水处理教案清华大学精品课程2.docx
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水处理教案清华大学精品课程2
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第五章废水好氧生物处理工艺（3）——其它工艺
第一节氧化沟工艺
氧化沟也称氧化渠，又称循环曝气池，是活性污泥法的一种变形；是20世纪50年代荷兰的Pasveer首先设计的；最初一般用于日处理水量在5000m3以下的城市污水。
一、氧化沟的工作原理与特征
1、氧化沟的工艺流程
图1氧化沟及氧化沟系统平面图
图2以氧化沟为主的废水处理流程
2、氧化沟的特征
①池体狭长，（可达数十米甚至上百米）；池深度较浅，一般在2米左右；
②曝气装置多采用表面机械曝气器，竖轴、横轴曝气器都可以；
③进、出水装置简单；构造上的特征
④氧化沟呈完全混合推流式；沟内的混合液呈推流式快速流动（0.40.5ms），由于流速高，原废水很快就与沟内混合液相混合，因此氧化沟又是完全混合的；
⑤BOD负荷低，类似于活性污泥法的延时曝气法，处理出水水质良好；
⑥对水温、水质和水量的变动有较强的适应性；
⑦污泥产率低，剩余污泥产量少；
⑧污泥龄长，可达1530d，为传统活性污泥法的36倍；
⑨世代时间很长的细菌如硝化细菌能在反应器内得以生存，从而使氧化沟具有脱氮的功能。
二、氧化沟的几种典型的构造型式
目前主要的氧化沟形式有：
Carrousel氧化沟、Orbal氧化沟、交替工作式氧化沟、曝气—沉淀一体化氧化沟等四种。
1、Carrousel式氧化沟（图3）
Carrousel式氧化沟又称平行多渠形氧化沟；是60年代末荷兰DHV公司开创的。
采用竖轴低速表面曝气器；水深可达44.5m，沟内流速达0.30.4ms；混合液在沟内每520min循环一次；沟内混合液总量是入流废水量的3050倍；BOD5去除率可达95%以上，脱氮率可达90%，除磷效率可达50%；应用广泛，最大规模为650000m3d；在国内主要有昆明兰花沟污水处理厂、上海龙华肉联厂、桂林市东区废水厂等。
2、Orbal氧化沟（图4）
Orbal氧化沟又称同心圆型氧化沟，其主要特点如下：
①圆形或椭圆形的沟渠，能更好地利用水流惯性，可节省能耗；
②多沟串联可减少水流短路现象；
③最外层第一沟的容积为总容积的6070%，其中的DO接近于零，为反硝化和磷的释放创造了条件；
④第二、三沟的容积分别为总容积的2030%和10%，而DO则分别为1和2mgl；
⑤这种沟渠间的DO浓度差，有利于提高充氧效率；
Orbal氧化沟在国内的主要工程实例有：
①抚顺石油二厂废水处理站（28,800m3d）；②北京燕山石化公司新建废水处理厂（60000m3d）；③成都市天彭镇污水处理厂。
3、交替工作氧化沟
交替工作氧化沟由丹麦Kruger公司所开发的，有二沟和三沟式两种形式；其主要特点是其中的每一条沟均交替用做曝气池和沉淀池，而无需二沉池和污泥回流装置；但其中的曝气转刷的利用率较低，D型二沟只有40%，三沟式则提高到了58%；
图5：
VR型氧化沟图6：
D型氧化沟
图7：
三沟交替工作的氧化沟
其中的三沟式氧化沟，特点如下：
①两侧的A、C二沟交替地作为曝气池和沉淀池，而B沟则一直充作曝气池；②原废水交替地从A沟和C沟进入，而出水则相应地从C沟及A沟流出；③曝气器的利用率较高（58%）；④交替运行的方式，为脱氮创造了条件，有良好的BOD去除效果和脱氮效果。
交替工作氧化沟的主要工程实例：
①邯郸市东污水处理厂（100000m3d），三沟；②苏州市河西污水处理厂（80000m3d），三沟；③南通市污水处理厂（25000m3d），五沟。
4、曝气沉淀一体化氧化沟
一体化氧化沟是20世纪80年代由美国开发的，主要有：
侧沟型（图8）、BMTS型（图9）、船型（图10）
三、氧化沟的设计参数
当处理对象为城市废水时，各项设计参数可参考如下：
MLSS（X）5000mgl；
MLVSS（Xv）20004000mgl；
污泥龄（c）①当仅要求BOD5去除，c=58d；②当要求硝化反应时，c=1030d；
HRT（t）20、24、36、48h，应根据对出水水质的要求而定；
LsBOD0.030.07kgBODkgMLSS.d；
LvBOD0.10.2kgBODm3.d；
回流比R50150%
v（混合也在沟渠内的流速）0.40.5ms；
v’（沟底流速）0.3ms。
当对氧化沟要求硝化与反硝化功能时，还应考虑反硝化所需的容积。
四、氧化沟工程实例昆明兰花沟废水处理厂
昆明兰花沟污水处理厂工艺流程图
昆明兰花沟污水处理厂平面布置图
1、昆明兰花沟污水处理厂的基本情况：
昆明兰花沟污水处理厂所处理的原污水中生活污水约占50%，另外50%为以食品加工和化工生产废水为主的工业废水。
原污水水量在旱季时为55000m3d，在雨季时为165000m3d。
原水水质及经过污水厂处理后的出水水质如下表所示：
项目
pH
BOD5
COD
TN
TP
SS
NH3-N
TKN
单位
（mgl）
（mgl）
（mgl）
（mgl）
（mgl）
（mgl）
（mgl）
原废水
旱季
6.5-9.0
180
30
2-4
200
--
--
雨季
--
120
20
--
150
--
--
处理出水
7.0-8.0
<15
<50
<10
<1.0
<15
<1.0
<6.0
2、昆明兰花沟污水处理厂的主要设计参数如下：
BOD5污泥负荷0.05kgBODkgMLSS.d；
BOD5容积负荷0.2kgBODm3.d；
MLSS4000mgl；
污泥龄>30d；
污泥回流比100%。
DO值：
厌氧池0mgl释放回流污泥中的P；
氧化沟I0.5~1.0mgl降解BOD、硝化反应；
氧化沟II0~0.5mgl硝化、反硝化反应；
富氧池>2.0mgl吸收磷（过量）。
第二节A－B（吸附－生物降解）法工艺
AB法工艺即吸附——生物降解（Adsorption--Biodegradation）工艺，是由德国亚琛大学Bohnke教授于20世纪70年代中期开创的。
一、AB法的工艺流程及特征
1、AB法的工艺流程
2、AB法的主要特点：
从工艺流程来看，AB法的主要特点为：
①在AB法中不设初沉池，由吸附池和中间沉淀池组成的A段为一级处理系统；②B段则由普通的曝气池和二沉池组成；③因此在AB法中的A、B两段各自拥有独立的污泥回流系统，从微生物的角度来看，AB两段是完全分开的，各自拥有各自独特的微生物群体，有利于分别高效发挥各自的功能，且有利于整个系统的功能稳定。
3、AB法中A段的特征
由于在AB法中未设初沉池，这样就可以使原废水中的微生物全部进入吸附池，使A段成为一个开放性的生物反应器；这在AB法开创之初，研究者认为，城市废水是通过长距离的废水收集管道系统经长时间后才汇集到污水处理厂的，在这样的一个过程中，一定会有适应很强的细菌在废水收集系统中成长起来，这些细菌具有很强的适应性；因此，A段的负荷可以很高，有利于增殖速度快、适应能力强的微生物生长；A段对废水中的BOD对去除率约为4070%，并可使出水的可生化性有所提高，有利于废水在B段中的继续降解；由于负荷较高，所以在A段中的剩余污泥的产率较高，污泥具有很强的吸附能力；在A段中，微生物对废水中有机物的去除，主要是依靠污泥絮体的吸附作用，其中生物降解作用只占13左右。
4、AB法中B段的特征
AB法中的B段实际上就是一个普通的活性污泥系统，但其来水为经过A段处理后出水，因此其水质和水量均较稳定，有利于活性污泥功能的充分发挥；一般来说，其所承担的负荷约为全流程总负荷的3060%；根据工艺设计的不同，在B段中的污泥龄一般较长，因此有利于硝化反应。
二、AB法的主要设计参数
当处理城市废水时，AB法的主要工艺参数如下：
A段：
①污泥负荷率：
2.06.0kgBODkgMLSS.d；②水力停留时间（HRT）：
30min；③污泥龄（c）：
0.30.5d；④溶解氧（DO）：
0.20.7mgl。
B段：
①污泥负荷率：
0.150.3kgBODkgMLSS.d；②水力停留时间（HRT）：
2.03.0h；③污泥龄（c）：
1520d；④溶解氧（DO）：
1.02.0mgl。
三、AB法的处理工程实例
青岛海泊河污水处理厂的设计规模为8~12万m3d，其中工业废水约占23，主要是纺织、机械、轻工等工业废水，污水处理厂的汇水面积为24km2，服务人口53万人，其所处理的污水量占全市总污水量的40%，工程总投资1.39亿元。
由于原废水的有机物浓度高，约为一般城市废水的34倍，且其BOD中约5055%为悬浮固体，因此很适合于采用AB法进行处理。
青岛海泊河污水处理厂的工艺流程如下所示：
原废水与处理后的出水水质如下表所示：
（mgl）
BOD5
COD
NH3-N
TP
SS
原废水
800
1500
100
8
1100
处理水
40
150
3
40
该厂的主要设计参数为：
①A段曝气池：
水力停留时间（t）为0.8h；污泥负荷为4.0kgBOD5kgMLSS.d；池中DO浓度控制为0.5mgl；其污泥的平均耗氧率为0.38kgO2kgBOD5；
②中间沉淀池：
表面水力负荷为2.0m3m2.d；水力停留时间为1.3h；
③B段曝气池：
水力停留时间（t）为4.2h；污泥负荷为0.37kgBOD5kgMLSS.d；曝气池中的DO浓度控制为1.5mgl；其污泥的平均耗氧率为0.93kgO2kgBOD5；
④二次沉淀池：
表面水力负荷为1.1m3m2.d；水力停留时间为3.9h。
第三节序批式间歇反应器（SBR）工艺
序批式间歇反应器（SequenceBatchReactor——SBR）工艺又称间歇式活性污泥法。
一、SBR的工作原理
在SBR工艺中，主要的反应器只有一个曝气池，在该曝气池中循序完成进水、曝气、沉淀、排水等功能，因此在SBR工艺中反应池内的运行一般可以分为如下的五个工序：
①进水；②曝气反应；③沉淀：
静止沉淀，效果良好；④排水；⑤闲置
二、SBR的工艺流程与特征
1、SBR的工艺流程
SBR的工艺流程如下所示：
从上述的工艺流程可以看出，与传统的活性污泥法工艺相比，SBR工艺的流程更简单，主要表现在以下几个方面：
①在SBR工艺中无需设置二沉池，也无需污泥回流系统；②有时还可以不设初沉池，因为在SBR工艺中，一般设计负荷较低，同时由于SBR反应器从时间上来看是一种推流式反应器，具有相对较高的基质降解速率，所以可以降解进水中较多的有机物；③这样简捷的处理流程有利于平面布置，节省占地。
2、SBR工艺的主要特征
与传统活性污泥工艺相比，SBR工艺主要具有以下主要特征：
①无需设置二沉池，其曝气池兼具二沉池的功能；
②无需设置污泥回流设备；
③在处理某些工业废水时，一般无需设置调节池，曝气池可以兼作调节池；
④由于SBR的运行过程中，会使得其中的活性污泥交替处在好氧、缺氧状态，且反应器从时间上来看呈典型的推流式，因此其活性污泥的SVI值较低，易于沉淀，一般不会产生污泥膨胀现象；
⑤易于维护管理，如运行管理得当，处理出水水质将优于连续式；
⑥通过对运行方式的适当调节，在单一的曝气池内可完成脱氮和除磷的效果；
⑦易于实现自动化控制。
3、SBR工艺的设计
关于SBR的工艺计算与设计，目前尚未建立完全适合于自身特点的计算与设计方法，但有众多的研究者提出了各自的设计与计算方法；SBR实际上是传统活性污泥法的一个变形，可沿用传统活性污泥法的计算公式、设计参数；一般仍用有机负荷法来确定SBR曝气池容积，即：
式中：
V反应器的有效容积，m3；
n在1天内运行的周期数；
Q在每一周期内进入反应器的废水量，m3；
Si原废水的平均BOD5值，kgBOD5m3；
LvBODBOD容积负荷，kgBOD5m3.d，一般为0.1~0.3kgBOD5m3.d。
三、工程实例
1、美国Indiana州的Culver市城市废水处理厂
从1980年开始改为间歇式运行，有两座反应器，容积均为440m3，其运行数据如下表所示：
流量周期
（m3）
MLSS
（mgl）
LsBOD
（kgBODkgSS.d）
污泥龄
（d）
污泥产率
（kgSSkgBOD）
能耗
（kwhkgBOD）
1
95
3450
0.1
3.8
0.56
3.3
2
160
1950
0.25
9.5
0.82
2.1
在一个运行周期内的时间安排：
进水
反应
沉淀
排放
待机
一个周期
1
2.9
0.7
0.7
0.7
1.0
6.0
2
3.1
0.4
0.7
0.7
1.1
6.0
运行效果如下表所示：
原废水
处理水
BOD5
SS
TP
NH3-N
BOD5
SS
TP
1
130~
170
100~
120
6.2~
8.5
23~
28
3
4
0.6
2
6
9
1.1
第四节膜生物反应器（MBR）工艺MembraneBiologicalReactor
一、膜生物反应器的工作原理
膜生物反应器是由膜分离技术与生物反应器相结合的生化反应系统，即利用分离效果非常好的膜分离系统代替传统好氧生物处理工艺中的二沉池，提高泥水分离效果，可以获得很高的出水水质。
膜生物反应器的工艺流程图
实际上，膜生物反应器最早于上世纪60年代就出现在酶制剂工业中，在水处理工程中的应用开始于70年代初期，到80年代中后期，膜生物反应器在水处理工程中的应用有了很大的进展。
二、膜生物反应器的主要类型
膜生物反应器可以有多种分类方法，简述如下：
①在膜生物反应器中，所应用的生物反应器可以有不同的类型，如：
好氧生物反应器、厌氧生物反应器等；
②所应用的膜可以有不同的类型，如：
超滤膜（UF，0.010.04m）、微滤膜（MF，0.10.2m）、萃取膜（具有选择性）；
③膜的材料也可以各不相同，如：
陶瓷、醋酸纤维（CA）、聚砜（PS）、聚丙烯晴等；
④膜的结构也各不相同，如：
中空纤维、管式、平板式等；
⑤还可以按生物反应器与膜单元的结合方式进行划分，可分为：
一体式、分离式、隔离式等三种膜生物反应器。
1、一体式膜生物反应器
其主要特点如下：
①膜组件浸没在生物反应器中；②出水需要通过负压抽吸经过膜单元后排出；③主要优点有：
体积小、整体性强、工作压力小、节能、不易堵塞等；④主要缺点为：
膜的表面流速小、易污染、出水不连续等。
2、分离式膜生物反应器
在分离式膜生物反应器中生物反应器与膜单元相对独立，通过混合液循环泵使得处理水通过膜组件后外排；其中的生物反应器与膜分离装置之间的相互干扰较小。
3、隔离式膜生物反应器
在隔离式膜生物反应器中所采用的膜是选择性萃取膜，它能将将废水与生物反应器完全隔离开，具有选择性的萃取模只容许原废水中的目标污染物透过，并进入生物反应器而被降解，废水中其它对生物具有毒害的物质则不能进入生物反应器，这样可以提高生物反应器的效能；而废水中的有毒有害物质则可以单独通过其它物化的方法进行处理。
三、膜生物反应器的主要特点
与传统生物法相比，膜生物反应器具有以下主要特点：
①可以使SRT与HRT完全分开，在维持较短的HRT的同时，又可保持极长的SRT；
②膜截流的高效性可以使世代时间长的如硝化菌等在生物反应器内生长，因此脱氮效果较好；
③可以维持很高的MLSS；
④膜分离可使废水中的大分子颗粒状难降解物质在反应器内停留较长的时间，最终得以去除；
⑤可溶性大分子化合物也可以被截留下来，不会随出水流出而影响出水水质，最终也可以被降解；
⑥膜的高效截留作用可使出水悬浮物浓度极低。
四、工程实例
系统类型
好氧
分离式
好氧有压分离式
好氧负压分离式
好氧
一体式
好氧
一体式
厌氧
分离式
好氧
分离式
好氧
隔离式
系统功能
饮用水除氯
污水处理
污水处理
污水处理
污水处理
淀粉厂污水
含油污水处理
去除
有毒物
温度（C）
45
31.5
20.0
37
2340
30
pH值
4.58.5
6.5
7.0
5.3
6.5
HRT（h）
0.51.0
5.8
16
24
19
21.6
0.5
SRT或SSRT（h）
139.2
544200
10080
744
MLSS或SS（gl）
1.82.1
10.9
1012
15
28.7
污泥负荷（kgm3.d）
2.8
（NO3-N）
5.4
（BOD5）
0.44
（BOD5）
1.0
（COD）
22
（BOD5）
3.06.3
膜类型
UF
UF
MF
MF
UF
MF
UF
萃取膜
膜孔径（m）
0.01
0.04
0.1
0.1
0.03
0.2
膜结构
中空纤维
管式
中空纤维
中空纤维
中空纤维
平板
膜材料
CA
PSF
PS
PE
硅橡胶
膜面流速（ms）
2.0
5.07.0
透水率
（lh.m2.bar）
100160
56262
10
16100
110
4.2
63.6
工作压力（bar）
2.5
15
1.0
0.1
0.10.5
2.0
第五节曝气生物滤池工艺
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