污水处理厂调整工艺脱氮.docx
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污水处理厂调整工艺脱氮
污水处理厂调整工艺、优化运行，提高脱氮除磷能力和效率的工艺方案说明
石家庄工大环境工程有限公司
2011年3月3日
一、现有污水处理厂工艺简介
我们对传统曝气工艺、氧化沟工艺、SBR工艺、悬挂链曝气多级A/O工艺进行了分析比较。
以下分析比较数据取自国家经贸委、建设部《“全国城市污水处理现状调查”研究课题报告》。
1、A/O工艺系列
A/O（Anaerobic/Oxic）工艺，即厌氧/好氧工艺，是单元组成最简单的生物除磷工艺，池型改造与普通曝气工艺非常相似。
第一套A/O系统于1979年在美国建成投产。
该工艺最主要的特点是高负荷运行、泥龄短、水力停留时间短，相应的污泥产率和除磷能力较高。
A/O工艺是使污水和污泥顺次厌氧和好氧交替循环流动的过程。
典型的A/O系统包括活性污泥反应池和二沉池，反应池划分为厌氧区和好氧区，其中厌氧区约占20％的池容，两个反应区进一步分成体积相同的格产生推流流态，一般情况下厌氧区和好氧区都被分隔成2～4个格。
进水与回流污泥在厌氧区进水端混合后流经多个反应格串联组成的厌氧区，随后是多个反应格串联组成的好氧区，混合液最后进入二沉池，通过固液分离，污泥从二沉池回流到厌氧区。
部分富磷污泥以剩余污泥的形式从系统中排出，实现磷的去除。
A/O工艺是针对磷元素的去除开发研究的，在去除氮元素上也是有效的，属于最早的具有专门除磷脱氮功能的污水处理工艺，因此技术上是成熟的，运行也是稳定的。
在处理效果上对于除磷效果和脱氮效果方面的定性评价指标分别为1.14和1.1，显示出优越的除磷脱氮性能；在一般污染物去除方面，COD、BOD、SS的去除效果指标分别为1.05、1.05、1.06，也可认为是有效的。
运行管理和二次污染的评价指标显示，A/O工艺与其它工艺的平均水平相差不大。
在适用处理规模上，A/O工艺与普通曝气工艺一样适用于大型和超大型污水处理厂，尤其在20万吨以上日处理规模时。
但与普通曝气工艺不同在于，弥补了普通曝气工艺对除磷脱氮功能的较大不足。
A/O工艺由于其鲜明的除磷脱氮技术特性，其投资和运行费用较一般工艺略高，其它经济性指标如装机功率、占地面积相对于其它工艺处于平均水平。
由于A/O工艺的经济性指标偏低，因此比较适用于发达地区和有氮磷去除要求的地区。
2、氧化沟系列
氧化沟（OxidationDitch）是本世纪50年代由荷兰工程师发明的一种新型活性污泥法，其曝气池呈封闭的沟渠形，废水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动，因此被称为“氧化沟”，又称“循环曝气池”。
氧化沟在应用中发展为多种形式，比较有代表性的有：
帕式（Passveer）简称单沟式,表面曝气采用转刷曝气,水深一般在2.5～3.5m,转刷动力效率1.6～1.8kgO2/（kW·h）。
奥式（Orbal）简称同心圆式，应用上多为椭圆形的三环道组成，三个环道用不同的DO（如外环为0，中环为1，内环为2），有利于脱氮除磷。
采用转碟曝气，水深一般在4.0～4.5m,动力效率与转刷接近，现已在山东潍坊、北京黄村和合肥王小郢的城市污水处理厂应用。
若能将氧化沟进水设计成多种方式，能有效地抵抗暴雨流量的冲击，对一些合流制排水系统的城市污水处理尤为适用。
卡式（Carrousel）简称循环折流式，采用倒伞形叶轮曝气，从工艺运行来看，水深一般在3.0m左右，但污泥易于沉积，其原因是供氧与流速有矛盾。
三沟式氧化沟（T型氧化沟），此种型式由三池组成，中间作曝气池，左右两池兼作沉淀池和曝气池。
T型氧化沟构造简单，处理效果不错，但其采用转刷曝气，水深浅，占地面积大，复杂的控制仪表增加了运行管理的难度。
不设厌氧池，不具备除磷功能。
⑤一体化氧化沟，此种型式的基本特点是将生物处理净化和固液分离合为一体。
该沟型是我国自行研究开发的，目前还处于实验阶段。
氧化沟类工艺在90年代中后期被广泛采用，主要是因为其维修简单，运行比较稳定，处理效果良好的缘故。
从评价结果来看：
除一体化氧化沟由于缺乏运行实践经验外，氧化沟工艺的多种变型没有本质的差别，氧化沟工艺考虑硝化段和反硝化段，对脱氮是有效的，调查采样数据证明，氨氮去除效率可以达到90％。
在运行管理方面，氧化沟工艺超过其它工艺，这主要是机械曝气本身设备维护简便，劳动强度随之降低。
从目前国内城市污水处理行业的使用情况来看：
氧化沟类工艺主要是10万吨左右日处理规模的污水处理厂选用，多年的运行实践也证明了氧化沟工艺比较适用于大中型污水处理厂。
氧化沟工艺技术性能先进，曝气效率较高，但是，氧化沟的沟深不能过深，这就造成了相对于其它工艺，氧化沟的占地面积较大。
在土地资源或运行费用紧张地区建设污水处理厂，在工艺选择时应该注意到这一点。
3、SBR系列
SBR法（SequencingBatchReactor）早在20世纪初已开发，由于人工管理繁琐未予推广。
此法集进水、曝气、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四个或更多的单元格组成。
SBR工艺存在以下若干改良变形工艺：
●MSBR工艺
连续流序批式活性污泥法新工艺（ModifiedSequencingBatchReactor,简称MSBR），是对传统活性污泥法（SBR）进行了改进。
该工艺整个系统采用组合式联体结构，不需设置初沉池和二沉池。
●CCAS工艺
CCAS工艺，即连续循环曝气系统工艺（ContinuousCycleAerationSystem），是一种连续进水式SBR曝气系统。
这种工艺是在SBR（SequencingBatchReactor，序批式处理法）的基础上改进而成。
SBR工艺早于1914年即研究开发成功，但由于人工操作管理太烦琐、监测手段落后及曝气器易堵塞等问题而难以在大型污水处理厂中推广应用。
●UNITANK工艺
UNITANK工艺实际上是比利时史格斯清水公司（SEGHERSENGINEERINGWATERNV）开发的专利，取名为UNITANK。
系统由3个矩形池组成，3个池水流相连通，每个池中均设有供氧设备及剩余污泥排放口，该池即可做曝气池，又可做沉淀池；中间一个矩形池只做曝气池。
UNITANK工艺在运行过程中，有两个池处于曝气阶段，而边池处于沉淀状态，处理后水从堰口排出，剩余污泥从池底排出。
例如，污水从左侧矩形池进水，该池作曝气池，从连通管进入中间矩形曝气池，再经连通管进入右侧矩形沉淀池，处理水由固定堰排出，水流方向由左向右；经过一定时间段后，关闭左侧池进水闸，而改用从右侧池进水，此时右侧池曝气，左侧池经静止沉淀后出水，水流从右向左流动，完成一个切换周期。
这样周而复始，污水即达到净化目标。
●DAT-IAT工艺
DAT-IAT工艺是SBR的改良。
它的反应机制以及有机物的去除机理与连续流活性污泥法（CFS）基本相同，但运行操作很不相同。
DAT-IAT工艺主体构筑物是由两个串联的反应池组成，即需氧池（DemandAerationTank）和间歇曝气池（IntermittentAerationTank），一般情况下DAT池连续进水连续曝气，其出水进入IAT池，在IAT地完成曝气、沉淀、滗水和排除剩余活性污泥。
SBR类工艺包括许多种变型，但针对技术指标总体来讲：
处理效果与其它工艺平均水平差距不大，除MSBR和IDTA，其它SBR类工艺对有特殊要求下氮磷的去除不十分有效。
SBR类工艺对自控水平要求高，处理系统在程序控制下运行并且有严格处理周期；维修不便且工作量大；工艺运行基本稳定，但需在自控系统安全可靠的前提下。
SBR类工艺一般采取多组系统并联运行，势必造成控制系统的复杂化。
单从投资角度讲SBR类工艺较其它工艺的平均水平偏高。
4、多级A/O工艺（悬挂链移动曝气工艺）
A/O污水处理技术，主要应用在有脱氮要求的污水处理工程中，是城市污水处理主要发展技术之一。
A/O工艺通过有益菌群的硝化和反硝化反应去除污水中的氮，同时对COD也具有较高的去除效率。
但该工艺针对不同水质的废水A/O比（A段和O段的停留时间之比，相当于A段和O段的容积比）取值不同，这就造成了同一处理构筑物中，在水质水量发生变化时，处理效果下降，抗冲击负荷能力差；此外，A/O工艺对氮的去除效率方面还略显不足。
近期国际上有关非稳态理论的研究结果认为：
非稳态条件对生物处理系统的影响应归结到对系统中微生物的影响，包括微生物活性、适应外界环境（不断变化）的能力、具有特殊功能的微生物的形成等方面，而系统的处理效果很大程度上取决于这些因素。
如Stefan提出，几小时的“饥饿”状态并不会导致微生物活性的降低，反而会刺激微生物产生更多的与基质摄取相关的酶，从而在“饱食”状态下吸收即从污水中去除数量更多、范围更广的污染物；荷兰学者Loosdrecht的研究也证明，微生物体内贮存多聚物是一种普遍现象，只不过条件不同其作用显示程度不同，它是微生物固有的能力，“饥饿—饱食”状态是激发并强化这一能力的重要影响因素。
多级A/O充分利用以上理论和自身特点，完善和发展了A/O工艺：
（1）弥补了传统A/O工艺的不足
正如前所述，传统A/O工艺不能解决A段和O段容积比随水质水量的变化而变化的情况，而悬挂链系统通过其灵敏的探测手段和准确有效的自动控制系统，可以自由调节A/O容积比，因此，彻底解决了这一问题。
（2）发展了A/O工艺的多种组合形式
由于悬挂链移动曝气技术采用了先进的自动控制系统，从工艺角度讲：
水力停留时间较长，构筑物容积较大，工艺选择余地较大。
通过自控系统的调节可以实现：
单级O/A工艺、厌氧－缺氧－好氧组合工艺（Anaerobic-Anoxic-Oxic，简称A-A/O工艺）、好氧－缺氧－好氧组合工艺（Anoxic-Oxic–Anoxic，简称O-A/O工艺）等多种在A/O工艺上发展的组合新工艺。
针对不同的水质，采用不同的工艺方式，灵活可靠，确保出水效果良好。
（3）节能降耗
相对于其它类型的A/O工艺，多级A/O工艺具有节能降耗显著的特点。
传统A/O工艺在好氧段停留时间8小时的前提下，气水比在10：
1左右，而悬挂链系统在好氧段停留时间20小时的前提下，气水比能达到6：
1，这样就大大地节省了动力能耗，从而大大地节省了运行费用。
多级A/O工艺之所以具有优良的特性与悬挂链曝气装置的特点是密不可分的。
5－布气软管
悬挂链曝气装置在曝气方式上与传统固定曝气设备有很大不同：
它采用移动曝气方式，曝气器由浮筒牵引，悬挂在池中，每组浮筒/曝气器由飘浮在水面的布气管连接为一条“链”，曝气器与浮筒/布气管间用软管连接，在向曝气器通气时，单个曝气器由于受力不均，在水中产生运动，当曝气器偏离浮筒垂直轴时，气泡升到水面并在浮筒一侧爆裂，从而对浮筒产生反向推力，推动浮筒运动，浮筒的运动反过来带动曝气器运动，在曝气情况下运动持续不断。
这种运动从机理上弥补了传统固定曝气方式的两点先天不足：
1－浮筒
2－软管
3－配重
4－曝气管
5－布气管
固定式曝气器顶部至水面的水域始终处于过饱和充氧状态，而其它水域则处于不饱和充氧状态，氧利用率较低；
固定曝气方式这种有规律的气泡在水中的运动，使整个构筑物产生若干个紊流区域，这些紊流区域反过来又促使气泡在水中的运动速度加快，停留时间减少。
悬挂链曝气器在水中的运动使池中不存在氧的过饱和区域和不饱和区域，使氧的利用率得以显著提高。
5、不同工艺经济指标对比
根据国家经贸委、建设部《“全国城市污水处理现状调查”研究课题报告》的定性和定量评价结果，就上述几种工艺的主要技术经济指标进行横行对比：
工艺
因子
A/O工艺
氧化沟工艺
SBR工艺
多级A/O工艺
COD去除效率
（%）
86.3
85
81
88
BOD去除效率
（%）
92.3
92
95
94
SS去除效率
（%）
92.3
93.3
93.5
93
NH4-N
去除效率
（%）
46
92.7
67.5
92
TP去除效率
（%）
89
50.7
62
89
出水达标率
（%）
98
92
96
98
除提升外运行功率（kW/10000t）
212.3
118.7
183.1
115.8
吨水生产性投资
（元）
1526.17
1040
1334
798.8
吨水经营成本
（元）
0.48
0.42
0.39
0.29
运行稳定性
（标准分）
8.06
7.94
8.03
8.52
自控要求
（标准分）
7.76
7.73
7.56
7.01
劳动强度
（标准分）
7.75
8.03
7.75
7.59
维修难易
（标准分）
7.58
7.84
7.44
7.90
二、为什么氨氮难去除
从各地实践和专家研究来看，影响污水处理厂脱氮除磷效果的，不仅包括仍然不甚完美的工艺，工业废水、管网、水温等现实因素更不可忽视。
面对城镇生活污水处理厂升级改造应该选择什么技术路线、如何确保成本可控、水质达标等问题，各地仍在探索中。
不少业内专家指出，升级改造要优先考虑现有工艺的优化完善调整，有效提升运行管理水平，让原有设备充分发挥潜能，切实提高脱氮除磷的能力和效率。
中国环境规划院副院长吴舜泽曾经总结说:
“就运行来说，一些工业企业缺乏深度治理设施，且运行管理不到位，无法稳定达标排放。
而早期建设的城市生活污水处理厂不具备脱氮除磷的功能，迫切需要进行提标改造。
不少污水处理厂污水管网不配套，运行负荷率低，运行水平低下、污水处理费征收不足、监管不力等因素也影响实际处理效果，这些都使我国目前氨氮去除效率总体较低。
”
而在各地进行的污水处理厂提标改造实践也证明，不少“先天不足”的因素增加了脱氮除磷的难度。
国家城市给水排水工程技术研究中心总工程师郑兴灿认为，一些客观的非技术因素先天决定了氨氮控制特别是脱氮的困难。
他在第四届水业高级技术论坛上指出，由于我国城镇污水水质水量变化较大、污水碳氮比普遍偏低、进水无机悬浮固体普遍偏高，再加上低水温和工业废水的影响，要想持续稳定达标比较难。
他同时指出，相对于除磷，现有污水处理厂工艺中对氮的去除较为局限，只能通过生物反硝化过程来实现。
而强化生化反应、化学除磷、增加深度处理等传统方式在去除悬浮物、有机物及磷方面效果较为显著，但对于总氮稳定达到一级A标准则颇有难度，“尤其是在进水存在碳源不足的污水处理厂”。
清华大学环境工程系教授施汉昌指出，我们面临的一个先天难题就是城镇污水的碳氮比普遍偏低，导致总氮去除效果不理想。
“（污水）没有达到欧美国家的碳源浓度，这和目前的管网设施缺陷是有关系的。
比如现有的污水管网一般会受到雨水以及地下水的影响，导致碳氮比较低。
”
而在江苏提标改造中，冬季水温低和工业排放的问题已经显现。
谈到升级改造中遇到的困难，无锡市排水总公司副总经理李激表示，碳源不足和冬天硝化问题是无锡市乃至全国城市污水处理厂生物脱氮面临的棘手问题。
特别是华东地区以及长江三角洲地区冬季地表温度低，温度常常只有10℃左右，严重影响污水处理效果。
目前常用技术对出水水质的贡献
主要技术路线及适用情况
三、推荐工艺路线
目前，污水厂采用较广泛的脱氮除磷工艺有：
A2/O、SBR、氧化沟等，这些工艺均是基于传统脱氮（硝化反硝化）除磷机理而开发出来的，可部分去除污水中的氮和磷。
而传统工艺存在基建投资大（采用空间分隔，池容大）、运行费用高（硝化充氧能耗高、市政污水厂需投加碳源和碱等）、能量浪费、排放温室气体（N2O）等一系列问题。
此外，传统工艺的脱氮效率受进水水质的影响，低碳源污水在不投加外碳源的情况下，其脱氮效率低。
随着污水处理技术的不断发展，出现了一批低能耗、低投资，管理简单的处理工艺。
1、生物倍增工艺
生物倍增污水处理工艺是石家庄工大环境工程有限公司在30多年的科学研究和实践经验基础上开发出的一项先进的污水处理技术。
生物倍增工艺主要是通过采用我公司研发的BioDopp曝气系统、BioDopp固定床及BioDopp快速澄清装置等。
将生物脱氮除磷、氧化去除有机物、污泥硝化稳定等各种不同工艺步骤放在同一反应池内同时进行。
Bio-Dopp工艺把现有污水生物处理工艺的优点理想地结合起来，该工艺的最大特点是把功能微生物去除过程全都集中在一个单一池内协同进行，通过对池体进行特殊设计以实现污水生物处理（曝气池）及泥水分离（相当于二沉池）工艺过程的要求，无需单独设立二沉池。
Bio-Dopp工艺能为同步硝化反硝化创造了有利的环境。
由于Bio-Dopp工艺在低溶解氧条件下培养驯化的活性污泥颗粒小，污泥活性相对较低，异养菌生长缓慢，因此，活性污泥外表不易形成隔离膜，活性污泥可与氧及可溶性有机物直接接触，实现氨氮的硝化。
而菌胶团在活性污泥菌胶团内部形成缺氧、厌氧的微观环境，在活性污泥颗粒的内部又会实现氮的反硝化反应，从而实现同步硝化反硝化。
由于Bio-Dopp工艺采用的特殊曝气系统及特殊结构构造，故使得该工艺的同步硝化反硝化反应进行的相对彻底，效率较高。
Bio-Dopp工艺亦具有较高的除磷效率，该工艺通过培养特殊的除磷菌种来达到在均匀低氧条件下高效除磷效果。
工艺特点
Bio-Dopp工艺与传统工艺相比，出水水质优良。
一方面，生物倍增反应池出水指标满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）的出水水质，正常情况下能满足A标准（可达欧洲标准），特殊情况下（如：
水温12℃以下）亦能满足B标准；另外，该工艺还具有占地面积小、工程投资低、污泥产出少、操作控制简单等优点。
其中，该工艺一个突出的优点就是能耗低。
由于Bio-Dopp曝气器效率高（所产生的微气泡能在曝气池内有较长的停留时间，又由于Bio-Dopp反应器控制在低溶解氧水平，因此，大大降低了曝气量，降低了每吨污水处理的电耗。
工艺同期区域的氧气浓度大约0.1到0.3mg/l,而其他工艺是在2mg/l范围。
仅此项就节省了30%氧气的能源消耗。
2、BABE工艺
BABE工艺的基本原理是使二沉池的回流污泥以侧流的方式进入BABE反应器，同时，消化液中带有余温的高浓度氨氮在反应器中能够增强活性污泥的硝化能力，当这些活性污泥回到主流工艺后其硝化能力提高，对氮的去除效率也随之提高。
在反应器中，氨氮被氧化为硝氮产生了酸度，为了中和这一部分酸度，可以投加外部碳源，也可以利用增强反硝化的形式来增加碱度，该工艺是使用后者，这也是BABE工艺的一个主要特点。
BABE反应器的运行方式与SBR相似，分为进水、反应、沉淀、排水四个阶段，反应过程可以在一个反应器内以硝化—反硝化交替方式进行,也可考虑在两个具有内循环的反应器内分别进行硝化和反硝化。
工艺特点
BABE工艺的显著特点是能应用于各种污水处理厂，提高其脱氮效率。
（1）引进硝化作用
通过使用BABE技术，硝化作用能在没有或受限制使用硝化作用的高负荷污水处理厂得到运用。
（2）提高硝化作用
许多污水处理厂一整年都有硝化作用，但是硝化作用很不理想。
例如硝化作用在低温度或者最高负荷时会受到干扰。
在这些污水处理厂中，使用BABE技术是提高硝化作用容量的一个经济的方法。
BABE反应器的底座小，也使得BABE技术在节省空间这方面受到污水处理厂的欢迎。
（3）扩大反硝化
BABE技术也能应用于硝化作用完全而反硝化作用受限制的污水处理厂。
通过增强硝化容量，反硝化池容的增加以不削减硝化容量而减少硝化池容为代价。
研究结果表明，运用BABE工艺可以节省更多的空间用于进行厌氧活动，使得出水里的氮浓度更低。
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