【文章內(nèi)容簡介】 值是影響生物脫氮除磷的重要因素，氮和磷和去除率隨著BOD5/N和BOD5/P比值的增加而增加。BOD5/TN值是鑒別能否采用生物硝化工藝的主要指標(biāo)。因為，只有經(jīng)過生物硝化以后，將污水中的有機氮通過生物硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無機氮（硝酸鹽），才能進行后續(xù)的生物反硝化（脫氮）反應(yīng)。對于活性污泥系統(tǒng)，由于硝化菌的比增長速率低，世代期長，如果泥齡較短，將使硝化菌來不及大量增殖，就從系統(tǒng)中排出。為使活性污泥系統(tǒng)得到良好的硝化效果，就必須有較長的泥齡?；钚晕勰嘀邢趸谋壤c污水的BOD5/TN值有關(guān)，就是因為產(chǎn)率不同，以及在活性污泥系統(tǒng)中異養(yǎng)菌與硝化菌競爭底物和溶解氧，使硝化菌的生長受到抑制。理論上BOD5/～9時硝化反應(yīng)均可進行，實際運行資料表明BOD5/TN2時硝化過程能夠正常進行。從理論上講，BOD5/TN＞，實際運行資料表明，只有當(dāng)BOD5/TN＞3時才能使反硝化正常運行。當(dāng)BOD5/TN=4～5時，氮的去除率大于60%，磷的去除率也可達60%左右。對于生物除磷工藝，要求BOD5/P＝33～100，同時要求BOD5/TN≥4。本污水處理廠進廠污水BOD5/TN＝5，BOD5/P＝40，能滿足生物硝化反應(yīng)、生物脫氮除磷工藝對碳源的要求。因此，本工程采用生物脫氮除磷活性污泥處理工藝是可行的。 污水處理工藝方案比選 污水處理工藝選擇根據(jù)以上對北京五里坨污水處理廠的設(shè)計進水水質(zhì)和要求達到的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的分析，確定最合適本工程的污水處理工藝是生物脫氮除磷工藝。該工藝可在滿足生物脫氮除磷要求的前提下，同時去除污水中的BODCODCr和SS，使污水處理廠出水完全可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。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(shù)等多方面比較，并最終比選確定技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、適合本地情況的工藝技術(shù)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(zhuǎn)經(jīng)驗。該工藝是在傳統(tǒng)A/O除磷工藝基礎(chǔ)上增設(shè)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(zhuǎn)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(shè)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(shè)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(shè)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(zhuǎn)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(shè)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(fù)雜的過程在構(gòu)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(yīng)，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(shù)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(shù)、經(jīng)濟方面的優(yōu)點：工藝流程簡單，構(gòu)筑物少，運行管理方便；曝氣設(shè)備和構(gòu)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(shè)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(yīng)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(zhuǎn)經(jīng)驗和節(jié)省占地和構(gòu)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(gòu)筑物由預(yù)反應(yīng)池（選擇池）和SBR池串聯(lián)組成，厭氧池中設(shè)曝氣攪拌裝置，在SBR池中充氧曝氣設(shè)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(yīng)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(shè)施簡單，目前在國內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)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(yīng)池主要由預(yù)反應(yīng)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(yù)反應(yīng)池容積較小，一般水力停留時間為1～2小時，是設(shè)計優(yōu)化合理的生物選擇器。該工藝將主反應(yīng)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(yīng)池（選擇池或輔助曝氣池）的設(shè)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(yù)反應(yīng)池與主曝氣池之間設(shè)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(fù)。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(yīng)池，由于反應(yīng)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(yīng)池內(nèi)水的位下降到預(yù)先設(shè)定的最低水位，然后再重復(fù)上述過程。為保證反應(yīng)池內(nèi)污泥濃度及污泥量，需排出相應(yīng)的剩余污泥。排除剩余污泥一般在沉淀階段結(jié)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(shè)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(yīng)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(shè)在循環(huán)式SBR反應(yīng)池首端的預(yù)反應(yīng)池中。因此，在預(yù)反應(yīng)池中也有部分反硝化反應(yīng)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(shè)置一個缺氧運行階段就可以完成反硝化反應(yīng)。 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(yīng)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(yù)反應(yīng)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(yù)反應(yīng)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(dāng)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(shè)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(yīng)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(jié)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(yīng)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(yù)反應(yīng)區(qū)及主反應(yīng)區(qū)之間均設(shè)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(jié)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(shù)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(shù)性能比較情況見表5－1。表5－1 工藝方案技術(shù)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(yán)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(dāng)選用自控設(shè)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(gòu)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(zhuǎn)，影響處理廠的出水水質(zhì)；設(shè)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(shè)備種類少、簡單,且不易出現(xiàn)故障,維修量少；構(gòu)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(dāng)，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(shè)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(zhuǎn)，影響處理廠的出水水質(zhì)；設(shè)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?zé)o法運轉(zhuǎn)；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(shè)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(shè)備維修量少，技術(shù)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(dāng)選用自控設(shè)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(gòu)筑物多,不緊湊, 占地面積大。 經(jīng)濟指標(biāo)比較三種方案的經(jīng)濟指標(biāo)比較情況見表52。表5－2 工藝方案技術(shù)性能比較表序號項 目單 位指 標(biāo) 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