【文章內(nèi)容簡介】 吸收來自進水的溶解性有機物，把有機物轉(zhuǎn)化為PHB儲存起來，隨著聚磷的分解，進行磷的釋放。進入好氧階段后，聚磷菌群降解體內(nèi)的PHB產(chǎn)生能量，大量吸收液相中的磷，轉(zhuǎn)化為聚磷，進入污泥細(xì)胞，經(jīng)沉淀分離，把富含磷的剩余污泥排除，達(dá)到除磷的目的。進水中的BOD5是作為營養(yǎng)物供聚磷菌活動的基質(zhì)，故BOD5/TP是衡量能否達(dá)到除磷的重要指標(biāo)，一般認(rèn)為該值20，比值越大，除磷效果越明顯。本項目BOD5/TP40，可以采用生物除磷工藝。一、生化工藝傳統(tǒng)的活性污泥工藝由于占地大、設(shè)備利用率低、環(huán)境質(zhì)量差、不宜布置在地下，不適合本項目實際情況，不宜采用。膜生物反應(yīng)器（MBR）是現(xiàn)代膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合的一種新型高效廢水處理與回用技術(shù)，但MBR投資較高，操作較為繁瑣，不適合鎮(zhèn)區(qū)生活污水處理采用。厭氧UASB主要用于中高濃度有機廢水，生活污水屬于低濃度有機污水，不適合采用厭氧UASB。生活污水除了有機物污染外，還有大量氮、磷的污染，選擇處理工藝除了考慮BOD有機物的去除，還需充分兼顧氮、磷的去除。目前國內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理最常采用的是處理效果穩(wěn)定并具有脫氮除磷功能的氧化溝工藝、CASS工藝（SBR的變形工藝）和A/O工藝，本項目將這三種工藝作為備選工藝進行比選分析。1) 氧化溝工藝氧化溝(Oxidation Ditch)工藝，是20世紀(jì)50年代由荷蘭人首創(chuàng)并發(fā)展起來的一種污水處理工藝形式，因其結(jié)構(gòu)簡單，易于維護管理，運行效果好且穩(wěn)定，很快得到廣泛的應(yīng)用。到目前為止己發(fā)展成為多種形式，主要有Orbal型、Carrousel型、三溝式氧化溝、一體化氧化溝、改良型氧化溝等。本項目選取改良型氧化溝工藝作為備選工藝。改良型氧化溝其基本特征是曝氣池呈環(huán)狀溝渠形，污水和活性污泥的混合液在其中連續(xù)循環(huán)流動。改良型氧化溝在工藝上，是根據(jù)廢水水質(zhì)的不同組合成不同比例的厭氧－好氧－缺氧(厭氧)－好氧－缺氧－好氧的生物處理工藝。其技術(shù)優(yōu)點主要在于：(1)處理流程簡單、構(gòu)筑物少，可比傳統(tǒng)活性污泥法少建初沉池；(2)處理效果好且穩(wěn)定可靠，不僅可滿足BOD5和SS的排放標(biāo)準(zhǔn)，且可實現(xiàn)脫氮除磷的目的。這種前置厭氧的流程不但有良好的脫氨除磷效果， 而且在厭氧和缺氧條件下能把大分子量的有機物裂解成易于好氧生物降解的低分子量有機物；(3)由于氧化溝中污泥泥齡長，污泥生成量較少；(4)由于混合液在溝內(nèi)呈循環(huán)流動狀態(tài)，而且循環(huán)量是進水流量的幾倍甚至幾十倍，所以氧化溝對水質(zhì)、水量的適應(yīng)能力強，具有較大的抗沖擊負(fù)荷能力；(5)改良型氧化溝工藝采用微孔曝氣或大功率機械曝氣與機械推流方式配合運行，占地面積大幅減小，投資費用大幅降低； (6)改良型氧化溝工藝采用高效曝氣方式，工藝根據(jù)進水水質(zhì)地不同可調(diào)節(jié)回流污泥分配，可大幅節(jié)省設(shè)備運行費用，從而降低運行費用； (7)改良型氧化溝工藝成熟，運行穩(wěn)定，常規(guī)管理方便。常用的氧化溝工藝由缺氧、好氧兩段組成，交替地進行硝化和反硝化反應(yīng)。采用改良型氧化溝，前設(shè)厭氧選擇池，具有較好的生物除磷效果， 并且可抑制絲狀茵的生長，改善污泥沉降性能。2）SBR工藝SBR (Sequencing Batch Reactor)又稱序批式法，所謂序批式是相對常用的過流式而言，過流式是一種空間順序的處理方式，污水流經(jīng)不同功能的構(gòu)筑物過程中逐漸凈化，最終達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。SBR則是一種時間順序的處理方式，進水、曝氣、沉淀、出水等處理過程同一周期不同時段在同一座池子中完成，但進水是連續(xù)的過程。SBR法通過進水－曝氣－沉淀－排水四個階段形成一個周期，時間約為4～6小時，污水在反復(fù)的厭氧、缺氧、好氧環(huán)境中完成污水的處理和除磷脫氮， 設(shè)計上常需若干座池子組合而成輪換運行，譬如：第一池進水，第二池曝氣， 第三池沉淀排水，第四池備用。雖然一座池子集進水、曝氣、沉淀、排水多種功能于一體，但不能省去工序，相反每一座池子的設(shè)備要適應(yīng)多種功能。該工藝生物池為曝氣頭曝氣，可大大提高供氧效率，并可增加生物池水深，減少占地面積。同時由于生物池為完全混合式，可以省掉一沉池，其它工藝中的二次沉淀池、回流污泥泵也在此工藝中被省掉，因此使其處理工藝流程大大縮減。但傳統(tǒng)的SBR工藝用于生物同時脫氮、除磷時，效果并不理想；為解決這一問題，派生出Unitank、MSBR、ICEAS、CASS等一系列SBR的改型，CASS工藝最為適合本項目。CASS工藝是以生物反應(yīng)動力學(xué)原理及合理的水力條件為基礎(chǔ)而開發(fā)的一種具有系統(tǒng)組成簡單、運行靈活、可靠性好的廢水處理工藝。它由生物選擇區(qū)、兼氧區(qū)、主反應(yīng)區(qū)組成，生物選擇區(qū)設(shè)置在CASS前端，通常在厭氧或兼氧條件下運行；兼氧區(qū)不僅具有對進水水質(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；主反應(yīng)區(qū)則是最終去除有機物的場所。CASS每一運行周期的標(biāo)準(zhǔn)時間為8小時，其中曝氣6小時，沉淀和潷水各1小時。CASS工藝脫氮除磷的原理為：除磷是靠厭氧捕捉選擇區(qū)（預(yù)反應(yīng)區(qū)）和曝氣反應(yīng)區(qū)(主反應(yīng)區(qū))完成。硝化和反硝化在主反應(yīng)區(qū)完成。從充水－曝氣開始，溶解氧(DO)濃度從0毫克/升逐漸增加到2毫克/升的過程中，大約有50%的時間其(DO)接近于零，約30%時間DO在1毫克/升左右， 約20%肘間DO在2毫克/升左右。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耗氧速率，一般情況下耗氧速度較快，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)。CASS工藝的主要優(yōu)點：① 具有完全混合式和推流式曝氣池的雙重優(yōu)勢，能承受水量、水質(zhì)變化較大的沖擊負(fù)荷，處理效果穩(wěn)定。②在進行生物除磷脫氮操作時，整個工藝的控制良好，處理后的出水水質(zhì)尤其是除磷脫氮的效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的活性污泥法。③污泥系統(tǒng)運行簡單，無須進行大量的污泥回流和內(nèi)回流。④采用組合式模塊結(jié)構(gòu)，布置緊湊，占地面積小。⑤污泥產(chǎn)量少，污泥可趨于相對好氧穩(wěn)定，污泥處理構(gòu)筑物少，只須進行重力濃縮，機械脫水即可。3）A/O（水解好氧）工藝A/O（缺氧/好氧）為連續(xù)進出水工藝，由A池、O池串聯(lián)，同時配備沉淀池，進行除氮時需進行硝化液和污泥回流，回流比需根據(jù)進水氨氮濃度和總氮去除要求來確定。A/O脫氮工藝流程。廢水經(jīng)預(yù)處理和一級處理后，首先進入缺氧池，利用氨化菌將廢水中有機氮轉(zhuǎn)化成NH3N，與原廢水中的NH3N一并進入好氧池。在好氧池中，除與常規(guī)活性污泥法一樣對含碳有機物進行氧化外，在適宜的條件下，利用亞硝化菌及硝化菌，將廢水中NH3N硝化生成Nox—N。為了達(dá)到廢水脫氮的目的，好氧池中硝化混合液通過內(nèi)循環(huán)回流到缺氧池，利用原廢水中有機碳作為電子供體進行反硝化，將NoxN還原成氮氣。與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比，A/O系統(tǒng)可利用原廢水中的有機物作為碳源進行反硝化，達(dá)到同時降低COD和脫氮的目的。缺氧池設(shè)在好氧池之前，當(dāng)水中堿度不足時，由于反硝化可增加堿度，因而可以補償部分硝化過程中對堿度的消耗。A/O工藝只有一個污泥系統(tǒng)，混合菌群交替處于好氧和缺氧狀態(tài)，有機物濃度高低交替的條件，有利于控制污泥膨脹。近十幾年來A/O工藝在國內(nèi)外的應(yīng)用發(fā)展較快，被認(rèn)為是解決城市污水及含氮工業(yè)廢水氮污染的有效工藝。在傳統(tǒng)硝化工藝中，一直把氨徹底氧化為硝酸鹽（NH4+ → NO2－ → NO3－，全程硝化）。廢水生物脫氮之所以長期采用全程硝化和全程反硝化，主要原因有：（1）最初應(yīng)用硝化工藝的目的是為了消除氨對水體的不良影響，如果硝化不完全，形成的亞硝酸鹽是“三致”物質(zhì)，會對水生生物以及人類安全構(gòu)成威脅；（2）亞硝酸鹽依然具有耗氧能力，會消耗水體溶解氧（DO）；亞硝酸細(xì)菌與硝酸細(xì)菌普遍存在且共同生活，廢水處理系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，兩種細(xì)菌共進同出，工程上要將它們分開并不容易；（3）在自然界或廢水處理系統(tǒng)中，氨氧化往往是整個硝化過程的限速步驟，很少出現(xiàn)亞硝酸鹽積累；（4）由于硝化工藝所提供的基質(zhì)是硝酸鹽，反硝化工藝只能進行全程反硝化。但是，在廢水脫氮中，全程硝化并非必要，把氨氧化成亞硝酸鹽（NH4+→NO2－）也能取得相同的效果。就生物脫氮而言，硝化過程中的“NO2－→NO3－”與反硝化過程中的NO3－→NO2－是一段多走的路程，將其從工藝中省去同樣能實現(xiàn)廢水脫氮。這種把氨氧化控制在亞硝酸鹽階段的硝化作用，稱為短程硝化。短程硝化反硝化的核心是使硝化過程終止于亞硝酸鹽階段。在實施時，不僅要抑制亞硝酸鹽氧化，還要促進氨氧化，只有這樣，才能使該工藝經(jīng)濟高效。短程硝化反硝化工藝較全程硝化反硝化，具有如下明顯的優(yōu)勢：（1）只有氨氧化反應(yīng)，沒有亞硝酸鹽氧化反應(yīng)，降低了硝化所需的充氧能耗；（2）還原反應(yīng)起始于亞硝酸鹽，也減少了外加碳源所致的運行費用。利用亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌在生理學(xué)和生長動力學(xué)上的差異，即通過創(chuàng)造有利于氨氧化菌（AOB）生長的環(huán)境，而選擇性抑制亞硝酸鹽氧化菌（NOB）的生長，通過有效的工程手段和操作措施來實現(xiàn)短程硝化，可實現(xiàn)短程生物脫氮。影響亞硝酸積累的因素主要有溫度、pH值、游離氨濃度、溶解氧濃度、泥齡等，因此通過控制以上因素，實現(xiàn)短程硝化：pH值和游離氨在硝化工藝中，pH是一個非常重要的調(diào)控參數(shù)。一般而論，~，~。，硝化速率降低。其中，亞硝酸細(xì)菌與硝酸細(xì)菌適宜生長的pH范圍略有差異，~~。~，亞硝酸細(xì)菌的活性較高，亞硝酸鹽產(chǎn)生速率較快。，硝酸鹽產(chǎn)生速率的最大值也出現(xiàn)在中性范圍。根據(jù)兩種硝化細(xì)菌最適pH的差異，調(diào)控反應(yīng)系統(tǒng)的pH可以取得定向選擇反應(yīng)產(chǎn)物的效果。試驗表明，亞硝酸鹽占產(chǎn)物的比例高于90%。因此，~。～～150mg/L，游離氨受pH的影響很大。當(dāng)游離氨的質(zhì)量濃度介于兩者之間時，亞硝酸菌能夠正常增值和氧化，硝酸菌被抑制，就會產(chǎn)生亞硝酸鹽積累。溶解氧濃度（DO）亞硝酸細(xì)菌對氧的親和力和耗氧速率均高于硝酸細(xì)菌。為了兼顧氨氧化速率和亞硝酸鹽積累，為實現(xiàn)亞硝酸鹽積累，~；供氧方式可采用間歇曝氣。有研究表明，A/O工藝中，長期控制DO在一個較低的水平，~，可以對亞硝酸氧化菌（NOB）進行淘洗，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的亞硝酸鹽積累，平均亞硝態(tài)氮積累率為85%，有時甚至超過95%。泥齡一方面，NH3N的硝化速率比NO2N的氧化速率快；另一方面，亞硝酸菌的世代周期比硝酸菌的短，因此可通過使泥齡介于亞硝酸菌和硝酸菌的世代周期之間，使得亞硝酸菌成為系統(tǒng)優(yōu)勢菌，從而形成亞硝酸型硝化。溫度對于硝化反應(yīng)，一般認(rèn)為適宜溫度為20~30℃，溫度低于15℃或高于40℃硝化速率降低。短程硝化的操作溫度以30~35℃為宜。在常溫（5~20℃）下，由于亞硝酸細(xì)菌的生長速率小于硝酸細(xì)菌，前者產(chǎn)生的亞硝酸鹽很容易被后者繼續(xù)氧化成硝酸鹽。通過提升反應(yīng)器的運行溫度（20~35℃），利用亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌不同的溫度效應(yīng)，有助于富集亞硝酸細(xì)菌從而實現(xiàn)短程硝化。以上是實現(xiàn)短程硝化的一些主要因素。有試驗表明，DO濃度不但是實現(xiàn)A/O工藝短程硝化反硝化的主要影響因素，而且是最易于控制的因素。通過提高溫度來實現(xiàn)短程硝化反硝化顯然是不經(jīng)濟的控制手段，并且有不少研究表明在常溫條件下可實現(xiàn)較好的短程硝化。O池通過在線測量pH值可以控制投加的藥劑量；當(dāng)進水pH、進水氨氮濃度和溫度確定后，游離氨（FA）也就確定了，剩下的主要因素就是DO了，通過在線監(jiān)測DO，調(diào)節(jié)曝氣量，可以很容易控制所需要的DO濃度，另外控制低DO濃度可以提高充氧效率，節(jié)約運行費用。因此無論從理論上還是實際應(yīng)用中，DO濃度都是實現(xiàn)A/O工藝短程硝化反硝化的關(guān)鍵因素。二、生態(tài)工藝法1）土地滲濾系統(tǒng)土地滲濾系統(tǒng)是利用土壤—微生物—植物組成的生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)控及人工調(diào)控的機制對污水中的污染物進行一系列物理的、化學(xué)的和生物的凈化過程，使污染物去除，污水水質(zhì)改善，從而實現(xiàn)污水無害化、穩(wěn)定化和資源化的生態(tài)系統(tǒng)工程。土地處理有慢速滲濾系統(tǒng)、快速滲濾系統(tǒng)和地表漫流系統(tǒng)，其中慢速滲濾系統(tǒng)、快速滲濾系統(tǒng)適用于透水性好的土壤，如砂土、壤土砂或砂壤土，不適合本工程。而地表漫流系統(tǒng)適合于透水性差的土壤，如黏土、亞粘土以及具有均勻適宜坡度（2%~8%）的田塊，采用漫灌或噴灌方式將污水有控地投配到田塊，使之在田塊表面形成薄膜，均勻地順坡留下，小部分蒸發(fā)或下滲，大部分流入集水溝。地表漫流系統(tǒng)占地面積較大，而當(dāng)?shù)貨]有符合要求的坡地供利用，故該處理方法的選擇受到了限制。2）穩(wěn)定塘穩(wěn)定塘也稱氧化塘，其凈化過程與自然水體的自凈過程過程相似。通常是將土地進行適當(dāng)?shù)娜斯ば拚?，建成池塘，并設(shè)置圍堤和防滲層，依靠塘內(nèi)生長的微生物來處理污水。主要利用菌藻的共同作用處理廢水中的有機污染物。穩(wěn)定塘污水處理系統(tǒng)具有基建投資和運轉(zhuǎn)費用低、維護和維修簡單、便于操作、能有效去除污水中的有機物和病原體、無需污泥處理等優(yōu)點，在我國，特別是在缺水干旱的地區(qū)，是實施污水的資源化利用的有效方法，所以穩(wěn)定塘處理污水近年來成為我國著力推廣的一項新技術(shù)。穩(wěn)定塘分為四種，分別是厭氧塘、兼性塘、好氧塘和曝氣塘。厭氧塘的原理與其他厭氧生物處理過程一樣，依靠厭氧菌的代謝功能，使有機底物得到降解。反應(yīng)分為兩個階段：首先由產(chǎn)酸菌將復(fù)雜的大分子有機物進行水解，轉(zhuǎn)化成簡單的有機物（有機酸、醇、醛等）；然后產(chǎn)甲烷菌將這些有機物作為營養(yǎng)物質(zhì)，進行厭氧發(fā)酵反應(yīng)，產(chǎn)生甲烷和二氧化碳等。優(yōu)點：有機負(fù)荷高，耐沖擊負(fù)荷較強；由于池深較大，所以占地省；所需動力少，運轉(zhuǎn)維護費用低；貯存污泥的容積較大；一般置于塘系統(tǒng)的首端，作為預(yù)處理設(shè)施，在其后再設(shè)兼性塘、好氧塘甚至深度處理塘，做進一步處理，這樣可以大大減少后續(xù)兼性塘和好氧塘的容積。缺點：溫度無法控制，工作條件難以保證；臭味大；凈化速率低，污水停留時間長。城市污水的水力停留時間為30~50天。適用條件：對于高溫、高濃度的有機廢水有很好的去除效果，如食品、生物制藥、石油化工、屠宰場、畜牧場、養(yǎng)殖場、制漿造紙、釀酒、農(nóng)藥等工業(yè)廢水。對于醇、醛、酚、酮等化學(xué)物質(zhì)和重金屬也有一定的去除作用。對重金屬也有一定的去除效果。兼性塘是最常見的一種穩(wěn)定塘。~，從上到下分為三層：上層好氧區(qū)，中層兼性區(qū)（也叫過渡區(qū)）；塘底厭氧區(qū)，好氧區(qū)對的凈化原理與好氧塘基本相同。藻