我國城市生活污水處理技術述評

1、我國城鎮(zhèn)生活污水處理技術述評二0一四年十月一、城鎮(zhèn)生活污水概念及基本術語SSSS（suspended substance) ):懸浮物，是指顆粒物直徑在0.45微米以下的無機物、有機物、生物等的污染物 CODCOD（Chemical Oxygen Demand, CODcr、CODmn）在一定的條件下，用強氧化劑處理水樣時所消耗的氧化劑的量。包括有機物、亞硝酸鹽、硫化物亞鐵等。TOCTOC（ TOC total organic carbon，總有機碳) )：是以碳的含量表示水中有機物質總量的綜合指標。BOD(BOD(Biochemical Oxygen Demand，五日生化需氧量) ):即在

2、（201），培養(yǎng)五天前后水中溶解氧的變化值。氨氮氨氮：是指NH3和NH4+形式存在的氮；城鎮(zhèn)生活污水：城鎮(zhèn)居民生活過程中產生的污水總稱（狹義）。城鎮(zhèn)污水：城鎮(zhèn)居民生活污水，機關、學校、醫(yī)院、商業(yè)服務機構及各種公共設施排水，以及允許排入城鎮(zhèn)污水收集系統(tǒng)的工業(yè)廢水和初期雨水（廣義）。二、城鎮(zhèn)生活污水主要成份在給排水手冊中，典型生活污水的水質分為高、中、低三種。項目高中低CODCr1000400250BOD5400200100SS350220100NH3-N1584TN504030TP854020表1 典型生活污水水質指標（單位：mg/L）三、生活污水中主要污染物去除原理一、一、SSSS：污水中的S

3、S去除主要靠沉淀作用。二、二、 BODBOD5 5：污水中的BOD5的去除主要是靠微生物的吸附與代謝作用，然后對吸附代謝物進行泥水分離來完成。在活性污泥與污水接觸初期，會出現很高的BOD5去除率，這是由于污水中有機顆粒和膠體被吸附在微生物表面，從而被去除所至。但是這種吸附作用僅對污水中懸浮物和膠體起作用，對溶解性有機物不起作用。 三、三、CODCOD：污水中的COD去除的原理與BOD5的去除原理基本相同，但COD的去除率取決于原污水的可生化性，它與城市污水的組成有關。四、四、 N N：在水處理領域，一般認為總氮：在水處理領域，一般認為總氮= =總凱氏氮總凱氏氮+ +硝氮硝氮+ +亞硝氮。凱氏氮

4、亞硝氮。凱氏氮= =有機氮有機氮+ +氨氮。氨氮。 生物生物脫氮是利用自然界氮的循環(huán)原理脫氮是利用自然界氮的循環(huán)原理，采用人工方法予以控制。首先，污水中有機氮在好氧的條件下轉化成氨氮，而后在硝化菌作用下變成硝酸鹽氮，這個階段稱為好氧硝化好氧硝化。隨后在缺氧的條件下，由反硝化菌作用，并有外加碳源提供能量，使硝酸鹽氮變成氮氣逸出，這個階段稱為缺氧反硝化缺氧反硝化。五、五、P P的去除的去除1 1） 化學除化學除磷磷： 化學除磷是向污水中投加三價鹽，使之與污水中的磷酸鹽形成難溶化合物，經過沉淀從水中去除。采用化學除磷的優(yōu)點是工藝簡單。缺點是藥劑消耗量大、剩余污泥量增加、處理成本增加。 化學除磷的藥劑

5、主要包括石灰、鐵鹽和鋁鹽。2 2）生物除生物除磷磷：生物除磷是污水中的聚磷菌在厭氧條件厭氧條件下，受到壓抑而釋放出體內的磷酸鹽，產生能量用以吸收快速降解有機物，并轉化為并轉化為PHBPHB（聚（聚羥丁酸）羥丁酸）儲存起來。當這些聚磷菌進入好氧條件下時就好氧條件下時就降解體內儲存的降解體內儲存的PHBPHB產生能量產生能量，用于細胞的合成和吸磷，形成高磷濃度污泥，并隨剩余污泥一起排出系統(tǒng)，從而達到除磷的目的。生物除磷的優(yōu)點在于不增加剩余污泥量，處理成本較低。缺點是為了避免剩余污泥中磷的再次釋放，對污泥處理工藝的選擇有一定的限制。四、城市（鎮(zhèn)）生活污水處理級別按處理程度可分為三類，即一級處理、二級

6、處理、三級處理。一級處理一級處理也叫預處理，是通過沉淀、浮選、過濾等物理方法物理方法去除污水中的懸浮狀固體物質，或通過凝聚、氧化、中和等化學方法化學方法，使污水中的強酸、強堿和過濃的有毒物質，得到初步凈化，為二級處理提供適宜的水質條件?？扇コ?0%左右的BOD5，90-95%的可沉降顆粒，50-60%的總懸浮固形物，但無法去除溶解性污染物。二級處理二級處理是在一級處理的基礎上，利用生物化學作用，對污水進行進一步的處理?？扇コ笥?5%的BOD5及懸浮物固體。三級處理三級處理也叫深度處理，三級處理根據進水水質，采用相應處理方法，如凝集沉淀、活性碳過濾、逆滲透、離子交換、殺菌、電滲析等。廢水經深度

7、處理后可滿足相關要求。能去除99%的BOD5、磷、懸浮物固體和細菌、氮、磷物質等。4.1 一級處理常用工藝用來分離污水中呈懸浮狀態(tài)污染物。常用設備是格柵和篩網。篩濾截留法重力分離法通過重力沉降分離廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物。這種方法簡單易行，分離效果良好，應用非常廣泛。主要構筑物有沉砂池和沉淀池沉砂池和沉淀池。 上浮法用于去除污水中漂浮的污染物，或通過投加藥劑、加壓溶氣等措施使一些污染物上浮而被去除。四、城市（鎮(zhèn)）生活污水處理級別4.2 二級處理常用工藝：生物處理法1、好氧處理（人工條件下）傳統(tǒng)活性污泥氧化溝SBR(Sequencing Batch Reactor)活性污泥法生物膜法接觸氧化生物

8、濾池曝氣生物濾池2、厭氧處理（人工條件下）UASB（升流式厭氧污泥床）AF(厭氧濾池)化糞池四、城鎮(zhèn)生活污水處理級別3 3、組合工藝、組合工藝（人工條件下）活性污泥法基本流程（1）系統(tǒng)組成：活性污泥法通常是由曝氣池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系統(tǒng)所組成五、好氧生物處理工藝簡介之一5.1 傳統(tǒng)活性污泥法（2）曝氣池與沉淀池五、好氧生物處理工藝簡介之一B 污泥上浮C 泡沫A 污泥膨脹（4）特點： 處理能力強，出水水質好，但基建費、運行費高；能耗大，管理復雜，易出現污泥膨脹，污泥上浮等問題。（3）常見問題：見A、B 、C 氧化溝（oxidation ditch）又名連續(xù)循環(huán)曝氣池，是活性污泥法的

9、一種變形。5.2 氧化溝氧化溝氧化溝工藝模型氧化溝工藝實例五、好氧生物處理工藝簡介之二典型模式典型模式-Orbal 氧化溝。是一種常見的氧化溝形式，其最大特點是一般由三條同心圓式的環(huán)狀溝渠組成，由外到內將其溝渠內的溶解氧濃度控制在0、1、2 mg/L 。五、好氧生物處理工藝簡介之二典型模式-Carrousel 氧化溝。特點是一般不采用橫軸式的曝氣轉刷或轉碟，而是采用豎軸式的低速表面曝氣機進行曝氣和提供對水流的推動力，可以采用較深的水深。常采用曝氣轉碟進行曝氣。微孔曝氣型Carrousel 2000系統(tǒng)Carrousel 3000系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用微孔曝氣（供氧設備為鼓風機），微孔曝氣器產生大量直

10、徑為1mm左右的微小氣泡，提高氧含量，為了取得更好的脫氮除磷的效果，該系統(tǒng)增加了一個厭氧區(qū)和絕氧區(qū)（又稱前反硝化區(qū)）。 該系統(tǒng)是在Carrousel 2000系統(tǒng)前再加上一個生物選擇區(qū)，該生物選擇區(qū)是利用高有機負荷篩選菌種，抑制絲狀菌的增長，提高各污染物的去除率。 工藝流程簡單，運行管理方便 處理效果穩(wěn)定，出水水質好 污泥產量高，污泥性質穩(wěn)定 自動化程度高，基建費用大 曝氣時間長，能耗高 能承受水量、水質沖擊負荷氧化溝技術特點氧化溝技術特點五、好氧生物處理工藝簡介之二進水 反應 沉淀 排水 閑置5.2 氧化溝5.3 SBR (Sequencing Batch Reactor Activated

11、 Sludge Process)，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，每一個反應池是一批批地處理廢水，因此而得名。SBR工藝的一個完整操作周期有五個階段（見下圖）：進水期(fill)、反應期(react)、沉淀期(settle)、排水期(draw) 和閑置期(idle)五、好氧生物處理工藝簡介之三流程簡單, 運行費用低固液分離效果好，出水水質好運行操作靈活，效果穩(wěn)定脫氮除磷效果好有效防止污泥膨脹耐沖擊負荷123456節(jié)省占地面積7工藝特點：五、好氧生物處理工藝簡介之三5.4 生物濾池五、好氧生物處理工藝簡介之四5.5 接觸生物氧化五、好氧生物處理工藝簡介之五填料：填料是微生

12、物的載體，其特性對接觸氧化池中生物量、氧的利用率、水流條件和廢水與生物膜的接觸反應情況等有較大影響；分為硬性填料、軟性填料、半軟性填料、及球狀懸浮型填料等半軟性填料半軟性填料 懸浮型填料懸浮型填料 立體彈性填料立體彈性填料 纖維填料可變孔曝氣軟管（1）附著于固體介質表面上的微生物對水量，水質的變化有較強的適應。（3）降解產物污泥量少。（4）管理方便。（1）濾料表面積小，BOD容積負荷小。（2）固體介質有利于微生物形成穩(wěn)定的生態(tài)體系，棲息微生物的種類較多，處理效率高。（2）附著于固體表面的微生物量較難控制，操作伸縮性差。（3）靠自然通風供氧，不如活性污泥供氧充足，容易產生厭氧。三級處理常用工藝除

13、磷除磷最有效和實用的除磷方法是化學沉淀法，即投加石灰或鋁鹽、鐵鹽形成難溶性的磷酸鹽沉淀。石灰與廢水中的磷酸根離子發(fā)生如下反應而形成難溶的羥基磷灰石沉淀。除氮除氮生物硝化反硝化法：是好氧生物處理過程和厭氧生物處理過程串聯工作的系統(tǒng)。污水中的含氮有機物首先經需氧生物處理轉化為硝酸鹽，隨后再經厭氧生物處理將硝酸鹽還原為氮氣析出而被去除。有多種處理流程，如三級串聯的活性污泥法處理系統(tǒng)，其中第一級用于氧化碳水化合物,第二級用于氧化含氮有機物,而第三級是使第二級產生的硝酸鹽在厭氧條件下還原析出氮氣。在所有的處理流程中，都是向厭氧系統(tǒng)中投加一些補充的需氧源（如甲醇），以使反硝化所需的反應時間縮短而切合實用。

14、除有機物除有機物活性炭能有效地除去二級處理出水中的大部分有機污染物。一些三級處理廠的粉末活性炭接觸吸附裝置(或粒狀活性炭過濾吸附裝置)去除化學需氧量(COD)和總有機碳(TOC)的代表性的效率為7080%，每公斤活性炭吸附容量為0.250.87公斤COD,具體吸附容量是由進水的有機物濃度和所要求的出水有機物濃度決定的。在任何情況下，活性炭的實際吸附容量比按吸附等溫線試驗測定的吸附容量大得多。除無機物除無機物有三種可采用的方法：即離子交換、電滲析和反滲透。在污水三級處理中用反滲透法脫除礦物質和有機污染物最受重視。使用高效除鹽膜反滲透裝置的結果證明，總溶解性固體可去除9095%，磷酸鹽可去除959

15、9%，氨氮可去除8090%，硝酸鹽氮可去除5085%，懸浮物可去除99100%,總有機碳可去除9095%?？梢?，反滲透法能有效地去除多種污染物。缺點是設備造價和運轉費用都高。另外，反滲透膜容易被污染物堵塞，需要清洗。有些三級處理系統(tǒng)是由超過濾和反滲透串聯組成的，前者主要去除有機污染物，而后者去除溶解性無機物。除病原體除病原體用鋁鹽和鐵鹽混凝沉淀，可去除病原體99%以上，經濾池過濾能進一步提高去除率。但是，病原體并未被殺滅，仍在污泥中存活，而用石灰在pH值大于或等于10.5的條件下混凝沉淀則能殺滅污泥中的病毒。用臭氧殺滅病毒的效果也較好。六、厭氧生物處理工藝簡介之一6.1 化糞池6.2 厭氧濾池

16、（anaerobic filter）六、厭氧生物處理工藝簡介之二優(yōu)點：處理能力高；濾池內可以保持很高的微生物濃度；不需另設泥水分離設備；出水SS較低；設備簡單、操作方便缺點：濾料費用較高，易堵塞；無便捷清洗方法。不適到高SS廢水。 在消化池后設沉淀池，將沉淀污泥回流至消化池，形成了厭氧接觸法（anaerobic contact process）。厭氧接觸法實質上是厭氧活性污泥法，不需要曝氣而需要脫氣。對懸浮物高的有機廢水效果很好，如肉類加工廢水等。6.3 厭氧接觸法（ anaerobic contact process anaerobic contact process ）六、厭氧生物處理工藝

17、簡介之三6.4 上流式厭氧污泥床反應器（upflow anaerobic sludge blanket reactor,UASB）六、厭氧生物處理工藝簡介之三 優(yōu)缺點：良好的厭氧污泥床污泥形成顆粒狀，有機負荷率和去除率均較高，不需要攪拌，能適應負荷沖擊、溫度和pH的變化。二級處理的工藝組合二級處理的工藝組合A2-O:即厭氧-缺氧-好氧系統(tǒng):屬于同步脫氮除磷工藝。A2O工藝是在AO工藝基礎上增設厭氧區(qū)而具有脫氮和除磷能力的新型污水處理工藝。它能夠在去除有機物的同時去除氮和磷營養(yǎng)物質。A-OA-O:AO工藝法也叫厭氧好氧工藝法，A(Anacrobic)是厭氧段，用與脫氮除磷；O(Oxic)是好氧段

18、，用于除水中的有機物。MBR又稱膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor）,是一種由膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水處理技術; 曝氣膜 - 生物反應器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ； 萃取膜 - 生物反應器（ ExtractiveMembrane Bioreactor, EMBR ）； 固液分離型膜 - 生物反應器（ Solid/Liquid SeparationMembrane Bioreactor, SLSMBR, 簡稱 MBR ）。7.1 好氧處理與厭氧處理工藝的作用機理比較七、厭氧、好氧工藝比較7 .2好氧處理與厭氧處理工

19、藝的優(yōu)缺點比較好氧處理與厭氧處理工藝的優(yōu)缺點比較類別類別優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點前置條件前置條件好氧工藝反應速度較快，廢水停留時間較短，故處理構筑物容積較??；處理過程中散發(fā)的臭氣較少；對能降解有機物分解完全等對難降解有機物去除率低、污泥量較厭氧處理多、運行費用較高等必須要有分子態(tài)的氧存在厭氧工藝 需要的能量少，產生甲烷是一種潛在的能源；產生的剩余生物污泥少；容積負荷高，可處理高濃度、難降解有機廢水； 需要的營養(yǎng)物質較少。處理過程的反應復雜，反應速度較慢，起動時間較長；對溫度、pH等環(huán)境因素更為敏感；出水水質較差，需進一步處理分子氧缺乏或不存在對于污水中有機物濃度較低、溫度較低、出水水質要求較高，并要求

20、去除營養(yǎng)物的場合傾向于采用好氧生物處理技術。對于有機物濃度較高、溫度較高的工業(yè)廢水，厭氧處理可能更為經濟七、厭氧、好氧工藝比較7.3 好氧處理與厭氧處理工藝的污染物去除率好氧工藝類型BOD5去除率（%）COD去除率活性污泥85-9080%氧化溝85-9080-90%SBR85-9080-90%接觸氧化70-95%75-85%厭氧工藝BOD5去除率（%）COD去除率USAB70-80%80-85%厭氧濾池85-90%80-85%化糞池9%15%八、城鎮(zhèn)生活污水處理規(guī)模與工藝選擇原則一、污水處理規(guī)模一、污水處理規(guī)模選擇原則選擇原則綜合考慮城市（鎮(zhèn)）總體規(guī)劃中排水體系特征，不盲目追求污水的集中處理，

21、合理規(guī)劃污水處理設施的布點規(guī)模，減少集污管線和水頭損失減少集污管線和水頭損失，降低配套管網投資。二二、污水處理工藝選擇基本原則、污水處理工藝選擇基本原則1) 城市污水處理工藝應根據處理規(guī)模、水質特性、受納水體的環(huán)境功能及當地的實際情況和要求，經全面技術經濟比較后優(yōu)選確定。2) 工藝選擇的主要技術經濟指標包括工藝選擇的主要技術經濟指標包括：處理單位水量投資、削減單位污染物投資、處理單位水量電耗和成本、削減單位污染物電耗和成本、占地面積、運行性能可靠性、管理維護難易程度、總體環(huán)境效益等。3) 應切合實際地確定污水進水水質，優(yōu)化工藝設計參數應切合實際地確定污水進水水質，優(yōu)化工藝設計參數。必須對污水的

22、現狀水質特性、污染物構成進行詳細調查或測定，作出合理的分析預測。在水質構成復雜或特殊時，應進行污水處理工藝的動態(tài)試驗，必要時應開展中試研究。4) 積極審慎地采用高效經濟的新工藝積極審慎地采用高效經濟的新工藝。對在國內首次應用的新工藝，必須經過中試和生產性試驗，提供可靠設計參數后再進行應用。（1 1）節(jié)能降耗的挑戰(zhàn)）節(jié)能降耗的挑戰(zhàn)缺乏著力點缺乏著力點污水處理是典型的高能耗行業(yè)。通過污泥厭氧消化過程，可以回收利用污水中的部分能源，然而目前我國建設的厭氧消化廠僅不足3%，短期無法實現未來碳減排的要求。基于活性污泥法的傳統(tǒng)污水處理技術在曝氣等環(huán)節(jié)上的節(jié)能降耗潛力也相對有限。（2 2）技術發(fā)展方向面臨挑

23、戰(zhàn)）技術發(fā)展方向面臨挑戰(zhàn)距可持續(xù)理念漸行漸遠距可持續(xù)理念漸行漸遠目前污水處理廠大量采用延時曝氣等工藝和取消初沉池的設計，與國際主流技術不一致。在系統(tǒng)規(guī)劃理念上相對落后，導致資源再生利用存在先天不足，例如目前回用水往往需要經過長途的輸運才能實現真正的回用。針對各自國情，歐美發(fā)達國家分別就再生水回用、污水生物質能利用、氮磷回收等領域展開不同側重的研究，而我國目前就污水處理技術在未來可持續(xù)發(fā)展方向上還沒有特別明確的討論和思考。九、我國傳統(tǒng)污水處理技術存在的不足傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)是目前市政領域污水處理任務的實際承擔者。面對這個現實基礎，尋求傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展模式成為近年來的重點工作。以荷蘭BCFS工藝為例，在節(jié)能減排上開發(fā)同步硝化反硝化技術，以節(jié)能碳源和減少污泥產量；對營養(yǎng)元素，尤其是磷元素，結合鳥糞石結晶等工藝實現回收；在能量回收上，在推廣污泥厭氧消化以通過沼氣的利用來實現資源利用；再生水利用可以通過以膜技術為代表的深度處理來實現，新加坡在此領新加坡在此領域已經取得了實際應用。域已經取得了實際應用。十、國外污水處理技術的可持續(xù)發(fā)