1、 二級處理系統(tǒng)二級處理又稱生化處理，一般是由生物處理構(gòu)筑物或設(shè)備與二次沉淀池組成，它的主要作用是通過微生物的新陳代謝去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物。生物處理通常為活性污泥法或生物膜法。二級處理中使用的設(shè)備也是整個城市污水處理廠的心臟設(shè)備，主要是鼓風機、曝氣機和曝氣器。二級處理（活性污泥法）的處理效率為SS去除率70%90%,BOD5去除率65%95%。經(jīng)二級處理后出水SS和BOD5均可降至2030mg/L,般可達到排放水體和灌溉農(nóng)田的水質(zhì)標準。其典型的工藝（普通活性污泥法）見圖41。以這種典型的工藝流程為基礎(chǔ)，根據(jù)進出水水質(zhì)、水量，二級處理活性污泥普通活性污泥法是最普遍采用和最成熟的處

2、理工藝,它有傳統(tǒng)活性污泥法、階段曝氣、吸附再生、延時曝氣、完全混合等幾種形式。目前一般的普通活性污泥法應(yīng)設(shè)計成能按上述前三種方式都能分別運行的工藝。傳統(tǒng)活性污泥法的污水和回流污泥均由曝氣池池首流入，處理效果好，對bod5和SS的總處理效率均為90%95%，但曝氣池前段供氧不足，后段供氧過剩，同時耐沖擊負荷能力弱，曝氣時間較長，一般為68h，適于大中型城市污水廠，其曝氣方法有推流式和完全混合式。階段曝氣的特點為污水沿池長多點進入，使BOD負荷沿池長得到了均衡，增強了耐沖擊負荷的能力，并克服了傳統(tǒng)活性污泥法的上述缺點，其曝氣方式一般為推流式。吸附再生法是污水從沿曝氣池長方向的某一點進入，而回流污泥

3、則進入池首，在再生段進行曝氣再生，而再生后的活性污泥在吸附段迅速吸附污水中的有機物。該工藝具有較強的耐沖擊負荷的能力，且曝氣時間較短，一般為35h，故曝氣池容較小。對處理污水中懸浮性有機物濃度較高的污水，其處理效果較好，而對處理溶解性有機物較多的污水，則處理效果低于傳統(tǒng)活性污泥法，一般BOD5和SS的總處理效率均為80%90%。完全混合式活性污泥法常用的池型是將二沉池和曝氣池合建的曝氣沉淀池，采用表曝機曝氣，污泥回流比為100%500%，污水在池內(nèi)的水力停留時間為35h，該工藝優(yōu)點是無需鼓風機房和管道、耐沖擊負荷能力強。缺點是處理效率比普通活性污泥法低，BOD5和SS的總處理效率都只有80%9

4、0%，活性污泥較易產(chǎn)生污泥膨脹，此外運行安全性比鼓風曝氣低。該工藝主要適用于小城市或居民區(qū)的污水處理，也常用于工業(yè)廢水處理。城鎮(zhèn)污水二級處理系統(tǒng)中，曝氣供氧的能耗最大，約占全系統(tǒng)總能耗的50%，因此，降低曝氣耗氧量是城鎮(zhèn)污水處理廠節(jié)約能耗的主要環(huán)節(jié)。影響曝氣耗氧量的因素眾多，難以定量表示，而且在實踐中變化幅度較大。一般情況下，去除單位BOD的耗氧量為12kg/kg，低值V0.5kg/kg，高值2.5kg/kg。對于活性污泥法常用的設(shè)備，中小型污水處理廠可以使用多級低速高心風機和陶瓷曝氣頭，這樣的鼓風機噪聲小、曝氣頭充氧效率高；采用氧化溝工藝的可以采用轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)碟；中型污水處理廠最好使用單級高速離

5、心風機，以便控制和優(yōu)化鼓風機的送風量，節(jié)能降低成本。隨著對氮、磷營養(yǎng)物排放標準的提高，目前的活性污泥法工藝中都結(jié)合了脫氮或除磷的功能要求。因為常規(guī)的二級生化處理工藝雖然穩(wěn)定可靠，可以有效地降低污水的bod5和SS,但對污水中同時存在的氮、磷等營養(yǎng)物只能去除10%20%，而典型城市污水中TKN含量2040mg/L,TP含量410mg/L，因此采用傳統(tǒng)的二級生化處理工藝，其結(jié)果遠不能達到綜合排放標準中的一、二級排放標準。本節(jié)主要針對當前為滿足營養(yǎng)物去除的要求所采用的生物去除營養(yǎng)物方法和二級處理相應(yīng)所使用的曝氣設(shè)備介紹二級處理系統(tǒng)。營養(yǎng)物去除及相關(guān)二級處理工藝1.生物脫氨、除磷基本過程（1）生物脫氨

6、基本過程氨化反應(yīng)未經(jīng)處理的城市污水中存在著有機氮和氨態(tài)氮兩種含氮化合物，一般以有機氮為主。有機氮化合物在好氧菌和氨化菌作用下，有機碳被降解為co2,而有機氮被分解轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮。例如氨基酸的氨化反應(yīng)為：RCHNH2COOH+02:，RCOOH+衛(wèi)+NH3硝化反應(yīng)在好氧狀態(tài)下，硝化菌將氨態(tài)氮進一步分解氧化，使nh4+轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮：NH；+2Q騎化+N0亍+H2O+2H*由上式可見，在硝化過程中，1gNH4+-N完成硝化反應(yīng)，需4.57g氧，此叫硝化需氧量（NO）。同時硝化反應(yīng)使pH值下降，因硝化菌對pH值變化十分敏感，為保持適宜的pH值，污水中應(yīng)有足夠的堿度。一般1gNH4+-N完全消化需堿度7

7、.1g（以CaCO3計）。反硝化反應(yīng)反硝化反應(yīng)是在缺氧狀態(tài)下，反硝化菌將硝酸鹽氮還原成氣態(tài)氮（N2）的過程?？刂艱O（溶解氧濃度）0.5mg/L的情況下，兼性反硝化菌利用污水中的有機碳源（污水中的BOD成分）作為電子供體，將來自好氧池混合液中的硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成氮氣排入大氣，同時有機物得到降解。其反應(yīng)為：g+3H（電子供體有機物）反悝十|陽+H20+OH-NO；+5H（電了供體有機物）+2H2O+OH-該反應(yīng)的實質(zhì)是反硝化菌在缺氧環(huán)境中，利用硝酸鹽的氧作為電子受體，污水中的有機物作為碳源及電子供體提供能量并得到氧化穩(wěn)定。在反硝化過程中、硝酸氮通過反硝化菌的代謝活動有同化反硝化和異化反硝化兩

8、種轉(zhuǎn)化途徑，其最終產(chǎn)物分別是有機氮化合物和氣態(tài)氮，前者成為菌體組成部分，后者排入大氣。如下式所示：NQ_JNQj-NH:OH一有機持（同化反確化）Q-NtO皿機舁化反1ft化）當污水中缺乏有機物時，則無機物如氫、Na2S等也可作為反硝化反應(yīng)的電子供體，而微生物則可通過消耗自身的原生質(zhì)進行內(nèi)源反硝化：QHjNQs+4N0；5CO,+NH3十2N異+40H-可見內(nèi)源反硝化的結(jié)果將導(dǎo)致細胞物質(zhì)的減少，同時還生成nh3,因此不能讓內(nèi)源反硝化占主導(dǎo)地位。為此應(yīng)向污水中提供必需的有機碳源，國外使用的最普遍的廉價碳源常采用甲醇，其反應(yīng)式為：6NOf+5CHQH一反確梵.3N彳+7H2O+5（%+60H從我國

9、的實際情況講，采用甲醇作為補充碳源費用還是偏高，污水廠實際運行費用難以承受。可以考慮采用高濃度有機廢水或廢物，如食品工業(yè)廢水等作為補充碳源，這樣達到一舉兩得的作用。（2）生物除磷基本過程城市污水中磷通常以有機磷、磷酸鹽或聚磷酸鹽的形式存在，如按活性污泥組成的化學(xué)式為C118H170O51N7P，則其C：N：P為46：8：1。如果污水中的營養(yǎng)物質(zhì)氮、磷維持這個比例，則其N和P可全被去除。而一般城市污水中的N和P的濃度往往大于上述這個比例，用于合成的P一般只占15%20%,所以傳統(tǒng)活性污泥法通過微生物細胞合成而去除污水中的磷，一般為10%20%。處理后的出水中，90%左右的磷以磷酸鹽形式存在。根據(jù)

10、試驗研究發(fā)現(xiàn)，活性污泥在厭氧-好氧交替變換過程中，原生動物等生物相不發(fā)生變化，只有異養(yǎng)型生物相中的小型革蘭陰性短桿菌聚磷菌大量繁殖。聚磷菌雖是好氧菌，但競爭能力很差,卻能在細胞內(nèi)貯存聚0羥基丁酸（PHB）和聚合磷酸鹽（Poly-P）。在厭氧-好氧過程中，聚磷菌在厭氧狀態(tài)（DOqO,NOxqO）中為優(yōu)勢菌種，構(gòu)成了活性污泥絮體的主體，它吸收低分子的有機物（如脂肪酸），同時將貯存在細胞中聚合磷酸鹽（Poly-P）中的磷通過水解而釋放出來，并提供必需的能量，即聚磷菌體內(nèi)的ATP（腺苷三磷酸）進行水解，放出h3po4和能量形成ADP（腺苷二磷酸）。而在隨后的好氧狀態(tài)下，聚磷菌進行有氧呼吸，所吸收的有機

11、物將被氧化分解并提供能量，由于氧化分解，又不斷地放出能量，能量為ADP所獲得，將結(jié)合H3PO4而合成ATP,從污水中過量地攝取磷，在數(shù)量上遠遠超過其細胞合成所需磷量，將磷以聚合磷酸鹽的形式貯藏在菌體內(nèi)，而形成高含磷量的活性污泥，通過剩余污泥系統(tǒng)排出，以此達到除磷的效果，生物除磷基本過程如圖416所示。好鎮(zhèn)厭氯排水沉淀落解性育機物能1=H3PO4総含碳物質(zhì)；o聲磷酸鹽徹粒異染粒圖4訂6好氧、厭氧生物除確基本過程剩余污泥排出(除瞬)650能出02.脫氮除磷(BNR,BiologicalNutrientRemoval)工藝根據(jù)上述脫氮的原理，20世紀30年代開發(fā)的Wuhrmann工藝是最早的脫氮工藝

12、，流程遵循硝化、反硝化的順序設(shè)置。主反應(yīng)流程按功能分成兩個反應(yīng)器，即好氧反應(yīng)器和缺氧反應(yīng)器，好氧反應(yīng)器主要進行含碳有機物的氧化、氨氮的硝化，缺氧反應(yīng)器的作用是反硝化脫氮。由于反硝化脫氮過程需要碳源，而這種后置反硝化工藝是以微生物的內(nèi)源代謝物質(zhì)作為碳源，所以反硝化速率低。如原污水的含氮量較高，則導(dǎo)致缺氧池容積龐大，而且污水進入系統(tǒng)的第一級就進行好氧反應(yīng)，為滿足有機物的去除，能耗就高，因此該工藝的脫氮效果并不理想。后置式反硝化脫氮工藝流程見圖417。出水U好氧油圖4-17后式反硝化脫飢工藝流程20世紀70年代研究人員改進完善了上述的脫氮工藝，即目前廣泛應(yīng)用的A/0(Anoxic/Oxic)工藝，在

13、A/O工藝中，好氧池的混合液和沉淀后的污泥同時回流到缺氧池，形成后置式反硝化脫氮。這樣，回流液中的大量硝酸鹽回流到缺氧池后，可以從原污水得到充足的有機物，使反硝化脫氮得以充分進行，同時有機物作為碳源在缺氧池被利用了一部分，減小了好氧池的能耗要求。脫氮的A/O工藝流程示意圖見圖4-18。進水好氧池缺氧池沉淀池柑S4-18后置式反硝化A/O脫氮工藝流程混合腹回流回流污泥剩余污泥根據(jù)除磷的環(huán)境要求和過程，將好氧反應(yīng)器和厭氧反應(yīng)器相結(jié)合，開發(fā)了厭氧-好氧生物除磷工藝，也稱A/O(Anaerobic/Oxic)工藝。該工藝曝氣池前段為厭氧反應(yīng)器，池中溶解氧濃度(DO)不大于0.2mg/L，回流污泥與進水

14、靠潛水式攪拌器在池內(nèi)混合接觸，此時活性污泥中的聚磷菌向污水中釋放磷。然后污水進入后續(xù)好氧反應(yīng)器，進行曝氣充氧，DO等于2mg/L左右，此時聚磷菌在好氧狀態(tài)下從污水中攝取磷，從而產(chǎn)生高磷污泥，通過排放剩余污泥的方式將磷去除，而有機物在厭氧一好氧段得到了生物降解而被去除。除磷的A/O工藝控制參數(shù)與缺氧好氧脫氮工藝是不相同的。工藝能同時去除有機物和磷，因曝氣池總停留時間較短，為2.54.0h，所以其基建費用和運行費用較普通活性污泥法低。BOD5和SS的去除率為95%以上，磷的去除率為70%以上，處理效果較好。生物除磷工藝經(jīng)生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)有許多突出的優(yōu)點，如可減少因用化學(xué)藥劑除磷而產(chǎn)生的化學(xué)污泥量

15、；可減少污泥膨脹，改進沉降效果；污泥易脫水，肥效高；成本低廉，操作方便；適合于現(xiàn)有污水處理工廠的改建等。如在脫氮的A/O工藝缺氧段之前增加一厭氧池，即為A2/O工藝，則兼有除磷功能，見圖419。出水進水:灑舍液回流圖419脫18除確的A/O工藝剩余污泥回流污魁好氧池亠&二亠.二1_A2/O工藝將生物反應(yīng)池分為厭氧段、缺氧段和好氧段。在厭氧段，回流污泥中的聚磷菌釋放磷，同時bod5也得到了部分去除；而進入好氧段，聚磷菌又攝取磷，污泥成為高磷污泥，通過排放高磷剩余污泥的方式將磷去除；而污水在好氧段，bod5得到更進一步去除，同時氨氮被硝化，通過含硝酸鹽混合液的內(nèi)回流方式，使其NOxN在缺氧段進行反

16、硝化脫氮，從而使該工藝具有同時生物脫氮除磷的功能。該工藝處理效率一般能達到BOD5和SS去除率為90%95%，總氮去除率為70%以上（與回流比相關(guān)），磷去除率為70%左右。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，而要執(zhí)行污水綜合排放標準的一級或二級標準時，必須考慮脫氮除磷，此工藝為可參考使用工藝。表47匯總了A2/O典型工藝的設(shè)計參數(shù)。*4-7計襯視負商厲曠虹-匚曠】0.15-1.0污呢回ftlt/%moo嵐合潼回療比/霓|誡一則MLSS/msl/12OT0T0M呢話SRT/d2-23水力廨幫M

17、岡艮逼；e0.5-丄HRT/h0.5-103.56,0水型/X5-250OQ/TP10腎邂負荷口BODj/MLSSlKA/O工藝、A2/O工藝都是較簡單的脫氮除磷工藝，它們將缺氧段、厭氧段放在好氧工藝的前部，可以充分發(fā)揮厭氧菌群承受高濃度、高有機負荷的能力，充分利用厭氧菌群和好氧菌群各自的優(yōu)勢，污泥的沉降性能也較好，污泥后處理方便。由于A/0、A2/0工藝是在普通活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因而用于對采用生物法處理的老污水廠做改造也較容易。奸氧池出水好址迫出水呼池卜片池滬郵舒軻祖回流1喚擱拿污型比,UCT說匍除觴工藝混合懣冋滝論=1叭f3W陰好飢池抉鼠回蘆礙=100嗚、工畑rX進水漣舍櫃創(chuàng)3

18、嚴MX怫回進嗎桓RIO(a)四酚段創(chuàng)Menpho稅貳工藝/混含施回施盤戶財剩余污樞回ilfiffi刊ns%五階殷Bar伽曲0脫鳩確工藝好磯油j鶴音椎回流Ri=10ft%-400%硝址醍臺載回流旳引叭亠WK彳小改良的UCTStK醸陳工藝-20部井生物脫氯、際塾工藝圖丄2PbflitdpT藝的激程示通在上述脫氮、除磷工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù)水質(zhì)或工藝側(cè)重點，在上世紀的后半葉，各國的研究人員又開發(fā)了很多新的脫氮、除磷A/O系列工藝，主要的見圖420。這些改進主要可分為以下兩類。一類是增加缺氧、好氧反應(yīng)池的級數(shù)，強化處理效果，如四階段工藝、五階段工藝(Bardenpho工藝或Phoredox工藝)，脫氮效率

19、可以達到90%，出水總氮濃度不超過3mg/L，缺點是水力停留時間較長。另一類是改變混合液的回流方式或系統(tǒng)的進水方式，如南非開普頓大學(xué)開發(fā)的UCT工藝見圖420(c),采用兩股混合液回流，在傳統(tǒng)的好氧池混合液回流的基礎(chǔ)上，又增加了由缺氧池至厭氧池的混合液回流，由于缺氧池中的反硝化作用已大大降低了池內(nèi)NO3-N的濃度，這樣就可以避免缺氧池回流液攜帶的NO3N濃度過高而破壞厭氧池的厭氧狀態(tài)，影響除磷效果。為了避免缺氧池和好氧池兩股回流液由于短流造成的交叉干擾，改良的UCT見圖420(d)又將缺氧池一分為二，以提高除磷效果。為了強化磷的去除，美國學(xué)者Levin提出了Phostrip工藝。Phostri

20、p工藝是將生物和化學(xué)除磷結(jié)合起來，一部分回流污泥被分流到專門的除磷池進行磷的釋放，含磷的上清液再通過石灰混凝沉淀處理，大部分磷以磷酸鈣的形式沉淀去除，出水總磷濃度低于lmg/L。由于分流除磷，所以工藝耐沖擊負荷，缺點是工藝流程復(fù)雜，運行管理不便。Phostrip工藝的工藝流程見圖421，其中解吸池的作用是在厭氧條件下使二次沉淀池送來的污泥中的磷釋放。含有大量磷的上清液排到沉淀池，投加石灰，利用化學(xué)沉淀形成Ca3(PO4)2沉淀，除去上清液中的磷。解吸池解吸后的污泥回流至好氧池，沉淀池的出水進入初沉地，而污泥進行脫水處理。該工藝除磷效果好，當城市污水處理出水中TP的濃度要達到污水綜合排放標準(GB8978199)級標準時，可以考慮采用這一工藝。隨著除磷研究在微生物學(xué)領(lǐng)域的深化，近年來研究發(fā)現(xiàn)了一種“兼性厭氧反硝化除磷細菌(DPB)”，它能在缺氧環(huán)境下攝磷，同時利用NO3-N來氧化