污水处理技术工艺

污水处理工艺类型全面总结

发布日期:2019-05-20 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

城市的诞生伴随着对污水处理的需求。城市污水处理技术经历了几百年的变化,从最初的一级处理到现在的三级处理,从简单的消毒沉淀到有机物的去除、脱氮除磷再到深度处理和回用。其中,活性污泥法的出现具有划时代的意义,今年是活性污泥法诞生100周年。未来城市污水处理技术将如何发展?在这方面,我们首先要检讨当年处理城市污水的路向。

一级处理阶段

城市污水处理的历史可以追溯到罗马时期。当时环境容量大,水体的自净能力也能满足人类的用水需求。人们只需要考虑排水问题。然后,城市化进程加速,以及由生活污水中的细菌传播引起的传染病的传播。出于健康原因,人类开始治疗排出的生活污水。通过石灰或明矾或漂白粉进行早期处理。在明末,中国有一个污水净化装置。但是,由于当时需求不足,中国的生活污水仍以农业灌溉为主。 1762年,英国开始用石灰和金属盐处理城市污水。

二级处理阶段

有机物去除工艺

生物膜法

18世纪中叶,欧洲工业革命开始,城市生活污水中的有机物成为去除的重点。1881年,法国科学家发明了第一个生物反应器和第一个厌氧生物处理池——莫里斯池,揭开了污水生物处理的序幕。1893年,第一台生物过滤器在威尔士、英格兰投入使用,并在欧洲、北美和其他国家迅速推广。技术的发展促进了标准的出现。1912年,英国皇家污水处理委员会(Royal Commission on Sewage Treatment)建议采用BOD5来评估水质的污染程度。

活性污泥法

1914年,阿登和Lokett在英国化学工程会议上发表了一篇关于活性污泥处理的论文。同年,他们在英国曼彻斯特开设了世界上第一家活性污泥处理厂。两年后,美国正式建立了第一个活性污泥处理厂。活性污泥处理的诞生,为今后100年的城市污水处理技术奠定了基础。

在活性污泥法诞生之初,就采用了填料-排污法。由于当时自动控制技术和设备条件相对落后,活性污泥法运行繁琐、易堵塞,与生物滤池相比没有明显的优势。此后,连续进水推流式活性污泥法(CASProcess)(图1)出现后迅速被取代,但由于推流式反应器中污泥的耗氧率随槽长而变化,使得供氧率难以与之协调。活性污泥法还面临着局部供氧不足的问题。1936年提出的逐步曝气活性污泥法(TAAS)和1942年提出的阶段曝气工艺(SFAS)分别从曝气方式和进水方式两方面改善了氧气供应平衡。1950年,美国的麦金尼提出了一种完全混合活性污泥法。该方法通过改变活性污泥微生物区系的生存方式,以适应曝气池基质浓度梯度的变化,有效地解决了污泥膨胀的问题。

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随着技术在实践中的广泛应用和不断创新与完善,活性污泥法在20世纪40年代逐渐取代生物膜法,成为污水处理的主流工艺。

1921年,活性污泥法扩散到中国,中国建成了第一个污水处理厂 - 上海北区污水处理厂。 1926年和1927年,分别建成了上海东区和西区污水处理厂。当时,三个水厂的日处理能力为35,500吨。

脱氮除磷工艺

20世纪50年代,水体富营养化成为一个突出的问题。氮磷去除成为污水处理的另一个主要要求。在活性污泥法的基础上,开发了一系列脱氮除磷工艺。

除磷工艺

1950年代初,发现了磷菌,并用于去除磷。(图2)

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脱氮工艺

1969年,美国的Barth提出了一种三阶段脱氮方法(图3)。第一阶段是好氧阶段,主要去除有机物,第二阶段是碱性硝化,第三阶段是厌氧反硝化和脱氮。

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1973年,在原工艺的基础上,Barnard将缺氧反应器与好氧反应器完全分离,污泥回流到缺氧反应器,并增加了内回流装置,缩短了工艺流程。这通常被称为缺氧好氧(A≤O)过程(见图4)。

A2O工艺

在20世纪70年代,基于A / O工艺的美国专家与磷去除一起成为A2O工艺(图5)。广州大坦沙污水处理厂于1986年在中国成立,采用A2O工艺。当时,设计的水处理能力为15万吨。它是世界上最大的使用A2O工艺的污水处理厂。

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氧化沟工艺

A2O工艺将生物处理的厌氧段和好氧段分为三部分,氧化沟为封闭沟结构。它结合了塞流和全混合活性污泥工艺的特点,集曝气、沉淀和污泥稳定于一体。污水与活性污泥的混合物不断循环,在系统中形成好氧缺氧区,实现生物脱氮除磷(图6)。氧化沟白天进水,夜间用作沉淀池。与活性污泥法相比,具有处理工艺和结构简单、污泥龄长、剩余污泥少、脱水方便、处理效果稳定等优点。

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1953年,荷兰公共健康工程研究协会的paveer研究所提出了氧化沟过程,又称帕西维尔沟。1954年,荷兰的福小亭建成了第一座氧化沟污水处理厂。当时的服务人口只有360人。20世纪60年代,这项技术在欧洲、北美和南非等国得到了迅速推广和应用。据统计,截至1977年,在西欧有超过2000条波斯维尔氧化沟投入使用。

1967年,荷兰DHV公司开发了Carussel(Carroussel)氧化沟。它是由多个串联通道组成的氧化沟系统。Carussel氧化沟的发展经历了普通Carussel氧化沟、Carussel 2000氧化沟和Carussel 3000氧化沟三个阶段。

1970年,美国的Envirex公司推出了Aubert(Orbal)氧化沟。它由三个同心圆形或椭圆形通道组成,每个通道相互连接,入口水首先进入最外层通道,在不断循环的同时,依次进入下一个通道,这相当于一系列完全混合的反应池连接在一起。最后,它从中央通道排出。

交替工作氧化沟由丹麦克鲁格公司开发,该公司成本低,易于维护。它通常有一个氧化沟系统,双沟交替和三沟交替(T型氧化沟)和半交替工作氧化。沟渠。

两段法工艺

早期的两阶段法只是将一套活性污泥工艺的两组结构串联起来。第一个和第二个曝气池的容积是相同的,它们是一起建造的。第一阶段大部分有机质被吸附降解,第二阶段污泥负荷很低。两级活性污泥法出水水质优于同容曝气池单级活性污泥法(图7)。但是,由于曝气池一级容积翻了一番,相当于污泥负荷翻了一番,在污泥膨胀阶段操作管理困难。

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20世纪70年代中期,德国的Botho Bohnke教授开发了AB过程(图8)。该工艺在传统两段工艺的基础上,进一步增加了第一段即A段的污泥负荷,并以高负荷、短泥龄的方式运行,而B段与传统的活性污泥法相似,负荷较低,泥龄较长。由于A段泥龄短,含泥量大,A段除磷效果很好,去除A段大量有机物后,B段的容积可大大减少,采用低负荷运行方式可提高出水水质。然而,由于A段去除大量有机物导致B段碳源不足,该工艺在处理低浓度城市污水中的优势并不明显。

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然后,为了解决硝化细菌在脱氮过程中需要较长的泥龄,而聚磷菌在除磷过程中需要较短的泥龄的矛盾,开发了AO-A2O工艺(图9)。该工艺由两个相对独立的反硝化和除磷工艺组成。第一段泥龄短,主要用于除磷,第二段泥龄长,脱氮负荷低。

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在AO-A2O工艺的基础上,奥地利开发了混合工艺(图10).过程的两个阶段之间有三个内回流装置,可为一级曝气池提供硝酸盐氮、硝化细菌和碳源。第一阶段主要是去除有机物和磷,第二阶段是硝化功能,反硝化是在一级曝气池中通过回流混合物进行的。

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SBR工艺

序批式活性污泥法(SBR)工艺及时将厌氧部分和好氧部分分开。由美国公司Irvine在20世纪70年代初开发。该过程中只有一个基本单元,将调节罐,曝气池和二沉池的功能集成在一个池中,进行水质和水量调节,微生物降解有机物和固液分离。 。经典SBR反应器的操作是:进水→通气→沉淀→淹没→待机(图11,12)。

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在20世纪80年代初,持续取水的ICEAS过程诞生了(图13)。在传统SBR工艺的基础上,在反应池内增设隔板,分为预反应区小和主反应区大。污水不断流入预反应区。然后,通过隔墙底部的孔,以层流速度进入主反应区,解决了间歇进水的问题。

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随后,Goranzy教授开发了CASS/CAST过程。与ICEAS工艺类似,在反应槽的前面增加一个选择段,在选择阶段,污水与自主反应区内的回流混合物混合。在厌氧条件下,选择段与预厌氧池相当,为高效除磷创造了有利条件。

20世纪90年代,比利时Seghers公司在三通道氧化沟的基础上开发了UNITANK系统。它由三个矩形池塘组成,外侧的矩形池塘既可以作为曝气池,也可以作为沉淀池,而中间的矩形池只能作为曝气池。该工艺将传统SBR的时间推力和连续系统的空间推力有效地结合在一起。

MSBR法,即改进的SBR法,结合了传统活性污泥法和SBR工艺的优点,采用单细胞多网格法。反应器由曝气格子和两个交替序批处理单元组成。主曝气格在整个运行周期内保持连续曝气,而在每个半循环中,两个序批式反应器分别作为SBR和澄清池交替使用。该工艺可连续供水,可使用较少的连接管道、泵和阀门。

脱氮除磷新工艺

近几十年来,能源和资源短缺引起了广泛关注。对氮,磷的去除,节能和资源回收的进一步需求已成为污水处理工艺发展的主流。已经应用了一批新兴的氮和磷去除技术。

anammox-sharon联合工艺

1994年,荷兰代尔夫特大学开发了厌氧氨氧化(anamox)技术。厌氧氨氧化细菌在缺氧环境下可以用亚硝酸盐(no2-)将铵离子(nh 4+)氧化为氮。

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与传统的反硝化工艺相比,该工艺完全自养,不需要任何有机碳源。

1998年,荷兰Delft大学根据短程硝化和反硝化原理,开发了Sharon工艺。第一个项目是在荷兰鹿特丹的DOKHAVEN水厂。其基本原理是氨在好氧条件下被硝化细菌氧化为NO2-,然后在缺氧条件下以电子供体的形式反硝化硝酸盐。缩短了工艺流程,不需要碱中和。与传统的活性污泥法相比,可以减少25%的供氧量和40%的反硝化碳源,有利于资源和能源的回收利用,更适合于低碳氮比的城市污水。

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目前,SHARON工艺是一个硝化反应器,ANAMMOX工艺是一个反硝化反应器,与传统工艺相比,可以节省60%的氧气供应和100%的碳源。

三级处理阶段

近年来,随着污染的加剧和水资源的严重短缺,人类对水质提出了更高的要求,先进的污水处理和回用技术应运而生。污水处理厂的重点不再是考虑污染物的排放,而是如何改善水质。生物膜和膜分离技术开始显示出其独特的优势。

在1960年代和1970年代,随着新的合成材料的出现,生物膜技术又得到了发展。主要工艺为生物滤清器、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床。

目前应用最广泛的膜处理技术是微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)和膜生物反应器(MBR)技术。本世纪初,新加坡“新水”水厂采用了加超滤膜和反渗透膜的方法,对二级处理后的中水进行回用。

以历史为镜,我们可以看到兴衰。回顾整个历史进程,回顾城市生活污水处理的足迹与人类健康的需要、水环境质量的变化、一级污水处理程度的深化、运行与管理的同时,资金占用等成本问题促进了水处理技术及其运行、土地占用的不断演进,能源的流程、步骤和投资都在一点地简化。人们对水质的要求越来越高,但处理过程却越来越简单。有趣的是,无论是近年业界对厌氧生物技术持乐观态度,还是对最终土地灌溉的源头分离持乐观态度,城市污水处理似乎已恢复原来的形式,尽管其中所含的技术内容早已相同。如果有大量的简单,它最终将归因于自然。

污水处理工艺类型全面总结

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