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常用污水处理工艺介绍及比较选择

        城镇污水的主要污染物是有机物。污水中主要污染物为有机物,其BOD5:CODCr=0.48,该比值大于0.3,比较适合选用生化方法进行处理,因此污水处理工艺选择二级处理方案。目前,国内外经济适用的处理方法主要是生物法。在生物法中活性污泥法占绝大多数。活性污泥法有多种形式,应用最广泛的主要有以下三种:
        传统活性污泥法传统活性污泥法及其传统形式改进型,有A/O与A2/O法。A/O法有两种,一是用于降磷的厌氧-好氧工艺,一是用于降氮的缺氧-好氧工艺。A2/O法则是即除氮又除磷的工艺。活性污泥法的最基本流程是向污水中注入空气进行曝气,并持续一段时间后,污水中即生成一种絮凝体,这种絮凝体主要由大量繁殖的微生物群体所构成,它易于沉淀分离,并使污水得到澄清,这就是“活性污泥”。活性污泥法则是以活性污泥为主体的生物处理方法,它的主要构筑物是曝气池和二次沉淀池,如下图所示:
 


 
        需处理的污水与回流的活性污泥同时进入曝气池,成为混合液,随着曝气池注入空气进行曝气,使污水与活性污泥充分混合接触,并供给混合液以足够的溶解氧,在好氧状态下,污水中的有机物被活性污泥中的微生物群体分解而得到稳定,然后混合液进入二次沉淀池,在池中,活性污泥与澄清液分离后,一部分回流到曝气池进行接种,澄清液则溢流排放,在整个处理过程中,活性污泥不断增长,有一部分剩余污泥需要从系统中排除。
        氧化沟法氧化沟又称循环曝气池,类似活性污泥的延时曝气法,氧化沟具有传统活性污泥法的特点,有机物去除率高,也具有脱氮功能。氧化沟这种高效、简单的特点,但氧化沟不宜采用地下式,占地也较大。其曝气池呈封闭沟渠型,污水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动,因而氧化沟又名“连续循环曝气池”。氧化沟构造简单,运行管理方便且处理效果稳定。随着对氧化沟污水处理技术的不断改进,氧化沟的脱氮功能得到增强,在一定条件下,也可获得较好的生物除磷效果。氧化沟的型式很多,有卡鲁塞尔式氧化沟,三沟式氧化沟和目前国际国内比较先进的奥贝尔氧化沟等等。
奥贝尔氧化沟工艺流程见下图:
 


 
        SBR工艺SBR工艺为间歇式延时曝气活性污泥法,它的基本特点是在一个池子中完成污水的生化反应、沉淀、排水、排泥。SBR工艺具有一些优于传统活性污泥法的特征:
        (1)SBR工艺运行简单,基本实现无需搬运操作,进水、曝气、沉淀、排水、闲置五道程序可由一台小型的PLC实现程序控制,运行的程序也可根据水质变化情况重新编排,使本来十分繁琐的操作变成全自动运行;
        (2)造价低,占地少,不设置一沉池、二沉池,没有污泥回流系统,多数情况下也可不设调节池,因此可减少占地,降低造价;
        (3)耐冲击负荷。污水逐渐进入池内,被池内的水缓慢稀释,污水与原池内的水的比例是逐渐提高的,所以耐水质变化的冲击;
        (4)出水水质好。池内水沉淀时是在水平流速为零的理想静止状态下沉淀,沉淀效果好。池内溶解氧值交替变化。沉淀排水时,溶解氧接近零,抑制了丝状菌的生长,污泥沉淀性能好;
        (5)能耗低。由于池内溶解氧的交替变化,使溶解氧浓度梯度大,提高了氧的利用率。没有污泥回流系统,节省能耗,降低了运行费用;
        (6)除磷脱氮。一个运行周期内,厌氧、兼氧、好氧交替变化,在一个池内实现了除磷脱氮。其工艺流程如下(包括污泥处理)。
 


 
        随着SBR工艺的改进,目前SBR工艺变种有多种形式,比较典型的有连续进水周期循环活性污泥法(简称CASS法),间歇进水周期循环式活性污泥法(简称CAST法),间歇式循环曝气活性污泥法(简称ICEAS法),连续曝气和间歇曝气相结合的活性污泥法(简称DAT-IAT法),三池连体型前部连续曝气和后部交替曝气相结合的活性污泥法(简称UNITANK法)等,以上几种改进型的SBR工艺都各有其特点。
        工艺方案上述工艺方案各有其特点,比选情况见下表:
        各工艺方案比选情况一览
        比较内容
        方案一
        传统活性污泥法
        方案二
        氧化沟及其改进法
        方案三
        SBR及其改进法
        工艺特点
        好氧条件下运行,然后混合液进入二次沉淀池,在池中,活性污泥与澄清液分离后,一部分回流到曝气池进行接种,
        污水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动,好氧、兼氧条件下运行在一个池子中完成污水的生化反应、沉淀、排水、排泥,好氧、兼氧条件下运行。
        运行管理;
        设备及构筑物较多,运行管理相对复杂及要求高。
        管理简单,方便。但由于设备数量较多,因此维修工作量较大。
        对设备自动控制要求较高,方便操作。
        设 备;
        设备种类及数量相对多,维护要求高
        设备数量多,但品种单一,维护工作量虽较大。
        设备种类和数量较多,元件要求高,自控水平高。
        投 资;设备、构筑物投资最高、设备、构筑物投资居中、如用国内元件、时间控制、则设备构筑物投资较少。
        运行费;相对最高、相对较少、相对较少、占 地、相对居中、相对最多、相对最少在进行工艺方案的选择时,根据项目具体的实际情况,我们主要考虑以下几方面的因素:
        首先是污水水量、水质变化幅度较大,排水量时变化系数很大,甚至间断排放,形成水质、水量的冲击。因此所选择的工艺必须具有较好的经受冲击负荷的能力,适应水质、水量变化较大的冲击。
        其次,污水处理厂工程运行、管理中一般大多没有污水处理专业人员,对处理工艺原理了解甚少,操作人员普遍技术水平较低,因此要求所选处理工艺成熟、可靠,工艺流程简单,维护工作量要小,选用设备的操作与控制要简单,易被操作人员掌握,维修技术水平要求较低,以便适应管理和操作人员专业知识水平较低的特点。
        第三,土地征用费较高,因此要求工程占地小。
        第四,污水处理建筑必须与周围环境相协调。因此工程尽量采用与周围环境相近的风格,并进行绿化,不影响园区景观。
        第五,为了保护经济开发区内的整体环境,必须尽力减轻污水处理机械噪音及散发的异味对环境的影响。因此应选择运行噪声低、污泥量产生少的工艺方案。
        第六,一般资金总额有限,特别关心工程总投资及其运行成本费用。
        根据以上分析,选择推荐SBR法的改进工艺——改良型CASS工艺(连续进水周期循环式活性污泥法)作为某污水处理厂污水处理的主体工艺方式。
        CASS工艺简述CASS工艺介绍
        CASS工艺是SBR工艺的改进型,在国内外得到广泛应用,其特点是占地小,运用费用低,技术成孰、工艺稳定。
        CASS工艺是通过充氧、缺氧和厌氧条件的连续变化达到降低BOD5、COD,硝化,脱氮及除磷的目的。反应池内分为选择区和反应区,反应池内污泥从反应区不断循环至选择区以吸收易溶性基质中的降解部分并促使絮凝性微生物生长,氧的供给会在一个预定的时段停止,此时整个体系处于均衡状态,活性污泥中的微粒便不断沉淀到达池底而形成上清液,上清液再经过特殊设计的滗水器在不扰动污泥层的情况下排除,与众不同的是反应过程中需氧量任何微小的降低都能被探测到并反馈到中心控制台而引起充氧强度的自动降低,系统因此能始终保持在低耗能,高效率的状态,从而极大地降低处理污水的运行费用。
        CASS工艺与其它活性污泥处理技术比较有以下优点:
        以一组反应池取代了传统方法及其它变型方法中的调节池、初次沉淀池、曝气池及二沉池,整体结构紧凑简单,无需复杂的管线传输,系统操作简单且更具有灵活性;
        在污水处理厂刚建成运行时,流量一般来说较设计值低,CASS可以调节液位计的设定值使用反应池部分容积,避免了不必要的电耗。其它生物处理方法则无这样的功能;
        因为对于每个反应单体而言出水是间断的,在高负荷时活性污泥才不会流失,因而可以保持系统在高负荷时的处理效率。而其它的生物处理方法在高流量负荷时经常会出现活性污泥流失的问题;
        CASS在固液分离时整体水体接近完全静止状态,不会发生短流现象,同时,在沉淀阶段整个反应池容积都用于固液分离,较小的活性污泥颗粒都可得到有效的固液分离,因此,出水质量高于其它的生物处理方法;
        易产生污泥膨胀的丝状细菌在反应池中因反应条件的不断的循环变化而得到有效的抑制;
        在正常的进水条件下,可以不用添加化学药剂而达到硝化,反硝化及除磷的效果;
        采用自动化控制和在线仪器,以保证出水水质达到标准;
        模块化设计有利于今后扩容;
        处理流程简洁,控制灵活,可根据进水水质和出水水质控制指标处理水量,改变运行周期及工艺处理方法,适应性很强;
        CASS反应池技术特点
        本项目污水处理厂建设的总体工艺流程包括一级处理工段、生物处理工段及污泥处理工段。总体工艺流程的确定对污水处理厂的技术经济性能有决定性的影响,同时各单元处理工艺及构筑物的选择也是非常重要的,直接影响污水处理厂运行的稳定、可靠性和灵活性。因此必须根据工程的内外部条件、确定的进出水水质及总体处理工艺方案等因素综合考虑工艺流程单元及构筑物的选择。
        CASS反应池内分为选择区和反应区。反应池的运行操作由进水、反应、沉淀、滗水和待机五个阶段组成。
        进水期: 与其它SBR工艺不同,CASS系统的污水原水是连续流入反应池内前部的选择区与从反应池后部的反应区不断循环至此的污泥混合,使污泥吸收易溶性基质中的降解部分,并促使絮凝性微生物生产,污水在选择区厌氧状态下停留2小时后沿选择区与反应区隔墙下部的入口及相联的多孔管匀速流入反应区。连续进水可简化对进水的控制,这样的分池系统也避免了水力短路;
        反应期:污水进入反应区池中发生生化反应,在这阶段可以只混合不曝气,或即混合又曝气,使污水处在反复的好氧—缺氧中,反应期的长短一般由进水水质及所要求的处理程度而定;
        沉降期:在此阶段反应器内混合液进行固液分离,因该阶段在完全静止情况下进行,表面水力和固体负荷低,沉淀效率高于一般沉淀池的沉淀效率;
        滗水期:当池水位升到最高水位时,沉淀阶段结束,设置在反应池末端的滗水器开动,将上清液缓缓滗出池外,当池水位降到低水位时停止滗水;
        待机期:在每池滗水后完成了一个运行周期,在实际操作中,滗水所需时间往往小于理论最大时间,故滗水完成后两周期间闲置时间就是待机期,该阶段可视污水的水质、水量和处理要求决定其长短或取消。在此阶段可以从反应池排除剩余活性污泥。反应池排出的剩余污泥由于泥龄长,已基本稳定。
        污泥处理方案比较根据工程的污泥处理要求,拟采用的污泥处理工艺流程为:
        剩余污泥→污泥浓缩池→污泥脱水→外运卫生填埋。
        剩余污泥→污泥浓缩、脱水一体化→外运卫生填埋。
        根据以上污泥处理工艺,因污泥脱水设备的不同采用以下三个方案进行污泥脱水处理方案比选。
        带式压滤机方案
        带式压滤机是连续运转的固液分离设备,污泥投加聚凝剂絮凝,经重力脱水,滤布辊轮挤压脱水后,泥饼随滤布运行到卸料辊时落下。
        离心脱水机方案
        污泥从空心转轴的分配孔进入离心机,依靠转筒高速旋转产生的离心力利用固液比重不同达到分离固液的目的。
        带式浓缩脱水一体机方案
        将浓缩与脱水两种功能组合在一个系统中进行污泥处理,污泥首先进入浓缩机,在浓缩机入口处形成泥卷,污泥中的水通过重力进入滤出液池,转鼓内的螺旋输送机将浓缩后的污泥送至压滤机进行脱水。
        推荐方案
        由于本工程污泥量较少,经比选污泥处理方案推荐
        剩余污泥→污泥浓缩、脱水一体化→外运卫生填埋。
        污泥脱水设备选择带式浓缩脱水一体机。
        消毒方案的确定
        常用的消毒方式有液氯、次氯酸钠、二氧化氯、紫外线等。消毒方法的详细比较见下表:
        消毒方法比较表
        1、具有余氯的持续性;
        2、价值成本较高;
        3、操作简单、投量准确
        1、原水有机物高时会产生有机氯化物,尤其在水源受有机污染而采用折点投加时;
        2、结合氯消毒时产生氯酚味; 3、氯气有毒,使用时需注意安全,防止泄漏
        液氯供应方便的地点
        漂白粉
        CaCCl2
        1、具有液氯的持续消毒的作用;
        2、投加设备简单;
        3、价格低廉;
        4、漂粉精含有效氯60~70%,使用方便
        1、同液氯,将产生有机氯化物和氯酚味;
        2、易受光、热、潮气作用而分解失效,须注意贮存;
        3、漂白粉的溶解及调制不便;
        4、漂白粉含量只有20~30%,因而用量大,设备容积大
        漂白粉仅适用于生产能力较小的水厂,漂白精使用方便,一般在水质突然变坏时临时投加。
        漂白精
        Ca(OCl)2
        二氧化氯
        ClO2
        1、不会生成有机氯化物;
        2、较自由氯的杀菌效果好;
        3、具有强烈的氧化作用,可去除臭、去色、氧化猛、铁等物质;
        4、成本较低
        1、易引起爆炸;
        2、操作管理要求高
        适用于各种类型的水厂
        通过对各种消毒方式的分析比较,确定采用二氧化氯消毒,接触池投加。它具有消毒效果较好、投资较少、运行成本低、操作管理方便、投加灵活等特点。
        除臭方案臭气来源
        根据污水处理的过程,臭气来源主要分为污水处理系统合污泥处理系统。污水处理系统中臭气源主要分布在进水泵房、预处理段。污泥处理系统中的臭气来源主要分布在污泥浓缩、污泥脱水和污泥堆放、外运过程,由于对   不稳定污泥进行压缩、剪切作用,产生蛋白类生物高聚物,其分解产生大量臭气。
        污水收集、处理设施中的主要臭气来源为污水提升泵房、格栅、沉砂池和污泥处理部分的浓缩池、储泥池、脱水间是除臭的重点;CASS曝气池负荷低,一般不考虑除臭措施。
        臭气对环境的影响
        污水处理厂中污水、污泥产生的臭气主要成分,见表3-1、表3-2,某些恶臭物质的臭气强度与浓度的关系,详见表3-3。从表中看出一般污水厂的臭气经过大气扩散进入空气中的污染物浓度是较低的,对人们的影响程度是轻微的。因本厂选址靠近生活区、学校,该厂址为对臭气散发敏感地区。为消除臭气污染影响,仅设置绿化隔离带,是无法减少臭气的污染影响,故必须采用空气过滤除臭设施。
        生物除臭
        生物除臭是由多种生物群体通过各式各样的生物反应过程来完成的。生物过滤法是使收集到的气体在适宜的条件下通过长满微生物的固体载体,气味物质被填料吸收,然后被填料上的微生物氧化分解,完成废气的除臭过程。
        以上各种脱臭方法中,臭氧氧化成本偏高、管理复杂,水洗法效率不高且不切底,活性炭吸附法设备投资高,管理复杂,运行成本高。根据现有的资料数据分析比较,国内目前采用的除臭方法中,化学洗涤方法比较贵,而且日常运行费用也比较大,采用生物滤池除臭的方法居多。
        设计上推荐采取下列强化技术保障措施:
        1.总图设置根据风向采取卫生分区布置;
        2.全部进出水管线地下埋设、水处理构筑物全部室内化;
        3.考虑在空地上种植刺槐、假俭草、竹节草等一些能吸收有害物质的灌木及地被植物;
        4.采用地埋式设计;
        空气过滤除臭。
        在水处理过程中,为防止毛发等杂物进入循环水泵和过滤器,以免损坏设备,应在水泵进水管上安装毛发聚集器等。