一体化污水处理核心处理工艺比较选择

一体化污水处理核心处理工艺比较选择

污水处理工艺的选择是污水处理厂设计的主体和关键，污水处理工艺是否合理，直接关系到污水处理厂的出水水质、处理效果、运转的稳定性、运转成本和操作管理的水平。因此必须结合实际，在满足处理效果的前提下，选择成熟、可靠、经济、高效且操作管理方便、先进的污水处理工艺，以取得最佳的效益。

由设计水质和处理要求可以看出，污水处理厂主要污染为有机污染，参考我国《室外排水设计规范》（GB50014-2006）对污水处理厂的处理效率的规定，一级处理方法，对于SS处理效率为40~55%，对于BOD5处理效率为20～30%；二级处理方法，对于SS处理效率为60~90%，对于BOD5处理效率为65～95%。结合本工程设计，应采用二级处理方法。

普通活性污泥法具有运行稳定、管理方便的优点，前人在设计和运行方面积累了大量的工程经验，但普通活性污泥法也存在着在运行不当时或进水水质异常时易发生污泥膨胀导致出水恶化的问题，同时由于污泥泥龄较短和没有缺氧工况；对氮、磷的去除率不理想，随着社会经济发展，进入水体的污染负荷已严重超过水体自然净化能力，特别是氮、磷在自然水体中积累，造成水体的富营养化已成为人们普遍关注的问题。所以城市生活污水的脱氮除磷显得越来越重要。

现就目前国内外城市污水脱氮除磷二级生物处理采用较多的工艺作一分析比较。

生物除磷脱氮污水处理工艺比较

目前，用于城市污水处理具有一定脱氮除磷效果的污水处理工艺大致分为两大类：第一类为按空间进行分割的连续流活性污泥法；第二类为按时间进行分割的间歇性活性污泥法。另外还有一类就是以BAF工艺为代表的生物膜法。

按空间分割的连续流活性污泥法

按空间分割的连续流活性污泥法是指各种处理功能（如进水、曝气、沉淀、出水）在不同的空间(不同的池子)内完成。目前，较成熟的工艺有：传统A2/O 工艺、A2/O氧化沟工艺等。

传统A2O工艺及UCT、倒置A2/O工艺

传统A2O工艺于70年代由美国专家在厌氧—好氧除磷工艺（AO工艺）的基础上开发出来的。该工艺是在AO工艺中增加一个缺氧段，将好氧段流出的一部分混合液回流至缺氧段，以达到脱氮的目的。

传统A2O工艺可以完成有机污染物的去除、硝化反硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能。其流程简图如下：

进水出水

回流污泥剩余污泥

传统A2O工艺流程简图

传统A2O工艺的特点：

在去除有机污染物的同时可达到除磷脱氮目的；

工艺简单、水力停留时间较短；

在厌氧—缺氧—好氧条件下交替运行，丝状菌不会过度繁殖，从而不会引发污泥膨胀。

传统A2O工艺的缺点是回流污泥中过多的硝酸盐破坏厌氧环境，影响厌氧放磷效果，为此产生了UCT工艺。与传统A2O工艺比较，UCT工艺不同之处在于污泥先回流至缺氧段，再将缺氧段部分混合液回流至厌氧段，从而减少了回流污泥中硝酸盐对厌氧放磷的影响。但UCT工艺增加了一次回流，即多一次提

升，相应的运行费用将增加。

UCT 工艺流程简图如下：

进水

回流污泥

剩余污泥

UCT 工艺流程简图

为了避免回流硝酸盐对生物除磷的影响，克服UCT

工艺的缺点，又产生了倒置A 2/O 工艺。该工艺是将缺氧段置于厌氧段前面，来自二沉池的回流污泥和

30~50%的进水，50~150%的混合液回流均进入缺氧段，停留时间为1~3h ，回流污泥和混合液在缺氧段内进行反硝化，去除硝态氧，再进入厌氧段，保证了厌氧段的厌氧状态，强化除磷效果。

倒置A 2/O 工艺流程简图如下：

进水

倒置A 2/O 工艺流程简图

传统氧化沟工艺及DE 、TE 、Carrousel-2000、A 2O 氧化沟工艺

氧化沟是活性污泥法的一种类型。它把连续循环式反应池作为生化反应器，混合液在其中连续循环流动。

传统氧化沟

传统氧化沟使用一种带方向控制的曝气和搅动装置，向反应器的混合液传递水平流速，从而使搅动的混合液在氧化沟内循环流动。

传统氧化沟工艺供氧量的调节一般通过改变转刷或曝气机的转速、浸水深度和设备数量等，以调节整个工艺的供氧能力和电耗水平。

用氧化沟工艺一般不设初沉池，由于该工艺选择的泥龄较长，剩余污泥量少于一般的活性污泥法，并且得到了一定程度的好氧稳定，污泥可不需要进行厌氧消化处理，从而简化了污泥处理的流程。

从水力特性来看，传统氧化沟既具备完全混合式反应器的特点，也具备推流式反应器的特点。污水通常在沟渠中循环流动多次，并且曝气装置在沟中布置的特点使沟中溶解氧呈现分区变化。即远离曝气装置的某点DO浓度降低而呈现缺氧段，有利于活性污泥的生物絮凝和生物脱氮。

氧化沟工艺一般也适合于进水水质浓度较低的生活污水处理厂。

传统氧化沟工艺流程简图如下：

出水

回流污泥剩余污泥

传统氧化沟具有负荷低耐冲击、污泥量少、易于管理、方便维护、出水优质等特点。但由于该工艺采取表面曝气的方式，因此沟内有效水深一般控制在3～4.5m左右，在深度上不如使用鼓风机进行水下曝气的方式，即相同设计参数的情况下，占地面积较大，且动力效率偏低，一般仅为1.6～1.8kgO2/kWh。

针对上述缺点和现代污水处理厂对出水水质N、P的要求而开发出来的DE 及TE型双沟式氧化沟工艺、Carrouse-2000氧化沟工艺、微孔曝气氧化沟工艺均得到了成功的运用，取得了良好效果。现分别简述比较如下：

（2）DE和TE型生物除磷脱氮氧化沟工艺

DE型和TE型氧化沟工艺首先由丹麦克鲁格公司开发，它是交替式氧化沟的一种，其中DE型氧化沟工艺在东莞塘厦污水处理厂等工程中成功应用；TE型氧化沟工艺则在深圳平湖污水处理厂等工程中取得成功。

DE生物除磷脱氮双沟式氧化沟工艺包括了厌氧段，一对同等容量的曝气池和一个二沉池。而TE型生物除磷脱氮三沟式氧化沟工艺包括了厌氧段，三个同等容量的曝气池和一个二沉池，与DE型生物除磷脱氮双沟式氧化沟工艺的区别是多了一个曝气池。其中曝气池的运作模式为不断切换作业，而厌氧段则设有搅拌器。

曝气池附有数台转刷曝气机，进水分布槽及出水井。除了有机物、悬浮物及氨氮去除外，废水内的总氮和磷质浓度也根据生物除磷脱氮生物化方法而相对地减少。

整个生物除磷脱氮系统采用全自动控制和监测。由于废水成份和有机负荷的变化，生物除磷脱氮系统需要一个连续不断的微调控程序来达到最高的处理效果；而调控的方法则包括改变曝气时间和变更曝气机所提供的氧气量。至于控制曝气池内供氧的方法，则是利用溶氧仪计。

厌氧段设计为确保其厌氧条件，这对于存在于污水中的脱磷菌的生长是至关重要的。厌氧段中，聚集于污泥中的磷会放出，但在后边的曝气池中又吸收，这是由于“大量磷摄取”的生物过程。经厌氧段后，污水由自动分布器，按生物除磷脱氮的程序要求，程序逻辑控制器控制污水进入两个氧化沟中的一条(DE型)。DE型氧化沟工艺的简化流程如下图：

艺，在硝化，反硝化的工艺过程更趋合理及优化，更有利于脱氮除磷，提高出水水质标准。

在设备利用率方面比T型氧化沟工艺提高45%，比DE型氧化沟工艺提高15%。

DE型和TE型氧化沟工艺仍然采取了传统氧化沟工艺的表面曝气方式(转刷曝气机)，因此能耗及占地均偏大。同时由于必须不断转换运转方式达到脱氮效果，所以该工艺必须具有很高的自动化程度。

（3）卡鲁塞尔2000（Carrousel-2000）除磷脱氮氧化沟工艺

该工艺源于荷兰的DHV公司及其在美国的专利特许公司EIMCO。广东省中山市污水处理厂采用的就是Carrousel-2000除磷脱氮氧化沟工艺。流程简图如下：

回流污泥剩余污泥

卡鲁塞尔2000系统，是在原卡鲁塞尔系统上增加一个缺氧段和预脱氮池，这个预脱氮池通过两条窄沟与原卡鲁塞尔系统连接在一起。当缺氧且富含硝酸盐的混合液流向曝气机时，部分液体被导入缺氧段，与未处理的污水接触，从而省去了内回流泵。未处理的污水BOD5浓度高，可作为碳源满足并促进反硝化过程，分解出的氮气释放到空气中，硝酸盐中结合的氧用于BOD5氧化。

水流分配通过沟道进口宽度和水力局部调节，沟道入口安装的简单的隔板“门”可以进行流量微调。

卡鲁塞尔2000系统特有的水力设计，代替了常规系统中所必需的内回流泵和管道，仅需在缺氧段安装一套低能耗的搅拌机。

该工艺对NH3-N的降解率可达到95%，P的去除率达到75%以上。该工艺程式上属A2O工艺。由于采用了新型倒伞型曝气机供氧，因此，其有效水深达到4.8米，减少了占地面积，但设备利用率高，能耗仍然偏高。

（4）A2O氧化沟除磷脱氮工艺

A2O氧化沟工艺是通过改变氧化沟的曝气方式而产生的，该工艺首次在肇庆市污水处理厂运用即取得巨大成功，该厂运转至今在出水水质、能耗、占地、运行费、污泥处理、臭气控制、噪声控制等方面都取得了满意的效果。该工程已于2001年7月20日通过由广东省建设厅组织的全面验收，标志着应用获得成功。

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A2O氧化沟工艺流程简图

A2O氧化沟工艺是在氧化沟基础上，引入了微孔曝气，同时曝气头布置方式上做了改进，从而使总氧转移量增大，有效地解决了提高氧利用率并降低能耗问题。

此外，在氧化沟的推流方式上，由于采用潜水推进器，由叶轮产生的水流推动直接作用到水中，被推动的水流由下层向上层传递，而不像表曝用转刷或倒伞型曝气机将水流从上向下层传递，而大部分的动能变成热能散失入空中。因而采用潜水推进器减少了能量消耗，从一般的表曝形式推流所需的能耗5～

8w/吨水降至1～2w/吨水。

按时间分割的间歇式活性污泥法

序批式活性污泥法，又称间歇式活性污泥法，近几年来已发展成多种改良

型，主要有：传统SBR、ICEAS、CAST、Unitank、MSBR工艺等。

●传统SBR工艺

其反应是在同一容器中进行。在同一容器中进水时形成厌氧(此时不曝气)、缺氧，而后停止进水，开始曝气充氧，完成脱氮除磷过程，并在同一容器中沉淀，再通过滗水器出水，完成一个程序。这种方法与以空间进行分割的连续流系统有所不同，它不需要回流污泥，也无专门的厌氧段、缺氧段、好氧段，而是在同一容器中，分时段进行搅拌、曝气、沉淀，形成厌氧、缺氧、好氧、沉淀过程。传统SBR工艺，总容积利用率低，一般小于50％，因此适用于较小污水量场合。

●ICEAS及CAST工艺

ICEAS、CAST工艺即连续进水、间歇操作运转的活性污泥法。与传统SBR 法不同之处在于通过设置多座池子，尽管单座池子为间歇操作运行，但使整个过程达到连续进水、连续出水。其进水、反应、沉淀、出水和待机在一座池子中完成，常用四座池子组成一组，轮流运转，一池一池的间歇处理。ICEAS及CAST工艺虽有它的优点，可在一组池中完成脱氮、去除BOD5全过程，但每座池子都需安装曝气设备、用于沉淀的滗水器及控制系统，间歇排水，水头损失大，设备的闲置率较高、利用率低，投资大，要求自动化程度高。

目前，国内昆明第三污水处理厂采用了ICEAS工艺，设计规模为15万m3/d，已建成投入运行。

●Unitank工艺

交替式生物处理池工艺是结合传统活性污泥法和SBR法的特点形成的一种活性污泥处理工艺，其池型为矩形，运行方式类似于三沟式氧化沟。与传统活性污泥法相比，省去了回流污泥系统及沉淀设备，从而降低了投资；同时运行周期和运行时序可根据进水水质情况和出水要求进行调整，运转比较灵活，在一定范围内具有较强的竞争力。下面对该工艺进行简要介绍。

?基本构造

交替式生物处理池的外形是一矩形池，里面被分隔成三个相等的矩形单元池(A、B、C池)，相邻的单元池之间以开孔的公共墙连通，如下图所示。在三个单元池内均配有曝气扩散装置。其中外侧的两池具有曝气和沉淀双重功能，两池上还设有固定出水堰及剩余污泥排放口。中间池始终作为曝气池使用。进入系统的污水，通过进水闸的控制可分时序分别进入三个池子中的任意一池，采用连续进水，周期交替运行方式。

运行方式

交替式生物处理池工艺主要有两种运行方式，即单级好氧与脱氮除磷系统。单级好氧工艺的每个运行周期包括两个主体运行阶段，这两个阶段的运行过程完全相同，相互对称，它们之间通过过渡段进行衔接，因而不需要设单独的沉淀池及污泥回流系统。

通过对系统进行灵活的时间和空间控制，适当地增大水力停留时间，可以实现污水的脱氮除磷。其运行机理如图所示。

第一个主体运行阶段，污水交替进入A池和B池，在A池进行缺氧搅拌，以污水中的有机物作为电子供体，将前一个运行阶段的硝态氮通过兼性菌的反硝化作用实现脱氮，并释放上一阶段运行时沉淀的污泥中的磷。B池在曝气运行时，完成有机物去除、硝化及过量吸收磷的过程；在进水并搅拌时，进行反硝化脱氮，并将污泥向右推进。C池作为沉淀池进行泥水分离，上清液溢流排出，含磷污泥的一部分作为剩余污泥排除。在过渡阶段，污水只进入B池，使A池中尽可能完成硝化反应。其后A池停止曝气，作为沉淀池。然后进入第二个主体运行阶段，污水由右向左流，运行过程相同。

从以上对该种工艺运行过程的描述可见，该工艺的主要特征是：

通过在沉淀末期和曝气期中间加入非曝气搅拌期，形成缺氧和厌氧状态，达到脱氮除磷目的。

由于该工艺为三池交替运行工作，没有独立的厌氧、缺氧、好氧段，在非曝气搅拌阶段，水中大量的硝酸盐会消耗溶解性BOD5，降低BOD5/P有效比值，同时进水中的溶解性BOD被大比例稀释，与活性污泥的比例很低，除磷菌摄取BOD5量少，在厌氧阶段释放磷不充分，因此除磷效果不稳定，并且难以控制。

在对应于该工艺控制灵活优点的同时，也存在一些问题。由于该工艺各阶

段转换次数多，对控制系统的可靠性程度要求高，尤其当处理水量过大时，工艺的复杂程度大幅度增加，其控制程度将成倍增加；

在大型污水处理厂中运用时，由于每格池池容较大，有效水深较深，对沉淀工艺和技术有较高要求，为了改善沉淀条件，常常需要增加斜板(管)，这样增加了设备及维修工作量。

目前，澳门凼仔污水处理厂采用了该工艺，处理效果良好，但该厂不要求脱氮除磷。佛山某污水处理采用该工艺脱氮除磷较差。

MSBR法

MSBR法是一种改良型序批式活性污泥法，是八十年代后期发展起来的技术，目前专利技术归美国芝加哥附近的Aqua Aerobic System，Inc所有。其实质是A2/O系统后接SBR，具有A2/O生物除磷脱氮效果好和SBR的一体化、流程简洁、不需二沉池、占地面积小和控制灵活等特点。缺点是需要污泥回流和混合液回流，所需潜污泵较多，总容积利用率仅为73%。

MSBR工艺流程简图

生物膜法

（1）生物膜法主要是以曝气生物滤池(BAF)为代表的一类污水处理技术。

此工艺中一般包括有絮凝沉淀池及生物曝气滤池两部分主要构筑物。

生物曝气滤池（BAF）是80年代开发研究的新型微生物附着型污水处理工艺。生物曝气滤池的构造及运行方式与给水的普通快滤池相似，它是一种具有活性污泥法特点的生物膜法处理构筑物，池内放置直径为几个毫米的蓬松滤料作为生物群支撑介质，通过设在池底的配气系统曝气，微生物在支撑介质上生长。净化污水除主要依靠填料上的生物膜外，滤池中尚存在一定浓度类似活性污泥的悬浮生物量，对污水也有一定降解作用。水流采用水气复合上升流程，定期进行反冲洗。作为附着生物载体的滤池填料本身粒径小、比表面积大，因此容积负荷可以很高，反应器容积可大大缩小。同时填料本身可截留SS，因此生物曝气滤池可同时完成生物处理与固液分离。如选择较小的填料粒径和相对较低的滤速，固液分离效果要优于沉淀法，可接近普通快滤池的过滤效果。当有脱氮要求时，一般需采用两段生物曝气滤池，通过控制供氧使生物膜上的优势菌种分别为好氧菌和硝化菌，从而达到除碳及脱氮目的。污水通过这两段生物滤池的处理，可达深度处理（中水）水质要求（大肠菌指标除外）。污水中磷的去除主要是通过SS的沉淀及拦截、分解，因此在生物曝气滤池前一般需投加化学絮凝剂，在去除绝大部分悬浮物及有机污染物的同时，达到对磷的去除。

絮凝沉淀池是带有污泥循环的高效沉淀池，设置目的主要在于防止污水中过高浓度的悬浮物堵塞后续的滤池。沉淀池前部是污水与混凝剂（如PAC）反应区，其后是污水与絮凝剂（阴离子高分子聚合物）的反应絮凝区，再后是斜板沉淀区。斜板沉淀区下部为污泥浓缩区，絮凝沉淀后的污泥在此浓缩后含水率可降至96％以下。一小部分絮凝沉淀后的污泥返回到前部的絮凝区以改善絮凝和沉淀效果。投加化学絮凝剂后进水中大部分SS获得沉淀、浓缩。生物曝气滤池反冲洗废水亦送入沉淀池中进行处理。

（2）生物滤池的主要优点及缺点

（a）主要优点：

占地面积小，基建投资省。曝气生物滤池之后不设二次沉淀池，可省去二次沉淀池的占地和投资。此外，由于采用的滤料粒径较小，比表面积大，生物量高，再加上反冲洗可有效更新生物膜，保持生物膜的高活性，这样就可在短的时间内对污水进行快速净化。曝气生物滤池水力负荷、容积负荷大大高于传统污水处理工艺，停留时间短(每级0.5～0.66h)，因此所需生物处理面积和体积都很小，节约了占地和投资。

出水水质高。在BAF中，由于填料本身截留及表面生物膜的生物絮凝作用，使得出水SS很低，一般不超过10mg/L；

（b）主要缺点：

曝气生物滤池对进水的SS要求较高。为使之在较短的水力停留时间内处理较高的有机负荷并具有截留SS的功能，曝气生物滤池采用的填料粒径一般都比较小。如果进水的SS较高，会使滤池在很短的时间内达到设计的水头损失发生堵塞，这样就必然导致频繁的反冲洗，增加了运行费用与管理的不便。根据国外的运行经验，进水的SS一般不超过100mg/L，最好控制在60mg/L以下。这样就对曝气生物滤池前的处理工艺提出了较高的要求。

采用曝气生物滤池，水头损失较大，水的总提升高度大。曝气生物滤池虽具有截留SS，代替二沉池的功能，但同时伴随着的是其水头损失较大。一般来说，水头损失根据具体情况，每一级为1～2m，这样就在整体上加大了水的总提升高度。

采用曝气生物滤池工艺，在反冲洗操作中，短时间内水力负荷较大，反冲出水直接回流入初沉池会对初沉池造成较大的冲击负荷。因此该工艺虽节约了二沉池，但需一污泥缓冲池，反冲出水一般先流入污泥缓冲池，然后缓慢回流入初沉池，以减轻对初沉池的冲击负荷。

由于滤池单池尺寸的限制，池数又不可能太多，因此该工艺尤适合于中小水量的污水处理厂。当用于大型污水处理厂时，由于化学絮凝剂的投加量较大，运转费用会比较高。污泥产量增多，而且由于含有大量化学污泥，增加了污泥处理系统的难度和负担。

我国现在投入运行的大连某污水处理厂采用BAF工艺(12万m3/d)的运行费用超过0.7元/m3，处理后的污水直接排入深海。

污水处理工艺方案比较与选择

通过对上述各种工艺的分析，并结合本工程规模较大,用地较紧张,出水水质（特别是除磷脱氮）要求高,污泥必须稳定的特点,如果采用按时间分割的间歇式活性污泥法中的SBR法、ICEAS法、CAST法,利用其集进水、曝气、沉淀、出水多种功能于一体的特点，可以使平面布置紧凑，在用地方面具有一定优势。但其设备利用率低、管理复杂，自动化程度要求高，除磷脱氮功能较差，无论从技术、管理和经济方面都较难保证污水厂长期稳定运行。

近几年来，结合传统活性污泥法和SBR法的特点又开发了MSBR、Unitank 等工艺，其中MSBR即是A2/O法后加SBR法，虽然具有了很好除磷脱氮功能，但同样克服不了SBR的其它缺点。

Unitank工艺，其池型为矩形，运行方式类似于三沟式氧化沟。在用地方面有一定优势，但从前述分析来看，Unitank工艺存在除磷效果不稳定等缺陷，难以保障污水处理厂除磷达标的要求。本工程工艺可靠性要求非常高，从而使该工艺的复杂程度大幅度增加，其控制量将成倍增加。

采用BAF工艺虽然在用地方面优势较大，但从前面章节的分析来看，同样存在如下突出缺点：

BAF对进水的SS要求较高。根据国外的运行经验，进水的SS一般不超过100mg/L，最好控制在60mg/L以下。而本工程设计进水SS为200mg/L，这样就对曝气生物滤池的前处理工艺提出了更高的要求。

由于本工程除磷要求高，而BAF工艺生物除磷效果差，化学絮凝剂的投加量就显得尤为突出，不但导致运转费用升高，而且导致污泥产量增多，并且含有大量化学污泥，不利于污泥的后续处置。这样一来，采用BAF工艺虽然能节省用地，但增加了污泥处理系统的难度和负担。

BAF工艺中设备种类、数量较多，管线布置比较复杂，投资比较高，对设

备及自控系统可靠性、技术水平、维护管理水平的要求都比较高。在运转过程中若管理不善，容易发生滤池堵塞情况，从而影响出水水质。

因此，单纯从污水处理厂用地情况来说，BAF工艺具有一定优势，但其运行费用高，操作管理相对繁杂，不利于污泥的后续处置。显然BAF工艺不适合本工程。上述任何缺点都会给管理者带来不便。

按空间分割的连续流活性污泥法，虽然较BAF，Unitank工艺占地稍大，但运行管理经验成熟，出水稳定可靠，运行费用低。适用于本项工程。根据本工程进出水水质要求及用地情况，选A2O氧化沟工艺、CASS 工艺以及传统A2/O 工艺进行比较，从而推荐一个适合本工程的最佳方案。

下面通过具体的工艺对比对A2/O氧化沟工艺、CASS工艺以及传统A2/O工艺来作进一步的说明:

综上所述，A2O氧化沟工艺在本工程中具有更多的优势，因此，本工程推荐“A2O氧化沟工艺”作为污水处理工艺。