污水生物处理工艺介绍(自己总结).doc

污水生物处理工艺
1. 活性污泥法
1.1. 传统活性污泥法(CPSP)
传统活性污泥法又称标准法、普通法。传统活性污泥法中，污水和回流污泥从曝气池进入，污水和回流污泥混合液在池内呈纵向混合的推流式流动，在池的末端流出池外进入二次沉淀池，在重力分离作用下，污水和活性污泥分离后排出，部分污泥回流至曝气池补充活性污泥量，另一部分剩余污泥到污泥处理系统进行处理。
主要特征为：
在曝气池前端，由于有机物浓度较高，营养丰富，微生物处于生长曲线的对数生长期后期或稳定期。到曝气池末端是，有机物几乎耗尽，污泥进入内源代谢其，活动能力相应减弱，沉降性能提高。经过曝气池内的推流运行，污泥经历了对数增长，减速增长以及内源呼吸期的完全生长周期。因此，传统活性污泥法的BOD和悬浮物去除率都很高，达到90%~95%左右。
传统活性污泥法适用于出力要求高，水质稳定的废水。

图 活性污泥法的基本流程
主要工艺参数：
BOD5去除率：90%～95%；
污泥负荷：0.2～0.4kgBOD/(kgMLSS·d)；
容积负荷：0.3～0.6kgBOD/(m3·d)；
MLSS：1500～3000mg/L；
水力停留时间：4～8h；
泥龄：3～5d；
污泥回流比：0.25～0.5。
1.2. 缺氧-好氧-兼氧活性污泥法（AOE工艺）
AOE工艺内环（A区）是前置厌氧段，中间环（O区）是好氧硝化段，外环（E区）是内源反硝化段。
废水首先进入A区，水中的有机物进行初步的降解，水中的硝酸盐进行反硝化反应。二沉池的部分污泥外回流输送回A区，来保证A区足够的硝酸盐，进行反硝化反应，生成氮气，一氧化二氮，排入大气，达到脱氮的目的；另外，一部分有机物在厌氧菌的作用下初步降解。
A区的混合污水通过溢流口进入O区，有机物进一步降解，硝化细菌将流入O区的污水中的有机氮转换成氨氮，并通过硝化反应生成硝酸盐和水。
最后，O区的混合液通过池底的通道进入E区，进入E区的有机物浓度很低。在E区，混合液被间断的曝气，微生物就自身氧化，减少污泥产量；混合液中的硝酸盐在此段中进一步反硝化，彻底脱氮。
AOE工艺不但有去除BOD和脱氮的功能，还有除磷的作用。

2. SBR及其变种工艺
2.1. SBR-序批式活性污泥法
SBR的污水处理机理和活性污泥法相同。SBR是在单一的反应器内，按时间顺序进行进水、反应（曝气）、沉淀、排水、待机（闲置）（如图1）五个阶段的操作，从进水到待机为一个周期。这种周期周而复始，完成序批式处理。

进水期：污水在该时段内连续进入处理池，直到达到最高运行液位，并且借助于池底泵的搅动，使废水和池中活性污泥充分混合。此时活性污泥中菌胶团(由细菌、藻类、原生动物、后生动物等组成)将对废水中的有机物产生吸附作用，CODcr和BOD5为最大值。
反应期：进水达到设定的液位后，开始曝气，采用推流曝气或完全混合曝气方式，使废水中的有机物和池中的微生物充分吸收氧气，水中的溶解氧(DO)达到最大值，CODcr不断降低。可根据去处BOD5、硝化、反硝化、除磷等需要改变曝气、搅拌的操作方式。
静置期：既不曝气也不搅拌，反应池处于静沉状态，进行高效的泥水分离，COD降为最小值，随着水中的溶解氧不断降低，厌氧反应也在进行。
排水期：排除曝气池沉淀后的上清液，留下活性污泥，作为下一个周期的菌种。
闲置期：恢复活性污泥活性，排出剩余污泥。

SBR是序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。
SBR的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，其技术核心就是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。和传统污水处理工艺相比，SBR技术用时间分割的操作方式替代了空间分割的操作方式，用非稳定生化反应替代了稳态生化反应，用静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。
SBR的工艺特点：
（1）工艺简单，节省投资；
（2）理想的推流过程使生化反应推力大、效率高；
（3）运行方式灵活，脱氮除磷效果好；
（4）防止污泥膨胀的最好工艺；
（5）耐冲击负荷、处理能力强。

SBR主要工艺参数：
污泥负荷：高负荷运行0.1～0.4kgBOD/(kgMLSS·d)；
低负荷运行0.03～0.1kgBOD/(kgMLSS·d)；
MLSS：1500～5000mg/L；
周期数：高负荷运行3～4；
低负荷运行2～3；
排除比（1/m）：高负荷运行1/4～1/2；
低负荷运行1/6～1/3；
需氧量：高负荷运行0.5～1.5 kgO2 /kgBOD；
低负荷运行1.5～2.5 kgO2 /kgBOD；

2.2. CASS－连续进水周期循环曝气活性污泥系统
CASS是将可变容积活性污泥法和生物选择器原理有机地结合起来，具有同步脱氮除磷效果，以序批曝气——非曝气方式运行的充——放式间歇活性污泥处理工艺。
CASS是将SBR反应池沿池长方向分为生物选择器、预反应区（缺氧区）和主反应区（好氧区）(10)，各区容积比一般为1：5：30。生物选择器设置在CASS前端，容积约占总容积的10％，通常在厌氧或兼氧条件下运行。
生物选择器对进水水质水量具有较好的缓冲作用，通过和回流污泥及进水混合，可以加速对溶解性有机物的去除及难降解有机物的水解，同时可促进磷的释放和反硝化作用，进而改善污泥沉降性能，可有效抑制污泥膨胀。
预反应区（缺氧区）可以进一步促进释磷以及反硝化作用，还可以辅助生物选择器对水质水量起调节作用。
主反应区（好氧区）是去除有机物的主要场所，运行时，通常将主反应区的曝气强度加以控制，使反应区内主体溶液处于好氧状态，完成有机物的降解，而活性污泥内部则基本处于缺氧状态，溶解氧向污泥絮体内的传递受到限制，而硝态氮由污泥内向主体溶液的传递不受限制，从而使主反应区中同时发生有机物的降解以及同步硝化和反硝化作用。
运行时，按进水－曝气、曝气、沉淀、滗水、进水－闲置完成一个周期，其工艺原理如图3所示。

CASS主要技术特征如下：
(1) 连续进水，间断排水
(2) CASS反应池通常按曝气、沉淀、排水和闲置四个阶段根据时间依次进行。
(3) 运行过程是非稳态的，每个工作周期内，液位、反应池内混合液体积和基质浓度均是变化的，基质降解是非稳态的。
(4) 溶解氧周期性变化，浓度梯度高，氧利用效率较高。
CASS工艺的特点：
(1) 工艺流程简单，占地面积小，投资较低；
(2) 生化反应推动力大；
(3) 沉淀效果好；
(4) 运行灵活，抗冲击能力强，可实现不同的处理目标；
(5) 不易发生污泥膨胀；
(6) 适用范围广，适合分期建设；
(7) 剩余污泥量小，性质稳定。
CASS工艺主要涉及运行参数：
水力停留时间：12h；
运行周期：4.0 h；
周期内 曝气/沉淀/排水/闲置时间/：120/40～60/40/20 min；
污泥浓度 ：2.5～3.5(g/L)；
污泥负荷：0.22～0.32 kgCOD/(kgMLSS•d)；
污泥产率：0.2～0.36 kgMLSS/(去除kgCOD•d)；
污泥龄 ：15～20d；
溶解氧 ：2.0～5.0(mg/L)。
2.3. UNITANK-一体化活性污泥系统
UNITANK是由比利时SEGHERS公司开发的，具有SBR和三沟式氧化沟技术的特点，由3个矩形池组成，3个池通过彼此间隔墙上的开口实现水力相通，每个单元都配有曝气系统，可以表面曝气或鼓风曝气，中间池始终作曝气池，两个边池既可作曝气池也可作沉淀池，设有溢流堰，用于排水和排放剩余污泥。污水可以交替进入任一池，可以实现连续进水连续排水。
UNITANK运行周期包括两个主体运行阶段和两个较短的过渡阶段，两个主体运行阶段运行过程完全相同，运行方向相反，如图5所示。第一个主体运行阶段包括以下过程:
① 污水进入左侧池内,因该池在上个主体运行阶段作为沉淀池时积累了大量经过再生、具有较高吸附及活性的污泥,且污泥浓度较高,可以高效降解污水中的有机物；
② 混合液同时自左向右通过始终作曝气池的中间池,继续曝气,有机物得到进一步降解,同时在推流过程中,左侧池内活性污泥进入中间池,再进入右侧池,使污泥在各池内重新分配；
③ 混合液进入作为沉淀池的右侧池,处理后出水通过溢流堰排放,也可在此排放剩余污泥。第一个主体运行阶段结束后,通过一个短暂的过渡段,即进入第二个主体运行阶段。第二个主体运行阶段过程污水流向相反,操作过程相同。此外，通过对系统时间和空间的控制，适当增加水力停留时间，可以形成厌氧、缺氧和好氧条件，实现脱氮除磷。

UNITANK最大优势在于省去了污泥回流，3个池共用池壁，布置紧凑，且占地面积较小,基建投资省，故自问世以来已在世界范围内得到广泛应用。
3. 氧化沟（Oxidation Ditch）
氧化沟又称氧化渠或循环曝气池，因其构筑物呈封闭状的沟渠而得名。氧化沟是活性污泥法的一张改型，它把连续环式反应池作为生化反应器，混合液在其中连续循环流动。氧化沟采用带方向控制的曝气和搅拌装置，向混合液充氧和传递水平速度，从而形成循环流动。
氧化沟主要工艺参数：
BOD5去除率： 95%～99%；
污泥负荷：0.05～0.08kgBOD/(kgMLSS·d)；
MLSS：2000～5000mg/L；
水力停留时间：≤16 h；
泥龄θe：去除BOD5时，5～8d；去除BOD5并硝化时10～20d；去除BOD5并反硝化时30d；
污泥回流比R：0.5～1.0
3.1. 普通氧化沟
普通氧化沟属于低负荷延时活性污泥法。能适应水质和水量的变化，处理效果稳定，剩余污泥量少，污泥稳定程度高。

普通氧化沟的工艺特点：
（1）氧化沟内有推流和完全混合流两种液态；
（2）氧化沟内有明显的溶解氧梯度；
（3）用氧化沟可以不设初沉池。
（4）氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，它的池体狭长，池深较浅，在沟槽中设有表面曝气装置。
（5）曝气装置的转动，推动沟内液体迅速流动，具有曝气和搅拌两个作用，沟中混合液流速约为0.3～0.6m/s，使活性污泥呈悬浮状态。
3.2. 奥贝尔（Orbal）氧化沟
奥贝尔氧化沟是由若干同心渠道组成的多渠道氧化沟系统，渠道呈圆形或椭圆形。废水先引扩中心或最外面的沟渠，在其中不断循环流动的同时可以淹没式输水口从一条渠道顺序流入下一条渠道。每一条渠道都是一个完全混合的反应器，整个系统相当于若干个完全混合反应器串联在一起，废水最后从最外面或中心的渠道流出。三个环形沟道相对独立，溶解氧分别控制在0、1、2 mg/l，其中外沟道容积达50%~60%，处于低溶解氧状态，大部分有机物和氨氮在外沟道氧化和去除。内沟道体积约为10%~20%，维持较高的溶解氧（2mg/l），为出水把关。在各沟道横跨安装有不同数量转碟曝气机，进行供氧兼有较强的推流搅拌作用。
Orbal氧化沟具有以下优点：
（1）Orbal氧化沟采用曝气转盘，水深可达3.5m～4.5m， 同时可借助在各沟中配置不同数目的曝气盘，变化输入每一槽的供氧量；
（2）Orbal氧化沟圆形或椭圆形的平面形状，比沟渠较长的氧化沟更能利用水流惯性，节省能耗；
（3）多渠串联的形式可减少水流的短路现象。

3.3. 卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟
Carrousel氧化沟是由荷兰DHV公司发明的一种氧化沟。相对于普通氧化沟，该工艺渠道更深、效率更高，所使用的系统设备机械性能也大大提高。 卡鲁塞尔氧化沟是一个多沟串联系统，进水和活性污泥混合液混合后，沿水流方向在沟内不停地流动，在沟内每组池的一端各安装一台立式表曝机。
Carrousel氧化沟最大的特点是采用特殊设计的立式低速表曝机作曝气设备，由于曝气设备的不同(区别于其它水平轴式曝气装置)，使污水在混合曝气充氧的同时具有泵的局部水力提升作用，使混合液和原水得到彻底的混合。 因此氧化沟具有特殊的水力学流态，既有完全混合式反应器的特点，又有推流式反应器的特点，沟内存在明显的溶解氧浓度梯度。氧化沟断面为矩形或梯形，平面形状多为椭圆形，沟内水深一般为2.5～4.5ｍ，宽深比为2:1，亦有水深达7m的，沟中水流平均速度为0.3m/s。
Carrousel氧化沟具有以下几个主要优点：
(1)在处理某些工业废水时尚需预处理，但在处理城市污水时不需要预沉池；
(2)污泥稳定，不需消化池可直接干化；
(3)工艺极为稳定可靠；
(4)工艺控制极其简单；
(5)系统性能显示，BOD降解率达95%～98%，COD降解率达90%～95%，同时具有较高的脱氮除磷功效；
(6)Carrousel氧化沟系统不再使用卧式转刷曝气机而采用立式低速搅拌机，使沟式可增加到5m甚至8m，从而使曝气池的占地面积大大减小；
(7)Carrousel氧化沟从“田径跑道”式向“同心圆”式转化，池壁共用，降低了占地面积和工程造价。

3.4. 交替工作式氧化沟
交替工作式氧化沟是SBR工艺和传统氧化沟工艺组合的结果。目前主要有DE型（双沟交替）、T型（三沟交替）三种类型。
DE型氧化沟是丹麦克鲁格公司在间歇运行的氧化沟基础上发展的一种双沟半交替工作式氧化沟系统，它由两个串联的氧化沟和单独设立的沉淀池组成。两个氧化沟相互连通，串联运行，交替进水。沟内设双速曝气转刷，高速工作时曝气充氧，低速工作时只推动水流，基本不充氧，使两沟交替处于厌氧和好氧状态，从而达到脱氮的目的。
DE型氧化沟的特点：
（1）其二沉池和氧化沟分开，并有独立的污泥回流系统；
（2）具有良好的生物除氮功能；
（3）若在DE氧化沟前增设一个缺氧段，可实现生物除磷，形成脱氮除磷的DE型氧化沟工艺。

T型氧化沟又称三沟式氧化沟，是以三条相互联系的氧化沟作为一个整体，每条沟都装有曝气和推动循环的转刷。废水由进水配水井进行三沟的进水配水转换，氧化沟根据已设定的程序进行工艺反应。
三沟式氧化沟是氧化沟的一种典型构造型式，它实际上仍是一种连续流活性污泥法，只是将曝气、沉淀工序集于一体，并具有按时间顺序交替轮换运行的特点，其运转周期可根据处理水质的不同进行调整，从而使其运行操作更趋于灵活方便。
三沟式氧化沟的特点：
（1）采用低负荷运行，因此有机物可以有效去除，COD去除率在90％以上，且能对氨氮完成硝化；
（2）工艺流程简单，无需另设一次、二次沉淀池和污泥回流装置，使氧化沟工艺的基建投资和运行费用大为降低；
（3）氧化沟运行操作简便；
（4）脱氮运行的氧化沟比其它生物脱氮工艺费用低、TN去除效率高，因为它的循环运行方式非常适合生物脱氮的过程，不需要为反硝化而增设回流系统。

4. 生物脱氮除磷工艺
4.1. A/O法
1、 以脱氮为主的A/O工艺，宜采用缺氧/好氧工艺，基本工艺流程如下：

厌氧/好氧工艺主要技术参数如下：
项目
参数值
污泥负荷
0.20～0.50 kgBOD5/(kgMLVSS·d)
污泥浓度
2000～4000 mg/L
污泥龄θc
4～8 d
需氧量
0.7～1.1 kgO2/kgBOD5
水力停留时间
厌氧段1～2 h
好氧段5～8 h
污泥回流比 R
40%～100%
混合液回流比
100%～400%
总处理效率
80%～95%（BOD5）
75%～90%（TP）

2、 以除磷主的A/O工艺，宜采用厌氧/好氧工艺，基本工艺流程如下：

厌氧/好氧工艺主要技术参数如下：
项目
参数值
污泥负荷
0.05～0.20 kgBOD5/(kgMLVSS·d)
总氮负荷
≤0.10 kgTN/(kgMLVSS·d)
污泥浓度
2000～4000 mg/L
污泥龄θc
15～30 d
需氧量
1.1～2.0 kgO2/kgBOD5
水力停留时间
缺氧段1～3 h
好氧段7～15 h
污泥回流比 R
50%～100%
混合液回流比
100%～400%
总处理效率
90%～95%（BOD5）
60%～85%（TN）

4.2. A/A/O工艺
1、 厌氧/缺氧/好氧活性污泥法（A/A/O）
A/A/O工艺是美国在20世纪70年代开发出来的，同时具有脱氮除磷功能的工艺，其工艺流程图如下：

首段厌氧池，流入原污水及同步进入的从二沉池回流的含磷污泥，本池主要功能为促使释放磷，同时溶解性有机物被部分去除。
在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液中带入大量硝酸盐和亚硝酸盐氮还原为N2释放至空气，因此BOD5浓度下降，硝酸盐氮被去除。
在好氧池中，微生物继续氧化分解有机物，有机氮被氨化继而被硝化，使NH3-N浓度显著下降，硝酸盐亚硝酸盐氮浓度增加；随着聚磷菌的过量摄取，污水中的磷得到去除。
在厌氧菌、缺氧菌和好氧菌的共同作用下，A/A/O工艺可以同时完成有机物的去除、硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能，好氧池完成硝化功能，缺氧池则完成脱氮功能，厌氧池和好氧池联合完成除磷功能。
A/A/O工艺系统中，回流系统保证了其功能的实现。一般A/A/O系统有两条回流线路设计，一条是从好氧池到缺氧池的混合液回流，称为内回流；另一条是从二沉池至厌氧池的污泥回流，称为外回流。内回流为缺氧池的反硝化过程提供电子受体，而外回流则是为整个处理系统提供微生物。
A/A/O主要特点：
（1）厌氧、缺氧、好氧3种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能；
（2）A/A/O及其变形工艺的适应性强，能满足不同污水处理规模的工艺要求；
（3）在同时脱氮除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单；
（4）相对其它脱磷脱氮工艺，总的水力停留时间也少于其它同类工艺；
（5）在厌氧-缺氧-好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，不会发生污泥膨胀；
（6）污泥中磷含量高，一般为2.5%以上。
厌氧/缺氧/好氧工艺主要技术参数如下：
项目
参数值
污泥负荷
0.05～0.20 kgBOD5/(kgMLVSS·d)
污泥浓度
2000～4000 mg/L
污泥龄θc
10～20 d
需氧量
1.0～1.8 kgO2/kgBOD5
水力停留时间
厌氧段1～2 h
缺氧段1～3 h
好氧段6～14h
污泥回流比 R
40%～100%
混合液回流比
200%～400%
总处理效率
90%～95%（BOD5）
50%～80%（TN）
55%～80%（TN）

2、 缺氧/厌氧/好氧活性污泥法（RA/A/O，倒置A/A/O工艺）
研究发现，把常规脱氮除磷系统的厌氧、缺氧环境倒置过来，可得到更好的脱氮除磷效果。
倒置A/A/O工艺的特点在于：
（1）缺氧区位于厌氧区之前，硝酸盐在这里消耗殆尽，厌氧区氧化还原电位（ORP）较低，有利于微生物形成更强的吸磷动力；
（2）微生物厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境，其在厌氧条件下形成吸磷动力可以得到更充分利用；
（3）缺氧段位于工艺的首端，允许反硝化优先获得碳源，进一步加强了系统的脱氮能力。
（4）倒置A/A/O工艺的氮磷脱除功能明显优于常规A/A/O工艺，但有机物去除能力和常规A/A/O工艺相当。
（5）由于取消了内循环，倒置a2/o工艺在流程上更为简捷。

厌氧/缺氧/好氧工艺主要技术参数如下：
项目
参数值
污泥负荷
0.05～0.15 kgBOD5/(kgMLVSS·d)
污泥浓度
2000～5000 mg/L
污泥龄θc
10～18 d
水力停留时间
缺氧段2～4 h
厌氧段1～2 h
好氧段6～12h
污泥回流比 R
40%～120%
总处理效率
90%～95%（BOD5）
50%～80%（TN）
55%～80%（TN）

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