污水處理廠的工藝組成與處理等級(jí)

　　城市污水處理工藝流程

　　典型的城市污水處理工藝流程主要包括機(jī)械處理、生化處理（水線(xiàn)）、污泥處理等工段。由機(jī)械處理以及生化處理構(gòu)成的系統(tǒng)屬于二級(jí)處理系統(tǒng)，其BOD5和SS去除率可達(dá)到90%～98%。處理效果介于一級(jí)和二級(jí)處理之間的一般稱(chēng)為強(qiáng)化一級(jí)處理、一級(jí)半處理或不完全二級(jí)處理，莊要有高負(fù)荷生物處理法和化學(xué)法兩大類(lèi)，BOD5去除率45%～75%。具有生物除磷脫氮功能的二級(jí)處理系統(tǒng)通常稱(chēng)為深度二級(jí)處理。為了去除特定的物質(zhì)，在二級(jí)處理之后設(shè)置的處理系統(tǒng)屬三級(jí)處理，例如化學(xué)除磷，絮凝過(guò)濾，活性炭吸附等。

　　機(jī)械處理工段

　　機(jī)械（一級(jí)）處理工段包括格柵、沉砂池、初沉池等構(gòu)筑物，以去除粗大顆粒和懸浮物為目的，處理的原理在于通過(guò)物理法實(shí)現(xiàn)固液分離，將污染物從污水中分離，這是普遍采用的污水處理方式。機(jī)械（一級(jí)）處理是所有污水處理工藝流程必備工程（盡管有時(shí)有些工藝流程省去初沉池），城市污水一級(jí)處理BOD5和SS的典型去除率分別為25％和50％。在生物除磷脫氮型污水處理廠，一般不推薦曝氣沉砂池，以避免快速降解有機(jī)物的去除；在原污水水質(zhì)特性不利于除磷脫氮的情況下，初沉的設(shè)置與否以及設(shè)置方式需要根據(jù)水質(zhì)特注的后續(xù)工藝加以仔細(xì)分析和考慮，以保證和改善除磷除脫氮等后續(xù)工藝的進(jìn)水水質(zhì)。

　　污水生化處理

　　污水生化處理屬于二級(jí)處理，以去除不可沉懸浮物和溶解性可生物降解有機(jī)物為主要目的，其工藝構(gòu)成多種多樣，可分成活性污泥法、生物膜法、生物穩(wěn)定塘法和土地處理法等四大類(lèi)。日前大多數(shù)城市污水處理廠都采用活性污泥法。生物處理的原理是通過(guò)生物作用，尤其是微生物的作用，完成有機(jī)物的分解和生物體的合成，將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變成無(wú)害的氣體產(chǎn)物（CO₂）、液體產(chǎn)物（水）以及富含有機(jī)物的固體產(chǎn)物（微生物群體或稱(chēng)生物污泥）；多余的生物污泥在沉淀池中經(jīng)沉淀池固液分離，從凈化后的污水中除去。

　　由此可見(jiàn)，污水處理工藝的作用僅僅是通過(guò)生物降解轉(zhuǎn)化作用和固液分離，在使污水得到凈化的同時(shí)將污染物富集到污泥中，包括一級(jí)處理工段產(chǎn)生的初沉污泥、二級(jí)處理工段產(chǎn)生的剩余活性污泥以及三級(jí)處理產(chǎn)生的化學(xué)污泥。由于這些污泥含有大量的有機(jī)物和病原體，而且極易腐敗發(fā)臭，很容易造成二次污染，消除污染的任務(wù)尚未完成。污泥必須經(jīng)過(guò)一定的減容、減量和穩(wěn)定化無(wú)害化處理井妥善處置。污泥處理處置的成功與否對(duì)污水廠有重要的影響，必須重視。如果污泥不進(jìn)行處理，污泥將不得不隨處理后的出水排放，污水廠的凈化效果也就會(huì)被抵消掉。

　　各種機(jī)械處理、生物處理和污泥處理技置技術(shù)設(shè)備的選擇與不同組合，以及構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)構(gòu)成了各種各樣的污水處理廠工藝和工程方案。設(shè)計(jì)人員的職責(zé)在于根據(jù)具體條件和處理水質(zhì)目標(biāo)把各種可能性靈活地結(jié)合起來(lái)，以便形成在經(jīng)濟(jì)上合算又具有實(shí)用價(jià)值的總體處理工藝流程，避免在幾種局部性的定型處理法中簡(jiǎn)單比選。有關(guān)城市污水處理廠的主要工藝類(lèi)型及工程方案的選擇在后續(xù)部分將作進(jìn)一步的討論。

　　活性污泥法污水處理工藝的組成

　　活性污泥法的工藝及其實(shí)施方式的組成包括4個(gè)要素，即：

　　·處理系統(tǒng)的泥齡（或污泥負(fù)荷）

　　·電子受體供給方式（即厭氧、缺氧和好氧狀態(tài)）及其分布

　　·整個(gè)反應(yīng)池內(nèi)的流態(tài)組成及分布

　　·各種設(shè)備和構(gòu)筑物，尤其是曝氣設(shè)備。

　　泥齡和電子受體的供給方式是活性污泥法污水處理工藝的核心，直接關(guān)系到出水水質(zhì)、反應(yīng)池容積和污泥產(chǎn)生量。反應(yīng)池內(nèi)的流態(tài)對(duì)處理系統(tǒng)的運(yùn)行特性和性能具有相當(dāng)大的影響。各種設(shè)備和構(gòu)筑物是實(shí)現(xiàn)工藝思想和設(shè)定目標(biāo)的具體手段。不同泥齡、不同流態(tài)和不同曝氣設(shè)備的組合構(gòu)成了各種各樣的活性污泥法變型工藝。

　　根據(jù)泥齡（污泥負(fù)荷）的不同，活性污泥法可分成3類(lèi)，高負(fù)荷系統(tǒng)（泥齡0.5～2d），以去除BOD5和SS為目標(biāo)，BOD5去除率在40%～75%之間；中負(fù)荷常規(guī)活性污泥系統(tǒng)（泥齡3～7d），常規(guī)系統(tǒng)以去除BOD5和SS為目標(biāo)，加厭氧區(qū)可以高效除磷；中低負(fù)荷活性污泥硝化系統(tǒng)（泥齡7～15d）和低負(fù)荷系統(tǒng)（泥齡15d以上），以BOD5、SS和氮磷為去除目標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，泥齡越長(zhǎng)，污泥的穩(wěn)定化程度越高，延時(shí)曝氣系統(tǒng)污泥負(fù)荷很低（泥齡25d以上），污泥可基本上得到穩(wěn)定。

　　值得特別注意的是，泥齡和污泥負(fù)荷雖然有關(guān)，卻有本質(zhì)的差別。對(duì)應(yīng)特定的處理目標(biāo)和水質(zhì)要求，往往需要相同的泥齡。在不同的水質(zhì)條件環(huán)境下或不同的工藝方案中，由于生物反應(yīng)池進(jìn)水組成特性的不同，相同泥齡所產(chǎn)生的污泥量和污泥組成差別很大，對(duì)應(yīng)的污泥負(fù)荷也就存在明顯差別，以MLSS作為污泥量計(jì)量基礎(chǔ)時(shí)尤為明顯。這就意味著在生物除磷脫氮系統(tǒng)或泥齡較長(zhǎng)的系統(tǒng)中，采用污泥負(fù)荷概念進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)往往缺乏合理性，更不用說(shuō)工藝的優(yōu)化。在本章的后續(xù)部分將對(duì)這個(gè)問(wèn)題作進(jìn)一步的討論。

　　曝氣池的流態(tài)可分為3種基本類(lèi)型，推流式、完全混合式和循環(huán)流，循環(huán)流實(shí)際上是推流和完全混合的特混合方式。流態(tài)的分布與所選擇的曝氣混合設(shè)備類(lèi)型和布置方式密切相關(guān)。曝氣混合設(shè)備起供氧及混合作用，以滿(mǎn)足活性污泥代謝作用和耗氧需求并保持活性污泥處于懸浮狀態(tài)。曝氣設(shè)備主要包括擴(kuò)散曝氣、機(jī)械曝氣和純氧曝氣等3種類(lèi)型，擴(kuò)散曝氣屬底部曝氣，其流態(tài)趨向于推流；而機(jī)械曝氣多數(shù)屬于表面曝氣，其流態(tài)趨向于完全混合和循環(huán)流。這4個(gè)要素在時(shí)間、空間和實(shí)施方式上的不同組合形成構(gòu)成了各種各樣的污水處理技術(shù)（流程）方案。

　　一級(jí)與一級(jí)強(qiáng)化處理工藝

　　一級(jí)處理和一級(jí)強(qiáng)化處理，主要作為消減污染物總量的措施，一般應(yīng)用于下列場(chǎng)合：

　　通過(guò)一級(jí)處理或一級(jí)強(qiáng)化處理，較大幅度地消減污染物總量后排入大江、大河或海洋，以合理利用環(huán)境容量；

　　作為城市污水處理廠分期分段建設(shè)的手段，以便根據(jù)經(jīng)濟(jì)實(shí)力，經(jīng)濟(jì)有效地逐步實(shí)現(xiàn)環(huán)境治理目標(biāo)。

　　處理工藝的選擇應(yīng)依據(jù)城市污水處理設(shè)施建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)要求、建設(shè)規(guī)模和可利用的水環(huán)境容量�？蛇x用常規(guī)一級(jí)處理、化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理、AB法前段工藝、水解好氧法前段工藝。高負(fù)荷活性污泥法等技術(shù)。污泥一般采用濃縮后厭氧消化處理，或直接濃縮脫水處理。

　　二級(jí)及二級(jí)強(qiáng)化處理工藝

　　城市污水處理廠工藝流程包括一級(jí)處理部分、二級(jí)處理部分和污泥處理部分。這三部分的工藝選擇是相互關(guān)聯(lián)的。

　　在一級(jí)處理中，一般情況下，粗格柵、進(jìn)水泵房、細(xì)格柵、沉砂池是所有污水處理廠的必備單元。在污水生物除磷系統(tǒng)中一般不采用曝氣沉砂沉。初沉池的設(shè)置與否取決于：

　�。�1）進(jìn)水SS濃度及其構(gòu)成；

　　（2）后續(xù)二級(jí)處理工藝；

　　（3）污泥處理工藝。

　　如果污泥采用厭氧消化方式處理，一般考慮設(shè)置初沉池，但后續(xù)生物處理工藝對(duì)進(jìn)水濃度及水質(zhì)構(gòu)成比例關(guān)系要求時(shí)（例如除磷脫氮工作），應(yīng)考慮設(shè)置初沉池的不利影響。如果污泥采用延時(shí)曝氣法穩(wěn)定處理，一般不設(shè)置初沉池，但進(jìn)水SS濃度較高且含高比例無(wú)機(jī)物時(shí)，宜設(shè)置初沉池，以消除無(wú)機(jī)懸浮物對(duì)后續(xù)工藝的不利影響，初沉污泥可直接濃縮脫水或經(jīng)過(guò)好氧消化后濃縮脫水。

　　對(duì)于大型污水處理廠，污泥一般采用厭氧消化穩(wěn)定處理；對(duì)于中小型污水處理廠污泥可采用好氧消化處理，一般形延時(shí)曝氣好氧穩(wěn)定。污水生物處理工藝的選擇主要取決于出水水質(zhì)要求，沒(méi)有除磷脫氮要求時(shí)（即二級(jí)處理），大中型污水處理廠一般可采用中等犯齡的常規(guī)活性污泥法或AB法等兩段法處理工藝，污泥采用厭氧消化；對(duì)部分中型污水處理廠和大多數(shù)小型污水處理廠，污泥通常采用延時(shí)曝氣好氧消化方式，由于泥齡較長(zhǎng)，有必要考慮一定程序的氮磷去除，以提高環(huán)境效益，并降低能耗。部分小型污水處理廠還可以采用生物膜法處理。

　　有較高的除磷脫氮要求時(shí)（二級(jí)強(qiáng)化處理），除大型污水處理廠外，可以不考慮污泥厭氧消化，而是結(jié)合生物脫氮所需的較和泥齡進(jìn)行好氧穩(wěn)定；脫氮一般采用硝化/反硝化原理，除磷一般采用生物除磷，必要時(shí)增加化除磷。處理工藝及其實(shí)施方式主要取決于進(jìn)出水水質(zhì)和處理規(guī)模。

　　對(duì)于中等以上濃度污水，達(dá)到一級(jí)排放所需的處理功能為：生物除磷+化學(xué)除磷+硝化/反硝化，達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)所需的處理功能為：生物（或化學(xué)）除磷+硝化／反硝化。對(duì)于低濃度污水，單獨(dú)生物除磷效果較差，所需的處理功能為：生物除磷+化學(xué)除磷，一般不需要硝化處理。對(duì)于除磷功能需求不大的水質(zhì)情況，也建議按生物除磷方式設(shè)計(jì)，厭氧池可以起到選擇器的作用，有效控制污泥膨脹，改進(jìn)污泥沉降性能。

　　生物除磷效果的好壞主要取決于厭氧池進(jìn)水的快速生物降解有機(jī)物/TP有效比值，該有效比值取決于厭氧池進(jìn)流（進(jìn)水及回流污泥）的快速生物降解有機(jī)物濃度、磷濃度、硝酸鹽濃度和溶解氧濃度。因此，水質(zhì)特性的分析確定對(duì)工藝設(shè)計(jì)有很大的影響，硝酸鹽的控制是工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

　　對(duì)于大部分城市污水，就滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，所需要的處理程度為具有除磷和部分硝化功能的城市污水二級(jí)處理。由于硝化作用主要受硝化菌比增長(zhǎng)速率、泥齡和溫度控制�；钚晕勰嘀械南趸殖刹幌趸�、部分硝化和完全硝化三種情況，其中部分硝化屬于不可控制的高度不穩(wěn)定過(guò)程，因此活性污泥系統(tǒng)中硝化作用只能按完全硝化或不硝化這兩種方式設(shè)計(jì)，不能按部分硝化的方式設(shè)計(jì)。

　　當(dāng)處理系統(tǒng)按硝化設(shè)計(jì)時(shí)，從生物除磷角度及降低能耗角度考慮，處理系統(tǒng)都必須具備反硝化能力，但反硝化程度應(yīng)根據(jù)具體情況確定。出水總氮和總磷有要求時(shí)，根據(jù)總額及除磷要求綜合考慮反硝化程度。出水總氮無(wú)要求但出水總磷控制較嚴(yán)時(shí)，可根據(jù)除磷要求考慮反硝化程度，主要目的是消除回流污泥硝酸鹽對(duì)生物除磷的不利影響。

　　污水除磷包括生物除磷和化學(xué)除磷，生物除磷出水濃度可以達(dá)到1mg／L，化學(xué)除磷出水濃度可以達(dá)到0.5mg/L。對(duì)于二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，可以采用生物除磷為主，必要時(shí)增加化學(xué)除磷；對(duì)于一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，可以采用生物除磷與化學(xué)除磷相結(jié)合的方式，以降低化學(xué)藥劑的消耗量。

　　自然凈化處理工藝

　　在嚴(yán)格進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)、滿(mǎn)足國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求和水體自?xún)裟芰σ蟮臈l件下，可審慎采用城市污水排人大江或深海的處置方法。在有條件的地區(qū)，可利用荒地、閑地等可利用的條件，采用各種類(lèi)型的土地處理和穩(wěn)定塘等自然凈化技術(shù)。城市污水二級(jí)處理出水不能滿(mǎn)足水環(huán)境要求時(shí)，在條件許可的情況下，可采用土地處理系統(tǒng)和穩(wěn)定塘等自然凈化技術(shù)進(jìn)一步處理。采用土地處理技術(shù)，應(yīng)嚴(yán)格防止地下水污染。

　　污泥處理處置工藝

　　污泥濃縮

　　常見(jiàn)的污泥濃縮技術(shù)及其性能簡(jiǎn)述如下：

　　（1）工藝過(guò)程重力濃縮：

　　在沉淀池中通過(guò)形成高濃度污泥層完成；費(fèi)用低，在一定的性能范圍內(nèi)簡(jiǎn)單有效；但對(duì)污水處理工段的性能可能產(chǎn)生不利影響，有效性受物理因素的限制，運(yùn)行操作靈活性不高；一般適用于初沉污泥、化學(xué)性污泥和生物膜污泥的濃縮。

　�。�2）單獨(dú)的重力濃縮：在獨(dú)立的重力濃縮池中完成；簡(jiǎn)單有效，有助于提高污水工段的性能；但投資費(fèi)用較高。停留時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)可能產(chǎn)生臭味，而且不是所有污泥都有效；但用于生物除磷剩余污泥濃縮時(shí)，會(huì)出現(xiàn)磷的大量釋放，其上清液需要采用石灰法進(jìn)行除磷處理，適用于妝沉污泥、化學(xué)污泥和生物膜污泥。

　�。�3）空氣氣浮：操作簡(jiǎn)便，使用高分子可提高處理能力和固體回收率；有一定臭味，動(dòng)力費(fèi)用高，對(duì)污泥沉降性能 （SVI）敏感；適用于余污泥產(chǎn)量不大的活性污泥法處理系統(tǒng)，尤其是生物除磷系統(tǒng)的剩余污泥。

　�。�4）離心濃縮：自成系統(tǒng)，效果好，操作簡(jiǎn)單；但投資較高，動(dòng)力費(fèi)用較高，且需要較高水平的維護(hù)；適用于大中型污水廠，生物和化學(xué)污泥。

　�。�5）帶式重力濃縮機(jī)：投資低，運(yùn)行費(fèi)用中，效果好，對(duì)各種性能的污泥適應(yīng)性強(qiáng)；受高分子影響，濕度大，需要仔細(xì)操作；適用于各種生物污泥。

　　污泥脫水

　　污泥脫水技術(shù)及其性能簡(jiǎn)介如下：

　　（1）帶式壓濾機(jī)：設(shè)備簡(jiǎn)單，投資適中，操作簡(jiǎn)易，開(kāi)關(guān)容易，可間歇運(yùn)行；非封閉系統(tǒng)，具有臭味、濕度大、控制難問(wèn)題，需要仔細(xì)操作；適用于各種規(guī)模污水處理廠及各種污泥。

　　（2）離心脫水機(jī)：自成系統(tǒng)。運(yùn)行時(shí)不需過(guò)多監(jiān)視，干度較好；但需要特別維護(hù)，一般不適于間歇運(yùn)行；適用于能連續(xù)運(yùn)行的大中型污水廠，大量固體的處理。

　�。�3）板框壓濾：含固率高；運(yùn)行費(fèi)高、間歇批次運(yùn)行，維護(hù)量較大，運(yùn)行操作較困難，適用于小量污泥處理或干度要求高的情況。

　�。�4）污泥干化床：費(fèi)用低；占地面積大，衛(wèi)生條件差；適用于小型污水廠消化污泥。

　　（5）污泥塘：費(fèi)用低，操作簡(jiǎn)單；占地大，有臭味；適用于中小型污水廠或生物塘。

　　污泥穩(wěn)定

　　污泥穩(wěn)定技術(shù)和性能分述如下：

　　（1）厭氧消化：已有豐富經(jīng)驗(yàn)，參耗低，可以通過(guò)沼氣利用回收能源，操作簡(jiǎn)易，致病茵破壞率高，具有一定的貯泥作用；投資較高，沒(méi)有減容作用；適用于大中型污水廠，污泥利用和填埋。

　�。�2）好氧消化：有兩種方式，單獨(dú)好氧消化或延時(shí)曝氣同池好氧穩(wěn)定；有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，投資較低，操作簡(jiǎn)易，設(shè)備簡(jiǎn)單，能存貯污泥；運(yùn)行費(fèi)用較高，致病菌破壞率較低，沒(méi)有減容效果；適用于中小型污水廠，污泥利用。

　�。�3）堆肥：致病菌破壞率很高，產(chǎn)品可在城區(qū)及鄉(xiāng)村應(yīng)用；費(fèi)用較高，存在臭味和灰塵問(wèn)題，材料處理量大；適用于重金屬和有毒有害有機(jī)物含量很低的污泥。

　　（4）焚燒：僅殘留灰分，減容減量明顯；投資高，設(shè)備復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用高，運(yùn)行管理難度較大；適用于所有類(lèi)型污水處理廠。

　�。�5）堿性穩(wěn)定：易實(shí)施，投資費(fèi)用低；運(yùn)行費(fèi)用較高，運(yùn)行操作較困難，污泥不能長(zhǎng)期在處理廠內(nèi)存儲(chǔ)；適用于暫時(shí)性和過(guò)渡性應(yīng)用。

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