（环境工程专业论文）移动式污水处理工艺治理分散点源生活污水研究.pdf

摘要 摘要 随着经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，广大农村和城郊地区的 用水量和污水量急剧增加，为了减少污水排放所造成的水资源污染对国民经济 可持续发展所产生的负面影响，必须尽快提高污水处理水平和处理率。郊区和 农村分散点源的生活污水治理存在着污水量小、散布面广、经济技术水平低等 特点，大规模的集中处理代价太高，不符合我国国情，只有采用适当的小型污 水处理技术进行就地处理才能符合城郊和农村实际。移动式污水治理工艺作为 一种适用于郊区和农村地区、造价和运行费用低、操作管理方便的小型污水处 理工艺，有利于大幅度提高郊区污水的处理率，加速水环境综合改善的步伐。 移动式污水处理装置兴起于德国等一些经济发达的国家，解决了布局分散 的乡镇、住宅小区、宾馆、饭店、旅游点等污水不能接入排水管网的污染源的 治理问题与集中污水处理系统相比，移动式设备具有投资小、处理效率高、 能耗低、产泥量少、管理方便、占地面积小等优点。因此，在郊区分散点源生 活污水处理领域具有非常广阔的应用前景。 国内目前对移动污水处理装置的研究缺乏系统性、深入性，已有产品存在 规格不统一、氧利用率低、耐冲击负荷差、脱氮除磷功能不足、缺乏污泥处理 功能等问题。因此，本课题研发了一种结构紧凑、处理效率高的新型移动污水 处理车，且具有完整的脱氮除磷系统和污泥处理系统。通过对工艺流程、设计 参数、布置形式、污染物去除机理等问题的研究，推进移动式污水处理技术的 工程化、系列化和标准化。 与此同时，结合移动式污水处理装置的研究，创新性的提出一种分散收集 预处理、移动深度处理的郊区分散点源生活污水治理模式，并对其运行管理模 式展开系统性的研究，寻求一种适于在我国城郊地区推广应用的污水解决方案。 围绕分散收集预处理、移动深度处理的郊区分散点源生活污水治理模式的 要求，开发了一种射流周期曝气活性污泥法( j a c r ) 生物预处理工艺，重点考 察j a c r 工艺曝气量、曝气周期、运行周期等工艺参数和对生活污水中各种污染 物的去除机理，为本工艺在农村和城郊地区的应用提供可靠的运行参数。 研究结果表明，移动污水处理工艺对生活污水中各种污染物质具有稳定且 摘要 良好的处理效果。其中j a c r 预处理池的出水可以达到g b l 9 8 1 8 2 0 0 2 中的一级 b 标准，总出水可以达到一级a 标准。 本工艺具有良好的脱氮除磷功能，对n h 4 + n 的去除率超过9 7 ，对t p 的 去除率超过8 5 。研究表明，氮的去除机理是j a c r 池中发生的同步硝化反硝 化过程，而磷的去除包括了j a c r 池中的生物吸磷和移动污水处理装置中的化学 除磷两部分。 费用经济分析表明，本工艺相比传统工艺有着较大的经济优势，且管理维 护方便、对操作人员的技术要求低，是一种非常适合于在农村和城郊地区推广 应用的新工艺。 【关键词】移动污水处理、分散点源、生活污水、射流周期曝气活性污泥 法( j a c r ) 、污水治理模式 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m y , w a t e rr e q u i r e m e n ta n ds e w a g ei s i n c r e a s i n g l yi n c r e a s e d f o rr e d u c i n gt h ei n f l u e n c eo f w a t e r r e s o u r c e sp o l l u t i o no nt h e n a t i o n a le c o n o m yd e v e l o p m e n t ，w em u s tt a k et h er e q u i r e dm e a s u r e s ，w h i c hi n c l u d e i n c r e a s i n gt h el e v e la n dt h ee f f i c i e n c yo f w a s t e w a t e rt r e a t m e n t d i s p e r s a ld o m e s t i c s e w a g ei ns u b u r ba n dc o n s t r y s i d eh a v et h ec h a r a c t e r i s t i co fs m a l lq u a n t i t y , d i s p e r s e d ， l o wl e v e lo fe c o n o m ya n dt e c h n i q u e ，e t c i t se x p e n s i v et ot r e a ti tc e n t r a l i z e d s ow e m u s tf i n da p r o p e rm i n i t y p ew a s t e w a t e r t r e a t m e n tt e c h n o l o g yt os o l v et h i sp r o b l e m o nt h ep o s t s h i f t i n gw 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 yi sak i n do fm i n i t y p es y s t e m w h i c hi ss u i t a b l ef o rs u b u r ba n dc o u n t r ya e r aw i t hl o wc o s ta n dc o n v e n i e n to p e r a t i o n i tw i l lb ep r o p i t i o u st oi m p r o v et h er a t eo fw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti ns u b u r b s h i f t i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n te q u i p m e n ts p r i n gu pi ng e r m a n ya n ds o m eo t h e r d e v e l o p e dc o u n t r i e s i ts o l v e st h et r e a t m e n to f w a s t e w a t e ri nt h ed i s p e r s a lp o l l u t i o n s o u r c es u c ha sv i l l a g e s ，v i l l a ，h o t e l ，e t c c o m p a r e dt oc e n t r a l i z e ds e w a g et r e a t m e n t s y s t e m ，s h i f t i n gt r e a t m e n te q u i p m e n th a st h ee x c e l l e n c e so f l o wc o s t , h i g he f f i c i e n c y , c o n v e n i e n to p e r a t i o na n ds m a l la c r e a g e ，t h u si th a sa m p l i t u d ef u t u r ei nt h ea e r ao f d i s p e r s a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti ns u b u r ba n dc o u n t r y 。t h er e s e a r c ho ns h i f t i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n td e v i c ei nd o m e s t i ci sv e r ys i m p l e ， p r o d u c t sh a v et h ep r o b l e m so fd i u n i t e ds t a n d a r d ，l o wu t i l i z e dr a t eo fo x y g e n ，l a c ko f s l u d g et r e a t m e n tf u n c t i o n ，e t c t h e r e f o r e , w ed e v e l o pak i n do fn e ws h i f t i n g w a s t e w a t e rt r e a t m e n tt r u c kw h i c hh a sh i g he f f i c i e n t ，c o m p a c ts t r u c t u r e ，f u l l d e n i t r i f i e a t i o na n dd e p h o s p h o r i z a t i o ns y s t e ma n ds l u d g et r e a t m e n ts y s t e m i nt h em e a n w h i l e ，c o m b i n ew i t ht h er e s e a r c ho fs h i f t i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n t s y s t e m ，w ed e v e l o pt h ed i s p e r s e dc o l l e c t i o na n ds h i f t i n gt r e a t m e n tm o d e l ，f i n da k i n do fs e w a g es l o v e dp r o g r a m m es u i t a b l ef o rs u b u r ba n dc o u n t r y s i d ei no u rc o u n t r y d e v e l o p t h ej e ta e r a t e dc y c l i cr e a c t o r ( j a c r ) t e c h n o l o g yf o r p r e t r e a t m e n ti n t h ed c s t m ，s t u d yt h ed e g r a d a t i o nm e c h a n i c so fc o n t a m i n a t i o ni ns e w a g ea n d t e c h n o l o g l c a lp a r a m e t e rs u c ha sa e r a t i o nm e t ea n dc y c l e ，o f f e rt h eo p e r a t i o n a b s t r a c t p a r a m e t e r f o ra p p l i c a t i o ni ns u b u r ba n dc o u n t r y s i d e t h er e s e a r c hs h o w st h a ts h i f t i n gw 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 yh a sg o o d a n ds t a b i l i z e de f f e c to nc o n t a m i n a n ti ns e w a g e e f f l u e n tq u a l i t yo fj a c r c a n a c h i e v et h ef i r s tg r a d ebd i s c h a r g es t a n d a r do fg b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ，f i n a le f f l u e n tc a n a c h i e v et h ef i r s tg r a d ead i s c h a r g es t a n d a r d t h et e c h n o l o g yh a sg o o df u n c t i o no fd e n i t r i f i c a t i o na n dd e p h o s p h o r i z a t i o n ， r e m o v a lr a t eo f n h 4 + - ne x c e e d s9 7 ，r e m o v a lr a t eo f t pe x c e e d s8 5 r e s e a r c h s h o w st h a tt h em e c h a n i s mo fd e n i t r i f i e a t i o ni st h es i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o ni nj a c rp r e t r e a t m e n tt a n k ，w h i l et h er e m o v a lo fp h o s p h o r o u si n c l u d e t h ea b s o r bb ym i c r o o r g a n i s mi nj a c ra n dc h e m i c a ld e p h o s p h o r i z a t i o ni ns h i f t i n g w a s t e w a t e rt r e a t m e n tf a c i l i t y e c o n o m i c a la n a l y s i ss h o w st h a tt h i st e c h n o l o g yi ss u p e r i o rt ot h et r a d i t i o n a l t e c h n o l o g y , i nt h eo t h e rs i d e ，i ti so p e r a t e dc o n v e n i e n t l ya n d h a sl o wt e c h n i q u e r e q u e mf o ro p e r a t o r t h u s ，i t 、sa k i n do fn e w t e c h n o l o g yw h i c h i ss u i t a b l ef o r a p p l i c a t i o ni ns u b u r ba n dc o u n t r y s i d e k e yw o r d s s h i f t i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，d i s p e r s a lp o i n ts o u r c e ，d o m e s t i c s e w a g e ；j e ta e r a t e dc y c l i cg e a c t o r ( j a c r ) ，w a s t e w a t e rt r e a t m e n tm o d e l 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：岛书扣 如年岁月m 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签 名： 年月 目歹月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 第一章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 第一章绪论 随着世界城市化的发展，城市生活用水量逐年增加。1 9 9 9 年我国的总用水 量为5 5 9 1 亿m 3 ，其中城市生活用水量也已上升到1 0 1 。在国家“十五”计划 纲要中要求加快城市污水处理设施建设，2 0 0 5 年城市污水处理率达到4 5 ，2 0 1 0 年的城市污水处理率达到6 0 。 我国是水资源严重短缺的国家，人均水资源占有量仅为世界人均水资源占 有量的1 4 。随着工业的快速发展，城镇化水平的不断提高，导致用水量急剧增 加，水资源被过度开发。目前，全国6 7 0 多个城市中，一半以上存在着缺水问 题，特别是位于黄河、淮河、辽河下游地区、西北地区及沿海某些淡水资源缺 乏地区的城市，水的供需矛盾越来越突出。 另一方面，自上世纪8 0 年代以来，我国城市污水排放量的成倍增长 ( 5 0 0 x1 0 8 吨年) ，而污水处理能力的发展相对滞后，造成许多城市水污染严 重；我国七大重点流域地表水有机污染严重，2 0 0 2 年，七大水系7 4 1 个重点监 测断面中，2 9 1 的断面满足i 类水质要求，3 0 o 的断面属于、v 类水 质，4 0 9 的断面属劣v 类水质i l j 。 上海在污水处理方面的发展一直都走在全国的前列。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。而广大郊区和农村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。 郊区和农村分散点源的生活污水存在着水量小、散布面广等特点，大规模 的集中处理代价太高，不符合我国国情，只有采用适当的小型污水处理技术进 行就地处理才能符合实际。郊区的经济实力无法和中心城区相提并论，如果完 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 第1 页共9 7 页 第一章绪论 厂一般很难管好用好。因此，开发适用于郊区和农村地区、造价和运行费用低、 操作管理方便的小型污水处理工艺，并将其标准化和设备化，以降低郊区污水 处理的建设和运行成本，将有利于大幅度提高郊区污水的处理率，加速城市水 环境综合改善的步伐。 移动式生活污水处理装置是专门针对分散生活污水处理而研究的一项新技 术。新型移动式污水处理设备，通过紧凑的结构布置设计，采用集装箱式与现 有标准卡车相配套，便于流动作业以及集中管理。与国内外现有的其他分散污 水处理技术相比，具有科技含量高、结构紧凑、效果稳定、性价比良好、运行 费用低、操作方便等优点。 整个系统提出了一种全新的分散收集、移动处理的郊区分散点源生活污水 治理模式，运行灵活、管理方便，是污水治理理念上的一个创新，能够根据农 村和城郊的实际情况分散化就地处理污水，且节约资金、减少投资，能够为低 密度社区提供适当的污水治理解决方案，是针对我国城郊地区切实可行的解决 办法。 本课题为国家8 6 3 计划课题“上海城市水环境质量改善技术与综合示范项 目”( 2 0 0 3 a a 6 0 1 0 2 0 ) 中的子课题“移动式污水处理工艺研究”。 通过对移动式污水处理工艺的研究，提出了一种适合于中国城郊和农村分 散点源生活污水处理实际的新型污水治理模式，开发出一种适合于该模式的射 流周期曝气活性污泥法( j e t a e r a t e dc y c l i cr e a c t o r ，j a c r ) 生物预处理工艺， 重点考察j a c r 预处理工艺与移动式污水处理车相结合的情况下处理生活污水 的效果，进而探讨本工艺中对各种污染物质的降解机理，为将来移动式污水处 理工艺的工程设计运行提供参考依据。 1 2 移动污水处理装置研究进展 1 2 1 移动污水处理装置研究现状 移动式污水处理装置是在德国等一些经济发达的国家，随着经济发展和人 们对环保要求标准的提高，而逐步发展而成的。主要是一些污水不能接入城市 下水道的乡镇、住宅小区、宾馆、饭店、旅游点等，因布局分散，数量大，从 而使移动式一体化污水处理装置应运而生。 第2 页一共9 7 页 第一章绪论 从八十年代后期，移动式污水处理装置就开始在我国开发应用，目前国内 研制开发的移动式设备按处理程度可分为如下三种： 1 以预处理为主。此类反应器主要采用物理方法对污水中的固体杂质进行 分离，同时也兼顾对污水中有机物的降解。如江小林等研制的以“离心 气浮”复合过程为主要处理工艺的污水快速处理装置【2 l ，主要针对营业 性镤厅厨房内可利用空间有限、悬浮性有机物占污水中全部有机物量的 比例较大等特点，将溶气的污水引入高速旋转的离心分离器内进行“离 心气浮”的复合处理。 以去除c o d 、b o d 、及n h 4 + 一n 为主。这类反应器的特点是把传统的城 市污水二级处理工艺组合在一个设备里f 3 l 其中关键的生化处理部分多 采用接触氧化法，根据接触好氧池的数目又可分为单级和多级，研究表 明多级比单级反应器处理效果稳定。 既能去除c o d 、b o d ，也能除磷脱氮。这类反应器的特点是将单级好氧 生化反应器的初沉池用一个厌氧池取代【4 】，或者在厌氧池与好氧池之间 再加一个缺氧池【5 】。反应总停留时间l o h r 左右，厌氧段的b o d 负荷( 0 1 8 k ( 姆d ) ，t k n 负荷 o 0 5k g d ) ；缺氧段b o d 负荷一般在 0 1 0 k g ( k g d 1 以上。 1 2 2 移动污水处理装置的优势 与集中污水处理系统相比，移动式设备具有处理效率高、能耗低、产泥量 少、管理方便、占地面积小等优点。因此，在污水处理领域得以广泛的应用， 而且在新的形势下，更具有不可替代的优势： 1 ) 充分利用社会闲散资金。日前，一方面建设大型污水处理厂存在巨大 的资金压力，另一方面又存在大量社会闲散资金难以利用。而移动式设 备总投资额很小，适于房产物业、小型工厂等社会小额资金投资，可以 直接有效地利用类似闲散资金。 降低污水处理系统的投资。建设集中污水处理厂往往需要配套建设大规 模的市政管网系统。面对于分散的小型住宅区、风景区、工厂等管网不 发达的地方建设污水处理厂，既不便管理，也不经济。这种情况下采用 移动式设备更为适宜。 3 1 有效节约建设面积。污水厂建设势必要占用大面积的土地，破坏生态。 第3 页共9 7 页 第一章绪论 而随着城市化的进程，用地日益紧张。移动式设备处理效率高，而且可 以地埋处理。基本不占用地表面积，不影响建筑群的整体布局和环境景 观。 1 2 3 存在的问题 移动污水处理装置目前也存在着一些问题，主要有： 1 1 由于各工艺仍然是传统方法的组合，因而存在结构不够紧凑、附属设备 多等缺点，且多数反应器都采用传统的曝气方法，动力消耗大，氧利用 效率低。 2 ) 由于采用传统的曝气方式，难以耐受冲击负荷，致使设备对污水的变化 适应性差。 3 ) 多数反应器都是将传统的城市污水二级处理流程加以组合，主要以污水 中的有机物为处理对象，而忽视了除磷脱氮，对于水体富营养化污染日 趋严重的今天，显然是不能满足要求的。 4 、产品规格不统一，没有进行系统的试验及规范化设计，而且真正能够实 现移动运行的只有很少的一部分。急需在产品系列化、标准化方面下功 夫。发展占地面积小、设备运行可靠性程度高、便于维护、能适应不同 进出水水质的不同处理工艺的新产品迫在眉睫，以尽快缩小与国际先进 水平的差距，满足我国环保市场的需要。 5 1 现有的反应器基本只具有污水处理的功能，而没有集成污泥处理系统， 污水处理过程中产生的剩余污泥问题得不到解决。 1 2 4 移动污水处理装置的发展方向 1 ) 从实用意义上讲，移动污水处理装置不应仅限于对生活污水的处理，还 应对所接纳的污( 废) 水的水量、水质等方面的变化具备更强的适应性。 为此，应该在工艺的选择及各种工艺之间的相互匹配等方面进行更多地 研究，优选出工艺更加合理，对水质及环境条件适应性更强，结构更加 紧凑，处理效率更高更稳定的中、低浓度污( 废) 水一体化处理反应器。 组合工艺应尽量采用先进、效率高的单元技术，如目前比较先进的、容 积负荷较高、工艺简单且具有一定运行经验的上流式厌氧污泥床( o a s b ) 反应器，能够有效防止堵塞且处理效果较高的流化床工艺；既能减小占 第4 页。共9 7 页 第一章绪论 地面积又能提高自动化控制程度的s b r 工艺以及能够有效地提高氧利 用效率且噪音低的射流曝气技术等。 。 3 ) 在进行工艺组合时，应对单一工艺的性能及使用条件等进行全面地研究 及必要地改进。一体化反应器的好氧部分采用传统工艺存在能耗大、噪 音大、效率低等弊端。 4 ) 在对污水进行除磷、脱氮时，微生物对进水的c o d 、n 、p 的比例有一 定的要求( c o d ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：1 ) ，同时对操作条件亦有较高的要 求，如p h 、温度、有毒物质的浓度等，因此需要在提高系统的耐冲击负 荷、保证出水水质等方面下功夫，使得移动污水处理设备具备更强的适 应性和可靠性。 5 ) 污水在反应器内的停留时间及反应器各工艺段在内部结构及整体装配 上的匹配问题，将直接影响整个设备的处理效果，因此在研制开发产品 时，应予以足够的重视，在大量试验研究的基础上优选出最佳参数作为 产品的设计依据。同时，作为关键部分之一的电气设备，在合理、安全、 可靠的设计基础上，应进一步提高操作运行过程中的自动化程度。 6 ) 在处理污水的同时要考虑污泥的处理问题。装置中应集成完整的污泥处 理系统，做到处理污水的同时解决污泥问题，不再产生二次污染。 1 3 新型郊区分散点源生活污水治理模式的提出 根据新型移动式污水处理车的运行特点及优势，我们提出了一种全新的郊 区分散点源生活污水治理模式分散收集预处理、移动深度处理的分散点源 生活污水治理模式( d i s p e r s e dc o l l e c t i o na n ds h i f t i n gt r e a t m e n tm o d e l ，d c s t m ) 。 这是一种新颖的污水治理理念，能够根据城郊和农村的实际情况分散化就地处 理污水。且节约资金、减少投资，能够为低密度社区提供适当的污水治理解决 方案，是针对我国广大城郊和农村地区实际可行的解决办法。 1 3 1 d c s t m 模式的运行方式 d c s t l v i 模式的示意图如图1 1 所示，在污染源附近就地收集污水( 该处称 之为污水收集点) ，每个污水收集点起到的不仅仅是调节池的作用，而是集调节 池和生物预处理池于一体，收集污水的同时也进行污水的预处理。可移动的污 第5 页共9 7 页 第一章绪论 水处理车到各个收集点进行污水的深度处理和污泥的处理，一辆移动式污水处 理车可以与多个收集点相配套，每个收集点按照就地预处理装置与移动式污水 处理车两部分在既保证净化效果又使费用最低的原则下设定运行周期( 6 1 0 天) 和排水时间( 4 8 h ) ，经过合理的运行管理，可以使各个污水收集点轮流 接纳移动式污水处理车，从而实现资源的优化。 一、 ( 二 ) 。一， l 矗 ) 、 a 、污水收集点b 、移动式污水处理车 图i - 1d c s t m 模式示意图 1 3 2 d c s t m 的特点 d c s t m 是一种专门针对城郊和农村分散污水的新颖的治理模式，因此它具 有非常显著的特征： 1 1 在该模式中，每个污水收集点起到的不仅仅是调节池的作用，而是集调 节池和生物预处理池于一体，收集污水的同时也进行污水的预处理。 2 ) 每个收集点须按照就地预处理装置与移动式污水处理车两部分在既保 证净化效果又使费用最低的原则下设定运行周期( 和1 0 天) 和排水时间 ( 4 8 h ) 由此产生了较长的水力停留时间，使得预处理池能起到非 常好的污染物去除效果，另一方面，这又反过来使移动式污水处理车的 负荷得到大大的降低，从而形成了一个良性的循环。 3 、在使污水得到处理并达到高标准排放的同时，还解决了污泥的处理这一 老大难问题。 、 钔投资小，成本低。污水收集点处的预处理采用简单、价廉的工艺，而费 用较高的移动式污水处理车一辆车与多个收集点相配套，可以服务非常 大的一片地区，在最大限度上提高了设备的利用率，节约了资源和成本。 因而相对于每个污染源处建造完整的污水处理设施或者把所有的污水 全部收集后集中处理的方案，总体投资和运行成本都要小的多。 第6 页共9 7 页 第一章绪论 5 ) 维护管理方便，技术要求低。各个预处理工艺采用自动化运行的方式， 不需专门的技术人员，移动式污水处理车也只需两个人即可。非常适合 城郊和农村技术水平低的实际情况。 1 3 3 d s c t m 对预处理工艺的要求 根据d c s t m 污水治理模式，尚需开发一种适合于城郊和农村运行的预处理 工艺，结合城郊和农村技术力量薄弱、经济水平低的实际情况，该工艺要求流 程简单、管理维护方便、投资省、运行费用低。 1 4 生物预处理工艺研究 依据d c s l m 模式对预处理工艺的要求，我们以s b r 工艺中的射流s b r 工 艺和c a s s 工艺为基础，集合两者的优点开发了射流周期曝气活性污泥法工艺 ( j e t a e r a t e dc y c l i cr e a c t o r ，以下简称j a c r ) 。 1 4 1 s b r 工艺的产生和发展 s b r 是序批式活性污泥反应器( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 的简称。实际上 s b r 并不是一种新的技术，在1 9 1 4 年a r d e m 和l o c k e t t 在英国曼彻斯特发明活 性污泥法时，采用的就是间歇曝气，取得了较好的效果【6 】，只是由于当时的自动 控制水平较低和设备制造工艺的限制，以及后来污水处理量的日益增大，使间 歇法逐渐被连续式活性污泥法所取代。随着自动控制和在线监控技术的飞速发 展，为s b r 工艺的深入研究和发展提供了前提条件。2 0 世纪7 0 年代，美国印 第安纳州n o t r ed a m e 大学的i r v i n e 对s b r 进行了系统的研究阴，由于他的研究 成果使s b r 技术在世界范围内得以推广。 s b r 是传统活性污泥法的一种变型，它的反应机制以及污染物质的去除处 理机制和传统活性污泥法基本相剐7 埘。如果说，连续推流式曝气池，是空间上 的推流，则s b r 在流态上虽属完全混合式，但在有机物的降解方面则是时间上 的推流。 s b r 的操作模式由进水、反应、沉淀、出水和待机等5 个基本过程组成， 从污水流入开始到待机时间结束算是一个周期。在一个周期内一切过程都在一 个设有曝气或搅拌装置的反应池内依次进行。这种操作周期周而复始反复进行， 第7 页共9 7 页 第一章绪论 以达到不断进行污水处理的目的。 1 4 1 1s b r 工艺的特点 与传统活性污泥法相比，s b r 工艺具有以下几个特点1 9 j ： 1 1 流程简单，管理方便，占地面积小，基建费用低。 通过对运行方式的调节，在单一的曝气池中可进行脱氮除磷。 3 ) 抗冲击负荷能力强。 舢s v i 值低，污泥的沉降性好，不易发生污泥膨胀。 但是，反应器的间隙周期运行会带来的曝气、搅拌、排水等设备的利用率 不高，是s b r 工艺的缺点。此外，经典的s b r 也无法达到大型污水处理项目 连续进水出水的要求。基于此，科技人员研发了各种各样新型的s b r 工艺。 1 4 1 2s b r 技术的发展 近几十年来，出现了各种各样的新型s b r 工艺，如i c e a s 、c a s s 、d a t - i a t 、 u n y f a n k 、m s b r 、b s b r 、a s b r 等等1 1 m 2 9 1 ，传统s b r 的一些缺点得到了克 服，主要体现在以下几个方面： 1 ) 与连续式活性污泥系统的融合 由于s b r 反应器的间歇进水和间歇出水，在连续进水的污水处理厂或需要 进行深度处理的污水处理厂无法应用。所以一些专家学者就借用了连续系统的 一些优点对s b r 反应器进行了改进。首先出现了与连续式一样的连续进水的 s b r 反应器，比如i c e a s 和c a s s 等1 1 9 彩1 。随后又出现了连续进水、连续出水、 恒水位运行的u n y f a n k 反应器f 孙州。 在处理水质方面，s b r 反应器从去除有机物也已发展到除磷脱氮，其除磷 脱氮的原理与连续式活性污泥法完全一致，只是在为微生物创造适宜的生存环 境方面与连续式活性污泥系统不一样【3 0 。3 q 。 2 1 自动控制系统的智能化和集成化 s b r 反应器的智能化和集成化发展主要体现在两个方面：一是先进的智能 控制方法在s b r 反应器自动控制系统中的应用，二是先进的工艺控制方法在 s b r 反应器自动控制系统中的实现。 目前，在处理城市污水方面，s b r 法主要应用于中小规模的处理工程。由 于其高效率，低造价以及较好的脱氮除磷效果，在我国城市污水处理中起到很 大的作用，并且随着对处理效果要求的越来越高，s b r 法有很好的应用前景。 第8 页共9 7 页 第一章绪论 1 4 2 ，射流s b r 工艺 1 4 2 1 射流s b r 工艺的产生和发展 将射流器作为曝气设备用于处理污水，最早是在1 9 4 7 年，由美国d o w 化 学公司处理其含酚废水醐。2 0 世纪7 0 、8 0 年代，美国、德国，日本等国都对射 流曝气技术在污水处理中的应用展开了研究，并在工程中得n t 应用【3 鲥2 】。 国内用射流曝气处理污水的试验研究工作始于1 9 7 3 年，由湖北轻工业研究 所和武汉建材学院等单位进行了射流器清水充氧试验研究工作【4 3 】。随后，同济 大学、清华大学、北京市政设计院等单位都对这一技术进行了系统的研究，并 研制出相关的产品【4 9 1 。2 0 世纪9 0 年代开始，射流曝气技术与s b r 工艺相结 合产生了射流s b r 工型鲫。 1 4 2 2 射流s b r 工艺的技术特点 与传统方法相比，射流s b r 工艺具有以下优点： 1 1 抗负荷冲击能力强，短时间的水质波动对射流曝气单元影响较小。 混合搅拌作用强，氧总传质系数大、氧利用率高； 3 1 污泥活性好，基质降解常数较高，提高了污泥的沉淀性能，剩余污泥产 量少，减少了二次污染； 舢设备构造简单、加工方便、工作可靠、运转灵活、便于调节： 5 ) 自控程度高，操作安全，不易堵塞、易维修管理； 6 1 设备可直接设于池内，省去了鼓风机、管道和曝气器的费用，减少了设 备占地。 乃采用自吸式射流曝气器时，产生的噪音小。 1 , 4 2 j 射流s b r 工艺的缺陷 、 射流s b r 也存在着下列不足： 1 1 动力效率较低，射流曝气设备的氧传递动力效率在一定程度上低于目前 较为广泛使用的微孔曝气器； 2 ) 充氧能力较弱，也是发展射流曝气技术所面临的问题 传统的射流曝气器还存在着设备易腐蚀老化、性能不稳定、故障率高、 使用寿命不长等缺点； 一般的射流s b r 工艺不能够实现连续进水的运行方式，在推广应用上受 到了很大的限制。 第9 页共9 7 页 第一章绪论 1 4 3 c a s s 工艺 1 4 3 1 c a s s 工艺的产生和发展 c a s s 工艺最早是美国川森维柔废水处理公司于1 9 7 5 年研究成功并推广 应用的废水处理新技术专利，1 9 8 6 年美国国家环保局正式宣布c a s s 工艺为革 新代用技术【5 1 1 。 目前，c a s s 工艺在欧美等国家得到较多的应用，在美国、加拿大、澳大利 亚等国2 7 0 多个污水处理厂应用，其中城镇污水处理厂2 0 0 多家，工业废水处 理厂7 0 多家1 5 2 】。国内也已开始对此进行研究并逐步在需脱氮除磷的城市污水、 小区生活污水、制药、屠宰、睥酒、印染和化工等行业废水处理的实际工程中 得到应用。 1 4 3 2 c a s s 工艺的组成 ， 每个c a s s 反应器由3 个区域组成即生物选择区、兼氧区和主反应区，如 图1 2 所示。 进水回流污泥剩余污泥 1 生物选择区；2 缺氧区；3 主反应区 图1 - 2 c a s s 反应器构造 1 ) 生物选择区是设置在c a s s 前端的小容积区域，容积约为反应器总容积 的1 0 ，水力停留时间为0 5 1 0 h ，通常在厌氧或兼氧条件下运行。 由主反应区向选择区回流的污泥量一般以每天将主反应器中的污泥全 部循环1 次为依据而确定其回流比。 兼氧区不仅能辅助生物选择区实施对进水水质水量变化的缓冲作用，还 第1 0 页共9 7 页 第一章绪论 能促进磷的进一步释放和强化反硝化作用。 3 ) 主反应区是去除营养物质的主要场所，通常控制氧化还原电位o r p 在 1 0 0 m v 1 5 0 m v ，溶解氧d o 在0 m g l 2 5 m g l ，使主反应区内溶液 处于好氧状态，活性污泥内部基本处于缺氧状态。通过溶解氧向污泥絮 体内的传递受到限制而硝态氮由污泥内向主体溶液的传递不受限制，使 主反应区同时发生硝化、反硝化作用和磷的吸收。 1 4 3 3 c a s s 工艺的运行方式 c a s s 工艺运行过程包括充水曝气、充水沉淀( 泥水分离) 、上清液滗除和 充水闲置等4 个阶段并组成其运行的一个周期。 c a s s 工艺的循环操作过程，具体运行过程为： 1 1 充水曝气阶段，边进水边曝气，同时将主反应器区的污泥回流至生物选 择器，污泥回流比约为2 0 。 动充水沉淀阶段，停止曝气，静置沉淀使泥水分离。当混合液的污泥浓度 为3 5 0 0 m g t , - - 5 0 0 0 m g l ，沉淀后污泥可达1 5 0 0 0m g l 左右。c a s s 工 艺在沉淀阶段不仅不停止进水，而且污泥回流也不停止。 3 ) 表面滗水( 上清液排除) ，此阶段反应器停止进水。滗水时由浮球式水位 监测仪自动控制滗水器的升降，排水结束后滗水器自动复位。 4 ) 充水闲置阶段，实际滗水时间往往比设计时间短，其剩余时间用于反应 器内污泥的闲置以恢复污泥的吸附能力。滗水和闲置期间，污泥回流正 常进水。 c a s s 工艺的运行就是上述4 个阶段依次进行并不断循环重复的过程。典型 运行周期为4 h ，其中曝气2 h 、沉淀和滗水各1 h 。 、i a 3 4 c a s s 工艺的特点 与传统的活性污泥法相比，c a s s 工艺具有以下几个方面的特征f 5 3 捌。 1 ) 建设费用低，省去了初次沉淀池、二次沉淀池，建设费用可节省2 0 3 0 。 2 ) 工艺流程简洁，布局紧凑，占地面积可减少3 5 。 3 ) 运行费用省，由于曝气是周期性的，池内溶解氧的浓度梯度变化大，传 递效率高，节能效果显著，运行费用节省1 0 2 5 。 4 ) 有机物去处率高，出水水质好，不仅能有效去处污水中有机碳源污染物， 第1 1 页共9 7 页 第一章绪论 而且具有良好的脱氮除磷效果。 5 1 管理简单，运行可靠，不易发生污泥膨胀，污水处理厂设各种类和数量 较少。 6 ) 污泥产量低，污泥泥龄达1 5 2 0 天，性质稳定，便于进一步处理与处置。 1 4 3 5 c a s s 工艺的缺陷 c a s s 工艺也存在着下列不足【2 4 2 5 矧： 1 ) 停止曝气时，池中污泥下沉，易造成曝气系统的堵塞； 劲滗水器等设备结构复杂，设备费用高； 3 1 对自动化程序控制要求较高，技术要求高，不适合在城郊和农村等技术 水平低的地区推广。 1 4 4 射流曝气循环活性污泥法( j a c r 工艺) 射流曝气周期活性污泥法工艺( j e t a e r a t e dc y c l i cr e a c t o r ，j a c r ) 是为了 解决d c s t m 模式下污水的收集和前处理问题而发明的。j a c r 工艺的主体是一 个集调节池、初沉池、生化反应池和二沉池为一体的j a c r 反应池，池中由一射 流曝气器进行曝气充氧兼搅拌，通过连续进水、周期性曝气( 称之为曝气周期) 、 一次性排水( 称之为运行周期) 过程净化污水。随着污水不断进入，反应池内 液面不断升高，同时，在射流曝气器的周期搅拌过程中，污水与微生物充分接 触，在时空交替出现的“好氧一缺氧一厌氧”反应环境中实现高效的有机物降 解、异步和同步硝化反硝化、聚磷菌释磷吸磷过程，直到运行时间达到设定运 行周期，由潜污泵排去占池容积2 3 的上清液。 j a c r 工艺是在射流s b r 工艺和( ；a s s 工艺的基础上开发出来的，成功集 合了射流s b r 工艺和c a s s 工艺的优点，并有效克服了射流s b r 工艺不能连续 进水和c a s s 工艺连续曝气( 在一个周期内) 、曝气盘系统易堵塞及动力费用较 高的缺点。它是一种时间序列和空间序列相结合的污水处理工艺，而非其他工 、艺的单一的时间程序或者空间程序的污水工艺，具有以下优点： 1 1 构造简单，占地省，投资小。将传统活性污泥工艺中的调节池、