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技術(shù)方案

城市生活污水處理

 
       地埋式生活污水處理設備                MBR膜生物反應器

 
          轉碟曝氣機                      微孔曝氣器

  城市生活污水處理越來(lái)越受到人們的重視,生活污水處理應符合以下幾個(gè)發(fā)展方向:
  1、總投資省。
  2、運行費用低。
  3、占地面積小。
  4、脫氮除磷。隨著(zhù)我國大面積水體環(huán)境的富營(yíng)養化,污水的脫氮除磷已經(jīng)成為一個(gè)迫切的問(wèn)題。我國最新實(shí)施的國家《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)也明確規定了適用于所有排污單位,非常嚴格地規定了磷酸鹽排放標準和氨氮排放標準。
  5、先進(jìn)的計算機管理和自控系統,保證了城市生活污水處理的正常運行和穩定的合格出水。

  國內外城市生活污水處理廠(chǎng)處理工藝大都采用一級處理和二級處理。一級處理是采用物理方法,主要通過(guò)格柵攔截、沉淀等手段去除廢水中大塊懸浮物和砂粒等物質(zhì)。二級處理則是采用生化方法,主要通過(guò)微生物的生命運動(dòng)等手段來(lái)去除廢水中的懸浮性,溶解性有機物以及氮、磷等營(yíng)養鹽。代表性的二級生活污水處理工藝主要有傳統活性污泥法、MBR膜、氧化溝、A/O、A2/O工藝、SBR、CCAS工藝等。
  城市生活污水處理的二級生物處理多采用活性污泥法,它是當前世界各國應用最廣的一種二級生物處理流程,具有處理能力高,出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。

  一、地埋式生活污水處理設備
  利用活性污泥法達到凈化污水的目的,其原理:利用好氧菌自身的生命活動(dòng),在污水中,微生物形成的生物絮凝體使懸浮狀和膠體狀的有機污染物失穩絮凝,吸附在活性污泥表面,降解有機物,使水中的BOD、COD大幅下降。
  由一體多元化玻璃鋼預制構件組合而成。裝置內配有水下曝氣、水流推動(dòng)雙功能曝氣機。處理污水時(shí),污水從裝置頂部流入曝氣區,曝氣機水下曝氣并推流攪動(dòng)污水,進(jìn)入的污水很快與原有的混合液充分混合,最大限度地適應進(jìn)水水質(zhì)的變化。曝氣機通過(guò)水流推動(dòng)和水下曝氣雙重功能,使曝氣區污水有規律地循環(huán)流動(dòng),污水中的溶解氧含量迅速提高。由于污水在曝氣區不斷循環(huán)流動(dòng),區內各點(diǎn)水質(zhì)比較均勻,微生物的數量、性質(zhì)基本相同,因此曝氣區各部分的工作情況幾乎一致。這就把整個(gè)生化反應控制在良好的同一條件下。有機物被微生物逐步降解,污水得到凈化。
  適用于生活小區、旅游景點(diǎn)、賓館、療養院、學(xué)校、礦山、工廠(chǎng)等生活污水處理及類(lèi)似的工業(yè)污水處理。

  二、MBR膜生物反應器生活污水處理技術(shù)
  MBR膜生物反應器(membrane bioreactor),是一種將高效膜分離技術(shù)與傳統活性污泥法相結合的新型高效污水處理工藝,它用具有獨特結構的MBR平片膜組件置于曝氣池中,經(jīng)過(guò)好氧曝氣和生物處理后的水,由泵通過(guò)濾膜過(guò)濾后抽出。MBR污水處理與傳統污水處理方法具有很大區別,通過(guò)膜分離裝置代替傳統工藝中的二沉池和三級處理工藝。從而得到優(yōu)質(zhì)的出水,解決了傳統污水處理方法的出水水質(zhì)達不到中水回用要求的問(wèn)題。MBR膜對城市生活廢水處理后的水可直接作為市政用水或進(jìn)一步處理作各種工業(yè)用水。
  由于MBR膜的存在大大提高了系統固液分離的能力,從而使MBR膜生物反應器的出水,水質(zhì)和容積負荷都得到大幅度提高,經(jīng)膜處理后的水水質(zhì)標準高(超過(guò)國家一級A標準),經(jīng)過(guò)消毒,最后形成水質(zhì)和生物安全性高的優(yōu)質(zhì)再生水,可直接作為新生水源。由于膜的過(guò)濾作用,微生物被完全截留在MBR膜生物反應器中,實(shí)現了水力停留時(shí)間與活性污泥泥齡的徹底分離,消除了傳統活性污泥法中污泥膨脹問(wèn)題。MBR膜生物反應器具有對污染物去除效率高、硝化能力強,可同時(shí)進(jìn)行硝化、反硝化、脫氮效果好、出水水質(zhì)穩定、剩余污泥產(chǎn)量低、設備緊湊、占地面積少(只有傳統工藝的1/3~1/2)、增量擴容方便、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

  三、氧化溝生活污水處理技術(shù)
  氧化溝是活性污泥法的一種變型,其曝氣池呈封閉的溝渠型,所以它在水力流態(tài)上不同于傳統的活性污泥法,它是一種首尾相連的循環(huán)流曝氣溝渠,污水滲入其中得到凈化。
  氧化溝(Oxidation Ditch)污水處理的整個(gè)過(guò)程如進(jìn)水、曝氣、沉淀、污泥穩定和出水等全部集中在氧化溝內完成,采用轉碟曝氣機、轉刷曝氣機進(jìn)行曝氣充氧。最早的氧化溝不需另設初次沉淀池、二次沉淀池和污泥回流設備。后來(lái)處理規模和范圍逐漸擴大,它通常采用延時(shí)曝氣,連續進(jìn)出水,所產(chǎn)生的微生物污泥在污水曝氣凈化的同時(shí)得到穩定,不需設置初沉池和污泥消化池,處理設施大大簡(jiǎn)化。不僅各國環(huán)境保護機構非常重視,而且世界衛生組織(WH0)也非常重視。在美國已建成采用氧化溝工藝的城市生活廢水處理有幾百座,歐洲已有上千座。氧化溝工藝以其經(jīng)濟簡(jiǎn)便的突出優(yōu)勢已成為中小型城市生活污水處理廠(chǎng)的首選工藝。
  利用氧化溝進(jìn)行除磷脫氮處理,產(chǎn)生了許多新的設計方法。氧化溝不只是延時(shí)曝氣低負荷系統,還出現了城市生活廢水處理的“高負荷氧化溝”、“要求硝化的氧化溝”、“要求硝化反硝化及除磷的氧化溝”及“要求污泥穩定的氧化溝”等類(lèi)型。
  一體化氧化溝,就是充分利用氧化溝較大的容積和水面,在不影響氧化溝正常運行的情況下,通過(guò)改進(jìn)氧化溝部分區域的結構或在溝內設置一定的裝置,使污水分離過(guò)程在氧化溝內完成。美國環(huán)境保護局將這一技術(shù)稱(chēng)之謂革新即可選擇的(I/A)技術(shù)。

  四、SBR法(序批式間歇活性污泥法)
  SBR具有均化水質(zhì)、無(wú)需污泥回流、耐沖擊、污泥活性高、結構簡(jiǎn)單、操作靈活、占地少,投資省、運行穩定、基質(zhì)去除率高于普通的活性污泥法等優(yōu)點(diǎn),比較適合處理間歇排放和水量水質(zhì)波動(dòng)大的廢水。但具有污泥沉降、泥水分離時(shí)間較長(cháng)的缺點(diǎn),在處理高濃度廢水時(shí),要求維持較高的污泥濃度,同時(shí),還易發(fā)生高黏性膨脹。因此,?紤]在活性污泥系統中投加粉末活性炭,減少曝氣池的泡沫,改善污泥沉降性能,及液-固分離性能、污泥脫水性能等,獲得較高的去除率。厭氧-好氧間歇式活性污泥法,即在進(jìn)水、反應階段充氧;在沉降、排水、空載排泥時(shí)不充氧,此時(shí)為厭氧消化。用此工藝進(jìn)行生活污水處理時(shí),不調PH值,可取得很好的效果;在進(jìn)水COD濃度在1180~3060mg/L之間變化時(shí),出水COD都小于300mg/L。并且生活廢水經(jīng)厭氧SBR法處理,可生化性大大提高,用于城市生活廢水處理,效果穩定,運行管理靈活。

  五、連續循環(huán)曝氣系統(CCAS)
  CCAS工藝,即連續循環(huán)曝氣系統工藝(Continuous Cycle Aeration System),是一種連續進(jìn)水式SBR曝氣系統。這種工藝是在SBR(Sequencing Batch Reactor,序批式處理法)的基礎上改進(jìn)而成。隨著(zhù)自動(dòng)控制技術(shù)和監測技術(shù)的飛速發(fā)展以及新型不堵塞的微孔曝氣器也研制成功,為廣泛采用間歇式處理法創(chuàng )造了條件。1986年美國國家環(huán)保局正式承認CCAS工藝屬于革新代用技術(shù)(I/A),成為目前最先進(jìn)的電腦控制的生物除磷、脫氮城市生活污水處理工藝。
  CCAS工藝對污水預處理要求不高,只設間隙15mm的機械格柵和沉砂池。生物處理核心是CCAS反應池,除磷、脫氮、降解有機物及懸浮物等功能均在該池內完成,出水可達標排放。
  經(jīng)預處理的污水連續不斷地進(jìn)入反應池前部的預反應池,在該區內污水中的大部分可溶性BOD被活性污泥微生物吸附,并一起從主、預反應區隔墻下部的孔眼以低流速(0.03-0.05m/min)進(jìn)入反應區。在主反應區內依照“曝氣(Aeration)、閑置(Idle)、沉淀(Settle)、排水(Decant)”程序周期運行,使污水在“好氧-缺氧”的反復中完成去碳、脫氮,和在“好氧-厭氧”的反復中完成除磷。各過(guò)程的歷時(shí)和相應設備的運行均按事先編制,并可調整的程序,由計算機集中自控。
  CCAS工藝的獨特結構和運行模式使其在城市生活污水處理上具有獨特的優(yōu)勢:
  1、曝氣時(shí),污水和污泥處于完全理想混合狀態(tài),保證了BOD、COD的去除率,去除率高達95%。
  2、“好氧-缺氧”及“好氧-厭氧”的反復運行模式強化了磷的吸收和硝化-反硝化作用,使氮、磷去除率達80%以上,保證了出水指標合格。
  3、沉淀時(shí),整個(gè)CCAS反應池處于完全理想沉淀狀態(tài),使出水懸浮物(SS)極低,低的SS值也保證了磷的去除效果。
  4、CCAS工藝的缺點(diǎn)是各池子同時(shí)間歇運行,人工控制幾乎不可能,全賴(lài)電腦控制,對處理廠(chǎng)的管理人員素質(zhì)要求很高,對設計、培訓、安裝、調試等工作要求較嚴格。

  六、百樂(lè )克/百樂(lè )卡(BIOLA)污水處理技術(shù)
  百樂(lè )克工藝是一種具有除磷脫氮功能的多級活性污泥污水處理系統。它是由最初采用天然土池作反應池而發(fā)展起來(lái)的污水處理系統。自1972年以來(lái),經(jīng)多年研究形成了采用土池結構、利用浮在水面的移動(dòng)式曝氣鏈、底部掛有微孔曝氣頭的一種具有一定特色的活性污泥處理系統。
  由于采用土池而大大減少了建設投資,采用曝氣鏈曝氣系統進(jìn)一步強化了氧的磚移效率,并減少運行費用,大大提高了處理效果。工藝設計簡(jiǎn)捷,不需復雜的管理,在適宜的條件下,采用該工藝進(jìn)行城市生活污水處理,具有較大的經(jīng)濟和社會(huì )效益。
  1、低負荷活性污泥工藝
  2、曝氣池采用土池結構,敷設HDPE防滲膜的土池使用壽命遠遠超過(guò)鋼筋混凝土池。
  3、高效的曝氣系統:曝氣頭懸掛在浮鏈上,停留在水深4~5m處,氣泡在其表面逸出時(shí),直徑約為50um。如此微小的氣泡意味著(zhù)氧氣接觸面積的增大和氧氣傳送效率的提高。百樂(lè )卡曝氣頭懸掛在浮動(dòng)鏈上,浮動(dòng)鏈被松弛地固定在曝氣池兩側,每條浮鏈可在池中的一定區域蛇形運動(dòng)。在曝氣鏈的運動(dòng)過(guò)程中,自身的自然擺動(dòng)就可以達到很好的混合效果,節省了混合所需的能耗。曝氣池中混合作用所需的能耗僅為1~5W/m3,鼓風(fēng)機就設在池邊,減少了鼓風(fēng)機房和空氣輸送管道的費用。
  4、簡(jiǎn)單而有效的污泥處理:回流污泥量大,其剩余污泥比傳統工藝少許多。污泥池完全可以做成土池結構,節省城市生活廢水處理廠(chǎng)土建費用。
  5、簡(jiǎn)單易行的維修:沒(méi)有水下固定部件,維修時(shí)不用排干池中的水,而用小船到維修地點(diǎn)將曝氣鏈下的曝氣頭提起即可。實(shí)踐表明,曝氣頭運行幾年也不用任何維修。
  6、二次曝氣和安全池:利用一個(gè)相對獨立的池來(lái)進(jìn)行二次曝氣,以保證出水清潔,保證水中有足夠的溶解氧。
  7、二沉池:曝氣池中產(chǎn)生的污泥在二沉池中被分離,并重新回到曝氣池參與污水凈化。二沉池沉淀污泥由漂浮式刮泥機、刮吸泥機排入污泥槽回流。

  七、生物膜法處理工藝在生活污水處理中的應用
  在污水生物處理的發(fā)展和應用中,活性污泥和生物膜法一直占據主導地位。隨著(zhù)新型環(huán)保填料的開(kāi)發(fā)和配套技術(shù)的不斷完善,與活性污泥法平行發(fā)展起來(lái)的生物膜法處理工藝在近年來(lái)得以快速發(fā)展。由于生物膜法具有處理效率高,耐沖擊負荷性能好,產(chǎn)泥量低,占地面積少,便于運行管理等優(yōu)點(diǎn),在城市生活污水處理中極具競爭力。

  1、生物膜法污水處理
  生活污水的有機污染物主要包括:蛋白質(zhì)(40%-60%),碳水化合物(25%-50%)和油脂(10%),此外還含有一定量的尿素。生物膜法依靠固定于載體表面上的微生物膜來(lái)降解有機物,由于微生物細胞幾乎能在水環(huán)境中的任何適宜的載體表面牢固地附著(zhù)、生長(cháng)和繁殖,由細胞內向外伸展的胞外多聚物使微生物細胞形成纖維狀的纏結結構,因此生物膜通常具有孔狀結構,并具有很強的吸附性能。
  生物膜附著(zhù)在載體的表面,是高度親水的物質(zhì),在污水不斷流動(dòng)的條件下,其外側總是存在著(zhù)一層附著(zhù)水層。生物膜又是微生物高度密集的物質(zhì),在膜的表面上和內部生長(cháng)繁殖著(zhù)大量的微生物及微型動(dòng)物,形成由有機污染物 →細菌→原生動(dòng)物(后生動(dòng)物)組成的食物鏈。生物膜是由細菌、真菌、藻類(lèi)、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物和其他一些肉眼可見(jiàn)的生物群落組成。其中細菌一般有:假單苞菌屬、芽苞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬和動(dòng)膠菌屬以及球衣菌屬,原生動(dòng)物多為鐘蟲(chóng)、獨縮蟲(chóng)、等枝蟲(chóng)、蓋纖蟲(chóng)等。后生動(dòng)物只有在溶解氧非常充足的條件下才出現,且主要為線(xiàn)蟲(chóng)。污水在流過(guò)載體表面時(shí),污水中的有機污染物被生物膜中的微生物吸附,并通過(guò)氧向生物膜內部擴散,在膜中發(fā)生生物氧化等作用,從而完成對有機物的降解。生物膜表層生長(cháng)的是好氧和兼氧微生物,而在生物膜的內層微生物則往往處于厭氧狀態(tài),當生物膜逐漸增厚,厭氧層的厚度超過(guò)好氧層時(shí),會(huì )導致生物膜的脫落,而新的生物膜又會(huì )在載體表面重新生成,通過(guò)生物膜的周期更新,以維持生物膜反應器的正常運行。
  生物膜法通過(guò)將微生物細胞固定于反應器內的載體上,實(shí)現了微生物停留時(shí)間和水力停留時(shí)間的分離,水處理填料的存在,對水流起到強制紊動(dòng)的作用,同時(shí)可促進(jìn)水中污染物質(zhì)與微生物細胞的充分接觸,從實(shí)質(zhì)上強化了傳質(zhì)過(guò)程。生物膜法克服了活性污泥法中易出現的污泥膨脹和污泥上浮等問(wèn)題,在許多情況下不僅能代替活性污泥法用于城市污水處理廠(chǎng)的二級生物處理,而且還具有運行穩定、抗沖擊負荷強、更為經(jīng)濟節能、具有一定的硝化反硝化功能、可實(shí)現封閉運轉防止臭味等優(yōu)點(diǎn)。
  通過(guò)人工強化作用將生物膜引入到城市生活廢水處理的污水處理反應器中,便形成了生物膜反應器。生物膜反應器發(fā)展迅速,由單一到復合,有好氧也有厭氧,逐步形成了一套較完整的生物處理系統。
  填料是生物膜技術(shù)的核心之一,它的性能對城市生活污水處理工藝過(guò)程的效率、能耗、穩定性以及可靠性均有直接關(guān)系。

  2、厭氧生物膜法處理工藝在生活污水處理中的應用
 。1)、高分子有機物的厭氧降解階段
  在廢水的厭氧處理過(guò)程中,廢水中的有機物經(jīng)大量微生物的共同作用,被最終轉化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨。
  高分子有機物的厭氧降解過(guò)程可以被分為四個(gè)階段。
  水解階段:高分子有機物因相對分子質(zhì)量巨大,不能透過(guò)細胞膜,因此不可能為細菌直接利用。因此它們在第一階段被細菌胞外酶分解為小分子。例如纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖,淀粉被淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖,蛋白質(zhì)被蛋白酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過(guò)細胞膜為細菌所利用。
  發(fā)酵(或酸化)階段:在這一階段,上述小分子的化合物在發(fā)酵細菌(即酸化菌)的細胞內轉化為更為簡(jiǎn)單的化合物并分泌到細胞外。這一階段的主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸(簡(jiǎn)寫(xiě)作VFA)、醇類(lèi)、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。與此同時(shí),酸化菌也利用部分物質(zhì)合成新的細胞物質(zhì),因此未酸化廢水厭氧處理時(shí)產(chǎn)生更多的剩余污泥。
  產(chǎn)乙酸階段:在此階段,上一階段的產(chǎn)物被進(jìn)一步轉化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細胞物質(zhì)。
  產(chǎn)甲烷階段:這一階段里,乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被轉化為甲烷、二氧化碳和新的細胞物質(zhì)。
  在以上階段里,還包含著(zhù)以下這些過(guò)程:a、水解階段里有蛋白質(zhì)水解、碳水化合物的水解和脂類(lèi)水解;b、發(fā)酵酸化階段包含氨基酸和糖類(lèi)的厭氧氧化與較高級的脂肪酸與醇類(lèi)的厭氧氧化;c、產(chǎn)乙酸階段里有從中間產(chǎn)物中形成乙酸和氫氣和由氫氣和 氧化碳形成乙酸;d、甲烷化階段包括由乙酸形成甲烷和從氫氣和二氧化碳形成甲烷。除以上這些過(guò)程之外,當廢水含有硫酸鹽時(shí)還會(huì )有硫酸鹽還原過(guò)程。復雜化合物的厭氧降解可以利用圖來(lái)表述(見(jiàn)圖1)
 。2)厭氧生物膜法處理工藝
  a、厭氧濾器(AF)
  傳統的好氧生物系統一般容積負荷在2KgCOD/(m3·d)以下,而在A(yíng)F發(fā)明之前的厭氧反應器一般容積負荷也在4-5kgCOD/(m3·d)以下。但AF在處理溶解性廢水時(shí)負荷可高達10-15 kgCOD/(m3·d)。因此AF的發(fā)展大大提高了城市生活廢水處理的厭氧反應器的處理速率,使反應器容積大大減少。
  由于采用了生物固定化的技術(shù),AF作為高速厭氧反應器,使污泥在反應器內的停留時(shí)間(SRT)極大地延長(cháng)。SRT的提高可以大大縮短廢水的水力停留時(shí)間(HRT),從而減少反應器容積,或在相同反應器容積時(shí)增加處理的水量。這種采用生物固定化延長(cháng)SRT,并把SRT和HRT分別對待的思想推動(dòng)了新一代高速厭氧反應器的發(fā)展。
  SRT的延長(cháng)實(shí)質(zhì)是維持了反應器內污泥的高濃度,在A(yíng)F內,厭氧污泥的濃度可以達到10-20gVSS/L。AF內厭氧污泥的保留由兩種方式完成:其一是細菌在A(yíng)F內固定的填料表面(也包括反應器內壁)形成生物膜;其二是在填料之間細菌形成聚集體。高濃度厭氧污泥在反應器內的積累是AF具有高速反應性能的生物學(xué)基礎,在一定的污泥比產(chǎn)甲烷活性下,厭氧反應器的負荷與污泥濃度成正比。同時(shí),AF內形成的厭氧污泥較之厭氧接觸工藝的污泥密度大、沉淀性能好,因而其出水中的剩余污泥不存在分離困難的問(wèn)題。由于A(yíng)F內可自行保留高濃度的污泥,也不需要污泥的回流。
  在A(yíng)F內,由于填料是固定的,廢水進(jìn)入反應器內,逐漸被細菌水解酸化、轉化為乙酸和甲烷,廢水組成在不同反應器高度逐漸變化。因此微生物種群的分布也呈現規律性。在底部(進(jìn)水處),發(fā)酵菌和產(chǎn)酸菌占有最大的比重,隨反應器高度上升,產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌逐漸增多并占主導地位。細菌的種類(lèi)與廢水的成分有關(guān),在已酸化的廢水中,發(fā)酵與產(chǎn)酸菌不會(huì )有太大的濃度。
  細菌在反應器內分布的另一特征是反應器進(jìn)水處(例如上流式AF的內部)細菌由于得到營(yíng)養最多因而污泥濃度最高,污泥的濃度隨高度迅速減少。
  污泥的這種分布特征賦予AF一些工藝上的特點(diǎn)。首先,AF內廢水中有機物的去除主要在A(yíng)F底部進(jìn)行(指上流式AF),AF反應器在1m以上COD的去除率幾乎不再增加,而大部分COD是在0.3m以?xún)热コ。因此在一定的容積負荷下,淺的AF反應器比深的反應器能有更好的處理效率。其次,由于反應器底部污泥濃度特別大,因此容易引起反應器的堵塞。堵塞問(wèn)題是影響AF應用的最主要問(wèn)題之一。據報道,上流式AF底部污泥濃度可高達60g/L。厭氧污泥在A(yíng)F內的有規律分布還使得反應器對有毒物質(zhì)的適應能力較強,可以生物降解的毒性物質(zhì)在反應器內的濃度也呈現出規律性的變化,加之厭氧生物膜形成各種菌群的良好共生體系,因此在A(yíng)F內易于培養出適應有毒物質(zhì)的厭氧污泥。例如在處理三氯甲烷和甲醛廢水中,發(fā)現AF反應器內的污泥產(chǎn)生了良好的適應性,這些有毒物質(zhì)的去除效果和允許的進(jìn)液濃度逐漸上升。AF同時(shí)也具有較大的抗沖擊負荷能力。一般認為在相同的溫度條件下,AF的負荷可高出厭氧接觸工藝2~3倍,同時(shí)會(huì )有較高的COD去除率。
  AF在應用上的問(wèn)題除了堵塞和由局部堵塞引起的溝流以外,另一個(gè)問(wèn)題是它需要大量的填料,填料的使用使其成本上升。由于以上問(wèn)題,國外生產(chǎn)規模的AF系統應用也不是很多。
  作為升流式厭氧濾池的革新技術(shù)——厭氧膜床(Special Anaerobic Film Bed, SAFB),采用較大顆粒及孔隙率的填料代替傳統的小粒徑填料,有效地解決了反應器的堵塞問(wèn)題。厭氧膜床具有如下特點(diǎn):
  ·有效克服了厭氧濾池易堵塞和出水水質(zhì)差的缺點(diǎn);
  ·生物固體濃度高,因此可獲得較高的有機負荷;
  ·在厭氧膜床內微生物通過(guò)附著(zhù)在填料表面形成生物膜,以及懸浮于填料孔隙間形成細菌聚集體,因此在厭氧膜床內可以保持較高的生物量。因此可縮短水力停留時(shí)間,耐沖擊負荷能力較強;
  ·啟動(dòng)時(shí)間短,停止運行后再啟動(dòng)也較容易;
  ·不需要回流污泥,運行管理方便;
  ·在水量和負荷有較大變化的情況下,耐沖擊性較好。
  b、厭氧流化床反應器(AFBR)
  在流化床系統中依靠在惰性的填料微粒表面形成的生物膜來(lái)保留厭氧污泥,液體與污泥的混合、物質(zhì)的傳遞依靠使這些帶有生物膜的微粒形成流態(tài)化來(lái)實(shí)現。
  流化床反應器的主要特點(diǎn)可歸納如下:
  流態(tài)化能最大程度使厭氧污泥與被處理的廢水接觸;
  由于顆粒與流體相對運動(dòng)速度高,液膜擴散阻力小,且由于形成的生物膜較薄,傳質(zhì)作用強,因此生物化學(xué)過(guò)程進(jìn)行較快,允許廢水在反應器內有較短的水力停留時(shí)間;
  克服了厭氧濾器堵塞和溝流問(wèn)題;
  高的反應器容積負荷可減少反應器體積,同時(shí)由于其高度與直徑的比例大于其它厭氧反應器,因此可以減少占地面積。
  但是,厭氧流化床反應器存在著(zhù)幾個(gè)尚未解決的問(wèn)題。其一,為了實(shí)現良好的流態(tài)化并使污泥和填料不致從反應器流失,必須使生物膜顆粒保持均勻的形狀、大小和密度,但這幾乎是難以做到的,因此穩定的流態(tài)化也難以保證。其次,一些較新的研究認為流化床反應器需要有單獨的預酸化反應器。同時(shí),為取得高的上流速度以保證流態(tài)化,流化床反應器需要大量的回流水,這樣導致能耗加大,成本上升。由于以上原因,流化床反應器至今沒(méi)有生產(chǎn)規模的設施運行。有人認為它在今后應用的前景也不大。
  c、厭氧附著(zhù)膜膨脹床反應器(AAFEB)
  厭氧附著(zhù)膜膨脹床(Anaerobic Attached Film Expanded Bed)是Jewell等人在1974年研究和開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種污水處理工藝。與生物流化床相比,區別在于載體的膨脹程度。以填料層高度計,膨脹床的膨脹率約為10%~20%,此時(shí)顆粒間仍保持互相接觸,而流化床則為20%~70%。通過(guò)對比厭氧膨脹床、滴濾池和活性污泥法等工藝的經(jīng)濟性,發(fā)現對于小型污水處理廠(chǎng)而言,厭氧膨脹床后續滴濾池的設計是最為經(jīng)濟的選擇,能耗量少,污泥產(chǎn)率量低。但目前此工藝仍主要停留在小試和中試研究階段。
  綜上所述,采用厭氧生物膜反應器為主體的厭氧處理技術(shù),作為生活污水處理的核心方法,在技術(shù)上已經(jīng)成熟,并且較之其它方法有獨到的一些優(yōu)勢。但是,厭氧方法在濃縮營(yíng)養物(氮和磷)方面效果不大,同時(shí)它僅能除去部分病源微生物。此外,殘存的BOD、懸浮物或還原性物質(zhì)可能影響到出水的質(zhì)量。所以厭氧生物膜反應器要成為完整的環(huán)境治理技術(shù),合適的后處理手段必不可少。

  3、好氧生物膜法處理技術(shù)——生物接觸氧化
  生物接觸氧化法是由生物濾池和接觸曝氣氧化池演變而來(lái)的。早在20世紀30年代,已在美國出現生產(chǎn)型裝置。當時(shí)的生物接觸氧化池,填料的材質(zhì)是砂石、竹木制品和金屬制品,主要用于低濃度、低有機負荷的城市生活廢水處理,它克服了活性污泥法在處理此類(lèi)污水時(shí),因污泥流失而不能維持正常運行的缺點(diǎn),并取得了較好的效果。進(jìn)入70年代,隨著(zhù)大孔徑、高比表面積的蜂窩直管填料和立體波紋塑料填料的出現,使生物接觸氧化法的應用范圍得到拓寬,它不僅可用于處理生活污水,而且可用于處理高濃度有機廢水和有毒有害工業(yè)廢水,與其他生物處理方法相比,在處理效果、動(dòng)力消耗、經(jīng)濟效益和管理維護等方面都明顯優(yōu)于活性污泥法。
  與活性污泥法比較,生物接觸氧化具有以下主要優(yōu)點(diǎn):①生物接觸化法以填料作為載體,供生物群棲息生長(cháng),形成穩定的生態(tài)體系,有較高的微生物濃度,一般可達10~20g/l;氧的利用率高,可達10%。具有較高的耐沖擊負荷能力和對環(huán)境變化的適應能力,剩余污泥量少。②生物接觸氧化法可以充分利用絲狀菌的強氧化能力且不產(chǎn)生污泥膨脹。并且不需要象活性污泥法那樣采用污泥回流以調整污泥量和溶解氧濃度,易于管理和操作。隨著(zhù)十余年的大量實(shí)踐,對氧化池結構形式、填料的品種和安裝方式、供氣裝置的種類(lèi)和布置形式等方面進(jìn)行了不斷創(chuàng )新、不斷優(yōu)化。目前,生物接觸氧化技術(shù)已經(jīng)廣泛應用處理生活污水、生活雜用水和不同有機物濃度的工業(yè)廢水。

  八、厭氧-好氧組合處理工藝在生活污水處理中的應用
  城市生活污水處理經(jīng)厭氧處理后,在現有的技術(shù)條件下,要達到二級出水標準,需要相當長(cháng)的停留時(shí)間,結果使厭氧處理雖然在運行管理費用上占有優(yōu)勢,但在基建投資上卻失去了競爭力。因此從微生物和化學(xué)角度講,厭氧處理僅僅提供了一種預處理,它一般需要后處理方能滿(mǎn)足新的污水排放標準。厭氧生活污水處理后氮和磷基本上沒(méi)有去除,因此對厭氧出水進(jìn)一步處理很有必要。在實(shí)際生產(chǎn)中,城市生活廢水處理應用最為廣泛的仍然是厭氧與好氧組合系統。在印度,氧化塘是最常用的后處理方法。經(jīng)厭氧、氧化塘兩級處理后的出水BOD5、CODcr和TSS去除率分別為87%、81%和90%。在巴西NovaVista市的7000人生活污水處理工程中,以及哥倫比亞Bucarmanga鎮的160000人生活污水處理工程中,后處理均采用的是兼性氧化塘。在墨西哥的厭氧城市生活污水處理工程中,后處理方法比較多樣化,二沉池+氯消毒、淹沒(méi)濾池+二沉池+氯消毒、氧化溝等,最后直接排入城市生活污水處理管網(wǎng)或用于農灌。在日本,城鎮生活污水一般采用厭氧消化+好氧活性污泥法聯(lián)合處理、厭氧濾池+好氧濾池以及厭氧濾池+接觸氧化法組合處理。
  厭氧和好氧生物處理技術(shù)的組合能夠有效的去除大部分有機和無(wú)機污染物。厭氧-好氧組合處理工藝,充分發(fā)揮了厭氧技術(shù)節能、好氧技術(shù)高效的優(yōu)勢,成為目前污水處理工藝發(fā)展的主要趨勢。在國外,由上流式厭氧污泥床反應器(UASB)和好氧生物膜反應器組成的厭氧—好氧組合處理工藝一直是研究的重點(diǎn)。采用UASB和淹沒(méi)式曝氣生物濾池(BF)組合工藝處理生活污水,兩段HRT分別為6h和0.17h時(shí)系統對CODcr 、BOD5 和SS去除率均在90%以上,并且該組合系統相對單一的UASB污水處理系統而言,有更好的穩定出水水質(zhì)的作用。當BF段的污泥回流至UASB段時(shí),厭氧反應器內有機物甲烷化的能力提高,使產(chǎn)氣量增加、剩余污泥量減少,可以減少甚至省去污泥濃縮池和消化池。
  由于以UASB為主體的厭氧-好氧組合處理工藝,受溫度的影響較大,特別是在低溫條件下,系統的性能不能得到充分的發(fā)揮。通過(guò)中試試驗研究了厭氧折流板生物濾池反應器和淹沒(méi)式曝氣生物濾池組合工藝低溫下處理生活污水時(shí)的脫氮性能。系統經(jīng)過(guò)一年的運行,在厭氧段和好氧段的水力停留時(shí)間分別為15h和4h的條件下,即使環(huán)境溫度低于10℃(平均氣溫5.9℃),對CODcr、BOD5和SS的去除率仍達80%左右。低溫使硝化的活性受到一定的影響,溫度在4.5~23℃范圍內,TKN的去除率在46.4~87.3%間變化,并且該系統也具有一定的反硝化功能,為低溫環(huán)境下生活污水的脫氮處理提供了參考。

  目前在城市生活污水處理領(lǐng)域,普遍存在的問(wèn)題有:
  1、采用傳統的活性污泥法,往往基建費、運行費高,能耗大,管理較復雜,易出現污泥膨脹現象;工藝設備不能滿(mǎn)足高效低耗的要求。
  2、隨著(zhù)污水排放標準的不斷嚴格,對污水中氮、磷等營(yíng)養物質(zhì)的排放要求較高,傳統的具有脫氮除磷功能的污水處理工藝多以活性污泥法為主,往往需要將多個(gè)厭氧和好氧反應池串聯(lián),形成多級反應池,通過(guò)增加內循環(huán)來(lái)達到脫氮除磷的目的,這勢必要增加基建投資的費用及能耗,并且使運行管理較為復雜。
  3、目前城市污水的處理多以集中處理為主,龐大的污水收集系統的投資遠遠超過(guò)污水處理廠(chǎng)本身的投資,因此建設大型的污水處理廠(chǎng),集中處理生活污水,從污水再生回用的角度來(lái)說(shuō)不一定是唯一可取的方案。
  因此,城市生活污水處理朝著(zhù)低能耗、高效率、少剩余污泥量、最方便的操作管理,以及實(shí)現磷回收和處理水回用等可持續的方向發(fā)展。