城市污水處理技術(shù)作為環(huán)境學(xué)科的一個(gè)分支,就我國(guó)目前的狀況來(lái)看, 整體上已有了很大的進(jìn)步,但還落后于我國(guó)城市發(fā)展的水平。近些年來(lái), 雖然研究、開(kāi)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(guó)外的一些先進(jìn)工藝、經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備。
1 一級(jí)處理工藝及其發(fā)展趨勢(shì)
一級(jí)強(qiáng)化處理技術(shù)分為兩類(lèi):一類(lèi)側(cè)重于物化機(jī)理, 一類(lèi)側(cè)重于微生物的絮凝吸附原理。目前國(guó)內(nèi)外研究的一級(jí)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(dòng)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(jí)處理工藝。該工藝對(duì)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(shí)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(jiàn)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(shí)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(shí)保持污泥的好氧狀態(tài), 避免變黑、發(fā)臭。此過(guò)程在污泥活化池里進(jìn)行, 能耗遠(yuǎn)低于二級(jí)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(lái), 隨著許多新型、高效、廉價(jià)的混凝劑的出現(xiàn)和自動(dòng)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(jìng)爭(zhēng)力。
例如, 對(duì)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(guó)外引進(jìn)的混凝劑(Biofloc), 經(jīng)過(guò)混凝沉淀強(qiáng)化一級(jí)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(jí)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(guó)國(guó)情。此外, 經(jīng)強(qiáng)化一級(jí)處理后的污水再進(jìn)行二級(jí)處理時(shí), 停留時(shí)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(shì)
就我國(guó)目前的污水處理狀況來(lái)說(shuō), 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(jí)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(duì)我國(guó)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(jí)處理工藝。根據(jù)我國(guó)目前水處理的發(fā)展?fàn)顩r, 混凝沉淀強(qiáng)化一級(jí)處理工藝在我國(guó)應(yīng)用較多。
目前一級(jí)處理工藝的發(fā)展主要集中在研究和應(yīng)用高效、廉價(jià)的絮凝劑以及微生物絮凝劑, 同時(shí)研究無(wú)機(jī)絮凝劑與其他各類(lèi)絮凝劑協(xié)同作用效果, 以及對(duì)一級(jí)處理工藝設(shè)備的優(yōu)化選型等方面。
2 二級(jí)處理工藝及其發(fā)展趨勢(shì)
二級(jí)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(gè)方面的強(qiáng)化處理, 使某一處理水的某一或某幾個(gè)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(gè)或多個(gè)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(gè)運(yùn)行周期。每個(gè)工作周期順序完成進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排放4 個(gè)工藝過(guò)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(dòng)對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的不穩(wěn)定性。工藝處理簡(jiǎn)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(dòng)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(jiǎn)單可靠、運(yùn)行方式靈活、自動(dòng)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(guò)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(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)、出水。同時(shí)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(jiàn)圖2)。
圖2 CASS 工藝流程
CASS 工藝的特點(diǎn)是對(duì)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(lái)的污水處理工藝, 經(jīng)過(guò)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(shí), 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(gè)單元內(nèi)MLSS 的均勻性。可見(jiàn),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?jī)?yōu)勢(shì), 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。可根據(jù)好氧過(guò)程的DO 檢測(cè)與缺氧和厭氧過(guò)程的ORP 在線檢測(cè), 通過(guò)改變供氣量, 切換進(jìn)出水閥門(mén), 改變好氧、缺氧及厭氧的反應(yīng)時(shí)間等, 高水平地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)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(jiàn)圖4)。
圖4 好氧UNITANK 系統(tǒng)流程
脫氮除磷過(guò)程更能通過(guò)抑制絲狀菌生長(zhǎng)來(lái)控制污泥膨脹。3 個(gè)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(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生不良影響(見(jiàn)圖5)。
圖5 脫氧除磷UNITANK 系統(tǒng)流程
目前, 我國(guó)石家莊高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理廠日處理污水10 萬(wàn)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(gè)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(guò)程分為進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置等幾個(gè)過(guò)程(見(jiàn)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(jiǎn)化、建設(shè)費(fèi)用少、自動(dòng)化程度高、操作運(yùn)行簡(jiǎn)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(kāi)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(duì)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(shí)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(guò)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(shí)NH3-N 被硝化, 通過(guò)含硝酸鹽混合液的內(nèi)回流方式, 使其N(xiāo)Hx-N 在缺氧段進(jìn)行反硝化脫氮, 因而該工藝具有同時(shí)生物脫氮除磷的功能(見(jiàn)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(duì)目前我國(guó)國(guó)情來(lái)說(shuō), 當(dāng)處理后的污水排入封閉性水體或緩流水體引起富營(yíng)養(yǎng)化從而影響給水水源時(shí), 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(guò)預(yù)處理后在這個(gè)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(jí)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(duì)沒(méi)經(jīng)過(guò)硝化處理的污水不適用, 同時(shí)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(duì)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(lái)是一組硝化與反硝化池(見(jiàn)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(gè)缺氧池, 前一個(gè)接受二沉池回流污泥, 后一個(gè)接受好氧硝化混合液, 將污泥的脫氮與混合液的脫氮分開(kāi), 進(jìn)一步減少硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的可能(見(jiàn)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(gè)反應(yīng)器都是由多個(gè)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(shì)
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(duì)于日處理能力在20 萬(wàn)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(duì)于日處理能力在5 萬(wàn)～ 20 萬(wàn)t 的城市污水處理廠, 除上述兩類(lèi)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(wàn)～5 萬(wàn)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(guó)內(nèi)外目前的二級(jí)處理工藝, 其發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在:處理系統(tǒng)一體化的研究與開(kāi)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(guò)程控制研究, 污水處理系統(tǒng)的儀表設(shè)備研究。
3 三級(jí)處理工藝及其發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái), 我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始重視三級(jí)處理工藝的研究開(kāi)發(fā), 目前用得比較多的三級(jí)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(jí)處理工藝是在生物處理之后增加混凝、過(guò)濾、消毒等常規(guī)處理過(guò)程, 有砂濾、膜濾、反滲透、UV 消毒、液氯、臭氧消毒等。一般來(lái)說(shuō)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(shí)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(shí)間短, 對(duì)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(gè)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(kāi)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(kāi)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(shì)
目前我國(guó)的三級(jí)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(zhǎng)安街生活小區(qū)的回用水處理。就我國(guó)目前的實(shí)際情況來(lái)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(shí)仍選用常規(guī)處理工藝。
國(guó)內(nèi)外目前廣泛研究的主要是通過(guò)微濾和反滲透技術(shù)來(lái)處理二級(jí)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。具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
圖10 污水回用試驗(yàn)工藝流程
濕地系統(tǒng)在國(guó)外有著廣泛的應(yīng)用, 目前我國(guó)也開(kāi)始了這方面的研究工作。由于我國(guó)環(huán)境污染加劇, 淡水資源巨減, 相信三級(jí)處理工藝必將越來(lái)越受到重視。
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