淺探城市污水廠建設中污水處理工藝的選擇
建設城市污水處理廠是水資源利用和水污染控制的必然趨勢,是可持續發展要求的必然結果。而污水處理廠工藝的選擇,直接關系到建設費用和運行費用的多少、處理效果的好壞、占地面積的大小、管理上的方便與否等關鍵問題。因此,在進行污水處理廠設計時,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到所要求的處理程度的前提下,污水處理各單元的有機組合。確定污水處理廠工藝的主要依據是所要達到的處理程度,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,各個地區、各個城市的具體情況不同,需求不同,選擇的工藝亦有所不同。每種處理工藝方法均有其各自的特點及適應范圍,應根據當地的各種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化,是使微生物群體在曝氣池內呈懸浮狀,并和污水接觸而使之凈化的方法。包括標準活性污泥法、STEP 曝氣法、長時間曝氣法、分段式曝氣法、限制曝氣法以及AB 法等傳統活性污泥法的改型和AO 法、AOO 等近年來開發高效脫氮除磷工藝。目前,活性污泥法占主導地位,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,對于工業污水成份比較高的污水的處理效果也有了提高。
1.1 傳統活性污泥法
優點: ①不宜采用物理化學方法處理的廢水,BOD 去除率可達95 %以上。②建設投資額高,但處理的動力費較低。缺點:所需停留時間長,設備龐大,基建投資大,因而要加各種構筑物,使各種構筑物容積增大,從而使處理廠面積增大,增加管理人員及管理難度。發展方向: ①為了廢水體系的組分、濃度均勻化,重新估價預處理,重新研究調整槽。②探討選擇活性污泥微生物系的菌種。③活性污泥法的設備中引入儀表化和擬定管理指標。
1.2 間歇式活性污泥法
近幾年來隨著城市規模的不斷擴展以及城鎮自身的發展,下水道設施已呈現出大城市轉向中小城市、農村小鎮的趨勢,小規模污水處理設施逐步增加,農村小城鎮對于改善生活環境條件的要求越來越迫切了。
小規模污水處理設施與大規模處理設施比較,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模污水處理設施,用以取代過去的大規模處理方式。小規模污水處理應具備如下特點: ①容易運行管理; ②維修方便; ③建設費用低; ④出水水質良好。經過國內外一些污水處理廠(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處理池進行曝氣、沉淀、排出處理水,使設備簡單化、小型化,池內流態分明,運行管理方便,可做到無人運轉,對于流入污水的負荷變動,有緩沖能力,處理性能穩定,不僅能去除有機物質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2 個曝氣沉淀池,連續進入混合污水,各自錯開半個周期進行運轉,運行一個周期為6h，周而復始,反復進行。
1.3 AB 工藝法
AB 工藝法也稱為吸附生物降解法,是20世紀70年代中期首先在德國興起的,是傳統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,有特殊的凈化機制和多方面的優越性。它把傳統活性污泥法的曝氣池分為兩段——A 段和B 段,A 段在對有機物質吸附、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 工藝不設初沉池,污水經細格柵、沉砂池后直接進入A 段曝氣池; ②設置中間沉淀池,使A 段和B 段污泥嚴格分開,單獨回流,保持各自的菌群特征; ③AB 工藝的A 段曝氣吸附池以高負荷運行,污泥泥齡較短,B 段曝氣池以低負荷運行; ④AB 工藝的A 段曝氣池可以根據污水組分進行兼氧或好氧運行,改善污水的可生化性,這樣大大降低B 段曝氣池的負荷。因此,AB 工藝兩段曝氣池的總容積比傳統活性污泥法的曝氣池顯著減小。
1.4 AO 法及AOO 法
AO 法及AOO 法是近年來開發出的生物脫氮除磷新工藝,與傳統的化學和生物脫氮除磷相比,它還有效提高了BOD、COD、SS 的出水指標。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 法可以同時去除氮、磷。這兩種工藝都要求污水充分曝氣,使含氮有機物充分硝化,所以必須降低污泥負荷,延長曝氣時間和增大鼓風量。根據天津東郊污水處理廠和沈陽市北部污水處理廠的實踐,采用AO 工藝比傳統活生污泥流程的曝氣池容積、二沉池容積、回流污泥量、鼓風量和曝氣裝置數量都增大一倍左右,而且由于該工藝要求比較低的污泥負荷,否則不足以達到污泥好氧穩定,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厭氧池,以達到對磷的有效去除效果,基建費用與電耗比AO 工藝更高點。
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。它是土壤自凈的人工強化,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、生物轉盤、生物接觸氧化法等形式。
3 下水道內部處理
污水中含有微生物和容易同化的有機物,因此,如果污水處于一種需氧狀態(存在溶解氧)，則大部分有機物逐漸氧化為二氧化碳或轉化成新的細菌細胞。當污水在壓力管道中長時間輸送時,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,因而此時的污水就稱為腐化污水。當這種污水同空氣再次接觸時,會釋放出硫化氫,并在下水道的管壁上氧化成硫酸鹽,從而造成嚴重的危害與腐蝕。
4 序批式曝氣法(SBR 法)
序批式曝氣法(SBR) 是一種古老的工藝,最初是在一個池中間歇進水、間歇曝氣,然后沉淀、排水、排泥,處理工序相當簡化。如采用延時曝氣的SBR 法,還可省去污泥消化、沼氣貯存利用工序,整個污水廠只需要幾個構筑物。目前,我國只在一些規模不大的城市污水廠應用,規模為每天10 000m3 以下,但由于其突出的簡易特點,已顯示出管理簡單、運行穩定等優點,引起人們廣泛的重視。該工藝不僅工藝簡單,而且對水量水質的變化有很強的適應性,可以省去調節池,不存在污泥膨脹的危險,污泥沉降性好,可以脫氮除磷,出水水質好,占地省,在一定規模下造價省,運行費用低。它的缺點是進水、曝氣倒換頻繁,且由于排出裝置,國內尚未形成該工藝,發展有一定限制,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工藝近年來發展很快,已出現多種改型,目前常用的有以下幾種型式: ①傳統間歇進水,間歇曝氣,這種型式對水量水質變化適應性強,水量變化很大,水型污水廠最為適用。②連續進水,間歇曝氣,對進水不加控制,但必須使其不影響沉淀。③雙池串聯,連續進水,前池連續曝氣,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進水,可用于較大型污水處理廠。
5 結論
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。污水的有機物濃度高時,AB 法、AO 法等工藝比較有利。當有機物濃度低時,氧化溝、SBR 法等延時曝氣工藝具有明顯的優勢。而傳統活性污泥法的適應范圍很廣,有機物濃度高、低都能很好適應,當其他工藝的優點不明顯時,傳統污泥法往往是最好工藝。當對出水有脫氮除磷的特殊要求時,可根據要求的不同,利用AO 法、AOO 法等法實現脫氮或除磷或同時脫氮除磷。從投資方面來看,活性污泥法比其它方法要多一些,生物膜法較少,但生物膜法管理上有較嚴格的要求。從占地面積來講,傳統活性污泥法占地面積較大。目前從世界各國的污水處理看,大型污水廠多用傳統活性污泥法,小型污水廠中氧化溝則占很大比例。
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