今天為廣大朋友介紹的是——城市污水處理工藝及其發(fā)展
城市污水處理技術(shù)作為環(huán)境學(xué)科的一個分支,就我國目前的狀況來看, 整體上已有了很大的進(jìn)步,但還落后于我國城市發(fā)展的水平。近些年來, 雖然研究、開發(fā)了一些設(shè)備和工藝, 但總體上主要是借鑒和引進(jìn)國外的一些先進(jìn)工藝、經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備。
1 一級處理工藝及其發(fā)展趨勢
一級強(qiáng)化處理技術(shù)分為兩類:一類側(cè)重于物化機(jī)理, 一類側(cè)重于微生物的絮凝吸附原理。目前國內(nèi)外研究的一級處理工藝主要如下。
1 .1 活化污泥法
活化污泥法是根據(jù)絮凝動力學(xué)和生物吸附理論提出“絮凝吸附—沉淀—活化”的城市污水強(qiáng)化一級處理工藝。該工藝對污染物去除的強(qiáng)化作用主要包括污泥的絮凝、吸附和生物代謝3 種, 以前兩者的作用為主。
該工藝的特點(diǎn)是未經(jīng)沉淀的生活污水原水與生物污泥同時進(jìn)入混合反應(yīng)器(絮凝吸附池), 兩者在機(jī)械攪拌作用下充分混合, 經(jīng)充分絮凝吸附反應(yīng)后,大量污染物質(zhì)被絮凝吸附進(jìn)入污泥絮體, 出水進(jìn)入沉淀池, 實(shí)現(xiàn)固液分離, 而沉淀池出水就是比較終出水(見圖1)。為了恢復(fù)沉淀池飽和污泥的生物絮凝吸附活性, 將沉淀污泥短時間曝氣活化, 以部分降解吸附的有機(jī)物, 產(chǎn)生適量的微生物絮凝物質(zhì), 改善污泥的沉降性能, 同時保持污泥的好氧狀態(tài), 避免變黑、發(fā)臭。此過程在污泥活化池里進(jìn)行, 能耗遠(yuǎn)低于二級生物氧化反應(yīng)。該工藝是適用于環(huán)境狀況亟待改
善而經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的一種新型實(shí)用技術(shù)。
圖1 活化污泥法工藝流程
1 .2 混凝沉淀強(qiáng)化法
混凝沉淀強(qiáng)化法目前主要應(yīng)用于給水處理和部分工業(yè)廢水處理。由于需要投加大量的混凝劑且污水水質(zhì)常常急劇變化, 限制了其在城市污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用, 一般僅應(yīng)用于城市污水的深度處理中。近年來, 隨著許多新型、高效、廉價的混凝劑的出現(xiàn)和自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用, 混凝法與污水生物處理法相比具有了較強(qiáng)的競爭力。
例如, 對北京市城市污水進(jìn)行試驗(yàn), 結(jié)果表明,兩種傳統(tǒng)混凝劑(FeCl3 和聚合硫酸鐵)及一種國外引進(jìn)的混凝劑(Biofloc), 經(jīng)過混凝沉淀強(qiáng)化一級處理后, 污水中COD 的去除率可達(dá)50 %～ 80 %, 而處理成本僅為二級處理的1/5 ～ 1/3 , 既能有效地削減污染物總量, 又節(jié)約了治理資金, 在現(xiàn)階段十分符合我國國情。此外, 經(jīng)強(qiáng)化一級處理后的污水再進(jìn)行二級處理時, 停留時間可以大大縮短, 減少能耗, 提高出水水質(zhì)。
1 .3 應(yīng)用及其發(fā)展趨勢
就我國目前的污水處理狀況來說, 污水處理率一直較低, 而解決城市污水污染的根本措施是建設(shè)以生物處理為主體工藝的二級城市污水處理廠, 但這需要大量的投資和高額運(yùn)行費(fèi)用。對我國不少地區(qū), 特別是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)和中小城市而言, 有必要應(yīng)用投資低、污染物去除率較高的城市污水強(qiáng)化一級處理工藝。根據(jù)我國目前水處理的發(fā)展?fàn)顩r, 混凝沉淀強(qiáng)化一級處理工藝在我國應(yīng)用較多。
目前一級處理工藝的發(fā)展主要集中在研究和應(yīng)用高效、廉價的絮凝劑以及微生物絮凝劑, 同時研究無機(jī)絮凝劑與其他各類絮凝劑協(xié)同作用效果, 以及對一級處理工藝設(shè)備的優(yōu)化選型等方面。
2 二級處理工藝及其發(fā)展趨勢
二級處理工藝流程的發(fā)展主要是在原有的傳統(tǒng)處理工藝流程上進(jìn)行某一個方面的強(qiáng)化處理, 使某一處理水的某一或某幾個指標(biāo)達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。
2 .1 序批式工藝
2 .1 .1 傳統(tǒng)的SBR 法
SBR 工藝即間歇活性污泥法, 它由一個或多個曝氣反應(yīng)池組成, 污水分批進(jìn)入池中, 經(jīng)活性污泥凈化后, 上清液排出池外即完成一個運(yùn)行周期。每個工作周期順序完成進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排放4 個工藝過程。
SBR 工藝的特點(diǎn)是具有一定的調(diào)節(jié)均化功能,可緩解進(jìn)水水質(zhì)、水量波動對系統(tǒng)帶來的不穩(wěn)定性。工藝處理簡單, 處理構(gòu)筑物少, 曝氣反應(yīng)池集曝氣、沉淀、污泥回流于一體, 可省去初沉池、二沉池及污泥回流系統(tǒng), 且污泥量少, 易于脫水, 控制一定的工藝條件可達(dá)到較好的除磷效果, 但也存在自動控制和連續(xù)在線分析儀器儀表要求高的缺點(diǎn)。
2 .1 .2 CASS 工藝
CASS 工藝是一種連續(xù)進(jìn)水式SBR 曝氣系統(tǒng), 不僅具有SBR 工藝簡單可靠、運(yùn)行方式靈活、自動化程度高的特點(diǎn), 且除磷脫氮效果明顯。這一功能主要實(shí)現(xiàn)于CASS 池通過隔墻將反應(yīng)池分為功能不同的區(qū)域, 在各分格中溶解氧、污泥濃度和有機(jī)負(fù)荷不同, 各池中的生物也不相同。整個過程實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)、出水。同時在傳統(tǒng)的SBR 池前或池中設(shè)置了選擇器及厭氧區(qū), 提高了除磷脫氮效果(見圖2)。
圖2 CASS 工藝流程
CASS 工藝的特點(diǎn)是對污水預(yù)處理要求不高, 只設(shè)間隙15mm 的機(jī)械格柵和沉砂池。生物處理核心是CASS 反應(yīng)池, 除磷、脫氮、降解有機(jī)物及懸浮物等功能均在該池內(nèi)完成, 出水可達(dá)標(biāo)排放。
2 .1 .3 MSBR 法
MSBR工藝是20 世紀(jì)80 年代初期發(fā)展起來的污水處理工藝, 經(jīng)過不斷改進(jìn)和發(fā)展, 目前比較新的工藝是第三代工藝, 其工作原理如圖3 所示。
圖3 MSBR 工藝流程
MSBR 工藝的特點(diǎn)是系統(tǒng)從連續(xù)運(yùn)行的單元(如厭氧池)進(jìn)水, 從而加速了厭氧反應(yīng)速率, 改善了系統(tǒng)承受水力沖擊負(fù)荷和有機(jī)物沖擊負(fù)荷的能力;同時, 由于MSBR 工藝增加了低水頭、低能耗的回流設(shè)施, 極大地改善了系統(tǒng)中各個單元內(nèi)MLSS 的均勻性�？梢�,MSBR 系統(tǒng)是由A2/O 系統(tǒng)與SBR 系統(tǒng)串聯(lián)組成, 并集合了兩者的全部優(yōu)勢, 因而出水水質(zhì)穩(wěn)定、高效, 并有極大的凈化潛力。
2 .1 .4 UNITANK 系統(tǒng)
SEGHERS 公司提出的UNITANK 系統(tǒng)是SBR 法的又一種變形和發(fā)展, 它集合了SBR 和傳統(tǒng)活性污泥法的優(yōu)點(diǎn), 一體化設(shè)計(jì), 不僅具有SBR 系統(tǒng)的主要特點(diǎn), 還可以像傳統(tǒng)活性污泥法那樣在恒定水位下連續(xù)運(yùn)行。
UNITANK 系統(tǒng)的特點(diǎn)是構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)緊湊, 一體化�？筛鶕�(jù)好氧過程的DO 檢測與缺氧和厭氧過程的ORP 在線檢測, 通過改變供氣量, 切換進(jìn)出水閥門, 改變好氧、缺氧及厭氧的反應(yīng)時間等, 高水平地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時間和空間控制, 高效地去除污水中的有機(jī)物及脫氮除磷, 且水力負(fù)荷穩(wěn)定。交替改變進(jìn)水點(diǎn), 可以相應(yīng)改善系統(tǒng)各段的污泥負(fù)荷, 進(jìn)而改善污泥的沉降性能(見圖4)。
圖4 好氧UNITANK 系統(tǒng)流程
脫氮除磷過程更能通過抑制絲狀菌生長來控制污泥膨脹。3 個池可以被完全加蓋封閉或建在地下, 廢氣可以收集處理, 既有利于布置、保溫, 又避免系統(tǒng)對周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響(見圖5)。
圖5 脫氧除磷UNITANK 系統(tǒng)流程
目前, 我國石家莊高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)污水處理廠日處理污水10 萬t , 就是采用的該工藝。
2 .1 .5 DAT-IAT 工藝
DAT-IAT 工藝是一種SBR 法的變形工藝, 主體構(gòu)筑物由兩個串聯(lián)的反應(yīng)池組成, 即需氧池(demandaeration tank)和間歇曝氣池(intermittent aerationtank)。一般情況下DAT 池連續(xù)進(jìn)水、曝氣, 其出水進(jìn)入IAT 池, 在IAT 池完成曝氣、沉淀、潷水和排除剩余活性污泥。主要過程分為進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置等幾個過程(見圖6)
圖6 DAT-IAT 工藝流程
DAT-IAT 工藝的特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定、處理效率高、出水質(zhì)量好、處理構(gòu)筑物少、處理流程簡化、建設(shè)費(fèi)用少、自動化程度高、操作運(yùn)行簡單、調(diào)度靈活、節(jié)省占地面積, 可達(dá)到脫磷脫氮的目的。天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠就是使用的該工藝。
2 .2 脫氮除磷工藝
2 .2 .1 A2/O 工藝
A2/O 工藝為厭氧—缺氧—好氧生物脫氮除磷工藝, 該工藝能對BOD5 , SS , 氮、磷都有很高的去除效果, 因此又稱為生物脫氮除磷工藝。
A2/O 工藝將生物反應(yīng)池分為厭氧段、缺氧段和好氧段。在厭氧段, 回流污泥中的聚磷菌釋放磷, 同時BOD5 得到部分去除。進(jìn)入好氧段, 聚磷菌又變本加厲地吸收磷, 污泥成為高磷污泥, 通過排放剩余污泥的方式, 將磷去除;BOD5 得到更進(jìn)一步去除, 同時NH3-N 被硝化, 通過含硝酸鹽混合液的內(nèi)回流方式, 使其NHx-N 在缺氧段進(jìn)行反硝化脫氮, 因而該工藝具有同時生物脫氮除磷的功能(見圖7)。
圖7 A2/ O 工藝流程
A2/O 工藝處理效率較高, 適用于要求脫氮除磷的大中型城市污水廠, 但基建費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)均高于普通活性污泥法, 運(yùn)行管理要求高, 所以對目前我國國情來說, 當(dāng)處理后的污水排入封閉性水體或緩流水體引起富營養(yǎng)化從而影響給水水源時, 才采用該工藝。
2 .2 .2 A/O 工藝
A/O 工藝也是城市污水生物脫氮技術(shù)的一種。這種工藝是在曝氣池前增加厭氧、全混合反應(yīng)池, 原污水經(jīng)過預(yù)處理后在這個池內(nèi)與回流污泥充分混合。
A/O 工藝的特點(diǎn)是處理的水質(zhì)好, 氮、磷的含量都較低, 且不需要再增加脫氮除磷的三級處理工藝,剩余污泥量較一般生物處理系統(tǒng)少, 沉降性能也好,易于脫水。但該工藝對沒經(jīng)過硝化處理的污水不適用, 同時由于回流污泥中有硝酸鹽及亞硝酸鹽的存在, 將阻礙磷在厭氧池內(nèi)的溶解。
2 .2 .3 UCT(University of Cape Town)工藝
由于在A/O 工藝中, 污泥回流很難保證100 %不含硝酸鹽及亞硝酸鹽, 為了徹底排除硝酸鹽及亞硝酸鹽對除磷的干擾,UCT 工藝不將污泥回流到磷釋放池, 而是回流到其后的反硝化池。在硝化池內(nèi)排除硝酸鹽和亞硝酸鹽后, 再引入磷釋放池與原污水混合, 接下來是一組硝化與反硝化池(見圖8)。
圖8 UTC 工藝流程
2 .2 .4 改良的UCT 工藝
該工藝又稱為MUCT 工藝, 其有兩個缺氧池, 前一個接受二沉池回流污泥, 后一個接受好氧硝化混合液, 將污泥的脫氮與混合液的脫氮分開, 進(jìn)一步減少硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的可能(見圖9)。
圖9 MUCT 工藝流程
2 .2 .5 VIP 工藝
VIP 工藝是UCT 工藝的改進(jìn)型, 其工藝流程與UCT 工藝相同, 但其厭氧、缺氧和好氧3 個反應(yīng)器都是由多個混合反應(yīng)器串聯(lián)組成。分格方式形成了有機(jī)物濃度的梯度分布, 提高了厭氧釋磷和好氧攝磷的速度。其特點(diǎn)是有機(jī)負(fù)荷高于UCT 工藝, 泥齡短, 反應(yīng)器總?cè)莘e小于UCT 工藝。
2 .3 運(yùn)用及其發(fā)展趨勢
城市生活污水處理主要去除懸浮物、溶解性有機(jī)物、氮和磷。對于日處理能力在20 萬t 以上的城市污水處理廠, 比較適宜的工藝是活性污泥法及其變形工藝, 主要是鼓風(fēng)曝氣的完全混合式活性污泥法和氧化溝工藝。對于日處理能力在5 萬～ 20 萬t 的城市污水處理廠, 除上述兩類工藝外, 還可以采用序批式活性污泥法(SBR 工藝)。日處理能力在1 萬～5 萬t 的城市污水處理廠可采用的技術(shù)比較多, 近年各種新工藝不斷產(chǎn)生, 但總體應(yīng)用上仍以活性污泥法為主。根據(jù)要求的不同可以分為:①以去除有機(jī)碳為目的:活性污泥法、氧化溝、SBR 工藝、生物濾池、曝氣生物濾池、接觸氧化法。②以除碳脫氮為目的:A/O 法、氧化溝、交替運(yùn)行氧化溝、SBR 工藝、CASS 工藝、UNITANK 工藝等。③以除碳脫氮除磷為目的:A2/O 法、交替運(yùn)行氧化溝、SBR 工藝等。
結(jié)合國內(nèi)外目前的二級處理工藝, 其發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在:處理系統(tǒng)一體化的研究與開發(fā), 組合式污水處理工藝研究, 污水的綜合處理、零排放研究,污水處理系統(tǒng)的過程控制研究, 污水處理系統(tǒng)的儀表設(shè)備研究。
3 三級處理工藝及其發(fā)展趨勢
近年來, 我國已經(jīng)開始重視三級處理工藝的研究開發(fā), 目前用得比較多的三級處理工藝可以分為常規(guī)工藝、MBR 技術(shù)和LM 深度處理技術(shù)。
3 .1 常規(guī)工藝
常規(guī)的三級處理工藝是在生物處理之后增加混凝、過濾、消毒等常規(guī)處理過程, 有砂濾、膜濾、反滲透、UV 消毒、液氯、臭氧消毒等。一般來說這些處理方式單位水處理成本比較低, 在經(jīng)濟(jì)上比較可行。
3 .2 MBR技術(shù)
MBR 技術(shù)又稱為膜生物反應(yīng)器技術(shù), 利用了膜分離的選擇性和高效性, 同時又利用了生物處理工程的有效性和徹底性, 將水中的有害物質(zhì)比較大限度地除去。MBR 工藝的特點(diǎn)是用膜分離系統(tǒng)代替了普通活性污泥法中的二沉池, 減少了傳統(tǒng)工藝大部分的處理單位, 節(jié)省了大量投資, 而且耗能和一般傳統(tǒng)的水處理工藝相近。污水在處理設(shè)備中的停留時間短, 對COD ,NH3-N 的去除率極高, 出水水質(zhì)達(dá)到了生活雜用水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。
3 .3 LM深度處理工藝
LM 深度處理工藝是一種全新的生態(tài)處理工藝,在厭氧池加好氧池的基礎(chǔ)上加入了改進(jìn)的曝氣氧化塘和高效濕地兩個深度處理單元, 使出水水質(zhì)達(dá)到了生活雜用水的標(biāo)準(zhǔn)。其工藝流程是:生物厭氧池—封閉好氧池—開放好氧池—澄清池—人工濕地—UV 消毒—蓄水池—回用, 或者以接觸氧化池和生態(tài)氧化槽代替封閉好氧池和開放好氧池。
LM 深度處理工藝的特點(diǎn)是剩余污泥少、運(yùn)行費(fèi)用低、管理方便, 還具有美化景觀的功能。該方法和其他水處理工藝相比比較經(jīng)濟(jì)。
3 .4 運(yùn)用狀況及其發(fā)展趨勢
目前我國的三級處理工藝中運(yùn)用一般的常規(guī)處理工藝較多, 現(xiàn)階段MBR 方法也有了廣泛運(yùn)用, 比如在北京長安街生活小區(qū)的回用水處理。就我國目前的實(shí)際情況來看, 由于常規(guī)工藝處理比較方便, 且應(yīng)用技術(shù)也較成熟, 一般在選取工藝時仍選用常規(guī)處理工藝。
國內(nèi)外目前廣泛研究的主要是通過微濾和反滲透技術(shù)來處理二級處理后的污水, 以達(dá)到回用水的標(biāo)準(zhǔn), 圖10 是該處理工藝流程的典型例子。
圖10 污水回用試驗(yàn)工藝流程
濕地系統(tǒng)在國外有著廣泛的應(yīng)用, 目前我國也開始了這方面的研究工作。由于我國環(huán)境污染加劇, 淡水資源巨減, 相信三級處理工藝必將越來越受到重視。
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