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环保知识

A/O、A2/O、氧化沟、SBR、CAST污水处理工艺原理、特点及对比分析

发布时间:2020年04月15日 12:50 作者:绿水圈 点击数:

来源:绿水圈


1. A/O工艺

1.基本原理

A/O是Anoxic/Oxic的缩写,它的优 越性是除了使有机污染物得到降解之外,还具有 一定的脱氮除磷功能,是将厌 氧水解技术用为活性污泥的前处理,所以A/O法是改 进的活性污泥法

A/O工艺将 前段缺氧段和后段好氧段串联在一起,A段DO不大于0.2mg/L,O段DO=2~4mg/L。在缺氧 段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化 合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸,使大分 子有机物分解为小分子有机物,不溶性 的有机物转化成可溶性有机物,当这些 经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时,可提高 污水的可生化性及氧的效率;在缺氧段,异养菌将蛋白质、脂肪等 污染物进行氨化(有机链上的N或氨基酸中的氨基)游离出氨(NH3、NH4+),在充足供氧条件下,自养菌的硝化作用将NH3-N(NH4+)氧化为NO3-,通过回流控制返回至A池,在缺氧条件下,异氧菌 的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮(N2)完成C、N、O在生态中的循环,实现污水无害化处理。

2.A/O内循环 生物脱氮工艺特点

根据以 上对生物脱氮基本流程的叙述,结合多 年的焦化废水脱氮的经验,我们总结出(A/O)生物脱 氮流程具有以下优点:

(1)效率高。该工艺 对废水中的有机物,氨氮等 均有较高的去除效果。当总停留时间大于54h,经生物 脱氮后的出水再经过混凝沉淀,可将COD值降至100mg/L以下,其他指 标也达到排放标准,总氮去除率在70%以上。

(2)流程简单,投资省,操作费用低。该工艺 是以废水中的有机物作为反硝化的碳源,故不需 要再另加甲醇等昂贵的碳源。尤其,在蒸氨 塔设置有脱固定氨的装置后,碳氮比有所提高,在反硝 化过程中产生的碱度相应地降低了硝化过程需要的碱耗。

(3)缺氧反 硝化过程对污染物具有较高的降解效率。如:COD、BOD5和SCN-在缺氧段中去除率在67%、38%、59%,酚和有 机物的去除率分别为62%和36%,故反硝 化反应是最为经济的节能型降解过程。

(4)容积负荷高。由于硝 化阶段采用了强化生化,反硝化 阶段又采用了高浓度污泥的膜技术,有效地 提高了硝化及反硝化的污泥浓度,与国外同类工艺相比,具有较高的容积负荷。

(5)缺氧/好氧工 艺的耐负荷冲击能力强。当进水 水质波动较大或污染物浓度较高时,本工艺 均能维持正常运行,故操作管理也很简单。通过以上流程的比较,不难看出,生物脱氮工 艺本身就是脱氮的同时,也降解酚、氰、COD等有机物。结合水量、水质特点,我们推荐采用缺氧/好氧(A/O)的生物脱氮(内循环) 工艺流程,使污水 处理装置不但能达到脱氮的要求,而且其 它指标也达到排放标准。

3. A/O工艺的缺点

1)由于没 有独立的污泥回流系统,从而不 能培养出具有独特功能的污泥,难降解 物质的降解率较低;

2)若要提高脱氮效率,必须加大内循环比,因而加大了运行费用。另外,内循环液来自曝气池,含有一定的DO,使A段难以 保持理想的缺氧状态,影响反硝化效果,脱氮率很难达到90%。

3)影响因素:水力停留时间 (硝化>6h ,反硝化<2h )污泥浓度MLSS(>3000mg/L)污泥龄(>30d )N/MLSS负荷率(<0.03 )进水总氮浓度( <30mg/L)

 

2. A2/O工艺

1.基本原理

A2/O工艺是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文缩写,它是厌氧-缺氧-好氧生 物脱氮除磷工艺的简称。

该工艺 处理效率一般能达到:BOD5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。但A2/O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 目前我国国情来说,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,才采用该工艺。

2.A2/O工艺特点

1)污染物去除效率高,运行稳定,有较好的耐冲击负荷。 

2)污泥沉降性能好。

3)厌氧、缺氧、好氧三 种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合,能同时 具有去除有机物、脱氮除磷的功能。

4)脱氮效 果受混合液回流比大小的影响,除磷效 果则受回流污泥中夹带DO和硝酸态氧的影响,因而脱 氮除磷效率不可能很高。

5)在同时 脱氧除磷去除有机物的工艺中,该工艺流程最为简单,总的水 力停留时间也少于同类其他工艺。

6)在厌氧—缺氧—好氧交替运行下,丝状菌不会大量繁殖,SVI一般小于100,不会发生污泥膨胀。

7)污泥中磷含量高,一般为2.5%以上。

3.A2/O工艺的缺点

1)反应池容积比A/O脱氮工艺还要大;

2)污泥内回流量大,能耗较高;

3)用于中 小型污水厂费用偏高;

4)沼气回 收利用经济效益差;

5)污泥渗 出液需化学除磷。

 

3. 氧化沟

1.基本原理

氧化沟(oxidation ditch)又名连续循环曝气池(Continuous loop reactor),是活性 污泥法的一种变形。因为污 水和活性污泥在曝气渠道中不断循环流动,因此有人称其为循环曝气池无终端曝气池。氧化沟 的水力停留时间长,有机负荷低,其本质 上属于延时曝气系统。氧化沟一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成,沟体的 平面形状一般呈环形,也可以是长方形、L形、圆形或其他形状,沟端面 形状多为矩形和梯形。

氧化沟 污水处理工艺是在20世纪50年代由 荷兰卫生工程研究所研制成功的。自从1954年在荷 兰首次投入使用以来。由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点,已经在 国内外广泛的应用于生活污水和工业污水的治理。至今,氧化沟 技术己经历了半个多世纪的发展,在构造形式、曝气方式、运行方 式等方面不断创新,出现了种类繁多、各具特色的氧化沟。

从运行方式角度考虑,氧化沟 技术发展主要有两方面:一方面 是按时间顺序安排为主对污水进行处理;另一方 面是按空间顺序安排为主对污水进行处理。属于前 者的有交替和半交替工作式氧化沟;属于后 者的有连续工作分建式和合建式氧化沟。

目前应 用较为广泛的氧化沟类型包括:帕斯韦尔(Pasveer)氧化沟、卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟 、奥尔伯(Orbal)氧化沟、T型氧化沟(三沟式氧化沟)、DE型氧化 沟和一体化氧化沟。

图片 1.png 

 

2.氧化沟工艺特点

1)构造形式多样性

基本形 式氧化沟的曝气池呈封闭的沟渠形,而沟渠 的形状和构造则多种多样,沟渠可 以呈圆形和椭圆形等形状。可以是 单沟系统或多沟系统;多沟系 统可以是一组同心的互相连通的沟渠,也可以是相互平行,尺寸相同的一组沟渠。有与二 次沉淀池分建的氧化沟也有合建的氧化沟,合建的 氧化沟又有体内式和体外式之分,等等。多种多样的构造形式,赋予了 氧化沟灵活机动的运行性能,使他可 以按照任意一种活性污泥的运行方式运行,并结合其他工艺单元,以满足 不同的出水水质要求。

2)曝气设备的多样性

常用的 曝气设备有转刷、转盘、表面曝 气器和射流曝气等。不同的 曝气装置导致了不同的氧化沟型式,如采用 表曝气机的卡鲁塞尔氧化沟,采用转 刷的帕斯维尔氧化沟等等,与其他 活性污泥法不同的是,曝气装 置只在沟渠的某一处或者几处安设,数目应按处理场规模、原污水 水质及氧化沟构造决定,曝气装 置的作用除供应足够的氧气外,还要提 供沟渠内不小于0.3m/s的水流速度,以维持 循环及活性污泥的悬浮状态。

3)曝气强度可调节

氧化沟 的曝气强度可以通过两种方式调节。一是通 过出水溢流堰调节:通过调 节溢流堰的高度改变沟渠内水深,进而改 变曝气装置的淹没深度,使其充 氧量适应运行的需要。淹没深 度的变化对曝气设备的推动力也会产生影响,从而可 以对进水流速起到一定的调节作用;其二是 通过直接调节曝气器的转速:由于机 电设备和自控技术的发展,目前氧 化沟内的曝气器的转速时可以调节的,从而可 以调节曝气强度的推动力。

4)简化了 预处理和污泥处理

氧化沟 的水力停留时间和污泥龄都比一般生物处理法长,悬浮装 有机物与溶解性有机物同时得到较彻底的稳定,姑氧化 沟可以不设初沉池。由于氧 化沟工艺污泥龄长,负荷低,排出的 剩余污泥已得到高度稳定,剩余污泥量也较少。因此不 再需要厌氧消化,而只需 进行浓缩和脱水。

3.氧化沟工艺的缺点

1)污泥膨胀问题

当废水 中的碳水化合物较多,N、P含量不平衡,pH值偏低,氧化沟 中污泥负荷过高,溶解氧浓度不足,排泥不 畅等易引发丝状菌性污泥膨胀;非丝状 菌性污泥膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷较高时。微生物的负荷高,细菌吸 取了大量营养物质,由于温度低,代谢速度较慢,积贮起 大量高粘性的多糖类物质,使活性 污泥的表面附着水大大增加,SVI值很高,形成污泥膨胀。

2)泡沫问题

由于进 水中带有大量油脂,处理系 统不能完全有效地将其除去,部分油 脂富集于污泥中,经转刷充氧搅拌,产生大量泡沫;泥龄偏长,污泥老化,也易产生泡沫。

3)污泥上浮问题

当废水中含油量过大,整个系统泥质变轻,在操作 过程中不能很好控制其在二沉池的停留时间,易造成缺氧,产生腐化污泥上浮;当曝气时间过长,在池中 发生高度硝化作用,使硝酸盐浓度高,在二沉 池易发生反硝化作用,产生氮气,使污泥上浮;另外,废水中含油量过大,污泥可能挟油上浮。

4)流速不 均及污泥沉积问题

在氧化沟中,为了获 得其独特的混合和处理效果,混合液 必须以一定的流速在沟内循环流动。一般认为,最低流速应为0.15m/s,不发生 沉积的平均流速应达到0.3~0.5m/s。氧化沟 的曝气设备一般为曝气转刷和曝气转盘,转刷的浸没深度为250~300mm,转盘的浸没深度为480~ 530mm。与氧化沟水深(3.0~3.6m)相比,转刷只占了水深的1/10~1/12,转盘也只占了1/6~1/7,因此造 成氧化沟上部流速较大(约为0.8~1.2m,甚至更大),而底部流速很小(特别是在水深的2/3或3/4以下,混合液几乎没有流速),致使沟底大量积泥(有时积泥厚度达1.0m),大大减 少了氧化沟的有效容积,降低了处理效果,影响了出水水质。

4.氧化沟 工艺在污水处理中的应用

从理论上讲,氧化沟 既具有推流反应的特征,又具有 完全混合反应的优势;前者使 其具有出水优良的条件,后者使 其具有抗冲击负荷的能力。正是因为有这个环流,且有能量分区的缘故,使它具 有其它许多污水生物处理技术所拥有的众多优势,其中最 为显著的优势是工作稳定可靠。由于具有出水水质好,运行稳定,管理方 便以及区别于传统活性污泥法的一系列技术特征,氧化沟 技术在污水处理中得到广泛应用。据不完全统计,目前,欧洲己 有的氧化沟污水处理厂超过2000多座,北美超过800座。氧化沟 的处理能力由最初的服务人口仅360人,到如今的500万~1 000万人口当量。不仅氧 化沟的数量在增长,而且其 处理规模也在不断扩大,处理对 象也发展到既能处理城市污水又能处理石油废水、化工废水、造纸废水、印染废 水及食品加工废水等工业废水。

我国自20世纪80年代亦 开始应用这项技术,随着污 水处理事业的极大发展,全国各 地先后建起了不同规模、不同型 式的氧化沟污水处理厂。目前在我国,采用氧 化沟处理城市污水和工业废水的污水处理厂已有近百家。

5.氧化沟 工艺的研究新进展

通过对 多种连续流生物除磷脱氮工艺时空关系的分析,并结合 新的除磷脱氮理论,继续贯 彻简易污水处理的思想,重庆大学的王涛、钟仁超、刘兆荣、麦松冰 等人对氧化沟工艺进行了改良。

5.1 改良氧 化沟池型的构建原则

改良氧 化沟池型的构建是在一体化简易污水处理技术的思想基础上,依托于 卡鲁塞尔氧化沟、一体化 氧化沟和奥贝尔氧化沟而建立的。它是以连续流的方式,不作专门的时空调配,通过空 间分区和空间顺序及对溶解氧的优化控制,将污水净化(C、N、P的去除)和固液 分离功能集于一体,以水力 内回流的方式替代机械内回流的反应器。构建的 总原则是以连续流的方式,在更少 的和合理的空间中完成C、N、P和SS的同时去除。

5.2改良氧化沟池型

按上述构建原则,提出了 如图所示改良型氧化沟模型。污水流 入外沟经回流调节闸板后流经中沟和内沟,在各沟 道内循环数十次到数百次,最终由 固液分离器进行泥水分离出水。外—中—内沟道分别为好氧/缺氧交替区、厌氧区和好氧区,完成有 机物的降解和同时脱氮除磷。该模型 着重在保留奥贝尔氧化沟硝化反硝化优势,同时克 服该工艺占地面积大的缺点。借鉴卡 罗塞尔氧化沟跑道型沟道的构型和水力内回流方式,减少了 大回流比的机械设备;考虑将 奥贝尔氧化沟的同心圆型沟道展开,去掉中 心岛的无效占地,同时又 保留其三沟道串连、层层推进的流态特点。另外,将一体 化氧化沟中的侧沟固液分离器技术也揉合了进来,不设置 单独的二沉池并实现污泥的无泵自动回流。

图片 6.png 

5.3改良氧 化沟的优化分析

1)改良型 氧化沟采用奥贝尔氧化沟三沟道串联的特性,将各分区考虑成串联,从而有 利于难降解有机物的去除,并可减 少污泥膨胀现象的发生。

2)改良型 氧化沟借鉴奥贝尔氧化沟的溶解氧梯度分布,具有较好的脱氮功能。在外沟 道形成交替的好氧和大区域的缺氧环境,较高程度地发生“同时硝化/反硝化”,即使在 不设内回流的条件下,也能获 得较好的脱氮效果。由于外 沟道溶解氧平均值很低,氧传递 作用是在亏氧条件下进行的,所以氧 的传递效率有所提高,有一定的节能效果,一般约节省能耗15%~20%。加之外 沟道内所特有的同时硝化/反硝化功能,节能效果更为明显。内沟道 作为最终出水的把关,一般应 保持较高的溶解氧,但内沟道容积最小,能耗相对较低。

3)改良型 氧化沟将奥贝尔氧化沟布置相对困难的圆形或椭圆形沟型设计为环状跑道型,降低了 占地面积和工程造价。同时取 消了无效占地的中心岛,进一步 节省占地面积和造价。

4)改良型 氧化沟借鉴卡罗塞尔氧化沟水力条件,使内沟 的好氧区向外沟的缺氧区回流实现了水力内回流,简化了处理环节、节省了设备和能耗。

5)改良型 氧化沟借鉴一体化氧化沟将集曝气净化和固液分离于一体的优势,不单独 建二沉池和污泥回流泵站,污泥自动回流,简单、节能且 节省占地和基建投资。

6.结论

1)氧化沟 由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点,在我国 污水处理厂中有着较为广泛的应用。

2)改良型 氧化沟模型借鉴了卡罗塞尔氧化沟的构型和内回流方式,引用了 侧沟式一体化氧化沟的侧沟固液分离技术,同时保 留了奥贝尔氧化沟三沟串连、层层推进的流态特点,是多种 先进工艺的集成,是氧化 沟技术研究的新进展。

3)改良型 氧化沟工艺具有系统简单、管理方便、节约能耗、节省占 地和减少基建投资等优点。

以下为 几种常见氧化沟的类型结构示意图:

图片 7.png 

 

4. SBR工艺

1.工艺原理

在反应 器内预先培养驯化一定量的活性污泥,当废水 进入反应器与活性污泥混合接触并有氧存在时,微生物 利用废水中的有机物进行新陈代谢,将有机 物降解并同时使微生物细胞增殖。将微生 物细胞物质与水沉淀分离,废水即得到处理。其处理 过程主要由初期的去除与吸附作用、微生物的代谢作用、絮凝体 的形成与絮凝沉淀性能几个净化过程完成。

2.SBR工艺特点

1)理想的推流过程使生化 反应推动力增大,效率提高,池内厌氧、好氧处于交替状态,净化效果好。

2)运行效果稳定,污水在 理想的静止状态下沉淀,需要时间短、效率高,出水水质好。

3)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。

4)工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整,运行灵活。

5)处理设备少,构造简单,便于操作和维护管理。

6)反应池内存DO、BOD5浓度梯度,有效控 制活性污泥膨胀。

7)SBR法系统本身也 适合于组合式构造方法,利于废 水处理厂的扩建和改造。

8)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。

9)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。

3. SBR工艺的缺点

1)间歇周期运行,对自控要求高;

2)变水位运行,电耗增大;

3)脱氮除磷效率不太高;

4)污泥稳 定性不如厌氧硝化好。

 

5. CAST工艺

1.CAST工艺原理

CASS生物处 理法是周期循环活性污泥法的简称,CASS池分预 反应区和主反应区。在预反应区内,微生物 能通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物,经历一 个高负荷的基质快速积累过程,这对进水水质、水量、PH和有毒 有害物质起到较好的缓冲作用,同时对 丝状菌的生长起到抑制作用,可有效防止污泥膨胀;随后在 主反应区经历一个较低负荷的基质降解过程。CASS工艺集反应、沉淀、排水、功能于一体,污染物 的降解在时间上是一个推流过程,而微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中,从而达 到对污染物去除作用,同时还 具有较好的脱氮、除磷功能。

2.CAST工艺特点

1)运行灵活可靠

生物选 择器可以根据污水水质情况,以好氧、缺氧和 厌氧三种方式运行。选择器 可以恒定容积也可以可变容积运行。

可任意调节状态,发挥不 同微生物的生理特性。

选择器容积可变,避免产生污泥膨胀,提高了系统的可靠性。

抗冲击负荷能力强,工业废水、城市污水处理都适用。

2)处理构筑物少,流程简单

池子总容积减少,土建工程费用低。

不需设 二次沉淀池及其刮泥设备,也不用 设回流污泥泵站。

3)可实现除磷脱氮

调节生 物选择器可变容积的曝气和非曝气顺序,提高了 生物除磷脱氮效果。

4)节省投资

构筑物少,占地面积省。

设备及控制系统简单。

曝气强度小,不须大 气量的供气设备。

运行费用低。

3.工艺缺点

1)间歇周期运行,对自控要求较高;

2)变水位运行,电耗增大;

3)容积利用率较低;

4)污泥稳 定性不如厌氧硝化好。


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