【導(dǎo)讀】寶華新城污水處理廠工程可行性研究報告

　　

【正文】 耗部分磷酸鹽來維持其正常的生長繁殖，另外活性污泥絮體也能吸附一部分非溶解性的磷酸鹽。通常污水廠中活性污泥的含磷量能達到 12%干固體含量。通過排放剩余活性污泥，污水廠一般能達到 2030%的磷去除率。 自然水體中許多好氧微生物除吸收自身生長繁殖所必需的磷（磷酸鹽）之外，還能吸納更多的磷，并將其以聚合磷酸鹽的形式儲存在細胞質(zhì)內(nèi)。這種能過量吸收磷的微生物通常稱為磷酸鹽儲存型細菌（聚磷菌）。但在傳統(tǒng)的活性污泥法污水廠活性污泥池中，只含有少量的磷酸鹽儲存型細菌，因此這種過量吸收磷的現(xiàn)象不明顯。如何提高活性污泥 中磷酸鹽儲存型細菌的數(shù)量（比例），從而提高除磷量，成為現(xiàn)代生物除磷技術(shù)的基本出發(fā)點。 在好氧條件下，聚磷菌能迅速地適應(yīng)好氧環(huán)境，利用儲存在體內(nèi)的基質(zhì)（ PHB）作為自身繁殖的能源和碳源，立即進行物質(zhì)和能量代謝，其結(jié)果是過量吸收磷酸鹽和儲存含能的聚合磷酸鹽，并獲得能量， ADP 被氧化成 ATP。 由于在好氧條件下的吸收量大于在厭氧條件下的釋放量，因此從好氧區(qū)內(nèi)排放經(jīng)過處理的污水，能去除部分磷酸鹽。借助儲存在聚磷菌體內(nèi)的磷隨剩余活性污泥排出系統(tǒng)，達到生物除磷的目的。 在有脫氮要求的污水處理廠一般結(jié)合脫氮工藝來除磷，即 在反硝化前設(shè)置厭氧池，二沉池回流的活性污泥（外回流）在厭氧池中與進水充分混合，儲存在活性污泥中的磷酸鹽在此釋放磷，進水中的有機物（ BOD5）中的易降解有機酸作為聚磷菌的碳源以 PHB 的形式被儲存在細菌體內(nèi)。在后續(xù)的好氧池中，聚磷菌利用 PHB 作為能源進行代謝，吸收大量的磷酸鹽，最終隨剩余活性污泥排出系統(tǒng)。 除了生物除磷，污水廠有時還必須通過化學(xué)除磷的方法來進一步去除磷。生物除磷出水 TP 濃度有可能達到 1mg/L，即達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放寶華新城污水處理廠工程可行性研究報告 22 標(biāo)準(zhǔn)》一級 B 標(biāo)準(zhǔn)，若要達到一級 A標(biāo)準(zhǔn)，需通過化學(xué)除磷與生物除磷相結(jié)合的手段，使出水 TP達到 mg/L。 （三） 影響除磷脫氮的幾個因素 污泥污齡 細菌需要在一定的泥齡條件下進行繁殖，以保證能保留在系統(tǒng)之內(nèi)?；钚晕勰喑乇仨毎凑沾笥谙趸滤枋来鷷r間的泥齡設(shè)計，在一定的泥齡范圍內(nèi)，泥齡越長，硝化菌的含量則越高。相對于整個硝化 反硝化脫氮系統(tǒng)，需要較長的污泥泥齡。一般要求大于 8天。帶污泥穩(wěn)定的小型污水處理廠，污泥泥齡一般在 15 天左右。 與此相反，生物除磷則要求較短的泥齡，以便富磷污泥盡快從系統(tǒng)中排出。因為污泥在系統(tǒng)中停留的時間越長，磷的回溶就越多，而且排出的污泥量就 越少。 溶解氧 硝化菌只能在有氧的條件下才能生長，因此活性污泥池中溶解氧是制約硝化菌增長的一個因素。當(dāng)氧的含量大于 2mg/l 時則不會影響硝化反應(yīng)，溶解氧為零時硝化菌的增長速度也為零。 與此相反，反硝化過程則需在無氧的條件下進行，溶解氧促進硝化而抑制反硝化。盡管當(dāng)曝氣池中溶解氧含量較低時，也會發(fā)生部分反硝化，但高效率的深度反硝化仍有賴于嚴格的缺氧環(huán)境。 對于生物除磷系統(tǒng)，不僅需要反應(yīng)池中沒有分子態(tài)的氧，而且必須盡可能地減少硝酸鹽的含量。因此，在帶有硝化反應(yīng)的污水處理廠有必要進行深度脫氮，以消除硝酸鹽對除磷 的不利影響。 碳源 進行反硝化反應(yīng)的硝酸鹽還原菌是化能異養(yǎng)菌，需要從有機物中獲取碳源進行同化，合成細胞物質(zhì)，并獲取能量?？梢詮囊韵聝煞N途徑獲得碳源：外加碳源，通常是在硝化池后設(shè)反硝化池，投加甲醇或乙酸作為電子供體，或者將反硝化池前置，污水首先進入反硝化池，并將硝化池中的混合液回流到其中，利用污水中的快速降解 COD 作為電子供體。因此進水中易降解的有機物含量對生物脫氮是十分重要的，研究表明，實現(xiàn)深度脫氮的 C/N 應(yīng)大于 30。 溫度 溫度對生物化學(xué)反應(yīng)的作用十分顯著，在 8～ 30176。條件下，隨著水溫的升寶華新城污水處理廠工程可行性研究報告 23 高，活性 污泥池的硝化菌數(shù)量增多，硝化反應(yīng)較徹底。 對反硝化反應(yīng)而言，反硝化速度隨著溫度的升高而增高。污水處理中，以污水中的有機物為碳源時，理想的反硝化溫度在 20℃以上，當(dāng)水溫低于 10℃時，反硝化的效率受到較大的制約。 堿度與 pH 值 據(jù)文獻報道，硝化反應(yīng)最佳的 pH 值范圍為 ～ ，反硝化反應(yīng)最佳 pH值范圍為 左右。生物同化和硝化反應(yīng)均會產(chǎn)生酸，消耗堿度。如果污水堿度較低，系統(tǒng)緩沖能力較弱，將導(dǎo)致 pH 值下降，嚴重時將對硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用，同時對活性污泥的絮凝性能產(chǎn)生不良影響。而銨化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)均會產(chǎn)生堿度，因此，在從有機氮到氣態(tài)氮的轉(zhuǎn)化過程中，堿度能達到自身平衡。活性污泥池中另外一個與 pH 值密切相關(guān)的因素是氧利用率。在相等的堿度條件下，pH 值隨氧利用率的上升而下降，為了不至于抑制硝化菌的繁殖，在使用高效率曝氣裝置和純氧曝氣時需要提高剩余堿度。 因此，無論是從脫氮的角度，還是從污水處理廠運行的角度出發(fā)，反硝化過程都是十分重要的。 回流比 回流比對除磷脫氮的影響主要表現(xiàn)在： (a)外回流；低的污泥指數(shù)（ SVI）能減小回流比，而小的污泥回流比能減少帶入?yún)捬鯀^(qū)內(nèi)的硝酸鹽含量 ,有利于除磷，因此改善污泥沉降性能 ，優(yōu)化二沉池設(shè)計十分重要。 (b)內(nèi)回流；前置反硝化的脫氮效率取決于內(nèi)回流的混合液數(shù)量，要達到高的脫氮效果，就必須選擇較高的回流比。但回流比太高也會帶來一些負面影響，如導(dǎo)致硝化池中的水力負荷提高，從而減少了實際接觸時間，另外從硝化池中將較多的溶解氧帶入兼氧池，制約了反硝化的進行。 高峰負荷 高峰負荷對生物反應(yīng)系統(tǒng)有較大的沖擊作用，因此要求系統(tǒng)有較強的緩沖能力，即要有較高的生物量。但如果 C、 N、 P高峰負荷不匹配，即使系統(tǒng)有較強的緩沖能力，仍然會影響到 N 與 P 的去除率。因此應(yīng)盡量避免污泥處理工段的 N、P返回負荷 與進水高峰負荷重疊。 寶華新城污水處理廠工程可行性研究報告 24 《給水排水設(shè)計手冊》第 5 冊《城鎮(zhèn)排水》中提出了城市污水處理的典型工藝流程，即所謂三級處理體制。其中，一級是預(yù)處理，二級是主體，三級為精制。具體流程如下圖： 水泵原水格柵沉砂均化初沉生物處理活性污泥法或生物膜法二沉物化處理及生物處理消毒排放或回用回流污泥剩余污泥消化 脫水處置或利用初沉污泥初雨柵渣 污砂或堆肥一級處理去除可沉物、油脂、浮渣、約50％SS、約30％BOD去除碳源BOD可達95％，有的過程產(chǎn)生硝化作用二級處理進一步去除SS、BOD等以及氮、磷三級處理 圖 4－ 1 城市污水處理的三級體制流程圖 對于寶華新城污水處理廠的污水（基本為生活污水為主）進行活性污泥法處理，滿足一級 B 出水標(biāo)準(zhǔn)后，再進行深度處理，能夠滿足一級 A 標(biāo)準(zhǔn)的要求，而二級處理可選的工藝很多，如 A/O 法、 A2O 及其改 進工藝、氧化溝及其改進工藝、 SBR 法及其改進工藝等等，均能取得良好效果。 （ 一 ） 二級 處理工藝 結(jié)合本省目前運行的二級處理污水廠的調(diào)查及建設(shè)管理單位反饋的信息，二級處理段選擇下列兩種生物除磷脫氮工藝進行比較：改良 A/A/O 工藝和三槽式氧化溝工藝 。 傳統(tǒng) A2/O 及其改良工藝 傳統(tǒng) A2/O 法即厭氧 /缺氧 /好氧活性污泥法。污水流經(jīng)三個不同的功能分區(qū)，在不同微生物菌群的作用下，去除污水中的有機物、氮和磷。其流程簡圖見圖42。 寶華新城污水處理廠工程可行性研究報告 25 進水 出水 混合液回流 活性污泥回流 剩余污泥 圖 42 A2/O 法流程簡圖 該工藝在系統(tǒng)上是最簡單的同步除磷脫氮工藝，總水力停留時間小于其它同類工藝，在厭氧（缺氧）、好氧交替運行的條件下可抑制絲狀菌繁殖，克服污泥膨脹， SVI 值一般小于 100，有利于處理后污水與污泥的分離，運行中在厭氧和缺氧段內(nèi)只需輕緩攪拌，運行費用低。由于 厭氧、缺氧和好氧三個區(qū)嚴格分開，有利于不同微生物菌群的繁殖生長，因此除磷脫氮效果非常好。目前，該法在國內(nèi)外使用較為廣泛。 但傳統(tǒng) A2/O 工藝也存在本身固有的缺點。脫氮和除磷外部環(huán)境條件的要求是相互矛盾的，脫氮要求有機負荷較低，污泥齡較長，而除磷要求有機負荷較高，污泥齡較短，往往很難權(quán)衡。 為了克服傳統(tǒng) A2/O 工藝的缺點，出現(xiàn)了多種改良型 A2/O 工藝，一下為其中一種改良工藝的流程簡圖，見圖 43: 混合液回流 混合液回流 進水 出水 活性污泥回流 剩余污泥 圖 43 改良型 A2/O 工藝流程簡圖 與傳統(tǒng) A2/O 法相比，其改良工藝不同之處在于污泥先回流至缺氧池，而不是厭氧池，再將缺氧池部分混合液回流至厭氧池，從而減少了回流污泥中過多的硝酸 鹽對厭氧放磷的影響。但是改良工藝增加了一次回流，多一次提升，運行費用將增加。 此工藝流程較長，構(gòu)筑物較多，設(shè)備維修不便，操作管理較復(fù)雜，投資略高，運行相對成熟可靠，處理效果穩(wěn)定，一般運用于具有較高運行管理水平的城市污厭氧池 (A) 缺氧池 (A) 好氧 (O) 二沉池 厭氧池（ A） 缺氧池（ A） 好氧池（ O） 二沉池 寶華新城污水處理廠工程可行性研究報告 26 水廠。 三槽式 氧化溝 傳統(tǒng)的氧化溝是一種延時曝氣生物反應(yīng)器，其特征可簡要概括為： 1）污泥泥齡較長，脫氮效果好； 2）池容大，有機負荷低，抗沖擊負荷； 3）具有環(huán)流無終端的流線，兼具推流和完全混合的流態(tài)； 4）采用表面曝氣器，在曝氣器之間交替形成好氧 — 缺氧環(huán)境，類似多級串聯(lián)的脫氮系統(tǒng)； 5）水深較淺（ 一般 ～），占地大。 通常氧化溝僅能脫氮，在靠近氧化溝充氧器下游為好氧硝化區(qū)域，遠離充氧器區(qū)域為缺氧反硝化區(qū)域，為了除磷的需要，可以在氧化溝之前設(shè)置厭氧區(qū)，達到除磷的要求。 從流程上看，類似 A2/O，但由于環(huán)型構(gòu)造，循環(huán)量遠遠大于進水流量，其中硝酸鹽（ NO3）的回流量很高，因此一般不設(shè)內(nèi)回流。其流程為： 圖 44 氧化溝 工藝流程簡圖 氧化溝工藝 類型 主要有 Pasveer 氧化溝、 T型 三槽式 氧化溝、 DE 型氧化溝、Carrousel 氧化 溝、 Orbal 氧化溝等 ， 近年來以 三槽式 氧化溝為主導(dǎo)的交替式工作氧化溝工藝在污水處理工程中得到廣泛的應(yīng)用 。 三槽式 氧化溝（ T型）是由 3 個相同的氧化溝組建在一起作為一個單元運行。3個氧化溝之間相互雙雙連通，兩側(cè)氧化溝可起曝氣和沉淀雙重作用，中間一個氧化溝一直為曝氣池，原污水交替地進入兩側(cè)氧化溝，處理水則相應(yīng)地從作為沉淀池的兩側(cè)氧化溝中流出，這樣提高了曝氣設(shè)備的利用率，另外也有利于生物脫氮。 三槽式 氧化溝是一個兼氧－好氧 的 活性污泥系統(tǒng)，可以完成有機物的降解和硝化反硝化過程，能取得良好的 BOD5 去除效果和脫氮效果，依 靠三池工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，可以免除污泥回流和混合液回流，運行費用大大降低，處理流程簡單，寶華新城污水處理廠工程可行性研究報告 27 省去二沉池，管理方便，基建費用低。 三槽式 氧化溝基本運行方式大體分為 6個階段，工作周期為 8h。通過控制系統(tǒng)自動控制進、出水方向，溢流堰的升降以及曝氣設(shè)備的開動和停止。 三槽式 氧化溝運行方式可根據(jù)不同的入流水質(zhì)及出水要求而改變，所以系統(tǒng)運行靈活，操作較方便，但要求自動控制程度高。其最大缺點是設(shè)備利用率低。 本工程選擇改良型 A2/O 工藝、三槽式氧化溝 工藝作方案一中二級處理階段備選方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較。 兩 種工藝的特性比較見 4－ 5， 兩 種工藝 （處理到一級 B 標(biāo)準(zhǔn)）的 綜合比較見表 4－ 6。 表 45 兩 種 處理 工藝的特性比較表 特性 改進 A/A/O 三槽式氧化溝 除 磷 脫 氮 效 果 針對消除硝酸鹽對除磷的影響和提高脫氮效率而開發(fā)的 改良型 A2/O工藝，尤其適應(yīng)進水 BOD5/TN、 BOD5/TP不是太高的場合 采用延時曝氣工藝低負荷運行，泥齡長，脫氮效果好，但除磷效果較差 系 統(tǒng) 概 況 連續(xù)進水，連續(xù)出水，需設(shè)獨立的泥水分離和污泥回流系統(tǒng)，一般還設(shè)內(nèi)回流 連續(xù)進水，連續(xù)出水，除交替式氧化溝外，其它型 式均需設(shè)獨立的泥水分離和污泥回流系統(tǒng)，一般無需內(nèi)回流 運 行 狀 態(tài) 反應(yīng)池在穩(wěn)態(tài)下運行，各單元內(nèi)同一空間點在不同的時間工況基本一致，同一單元各不同空間點在同一時間的工況也基