生化處理工藝比選

1、生化處理工藝比選本工程的原水水質(zhì)高,要到達(dá)回用和達(dá)標(biāo)排放要求,對有機物、總氮、總磷的去除率要求均非常高,本工程應(yīng)選擇同時具有較高脫氮除磷工藝的二級生物生化處理工藝.污水二級處理工藝通?？蛇x用懸浮生長型活性污泥法、固著生長型生物膜法、化學(xué)法及物理化學(xué)法等.懸浮生長型活性污泥法和固著生長型生物膜法在處理有機廢水方面和化學(xué)法及物理化學(xué)法相比具有處理效率高、處理效果好、效果較為穩(wěn)定、運轉(zhuǎn)經(jīng)驗豐富、運行費用低、無二次污染等優(yōu)點,在國內(nèi)外被普遍采用.本次設(shè)計在這兩類中進行篩選.1.1.1. 懸浮生長型活性污泥法工藝簡介懸浮型活性污泥法污水處理工藝主要有以下一些工藝系列：AAO系列、氧化溝系列、序批式反響器

2、SBR系列、一體化系列、多段式系列等.各種系列均在不斷地開展、改進,形成的目前比擬典型的工藝有：1.1.1.1. AAO工藝系列主要包括常規(guī)AAO工藝、改進AAO工藝、倒置AAO工藝、UCT工藝、MUCT工藝、多段多級缺氧好氧工藝等.(1) 常規(guī)AAO工藝常規(guī)A/A/O工藝是一種典型的除磷脫氮工藝,其生物反響池由ANAEROBIC厭氧、ANOXIC缺氧和OXIC好氧三段組成,其典型工藝流程見圖3.2-1.這是一種推流式的前置反硝化型工藝,其特點是厭氧、缺氧和好氧三段功能明確,界線清楚,可根據(jù)進水條件和出水要求,人為地創(chuàng)造和限制三段的時空比例和運轉(zhuǎn)條件,只要碳源充足TKN/CODW0.08或BO

3、D/TKN24便可根據(jù)需要到達(dá)比擬高的脫氮率.混合液回流圖3.2-1常規(guī)AAO工藝流程圖常規(guī)A/A/O工藝呈厭氧A1/缺氧A2/好氧O的布置形式,具有如下特點：TN的去除率可到達(dá)60%70%,TP的去除率為70%80%.反響池內(nèi)要分成多格,以有效地維持厭氧、缺氧和好氧狀態(tài).要設(shè)置硝化液回流泵.由于厭氧區(qū)居前,回流污泥中的硝化液進入?yún)捬醵?造成脫氮菌和聚磷菌對碳源的競爭,回流污泥中的硝酸鹽對厭氧區(qū)產(chǎn)生不利影響.污泥齡的取值要兼顧脫氮長泥齡和除磷短泥齡的矛盾,即要平衡脫氮效果和除磷效果,污泥齡一般取1073天.(2) 改進AAO工藝為了常規(guī)解決A/A/O工藝的缺點,即由于厭氧區(qū)居前,回流污泥中的硝

4、酸鹽對厭氧區(qū)產(chǎn)生不利影響,改進A/A/O工藝在厭氧池之前增設(shè)厭氧/缺氧調(diào)節(jié)池,改進A/A/O工藝流程見圖3.2-2所示,來自二沉池的回流污泥和10%左右的進水進入調(diào)節(jié)池,停留時間為2030min,微生物利用約10%進水中的有機物去除回流硝態(tài)氮,消除硝態(tài)氮對厭氧池的不利影響,從而保證厭氧池的穩(wěn)定性.進水90%混合液回流圖3.2-2改進AAO工藝流程圖3倒置AAO工藝為防止傳統(tǒng)A/A/O工藝回流硝酸鹽對厭氧池放磷的影響,將缺氧池置于厭氧池前面,來自二沉池的回流污泥和3050%的進水,50750%的混合液回流均進入缺氧段.回流污泥和混合液在缺氧池內(nèi)進行反硝化,反硝化菌位于碳源爭圖3.2-3分點進水倒

5、置AAO工藝流程圖倒置A/A/O工藝的缺點主要是,假設(shè)回流比擬大,當(dāng)硝酸鹽濃度高時,缺氧段易被擊穿,未反硝化的硝酸鹽進入?yún)捬醵?影響除磷效果,需輔以化學(xué)除磷舉措.另外,大量的回流稀釋了厭氧池反響物濃度,降低了反響速率.(4) UCT工藝UCT工藝的流程見圖3.2-4所示,與常規(guī)A/A/O工藝的區(qū)別在于,回流污泥首先進入缺氧段,而缺氧段局部出流混合液再回至厭氧段.通過這樣的修正,可以防止因回流污泥中的NQrN回流至厭氧段,干擾磷的厭氧釋放,而降低磷的去除率.回流污泥帶回的NO3-N將在缺氧段中被反硝化.當(dāng)入流污水的BOD5/TKN或BOD5/TP較低時,較適用UCT工藝.內(nèi)回流I(r=100-2

6、00%)圖3.2-4UCT工藝流程圖UCT工藝的缺點主要是不易限制缺氧段的停留時間,假設(shè)限制不當(dāng),DO仍會影響厭氧區(qū).(5) MUCT工藝MUCT工藝的流程如圖3.2-5所示,是對UCT工藝的基改進,即將缺氧段一分為二,形成二套獨立的內(nèi)回流,克服了UCT工藝不易限制缺氧段的停留時間.但是比傳統(tǒng)A/A/O工藝多了一級污泥回流,因此系統(tǒng)的復(fù)雜程度和自控要求有所提升,耗能有所增加.另外,設(shè)兩個單獨的缺氧池,增加了缺氧池體積.圖3.2-5MUCT工藝流程圖5多段多級缺氧好氧活性污泥法多級缺氧好氧活性污泥法工藝的流程如圖3.2-6所示,即將污水在生化池經(jīng)過厭氧、缺氧、好氧屢次交替,使聚磷菌、硝化菌和反硝

7、化菌共存于同一污泥系統(tǒng)中,實現(xiàn)同步除磷脫氮,增加脫氮效果.圖3.2-6多段缺氧好氧活性污泥法1.1.1.2. 氧化溝工藝系列主要包括奧貝爾氧化溝工藝、卡魯塞爾氧化溝工藝、雙溝式DE氧化溝工藝、三溝式T型氧化溝工藝等.氧化溝是活性污泥法的一種改進型,具有除磷脫氮功能,其曝氣池為封閉的溝渠,廢水和活性污泥的混合液在其中不斷循環(huán)流動,因此氧化溝乂名“連續(xù)循環(huán)曝氣池.過去由于其曝氣裝置動力小,使池深及充氧水平受到限制,導(dǎo)致占地面積大,土建費用高,使其推廣及運用受到影響.近十年來由于曝氣裝置的不斷改進、完善及池形的合理設(shè)計,彌補了氧化溝過去的缺點.1卡魯塞爾氧化溝卡魯塞爾氧化溝是荷蘭DHV公司開發(fā)的.該

8、工藝在曝氣渠道端部裝有低速外表曝氣機.在曝氣渠內(nèi)用隔板分格,構(gòu)成連續(xù)渠道.表曝機把水流推向曝氣區(qū),水流連續(xù)經(jīng)過幾個曝氣區(qū)后經(jīng)堰口排出.為了保證溝中流速,曝氣渠的幾何尺寸和表曝機的設(shè)計是至關(guān)重要的,DHV公司往往要通過水力模型才能確定工程設(shè)計.最近DHV公司乂開發(fā)了卡魯塞爾2000型,把厭氧/缺氧/好氧與氧化溝循環(huán)式曝氣渠巧妙的結(jié)合起來,改變了原調(diào)節(jié)性差,除磷脫氮效果低的缺點,但水力設(shè)計更為復(fù)雜.卡魯塞爾氧化溝的缺點是池深較淺,一般為4.0m,占地面積大,土建費用高.也有將卡魯塞爾氧化溝池深設(shè)計為6m或更深的情況,但需采用潛水推流器提供額外動力.2雙溝式DE型氧化溝和三溝式T型氧化溝雙溝式DE型

9、氧化溝和三溝式T型氧化溝是丹麥克魯格公司開發(fā)的.DE型氧化溝為雙溝組成,氧化溝與二沉池分建,有獨立的污泥回流系統(tǒng),DE型氧化溝可按除磷脫氮或脫氮等多種工藝運行.雙溝式氧化溝是由兩個容積相同,交替進行的曝氣溝組成.溝內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)刷和水下攪拌器,實現(xiàn)硝化過程.由于周期性的變換進、出水方向需啟閉進出水堰門和變換轉(zhuǎn)刷和水下攪拌器的運行狀態(tài),因此必須通過計算機限制操作,對自控要求較高.三溝式氧化溝集曝氣沉淀于一體,工藝更為簡單.三溝交替進水,兩外溝交替出水,兩外溝分別作為曝氣或沉淀交替運行,不需設(shè)二沉池及污泥回流設(shè)備.同DE型氧化溝相同,需要的自動化程度高.由于這兩種氧化溝采用轉(zhuǎn)刷曝氣,池深較淺,占地面積大

10、.雙溝式和三溝式由于各溝交替進行,明顯的缺點是設(shè)備利用率低,三溝式的設(shè)備利用率只有58%,設(shè)備配置多,使一次性設(shè)備投資較大.3奧伯爾orbal氧化溝奧伯爾orbal氧化溝是氧化溝類型中的重要形式,此法起初是由南非的休斯曼設(shè)想,南非國家水研究所研究和開展的,該技術(shù)轉(zhuǎn)讓給美國的Envirex公司后得到的不斷的改進及推廣應(yīng)用.奧伯爾氧化溝是橢圓型的,通常有三條同心曝氣渠道也有兩條或更多條渠道.污水通過淹沒式進水口從外溝進入,順序流入下一條渠道,由內(nèi)溝道排出.奧伯爾氧化溝具有同時硝化、反硝化的特性,在氧化溝前面增加一座厭氧選擇池,便構(gòu)成了生物除磷脫氮系統(tǒng).污水和回流污泥首先進入?yún)捬踹x擇池,停留時間約1

11、小時,在厭氧池中完成磷的釋放,并改善污泥的沉降性,然后混合液進入氧化溝進行硝化、反硝化,實現(xiàn)除磷脫氮.奧伯爾氧化溝的缺點是池深較淺,一般為4.3m左右,占地面積較大,由于池型為橢圓型,對地塊的有效利用較差.1.1.13.序批式反響器SBR處理工藝系列主要包括ICEAS工藝、CAST工藝、SBR工藝、CASS工藝等.CASS反響器工藝是以生物反響動力學(xué)原理及合理的水力條件為根底而開發(fā)的一種具有系統(tǒng)組成簡單、運行靈活和可靠性好等優(yōu)良特點的廢水處理新工藝,尤其適用于含有較多工業(yè)廢水的城市污水及要求脫氮除磷的處理.CASS的整個工藝為一間歇式反響器,在此反響器中進行交替的曝氣一不曝氣過程的不斷重復(fù),將

12、生物反響過程及泥水的別離過程結(jié)合在一個池子中完成.因此,它是SBR工藝及ICEAS工藝的一種最新變型.CASS反響器由三個區(qū)域組成：生物選擇區(qū)、兼氧區(qū)和主反響區(qū).生物選擇區(qū)是設(shè)置在CASS前端的小容積區(qū),通常在厭氧或兼氧條件下運行.兼氧區(qū)不僅具有輔助厭氧或兼氧條件下運行的生物選擇區(qū)對進水水質(zhì)水量變化的緩沖作用,同時還具有促進磷的進一步釋放和強化反硝化作用.主反響區(qū)那么是最終去除有機物的場所.CASS反響器構(gòu)造見圖3.2-7.預(yù)反g區(qū)主反響區(qū)圖3.2-7CASS反響器構(gòu)造圖CASS_匚藝脫氮除磷的原理為：除磷是靠厭氧捕捉選擇區(qū)預(yù)反響區(qū)和曝氣反響區(qū)主反響區(qū)完成.硝化和反硝化在主反響區(qū)完成.從充水/

13、曝氣開始,溶解氧DO濃度從Omg/L逐漸增加到2.0mg/L的過程中,大約有50%的時間其DO接近于零,約30%時間DO在lmg/L左右,約20%時間DO在2mg/L左右.DO能否進入微生物絮體內(nèi),取決于絮體大小和活性污泥的好氧速率.一般情況下,好氧速度較快,當(dāng)DO含量不高時,溶解氧很難進入絮體內(nèi)部,這樣在絮體內(nèi)形成了微缺氧環(huán)境,而硝化產(chǎn)生的較多濃度梯度的NO3-N-可進入絮體內(nèi)部,使絮體內(nèi)部發(fā)生反硝化作用,使硝化/反硝化過程同時發(fā)生.無需專設(shè)缺氧區(qū)和內(nèi)回流系統(tǒng).1.1.1.4. 一體化處理工藝系列主要包括MSBR工藝、Unitank工藝等.MSBR是80年代后期開展起來的技術(shù),是連續(xù)進水、連

14、續(xù)出水的反響器,其實質(zhì)是A/A/O系統(tǒng)后接SBR,因此具有A/A/O的生物除磷脫氮功能和SBR的一體化、流程簡潔、限制靈活等優(yōu)點.主要缺點是整個流程較復(fù)雜,核心屬于專利技術(shù),國內(nèi)應(yīng)用較少.1.1.1.5. 多段式處理工藝系列主要包括二段法工藝、AB法工藝、Bardenpho工藝、Phoredox工藝、其它多段式工藝等,但工藝較為繁瑣,實際工程中應(yīng)用較少.1.1.1.6. 幾種典型活性污泥法工藝比擬從處理效果來看,以上工藝系列均可滿足本工程處理要求.但污水處理工藝的選擇還應(yīng)充分考慮技術(shù)的可行性、可靠性、成熟度,經(jīng)濟的合理性,對污水水質(zhì)、水量的適應(yīng)性,運行的穩(wěn)定性等各種因素.應(yīng)用較廣泛的典型活性污

15、泥法處理工藝系列的綜合特點比擬詳見表3.2-1.表3.2典型活性污泥法處理工藝綜合特點比擬表內(nèi)容方案一氧化溝系列工藝方案二AAO系列工藝方案三SBR系列工藝C處理效果好好好N處理效果較好好較好P處理效果好前置厭氧段好好前置厭氧段運行可靠性好好較好忍受沖擊負(fù)荷水平好較好好操作治理方便方便復(fù)雜構(gòu)筑物數(shù)量一般較多較少生反池體積利用率高高一般設(shè)備臺套數(shù)一般較多較少對機械設(shè)備的要求高一般高機械設(shè)備利用率高高較低對系統(tǒng)自控的要求較低一般高出水水質(zhì)控好好較好污泥量一般一般一般剩余污泥濃度較高較高較低污泥穩(wěn)定性較穩(wěn)定較穩(wěn)定較穩(wěn)定構(gòu)筑物布置集約化程度較差較高高構(gòu)筑物占地較大較小較小基建投資稍大稍小一般運行費用較

16、高一般較高工藝流程較簡單較復(fù)雜一般曝氣形式機械曝氣微孔鼓風(fēng)曝氣微孔鼓風(fēng)曝氣供氧利用率一般高較高內(nèi)回流比100%200%無外回流比50%150%50%工程實例較多多較少工程適用性較廣廣一般規(guī)模適應(yīng)性大、中、小型特大、大、中、小型中、小型1.1.2.固著生長型生物膜法工藝簡介固著生長型生物膜法污水處理工藝主要有以下一些工藝系列：生物濾池系列、生物接觸氧化池系列、生物轉(zhuǎn)盤系列和生物流化床系列等.在生物膜法工藝中,生物濾池工藝的應(yīng)用較多,其他工藝的應(yīng)用較少,因此如考慮固著生長型生物膜法處理工藝,那么首推生物濾池工藝.現(xiàn)代曝氣生物濾池是在生物接觸氧化工藝的根底上,引入上水處理過濾原理開展成一種新工藝,在

17、80年代初出現(xiàn)在歐洲,主要是在一級強化處理根底上將生物氧化與過濾結(jié)合在一起,濾池后可不設(shè)二次沉淀池,通過反沖洗再生,實現(xiàn)濾池周期運行.由于其良好性能,應(yīng)用范圍逐漸擴大.至九十年代已日趨成熟,在廢水二級、三級處理中曝氣生物濾池開展很快,法國、英國澳地利和澳大利亞等環(huán)保公司,已有成熟產(chǎn)品推向市場.圖3.2-8為常見的幾種曝氣生物濾池工藝流程,其中C表示濾池功能去除有機物,N表示氨氮硝化,DN表示反硝化.曝氣生物濾池工藝需要借助鐵鹽、鋁鹽等凝聚劑,對污水進行化學(xué)除磷.凝聚劑回流液圖3.2-8曝氣生物濾池流程1.13其他新型處理工藝簡介近年來,在常規(guī)的生物脫氮除磷工藝根底上,乂開展出了其他一些新型的處

18、理高效、占地節(jié)省的工藝類型,其中較有代表性的如膜生物反響器(MBR)工藝、MBBR工藝等.1.13.1. 膜生物反響器(MBR)工藝膜別離技術(shù)的工程應(yīng)用開始于20世紀(jì)60年代的海水淡化.以后,隨著各種新型膜的不斷問世,膜技術(shù)也逐步擴展到城市生活飲用水凈化和城市污水處理以及醫(yī)藥、食品、生物工程等領(lǐng)域.在全球水資源緊缺、受污染日益嚴(yán)重的今天,膜技術(shù)作為一種新型的再生水回用技術(shù),得到越來越廣泛的應(yīng)用.膜技術(shù)在城市污水處理中的最初應(yīng)用是利用超濾膜取代傳統(tǒng)的二沉池,取得了極好的效果.但當(dāng)時膜技術(shù)處于開展初期,膜價格昂貴,壽命短,能耗高,未能得到推廣應(yīng)用.20世紀(jì)80年代,隨著膜技術(shù)的開展和完善,膜生物反

19、響器Membrane-Bioreactor,簡稱MBR開始引入城市污水及垃圾填埋滲濾液的處理.這種集成式組合新工藝把生物反響器的生物降解作用和膜的高效分離技術(shù)溶于一體,具有出水水質(zhì)好且穩(wěn)定、處理負(fù)荷高、裝置占地面積小、產(chǎn)泥量小、操作治理簡單等特點,近年來在國際水處理技術(shù)領(lǐng)域日益得到廣泛關(guān)注.在國內(nèi)再生水處理工程中也得到了較大的推廣和應(yīng)用.MBR工藝分為外置式和內(nèi)置式兩種,兩種工藝均在城市污水深度處理和再生水回用工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用.內(nèi)置式MBR工藝的典型工藝流程如下列圖所示.出水濾液排“水泵房圖3.2-9MBR工藝典型流程圖膜生物反響器根據(jù)生物處理的工藝要求,建有三個生物反響區(qū)池,分為

20、厭氧區(qū)除磷、好氧區(qū)硝化池和缺氧區(qū)反硝化池.膜組件浸沒于好氧區(qū)內(nèi),各區(qū)之間通過潛水推進器來循環(huán)混合液.污水先進入?yún)捬鯀^(qū)與缺氧區(qū)回流的污泥混合,在厭氧條件下聚磷菌對磷的釋放,使污水中磷的濃度升高；厭氧區(qū)出水與好氧區(qū)回流污水相混合進入缺氧區(qū),在此將大分子量長鏈有機物分解為易生化的小分子有機物,然后污水進入好氧區(qū)進行有機物生物降解,同時進行生物硝化反響,并通過回流到缺氧區(qū)進行反硝化,完成脫氮功能,缺氧區(qū)中置有潛水?dāng)嚢杵?到達(dá)混合的作用.通過和傳統(tǒng)的活性污泥法及生物膜法比擬,MBR工藝有以下優(yōu)點：1膜生物反響器采用PVDF膜,其孔徑只有0.10.4微米,能夠高效地進行固液別離,出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高,品質(zhì)穩(wěn)定,

21、懸浮物和濁度接近于零,可直接回用；2解決了傳統(tǒng)活性污泥法造成的沉淀局部對最大生物濃度的限制,反響器內(nèi)的微生物濃度高,是傳統(tǒng)方法的23倍,達(dá)800070000毫克/升,容積負(fù)荷高,對水質(zhì)水量的變化適應(yīng)力強,耐沖擊負(fù)荷強.3工藝流程簡潔,占地小.MBR工藝與AAO工藝根本相同,只是用膜池代替了二沉池及過濾,占地面積小.MBR工藝的主要缺點是：1出水需要采用水泵抽吸,動力費高.2膜系統(tǒng)需要設(shè)置反洗及化學(xué)反洗系統(tǒng),定期對MBR膜組件進行反洗,增加了投資及占地、操作復(fù)雜、運行費高.MBR系統(tǒng)設(shè)置一套反洗及化學(xué)反洗系統(tǒng),此系統(tǒng)是由反洗水泵、次氯酸鈉及檸檬酸加藥裝置構(gòu)成.3膜組件造價高,且34年需要更換,運

22、行本錢高.1.1.3.2.載體流動床生物膜工藝MBBR工藝載體流動床生物膜工藝是一種生物膜法與活性污泥相結(jié)合的高效污水處理工藝,微生物附著生長于懸浮填料外表,形成一定厚度的微生物膜層.填料在鼓風(fēng)曝氣的擾動下在反響池中隨水流浮動,帶動附著生長的生物菌群與水體中的污染物和氧氣充分接觸,污染物通過吸附和擴散作用進入生物膜內(nèi),被微生物降解.附著生長的微生物可以到達(dá)很高的生物量,因此反響池內(nèi)生物濃度是懸浮生長活性污泥工藝的24倍.載體流動床生物膜工藝具有容積負(fù)荷率高、脫氮水平強、運行穩(wěn)定、出水水質(zhì)優(yōu)良等特點.載體上的高濃度的生物菌群可獲得很強的COD降解水平,載體上豐富的生物菌群類型,增加了對難降解有機物的降解性能,因此系統(tǒng)的出水水質(zhì)更好.生物膜的污泥齡長,非常適宜于硝化菌的生長,硝化菌濃度高,因此硝化脫氮水平顯著.1.1.4.本工程建設(shè)條件對生化處理工藝的限制因素1場地限制.本工程選址四面環(huán)河,場地面積受自然條件的制約,為避免填河造地對河道排洪的不利影響,并減少工程投資,設(shè)計應(yīng)盡量選擇占地面積小的工藝.2工程運營方式的制約.本工程采用BOT運營方式,并采用公開招標(biāo)方式,污水處理單價是主要評分點,因此所選生化工藝的投資及運行費用都要盡可能低才有較高的競爭力.1.15生化處理工藝比選污水處理的工藝多種多樣,通過合理地選擇設(shè)計參數(shù)及不同工藝環(huán)節(jié)的合理搭配,各種工藝均能滿足污水處理的要求