文献综述-义乌市义亭镇污水处理工程方案设计.doc

毕业设计：文献综述学生姓名：xxx 定稿时间：2014-04-02毕业设计文献综述 题目：中小城镇污水处理工艺综述 学 院：环境科学与工程学院专 业：环境工程班 级：1001学 号：学生姓名：xxx指导教师： 二一四 年 四 月中小城镇污水处理工艺综述 摘 要： 随着人民生活水平的提高和城镇化, 城镇生活污水排放量逐年增长, 城镇生活污水迫切需要治理。但由于污水设备简陋、工艺落后，甚至有些地方未设污水处理设备，中小城镇的污水处理程度普遍不高，造成严重的水体环境污染。本文概述了我国中小城镇污水特点、问题以及现阶段常用的工艺如氧化沟法、SBR法等，并提出了具有发展前景、适合我国中小城镇的新型绿色污水处理技术如蚯蚓生态滤池和厌氧水解高负荷生物滤池，探讨了中小城镇污水处理的发展方向。关键词：中小城镇污水；污水处理工艺；氧化沟；SBR；蚯蚓生态滤池；厌氧水解高负荷生物滤池 Review of Process of Sewage Treatment in Medium and Small Towns Abstract: With the improvement of peoples living standards and the development of urbanization, there is more and more urban wastewater, which is discharged into the environment. However, the low rate of sewage treatment in Medium and Small Towns because of poor equipment and poor process led to deterioration of environment, which should be treated as soon as possible. This paper concisely summarizes the current situation of sewage treatment in small towns and commen process such as oxidation ditch, SBR and so on. And several promising and environment-friendly techniques were suggested such as vermifiltration and anaerobic hydrolysis-high loading biological filter. Furthermore, the developing directions of the techniques in treating municipal wastewater were discussed . Keywords: sewage in medium and small towns; wastewater treatment technology; oxidation ditch; SBR; vermifiltration; anaerobic hydrolysis-high loading biological filter1 引言世界缺水，中国缺水，水污染更加剧了水资源的紧缺，水质型水资源匮乏也随之出现，水资源频频告急。在中国，水污染已然为不可小觑的环境问题。近年来，随着我国人口激增、乡村城镇化和人民生活水平大大提高，用水量不断增加，城镇污水排放量也随之增加。自1999年城镇污水负荷第一次超过工业废水以来，城镇污水占废水总量的比重逐年增加1。自1978年改革开放以来，我国中小城镇迅猛发展，但与此同时中小城镇的水污染问题日益凸显，尤其是在一些人口密度大、环境容量小的中小城镇，其严重程度丝毫不亚于污染严重的大城市。但由于污水设备简陋、工艺落后，甚至有些地方未设污水处理设备，中小城镇污水处理程度普遍不高。根据2004年的统计数据显示，该年我国城市的污水处理率达45.7，但中小城镇污水处理率仅为11.2 2。中小城镇水污染面广、量大、分散性强，治理难度大。虽然近年来，我国对于水处理方面的投入力度大大增加，但对于中小城镇的污水处理还是存在许多问题。首先，当前可供选择、运行良好且出水稳定排放的城市污水处理工艺并不多为，多数已建成的中小城镇污水处理厂采用了大型污水厂的传统活性污泥，该工艺反应器占地面积大、反应时间长、能耗大、运行费用高3等；其次，中小城镇规模小，资金缺乏，技术支持不足4。照搬以往城市大型污水处理的工艺，显然不合理。因此，研究高效绿色，低能耗、低运行费用、低建设费用以及二次污染排放最少化的城镇污水处理新型工艺乃是当务之急。2 中小城镇污水特点在我国，根据投资规模和废水处理量城市污水处理厂一般可分为大、中、小三种类型。规模大于10万 m3/d的是大型污水厂，一般建在大城市，基建投资以亿元计，年运营费用以千万元计，目前全国已建成十多座，最大的是北京高碑店污水处理厂，规模达100万 m3/d；中型污水处理厂的规模为110万 m3/d，一般建于中、小城市和大城市的郊县，基建投资几千万至上亿元，年运营费用几百万到上千万元，目前全国已建成几十座，正建的有上百座；规模小于1万m3/d的是小型污水处理厂，一般建于小城镇，基建投资几百万到上千万，年运营费用几十万到上百万。由于经济条件的限制，目前这类污水厂刚刚在沿海地区经济发达的小城镇起步，其呈上升趋势，最终小型污水厂的数量将超过大中型污水厂。中小城镇污水来源主要是生活污水，COD小于500mg/L，pH在6.57.5，BOD5小于250 mg/L，SS（悬浮固体浓度）小于500 mg/L，色度（采用稀释倍数法）小于100，其中含有一定的氮和磷，并且水质和水量波动较大，一般BOD5/COD0.5，可生化性好5。3 常用工艺3.1 传统活性污泥法及其改进工艺A2/O 传统活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的方法。活性污泥即向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性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，可以以此去除水中的有机物，其具体工艺流程如图1所示。传统活性污泥法是一种广泛应用而行之有效的传统污水生物处理法，该工艺有机物去除能力强，运行稳定。图1 活性污泥法随着环境水体水质的富营养化不断加剧和排放标准的不断提高，目前的污水处理系统设计通常要考虑脱氮、除磷问题。城镇污水处理厂通常需要在一个流程中同时完成脱氮、除磷功能，通常要对依据生物脱氮除磷理论而产生的最基本的工艺是由美国气体产品与化学公司在20世纪70年代发明的A2/O工艺6，其主要工艺流程如图2所示。污泥在厌氧、缺氧、好氧环境中交替运行，丝状菌不能大量繁殖，污泥沉降性能好。该处理系统出水中磷浓度基本可达到1 mg/L以下，氨氮也可达到8 mg/L以下7。在实际运用中，A2/O工艺的处理单元多，占地面积大，建设投资资大而且必须具有较强的技术水平。图2 A2/O法基本流程3.2 氧化沟法氧化沟平面呈椭圆形或环形，因其构筑物是呈封闭状沟渠得名，严格来说氧化沟法是活性污泥法的一种变形。氧化沟兼具推流反应特征以及完全混合反应的优势，前者使其出水优良 后者使其能够抗冲击负荷8。普通型氧化沟处理城市污水时，一般不设置初沉池，相比于活性污泥法氧化沟低负荷运行，水力停留时间长，污泥龄长，类似于延时曝气工艺，剩余污泥量少于活性污泥法且不需消化稳定，能承受水质、水量的冲击负荷, 能进行生物脱氮除磷等一系列优点。自1950年代，荷兰建成并成功运行第一座氧化沟以来，尤其是近20年，氧化沟工艺不断发展与改造，开发出了多种连续运行并有高处理能力的氧化沟新工艺，常用的氧化沟工艺有卡鲁塞尔式氧化沟、奥贝尔型氧化沟等9。3.2.1 卡鲁塞尔式氧化沟 卡鲁塞尔式氧化沟是多沟串联系统，采用垂直安装的低速表面曝气机，每组沟渠均在一端装一个曝气机，其主要结构如图3所示。曝气机下游为富氧区，上游为缺氧区，废水多次经过富氧区和缺氧区创造出良好生物脱氮环境。目前，卡鲁塞尔式氧化沟在世界范围内得到广泛的应用，规模小的可达200 m3/d，大的可达65.7万 m3/d。其BOD5去除率达95%99%、脱氮率达90%，除磷率约为50%。图3 卡鲁塞尔式氧化沟卡鲁塞尔氧化沟特点：1 工艺可靠简单；2 有效降解有机物，同时高效脱氮除磷；3 采用立式低速搅拌机，使沟式深度增加到5m至8m，使曝气池的占地面积大大减小10；4 从“田径跑道”式向“同心圆”式转化，池壁共用，减少了占地面积以及工程造价；5 无法避免供氧和搅拌之间的矛盾，尤其当进水水质较好时，为了节能应降低表面曝气机的转速，但这会减弱搅拌能力，从而导致污泥淤积。3.2.2 奥贝尔氧化沟奥贝尔氧化沟又称同心圆型氧化沟，由圆形或椭圆形同心沟渠组成的多沟渠氧化沟系统。一般由三个同心椭圆形沟道组成，污水由外沟道引入，与回流污泥混合后，再由外沟道进入中间沟道最后进入内沟道，在沟道内循环达数百到数十次。最终通过中心岛可调堰门流出，然后到二次沉淀池泥水分离11。其主要构造如图4所示。在各个沟道安装水平转碟曝气机，承担供氧并推流搅伴的作用。将三个廊道溶解氧分别控制在00.3，0.51.5，23 mg/L，则外廊道的供氧适当既保证了混合液进行硝化反又使反硝化菌可以利用硝酸盐作为电子受体进行反硝化反应，实质上这可以视为同步硝化反硝化的过程。图4 奥贝尔氧化沟奥贝尔氧化沟特点：1 三个沟道溶解氧浓度呈梯度分布，既能有效脱氮又大大降低能源消耗；2 兼具完全混合和推流两种流态；3 其充氧设备采用的是转碟曝气机，有较高动力效率和充氧能力，并且便于调整拆卸。转碟推流和整流的能力可使氧化沟的有效水深多达4 m；4 构筑物平面布置较为困难，需要单独设置二沉池，中心岛占据土地，使得总体占地面积偏大。3.3 SBR法SBR法即序批式活性污泥法，也是活性污泥法的一种。污水在序批式反应器中完成进水、反应、沉淀、滗水和闲置这五个工序，取消了二沉池以及污泥回流设备，整个过程由自动化设备控制。显然，与其他活性污泥法相比，SBR法的处理构筑物较少，工艺流程大大简化12。 SBR法特点：1 处理设备及构筑物少且简单, 易于操作、维护。工艺流程简单，投资省，占地少；2 处理效率高。SBR属于完全混合式间歇反应器，呈理想推流状态，从而生化反应推动力大大提高, 效率也随之提高13；3 运行稳定,出水水质好。污水沉淀在静止状态下进行,无进出水干扰，固液分离稳定，效率高；4 耐冲击负荷能力强,，可不设调节池；5 一个周期内好氧、厌氧可交进行，有良好的脱氮除磷效果并且运行灵活；6 反应池中存在DO和BOD5浓度梯度, 能有效抑制污泥膨胀的现象14 ；7 自动化控制要求、滗水器要求高。 近年来，随着测试与监控技术的迅猛发展，许多新型设备被开发研制出来，尤其是就计算机自动控制的应用，逐渐克服了SBR的不足，加上它一系列优点，SBR法也逐渐受到人们的青睐。随着SBR工艺在实际工程中的应用，其技术也有了进一步的提高和发展。在普通SBR法的基础上，目前也开发除了许多的变形新工艺如UNITANK、MSBR、CASS、CAST、ICEAS等工艺。SBR法非常适合处理小水量的污水，尤其在一些中小城镇、用地紧张的地方，间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理上优势较为明显。4 绿色新工艺 鉴于中小城镇污水处理的特点及存在的问题，研究低能耗、低物耗、减轻二次污染的城镇污水新型绿色工艺已经成为我国城镇污水处理研究的重要方向，经过不懈的努力，我国在绿色节能处理城镇污水方面的研究和实际工程方面，己取得重要进展, 其中的典型代表有蚯蚓生态滤池和厌氧- 好氧高负荷生物滤池。4.1 蚯蚓生态滤池图5 蚯蚓生态滤池结构示意图蚯蚓生态滤池，即在滤床中引入蚯蚓从而建立人工生态系统，通过蚯蚓及其他微生物对城镇污水中的各种污染物质进行协同处理15，蚯蚓生态滤池的主要构造如图5所示。在蚯蚓生态滤池中，微生物附着在滤料表面形成生物膜，并通过吸附、稳定污水中的悬浮物和溶解性有机物而生长繁殖。而蚯蚓以生物膜作为食物来源，经蚯蚓的吸收消化使污泥得以稳定化和减量化。蚯蚓与微生物协同共生，蚯蚓粪为微生物的生长繁殖也提供了优良的生存基质。蚯蚓的运动对疏松滤料起到关键作用，从而保证了通风供氧16。蚯蚓生态滤池的原理如图6所示。图6 蚯蚓生态滤池主要构造 生物滤池系统中引入较为高等的动物蚯蚓，加长了食物链，使得剩余污泥量减少，并且污泥稳定性高，利于污泥的后续处理与处置；蚯蚓与微生物协同作用降解污水中的污染物，同时提高滤料的空隙率，更加促进有机物降解，并且缓解污泥堵塞的问题和减少污泥产量，大大提高滤池处理能力及效率；蚯蚓具有强化分解有机物的能力使得蚯蚓生态滤池可用小粒径滤料，增大表面积，提高生物量，改善处理效果。据调查，生态滤池BOD5去除率可达91% 96%，CODCr 去除率可达83%88%，SS去除率达85%92%，由此可见其有机物的去除效率与活性污泥法不相上下，并且氨氮去除率远超过活性污泥法17。蚯蚓生态滤池是一种新型绿色污水处理技术，是生活污水处理的研究热点。蚯蚓生态滤池工艺过程简洁、建设投资费用低、出水效果好、剩余污泥量少、运行费用低等优点，使其非常适合小规模生活污水的处理18。4.2 厌氧水解高负荷生物滤池厌氧水解高负荷生物滤池处理工艺用厌氧水解滤池作为预处理工艺取代传统初沉池，对传统高负荷生物滤池进行，保留了其高效率、高负荷的优点，采用空隙率高、附着面积大和二次布水性能好的新型填料，取消滤池回流系统，既提高处理效率又降低基建投资和运行费用19。厌氧水解高负荷生物滤池的工艺流程如图7所示。图7 厌氧水解高负荷生物滤池厌氧水解池的下半部分为厌氧污泥床，上半部分装有模块填料。后接无回流高负荷好氧生物滤池，滤床采用的模块填料空隙率在95%以上，可供附着面积130 150 m2/ m3 ，布水性能优异20。厌氧水解高负荷生物滤池与普通活性污泥法相比，产泥量大大减少，降低了污泥的处理、处置费用，也减少了二次污染；该污水处理工艺简单，管理运行方便；该工艺的抗冲击负荷能力较强21；一般来说，厌氧酸化高负荷生物滤池BOD5的去除率可达85% 95% ，CODcr 的去除率可达75% 85%，SS的去除率可达85 95%。厌氧水解高负荷生物滤池的这一系列优点符合我国中小城镇的污水水质水量的特点。5 结论中小城镇的污水处理工艺, 既不能像小范围小规模的农村生活污水一样用分散简易的方法进行处理, 更不能像城市一样采用大规模集中的方法进行处理。我国中小城镇急需要高效、节能、绿色、经济、简易、先进可靠的水污染治理工艺及技术，使经济效益、环境效益和社会效益最大化。另外还可以因地制宜地考虑中水回用于农田灌溉和污泥的资源化利用，以减少建设费用和运行费用的负担，并且减少二次污染。虽然经过多年的不懈努力，对于城镇污水处理工艺的研究已经取得了巨大的进步，但对于机理、反应原理研究还不够细致深入，新工艺、新技术的创新和运行效果不够稳定理想，这些需要在以后的工作中加以改进和完善。氧化沟工艺和SBR 工艺流程设备简单，基建投资省且占地面的小，剩余污泥已经基本得到好氧稳定，仅需浓缩脱水就可以外运处置取消了污泥消化设备，简化了污泥处理，减少了投资成本因而对于缺乏资金、技术的小城镇污水处理，可予以优先考虑。在我国多年的研究与实际应用过程中，这两种工艺被证明是适用于中小城镇有效的水污染控制方法，并且在城镇污水处理与控制工作中将会继续占据重要的位置。目前，国内外对于用各种绿色、高效、节能的治理污水技术研究较多，并且取得了不错的成绩，但在实际治理工作中采用蚯蚓生态滤池、厌氧水解高负荷生物滤池等新型绿色技术较少。这些技术在我国刚起步，在推广应用中还有一些问题亟待考虑和解决。诸如，工艺参数确定，运行参数采集，以及在各地的适应性试验。展望未来，可持续发展型和环境友好型城镇污水处理工艺仍然是今后该领域发展及研究的重点。蚯蚓生态滤池、厌氧水解高负荷生物滤池等技术符合当前城镇污水处理的发展趋势，特别适合污水处理规模较小、经济欠发达的城镇。综上所述，蚯蚓生态滤池、厌氧水解高负荷生物滤池等新兴绿色环保技术与其他处理工艺相结合，优势互补的城镇污水处理工艺是今后发展的主要方向。参考文献1 刘东, 周先桃. 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