活性污泥新處理技術(shù)講義p

1、主 編：繆應(yīng)祺(教授） 副主編：鄒小玲 活性污泥法(Activated Sludge Process)首先于20 世紀初在英國出現(xiàn),迄今已有近百年歷史，是當前應(yīng)用最廣泛的污水處理技術(shù)之一，該方法自1914年在英國曼切斯特市建成污水試驗廠以來，已有80多年的歷史。目前，它已成為有機廢水生物處理的主體，但是仍存在一些不容忽視的缺點：對沖擊負荷適應(yīng)能力差，易發(fā)生污泥膨脹，處理構(gòu)筑物占地面積大、基建投資和運行費用高、管理復(fù)雜等。近幾十年來，國內(nèi)外學(xué)者準對以上這些問題進行了不懈地探索和研究，在供氧方式、運轉(zhuǎn)條件、反應(yīng)器形式等方面進行了革新、開發(fā)了多種活性污泥法新工藝，使得活性污泥法朝著高效、節(jié)能的方面發(fā)

2、展。 活性污泥法新工藝氧化溝SBR工藝AB法一、氧化溝(Oxidation Ditch，簡稱OD) 氧化溝是20世紀60年代初荷蘭的pasveer 首先研究開發(fā)的，第一座氧化溝污水處理廠是pasveer于1954年在荷蘭的Voorshoten建 造的。氧化溝是將曝氣、沉淀和污泥穩(wěn)定等處理過程集于一體，間歇運行，是活性污泥法的一種變形，經(jīng)過50年的發(fā)展，形成了多種類型的處理系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用于城市污水和工業(yè)污水的處理工程中。 1、氧化溝的構(gòu)造 氧化溝系統(tǒng)氧化溝系統(tǒng)是由曝氣設(shè)備、出水堰和自動控制設(shè)備組成。氧化溝的平面形狀呈環(huán)狀溝渠形，端面性狀多為矩形或梯形，水深與所采用的曝氣設(shè)備有關(guān)，一般為2 6m

3、。曝氣設(shè)備是氧化溝的主要裝置，它的作用是供氧及推動水流作循環(huán)流動，防止活性污泥沉淀及對反應(yīng)混合液的混合。 常用的曝氣設(shè)備有水平軸曝氣轉(zhuǎn)刷和豎流軸曝氣機，此外還有射流曝氣機和導(dǎo)管式曝氣機等。單池進水時一根管即可，如果有兩個以上氧化溝平行工作時，則應(yīng)用配水井，當采用交替工作的氧化溝時，配水井內(nèi)還需設(shè)自動控制裝置。氧化溝的出水一般采用溢流堰，溢流堰可設(shè)計成升降式的，通過調(diào)節(jié)溢流堰的高度?？烧{(diào)節(jié)池內(nèi)的水深。 氧化溝兼有完全混合式和推流式的特點，在控制適宜的條件下，溝內(nèi)同時具有好氧區(qū)和缺氧區(qū)，可以進行硝化和反硝化反應(yīng)，取得脫氮效果，同時使得活性污泥具有良好的沉降性能。 氧化溝以其流程簡單、管理方便和良好

4、的處理效果等優(yōu)點正在我國不少工程項目中采用，近幾十年來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，氧化溝已經(jīng)突破只適用于小型污水處理廠的局限。概括的講氧化溝有單溝、雙溝、三溝、多溝同心和多溝串連等多種布置形式；有將二沉池與氧化溝分建或合建的；有連續(xù)進水或交替進水；有轉(zhuǎn)刷曝氣機、轉(zhuǎn)盤曝氣機或泵型、倒傘型表面曝氣機進行充氧攪拌的氧化溝等等 2、氧化溝的形式Carrousel氧化溝 Carrousel氧化溝 在荷蘭最為流行，其特點是在溝渠的一端設(shè)置垂直軸的表面曝氣機，溝渠一般為廊道式，由于表面曝氣機有較大的提升作用，使得氧化溝的水深一般可達4.5m，需設(shè)沉淀池和回流裝置。Orbal氧化溝 Orbal氧化溝是一種多渠道的氧

5、化溝，氧化溝由多個同心的溝渠組成，溝渠呈圓形和橢圓形，進水先引入最外的溝渠，在不斷循環(huán)同時，依次引入下一溝渠，最后從中心溝渠排出，這相當于一系列完全混合反應(yīng)池串連在一起，每個溝渠表現(xiàn)出單個反應(yīng)器的性質(zhì)， Orbal氧化溝兼有完全混合式與推流式的特點，能夠快速去除有機物和氨氮。三溝式（T型）交替氧化溝 此系統(tǒng)由三個相同的氧化溝組建在一起作為一個單元運行，三個氧化溝之間相互雙雙連通，兩側(cè)氧化溝可起曝氣和沉淀的作用。每個池子配有可供污水和環(huán)流（混合）的轉(zhuǎn)刷曝氣刷起到混合器和曝氣器的功能。當處于反硝化階段時，轉(zhuǎn)刷低速運轉(zhuǎn)，僅保持池中污泥懸浮，而池內(nèi)處于缺氧狀態(tài)，好氧和缺氧狀態(tài)完全由轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)速的改變來控

6、制。二、序批式活性污泥法（SBR） SBR工藝即序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，簡寫為SBR），又稱為間歇式活性污泥法，由于在運行中采用間接操作的形式，每一個反應(yīng)池是一批批地處理廢水，因此而得名。 70年代末期美國教授R.L.Irvine等人為解決連續(xù)污水處理法存在的一些問題首次提出，并于1979年發(fā)表了第一篇關(guān)于采用SBR 工藝進行污水處理得論著。繼后, 日本、美國、澳大利亞等國的技術(shù)人員陸續(xù)進行了大量的研究。 隨著研究得深入，人們對該工藝的機理和優(yōu)越性有了全新的認識。1980年在美國國家環(huán)保局的資助下，印

7、第安納州Culver城投建了世界上第一個SBR工藝的污水處理廠。我國在80年代中期也開始了這方面的應(yīng)用研究, 我國第一座應(yīng)用SBR工藝的污水處理設(shè)施上海市政工程設(shè)計院設(shè)計的SBR處理系統(tǒng)于1985年投入使用，此后陸續(xù)在城市污水及工業(yè)廢水領(lǐng)域得以推廣應(yīng)用，同時，在全國也掀起了研究SBR的熱潮，近年來成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。 目前，SBR主要應(yīng)用于以下幾個領(lǐng)域：城市污水、工業(yè)污水（主要有石油、化工、食品、制藥等工業(yè)污水處理）、有毒有害廢水和營養(yǎng)元素的廢水。1 1、SBRSBR工藝的工作原理 SBR是活性污泥法的一種變形，它的反應(yīng)機理和污染物去除機制和傳統(tǒng)活性污泥法相同，只是在運行操作不同。SBR

8、是在單一的反應(yīng)器內(nèi), 在時間上進行各種目的的不同操作, 故稱之為時間序列上的廢水處理工藝，它集調(diào)節(jié)池、曝氣池、沉淀池為一體, 不需設(shè)污泥回流系統(tǒng)。 SBR工藝的一個完整操作周期有五個階段: 進水期(fill)、反應(yīng)期(react)、沉淀期(settle)、排水期(draw) 和閑置期(idle) 進水 反應(yīng) 沉淀 排水 閑置SBR 運行工序圖進水期(fill) 進水期是反應(yīng)器接受廢水的過程，這個過程不僅僅是廢水的流入與反應(yīng)器水位的升高的過程，而且伴隨一定的生化反應(yīng)（磷的釋放和脫氮等）。反應(yīng)期(react) 當進水達到設(shè)定的液位后，開始曝氣和攪拌，以達到反應(yīng)目的（去除BOD、硝化、脫氮除磷）。

9、沉淀期(settle) 沉淀期主要是一個固液分離的過程，即經(jīng)過曝氣和攪拌作用后，混合液中的污泥顆粒和絮體在重力的作用下沉降，實現(xiàn)污泥和廢水的分離過程。排水期(draw) 排水期是排除反應(yīng)器中的上清液的過程，上清液由反應(yīng)器上部的浴流堰和潷水器排出。該期間的水位是處理周期內(nèi)的最低水位。反應(yīng)器底部沉降的活性污泥大部分作為下一周期使用，而過剩的剩余污泥則從排泥管引出排放。另外反應(yīng)器中還會一部分的處理水，可起到循環(huán)水和稀釋水的作用 閑置期(idle ） 閑置期是在一個處理周期內(nèi)從排水結(jié)束時刻起到下一個周期開始進水的時刻的中間的一段時間。同時伴隨少量的厭氧反應(yīng)和脫氮過程。在此期間活性污泥中的微生物得到充分

10、的休息，恢復(fù)活性。為了盡可能保證污泥活性并防止污泥老化現(xiàn)象，還需定期排放剩余污泥，為新鮮污泥提供足夠的空間生長繁殖。2、SBR工藝的特點 SBR法最顯著的一個特點是將反應(yīng)和沉淀兩道工序放在同一反應(yīng)器中進行，擴大了反應(yīng)器的功能，SBR 是一個間歇運行的污水處理工藝, 運行時期的有序性, 使它具有不同于傳統(tǒng)連續(xù)流活性污泥法的一些特性。 1、流程簡單, 運行費用低； SBR法的工藝簡單, 便于自動控制,其主要設(shè)備就是一個具有曝氣和沉淀功能的反應(yīng)器, 無需連續(xù)流活性污泥法的二沉池和污泥回流裝置, 在大多數(shù)情況下可以省去調(diào)節(jié)池和初沉池, 系統(tǒng)構(gòu)筑物小, 流程簡單, 占地面積小、管理方便, 投資省, 運行

11、費用低。2、固液分離效果好，出水水質(zhì)好； SBR 在沉淀時屬于理想的靜止沉淀，固液分離效果好, 容易獲得澄清的出水。剩余污泥含水率低, 這為后續(xù)污泥的處置提供了良好的條件。 3、運行操作靈活，效果穩(wěn)定； SBR 在運行操作過程中, 可以根據(jù)廢水水量水質(zhì)的變化、出水水質(zhì)的要求調(diào)整一個運行周期中各個工序的運行時間、反應(yīng)器內(nèi)混合液容積的變化和運行狀態(tài)。 4、脫氮除磷效果好； SBR 工藝在時間序列上提供了缺氧、厭氧和好氧的環(huán)境條件, 使缺氧條件下實現(xiàn)反硝化, 厭氧條件下實現(xiàn)磷的釋放和好氧條件下的硝化及磷的過量攝取, 從而有效的脫氮除磷。 5、有效防止污泥膨脹； 由于SBR具有理想推流式特點，有機物濃

12、度存在較大的濃度梯度，有利于菌膠團細菌的繁殖，抑制絲狀菌的生長，另外，反應(yīng)器內(nèi)缺氧好氧的變化以及較短的污泥齡也是抑制絲狀菌的生長的因素，從而有效地防止污泥膨脹。 6、耐沖擊負荷 ； 池內(nèi)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。 傳統(tǒng)的SBR在應(yīng)用中有一定的局限性，如在進水流量較大時，對反應(yīng)系統(tǒng)需調(diào)節(jié)，會增大投資。為了進一步提高出水水質(zhì)，出現(xiàn)了許多SBR演變工藝。 CASS 工藝ICEAS工藝 IDEA工藝 DAT-IAT工藝 UNITANK工藝 MSBR工藝 CASS（CAST/CASP)工藝 （Cyclic Activated Sludge System /Te

13、chnology/Process） 該工藝又稱為循環(huán)式活性污泥法，是由美國Goronszy教授在ICEAS工藝的基礎(chǔ)上研究開發(fā)的，它是利用不同微生物在不同的負荷條件下生長速率差異和污水生物除磷脫氮機理，將生物選擇器與傳統(tǒng)SBR反應(yīng)器相結(jié)合的產(chǎn)物。CASS工藝為間歇式生物反應(yīng)器，在此反應(yīng)器中進行交替的曝氣非曝氣過程的不斷重復(fù)，將生物反應(yīng)過程和泥水分離過程結(jié)合在一個池子中完成。 CASS反應(yīng)器由3個區(qū)域組成：生物選擇區(qū)、兼氧區(qū)和主反應(yīng)器，每個區(qū)的容積比為1：5：30。污水首先進入選擇區(qū)，與來自主反應(yīng)器的混合液（2030）混合，經(jīng)過厭氧反應(yīng)后進入主反應(yīng)區(qū)，如下圖所示 。1 生物選擇區(qū) 2 缺氧區(qū)3

14、主反應(yīng)區(qū)CASS反應(yīng)器構(gòu)造圖 CASS工藝操作過程 CASS工藝以推流方式運行，而各反應(yīng)區(qū)則以完全混合的方式運行以實現(xiàn)同步碳化、硝化和反硝化功能。（a）進水、曝氣階段開始； （b）曝氣階段結(jié)束；（c）沉淀階段開始； （d）沉淀階段結(jié)束，撇水階段開始；（e）撇水階段及排泥結(jié)束； （f）進水、閑置階段 CASS工藝的主要優(yōu)點 ：可變?nèi)萜鞯倪\行提高了對水質(zhì)、水量 波動的適應(yīng)性和運行操作的靈活性；良好的沉淀性能； 良好的脫氮除磷效果； CASS工藝入口處設(shè)一生物選擇器，并進行污泥回流，保證了活性污泥不斷的在選擇器中經(jīng)歷了一個高絮體負荷階段，從而有利于絮凝性細菌的生長并提高污泥的活性，使其快速的去除廢水

15、中的溶解性易降解基質(zhì)，進一步有效的抑制絲狀菌的生長和繁殖 ；工藝流程簡單，土建和投資低，自動化程度高。 應(yīng)用實例 ： 目前全世界已有300多家污水處理廠采用CASS工藝。我國，北京航天城污水處理廠（處理能力7200m3/d），徐州第二人民醫(yī)院，鎮(zhèn)江市征潤州污水處理廠（設(shè)計水量20萬t/d，近期10萬t/d）。ICEAS工藝（Intermittent Cycle Extended Aeration System） ICEAS工藝為間歇式循環(huán)延時曝氣工藝，是澳大利亞新南威爾士大學(xué)與美國ABJ公司的Goronszy教授合作研究開發(fā)的。1976年建成了世界上第一座ICEAS工藝廢水處理廠，隨后在世界各

16、國得到了廣泛的應(yīng)用。該工藝的特點是在反應(yīng)器的進水端增加了一個預(yù)反應(yīng)區(qū)，運行方式為連續(xù)進水、間歇排水，沒有明顯的反應(yīng)階段和閑置階段。 經(jīng)預(yù)處理的廢水連續(xù)不斷的進入反應(yīng)池前部的預(yù)反應(yīng)區(qū)，在該區(qū)內(nèi)污水中的大部分可溶性BOD5被活性污泥微生物吸附，并從主、預(yù)反應(yīng)區(qū)隔墻下部的孔眼以低速（0.030.05m/min）進入主反應(yīng)區(qū)，在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)按照曝氣、沉淀、排水、排泥的程序周期性的運行，使有機廢水在交替的好氧缺氧厭氧的條件下完成生物降解作用，各過程的歷時可由計算機自動控制。ICEAS 運行工序圖ICEAS工藝的優(yōu)點：在處理市政污水和工業(yè)污水方面比傳統(tǒng)的SBR工藝費用更節(jié)省、出水效果更好。 ICEAS工藝的

17、缺點：進水貫穿于整個周期，沉淀期進水在主反應(yīng)區(qū)底部造成水力紊動，從而影響分離時間，因此水量受到限制，且容積利用率低，脫氮效果一般。應(yīng)用實例： 我國最早采用該工藝的是上海市第三中藥廠（于1991年投產(chǎn)運行），其運行結(jié)果表明：COD去除率為95.997，BOD5去除率為99.199.4，NH3-N去除率為75.178.4%；目前我國采用ICEAS工藝的最大規(guī)模的污水處理廠是昆明市第三污水處理廠（1530萬m3/d）IDEA工藝（Intermittently Decanted Extended Aeration） IDEA工藝為間歇排水延時曝氣工藝，該工藝保持了CASS工藝的優(yōu)點，運行方式采用連續(xù)進

18、水、間歇曝氣、周期排水的形式。與CASS相比，預(yù)反應(yīng)區(qū)改為與SBR主體構(gòu)筑物分立的預(yù)混合池，部分污泥回流進入預(yù)反應(yīng)池，且采用中部進水。 IDEA工藝流程圖應(yīng)用實例： 國外有澳大利亞的吉朗（GEELONG）市新建成的IDEA工藝污水處理廠,平均進水量為7萬m3/d ,總投資為4200萬澳元,約合人民幣215 億元。目前,國內(nèi)應(yīng)用IDEA 技術(shù)的污水處理廠尚未見報道。 DAT-IAT工藝（Demand Aeration TankIntermittent Aeration Tank） DAT-IAT工藝為需氧池間歇曝氣池工藝，其反應(yīng)機理以及污染物去除機制與連續(xù)流活性污泥法相同，是依靠活性污泥微生物的

19、活動來凈化污水的。 DAT-IAT工藝的主體構(gòu)筑物反應(yīng)池由隔墻分為需氧池（DAT）和間歇曝氣池（IAT）串連而成，一般情況下，DAT連續(xù)進水連續(xù)曝氣，其出水進入IAT池但間歇曝氣，在IAT池完成曝氣、沉淀、潷水和排剩余污泥工序。DAT池相當于一個傳統(tǒng)活性污泥曝氣池，池中水呈完全混合流態(tài)。IAT池相當于一個傳統(tǒng)的SBR池，但進水為連續(xù) 。 DAT-IAT工藝流程圖優(yōu)點： 該工藝克服了ICEAS工藝進水量小的缺點。與CASS工藝相比，DAT池是一種更加靈活、完備的生物選擇器，能夠在DAT池和IAT池內(nèi)保持較長的污泥齡和高的MLSS濃度，對有機負荷及毒物有較強的抗沖擊負荷能力，易達到較好的脫氮除磷效

20、果。 應(yīng)用實例： 天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠日處理污水10萬t , 1999 年正式投產(chǎn)使用。UNITANK工藝 UNITANK工藝是比利時SEGHERS公司提出的一種SBR的變形。20世紀90年代初，該公司開發(fā)了一種一體化活性污泥法工藝，取名為UNITANK工藝，類似于三溝式氧化溝工藝，為連續(xù)進水連續(xù)出水的工藝。外形為矩形，里面分割為三個相等的矩形單元池，相鄰的單元池之間以公共壁的開孔水力連接，無需用泵輸送。 UNITANK工藝構(gòu)造圖每池配有曝氣系統(tǒng)并配有攪拌，外測兩池有泌水器并有污泥排放裝置，兩池交替作為曝氣池和沉淀池，污水可以進入三池中任意一個，系統(tǒng)實現(xiàn)連續(xù)進水連續(xù)排水。 運行操作過程

21、：A池 B池 C池優(yōu)點： UNITANK工藝運行方式靈活，除保持原有的SBR自控以外，還具有潷水簡單，池子構(gòu)造簡化，出水穩(wěn)定，不需回流系統(tǒng)，通過進水點的變化達到回流、脫氮除磷的目的，是一種高效、經(jīng)濟、靈活的污水處理工藝。 應(yīng)用實例： 目前全世界有160多個污水處理工程采用此工藝。在我國，石家莊開發(fā)區(qū)污水處理廠、廣東珠江污水處理廠等均采用了該技術(shù)。MSBR工藝（Modified Sequencing Batch Reactor） MSBR工藝為改良序批式活性污泥法，MSBR 工藝是80 年代初期發(fā)展起來的污水處理工藝。該工藝的實質(zhì)是A2/O工藝與SBR工藝串連而成。采用單池多格方式，省去諸多的閥

22、門，增加污泥回流系統(tǒng)，無需設(shè)置初沉池、二沉池，且在恒水位下連續(xù)運行。如圖所示 ，圖中兩個SBR池功能相同，均起著好氧氧化、缺氧反硝化、預(yù)沉淀和沉淀的作用。 MSBR系統(tǒng)原理圖1、SBR 池2、污泥濃縮池 3、缺氧池4、厭氧池 5、缺氧池6、 好氧池7、SBR 池優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單緊湊、占地面積小、土建造價低、自動化程度高；良好的除磷脫氮和有機物的降解效果；可以維持較高的污泥濃度，使污泥具有良好的沉降和脫水性能；出水水質(zhì)好。應(yīng)用實例： MSBR系統(tǒng)主要在北美和南美應(yīng)用，韓國漢城建造了亞洲第一座采用該工藝的污水處理廠,國內(nèi)深圳市鹽田污水處理廠首次采用MSBR工藝，近期污水處理規(guī)模12萬m3/d ,遠

23、期規(guī)模20萬m3/d。 三、AB法 AB法是吸附生物降解（Adsorption-Biodegr adation）工藝的簡稱，是由德國亞琛工業(yè)大學(xué)（Aachen）賓克（Bohnke）教授于20世紀70年 代中期開創(chuàng)。該工藝于80 年代初應(yīng)用于工程實踐, 目前, 國內(nèi)已有多家城市污水處理廠采用了AB 法工藝。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，AB法主要有下列特征：未設(shè)初沉池，由吸附池和中間沉淀池組成的A段為一級處理系統(tǒng)；B段由曝氣池和二次沉淀池組成；A、B兩段各自擁有獨立的污泥回流系統(tǒng)，兩段完全分開，各自由獨特的微生物群體，有利于功能的穩(wěn)定。AB 法工藝的流程法工藝的流程 污水由排水系統(tǒng)經(jīng)格柵和沉砂池直接進入A 段，該段為吸附段，負荷較高，泥齡短, 水力停留時間很短, 約為30min， 有利于增殖速度較快的微生物生長繁殖，而且在A段存活的只是抗沖擊負荷能力強的原核細菌，其他微生物不能存活。廢水經(jīng)過A段處理后，BOD去除4070，可生化性有所提高，有利于B段的工作；A段污泥產(chǎn)率較高，吸附能力強，重金屬、難降解物質(zhì)以及氮、磷等植物性營養(yǎng)物質(zhì)等，都可能通過污泥的吸附作用得以去除。AB工藝流程圖 污水從A段流出后進入B段，B段為生物氧化段，屬于傳統(tǒng)活性污泥法，一般在較低負荷下運行，停留時間約為26h,泥齡較長，為1520d。B段發(fā)生硝化和部分的反硝化，活性污泥沉淀效能好，出水SS和BOD