（环境工程专业论文）大窑湾二期污水处理站cass工艺设计及运行效果评价.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 近年来，在传统污水处理工艺的基础上，已经研究开发了许多污水处理新工艺。在 传统间歇式活性污泥法基础上研究开发的循环活性污泥系统( c a s s ) i 艺，具有工艺流程 简单、占地面积少、处理效率高、出水水质好等优点，在日本、加拿大、美国和澳大利 亚等地被广泛的用于处理生活污水，并已建成投产了3 0 0 多座c a s s 工艺污水处理厂。 自9 0 年代初c a s s 工艺引入中国以来，由于该工艺的高效和经济性，其应用和研究也 越来越受到国内同行业专家、学者的重视和关注。 本论文通过对相关文献的综述，阐述了目前城市污水处理技术研究进展和实践应用 现状，并以工程实例对各种处理技术的处理效果进行了比较。主要通过对采用c a s s 工 艺的大连港大窑湾二期污水处理站的设计和运行效果的总体评价，对污水处理站的工艺 参数和一年来的运行数据进行了分析和探讨，并与其他污水处理厂工艺效果进行了对 比，总结了该工艺的特点和优点。 研究结果表明：以c a s s 工艺建成投产的大连港大窑湾二期污水处理站，已连续运 行一年多，其处理效果稳定，实际进水水质、有机负荷均略低于设计指标。通过与采用 传统工艺的污水处理厂的运行效果进行比较，证明了在城市污水处理中，c a s s 工艺具 有耐冲击负荷强、出水水质好、有利于回用等特点，其出水的主要水质指标达到国家颁 发的城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 一级a 的标准，c o d 口= 5 0 m g l ，b o d 5 = 1 0m g l , ，s s = 1 0m g l ，i a s = 0 5m g l , n h 3 - n = 8m g l , 仰= l m g l 。 根据用水性质可直接回用或作为污水再生利用的优质水源。通过对工程进行成本分析， 可以看出c a s s 工艺显然具有工艺流程简单、设备费用低、占地少、能耗低、运转费用 省、自动化程度高等优点。 关键词：c a s s 工艺；城市污水；间歇式活性污泥法 大窑湾( 二期) 污水处理站c a s s 工艺设计及运行效果评价 e v a l u a t i o no fc a s sp r o c e s si nd a y a o w a n ( s e c o n d a r y s t a g e ) w a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r sm a n yn e ww a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e sh a v eb e e ns t u d i e da n dd e v e l o p e d o nt h eb a s i so ft h et r a d i t i o n a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s e s c y c f i ca c t i v a t e ds l u d g es y s t e m ( c a s s ) p r o c e s s ，w h i c hi sd e v e l o p e do nt h eb a s i so fs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r , h a sb e e n w i d e l ya p p l i e di nt r e a t i n gm u n i c i p a lw a s t e w a t e ri nj a p a n ，c a n a d a , u s aa n da u s t r a l i af o ri t s a d v a n t a g e si ns i m p l i f i e dp r o c e s sf l o w ，c o m p a c ts t r u c t u r e ，h i g ht r e a t m e n te f f i c i e n c ya n d q u a l i t ye f f l u e n t ，a n dm o r et h a n3 0 0c a s sp r o c e s sw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t sh a v e b e e ns e t u pa n dp u ti n t op r o d u c t i o n s i n c ee a r l i e r1 9 9 0w h e nc a s sp r o c e s si si m p o r t e di nc h i n a , m o r ea n dm o g ee x p e r t sa n ds c h o l a r sh a v er e g a r d e dt h i sa r e af o ri t sh i g he f f i c i e n c ya n d e c o n o m i c a l w i t hac o m p r e h e n s i v ec i t i n gf r o mr e l a t e dl i t e r a t u r e ，t h i st h e s i sd e m o n s t r a t e st h el a t e s t d e v e l o p m e n ti nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yr e s e a r c ha n dt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fi t s a p p l i c a t i o ni np r a c t i c e ，t a k i n gp r a c t i c a lp r o j e c t sf o re x a m p l e sa n dm a k i n gc o n t r a s tb e t w e e n s e v e r a lp r o c e s s e s a f t e ra l lo v e r a l le v a l u a t i o no fc a s sp r o c e s sd e s i g na n do p e r a t i o ne f f e c ti n d a y a ob a yw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，o p e r a t i o nd a t aa n dp r o c e s sp a r a m e t e r sa r e s t u d i e da n d a n a l y z e d , a n dc o m p a r i s o no ft h i sp r o c e s sw i t ho t h e rw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s sa r em a d e ， w i t has u m m a r yt oi t sc h a r a c t e r i s t i c sa n d a d v a n t a g e s s e c o n ds t a g eo fd a y a ob a yw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tw i t hc a s sp r o c e s sh a sr u nw e l l c o n t i n u o u s l yf o rm o r et h a no n ey e a r t h er e s u l t si n d i c a t e das t a b l et r e a t m e n te f f e c t ，t h ea c t u a l q u a l i t i e so fi n f l u e n t a n dt h eo r g a n i cl o a d i n g sw e r eb e l o wt h ed e s i g n i n gi n d e x t ob e c o m p a r e dw i t ht h ee f f e c t so ft r a d i t i o n a lt r e a t m e n tt e c h n i q u e s ，o b v i o u s l y ，c a s sp r o c e s sh a s m a n ya d v a n t a g e ss u c ha sr e s i s t a n c et os h o c kl o a d i n g s ，h i g h e rq u a l i t ye f f l u e n t sa n dg o o df o r r e c y c l e s t h ee f f l u e n ti n d e xc a nm e a s u r et h ea l e v e l so ft h es t a n d a r df o rl e to fc o n t a m i n a t i o n o fu r b a ns e w e r a g et r e a t m e n tf a c t o r y ，c o d c f = 5 0m g l ，b o d s = 1 0m g l ，s s = 1 0m g r t ， l a s = 0 5m g l ，n i l 3 - n = 8m g l ，t p = 1m lr e c y c l i n gd i r e c t l yo rh i g hq u a l i t yw a t e r s o u r c ef o rr e g e n e r a t i o nu t i l i z a t i o na c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n ta p p l i c a t i o n s b yc o s ta n a l y s i so f t h ep r o j e c t ，i tc a nb es e e nt h a tc a s sp r o c e s si sak i n do fs i m p l e - f l o w ，f a c i l i t yc o s t l e s s ， c o m p a c ts t r u c t u r e ，f e we n e r g yc o n s u m p t i o n ，r u n n i n gc o s t l e s sa n dh i g h e rl e v e lo fa u t o m a t i o n t e c h n i q u e k e yw o r d s ：c a s sp r o c e s s ：u r b a nw a s t e w a t e r ts e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r i l 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目： 作者签名： 蠡尚( 功) 泻咖蝴绉粥乏讲矧寺勰鳓 日期：4 年上月上，日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目：签宣垄幽2 鱼鱼些丝丝丝墨堇兰丝茸毽量益鲨 作者签名：笾至翌日期：丝仁军上月日 导师签名：4 吼旦年上月日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 引言 水是自然界最普遍存在的物质之一，是人类环境的一个重要组成部分。据水文地理 学家的估算，地球上的水资源总量约为1 3 8 亿立方公里，其中9 7 5 是海水( 1 3 4 5 亿 立方公里) ，淡水只占2 5 ，其中绝大部分为极地冰雪冰川和地下水，适宜人类享用 的仅为0 0 1 。 2 0 世纪5 0 年代以后，全球工业发展迅速，人口也急剧增长。一方面，人类对水资 源的需求越来越大；另一方面，日益严重的水污染正逐渐侵蚀洁净的水资源i l j 。2 0 0 3 年 世界水论坛提供的联合国水资源世界评估报告显示，全世界每天约有2 0 0 吨垃圾倒进河 流、湖泊和小溪，l 升废水会污染8 升洁净水；所有流经亚洲城市的河流均被污染；美 国有4 0 的水资源流域被食品加工废料、金属、肥料和杀虫剂等污染；欧洲5 5 条河流 中仅有5 条水质差强人意。 我国是一个淡水资源缺乏的国家，近年来许多地区存在的缺水现象逐渐加剧。与此 同时，随着我国城市建设和国民经济的飞速发展，城市规模不断扩大，城市用水量和排 水量不断增长，加剧了淡水资源的短缺和水环境的污染，已成为制约城市可持续发展的 严重因素【2 1 。 我国城市污水处理尚处在起步阶段，城市污水处理率较低，处理后回用率则更低。 据统计，到2 0 0 0 年底，全国已建设城市污水处理厂4 2 7 座，其中二级处理厂2 8 2 座， 二级处理率约为1 5 蜊3 1 。2 0 0 0 年用于城市污水处理工程建设的总投资约为1 5 0 亿元。但 目前绝大多数小城镇尚未建污水处理设施，大量未经处理的城市污水的直接排放已经造 成了城市水环境的严重恶化，已有5 0 以上的水源水质遭受到不同程度的污染。 我国城市中众多工业园区和住宅小区是具有一种功能或多种功能的相对独立的区 域，其排水系统有的不在市政管网规划范围内，有的虽然在市政管网规划范围内，但因 市政污水处理滞后于城市的发展，在短期内还无法建设完整的市政系统。小区的污水大 都就近排入地面水体，污染了周边环境【4 】。因此，各地环境部t - j n 大了对小区污水污染 治理的力度，规定必须设置独立的污水处理设施，如果有条件，可以将处理后的污水经 过深度处理作为中水回用到小区中，这样既可节省水资源，又可保护环境，有明显的社 会效益和经济效益。 在选择污水处理工艺时，应考虑小区污水具有外排的污水水质水量变化较大，污染 物浓度偏低，可生化性好，处理难度小的特点，选择工艺应满足以下要求：处理工艺成 熟、可靠，流程简单，所需设备及管道少；能够适应水质、水量变化较大的冲击；占地 面积小，连接管道少，操作简单，投资运行费用低掣5 1 。 大窑湾( - - 期) 污水处理站c a s s 工艺设计及运行效果评价 近年来，在传统污水处理工艺的基础上，已经研究开发了许多污水处理新工艺。大 连大窑湾( - - 期) 污水处理站采用的循环活性污泥系统( c a s s ) i 艺就是在间歇式活性污 泥法( s b r ) 基础上研究开发的，该项目是由大连港重点工程建设指挥部通过招标投方 式建成的一套污水处理设施，日处理规模3 0 0 0m = ，小时处理量2 0 0m 3 ，主要服务对象 为大窑湾一期、二期、三期以及物流园区等地产生的生活污水。该工程于2 0 0 5 年4 月 开工，2 0 0 6 年1 月进入调试运行，2 0 0 6 年7 月通过验收。建设和运行实践表明，c a s s 工艺具有投资小、运行费用低、处理效果好等优点，适用于脱氮除磷的小区污水处理中， 该工艺处理出水的水质指标可达到国家标准一城镇污水处理厂污染物排放标准 ( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 之一级a 的要求，根据用水性质可直接回用或作为污水再生利用的 优质水源。c a s s 工艺是一种能实现污水资源化，适合我国可持续发展需要的污水处理 工艺。 本文通过对相关文献的综述，阐述了目前小区污水处理技术研究进展和实践应用现 状，并以工程实例对各种处理工艺进行了比较。主要通过对采用c a s s 工艺的大连大窑 湾( - - 期) 污水处理站运行效果的总体评价，对运行数据、工艺参数进行了分析和讨论， 并与其它污水处理工艺进行对比，总结出了该工艺的特点和优点。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 城市生活污水处理技术现状 1 1 我国水环境的现状及污染情况 我国年均水资源总量为2 8 x 1 0 1 2m 3 ，居世界第6 位，但人均水量只有2 4 0 0r n 3 ，仅 相当于世界人均的2 5 ，低于3 0 0 0m 3 的轻度缺水标准，而且我国水资源在时空分布上 是不均匀的。据统计，我国有4 0 0 多个城市缺水，其中有1 0 0 多个城市严重缺水。正常 年份城市缺水6 0 x 1 0 9 1 1 1 3 ，日缺水量达1 6 x 1 0 7m 3 ，地下水多年被超采，储量严重不足。 我国是世界第一人口大国和最大的发展中国家，在水资源利用和管理方面，面临着 水资源短缺与水资源浪费并存、洪涝灾害与生态失衡并存、水环境污染与管理不善并存 等尖锐矛盾【6 l 。随着人类社会的不断发展，城市规模的不断扩大，城市的用水量和排水 量都在不断地增加，这加剧了用水的紧张和水质污染。 我国七大江河水系普遍受到不同程度的水污染，以海河和辽河流域污染最重。资料 显示：2 0 0 2 年，七大水系7 4 1 个监测断面，2 9 1 的断面满足i i i i 类水质要求，3 0 的断面属于、v 类水质，4 0 9 的断面属于劣v 类水质。近十年来，我国城市生活污 水排放量每年以5 的速度递增，1 9 9 9 年首次超过了工业污水排放量。2 0 0 2 年，全国工 业和城镇生活污水排放总量为4 4 1 0 1 01 0 ，比上年增加1 5 ，其中城镇生活污水排放 量2 3 x 1 0 1 0 m 3 ，比上年增加0 9 0 0 1 7 1 。而且城市污水集中处理率较低仅为1 5 ，全国8 0 的城市污水未经任何有效的收集处理就直接排放到附近的水体，造成9 0 以上的城市水 域严重污染，约5 0 的重点城镇水源不符合饮用水标准，就连城市地下水都有5 0 受到 严重污染，特别是全国2 2 0 0 座县城与1 9 2 0 0 个建制镇中，污水排放量约占总量的一半 以上，但这些中小城市( 镇) 的污水处理能力却明显低于全国平均水平1 8 。 1 2 我国城市污水处理现状 城市污水是指纳入和将纳入城市污水收集系统的生活污水与工业废水的混合污水。 我国城市污水处理事业始于二十世纪7 0 年代，一些城市利用天然的沼泽洼地等整修围 坝，建成稳定塘，来净化处理城市污水。此时期全国各类稳定塘有3 8 座1 9 1 ，日处理量约 1 7 1 0 6 m 3 ，其中生活污水水量占一半，还包括石油、化工、造纸、印染等工业废水。 改革开放的近二十年城市污水处理事业取得了迅速的发展，国家适时调整政策，推 动了一批城市污水处理设施的兴型1 0 l 。1 9 8 2 年我国第一座大型城市污水处理厂一天津记 庄子污水处理破土动工，日处理规模为2 6 x 1 0 5m 3 ，于1 9 8 4 年4 月2 8 日竣工投产运行。 “八五期间，城市污水处理设施的建设达到了一个发展高潮时期，“九五”期间，国家正 式启动对“三河”( 辽河、海河、淮河) 、“三湖( 太湖、巢湖、滇池) 流域和“环渤海” 大窑湾( - - 期) 污水处理站c a s s 工艺设计及运行效果评价 地区的水污染治理。据统计到2 0 0 0 年底，全国已建设城市污水处理厂4 2 7 座，其中二 级处理厂2 8 2 座，二级处理率约为1 5 ，这些污水处理厂的建设，极大的提高了城市污 水的处理水平，但处理量的增加仍远远滞后于污水排放量的增长。我国水污染重点已经 转向城市污水污染控制，城市污水的集中处理将成为水污染治理的首要任务。 由于大型城市污水处理厂的建设投资很大，因此引进国外资金建设污水处理厂成为 建设资金的重要来源。一批大型的利用国外贷款项目建成的城市污水处理厂相继投产运 行f 1 1 】。如：我国二十世纪最大的污水处理厂北京高碑店污水厂，一期处理规模5 0 x 1 0 5 m 3 d ，二期可达1 0 x 1 0 6 m 3 d ；杭州四堡污水处理厂处理规模6 0 x 1 0 5 m 3 d ；成都三瓦窑 污水处理厂、郑州王新庄污水处理厂、天津东郊污水处理厂和沈阳北部污水处理厂处理 规模均达到4 0 x 1 0 5m 3 d 。目前全国最大的城市污水处理厂上海竹园污水处理厂正在设 计之中，其处理规模为1 7 x 1 0 6m 3 d 。这些大型污水处理厂的建设标志着我国污水处理 事业不断壮大，发展到了一个崭新的阶段。 目前在欧美、日本等发达国家，已经普遍施行城市污水集中二级处理、二级强化处 理和一定程度的三级处理 1 2 - 1 4 l ，根据国家环保总局颁布的城镇污水处理厂污染物排放 标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) ，绝大部分城镇污水处理厂都必须采用二级生化处理或深度处 理，出水才能达到排放标准。我国城市污水处理行业市场需求很大，具有广阔的发展前 景，但同时也存在资金短缺和技术设备国产化开发问题，这就要求我们在水污染防治的 基础上，学习国外成功的、先进的经验，大力倡导污水回用，开发城市第二水源，最大 程度的实现城市污水资源化，使自然界水资源真正得到良性循环。 1 3 我国城市污水处理技术现状 1 3 1 污水处理方法概述 城市污水处理技术按处理程度可分为一级处理、二级处理、三级处理和自然净化处 理工艺。 一级强化处理工艺：一级处理常用的处理方法和工艺主要有筛滤、沉淀、上浮、预 曝气法等，主要去除对象是污水中的粗颗粒固体和悬浮物【”】。经过一级处理后的污水， b o d 可去除3 0 左右，不能达到排放标准。城市污水的一级强化处理是在此基础上选 用物理化学或生物法强化一级处理对污水中悬浮态污染物的去除。主要采用的技术有化 学絮凝工艺、水解工艺、预曝气工艺、生物絮凝吸附工艺等。 二级处理工艺：二级处理的主要方法有活性污泥法、生物膜法、稳定塘等。主要去 除污水中的胶体物质和有机污染物，去除率可达9 0 以上，出水有机物浓度达到排放标 准。其中活性污泥法可分为常规活性污泥法，好氧、厌氧活性污泥法，氧化沟法，a b 一4 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 法1 1 6 】，s b r 法；生物膜法包括生物转盘和生物滤池等；稳定塘法分为兼性塘，厌氧塘和 好氧塘。近年来生物膜处理革新技术受到关注，膜生物反应器( m b r ) 1 7 1 和移动床生物膜 反应器( n m b r ) 应用较多。二级强化处理工艺是在有效去除碳源污染物的基础上，具备 较强的脱氮除磷功能的处理工艺。这方面的处理工艺主要有a o 法【侣】、a a o 法、好氧 水解法等。 三级处理工艺：城市污水三级处理工艺主要是根据二级出水水质，将多种深度处理 技术合理组合形成污水深度处理工艺，其目的在于进一步处理难降解有机物、氮、磷等 导致水体富营养化的可溶性无机物。城市污水处理厂所采用工艺类型众多：m o 法、 a 2 0 1 1 9 l 、a b 法、沉淀法、活性污泥法、氧化沟、水解一生物接触氧化、氧化塘、活性 污泥法制o 、i c e a s 、l s b r 和a o + a 2 o ，其中采用普通活性污泥法和氧化沟工艺的 城市污水厂占污水厂总数的6 7 ，处理能力占6 1 。工艺随着处理水质要求的不断提高 也在逐步发展，并日益趋向与传统污水处理工艺相结合。 自然净化处理工艺：在有条件的地区，可利用荒地、闲地等条件，采用各类型的土 地处理和稳定塘等自然净化技术处理城市污水二级处理出水，但要求严格控制地下水的 污染。也可谨慎采用城市污水排入大江或深海的处置方法，前提是严格进行环境影响评 价，并满足国家有关标准要求和水体自净能力要求。 城市污水处理技术按原理可分为物理法、化学法和生物化学处理法。物理法是利用 物理作用去除污水中的悬浮态杂质；化学法是利用化学反应的作用分离回收污水中的污 染物；生物化学法则是利用微生物的新陈代谢作用，将污染物转化为稳定的无毒害物质。 随着污水处理事业的发展，污水处理工艺也得到了广泛的发展，如活性污泥法发展 出了a b 工艺、a o 工艺、a 2 o 工艺、u c t 工艺、氧化沟工艺系列、s b r 工艺系列、 b i o l a k 、l i n d o x 工艺、o c o 工艺等。氧化沟工艺又衍生出p a s v e e r 氧化沟、c a r r o u s e 氧化沟、o r b a l 氧化沟、d 型氧化沟、t 型氧化沟、d e 型氧化沟、一体化氧化沟等。s b r 工艺又衍生出u n i t a n k 、i c e a s 、c a s p 、c a s s 、i d e a 、d a t i a t 、m s b r 等【2 吲l 新工艺。生物膜法技术发展出生物转盘、普通生物滤池、高负荷生物滤池、曝气生物滤 池、b i o s t y r 滤池、b i o f o r 滤池、生物接触氧化工艺、生物流化床工艺等。 小区污水与城市污水水质差别不大，此类污水可生化性较好，属于可生化降解的有 机污水。根据国内外的实践经验，对该类污水的治理多以生物治理单元为主。由于生活 污水中的有机物浓度不是太高，且水温较低，不宜采用厌氧发酵的处理方法，主要应考 虑选择合适的好氧处理工艺。下面就这几种好氧生物处理方法和具体类型的工艺原理和 特点做简单介绍。 大窑湾( - - 期) 污水处理站c a s s 工艺设计及运行效果评价 1 3 2 活性污泥法 活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水 中连续通入空气，经一定时间后因好氧微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物，其上栖息着 以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。活性污泥的主要成分 除细菌之外，还有真菌、藻类、原生动物、后生动物等各种各样的微生物。 活性污泥法处理污水，由a r d e n 和l o c k e r 二人于1 9 1 4 年在英国的曼彻斯特市开创 以来，距今已有九十多年的历史。在这期间世界上有很多科技人员，对活性污泥法处理 污水进行了广泛深入的研究，特别是近几十年来，在对其生物反应和净化机理进行深入 研究的基础上，活性污泥法在生物学、反应动力学的理论方面以及在工艺方面都得到了 长足的发展，出现了多种能够适应各种条件的工艺流程【2 5 1 。我国8 0 年代以前建设的城 市污水处理厂大部分采用普通曝气法活性污泥处理工艺，由于该工艺主要以去除b o d 和s s 为主要目标，对氮磷的去除率非常低。为了适应水环境及排放要求，一些污水处 理厂正在进行改造，增加或强化脱氮和除磷功能。 活性污泥法是利用活性污泥中的好氧细菌及原生动物对污水中的有机物进行吸附、 氧化、分解，最终把这些有机物转化为二氧化碳和水的方法。其过程由物理化学作用和 生物化学作用来完成。物理化学作用是利用活性污泥对有机物的吸附能力使污水得到净 化，吸附作用进行的十分迅速，一般在1 0m i n - 3 0m i n 即可完成：此过程被称为吸附阶 段。生物化学作用是在有氧的条件下，好氧细菌借助其分泌的体外酶( 一种具有生物催 化作用的活性蛋白质) ，将污水中的胶体性有机物分解为溶解性有机物，连同污水中原 有的溶解性有机物渗透过好氧细菌的细胞膜进入细胞内部，然后通过细菌的生物活动， 将有机物氧化、分解并合成新细胞，最后在细菌体内酶的作用下，使有机物分解成二氧 化碳和水。生物化学过程在充分供氧的条件下进行，在此过程中，细菌利用分解有机物 所得到的能量和营养产物合成新的原生质，于是细菌逐渐长大、分裂。菌体得到增殖， 活性污泥量也随之增多：此过程被称为氧化阶段f 2 6 】。另外，物理化学作用和生物化学作 用是同时进行的。当吸附阶段活性污泥的吸附力达到饱和后，就会失去活性。但通过氧 化阶段，所吸附和吸收的大量有机物被氧化分解，活性污泥又将重新呈现活性，恢复它 的吸附氧化能力。 ( 1 ) 传统活性污泥法 传统活性污泥法，又称普通活性污泥法，是早期开始使用并一直沿用至今的运行方 式。原水从曝气池首端进入池内，由二次沉淀池回流的回流污泥也同步注入。污水与回 流污泥形成的混合液在曝气池内呈推流式流动到池的末端，流出进入二次沉淀池，在这 一6 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 里处理后的污水与活性污泥分离，部分污泥回流曝气池，由于微生物的新陈代谢作用， 系统的活性污泥量将不断增加，所以要在适当的时候将剩余污泥排出系统。 废水_ 空气 硼 图1 1 传统活性污泥法工艺流程 f i g 1 1p r o c e s sf l o wo f t r a d i t i o n a la c t i v a t e ds l u d g es y s t e m - 出水 剩余污泥 传统活性污泥法的特点是污水浓度从池首到池尾是逐渐下降的，由于在曝气池内存 在这种浓度梯度，污水降解反应的推动力很大，效率较高，对b o d 去除率可达9 0 以 上，适于处理净化程度和稳定程度要求较高的污水。但存在很多缺陷，如曝气池容积大、 占地较多，需氧量分布不均、使所提供的氧气得不到充分利用，不能适应水质的变化、 对进水浓度有限制、不能适应冲击负荷，排放的剩余污泥也在曝气池内完成了再生过程、 消耗动力等。 针对传统性活性污泥法系统存在的问题，在系统的运行方式上作了某些变革，使其 向多功能方向发展，改变了以去除有机污染物为主要功能的传统模式，在脱氮、除磷方 面取得了较大发展。近年来活性污泥法在构造和工艺上有较大发展的氧化沟( o x i d a t i o n d i t c ho d ) 、a b ( a d s o r p t i o nb i o d e g r a d a t i o n ) 以及s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 等 新工艺，在实际运行中已证实效果显著。 ( 2 ) 氧化沟 氧化沟又称循环曝气池，是活性污泥法的一种变形。氧化沟污水生物处理工艺是2 0 世纪5 0 年代由荷兰卫生工程研究所研制成功的，其曝气池成封闭的沟渠形，废水与活 性污泥的混合液在其中不断地循环流动，因此也被称为“循环曝气池”、“无终端的曝气 系统”。自1 9 5 4 年首次在荷兰投入使用以来，氧化沟工艺迅速在欧洲、北美和南非等地 得到了推广运用。目前应用较广泛的氧化沟类型有【2 7 】：帕斯韦尔( p a s v e e r ) 氧化沟、卡 鲁塞尔( c a r r o u s e l ) 氧化沟、奥尔伯( o r b a l ) 氧化沟、t 型氧化沟( 三沟式氧化沟) 、 d e 型氧化沟和一体化氧化沟。 大窑湾( - - 期) 污水处理站c a s s 工艺设计及运行效果评价 氧化沟是一种介于推流式和完全混合式之间的曝气池形式。入流污水和回流污泥进 入氧化沟中参与环流并得到稀释和净化，与入流污水及回流污泥总量相同的混合液从氧 化沟出口流入二沉池【2 8 】。处理水从二沉池出水口排放，底部污泥回流至氧化沟。与普通 曝气池不同的是氧化沟外部污泥回流之外，还有极大的内回流，环流量为设计进水流量 的3 0 - 6 0 倍，循环一周的时间为1 5 - - 4 0m i n 。采用氧化沟处理城市污水时，可不设初 沉池。二沉池可与曝气部分分设，此时需设污泥回流系统；也可与曝气部分合建在同一 沟渠中，此时可省去二沉池及污泥回流系统。 氧化沟具有净化程度高、耐冲击和能耗低的特点，其出水水质好、运行稳定、管理 方便，而且具有良好的除磷脱氮效果，已经在国内外广泛的应用于生活污水和工业污水 的治理，到1 9 8 5 年，美国已建有5 5 3 座氧化沟污水处理厂，荷兰有2 1 6 座，丹麦有3 0 0 座，其处理污水范围不断扩大，不仅能处理生活污水，还能处理城市废水和工业废水1 2 9 - 3 0 ! 。 以下是几种氧化沟工艺在国内城市污水处理中的典型工程应用。 常熟市城北污水处理厂改进型三沟式氧化沟工程实例 三沟式氧化沟是丹麦k r u g e r 公司开发的生物脱氮新工艺【3 l l ，是一种交替工作氧化 沟系统，由三个相同的氧化沟组建成一个单元运行。各个氧化沟之间相互双双连通，两 侧氧化沟起曝气、沉淀的双重作用，其脱氮作用是通过双速电机来实现的，曝气转刷能 起到混合器和曝气器的双重功能。 常熟市城北污水处理厂规划总处理规模为1 2 万m 3 d ，其一期工程已于1 9 9 8 年7 月 建成并投入运行，规模为3 万m 3 d 二级处理。二期续建一座氧化沟，规模3 万o d ， 于2 0 0 4 年1 0 月投产运行。二期平面尺寸1 3 0 x 6 7 5m ，池深4m ，h r t = 2 3 8h 。改进型 三沟式氧化沟改过去三槽式氧化沟的“六阶段生物脱氮运行方式”( 如邯郸市东污水厂) 为“八阶段生物脱氮除磷运行方式”【3 2 】。改传统中沟排泥为两边沟交替间歇排泥，在进水 端的两个侧沟池中各设一座排泥泵井；将原来前置的分配井，设计与氧化沟本体合建为 一个整体，节省占地的同时也减少了水头损失；采用高性价比的曝气转刷及电动堰门， 从而解决了由于氧化沟采用表面机械曝气方式，池深受曝气设备的限制，造成的单池面 积过大的问题。投产运行以来，续建工程已安全运行累计4 8 5 d ，2 0 0 5 年累计处理水量 达9 7 6 4 1 万m 3 ，其出水能严格达到污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 一级标准 要求，进、出水水质变化见表1 1 。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 表1 1 常熟污水厂进、出水水质 t a b1 1i n f l u e n tq u a l i t ya n de f f l u e n tq u a l i t yo fc h a n g s h uw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t 顺德市大门污水处理厂a a o 微曝氧化沟工艺工程实例 a a o 微曝氧化沟新工艺在氧化沟基础上加以改进创新，将微曝系统引入氧化沟工 艺，既确保了技术指标又优化了经济指标。新工艺采用深水微孔曝气，与水下推流相结 合，使污泥与原水充分混合，彻底地进行硝化反应，达到较高程度的总氮去除。其曝气 方式是通过自下而上的流路实现的，大大提高了供氧能力和氧利用率，显著降低了曝气 能耗，一般氧化沟综合能耗可降低3 0 ，运行费用节约2 0 。 顺德大门污水处理厂由广东省环境保护工程研究设计院设计，处理污水量6 万影 日，分二期建设，首期为3 万吨日。集水面积约8 8 平方公里，服务人口约为1 0 5 万人， 2 0 0 4 年6 月完成工艺调试、验收并投入生产，进、出水水质变化见表1 2 。2 0 0 5 年3 月 获得“广东省环境保护优秀示范工程”称号。 表1 2 顺德污水厂进、出水水质 t a b1 2i n f l u e n tq u a l i t ya n de f f l u e n tq u a l i t yo fs h u n d ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ( 3 ) a b 法 a b 工艺是吸附一生物降解工艺的简称，是在常规活性污泥法和两段活性污泥法基 础上发展起来的一种新型的污水生物处理工艺1 3 3 1 。该技术是由德国某工业大学卫生工程 学院的b o t h ob o h n k e 教授于2 0 世纪7 0 年代中期开发，旨在解决传统的二级生物处理 系统存在的去除难降解有机物和脱氮除磷效率低和投资运行费用过高等问题，在8 0 年 代初a b 法污水处理工艺开始在我国应用于工程实践；目前在欧洲，已有5 0 多座污水 大窑湾( 二期) 污水处理站c a s s 工艺设计及运行效果评价 处理厂采用了该工艺，如奥地利萨尔茨堡的s l g g c r w l e s o n 污水处理厂，荷兰鹿特丹 d o k h a v e n 污水处理厂等。 a b 工艺分a 和b “两阶段曝气”处理，a 段为高负荷的生物吸附段，曝气时间短， 产生污泥量大，由a 段曝气池和沉淀池构成；b 段为低负荷的生物氧化段，污泥龄较长， 由b 段曝气池和二沉池构成。每个阶段都有相互隔离的、独立的曝气过程和泥水分离过 程，对于活性污泥的回流，也是相互隔离的：a 段沉淀池所产生的活性污泥回流到a 段 曝气池，b 段沉淀池所分离出来的活性污泥回流到b 段曝气池内。 工艺中不设初沉池，从而使污水中的微生物在a 段得到充分利用，并连续不断的更 新，使a 段形成一个开放性的、不断由原污水中生物补充的生物动态系统1 3 4 1 。a 段在很 高的负荷下运行，其负荷率通常为普通活性污泥法的5 0 - - - 1 0 0 倍，水力停留时间只有 3 0 - - 4 0 m i n ，污泥龄仅为o 3 o 5 d 。a 段内微生物活性强、吸附能力强，只有某些世代短 的原核细菌才能适应生存并得以生长繁殖。a 段对水质、水量、p h 值和有毒物质的冲 击负荷有极好的缓冲作用。a 段产生的污泥量较大，约占整个处理系统污泥产量的8 0 左右，且剩余污泥中的有机物含量高。当a 段以兼氧的方式运行时，由于供氧较低，高 活性微生物为了满足自身代谢能量的要求，被迫对在好氧条件下不易分解的有机物进行 初步分解，起到大分子断链的作用，使其转化为较小分子的易降解有机物，从而在后续 的b 段好氧曝气中易于被去除。 b 段可在很低的负荷下运行，水力停留时间为2 5 h ，污泥龄较长，且一般为1 5 2 0 d 。 在b 段曝气池中生长的微生物除菌胶团微生物外，大部分是世代期长的高级真核微生 物，它们适宜在有机物含量比较低的情况下生存和繁殖，并且能够保证出水水质。 a b 工艺具有优良的污染物去除效果，抗冲击负荷能力较强，脱氮除磷效果明显。 该污水处理系统运行稳定，表现在出水水质波动较小，有良好的污泥沉降性能。而且工 程投资和运转费用较低，耗电量低，还可回收沼气能源。经试验证明，a b 法工艺较传 统工艺节省运行费用2 0 - - 2 5 。a b 工艺也有一定的缺点：由于a 段是在超高有机负 荷条件下工作，曝气池运行于厌氧条件下，致使硫化氢等恶臭气体产生，如在运行过程 中控制不好会产生臭气，影响周边环境卫生；污泥产率高，a 段产生的污泥量较大，且 剩余的污泥中有机物含量高，给污泥的最终稳定化处理带来较大压力。 a b 工艺的b 段主要是利用原生动物和菌胶团在好氧环境中进行低负荷运行，可直 接将此段改为传统的脱氮除磷工艺1 3 ”6 j ，如a o 、a 2 o 等，在实际工程中这项技术已有 应用。如泰安污水处理厂、青岛李村河污水处理厂、天津北仓污水处理厂、北京清河污 水处理厂等等。早在1 9 8 1 年，德国k r e f e l d 污水处理厂首次采用这种方法，将a b 工艺 的b 段改为a o 生物脱氮段，大大改善了硝化反硝化效果。a b 工艺在欧美国家运行情 大连理工大学专业学位硕士学位论文 况良好，主要是由于其城市污水污染物浓度较高，在我国北方城市，工业废水和城市生 活污水混合处理的情况下，有机污染物浓度较高，采用a b 工艺也取得了一定的成功。 深圳市滨河污水处理厂a b 工艺工程实例： 滨河污水处理厂总处理能力为3 0 万m 3 d ，分三期建设，一、二期工程均采用推流 式吸附再生法( 二级处理) 。三期工程的处理量为2 5 万m 3 d ，采用a b 法，b 段为三 槽交替式氧化沟。工程总占地1 3 8 公顷，服务面积2 7 5 k m 2 ，服务人口5 4 万人，三期 工程于1 9 9 8 年建成投产，进、出水水质见表1 3 。 表1 3 深圳污水厂进、出水水质 t a b1 3i n f l u e n tq u a l i t ya n de f f l u e n tq u a l i t yo fs h e n z h e nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ( 4 ) s b r 法 序批式间歇活性污泥法简称s b r ，是早期的充排式反应器( f i l l d r a wr e a c t o r ) 的一 种改进，早在1 9 1 4 年英国学者a r d e m 和l o c k e t t 发明活性污泥法之时即已开发，由于 操作繁琐，限制了它的发展，并没有得到推广应用【3 7 1 。1 9 7 9 年，美国n o t r ed a m e 大学 的i r v i n e 教授和他的同事对s b r 工艺重新进行了深入研究，并于1 9 8 0 年在美国环保局 的资助下，在印第安那州的c u l v e r 改建并投产了世界上第一个s b r 污水处理厂。近年 来，随着自动化控制器材可靠性的提高，使得早期的s b r 反应器操作复杂问题得以改 进。随着水处理设施的小规模化发展趋势以及对氮磷去除标准的提高，s b r 工艺成为 当代各国竞相开发的热门工艺1 3 8 - 3 9 l 。 s b r 工艺在很多方面与传统的活性污泥法相似，它通过在时间上的交替来实现传 统活性污泥法的整个运行过程。经典s b r 反应器的运行过程为：进水一反应一沉淀一 出水一闲置。其具体运行操作原理如下l 柏l ：进水是s b r 反应器接纳废水的过程，流入 生化槽的废水到达设定的水位后关闭进水阀，与槽内活性污泥混合和微生物发生反应。 依据原水的水质情况，按需要进行缺氧或好氧反应，通过采取缺氧搅拌或好氧曝气的方 法，使有机污染物得到降解并脱除氮磷。反应结束后，停止搅拌或关闭风机，使废水进 入沉淀过程，此阶段活性污