生化处理工艺比选

生化处理工艺比选

本工程的原水水质高，要达到回用和达标排放要求，对有机物、总氮、总磷的去除率要求均非常高，本工程应选择同时具有较高脱氮除磷工艺的二级生物（生化）处理工艺。

污水二级处理工艺通常可选用悬浮生长型活性污泥法、固着生长型生物膜法、化学法及物理化学法等。悬浮生长型活性污泥法和固着生长型生物膜法在处理有机废水方面和化学法及物理化学法相比具有处理效率高、处理效果好、效果较为稳定、运转经验丰富、运行费用低、无二次污染等优点，在国内外被普遍采用。本次设计在这两类中进行筛选。

1.1.1. 悬浮生长型活性污泥法工艺简介

悬浮型活性污泥法污水处理工艺主要有以下一些工艺系列：AAO 系列、氧化沟系列、序批式反应器（SBR）系列、一体化系列、多段式系列等。

各种系列均在不断地发展、改进，形成的目前比较典型的工艺有：

1.1.1.1. AAO 工艺系列

主要包括常规AAO 工艺、改良AAO 工艺、倒置AAO 工艺、UCT 工艺、MUCT 工艺、多段多级缺氧好氧工艺等。

（1）常规AAO 工艺

常规A/A/O 工艺是一种典型的除磷脱氮工艺， 其生物反应池由ANAEROBIC（厌氧）、ANOXIC（缺氧）和OXIC（好氧）三段组成，其典型工艺流程见图3.2-1。这是一种推流式的前置反硝化型工艺，其特点是厌氧、缺氧和好氧三段功能明确，界线分明，可根据进水条件和出水要求，人为地创造和控制三段的时空比例和运转条件，只要碳源充足（TKN/COD≤0.08 或BOD/TKN≥4）便可根据需要达到比较高的脱氮率。

图3.2-1 常规AAO 工艺流程图

常规A/A/O 工艺呈厌氧（A1）/缺氧（A2）/好氧（O）的布置形式，具有如下特点： TN 的去除率可达到60%～70%，TP 的去除率为70%～80%。 反应池内要分成多格，以有效地维持厌氧、缺氧和好氧状态。

要设置硝化液回流泵。由于厌氧区居前，回流污泥中的硝化液进入厌氧段，造成脱氮菌和聚磷菌对碳源的竞争，回流污泥中的盐对厌氧区产生不利影响。

污泥龄的取值要兼顾脱氮长泥龄和除磷短泥龄的矛盾，即要平衡脱氮效果和除磷效果，污泥龄一般取10~13 天。

（2）改良AAO 工艺

为了常规解决A/A/O 工艺的缺点，即由于厌氧区居前，回流污泥中的盐对厌氧区产生不利影响，改良A/A/O 工艺在厌氧池之前增设厌氧/缺氧调节池，改良A/A/O 工艺流程见图3.2-2 所示，来自二沉池的回流污泥和10%左右的进水进入调节池，停留时间为20~30min，微生物利用约10%进水中的有机物去除回流硝态氮，消除硝态氮对厌氧池的不利影响，从而保证厌氧池的稳定性。

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图3.2-2 改良AAO 工艺流程图

（3）倒置AAO 工艺

为避免传统A/A/O 工艺回流盐对厌氧池放磷的影响，将缺氧池置于厌氧池前面，来自二沉池的回流污泥和30~50%的进水，50~150%的混合液回流均进入缺氧段。回流污泥和混合液在缺氧池内进行反硝化，反硝化菌位于碳源争夺的有利位置，可强化脱氮效果。

图3.2-3 分点进水倒置AAO 工艺流程图

倒置A/A/O 工艺的缺点主要是，若回流比较大，当盐浓度高时，缺氧段易被击穿，未反硝化的盐进入厌氧段，影响除磷效果，需辅以化学除磷措施。另外，大量的回流稀释了厌氧池反应物浓度，降低了反应速率。

（4）UCT 工艺

UCT 工艺的流程见图3.2-4 所示，与常规A/A/O 工艺的区别在于，回流污泥首先进入缺氧段，而缺氧段部分出流混合液再回至厌氧段。通过这样的修正，可以避免因回流污泥中的NO3-N 回流至厌氧段，干扰磷的厌氧释放，而降低磷的去除率。回流污泥带回的NO3-N 将在缺氧段中被反硝化。当入流污水的BOD5/TKN 或BOD5/TP 较低时，较适用UCT 工艺。

图3.2-4 UCT 工艺流程图

UCT 工艺的缺点主要是不易控制缺氧段的停留时间，若控制不当，DO 仍会影响厌氧区。 （5）MUCT 工艺

MUCT 工艺的流程如图3.2-5 所示，是对UCT 工艺的基改良，即将缺氧段一分为二，形成二套的内回流，克服了UCT 工艺不易控制缺氧段的停留时间。但是比传统A/A/O 工艺多了一级污泥回流，因此系统的复杂程度和自控要求有所提高，耗能有所增加。另外，设两个单独的缺氧池，增加了缺氧池体积。

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图3.2-5 MUCT 工艺流程图

（5）多段多级缺氧好氧活性污泥法

多级缺氧好氧活性污泥法工艺的流程如图3.2-6 所示，即将污水在生化池经过厌氧、缺氧、好氧多次交替，使聚磷菌、硝化菌和反硝化菌共存于同一污泥系统中，实现同步除磷脱氮，增加脱氮效果。

图3.2-6 多段缺氧好氧活性污泥法

1.1.1.2. 氧化沟工艺系列

主要包括奥贝尔氧化沟工艺、卡鲁塞尔氧化沟工艺、双沟式DE 氧化沟工艺、三沟式T 型氧化沟工艺等。

氧化沟是活性污泥法的一种改进型，具有除磷脱氮功能，其曝气池为封闭的沟渠，废水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动，因此氧化沟又名“连续循环曝气池”。过去由于其曝气装置动力小，使池深及充氧能力受到，导致占地面积大，土建费用高，使其推广及运用受到影响。近十年来由于曝气装置的不断改进、完善及池形的合理设计，弥补了氧化沟过去的缺点。

（1）卡鲁塞尔氧化沟

卡鲁塞尔氧化沟是荷兰DHV 公司开发的。该工艺在曝气渠道端部装有低速表面曝气机。在曝气渠内用隔板分格，构成连续渠道。表曝机把水流推向曝气区，水流连续经过几个曝气区后经堰口排出。为了保证沟中流速，曝气渠的几何尺寸和表曝机的设计是至关重要的，DHV 公司往往要通过水力模型才能确定工程设计。最近DHV 公司又开发了卡鲁塞尔2000 型，把厌氧/缺氧/好氧与氧化沟循环式曝气渠巧妙的结合起来，改变了原调节性差，除磷脱氮效果低的缺点，但水力设计更为复杂。卡鲁塞尔氧化沟的缺点是池深较浅，一般为4.0m，占地面积大，土建费用高。也有将卡鲁塞尔氧化沟池深设计为6m 或更深的情况，但需采用潜水推流器提供额外动力。

（2）双沟式（DE 型）氧化沟和三沟式（T 型）氧化沟

双沟式（DE 型）氧化沟和三沟式（T 型）氧化沟是丹麦克鲁格公司开发的。DE 型氧化沟为双沟组成，氧化沟与二沉池分建，有的污泥回流系统，DE 型氧化沟可按除磷脱氮（或脱氮）等多种工艺运行。双沟式氧化沟是由两个容积相同，交替进行的曝气沟组成。沟内设有转刷和水下搅拌器，实现硝化过程。由于周期性的变换进、出水方向（需启闭进出水堰门）和变换转刷和水下搅拌器的运行状态，因此必须通过计算机控制操作，对自控要求较高。三沟式氧化沟集曝气沉淀于一体，工艺更为简单。三沟交替进水，两外沟交替出水，两外沟分别作为曝气或沉淀交替运行，不需设二沉池及污泥回流设备。同DE 型氧化沟相同，需要的自动化程度高。由于这两种氧化沟采用转刷曝气，池深较浅，占地面积大。双沟式和三沟式由于各沟交替进行，明显的缺点是设备利用率低，三沟式的设备利用率只有58%，设备配置多，使一次性设备投资较大。

（3）奥伯尔（orbal）氧化沟

奥伯尔（orbal）氧化沟是氧化沟类型中的重要形式，此法起初是由南非的休斯曼构想，南非国家水研究所研究和发展的，该技术转让给美国的Envirex 公司后得到的不断的改进及推广应用。奥伯尔氧化沟是椭圆型的，通常有三条同心曝气渠道（也有两条或更多条渠道）。污水通过淹没式进水口从外沟进入，顺序流入下一条渠道，由内沟道排出。奥伯尔氧化沟具有同时硝化、反硝化的特性，在氧化沟前面增加一座厌氧选择池，便构成了生物除磷脱氮系统。污水和回流污泥首先进入厌氧选择池，停留时间约1 小时，在厌氧池中完成磷的释放，并改善污泥的沉降性，然后混合液进入氧化沟进行硝化、反硝化，实现除磷脱氮。奥伯尔氧化沟的缺点是池深较浅，一般为4.3m 左右，占地面积较大，因为池型为椭圆型，对地块的有效利用较差。

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1.1.1.3. 序批式反应器（SBR）处理工艺系列

主要包括ICEAS 工艺、CAST 工艺、SBR 工艺、CASS 工艺等。CASS 反应器工艺是以生物反应动力学原理及合理的水力条件为基础而开发的一种具有系统组成简单、运行灵活和可靠性好等优良特点的废水处理新工艺，尤其适用于含有较多工业废水的城市污水及要求脱氮除磷的处理。

CASS 的整个工艺为一间歇式反应器，在此反应器中进行交替的曝气－不曝气过程的不断重复，将生物反应过程及泥水的分离过程结合在一个池子中完成。因此，它是SBR 工艺及ICEAS 工艺的一种最新变型。

CASS 反应器由三个区域组成：生物选择区、兼氧区和主反应区。生物选择区是设置在CASS 前端的小容积区，通常在厌氧或兼氧条件下运行。

兼氧区不仅具有辅助厌氧或兼氧条件下运行的生物选择区对进水水质水量变化的缓冲作用，同时还具有促进磷的进一步释放和强化反硝化作用。主反应区则是最终去除有机物的场所。CASS 反应器构造见图3.2-7。

图3.2-7 CASS 反应器构造图

CASS 工艺脱氮除磷的原理为：除磷是靠厌氧捕捉选择区（预反应区）和曝气反应区（主反应区）完成。硝化和反硝化在主反应区完成。从充水/曝气开始，溶解氧（DO）浓度从0mg/L 逐渐增加到2.0mg/L 的过程中，大约有50％的时间其DO 接近于零，约30％时间DO 在1mg/L 左右，约20％时间DO 在2mg/L 左右。DO 能否进入微生物絮体内，取决于絮体大小和活性污泥的好氧速率。一般情况下，好氧速度较快，当DO 含量不高时，溶解氧很难进入絮体内部，这样在絮体内形成了微缺氧环境，而硝化产生的较多浓度梯度的NO3-N-可进入絮体内部，使絮体内部发生反硝化作用，使硝化/反硝化过程同时发生。无需专设缺氧区和内回流系统。

1.1.1.4. 一体化处理工艺系列

主要包括MSBR 工艺、Unitank 工艺等。 MSBR 是80 年代后期发展起来的技术，是连续进水、连续出水的反应器，其实质是A/A/O 系统后接SBR，因此具有A/A/O 的生物除磷脱氮功能和SBR 的一体化、流程简洁、控制灵活等优点。主要缺点是整个流程较复杂，核心属于专利技术，国内应用较少。

1.1.1.5. 多段式处理工艺系列

主要包括二段法工艺、AB 法工艺、Bardenpho 工艺、Phoredox 工艺、其它多段式工艺等，但工艺较为繁琐，实际工程中应用较少。

1.1.1.6. 几种典型活性污泥法工艺比较

从处理效果来看，以上工艺系列均可满足本项目处理要求。但污水处理工艺的选择还应充分考虑技术的可行性、可靠性、成熟度，经济的合理性，对污水水质、水量的适应性，运行的稳定性等各种因素。应用较广泛的典型活性污泥法处理工艺系列的综合特点比较详见表3.2-1。

表3.2-1 典型活性污泥法处理工艺综合特点比较表 方案一（氧化沟系列工方案二（AAO 方案三（SBR 内容 艺） 系列工艺） 系列工艺） --完整版学习资料分享----

-----WORD格式--可编辑--专业资料----- C处理效果 N处理效果 P处理效果 运行可靠性 忍受冲击负荷能力 操作管理 构筑物数量 生反池体积利用率 设备台套数 对机械设备的要求 机械设备利用率 对系统自控的要求 出水水质控 污泥量 剩余污泥浓度 污泥稳定性 构筑物布置集约化程度 构筑物占地 基建投资 运行费用 工艺流程 曝气形式 供氧利用率 内回流比 外回流比 工程实例 工程适用性 规模适应性 好 较好 好（前置厌氧段） 好 好 方便 一般 高 一般 高 高 较低 好 一般 较高 较稳定 较差 较大 稍大 较高 较简单 机械曝气 一般 － － 较多 较广 大、中、小型

好 好 好 好 较好 方便 较多 高 较多 一般 高 一般 好 一般 较高 较稳定 较高 较小 稍小 一般 较复杂 微孔鼓风曝气 高 100％~200％ 50％~150％ 多 广 特大、大、中、 小型 好 较好 好（前置厌氧段） 较好 好 复杂 较少 一般 较少 高 较低 高 较好 一般 较低 较稳定 高 较小 一般 较高 一般 微孔鼓风曝气 较高 无 50％ 较少 一般 中、小型 1.1.2. 固着生长型生物膜法工艺简介

固着生长型生物膜法污水处理工艺主要有以下一些工艺系列：生物滤池系列、生物接触氧化池系列、生物转盘系列和生物流化床系列等。

在生物膜法工艺中，生物滤池工艺的应用较多，其他工艺的应用较少，因此如考虑固着生长型生物膜法处理工艺，则首推生物滤池工艺。

现代曝气生物滤池是在生物接触氧化工艺的基础上，引入上水处理过滤原理发展成一种新工

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艺，在80 年代初出现在欧洲，主要是在一级强化处理基础上将生物氧化与过滤结合在一起，滤池后可不设二次沉淀池，通过反冲洗再生，实现滤池周期运行。由于其良好性能，应用范围逐渐扩大。至九十年代已日趋成熟，在废水二级、三级处理中曝气生物滤池发展很快，法国、英国澳地利和澳大利亚等环保公司，已有成熟产品推向市场。

图3.2-8为常见的几种曝气生物滤池工艺流程，其中C 表示滤池功能去除有机物，N 表示氨氮硝化，DN 表示反硝化。曝气生物滤池工艺需要借助铁盐、铝盐等凝聚剂，对污水进行化学除磷。

图3.2-8 曝气生物滤池流程

1.1.3. 其他新型处理工艺简介

近年来，在常规的生物脱氮除磷工艺基础上，又发展出了其他一些新型的处理高效、占地节省的工艺类型，其中较有代表性的如膜生物反应器（MBR）工艺、MBBR 工艺等。

1.1.3.1. 膜生物反应器（MBR）工艺

膜分离技术的工程应用开始于20 世纪60 年代的海水淡化。以后，随着各种新型膜的不断问世，膜技术也逐步扩展到城市生活饮用水净化和城市污水处理以及医药、食品、生物工程等领域。在全球水资源紧缺、受污染日益严重的今天，膜技术作为一种新型的再生水回用技术，得到越来越广泛的应用。

膜技术在城市污水处理中的最初应用是利用超滤膜取代传统的二沉池，取得了极好的效果。但当时膜技术处于发展初期，膜价格昂贵，寿命短，能耗高，未能得到推广应用。20 世纪80 年代，随着膜技术的发展和完善，膜生物反应器（Membrane-Bioreactor，简称MBR）开始引入城市污水及垃圾填埋渗滤液的处理。这种集成式组合新工艺把生物反应器的生物降解作用和膜的高效分离技术溶于一体，具有出水水质好且稳定、处理负荷高、装置占地面积小、产泥量小、操作管理简单等特点，近年来在国际水处理技术领域日益得到广泛关注。在国内再生水处理工程中也得到了较大的

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推广和应用。

MBR 工艺分为外置式和内置式两种，两种工艺均在城市污水深度处理和再生水回用工程中得到了越来越广泛的应用。内置式MBR 工艺的典型工艺流程如下图所示。

图3.2-9 MBR 工艺典型流程图

膜生物反应器根据生物处理的工艺要求，建有三个生物反应区（池），分为厌氧区（除磷）、好氧区（硝化池）和缺氧区（反硝化池）。膜组件浸没于好氧区内，各区之间通过潜水推进器来循环混合液。污水先进入厌氧区与缺氧区回流的污泥混合，在厌氧条件下聚磷菌对磷的释放，使污水中磷的浓度升高；厌氧区出水与好氧区回流污水相混合进入缺氧区，在此将大分子量长链有机物分解为易生化的小分子有机物，然后污水进入好氧区进行有机物生物降解，同时进行生物硝化反应，并通过回流到缺氧区进行反硝化，完成脱氮功能，缺氧区中置有潜水搅拌器，达到混合的作用。

通过和传统的活性污泥法及生物膜法比较，MBR 工艺有以下优点：

（1）膜生物反应器采用PVDF 膜，其孔径只有0.1～0.4 微米，能够高效地进行固液分离，出水水质标准高，品质稳定，悬浮物和浊度接近于零，可直接回用；

（2）解决了传统活性污泥法造成的沉淀部分对最大生物浓度的，反应器内的微生物浓度高，是传统方法的2～3 倍，达8000~10000 毫克/升，容积负荷高，对水质水量的变化适应力强，耐冲击负荷强。

（3）工艺流程简洁，占地小。MBR工艺与AAO工艺基本相同，只是用膜池代替了二沉池及过滤，占地面积小。

MBR工艺的主要缺点是：

（1）出水需要采用水泵抽吸，动力费高。 （2）膜系统需要设置反洗及化学反洗系统，定期对MBR 膜组件进行反洗，增加了投资及占地、操作复杂、运行费高。MBR 系统设置一套反洗及化学反洗系统，此系统是由反洗水泵、次氯酸钠及柠檬酸加药装置构成。

（3）膜组件造价高，且3~4年需要更换，运行成本高。

1.1.3.2. 载体流动床生物膜工艺（MBBR）工艺

载体流动床生物膜工艺是一种生物膜法与活性污泥相结合的高效污水处理工艺，微生物附着生长于悬浮填料表面，形成一定厚度的微生物膜层。填料在鼓风曝气的扰动下在反应池中随水流浮动，带动附着生长的生物菌群与水体中的污染物和氧气充分接触，污染物通过吸附和扩散作用进入生物膜内，被微生物降解。附着生长的微生物可以达到很高的生物量，因此反应池内生物浓度是悬浮生长活性污泥工艺的2～4 倍。载体流动床生物膜工艺具有容积负荷率高、脱氮能力强、运行稳定、出水水质优良等特点。

载体上的高浓度的生物菌群可获得很强的COD 降解能力，载体上丰富的生物菌群类型，增加了对难降解有机物的降解性能，因此系统的出水水质更好。生物膜的污泥龄长，非常适宜于硝化菌的生长，硝化菌浓度高，因此硝化脱氮能力显著。

1.1.4. 本项目建设条件对生化处理工艺的因素

（1）场地。本项目选址四面环河，场地面积受自然条件的制约，为避免填河造地对河道排洪的不利影响，并减少工程投资，设计应尽量选择占地面积小的工艺。

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（2）项目运营方式的制约。本项目采用BOT运营方式，并采用公开招标方式，污水处理单价是主要评分点，因此所选生化工艺的投资及运行费用都要尽可能低才有较高的竞争力。

1.1.5. 生化处理工艺比选

污水处理的工艺多种多样，通过合理地选择设计参数及不同工艺环节的合理搭配，各种工艺均能满足污水处理的要求。但本工程由于受用地条件及结构形式的，因此需要选用处理高效、池深大（节地）、并且适合一体化布置的处理工艺。

综合考虑处理效率、节地、适合一体化布置以及工程应用案例等多方面因素，本工程拟选择以下两种工艺方案进行综合比选：

（1）多级缺氧好氧工艺

本工程出水对氨氮、总氮要求很高，为确保总氮达标，在AAO工艺基础上进行改良，由一级缺氧改为两级缺氧，加强反硝化脱氮效果，即为AAOAO运行模式。

（2）膜生物反应器（MBR）工艺

为更进一步分析这两个工艺的优缺点，针对本工程5万m3/d处理规模，本次方案初步估算了这两个工艺的投资、占地、电耗等数据，进行对比，具体见表3.2-2。

表3.2-2 生化处理工艺比选

内容 主要工艺流程 主要工艺参数 工程实例 用地面积 工程费用（以方案一为基准） 工程总投资（相对） 单位处理成本（相对） 单位经营成本（相对） 主要优点 方案一（多级缺氧好氧工艺） AAO /AO生反池+二沉池+高效沉淀池+深床滤池+紫外消毒池 生反池总停留时间：23h； 有效水深7.9m 最多 3.344 1 1 1 1 （1）最常规的处理工艺，工艺成熟，管理方便。 （2）经营成本低。 （1）占地面积略大； 方案二（MBR 工艺） 膜格栅+MBR 生反池+高效沉淀池超滤+紫外消毒池 生反池总停留时间：11h（其中膜池1.5h）；有效水深7.5m 较少 3.1 ~1.33 ~1.33 1.35 1.75 （1）占地面积小 （1）膜需要定期更换，运行电耗也最高，使得污水处理成本相对较高。 （2）管理及养护相对复杂。 主要缺点 上述两种工艺方案的出水都能达到项目磋商文件要求的排放标准。活性污泥法在不断地改进，MBR 工艺也在不断地优化。以节约土地为目标，膜生物反应器（MBR）相对较优以降低投资、节约运行成本、方便管理为目标，AAOAO最优。综合考虑处理效果、用地条件、工程投资、运行成本等多方面因素，鉴于本项目的投资模式、建设形式等因素，因此本设计推荐AAO 工艺，以增加达标可靠性。

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