污水处理工艺选择

污水处理工艺选择

污水处理工艺的选择应根据设计进出水水质、处理率要求、用地面积和工程规模等多因素进行综合考虑，各种工艺都有其适用条件，应视具体情况而定。

根据排放水体要求，本工程要求的出水水质标准很高，BOD5、SS、NH3-N、TP的去除率要求达到85.7%、90%、73.3%和66.7%以上，因此，应慎重选择污水处理工艺。

根据上述水质处理率要求，本工程最合适的污水处理工艺应是生物脱氮除磷工艺，除磷比脱氮更重要。在满足生物脱氮除磷要求的前提下，BOD5、COD和SS的去除率均可满足处理要求。

1、常规二级处理工艺

我国现行的《室外排水设计规范》GB 50014-2006(2016年版)给出了污水处理厂的处理效率（即污染物的去除率），仅能有效地去除BOD5、CODcr和SS，而对氮和磷的去除却是有一定的限度。当污泥不进行厌氧稳定而采用好氧稳定时，需要足够的泥龄，为之必然有硝化反应的存在，这将需要提供大量的氧源。为回收部分氧源，减少能耗，应进行反硝化。同时，为消除水体中富营养化的元凶，应考虑除磷。

在常规二级活性污泥中，不同的污染物是以不同的方式去除的。污染物的去除决定了污水处理工艺流程。

1.1、SS的去除

（1）污水中SS可利用沉降法去除，污水中的大尺度的无机及有机颗粒一般通过自然沉淀就可去除，小尺度的有机颗粒靠微生物的降解作用去除，而小尺度的无机颗粒（包括尺度大小在胶体和亚胶体范围内的无机颗粒）在活性污泥法中则靠活性污泥絮体的吸附、网络作用与活性污泥絮体同时沉淀被去除。

（2）污水处理厂出水中悬浮物浓度不单涉及到出水SS指标，出水的BOD5、CODcr等指标也与之有关。这是因为组成出水悬浮物的主要是活性污泥絮体，其本身的有机成分就很高，因此使得出水的BOD5、CODcr均增加。所以控制污水处理厂出水的SS指标是最基本的，也是很重要的。

1.2、BOD5的去除

（1）污水中BOD5分为可沉部分与不可沉部分。可沉部分原则上利用其沉降性能与可沉部分的无机物同时在所谓的一级处理构筑物中去除，进入生物处理构筑物之后的去除是靠微生物的吸附作用和微生物的代谢作用；然后对污泥与水进行分离来完成的。

（2）在活性污泥与污水接触的初期，就会出现很高的BOD5去除率，这是由于污水中的有机 颗粒和胶体被絮凝和吸附在微生物表面的物理性能，从而被去除所致。但是这种吸附作用主要对污水中的悬浮物和胶体起作用，对溶解性BOD5的去除不明显。因此该阶段这种吸附作用去除BOD5，其出水中残余的BOD5仍然很高，属于部分净化。

（3）活性污泥中的微生物在有氧的条件下将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞，将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是CO2和H2O等稳定物质，这就是污水中BOD5的降解过程。在这种合成代谢与分解代谢过程中，溶解性有机物（例如低分子有机酸等易降解有机物）直接进入细胞内部被利用，而非溶解性有机物则首先被吸附，而微生物的好氧代谢作用对污水中的溶解性有机物和非溶解性有机物都作用，并且代谢产物是无害的稳定物质，因此可以使处理后污水中的残余BOD5浓度很低。

1.3、CODcr的去除

（1）污水中CODcr可生化部分去除的原理与BOD5基本相同。污水处理厂出水中的剩余CODcr，即CODcr的去除率，取决于与原污水的可生化性，它与城市污水的组成有关。

（2）对于那些主要以生活污水及其成分与生活污水相似的加工废水组成的城市污水，这种城市污水的BOD5/CODcr比值往往接近0.5甚至大于0.5，其污水的可生化性较好，出水中CODcr值可以控制在较低的水平。而成分主要以工业废水为主的城市污水，或BOD5/CODcr比值较小的城市污水，其污水的可生化性较差，处理后污不中残存的CODcr会较高，要满足出水CODcr≤60mg/L有一定的难度。

2、生物脱氮除磷基本原理

污水脱氮除磷可供选择的处理方法通常有生化处理法及物理化学法两大类。物化法的缺点是耗药量大、污泥多、运行费用高，因此，城市污水处理厂一般不推荐采用。为降低运行成本，国内外业内人士在六十年代开始已经探讨生物去除的方法，在八十年代后期逐步实现工业化流程。

2.1、生物脱氮

（1）氮是蛋白质不可缺少的组成部分，因此广泛用于城市污水之中。在原污水中，氮以NH3-H及有机氮的形式存在（这两种形式的氮合在一起称之为凯氏氮，用TKN表示）。一般情况下城市污水中硝态氮的量很低，有的几乎为零。

（2）氮也是构成微生物的元素之一，是细胞体内蛋白质组成部分之一，在生物处理法中成为剩余污泥而去除。这部分氮量约占被去除BOD5的5%。

（3）在有机物被氧化的同时，污水中的有机氮也被转化成氨氮，在溶解氧充足、泥龄足够长的情况下被进一步氧化成硝酸盐。因为氮在水体中是藻类生长所需的营养物质，造成水体的营养化，因此氮是污水处理厂出水的控制指标之一。

（4）脱氮菌在缺氧的情况下可以利用硝酸盐（NO3--N）中的氧作为电子受体，氧化有机物，将硝酸盐中氮还原成氮气（N2），从而完成污水的脱氮过程。生物脱氮工艺是目前广泛采用 的污水处理工艺。

（5）由此可见，要达到生物脱氮的目的，硝化是先决条件，系统必须维持在较低的污泥负荷条件下运行，使得系统的泥龄大于维持硝化所需的最小泥龄。因此控制污泥龄达到一定时，就可以达到硝化及反硝化的目的。

（6）反硝化必须在硝化反应完成后进行，但是按照硝化→反硝化的顺序进行反应，即采用后置反硝化的形式，则因污水中的碳源不足，微生物靠内源呼吸获得能量，使得反硝化速率很低。为了提高反应速率必须向污水中投加碳源，例如甲醇，以增加反硝化速率。采用外加碳源的后置反硝化的优点是能够达到很高的脱氮率，使得出水中的TN含量很低。缺点是增加了投加设备和投加有机碳的费用；要得到较高的反应速率需要投加过量的有机碳，使得出水中有机碳的含量增加，往往需要进程脱碳处理；外加有机碳使得剩余污泥量有所增加，一般投加1kg甲醇产生的污泥量为0.2kg。

（7）为了克服后置脱氮的上述缺点，发展出了前置脱氮工艺，如A/O法，其原理是将硝化好的富含硝酸盐的混合液回流至曝气池前端的缺氧段，利用进水中的BOD5作为碳源进行反硝化。因为进水中的碳源充足，反应速度较高，在脱氮的同时还可以使污水中大量的有机物氧化分解，使BOD5的降解和脱氮在工艺流程上得到统一。所以技术是合理的，运行上是经济、可靠和高效的。

（8）按上述生物脱氮原理，要进行脱氮，必须具有缺氧/好氧过程。生物脱氮系统中，硝化菌增长速度较缓慢，则要有足够的污泥龄；反硝化菌的生长主要在缺氧条件下进行，要有充足的碳源提供能量，才可以使反硝作用顺利进行。因此，A/O系统设计中污泥龄和进水碳氮比为主要控制参数。

2.2、生物除磷

（1）生物除磷是污水中的聚磷菌在厌氧条件下，受到压抑而释放出体内的磷酸盐，产生能量用以吸收并快速降解有机物，转化为PHB（聚β羟丁酸）储存起来。当这些聚磷菌进入好氧条件下时就降解体内储存的PHB产生能量，用于细胞的合成和吸磷，形成含有高浓度磷的污泥，磷则随剩余污泥一起排出系统，从而达到除磷的目的。

（2）据资料介绍，在厌氧段释放1mg的磷吸收储存的有机物，经好氧分解后产生的能量用于细胞合成、增殖，能够吸收2～2.4mg的磷。因此磷的吸收取决于磷的释放，而磷的释放取决于污水中存在的可快速降解的有机物的含量。一般来说，这种有机物与磷的比值越大，除磷效果越好。一般的活性污泥法，其剩余污泥中的含磷量为1.5～2%，采用生物除磷工艺的剩余活性污泥中磷的含量可以达到传统活性污泥的2～3倍，在设计中往往采用4%。

（3）生物除磷工艺的前提条件是聚磷菌必须在厌氧条件下受到抑制，而后进入好氧阶段才能增大磷的吸收量。因此，污水除磷的处理工艺必须在曝气池前设置厌氧段。这种流程也就是目前国内外大力推荐的生物除磷、脱氮的A2/O工艺（包括其变种），即厌氧/缺氧/好氧工艺。

（4）通过生物脱氮除磷原理的认识，针对³³市城市污水处理的要求，最佳的污水处理工艺是生物脱氮除磷工艺。在满足生物脱氮除磷的前提下，BOD5、CODcr及SS都可以得到解决。

3、生物脱氮除磷工艺的可行性

（1）BOD5：N：P的比值是影响生物除磷脱氮的重要因素，氮和磷的去除率与BOD5/N和BOD5/P比值有关。更确切地说是随着被去除的氮△N、被去除的磷△P和被去除的BOD5（△BOD5）的比值的增大而增大。有资料介绍和实际运行材料证明，△BOD5/△N＞3，△BOD5/△P＞30时能取得脱氮和除磷的效果。

（2）本项目进水△BOD5/△N=5.45，△BOD5/△P=60，能满足生物脱氮除磷 的要求。因此，本工程采用生物脱氮除磷工艺是可行的。

4、推荐工艺技术特点

目前，用于城市污水处理具有一定脱氮除磷效果的污水处理工艺有多种形式。根据招商文件要求及本工程初步设计文件，本工程污水处理工艺采用《³³省³³市中心区城市污水处理厂初步设计》文件选用的Carrousel2000型氧化沟工艺。

4.1、氧化沟工艺简介

（1）氧化沟又称循环曝气池，因其构筑呈封闭的沟渠而得名，可视为一种环流式完全混合反应器。它是五十年代初期发展起来的一种污水处理工艺形式，是传统活性污泥工艺一种变形。氧化沟一般呈环形沟渠状，平面多为椭圆形或圆形，总长可达几十米，甚至百米以上。污水和混合液在沟内作连续循环流动，一般污水进入沟中平均要循环几十圈才流出沟外，因此从氧化沟的水流混合特性来看，既有完全混合式反应器的特点，也有推流式反应器特点。由于其强大的环流量，对原污水的稀释能力强，因而抗冲击负荷能力十分强。氧化沟运行需要强有力的推流力，所以曝气设备需要兼有曝气和推流的功能，常见的曝气设备有水平轴转刷、转碟、垂直轴叶轮表曝机等。由于采用表曝充氧，与传统的鼓风曝气相比，氧化沟的深度受到限制，但氧化沟的曝气系统大为简化，维护、运行非常方便。氧化沟工艺都采用低负荷或超低负荷，水力停留时间一般也较传统工艺长，而且由于泥龄较长，剩余污泥量小于一般活性污泥法，并且得到一定程度的好氧稳定，污泥出路合适时不再需要进行污泥消化处理。

（2）经过几十年的实践和发展，氧化沟成为行之有效的污水生化处理方法之一。尤其对于中小规模的污水处理厂，氧化沟工艺往往是恰当的选择，具有如下的特点。

①简化工艺流程、操作管理方便

如果采用表面曝气装置曝气，氧化沟对前级处理要求相对较低，当活性污泥在系统中采用较长泥龄时，排出的剩余污泥已得到高度稳定，因此不再需要进行厌氧处理，只需进行浓缩与脱水处理，简化了流程，相应地方便了管理。

②运行方式灵活，可实现除磷脱氮

氧化沟型式多样，但无论是单沟系统或多沟系统，圆形、椭圆形或马蹄形等，均能方便地设置多个进水点和回流污泥点，采用适当的出水方式，控制转刷曝气的淹没深度和转动速度来调节池中溶氧量，可以使氧化沟形成功能明确的厌氧、缺氧、好氧区段，并方便相互调节，实现除磷脱氮。

③抗冲击、出水水质良好

氧化沟是环流型完全混合生化反应池，由于环流量大，所以稀释能力强，因此对进水水量、水质的变化适应能力好。实践证明，氧化沟具有良好的处理出水水质，且运行可靠性、稳定性高。