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一、二、三級污水處理工藝,超細致講解!

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一、二、三級污水處理工藝,超細致講解!

發布日期:2018-04-20 作者: 點擊:

一、二、三級污水處理工藝,超細致講解!


貴陽污水處理城市污水處理技術作為環境學科的一個分支 ,就我國目前的狀況來看, 整體上已有了很大的進步 ,但還落后于我國城市發展的水平。近些年來, 雖然研究 、開發了一些設備和工藝 ,但總體上主要是借鑒和引進國外的一些先進工藝、經驗和設備。以前運用較多和正在開發、研究的城市化工廠污水通常為一級、二級 、三級處理工藝流程,下面和小七一起來看看吧。

 

1污水處理基本方法按處理方法的性質分為:

 

1)物理方法:格柵過濾、沉淀法、浮選法、離心分離、膜分離法等

2)化學方法:混凝、化學沉淀、中和、萃取、氧化還原、電解等

3)生物方法:好氧、厭氧法

 

2按不同的處理程度和處理任務可分為:

 

1)一級處理:機械處理

2)二級處理:主體工藝為生化處理

3)三級處理:控制富營養化和重新回用

 

3污水處理工藝流程


污水的一級處理

 

1.格柵

分類:按形狀可分為平面格柵、曲面格柵;按柵條的間隙分為粗格柵、中格柵、細格柵。

 

貴陽污水處理工作原理:由一種獨特的耙齒廠裝配成一組回轉格柵鏈。在電機減速器的驅動下,耙齒鏈進行逆水流方向回轉運動。耙齒鏈運轉到設備的上部時,由于槽輪和彎軌的導向,使每組耙齒之間產生相對自清運動,絕大部分固體物質靠重力落下,而另一部分則依靠清掃器的反向運動把粘在耙齒上的雜物清掃干凈,這樣的原理。


2.沉砂池

作用:從污水中分離密度較大的無機顆粒,保護水泵和管道免受磨損,縮小污泥處理構筑物容積,提高污泥有機組分的含率,提高污泥作為肥料的價值。

 

種類:平流式(重力式)沉砂池、曝氣式沉砂池

 

3.調節池

作用:為了保證后續處理構筑物或設備的正常運行,需對污水的水量和水質進行調節;酸性污水和堿性污水在調節池內進行混合,可達到中和的目的;短期排出的高溫污水也可用調節的辦法來平衡水溫。

 

4.沉淀池

常見的幾種沉淀池類型:平流式沉淀池、豎流式沉淀池、幅流式沉淀池、斜流式沉淀池


幾種沉淀池比較:


(1)平流式池:構造簡單,沉淀效果較好,但占地面積較大,排泥存在的問題較多,目前大、中、小型污水處理廠均有采用;

 

(2)豎流式池:占地面積小,排泥較方便,且便于管理,然而池深過大,施工困難,造價高,因此一般僅適用于中小型污水處理廠使用;

 

(3)輻流式池:最適宜于大型水處理廠采用,有定型的排泥機械,運行效果較好,但要求較高的施工質量和管理水平;

 

(4)斜流式池:主要適用于初沉池,在給水處理中應用較廣,沉淀效率高,停留時間短,占地少,缺點是容易滋生藻類等,排泥困難、易堵塞,維護不便。

 

(5)氣浮:

作用:氣浮法又稱為浮選法,它是在污水中通入空氣,產生微小氣泡作為載體,使污水中的乳化油、微小懸浮物等污染物黏附在氣泡上。利用氣泡的浮升作用上浮到水面,通過收集水面上的泡沫或浮渣達到分離雜質、凈化污水的目的。

 

污水的二級處理


1.污水的二級處理又稱為生物處理

污水的生物處理就是利用微生物的氧化分解及轉化功能,以污水的有機物(少數以無機物)作為微生物的營養物質,采取一定的人工措施,創造一種可控制的環境,通過微生物的代謝作用,使污水中的污染物質被降解、轉化,污水得以凈化。

 

(1)污水生物處理分類:好氧生物處理、厭(兼)氧生物處理

對于好氧生物處理中的傳統活性污泥法、氧化溝、序批式活性污泥法統稱為活性污泥法;其中生物濾池、生物轉盤、流化床、氣提式反應器(ABS)統稱為生物膜法。

 

2.活性污泥法工藝流程其中工藝有:

(1)傳統的SBR法:SBR工藝即間歇活性污泥法,它由一個或多個曝氣反應池組成,污水分批進入池中,經活性污泥凈化后 ,上清液排出池外即完成一個運行周期。每個工作周期順序完成進水 、反應 、沉淀 、排放 4 個工藝過程。

 

SBR工藝的特點是具有一定的調節均化功能,可緩解進水水質、水量波動對系統帶來的不穩定性。工藝處理簡單,處理構筑物少,曝氣反應池集曝氣、沉淀、污泥回流于一體,可省去初沉池、二沉池及污泥回流系統,且污泥量少,易于脫水,控制一定的工藝條件可達到較好的除磷效果,但也存在自動控制和連續在線分析儀器儀表要求高的缺點。

 

(2)CASS工藝:CASS工藝是一種連續進水式SBR曝氣系統,不僅具有SBR工藝簡單可靠、運行方式靈活、自動化程度高的特點,且除磷脫氮效果明顯。這一功能主要實現于CASS池通過隔墻將反應池分為功能不同的區域 ,在各分格中溶解氧、污泥濃度和有機負荷不同 ,各池中的生物也不相同。整個過程實現了連續進、出水。同時在傳統的SBR池前或池中設置了選擇器及厭氧區 , 提高了除磷脫氮效果(見圖2) 。


(3)MSBR 法:MSBR工藝是20世紀80,年代初期發展起來的污水處理工藝 ,經過不斷改進和發展,目前最新的工藝是第三代工藝,其工作原理如圖3所示。


 

(4)UNITANK 系統

SEGHERS 公司提出的 UNITANK 系統是 SBR法的又一種變形和發展,它集合了 SBR和傳統活性污泥法的優點 , 一體化設計 , 不僅具有SBR系統的主要特點 , 還可以像傳統活性污泥法那樣在恒定水位下連續運行 。

 

UNITANK 系統的特點是構筑物結構緊湊 ,一體化 。可根據好氧過程的 DO 檢測與缺氧和厭氧過程的ORP在線檢測 ,通過改變供氣量 , 切換進出水閥門 ,改變好氧 、缺氧及厭氧的反應時間等 , 高水平地實現系統的時間和空間控制 ,高效地去除污水中的有機物及脫氮除磷 ,且水力負荷穩定 。

 

交替改變進水點 ,可以相應改善系統各段的污泥負荷 ,進而改善污泥的沉降性能( 見圖4) 。脫氮除磷過程更能通過抑制絲狀菌生長來控制污泥膨脹。3 個池可以被完全加蓋封閉或建在地下,廢氣可以收集處理,既有利于布置 、保溫,又避免系統對周圍環境產生不良影響 。

 

目前,我國石家莊高新技術產業開發區污水處理廠日處理污水 10 萬t ,就是采用的該工藝 。



(5)AB法是吸附-生物降解工藝的簡稱,是由德國亞琛工業大學(Aachen)賓克(Bohnke)教授于20世紀70年代中期開創。該工藝于80 年代初應用于工程實踐。

 

目前, 國內已有多家城市污水處理廠采用了AB 法工藝。與傳統活性污泥法相比,AB法主要有下列特征:未設初沉池,由吸附池和中間沉淀池組成的A段為一級處理系統;B段由曝氣池和二次沉淀池組成;A、B兩段各自擁有獨立的污泥回流系統,兩段完全分開,各自由獨特的微生物群體,有利于功能的穩定。

 

AB法工藝:AB.png

其他其他SBR演變工藝:ICEAS工藝、IDEA工藝、DAT-IAT工藝

 

3.生物膜法:

好氧生物膜法是根據土壤自凈的原理發展起來的。從好氧微生物對有機物降解過程的基本原理上分析,生物膜法和活性污泥法是相同的,兩者主要不同在于活性污泥法是靠曝氣池中懸浮流動著的活性污泥來分解有機物的,而生物膜法則是主要依靠固著于載體表面的微生物膜來凈化有機物。

 

(1)厭氧生物處理的機理

可分為四個階段:水解階段、酸化階段(也叫發酵階段)、產乙酸階段、產甲烷階段。

水解階段:水解細菌將不溶性有機物轉變成可溶性有機物,將高分子溶性有機物轉變成小分子有機物(通過細菌胞外酶作用)

酸化階段:水解階段產生的小分子水解產物在酸化菌的細胞內轉化為更簡單的化合物并分泌到細胞外,這一階段的主要產物有VFA、醇類、乳酸、CO2、NH3、H2S等。與此同時,酸化菌也利用部分物質合成新的細胞物質。

產乙酸階段:在此階段,酸化階段的產物被進一步轉化為乙酸、H2、碳酸等以及新的細胞物質。

產甲烷階段:在此階段,乙酸、H2、碳酸、甲酸和甲醇等被轉化為CH4、CO2和新的細胞物質。


三級處理工藝


 

近年來, 我國已經開始重視三級處理工藝的研究開發,目前用得比較多的三級處理工藝可以分為常規工藝、MBR 技術和LM深度處理技術。

 

1.常規工藝

常規的三級處理工藝是在生物處理之后增加混

凝、過濾、消毒等常規處理過程 ,有砂濾、膜濾、反滲

透、UV 消毒、液氯、臭氧消毒等 。一般來說這些處理

方式單位水處理成本比較低, 在經濟上比較可行。

 

2.MBR技術

MBR 技術又稱為膜生物反應器技術,利用了膜分離的選擇性和高效性,同時又利用了生物處理工程的有效性和徹底性,將水中的有害物質最大限度地除去。MBR 工藝的特點是用膜分離系統代替了普通活性污泥法中的二沉池, 減少了傳統工藝大部分的處理單位 ,節省了大量投資,而且耗能和一般傳統的水處理工藝相近。污水在處理設備中的停留時間短,對COD,NH3-N 的去除率極高 ,出水水質達到了生活雜用水水質的標準。

 

3.LM 深度處理工藝

LM深度處理工藝是一種全新的生態處理工藝 ,在厭氧池加好氧池的基礎上加入了改進的曝氣氧化塘和高效濕地兩個深度處理單元, 使出水水質達到了生活雜用水的標準。其工藝流程是: 生物厭氧池—封閉好氧池—開放好氧池—澄清池—人工濕地—UV消毒—蓄水池—回用,或者以接觸氧化池和生態氧化槽代替封閉好氧池和開放好氧池。LM 深度處理工藝的特點是剩余污泥少、運行費用低、管理方便,還具有美化景觀的功能,該方法和其他水處理工藝相比比較經濟。

 

4.運用狀況及其發展趨勢

目前我國的三級處理工藝中運用一般的常規處理工藝較多, 現階段 MBR方法也有了廣泛運用, 比如在北京長安街生活小區的回用水處理。

 

就我國目前的實際情況來看 ,由于常規工藝處理比較方便 ,且應用技術也較成熟, 一般在選取工藝時仍選用常規處理工藝。國內外目前廣泛研究的主要是通過微濾和反滲透技術來處理二級處理后的污水, 以達到回用水的標準,圖 10 是該處理工藝流程的典型例子。濕地系統在國外有著廣泛的應用 ,目前我國也開始了這方面的研究工作 。由于我國環境污染加劇,淡水資源巨減,相信三級處理工藝必將越來越受到重視。


污水處理的需求是伴隨著城市的誕生而產生的。城市污水處理技術,歷經數百年變遷,從最初的一級處理發展到現在的三級處理,從簡單的消毒沉淀到有機物去除、脫氮除磷再到深度處理回用。其中,活性污泥法的問世更是具有劃時代的意義,而今年正值活性污泥法誕生100周年。城市污水處理技術今后究竟將如何發展?對此,不如先讓我們回顧一下那些年城市污水處理走過的路。

 


  一級處理階段


  城市污水處理歷史可追溯到古羅馬時期,那個時期環境容量大,水體的自凈能力也能夠滿足人類的用水需求,人們僅需考慮排水問題即可。而后,城市化進程加快,生活污水通過傳播細菌引發了傳染病的蔓延,出于健康的考慮,人類開始對排放的生活污水處進行處理。早期的處理方式采用石灰、明礬等進行沉淀或用漂白粉進行消毒。明代晚期,我國已有污水凈化裝置。但由于當時需求性不強,我國生活污水仍以農業灌溉為主。1762年,英國開始采用石灰及金屬鹽類等處理城市污水。


  二級處理階段

  有機物去除工藝


  生物膜法

  十八世紀中葉,歐洲工業革命開始,其中,城市生活污水中的有機物成為去除重點。1881年,法國科學家發明了第一座生物反應器,也是第一座厭氧生物處理池—moris池誕生,拉開了生物法處理污水的序幕。1893年,第一座生物濾池在英國Wales投入使用,并迅速在歐洲北美等國家推廣。技術的發展,推動了標準的產生。1912年,英國皇家污水處理委員會提出以BOD5來評價水質的污染程度。


  活性污泥法

  1914年,Arden和Lokett在英國化學工學會上發表了一篇關于活性污泥法的論文,并于同年在英國曼徹斯特市開創了世界上第一座活性污泥法污水處理試驗廠。兩年后,美國正式建立了第一座活性污泥法污水處理廠。活性污泥法的誕生,奠定了未來100年間城市污水處理技術的基礎。

  活性污泥法誕生之初,采用的是充-排式工藝,由于當時自動控制技術與設備條件相對落后,導致其操作繁瑣,易于堵塞,與生物濾池相比并無明顯優勢。之后連續進水的推流式活性污泥法(CAs法)(如圖1)出現后很快就將其取代,但由于推流式反應器中污泥耗氧速度沿池長是變化的,供氧速率難以與其配合,活性污泥法又面臨局部供氧不足的難題。1936年提出的漸曝氣活性污泥法(TAAs)和1942年提出的階段曝氣法(SFAS),分別從曝氣方式及進水方式上改善了供氧平衡。1950年,美國的麥金尼提出了完全混合式活性污泥法。該方法通過改變活性污泥微生物群的生存方式,使其適應曝氣池中因基質濃度的梯度變化,有效解決了污泥膨脹的問題。


  隨著在實際生產生的廣泛應用和技術上的不斷革新改進,20世紀40-60年代,活性污泥法逐漸取代了生物膜法,成為污水處理的主流工藝。

  1921年,活性污泥法傳播到中國,中國建設了第一座污水處理廠—上海北區污水處理廠。1926年及1927年又分別建設了上海東區及西區污水廠,當時3座水廠的日處理量共為3.55萬噸。


  脫氮除磷工藝

  20世紀50年代,水體富營養化問題凸顯,脫氮除磷成為污水處理的另一主要訴求。于是,在活性污泥法的基礎上衍生出了一系列的脫氮除磷工藝。


  除磷工藝

  50年代初,攝磷菌被發現并用于除磷。(如圖2)


脫氮工藝

  1969年,美國的Barth提出采用三段法除氮(如圖3),第一段是好氧段,主要去除有機物,第二段加堿硝化,第三段是厭氧反硝化,除氮。


  1973年,Barnard在原有工藝基礎上,將缺氧和好氧反應器完全分隔,污泥回流到缺氧反應器,并添加了內回流裝置,縮短了工藝流程,也就現在常說的缺氧好氧(A/O)工藝(如圖4)。


  A2O工藝

  70年代,美國專家在A/O工藝的基礎上,再加上除磷就成了A2O工藝(如圖5)。我國1986年建廠的廣州大坦沙污水處理廠,采用的就是A2O工藝,當時的設計處理水量為15萬噸,是當時世界上最大的采用A2O工藝的污水處理廠。


  氧化溝工藝

  A2O工藝是將生物處理厭氧段和好氧段進行了空間分割,而氧化溝則為封閉的溝渠型結構,結合了推流式和完全混合式活性污泥法的特點,集曝氣、沉淀和污泥穩定于一體。污水和活性污泥的混合液不斷地循環流動,系統中能夠形成好氧區和缺氧區,進而實現生物脫氮除磷(如圖6)。氧化溝白天進水曝氣,夜間用作沉淀池。活性污泥法相比  , 其具有處理工藝及構筑物簡單、泥齡長、剩余污泥少且容易脫水、處理效果穩定等優勢。


  1953年,荷蘭的公共衛生工程研究協會的Pasveer研究所提出了氧化溝工藝,也被稱為“帕斯維爾溝”。1954年,在荷蘭的伏肖汀(Voorshoten)建造了第一座氧化溝污水處理廠,當時服務人口僅為360人。60  年代,這項技術在歐洲、北美和南非等各國得到了迅速推廣和應用。據統計,到1977年為止,在西歐有超過2000多座的帕斯維爾型氧化溝投入運行。

  1967年,荷蘭DHV公司開發研制了卡魯塞爾(Carroussel)氧化溝。它是一個由多渠串聯組成的氧化溝系統。卡魯塞爾氧化溝的發展經歷了普通卡魯塞爾氧化溝、卡魯塞爾2000氧化溝和卡魯塞爾3000氧化溝三個階段。

  1970年,美國的Envirex公司投放生產了奧貝爾(Orbal)氧化溝。它由3條同心園形或橢圓形渠道組成,各渠道之間相通,進水先引入最外的渠道,在其中不斷循環的同時,依次進入下一個渠道,相當于一系列完全混合反應池串聯在一起,最后從中心的渠道排出。

  交替式工作氧化溝是由丹麥克魯格(Kruger)公司研制,該工藝造價低,易于維護,通常有雙溝交替和三溝交替(T型氧化溝)的氧化溝系統和半交替工作式氧化溝。


  兩段法工藝

  早期的兩段法只是將一套活性污泥法的兩組構筑物串聯,一段和二段曝氣池體積相同,且多合并建設,大部分有機物在第一段被吸附降解,第二段的污泥負荷很低,其出水水質要優于相同體積曝氣池的單級活性污泥法(如圖7)。然而,由于第一段曝氣池體積減小了一倍,相當于污泥負荷增加了一倍,處在易發生污泥膨脹的階段,運行管理較為困難。


  20世紀70年代中期,德國的Botho  Bohnke教授開發了AB工藝(如圖8)。該工藝在傳統兩段法的基礎上進一步提高了第一段即A段的污泥負荷,以高負荷、短泥齡的方式運行,而B段與常規活性污泥法相似,負荷較低,泥齡較長,A段由于泥齡短、泥量大對磷的去除效果很好,經A段去除了大量的有機物以后B段的體積可大大減小,其低負荷的運行方式可提高出水水質。但是由于A段去除了大量的有機物導致B段碳源缺失,所以在處理低濃度的城市污水時該工藝的優勢并不明顯。


  其后,為了解決脫氮時硝化菌需要長泥齡,除磷時聚磷微生物需要短泥齡的矛盾,開發了AO-A2O工藝(如圖9)。該工藝由兩段相對獨立的脫氮和除磷工藝組成,第一段泥齡短,主要用于除磷,第二段泥齡長、負荷低,用于脫氮。


  在AO-A2O工藝基礎上奧地利研發出了Hybrid工藝(如圖10),該工藝的兩段之間有三個內回流裝置,可以為第一段曝氣池提供硝態氮、硝化菌以及為第二段曝氣池提供碳源。第一段主要是去除有機物和磷,第二段是硝化功能,并靠第一段曝氣池回流混合液進行反硝化脫氮。


  SBR工藝

  序批式活性污泥法(SBR)工藝是在時間上將厭氧段與好氧段進行分割。20 世紀70  年代初由美國Irvine公司開發。它在流程上只有一個基本單元,集調節池、曝氣池和二沉池的功能于一池,進行水質水量調節、微生物降解有機物和固液分離等。經典 SBR  反應器的運行過程為:進水→曝氣→沉淀→潷水→待機(如圖11、 12)。



  80 年代初,連續進水的 ICEAS  工藝誕生(如圖13)。該工藝在傳統的SBR工藝基礎上,在反應池中增加一道隔墻  ,將反應池分隔為小體積的預反應區和大體積的主反應區,污水連續流入預反應區,然后通過隔墻下端的小孔以層流速度進入主反應區,解決了間歇式進水的問題。


  隨后, Goranzy 教授開發了 CASS /CAST  工藝。與ICEAS工藝類似,在反應池前段增加了一個選擇段,污水先與來自主反應區的回流混合液在選擇段混合,在厭氧條件下,選擇段相當于前置厭氧池,為高效除磷創造了有利條件。

  90 年代,比利時的西格斯公司在三溝式氧化溝的基礎上開發了 UNITANK 系統。它由 3  個矩形池組成,其中外邊兩側的矩形池既可做曝氣池,又可做沉淀池,中間一個矩形池只做曝氣池該工藝把傳統  SBR的時間推流與連續系統的空間推流有效地結合了起來。

  MSBR法即改良型的SBR( Modified  SBR),采用單池多格方式,結合了傳統活性污泥法和SBR技術的優點。反應器由曝氣格和兩個交替序批處理格組成。主曝氣格在整個運行周期過程中保持連續曝氣,而每半個周期過程中,兩個序批處理格交替分別作為SBR和澄清池。該工藝可連續進水且可使用更少的連接管、泵和閥門。


  脫氮除磷新工藝

  近幾十年,能源、資源的短缺已經引起了廣泛的關注,進一步脫氮除磷及對能源節約及資源回收的需求成為了污水處理工藝發展的主流方向。一批新興脫氮除磷技術得以應用。

  ANAMMOX-SHARON 組合工藝。

  1994年,荷蘭Delft大學開發了厭氧氨氧化(ANAMMOX)技術,厭氧氨氧化菌在缺氧環境中,能夠將銨離子(NH4+)用亞硝酸根(NO2-)氧化為氮氣。


  該工藝與傳統反硝化工藝相比是完全自養,不需任何有機碳源。

  1998年,荷蘭Delft大學基于短程硝化反硝化原理開發了SHARON工藝,首例工程在荷蘭鹿特丹DOKHAVEN水廠。其基本原理是在同一反應器內,先在有氧條件下利用亞硝化細菌將氨氧化成NO2-;然后再在缺氧條件下已有機物為電子供體將亞硝酸鹽反硝化,形成氮氣。工藝流程縮短且無需加堿中和。與傳統活性污泥法相比可減少25%的供氧量及40%的反硝化碳源,有利于資源能源的回收利用,更適用于碳氮比濃度較低的城市廢水。


  目前,以SHARON工藝為硝化反應器,ANAMMOX工藝為反硝化反應器,與傳統工藝相比能夠節省60%的供氧和100%的碳源。


  三級處理階段


  近十幾年,隨著污染加劇,水資源短缺嚴重,人類對水質提出了更高的要求,污水深度處理與回用技術興起。污水處理廠的側重點不再是核算污染物的排放量,而是如何改善水質。膜技術開始顯現其獨特優勢。

  生物膜技術在20世紀60-70年代,隨著新型合成材料的大量涌現再次發展起來,主要工藝有生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化、生物流化床等。目前,應用較多的膜處理技術主要有微濾(MF)、超濾(UF)、反滲透(RO)和膜生物反應器(MBR)技術。本世紀初的新加坡“Newwater  ”水廠就是采用在二級處理后加超濾膜及反滲透膜的方式進行再生水回用處理。

  以史為鑒,可知興替。回顧整個歷史過程,城市生活污水處理的足跡隨著人類健康的需求、水環境質量的變化、污水的處理程度在一級級的加深,同時操作管理、資金占地等成本問題又推動了水處理工藝技術的不斷進化,其操作、占地、程序步驟、能源資源的投入都在一點點地簡化。人們對水質的需求越來越高,而處理過程卻越來越趨于簡便。有趣的是,無論近幾年業界所看好的厭氧生物技術還是源分離最終的土地灌溉,貴陽污水處理城市污水處理似乎又回到了它最初的形式,盡管其中蘊含的科技含量早已不可同日而語。


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