城市污水處理工藝選擇及方案比選

1.1污水處理工藝簡介

根據(jù)設(shè)計原則，污水處理工藝應(yīng)根據(jù)設(shè)計進出水水質(zhì)、受納水體、污水處理

廠規(guī)模，污泥處置方法、用地面積及當(dāng)?shù)販囟?、工程地質(zhì)等多因素綜合考慮，選

擇投資省，運行費用低，技術(shù)成熟，處理效果穩(wěn)定可靠，運行管理方便，設(shè)備先

進的工藝。

當(dāng)前城市污水常見的二級生化處理工藝有普通活性污泥法、接觸氧化法、

SBR工藝及其變形工藝、A/O、A2/O,曝氣生物濾池、氧化溝及其改良工藝等,

這幾種工藝都是從傳統(tǒng)活性污泥法派生出來的，各有其特點。對本工程的原水水

質(zhì)分析可知，口標水質(zhì)除了要求去除有機物之外，還需要控制出水氨氮和磷的含

量，因而工藝選擇時應(yīng)采用具有脫氮除磷功能的相關(guān)工藝。另外，污水生化處理

過程中產(chǎn)生的剩余污泥的穩(wěn)定處理也是污水處理中的一道重要工序，它的基建費

用高，直接影響到處理工藝的選擇。

常規(guī)二級生化處理的去除目標是有機污染物，對污水中同時存在的氮、璘等

營養(yǎng)物只能去除其中的一小部分，一般氮的去除密只有20%左右，通過生物合成

去除的嶙也只有15%?20%,殘存的大部分氮和磷將隨出水排放到受納水體，不

能滿足污水處理廠的處理要求。

某些化學(xué)法或物理化學(xué)法可以有效地從污水中去除氮和磷。如投加金屬離子

的化學(xué)沉淀法，是使污水中的磷與金屬離子形成不溶性的可沉物而從水中去除,

具有很高的除磷率；折點氯化可以有效的去除污水中的氮。但化學(xué)法和物理化學(xué)

法所需運行費用較高，尤其是大、中型污水處理廠，經(jīng)濟上難以承受。

與化學(xué)法和物理化學(xué)法相比，生物脫氮除磷技術(shù)因具有對有機物、氮和璘去

除效率高、投資較低、運行費用省、污泥沉降性能好等優(yōu)點而受到污水處理界的

重視，特別是近20年來，在工藝、技術(shù)和專用設(shè)備的研究及工程應(yīng)用方面都得

到很快的發(fā)展。生物脫氮除磷工藝能將總氮去除率提高到70%?95%,總磷去除

率提高到7()%~9()%,一般情況下可以穩(wěn)定可靠地滿足處理要求，因此確定本工

程污水處理的二級生化處理工段將采用具有生物脫氮除磷的工藝。

生物脫氮機理

生物脫氮過程包括硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)。硝化反應(yīng)是指在有氧條件下，微

生物（硝化菌）將NH3（NH4）氧化成硝酸鹽氮或亞硝酸鹽氮的過程。

其反應(yīng)過程可表示為：

NHJ+1.502fN（K+H2O+2H++新細胞

NOF+0.502fN03一新細胞

+

總反應(yīng)為：NH4+202-NO3-+2FT+H2O+新細胞

硝化反應(yīng)速度與溫度、溶解氧、pH值以及抑制性物質(zhì)有關(guān)。硝化反應(yīng)能在

4?45℃范圍內(nèi)進行，硝化反應(yīng)速率隨溫度降低而減慢。對一般的活性污泥法，

硝化反應(yīng)溶解氧一般應(yīng)大于2mg/LopH值對硝化反應(yīng)的影響較大，當(dāng)pH值降

低到5?5.5時，硝化反應(yīng)幾乎停止"硝化菌和亞硝化菌的增長都可用Moncd公

式表示，即：

N

"N—f^Nmax°.,

KSN+N

硝化反應(yīng)和亞硝化反應(yīng)速度隨著底物濃度的降低而降低。反硝化反應(yīng)是指在

缺氧和有機物存在的條件下，微生物（反硝化菌）將硝化過程產(chǎn)生的NOf和

NO3-還原成氣態(tài)氮（N2、N2O）的過程。

其反應(yīng)過程可表示為：

NOV+3H（電子，共體有機物）f0.5N2+H2O+OH-

NO2+6H（電子供體有機物）-O.5N2+H2O+OH

污水中含碳有機物作為反硝化過程的電子供體。理論上每轉(zhuǎn)化1g氮需要

2.86g含碳有機物（以BOD計）。因此，當(dāng)反硝化池污水BOD5/TKN大于4?6

時，一般認為碳源充分。這一比值要求還與反硝化時間有關(guān)，如反硝化時間過短，

則只有一部分快速生物降解的BOD5才可作為反硝化的碳源。如有機物均可利用,

有機物/N03-N大于3時就可以反硝化完全（95%的還原為N2）。反硝化菌的

增長也可用Monod公式表示，即：

N

~即max

ZN

根據(jù)硝化和反硝化作用的原理不難看出，生物脫氮需要好氧和缺氧環(huán)境的并

存。脫氮效率取決于有機碳源、進出水氨氮的濃度。

生物除磷原理

生物除磷就是利用聚磷菌一類的細菌，過量地，超出其生理需要的從外部攝

取磷，并將其以聚合形態(tài)儲藏在體內(nèi)，形成高磷污泥，排出系統(tǒng)，達到從污水中

除磷的效果。

在好氧條件下，聚璘菌有氧呼吸，不斷地從外部攝取有機物，加以氧化分解，

并產(chǎn)生能量，能量為ADP所獲得，并結(jié)合H3PCU合成ATP(三磷酸腺甘)即：

ADP+H3P04+能------AATP+H2O

H3P04的大部分是通過主動輸送的方式從外部環(huán)境攝入的，一部分用于合成

ATP,另一部分則用于合成磷酸鹽，這一現(xiàn)象就是“磷的過量攝取”.

在厭氧條件下，聚磷菌體的ATP進行水解，釋放磷和能量，形成ADP,即：

ATP+H20-----------?ADP+H3Po4+能

所有生物脫氮除磷工藝都包含厭氧■缺氧■好氧環(huán)境的交替循環(huán)。其不同的設(shè)

計參數(shù)和組合方式構(gòu)成了不同的工藝。

根據(jù)處理要求和各脫氮除磷工藝的特點及以往的工程經(jīng)驗，可采用前置厭氧

的氧化溝、八2/0及ICEAS工藝作為備選方案，由于ICEAS工藝適用于中小規(guī)模，

本工程規(guī)模較大，因此，本工程選擇前置厭氧的氧化溝工藝及A2/O工藝進行比

較。

1.2工藝方案論述

(1)A2/O工藝

A2/0工藝是80年代初期開創(chuàng)的處理技術(shù)，作為目前采用較為廣泛的一種脫

氮除磷工藝。污水在流經(jīng)三個不同功能分區(qū)的過程中，在不同微生物菌群的作用

下，使污水中的有機物、氮和磷得到去除。

在首段厭氧池主要是進行磷的釋放，使污水中P的濃度升高，溶解性有機物

被細胞吸收而使污水中BODs濃度下降；另外NH3-N因細胞的合成而被去除一

部分，污水中NH3-N濃度下降。

淀交替運行，不需設(shè)二沉池及污泥回流設(shè)備，該工藝設(shè)備利用率較低。

奧伯爾"orbal”型氧化溝是橢圓形的，通常有三條同心曝氣渠道，污水通過

淹沒式進水口從外溝進入，順序流入下一條渠道，由內(nèi)溝排出，奧伯爾氧化溝具

有同時硝化、反硝化的特性。

以上幾種形式的氧化溝都具有脫氮功能，在氧化溝前增加一座厭氧池，則具

有了除磷的功能。并且可抑制絲狀菌的生長，改善污泥沉降性能。

由于氧化溝的泥齡通常較長，剩余污泥得到了一定程度的好氧穩(wěn)定，從而減

少了污泥處理的費用。

1.3工藝方案比選

（1）方案技術(shù)比較：見表3-1。

表3-1污水處理各方案技術(shù)比較表

工藝適用

優(yōu)點缺點

方案條件

前置1、處理流程簡單、構(gòu)筑物少，可比A2/0

中、小

厭氧工藝少建鼓風(fēng)機房等。1、曝氣設(shè)備較多，

型污

的氧2、出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，尤其脫氮效果好。維修量增加。

水處

化溝3、對進水水質(zhì)水量的波動具有較好的適2、占地面積較大。

理廠

工藝應(yīng)性。

1、工藝比較成熟，是最基本的同步脫氮、

除磷工藝。

2、國內(nèi)建有多座該種工藝的污水處理1、由于其推流的池

廠，運行經(jīng)驗豐富。型結(jié)構(gòu)，對水質(zhì)變大、中

A2/O3、采用可調(diào)離心鼓風(fēng)機，在不同進水水化的緩沖能力稍型污

工藝質(zhì)、水量情況下，可根據(jù)曝氣池溶解氧差。水處

自動調(diào)節(jié)空氣量，達到節(jié)能的效果。2、混合液回流增加理廠

4、微孔曝氣管采用充氧效率高的產(chǎn)品一些運行費用。

（曝氣管充氧效率＞25%）,可大大降低

供勺量，節(jié)約能耗。

工藝適用

優(yōu)點缺點

方案條件

5、可通過優(yōu)化平面布置，降低回流的流

程，從而降低回流提升泵揚程、節(jié)約能

耗。

（2）方案經(jīng)濟比較

在占地面積相當(dāng)?shù)臈l件下，對A2/O工藝及改良型“Carrousel”氧化溝工藝

進行經(jīng)濟比較。

方案經(jīng)濟比較見表3-2o

序號項目名稱A2/O工藝前置厭氧的氧化溝工藝

1噸