（環(huán)境工程專業(yè)論文）淺論unitanklucas工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用.pdf

淺論u n i t a n k l u c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 淺論切岍n 蝌剛l u c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用 專業(yè)：環(huán)境工程 工程碩士生：邵力偉 指導(dǎo)教師：雷恒毅教授 摘要 u n i t a n k i ，i7 c a s 工藝是一種由傳統(tǒng)活性污泥法和序批式活性污泥法( s b r - - s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) 復(fù)合而成的污水處理工藝。 u n i t a n k 工藝開發(fā)于2 0 世紀9 0 年代，l u c a s 工藝是在u n i t a n k 工藝基礎(chǔ)上 于2 1 世紀初研發(fā)出來的，比u n i t a n k 更靈活、更優(yōu)越。 典型的u n l t a n 刈l u c a s 工藝每組由三個池組成，每個池配備有相同的設(shè) 備( 曝氣器、攪拌器、出水堰等) ，有相似的運行周期。所有池都水力相連并可完 全獨立。由工藝矩陣控制各個池在曝氣池和沉淀池之間轉(zhuǎn)換。 本文以澳門的醛仔、路環(huán)、跨境工業(yè)區(qū)污水處理廠為例，論述了如何根據(jù)污 水處理廠進水水質(zhì)水量特點及出水標準的不同，通過使用并優(yōu)化工藝矩陣，將 u n i t a n k l u c a s 工藝池與池、組與組之間排列組合，實現(xiàn)提高b o d 5 、c o d e r 、 s s 去除率、增加脫氮除磷功能，使出水達標的目的。具體為： 跨境工業(yè)區(qū)污水處理廠l u c a s 一3 池變?yōu)閘 u c a s 一1 池，成為s b r ，出水再經(jīng) m b r 深度處理的調(diào)試?？缇彻I(yè)區(qū)污水處理廠l u c a s 1 池脫n 除p 的調(diào)試； 路環(huán)污水處理廠一期2 池運行的調(diào)試； 路環(huán)污水處理廠一期升級前3 池運行及升級后3 池運行加脫n 除p 的調(diào)試； 路環(huán)污水處理廠二期3 池加脫n 除p 的調(diào)試； 醛仔污水處理廠3 池2 組同時運行的調(diào)試。 經(jīng)過優(yōu)化調(diào)試，以上污水處理廠運行穩(wěn)定、出水全部達標排放。b o d 5 去除 率8 3 9 6 ；c o d e r 去除率7 9 - - 9 4 ；s s 去除率8 1 9 9 ；t n 去除率 3 3 - 6 7 ；t p 去除率4 2 - 8 2 ，n h 3 一n 去除率6 5 9 9 。 綜上所述，u n i t a n k l u c a s 工藝在澳門多個污水處理廠的成功運行，再一 次證明了此工藝確實是成熟可靠、靈活性強的特點。其將在大中華地區(qū)以及世界 各地的有更為廣泛的應(yīng)用 關(guān)鍵詞：u n i t a n l ；孔u c a s 污水處理工藝矩陣運行調(diào)試 淺論u n r r a n l ( l u c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 r e s e a r c ho nu n i t a n k l u c a st e c h n o l o g ya n di t s a p p l i c a t i o ni ns e v e r a lw a s t ew a t e r t r e a t m e n tp l a n t si nm a c a us a r m a j o r ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g n a m e ：s h a ol i w e i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl e ih e n g y i u n i 圳k l u c a st e c h n o l o g yi sak i n do fa c t i v a t e ds l u d g ew a s t ew a t e r t r e a t m e n tt e c h n o l o g yw h i c hi sac r o s s o v e ro fc o n v e n t i o n a la n db a t c h ( s b r s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o ra c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) s y s t e m s u n i 刪kt e c h n o l o g y w a sd e v e l o p e di n19 9 0 s 刪l el u c a st e c h n o l o g yw a sd e v e l o p e do nt h eb a s i so f u n i t a n ki nt h eb 口g i n n i n go f2 1 研c e n t u r y at y p i c a ll a n eo fu n i 刪k l u c a st e c h n o l o g yc o n s i s t so ft h r e er e a c t o ru n i t s ； e v e r yr e a c t o rh a st h es a m ee q u i p m e n t s ( a e r a t o r , m i x e r , e 御u e n tw e i r , e t c ) ，s i m i l a r o p e r a t i o nc y c l e ，h y d r a u l i c a l l yc o n n e c t e d ，a n dc o m p l e t e l ya u t o n o m i c e v e r yt a n kw a s c o n t r o l l e db ym a t r i xt oa c ta sa e r a t i o nt a n ko rs e d i m e n t a t i o nt a n k t 1 1 i st h e s i sw i l lt a k et a i p a , c o l o a n e c r o s sb o r d e ri n d u s t r i a lz o n e w 門甲a s e x a m p l e st od i s c u s sh o wt oa r r a n g ea n dc o m b i n et h er e a c t o r s a n dl a n e so f u n i t a n k l u c a st e c h n o l o g yt h r o u g ha d a p t i n ga n do p t i m i z i n gt h em a t r i xt oi m p r o v e t h er e m o v a lr a t eo fb o d s ，c o d c r ，a n ds s ，a n da d db i o l o g i c a ln a n dp - r e m o v a l a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r so fi n f l u e n tf l o w , i n f l u e n tq u a l i t ya n dd i f f e r e n te m u e n t s t a n d a r d so f t h ea b o v et h r e e 哪p s f o re x a m p l e c b i zw ，t p ：o p e r a t e1o f3r e a c t o r s a n df u l lm b rf o ra l lt h ee f f i u e n t ； c o l o a n ep h a s ei ：o p e r a t e2o f t h e3r e a c t o r so f o n el a n e ； u p g r a d eo f c o l o a n ep h a s ei ：a d db i 0 1 0 g i c a ln - a n dp r e m o v a lf u n c t i o n ； n e w l yb u i l tc o l o a n ep h a s ei i ：s t a r tu pw i t hn - a n dp r e m o v a lf u n c t i o n ； t a i p a 、7 l 汀p ：o p t i m i z et h e2l a n e s a r e rt h eo p t i m i z a t i o n , t h ea b o v e 岡盯p sa l lm e e tt h ee f f l u e n ts t a n d a r d s t h e r e m o v a lr a t eo f b o d s ，c o d c r ，s s ，t n ，t p ，a n dn h 3 一na r e8 3 - 9 6 ，7 9 9 4 ，8 l - 9 9 ，3 3 - 6 7 ，4 2 - 8 2 ，6 5 - 9 9 r e s p e c t i v e l y i nc o n c l u s i o l l t h es u c c e s so p e r a t i o ni nm a c a op r o v e dt h a tt h eu n i t a n k iji c a s t e c h n o l o g yi sc o m p a c t ，r o b u s t ，f l e x i b l ea n dr e l i a b l e t h et e c h n i q u ew i l lb ew i d e l yu s e d i nt h er e g i o no fg r e a t e rc h i n aa n da l lo v e rt h ew o r l d k e yw o r d s ：u n i t a n k l u c a s ， s t a r t - u p w a s t ew a t e rt r e a t m e n t ，m a t r i x , o p e r a t i o n & v 淺論u n l l r a 卜i l ( ，iu c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究 工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人 或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體， 均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。 學(xué)位論文作者簽名： 鋤咋 日期：枷尸年1 月廠日 淺論u n i t a n k l u c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用 中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 本人完全了解中山大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留 學(xué)位論文并向國家主管部門或其指定機構(gòu)送交論文的電子版和紙質(zhì)版，有權(quán)將學(xué) 位論文用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文進入學(xué)校圖書館、院系資料室被查 閱，有權(quán)將學(xué)位論文的內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用復(fù)印、縮印或其 他方法保存學(xué)位論文。 導(dǎo)師簽名： 醐：7 1 1 1 年，2 月s 日 淺論u n i t a n k l u c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章前言 1 1u n i t a n k l u c a s 工藝的由來 1 1 1 污水的生物處理原理 u n i t a n k ，i ，i ，c a s 工藝是一種由傳統(tǒng)活性污泥法和序批式( s b r ) 活性污泥 法復(fù)合而成的污水處理工藝?；钚晕勰喾ㄓ质且环N生物處理污水的方法。要說明 活性污泥法，就要先說明污水的生物處理的原理。 污水是各種無機物( 砂、土、鹽類等等) 和有機物( 蛋白質(zhì)、糖類、油類和 脂肪等等) 的混合物。未經(jīng)處理的污水任意排入天然水體，會使水中的物質(zhì)組 成發(fā)生變化，破壞原有的物質(zhì)平衡，造成水質(zhì)惡化。 污水處理方法很多，歸納起來可分為物理法、化學(xué)法和生物法等。 生物法處理污水( 如圖l l 所示) 可簡化表示為利用微生物的作用，使污水 中呈溶解和膠體狀態(tài)的有機污染物轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)。其實也就是將污染物從污 水中轉(zhuǎn)移至污泥中。轉(zhuǎn)移模式取決于污染物的具體性質(zhì)。生物法處理污水，因為 其簡單性和經(jīng)濟性，成為處理可生物降解污水的最實用和最經(jīng)濟的方法。 微生物 污水+ 污染物t _干凈的出水 i 污泥+ 污染物 圖1 1 生物法處理污水簡剛2 】 對于可生物降解的有機物，污染物稱為基質(zhì)，是污泥的養(yǎng)分( 碳源) 。通過降 解基質(zhì)，微生物可以得到能量( 分解代謝異化作用) ，也可以得到細胞生長所需 的細胞組成物質(zhì)( 合成代謝同化作用) 。具體見圖1 2 。 l 淺論u n i t a n k l u c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖1 2 微生物新陳代謝簡剛3 】 其中異化作用是產(chǎn)能反應(yīng)。在這組生化反應(yīng)中，基質(zhì)被降解并產(chǎn)生最終產(chǎn)物 c 0 2 、h 2 0 、礦物質(zhì)等等，被排出，同時，細菌最需要的能量在這過程中產(chǎn)出?；?質(zhì)缺乏時，儲存的碳源被消耗以供細胞自身的能量需求( 稱為內(nèi)源呼吸) 。這過程 叫做基質(zhì)呼吸。 同化作用即為生物量的生長。有機物( 主要是碳) 在異化作用產(chǎn)生的能量和 營養(yǎng)物質(zhì)( 主要是氮磷) 作用下，轉(zhuǎn)化為新的細胞物質(zhì)。如果沒有基質(zhì)，細胞會 消化氧化自身。也叫做內(nèi)源呼吸。新細胞的合成作用需要儲存的碳源和降解的中 間產(chǎn)物，很明顯還需要異化作用中產(chǎn)生的能量。同化作用的結(jié)果是污泥濃度連續(xù) 增長。這也是需要周期性從生物反應(yīng)池排泥的原因。被排出的污泥又叫剩余污泥。 微生物是生物法處理污水的關(guān)鍵。微生物的新陳代謝需要能量。能量的來源 是發(fā)生在細菌細胞內(nèi)的酶控氧化還原反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)生的能量以a t p ( 三膦酸腺苷) 的形式被細胞獲取。a t p 分子在需要的時間和地點釋放出其化學(xué)鍵中儲存的能量 供細胞使用。被吸收的基質(zhì)( 電子供體) 發(fā)生酶促氧化反應(yīng)需要電子受體。反應(yīng) 中，電子受體被還原，電子供體被氧化。換句話說，帶負電荷的電子從電子供體 ( 有機基質(zhì)) 通過酶通道轉(zhuǎn)移到電子受體。這些氧化還原反應(yīng)要經(jīng)過數(shù)次酶促反 應(yīng)，才能最終完成，使細胞可以獲取化學(xué)氧化反應(yīng)中釋放的能量。該能量可用在 細胞需要的地方( 細胞生長、維護、修復(fù)、分裂等等) 。 生物法處理污水可根據(jù)電子受體的不同分為如下兩類： 2 淺論u n t l r a n k ，1 1 7 c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用 中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 污水的好氧( 或缺氧) 處理法。最終的電子受體為分乇態(tài)氧( 氧氣) 或結(jié)合 態(tài)氧( 硝酸鹽) 。在好氧工藝中，分子態(tài)氧( 氧氣) 為電子受體。因此，生物反應(yīng) 池中的曝氣量必須充足，才能好氧降解基質(zhì)。下式( 1 1 ) 以簡化方式描述了葡 萄糖( 一種普通的基質(zhì)分子) 的好氧降解。在細胞中此反應(yīng)在多種酶的作用下， 分幾步完成。 5c 6 h 1 2 0 6 + 3 00 2 3 0c 0 2 + 3 0h 2 0 + 能量( 1 1 ) 在缺氧環(huán)境中，分子態(tài)的氧不存在，只有結(jié)合態(tài)的氧，如硝酸鹽。某些菌類 ( 如假單胞菌、產(chǎn)硫酸桿菌、副球菌屬等等) 能夠在無氧氣的情況下，利用硝酸 鹽作為電子最終受體。只有在絕對無氧氣的狀態(tài)下，它們才會調(diào)整呼吸方式，利 用硝酸鹽。在缺氧段，反應(yīng)池沒有曝氣，只有攪拌。簡化的葡萄糖代謝見下式( 1 2 ) 。 5c 6 h 1 2 0 6 + 2 4n 0 3 。+ 2 4 時- - - 1 2n 2 + 3 0c 0 2 + 4 2h 2 0 + 能量 ( 1 - - 2 ) 注：用生物法脫氮，要先進行硝化反應(yīng)，然后再進行反硝化反應(yīng)。硝化反應(yīng) 將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。反硝化反應(yīng)將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮氣，釋放到大氣中。 污水的厭氧處理法的最終電子受體為除氧以外的其它物質(zhì)，通常為有機物質(zhì) ( 發(fā)酵) 和二氧化碳。厭氧消化是在無氧條件下進行生物降解的產(chǎn)能反應(yīng)。厭氧 降解需要不同種類的菌群合作才能完成。每種菌群在厭氧降解的特定步驟( 按順 序有，水解、酸化、酰化、甲烷化) 中起作用。在厭氧降解的最后一步( 甲烷化) 會生成甲烷。甲烷和生物降解反應(yīng)中產(chǎn)生的其它氣體( 主要為二氧化碳、也有氮 氣、硫化氫、一氧化氮和氧氣) 被統(tǒng)稱為沼氣。沼氣中富含能量的甲烷( 1 0 0 甲 烷= 3 5m j n m 3 ) 占很大比例( 6 0 - 8 5 體積) 。這使利用沼氣產(chǎn)熱、產(chǎn)機械能和產(chǎn) 電能成為可能。只有極少數(shù)的微生物可以將基質(zhì)厭氧生物降解。這些厭氧菌群與 好氧法處理污水用到的菌群完全不同。 活性污泥法是好氧生物處理方法。 1 1 2 活性污泥法的原理 1 9 1 2 年英國的克拉克( c l a r k ) 和蓋奇( g a g e ) 發(fā)現(xiàn)，對污水長時間曝氣會 3 淺論u n l t a n k l u c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 產(chǎn)生污泥，同時水質(zhì)會得到明顯的改善。繼而阿爾敦( a r d e n ) 和洛開脫( l o c k g t t ) 對這一現(xiàn)象進行了研究。曝氣試驗是在瓶中進行的，每天試驗結(jié)束時把瓶子倒空， 第二天重新開始，他們偶然發(fā)現(xiàn)，由于瓶子清洗不完善，瓶壁附著污泥時，處理 效果反而好。由于認識了瓶壁留下污泥的重要性，他們把它稱為活性污泥。隨后， 他們在每天結(jié)束試驗前，把曝氣后的污水靜止沉淀，只倒去上層凈化清水，留下 瓶底的污泥，供第二天使用，這樣大大縮短了污水處理的時間。這個試驗的工藝 化便是于1 9 1 6 年建成的第一個活性污泥法污水處理廠。 活性污泥法就是以懸浮在水中的活性污泥為主體，在微生物生長有利的環(huán)境 條件下和污水充分接觸，使污水凈化的一種方法【4 】。 活性污泥是以好氧性細菌為主體的微生物和水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜 在一起形成的肉眼可見的絮狀顆粒。顆粒大小約0 0 5 - - 0 5 m m ，表面積為2 0 - 1 0 0 c 矗1 1 1 1 ，比重約1 0 0 2 - - 1 0 0 6 ，靜置時能立即凝聚成較大的顆粒而沉降。絮狀體 一般呈黃褐色，因水質(zhì)不同也有呈深灰、灰褐，灰白等色。通過以活性污泥或生 物膜形式存在的微生物旺盛的代謝活動，氧化分解有機污染物，使污水凈化。微 生物的代謝，無論合成或分解，都是一系列極為復(fù)雜的生物化學(xué)變化，有分解、 合成、氧化、還原、轉(zhuǎn)移、異構(gòu)等各種反應(yīng)，絕大多數(shù)是在特定的酶促作用中進 行的。活性污泥中的微生物不斷地氧化分解污泥所吸附的有機質(zhì)，合成新的微生 物細胞。活性污泥具有良好的沉降性能，使處理水與污泥分開，達到凈化的目的。 活性污泥的特征是：具有很強的吸附能力?；钚晕勰嗟谋缺砻娣e小、菌膠團 表面有豐富的粘液物質(zhì)。據(jù)研究，1 0 - 3 0 r a i n 內(nèi)，生活污水中b o d 的8 5 - 9 0 可因活性污泥的作用而除去。具有很強的分解、氧化有機物的能力和p n 緩沖力。 活性污泥是多種微生物和有機物顆粒的聚集體，分解、氧化有機物的能力和p h 緩沖力巨大。具有良好的沉降性能。在污水處理過程中，活性污泥能將一些金屬 離子吸附，使與有機物形成絡(luò)合物而得以沉降除去。 使用好氧生物法的污水處理廠，利用氧氣和活性污泥將污水中的基質(zhì)轉(zhuǎn)化為 c 0 2 、h 2 0 和能量。能量可用于細胞消耗或產(chǎn)生新細胞。 0 2 污水+ 活性污泥c q + h 2 0 + 能量( 1 - - 3 ) 4 淺論ii n l l r a n k ，i ，u c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 活性污泥在曝氣過程中，對有機物的降解( 去除) 過程可分為兩個階段，吸 附階段和穩(wěn)定階段。在吸附階段，主要是污水中的有機物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去， 這是由于活性污泥具有巨大的表面積，而表面上含有多糖類的粘性物質(zhì)所致。在 穩(wěn)定階段，主要是轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機物為微生物所利用。當污水中的有機 物處于懸浮狀態(tài)和膠態(tài)時，吸附階段很短，一般在1 5 - - - 4 5 m i n 左右，而穩(wěn)定階段 較長。吸附量的大小，主要取決于有機物的狀態(tài)，若廢水中的有機物處于懸浮和 膠體狀態(tài)的相對量大時，則吸附量也大。污水中有機物不足時微生物開始內(nèi)源呼 吸自我消耗。 好氧生物處理法大量使用活性污泥。此處的活性污泥即本節(jié)前文提到的水與 細菌、真菌、高等有機體( 原生動物和后生動物) 等的混合體。傳統(tǒng)的好氧生物 污水處理廠的工藝最少由兩個基本工藝步驟組成，它們以空間或時間相分隔。 ( 1 ) 進水和曝氣：在此階段，污水與活性污泥接觸( 進水) ，所需氧氣充入 生物反應(yīng)器( 曝氣) 。 有機組分先被污泥團吸附( 富集) ，然后生物質(zhì)的酶促降解就可以開始了( 再 生) 。可生物降解的基質(zhì)在一定的條件下( p h 、0 2 、溫度、營養(yǎng)物等等) 被去除 氧化( 消耗氧) 。生物降解在細菌細胞內(nèi)以生物化學(xué)路徑進行) 。部分基質(zhì)轉(zhuǎn)化為 c 0 2 ( 逃逸到大氣中) 、水和其他礦物質(zhì)組分( 異化作用) 。其他基質(zhì)轉(zhuǎn)化為新細 胞物質(zhì)和碳源儲備( 同化作用) 。 ( 2 ) 沉淀與排放：曝氣后，在沉淀池中制造一個安靜的區(qū)域或階段?！拜^重 的 活性污泥與“較輕的”處理過的水因重力的作用而分離。污泥沉淀后，上層 的清水流到排放點排放。此階段活性污泥和水因重力而分離。生物降解過程在進 水曝氣階段已經(jīng)完成。 ( 3 ) m b r - 運行：在膜生物反應(yīng)器中，沉淀階段被壓力驅(qū)動的膜過濾所取代。 膜安裝在曝氣池內(nèi)( 沉沒式m b r ) 或外部( 過流式r ) m b r 工藝不需要另 外的沉淀池，使污水處理廠布局更緊湊，占地更少。 5 拽論u n i t a n k l u c a s i 藝及其在澳門敷個污水處理廠的應(yīng)用 中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 3 傳統(tǒng)活性污泥法 傳統(tǒng)的活性污泥法是由曝氣池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系統(tǒng)所組 成( 見圖1 3 ) 。 進水 污泥回流剩余污泥 圖1 3 傳統(tǒng)活性污泥法示意圖【5 】 污水進到曝氣池，和回流的活性污泥起形成混合液。曝氣池是一個生物反 應(yīng)器，通過曝氣設(shè)備充人空氣，空氣中的氧溶入污水使活性污泥涫合液產(chǎn)生好氧 代謝反應(yīng)。曝氣設(shè)備不僅傳遞氧氣進入混合液，且使混合液得到足夠的攪拌而呈 懸浮狀態(tài)。這樣，污水中的有機物、氧氣同微生物能充分接觸和反應(yīng)。 在進行生物處理后，混合液流入沉淀池?；旌弦褐械膽腋」腆w在沉淀池中沉 下來和水分離。清潔的出水流向排放點。 為了避免活性污泥在沉降池中聚集( 和沖走) ，保持曝氣池中污泥濃度( 活性 度) 充足，沉淀池中的污泥大部分回流，稱為回流污泥?；亓魑勰嗟哪康氖鞘蛊?氣池內(nèi)保持一定的懸浮固體濃度，也就是保持一定的微生物濃度。 曝氣池中的生化反應(yīng)引起了微生物的增殖，增殖的微生物通常從沉淀池中排 除，以維持活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。這部分污泥叫剩余污泥。剩余污泥中含有 大量的微生物，排放環(huán)境前應(yīng)進行處理。防止污染環(huán)境。如果剩余污泥沒有被廢 棄，可能會被出水沖走，導(dǎo)致出水超過限值。 在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，所有基本工藝步驟在地點或時n 相互分隔開。進水和曝氣發(fā) 生在獨立的曝氣池中，污泥沉降發(fā)生在獨立的沉降池中。 6 洼論u n i i a n k l u c a sj j 藝世其在澳門數(shù)十污水處理廠的應(yīng)用中m 大學(xué)碩學(xué)位論文 傳統(tǒng)系統(tǒng)的優(yōu)點是進水和出水持續(xù)流動( 管道和泵的最小液壓容量) 、反應(yīng)器 液面恒定( 不需要移動設(shè)備) 、工藝簡單。缺點是占地面積較大( 采用獨立的曝氣 池和沉降池) 、建造成本較高、工藝靈活度有限( 以地點控制) 。 1 1 4 s b r 法 s b r 是序列間歇式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r a c t i v a t e ds l u d g e p r o c e s s ) 的簡稱，足一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術(shù)，又稱 序批式活性污泥法。它由單池組成，工藝步驟在時間上分離，我們稱之為“階段”。 各階段的順序在時間上不斷重復(fù)，因此這些系統(tǒng)經(jīng)常稱為“循環(huán)式系統(tǒng)”。其順序 性階段包括；進村曝氣階段和沉降排放階段。在曝氣一段時間后，曝氣系統(tǒng)關(guān) 閉。此時，污泥在同一個池中沉降。污泥充分沉降后，潔凈的水被導(dǎo)向排放點。 然后進水曝氣階段重新開始，不需要污泥再循環(huán)。因不斷產(chǎn)生新污泥剩余的 活性污泥排到污泥處理脫水系統(tǒng)。具體如下圖1 4 所示。 出水 “- 竿h _ 十+十 一進景i 1 t ， 圖1 4s b r 法示意圖1 5 i 如圖14 所示：s b r 系統(tǒng)主要處理步驟如下： 進水：污水被送到反應(yīng)器中，與活性污泥混合。反應(yīng)器曝氣并混合，或者當 需要反硝化時只進行混合。在此階段，活性污泥大量負荷了污水?；钚晕勰辔?7 飛 淺論u n i t a n k l u c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 可生物降解的有機化合物。此階段稱為積聚階段。此工藝條件可與傳統(tǒng)活性污泥 系統(tǒng)的選擇區(qū)極為相似。即圖1 4 中的第一階段。 曝氣：活性污泥進行曝氣( 或者在反硝化階段進行混合) 。此時沒有進水污水。 污泥降解已經(jīng)吸附的可生物降解的化合物。此階段稱為再生階段。其條件與傳統(tǒng) 系統(tǒng)的生物反應(yīng)器相似。即圖1 4 中的第二階段。 進水和曝氣( 積聚再生) 交替進行是增加活性污泥數(shù)量的最佳方式，使得活 性污泥結(jié)構(gòu)稠密，沉降特性良好。第一、第二階段可以交替。 沉淀：在此階段沒有進水，而且曝氣和混合停止。時間和環(huán)境都促使污泥“絮 結(jié) 形成較大的污泥結(jié)構(gòu)。污泥向下沉降。池中條件對污泥沉降極為理想：反應(yīng) 器中沒有水流，不存在逆流阻礙污泥沉降。由于傳統(tǒng)生物系統(tǒng)存在二級沉淀池， 因此不會出現(xiàn)理想的條件。即圖1 4 中的第三階段。 排放：在此階段，反應(yīng)器的上層被排放。污泥繼續(xù)向下沉降。對污泥沉降極 為理想的條件再次出現(xiàn)在反應(yīng)器中：在整個污泥層中沒有水流。必須強調(diào)的是， 污泥沉降的條件比二級沉淀池更好。在此階段，剩余污泥也可以被廢棄。在此階 段廢棄污泥的優(yōu)點是污泥由于重力作用已經(jīng)濃縮，因此只需要花費較短的污泥脫 水時間和工作。亦為圖1 4 中的第三階段。 閑置：在處理水排放后，反應(yīng)池處于停滯狀態(tài)，等待下一個操作周期的開始。 與傳統(tǒng)污水處理工藝不同，s b r 技術(shù)采用時間分割的操作方式替代空間分割 的操作方式，非穩(wěn)定生化反應(yīng)替代穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)，靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動態(tài) 沉淀。它的主要特征是在運行上的有序和間歇操作，s b r 技術(shù)的核心是s b r 反 應(yīng)池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉池等功能于一池，無污泥回流系統(tǒng)。 s b r ( 序批式反應(yīng)器) 系統(tǒng)最重要的優(yōu)點是不需要污泥再循環(huán)( 使用較少設(shè)備： 泵、管道等) 、系統(tǒng)簡單( 所有工藝在一個池子中完成) ，特別是工藝靈活性高( 以 時間控制) 。 1 1 5u n i t a n k 與l u c a s 工藝 u n i t a n k l u c a s 工藝是一種由傳統(tǒng)活性污泥法和序批式( s b r ) 活性污泥 8 漶論u n f f a n k 幾u c a s 工藝及其在澳門教個污水處理廠的應(yīng)用中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 法復(fù)合而成的污水處理工藝。 u n i t a n k 工藝是2 0 世紀9 0 年代比利時s e g h e r s 公司開發(fā)的一項專利技 術(shù)，又稱交替式生物處理池。其實就是將s b r 的單池平行排列，某個池處在進水 階段時，另外的池處于出水階段。它克服了傳統(tǒng)s b r 法不能連續(xù)進出水且需要價 格昂貴的潷水器的缺點，采用固定出水堰揮水，實現(xiàn)了連續(xù)進、出水。u n i t a n k 工藝的發(fā)明人之一l u c v r i e n s 在此基礎(chǔ)上于2 0 0 0 年又發(fā)明了l u c a s 工藝。 l u c a s 工藝比u n i t a n k 更靈活、更優(yōu)越。l u c a s 是魯汶大學(xué)循環(huán)活性污泥法 ( l e u v c n l ! n i v c r s i t y c y c l i c 出m e d s h d g e ) 首字母的縮寫，同時又是造價低、隱 蔽、緊湊、先進和可持續(xù)發(fā)展( _ l o wc o s t u n o b t r u s i v e c o m p a c t a d v a n c e d s u s t a i n a b l e ) 首字母的縮寫1 6 】。 典型的u n i t a n k 工藝通用形式是采用三個相同容積池子組成的標準系統(tǒng) ( a ，b ，c 池) 。這三個池子通過共壁上的開孔或池底渠連通實現(xiàn)水力連接，每 池都設(shè)有曝氣系統(tǒng)，既可用鼓風(fēng)機供氣，也可進行機械表面曝氣及攪拌；外側(cè)的兩池 設(shè)有出水堰及剩余污泥排放口，它們交替作為曝氣池和沉淀池。中間池只作曝氣 池。進入系統(tǒng)的污水，通過進水閘控制可按時分序分別進入三個池中任意一個池 子。其處理程序按周期進行，b 池連續(xù)曝氣，兩側(cè)池內(nèi)間斷曝氣，交替作為沉淀 池和曝氣池，進水交替進入a 、b 、c 池，出水相應(yīng)地從c 、a 池引出。其工藝運 行按時間周期循環(huán)進行【6 2 0 1 。 第一階段見圖1 5 。污水進入a 池，進來的水與活性污泥混合曝氣。有機物 被吸附并被部分降解( 吸附階段) 。水從a 池進入曝氣的b 池，污泥進一步降解 所吸附的有機物質(zhì)( 再生階段) 。最后，泥水混合液到達c 池，此時c 池作為沉 淀池使用。污泥通過重力沉降，清水從溢流堰捧出，剩余污泥從c 池排出。 、出水 圖1 5 第一階段示意圖 第二階段見圖1 6 。污水進入b 池，進來的水與活性污泥混合曝氣。a 池停 9 淺論u n 丌船f 肌u c s 工藝及其在澳門敦個污水處理廠的應(yīng)用中山大學(xué)頃學(xué)位論文 止曝氣，開始沉淀，為下一階段的排水做準備。泥水混合液進入c 池。c 池繼續(xù) 作為沉淀池使用，清水繼續(xù)從溢流堰排出。 出水 嫩b k 劐 出t 藍! “ 拽論u n a n k ，l u c a s t 藝及其在澳】撒個污水處4 r 的應(yīng)用中m 大學(xué)頓學(xué)位論文 是一種“循環(huán)系統(tǒng)”( 見圖1 9 ) t ， 峰魚照釜蚤瑾 u 圖l 一9 典型的l u c a s 工藝示意目【5 l 第一階段：污水進入a 池進來的水與活性污泥混合曝氣。有機物被吸附并 被部分降解( 吸附階段) 。水從a 池進入曝氣的b 池，污泥進一步降解所吸附的 有機物質(zhì)( 再生階段) 。最后，泥水混合液到達c 池，此時c 池作為沉淀池使用。 污泥通過重力沉降，清水從溢流堰排出，剩余污泥從c 池排出。 第二階段：污水進入c 池進來的水與活性污泥混合曝氣。有機物被吸附并被 部分降解( 吸附階段) 。水從c 池進入曝氣的a 池，污泥進步降解所吸附的有 機物質(zhì)( 再生階段) 。雖后，泥水混合液到達b 池，此時b 池作為沉淀池使用。 污泥通過重力沉降，清水從溢流堰排出，剩余污泥從b 池排出。 第三階段：污水進入b 池進來的水與活性污泥混合曝氣。有機物被吸附井被 部分降解( 吸附階段) 。水從b 池進入曝氣的c 池，污泥進一步降解所吸附的有 機物質(zhì)( 再生階段) 。最后，泥水混合液到達a 池，此時a 池作為沉淀池使用。 污泥通過重力沉降，清水從溢流堰排出剩余污泥從a 池排出。 由上述可知，u n i t a n k t 藝與l u c a s 工藝基本原理相同。其區(qū)別僅在于中 間池是否可以出水。典型u n i t a n k 工藝的中問池只做曝氣池使用，不能出水。 而典型l u c a si 藝的中間池配備有出水堰，可以出水。 在實際設(shè)計建造中，只要稍加改動，將u n i t a n k 工藝的中間池增加出水堰， 兩邊池之間增加水力連接，兩個工藝是很容易互換的。所以本文將兩個工藝綜合 l l 廠 淺論u n r r a n x ，i u c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 在一起討論。 u n i t a n k 與l u c a s 工藝是一種傳統(tǒng)活性污泥法與s b r 法的復(fù)合，它的處 理過程包含進水、污泥增長、沉淀、出水等階段。 在進水階段，污水進入反應(yīng)器與池中原有活性污泥混合。此時反應(yīng)器可以是 攪拌或曝氣狀態(tài)。此階段，活性污泥負荷較大，吸附了原污水中可生物降解的物 質(zhì)，此階段稱為積累階段。在進水階段，可以使反應(yīng)池進入缺氧狀態(tài)，促使反硝 化反應(yīng)的發(fā)生。如果只進水攪拌而不曝氣，就會產(chǎn)生缺氧。這樣，微生物消耗硝 酸鹽中的氧對污水進行生物降解。硝酸鹽中的氮轉(zhuǎn)化為氮氣逸出。 在污泥增長階段，活性污泥經(jīng)曝氣( 或在反硝化階段經(jīng)混合) ，沒有原污水進 入的情況下會消化吸附于其上的可生物降解物質(zhì)，增加了污泥量。與傳統(tǒng)活性污 泥法的曝氣池中發(fā)生的情況類似。調(diào)整迸水與曝氣的時間，可控制污泥的產(chǎn)量和 污泥的可沉降性等性狀。 在沉淀階段沒有源污水進入，曝氣和攪拌也停止，使污泥的菌膠團集結(jié)成更 大的污泥團，污泥開始沉淀。此階段沒有水流擾動，是沉淀的理想狀態(tài)。此狀態(tài) 優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法的二沉池。 在出水階段，反應(yīng)池中的上清液被排出。污泥繼續(xù)沉淀。污泥層沒有任何水 流擾動，遠優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法的二沉池。 由上述可知，u n i t a n k l u c a s 工藝的運行近似于三溝式氧化溝，通過將經(jīng) 典s b r 的時間推流與連續(xù)系統(tǒng)的空間推流相結(jié)合保證了系統(tǒng)的連續(xù)運行，彌補了 單個反應(yīng)器完全混合的不足。u n i t a n k l u c a s 工藝不需要設(shè)置污泥回流系統(tǒng)， 采用了矩形池結(jié)構(gòu)，因而反應(yīng)池可共用隔墻，減少占地，節(jié)省了土建費用。同時 u n i t a n k l u c a s 工藝采用模塊化設(shè)計，這樣便于將來進行擴建，也便于根據(jù)進、 出水水質(zhì)對工藝運行狀況進行靈活調(diào)整。系統(tǒng)的進出水均采用渠道，與管道配水相 比水頭損失小，造價可大為減少。另外在污泥污水分離過程中，不需要刮泥設(shè)備或 浮式撇水機械，大大減少機械設(shè)備維護養(yǎng)護工作量。系統(tǒng)的控制，采用實用可靠的 監(jiān)測儀表，使生化反應(yīng)在受控條件下進行，穩(wěn)定可靠，保證處理效果。由于構(gòu)筑物可 相聯(lián)在一起，可以全部建在地下或池上部加屋蓋，將對周圍環(huán)境影響減少到最小程 1 2 淺論u n i t a n i c u l u c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 度。 u n i t a n l u c a s 工藝的優(yōu)點總結(jié)如下： 工藝緊湊、簡單；模塊化；工藝成熟、可靠；因“以時間控制 ，( 工藝) 靈 活性高：在碳源氧化、硝化反應(yīng)、反硝化反應(yīng)、生物除磷和沉淀過程都可以隨意 切換；每池基質(zhì)變化：因集成的選擇效應(yīng)，有利于污泥菌團的形成沉淀；連續(xù)進 水和連續(xù)出水成為可能；反應(yīng)器的容積和池中水位不變；沉淀池短路不可能發(fā)生； 不必污泥回流。 1 1 6 傳統(tǒng)活性污泥法、s b r 法和u n i t a n l ( r l u c a s 法優(yōu)缺 點比較 傳統(tǒng)活性污泥法、s b r 法和u n i t a n k l u c a s 工藝各有優(yōu)缺點，主要為： 傳統(tǒng)的活性污泥法需要單獨的沉淀池，s b r 法和u n i 劇蝌l u c a s 工藝則 不需要單獨的沉淀池。 傳統(tǒng)的活性污泥法占地面積較大，s b r 法和u n i t a n k l u c a s 工藝則占地 面積較小。 s b r 法和u n i t a n k l u c a s 工藝均為模塊化，擴大規(guī)模時成倍增加模塊數(shù) 量即可，傳統(tǒng)的活性污泥法擴大規(guī)模則沒有這么簡單。 s b r 法和u n i t a n l ( l u c a s 工藝都是按時間控制反應(yīng)的步驟，傳統(tǒng)的活性 污泥法則是由地點控制。 s b r 法和u n i t a n k l u c a s 工藝可通過調(diào)節(jié)反應(yīng)步驟，控制反應(yīng)時間來增 加除磷脫氮的功能，傳統(tǒng)的活性污泥法則需要增加反應(yīng)池才能達到此目的。 s b r 法和u n i t a n k l u c a s 工藝基質(zhì)的濃度梯度較大，傳統(tǒng)的活性污泥法 基質(zhì)的濃度梯度由小到大，隨反應(yīng)器的構(gòu)造而變化。 u n i t a n k i i7 c a s 工藝和傳統(tǒng)的活性污泥法均為連續(xù)進水、出水，s b r 法則 是間歇進出水。 u n i 吖州k i u c a s 工藝和傳統(tǒng)的活性污泥法的反應(yīng)器容積和液位固定不變， s b r 法的反應(yīng)器液位則隨反應(yīng)時段的不同而變化。 13 淺論i 肘1 1 r a n k i jj c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用 中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 s b r 法和u n i t a n l ( u j c a s 工藝不需要污泥回流，傳統(tǒng)的活性污泥法則需 要污泥回流。 u n i t a n l u c a s 工藝和傳統(tǒng)的活性污泥法有固定的出水堰，s b r 法有移動 的出水堰。將三者的比較列入下表1 1 中。 表1 1 三者優(yōu)缺點比較 1 2u m t a n l ( r l u c a s 工藝的現(xiàn)狀及脫氮除磷的原理 1 2 1u n i t a n k l u c a s 工藝的現(xiàn)狀 u n i 吖蝌k i j7 c a s 工藝自2 0 世紀9 0 年代開發(fā)以來，由當初的典型3 池，發(fā) 展成多種組合、多種功能的完整的污水處理工藝。本節(jié)將u n l w 蝌l ( l u c a s 工 藝簡化為l u c a s 工藝來描述其發(fā)展現(xiàn)狀f 2 l 】。 根據(jù)水質(zhì)水量的不同，可以選擇l u c a s l 池，l u c a s - - 2 池，l u c a s 3 1 4 淺論u n i t a n k l u c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用 中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 池，l u c a s 一4 池。 水質(zhì)較差時，可以選擇l u c a s 一兩段好氧。即由兩個l u c a s 系統(tǒng)組成系 列，高負荷的好氧系統(tǒng)后面接低負荷好氧系統(tǒng)。 還有l(wèi) u c a s - - 厭氧、好氧。即先進行厭氧預(yù)處理，后接好氧后處理。 水量較大，可以選擇l u c a s 一多組，即以l u c a s 3 池或l u c a s 4 池為模 塊，兩倍、三倍的增加，依此類推。 l u c a s 一脫氮除磷，在反應(yīng)器中制造合適的條件或狀態(tài)，使硝化細菌與反硝 化細菌以及除磷菌發(fā)揮最佳作用。 l u c a s - - 力i i 蓋式，即臭氣零排放。澳門采用u n i t a n k l u c a s 工藝的污水 處理廠均為加蓋式，防止了臭氣的泄漏。 l u c a s 變色龍。通過覆蓋自然植物等方法，使污水處理廠隱藏在自然環(huán)境 之中，與自然環(huán)境融為一體，對環(huán)境零影響。 l u c a s 閉環(huán)，即出水循環(huán)再利用。 l u c a s 一瀉湖，節(jié)省建筑費用，利用地形，采用很淺的反應(yīng)池。 目前，u n i t a n k l u c a s 工藝已經(jīng)在世界范圍內(nèi)應(yīng)用于千余家污水處理廠。 在國內(nèi)，也有上百座污水處理廠采用了此項技術(shù)?，F(xiàn)舉例如下。 1 5 淺論u n i t a n k l u c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用 中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 表1 - - 2u n i t a n k l u c a s 工藝在國內(nèi)應(yīng)用項目示例 1 2 2u n i t a n k l u c a s 工藝脫氮除磷的原理 地表水的富營養(yǎng)化( 地表水的n 、p 濃度過高，造成藻類過量繁殖) 。夜間， 藻類耗盡水體中的氧氣，致使魚類、兩棲動物等的大量死亡。 為防止水體富營養(yǎng)化，就要凈化污水，使氮和磷達標排放。在大部分污水處 理系統(tǒng)中，生物除氮是一個重要的工藝步驟。 自然界的氮循環(huán)如圖所示。 1 6 淺論i j n r r a n k i u c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖1 一l o 自然界的氮循環(huán)【2 2 】 污水生物脫氮【2 3 】f 2 4 1 利用自然界氮素循環(huán)的原理，在水處理構(gòu)筑物中營造出適 宜于不同微生物種群生長的環(huán)境，通過人工措施，提高生物硝化反硝化速率，達 到廢水中氮素去除的目的，一般由三種作用組成：氨化作用、硝化作用和反硝化 作用。 ( 1 ) 氨化作用 未經(jīng)處理的城市污水中的有機氮主要有蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、氰化 物和硝基化合物等。有機氮化合物在好氧菌和氨化菌的作用下被分解轉(zhuǎn)化為氨態(tài) 1 7 淺論u n r r a n k ，il c a s 工藝及其在澳門數(shù)個污水處理廠的應(yīng)用。中山大學(xué)碩士學(xué)位論文 氮。 ( 2 ) 硝化反應(yīng) 生物硝化反應(yīng)是亞硝化菌、硝化菌將氨氮氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，是 由一群自養(yǎng)型好氧微生物通過兩個過程完成的：第一步先由亞硝酸菌將氨氮轉(zhuǎn)化 為亞硝酸鹽，稱為亞硝化反應(yīng)，第二步由硝酸菌將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽。 ( 3 ) 反硝化反應(yīng) 生物反硝化反應(yīng)是在缺氧狀態(tài)下，將硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還 原成氣態(tài)氮或氮氧化物的過程，它是一群異氧型微生物通過同化作用和異化作用 來完成的。異化作用就是將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原成氮氣和氮的氧化物等氣體物 質(zhì)，主要是氮氣。而同化作用是反硝化菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原成氨氮供新細 胞合成之用。 生物除磷【2 5 】【2 6 l s l 2 藝是在原有活性污泥工藝的基礎(chǔ)上，通過設(shè)置一個厭氧階 段，選擇能過量吸收并貯藏磷的微生物( 稱為聚磷微生物) ，以降低出水的磷含量。 生物脫磷是用聚磷菌去除高濃度磷的微生物處理工藝。特殊的好氧菌會攝取比普 通攝磷菌供細胞生長( 同化攝取) 所需更多的磷，以多磷酸鹽的形式存在細胞內(nèi) ( 過度攝取) 。 聚磷菌可以攝取其細胞量2 5 之多的多磷酸鹽磷。聚磷菌中的多磷酸鹽分子 鏈在厭氧條件下被打開，釋放出能量。細菌利用此能量來攝取揮發(fā)性脂肪酸( 如 醋酸) ，并以p h b 形式儲存碳源。多磷酸鹽分子鏈打開后，周圍水中正磷酸鹽濃 度增加，即磷的傳遞。磷的攝取量( 好氧段) 比磷的傳遞( 厭氧段) 量多時，磷 就從污水中去除了。 因為聚磷菌生長速度慢，競爭力差，在