【文章內(nèi)容簡介】 經(jīng)過初步篩選，選擇A2/O工藝、改進型氧化溝工藝、循環(huán)式SBR工藝進行經(jīng)濟技術等多方面比較，并最終比選確定技術可行、經(jīng)濟合理、適合本地情況的工藝技術方案作為推薦方案。 方案I－ A2/O 處理工藝A2/O（Anaerobic－厭氧、Anoxic－缺氧、Oxic－好氧）工藝是城市污水處理廠除磷脫氮常用的工藝，有成熟的運轉經(jīng)驗。該工藝是在傳統(tǒng)A/O除磷工藝基礎上增設了一個厭氧區(qū)，具有同步脫氮除磷的功能。工藝流程示意圖如圖51所示。本工藝生物處理部分由厭氧池、缺氧池、好氧池組成。污水和外回流污泥首先進入?yún)捬醭?，兼性厭氧發(fā)酵細菌將污水中可生物降解的有機物轉化為VFA（揮發(fā)性脂肪酸類）這類低分子發(fā)酵中間產(chǎn)物，而聚磷菌可將其體內(nèi)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)存儲起來，為防止污水產(chǎn)生沉淀，在此段設水下攪拌器；隨后污水進入缺氧池，反硝化菌利用在好氧階池產(chǎn)生的、由混合液回流帶入的硝酸鹽作為最終電子受體，氧化進水中的有機物，同時自身被還原為氮氣從水中逸出，達到同時降低BOD5與脫氮的目的，此段可設水下攪拌器或一定數(shù)量的曝氣器；接著污水進入曝氣的好氧池，聚磷菌在吸收、利用污水中殘余可生物降解有機物的同時，主要通過分解體內(nèi)存儲的PHB釋放能量來維持其生長繁殖，同時過量的攝取周圍環(huán)境中的溶解磷，并以聚磷的形式在體內(nèi)存積起來，使出水中溶解磷濃度達到最低；而BOD5經(jīng)厭氧池、缺氧池分別被聚磷菌和反硝化菌利用后，到達設有曝氣裝置的好氧池時濃度已有所降低，并在好氧池內(nèi)被好氧微生物大幅度降解，BOD5濃度的降低利于自養(yǎng)型硝化菌的生長繁殖，并通過硝化作用將氨氮轉化為硝酸鹽。排放的剩余污泥中，由于含有大量能超量存積聚磷的聚磷菌，污泥含磷量可達6％（干重）以上。A2/O工藝的優(yōu)點是厭氧、缺氧、好氧交替運行，可達到同時去除BOD脫氮、除磷的目的；而且這種運行狀況絲狀菌不易生長繁殖，基本上不存在污泥膨脹問題；總水力停留時間少于其它同類工藝，并且不需外加碳源，厭氧、缺氧段只需進行中低速攪拌，運行費用低。A2/O工藝的缺點是除磷效果受到污泥齡、回流污泥中挾帶的溶解氧和NO3－N的限制，不可能十分穩(wěn)定；同時，由于脫氮效果取決于混合液回流比，而A2/O工藝的的混合液回流比不宜太高（≤200％），脫氮效果不能滿足較高的要求。圖51 A2/O工藝流程示意圖 方案Ⅱ－改進型氧化溝工藝氧化溝工藝具有流程簡潔、管理方便、耐沖擊負荷能力強、處理效果好、出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點。改進型氧化溝法工藝是傳統(tǒng)氧化溝工藝的一種變型，它由前置厭氧區(qū)和氧化溝組成。由于進水端為厭氧區(qū)，形成A/O格局，不需專設混合液的外回流裝置，有利于聚磷菌及硝化桿菌在厭氧及缺氧條件下獲得充足的碳源，從而完成磷的釋放。由于出水進入氧化溝（好氧區(qū)），聚磷菌可過量吸收磷，從而實現(xiàn)生物除磷。以上復雜的過程在構造十分簡單的氧化溝內(nèi)即可實現(xiàn)。這種工藝的另一優(yōu)點是利用氧化溝原有的渠道流態(tài)，沿環(huán)形池水流方向曝氣強度改變，形成缺氧段和大量混合液回流，實現(xiàn)反硝化反應，達到較高程度的脫氮效率，無需任何附加回流提升動力。該工藝流程圖見圖52。氧化溝污水處理技術作為一種活性污泥法工藝，與其它生物處理工藝相比，有以下一些技術、經(jīng)濟方面的優(yōu)點：工藝流程簡單，構筑物少，運行管理方便；曝氣設備和構造形式多樣化、運行靈活；處理效果穩(wěn)定、出水水質(zhì)好，前置厭氧池時可實現(xiàn)生物除磷，在好氧溝內(nèi)可實現(xiàn)同步硝化、反硝化；污泥產(chǎn)量少，污泥性質(zhì)穩(wěn)定；能承受水質(zhì)、水量沖擊負荷。但氧化溝工藝由于其曝氣設備推流攪拌能力的限制，；占地面積大，電耗較高。圖52 改進型氧化溝工藝流程示意圖 方案III－循環(huán)式SBR工藝間歇式活性污泥法或序批式活性污泥法簡稱SBR工藝，是近幾十年來活性污泥處理系統(tǒng)中較引人注目的一種廢水處理工藝。該工藝集缺氧、曝氣、沉淀、出水于同一生物池中，通過控制系統(tǒng)在該生物池內(nèi)交替完成不同的反應過程。其生物碳氧化硝化原理與推流式活性污泥法相同，具有成熟的運轉經(jīng)驗和節(jié)省占地和構筑物的顯著特點。近年來通過工程實踐發(fā)展的SBR變型工藝有CASS法、UNTANK法、ICEAS法、循環(huán)式SBR工藝等。本工程采用循環(huán)式SBR工藝作為參選方案，該工藝流程圖見圖53。循環(huán)式SBR工藝是SBR的一個種變型工藝，它與ICEAS法非常近似。其主體構筑物由預反應池（選擇池）和SBR池串聯(lián)組成，厭氧池中設曝氣攪拌裝置，在SBR池中充氧曝氣設備、潷水器和污泥泵，污泥泵用于回流污泥至厭氧池和排放剩余污泥。與傳統(tǒng)的SBR工藝相比，循環(huán)式SBR運行方式為連續(xù)進水（沉淀期和排水期仍保持進水），間歇排水，沒有明顯的反應階段和閑置階段。這種系統(tǒng)在處理市政污水和工業(yè)廢水方面比傳統(tǒng)的SBR工藝費用更省、管理更方便、占地更少。該工藝通常水力停留時間較長，工藝設施簡單，目前在國內(nèi)外已得到廣泛應用。圖53 循環(huán)式SBR工藝流程示意圖 循環(huán)式SBR工藝的基本組成及運行步驟循環(huán)式SBR反應池主要由預反應池（選擇池或輔助曝氣池）、主曝氣池、污泥回流/排除剩余污泥系統(tǒng)和撇水裝置四部分組成。預反應池容積較小，一般水力停留時間為1～2小時，是設計優(yōu)化合理的生物選擇器。該工藝將主反應區(qū)中部分污泥（20％～30％）回流至選擇器中，在運作方式上為連續(xù)進水。循環(huán)式SBR反應池（選擇池或輔助曝氣池）的設置和回流污泥措施，保證了活性污泥不斷地在選擇器中經(jīng)歷一個高絮體負荷（S0/X0）階段，從而有利于系統(tǒng)中絮凝性細菌的生長，并可以提高污泥活性，使其快速的去除污水中溶解性、易降解有機污染物，進一步有效的抑制絲狀細菌的繁殖。在預反應池與主曝氣池之間設置隔墻，最大限度的減小了沉淀階段進水對污泥沉降的水力干擾，可保證系統(tǒng)有良好的分離效果。循環(huán)式SBR工藝每一操作循環(huán)包括進水/曝氣階段、進水/沉淀階段、進水/撇水階段和進水/閑置階段等幾個過程階段，各個階段組成一個循環(huán)，并不斷重復。循環(huán)開始時，池子中的水位由某一最低水位開始上升，經(jīng)過一定時間的曝氣和混合后，停止曝氣，此時污水仍連續(xù)進入循環(huán)式SBR反應池，由于反應池容積較大，池內(nèi)水位緩慢上升，活性污泥進行絮凝并在一個較為靜止的環(huán)境中沉淀，在完成沉淀階段后，由一個移動堰式撇水器排出已經(jīng)過處理的上清液，使整個反應池內(nèi)水的位下降到預先設定的最低水位，然后再重復上述過程。為保證反應池內(nèi)污泥濃度及污泥量，需排出相應的剩余污泥。排除剩余污泥一般在沉淀階段結束后進行，排出的污泥濃度可達10g/l左右。 循環(huán)式SBR系統(tǒng)中的硝化和反硝化循環(huán)式SBR工藝的一個重要特性是在工藝流程中不設缺氧混合階段的條件下，高效地進行硝化和反硝化，從而達到深度去除氮的目的。在循環(huán)式SBR工藝中，硝化和反硝化在曝氣階段同時進行（Cocurrent or simltaneousiy）。運行時通過控制供氧強度以及反應池中的溶解氧濃度，使污泥絮體的外周能保證有一個好氧環(huán)境進行硝化，由于溶解氧濃度得到控制，氧在污泥絮體內(nèi)部的滲透傳遞作用受到限制，而較高濃度的硝酸鹽則能較好地滲透到絮體的內(nèi)部。因此在污泥絮體內(nèi)部能有效地進行反硝化過程。通過污泥回流，將部分硝酸鹽氮帶入設在循環(huán)式SBR反應池首端的預反應池中。因此，在預反應池中也有部分反硝化反應發(fā)生。這種運行方式不像前置反硝化活性污泥系統(tǒng)中需要較高的內(nèi)回流，因此可以節(jié)省內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，而且不需要單獨設置一個缺氧運行階段就可以完成反硝化反應。 循環(huán)式SBR系統(tǒng)中磷的去除在循環(huán)式SBR工藝系統(tǒng)中，通過曝氣和非曝氣階段使活性污泥不斷地經(jīng)過好氧和厭氧的循環(huán)，這些反應條件將有利于聚磷細菌在系統(tǒng)中的生長和累積，因此循環(huán)式SBR工藝系統(tǒng)具有生物除磷的功能。生物除磷的效果很大程度上取決于進水中所含有的易降解基質(zhì)的含量。在循環(huán)式SBR工藝的預反應池中，活性污泥通過快速酶去除機理，吸附和吸收大量易降解的溶解性基質(zhì)，這些吸附和吸收的易降解基質(zhì)可用于后續(xù)的生物除磷過程，對整個系統(tǒng)的生物除磷功能起著非常重要的作用，因此，在預反應池中也可完成部分磷的釋放過程，在厭氧微生物體內(nèi)存儲聚磷。根據(jù)Coronszy等的人的研究，當微生物體內(nèi)吸附和吸收大量易降解物質(zhì)而且處在氧化還原電位為+100MV－150MV的交替變化的環(huán)境中時，系統(tǒng)可具有良好的生物除磷功能。 循環(huán)式SBR系統(tǒng)的污泥沉降特性一般地，在以4小時為一個操作循環(huán)周期的循環(huán)式SBR工藝系統(tǒng)中，～，最大撇水速率為30mm/min，固液分離時間一般為1小時，設計污泥沉降指數(shù)為140ml/g左右，實際污泥沉降指數(shù)一般低于80ml/g（測定時間為1小時，采用容積2升的量筒）。循環(huán)式SBR反應池中的混合液污泥濃度在最大水位時與傳統(tǒng)的固定容積活性污泥法系統(tǒng)基本相等。由于循環(huán)式SBR系統(tǒng)在曝氣結束后的沉降階段中整個池子面積均可用于泥水分離；故其固體通量大大地小于傳統(tǒng)活性污泥法二沉池中的固體通量，因此循環(huán)式SBR工藝的泥水分離效果要優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法。此外，循環(huán)式SBR工藝系統(tǒng)雖然在沉降及撇水階段仍連續(xù)進水，但由于SBR反應池容積較大，池內(nèi)水位上升速度非常緩慢（10mm/min左右），且在預反應區(qū)及主反應區(qū)之間均設置有隔墻，污水呈縱向折線狀態(tài)進入主曝氣區(qū)，能夠最大限度的減小進水對污泥沉淀的水力干擾，使沉降過程在較為靜止環(huán)境中進行，可進一步保證系統(tǒng)有良好的分離效果。曝氣階段結束后混合液中殘余的混合能量可用于沉淀初期的絮凝作用，從而進一步強化絮凝沉降的效果。 方案比較 技術性能比較方案1—A2/O 處理工藝；方案2—改進型氧化溝工藝；方案3—循環(huán)式SBR生物處理工藝。三種方案的技術性能比較情況見表5－1。表5－1 工藝方案技術性能比較表方案優(yōu) 點缺 點A2/O 處理工藝工藝成熟、完善，管理經(jīng)營豐富；功能嚴格分區(qū)，便于處理工藝的管理、調(diào)整和優(yōu)化 ；對有機污染物處理效果好，特別是生物除磷脫氮效果明顯，出水水質(zhì)穩(wěn)定；可自動運行，但對自控要求不高：適當選用自控設備，可實現(xiàn)對工藝過程的優(yōu)化管理；運行穩(wěn)定，有較強的抗沖擊負荷（水力和污染物）能力；能耗較低，運行成本較低。構筑物多,不緊湊, 占地面積略大；曝氣采用水下曝氣頭，與氧化溝比檢修量大，維修時需停止一個系列運轉，影響處理廠的出水水質(zhì)；設備、曝氣頭等維修量比氧化溝高，維護費高；投資略高。循環(huán)式SBR生物處理工藝省去初沉池,二沉池,污泥回流系統(tǒng)和污泥消化系統(tǒng),工藝流程簡單,維護管理方便；機械設備種類少、簡單,且不易出現(xiàn)故障,維修量少；構筑物少，生物池布置緊湊，占地少；能承受一定的水量沖擊負荷，對高濃度工業(yè)廢水有較大的稀釋能力；運行控制條件得當，可得到較好的脫氮效果和生物除磷效果；投資低，能耗較低，運行成本較低；占地省。由于一個池子交替曝氣工作，池中曝氣設備利用率低；曝氣采用水下曝氣頭，與氧化溝比檢修量大，維修時需停止一個系列運轉，影響處理廠的出水水質(zhì)；設備、曝氣頭等維修量比氧化溝高，維護費高；自動控制水平要求較高，沒有自控無法運轉；出水水質(zhì)受運行控制影響較大；SBR池水面常有浮渣，只能人工清除，工作量較大。 改進型氧化溝工藝流程簡單清晰，運行管理方便；對有機污染物處理效果好，特別是生物除磷脫氮效果明顯，出水水質(zhì)穩(wěn)定；不需要內(nèi)回流泵，改變曝氣條件，便可達到脫氮要求；所有設備可提出水面或在水面上直接維護檢修，不影響正常運行；設備維修量少，技術要求不高，維護方便；能承受沖擊負荷；可自動運行，但對自控要求不高：適當選用自控設備，可實現(xiàn)對工藝過程的優(yōu)化管理。投資高；電耗高。日常運行費高；構筑物多,不緊湊, 占地面積大。 經(jīng)濟指標比較三種方案的經(jīng)濟指標比較情況見表52。表5－2 工藝方案技術性能比較表序號項 目單 位指 標 數(shù) 值方案1方案2方案3A2O處理工藝改進型氧化溝循環(huán)式SBR生物處理池1總投資萬元4168 4249 4047 　單位水量投資元/立方米2084 2125 2024 2總成本萬元/年677 768 698 　單位處理總成本元/立方米 3經(jīng)營成本萬元/年368 426 387 　單位經(jīng)營成本元/立方米 4年耗電量萬度191 223 197 　單位水量電耗度/立方米 5建設用地公頃 方案確定從以上比較可以看出，從工藝技術角度考慮，這三種方案都能達到技術要求。方案一：A2O處理電耗較低，運行簡單，操作、管理簡便，運行成本略低，但是占地略大，工藝投資略高、占地略大，設備種類多，維修技術要求高，曝氣頭更換影響正常運轉；方案二：改進型氧化溝各部分功能劃分清楚，運行簡單、維護管理方便，但投資最高，電費、運轉費高于其它方案，占地面積較大；方案三：循環(huán)式SBR生物處理池工藝流程簡單，工程總投資低，占地少，運行費用、電耗低于方案二，但自動控制要求高，運行、管理水平要求較高，設備種類多，維修技術要求高，曝氣頭更換影響正常運轉，維護費用較高。綜合以上分析，推薦方案三“循環(huán)式SBR生物處理池工藝”作為該污水處理廠的污水處理工藝方案。 化學除磷工藝確定由于處理廠出水中磷的排放標準要求較嚴格，而且生物除磷受外界及污水內(nèi)在因素影響較多，不十分穩(wěn)定。故在處理工藝中考慮兩步除磷措施，以生物除磷為主，以化學除磷為輔助，特殊情況下啟動化學除磷，從而確保出水水質(zhì)滿足要求。 污泥處理與處置 污泥處理通常，城市污水處理廠完善的污泥處理工藝為：剩余污泥→污泥濃縮→污泥消化→污泥脫水→泥餅處置國內(nèi)外污泥消化使用較多的方法如好氧消化法、厭氧消化法、熱干燥法等。目前國內(nèi)大型污水處理廠普遍采用厭氧中溫消化工藝，這種在無氧條件下，利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌降解有