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城市生活污水是城市发展中的产物,随着城市化和工业化进程的加快,其产生量不断增大,污染日益严重,已严重制约了城市社会经济的可持续发展。在全球经济快速发展的今天,环保问题,特别是城市污水处理已成为各国研究的热点。我国的污水处理始于20世纪70年代。据统计,截止2015年底,全国已建成污水处理厂1943座,污水厂日处理能力达到14028万立方米,全年累计处理污水量达410.3亿立方米,2015年全国城市污水处理率达到91.97%。
城市污水处理工艺流程总述
典型的城市污水处理工艺流程主要包括机械处理、生化处理、污泥处理等工段。有机械处理以及生化处理构成的系统属于二级处理系统,其中BOD5和SS去除率可达到90%~98%。处理效果介于一级和二级处理中间的一般称为强化一级处理、一级半处理或不完全二级处理,主要有高负荷生物处理法和化学处理法两大类,BOD5去除率达45%~75%。具有生物除磷脱氮功能的二级处理系统通常称为深度二级处理。为了除特定的物质,在二级处理之后设置的处理系统属于三级处理,例如化学除磷,活性炭吸附等。
污染物的分类
从污水处理的角度,污染物可分为悬浮固体污染物、有机污染物、有毒物质、污染生物和污染营养物质。城市污水中含有的大量有机物排入水体,会使水体中溶解氧的含量降低,甚至达到缺氧状态,严重污染水体,使水中鱼类无法生存。污水中有机物浓度一般用生物化学需氧量(BOD5)、化学需氧量(COD)、总需氧量(TOD)和总有机碳(TOC)来表示。营养物质主要指氮、磷,其可使藻类和浮游生物繁殖,形成“水华”和“赤潮”。
污水的处理方法
污水处理方法可根据水质类型分为物理处理法、生物处理法、污水处理产生的污泥处置及化学处理法,还可根据处理程度分为一级处理、二级处理及三级处理等工艺流程。
物理处理方法:是利用物理作用分离和去除污水中污染物质的方法。常用方法有筛滤截留、重力分离、离心分离等,相应处理设备主要有格栅、沉砂池、沉淀池及离心机氧其中沉淀池同城镇给水处理中的沉淀池。
生物处理法:是利用微生物的代谢作用,去除污水中有机物质的方法。常用的有活性污泥法、生物膜法等,还有氧化塘及污水土地处理法。化学处理法在城市污水处理中使用较少,一般涉及城市给水处理中的其他化学方法如中和氧化还原、离子交换、电解主要用于工业废水处理,很少用于城市污水处理。污泥需处理才能防止二次污染,其处置方法常有浓缩、厌氧消化、脱水及热处理等。
一级处理:主要针对水中悬浮物质,常采用物理的方法,经过一级处理后,污水悬浮物去除可达40%左右,附着于悬浮物的有机物也可去除30%左右;
二级处理:主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质。通常采用的方法是微生物处理法,具体方式有活性污泥法和生物膜法。生物处理就是利用微生物分解氧化有机物的这一功能,并采取一定的人工措施,创造有利于微生物生长、繁殖的环境,使微生物大量繁殖,以提高其分解氧化有机物效率。污水经过一级处理以后,已经去除了漂浮物和部分悬浮物,BOD5的去除率约25%~30%。经过二级处理后,BOD5去除率可达90%以上,二沉池出水能达标排放。
活性污泥处理系统,在当前污水处理领域,是应用最为广泛的处理技术之一,曝气池是其反应器。污水与污泥在曝气池中混合,污泥中的微生物将污水中复杂的有机物降解,并用释放出的能量来实现微生物本身的繁殖和运动等。
污水处理的工艺技术当前流行的污水处理工艺有:AB法、SBR法、氧化沟法、普通曝气法、膜分离机等,各有其自身的特点。
AB法
该工艺对曝气池按高、低负荷分为二级供氧。A级负荷高,曝气时间短,产生污泥量大,污泥负荷2.5kgBOD/(kgMLss˙d)以上,池容积负荷在6kgBOD/(m3˙d)以上;B级负荷低,污泥龄较长。A级和B级亦可分期建设,A级与B级间设中间沉淀池。两级池子的F/M(污染物量与微生物量之比)不同,形成不同的微生物群体。AB法尽管有节能的优点,但不适合低浓度水质。
SBR法
此法进水、曝气、沉淀、出水在同一座池子中完成,常由3~4个池子构成一组,轮流运转,一池一池地间歇运行,故称序批式活性污泥法。这种—体化工艺的特点是工艺简单,由于只有—个反应池,不需二沉池、回流污泥及相关的设备,一般情况下不设调节池,多数情况下可省去初沉池,故节省了占地和投资,耐冲击负荷且运行方式灵活,可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态,实现除磷脱氮的目的。
普通曝气法
其变型工艺普通曝气法出现得最早,其实际处理效果好,可处理大的污水量。传统普曝法的不足之处是只能作为常规二级处理,不具备脱氮除磷功能。近几年,在工程实践中,通过降低普通曝气池的容积负荷,可以达到脱氮的目的;在普通曝气池前设置厌氧区,可以除磷,亦可用化学法除磷。采用普通曝气法去除BOD,在池型上有多种形式,如氧化沟,工程上称为普通曝气法的变型工艺,亦可统称为普通曝气法。
氧化沟法
是在20世纪50年代初期发展而形成的,因其构造简单,易于管理,很快得到了推广应用,且不断创新。目前,氧化沟在应用中发展出了多种形式,比较有代表性的有:
1.帕式,简称单沟式,表面曝气采用转刷曝气,水深一般在2.5~3.5m。
2.奥式,简称同心圆式,实际应用的多为椭圆形的三环道组成,3个环道采用不同的DO,如外环为0、中环为1、内环为2,这有利于脱氮除磷。采用转碟曝气,水深一般在4.0~4.5m。
3.卡式,简称循环折流式,采用倒伞形叶轮曝气,水深一般在3.0m左右,但污泥易于沉积。
4.三沟式氧化沟(T型氧化沟),该工艺由3个池组成,中间作曝气池,左右2个池兼作沉淀池和曝气池。其特点是采用转刷曝气、水浅、占地面积大、不设厌氧池,不具备除磷功能。
膜分离技术
用膜分离代替沉淀进行泥水分离,可带来活性污泥工艺的以下变化:
1.不再存在污泥膨胀问题。在调控活性污泥系统时,不必再考虑污泥的沉降性能,从而使工艺控制大大简化;
2.曝气池的污泥浓度将大大提高,MLSS可以大于20g/L,从而使系统可在超大泥龄、超低负荷状态下运行,充分满足去除各种污染物质的需要;
3.在同样的处理要求下,可使曝气池容积大大减小,节省了处理厂的占地面积;
4.污泥浓度的提高,要求较高的曝气速率,因而纯氧曝气将随着膜的分离而被大量采用。
工艺优选
活性污泥、氧化沟、SBR工艺
1.常规活性污泥法适用于中等负荷的大型污水处理厂。
2.氧化沟法、SBR法的基建费用低,运行费较高。若处理规模为10万t/d,折旧以20年计,氧化沟、SBR与常规活性污泥法的总处理费用大体相当(处理费=运行费+折旧+固定资产投资贷款利息)。规模越小,氧化沟、SBR的总处理费用越低。因此,对于中小型污水处理厂而言,氧化沟、SBR在经济 上有益。
3.氧化沟、SBR工艺一般不设初沉池和污泥消化池,处理单元比常规活性污泥法减少50%以上,操作管理简化;且设备国产化程度高,价格低。
氧化沟、SBR工艺
1.基建费用:SBR是合建式。地价高,有利于SBR,其土建费用较低,但设备费用较氧化沟高。
2.就进水,BOD5浓度而言,高,有利于氧化沟;低,有利于SBR。一般以BOD5=150mg/L为界,高于此值,氧化沟建费用低于SBR;低于此值,则反之。
3.运行费用就曝气方式而言,氧化沟常用机械式,SBR通常用鼓风式,后者比前者省电;SBR工艺是变水位运行,增大了扬程,因而电耗要比氧化沟小些,运行费用也低些。
4.SBR工艺的自控要求较高。就出水水质而言,氧化沟是动态沉淀,SBR是静态沉淀,后者沉淀效率更高,出水水质更好。
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