污水處理廠常用處理工藝分析

污水處理廠常用處理工藝分析

目前，城市污水主要通過區(qū)域集中處理，即通過城市污水處理廠集中排放，進行深度處理。因此,作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分和水污染控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié),城市污水處理廠工程的建設(shè)和運行意義重大。由于污水處理廠工程的建設(shè)和運行不但耗資較大,而且受多種因素的制約和影響,其中,處理工藝方案的選擇及優(yōu)化對確保污水處理廠的運行性能和降低費用最為關(guān)鍵,為此,筆者對山東省內(nèi)已投入運行的、技術(shù)比較先進成熟、處理效果穩(wěn)定的城市污水處理廠,進行了大量的調(diào)研工作。根據(jù)調(diào)研獲得的數(shù)據(jù),同時參考了我國其它地方及國際流行工藝,對幾種典型的城市污水處理工藝進行了分析。1生物除磷脫氮工藝目前,城市污水處理主要采用生物活性污泥法。生物活性污泥法有多種處理工藝,城市二級污水處理廠常用的工藝方法有:普通曝氣法、A—B法(二段曝氣法)、A/O除磷工藝、A/O脫氮工藝、A2/O除磷脫氮工藝、氧化溝工藝、SBR工藝等。按照構(gòu)筑物的組成形式,運行性能以及運行操作方式的不同,已有的生物除磷脫氮工藝可分成A/O系列、氧化溝系列和序批式反應(yīng)器(SBR)系列等。隨著各個系列不斷地發(fā)展和改進,形成了目前的較典型的工藝,如A/O工藝、UCT工藝、改良UCT工藝、VIP工藝、A2/O工藝、改良A2/O、倒置A2/O工藝、ORBEL氧化溝工藝、CARROUSEL-2000氧化溝工藝、ICEAS工藝、CAST工藝、百樂克工藝等。本文就幾個應(yīng)用比較廣泛的處理工藝加以闡述和討論。1.1a/o工藝及運行情況A/O工藝是Anoxic/Oxic(缺氧/有氧)或Anerabic/Oxic(厭氧/好氧)工藝的縮寫,是為污水生物除磷脫氮而開發(fā)的污水處理技術(shù)。在生物脫氮過程中,由于反硝化菌是異養(yǎng)性細(xì)菌,要有充足的碳源作為生命活動的能源,完成反硝化過程;而污水經(jīng)過好氧硝化反應(yīng)后,水中的有機物濃度已經(jīng)很低,不能滿足反硝化的需要,因此,傳統(tǒng)的生物除磷脫氮工藝在缺氧單元前投加甲醇,以彌補有機碳源。目前典型的A/O工藝是把缺氧單元提前到好氧單元前,利用進水中的有機物作為碳源,稱之為前置反硝化流程,通過混合液回流把硝酸鹽和亞硝酸鹽帶入缺氧單元(圖1)。在水溫、pH、DO、碳氮比等參數(shù)滿足A/O工藝的條件下,該工藝的脫氮效率Z取決于污泥回流比R和混和液回流比r:要取得滿意的脫氮率,必須保證足夠大的混合液回流比,一般混合液回流比為300%～400%時,脫氮效率在80%左右,因此A/O工藝不僅有充分的可靠性,又有相當(dāng)?shù)撵`活性。A/O工藝是目前國內(nèi)外采用比較廣泛的一種脫氮工藝,國內(nèi)已有多座污水處理廠采用此工藝,在設(shè)計、施工及運行方面已積累了許多經(jīng)驗。青島市李村河污水處理廠就是采用了A/O工藝,其日處理能力為8×104t/d,處理的廢水中工業(yè)廢水占70%以上。進水水質(zhì)CODcr:700～3000mg/L;BOD5:400～1400mg/L;SS:450～2000mg/L;TKN:50～100mg/L;TP:7～35mg/L。處理后出水水質(zhì)達到BOD5:6～15mg/L;CODcr:45～90mg/L;SS:2～30mg/L;NH3-N:1.0～10mg/L;TP:0.2～3.0mg/L(平均值0.75mg/L)。李村河污水處理廠1998年投入運行,迄今已經(jīng)運行了5a。表1列出了該廠2001—2002年的運行情況,表中所給出的各種污染物的濃度是年平均值。從表中可以看到,其CODcr去除率分別達到91.9%和95.16%,NH3-N去除率也達到82.6%和75.1%,其出水各項指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)規(guī)定的二級標(biāo)準(zhǔn)1。A/O工藝具有以下特點:(1)工藝成熟、流程簡單、運行穩(wěn)定;(2)前置反硝化,脫氮效率較高,出水水質(zhì)好;(3)連續(xù)進水、出水,水頭損失低,自控系統(tǒng)簡單,運行操作簡便;(4)生物池設(shè)計靈活,占地面積較小,充氧效率高;(5)微孔鼓風(fēng)曝氣,能耗省;(6)污泥回流需用泵提升;(7)抗沖擊負(fù)荷的能力不如SBR工藝及氧化溝工藝;(8)A/O工藝設(shè)備數(shù)量多,維護管理要求較高,對操作管理人員的專業(yè)素質(zhì)要求較高。為了達到同時除磷脫氮的目的,在A/O工藝基礎(chǔ)上形成了A2/O工藝,其工藝見圖2。A2/O工藝就是在A/O脫氮工藝的缺氧池前增設(shè)了一厭氧區(qū),沉淀池的回流污泥和進水首先進入?yún)捬鯀^(qū)進行磷的厭氧釋放,然后再進入缺氧區(qū)。好氧區(qū)具有消化功能,好氧區(qū)的混合液回流到缺氧區(qū),使之反硝化脫氮。目前,青島市團島污水處理廠采用了A2/O工藝進行污水處理,其設(shè)計日處理能力為10×104t/d,進水水質(zhì)指標(biāo)如下:pH6～9;CODcr≤900mg/L;BOD5≤450mg/L;TP≤10mg/L;SS≤650mg/L;NH3-N≤80mg/L。該廠自1999年投入運行以來,運行穩(wěn)定,處理效果明顯。2001和2002年度的年均進水和出水水質(zhì)列于表2。從表2中可以看出,CODcr,BOD5和SS的去除率均達到90%以上,NH3-N的去除率也保持了80%以上,出水濃度均遠(yuǎn)低于國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。A2/O工藝除具有A/O工藝的基本特點外,還可以同時除磷,處理深度大于A/O工藝,但A2/O工藝前期投資大,除磷效果不穩(wěn)定。1.2百樂克工藝特點百樂克(BIOLAK)污水處理系統(tǒng)(又稱懸掛鏈曝氣工藝)是一種高效的生化處理系統(tǒng),采用低負(fù)荷活性污泥工藝,通過生化方法有效降解COD及BOD5,并且能夠通過波浪式氧化工藝對氮、磷進行高效去除。百樂克曝氣頭懸掛在浮動鏈上,浮動鏈被松弛固定在曝氣池兩側(cè),每條浮鏈可在池中的一定區(qū)域中運動。在曝氣鏈的運動過程中,自身的自然擺動就可以達到很好的混合效果,節(jié)省了混合所需的能耗。百樂克工藝實際是由多級A/O工藝組成,只是曝氣設(shè)備和方式不同,其工藝見圖3。百樂克(BIOLAK)工藝廣泛適用于市政廢水和工業(yè)廢水的處理。目前,全世界約有600多座百樂克(BIOLAK)污水處理廠在運行,其中,以德國技術(shù)最為先進,最近在青島地區(qū)建成運行的黃島鐮灣河水質(zhì)凈化廠就是采用了德國百樂克工藝。在我國建成比較早的百樂克工藝城市污水處理廠是山東招遠(yuǎn)污水處理廠,其處理規(guī)模為2×104t/d,自1998年運行以來,處理效果較好,其進水水質(zhì)為:CODcr:1183mg/L;BOD5:752mg/L;SS:172mg/L;磷酸鹽:15.7mg/L;NH3-N:42.95mg/L。處理后水質(zhì)為:CODcr:41mg/L;BOD5:22mg/L;SS:2mg/L;磷酸鹽:1.12mg/L;NH3-N:14.03mg/L。百樂克工藝具有以下特點:(1)技術(shù)先進,處理效果好,出水穩(wěn)定;(2)有效的曝氣系統(tǒng)、節(jié)省了動力消耗;(3)采用多級A/O系統(tǒng),脫氮效果好;(4)設(shè)置了生物脫磷區(qū);(5)相對投資較低;(6)簡單而有效的污泥處置;(7)操作簡單、維修方便;(8)土地利用緊湊;(9)曝氣時間相對較長。1.3cass工藝特點CASS(CyclicActivatedSludgeSystem)工藝是序批式活性污泥SBR(SequencingBatchReactor)的改良技術(shù),又稱循環(huán)式活性污泥系統(tǒng)。與其它系統(tǒng)相比,CASS工藝具有操作簡便、靈活和可靠的特點,它主要由生物選擇器和可調(diào)容積式反應(yīng)器兩部分組成,在同一構(gòu)筑物內(nèi)完成生物降解、除磷脫氮、固液分離過程。該工藝充分利用了微生物生長的選擇機理,減少了絲狀菌的產(chǎn)生,同時提高了除磷脫氮的效率,從而可提高出水水質(zhì)而不增加運行費用。CASS工藝流程見圖4。目前,北京吳家村污水處理廠采用了CASS工藝,從運行情況看,處理效果良好,各項指標(biāo)均能達到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。CASS工藝具有以下特點:(1)處理效果好,出水水質(zhì)穩(wěn)定;(4)可抑制污泥膨脹,固液分離效率高;(5)自控設(shè)備質(zhì)量要求高,操作人員素質(zhì)要求高;1.4奧貝爾orel型氧化溝氧化溝(OxidationDitch)又名氧化渠,因其構(gòu)筑物成封閉的溝渠而得名。氧化溝工藝是活性污泥法的一種變形,20世紀(jì)50年代始于荷蘭,現(xiàn)廣泛應(yīng)用于世界各地。早期的氧化溝占地面積大,僅用于小型污水處理廠,隨著對氧化溝工藝的深入認(rèn)識和不斷改進,氧化溝工藝正以基建費用低、運行管理簡單、處理效果好、耐沖擊負(fù)荷大、可除磷脫氮等優(yōu)點,逐漸向大中型污水處理廠發(fā)展。目前,應(yīng)用到城市污水處理的氧化溝系列主要有卡魯塞爾(Carrousel)型、奧貝爾(Orbel)型、雙溝(D型)、三溝(T型)氧化溝。奧貝爾(Orbel)氧化溝是氧化溝類型中的重要形式,此法起初是由南非的休斯曼構(gòu)想,南非國家水研究所研究和發(fā)展的。該技術(shù)轉(zhuǎn)讓給美國的Envirex公司后得到不斷改進及推廣應(yīng)用。隨著高性能曝氣轉(zhuǎn)刷和轉(zhuǎn)碟的開發(fā)應(yīng)用,奧貝爾(Orbel)型氧化溝的應(yīng)用更加廣泛,一度成為我國城市污水處理的首選工藝。例如北京燕山石化總公司引進美國技術(shù),建成了日處理能力6×104t的奧貝爾氧化溝污水處理廠,用于處理石化廢水及生活污水,幾年的運行實踐表明,該工藝處理效果很好。該工藝流程見圖5。青島市萊西污水處理廠就是采用了奧貝爾氧化溝工藝,從幾年來的運行情況來看,處理效果很好,下面是萊西污水處理廠的各項數(shù)據(jù)指標(biāo):設(shè)計能力10×104t/d,進水水質(zhì)現(xiàn)狀:COD≤1000mg/L;BOD5:350mg/L左右;SS>500mg/L;TP:15mg/L左右;pH:8左右。經(jīng)過處理后,出水水質(zhì)現(xiàn)狀:COD<30mg/L;BOD5:15mg/L左右;SS<20mg/L;NH3-N<0.5mg/L;TP<0.5mg/L。奧貝爾氧化溝工藝具有以下特點:(1)工藝成熟,流程簡單,運行穩(wěn)定;(2)處理效果好,出水水質(zhì)好;(3)緩沖稀能力強,耐高流量、高濃度的沖擊負(fù)荷,對難降解有機物去除率高,出水水質(zhì)穩(wěn)定;(4)供氧量調(diào)節(jié)靈活;(5)能耗大;(6)剩余污泥量小;(7)脫氮能力較強,生物除磷相對較弱。2各工藝方案的運行成本在投資建設(shè)城市污水處理廠時,建設(shè)方既要考慮工藝的合理性,又要考慮所選工藝的運行費用和投資費用。尤其目前國內(nèi)所流行的BOT建設(shè)方式和托管運營方式,政府不得不考慮其經(jīng)濟利益。下面是以所述的4種工藝方案做投資估算,分析其各項經(jīng)濟指標(biāo)。以下是某設(shè)計單位為某市城市污水處理廠做的各種工藝經(jīng)濟分析:設(shè)計規(guī)模6×104t/d,進水水質(zhì)為:BOD5≤350mg/L;CODcr≤900mg/L;SS≤550mg/L;NH3-N≤45mg/L;TN≤70mg/L;TP≤4mg/L。出水標(biāo)準(zhǔn)要求:以上指標(biāo)達到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。從表3中各工藝方案的技術(shù)經(jīng)濟數(shù)據(jù)可以看出,百樂克工藝、A/O工藝、CASS工藝和氧化溝工藝的運行成本分別為0.38,0.50,0.40和0.55元/t污水,其中百樂克工藝的運行成本較低,氧化溝工藝的運行成本較高;4種方案的年運行直接成本分別為832.2,1080,864和1188萬元,同樣百樂克工藝和CASS工藝年運行成本較低,A/O工藝和氧化溝工藝較高;從工程總投資來看,A/O工藝投資較大,百樂克工藝和CASS工藝投資較小。3實際運行中出現(xiàn)的問題雖然所述各工藝的技術(shù)比較成熟,處理效果也不錯,但都或多或少存在著問題1,都還須在實際運行中得到解決和完善。下面是各工藝存在的問題(缺點):(1)操作維護難,投資1)污泥回流需用泵提升;2)設(shè)備數(shù)量較多,操作維護難,投資較大;3)生物池和二沉池單獨設(shè)置,占地面積較大;4)抗沖擊負(fù)荷的能力不如SBR工藝和氧化溝工藝;(2)百樂克工藝1)曝氣時間相對較長;2)污泥處置不如A/O工藝。(3)cass工藝1)自控設(shè)備質(zhì)量要求高;2)工程投資較大,設(shè)備利用率較低;3)水頭損失比連續(xù)流工藝大;4)國內(nèi)運行經(jīng)驗不多。(4)完善污水處理工藝1)池深較淺,占地面積較大;2)動力消耗較大,運行費用較高;3)設(shè)備維護工作量較大。從目前國際及國內(nèi)所采用的污水處理工藝情況來看,各種工藝并不是短時所能改進和完善的,也更不是在實驗室內(nèi)所能完成的,理論上的論證與實踐是有差距的,因此,各種處理工藝需要在實際運行中不斷改進和完善,才能提高工藝先進性,從而減少工程投資費用和運行費用及提高廢水處理技術(shù)水平。4城市污水處理工藝與國外先進技術(shù)的對比分析(1)目前,國際上及國內(nèi)所采用的城市污水處理工藝,不論從技術(shù)上還是從實際運行效果看,都是比較成熟的,運行穩(wěn)定、出水水質(zhì)好等是它們共有的特點。隨著曝氣設(shè)備技術(shù)的發(fā)展,特別是生物技術(shù)領(lǐng)域的高速發(fā)展,相信將來必將產(chǎn)生更好的工藝。(2)所有城市污水處理工藝的基本原理是一樣的,我國污水處理技術(shù)與國外先進技術(shù)的差距在于設(shè)計方案和實際建設(shè)之間的技術(shù)參數(shù)沒有處理好,造成設(shè)計與實際運行的某些脫節(jié);另一個差距在于關(guān)鍵設(shè)備上,國產(chǎn)質(zhì)量明顯差,例如:曝氣系統(tǒng)等。(3)國內(nèi)污水處理廠運行管理水平不高,技術(shù)改造能力不強。這是一個普遍性的問題,這與各污水處理廠的職工技術(shù)素質(zhì)普遍不高有著密切的關(guān)系。他們有待進行技術(shù)、技能的培訓(xùn),否則會影響運行成本,甚至?xí)斐晒ぷ魇д`。5城市污水處理廠的發(fā)展趨勢在對城市污水處理工藝的調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)了許多問題?，F(xiàn)結(jié)合我國城市污水處理工藝現(xiàn)狀,提出以下幾點建議:(1)目前,我國各大市政工程設(shè)計院和部分環(huán)保公司都有各自的工藝設(shè)計經(jīng)驗,雖然都比較成熟,但與國際上相比,水平差距仍很大,特別是同德國、南非等國相比,差距更大,因此他們應(yīng)該堅持“走出去,請進來”的經(jīng)營方針,采用合作、股份制等方式,把先進工藝、技術(shù)引進來,提高我國的城市污水處理技術(shù)和運行管理水平,促進我國環(huán)境和經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展。(2)要科學(xué)、因地制宜地規(guī)劃城市污水處理廠的建設(shè),放棄建設(shè)超