污水处理工艺应用

一般情况下实际污水中常含有多种污染物质，仅采用单一的处理方法往往无法达到预期的效果。为了以较低的处理成本获取较理想的处理效果，往往需要根据污水的水质、水量、处理程度、回收有用物质的可能性以及资金场地条件等多种因素，将数种处理技术方法按一定的主次关系和前后顺序进行合理组合，形成一个完整的净化处理系统 。

污水处理工艺定义1

用各种方法将污水中所含的污染物分离出来或将其转化为无害物，从而使污水得到净化的过程。 应用学科：生态学（一级学科）；污染生态学（二级学科）

污水处理工艺定义2

采取物理的、化学的或生物的处理方法对污水进行净化的措施。 应用学科：水利科技（一级学科）；环境水利（二级学科）；水污染防治（水利）（三级学科）

生活污水处理工艺类型不仅决定污水净化效果，也决定污水净化过程的污泥产生量以及污泥处理方式 。污水处理 (sewage treatment,wastewater treatment)：为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求，并对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。

1) 城市污水处理工艺应根据处理规模、水质特性、受纳水体的环境功能及当地的实际情况和要求，经全面技术经济比较后优选确定。

2) 工艺选择的主要技术经济指标包括：处理单位水量投资、削减单位污染物投资、处理单位水量电耗和成本、削减单位污染物电耗和成本、占地面积、运行性能可靠性、管理维护难易程度、总体环境效益等。

3) 应切合实际地确定污水进水水质，优化工艺设计参数。必须对污水的现状水质特性、污染物构成进行详细调查或测定，作出合理的分析预测。在水质构成复杂或特殊时，应进行污水处理工艺的动态试验，必要时应开展中试研究。

4) 积极审慎地采用高效经济的新工艺。对在国内首次应用的新工艺，必须经过中试和生产性试验，提供可靠设计参数后再进行应用 。

《水污染控制工程》分类

不溶态污染物的分离技术：

1、重力沉降：沉砂池（平流、竖流、旋流、曝气）、沉淀池（平流、竖流、辐流、斜流）；

2、混凝澄清；

3、浮力浮上法：隔油、气浮；

4、其他：阻力截留、离心力分离法、磁力分离法

污染物的生物化学转化技术：

1、活性污泥法：SBR、A/O、A/A/O、氧化沟等

2、生物膜法：生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池等

3、厌氧生物处理法：厌氧消化、水解酸化池、UASB等

4、自然条件下的生物处理法：稳定塘、生态系统塘、土地处理法

污染物的化学转化技术：

1、中和法：酸碱中和

2、化学沉淀法：氢氧化物沉淀、铁氧体沉淀、其他化学沉淀

3、氧化还原法：药剂氧化法、药剂还原法、电化学法

4、化学物理消毒法：臭氧、紫外线、二氧化氯、氯气、次氯酸钠

溶解态污染物的物理化学分离技术：

1、吸附法

2、离子交换法

3、膜分离法：扩散渗析、电渗析、反渗透、超滤、纳滤、微滤

4、其他分离方法：吹脱和气提、萃取、蒸发、结晶、冷冻

根据常见污水处理方法分类

物理法：物理或机械的分离过程。过滤,沉淀,离心分离,上浮等

化学法：加入化学物质与污水中有害物质发生化学反应的转化过程。中和,氧化,还原,分解,混凝,化学沉淀等

物理化学法：物理化学的分离过程。气提,吹脱,吸附,萃取,离子交换,电解电渗析,反渗透等

生物法：微生物在污水中对有机物进行氧化,分解的新陈代谢过程。活性污泥,生物滤池,生物转盘,氧化塘,厌气消化等

废水的化学方法分类

混凝

向胶状浑浊液中投加电解质,凝聚水中胶状物质,使之和水分开

混凝剂有硫酸铝,明矾,聚合氯化铝,硫酸亚铁,三氯化铁等

含油废水,染色废水,煤气站废水,洗毛废水等

中和

酸碱中和,pH达中性

石灰,石灰石,白云石等中和酸性废水,CO2中和碱性废水

硫酸厂废水用石灰中和,印染废水等

氧化还原

投加氧化(或还原)剂,将废水中物质氧化(或还原)为无害物质

氧化剂有空气(O2),漂白粉,氯气,臭氧等

含酚,氰化物,硫铬,汞废水,印染,医院废水等

电解

在废水中插入电极板,通电后,废水中带电离子变为中性原子

电源,电极板等

含铬含氰(电镀)废水,毛纺废水

萃取

将不溶于水的溶剂投入废水中,使废水中的溶质溶于此溶剂中,然后利用溶剂与水的相对密度差,将溶剂分离出来

萃取剂:醋酸丁酯,苯,N—503等设备有脉冲筛板塔,离心萃取机等

含酚废水等

吸附(包含离子交换)

将废水通过固体吸附剂,使废水中溶解的有机或无机物吸附在吸附剂上,通过的废水得到处理

吸附剂有活性炭,煤渣,土壤等

吸附塔,再生装置

染色,颜料废水,还可吸附酚,汞,铬,氰以及除色,臭,味等用于深度处理。

现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。

一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水，BOD一般可去除30%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。

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(BOD，COD物质)，去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。

三级处理，进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗分析法等。

整个过程为通过粗格栅的原污水经过污水提升泵提升后，经过格栅或者砂滤器，之后进入沉砂池，经过砂水分离的污水进入初次沉淀池，以上为一级处理(即物理处理)，初沉池的出水进入生物处理设备，有活性污泥法和生物膜法，(其中活性污泥法的反应器有曝气池，氧化沟等，生物膜法包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法和生物流化床)，生物处理设备的出水进入二次沉淀池，二沉池的出水经过消毒排放或者进入三级处理，一级处理结束到此为二级处理，三级处理包括生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法。二沉池的污泥一部分回流至初次沉淀池或者生物处理设备，一部分进入污泥浓缩池，之后进入污泥消化池，经过脱水和干燥设备后，污泥被最后利用。

工艺流程

原水→格栅→调节池→提升泵→生物反应器→循环泵→膜组件→消毒装置→中水贮池→中水用水系统

MBR污水处理工艺说明

污水经格栅进入调节池后经提升泵进入生物反应器，通过PLC控制器开启曝气机充氧，生物反应器出水经循环泵进入膜分离处理单元，浓水返回调节池，膜分离的水经过快速混合法氯化消毒（次氯酸钠、漂白粉、氯片）后，进入中水贮水池。反冲洗泵利用清洗池中处理水对膜处理设备进行反冲洗，反冲污水返回调节池。通过生物反应器内的水位控制提升泵的启闭。膜单元的过滤操作与反冲洗操作可自动或手动控制。当膜单元需要化学清洗操作时，关闭进水阀和污水循环阀，打开药洗阀和药剂循环阀，启动药液循环泵，进行化学清洗操作。

MBR工艺特点

膜生物处理技术应用于废水再生利用方面，具有以下几个特点：

（1）能高效地进行固液分离，将废水中的悬浮物质、胶体物质、生物单元流失的微生物菌群与已净化的水分开。分离工艺简单，占地面积小，出水水质好，一般不须经三级处理即可回用。

（2）可使生物处理单元内生物量维持在高浓度，使容积负荷大大提高，同时膜分离的高效性，使处理单元水力停留时间大大的缩短，生物反应器的占地面积相应减少。

（3）由于可防止各种微生物菌群的流失，有利于生长速度缓慢的细菌（硝化细菌等）的生长，从而使系统中各种代谢过程顺利进行。

（4）使一些大分子难降解有机物的停留时间变长，有利于它们的分解。

〔5〕膜处理技术与其它的过滤分离技术一样，在长期的运转过程中，膜作为一种过滤介质堵塞，膜的通过水量运转时间而逐渐下降有效的反冲洗和化学清洗可减缓膜通量的下降，维持MBR系统的有效使用寿命。

（6）MBR技术应用在城市污水处理中，由于其工艺简单，操作方便，可以实现全自动运行管理。

SBR工艺

概要

SBR污水处理工艺即序批式活性污泥法，全称为：序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）。

简称（SBR-Sequencing Batch Reactor）间歇式活性污泥法污水处理工艺 ，SBR工艺。

它是基于以悬浮生长的微生物在好氧条件下对污水中的有机物、氨氮等污染物进行降解的废水生物处理活性污泥法的工艺。按时序来以间歇曝气方式运行，改变活性污泥生长环境的，被全球广泛认同和采用的污水处理技术。

工艺流程

一种具有代表性的SBR工艺流程是： 通过格栅预处理的废水，进入集水井，由潜污泵提升进入SBR反应池，采用水流曝气机充氧，处理后的水由排水管排出，剩余污泥静压后，由SBR 池排入污泥井，污泥作为肥料。

分批式操作： 时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，如SBR运行周期由进水时间、反应时间、沉淀时间、滗水时间、排泥时间和闲置时间，可以适当灵活调节。

计算方法：

沉淀排水时间( Ts D) 一般按2～4h 设计。闲置时间( Tx) 一般按0.5~1h 设计。 设定反应时间为( Tf) 。一个周期所需时间T≥Tf Ts D Tx。[1]

时间分配例子，如：运行周期12h，其中进水2h，曝气4～8h，沉淀2h，排水1h。

工艺特点

SBR工艺作为一种活性污泥工艺，也有活性污泥工艺的优缺点，如活性污泥工艺优点:污水适应性强，建设费用较低。

活性污泥工艺的缺点：运行稳定性差，容易发生污泥膨胀和污泥流失，分离效果不够理想。

SBR工艺还有独有的特点。其总的优缺点参见以下：

优点

处理工艺流程简单:

工艺过程五个阶段：进水、曝气、沉淀、排水、待机。

间歇式曝气、非稳定生化反应替代稳态生化反应，

静置理想沉淀 静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。

构筑物数量少、造价低:

不需要设初沉地，也不需要二沉地，污泥回流设施，调节池、初沉池也可省略。

便于操作和维护管理。 避免了传统厌氧反应器处理效率低、占地大的缺点。

结构简单

组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。

处理后出水水质好。

良好的自控系统,良好的脱氮除磷效果，废水达标排放,有数据称CODCr平均去除率能达到 94 %以上，强于单级好氧处理工艺。

运行上的有序和间歇操作。

特别适用在难生化降解的废水处理。

解决了UASB等高效厌氧反应器，容易在出现水解酸化阶段酸性积累从而抑制产甲烷段处理效率的问题。

占地少，能耗低，投资省，运行管理方便

缺点

严重依靠现代自动化控制技术。

自动化程度要求较高，操作、管理、维护，对操作管理人员素质要求较高。

如采用人工操作，会出现因进出水工序操作繁锁，曝气板容易堵塞。

适用范围

中小城镇生活污水和厂矿企业的工业污水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。

需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。

水资源紧缺的地方。SBR系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。

用地紧张的地方。

对已建连续流污水处理厂的改造等。

非常适合处理小水量，间歇排放的工业污水与分散点源污染的治理。

SBR设计要点

1、运行周期（T）的确定

SBR的运行周期由充水时间、反应时间、沉淀时间、排水排泥时间和闲置时间来确定。充水时间（tv）应有一个最优值。如上所述，充水时间应根据具体的水质及运行过程中所采用的曝气方式来确定。当采用限量曝气方式及进水中污染物的浓度较高时，充水时间应适当取长一些；当采用非限量曝气方式及进水中污染物的浓度较低时，充水时间可适当取短一些。充水时间一般取1～4h。反应时间（tR）是确定SBR 反应器容积的一个非常主要的工艺设计参数，其数值的确定同样取决于运行过程中污水的性质、反应器中污泥的浓度及曝气方式等因素。对于生活污水类易处理污水，反应时间可以取短一些，反之对含有难降解物质或有毒物质的污水，反应时间可适当取长一些。一般在2～8h。沉淀排水时间（tS D）一般按2～4h设计。闲置时间（tE）一般按2h设计。

一个周期所需时间tC≥tR﹢tS﹢tD

周期数 n﹦24/tC

2、反应池容积的计算

假设每个系列的污水量为q，则在每个周期进入各反应池的污水量为q/n·N。各反应池的容积为：

V:各反应池的容量

1/m：排出比

n：周期数（周期/d）

N:每一系列的反应池数量

q：每一系列的污水进水量（设计最大日污水量）（m3/d）

3、曝气系统

序批式活性污泥法中，曝气装置的能力应是在规定的曝气时间内能供给的需氧量，在设计中，高负荷运行时每单位进水BOD为0.5～1.5kgO2/kgBOD，低负荷运行时为1.5～2.5kgO2/kgBOD。

在序批式活性污泥法中，由于在同一反应池内进行活性污泥的曝气和沉淀，曝气装置必须是不易堵塞的，同时考虑反应池的搅拌性能。常用的曝气系统有气液混合喷射式、机械搅拌式、穿孔曝气管、微孔曝气器，一般选射流曝气，因其在不曝气时尚有混合作用，同时避免堵塞。

4、排水系统

⑴上清液排除出装置应能在设定的排水时间内，活性污泥不发生上浮的情况下排出上清液，排出方式有重力排出和水泵排出。

⑵为预防上清液排出装置的故障，应设置事故用排水装置。

⑶在上清液排出装置中，应设有防浮渣流出的机构。

序批式活性污泥的排出装置在沉淀排水期，应排出与活性污泥分离的上清液，并且具备以下的特征：

1) 应能既不扰动沉淀的污泥，又不会使污泥上浮，按规定的流量排出上清液。（定量排水）

2) 为获得分离后清澄的处理水，集水机构应尽量靠近水面，并可随上清液排出后的水位变化而进行排水。（追随水位的性能）

3) 排水及停止排水的动作应平稳进行，动作准确，持久可靠。（可靠性）

排水装置的结构形式，根据升降的方式的不同，有浮子式、机械式和不作升降的固定式。

5、排泥设备

设计污泥干固体量=设计污水量×设计进水SS浓度×污泥产率/1000

在高负荷运行（0.1～0.4 kg-BOD/kg-ss·d)时污泥产量以每流入1 kgSS产生1 kg计算，在低负荷运行（0.03～0.1 kg-BOD/kg-ss·d)时以每流入1 kgSS产生0.75 kg计算。

在反应池中设置简易的污泥浓缩槽，能够获得2～3%的浓缩污泥。由于序批式活性污泥法不设初沉池，易流入较多的杂物，污泥泵应采用不易堵塞的泵型。

SBR设计主要参数

序批式活性污泥法的设计参数，必须考虑处理厂的地域特性和设计条件（用地面积、维护管理、处理水质指标等）适当的确定。

用于设施设计的设计参数应以下值为准：

项 目 参 数

BOD-SS负荷(kg-BOD/kg-ss·d) 0.03～0.4

MLSS(mg/l) 1500～5000

排出比(1/m) 1/2～1/6

安全高度ε(cm)(活性污泥界面以上的最小水深) 50以上

序批式活性污泥法是一种根据有机负荷的不同而从低负荷（相当于氧化沟法）到高负荷（相当于标准活性污泥法）的范围内都可以运行的方法。序批式活性污泥法的BOD-SS负荷，由于将曝气时间作为反应时间来考虑，定义公式如下：

QS：污水进水量（m3/d）

CS：进水的平均BOD5(mg/l)

CA：曝气池内混合液平均MLSS浓度(mg/l)

V：曝气池容积

e：曝气时间比 e=n·TA/24

n:周期数 TA:一个周期的曝气时间

序批式活性污泥法的负荷条件是根据每个周期内，反应池容积对污水进水量之比和每日的周期数来决定，此外，在序批式活性污泥法中，因池内容易保持较好的MLSS浓度，所以通过MLSS浓度的变化，也可调节有机物负荷。进一步说，由于曝气时间容易调节，故通过改变曝气时间，也可调节有机物负荷。

在脱氮和脱硫为对象时，除了有机物负荷之外，还必须对排出比、周期数、每日曝气时间等进行研究。

在用地面积受限制的设施中，适宜于高负荷运行，进水流量小负荷变化大的小规模设施中，最好是低负荷运行。因此，有效的方式是在投产初期按低负荷运行，而随着水量的增加，也可按高负荷运行。

不同负荷条件下的特征

有机物负荷条件（进水条件） 高负荷运行 低负荷运行

间歇进水 间歇进水、连续

运行条件 BOD-SS负荷（kg-BOD/kg-ss·d） 0.1～0.4 0.03～0.1

周期数 大（3～4） 小（2～3）

排出比 大 小

处理特性 有机物去除 处理水BOD<20mg/l 去除率比较高

脱氮 较低 高

脱磷 高 较低

污泥产量 多 少

维护管理 抗负荷变化性能比低负荷差 对负荷变化的适应性强，运行的灵活性强

用地面积 反应池容积小，省地 反应池容积较大

适用范围 能有效地处理中等规模以上的污水，适用于处理规模约为2000m3/d以上的设施 适用于小型污水处理厂，处理规模约为2000m3/d以下，适用于不需要脱氮的设施。

《一种高效脱氮除磷污水处理工艺及其装置》属于水处理技术领域，具体涉及一种高效脱氮除磷污水处理工艺及其装置。

《污水处理工艺与应用》中的部分有关工程案例与工艺的技术规范是最近一些年才出现的，因此内容具有一定新颖性，也具有可参考性。书中配有大量的图片，以增加内容的直观性，从而能够使未曾实际接触过工艺的读者能较好地理解工艺。