汙水丨一口氣看完活性汙泥法,總結!     DATE: 2018-09-30 11:00

活性汙泥法實質上是天然水體自淨作用的人工強化,能從汙水中去除溶解態和膠體態的可生物降解有機物以及能被活性汙泥吸附的懸浮固體和其他物質,具有對水質水量的適應性廣、運行方式靈活多樣、可控製性好等特點,已成為生物處理方法的主體。

1  基本原理

活性汙泥是由細菌、真菌、原生動物、後生動物等微生物群體與汙水中的懸浮物質、膠體物質混雜在一起所形成的、具有很強的吸附分解有機物能力和良好沉降性能的絮絨狀汙泥顆粒,因具有生物化學活性,所以被稱為活性汙泥。

活性汙泥的性狀:

從外觀上看,活性汙泥是像礬花一樣的絮絨顆粒,又稱生物絮凝體,絮凝體直徑一般為0.02~0.2 mm,在靜置時可立即凝聚成較大的絨粒而下沉。活性汙泥的顏色因汙水水質不同而異,一般為黃色或茶褐色,供氧不足或出現厭氧狀態時呈黑色,供氧過多營養不足時星灰白色,略顯酸性,稍具土壤的氣味並夾帶-些黴臭味。活性汙泥含水率很高,一般都在99%以上,其比重因含水率不同而異,曝氣池混合液相對密度為1.002~1.003,而回流汙泥相對密度為1.004~1.006.活性汙泥表麵積一般為20~ 100 cm2/mL。

活性汙泥的組成:

活性汙泥中的固體物質不到1%,由有機物和無機物兩部分組成,其組成比例則因原汙水性質不同而異。有機組成部分主要為棲息在活性汙泥中的微生物群體,還包括入流汙水中的某些惰性的難被細菌攝取利用的所謂“難降解有機物”、微生物自身氧化的殘留物。

活性汙泥微生物群體是一個以好氧細菌為主的混合群體,其他微生物包括酵母菌、放線菌、黴菌以及原生動物、後生動物等,正常活性汙泥的細菌含量一般為107~108 個/mL,原生動物為100個/mL左右。

在活性汙泥微生物中,原生動物以細菌為食,而後生動物以原生動物、細菌為食,它們之間形成一條食物鏈,組成了一個生態平衡的生物群體。活性汙泥細菌常以菌膠團的形式存在,呈遊離狀態的較少,這使細菌具有抵禦外界不利因素的性能。

遊離細菌不易沉澱,但可被原生動物捕食,從而使沉澱池的出水更清澈。活性汙泥的無機組成部分則全部是由原汙水挾入,至於微生物體內存在的無機鹽類,由於數量極少,可忽略不計。

總之,活性汙泥由下列四部分物質所組成:

①具有代謝功能活性的微生物群體(M);

②微生物(主要是細菌)自身氧化殘留物(M);

③由原汙水挾入的難生物降解有機物(M;);

④由原汙水挾入的無機物質(M;)。其中活性微生物群體是活性汙泥的主要組成部分。

2  基本流程

活性汙泥法是以汙水中的有機汙染物為培養基,在有溶解氧條件下,連續地培養活性汙泥,利用其吸附凝聚和氧化分解功能淨化汙水中有機汙染物的一類生物處理方法。以曝氣池和二沉池為主體組成的整體稱作活性汙泥係統,完整的活性汙泥係統還包括實現回流、曝氣、汙泥處置功能所需的輔助設施。圖1是活性汙泥處理係統的基本流程,該流程也稱為傳統(普通)活性汙泥法流程。

由圖1可知,經過適當預處理的汙水與回流汙泥一起進入曝氣池形成混合液,  在曝氣池中,回流汙泥微生物、汙水中的有機物以及經曝氣設備注入曝氣池的氧氣三者充分混合、接觸,微生物以汙水中可生物降解的有機物進行新陳代謝,同時溶解氧被消耗,汙水的BOD5得以降低,隨後混合液流入二沉池進行固、液分離,流出二沉池的就是淨化水。二沉池底部經沉澱濃縮後的汙泥大部分再經回流汙泥係統回到曝氣池,其餘的則以剩餘汙泥的形式排出,進入另設的汙泥處理係統進一步處置,以消除二次汙染。

曝氣池作為生化反應器,通過回流活性汙泥及排出剩餘汙泥,保持著一定 量的微生物,去接納允許進入反應器的有機汙染物量;二沉池作為活性汙泥法係統的一個重要組成部分,進行活性汙泥和水的分離,  通過回流方式與曝氣池緊密相連,提供曝氣池所需的活性汙泥微生物,形成一-個有機整體共同運行。

3  活性汙泥淨化反應過程

活性汙泥淨化反應過程比較複雜,既有活性汙泥本身對有機汙染物的吸附、絮凝等物理、化學或物理化學過程,也有活性汙泥內微生物對有機汙染物的生物轉化、吸收等生物或生物化學過程,大致可以分為以下兩個階段。

(一)初期吸附去除階段

在汙水與活性汙泥接觸、混合後的較短時間(5~10 min)內,汙水中的有機汙染物,尤其是呈懸浮態和膠體態的有機物,表現出高的去除率,這種初期高速去除現象是物理吸附和生物吸附綜合作用的結果。在此過程中,混合液中有機底物迅速減少,BOD迅速降低,見圖2中吸附區曲線。這是由於活性汙泥的表麵積大,並且在表麵上富集著大量的微生物,外部覆蓋著多糖類的黏質層,當汙水中懸浮態、膠體態的有機底物與活性汙泥絮體接觸時,便被迅速凝聚和吸附去除。這種現象就是“ 初期吸附去除”作用。

初期吸附過程進行得很快,一般在30 min內便能完成,汙水BOD的吸附去除率可達70%,對於含懸浮態和膠體態有機物較多的汙水,BOD可下降80%~90%。初期吸附速度主要取決於微生物的活性和反應器內水力擴散程度與水力動力學規律,前者決定活性汙泥微生物的吸附、凝聚效能,後者則決定活性汙泥絮體與有機底物的接觸程度。活性汙泥微生物的高吸附活性取決於較大的比表麵積和適宜的微生物增殖期,一般而言,處於“饑餓”狀態的內源呼吸期微生物,其吸附活性最強。

(二)代謝穩定階段

被吸附在活性汙泥微生物細胞表麵的有機汙染物,在透膜酶的作用下,溶解態和小分子有機物直接透過細胞壁進入細胞體內,而膠體態和懸浮態的大分子有機物如澱粉、蛋白質等則先在細胞外酶一水解酶的作用 下,被水解為溶解態小分子後再進入細胞體內,此時水解產生的部分溶解性簡單有機物會擴散到混合液中,造成混合液BOD值升高,如圖2中胞外水解區曲線所示。

進入細胞體內的有機汙染物,在各種胞內酶(如脫氫酶、氧化酶等)的催化作用下,被氧化分解為中間產物,有些中間產物合成為新的細胞物質,另一些則氧化為穩定的無機產物,如CO2和H2O等,並釋放能量供合成細胞所需,這個過程即物質的氧化分解過程,也稱穩定過程。在此過程中,不穩定的高分子有機物質通過生化反應被轉化為簡單穩定的低分子無機物質,混合液BOD逐漸降低,  如圖2中胞內生物氧化區曲線所示。穩定過程所需時間取決於有機物的轉化程度,要比吸附過程長得多。

4  活性汙泥法工藝類型

活性汙泥法已有近百年的曆史,其工藝經曆了不斷的改進、革新和繁衍,在傳統活性汙泥工藝的基礎上,出現了漸減曝氣、階段曝氣、吸附-再生、完全混合、延時曝氣、高負荷、純氧曝氣、深井曝氣、淺層曝氣、氧化溝、SBR、  AB等眾多的活性汙泥法工藝,  以及活性汙泥與生物膜相結合的多孔懸浮載體活性汙泥工藝、活性汙泥法與膜分離法相結合的膜生物反應器工藝等。下麵主要介紹傳統推流、完全混合、吸附-再生、氧化溝、SBR、AB、多孔懸浮載體活性汙泥工藝和膜生物反應器工藝等幾種活性汙泥法工藝。

1、傳統活性汙泥法工藝

傳統活性汙泥法又稱為普通活性汙泥法,是活性汙泥法最早的運行方式,曝氣池呈長方廊道形,一般用3~5個廊道,在池底均勻鋪設空氣擴散器,其工藝流程如圖1所示,汙水和回流汙泥在曝氣池首端進入,在池內呈推流形式流動至池的尾端,在此過程中,汙水中的有機物被活性汙泥微生物吸附,並在曝氣過程中被逐步轉化,從而得以降解。

傳統活性汙泥法具有淨化效率高(BOD5去除率可達90%以上)、出水水質好、汙泥沉降性好、不易發生汙泥膨脹等優點,但存在以下缺點:

(1)曝氣池首端有機負荷高,為了避免池首出現因缺氧造成的厭氧狀態,進水BOD負荷不宜過高,因此曝氣池容積大、占地多、基建費用高。

(2)抗衝擊負荷能力差,處理效果易受水質、水量變化的影響。

(3)供氧與需氧不平衡,此為傳統法的主要缺點。如圖3所示,曝氣池中需氧速率沿池長由大到小變化,而供氧速率不變,若按池尾需氧要求均勻曝氣,則會產生池首缺氧問題:若按池首需氧要求均勻曝氣,必然產生池後段供氣浪費問題。為了使供氧與需氧盡可能相匹配,可采取沿池長漸減曝氣和階段曝氣,由此產生了漸減曝氣活性汙泥法工藝和階段曝氣活性汙泥法工藝。漸減曝氣法通過改變傳統法曝氣池底擴散器的鋪設方式,使供氧速率如需氧速率一樣沿池長逐步遞減變化,如圖4 所示;階段曝氣法工藝流程如圖5所示,將傳統法的單點進水改為多點進水,而曝氣方式不變,使原來由曝氣池首端承擔的較高有機負荷沿池長均勻承擔,從而縮小了供氧速率與需氧速率的差距,如圖6所示。

2、完全混合活性汙泥法工藝

在階段曝氣法基礎上,進一步增加進水點數的同時增加回流汙泥的入流點數,即形成如圖7所示的完全混合活性汙泥法工藝,汙水與回流汙泥進入曝氣池即與池內混合液充分混合,傳統法曝氣池中混合液不均勻的狀況被改變,池內需氧均勻,因此,完全混合活性汙泥法動力消耗低、耐衝擊負荷能力強,但有機物降解動力低,因而出水水質一般低於傳統法,且活性汙泥易產生膨脹現象。

3、吸附-再生活性汙泥法工藝

吸附-再生活性汙泥法又稱為接觸穩定法或生物吸附活性汙泥法,其主要特點是將活性汙泥對有機物降解的兩個過程——吸附與代謝穩定分別放在各自的反應器內進行,圖8為吸附-再生活性汙泥法的工藝流程,其中圖8 (a)為分建式,  即吸附池與再生池分開設置,圖8(b)為合建式,吸附池與再生池合建。汙水與經過再生的活性汙泥一起進入吸附池,約70%的BOD5可通過吸附作用得以去除,混合液從吸附池進入二沉池進行泥水分離,回流的活性汙泥先進入再生池再生,恢複活性後再回到吸附池進行下-輪吸附,剩餘汙泥則不經曝氣直接排出係統。

吸附-再生法主要利用活性汙泥的“初期吸附”作用去除有機物,此過程非常快,所需時間短,因此吸附池容積小;活性汙泥易吸附懸浮態和膠體態有機物,故汙水不需經初沉池預處理;再生池隻對部分汙泥(回流部分)曝氣再生,因此曝氣費用少,且再生池容積小,對於相同的處理規模,吸附池和再生池總容積比傳統法曝氣池容積小得多;但由於受活性汙泥吸附能力和吸附特性的限製,吸附再生法的處理效果低於傳統法,而且不宜處理溶解性有機汙染物含量高的汙水。

4、吸附生物降解工藝

吸附-生物降解工藝簡稱AB法或AB工藝,其工藝流程如圖9所示,整個係統由預處理段、A段、B段三個部分組成,預處理段隻設格柵、沉砂池等簡易處理設施,不設初沉池; A段和B段是兩個串聯的活性汙泥係統,A段為吸附段,由吸附池和中間沉澱池組成,主要用於汙染物的吸附去除,其汙泥負荷達2.0~6.0 kg (BOD5) /[kg(MLSS)·d],  為傳統法的10~20倍,泥齡短(0.3~0.5d),水力停留時間短(約30min)。

A段的活性汙泥全部是繁殖快、世代時間短的細菌,通過控製溶解氧含量,可使其以好氧或缺氧方式生活; B段為生物氧化段,由曝氣池和二沉池組成,與傳統法相似,主要用於氧化降解有機物,在低負荷下運行,汙泥負荷為0.15~0.3kg (BOD5)/[kg(MLSS)·d],水力停留時間較長(2~6h),泥齡較長(15~20d); A段與B段各自擁有獨立的汙泥回流係統,兩段完全分開,每段能夠培育出適於本段水質特征的微生物種群。

汙水經過A段處理後,BOD5去除率為40%~70%,同時重金屬、難降解物質以及氮、磷營養物質等也得到一定的吸附去除,不僅大大減輕了B段的有機負荷,而且汙水的可生化性提高,有利於B段的生物降解作用。B段發生硝化和部分的反硝化,活性汙泥沉澱性能好,出水SS和BOD5一般小於l0mg/L。

AB工藝出水水質好、處理效果穩定,具有抗衝擊負荷、pH值變化的能力,並能根據經濟實力進行分期建設,可用於老汙水處理廠改造,以擴大處理能力和提高處理效果。此外,對於有毒有害汙水和工業汙水比例較高的城市汙水處理,AB法具有較大優勢。

5、氧化溝工藝

氧化溝工藝是20世紀50年代由荷蘭的帕斯維爾(Pasveer)研發的一種汙水生物處理技術,屬於延時曝氣法的一種特殊形式,因其構築物呈封閉的溝渠型而得名,由於其出水水質能達到設計要求,並且運行穩定、管理方便,目前,氧化溝汙水處理技術已廣泛應用於城市汙水、工業廢水(包括石油、化工、造紙、印染及食品加工廢水等)處理工程。

(1)氧化溝的組成

氧化溝由氧化溝池、曝氣設備、進出水裝置、導流和混合裝置等組成。

氧化溝池屬於封閉環流式反應池,溝體狹長,一般星環形溝渠狀,平麵多為橢圓形(圖10),總長可達幾十米,甚至百米以上。在環形溝槽中設有曝氣設備,推動汙水和活性汙泥混合液在閉合式曝氣渠道中以0.3 m/s以上的平均流速連續循環流動,水力停留時間10~30h,因此,可以認為溝內汙水水質幾乎一致,即總體上的汙水流態是完全混合式,但具有局部推流特征,如曝氣器的下遊,溶解氧濃度從高到低變化。溝內水深與采用曝氣設備有關,為2.5~8m:采用曝氣轉刷一-般在2.5m左右;采用曝氣轉盤一般不大於4.5 m;采用立式表麵曝氣機水深一般可為4~6m,最深可達8 m。

曝氣設備是氧化溝的主要裝置,用以供氧、推動水流作循環流動、防止活性汙泥沉澱及對反應混合液的混合。常用臥式曝氣轉刷和曝氣轉盤,也可根據實際情況采用立式表麵曝氣機、射流曝氣機、  導管曝氣機以及混合曝氣係統等。

進出水裝置包括進水口、回流汙泥口和出水調節堰等。氧化溝進水和回流汙泥進口應在曝氣器的上遊,使進水能與溝內混合液立即混合。

單池進水比較簡單,采用進水管即可,而有2個以上氧化溝平行工作時,進水要用配水井,  當采用交替工作的氧化溝時,配水井內還需設自動控製裝置。氧化溝出水一般采用溢流堰,溢流堰高度可調節,出水位置應在曝氣器的下遊,並且離進水點和回流汙泥點足夠遠,以免短流。

導流和混合裝置包括導流牆和導流板。在氧化溝的彎道處設置導流牆,以減少水頭損失,防止通過彎道的汙水出現停滯和渦流現象,防止對彎道處的過度衝刷。在轉刷上下遊設置導流板,主要是為了使表麵的較高流速轉入池底,同時降低混合液表麵流速,提高傳氧速率。

此外,  氧化溝處理係統還包括二沉池、刮(吸)泥機和汙泥回流泵房等附屬設施,此部分與傳統活性汙泥工藝相同。

(2)氧化溝的形式

氧化溝的形式較多,按布置形式可分單溝、雙溝、三溝、多溝同心和多溝串聯氧化溝等多種;按二沉池與氧化溝的關係,有分建和合建(即一體化氧化溝)兩種;按進水方式,分連續進水和交替進水氧化溝;按曝氣設備,分轉刷曝氣、轉盤曝氣或泵型、倒傘型表麵曝氣機氧化溝等。目前常用的主要有普通氧化溝、卡羅塞爾(Carrousel) 氧化溝、奧巴勒(Orbal)氧化溝、交替工作式氧化溝(DE型、T型)、一體化氧化溝等。Carrousel 氧化溝是20世紀60年代由荷蘭某公司所開發,為多溝串聯氧化溝。圖11為四廊道並采用表麵曝氣器的Carrousel 氧化溝,在每組溝渠的轉彎處安裝一台表麵曝氣器,靠近曝氣器的下遊為富氧區,上遊為低氧區,外環還可能成為缺氧區,這樣能形成生物脫氮的環境條件。Carrousel氧化溝係統的BOD去除率高達95%~99%,脫氮率可達90%以上,除磷率50%左右,在世界各地應用廣泛。

(3)氧化溝的特點

氧化溝工藝的優點:工藝流程簡單(不需設初沉池),  運行管理方便,處理效果好;除能去除有機物外,還能脫氮除磷,尤其是脫氮效果好:具有延時曝氣法的優點,汙泥產量少且穩定:一體化氧化溝能節省占地,更易於管理。氧化溝的局限性:占地麵積大; F/M值低,容易引起汙泥膨脹;與傳統處理工藝相比,曝氣能耗更高;難以進行廠區擴建。

6、SBR工藝及其變形

SBR工藝即序批式活性汙泥法,是以序批式反應器(Sequencing Batch Reactor, SBR)為核心的間歇式活性汙泥法,是城市汙水處理、工業(石油、化工、食品、製藥業等)汙水處理及營養元素去除的重要方法之一。

(1) SBR工藝的運行工序及特點

1.SBR工藝的運行工序

SBR工藝是活性汙泥法的一種變形,它的反應機理與汙染物去除機製和傳統活性汙泥法相同,但在工藝上將曝氣池和沉澱池合為一體,在運行模式上是由進水、反應、沉澱、排水和閑置等5個基本過程組成一個周期,即在單一反應器內的不同時段進行不同目的的操作,雖然在流態上是完全混合式,但在汙染物的降解方麵,則是時間上的推流。

SBR工藝的運行工序如圖12所示,在進水階段,汙水被加入反應器,直到預定高度(一股可允許反應器中的液位達到總容積的75%~ 100%), 當使用兩個反應器時,進水時間可能占總循環時間的50%。

進水方式可根據工藝上的其他要求而定,既可單純進水,也可邊進水邊曝氣,以起預曝氣和恢複汙泥活性的作用,還可以邊進水邊緩慢攪拌,以滿足脫氮、釋放磷的工藝要求;

在反應階段,微生物在所控製的環境條件下降解消耗汙水中的底物,即汙水注入達到預定高度後,開始反應操作,根據汙水處理的目的,如BOD去除、硝化、磷的吸收以及反硝化等,采取相應的技術措施,並根據需要達到的程度決定反應的延續時間;在沉澱階段,混合液在靜止條件下進行固液分離,澄清後的上清液將作為處理水排放;

在出水階段,排出池中澄清後的處理水,一直到最低水位;閑置階段,即在處理水排放後,反應器處於停滯狀態的階段,通常用於多個反應器係統,閑置時間應根據現場具體情況而定,但有時可省略。

除了以上闡述的五個工藝階段外,排泥是SBR工藝運行中另一個影響效果的重要環節,汙泥排放的數量和頻率由效能需要決定。排泥沒有指定在哪個運行階段進行,一般放在反應階段後期,就可達到均勻排泥(包括細微物質和大的絮凝體顆粒)的目的。由於曝氣和沉澱過程都在同一個池中完成,所以不需進行汙泥回流以維持曝氣池中的汙泥濃度。

2. SBR工藝的特點

SBR工藝最顯著的一個特點是將反應和沉澱兩道工序放在同一反應器中進行,擴大了反應器的功能。此外,SBR是一個間歇運行的汙水處理工藝,運行時期的有序性使它具有不同於傳統連續流活性汙泥法的一些特性。

1)流程簡單,設備少,占地少,基建及運行費用低。SBR工藝的主要設備就是一個兼具沉澱功能的反應器,無需二沉池和汙泥回流裝置,且在大多數情況下還可省去調節池。

2)固液分離效果好,出水水質好。SBR工藝中的沉澱過程屬於理想的靜止沉澱,固液分離效果好,且剩餘汙泥含水率低,有利於汙泥的後續處置。

3)運行操作靈活,通過適當調節各單元操作的狀態可達到脫氮除磷的效果。通過適度的充氣、停氣攪拌,形成時間序列上的缺氧、厭氧和好氧交替環境條件,滿足缺氧反硝化、厭氧放磷和好氧硝化及吸磷的要求,從而可有效地脫氮除磷。

4)能有效地防止汙泥膨脹。由於SBR具有理想推流式特點,反應期間反應底物濃度大、缺氧與好氧狀態交替變化以及泥齡鉸短,都是抑製絲狀菌生長的因素。

5)耐衝擊負荷。SBR工藝利用高循環率有效稀釋進水中高濃度的難降解或對微生物有抑製作用的有機化合物。

6)利用時間上的推流代替空間上的推流,易於實現自動控製。該工藝的各操作階段及各項運行指標都可通過計算機加以控製,便於自控運行,易於維護管理。

7)容積利用率低,水頭損失大,出水不連續,峰值需氧量高,設備利用率低,運行控製複雜,不適用於大水量。

(2) SBR工藝的變形

針對傳統SBR工藝存在的不足及在應用中的某些局限性,如進水流量較大時,對反應係統需調節,會增大投資;對出水水質有特殊要求時,如脫氮、除磷,則需對SBR進行適當改進。因此出現了ICEAS、CASS、IDEA、DAT-IAT、UNITANK、MSBR等SBR的變形工藝。

①ICEAS工藝

ICEAS 工藝稱為間歇式延時曝氣活性汙泥工藝,於1968年由澳大利亞新南威爾士大學與美國ABJ公司合作開發。該工藝最大的特點是在SBR反應器進水端增加了一個預反應區(圖13),實現連續進水(不但在反應階段進水,在沉澱和排水階段也進水)。

ICEAS 工藝集反應、沉澱、排水於一體,運行時,汙水連續不斷地進入反應池前部的預反應區,並從主、預反應區隔牆下部的孔眼以低速(0.03~0.05 m/min)進入主反應區,在主反應區按照反應、沉澱、排水的周期性運行程序,完成對含碳有機物和氮、磷營養元素的去除。

ICEAS工藝的優點是連續進水,可以減少運行操作的複雜性,在處理市政汙水和工業汙水方麵比傳統SBR工藝費用更低、出水效果更好,其缺點是進水貫穿於整個周期,沉澱期進水在主反應區底部造成水力紊動,從而影響分離時間,因此水量受到限製,且容積利用率低,  脫氦除磷有一定難度。

② CASS工藝

CASS 或CAST 或CASP工藝稱為循環式活性汙泥工藝。該工藝是在ICEAS工藝基礎上,  將生物選擇器與SBR反應器有機結合。通常CASS反應器分為3個區域(圖14):  生物選擇區、缺氧區和主反應區,各區容積之比為1:s: 30。汙水首先進入選擇區,與來自主反應區的汙泥(20%~ 30%)混合,經過厭氧反應後進入主反應區。與ICEAS工藝相比,CASS工藝將主反應區中部分汙泥回流至生物選擇器中,而且沉澱階段不進水,  使排水的穩定性得到保障。CASS工藝解決了ICEAS工藝對於SBR優點部分的弱化問題,  脫氮除磷效果比ICEAS更好。

③IDEA工藝

IDEA 工藝稱為間歇排水延時曝氣工藝。該工藝保持了CASS工藝的優點,運行方式與ICEAS工藝相似,采用連續進水、間歇曝氣、周期排水的形式。與CASS相比,預反應區改為與SBR主體構築物分離的預混合池,部分汙泥回流進入預反應池,且采用中部進水。預混合池的設立可以使汙水在高絮體負荷下有較長停留時間,有利於高絮凝性細菌的選擇性生長。

④DAT-IAT工藝

DATIAT工藝是一種連續進水的SBR工藝,其主體構築物由需氧池和間歇曝氣池串聯組成(圖15)。IAT池為主反應池,一般情況下DAT池連續進水,連續曝氣,其出水經雙層導流牆連續進入IAT池,在此完成曝氣、沉澱、排水和排出剩餘汙泥工序,同時部分汙泥回流到DAT池。原汙水首先經DAT池的初步生物處理後再進入IAT池,由於連續曝氣起到了水力均衡作用,提高了整個工藝的穩定性,進水工序隻發生在DAT池,排水工序隻發生在IAT池,  兩池串聯,進一步增強整個生物處理係統的可調節性,有利於有機物的去除。

與CASS和ICEAS工藝相比,DAT池是一種更加靈活、完備的預反應器,從而使DAT池與IAT池能夠保持較長的汙泥齡和很高的MLSS濃度,使係統有較強的抗衝擊負荷能力;在去除BOD的同時,進行脫氮除磷; DAT-IAT 工藝同時具有SBR工藝和傳統活性汙泥法的優點,  對水質水量的變化有很強的適應性,操作運行比較簡便。

⑤UNITANK工藝

UNITANK係統是一體化活性汙泥法工藝,類似於三溝式氧化溝工藝,為連續進水連續出水的處理工藝。UNITANK係統在外形上是一矩形體,裏麵被分割成3個相等的以開孔公共牆相隔的矩形單元池,中間單元池始終做曝氣池,邊池交替做曝氣池和沉澱池(圖16)。

UNITANK係統集合了SBR工藝、三溝式氧化溝和傳統活性汙泥法的特點。其優點是池型構造簡單,采用固定堰出水,排水簡單,也不需汙泥回流:其缺點是邊池汙泥濃度遠遠高於中池,  脫氮效果一般,  除磷效果差。

⑥MSBR工藝

MSBR 稱為改良型序批式生物反應器,不需初沉池、二沉池及相應的布水及回流設備,整個反應池在全充滿、恒水位及連續進水情況下運行。

MSBR處理係統在外形上常為矩形,分成三個主要部分(圖17);曝氣格和兩個交替序批處理格。主曝氣格在整個運行周期中保持連續曝氣,而每半個運行周期中,兩個序批處理格分別交替作為SBR池和沉澱池。此外,還有根據工藝處理要求設置的厭氧格和缺氧格,  因此,它實質上是A2/0工藝與SBR工藝的串聯。如果隻去除BOD和ss,  則不需設厭氧格和缺氧格,MSBR係統更為簡單。

MSBR工藝被認為是集約化程度鉸高、同時具有生物脫氮除磷功能的汙水處理工藝,在係統的可靠性、土建工程量、總裝機容量、節能、降低運行成本和節約用地等多方麵均具有優勢。

7、多孔懸浮載體活性汙泥工藝

多孔懸浮載體活性汙泥工藝是在曝氣池中投加占曝氣池容積15%~ 50%的多孔泡沫塊(球),泡沫塊為曝氣池中的微生物提供了大量可供棲息的表麵積,微生物附著於其表麵及孔隙中,有的泡沫塊的生物量可達100~ 150 mg/塊,因此,大大增加了曝氣池內生物量。由於泡沫塊僅占少部分曝氣池的容積,所以整個係統仍屬活性汙泥法係統。但多孔懸浮載體大大改善了活性汙泥係統的工藝性能,使其具有如下不同於常規活性汙泥係統的特性。

1)提高了活性汙泥法反應器內的總生物量和附著生長的生物濃度,同時相對降低了懸浮生長的生物濃度。附著生長的微生物的大量出現,使生物相係統發生了巨大變化。傳統活性汙泥法係統較易生長的絲狀菌可被載體吸附於其孔隙內或表麵,載體的孔隙及其表麵的粗糙狀況決定了其對絲狀菌的捕獲能力。

這樣,既能發揮絲狀菌的強大淨化能力,又能控製汙泥膨脹及汙泥上浮、流失給係統正常運行帶來的巨大危害。

2)載體投加量與載體上的附著生物量密切相關。載體投加量越大,係統中附著的生物量越高,但單個載體附著生物量則下降。

3)有機負荷對兩種生物相濃度影響很大。有機負荷增高,係統內總附著生長生物量及單位載體上附者的生物量均增加,而懸浮生長生物量則相對減少。

4)改變了係統內底物的分配及傳質狀況,附著生長生物與懸浮生長生物的傳質與生 物降解作用有所不同。

5)投加載體能防止活性汙泥法係統汙泥沉降性能的惡化,反應器的生物濃度及出水水質不像傳統活性汙泥法對二沉池工況那樣具有較大敏感性與依賴性。

6)係統內懸浮生長生物相的吸氧速率有所降低。

7)延長了泥齡,有助於硝化反應及氨氮的去除,大大提高了係統耐受衝擊負荷的能力,完善了淨化過程,提高了處理效率,能獲得更好的出水水質。

比較成熟的多孔懸浮載體活性汙泥法工藝是Linpor工藝,該工藝由德國Linde公司研究開發,采用尺寸為12mmx12mmx12mm的多孔懸浮泡沫塊作為載體,每1m3載體的總表麵積達1000m2,相對密度接近於1,在曝氣狀態下懸浮於水中。

Linpor工藝利用池內水流的紊動作用產生的水力剪切以及回流量來調挖生物量,不需泡沫塊擠壓裝置。按功能不同,該工藝可分為Linpor-C工藝、Linpor-C/N 工藝、Linpor-N工藝。

Linpor-C工藝主要用來去除汙水中的含碳有機物,工藝組成與典型活性汙泥法完全相同,特別適用於對已有活性汙泥法處理廠的擴容改造。Linpor-C/N 工藝設有缺氧區,具有同時去除汙水中C和N的雙重功能,與傳統工藝不同的是,在Linpor-C/N工藝中,由於存在較多的附著生長型硝化菌,因而即使在較高的負荷下,該工.藝也可獲得良好的硝化作用;並且能在多孔性載體孔道內形成無數個微型反硝化反應器,故在好氧區會同時發生碳氧化、硝化和反硝化作用。

Linpor-N 工藝是去除含碳有機物之後進行氨氮硝化的工藝,在這一過程中不產生廢棄汙泥,因此無需設置二沉池和汙泥回流係統。反應器中幾乎不存在懸浮生長微生物,大部分硝化菌附著生長在多孔懸浮載體上,因此泥齡長、硝化效果好。當廢水排入敏感性水體和對處理出水中的氨氮有嚴格要求時可以采用Linpor-N工藝。

8、膜生物反應器工藝

膜生物反應器(Membrane Bioreactor, MBR)工藝是由膜分離組件(常用超濾)與活性汙泥反應器(曝氣池)相結合而成的汙水處理工藝,即用膜組件代替二沉池進行固液分離的汙水生物處理係統。與傳統生物處理工藝相比,MBR工藝具有生化效率高、有機負荷高、汙泥負荷低、出水水質好、設備占地麵積小、便於自動控製和管理等優點。根據膜與生物反應器的位置關係,MBR可分為分置式(外置式)和一體式(內置式)兩種。

分置式MBR將膜組件(多為管式和平板式)置於生物反應器外部,二者通過泵與管路相連,其工藝流程如圖18所示,輸送泵將曝氣池中的混合液加壓後送到膜分離單元,由膜組件進行固液分離,濃縮液回流至生物反應器,透過液為出水。該方式運行靈活,設備安裝方便,膜組件的清洗、維護、更換及增設比較容易,膜通量相對較高,易於大型化和對現有工藝的改造,但動力費用較高,泵高速旋轉產生的剪切力會使某些微生物菌體失活。

一體式MBR又稱淹沒式MBR ,其工藝流程如圖19所示,將無外殼的膜組件(多為中空纖維式)直接安裝浸沒於曝氣池內部,微生物在曝氣池中降解有機物,依靠重力或水泵抽吸產生的負壓或真空泵將膜組件透過液移出,成為出水。SMBR無混合液循環係統,真空泵工作壓力較小,結構緊湊,占地少,但膜通量相對較低,膜易汙染,難以清洗和更換膜組件。

5  活性汙泥法運行過程中存在的問題及相應的措施

1、活性汙泥法運行過程中存在哪些問題?

曝氣池首端有機汙染物負荷高,好氧速度也高,為了避免由於缺氧形成厭氧狀態,進水有機物負荷不宜過高。為達到一定的去汙能力,需要曝氣池容積大,所以占用的土地較多,基建費用高;好氧速度沿池長是變化的,而供氧速度難於與其相吻合適應,在池前段可能出現好氧速度高於供氧速度的現象,池後段又可能出現溶解氧過剩的現象,對此,采用漸減供氧方式,可一定程度上解決這些問題;另外,活性汙泥對進水水質、水量變化的適應性較低,運行效果易受水質、水量變化的影響。

活性汙泥法運行過程中存在問題有:

①生物相不正常:

②汙泥SV1值異常;

③汙泥膨脹;

④汙泥解體;

⑤汙泥腐化:

⑥汙泥上浮;

⑦泡沫問題:

⑧二沉池出水異常主要表現在透明度降低、SS和BOD值升高、大腸菌群數增加等。

2.汙泥膨脹的概念及其解決辦法有哪些?

(1)汙泥膨脹的原因

①絲狀菌膨脹 活性汙泥絮體中的絲狀菌過度繁殖,導致膨脹,促成條件包括進水有機物少,F/M太低,微生物食料不足;進水氮、磷不足; pH值低;混合液溶解氧太低,不能滿足需要;進水波動太大,對微生物造成衝擊。

②非絲狀菌膨脹 由於進水中含有大量的溶解性有機物,使汙泥負荷太高,而進水中又缺乏足夠的N、P,或者DO (溶氧)不足。細菌很快把大量有機物吸人體內,又不能代謝分解,向外分泌出過量的多糖類物質。這些物質分子中含羥基而具有較強的親水性,使活性汙泥的結合水高達400% (正常為100%左右),呈黏性的凝膠狀,無法在二沉池分離。另一種非絲狀菌膨脹是進水中含有較多毒物,導致細菌中毒,不能分泌出足夠量的黏性物質,形不成絮體,也無法分離。

(2) 解決辦法

組成廢水的各種成分由於比例失調,也可引起汙泥膨脹,如廢水中C/N比失調,若由於碳水化合物的含量過高,可適當的投加尿素、碳酸銨或氯化銨。如係統進水濃度太高,可減低進水量。至於曝氣池的環境(如pH、溫度溶解氧等)對活性汙泥的性質也有一定的影響。

其他如廢水中含有大量的有機物或石油,以及含有大量的腐敗物質都可以引起膨脹。在曝氣池中過多或過少地充氧或攪動不充分,都可引起膨脹。

由此可知,為防止汙泥膨脹,首先應加強管理操作,經常檢測汙水水質、曝氣池內溶解氧、汙泥沉降比、汙泥指數和進行顯微鏡觀察,如發現異常情況應及時采取措施,如加大空氣量、及時排泥、在有可能時采取分段進水,以減輕二沉池的負荷。

3、汙泥上浮的概念及其解決辦法有哪些?

(1)汙泥上浮

主要是指汙泥脫氮上浮。汙水在二沉池中經過長時間停留會造成缺氧(DO 在0.5mg/L.以下),則反硝化菌會使硝酸鹽轉化成氨和氮氣,在氨和氮氣逸出時,汙泥吸附氨和氮氣而上浮使汙泥沉降性降低。

(2)解決辦法

汙泥上浮現象和活性汙泥的性質無關,隻因汙泥中產生氣泡,使汙泥密度低於水,因此汙泥,上浮不應與汙泥膨脹混為一談。具體解決辦法有:

①降低進水鹽濃度,控製高負荷COD的衝擊。

②準確地控製曝氣池內的COD負荷。因此,在運行操作上要控製曝氣池進水量。通過準確地控製MLSS (建議6~8g/L)和曝氣池進水量,將COD負荷控製在0. 2~0.4kg/(m3 . d)的適當範圍,以減少汙水的衝擊,如果該汙水經過均質池後的COD濃度仍然超過設計標準,應將該股汙水引人事故池以待日後處理。

③完善新建汙水預處理工藝,控製汙水厭氧與兼氧酸化水解池是保障後續曝氣池正常運轉的關鍵步驟,汙水中的難降解有機物在此得到降解後,可以保證曝氣池汙水的出水要求,也改善了二沉池的沉降性能。應采取以下措施:完成潛水攪拌機配電係統的改造,盡快泵汙泥至酸化池,進行酸化池的調試和酸化汙泥的馴化。一次投加剩餘汙泥約為池容的1/5,投加量約為100m3,使池內混合液濃度在4~6g/L.

④控製氧曝池的溶解氧濃度,適當降低氧曝池MLSS,基本控製在10g/L以內,與之相應的溶解氧濃度控製應根據進水有機負荷及時調整。

⑤增加汙泥回流量,及時排除利餘汙泥,降低混合液汙泥濃度,縮短汙泥齡,降低溶解氧濃度,但不能進人消化階段。

4、泡沫問題的概念及其解決辦法有哪些?

(1) 泡沫問題

泡沫一般分為三種形式:

①啟動泡沫活性汙泥工藝運行啟動初期,由於汙水中含有一些表麵活性物質,易引起表麵泡沫。但隨著活性汙泥的成熟,這些表麵活性物質經微生物降解,泡沫現象會逐漸消失。

②反硝化泡沫  如果汙水廠進行硝化反應,則在沉澱池或曝氣不足的地方會發生反硝化作用,產生氮等氣泡而帶動部分汙泥上浮,出現泡沫現象。

③生物泡沫由於絲狀微生物的異常生長,與氣泡、絮體顆粒混合而成的泡沫具有穩定、持續、較難控製的特點。生物泡沫對汙水廠的正常運行是非常不利的:在曝氣池或二沉池中出現大量絲狀微生物,在水麵上漂浮、積聚大量泡沫,造成出水有機物濃度和懸浮固體升高,產生惡臭或不良有害氣體,降低機械曝氣方式的氧轉移效率,可能造成後期汙泥消化時產生大量表麵泡沫。

(2)解決辦法

①噴灑水這是一種最常用的物理方法。通過噴灑水流或水珠以打碎浮在水麵上的氣泡,來減少泡沫。打散的汙泥顆粒部分重新恢複沉降性能,但絲狀細菌仍然存在於混合液中,所以不能從根本上消除泡沭現象。

②投加消泡劑  可采用具有強氧化性的殺菌劑,如氣、臭氧和過氧化物等。還有利用聚乙二醇、矽酮生產的市售藥劑,以及氯化鐵和銅材酸洗液的混合藥劑等。藥劑的作用僅僅能降低泡沫的增長,卻不能消除泡沫的形成。而廣泛應用的殺菌劑普遍存在副作用,因為過量或投加位置不當,會大量降低反應池中絮成菌的數量及生物總量。

③降低汙泥齡一般采用降低曝氣池中汙泥的停留時間,以抑製有較長生長期的放線菌的生長。

④回流厭氧消化池上清液已有試驗表明,采用厭氧消化池上清液回流到曝氣池的方法,能控製曝氣池表麵的氣泡形成。

⑤投加特別微生物有研究提出, 一部分特殊菌種可以消除Nocardia菌的活力,其中包括原生動物腎形蟲等。另外,增加捕食性和拮抗性的微生物,對部分泡沫細菌有控製作用。

5、汙泥解體的概念及其解決辦法有哪些?

(1)汙泥解體

處理水質渾濁、汙泥絮凝體微細化,處理效果變壞等則是汙泥解體現象。導致這種異常現象的原因有:汙泥中毒,微生物代謝功能受到損害或消失,汙泥失去淨化活性和絮凝活性。多數情況下為汙水事故性排放所造成,應在生產中予以克服,或局部進行預處理;正常運行時,處理水量或汙水濃度長期偏低,而曝氣量仍為正常值,出現過度曝氣,引起汙泥過度自身氧化,菌膠團絮凝性能下降,汙泥解體,進一步汙泥可能會部分或完全失去活性。此時,應調整曝氣量,或隻運行部分曝氣池。

(2)解決辦法

運行不當(如曝氣過量),會使活性汙泥生物營養的平衡遭到破壞,使微生物量減少且失去活性,吸附能力降低,絮凝體縮小質密,一部分則成為不易沉澱的羽毛狀汙泥,處理水質混濁,SV%值降低等。當汙水中存在有毒物質時,微生物會受到抑製傷害,淨化能力下降,或完全停止,從而使汙泥失去活性。一般可通過顯微鏡觀察來判別產生的原因。當鑒別出是運行方麵的問題時,應對汙水量、回流汙泥量、空氣量和排泥狀態以及SV. MLSS、DO、Ns等多項指標進行檢查,加以調整。當確定是汙水中混人有毒物質時,應考慮這是新的工業廢水混人的結果,需查明來源,按國家排放標準加以處理。

6、汙泥腐化的概念及其解決辦法有哪些?

(1)汙泥腐化

汙泥腐化上浮是指在沉澱池內的汙泥由於缺氧而引起厭氧分解,產生甲烷及二氧化碳氣體,汙泥吸附氣體上浮。在二沉池有可能由於汙泥長期滯留而進行厭氣發酵,生成氣體(H2S、CH,等),從而發生大塊汙泥上浮的現象。它與汙泥脫氮上浮所不同的是,汙泥腐敗變黑,產生惡臭。此時也不是全部汙泥上浮,大部分汙泥都是正常地排出或回流,隻有沉積在死角長期滯留的汙泥才腐化上浮。

(2)解決辦法

①設計並安裝不使汙泥外溢的浮渣設備;

②消除沉澱池的死角;

③加大池底坡度或改進池底刮泥設備,不使汙泥滯留於池底。此外,如曝氣池內曝氣過度,使汙泥攪拌過於激烈,生成大量小氣泡附聚於絮凝體上,也容易產生這種現象。防止措施是將供氣控製在攪拌所需的限度內,而脂肪和油則應在進人曝氣池之前加以去除。