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1、城市生活污水脱氮除磷工艺的比较分析摘要 为了防治水体的富营养化，近年来对新建的城市污水厂有了脱氮除磷污水处理工艺的考 虑和选用。本文分析了A?/。工艺、CAST工艺、MSBR工艺和卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟 等常见工艺的除磷脱氮能力及其影响因素，以及对这几种工艺的优缺点及适用条件进行 了比较详细的分析介绍。关键词生活污水，脱P除N工艺，工艺比较，适应条件引文近年來我国水体富营养化问题日益严重，太湖和滇池都出现了不同程度的氮、 磷污染，赤潮在我国也频繁发生。防治水体富营养化最有效的途径就是对工 业废水和生活污水进行脱氮除磷的深度处理。今后建设污水处理厂时应该充 分考虑选用具有脱氮除磷功
2、能的工艺，因此，作者对己成熟的儿种城市污水 脱氮除磷处理的工艺进行了比较，对各工艺存在的问题进行了分析。1城市污水脱氮除磷处理的主要工艺1. 1 Carrousel氧化沟工艺卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟是一种单沟式环型氧化沟，在氧化沟的顶端设 有垂直表面曝气机，也可以用转碟曝气机，兼有供氧和推流搅拌作用。污水在沟 道内转折巡回流动，处于完全混合形态，有机物不断氧化得以去除。该氧化沟一 般设有独立的沉淀池和污泥回流系统。卡鲁塞尔氧化沟具备一般化沟的共同优点, 工艺流程简单，抗冲击负荷能力较强，出水水质较稳定。其独特在于：单台曝气 设备功率大，数量较少，投资较少，维护点相对较少，且易于维护
3、。1.2A2/OT 艺A2/0 I.艺亦称A-A-0工艺，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一个字母的简 称(生物脱氮除磷)。按实质意义來说，本工艺称为厌氧-缺氧-好氧法，生物脱 氮除磷工艺的简称。A2/0艺是流程最简单，应用最广泛的脱氮除磷工艺。污水首先进入厌氧池， 兼性厌氧菌将污水中的易降解有机物转化成VFAs。回流污泥带入的聚磷菌将体 内的聚磷分解，此为释磷，所释放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下 维持生存，另一部分供聚磷菌主动吸收VFAs,并在体内储存PHB。进入缺氧区， 反硝化细菌就利用混合液回流带入的硝酸盐及进水中的有机物进行反硝化脱氮， 接着进入好氧区，聚
4、磷菌除了吸收利用污水中残留的易降解BOD外，主要分解体 内储存的PHB产生能量供自身生长繁殖，并主动吸收环境中的溶解磷，此为吸磷， 以聚磷的形式在体内储存。污水经厌氧，缺氧区，有机物分别被聚磷菌和反硝 化细菌利用后浓度己很低，有利于自养的硝化菌的生长繁殖。最后，混合液进入 沉淀池，进行泥水分离，上清液作为处理水排放,沉淀污泥的一部分回流厌氧 池， 另一部分作为剩余污泥排放。A2/0工艺呈厌氧A1 /缺氧(A2) /好氧0布置形式，是比较简单的同步 脱氮除磷工艺，总水力停留时间少于其它同类工艺。A2/0工艺中厌氧、缺氧及 好氧交替运行，不宜于丝状菌增殖繁衍，无污泥膨胀之虞.该工艺勿需投药，厌 氧
5、和缺氧段只进行缓速搅拌，故运行费用低.但脱氮效果不宜提高，内循环流 量以2Q为限，也不宜提高；污泥增长受一定限制，因此，除磷效果亦不宜提高。1.3 MSBR 工艺M SBR(Modified Sequencing Batch Reactor)是改良式序列间歇反应器， 实质上是SBR和A2/0工艺的组合。污水和脱氮后的活性污泥一起进入厌氧区， 泥水混合液交替进入缺氧区、好氧区和SBR池，出水由空气堰排出.MSBR法是一 种经济有效，运行可靠且易于实现计算机控制的污水处理工艺。1.4 CAST工艺(循环活性污泥法)CAST ( Cyclic Activated Sludge Technology)
6、 X艺实质上是可变容积活 性污泥法过程和生物选择器原理的有机结合，整个工艺为一间歇式反应器，主反 应器前端有一个生物选择器，在主反应器中活性污泥法过程按曝气和非曝气阶段 不断重复.将生物反应过程和泥水分离过程结合在一个池子中进行.CAST方法是 一种“充水和排水”活性污泥法系统，废水按一定的周期和阶段得到处理，是SBR、31(Sequencing Batch Reactor)工艺的一种变型。CAST工艺实际上是一种循环SBR活性污泥法，反应器中活性污泥不断重复曝 气和非曝气过程,生物反应和泥水分离在同一个池内完成。CAST系统组成包括： 选择器、厌氧区、曝气区、污泥回流/剩余污泥排放系统和溼水
7、装置。CAST工艺 通过设置选择器、预反应区和污泥回流等措施可以起到控制污泥膨胀、增大有机 物的去除率和除磷脱氮的作用，同时通过多个反应器的组合创造了静止沉淀的条 件叭1.5 UCT改良工艺改良的UCT工艺(University of Cape Town)脱氮除磷工艺由厌氧池、缺 氧1池、缺氧2池、好氧池、沉淀池系统组成，有2个缺氧池。缺氧1池只接受 沉淀池的回流污泥，同时缺氧1池有混合液回流至厌氧池，以补充厌氧池中污泥 的流失。回流污泥携带的硝态氮在缺氧1池中经反硝化被完全去除。在缺氧2 池中接受來自好氧池的混合液回流，同时进行反硝化，缺氧1池出水中的N03-N 带进厌氧池使之保持较为严格的
8、厌氧环境，从而提高系统的除磷效率。虽然系统 进水为某污水处理厂实际生活废水，进水水质时变化量和日变化量波动较大，但 系统出水水质稳定，抗冲击负荷能力较强，平均出水有机物COD含量为435 mgL-1,去除率高达840%,而出水TN、TP浓度分别为851 mgL-1和029 mgL-1,远远低于国家城镇生活污水一级A排放标准要求，实现了同步深度生物 脱氮除磷。2城市污水脱氮除磷处理主要工艺的分析比较2.1主要去除指标以上所述各工艺在国内外污水厂均有应用，其中A?/。的应用是比较广泛的一种工艺，根据资料可得知各工艺在实际处理中的具体情况。如表1：表1 主要水质指标的去除主要的工艺/%A2/0CAS
9、TMSBRCarrousel氧化沟工艺改良的UCT工艺COD88.49385. 0784. 0BOD88.7989583. 471TN19. 05769138.1599.8TP82. 55706585. 6471SS91.85979589. 20从污水厂的实际运行数据可知，各工艺常规、出水水质指标去除率都较高， 至于TP及TN去除率，A2/OT艺显出其劣势.A2/0工艺中聚磷菌厌氧释磷、好氧 摄磷，硝化菌硝化、反硝化菌进行反硝化，完成每一过程都有不同的环境要求， 硝酸盐对厌氧释磷不利.这个矛盾使A2/0工艺实际运行中脱氮除磷效果不稳定， 除磷效果好时脱氮效果不好，脱氮效果好时除磷效果不好。CA
10、ST工艺在主反应池前端加设一个选择段，进水和回流污泥在此段接触混 合。选择段创造出适合絮凝性细菌生长的环境条件，在厌氧条件下此反应段内聚 磷菌优先繁殖，所以除磷效果显著；在主反应区同时进行硝化和反硝化过程，脱 氮效果也很好。MSBR工艺具有一定的脱氮除磷能力，但磷的过量吸收和释放同样受硝酸盐的 影响。表1显示，氮的去除率高时(91 %)，磷的去除率较低(65 %)。卡鲁塞尔氧化沟在世界上的应用较广，有800多座.普通卡鲁塞尔氧化沟系 统对BOD, COD, NP的去除率分别可达85%,83% , 38% , 85%.但是，根据昆明第一污水厂的多年运行数据表明，TP去除率是较稳定的，TN去除率却
11、不理想， 该工艺同样出现除磷效果好时脱氮效果不好，脱氮效果好时除磷效果不好的现象, 卡鲁塞尔氧化沟主要的一个缺点是供氧和搅拌之间存在矛盾。2. 2 BOD / AP值的比较分析通常用BOD和磷去除量的比值(BOD/AP)表示系统的除磷能力，BOD/AP BOD 进水/(TP进水-TP出水)L。各工艺脱氮除磷能力是有差别的，一般來说，BOD/ P值越小，系统除磷能力越强。如表2.故在选择脱氮除磷工艺时应该充分考虑 其BOD/AP值。近年來，欧洲一些者认为，有机碳源亦是能(资)源，提倡去除营 养物(N及P)过程中尽量少消耗有机碳源，选择BOD / AP值小的污水处理工艺实质 上也是可持续发展经济模
12、式在污水处理领域的体现同表2不同工艺的BOD/AP比值主要工艺类型CASTMSBRCarrousel氧化沟丄乙B0D5/AP36.267.651.629.9BOD/TP29.842.332.425.43各个工艺本身优缺点的分析3. 1 Car rouse I氧化沟工艺与常规污水处理系统相比，Carrousel氧化沟具有以下儿个主要优点：1、在处理某些工业废水时尚需预处理，但在处理城市污水时不需要预沉池；2、污泥稳定，不需消化池可直接干化；3、工艺极为稳定可靠；4、工艺控制极其简单；5、系统性能显示，BOD降解率达95%98%, COD降解率达90%95%,同时 具有较高的脱氮除磷功效；6、Ca
13、rrousel氧化沟系统不再使用卧式转刷曝气机而釆用立式低速搅拌机, 使沟 式可增加到5m其至8m,从而使曝气池的占地面积大大减小；7、Carrousel氧化沟从“田径跑道”式向“同心圆”式转化，池壁共用， 降低了占地面积和工程造价。3.2 A2/OT 艺处理效率一般能达到：B0D5和SS为90% , 95%,总氮为70%以上，磷为90% 左右，一般适用于要求脱氮除磷的大中型城市污水厂。A2/0工艺的基建费和 运行费均高于普通活性污泥法，运行管理要求高，所以对目前 我国国情來说， 当处理后的污水排入封闭性水体或缓流水体引起富营养化，从而影响给水水源时, 才釆用该工艺。本工艺具有如下特点：1、本
14、工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间 少于其他同类工艺2、在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀 之虞3、污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效4、运行中勿需投药，两个A断只用轻缓搅拌，并不增加溶解氧浓度，运行费 用高本法也存在如下各项的待解决问题1、除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD 值高时更是如此。2、脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高。3、进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌 氧状态和污泥释放磷的现象出现、但溶解氧浓度也不宜过高，以防循环混合液 对缺
15、氧反应器的干扰。3. 3 MSBR 工艺MSBR与传统污水处理工艺不同，SBR技术釆用时间分割的操作方式替代空间 分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的 动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，MSBR技术的核心是 MSBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流 系统。正是SBR工艺这些特殊性使其具有以下特点：优点：1、耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效 抵抗水量和有机污物的冲击。2、工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。3、处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。4、反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。5、脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具 有良好的脱氮除磷效果。6、工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二 沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。 缺点：1、自动化控制要求高2、需要专门的排水设备3、后处理设备要求大：如消毒设备很大，接触池容积也很大，排水设施 如排水管道也很大。3.4 CAST工艺
