污水处理各工艺的比较及优缺点

1、AO 工艺，氧化沟工艺， SBR 工艺的优缺点和对比AO 工艺法也叫厌氧好氧工艺法， A（Anacrobic） 是厌氧段，用与脱氮 除磷；O（Oxic）是好氧段，用于除水中的有机物。A/O 法脱氮工艺的特点 ：（a）流程简单，勿需外加碳源与后曝气池，以原污水为碳源，建设 和运行费用较低；（b）反硝化在前，硝化在后，设内循环，以原污水中的有机底物作 为碳源，效果好，反硝化反应充分；（c）曝气池在后，使反硝化残留物得以进一步去除，提高了处理水 水质；（d）A段搅拌，只起使污泥悬浮，而避免 DO的增加。O段的前段 采用强曝气，后段减少气量，使内循环液的 DO含量降低，以保证A 段的缺氧状态。A/O

2、法存在的问题 ：1、由于没有独立的污泥回流系统，从而不能培养出具有独特功能的污 泥，难降解物质的降解率较低；2、若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大运行费用。从外，内循环液来自曝气池，含有一定的 DO,使A段难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果，脱氮率很难达到 903、影响因素水力停留时间 （硝化6h，反硝化v 2h ）循环比MLSS （ 3000mg/L）污泥龄（ 30d ） N/MLSS 负荷率（v 0.03 ）进水总氮浓度(v 30mg/L)氧化沟又名氧化渠， 因其构筑物呈封闭的环形沟渠而得名。 它是活性 污泥法的一种变型。因为污水和活性污泥在曝气渠道中不断循环流 动，因此有人

3、称其为 “循环曝气池 ”、“无终端曝气池 ”。氧化沟的水力 停留时间长，有机负荷低， 其本质上属于延时曝气系统。以下为一般 氧化沟法的主要设计参数： 水力停留时间： 1040 小时； 污泥龄：一般大于 20 天；有机负荷： 0.050.15kgBOD5/(kgMLSS.d) ； 容积负荷： 0.20.4kgBOD5/(m3.d)； 活性污泥浓度： 20006000mg/l； 沟内平均流速： 0.30.5m/s1.2 氧化沟的技术特点 ：氧化沟利用连续环式反应池(Cintinuous Loop Reator简称CLR) 作生物反应池，混合液在该反应池中一条闭合曝气渠道进行连续循 环，氧化沟通常在

4、延时曝气条件下使用。 氧化沟使用一种带方向控制 的曝气和搅动装置， 向反应池中的物质传递水平速度， 从而使被搅动 的液体在闭合式渠道中循环。 氧化沟一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成， 沟体的平面形状一般呈环形，也可以是长方形、 L 形、圆形或其他形 状，沟端面形状多为矩形和梯形。氧化沟法由于具有较长的水力停留时间， 较低的有机负荷和较长 的污泥龄。因此相比传统活性污泥法，可以省略调节池，初沉池，污 泥消化池，有的还可以省略二沉池。氧化沟能保证较好的处理效果， 这主要是因为巧妙结合了 CLR 形式和曝气装置特定的定位布置，是 式氧化沟具有独特水力学特征和工作特性：1）氧化沟结

5、合推流和完全混合的特点，有力于克服短流和提高 缓冲能力， 通常在氧化沟曝气区上游安排入流， 在入流点的再上游点 安排出流。 入流通过曝气区在循环中很好的被混合和分散， 混合液再 次围绕 CLR 继续循环。这样，氧化沟在短期内（如一个循环）呈推 流状态，而在长期内（如多次循环）又呈混合状态。这两者的结合， 即使入流至少经历一个循环而基本杜绝短流， 又可以提供很大的稀释 倍数而提高了缓冲能力。 同时为了防止污泥沉积， 必须保证沟内足够 的流速（一般平均流速大于 0.3m/s）,而污水在沟内的停留时间又较 长，这就要求沟内由较大的循环流量 （一般是污水进水流量的数倍乃 至数十倍），进入沟内污水立即被

6、大量的循环液所混合稀释，因此氧 化沟系统具有很强的耐冲击负荷能力， 对不易降解的有机物也有较好 的处理能力。2）氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度，特别适用于硝化反硝 化生物处理工艺。 氧化沟从整体上说又是完全混合的， 而液体流动却 保持着推流前进，其曝气装置是定位的，因此，混合液在曝气区内溶 解氧浓度是上游高，然后沿沟长逐步下降，出现明显的浓度梯度，到 下游区溶解氧浓度就很低， 基本上处于缺氧状态。 氧化沟设计可按要 求安排好氧区和缺氧区实现硝化反硝化工艺， 不仅可以利用硝酸盐 中的氧满足一定的需氧量， 而且可以通过反硝化补充硝化过程中消耗 的碱度。这些有利于节省能耗和减少甚至免去硝化过程中需要

7、投加的 化学药品数量。3) 氧化沟沟内功率密度的不均匀配备，有利于氧的传质，液体 混合和污泥絮凝。传统曝气的功率密度一般仅为 2030瓦/米 3，平 均速度梯度G大于100秒-1。这不仅有利于氧的传递和液体混合， 而且有利于充分切割絮凝的污泥颗粒。 当混合液经平稳的输送区到达 好氧区后期，平均速度梯度 G 小于 30 秒- 1，污泥仍有再絮凝的机 会，因而也能改善污泥的絮凝性能。4) 氧化沟的整体功率密度较低，可节约能源。氧化沟的混合液 一旦被加速到沟中的平均流速， 对于维持循环仅需克服沿程和弯道的 水头损失，因而氧化沟可比其他系统以低得多的整体功率密度来维持 混合液流动和活性污泥悬浮状态。

8、据国外的一些报道， 氧化沟比常规 的活性污泥法能耗降低 20- 30。另外，据国内外统计资料显示，与其他污水生物处理方法相比， 氧化沟具有处理流程简单，超作管理方便；出水水质好，工艺可靠性 强；基建投资省，运行费用低等特点。传统氧化沟的脱氮， 主要是利用沟内溶解氧分布的不均匀性， 通 过合理的设计， 使沟中产生交替循环的好氧区和缺氧区， 从而达到脱 氮的目的。其最大的优点是在不外加碳源的情况下在同一沟中实现有 机物和总氮的去除， 因此是非常经济的。 但在同一沟中好氧区与缺氧 区各自的体积和溶解氧浓度很难准确地加以控制， 因此对除氮的效果 是有限的，而对除磷几乎不起作用。 另外，在传统的单沟式氧

9、化沟中， 微生物在好氧缺氧好氧短暂的经常性的环境变化中使硝化菌和 反硝化菌群并非总是处于最佳的生长代谢环境中， 由此也影响单位体 积构筑物的处理能力。氧化沟缺点尽管氧化沟具有出水水质好、 抗冲击负荷能力强、 除磷脱氮效率 高、污泥易稳定、能耗省、便于自动化控制等优点。但是，在实际的 运行过程中，仍存在一系列的问题。4.1 污泥膨胀问题当废水中的碳水化合物较多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧 化沟中污泥负荷过高， 溶解氧浓度不足， 排泥不畅等易引发丝状菌性 污泥膨胀；非丝状菌性污泥膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷 较高时。微生物的负荷高，细菌吸取了大量营养物质，由于温度低， 代谢速度较慢，

10、 积贮起大量高粘性的多糖类物质， 使活性污泥的表面 附着水大大增加， SVI 值很高，形成污泥膨胀。针对污泥膨胀的起因， 可采取不同对策： 由缺氧、水温高造成的， 可加大曝气量或降低进水量以减轻负荷，或适当降低 MLSS （控制污 泥回流量），使需氧量减少；如污泥负荷过高，可提高 MLSS，以调 整负荷，必要时可停止进水， 闷曝一段时间； 可通过投加氮肥、 磷肥， 调整混合液中的营养物质平衡（B0D5 : N : P=100: 5： 1）； pH值过 低，可投加石灰调节；漂白粉和液氯（按干污泥的 0.3%0.6%投加）， 能抑制丝状菌繁殖，控制结合水性污泥膨胀 11。4.2 泡沫问题由于进水中

11、带有大量油脂，处理系统不能完全有效地将其除去， 部分油脂富集于污泥中， 经转刷充氧搅拌， 产生大量泡沫；泥龄偏长， 污泥老化，也易产生泡沫。 用表面喷淋水或除沫剂去除泡沫，常用除 沫剂有机油、煤油、硅油，投量为 0.51.5mg/L。通过增加曝气池污 泥浓度或适当减小曝气量， 也能有效控制泡沫产生。 当废水中含表面 活性物质较多时， 易预先用泡沫分离法或其他方法去除。 另外也可考 虑增设一套除油装置。 但最重要的是要加强水源管理， 减少含油过高 废水及其它有毒废水的进入4.3 污泥上浮问题当废水中含油量过大， 整个系统泥质变轻， 在操作过程中不能很 好控制其在二沉池的停留时间，易造成缺氧，产生

12、腐化污泥上浮；当 曝气时间过长，在池中发生高度硝化作用，使硝酸盐浓度高，在二沉 池易发生反硝化作用，产生氮气，使污泥上浮；另外，废水中含油量 过大，污泥可能挟油上浮。发生污泥上浮后应暂停进水，打碎或清除污泥，判明原因，调整 操作。污泥沉降性差，可投加混凝剂或惰性物质，改善沉淀性；如进 水负荷大应减小进水量或加大回流量； 如污泥颗粒细小可降低曝气机 转速；如发现反硝化，应减小曝气量，增大回流或排泥量；如发现污 泥腐化，应加大曝气量，清除积泥，并设法改善池内水力条件4.4 流速不均及污泥沉积问题在氧化沟中， 为了获得其独特的混合和处理效果， 混合液必须以一定的流速在沟内循环流动。一般认为，最低流速

13、应为0.15m/s，不发生沉积的平均流速应达到0.30.5m/so氧化沟的曝气设备一般为曝 气转刷和曝气转盘，转刷的浸没深度为250300mm,转盘的浸没深度为480 530mm。与氧化沟水深（3.03.6m）相比，转刷只占了水 深的 1/101/12，转盘也只占了 1/61/7，因此造成氧化沟上部流速较 大（约为0.81.2m，甚至更大），而底部流速很小（特别是在水深的 2/3 或 3/4以下，混合液几乎没有流速） ，致使沟底大量积泥（有时积 泥厚度达1.0m）,大大减少了氧化沟的有效容积，降低了处理效果， 影响了出水水质。加装上、 下游导流板是改善流速分布、 提高充氧能力的有效方法 和最方

14、便的措施。上游导流板安装在距转盘（转刷）轴心 4.0处（上 游）,导流板高度为水深的 1/51/6,并垂直于水面安装；下游导流板 安装在距转盘（转刷）轴心 3.0m 处。导流板的材料可以用金属或玻 璃钢,但以玻璃钢为佳。导流板与其他改善措施相比,不仅不会增加 动力消耗和运转成本, 而且还能够较大幅度地提高充氧能力和理论动 力效率另外,通过在曝气机上游设置水下推动器也可以对曝气转刷底部 低速区的混合液循环流动起到积极推动作用, 从而解决氧化沟底部流 速低、污泥沉积的问题。 设置水下推动器专门用于推动混合液可以使 氧化沟的运行方式更加灵活, 这对于节约能源、 提高效率具有十分重 要的意义。序批式活

15、性污泥法 （SBR-Sequencing Batch Reactor）是早在1914年 英国学者Ardern和Lockett发明活性污泥法之时，首先采用的水处理 工艺。70年代初，美国Natre Dame大学的R.Irvine教授采用实验室 规模对 SBR 工艺进行了系统深入的 研究，并于 1980 年在美国环保 局(EPA)的资助下，在印地安那州的Culver城改建并投产了世界上第 一个 SBR 法污水处理厂。 80 年代前后，由于自动化计算机等高新技 术的迅速发展以及在污水处理领域的普及与应用， 此项技术获得重大 进展，使得间歇活性污泥法(也称 间歇式活性污泥法 )的运行管理 也逐渐实现了

16、自动化。1 工艺简介SBR 工艺的过程是按时序来运行的， 一个操作过程分五个阶段： 进 水、曝气、沉淀、滗水、闲置。由于 SBR 在运行过程中，各阶段的 运行时间、反应器内混合液体积的变化以及运行状态都可以根据具体 污水的性质、出水水质、出水质量与运行功能要求等灵活变化。对于 SBR 反应器来说， 只是时序控制， 无空间控制障碍， 所以可以灵活控 制。因此， SBR 工艺发展速度极快，并衍生出许多新型 SBR 处理工 艺。 90 年代比利时的 SEGHERS 公司又开发了 UNITANK 系统，把 经典SBR的时间推流与连续的空间推流结合了起来2 SBR工艺主要 有以下变形。间歇式循环延时曝气

17、活性污泥法最大特点是： 在反应器进水端设 一个预反应区，整个处理过程连续进水，间歇排水 ,无明显的反应阶 段和闲置阶段，因此处理费用比传统 SBR低。由于全过程连续进水， 沉淀阶段泥水分离差，限制了进水量。好氧间歇曝气系统(主体构筑物是由需氧池 DAT 池和间歇曝气 池 IAT 池组成， DAT 池连续进水连续曝气， 其出水从中间墙进入 IAT 池，IAT池连续进水间歇排水。同时，IAT池污泥回流DAT池。它具 有抗冲击能力强的特点，并有除磷脱氮功能。循环式活性污泥法将 ICEAS 的预反应区用容积更小，设计更加 合理优化的生物选择器代替。 通常 CASS 池分三个反应区： 生物选择 器、缺氧

18、区和好氧区，容积比一般为1：5：30。整个过程连续间歇运行，进水、沉淀、滗水、曝气并污泥回流。该处理系统具有除氮脱 磷功能。UNITANK 单元水池活性污泥处理系统它集合了 SBR 工艺和氧 化沟工艺的特点， 一体化设计使整个系统连续进水连续出水， 而单个 池子相对为间歇进水间歇排水。 此系统可以灵活的进行时间和空间控 制，适当的增大水力停留时间，可以实现污水的脱氮除磷。改良式序列间歇反应器( MSBR-Modified Sequencing Batch Reactor)是80年代初期根据SBR技术特点结合A2-O工艺，研究开 发的一种更为理想的污水处理系统，目前最新的工艺是第三代工艺。 MS

19、BR 工艺中涉及的部分专利技术目前属于美国的 Aqua-Aerobic System Inc所有4。反应器采用单池多方格方式，在恒定水位下连续 运行。脱氮除磷能力更强。2 SBR 工艺特点及 url=color=#0000ff 分析 /color/urlSBR 工艺是通过时间上的交替来实现传统活性污泥法的整个运行 过程，它在流程上只有一个基本单元，将调节池、曝气池和二沉池的功能集于一池，进行水质水量调节、微生物降解有机物和固、液分离等。经典SBR反应器的运行过程为：进水 t曝气t沉淀t滗水t待 机。2.1 优点通过分析可将 SBR 反应器的优点归纳如表 1。align=center 表1SBR

20、工艺的优点八、/aligntabletrtd=1,1,310align=center优点八、/align/tdtd=1,1,310align=center机理/align/td/trtrtd=1,1,310align=center沉淀性能好/align/tdtd=1,1,310align=center 理想沉淀url=color=#0000ff理论 /color/url /align/td/trtrtd=1,1,310align=center 有机物去除 效 率 高 /align/tdtd=1,1,310align=center 理 想 推 流 状 态 /align/td/trtrtd=1,1

21、,310align=center 提高难降解废水的处理效 率 /align/tdtd=1,1,310align=center 生 态 环 境 多 样 性 /align/td/trtrtd=1,1,310align=center 抑 制 丝 状 菌 膨 胀 /align/tdtd=1,1,310align=center 选 择 性 准 则 /align/td/trtrtd=1,1,310align=center 可以除磷脱氮，不需要新 增反应器 /align/tdtd=1,1,310align=center 生态环境多样性 /align/td/trtrtd=1,1,310align=center

22、 不需要二沉池和污泥回 流 ， 工 艺 简 单 /align/tdtd=1,1,310align=center 结 构 本 身 特 点 /align/td/tr/table2.2 理论分析SBR 反应池充分利用了生物反应过程和单元操作过程的基本原理。 流态理论由于 SBR 在时间上的不可逆性，根本不存在返混现象，所以属于 理想推流式反应器。 理想沉淀理论其沉淀效果好是因为充分利用了静态沉淀原理。经典的 SBR 反应 器在沉淀过程中没有进水的扰动，属于理想沉淀状态。 推流反应器理论假设在推流式和完全混合式反应器中有机物降解服从一级反应， 那 么在相同的污泥浓度下， 两种反应器达到相同的去除率时所

23、需反应器 容积比为：V 完全混合/V 推流=(1- (1/1-n) / In(1-n) (1)式中n-去除率从数学上可以证明当去除率趋于零时 V完全混合/V推流等于1, 其他情况下( V 完全混合 /V 推流) 1 ，就是说达到相同的去除率时 推流式反应器要比完全混合式反应器所需的体积小， 表明推流式的处 理效果要比完全混合式好。 选择性准则1973 年 Chudoba 等人提出了在活性污泥混合培养中的动力学选择 性准则5，这个理论是基于不同种属的微生物在 Monod 方程中的参 数(KS、卩maX不同，并且不同基质的生长速度常数也不同。Monod方程可以写成：dX/Xdt二卩二卩 max S

24、/(KS+S)( 2)式中X-生物体浓度S-生长限制性基质浓度KS-饱和或半速度常数e卩max-分别为实际和最大比增长速率按照Chudoba所提出的理论，具有低 KS和卩maXl的微生物在混 合培养的曝气池中，当基质浓度很低时其生长速率高并占有优势，而基质浓度高时则恰好相反。Chudoba认为大多数丝状菌的KS和卩max 值比较低，而菌胶团细菌的 KS和e max比较高，这也解释了完全 混合曝气池容易发生污泥膨胀的原因。有机物浓度在推流式曝气池的 整个池长上具有一定的浓度梯度，使得大部分情况下絮状菌的生长速 率都大于丝状菌，只有在反应末期絮状菌的生长没有丝状菌快，但丝状菌短时间内的优势生长并不

25、会引起污泥膨胀。因此，SBR系统具有防止污泥膨胀的功能。微生物环境的多样性SBR反应器对有机物去除效果好，而对难降解有机物降解效果好是 因为其在生态环境上具有多样性，具体讲可以形成厌氧、缺氧等多种 生态条件，从而有利于有机物的降解。2.3传统SBR工艺的缺点 连续进水时，对于单一 SBR反应器需要较大的调节池。 对于多个SBR反应器，其进水和排水的阀门自动切换频繁。 无法达到大型污水处理项目之连续进水、出水的要求。 设备的闲置率较高 污水提升水头损失较大。 如果需要后处理，则需要较大容积的调节池。2.4 SBR 的适用范围SBR 系统进一步拓宽了活性污泥的使用范围。就近期的技术条件，SBR 系

26、统更适合以下情况：1）中小城镇生活污水和厂矿 url=color=#0000ff 企业 /color/url 的 url=color=#0000ff 工业 /color/url 废水，尤其是间歇排放和流量 变化较大的地方。2）需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不 但要去除有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。3）水资源紧缺的地方。 SBR 系统可在生物处理后进行物化处理， 不需要增加设施，便于水的回收利用。4）用地紧张的地方。5）对已建连续流污水处理厂的改造等。6）非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染的 治理。近期来随着 SBR 工艺的发展，特别是连

27、续进水、连续出水方案的 改进，使 SBR 工艺以应用于大中心污水处理厂。page_break 3 设计url二color二#0000ff方法/color/url3.1 负荷法该法与连续式曝气池容积的设计相仿。已知 SBR 反应池的容积负 荷NV或污泥负荷NS、进水量Q0及进水中B0D5浓度CO,即可由 下式迅速求得 SBR 池容：容积负荷法 V=nQOCONv(3)Vmin二SVI MLSS/106V污泥负荷法Vmin=nQ0C0- SVI / Ns(4)V=Vmin+Q03.2 曝气时间内负荷法鉴于SBR法属间歇曝气，一个周期内有效曝气时间为ta，则一日内总 曝气时间 为nta，以此建立如下

28、url二color二#0000ff计算/color/url 式：容积负荷法V=n Q0C0tc / Nvta(5)污泥负荷法V=24QC0/nta MLSS- NS (6)3.3 动力学设计法由于 SBR 的运行操作方式不同,其有效容积的计算也不尽相同。 根据动力学原理演算(过程略),SBR反应池容计算公式可分为下列三 种情况：限制曝气V二NQ(C0-Ce)tf /MLSS-Ns ta(7)非限制曝气 V二nQ(C0-Ce)tf/MLSS Ns(ta+tf)(8)半限制曝气 V二nQ(C0-Ce)/LSS Ns(ta+tf-t0)(9)式中：tf-充水时间，一般取14h。tr-反应时间，一般在

29、28h。C0、 Ce-分别为进水和反应结束时的污染物浓度。但在实际 url=color=#0000ff 应用 /color/url 中发现上述方法存 有以下 url=color=#0000ff 问题 /color/url ： 对负荷参数的选用依据不足，提供选用参数的范围过大例如url=color二#0000ff文献/color/url推荐 Nv=0.1 1.3kgBOD5/(m3 d) 等，而未考虑水温、进水水质、污泥龄、活性污泥量以及 SBR 池几 何尺寸等要素对负荷及池容的 url=color=#0000ff 影响 /color/url ； 负荷法将连续式曝气池容计算方法移用于具有二沉池功

30、能的SBR 池容计算，存有url=color二#0000ff理论/color/url上的差异， 使所得结果偏小； 在计算公式中均出现了 SVI、MLSS、Nv、Ns 等敏感的变化参 数，难于全部同时根据经验假定，忽略了底物的明显影响，并将导致 各参数间不一致甚至矛盾的现象； 曝气时间内负荷法与动力学设计法中试图引入有效曝气时间 ta 对 SBR 池容所产生的影响，但因其由动力学原理演算而得，假定的 边界条件不完全适应于实际各个阶段的反应过程， 将有机碳的去除仅 限制在好氧阶段的曝气作用， 而忽略了其他非曝气阶段对有机碳去除 的影响，使得在同一负荷条件下所得 SBR 池容惊人地偏大。上述问题的存

31、在不仅不利于 SBR 法对污水的有效处理，而且进行 多方案比较时也不可能全面反映 SBR 法的工程量，会得出投资偏高 或偏低的结果。针对以上问题，提出了一套以总污泥量为主要参数的 SBR 池容综 合设计方法3.4总污泥量综合设计法该法是以提供SBR反应池一定的活性污泥量为前提，并满足适合 的SVI条件，保证在沉降阶段历时和排水阶段历时内的沉降距离和沉 淀面积，据此推算出最低水深下的最小污泥沉降所需的体积，然后根据最大周期进水量求算贮水容积，两者之和即为所求SBR池容。并由此验算曝气时间内的活性污泥浓度及最低水深下的污泥浓度，以判别计算结果的合理性。其计算公式为：TS二naQO(CO-Cr)tT

32、 S(10)Vmin二AHmin TS- SVI -30(11)Hmin二Hmax- H(12)V=Vmi n+A V(13)式中 TS-单个SBR池内干污泥总量，kgtT S-总污泥龄，dA-SBR池几何平面积，m2Hmax、Hmin-分别为曝气时最高水位和沉淀终了时最低水位，m H-最高水位与最低水位差，mCr-出水BOD5浓度与出水悬浮物浓度中溶解性 BOD5浓度之差。 其值为：Cr=Ce-Z Cse 1.42(1-ek1t)(14)式中 Cse-出水中悬浮物浓度，kg/m3k1-耗氧速率，d-1t-BOD实验时间，dZ-活性污泥中异养菌所占比例，其值为：Z=B- (B2-8.33NS 1.072(15-T) 0.5(15)B=0.555+4.167(1+TS0/BOD5)Ns 1:072(15-T)(16)Ns=1/atT S (17)式中 a-产泥系数，即单位BOD5所产生的剩余污泥量，kgMLSS/kgB0D5，其值为：a=0.6(TS0/BOD5+1)-0.6 X72 1.072(T-15)1/tT S+0.08Xl.072(T-15)(18)式中TS、BOD5-分别为进水中悬浮固体浓度及 BOD 5浓度，kg/m3T-污水