污水處理工藝方案的選擇

污水處理工藝方案的選擇污水處理廠處理工藝的選擇需根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)、水量以及受納水體的環(huán)境容量，綜合考慮xx市的實際情況，選用高效節(jié)能、低基建費、操作管理靈活方便、工藝成熟可靠的污水處理工藝。根據(jù)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)及處理程度分析，本工程對污水的脫氮除磷要求較高，因此，應(yīng)選用具有脫磷除氮效果的生物處理工藝。生物脫氮除磷工藝簡介1、生物脫氮除磷工藝的進(jìn)展從20世紀(jì)60年代開始，美國曾系統(tǒng)地進(jìn)行了脫氮除磷物化方法研究，結(jié)果認(rèn)為該法的主要缺點是藥耗量大，產(chǎn)生的污泥多，特別對處理大量城市污水時，處理成本高。因此，轉(zhuǎn)入研究生物脫氮除磷工藝。從20世紀(jì)70年代開始，在活性污泥法脫氮工藝（A/0工藝）逐步實現(xiàn)工業(yè)化，并在此基礎(chǔ)上研究開發(fā)出了生物脫氮除磷工藝（如A2/0工藝等）。以后，隨著微生物學(xué)和細(xì)胞學(xué)在污水生化處理上的新應(yīng)用，又不斷出現(xiàn)了多種變形的生物脫氮除磷工藝，如MSBR等。我國從20世紀(jì)80年代初開始生物脫氮除磷研究，80年代后期實現(xiàn)了工業(yè)化流程。污水脫氮除磷可供選擇的工藝通常有生物處理和物理化學(xué)處理兩大類。后者由于需要投加相當(dāng)數(shù)量的化學(xué)藥劑，存在運行費用高，殘渣量大和運行管理難度大等缺陷，因此，城市污水處理中一般不推薦采用。而一般生物處理又分為活性污泥和生物膜法兩種。目前對城市污水的生物脫氮除磷工藝，指的是活性污泥生物脫氮除磷工藝。目前已實用的幾種生物脫氮除磷工藝有：A2/O、氧化溝、SBR工藝以及以上三種工藝的系列改良工藝。2、生物脫氮除磷的工藝原理簡述（1）生物脫氮首先，污水中的蛋白質(zhì)和尿素等在水解酶和尿素酶的作用下轉(zhuǎn)化為氨氮，而后在有氧條件下和在硝化菌的作用下，氨氮被氧化為硝酸鹽，這階段稱為硝化（即氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽）。再以后，在缺氮條件和反硝化菌的參與作用，并有外加碳源提供能量，硝酸鹽還原成氣態(tài)氮（N2）逸出，這階段稱為反硝化（即硝酸鹽的氮轉(zhuǎn)化為氮氣）。整個脫氮過程就是氮的分解還原反應(yīng)，反應(yīng)能量從有機物中獲取。在脫氮過程中，硝化菌增長速度較緩慢，所以要有足夠的污泥泥齡。反硝化菌的生長主要在缺氧條件下進(jìn)行，還要有充裕的碳源提供能量，才可能使反硝化作用順利進(jìn)行。除上述條件以外，影響脫氮效率的因素還有溶解氧，溫度和PH值等。硝化階段，應(yīng)有足夠的溶解氧，其值一般應(yīng)大于2g/L。反硝化階段為缺氧條件，溶解氧值宜為0.4mg/L左右。（2）生物除磷生物除磷分為常規(guī)除磷和生物除磷（脫磷菌除磷）。1）常規(guī)除磷磷是一種有機生物生活必須的營養(yǎng)元素，它是許多細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞能量循環(huán)中不可缺少的微量元素，健康的微生物需要的有機物和氮、磷的比例一般在100：5：1，也就是說去除100克的有機物，同時也能吸收1克的磷。這一吸收過程稱之為“常規(guī)”生物除磷。2）生物除磷生物除磷這一概念的歷史還沒有幾年。人們偶然發(fā)現(xiàn)微生物在一定的生長條件下能夠在體內(nèi)吸收遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過在常規(guī)除磷中吸收磷的量，這一過程稱為生物除磷。生物除磷是通過除磷微生物（或除磷菌）來實現(xiàn)的。在好氧狀態(tài)下，除磷菌利用溶解性的磷合成高分子磷貯存在體內(nèi)。在常規(guī)生物處理中，這種除磷菌的數(shù)量很少，因而除磷效果不夠顯著。生物除磷方法的目的是從工藝上加以改進(jìn)，利用生物的“篩選”達(dá)到高的脫磷效果。與傳統(tǒng)生物處理相比，由于在生物除磷過程中加了一個厭氧反應(yīng)池，通過該池以達(dá)到“篩選”目的。除磷菌主要是Acinetobacter菌。這種微生物的特點是它能在體內(nèi)吸收大量的有機磷，在除磷設(shè)備中可以達(dá)到60%以上。Acinetobacter菌存在于水體和土壤中，它的營養(yǎng)物質(zhì)主要是有機酸和乙醇。在物質(zhì)代謝過程中通常需要溶解氧，也有一些只需要非溶解的氧（如硝酸鹽等）。實驗中發(fā)現(xiàn)除磷菌的組成和種類與進(jìn)水水質(zhì)、除磷方法不同而有很大的差異。在厭氧過程中合成有機酸，有機酸供Acinetobacter菌在磷的溶解中使用。3）生物除磷過程中的能量代謝和物質(zhì)交換脫磷菌存在于所有的活性污泥中。由于微生物的競爭使得除磷菌在生長過程中不具備優(yōu)勢，因而在常規(guī)活性污泥中除磷菌的含量很低，以致于起不到生物除磷的效應(yīng)。要想達(dá)到高的磷去除效果，首先要提高除磷菌的含量。通過引入?yún)捬醴磻?yīng)池可以使這一過程得以實現(xiàn)。除磷菌中一種好氧菌，它只有在其物質(zhì)及能量代謝不被抑制下才能克服厭氧狀態(tài)。由于在好氧狀態(tài)下吸收了足夠的磷可以作為能源，使得其在厭氧反應(yīng)中（長的停留時間）能繼續(xù)維持能量代謝過程。與此相反其它好氧微生物如硝化菌等在這一過程中處于生長劣勢。除磷菌吸收有機酸，放出磷維持物質(zhì)、能量交換，吸收的有機酸被除磷菌合成PHB（聚β羥基丁酸）作為能量貯存于體內(nèi)。在好氧階段，脫磷菌首先利用在體內(nèi)吸收的PHB作為能量和碳源進(jìn)行好氧呼吸。通過這一過程使得除磷菌與其他微生物相比，比較快地進(jìn)入好氧階段，比較快地吸收磷，并把磷作為能源吸收于體內(nèi)，為下一階段的厭氧反應(yīng)打下基礎(chǔ)。通過這二個階段，除磷菌占有競爭優(yōu)勢，因而可以在污泥中得到繁殖，使除磷菌的數(shù)量得以增加，從而達(dá)到生物除磷的目的。4）有機酸在厭氧段對生物除磷起的決定性作用厭氧段的物質(zhì)及能量交換，磷的溶解和PGB的合成對生物除磷的過程起了決定性的作用。在厭氧段，物質(zhì)交換為：1.有機磷的溶解并作為總磷釋放。2.有機物的吸收作為PHB。這一過程中的決定條件是有機酸的存在和在污水中有足夠的易吸收的有機物，兩者缺一不可。作為外界能夠影響的條件是易降解物質(zhì)。有機酸濃度越高，磷的釋放量越多，除磷菌的比例也越高，磷的去除率亦越高。因此，高的易降解有機酸的含量事實上決定了磷的釋放及磷的吸收，它對生物除磷起了決定性的作用。5）生物除磷過程的基本條件生物除磷的最基本條件是有一個厭氧反應(yīng)池（沒有硝酸鹽和溶解氧），污泥連續(xù)地在厭氧和好氧環(huán)境中循環(huán)，如此可以增加生物污泥中脫磷細(xì)菌的比例，在厭氧池中發(fā)生磷溶解，在好氧池中發(fā)生磷吸收，厭氧池中磷的溶解是整個生物除磷的關(guān)鍵。生物除磷的基本條件可歸納為兩類：必要條件厭氧池（區(qū)）中沒有氧（含非溶解氧如硝酸鹽和溶解氧O2）存在；好氧池（區(qū)）中有足夠的溶解氧；缺氧化池（區(qū)）中沒有溶解氧，但有足夠的硝酸鹽。有利條件BOD5/N>1.5～3.0;BOD5/P>20～30有機酸>100mg/L;污泥泥齡>3d足夠多的剩余污泥生化處理工藝選擇是否合適不僅關(guān)系到污水處理廠的處理效果，而且還將影響工程的投資、運行穩(wěn)定性、運行費用和管理等方面。因此，必須根據(jù)國情和當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，對生化處理工藝進(jìn)行慎重選擇，以獲得最佳處理效果。城市污水二級生化除磷脫氧工藝處理通常采用A/A/0，氧化溝法、和SBR法等。（一）A/A/0污水處理工藝A/A/O工藝(Anaerbio─Anoxic─Oxic)稱為厭氧──缺氧──好氧三者結(jié)合系統(tǒng)。早在70年代美國在生物除磷方法的基礎(chǔ)上發(fā)展的同步除膦脫氮的污水處理工藝。A/A/O工藝生物反應(yīng)池由厭氧、缺氧和好氧三段組成。污水首先進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，兼性厭氧發(fā)酵細(xì)菌將污水中可生物降解的有機物轉(zhuǎn)化為VFA（揮發(fā)性脂肪酸類）這類低分子發(fā)酵中間的產(chǎn)物。而聚磷菌可將其體內(nèi)的存儲的聚磷酸鹽分解，所釋放的能量可供好氧的聚磷菌在厭氧環(huán)境下維持生存，另一部分能量還可供聚磷菌主動吸收環(huán)境中的VFA類低分子有機物，并以PHB（聚β羥丁酸）的形式在其體內(nèi)儲存起來。隨后污水進(jìn)入缺氧區(qū)，反硝化菌就利用好氧區(qū)回流混合液帶來的硝酸鹽，以及污水中可生物降解有機物作碳源進(jìn)行反硝化，達(dá)到同時降低BOD5與脫氮的目的。接著污水進(jìn)入曝氣池的好氧區(qū)，聚磷菌在吸收、利用污水中殘剩的可生物降解有機物的同時，主要是通過分解體內(nèi)儲存的PHB釋放能量來維持其生長繁殖。同時過量的攝取環(huán)境中的溶解磷，并以聚磷的形式在體內(nèi)儲積起來，使出水中的溶解磷濃度達(dá)到最低。而有機物經(jīng)厭氧區(qū)、缺氧區(qū)分別被聚磷菌和反硝化細(xì)菌利用后，到達(dá)好氧區(qū)時濃度已相當(dāng)?shù)?，這有利于自養(yǎng)型硝化菌的生長繁殖，并通過硝化作用將氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。非除磷的好氧性異養(yǎng)菌雖然也能存在，但它在厭氧區(qū)中受到嚴(yán)重的壓抑，在好氧區(qū)又得不到充足的營養(yǎng)，因此在與其它的生理類群的微生物競爭中處于相對劣勢。排放的剩余污泥，由于含有大量能超量儲積聚磷的聚磷菌，污泥含磷量可以達(dá)到6％（干重）以上。從以上分析可以看出A/A/O工藝具有同步脫氮除磷的功能。與其他工藝相比較，A/A/O工藝具有以下優(yōu)缺點：（1）脫氮除磷處理效果好。A/A/O工藝是一種典型的脫氮除磷工藝，其生物反應(yīng)池由厭氧、缺氧和好氧三段組成，功能明確，界線分明?？筛鶕?jù)進(jìn)水條件和出水要求，人為地創(chuàng)造和控制三段的時空比例和運轉(zhuǎn)條件，達(dá)到較穩(wěn)定的脫氮除磷效果。（2）運行管理經(jīng)驗成熟。A/A/O工藝由于處理效果穩(wěn)定，在污水處理廠中應(yīng)用較早，使用較多，具有成熟的運行管理經(jīng)驗。（3）由于可以采用較深的池深，占地較少。（4）采用了微孔曝氣管，既提高了充氧效率，降低了能耗。（5）由于采用離心鼓風(fēng)機，有一定的噪聲。（二）Caroussel氧化溝Carrousel氧化溝是由荷蘭DHV技術(shù)咨詢公司在六十年代后期發(fā)明的。與其它池型氧化溝相比，其最大的特點是采用特殊設(shè)計的立式低速表曝機作曝氣設(shè)備，由于曝氣設(shè)備的不同（區(qū)別于其它水平軸式曝氣裝置），使污水在混和曝氣充氧的同時具有泵的局部水力提升作用，使混合液和原水得到徹底的混合。Carrousel氧化溝獨特的葉輪曝氣器設(shè)備使其具有以下的工藝特點：有極強的耐沖擊負(fù)荷的能力，通過曝氣區(qū)的完全混合作用使污水得到最大程度的稀釋。在正常的設(shè)計流速下，渠道中混合液的流量是進(jìn)水流量的50－100倍。與進(jìn)水流量及回流污泥總量相當(dāng)?shù)某鏊B續(xù)地從出水堰排出。曝氣池中的混合液平均每5到20分鐘完成一次循環(huán)，具體的循環(huán)時間取決于渠道長度、渠道流速及設(shè)計負(fù)荷。這種流型不但可以防止短流，而且還通過完全混合作用產(chǎn)生很強的耐沖擊負(fù)荷能力。在渠道中得到推流式模型的某些特征。這樣帶來的好處之一是經(jīng)過曝氣的污水在流到出水堰時會形成良好的混合液生物絮凝體。這種絮凝體可以提高二沉池內(nèi)的污泥沉降速度及澄清效果。另外，推流式模型對前置缺氧池反硝化工藝也是極其重要的。反硝化工藝要求水體中沒有溶解氧，此時唯一的氧源來自水中的硝酸鹽氮。通過對表曝機的設(shè)計與控制，曝氣區(qū)末端的溶解氧可以減少到最低程度，有效地防止前置缺氧池氧過量的問題，由于采取這種流型，當(dāng)幾乎沒有溶解氧的混合液回流到前置缺氧池后，可以取得最好的反硝化效果，過多的氧進(jìn)入前置缺氧池會對反硝化過程產(chǎn)生危害。若在缺氧段增加前置厭氧池，可以達(dá)到脫磷脫氮的目的。傳氧效率大大提高，它的表曝機傳氧效率在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下可達(dá)到2.0～2.2kgO2/kw（電機功率）·hr。Carrousel系統(tǒng)具有很強的輸入動力調(diào)節(jié)能力。當(dāng)需氧量降低時，Carrousel氧化溝的一個或數(shù)個表曝機可以切換到較低的轉(zhuǎn)速，同時還可以通過改變?nèi)~輪浸沒深度改變動力輸入。一般情況下，葉輪曝氣機的輸出功率可以在25％～100％的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)而不影響混合攪拌功能和氧化溝渠道流速。通常污水廠的實際流量都低于設(shè)計流量，因此，立式葉輪表曝機的上述特點對降低污水廠的運行與維護費用可以起到很大作用。Carrousel的工藝設(shè)計可以使表曝機的數(shù)量達(dá)到最少，從而減少了設(shè)備投資，設(shè)備安裝費用。Carrousel系統(tǒng)設(shè)備的管理維護工作量很少，曝氣機只是每年更換一次機油，加兩次潤滑油。曝氣區(qū)可以很方便地覆蓋起來以防止可能的噴濺、水霧。Carrousel氧化溝的技術(shù)特點可以歸結(jié)為：采用立式曝氣機，單機功率大（可達(dá)160KW），設(shè)備數(shù)量少，系統(tǒng)簡單。有極強的混合攪拌與耐沖擊負(fù)荷能力曝氣功率密度大，傳氧效率平均達(dá)到2.0kgO2/kw（電機功率）.hr。與其他工藝相比較，氧化溝工藝具有以下優(yōu)缺點：（1）土建費用略低。（2）運行管理比較簡單。（3）由于采用曝氣機充氧，能耗比鼓風(fēng)曝氣略高。（4）由于池深受到一定的限制，占地面積略大。二級生物處理方案比較及推薦方案根據(jù)污水處理廠的進(jìn)水水量、水質(zhì)，選擇一套適合實情的污水處理工藝，對今后污水處理廠的建設(shè)以及正常運行都起到重要的作用。本著實事求是的態(tài)度，從技術(shù)合理性、運行管理、適合本地實情等綜合因素考慮本工程的污水處理工藝，認(rèn)為：（1）本工程總規(guī)模較大，污水處理能力達(dá)到45萬噸/日，屬大型污水處理廠，一般需采用占地面積小，處理效果穩(wěn)定、可靠，運行管理方便的污水處理工藝。A/A/O處理工藝處理效果好，技術(shù)經(jīng)驗成熟可靠，具有良好的脫氮除磷功能，采用鼓風(fēng)機供氣，氧利用率高，能耗較低；且池深一般較深，約6m，占地面積較小，一般適用于大中型污水處理廠。氧化溝工藝也是成熟可靠的污水處理工藝，在國內(nèi)外都有較多的成功應(yīng)用實例，都具有良好的脫氮除磷功能。但池深較淺，占地面積較大，一般適用于中小型污水處理廠（約10萬噸/日）。（2）本工程現(xiàn)狀處理工藝中采用的為圓形好氧反應(yīng)池以及圓形A/O反應(yīng)池，鼓風(fēng)機房等附屬設(shè)施均已建成。本次工程為現(xiàn)狀污水處理廠改造，所選用的改造工藝應(yīng)能與污水處理廠現(xiàn)狀處理設(shè)施進(jìn)行有效銜接。氧化溝工藝基本不具備此改造條件。通過對現(xiàn)狀構(gòu)筑物的改造，可以實現(xiàn)A/A/O處理工藝流程。（3）本次工程廠區(qū)用地受限，建設(shè)用地只能在現(xiàn)狀廠區(qū)范圍內(nèi)，沒有向外進(jìn)一步征地的條件。故污水處理工藝必須考慮占地面積較小的方案。做到技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理。根據(jù)以上綜合分析可見，本次北部污水處理廠升級提標(biāo)改造工程推薦采用A/A/O處理工藝作為總體改造工藝。初沉池改造方案北部污水處理廠現(xiàn)狀設(shè)有6座初沉池。污水通過初沉可去除廢水中的可沉物和漂浮物。根據(jù)初沉運行經(jīng)驗，污水經(jīng)過初沉后，大約可去除50%左右可沉物、油脂和漂浮物，同時也去除了20%左右的BOD。對于進(jìn)水SS濃度較高的污水，設(shè)置初沉能夠有效降低后續(xù)生物處理段的處理壓力，減少污泥產(chǎn)量。但是，從北部污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)來看，進(jìn)水中的BOD濃度不高，C/N比值較低，對于生物脫氮過程來說，存在碳源不足的問題。初沉池的保留將進(jìn)一步加大后續(xù)生物處理碳源的壓力，無法保證生物脫氮過程的順利進(jìn)行。因此，本次工程改造方案考