城市污水处理工艺选择及方案比选

城市污水处理工艺选择及方案比选

1.1污水处理工艺简介

根据设计原则，污水处理工艺应根据设计进出水水质、受纳水体、污水处理

厂规模，污泥处置方法、用地面积及当地温度、工程地质等多因素综合考虑，选

择投资省，运行费用低，技术成熟，处理效果稳定可靠，运行管理方便，设备先

进的工艺。

当前城市污水常见的二级生化处理工艺有普通活性污泥法、接触氧化法、

SBR工艺及其变形工艺、A/O、A2/O,曝气生物滤池、氧化沟及其改良工艺等,

这几种工艺都是从传统活性污泥法派生出来的，各有其特点。对本工程的原水水

质分析可知，口标水质除了要求去除有机物之外，还需要控制出水氨氮和磷的含

量，因而工艺选择时应采用具有脱氮除磷功能的相关工艺。另外，污水生化处理

过程中产生的剩余污泥的稳定处理也是污水处理中的一道重要工序，它的基建费

用高，直接影响到处理工艺的选择。

常规二级生化处理的去除目标是有机污染物，对污水中同时存在的氮、璘等

营养物只能去除其中的一小部分，一般氮的去除密只有20%左右，通过生物合成

去除的嶙也只有15%〜20%,残存的大部分氮和磷将随出水排放到受纳水体，不

能满足污水处理厂的处理要求。

某些化学法或物理化学法可以有效地从污水中去除氮和磷。如投加金属离子

的化学沉淀法，是使污水中的磷与金属离子形成不溶性的可沉物而从水中去除,

具有很高的除磷率；折点氯化可以有效的去除污水中的氮。但化学法和物理化学

法所需运行费用较高，尤其是大、中型污水处理厂，经济上难以承受。

与化学法和物理化学法相比，生物脱氮除磷技术因具有对有机物、氮和璘去

除效率高、投资较低、运行费用省、污泥沉降性能好等优点而受到污水处理界的

重视，特别是近20年来，在工艺、技术和专用设备的研究及工程应用方面都得

到很快的发展。生物脱氮除磷工艺能将总氮去除率提高到70%〜95%,总磷去除

率提高到7()%~9()%,一般情况下可以稳定可靠地满足处理要求，因此确定本工

程污水处理的二级生化处理工段将采用具有生物脱氮除磷的工艺。

生物脱氮机理

生物脱氮过程包括硝化反应和反硝化反应。硝化反应是指在有氧条件下，微

生物（硝化菌）将NH3（NH4）氧化成硝酸盐氮或亚硝酸盐氮的过程。

其反应过程可表示为：

NHJ+1.502fN（K+H2O+2H++新细胞

NOF+0.502fN03一新细胞

+

总反应为：NH4+202-NO3-+2FT+H2O+新细胞

硝化反应速度与温度、溶解氧、pH值以及抑制性物质有关。硝化反应能在

4〜45℃范围内进行，硝化反应速率随温度降低而减慢。对一般的活性污泥法，

硝化反应溶解氧一般应大于2mg/LopH值对硝化反应的影响较大，当pH值降

低到5〜5.5时，硝化反应几乎停止"硝化菌和亚硝化菌的增长都可用Moncd公

式表示，即：

N

"N—f^Nmax°.,

KSN+N

硝化反应和亚硝化反应速度随着底物浓度的降低而降低。反硝化反应是指在

缺氧和有机物存在的条件下，微生物（反硝化菌）将硝化过程产生的NOf和

NO3-还原成气态氮（N2、N2O）的过程。

其反应过程可表示为：

NOV+3H（电子，共体有机物）f0.5N2+H2O+OH-

NO2+6H（电子供体有机物）-O.5N2+H2O+OH

污水中含碳有机物作为反硝化过程的电子供体。理论上每转化1g氮需要

2.86g含碳有机物（以BOD计）。因此，当反硝化池污水BOD5/TKN大于4〜6

时，一般认为碳源充分。这一比值要求还与反硝化时间有关，如反硝化时间过短，

则只有一部分快速生物降解的BOD5才可作为反硝化的碳源。如有机物均可利用,

有机物/N03-N大于3时就可以反硝化完全（95%的还原为N2）。反硝化菌的

增长也可用Monod公式表示，即：

N

~即max

ZN

根据硝化和反硝化作用的原理不难看出，生物脱氮需要好氧和缺氧环境的并

存。脱氮效率取决于有机碳源、进出水氨氮的浓度。

生物除磷原理

生物除磷就是利用聚磷菌一类的细菌，过量地，超出其生理需要的从外部摄

取磷，并将其以聚合形态储藏在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从污水中

除磷的效果。

在好氧条件下，聚璘菌有氧呼吸，不断地从外部摄取有机物，加以氧化分解，

并产生能量，能量为ADP所获得，并结合H3PCU合成ATP(三磷酸腺甘)即：

ADP+H3P04+能------AATP+H2O

H3P04的大部分是通过主动输送的方式从外部环境摄入的，一部分用于合成

ATP,另一部分则用于合成磷酸盐，这一现象就是“磷的过量摄取”.

在厌氧条件下，聚磷菌体的ATP进行水解，释放磷和能量，形成ADP,即：

ATP+H20-----------►ADP+H3Po4+能

所有生物脱氮除磷工艺都包含厌氧■缺氧■好氧环境的交替循环。其不同的设

计参数和组合方式构成了不同的工艺。

根据处理要求和各脱氮除磷工艺的特点及以往的工程经验，可采用前置厌氧

的氧化沟、八2/0及ICEAS工艺作为备选方案，由于ICEAS工艺适用于中小规模，

本工程规模较大，因此，本工程选择前置厌氧的氧化沟工艺及A2/O工艺进行比

较。

1.2工艺方案论述

(1)A2/O工艺

A2/0工艺是80年代初期开创的处理技术，作为目前采用较为广泛的一种脱

氮除磷工艺。污水在流经三个不同功能分区的过程中，在不同微生物菌群的作用

下，使污水中的有机物、氮和磷得到去除。

在首段厌氧池主要是进行磷的释放，使污水中P的浓度升高，溶解性有机物

被细胞吸收而使污水中BODs浓度下降；另外NH3-N因细胞的合成而被去除一

部分，污水中NH3-N浓度下降。

淀交替运行，不需设二沉池及污泥回流设备，该工艺设备利用率较低。

奥伯尔"orbal”型氧化沟是椭圆形的，通常有三条同心曝气渠道，污水通过

淹没式进水口从外沟进入，顺序流入下一条渠道，由内沟排出，奥伯尔氧化沟具

有同时硝化、反硝化的特性。

以上几种形式的氧化沟都具有脱氮功能，在氧化沟前增加一座厌氧池，则具

有了除磷的功能。并且可抑制丝状菌的生长，改善污泥沉降性能。

由于氧化沟的泥龄通常较长，剩余污泥得到了一定程度的好氧稳定，从而减

少了污泥处理的费用。

1.3工艺方案比选

（1）方案技术比较：见表3-1。

表3-1污水处理各方案技术比较表

工艺适用

优点缺点

方案条件

前置1、处理流程简单、构筑物少，可比A2/0

中、小

厌氧工艺少建鼓风机房等。1、曝气设备较多，

型污

的氧2、出水水质稳定可靠，尤其脱氮效果好。维修量增加。

水处

化沟3、对进水水质水量的波动具有较好的适2、占地面积较大。

理厂

工艺应性。

1、工艺比较成熟，是最基本的同步脱氮、

除磷工艺。

2、国内建有多座该种工艺的污水处理1、由于其推流的池

厂，运行经验丰富。型结构，对水质变大、中

A2/O3、采用可调离心鼓风机，在不同进水水化的缓冲能力稍型污

工艺质、水量情况下，可根据曝气池溶解氧差。水处

自动调节空气量，达到节能的效果。2、混合液回流增加理厂

4、微孔曝气管采用充氧效率高的产品一些运行费用。

（曝气管充氧效率＞25%）,可大大降低

供勺量，节约能耗。

工艺适用

优点缺点

方案条件

5、可通过优化平面布置，降低回流的流

程，从而降低回流提升泵扬程、节约能

耗。

（2）方案经济比较

在占地面积相当的条件下，对A2/O工艺及改良型“Carrousel”氧化沟工艺

进行经济比较。

方案经济比较见表3-2o

序号项目名称A2/O工艺前置厌氧的氧化沟工艺

1吨