（环境工程专业论文）城镇污水—污泥同步生态处理中试研究.pdf

摘要 摘要 城镇污水一污泥同步生态处理工艺( 简称同步处理工艺) 是基于我国中小城 镇独特的地理位置和经济条件而开发的一种工艺。它将微生物厌氧一好氧处理和 蚯蚓生物反应器进行组合，将常规生物处理中的食物链进一步延长，使系统中 生物的营养源从污水扩展至污泥，形成生物物种更多样、代谢循环更完整的生 态系统来实现对污水一污泥的同步处理。 中试研究主要有两个目的：l 、开发一种适合我国中小城镇特点的污水处理 工艺并为工艺的工程化提供设计参数，确保此工艺可达到一定的处理深度；2 、 在不设置污泥处理系统的条件下，对利用工艺的优化组合来实现污水一污泥的 同步处理进行探索研究。 研究结果表明，在蚯蚓生态滤池的水力负荷为4 8 1 0m 3 一d ，进水c o d 平均值在2 0 0 - - - 4 5 0 m g l 之间变化时，出水c o d 平均值为3 2 一- 8 0 m g l ，平均去除 率达到8 2 。进水n h 3 一n 平均值在2 2 一- - 4 2 m g l 之间变化时，出水n h 3 一n 平均值 为1 1 一- 1 2 m g l ，平均去除率达到8 5 3 ，系统出水的s s 3 m g l ，s s 的去除率 达到9 8 4 ，系统出水水质达到国家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 ) 二级标准。蚯蚓生态滤池的最佳水力负荷为7 8 i i l 3 矛d 。 脱氮除磷研究表明，在水解池停留时间4 8 h ，高负荷生物滤池水力负荷 1 6 8 m 3 m 2 d ，蚯蚓生态滤池水力负荷2 8m 3 m 2 d ，高负荷生物滤池出水回流 且回流比r = 2 0 的条件下，出水t n 弋 污水量小，一般在( o 5 1 0 4 ) ( 3 o t 0 4 ) m 3 d ，且各个城镇污水 排放规律也很不相同，水量变化很大。 ( 2 ) 由于各个中小城镇都有自身的特色产业，特色产业废水的大量排入，导 致城镇污水处理难度的增加。 ( 3 ) 城市污水处理厂的污水经过长距离管网输送的，有一定的预处理时间， 中小城镇污水不具备这一有利条件。 ( 4 污水处理工艺应与中小城镇的财力和具体情况相适应，应该是低投入、 高效的处理工艺。 ( 5 ) 中小城镇污水处理产生的污泥出路也应有尉于城市污水处理厂，应分类 别就近处置及资源化。 1 2 目前我国中小城镇污水处理所面临的主要问题如下： ( 1 ) 污水处理厂建设资金短缺，污水处理厂运行经费不能到位。大多数小城 镇根本就没有污水处理设施，或者污水处理厂由于运行费用太高而导致无法正常 运转。以上海为例：上海市郊的现有小城镇是在原有盼四个层次( 县城1 0 个、老 建制镇3 3 个、乡镇1 7 7 个、村镇3 1 9 个) 的基础上发展起来的，现共有1 9 4 个小 城镇( 排除按上海市城市总体规划列为“新城”要求的县、区政府城镇) 。据1 9 9 7 年资料显示，上海小城镇各镇人口平均只有2 万人左右，而小城镇镇区人口只有 l 万人 7 1 。 在抽样调查的5 9 个小城镇中，仅有4 个小城镇有处理站( 设旖) ，9 0 以上 的城镇没有污水处理厂和小型污水处理装置，见图1 3 。可见，上海市郊小城镇的 生活污水基本上未经处理。 5 第一一章我国城镇污水处理概况 未经处理9 3 圈13 上海小城镇污水处理情况( 批抽样5 9 个城镇 ( 2 ) 污水处理丁艺选择有一阵风的现象，决策部门往往不结合本地区的实际 唐况而自日选择热门t 艺。日前我国城市污水处理厂普遍采用的工艺为普通活性 污泥法、氧化沟洼、s b r 法、a b 法等，这与美嗣、德周等发达困家所二= 芒用的技 术与j _ 艺儿乎处在同一水平而我国的国民生产总值远远低丁上述国家，往往又 造成投资费用和运行费用的急剧增加，同时管理和操作水平也跟不上这些热门工 艺的要求，在巨人的投入后，根t 水不能取得很好的实际效果，造成极大的浪费。 ( 3 ) 污泥没有真正达到无害化，没有晟终处置的途径，污泥处置的问题就成 为废水处理所留下的个问题。一个城市污水处理厂所产牛的污泥约为处理的水 体税的05 左右，但如果把污水处理与污泥处置的费片j 加以比较，这曲部分费用 蕈本相等m 】，同时污泥处理会对厂区周围及当地区域环境造成严重的次污染， 严重影响人们的生活。 2中小城镇污水处理工艺的选择原则 污水处理厂工艺选择的关键原则i r 概括为四个字“技术合理”。丰要内涵包 括：( 1 )指标先进：主要指具备高教的处理效果，达到或优于同家标准规定的 处理水质指标。这是污水处理最重要的目标，也是污水处理厂产品的质量要求。 在必要的场台，应该充分考虑氮、磷等营养物的去除效率，这对保护水环境和污 水的再生利用有着重要意义。( 2 )经济肯能：节省l 程投资是城i h 污水处理厂 建设的重要前提。合理确定处理标准，选择简捷紧凄的处理_ l 艺尽可能地减少 占地，力求降低地基处理和土建造价。同时，必须充分考虑节省电耗和药耗，把 运行费用减至最低。对于我国现育的经济带受能力来说，这点尤为重要。较低 的经济指标同样是先进性的重要体现9 j 。 第一章我国城镇污水处理概况 目前，我国城市污水处理新兴工艺层出不穷，但是，就当前国际上污水处理 科技发展现状看，并不存在适用于任何场合、有百利无一弊的所谓“最先进技 术，每一种工艺都有一个适用性问题。熟悉了解这些工艺，对其利弊进行客观辨 证的分析，因地制宜地合理选择适用技术，对我们的城市污水处理工程设计和建 设都有着重要意义。 由于各个城镇的特色产业不阿，如果城镇污水以工业废水为主，生活污水量 较小时，该城镇污水水质完全取决于工业废水的水质，此时污水中c o d 较高， 氮和磷的含量低，比较难处理。当城镇污水以生活污水为主时，一般其水质 c o d 3 0 0 ，s s 1 0 0 ，b o d 5 l s 0 ，t p 5 ，p h 5 7 5 ，含有一定量的氮和磷，可 生化性好，水质水量波动也较大。一般中小城镇污水都以生活污水为主。 考虑到中小城镇居民收入普遍较低，照搬大城市的污水处理模式和工艺，将 会因造价和运行费用较高而使当地居民无力承担。又由于中小城镇缺少专业的污 水处理人员，对于操作和管理要求高的工艺也很难管好用好。因此，基于以上考 虑，中小城镇污水处理工艺应该遵循以下原则：【9 】【1 0 】 处理污水量不大，一般在( 0 5 x 1 0 4 ) ( 3 o 1 0 4 ) m 3 d 之间： - 建设费用低，应该能满足中小城镇居民的承受能力； 运行费用少、不用化学试剂、电耗低，向居民收取费用的数额是可行盼； _ 产泥量低，仅有少量的污泥需集中处理； - 运行和管理较简单，利用当地技术和管理力量能够正常运行： 节省占地面积，特另幌不占用良田、好地； 适应当地条件，如利用天然废塘、土地进行处置。 因此，在遵循上述原则的前提下，了解常见的城镇污水处理工艺的种类、处 理方法和新型工艺的发展，对于根据我国中小城镇的特点，因地制宜地选择合适 的处理工艺具有科学的指导作用，只有综合考虑各工艺的技术特点、管理运行要 求和经济指标，才能找到最佳的处理工艺。 第四节城镇污水处理工艺及新型工艺的发展 l 普通活性污泥工艺 普通活性污泥法( 见图1 4 ) 是最普遍采用和成熟的处理工艺，它有传统活性污 泥法、阶段曝气、吸附曝气、完全混合等几种形式。 7 第一章我国城镇污水处理概况 进水 。_ 誓蝣? 一。鼍 。一。，。惭穆誉f = 、出水 图1 4 普通活性污泥法 传统活性污泥法的污水和回流污泥均由曝气池池首流入，处理效果好，对 b o d 5 和s s 的总处理效率均为9 0 * , - - 9 5 ，但曝气池前段供氧不足，后段供氧过 剩，同时耐冲击负荷能力弱，曝气时间较长，一般为的8 小时。由于其基建投资 高，处理成本高和运行管理复杂等特点，在缺少专业技术人员的情况下不太适合 我国中小城镇污水处理，而且还存在大量的剩余污泥处理和处置问题。 阶段曝气是污水沿池长多点进入，使b o d 负荷沿池长得到了均衡，增强了 耐冲击负荷的能力，并克服了传统活性污泥的上述缺点，其曝气方式一般为推流 式。 吸附再生法是污水从沿曝气池池长方向的某一点进入，而回流污泥进入池首， 在再生段进行曝气再生，而再生后的活性污泥在吸附段迅速吸附污水中的有机物。 该工艺具有较强的耐冲击负荷能力，曝气时间较短，一般为3 5 小时，曝气池容 积较小。对处理含悬浮性有机物高的污水，其处理效果较好；对处理溶解性有机 物较多的污水，则处理效果低于传统活性污泥法，一般b o d 5 和s s 的总处理效率 为8 0 * * - 9 0 。 延时曝气活性污泥法，又叫完全氧化活性污泥法，一般都采用完全混合式曝 气池，曝气反应时间长，一般多在1 6 - 2 4 小时，其污泥负荷率很低，剩余污泥量 少，不需再进行厌氧消化处理，所以这种工艺是污水、污泥综合处理构筑物，该 工艺处理效果佳，稳定、耐冲击负荷，不需设初沉池等优点，但其池容大，基建 费和运行费用都较高，占地多。该工艺适用于处理水质要求高，且又不宜采用污 泥厌氧处理技术的小镇污水。 完全混合式活性污泥法，常用的池型是将二沉池和曝气池合建的曝气沉淀池， 采用表曝机曝气，污泥回流比为1 0 0 0 o , - , 5 0 0 ，污水在池内的名义水力停留时间为 8 第一章我国城镇污水处理概况 3 5 小时，但实际水力停留时间往往不到1 小时，为短时曝气。该工艺的优点是 无需鼓风机房和管道、耐冲击负荷能力强，缺点是处理效率相对低，且较易于产 生污泥膨胀现象。该工艺适用于我国南方地区的小镇和居民区的污水处理【1 8 1 。 2 普通生物膜法 生物膜法是人们模仿土壤的自净过程而创造出来的，并很早被人们应用于废 水生物处理。生物膜法中的微生物附着在固体滤料表面上生长，并形成生物膜层， 当废水流经滤床时，悬浮物质被滤料截留，溶解性及胶体有机物则被生物膜中的 微生物吸附，并进一步氧化分解，使得废水得以净化【3 8 3 9 4 0 1 。生物膜法不同于活 性污泥法的最大优点是不存在污泥膨胀问题，运转管理方便，剩余污泥量较少【1 9 1 ， 最大的问题是滤床易发生堵塞，占地面积较大。 2 1 普通低负荷生物滤池 普通低负荷生物滤池是人们最早使用的一种连续运行滤池。生物滤池内设置 固定的滤料，滤料是生物滤池的主体，处理污水的过程中所形成的生物膜在滤料 表面固定生长繁殖，当废水流经其表面时，微生物通过吸收有机污染物作为营养 源并把污染物转化为新的微生物体，同时废水得以净化。普通生物滤池一般用于 处理中小型水量规模的城镇污水和有机工业废水。其优点是：b o r n 5 的去除率较 高，工艺运行稳定、易于管理和节省能源，并且对氨氮有一定的硝化作用。主要 缺点是：负荷低，占地面积大、滤料易堵塞。易生池蝇、影响环境卫生并散发臭 味，由于这些缺点，在应用上受到了较大限制。 2 2 普通高负荷生物滤池 普通高负荷生物滤池是生物滤池的第二代工艺，它是在解决、改进普通生物 滤池在净化功能和运行中存在的不足之处的基础上研发的。高负荷生物滤池通过 限制进水有机物浓度和采取处理出水回流等技术措施大幅度提高其负荷率，使有 机负荷比普通的生物滤池可提高6 8 倍，水力负荷可提高1 0 倍以上。高负荷生 物滤池目- 前已广泛采用具有质轻、高强、耐蚀、高表面积的和高空隙率性能的新 型塑料滤料，在保证一定的处理效果的同时大大提高了系统的处理负荷能力。该 工艺主要优点是有机负荷大，占地面积小，较高的水力负荷能有效地防止滤料堵 9 第一章我国城镇污水处理概况 塞并改善了滤池的卫生条件。主要缺点是b o d 5 去除率低，一般为7 5 - - 8 5o , 4 ，进 水b o d 5 有限制，需要增添回流设施，增加了运行能耗。 2 3 塔式生物滤池 塔式生物滤池是应用气体洗涤塔原理开创的，属于第三代生物滤池。在构造 上，塔式生物滤池总高度一般为8 2 4 m ，直径为1 - 3 5 m ，d h 介于l ：6 - - 1 ：8 左右，采用轻质滤料。工艺上污水自上而下滴滤，水流扰动剧烈，污水、空气、 滤料上的生物膜三者的接触充分，充氧效果良好，污染物质传质速度快；而且滤 池内部不同的层生长种群各异的微生物群体，有助于微生物的增殖、代谢等生理 活动。这些工艺特征有助于污染物质的降解和去除。塔式生物滤池的水力负荷一 般可达到8 0 , 2 0 0 m 3 ( m 2 d ) ，容积负荷达到1 0 0 0 2 0 0 0 9b o d s ( m 2 d ) 。塔式生物 滤池的主要缺点是：当进水b o d 5 较高时，生物生长迅速而容易引起滤料堵塞， 需采取处理水回流稀释措施，导致基建投资费用和运行费用也较高。 2 4 生物接触氧化法 生物接触氧化法一种介于活性污泥和生物滤池之间的生物膜法处理工艺，又 被称为淹没式生物滤池。其实质是在曝气池内填充填料，使反应池内的微生物以 生物膜的形式固定于填料表面，在降解有机物时曝气系统能为微生物代谢提供充 足的氧；同时生物膜表面不断地接受曝气吹脱，有利于保持生物膜的活性，抑止 厌氧微生物的繁殖，也易于提高氧的利用率，因此在反应池内能保持较高浓度的 活性微生物量。本工艺的主要特点式出水水质好，具有一定的脱氮功能，而且对 冲击负荷有较强的适应力，污泥产生量小，不发生污泥膨胀，易于维护和管理， 卫生条件好。目前已被广泛应用于处理水量较小的工业废水处理项目中。其主要 缺点式基建投资和运行费用较高。 3 城镇污水处理工艺的发展及新工艺评述 3 1 a b ( a 段b 段) 法工艺 a b 工艺( a d s o r p t i o nb i o d e g r a d a t i o n ) 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污水处理工艺【捌。 由a 、b 二段串联的活性污泥法组成，见图1 5 。该工艺将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2 0 - - - 4 0 m i n ，以 1 0 第一章我国城镇污水处理概况 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b o d 达5 0 以上。b 段与常规活性污泥法相似，负荷较低，泥龄较长。 a b 法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，a b 法具有很好的适用性，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。但是，a b 法污泥 产量较大，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b o d ，可能造成碳源不足，难 图1 5 a b 法工艺流程图 以实现脱氮，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、排海和暂时对水质要求不高的场 合。总体而言，a b 法工艺较适合于污水浓度高、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。对于有脱氮要求的城市污水 处理厂，一般不宜采用。 a b 法工艺比普通活性污泥法的基建费用降低约1 5 - - 2 0 ，运行费用降低约 1 0 0 旷- 1 5 ，特别有利于污水厂的分期分级建设。但该工艺的产泥量比普通活性污 泥法增加2 0 ，故增加了污泥处理的费用，同时运行管理较复杂。 目前改进的a b 法工艺形式主要有a - - b a f 、a a 加、a a z c 、a 一氧化 沟、a - - s b r 等，主要是将a 段和b 段( 各种生物处理工艺) 的优点相结合，从 而取得很好的效果。 第一章我国城镇污水处理概况 3 2 a 2 o ( a n a e r o b i c a n o x i c o x i e ) t 艺 对于有除磷脱氮要求的城市污水处理厂，往往考虑首选a 2 o 工艺( 见图1 6 ) 。 a 2 o 工艺呈厌氧( a 1 ) 缺氧( a 2 ) 好氧( o ) 布置形式，是比较简单的同步 脱氮除磷工艺，总水力停留时间少于其它同类工艺。a 2 o 工艺中厌氧、缺氧及 好氧交替运行，不宜于丝状菌增殖繁衍，无污泥膨胀之虞。该工艺勿需投药，厌 氧和缺氧段只进行缓速搅拌，故运行费用低。但脱氮效果不宜提高，内循环流量 以2 q 为限，也不宜提高；污泥增长受一定限制，因此除磷效果亦不宜提高【l l 】。 混合液回流 图1 6a 2 o 工艺流程图 a 2 o 工艺脱氮除磷率不能进一步提高的原因简析如下：( 1 ) 回流污泥中携 带的硝酸盐抑制了厌氧条件下磷的释放。由于聚磷菌，硝化菌，反硝化菌及其他 多种微生物共同生长在一个系统内，并在整个系统内循环。使得从好氧段回流的 污泥中含有大量的硝酸盐，造成厌氧段中反硝化菌与聚磷菌对底物形成竞争，使 聚磷菌无法得到足够的短链脂肪酸( s c f a s ) 进行充分释磷，从而除磷效率会降低。 c 2 ) 脱氮与除磷之间存在矛盾，产生这一矛盾的原因是实现不同功能的微生物均 不能在各自最佳的生长条件下生长。由于不同的微生物均参与到系统的循环中， 因此在系统内要达到所有微生物的最佳生长条件是不可能的事。好氧段中要实现 硝化作用，必然维持较高的硝化菌数量，要求在较长泥龄下运行。而除磷是通过 排泥实现，这就要求采用短泥龄来增加剩余污泥徘放量，因此短泥龄下运行时可 以获得较高的除磷效率。在运行泥龄上，各种工艺在脱氮与除磷之间存在矛盾。 ( 3 ) 硝化与反硝化，有机物降解之间存在矛盾，由于微生物混合培养，为满足硝化 而采用较长泥龄。但降低了有机物降解和反硝化速率。这样又增加了系统中有机 物对硝化作用的抑制，使硝化反应滞后，可能抵消掉硝化速率提高所带来好处。 1 2 第一章我国城镇污水处理概况 总之，导致各种工艺脱氮除磷效率不稳定的原因归结为不同微生物在系统内混合 生长所致。世代时间长的硝化菌与其它细菌混合生长使系统难以兼顾脱氮与除磷 需求，运行效果不稳定。 a 2 o 工艺的基建费用和运行费用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，当处理后的污水排入封闭水体或易引起富营养化的水 体，才采用该工艺。 3 3 改良的s b r ( 序批式活性污泥法) 类工艺 s b r 工艺早在2 0 世纪初已有应用，又称为序批式活性污泥法。见图1 7 弋7 _ ： 萋簿- j i 誊i j ；j ：! 鬈 弋7 i ：遗麓 i j ：0 0 进水反应沉淀排放闲置 图1 7 s b r 工艺流程图 该工艺将传统的曝气池t 沉淀池由空间上的分布改为时间上的分布，形成一 体化的集约构筑物，并利于实现紧凑的模块布置，最大的优点是节省占地。另外， 可以减少污泥回流量，有节能效果。典型的s b r 工艺沉淀时停止进水，静止沉淀 可以获得较高的沉淀效率和较好的水质。 s b r 经过不断演变和改良，又产生或同期发展为i c e a s 工艺、c a s s ( c y c l i e a c t i v a t e ds l u d g es y s t e m ) t 艺、u n i t a n k 工艺、m s b r o v l o d i f e ds e q u e n c i n gb a t c h r e a e t o r ) t 艺、d a j h a t 、膜法s b r 等工艺，进一步增强了除磷脱氮效果。 i c 勘峪工艺是2 0 世纪8 0 年代在澳大利亚发展起来的。这种工艺一般由两个 矩形池为，组的s b r 反应器，每个池子分为预反应区和主反应区两部分。预反应 区一般处于厌氧或缺氧状态，主反应区是曝气反应的主体，体积占反应区总池容 的8 5 0 旷9 0 。i c e a s 是连续进水工艺，不但进水阶段进水，也可以在沉淀和滗 水阶段进水。其优点是可以减少运行操作的复杂性，但是其沉淀性能和高去除率 受到影响。 1 3 第一章我国城镇污水处理概况 c a s s ( 循环式活性污泥法) 工艺在i c e a s 的基础上开发出来的，也被称为 c a s t ( c y c l i ca c t i v a t e ds l u d g et e c l m o l o g y ) i 艺。与i c e a s 相比，c a s s 工艺的预 反应区容积较小，并成为设计更加优化合理的生物选择器，该工艺将主反应区中 部剩余污泥回流至该选择器中，在动作方式上沉淀阶段不进水，使排水的稳定性 得到保障。通常c a s s 一般分为三个反应区，一区为生物选择器，二区为缺氧区， 三区为好氧区，各区容积之比一般为l ：5 ：3 0 。在此反应器中活性污泥法过程按 曝气和非曝气阶段不断重复，将生物反应过程和泥水分离过程结合在一个池子中 进行。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 m m 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，出水可达标排放随着电子计算机的日益普及，c a s s 工 艺由于其投资和运行费用低，处理性能高超，尤其是优异的脱氮除磷功能而越来 越得到重视。 u n i t a n k 的工艺思想、池子布置和运行方式与三沟式氧化沟相类似，但在 池体构型、曝气方法、出水方式等方面有所不同。u n l t a n k 工艺采用矩形池形 式，不需另设沉淀池，故布置紧凑，节省占地。在设备方面，省去了刮泥机和污 泥回流系统，采用固定堰槽出水，避免了撇水器造成的水位损失和机械故障。采 用微孔曝气时有一定的节能效果。因此，u n i t a n k 作为一种新工艺在国内开始 推广应用。从工艺机理方面分析，该工艺实际上是一个无污泥回流的连续流活性 污泥法系统，与传统活性污泥法相比，可不设回流污泥系统及沉淀池刮泥机，投 资低；同时由于设备种类较少，便于维护管理，降低了日常检修费用。根据进水 水质和出水水质要求调整运行周期合适许，在曝气期内设置非曝气阶段，可形成 厌氧、缺氧和好氧交替状态，实现除磷脱氮功能，运转灵活。采用巨型池结构， 生物池公用隔墙布置，可节省土建费用和工程建设费用。在设备方面，u n i t a n k 虽通过固定堰槽出水，但在曝气阶段堰槽内存有混合液，排水前必须先进行冲洗， 增加了相应设备；另外，该工艺管道系统布置较为复杂，且需要大量的电动进水 阀门、电动空气阀门( 当采用鼓风曝气时) 以及剩余污泥阀门；该系统完全依赖于 自动控制运行，对管理者的要求较高；和三沟式氧化沟类似，也存在着设备闲置 问题，一次性设备投资有所增加。该工艺和s b r 类似，可以将生物处理和沉淀系 统合为一体，布置紧凑，节省占地。在用地十分紧缺或必须室内布置的情况下， 适宜采用该工艺。在一定的范围内，可以替代其他活性污泥法，有独特的优点， 并具有较强的竞争力。 1 4 第一章我国城镇污水处理概况 m s b r 是一种高效率的反应器，它综合了a 2 o ，s b r ，u c t ( u n i v c r s i t yo f c a p e t o w n ) 等工艺的优点，结构简单紧凑，占地面积小，土建造价低，自动化程度高。 m s b r 系统中序批池在出水时，其特殊的构造形成了污泥层的过滤和截留作用， 降低了出水中悬浮物的浓度，使出水水质优于普通二沉池得出水；系统可以维持 较高的污泥浓度。m s b r 工艺的特点是系统从连续运行的单元( 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m l s s 的均匀性。可见，m s 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。 d a p i a t 工艺是由天津市政工程设计研究院王秀朵等人提出的s b r 工艺 的又一种变型。d a t _ _ i a t 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 da e r a t i o nt a n k ) 和间歇曝气池( i n t e r m i t t e n ta e r a t i o nt 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。 d a l 叫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，可达到除磷脱氮的目的。天津经济技术开发区污水处理厂就是使用的该 工艺【1 2 1 。 膜法s b r 法是将s b r 工艺和接触氧化法相结合的一种工艺。膜法s b r 具有 如下的特点：( 1 ) 由于填料的剪切作用，提高了氧的溶解传递效率，同讨由于 膜的吸附和周定作用，从而缩短s b r 各个工段运行时间乃至缩短整个运行周期， 节约能耗a ( 2 ) 易于实现污泥平衡，由于膜法s b r 兼具传统接触氧化和s b r 的优点，大部分污泥以生物膜的形式附着在填料上，混合液中悬浮量很少，因此 通过调节运行时序和进水负荷，极易在生物膜外层的好氧菌和内层的厌氧菌之间 达成营养平衡，从而使剩余污泥量达到最小。( 3 ) 投产期短，启动快。 随着自动化技术的发展和p l c 控制系统的普及化，s b r 类工艺的工程应用又 进入了一个新的时代。 1 5 第章我国城镇污水处理概况 3 4 生物曝气过滤工艺 生物曝气过滤工艺是一种生物过滤池，内设特制的微生物附着生长必需的颗 粒性滤料。为达到生物氧化有机物和氨氮的目的，滤池需进行曝气。一般地，生 物曝气过滤工艺主要用于生物处理出水的进一步硝化，去除生物处理出水中残余 的氨氮，以满足更高的氨氮出水要求。生物曝气过滤工艺布置十分紧凑、占地面 积约为常规工艺的十分之一，这一优点十分令人瞩目。国内不少城市也都跃跃欲 试地准备采用这一新兴的工艺技术。生物滤池的省地优点是显而易见的，但是对 它可能产生的问题必须要有充分的预见：为避免污水进水中悬浮颗粒堵塞后续的 生物曝气滤池，一般均需采用加药以强化初沉池去除悬浮固体的效果。这样会增 加药剂的成本，同时加药沉淀将产生大量初沉污泥和化学污泥，后续污泥处理难 度较大。生物滤池虽然有省地显著优点，但运行管理难度较大，完全依赖于自动 化运行，工艺投资和运行成本并不节省。一般仅在用地面积严重不足或受到严格 限制时考虑采用。 3 5 氧化沟工艺 氧化沟工艺主要有卡鲁塞尔氧化沟、奥贝尔氧化沟工艺和一体化氧化沟工艺。 卡鲁塞尔氧化沟是一种单沟式环型氧化沟，一般设有独立的沉淀池和污泥回 流系统。在氧化沟的顶端设有垂直表面曝气机，兼有供氧和推流搅拌作用。污水 在沟道内转折巡回流动，处于完全混合形态，有机物不断氧化得以去除。卡鲁塞 尔氧化沟工艺流程简单，抗冲击负荷能力较强，出水水质较稳定；其独特之处在 于：在处理城市污水时不需要预沉池；污泥稳定，不需消化池可直接干化；工艺 稳定可靠，控制简单；b o d 降解率达9 5 9 8 ，c o d 降解率达9 0 9 5 ，同 时具有较高的除磷脱氮功效；系统采用立式低速搅拌机，沟深可增加到5 m 甚至 8 m ，从而使曝气池的占地面积大大减小，降低了占地面积和工程造价。卡鲁塞尔 氧化沟对中小规模的城市污水处理厂有一定的适用性。 奥贝尔氧化沟由三个相对独立的同心椭圆形沟道组成，污水由外沟道进入沟 内，然后依次进入中间沟道和内沟道，最后经中心岛流出，至二次沉淀池。三个 环形沟道相对独立，溶解氧分别控制在o 、l 、2 m g l ，其中外沟道容积达5 0 “o ，处于低溶解氧状态，大部分有机物和氨氮在外沟道氧化和去除。内沟道 体积约为1 0 , - - 2 0 ，维持较高的溶解氧( 2 r a g l ) ，为出水把关。在外沟道的脉冲 曝气和大区域的缺氧的环境下，可以较高程度的实现“同时硝化反硝化的效果， 1 6 第一章我国城镇污水处理概况 在不设内回流的条件下，也具有较高的脱氮效率。奥贝尔氧化沟作为一种多级串 联的反应器，有利于生化难降解的有机物，一般可以获得较好的出水水质和稳定 的处理效果。奥贝尔氧化沟采用的曝气转碟，具有较高的充氧能力和动力效率， 优化控制方便，并可提高水深相对节省用地，尤其适用于中小规模的污水处理厂。 一体化氧化沟广义上是指，作为生化处理的氧化沟和沉淀池或其他类型的固 液分离设施合建为同一构筑物的布置形式。主要包括侧沟式和中心岛式两种类型， 其特点是：集曝气、沉淀( 泥水分离) 和污泥回流功能为一体，不设单独的沉淀池， 节省占地面积。采用曝气与沉淀的合建方式，占地省。特殊的固液分离器，能达 到较大的污泥表面负荷，相对普通沉淀池更节省用地及基建投资，省去专门的污 泥回流系统，投资和运行费用有所减少。但是，该工艺难以形成功能相对独立的 厌氧、缺氧和好氧区域，对除磷脱氮要求较高的场合稳定性较差，固液分离器内 斜板( 或类似组件) 有堵塞和淤积的可能，会增加维护的工作量。由于污水流量和 水质的变化，氧化沟内的流速和出流量总是变化的，污泥层难以稳定，有可能出 现浮泥，增加出水的s s 。 3 6 适用于中小城市的h 工艺 目前常用的a o 、a b 、a a o 等方法较适用于处理量大于2 0 1 0 4 m 3 d 的大城市生活污水，而s b r 法运行管理要求较高，为此针对中小城市进行污水处 理工艺筛选。提出了h - 1 h ( 水解一好氧一脱氮蹴化工艺方案。该处理工艺具 有投资省、占地少、处理费用低、运行管理方便、处理效率高的特点，对进水水 质相同，处理能力均为2 1 0 4 m 3 d 的水厂进行投资预算，投资参考国内棍同规 模类似处理厂的投资指标，在水解池和曝气生物滤池造价中均考虑了因配水系统 与滤料而增加的成本，其计算结果显示h d - r 工艺可节约基建总投资3 4 ， 节约运行费用3 9 4 ，因此该工艺具有效率高、投资少，运行费用低、工艺简单、 操作方便等优点，是目前中小城市污水厂的优化工艺方案【1 3 1 。 3 7 城市生活污水生态处理工艺 生态塘城市污水处理工艺是以太阳能为初始能源，利用在塘中种植水生植物， 进行水产、水禽养殖，形成人工生态系统，通过生态系统中的多条食物链将污水 中的有机污染物进行降解和转化，并以水生植物、水产和水禽的形式进行资源回 收，使污水处理与利用结合起来，实现污水处理资源化。同时处理后的污水可灌 1 7 第一章我国城镇污水处理概况 溉农田、改良土壤，或经进一步处理后回用于某些工业用水，具有很好的环境效 益和经济效益【1 4 1 二 3 8c b 法城市污水处理工艺 c b 处理工艺技术是结合我国目前城市污水基本特性，尤其是我国南方城 市污水水质特性而提出的新型、高效集成处理工艺。该工艺主要是将目前国外水 处理技术领域研究开发的热点技术即强化絮疑处理技术与曝气生物滤池( 简称 b a f 法) 集成。强化絮疑和曝气生物滤池技术在国外行水处理厂已被广泛应用。 c b 法由c 段和b 段组成，两段可以分段建设，独立运行【1 5 1 。c 段为化学、 生物强化絮疑段。大量试验与运行结果表明：强化絮疑处理工艺可显著去除城镇 污水中各种有毒有害污染物，如悬浮物、重金屑、磷等去除率高达9 0 以上，难 降解有机物去除率达到8 0 以上。虽然它对c o d 去除效果低于传统的二级处理 工艺，但仍可去除4 0 一6 0 的c o d ，同时明显提高污水可生化性。c 段与化 学强化处理工艺相比，运行费用更低，固液分离效果更好。它可以将污水中9 0 以上的s s 、磷化合物、8 0 的重金屑，4 0 一6 0 的c o d 等污染物通过疑聚、 吸附、沉淀等作用强制去除。 b 段的核心是曝气生物滤池，曝气生物滤池l e a f ) 是高效的生物膜技术。它 具有污泥停留时间长、容积负荷高、水力停留时间短等特点，可以承受日常突发 的冲击负荷。另外，由于微生物在新陈代谢过程中产生的多糖及酯类等物质起到 的吸附架桥、絮疑等作用和填料本身的过滤、吸附作用，曝气生物滤池可截留大 量悬浮物且无需固液分离，省去了二沉池，节约了基建投资。根据德国p h l i p p m u l l e r 公司的统计数据，在与活性污泥法的对比中，b a f 节省占地7 5 以上，投 资费用降低2 5 左右，运行费用也降低了将近2 0 。 4 城市污水三级处理工艺 4 1 常规工艺 常规的三级处理工艺是在生物处理之后增加混凝、过滤、消毒等常规处理过 程，有砂滤、膜滤、反渗透、u v 消毒、液氯、臭氧消毒等。一般来说这些处理 方式单位水处理成本比较低，在经济上比较可行。 1 8 第一章我国城镇污水处理概况 4 2 m b r 技术 m b r 技术又称为膜生物反应器技术，可以在城市污水末端澄清处理阶段取代 活性污泥法，这种由生物反应器和逆流式的微生物过滤器组合而成的处理单元有 极高的c o d 去除率，在单位体积生物量浓度为1 0 - - - 2 2 9 l 时，c o d 的去除率可达 到9 5 以上，有时甚至低于检测下限而无法测出【1 6 1 。其利用了膜分离的选择性和 高效性，同时又利用了生物处理工程的有效性和彻底性，将水中的有害物质最大 限度地除去。 m b r 工艺的特点是用膜分离系统代替了普通活性污泥法中的二沉池，减少了 传统工艺大部分的处理单位，节省了大量投资，而且耗能和一般传统的水处理工 艺相近。污水在处理设备中的停留时间短，对c o d ，n h 3 _ n 的去除率极高，出 水水质达到了生活杂用水水质的标准。2 0 世纪8 0 年代以来，该技术愈来愈受到 重视，成为研究的热点之一。与传统生物处理工艺在城市污水处理方面进行的比 较研究表明，m b r 的出水水质均与优于传统生物处理工艺；污泥产率低是它的另 一大优点。 4 3l m 深度处理工艺 l m 深度处理工艺是一种全新的生态处理工艺，在厌氧池加好氧他的基础上 加入了改进的曝气氧化塘和高效湿地两个深度处理单元，使出水水质达到了生活 杂用水的标准。其工艺流程是：生物厌氧池一封闭好氧池一开放好氧池一澄清池 一人工湿地一u v 消毒一蓄水池一回甩，或者以接触氧化池和生态氧化槽代替封 闭好氧池和开放好氧池。 l m 深度处理工艺的特点是剩余污泥少、运行费用低、管理方便，还具有美 化景观的功能。该方法和其他水处理工艺相比比较经济。 第五节小结 由于我国正处在城镇化加速发展的阶段，城镇人口急剧增加，不仅导致了环 境成本升高，而且对区域水环境的污染也往往超过了当地的水环境容量，造成了 严重的环境污染。在各地的经济正处在发展阶段和追求可持续发展的主题下，要 使环境保护的力度赶上城镇化的发展速度，选择合适且先进的污水处理工艺就成 了当务之急。 1 9 第一章我国城镇污水处理概况 城镇污水处理工艺及其发展随着科技的发展越来越呈现出多样性，我们在进 行工艺选择的时候必须认真、全面的考虑各种社会、经济因素，充分结合我国国 情及各地的特点，争取做到所选工艺的科学性、可行性、经济性、和易操作管理 性。而衡量一种工艺先进性和科学性的标准应该是看该工艺是否符合我国中小城 镇的具体经济和地理情况、处理效率是否高效、低耗。各类效率高、投入低、能 耗低、易管理和可达到一定治理深度的城市污水处理新技术，对经济不够发达而 污染亟待治理的我国各地区中小城镇，在一段时期内都将有重要的意义。 第二章课题研究的背景、目的和内容 第二章课题研究的背景、目的和内容 第一节研究背景和目的 上海在污水处理方面的发展一直都走在全国的前歹l j 。随着上海市区河流污水 一期、二期工程的顺利建成和投入运行，苏州河综合整治工程的实施，2 0 0 1 年全 市污水排放量为1 9 5 0 亿立方米，全市污水处理率为6 1 4 。上海市区的生活污 水基本得到控制。而郊区、尤其是乡镇的污水大部分未进行收集和处理，日益成 为上海市水环境的主要污染源。如不能得到及时控制，市郊的河网和黄浦江水质 难以得到改善。 根据2 0 0 0 年上海市污染源调查分析，上海市郊区污染源的特点是组团式分 布，每一组团是一个乡镇，镇与镇之间距离较远，将若干乡镇的污水收集集中处 理在经济上不合算。郊区的经济实力无法和中心城区相提并论，人均收入仅为城 市居民的一半，完全照搬中心城区的污水处理模式和工艺，将会因造价和运行费 用过高而使郊区居民无力承担，郊区缺少污水处理的专业人员，对操作管理要求 高的污水处理厂一般很难管好用好。而且城镇污水厂常规的处理流程包括污水处 理和污泥处理两部分，仅污泥处理流程就包括污泥与污水的分离、污泥浓缩、污 泥提升、厌氧消化、化学调理、机械脱水等多项工序，最后还得面临如何解决污 泥的最终处置问题。如果能将污泥处理融合与污水处理过程之中同步处理，那么 全部工艺流程和运行管理均十分简单方便，所需机械设备主要是提升水豸己这样 必将极大的减少投资和运行费用，运行管理也会十分简单方便，可大幅度减少操 作管理人员，符合中小城镇的实际情况，从而有利于大幅度提高上海郊区污水的 处理率，加速上海城市水环境综合改善的步伐。 本课题正是在这样的背景下展开的，隶属于上海城市水环境质量改善技术与 综合示范项目8 6 3 计划的子项目。 本课题采用污水一污泥同步生态处理工艺( 由水解池，高负荷生物滤池和蚯 蚓生态滤池组合而成，以下简称同步处理工艺) 处理城镇生活污水，目的就是为 了开发一套符合上海郊区城镇具体经济情况的工艺，为上海市水环境质量改善提 供技术支持。 2 1 第二章课题研究的背景、目的和内容 第二节研究内容 1同步处理工艺对有机物和氨氮的去除中试研究 此阶段的治理深度主要是要取得处理后的出水达到国家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 ) 二级标准。 从前期的研究基础上来看，在蚯蚓生态滤池水力负荷小于4 0 m 3 m 2 d 条件 下，同步处理工艺有以下的特点： 1 ) 处理城镇生活污水的c o d ，b o d 5 、s s 、n l 乇一n 等各项出水水质均可达 到国家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 ) 二级标准； 2 ) 处理效果稳定可靠，整个系统连续稳定运行周期长，并能承受城镇污水较 强的冲击负荷。 3 ) 大幅度节省处理能耗，比常规生物处理工艺节省电费6 0 以上；主要机 械设备仅为提升水泵，不需要鼓风机等复杂的机械设备。 4 ) 研究了蚯蚓生态滤池中不同种类填料和各填料的不同配比的优化组合，确 定了合理的生态滤床的双层结构和填料组合。 因此，在前期研究工作的基础上，此阶段的研究内容主要如下： 1 ) 研究增加水力负荷对系统的影响作用，确定系统的最佳水力负荷； 2 ) 研究影响高负荷生物滤池对有机物和氨氮去除的各因素； 3 ) 研究蚯蚓生态滤池对污水的处理功能，研究生态滤池的长期稳定运行的最 佳参数； 4 ) 确定极端温度条件下( 夏季高温及冬季低温) 各项水质指标达二级排放标 准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 。 2 同步处理工艺的脱氮除磷中试研究 此阶段的主要研究内容及拟解决的关键技术如下： 1 ) 研究水解池中反硝化脱氮的影响因素及回流对水解效果的影响，确定最佳 的回流比，提高系统的脱氮功能； 2 ) 加强对高负荷生物滤池的进一步研究，增强高负荷生物滤池的硝化功能， 增强系统对3 一n 和总氮的去除率； 第二章课题研究的背景、目的和内容 3 ) 研究蚯蚓生态滤池的生物种类和种群数量，适宜的蚯蚓种群筛选及有效种 群的生长、繁殖和活动特征及微生物一蚯蚓的相互作用，研究生态滤池的脱氮除 磷功能。 3同步处理工艺对污泥的稳定与减量化中试研究 t ) 系统对s s 的去除研究及产泥量分析； 2 ) 水解池对污泥的减量化与稳定化作用研究； 3 ) 蚯蚓生态滤池对污泥的减量化与稳定化作用研究。 第三章试验用水水质、设备材料、_ t 苦赢程及测试方法 第三章试验用水水质、设备材料、工艺流程及测试方法 第一节中试用水水质 i31 曲阳水质净化厂i 艺流程圈 本课鏖研究中试装置位于上海市曲阳水质净化厂，进水接自曝气沉砂池。上 海市曲阳水质净化厂建造于1 9 8 4 年1 2 月，占地面积5 3 亩，设计日处理能力75 万立方米，采用活性污泥法处理工艺。主要担负着虹口i x 东至叫平路、南至沙泾 港、两至中i e 路、北至邯郸路，包括曲阳、大连、运光、邮电、玉田、幸福 等新村共计面积4 5 0 公顷、人口约2 0 余万的污水处理。 诙厂进水中9 0 以上为生活污水，1 0 为食品废水，其工艺流程见图31 。 由于曲阳厂污泥浓缩池经常有羁泥随上清液带出返回到曝气沉砂池中，致使 曝气沉砂池出水水质变化很大，在初沉池和二沉池往污泥浓缩池排泥的时候情砒 第三幸试验用水水质、设备材料、 艺流程及测试方法 尤其严重，而当进水泵吸水位置很低和曝气沉砂池刮泥时水质变化也很明显。另 外，夏季和冬季的水质差别也较大。曲阳污水处理厂水质变化情况见衷31 壕3 2 和图32 图34 。 表31 夏季曲阳污水厂进水2 4 小时混合水样水质变化( 单位：r a g l ) 3 4 83 3 32 3 52 6 12 5 0 3 5 3 93 63 5” c o d 和b 0 0 5 盘化嘲 _ c o ) 圈r n d 5 _ ；誉黼 图3 2 夏季曲阳厂一周内进水c o d 与b o d 5 变化阿( 2 4 小时程台水样) 咖蚴呲叫蚴 第三章试验用水水质、设备材料、t 芝流程及测试方法 2 5 0 2 0 0 丢1 5 0 e 石1 0 0 5 0 0 s s 和n h r n 变化h 727 ： 747 57 6 口圳 3 5 3 0 2 5 拿 2 0p 1 5 z 1 0 5 0 网3 3 夏季曲刚厂周内进水s s 与n