污水處理發(fā)展歷史及進程及消毒方法簡介

1、污水處理發(fā)展歷史進程及消毒簡介一、一級處理階段城市污水處理歷史可追溯到古羅馬時期，那個時期環(huán)境容量大，水體的自凈能力也能夠滿足人類的用水需求，人們僅需考慮排水問題即可。而后，城市化進程加快，生活污水通過傳播細菌引發(fā)了傳染病的蔓延，出于健康的考慮，人類開始對排放的生活污水處進行處理。早期的處理方式采用石灰、明礬等進行沉淀或用漂白粉進行消毒。明代晚期，我國已有污水凈化裝置。但由于當時需求性不強，我國生活污水仍以農(nóng)業(yè)灌溉為主。1762年，英國開始采用石灰及金屬鹽類等處理城市污水。二、二級處理階段1、生物膜法十八世紀中葉，歐洲工業(yè)革命開始，其中，城市生活污水中的有機物成為去除重點。1881年，法國科學

2、家發(fā)明了第一座生物反應器，也是第一座厭氧生物處理池moris池誕生，拉開了生物法處理污水的序幕。1893年，第一座生物濾池在英國Wales投入使用，并迅速在歐洲北美等國家推廣。技術的發(fā)展，推動了標準的產(chǎn)生。1912年，英國皇家污水處理委員會提出以BOD5來評價水質的污染程度。2、活性污泥法1914年，Arden和Lokett在英國化學工學會上發(fā)表了一篇關于活性污泥法的論文，并于同年在英國曼徹斯特市開創(chuàng)了世界上第一座活性污泥法污水處理試驗廠。兩年后，美國正式建立了第一座活性污泥法污水處理廠。活性污泥法的誕生，奠定了未來100年間城市污水處理技術的基礎。活性污泥法誕生之初，采用的是充-排式工藝，由

3、于當時自動控制技術與設備條件相對落后，導致其操作繁瑣，易于堵塞，與生物濾池相比并無明顯優(yōu)勢。之后連續(xù)進水的推流式活性污泥法(CAs法)(如圖1)出現(xiàn)后很快就將其取代，但由于推流式反應器中污泥耗氧速度沿池長是變化的，供氧速率難以與其配合，活性污泥法又面臨局部供氧不足的難題。1936年提出的漸曝氣活性污泥法(TAAs)和1942年提出的階段曝氣法(SFAS)，分別從曝氣方式及進水方式上改善了供氧平衡。1950年，美國的麥金尼提出了完全混合式活性污泥法。該方法通過改變活性污泥微生物群的生存方式，使其適應曝氣池中因基質濃度的梯度變化，有效解決了污泥膨脹的問題。隨著在實際生產(chǎn)生的廣泛應用和技術上的不斷革

4、新改進，20世紀40-60年代，活性污泥法逐漸取代了生物膜法，成為污水處理的主流工藝。1921年，活性污泥法傳播到中國，中國建設了第一座污水處理廠上海北區(qū)污水處理廠。1926年及1927年又分別建設了上海東區(qū)及西區(qū)污水廠，當時3座水廠的日處理量共為3.55萬噸。3、脫氮除磷工藝20世紀50年代，水體富營養(yǎng)化問題凸顯，脫氮除磷成為污水處理的另一主要訴求。于是，在活性污泥法的基礎上衍生出了一系列的脫氮除磷工藝。4、除磷工藝50年代初，攝磷菌被發(fā)現(xiàn)并用于除磷。(如圖2)1969年，美國的Barth提出采用三段法除氮(如圖3)，第一段是好氧段，主要去除有機物，第二段加堿硝化，第三段是厭氧反硝化，除氮。

5、1973年，Barnard在原有工藝基礎上，將缺氧和好氧反應器完全分隔，污泥回流到缺氧反應器，并添加了內回流裝置，縮短了工藝流程，也就現(xiàn)在常說的缺氧好氧(A/O)工藝(如圖4)。5、A2O工藝70年代，美國專家在A/O工藝的基礎上，再加上除磷就成了A2O工藝(如圖5)。我國1986年建廠的廣州大坦沙污水處理廠，采用的就是A2O工藝，當時的設計處理水量為15萬噸，是當時世界上最大的采用A2O工藝的污水處理廠。6、氧化溝工藝A2O工藝是將生物處理厭氧段和好氧段進行了空間分割，而氧化溝則為封閉的溝渠型結構，結合了推流式和完全混合式活性污泥法的特點，集曝氣、沉淀和污泥穩(wěn)定于一體。污水和活性污泥的混合液

6、不斷地循環(huán)流動，系統(tǒng)中能夠形成好氧區(qū)和缺氧區(qū)，進而實現(xiàn)生物脫氮除磷(如圖6)。氧化溝白天進水曝氣，夜間用作沉淀池?；钚晕勰喾ㄏ啾?其具有處理工藝及構筑物簡單、泥齡長、剩余污泥少且容易脫水、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)勢。1953年，荷蘭的公共衛(wèi)生工程研究協(xié)會的Pasveer研究所提出了氧化溝工藝，也被稱為“帕斯維爾溝”。1954年，在荷蘭的伏肖汀(Voorshoten)建造了第一座氧化溝污水處理廠，當時服務人口僅為360人。60年代，這項技術在歐洲、北美和南非等各國得到了迅速推廣和應用。據(jù)統(tǒng)計，到1977年為止，在西歐有超過2000多座的帕斯維爾型氧化溝投入運行。1967年，荷蘭DHV公司開發(fā)研制了卡魯塞

7、爾(Carroussel)氧化溝。它是一個由多渠串聯(lián)組成的氧化溝系統(tǒng)?？斎麪栄趸瘻系陌l(fā)展經(jīng)歷了普通卡魯塞爾氧化溝、卡魯塞爾2000氧化溝和卡魯塞爾3000氧化溝三個階段。1970年，美國的Envirex公司投放生產(chǎn)了奧貝爾(Orbal)氧化溝。它由3條同心園形或橢圓形渠道組成，各渠道之間相通，進水先引入最外的渠道，在其中不斷循環(huán)的同時，依次進入下一個渠道，相當于一系列完全混合反應池串聯(lián)在一起，最后從中心的渠道排出。交替式工作氧化溝是由丹麥克魯格(Kruger)公司研制，該工藝造價低，易于維護，通常有雙溝交替和三溝交替(T型氧化溝)的氧化溝系統(tǒng)和半交替工作式氧化溝。7、兩段法工藝早期的兩段法只

8、是將一套活性污泥法的兩組構筑物串聯(lián)，一段和二段曝氣池體積相同，且多合并建設，大部分有機物在第一段被吸附降解，第二段的污泥負荷很低，其出水水質要優(yōu)于相同體積曝氣池的單級活性污泥法(如圖7)。然而，由于第一段曝氣池體積減小了一倍，相當于污泥負荷增加了一倍，處在易發(fā)生污泥膨脹的階段，運行管理較為困難。20世紀70年代中期，德國的BothoBohnke教授開發(fā)了AB工藝(如圖8)。該工藝在傳統(tǒng)兩段法的基礎上進一步提高了第一段即A段的污泥負荷，以高負荷、短泥齡的方式運行，而B段與常規(guī)活性污泥法相似，負荷較低，泥齡較長，A段由于泥齡短、泥量大對磷的去除效果很好，經(jīng)A段去除了大量的有機物以后B段的體積可大大

9、減小，其低負荷的運行方式可提高出水水質。但是由于A段去除了大量的有機物導致B段碳源缺失，所以在處理低濃度的城市污水時該工藝的優(yōu)勢并不明顯。其后，為了解決脫氮時硝化菌需要長泥齡，除磷時聚磷微生物需要短泥齡的矛盾，開發(fā)了AO-A2O工藝(如圖9)。該工藝由兩段相對獨立的脫氮和除磷工藝組成，第一段泥齡短，主要用于除磷，第二段泥齡長、負荷低，用于脫氮。在AO-A2O工藝基礎上奧地利研發(fā)出了Hybrid工藝(如圖10)，該工藝的兩段之間有三個內回流裝置，可以為第一段曝氣池提供硝態(tài)氮、硝化菌以及為第二段曝氣池提供碳源。第一段主要是去除有機物和磷，第二段是硝化功能，并靠第一段曝氣池回流混合液進行反硝化脫氮。

10、8、SBR工藝序批式活性污泥法(SBR)工藝是在時間上將厭氧段與好氧段進行分割。20世紀70年代初由美國Irvine公司開發(fā)。它在流程上只有一個基本單元，集調節(jié)池、曝氣池和二沉池的功能于一池，進行水質水量調節(jié)、微生物降解有機物和固液分離等。經(jīng)典SBR反應器的運行過程為：進水曝氣沉淀潷水待機(如圖11、12)。80年代初，連續(xù)進水的ICEAS工藝誕生(如圖13)。該工藝在傳統(tǒng)的SBR工藝基礎上，在反應池中增加一道隔墻,將反應池分隔為小體積的預反應區(qū)和大體積的主反應區(qū),污水連續(xù)流入預反應區(qū),然后通過隔墻下端的小孔以層流速度進入主反應區(qū)，解決了間歇式進水的問題。隨后，Goranzy教授開發(fā)了CASS

11、/CAST工藝。與ICEAS工藝類似，在反應池前段增加了一個選擇段,污水先與來自主反應區(qū)的回流混合液在選擇段混合，在厭氧條件下,選擇段相當于前置厭氧池,為高效除磷創(chuàng)造了有利條件。90年代，比利時的西格斯公司在三溝式氧化溝的基礎上開發(fā)了UNITANK系統(tǒng)。它由3個矩形池組成,其中外邊兩側的矩形池既可做曝氣池,又可做沉淀池,中間一個矩形池只做曝氣池該工藝把傳統(tǒng)SBR的時間推流與連續(xù)系統(tǒng)的空間推流有效地結合了起來。MSBR法即改良型的SBR(ModifiedSBR)，采用單池多格方式,結合了傳統(tǒng)活性污泥法和SBR技術的優(yōu)點。反應器由曝氣格和兩個交替序批處理格組成。主曝氣格在整個運行周期過程中保持連續(xù)

12、曝氣，而每半個周期過程中，兩個序批處理格交替分別作為SBR和澄清池。該工藝可連續(xù)進水且可使用更少的連接管、泵和閥門。9、脫氮除磷新工藝近幾十年，能源、資源的短缺已經(jīng)引起了廣泛的關注，進一步脫氮除磷及對能源節(jié)約及資源回收的需求成為了污水處理工藝發(fā)展的主流方向。一批新興脫氮除磷技術得以應用。10、ANAMMOX-SHARON組合工藝1994年，荷蘭Delft大學開發(fā)了厭氧氨氧化(ANAMMOX)技術，厭氧氨氧化菌在缺氧環(huán)境中，能夠將銨離子(NH4+)用亞硝酸根(NO2-)氧化為氮氣。該工藝與傳統(tǒng)反硝化工藝相比是完全自養(yǎng)，不需任何有機碳源。1998年，荷蘭Delft大學基于短程硝化反硝化原理開發(fā)了S

13、HARON工藝，首例工程在荷蘭鹿特丹DOKHAVEN水廠。其基本原理是在同一反應器內，先在有氧條件下利用亞硝化細菌將氨氧化成NO2-;然后再在缺氧條件下已有機物為電子供體將亞硝酸鹽反硝化，形成氮氣。工藝流程縮短且無需加堿中和。與傳統(tǒng)活性污泥法相比可減少25%的供氧量及40%的反硝化碳源，有利于資源能源的回收利用，更適用于碳氮比濃度較低的城市廢水。目前，以SHARON工藝為硝化反應器，ANAMMOX工藝為反硝化反應器，與傳統(tǒng)工藝相比能夠節(jié)省60%的供氧和100%的碳源。三、三級處理階段近十幾年，隨著污染加劇，水資源短缺嚴重，人類對水質提出了更高的要求，污水深度處理與回用技術興起。污水處理廠的側重

14、點不再是核算污染物的排放量，而是如何改善水質。膜技術開始顯現(xiàn)其獨特優(yōu)勢。生物膜技術在20世紀60-70年代，隨著新型合成材料的大量涌現(xiàn)再次發(fā)展起來，主要工藝有生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化、生物流化床等。目前，應用較多的膜處理技術主要有微濾(MF)、超濾(UF)、反滲透(RO)和膜生物反應器(MBR)技術。本世紀初的新加坡“Newwater”水廠就是采用在二級處理后加超濾膜及反滲透膜的方式進行再生水回用處理。四、消毒方法簡介1、紫外線是一種頻率高于可見光的電磁波，按其波長可以分為UVA(315nm400nm)、UvB(280nm315nm)和UVC(100nm280nm)三個波段。其中UVC

15、波段恰好處在微生物的吸收峰范圍之內，因此UVC波段的紫外線殺菌效果最好。實驗證明，在260nm左右的紫外光，殺菌效率最高，目前用于污水處理消毒的紫外波長均為253.7nm。紫外線消毒是利用紫外光發(fā)生裝置，產(chǎn)生的強紫外c光照射水、空氣、物體表面，當水、空氣、物體表面中的各種細菌、病毒、寄生蟲、水藻以及其它病原體受到一定劑量的紫外c光輻射后，其細胞中的DNA結構受到破壞，達到消毒和凈化的目的。紫外消毒特點：消毒速度快，效率高，占地面積??；不影響水的物理化學成分，不增加水的臭和味；設備操作簡單，便于運行管理和實現(xiàn)自動化等。紫外消毒缺點：不具后續(xù)消毒能力，易產(chǎn)生二次污染；只有吸收紫外線的微生物才會被滅

16、活，污水SS較大時，消毒效果很難保證；細菌細胞在紫外線消毒器中并沒有被去除，被殺死的微生物和其它污染物一道成為生存下來的細菌的食物。2、液氯是一種強氧化劑，最早用于污水處理廠消毒。由于其殺菌能力強，價格低廉，消毒可靠，是目前應用最為廣泛的消毒劑。液氯消毒法的消毒機理是利用液氯溶解于水生成次氯酸和鹽酸：Cl2+H2O=HCIO+HC1次氯酸HCIO擴散到細菌表面，并穿過細菌的細胞壁穿透到細胞內部。當HC1O分子到達細菌內部時，發(fā)生氧化作用破壞了細菌的酶系統(tǒng)而使細菌死亡。液氯消毒缺點：液氯消毒的安全性較差；液氯消毒存在二次污染，氯與污水中某些有機和無機成分反應，生成一系列穩(wěn)定的含氯化合物，其大部分

17、對人體健康有害，有些含氯化合物有致癌性；氯與污水中的氨反應生成的氯氨，會降低消毒效力，而且氯氨排入水體后會對環(huán)境生物產(chǎn)生毒性作用。3、臭氧消毒法是利用組成臭氧的三個氧原子的不穩(wěn)定特性，分解時放出新生態(tài)氧，而新生態(tài)氧具有非常強的氧化能力，對細菌和病毒產(chǎn)生強大的殺傷力，致使細菌和病毒死亡。臭氧消毒效率高，并能有效地降解污水中殘留的有機物，脫色除味效果優(yōu)異，而且污水的pH值、溫度對消毒效果影響較小，不產(chǎn)生一次污染。用臭氧給城市污水處理廠出水消毒存在投資大、運行成本高，設備管理復雜等缺點，另外當水量和水質發(fā)生變化時，臭氧投加量的調節(jié)比較困難。因此，臭氧消毒主要適用于對出水水質要求高、出水中含較高色度或者難降解物質、水量不大的工業(yè)廢水處理消毒和小規(guī)模城市污水處理消毒，不適用于大中型城市污水處理廠。4、二氧化氯化學性質活潑，易溶于水，在20下溶解度為10798gL，是氯氣的溶解度的5倍。二氧化氯是廣譜型消毒劑，其氧化能力是氯的25倍。對水中的病原微生物包括病毒、芽孢、真菌、致病菌及肉毒桿菌均有很高的滅活效果，有剩余消毒能力。二氧化氯在控制THMs(三鹵甲烷)的形成和減少總有機鹵方面，與氯相比具有優(yōu)越性。二氧化