工業廢水處理技術

知識 12-19

國內外污水處理主要技術、基本原理和工藝流程

污水處理技術，就是採用各種方法將污水中所含有的污染物分離出來，或將其轉化為無害和穩定購物質，從而使污水得到凈化。現代的污水處理技術，按其作用原理可分為物理處理法、化學處理法和生物處理法三類。

物理處理法

利用物理作用分離污水中主要呈懸浮狀態的污染物質，在處理過程中污染物質的化學性質不發生改變。主要有：利用污染物質與水的密度差異借重力沉降作用使其從水中分離的沉澱法，利用篩濾介質截流污水中的懸浮物的篩濾法；利用氣浮處理設備在污水中形成的微小氣泡上浮時將密度接近於水的微小顆粒狀的污染物質粘附去除的氣浮法；利用反滲透膜將污染物截留的反滲透法等。主要處理設施包括格柵、沉砂池、沉澱池、氣浮池等。

物理處理法常用的處理設施圖

格柵

沉砂池

新建的污水處理廠多以曝氣沉砂池為主

沉澱池

主要包括平流式、豎流式、曝氣式和渦流式沉砂池，過去的沉砂池大多採用平流式，新建的處理廠則以曝氣式為主。今年來渦流式沉砂池也有增多的趨勢，而豎流沉砂池一般很少採用。

化學處理法

利用化學反應作用來分離、回收污水中的污染物。主要有：混凝法(通過向水中投加帶有與膠體狀污染物質相反電荷的電解質(混凝劑)改變膠體顆粒穩定性從而使其凝聚沉澱去除)、中和法(通過向酸性廢水中投加鹼性物質或向鹼性廢水中投加酸性物質改變污水PH值)、氧化還原法(向廢水中投加氧化劑或還原劑通過氧化還原作用使污染物質轉變為無害的物質，主要用於處理含酚、氰污木和含鉻、含汞污水)、電解法(在污水中插入電極，在陽極相陰極分別發生氧化還原反應，主要用於處理含鉻和含氰污水)、吸附法(通過團體吸附劑將污水中的溶解性有機或無機污染物吸附)、電滲析法(通過由陰、陽離子交換膜組成的電滲析器使污水中的陰、陽離子得到分離)、汽提法、吹脫法、牟取法等。

生物處理法

利用微生物的新陳代謝功能使污水中呈溶解和膠體狀態的有機污染物被溶解並轉化為無害的物質，包括好氧和厭氧生物處理兩種方式。其中，好氧生物處理對COD的去除效果較好。好氧生物處理法主要分為活性污泥法和生物膜法。這兩種方法中活性污泥法、氧化溝、SBR、A2/O、曝氣生物濾池、生物接觸氧化、生物流化床幾種工藝在國內外應用的較廣泛。

活性污泥法

活性污泥對有機物的降解主要在曝氣階段進行，可分為兩個階段，吸附階段和穩定階段。在吸附階段，主要是污水中的有機物轉移到活性污泥上去，這是由於活性污泥具有巨大的比表面積，而表面上含有多糖類的粘性物質所致。在穩定階段，主要是轉移道活性污泥上的有機物為微生物所利用。當污水中有機物處於懸浮狀態和膠態時，吸附階段很短，一般在15-45min左右，而穩定階段較長。

氧化溝

氧化溝是一種簡易的活性污泥系統，屬於延時曝氣法。其曝氣設備為轉刷，設置在氧化溝的直段上，轉刷旋轉，推動混合液在池內循環流動，並使活性污泥處於懸浮狀態。污水進入反應池，通常需要循環幾十圈，才能流出溝外。

SBR法

SBR技術本身是活性污泥法的一種，去除污染物的機理與傳統的活性污泥法完全一致，但其操作過程又與活性污泥法完全不同。

SBR作為序批式活性污泥法兼有推流、厭氧—好氧操作、間斷進水的特點。實際上，SBR是一種半連續—間歇式裝置，它與傳統的充放式曝氣池不同。從進水方式看，可以是間歇的，也可以是連續的。而排水一般是間歇的；從曝氣方式看，可以來用充水期不曝氣的限制曝氣方式、充水期曝氣的非限制曝氣方式或充水後期曝氣的半限制曝氣方式。

A2/O法

在厭氧/好氧除磷系統和缺氧/好氧脫氮系統原理的基礎上，人們提出的A2/O污水處理系統，即將兩個處理系統結合起來，使污水經過厭氧(Anaerobic)、缺氧(Anoxic)及好氧(Oxic)三個生物處理過程(簡稱A2/O))，達到同時去除BOD、氮和磷的目的。

除磷原理

除磷是通過磷的厭氧釋放和好氧吸附兩個過程完成的。污水進入厭氧池使污泥中的好氧微生物處於壓抑狀態，以釋放出貯存在菌體內的多聚磷酸鹽，同時釋放出能量，可供處於壓抑狀態下生物活動的需要。聚磷細胞厭氧釋放的前提是水中既無分子態氧又無結合態氧，在厭氧狀態下。聚磷細胞中磷的釋放越充分，體內貯存的聚—β羥基丁酸鹽也越多，進入好氧狀態後磷的吸收量也越大。有試驗資料表明，厭氧狀態下每釋放1mg磷，進入好氧狀態後就可吸收2.0一2.4mg磷。細胞內吸收了大量磷的高磷污泥最後以剩餘污泥的形式排出系統，從而完成除磷過程。

脫氮原理

它同缺氧A/O法一樣。脫氮過程為零級反應，反硝化速率與水中硝態氮濃度無關，因此為充分利用水中有機質，一般均採用前置缺氧脫氮流程。硝態氮由硝化後的混合液迴流提供。

曝氣生物濾池

污水通過補水設備連續地、均勻的噴洒道濾床表面，在重力作用下，污水以水滴的形式向下滲析，或以波狀薄膜的形式向下滲流。最後，污水到達排水系統，流出濾池。污水流經濾床時，有一部分污水、污染物和細菌附著在濾床表面上，微生物便在濾料表面大量繁殖，不久，形成一層充滿微生物的粘膜，稱為生物膜。這個起始階段通常叫「掛膜」，是生物濾池的成熟期。污水流經成熟濾床時，污水中有機污染物唄生物膜重的微生物吸附、降解，從而得到凈化。

曝氣生物濾池的工藝組成

曝氣生物濾池的運行方式

生物接觸氧化法

生物接觸氧化池內設置填料，填料淹沒在廢水中，填料上長滿生物膜，廢水與生物膜接觸過程中，水中的有機物被微生物吸附、氧化分解和轉化為新的生物膜。從填料上脫落的生物膜，隨水流到二沉池後被去除，廢水得到凈化。在接觸氧化池中，微生物所需要的氧氣來自水中，而廢水則自鼓入的空氣不斷補充失去的溶解氧。空氣是通過設在池底的穿孔布氣管進入水流，當氣泡上升時向廢水供應氧氣，有時並藉以迴流池水。

污水處理工藝的關鍵技術、指標分析

關鍵技術

曝氣理論、設備及曝氣池

指標分析

技術指標分析

經濟指標分析

曝氣理論、設備及曝氣池

一、氣體傳遞原理

二、曝氣設備

三、曝氣池池型

一、氧傳遞原理

二、曝氣設備

衡量曝氣設備曝氣效率的兩個指標

氧吸收率（或利用率）：向混合液供給1千克氧時，水中所能獲得的氧千克數，多用於鼓風曝氣裝置評價；

動力效率：單位動力在單位時間內所轉移的氧量，多用於機械曝氣設備評價

曝氣設備的類型

1、鼓風曝氣

（1）小氣泡擴散器

（2）中氣泡擴散器

（3）大氣泡擴散器

（4）微氣泡擴散器

2、機械曝氣

（1）豎式曝氣機

（2）卧式曝氣刷

1、鼓風曝氣

小氣泡擴散器特點是氧利用率高，但阻力大，易阻塞。

中氣泡擴散器其特點是氧利用率低，但空氣壓力損失較小；

大氣泡擴散器特點是氣泡大，分布不勻，氧利用率低，不易堵塞；

氧傳遞速率動力效率

2、機械曝氣

注:標準狀態是用清水, 水溫20℃, 大氣壓力為101.325kPa,最初水中的溶解氧濃度為0。現場試驗用的是污水，水溫15 ℃ ，海拔150m， α=0.85，β=0.9。

三、曝氣池池型

1、鼓風曝氣與推流式曝氣池

推流式曝氣池長寬比一般大於4～5 ，寬深比不大於2 ，深度一般取3~5m。鼓風曝氣系統由空氣凈化器，鼓風機，空氣輸配管系統和擴散器組成。

1、鼓風曝氣與推流式曝氣池 ——淺層曝氣池

在氧轉移率相同的情況下，淺層曝氣耗電省。一般在曝氣池中設垂直導流板，上緣與曝氣管齊，下緣距池底0.6～0.8m。曝氣時混合液饒導流板循環流動。淺層曝氣的供氣量為30～40m3/m3(水)·h。風壓約1kPa,動力效率2.3～2.9kg(O2)/kWh。

淺層曝氣池與一般曝氣池相比，空氣量增大了，而風壓僅為一般曝氣池的1/3～1/4,電耗略有下降，適於中小型污水廠採用。

1、鼓風曝氣與推流式曝氣池——深井曝氣

2、葉輪曝氣與完全混合曝氣池

（1）分建式

曝氣池和沉澱池分別設置，既可使用表曝機，也可用鼓風曝氣裝置。採用泵形葉輪時，曝氣池直徑與葉輪直徑之比為4.5~7.5。採用倒傘形和平板形葉輪時，曝氣池直徑與葉輪直徑之比為3~5。

（2）合建式

靠表曝機的提升力使污泥循環，一般迴流比較大，R＞ 1，甚至達到5。

鼓風曝氣與葉輪曝氣的優缺點和適用條件一般地說，表面機械曝氣的氧吸收率高（約為15～25%），鼓風曝氣低（僅為6～10%）,所以前者耗電較後者少。鼓風曝氣所用設備較多。但是當廢水量很大，曝氣池需要設置相當多的曝氣葉輪時，則費用劇增，超過鼓風曝氣。因此，葉輪曝氣適用於水量較小的小型曝氣池，鼓風曝氣適用於大水量的大型曝氣池。

當廢水中存在大量的產生泡沫的物質（如表面活性劑，鹼等）時，若無有效的消沫措施，則不宜採用表面曝氣。

安裝曝氣葉輪時，安裝深度要適當：浸沒深度過小，水面擾動雖然劇烈，但提升作用小；浸沒深度過大，其結果正好相反，兩者均要降低充氧效果。葉輪的周邊線速度一般為3～6m/s, 線速度過小，充氧能力減弱；線速度過大，易破壞污泥絮體，影響沉降分離。

3、兩種池形的結合

污水處理工藝的指標分析

城鎮污水污水處理廠常用的工藝有8大類:普通活性污泥工藝、水解一好氧工藝、AB工藝、A/O工藝、A2/O工藝、氧化溝工藝、SBR及其改進工藝、土地處理工藝。針對這8大類工藝進行了技術經濟指標分析。

技術指標指普通污染物去除效率、除磷脫氮效果、運行穩定性及自控要求等；經濟指標評價包括能耗、投資、運行費用以及佔地面積。

技術指標——普通污染物去除效率

對COD，BOD和SS的去除效率進行了調查。普通曝氣工藝、水解一好氧工藝、A/O工藝、A/A/O工藝、氧化溝系列工藝、SBR系列工藝、AB工藝相差不多，土地處理效率最低，但各工藝在合理的設計下都能夠達到出水達標排放要求。

技術指標——除磷脫氮效果

從下圖可以看出，A/O工藝、A/A/O工藝明顯具有優勢;氧化溝系列工藝、SBR系列工藝、水解一好氧工藝、蘆葦濕地工藝相對來講也可以根據實際情況選擇採用;AF;工藝和普通曝氣工藝在這方面顯得相對不足。

技術指標——運行穩定性

普通曝氣工藝運行經驗積累豐富，運行穩定性最高；A/ O工藝、A/A/O工藝、氧化溝系列工藝(除一體化氧化溝),SBR系列工藝(除UNITANK工藝)、蘆葦濕地工藝運行穩定性良好，相對的，水解-好氧工藝與AB工藝、一體化氧化溝工藝和UNITANK工藝的運行穩定性尚無確切保證。

技術指標——自控要求

工藝的自控要求高低直接影響運行穩定性、工程投資、員工素質等。自控要求低(定性評價分值高)相對工藝來講穩定性高，投資省，員工素質要求較低，反之亦然。由圖可見氧化溝系列工藝自控水平要求相對低，而SBR系列工藝無一例外自控水平要求高；普通曝氣工藝自控水平要求非常高，因為目前普通曝氣工藝主要應用於大型和超大型污水處理項目中的緣故。