响，通过将缺氧池置于厌氧池前面，来自二沉池的回流污泥和3050%的进水，50150%的混合液回流均进入缺氧段，停留时间为13h。回流污泥和混合液在缺氧池内进行反硝化，去除硝态氮，再进入厌氧段，保证了厌氧池的厌氧状态，强化除磷效果。由于污泥回流至缺氧段并且采用两点的进水方式，使得缺氧段污泥浓度可较好氧段高出近50%。由此对于一个到终沉池的已知MLSS浓度，分段进水系统比常规法具有较多的污泥储量和较长的污泥龄，从而增加了处理能力。另外单位池容的反硝化速率明显提高，反硝化作用能够得到有效保证。在根据不同进水水质，不同季节情况下，生物脱氮和生物除磷所需碳源的变化，调节分配至缺氧段和厌氧段的进水比例，反硝化作用能够得到有效保证，系统中的除磷效果也有保证，因此，本工艺与其它除磷脱氮工艺相比，具有明显优点。混合液回流出水进水缺氧区（A）厌氧区（A）好氧区（O）二沉池（O）污泥外回流图3-3 分点进水倒置A2/O工艺流程图分点进水倒置A2/O工艺采用矩形的生物池，设缺氧段、厌氧段及好氧段，用隔墙分开，为推流式。缺氧段、厌氧段设置水下搅拌器，好氧段设微孔曝气系统。为能达到硝化阶段，选择合理的污泥龄。分点进水倒置A2/O工艺具有以下的优点：（1）聚磷菌厌氧释磷后直接进入生化效率高的好氧环境，其在厌氧条件下形成的吸磷动力可以得到充分的利用，具有“饥饿效应”优势；（2）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（3）缺氧段位于工艺的首段，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。2、序批式活性污泥法（SBR法）SBR是序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的字母缩写。最初是由英国学者Ardern和Lockett于1914年提出的，但是鉴于当时曝气器易堵塞，自动控制水平低，运行操作管理复杂等原因，很快就被连续式活性污泥法取代。直至20世纪70年代，随着各种新型曝气器、浮动式出水堰（滗水器）和自动控制监测的硬件设备和软件技术的开发，特别是计算机和工业自控技术的不断完善，对污水处理过程进行自动操作已成为可能，SBR工艺以它独特的优点受到广泛关注，并迅速得到发展和应用，现在世界上已有数百座SBR污水处理厂在成功运行。美国国家环境保护署（EPA）认为SBR工艺是一种低投资、低操作成本及维修费用、高效益的环境治理技术。SBR属于活性污泥法的一种，其反应机制及去除污染物的机理与传统的活性污泥法基本相同，只是运行操作方式有很大区别。它是以时间顺序来分割流程各单元，整个过程对于单个操作单元而言是间歇进行的。典型SBR集曝气、沉淀于一池，不需设置二沉池及污泥回流设备。在该系统中，反应池在一定时间间隔内充满污水，以间歇处理方式运行，处理后混合液进行沉淀，借助专用的排水设备排除上清液，沉淀的生物污泥则留于池内，用于再次与污水混合处理污水，这样依次反复运行，构成了序批式处理工艺。典型的SBR系统分为进水、反应、沉淀、排水与闲置五个阶段运行，见图3-4。图3-4 SBR系统运行方式SBR运行方式灵活多变，适应性强，为满足不同的水质及实际工程的要求，可对工艺过程进行改进，随着基础研究方面的不断进展以及人们对活性污泥去除污染物质机理的逐渐了解，鉴于经典的SBR技术在实际工程应用的一定局限，为适应实际工程的需要，SBR技术逐渐衍生了各种新的形式。目前应用较多的改良工艺有：ICEAS，UNITANK，DAT-IAT，CAST（CASS）等。SBR系列工艺具有以下几个主要的优点：（1）处理构筑物很少，一个SBR反应器集曝气、沉淀于一体，省去了初沉池、二沉池和回流污泥泵房。因此，大大节约了处理构筑物的占地面积、构筑物间的连接管道及流体输送设备，一般可降低工程总投资的10%20%。（2）由于其间歇进水，时间长短、水量多少均可调节，因此对水量水质的变化具有较强的适应性，不需另设调节池。（3）占地少，比传统活性污泥法少占地30-50，是目前各种污水处理工艺中占地最省的工艺之一。（4）可脱氮除磷。通过调节曝气时间和间歇时间，使污水在反应池中处于交替好氧、缺氧和厌氧状态，为工艺脱氮除磷创造了条件。同时，这种环境条件的变化也可以有效抑制丝状菌的生长，减少污泥膨胀的影响。（5）污水处理厂刚建成运行时，流量一般比设计值低，SBR可以根据水量水质的需要，增减运行池体的数量，这样可以避免不必要的能量消耗，这是其他工艺所不具备的。SBR系列工艺的主要缺点有：（1）反应池的进水、曝气、排水过程变化频繁，不能采用人工管理，因此对污水厂设备仪表的要求较高，并要求管理人员有一定的技术水平。（2）SBR的容积利用率不高，造成一定程度的浪费。3、氧化沟工艺目前在国内外较为流行的氧化沟有：卡鲁塞尔氧化沟、奥贝尔氧化沟、双沟式氧化沟、三沟式氧化沟。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“连续循环曝气法”。过去由于曝气装置动力小，使池深及充氧能力受到限制，导致占地面积大，土建费用高，使其推广及应用受到影响。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，脱氮除磷效果低的缺点，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，但需要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等多种工艺运行。双沟式氧化沟是由两个容积相同，交替运行的曝气沟组成。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池或沉淀池交替运行，不需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运行，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，使一次性设备投资大。（3）奥贝尔（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。奥贝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。奥贝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，便构成了生物脱氮除磷系统。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，实现脱氮除磷。奥贝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。奥贝尔氧化沟工艺技术成熟，耐冲击负荷能力强，脱氮效率较高，在国内中、小污水处理厂中有广泛的应用经验。4、曝气生物滤池（BAF）工艺曝气生物滤池（BAF）是上世纪80年代末在欧美发展起来的一种新型污水处理技术，凭借良好的工作性能，其在污水处理领域受到了广泛重视。在国外，BAF的建设已初具规模，而观其国内的发展正方兴未艾。根据使用滤料的不同，BAF主要有两种代表形式：滤料密度大于水的BIOFOR和滤料密度小于水的BIOSTYR，他们分别由得力满公司和威利雅公司研发推广。图3-5表示了BIOFOR滤池的基本构造，主要包含以下4个部分：密度大于1的滤料层，用于承载活性污泥；用于布水布气的长柄滤头；防堵塞专用曝气器及曝气系统；反冲洗系统，维持滤池的正常运转。图3-5 BIOFOR滤池的基本构造BAF工艺属生物膜法，生物膜法的主要特点是微生物附着在介质“滤料”表面，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化为H2O、CO2、NH3和微生物细胞物质，污水得到净化。工艺采用鼓风曝气系统为污水充氧，随着工艺的运行，溶解的有机污染物转化成生物膜，生物膜经反冲洗脱落下来，从系统中去除。BAF反应池是一种高负荷滤池。微生物附着于完全浸没在水中的球形颗粒滤料上。由于BAF过滤能有效的截留水中的悬浮物，经BAF生物滤池处理过的水，不再需要进行专门沉淀处理。减少了污水处理设施的占地和投资。但是BAF生物滤池对进水性质有较高要求，进水的悬浮物一般要小于60mg/L，故要增加前处理设施，有时还需要投加化学药剂，这使得在去除悬浮物的同时，往往将部分有机物带入到污泥当中，造成污泥性质不稳定，增加了污泥处理的难度。目前，曝气生物滤池被广泛的应用在城市污水处理、食品加工废水、酿造和造纸等高浓度废水处理和中水处理行业中，其主要特点如下：（1）占地面积小，基建投资省，特别适用于用地紧张的大中城市和用地受限制的改造项目。水力停留时间短，因此所需生物处理面积和体积都很小，节约了占地和投资。（2）出水水质好，在BAF中，由于填料本身截留及表面生物膜的生物絮凝作用，使出水SS很低，一般不超过10mg/l；（3）氧利用效率高。由于空气必须要通过水中挂膜的粒料，线路曲折，阻力增大，使空气和水的接触时间延长，从而提高了氧利用效率。而且在BAF中氧气可直接渗透入生物膜，因而加快了氧气的传质速度，减少了曝气量。（4）抗冲击负荷能力强，受气候、水量和水质变化影响小。（5）模块化设计，远近期结合更加容易。由于曝气生物滤池和净水厂的滤池类似，分为很多过滤单元，每格单元的大小及管路系统近似，扩建和增加处理规模非常简便。（6）污泥量大，化学污泥多。由于曝气生物滤池对进水的SS有一定要求，一般要通过物化法去除水中的SS和一部分磷，所以污泥量比其他工艺大且不稳定，导致污泥处理的成本提高，大大增加了污泥处理处置的难度。（7）由于工艺本身特点，自动化程度高，管理难度大。（8）土建施工的要求较高，工序复杂。7、膜生物反应器（MBR）工艺膜生物反应器（MBR）是最近才开始广泛应用的新型污水处理工艺，它将膜过滤和生物反应器有机的结合在一起，发挥了单独的生物反应器或单独的膜过滤不能发挥的功能，对难降解有机污染物和悬浮物有显著的处理效果。MBR工艺是在生物反应器中安装膜组件，通过膜过滤把混合液中的水和活性污泥分离，可以得到质量很高的过滤水，而活性污泥仍留在生物反应器中继续发挥生物降解的作用。MBR的最大特点就是可以将生物反应器中的水力停留时间和污泥龄完全分离，在低停留时间的情况下保证很高的污泥龄，这为有机污染物、氮污染物的降解创造了有利条件。MBR工艺占地面积小、处理效果非常好、污泥性质稳定，是2007国家鼓励发展的环境保护技术目录当中针对一级A出水唯一的推荐技术。但是直到目前为止，其大规模的应用还存在困难：（1）工艺除磷能力不高，达到一级A的出水需要投加化学药剂，但是常用的铁盐、铝盐对膜组件均有腐蚀、堵塞作用。（2）关键设备膜组件的制作加工技术被国外的公司所垄断，比如加拿大的泽能公司、日本的东丽、久保田、旭化成公司、美国的Usfilter公司等，这使得进口设备费在工程投资总额中占了相当大的比重，造成MBR工艺工程投资居高不下。（3）为防止污泥堵塞MBR组件，需要对膜表面进行不断的曝气冲刷。为了得到较好的冲刷效果，曝气器产生的多为大、中型气泡，微生物的氧利用效率较低，因此不能作为稳定的供氧设备，仍需要进行传统的鼓风曝气，这部分多余的能耗大大提高了MBR的运行成本。尽管随着国产膜性能的不断发展，MBR工艺投资有望下降到国内可以接受的水平，但是高昂的运行成本仍然是膜工艺发展的障碍。3.1.5污水二级生物处理比选方案的确定在上述污水脱氮除磷工艺系列中，除了MBR工艺技术较新，实际工程中应用较少以外，其他系列工艺在国内、外均有很多工程实例。从处理效果来看，以上工艺系列均可满足处理要求，但每种处理工艺各有侧重，在工程特点、适用范围上还是存在一定的差异。具体到本工程项目，污水处理工艺的选择应充分考虑技术的可行性，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综合影响因素。各处理工艺系列综合特点比较表详见表3-2表3-2：各处理工艺系列综合特点比较表项目氧化沟系列工艺A2/O系列工艺SBR系列工艺BAF系列工艺MBR工艺C处理效果好好好好好N处理效果较好好较好最好好P处理效果好好好一般一般运行可靠性好最好好好好忍受冲击负荷能力最好较好好较好好操作管理方便方便复杂最复杂复杂构筑物数量一般较多一般较少最少生化池体积利用率高高一般高高设备数量一般较多较少较多较少对自控要求较低一般高最高高出水水质控制好好较好好最好污泥量一般一般一般多最少污泥稳定性稳定较稳定较稳定不稳定最稳定构筑物布置集约化程度较差较高高高高构筑物占地较大较大较小小最小基建投资较大一般一般一般最小运行费用较高一般较高一般最高工艺流程较简单较复杂一般较简单最简单曝气形式机械曝气鼓风曝气鼓风曝气鼓风曝气鼓风曝气氧利用率一般高较高最高高工程实例较多最多较多一般最少工程适用性较广广一般一般较窄规模适应性大、中、小型特大、大、中、小型中、小型中、小型中、小型综合评价好好较好较好较好通过综合特点比较，并考虑到本工程来水还有很多不确定因素且渔业加工废水对来水的影响较大，故推荐采用A2/O和SBR系列工艺作为本工程污水二级处理工艺的比选方案。3.1.6污水二级生物处理工艺的比较1、A2/O的工艺：（1）、A2/O的工艺特征A2/O工艺即厌氧缺氧好氧活性污泥法。工艺在好氧区之前设计缺氧区和厌氧区，分别实现反硝化脱氮和除磷功能。污水在流经三个不同功能分区的过程中，在不同微生物菌群作用下，使污水中的有机物、氮和磷等污染物得到去除。在具有足够泥龄的条件下，污水中的BOD5首先在好氧池内被降解，同时完成硝化反应，硝化后的污水被回流泵提升至缺氧池中进行反硝化脱氮，并通过回流污泥过量吸磷的作用去除磷元素，整体工艺包括以下几个过程：同化过程：污水中一部分氨氮同化为新细胞物质，以剩余污泥形式排除。同化工程是去除有机物的过程，即使没有特殊的生物脱氮措施，也能去除一部分氮。硝化过程：硝化菌将污水中的氨氮氧化为硝酸盐氮。反硝化作用过程：在缺氧环境中，在反硝化菌的参与下，将硝酸盐还原为氮气排放到大气中，反硝化设计的脱氮效果取决于活性污泥回流比，通常100% 150%即可满足要求。与此同时污泥中的聚磷菌在厌氧条件下，受到激发而释放出体内的磷酸盐，产生能量用以吸收可快速降解的有机物，并转化为PHB（聚羟丁基酸）储存起来。在进入好氧区后，聚磷菌在氧气充足的条件下，通过消耗体内储存的PHB产生能量，用于细胞的合成和吸磷，形成高浓度的含磷污泥，并随剩余污泥一起排出系统，从而达到生物除磷的目的。（2）、A2/O工艺的适用范围A2/O工艺运转稳定可靠，除磷脱氮程度高，出水水质很好，适用于各种规模的城市污水处理厂。但推流的运行模式，使其抗冲击负荷能力较差，而且污水可生化性对处理效果的影响很大，当进水中含有较多工业废水时，需要设置调节池来调节水质水量。对于碳源较丰富的情况，这种工艺运转稳定可靠，除磷脱氮程度高，其出水水质很好，在对出水氮磷要求严格时，多采用这种方法。2、SBR工艺：SBR工艺有很多种类型，一种新的改进型式的SBR工艺因为在主反应区的前段加有一个选择段，因而可以有效地防止污泥膨胀、提高有机物的去除效率，提高生物降解能力，处理效果稳定。同时SBR工艺系统的占地面积小，在基建投资和运行费用方面都很有竞争力，很适合于中小型污水处理厂。因此，我们把SBR工艺作为一种比选方案。SBR工艺采用曝气与非曝气顺序周期，使用单一容器完成生物降解反应和固液分离反应双重任务，同时SBR工艺综合了推流式活性污泥法的初始反应条件（具有基质浓度梯度和较高的絮体负荷）和完全混合式活性污泥法的优点（较强的抗冲击负荷能力），对于处理复杂多变的城市污水和废水十分有利。新型SBR工艺和普通SBR工艺的不同之处是：在主反应池的前段加一个厌氧选择器，由于这个厌氧选择器的存在，进入选择器的污水中的发酵产物（进水中溶解性BOD所转化的VFA）能在起始反应阶段迅速被聚磷菌吸收并转化成PHB，在VFA的诱导下细胞内聚磷经水解生成正磷酸盐释放到水溶液中，这一环境条件使聚磷菌在微生物生存竞争中占优势并得以大量繁殖，从而实现了生物活性的选择性要求和防止了由于丝状菌繁殖引起的污泥膨胀问题。在SBR系统中，还可以实现同时硝化反硝化，根据测定，由于微生物絮体中自养菌和异养菌分布的不均匀性，NH3-N的氧化（硝化）系在微生物絮体的表面进行，而较高浓度梯度的NO3-N离子可以进入絮体内部。在SBR工艺运行中，对鼓风量和溶解氧的含量进行控制，可使充水/曝气阶段约有50%的时间其DO含量接近于零，约30%的时间DO含量约在1mg/L左右，约20%的时间DO含量约在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，由于耗氧速度较快而DO含量不高，因此溶解氧较难进入微生物絮体内。这样就在微生物絮体内形成了微反应区（微缺氧环境），使絮体内部发生反硝化作用，因此SBR系统可以出现曝气状态下的反硝化，使反硝化/硝化同时进行，无需专设缺氧区和污泥回流系统。SBR系统的主反应区以完全混合方式进行，该区在充氧时进行有机物的降解、硝化/反硝化，在时间分割上，经过了好氧/缺氧的顺序环境，活性污泥在此过程中得到再生。SBR工艺具有以下几个主要优点：1、处理构筑物很少，使处理过程大大简化。污水处理过程中SBR反应池集曝气、沉淀于一身，省去了初沉池、二沉池和回流污泥泵房，整体结构简单，无需复杂的管线输送，操作系统简单且更具有灵活性。2、采用延时曝气的SBR工艺所产生的剩余污泥基本已经好氧稳定，不需再进行消化处理，只需浓缩脱水即可。3、SBR对水量水质的变化具有很强的适应性，由于间歇进水，时间长短、水量多少均可调节，不影响处理效果，不需另设调节池。4、因为对于每个反应单体而言出水是间断的，静沉后出水，在高负荷运行时活性污泥不会流失，因而可以保持SBR系统在高负荷时的处理效率。而其它的生物处理方法在高流量负荷时经常会出现活性污泥流失的问题。5、处理效果好，SBR工艺是间断出水，不象传统活性污泥法那样边进水边出水，使少量污水未经处理就穿池而过，同时由于沉淀是静止沉降，所以沉淀效果好。再有SBR工艺可任意调节运行状态，有利于去除难生物降解的有机物。6、可脱氮除磷，通过调节曝气和间歇时间，使污水在反应池中交替处于好氧、缺氧和厌氧条件，这样可以方便地脱氮除磷，实践证明是一种很好的生物脱氮除磷工艺。7、易产生污泥膨胀的丝状菌在SBR反应池中因反应条件的不断循环变化而得到有效的抑制。而污泥膨胀问题是其它活性污泥法中很常见很头疼的问题。8、在污水处理厂刚建成运行时，流量一般比设计值要低，SBR工艺可以根据水量的大小使用一个或者几个池子，这样可以最大限度地避免不必要的能源损失，这是其它工艺所不具备的。9、处理流程简洁，控制灵活，可根据进水水质和出水水质控制指标改变运行周期及工艺处理方法，适应性很强。SBR工艺的主要缺点是：1、反应池的进水、曝气、排水、排泥变化频繁，且必须按时操作，人工管理几乎不可能，只有靠自动化控制，因此要求设备仪表可靠性高。2、由于自动化水平高，要求管理人员有较高的技术水平，操作人员需要经过严格培训。A2/O工艺的污水污泥处理工艺流程框图见图3-6。SBR工艺的污水污泥处理工艺流程框图见图3-7。24天津市市政工程设计研究院图3-6：A2/O工艺流程图图3-7：CAST工艺流程图3.2污泥处理工艺方案3.2.1污泥处理、处置的目的污泥是污水处理的产物，经过污水生物处理，污水中的污染物质都转移到污泥中，污泥的数量约占处理水量的0.30.8%(含水率以97%计)。污水二级处理过程中排除的污泥一般含水率较高，体量较大，必须采取处理措施通过泥水分离实现减量化。污泥中含有大量氮、磷、钾、有机物，还含有大量细菌、病原微生物、寄生虫卵以及重金属离子等有毒有害物质，因此，污水厂污泥应进行安全的处置，以防止二次污染的发生。3.2.2污泥处理工艺剩余污泥的减量化处理一般需通过浓缩与脱水完成。经浓缩后污泥含水率可以降至97%以下，体积大为减少，从而可大大减少后续污泥处理构筑物或设备的容积或容量，提高处理效率。氧化沟工艺产生的剩余活性污泥则必须先进行浓缩后才能脱水。污泥浓缩、脱水有两种方案可供选择，处理后的污泥含水率均能达到80%以下：方案一：污泥机械浓缩、机械脱水方案二：污泥重力浓缩、机械脱水将两种方案的优缺点进行比较，见下表。表3-3：污泥浓缩、脱水方案比较：项 目机械浓缩、机械脱水重力浓缩、机械脱水主要构建筑物污泥贮泥池，浓缩、脱水机房，污泥堆棚污泥浓缩池，、脱水机房、污泥堆棚主要设备污泥浓缩脱水机、加药设备浓缩池、脱水机、加药设备占地面积小大絮凝剂总用量3.05.0kg/TDS4.0kg/TDS对环境影响无大的污泥敞开式构筑物，对周围环境影响小污泥浓缩池露天布置，气味难闻，对周围环境影响大总土建费用小大设备费用稍高一般投 资一般一般用水量（水费）小大电 费一般小可以看出，两个方案投资相近，但污泥机械浓缩、机械脱水方案在占地面积、环境保护、确保出水水质方面优势明显。污泥重力浓缩、机械脱水方案需设体量较大的浓缩池，系统较为复杂；重力浓缩效率低、占地面积大；浓缩池易产生恶臭气体，环境影响明显。因此，本工程污泥处理工艺推荐采用机械浓缩、机械脱水方案。常见的机械浓缩脱水机有带式机和离心式污泥浓缩脱水机两种，它们的技术经济比较列于下表。表3-4：带机与离心机技术经济比较：项 目带式浓缩脱水一体化机械离心式浓缩脱水机操作环境较差，需设排气罩或考虑除臭措施较好噪声小较大（88dB（A）出泥干度2025%2025%反冲洗水量大，需设加压泵连续冲洗很小，只需开停机时清洗，无需加压总装机容量小大设备费小大占用场地较大较小维护管理运行费低稍高根据本工程规模的情况，综合考虑技术可靠性、投资与运行费用的经济性，确定采用