城镇污水生物处理工艺研究Word文件下载.docx

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小城镇污水治理是继大中城市污水治理后一个新的战略目标，由于乡镇企业经济实力弱，追求短期经济效益，对污染物基本不采取任何措施治理或者治理效益较差[2]。

因此，小城镇建设要加强基础设施建设，提高其承载能力，建设与小城镇相符的污水处理机制。

所以，研究开发适用于我国中小城镇污水处理的经济型处理技术与工艺迫在眉睫。

2污水生物处理方法原理

污水生物处理是指利用微生物的代谢作用去除污水中有机污染物的一种方法。

其基本原理为在污水构筑物种，通过微生物酶的作用，将污水中的污染物分解。

在好氧条件下污染物最终被分解成CO2、H2O和各种无机酸盐；

在厌氧条件细污染物最终形成CH4、CO2、H2、SN2、H2和H2O以及有机酸和醇等。

主要以分散的悬浮污泥如活性污泥、厌氧颗粒污泥和生物膜的形式存在。

污水生物处理过程课归纳为四个连续进行的阶段，即絮凝作用、吸附作用、氧化作用和沉淀作用。

3污水生物处理工艺

3.1人工湿地工艺

人工湿地是一个完整的生态系统，系统内部生物体和非生物体之间可以进行连续的能量和物质的交换。

与一般农业生态系统不同，它是以污水处理为目标，包括资源再生和再利用的良性循环系统[3]。

人工湿地根据其建造目的不同至少可分为四大类：

①人工生态湿地，协助天然湿地用于生物多样性的保护。

②人工抗洪湿地，用于控制洪水。

③人工水产湿地，用于农业生产和水产养殖。

④人工处理湿地，用于污水处理。

大多数人工湿地用于污水处理。

人工湿地从工程设计角度出发，按照系统布水方式的不同或谁在系统中流式不同一般分为地表流人工湿地、潜流人工湿地和垂直流人工湿地[4]。

不同类型人工湿地对特征污染物的去除效果不同，具有各自优缺点。

（1）地表流人工湿地

这种类型的人工湿地与自然湿地相似，污水中绝大部分无机污染物的去除是靠生长在植物水下部分的茎、杆上的生物膜完成。

因而这种系统难以充分利用生长填料表面的生物膜和生长丰富的植物根系对污染物的降解作用，处理能力低下。

但这类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点。

（2）潜流人工湿地

该类型湿地系统中，污水在湿地床的内部流动，因而一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截留的作用，另一方面则由于水流在地表以下流动，故具有保温性好、处理效果受气候影响小等特点。

是目前研究应用比较多的处理系统。

但投资要比地表流系统高。

（3）垂直流人工湿地

污水从湿地表面纵向流向填料床底部，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入系统。

垂直流的硝化能力高于水平潜流湿地，可用于处理氨氮量高的污水。

缺点是对有机物去除能力差、控制复杂。

3.2活性污泥法

活性污泥法其原理是利用好氧微生物的新陈代谢作用，使污水中有机污染物被降解并被转化为无害物质，使污水得以净化。

随着技术水平不断发展进步，从活性污泥法上逐渐发展起多种新污水处理工艺，如A2/O法、SBR法、MSBR法、UNITANK法、一体化氧化沟法及DAT—IAT法等，它们均具有降解BOD5和脱氮除磷的同步作用。

活性污泥法的主要设施是生化反应器或曝气池。

在曝气池中，有机污染物与活性污泥形成“混合液”，并人工曝气数小时。

其间池中微生物（主要为细菌）利用胞内酶进水或胞外酶使污水中的有机物被水中溶解氧氧化成较小分子，获得能量，并进行细胞合成。

然后混合液进入二沉池，实现污泥与水的固液分离，一部分污泥回流到曝气池，另外一部分污泥连续或间歇式废弃，以维持曝气池内微生物浓度在一定范围内[5]。

活性污泥系统的主要运行方式包括传统活性污泥法、完全混合性污泥法、阶段曝气活性污泥法、吸附—再生活性污泥法、延时曝气活性污泥法、高负荷活性污泥法以及纯氧曝气活性污泥法等。

盐浓度变化对生物系统和污泥活性也会产生影响，几句的盐浓度增加导致BOD去除率的降低[6]。

3.3AB法

AB工艺是两段活性污泥工艺，分为A段和B段，A段位吸附段,B段位生物氧化段，AB工艺的主要处理建筑物有A段曝气池、中间沉淀池、B段曝气池和二沉池等，通常不设初沉池，以A段为一级处理系统。

AB工艺的优点

（1）去除污染物效果好

经过时间证明，AB工艺在一般情况下，BOD的去除率达到90～95%，COD的去除率达到80～90%。

（2）运行稳定性好

AB工艺出水水质波动小，具有很强的耐冲击负荷能力，且AB工艺的污泥具有良好的沉降性能，一般A段的污泥指数小于60mL/g,B段的污泥指数小于100mL/g。

（3）良好的脱氮除磷效果

AB工艺脱氮效果为30%～40%，除磷效果可达50%～70%

（4）优越的经济性

AB工艺由于节省了二沉池，因此比传统一段法工艺减少15%～25%的基建投资，由于A段通过絮凝和吸附作用在短时间内可以达到40%～70%的BOD去除率，减少了耗电量。

3.4氧化沟法

氧化沟是活性污泥的一种改型，其曝气池是呈封闭的沟渠型，污水和活性污泥的混合液在其中进行不断的循环流动[7]。

氧化沟法的特点有如下几个方面：

（1）氧化沟的水力停留时间长，有机负荷低，其本质上属于延时曝气系统。

以下为一般氧化沟法的主要设计参数：

水力停留时间10～40h；

泥龄＞20d；

有机负荷0.05～0.15kgBOD/（kgMLSS·

d）；

活性污泥浓度2000～6000mg/L。

（2）工艺流程简单，进水和出水装置构筑物少

（3）曝气设备和构造型式多样化，运用灵活

（4）处理效果稳定，出水水质好，并可实行脱氮

3.5A/O及A2/O法

A/O法分为两类：

一类是厌氧/好氧工艺，另一类是缺氧/好氧工艺,A/O工艺在去除水中碳污染（BOD）的同时，能有效地去除氮和磷的污染。

在曝气池前设厌氧段的Phoredox工艺，继而又将Bardenpho工艺和Phoredox工艺相结合，发展成为修正Bardenpho法，即厌氧-缺氧-好氧系统（A2/O）。

A/O及A2/O系统作为新的污水生物处理工艺有如下特点：

（1）去除率高

A2/O法可维持较高的MLVSS，对于生活污水,在3～5h内，其BOD5、氮、磷有80%-90%以上的处理效果。

（2）节约处理药剂

（3）污泥沉降性能好，无膨胀

（4）节约动力消耗

（5）运行成本低

（6）易于将原有活性污泥系统改造成A2/O系统。

3.6SBR法

SBR是序列间歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）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，又称序批式活性污泥法。

与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。

它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是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[8]。

正是SBR工艺这些特殊性使其有以下优点：

（1）理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。

（2）运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。

（3）耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。

（4）工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。

（5）处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。

（6）反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。

（7）SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。

（8）脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。

（9）工艺流程简单、造价低。

主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。

3.7曝气生物滤池

曝气生物滤池（BiologicalAeratedFilter）简称BAF，是80年代末在欧美发展起来的一种新型生物膜法污水处理工艺。

该工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX（有害物质）的作用，其特点是集生物氧化和截留悬浮固体与一体，节省了二沉池，其容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好；

运行能耗低，运行费用省。

世界上首座BAF于1981年在法国投产，随后在美国、加拿大、日本等国得到广泛应用。

BAF在我国作为一种新工艺，正处于推广阶段。

大连市马栏河污水处理厂是我国第一个采用BAF工艺的城市污水处理厂，目前正处于试运行阶段。

许多科研单位也对曝气生物滤池结构形式、功能、启动和滤料等方面进行了详细的研究，取得了很多成果。

曝气生物滤池的特点

曝气生物滤池（biologicalaeratedfilter）与普通活性污泥法相比，具有有机负荷高、占地面积小（是普通活性污泥法的1/3）、投资少（节约30%）、不会产生污泥膨胀、氧传输效率高、出水水质好等优点，但它对进水SS要求较严（一般要求SS≤100mg/L，最好SS≤60mg/L），因此对进水需要进行预处理。

同时，它的反冲洗水量、水头损失都较大。

3.8稳定塘

稳定塘旧称氧化塘或生物塘，是一种利用天然净化能力对污水进行处理的构筑物的总称。

其净化过程与自然水体的自净过程过程相似。

通常是将土地进行适当的人工修整，建成池塘，并设置围堤和防渗层，依靠塘内生长的微生物来处理污水[9]。

主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物。

（1）能充分利用地形，结构简单，建设费用低

（2）可实现污水资源化和污水回收及再用，实现水循环，既节省了水资源，

又获得了经济收益

（3）处理能耗低，运行维护方便，成本低

（4）美化环境，形成生态景观

（5）污泥产量少

（6）能承受污水水量大范围的波动，其适应能力和抗冲击能力强

稳定塘工艺的缺点：

（1）占地面积过多

（2）气候对稳定塘的处理效果影响较大

（3）若设计或运行管理不当，则会造成二次污染

4国外小城镇生活污水处理技术

发达国家在处理农村生活处理方面进行积极探索，也取得了明显的成效。

因此，学习国外先进经验，积极创新，加快城乡生活污水的治理速度，势在必行。

当然国外的污水处理技术同样需要完善，不加研究直接照搬和完全套用国外污水处理技术难以取得成功[10]。

4.1澳大利亚“FILTER”（非尔脱）污水处理系统

澳大利亚科学和工业研究组织（CSIRO）的专家于最近几年提出一种“过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统”，称之为“非尔脱”高效、持续性污水灌溉新技术，其目的主要是利用污水进行农作物灌溉，通过灌溉土地处理后，再用地下暗管将其汇集和排出。

该系统一方面可以满足农作物对水分和养分的要求，同时降低污水中的氮、磷等元素的含量，使之达到污水排放标准。

其特点是过滤后的污水都汇集到地下暗管排水系统中，并设有水泵，可以控制排水暗管以上的地下水位以及处理后污水的排出量。

“非尔脱”系统对生活污水的处理效果好，其运行费用低，特别适用于土地资源丰富、可以轮作休耕的地区，或是以种植牧草为主的地区。

该系统实质上是以土地处理系统为基础，结合污水灌溉农作物。

4.2日本农村生活污水处理系统

生物膜是近几十年来得到迅速发展的污水处理方法。

众所周知，在自然界中存在着大量靠有机物生活的微生物，它们具有氧化分解有机物并将其转化为无机物的功能。

生物膜法就是利用微生物的这一功能，采取人工措施来创造更有利于微生物生长和繁殖的环境，使微生物大量繁殖，以提高对污水中有机物的氧化降解效率。

生物膜主要依靠固着于载体表面的微生物来生长繁殖，在载体表面形成一层粘液状的生物膜。

这层生物膜具有生物化学活性，又进一步吸附、分解污水中呈悬浮、胶体和溶解状态的污染物，使污水得以净化。

同时，生物膜上的微生物也不断生长与繁殖，生物膜的厚度也随着增加。

当生物膜达到一定厚度时，氧气不能透入到底层，这时在靠近载体表面就形成厌氧膜层，其附着力减低，生物膜呈现老化状态，最后被水流冲刷而脱落。

接着新的生物膜又开始生长形成，具有较强的净化能力。

日本农村污水处理协会采用的是生物接触氧化法，属于淹没式生物滤池类。

生物滤池是由池体、滤料、补水装置和排水系统四部分组成。

日本石井勋教授发明的“石井法”，是利用用过的乳酸饮料瓶作曝气池填料。

滤料表面积越大，生物膜数量越多，但滤料之间的空隙太小，影响通风和水流[11]。

因此，理想的滤料是表面积和空隙率都比较大。

生物膜法所需要的设备简单，能源消耗低，成本和维护费用低，而处理污水的效率高，它是今后发展的一个方向。

4.3美国的高效藻类塘系统

美国加州大学伯克利分校的Oswald提出并发展的高效藻类塘是对传统稳定塘的改进，其充分利用菌藻共生关系，对污染物进行处理［12］。

正因其最大限度地利用了藻类产生的氧气，塘内的一级降解动力学常数值比较大，故称之为高效藻类塘。

高效藻类塘较传统的稳定塘停留时间短，占地面积少；

建设容易，维护简便，基建投资少，运行费用低；

BOD5、NH4+-N、病原体等去除效率高；

若高效藻类塘后接的是高等水生生物塘，则其中的水生生物不但可以除藻，降低出水的SS，而且能进一步去除水中的氮磷，同时收割的高等水生植物可以作为优良的饲料和肥料。

缺点：

它受环境因素影响明显，温度影响生物的组成，营养物的需求，新陈代谢的特点和反应速率；

pH影响生物的适应能力，离子输送和新陈代谢的速率。

4.4荷兰的一体化氧化沟

最早的一体化氧化沟是Pasveee教授1954年在荷兰Voorfshoten研制成功，是一种集曝气、沉淀、泥水分离、污泥回流等功能于一体的技术，适合中小型污水处理厂的应用。

该工艺具有流程短，构筑物和设备少，不设初沉池、调节池和单独的二沉池，污泥自动回流，投资少，能耗低，占地少，管理简便；

处理效果稳定可靠，BOD5和SS去除率在90～95%或更高，COD去除率在85%以上，且硝化、脱氮作用明显；

产生的剩余污泥量少，不需硝化，污泥性质稳定，易脱水，不带来二次污染；

固液分离效果比一般二沉池高，整个系统能在较大的流量浓度范围内稳定运行；

污泥回流及时，减少了污泥膨胀。

缺点是难以形成功能相对独立的厌氧、缺氧和好氧区域，对除磷脱氮要求较高的场合稳定性较差；

固液分离器内斜板（或类似组件）强化了分离效果，但由于污水污泥具有粘稠性，且易形成生物粘膜，斜管或斜板有堵塞和淤积的可能，会增加维护工作量;

由于污水流量和本质的变化，氧化沟内的流速和出流量总是变化的，污泥层难以稳定，有可能出现浮泥，增加出水的SS。

4.5“LIVINGMACHINE”生态处理系统

近年来，在美国、加拿大、英国、澳大利亚等国家出现了一种叫“LIVINGMACHINE”的生态系统，适用于工业和生活污水的处理。

其技术基础是活化技术，活化技术是采用多种生物形式在人工装置中，建立新的物种联系，从而进行某种净化处理。

加拿大多伦多市BODYSHOP工厂内就建有这样的一个处理系统。

它的设计和施工的原则均是利用自然生态系统将污水净化，是一个较为完善的生态系统。

在这个系统中，污水首先进入封闭在地下的无氧箱，一段时间后进入有氧箱，空气由底孔吹入，在此氨氮在细菌的作用下分解为硝化物，其后流入生物综合池。

在池内，其中的藻类、单细胞有机体、鱼类、水生及沼泽植物等一系列丰富的生物混合体将对水中的营养物继续分解，随后污水流经地下湿地，通过植物根系作用及沙石的过滤，硝化物在此转变为氮气，污水被初步净化。

这种污水处理的生态系统有美观、耐用、体积小、费用低的特点。

5小结

（1）当小城镇具有天然的湿地或者天然废塘、荒地、洼地时，应优先选用相应人工湿地法或稳定塘法，节约建造成本，减少耕地的使用；

缺水地区的小城镇可采用稳定塘法；

位于风景游览区、湖泊和港湾等地区的小城镇，可采用SBR法，保证出水水质稳定可靠，防止水体营养化。

（2）当小城镇已经拥有污水处理厂，但需要进行扩建和改造时，可以考虑A2/O法SBR法，这2种方法都可以在原有污水处理厂的基础上改造建设。

（3）不具备上述条件的小城镇，可根据本地的经济、技术、气候等条件，选择合适的污水处理工艺，建议优先选择氧化沟法和SBR法。

参考文献

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