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1、城市污水处理工艺选择及方案比选1.1 污水处理工艺简介根据设计原则，污水处理工艺应根据设计进出水水质、受纳水体、污水处理厂规模，污泥处置方法、用地面积及当地温度、工程地质等多因素综合考虑，选择投资省，运行费用低，技术成熟，处理效果稳定可靠，运行管理方便，设备先进的工艺。当前城市污水常见的二级生化处理工艺有普通活性污泥法、接触氧化法、SBR工艺及其变形工艺、A/0、A2ZO,曝气生物滤池、氧化沟及其改良工艺等,这几种工艺都是从传统活性污泥法派生出来的，各有其特点。对本工程的原水水质分析可知，目标水质除了要求去除有机物之外，还需要控制出水氨氮和磷的含量，因而工艺选择时应采用具有脱氮除磷功能的相关工
2、艺。另外，污水生化处理过程中产生的剩余污泥的稳定处理也是污水处理中的一道重要工序，它的基建费用高，直接影响到处理工艺的选择。常规二级生化处理的去除目标是有机污染物，对污水中同时存在的氮、磷等营养物只能去除其中的一小部分，一般氮的去除率只有20%左右，通过生物合成去除的磷也只有15%20%,残存的大部分氮和磷将随出水排放到受纳水体，不能满足污水处理厂的处理要求。某些化学法或物理化学法可以有效地从污水中去除氮和磷。如投加金属离子的化学沉淀法，是使污水中的磷与金属离子形成不溶性的可沉物而从水中去除,具有很高的除磷率；折点氯化可以有效的去除污水中的氮。但化学法和物理化学法所需运行费用较高，尤其是大、中
3、型污水处理厂，经济上难以承受。与化学法和物理化学法相比，生物脱氮除磷技术因具有对有机物、氮和磷去除效率高、投资较低、运行费用省、污泥沉降性能好等优点而受到污水处理界的重视，特别是近20年来，在工艺、技术和专用设备的研究及工程应用方面都得到很快的发展。生物脱氮除磷工艺能将总氮去除率提高到70%95%,总磷去除率提高到70%90%,一般情况下可以稳定可靠地满足处理要求，因此确定本工程污水处理的二级生化处理工段将采用具有生物脱氮除磷的工艺。生物脱氮机理生物脱氮过程包括硝化反应和反硝化反应。硝化反应是指在有氧条件下，微生物（硝化菌）将NE（NH4）氧化成硝酸盐氮或亚硝酸盐氮的过程。其反应过程可表示为：
4、NH+1.502-NoA+H2+2H+新细胞NO2+0.5O2-NO3一新细胞总反应为：NH4+2Ch-NO3-+2H+H2+新细胞硝化反应速度与温度、溶解氧、PH值以及抑制性物质有关。硝化反应能在445C范围内进行，硝化反应速率随温度降低而减慢。对一般的活性污泥法，硝化反应溶解氧一般应大于2mgLoPH值对硝化反应的影响较大，当PH值降低到55.5时，硝化反应几乎停止。硝化菌和亚硝化菌的增长都可用Monod公式表示，即：N硝化反应和亚硝化反应速度随着底物浓度的降低而降低。反硝化反应是指在缺氧和有机物存在的条件下，微生物（反硝化菌）将硝化过程产生的NO2和NO3-还原成气态氮（N2、N2O）的
5、过程。其反应过程可表示为：No3-+3H（电子供体有机物）一O.5N2+H2O+OH-NO26H（电子供体有机物）-O.5N2+H2O+OH-污水中含碳有机物作为反硝化过程的电子供体。理论上每转化Ig氮需要2.86g含碳有机物（以BOD计）。因此，当反硝化池污水BOD5ZTKN大于46时,一般认为碳源充分。这一比值要求还与反硝化时间有关,如反硝化时间过短，则只有一部分快速生物降解的BoD5才可作为反硝化的碳源。如有机物均可利用,有机物/N03N大于3时就可以反硝化完全（95%的还原为N2）。反硝化菌的增长也可用MOnOd公式表示，即：NKsd+N根据硝化和反硝化作用的原理不难看出，生物脱氮需要
6、好氧和缺氧环境的并存。脱氮效率取决于有机碳源、进出水氨氮的浓度。生物除磷原理生物除磷就是利用聚磷菌一类的细菌，过量地，超出其生理需要的从外部摄取磷，并将其以聚合形态储藏在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从污水中除磷的效果。在好氧条件下，聚磷菌有氧呼吸,不断地从外部摄取有机物,加以氧化分解，并产生能量，能量为ADP所获得，并结合H3PO4合成ATP(三磷酸腺苜)即：ADP+H3PO4+能atp+h2oH3PO4的大部分是通过主动输送的方式从外部环境摄入的，一部分用于合成ATP,另一部分则用于合成磷酸盐，这一现象就是“磷的过量摄取”。在厌氧条件下，聚磷菌体的ATP进行水解，释放磷和能量，形成AD
7、P,即：ATP+H2OADP+EPCh+能所有生物脱氮除磷工艺都包含厌氧-缺氧-好氧环境的交替循环。其不同的设计参数和组合方式构成了不同的工艺。根据处理要求和各脱氮除磷工艺的特点及以往的工程经验，可采用前置厌氧的氧化沟、A?/。及ICEAS工艺作为备选方案，由于ICEAS工艺适用于中小规模，本工程规模较大，因此，本工程选择前置厌氧的氧化沟工艺及A2/。工艺进行比较。1.2 工艺方案论述(1) A2/O工艺A2O工艺是80年代初期开创的处理技术，作为目前采用较为广泛的一种脱氮除磷工艺。污水在流经三个不同功能分区的过程中，在不同微生物菌群的作用下，使污水中的有机物、氮和磷得到去除。在首段厌氧池主要
8、是进行磷的释放，使污水中P的浓度升高，溶解性有机物被细胞吸收而使污水中BOD5浓度下降；另外NH3-N因细胞的合成而被去除一部分，污水中NHrN浓度下降。在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液中带入的大量硝酸盐或亚硝酸盐还原为N2释放至空气，同时B0D5浓度继续下降，硝酸盐氮及亚硝酸盐氮的浓度大幅度下降。在好氧池中，有机物被微生物生化降解，大幅度下降；氨氮被硝化，使NH3-N浓度显著下降，但随着硝化过程，NOh-N的浓度增加，而P随着聚磷菌的过量摄取，也以较快的速率下降。A2ZO工艺是最简单的同步生物脱氮除磷工艺，在厌氧、缺氧、好氧交替运行的条件下，可抑制丝状菌，克服污泥膨
9、胀，有利于处理后的泥水分离。为了克服传统A20工艺回流污泥中的硝酸盐对厌氧释磷产生不利影响，可在厌氧池前增设预反硝化区，来自二沉池的回流污泥和部分污水进入预反硝化区,去除回流污泥中的硝态氮，消除硝态氮对厌氧释磷的影响，保证除磷效果。（2）前置厌氧的氧化沟工艺氧化沟污水处理工艺是50年代初由荷兰卫生工程研究所的帕思维尔博士通过研究和设计而首先开发的。氧化沟法污水处理技术实际是传统活性污泥法的一种改型，其基本特征是曝气池呈环状沟渠形，污水和活性污泥的混合液在其中连续循环流动，其流态具备推流式和完全混合式的双重特点，因而耐冲击负荷能力强。通常采用垂直轴或水平轴设备供氧，并推动水流。氧化沟操作管理简便
10、，出水水质好，处理效果稳定。因此，人们对氧化沟的评价为“可以用一般水平的运行管理，获得不一般的处理效果”。常用的氧化沟工艺有卡罗塞尔“Carrousel”型、奥伯尔orbal”型、双沟式“DE”型及三沟式“T”型氧化沟等，各种型式氧化沟有其特点。卡罗塞尔“Carrousel”氧化沟是荷兰DHV公司开发的。该工艺在曝气渠道端部装有低速表面曝气机。在曝气区内用隔板分格，构成连续渠道。表曝机把水流推向曝气区，水流连续经过几个曝气区后经堰口排出。“Carrousel”2000型氧化沟具有脱氮功能。双沟式“DE”型氧化沟及三沟式“T”型氧化沟是丹麦克鲁格公司开发的，采用交替运行方式。“DE”型氧化沟由容
11、积相同的二池组成，它们串联运行，污水在二池中交替处于好氧和缺氧状态，进行硝化和反硝化反应。三沟式氧化沟集曝气和沉淀为一体，三沟交替进水，两外沟交替出水，两外沟分别作为曝气或沉淀交替运行，不需设二沉池及污泥回流设备，该工艺设备利用率较低。奥伯尔orbal”型氧化沟是椭圆形的，通常有三条同心曝气渠道，污水通过淹没式进水口从外沟进入，顺序流入下一条渠道，由内沟排出，奥伯尔氧化沟具有同时硝化、反硝化的特性。以上几种形式的氧化沟都具有脱氮功能，在氧化沟前增加一座厌氧池，则具有了除磷的功能。并且可抑制丝状菌的生长，改善污泥沉降性能。由于氧化沟的泥龄通常较长，剩余污泥得到了一定程度的好氧稳定，从而减少了污泥
12、处理的费用。1.3 工艺方案比选（1）方案技术比较：见表31。表3-1污水处理各方案技术比较表工艺方案优点缺点适用条件前置厌氧的氧化沟工艺1、处理流程简单、构筑物少，可比A2/0工艺少建鼓风机房等。2、出水水质稳定可靠，尤其脱氮效果好。3、对进水水质水量的波动具有较好的适应性。1、曝气设备较多，维修量增加。2、占地面积较大。中、小型污水处理厂A2ZO工艺1、工艺比较成熟，是最基本的同步脱氮、除磷工艺。2、国内建有多座该种工艺的污水处理厂，运行经验丰富。3、采用可调离心鼓风机，在不同进水水质、水量情况下，可根据曝气池溶解氧自动调节空气量，达到节能的效果。4、微孔曝气管采用充氧效率高的产品（曝气管
13、充氧效率25%）,可大大降低供气量，节约能耗。1、由于其推流的池型结构，对水质变化的缓冲能力稍差。2、混合液回流增加一些运行费用。大、中型污水处理厂工艺方案优点缺点适用条件5、可通过优化平面布置，降低回流的流程，从而降低回流提升泵扬程、节约能耗。（2）方案经济比较在占地面积相当的条件下，对A20工艺及改良型Carrousel氧化沟工艺进行经济比较。方案经济比较见表3-2o序号项目名称A20工艺前置厌氧的氧化沟工艺1吨水直接投资（元）810.24816.332电耗（kwh/rM水）0.1610.172注：表中经济指标相应于本工程10万吨/天处理规模的城市污水处理厂。通过以上对处理工艺的论述和技术经济比较分析，A2ZO工艺具有技术成熟、运行可靠性高、充氧效率高，投资成本低等特点，因此本工程采用A2/O工艺。
