城市污水處理廠的工藝選擇
摘要：污水處理廠工藝的選擇，直接關(guān)系到一個(gè)地區(qū)污水處理的效果，關(guān)系到整個(gè)地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境建設(shè)。文章通過對各種污水處理工藝特點(diǎn)的對比介紹，闡述了對污水處理工藝的選擇。
關(guān)鍵詞：城市污水；污水處理；工藝
建設(shè)城市污水處理廠是水資源利用和水污染控制的必然趨勢，是可持續(xù)發(fā)展要求的必然結(jié)果。而污水處理廠工藝的選擇，直接關(guān)系到建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用的多少、處理效果的好壞、占地面積的大小、管理上的方便與否等關(guān)鍵問題。因此，在進(jìn)行污水處理廠設(shè)計(jì)時(shí)，必須做好工藝方案的比較，以確定最佳方案。
處理廠工藝是指在達(dá)到所要求的處理程度的前提下，污水處理各單元的有機(jī)組合。確定污水處理廠工藝的主要依據(jù)是所要達(dá)到的處理程度，而處理程度則主要取決于接受處理后污水的水體的自凈能力或處理后污水的出路。因此，各個(gè)地區(qū)、各個(gè)城市的具體情況不同，需求不同，選擇的工藝亦有所不同。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，目前世界上使用最多的是活性污泥法，其中又有不同的模式，如傳統(tǒng)活性污泥法、階段曝氣法、曝氣沉淀池、A B法、A O法等。當(dāng)然，也有采用其它方法的如：生物膜法、物理化學(xué)法以及自然處理法、氧化塘等。每種處理工藝方法均有其各自的特點(diǎn)及適應(yīng)范圍，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐母鞣N不同條件和要求選擇處理形式。
1 活性污泥法
活性污泥法是水體自凈的人工強(qiáng)化，是使微生物群體在曝氣池內(nèi)是懸浮狀，并和污水接觸而使之凈化的方法。包括標(biāo)準(zhǔn)活性污泥法、STEP曝氣法、長時(shí)間曝氣法、分段式曝氣法、限制曝氣法以及AB法等傳統(tǒng)活性污泥法的改型和AO法、AOO等.近年來開發(fā)高效脫氮除磷工藝。目前，活性污泥法占主導(dǎo)地位，適用于處理生活污水所占比重較大的城市污水，但隨著如AO法、AOO法、AB法等新工藝的開發(fā)，對于工業(yè)污水成份比較高的污水的處理效果也有了提高。
1．1 傳統(tǒng)活性污泥法
優(yōu)點(diǎn)：①不宜采用物理化學(xué)方法處理的廢水，BOD去除率可達(dá)95％以上。②建設(shè)投資額高，但處理的動(dòng)力費(fèi)較低。
缺點(diǎn)：所需停留時(shí)間長，設(shè)備龐大，基建投資大，因而要加各種構(gòu)筑物，使各種構(gòu)筑物容積增大，從而使處理廠面積增大，增加管理人員及管理難度。
發(fā)展方向：①為了廢水體系的組分、濃度均勻化，重新估價(jià)預(yù)處理，重新研究調(diào)整槽。②探討選擇活性污泥微生物系的菌種。③ 活性污泥法的設(shè)備中引入儀表化和擬定管理指標(biāo)。
1．2 間歇式活性污泥法
近幾年來隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)展以及城鎮(zhèn)自身的發(fā)展，下水道設(shè)施已呈現(xiàn)出大城市轉(zhuǎn)向中小城市、農(nóng)村小鎮(zhèn)的趨勢，小規(guī)模污水處理設(shè)施逐步增加，農(nóng)村小城鎮(zhèn)對于改善生活環(huán)境條件的要求越來越迫切了。
小規(guī)模污水處理設(shè)施與大規(guī)模處理設(shè)施比較，它的自然條件和社會條件大不相同，因此，必須研究采用適于小規(guī)模污水處理設(shè)施，用以取代過去的大規(guī)模處理方式。小規(guī)模污水處理應(yīng)具備如下特點(diǎn)：① 容易運(yùn)行管理；② 維修方便；③建設(shè)費(fèi)用低；④出水水質(zhì)良好。經(jīng)過國內(nèi)外一些污水處理廠(如日本千葉縣的大原町污水凈化廠等)的多年實(shí)踐證明，間歇式活性污泥法正是一種能滿足這些條件的處理方法。
間歇式活性污泥法是采用一個(gè)處理池進(jìn)行曝氣、沉淀、排出處理水，使設(shè)備簡單化、小型化，池內(nèi)流態(tài)分明，運(yùn)行管理方便，可做到無人運(yùn)轉(zhuǎn)，對于流入污水的負(fù)荷變動(dòng)，有緩沖能力，處理性能穩(wěn)定，不僅能去除有機(jī)物質(zhì)和懸浮固體而且脫氮效果好。間歇式活性污泥法具有代表性的方式，一般設(shè)2個(gè)曝氣沉淀池，連續(xù)進(jìn)入混合污水，各自錯(cuò)開半個(gè)周期進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行一個(gè)周期為6h，周而復(fù)始，反復(fù)進(jìn)行。
1．3 AB工藝法
AB工藝法也稱為吸附生物降解法，是七十年代中期首先在德國興起的，是傳統(tǒng)活性污泥法的一種改型，從許多污水廠資料中表明該工藝在處理難降解的工業(yè)廢水或較高濃度的城市污水處理方面，它與普通活性污泥法相比，有特殊的凈化機(jī)制和多方面的優(yōu)越性，它把傳統(tǒng)活性污泥法的曝氣池分為兩段——A段和B段，A段在對有機(jī)物質(zhì)吸附、吸收、氧化三種方式中，前兩者起主要作用，而B段主要由后兩者起作用，特別是氧化作用占主要地位。
從工藝流程來看，AB工藝的主要特征是：①AB工藝不設(shè)初沉池，污水經(jīng)細(xì)格柵、沉砂池后直接進(jìn)入A段曝氣池；②設(shè)置中間沉淀池，使A段和B段污泥嚴(yán)格分開，單獨(dú)回流，保持各自的菌群特征；③AB工藝的A段曝氣吸附池以高負(fù)荷運(yùn)行，污泥泥齡較短，B段曝氣池以低負(fù)荷運(yùn)行；④AB工藝的A段曝氣池可以根據(jù)污水組分進(jìn)行兼氧或好氧運(yùn)行，改善污水的可生化性，這樣大大降低B段曝氣池的負(fù)荷。因此，AB工藝兩段曝氣池的總?cè)莘e比傳統(tǒng)活性污泥法的曝氣池顯著減小；⑤由于AB工藝中A、B兩段運(yùn)行條件的差異，而導(dǎo)致兩段中微生物群落新陳代謝功能不同，因此A、B兩段均設(shè)有污泥回流設(shè)備，但據(jù)專家的研究及一些污水廠實(shí)際運(yùn)行(如我市北中部污水凈化責(zé)任有限公司)證明，一般情況下仍然比傳統(tǒng)活性污泥法節(jié)省基建投資和電耗，污水濃度越高，節(jié)省投資和電耗就越多，優(yōu)越性就越明顯。
1．4 AO法及AOO法
AO法及AOO法是近年來開發(fā)出的生物脫氮除磷新工藝，與傳統(tǒng)的化學(xué)和生物脫氮除磷相比，它還有效提高了BOD、COD、SS的出水指標(biāo)。AO法是缺氧、好氧的簡稱，AOO法是厭氧、缺氧和好氧的簡稱，脫氮是在缺氧段完成的，除磷則要求有厭氧段。AO法主要是脫氮，AOO法可以同時(shí)去除氮、磷。這兩種工藝都要求污水充分曝氣，使含氮有機(jī)物充分硝化，所以必須降低污泥負(fù)荷，延長曝氣時(shí)間和增大鼓風(fēng)量。根據(jù)天津東郊污水處理廠和沈陽市北部污水處理廠的實(shí)踐，采用A O工藝比傳統(tǒng)活生污泥流程的曝氣池容積、二沉池容積、回流污泥量、鼓風(fēng)量和曝氣裝置數(shù)量都增大一倍左右，而且由于該工藝要求比較低的污泥負(fù)荷，否則不足以達(dá)到污泥好氧穩(wěn)定，所以AO法將帶來基建投資和電耗的大幅度增加。AOO法在缺氧段前面還加有一個(gè)厭氧池，以達(dá)到對磷的有效去除效果，基建費(fèi)用與電耗比AO工藝更高點(diǎn)。
2 生物膜法
污水的生物膜處理法是與活性污泥法并列的一種好氧生物處理技術(shù)。它是土壤自凈的人工強(qiáng)化，是使微生物群體附著在其他物體表面上呈膜狀，并讓它和污水接觸而使之凈化的方法。包括生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化法等形式。優(yōu)點(diǎn)：①對水量、水質(zhì)變動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)勝；②在低水溫條件下，也能夠保持一定的凈化功能；③宜于固液分離；④ 能夠處理低濃度的污水；④動(dòng)力費(fèi)用低，產(chǎn)生的污泥量少。缺點(diǎn)：① 負(fù)荷低，占地面積大，不適用處理水量較大的污水；②濾料易于堵塞；③產(chǎn)生濾池蠅，影響環(huán)境衛(wèi)生；④生物膜再生管理相對復(fù)雜。在我國只有少數(shù)幾家污水處理廠使用該工藝，我市的殷家堡污水處理廠就是較早采用該工藝的污水處理廠之一，從三十多年的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)來看，該工藝確實(shí)運(yùn)行費(fèi)用低，但生物膜易脫落，且不易培養(yǎng)，在一定程度上增加了管理難度。
3 氧化塘
氧化塘是一種構(gòu)造簡單、易于維護(hù)管理、污水凈化效果良好、節(jié)省能源的污水處理法。氧化塘對污水的凈化過程和自然水體自凈過程很相近，污水在塘內(nèi)經(jīng)較長時(shí)間的緩慢流動(dòng)、貯存，通過微生物的代謝活動(dòng)，使污水中的有機(jī)污染物降解，污水得到凈化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全世界已有近5 0個(gè)國家采用氧化塘處理污水。氧化塘具有一些較為突出的優(yōu)點(diǎn)：①可以充分利用地形，工程簡易，基建投資省；②能夠?qū)崿F(xiàn)污水資源化，使污水凈化與利用相結(jié)合；③污水處理成本低廉。但氧化塘也具一定的不足之處：① 占地面積大；②污水凈化效果不穩(wěn)定；③ 污泥應(yīng)及時(shí)清除；④浮油應(yīng)及時(shí)去除。
氧化溝在世界上應(yīng)用也很廣泛，我市北郊污水凈化廠在2OO6年也采用了奧貝爾氧化溝工藝，經(jīng)過一年的試運(yùn)行，處理效果基本能達(dá)到原設(shè)計(jì)指標(biāo)，對氮的去除率很高，但對磷的去除效果一般。氧化溝工藝相對普通活性污泥法，提高了混合液污泥濃度(M L s s)，降低了剩余污泥生成量。氧化溝有很多形式：卡魯塞爾型、三溝式、合建式等等。一般用機(jī)械曝氣器擊動(dòng)水面而充氧，曝氣器有水平軸轉(zhuǎn)刷型的，氧化溝的水深為3m左右，最大水深不超過3．6m。有的氧化溝采用碟式或立軸倒傘曝氣器。三溝式氧化溝在在某些污水廠中被應(yīng)用，如香洲凈化廠、深圳污水廠，這種氧化溝不另設(shè)二次沉淀池，進(jìn)出水通過程序定時(shí)切換兼有曝氣沉淀功能，不需要污泥回流，節(jié)省能耗和地建費(fèi)用，但由于曝氣設(shè)備利用率低，增加了設(shè)備費(fèi)用。
由于可不設(shè)回流污泥裝置運(yùn)行管理簡單，且氧化溝具有氧化塘的某些優(yōu)點(diǎn)，并克服了氧化塘占地面積大，處理效果不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，應(yīng)用有一定發(fā)展。合建式氧化溝是近年來開發(fā)出的一系列改型的總稱，它們的特點(diǎn)是沉淀池與氧化溝合建，進(jìn)水和曝氣都連續(xù)不變，它同時(shí)具備了其它氧化溝的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到基建費(fèi)省，運(yùn)行費(fèi)用低，管理又簡單方便。但是不論是何形式的氧化溝，都由于受水深不能過大的限制，在部分曝氣器是滿負(fù)荷運(yùn)行等，致使其發(fā)展受到影響。
4 序批式曝氣法(SBR法)
序批式曝氣法(SBR)是一種古老的工藝，最初是在一個(gè)池中間歇進(jìn)水、間歇曝氣，然后沉淀、排水、排泥，處理工序相當(dāng)簡化。如采用延時(shí)曝氣的SBR法，還可省去污泥消化、沼氣貯存利用工序，整個(gè)污水廠只需要幾個(gè)構(gòu)筑物。目前我國只在一些規(guī)模不大的城市污水廠應(yīng)用，規(guī)模為每天10 0(~n3以下，但由于其突出的簡易特點(diǎn)，已顯示出管理簡單、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，引起人們廣泛的重視。該工藝不僅工藝簡單，而且對水量水質(zhì)的變化有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可以省去調(diào)節(jié)池，不存在污泥膨脹的危險(xiǎn)，污泥沉降性好，可以脫氮除磷，出水水質(zhì)好，占地省，在一定規(guī)模下造價(jià)省，運(yùn)行費(fèi)用低。它的缺點(diǎn)是進(jìn)水、曝氣倒換頻繁，且由于排出裝置，國內(nèi)尚未形成該工藝，發(fā)展有一定限制，一直未能推廣。但仍是兩種很有潛勢的工藝，逐漸受到重視。
SBR工藝近年來發(fā)展很快，已出現(xiàn)多種改型，目前常用的有以下幾種型式：①傳統(tǒng)間歇進(jìn)水，間歇曝氣，這種型式對水量水質(zhì)變化適應(yīng)性強(qiáng)，水量變化很大，水型污水廠最為適用。②連續(xù)進(jìn)水，間歇曝氣，對進(jìn)水不加控制，但必須使其不影響沉淀。③雙池串聯(lián)，連續(xù)進(jìn)水，前池連續(xù)曝氣，后池間歇曝氣，從后池往前池回流混合液以保持污泥濃度。后兩種形式均為連續(xù)進(jìn)水，可用于較大型污水處理廠。
5 下水道內(nèi)部處理
污水中含有微生物和容易同化的有機(jī)物，因此，如果污水處于一種需氧狀態(tài)(存在溶解氧)，則大部分有機(jī)物逐漸氧化為二氧化碳或轉(zhuǎn)化成新的細(xì)菌細(xì)胞。當(dāng)污水在壓力管道中長時(shí)間輸送時(shí)，就中斷了大氣中氧的供給，所剩余的溶解氧迅速被用光，短時(shí)間后特殊的微生物就開始將硫酸鹽還原成硫化氫，因而此時(shí)的污水就稱為腐化污水。當(dāng)這種污水同空氣再次接觸時(shí)，會釋放出硫化氫，并在下水道的管壁上氧化成硫酸鹽，從而造成嚴(yán)重的危害與腐蝕。在英國，至少有50種下水道已經(jīng)成功地采用向下水道內(nèi)噴入氧氣來預(yù)防這種腐蝕與損害。但這種氧的氧化作用，部分地受到懸浮污水中的微生物和下水道干管表面生長的生物膜的影響，而且氧的用量大，費(fèi)用也比其它方法高25倍左右。所以這種技術(shù)僅適用于一定的條件，但它們?nèi)钥梢宰鳛闇p輕超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的污水處理廠負(fù)荷的一種有效的補(bǔ)充方法。在我國目前尚無使用此項(xiàng)方法的實(shí)例，這是由于該方法投資太巨大，我國目前的經(jīng)濟(jì)條件還不能達(dá)到。但就我站對全市下水道的十?dāng)?shù)年監(jiān)測資料，如果能徹底貫徹“誰污染、誰治理”的方針，由各排水大戶承擔(dān)起部分責(zé)任，對整個(gè)城市的水環(huán)境是有不容忽視的益處的。
6 結(jié)論
通過以上工藝的比較，我們不難看出，從處理效果上講，通常活性污泥法的處理效率較高，生物膜法則較低，在活性污泥法中，SBR法、氧化溝法、AB法等處理效率更高。污水的有機(jī)物濃度高時(shí)，AB法、AO法等工藝比較有利。當(dāng)有機(jī)物濃度低時(shí)，氧化溝、SBR法等延時(shí)曝氣工藝具有明顯)的優(yōu)勢。而傳統(tǒng)活性污泥法的適應(yīng)范圍很廣，有機(jī)物濃度高、低都能很好適應(yīng)，當(dāng)其他工藝的優(yōu)點(diǎn)不明顯時(shí)，傳統(tǒng)污泥法往往是最好工藝。當(dāng)對出水有脫氮除磷的特殊要求時(shí)，可根據(jù)要求的不同，利用AO法、AOO法等法實(shí)現(xiàn)脫氮或除磷或同時(shí)脫氮除磷。從投資方面來看，活性污泥法比其它方法要多一些，生物膜法、氧化塘較少，但生物膜法管理上有較嚴(yán)格的要求，而氧化塘衛(wèi)生條件差，還會污染地下水。從占地面積來講，傳統(tǒng)活性污泥法、氧化塘占地面積較大。目前從世界各國的污水處理看，大型污水廠多用傳統(tǒng)活性污泥法，小型污水廠中氧化溝則占很大比例。
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