DQZHAN技術訊：幾種常用污水處理主要工藝及優(yōu)缺點比較
一、A/O工藝
1.基本原理
A/O是Anoxic/Oxic的縮寫，它的優(yōu)越性是除了使有機污染物得到降解之外，還具有一定的脫氮除磷功能，是將厭氧水解技術用為活性污泥的前處理，所以A/O法是改進的活性污泥法。
A/O工藝將前段缺氧段和后段好氧段串聯(lián)在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在缺氧段異養(yǎng)菌將污水中的淀粉、纖維、碳水化合物等懸浮污染物和可溶性有機物水解為有機酸，使大分子有機物分解為小分子有機物，不溶性的有機物轉化成可溶性有機物，當這些經(jīng)缺氧水解的產(chǎn)物進入好氧池進行好氧處理時，可提高污水的可生化性及氧的效率;在缺氧段，異養(yǎng)菌將蛋白質、脂肪等污染物進行氨化(有機鏈上的N或氨基酸中的氨基)游離出氨(NH3、NH4+)，在充足供氧條件下，自養(yǎng)菌的硝化作用將NH3-N(NH4+)氧化為NO3-，通過回流控制返回至A池，在缺氧條件下，異氧菌的反硝化作用將NO3-還原為分子態(tài)氮(N2)完成C、N、O在生態(tài)中的循環(huán)，實現(xiàn)污水無害化處理。
污水處理各種工藝優(yōu)缺點對比
2.A/O內循環(huán)生物脫氮工藝特點
根據(jù)以上對生物脫氮基本流程的敘述，結合多年的焦化廢水脫氮的經(jīng)驗，我們總結出(A/O)生物脫氮流程具有以下優(yōu)點：
(1)效率高。該工藝對廢水中的有機物，氨氮等均有較高的去除效果。當總停留時間大于54h，經(jīng)生物脫氮后的出水再經(jīng)過混凝沉淀，可將COD值降至100mg/L以下，其他指標也達到排放標準，總氮去除率在70%以上。
(2)流程簡單，投資省，操作費用低。該工藝是以廢水中的有機物作為反硝化的碳源，故不需要再另加甲醇等昂貴的碳源。尤其，在蒸氨塔設置有脫固定氨的裝置后，碳氮比有所提高，在反硝化過程中產(chǎn)生的堿度相應地降低了硝化過程需要的堿耗。
(3)缺氧反硝化過程對污染物具有較高的降解效率。如COD、BOD5和SCN-在缺氧段中去除率在67%、38%、59%，酚和有機物的去除率分別為62%和36%，故反硝化反應是*為經(jīng)濟的節(jié)能型降解過程。
(4)容積負荷高。由于硝化階段采用了強化生化，反硝化階段又采用了高濃度污泥的膜技術，有效地提高了硝化及反硝化的污泥濃度，與國外同類工藝相比，具有較高的容積負荷。
(5)缺氧/好氧工藝的耐負荷沖擊能力強。當進水水質波動較大或污染物濃度較高時，本工藝均能維持正常運行，故操作管理也很簡單。通過以上流程的比較，不難看出，生物脫氮工藝本身就是脫氮的同時，也降解酚、氰、COD等有機物。結合水量、水質特點，我們推薦采用缺氧/好氧(A/O)的生物脫氮(內循環(huán)) 工藝流程，使污水處理裝置不但能達到脫氮的要求，而且其它指標也達到排放標準。
3. A/O工藝的缺點
1.由于沒有獨立的污泥回流系統(tǒng)，從而不能培養(yǎng)出具有獨特功能的污泥，難降解物質的降解率較低;
2、若要提高脫氮效率，必須加大內循環(huán)比，因而加大了運行費用。另外，內循環(huán)液來自曝氣池，含有一定的DO，使A段難以保持理想的缺氧狀態(tài)，影響反硝化效果，脫氮率很難達到90%。
3、影響因素
水力停留時間 (硝化>6h ，反硝化<2h )污泥濃度MLSS(>3000mg/L)污泥齡(>30d )N/MLSS負荷率(<0.03 )進水總氮濃度( <30mg/L)
二、A2/O工藝
1.基本原理
A2/O工藝是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文縮寫，它是厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷工藝的簡稱。該工藝處理效率一般能達到：BOD5和SS為90%~95%，總氮為70%以上，磷為90%左右，一般適用于要求脫氮除磷的大中型城市污水廠。但A2/O工藝的基建費和運行費均高于普通活性污泥法，運行管理要求高，所以對目前我國國情來說，當處理后的污水排入封閉性水體或緩流水體引起富營養(yǎng)化，從而影響給水水源時，才采用該工藝。
2. A2/O工藝特點：
(1)污染物去除效率高，運行穩(wěn)定，有較好的耐沖擊負荷。
(2)污泥沉降性能好。
(3)厭氧、缺氧、好氧三種不同的環(huán)境條件和不同種類微生物菌群的有機配合，能同時具有去除有機物、脫氮除磷的功能。
(4)脫氮效果受混合液回流比大小的影響,除磷效果則受回流污泥中夾帶DO和硝酸態(tài)氧的影響，因而脫氮除磷效率不可能很高。
(5)在同時脫氧除磷去除有機物的工藝中，該工藝流程*為簡單，總的水力停留時間也少于同類其他工藝。
(6)在厭氧—缺氧—好氧交替運行下，絲狀菌不會大量繁殖，SVI一般小于100，不會發(fā)生污泥膨脹。
(7)污泥中磷含量高，一般為2.5%以上。
3.A2/O工藝的缺點
˙反應池容積比A/O脫氮工藝還要大;
˙污泥內回流量大，能耗較高;
˙用于中小型污水廠費用偏高;
˙沼氣回收利用經(jīng)濟效益差;
˙污泥滲出液需化學除磷。
三、氧化溝
1氧化溝技術
氧化溝(oxidation ditch)又名連續(xù)循環(huán)曝氣池(Continuous loop reactor)，是活性污泥法的一種變形。氧化溝污水處理工藝是在20世紀50年代由荷蘭衛(wèi)生工程研究所研制成功的。自從1954年在荷蘭**投入使用以來。由于其出水水質好、運行穩(wěn)定、管理方便等技術特點，已經(jīng)在國內外廣泛的應用于生活污水和工業(yè)污水的治理[1]。至今，氧化溝技術己經(jīng)歷了半個多世紀的發(fā)展，在構造形式、曝氣方式、運行方式等方面不斷**，出現(xiàn)了種類繁多、各具特色的氧化溝[2]。從運行方式角度考慮，氧化溝技術發(fā)展主要有兩方面：一方面是按時間順序安排為主對污水進行處理;另一方面是按空間順序安排為主對污水進行處理。屬于前者的有交替和半交替工作式氧化溝;屬于后者的有連續(xù)工作分建式和合建式氧化溝[3]，見圖1 氧化溝工藝分類。
目前應用較為廣泛的氧化溝類型包括：帕斯韋爾(Pasveer)氧化溝、卡魯塞爾(Carrousel)氧化溝 、奧爾伯(Orbal)氧化溝、T型氧化溝(三溝式氧化溝)、DE型氧化溝和一體化氧化溝。
2,氧化溝工藝在污水處理中的應用
從理論上講，氧化溝既具有推流反應的特征，又具有完全混合反應的優(yōu)勢;前者使其具有出水優(yōu)良的條件，后者使其具有抗沖擊負荷的能力。正是因為有這個環(huán)流，且有能量分區(qū)的緣故，使它具有其它許多污水生物處理技術所擁有的眾多優(yōu)勢，其中*為顯著的優(yōu)勢是工作穩(wěn)定可靠。由于具有出水水質好，運行穩(wěn)定，管理方便以及區(qū)別于傳統(tǒng)活性污泥法的一系列技術特征，氧化溝技術在污水處理中得到廣泛應用。據(jù)不完全統(tǒng)計[4]，目前，歐洲己有的氧化溝污水處理廠超過2 000多座，北美超過800座。氧化溝的處理能力由*初的服務人口僅360人，到如今的500萬~1 000萬人口當量。不僅氧化溝的數(shù)量在增長，而且其處理規(guī)模也在不斷擴大，處理對象也發(fā)展到既能處理城市污水又能處理石油廢水、化工廢水、造紙廢水、印染廢水及食品加工廢水等工業(yè)廢水
。我國自20世紀80年代亦開始應用這項技術，隨著污水處理事業(yè)的極大發(fā)展，國內各地先后建起了不同規(guī)模、不同型式的氧化溝污水處理廠。目前在我國，采用氧化溝處理城市污水和工業(yè)廢水的污水處理廠已有近百家,見表1(我國典型氧化溝型式及應用及表)2(部分國內氧化溝污水處理廠型式及規(guī)模)。
3、氧化溝工藝的研究新進展
通過對多種連續(xù)流生物除磷脫氮工藝時空關系的分析，并結合新的除磷脫氮理論，繼續(xù)貫徹簡易污水處理的思想，重慶大學的王濤[5]、鐘仁超[6]、劉兆榮[7]、麥松冰[8]等人對氧化溝工藝進行了改良。
3.1改良氧化溝池型的構建原則改良氧化溝池型的構建是在一體化簡易污水處理技術的思想基礎上，依托于卡魯塞爾氧化溝、一體化氧化溝和奧貝爾氧化溝而建立的。它是以連續(xù)流的方式，不作專門的時空調配，通過空間分區(qū)和空間順序及對溶解氧的優(yōu)化控制，將污水凈化(C、N、P的去除)和固液分離功能集于一體，以水力內回流的方式替代機械內回流的反應器。構建的總原則是以連續(xù)流的方式，在更少的和合理的空間中完成C、N、P和SS的同時去除。
3.2改良氧化溝池型
按上述構建原則，提出了如圖2所示改良型氧化溝模型。污水流入外溝經(jīng)回流調節(jié)閘板后流經(jīng)中溝和內溝，在各溝道內循環(huán)數(shù)十次到數(shù)百次，*終由固液分離器進行泥水分離出水。外—中—內溝道分別為好氧/缺氧交替區(qū)、厭氧區(qū)和好氧區(qū)，完成有機物的降解和同時脫氮除磷。該模型著重在保留奧貝爾氧化溝硝化反硝化優(yōu)勢，同時克服該工藝占地面積大的缺點。借鑒卡羅塞爾氧化溝跑道型溝道的構型和水力內回流方式，減少了大回流比的機械設備;考慮將奧貝爾氧化溝的同心圓型溝道展開，去掉中心島的無效占地，同時又保留
其三溝道串連、層層推進的流態(tài)特點。另外，將一體化氧化溝中的側溝固液分離器技術也揉合了進來，不設置單獨的二沉池并實現(xiàn)污泥的無泵自動回流。
3.3改良氧化溝的優(yōu)化分析
(1)改良型氧化溝采用奧貝爾氧化溝三溝道串聯(lián)的特性，將各分區(qū)考慮成串聯(lián)，從而有利于難降解有機物的去除，并可減少污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生[9]。(2)改良型氧化溝借鑒奧貝爾氧化溝的溶解氧梯度分布，具有較好的脫氮功能。在外溝道形成交替的好氧和大區(qū)域的缺氧環(huán)境，較高程度地發(fā)生“同時硝化/反硝化”，即使在不設內回流的條件下，也能獲得較好的脫氮效果。由于外溝道溶解氧平均值很低，氧傳遞作用是在虧氧條件下進行的，所以氧的傳遞效率有所提高，有一定的節(jié)能效果，一般約節(jié)省能耗15%~20%。加之外溝道內所特有的同時硝化/反硝化功能，節(jié)能效果更為明顯。內溝道作為*終出水的把關，一般應保持較高的溶解氧，但內溝道容
積*小，能耗相對較低。
(3)改良型氧化溝將奧貝爾氧化溝布置相對困難的圓形或橢圓形溝型設計為環(huán)狀跑道型，降低了占地面積和工程造價。同時取消了無效占地的中心島，進一步節(jié)省占地面積和造價。
(4)改良型氧化溝借鑒卡羅塞爾氧化溝水力條件，使內溝的好氧區(qū)向外溝的缺氧區(qū)回流實現(xiàn)了水力內回流，簡化了處理環(huán)節(jié)、節(jié)省了設備和能耗。
(5)改良型氧化溝借鑒一體化氧化溝將集曝氣凈化和固液分離于一體的優(yōu)勢，不單獨建二沉池和污泥回流泵站，污泥自動回流，簡單、節(jié)能且節(jié)省占地和基建投資。
4結論
(1)氧化溝由于其出水水質好、運行穩(wěn)定、管理方便等技術特點，在我國污水處理廠中有著較為廣泛的應用。
(2)改良型氧化溝模型借鑒了卡羅塞爾氧化溝的構型和內回流方式，引用了側溝式一體化氧化溝的側溝固液分離技術，同時保留了奧貝爾氧化溝三溝串連、層層推進的流態(tài)特點，是多種先進工藝的集成，是氧化溝技術研究的新進展。
(3)改良型氧化溝工藝具有系統(tǒng)簡單、管理方便、節(jié)約能耗、節(jié)省占地和減少基建投資等優(yōu)點。
以下為幾種常見氧化溝的類型結構示意圖：
多溝交替式氧化溝 卡魯塞爾氧化溝 一體化氧化溝
奧貝爾氧化溝
1. 基本原理
氧化溝又名氧化渠，因其構筑物呈封閉的環(huán)形溝渠而得名。它是活性污泥法的一種變型。因為污水和活性污泥在曝氣渠道中不斷循環(huán)流動，因此有人稱其為“循環(huán)曝氣池”、“無終端曝氣池”。氧化溝的水力停留時間長，有機負荷低，其本質上屬于延時曝氣系統(tǒng)。氧化溝一般由溝體、曝氣設備、進出水裝置、導流和混合設備組成，溝體的平面形狀一般呈環(huán)形，也可以是長方形、L形、圓形或其他形狀，溝端面形狀多為矩形和梯形。
2.氧化溝工藝特點
(1)構造形式多樣性
基本形式氧化溝的曝氣池呈封閉的溝渠形，而溝渠的形狀和構造則多種多樣，溝渠可以呈圓形和橢圓形等形狀?？梢允菃螠舷到y(tǒng)或多溝系統(tǒng);多溝系統(tǒng)可以是一組同心的互相連通的溝渠，也可以是相互平行，尺寸相同的一組溝渠。有與二次沉淀池分建的氧化溝也有合建的氧化溝，合建的氧化溝又有體內式和體外式之分，等等。多種多樣的構造形式，賦予了氧化溝靈活機動的運行性能，使他可以按照任意一種活性污泥的運行方式運行，并結合其他工藝單元，以滿足不同的出水水質要求。
(2)曝氣設備的多樣性
常用的曝氣設備有轉刷、轉盤、表面曝氣器和射流曝氣等。不同的曝氣裝置導致了不同的氧化溝型式，如采用表曝氣機的卡魯塞爾氧化溝，采用轉刷的帕斯維爾氧化溝等等，與其他活性污泥法不同的是，曝氣裝置只在溝渠的某一處或者幾處安設，數(shù)目應按處理場規(guī)模、原污水水質及氧化溝構造決定，曝氣裝置的作用除供應足夠的氧氣外，還要提供溝渠內不小于0.3m/s的水流速度，以維持循環(huán)及活性污泥的懸浮狀態(tài)。
(3)曝氣強度可調節(jié)
氧化溝的曝氣強度可以通過兩種方式調節(jié)。一是通過出水溢流堰調節(jié)：通過調節(jié)溢流堰的高度改變溝渠內水深，進而改變曝氣裝置的淹沒深度，使其充氧量適應運行的需要。淹沒深度的變化對曝氣設備的推動力也會產(chǎn)生影響，從而可以對進水流速起到一定的調節(jié)作用;其二是通過直接調節(jié)曝氣器的轉速：由于機電設備和自控技術的發(fā)展，目前氧化溝內的曝氣器的轉速時可以調節(jié)的，從而可以調節(jié)曝氣強度的推動力。
(4)簡化了預處理和污泥處理
氧化溝的水力停留時間和污泥齡都比一般生物處理法長，懸浮裝有機物與溶解性有機物同時得到較徹底的穩(wěn)定，姑氧化溝可以不設初沉池。由于氧化溝工藝污泥齡長，負荷低，排出的剩余污泥已得到高度穩(wěn)定，剩余污泥量也較少。因此不再需要厭氧消化，而只需進行濃縮和脫水。
3.氧化溝工藝的缺點：
(1)污泥膨脹問題當廢水中的碳水化合物較多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化溝中污泥負荷過高，溶解氧濃度不足，排泥不暢等易引發(fā)絲狀菌性污泥膨脹;非絲狀菌性污泥膨脹主要發(fā)生在廢水水溫較低而污泥負荷較高時。微生物的負荷高，**吸取了大量營養(yǎng)物質，由于溫度低，代謝速度較慢，積貯起大量高粘性的多糖類物質，使活性污泥的表面附著水大大增加，SVI值很高，形成污泥膨脹。
(2)泡沫問題由于進水中帶有大量油脂，處理系統(tǒng)不能完全有效地將其除去，部分油脂富集于污泥中，經(jīng)轉刷充氧攪拌，產(chǎn)生大量泡沫;泥齡偏長，污泥老化，也易產(chǎn)生泡沫。
(3)污泥上浮問題當廢水中含油量過大，整個系統(tǒng)泥質變輕，在操作過程中不能很好控制其在二沉池的停留時間，易造成缺氧，產(chǎn)生腐化污泥上浮;當曝氣時間過長，在池中發(fā)生高度硝化作用，使硝酸鹽濃度高，在二沉池易發(fā)生反硝化作用，產(chǎn)生氮氣，使污泥上浮;另外，廢水中含油量過大，污泥可能挾油上浮。
(4)流速不均及污泥沉積問題在氧化溝中，為了獲得其獨特的混合和處理效果，混合液必須以一定的流速在溝內循環(huán)流動。一般認為，*低流速應為0.15m/s，不發(fā)生沉積的平均流速應達到0.3~0.5m/s。氧化溝的曝氣設備一般為曝氣轉刷和曝氣轉盤，轉刷的浸沒深度為250~300mm，轉盤的浸沒深度為480~ 530mm。與氧化溝水深(3.0~3.6m)相比，轉刷只占了水深的1/10~1/12，轉盤也只占了1/6~1/7，因此造成氧化溝上部流速較大(約為0.8~1.2m，甚至更大)，而底部流速很小(特別是在水深的2/3或3/4以下，混合液幾乎沒有流速)，致使溝底大量積泥(有時積泥厚度達1.0m)，大大減少了氧化溝的有效容積，降低了處理效果，影響了出水水質。
四、SBR工藝
1.工藝原理
在反應器內預先培養(yǎng)馴化一定量的活性污泥，當廢水進入反應器與活性污泥混合接觸并有氧存在時，微生物利用廢水中的有機物進行新陳代謝，將有機物降解并同時使微生物細胞增殖。將微生物細胞物質與水沉淀分離，廢水即得到處理。其處理過程主要由初期的去除與吸附作用、微生物的代謝作用、絮凝體的形成與絮凝沉淀性能幾個凈化過程完成。
2.SBR工藝特點
(1)理想的推流過程使生化反應推動力增大，效率提高，池內厭氧、好氧處于交替狀態(tài)，凈化效果好。
(2)運行效果穩(wěn)定，污水在理想的靜止狀態(tài)下沉淀，需要時間短、效率高，出水水質好。
(3)耐沖擊負荷，池內有滯留的處理水，對污水有稀釋、緩沖作用，有效抵抗水量和有機污物的沖擊。
(4)工藝過程中的各工序可根據(jù)水質、水量進行調整，運行靈活。
(5)處理設備少，構造簡單，便于操作和維護管理。
(6)反應池內存在DO、BOD5濃度梯度，有效控制活性污泥膨脹。
(7)SBR法系統(tǒng)本身也適合于組合式構造方法，利于廢水處理廠的擴建和改造。
(8)脫氮除磷，適當控制運行方式，實現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)交替，具有良好的脫氮除磷效果。
(9)工藝流程簡單、造價低。主體設備只有一個序批式間歇反應器，無二沉池、污泥回流系統(tǒng)，調節(jié)池、初沉池也可省略，布置緊湊、占地面積省。
3. SBR工藝的缺點
(1)間歇周期運行，對自控要求高;
(2)變水位運行，電耗增大;
(3)脫氮除磷效率不太高;
(4)污泥穩(wěn)定性不如厭氧硝化好。
五、CAST工藝
1、CAST工藝原理
CASS生物處理法是周期循環(huán)活性污泥法的簡稱，CASS池分預反應區(qū)和主反應區(qū)。在預反應區(qū)內，微生物能通過酶的快速轉移機理迅速吸附污水中大部分可溶性有機物，經(jīng)歷一個高負荷的基質快速積累過程，這對進水水質、水量、PH和有毒有害物質起到較好的緩沖作用，同時對絲狀菌的生長起到抑制作用，可有效防止污泥膨脹;隨后在主反應區(qū)經(jīng)歷一個較低負荷的基質降解過程。CASS工藝集反應、沉淀、排水、功能于一體，污染物的降解在時間上是一個推流過程，而微生物則處于好氧、缺氧、厭氧周期性變化之中，從而達到對污染物去除作用，同時還具有較好的脫氮、除磷功能。
2、CAST工藝特點
(1)運行靈活可靠
● 生物選擇器可以根據(jù)污水水質情況，以好氧、缺氧和厭氧三種方式運行。選擇器可以恒定容積也可以可變容積運行
● 可任意調節(jié)狀態(tài)，發(fā)揮不同微生物的生理特性
● 選擇器容積可變，避免產(chǎn)生污泥膨脹，提高了系統(tǒng)的可靠性
● 抗沖擊負荷能力強，工業(yè)廢水、城市污水處理都適用
(2)處理構筑物少，流程簡單
● 池子總容積減少，土建工程費用低
● 不需設二次沉淀池及其刮泥設備，也不用設回流污泥泵站
(3)可實現(xiàn)除磷脫氮
● 調節(jié)生物選擇器可變容積的曝氣和非曝氣順序，提高了生物除磷脫氮效果
(4)節(jié)省投資
● 構筑物少，占地面積省
● 設備及控制系統(tǒng)簡單
● 曝氣強度小，不須大氣量的供氣設備
● 運行費用低
3.工藝缺點
(1)間歇周期運行，對自控要求較高;
(2)變水位運行，電耗增大;
(3)容積利用率較低;
(4)污泥穩(wěn)定性不如厭氧硝化好。
