城市污水处理工艺综述

第 2O卷第 1期 2003年 2月 新疆大学学报(自然科学版) Journal of Xinjiang University(Natural Science Edition) Vol 2O．No．1 Feb．，2003 城市污水处理工艺综述 徐 向红，李志娟 (华中科技大学．湖北 武汉 430074) 摘 要：介绍了国内外活性污泥废水处理的最新工艺． 关键词：污水处理 }活性污泥}工艺 中图分类号 ：X703 文献标识码 ：A 文章编号：1000．2839(2003)01·0109—04 Summaries of Treatment Techneque for M unicipal W asterwater XU Xiang—hong，LI Zhi-juan (Science and Technology University Huazhong，wuhan，H ubei 430074，Chlna) Abstract：The paper instroduces the newest techneque of the activated sludge W astewater treatment at home and abroad． Key words：W astewater Treatment；Activated Sludge；Techneque O 引 言 随着我国社会和经济的高速发展，环境问题13益突出，尤其是城市水环境的恶化，加剧了水资源的 短缺，影响着人民群众的身心健康，已经成为城市可持续发展的严重制约因素．近年来，国家和地方政府 非常重视污水处理事业，正以前所未有的速度推进城市污水处理的建设，有数百座污水处理厂正在 工程设计和建设中，预计到 2010年，我国要新建城市污水处理厂1 000余座，污水厂的投资将达 1 800亿 元．在这一进程中，城市污水处理工艺的选择，将是工程界面II缶的首要问题． 目前，我国城市污水处理新兴工艺层出不穷，并以国外引入的工艺技术为主导潮流．从中，我们确实 可以学习并吸收一些先进的理念和技术．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．熟悉了解国内外这 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． 本文根据个人查阅的资料和体会，对目前我国城市污水处理的主要新兴工艺进行初步分析和评述， 仅供讨论和参考． 1 城市污水处理厂新兴工艺述评 1．1 AB(A段 B段)法工艺 AB法工艺由德国BOHUKE教授首先开发．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 2O～40 min，以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 BOD达 5O 以上．B段与常规活性污泥法相似，负荷较低， 泥龄较长．AB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，AB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，AB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 +收稿日期 ：2002—09—24 作者简介 ：徐向红(1966一)，女，在读工程硕士研究生． 维普资讯 http://www.cqvip.com 11O 新疆大学学报(自然 科学版) 的，将增加一定的投资和费用．另外，由于 A段去除了较多的BOD，可能造成碳源不足，难以实现脱氮工 艺．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，AB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． 1．2 A20(Anaerobic／Anoxic／Oxic)"I-艺 对于有除磷脱氮要求的城市污水处理厂，传统上往往考虑首选 A20工艺．A20工艺根据活性污泥 微生物在完成硝化、反硝化以及生物除磷过程对环境条件要求的不同，在不同的池子区域分别设置厌氧 区、缺氧区和好氧区．A20工艺应用较为广泛 ，历史较长，已积累有一定的设计和运行经验，通过精心的 控制和调节，一般可以获得较好的除磷脱氮效果，出水水质较稳定，在国内外大中型城市污水处理厂常 有采用．但 A20工艺也有一定的缺点，主要表明为：需分别设置污泥回流系统和内回流系统，尤其是内 回流系统，共设计回流比往往在 200 ～3o0 左右或更大，这将增加投资和运行能耗．而且内回流的控 制较复杂，对管理的要求较高． 针对上述不足，改良的 A20工艺、UCT(University of Capetown)-V_艺、倒置的 A20工艺及多点进 水的 A2O工艺等不断出现，在一定程度上或在某一方面使运行效果有所改善．尽管这类工艺流程较长， 控制较复杂，投资略高，但相对成熟可靠，处理效果稳定，一般适用于较大规模，具有较高运行管理水平 的城市污水处理厂． 1．3 改良的 sBR(sequencing Batch Reactor序批式活性污泥法)类工艺 sBR工艺早在 2O世纪初已有应用，由于人工管理的困难和烦琐未能推广应用．此法集进水、曝气、 沉淀在一个池子中完成．一般由多个池子构成一组 ，各池工作状态轮流变换运行 ，单池由撇水器间歇出 水，故又称为序批式活性污泥法． 该工艺将传统的曝气池、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 sBR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．sBR经过不断演变和改 良，又产生或 同期发展为 CASS(Cyclic Activated Sludge System)，CAST(Cyclic Activated Sludge Technology)和 MSER(Modified Sequencing Batch Reactor)等工艺，进一步增强了除磷脱氮效果．与其 他生物除磷脱氮工艺相比，MSBR是一种高效率的反应器，它综合了 A2O，SBR，UCT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．MSBR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．循环式活性污泥法工艺(CAST)综合了活性污泥法和 SBR工艺特点，与生物 选择器原理结合在一起，具有抗冲击负荷和除磷脱氮功能．循环式活性污泥法工艺(CASS)为一间歇式 反应器，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．随着电子计算机的日益普及 ，CASS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．随着自动化技术的发展和 PLC控制系统的普及 化，SBR类工艺的工程应用又进入了一个新的时代． 1．4 生物曝气过滤工艺 生物曝气过滤工艺是一生物过滤池，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，但是它可能产生的问题必须有充分的预见：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． 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 徐向红等：城市污水处理工艺综述 111 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优先考虑采用． 1．5 UNITANK工艺 UNITANK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、出 水方式等方面有所不同．UNITANK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 ，省去了刮泥桥和污泥回流系统，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，UNITANK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，UNITANK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 SBR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． 1．6 卡鲁塞尔氧化沟工艺 卡鲁塞尔氧化沟是一种单沟式环型氧化沟，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．该氧化沟一般设 有独立的沉淀池和污泥回流系统． 卡鲁塞尔氧化沟具备一般氧化沟的共同优点，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：在处理某些工业废水时尚需预处理，但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；工艺控制简单；系统性能显示，BOD降解率达 95 ～98 ， COD降解率达 90 ～95 ，同时具有较高得出磷脱氮功效；系统不再使用卧式转刷曝气机而采用立式 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；氧化沟从“田径跑道式”向 “同心圆式”转化，池壁公用，降低了占地面积和工程造价． 由于表曝机数量少，沟内混合液自由流程很长，由紊流导致的流速不均有可能引起污泥沉淀，影响 运行效果．难以避免供氧和搅拌的矛盾，尤其在进水水质较淡的工况下，为节能须降低表曝机的转速 ，但 会急剧减弱搅拌能力，无疑雪上加霜，导致严重沉淀，淤积污泥．对于大中容积的氧化沟，水深不宜超过 3．5 m，否则应增设水下推进器，投资和成本会有所增加．单沟氧化沟平均溶解氧宜维持在 2 mg／L左右， 加之单点供氧强度较大，耗能稍高．卡鲁塞尔氧化沟结构和设备简单，管理方便．对中小规模的城市污水 处理厂有一定的适用性． ’ 1．7 奥贝尔氧化沟工艺 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 0、1、2 mg／L，其中外沟道容积达 50 "-'60 ，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 lO％----2o％，维持较高的溶解氧(2 mg／L)，为出水把关．在各沟道横跨安装有不同数量 转碟曝气机，进行供氧兼有较强的推流搅拌作用． 奥贝尔氧化沟除具备一般氧化沟的优点：流程简单、抗冲击负荷能力强、出水水质稳定和易于维护 管理．有较好的节能性能．由于外沟道溶解氧平均值很低，氧的传递作用是在亏氧条件下进行的，具有较 高的效率，由于大部分氧化和硝化反应在外沟道发生，且具有较高的反硝化率，因而节能效益显著．通常 维普资讯 http://www.cqvip.com 112 新疆大学学报(自然科学版) 可以节省电耗 15 2／5以上．具有较好的脱氮功能．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，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． 由于上述特点，奥贝尔氧化沟作为较优化的工艺之一，可以在城市污水处理工程中推广应用，尤其 适用于中小规模的污水处理厂．目前，全国已有 2O余座城市污水处理厂采用了奥贝尔氧化沟工艺． 1．8 一体化氧化沟工艺 一 体化氧化沟广义上是指，作为生化处理的氧化海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．目前国内有单位推出的一体化氧化沟，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．主要优点是节省占地面 积． 采用曝气与沉淀的合建方式，占地较省．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，就目前该技 术的可靠成熟及稳定性来讲，有些问题应当审慎考虑：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)强化了分离效果，提高了表面 负荷，从而进一步减少占地面积．但是，实践证明，由于污水污泥具有粘稠性 ，且易形成生物粘膜 ，斜管或 斜板有堵塞和淤积的可能，会增加维护的工作量．只有在理想的水力条件下，固液分离器内才会形成污 泥层，通过截留作用，强化分离效果．但是，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ss． 1．9 膜生物反应器 (MBR) 膜生物反应器 (MBR)是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术．2O世纪 8O 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，MBR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． 2 结 论 以上讨论的各种工艺应该都是可行、可用的工艺，绝大部分已经在国内外污水处理厂实际运行．本 文在分析这些工艺技术的优点的同时，从使用的角度侧重提出可能出现的问题，以便在工艺选择时更具 全面性和客观性，真正优选“最适用”的工艺技术． 参考文献： [13雷乐成．水处理新技术及工程设计[M]．北京：化学工业出版社，2001． E2q高俊发．SBR设计方法及评述[J]．河南化工，1994(4)：23—25． E33羊寿生． 体化活性污泥法 UNITANK工艺及其应用D]．给水排水，1998，24(11)：16—19． E43邓荣森，刘保疆．一体化氧化沟技术的发展EJ]．中国给水排水 ，1998(1)：42 44． Es]冯生华．污水处理新工艺——UNITANK简介[J]．城市环境与城市生态，1999，12(3)：5-6． [6]冯凯 ，杭世．UNITANK工艺处理城市污水工程实践[J]．给水排水，2002，28(3)：l一3． [7]陈学群，俞爱媚．Carrousel氧化沟技术演变规律的探究D]．给水排水，2002，28(2)：19—20． E83郑祥 ，魏源送．膜生物反应器在我国的研究进展EJ3．给水排水，2002，28(2)：105．110． [9]任洁，顾国维．MSBR系统的特点及其除磷脱氮的机理分析D]．给水排水，2002，28(1)：22—24． El0"]陈小燕．循环式活性污泥法处理城市污水D]．城市环境与城市生态，1999，12(4)：卜4． 责任编辑 ：陈 勇 维普资讯 http://www.cqvip.com