文 献 综 述

1、设计意义

随着经济的发展，城市规模不断扩大，人们在日常的生活生产中会产生大量的废水，城市污水的处理排放越来越受到关注，已经成为当下的热点问题。城市污水处理的效果对城市的健康发展，人们的生活品质和城市环境息息相关。我国人口众多，处于快速发展阶段，所以大多数人对环境问题并不重视，在这种情况下，急需国家市政单位和有关部门加强对污水处理工作的重视，培养相关专业人才，改善污水处理工艺^【11】，从而解决市政污水问题。在水资源极为匮乏的今天，如果能将废水处理回收利用，能够极大地减轻水资源的压力。^【1】

水资源在人们物质生活和文化生活中有着不可或缺的地位，但是近年来随着工业的快速发展，由于缺乏对水资源的合理监管，导致水污染情况较为严重，对环境造成不良影响，同时对生态环境也造成了破坏，而解决水污染问题的一个重要途径就是加强管理，完善污水工艺设计分析。^【2】

在传统污水处理的设计过程中,其所采用的简单、粗放的建筑材料和设计方案已经不能满足人们对呼吁保护生态环境的需求。为了更好地解决水污染的问题,保护环境和生态平衡,国家相关管理部门对污水处理建设方面加快进程,使国内当前污水处理设计水平不断提高。^【2】

2、废水来源及处理要求

该污水包含自城镇居民生活污水80%，生产污水20%，流量为10000m³/d,出水排放标准要达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级标准。^【13】

3、废水特点

该种废水主要污染因子为COD_Cr，BOD_5，SS，氨氮和TP。

4、市政污水的处理方法

目前世界上广泛应用的污水处理工艺有：普通曝气法、AB 法工艺、CAST工艺、序批式活性污泥法（SBR法）、UNITANK工艺、MBR工艺、氧化沟法、A/A/O法、倒置A/A/O法等，这几种工艺都是从活性污泥法衍生出来的，其处理方式各有所长。着重介绍以下几个处理工艺：

1) 氧化沟法（oxidation ditch）

氧化沟是一种活性污泥处理系统，其曝气池呈封闭的沟渠型，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法，它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，又称循环曝气池。氧化沟的生物反应池是采取连续环式反应池，在该反应池中存在一条闭合的曝气渠道，而混合液在该渠道中可进行连续循环。一般情况下，在延时曝气的条件下，才可进行氧化沟的使用。在氧化沟中设置有曝气和搅动装置，通过该装置可进行方向控制，并对反应池中的物质提供水平速度，在该动力下，闭合式渠道中的液体会产生搅动，从而实现循环作用。相比于传统的活性淤泥法，氧化沟法具有的优点有：水力停留时间长、有机负荷低以及淤泥龄长等，因此在氧化沟法中并不需要用到调节池、初沉池以及淤泥消化池。氧化沟对于污水的处理效果较好，并且具有独特的水力学特征和工作特性，主要有以下几点：

① 化沟具有推流和完全混合的特点，对于短流具有很好的限制作用，并且有较好的缓冲能力。

② 化沟具有明显的溶解氧浓度梯度。

③ 化沟内部配置着不同功率的曝气装置，不同功率的搭配能够很好进行氧的传递，有利于进行液体混合和淤泥絮凝。

④氧化沟中设备的功率较低，具有良好的能源利用率。氧化沟中是通过溶解氧的不均匀分布，并产生好氧区和缺氧区的交替循环作用而实现脱氮的目的。在脱氮的过程中，并不需要外加碳源，因此氧化沟是非常经济的。但是单元的氧化沟对磷的消除效果不佳，因此可以在氧化沟中好氧区和缺氧区中在增设一个厌氧区，在一个池中集合三个区，可以在保留氧化沟优点的基础上，实现脱氮除磷效果的提高。^【3】

2）序列间歇式活性污泥法（SBR）

SBR是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，其得名是在运行中采用间接操作的形式，废水在每一个反应池被一批批地处理。

进水期 ：反应池接纳污水的过程。

反应期 ：处于高浓度、低浓度的基质环境中，反应器相应地形成厌氧#8212;缺氧#8212;好氧的交替过程。

沉淀期 ：相当于传统活性污泥法中的二次沉淀池，停止曝气搅拌后，污泥絮体靠重力沉降和上清液分离。

排水期：活性污泥大部分为下周期回流 使用，过剩污泥进行排放，一般这部分污泥仅占总污泥的30%左右，污水排出，进入下道工序。

闲置期：上清液排放后，反应器处于停滞状态，等待下一个操作周期。^【4】

3）改良交替式活性污泥法(UNITANK)

UNITANK是以SBR工艺为基础的一种变型工艺，它囊括了传统活性淤泥法和SBR的特点，不仅能够像传统活性淤泥法一样可以在恒定水位下连续流运行，同时也具备了SBR系统的优点。^[12]

UNITANK工艺流程图

当进水TN 浓度为47． 6 ～ 75． 9 mg /L 时，UNITANK 工艺可以去除城

市生活污水中62． 0% ～ 75． 9%的TN，平均去除率为68． 6%。而当NH3-N 进水浓度为36． 0～ 65． 3 mg /L 时，UNITANK 工艺显示出良好的NH3-N 去除能力，去除率达90. 0%以上，为91． 0% ～ 98． 6%，平均去除率为94． 8%，且去除率变化幅度相对较小。同时可知，在进水浓度波动较大时，经UNITANK 工艺处理后的出水水质较为稳定，出水TN 在17． 8 ～ 18． 7 mg /L 之间变化，出水NH3-N 浓度为0． 94 ～ 3． 61 mg /L，均达到一级排放标准( GB18918 － 2002) ，其中TN 出水满足一级B 类标准，NH3-N 出水达到一级A 类排放标准，这显示出UNITANK 工艺良好的适应能力和抗冲击负荷。因此，UNITANK 工艺对城市污水中的氮具有良好的处理效果，特别是对NH3-N的去除甚是理想。^【5】

4）A/A/O法(Anaerobic#8212;Anoxic#8212;Oxic)

厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺简称 A2/O工艺，其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，通常适用于大中型城市污水厂的脱氮除磷。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，所以针对我国国情，只有处理后的污水排入封闭性水体或缓流水体引起富营养化影响给水水源时，才会运用该工艺。^[7]

①　厌氧反应器：原污水与从沉淀池排出的含磷回流污泥同时进入该反应器，该反应器的功能是释放磷以及对部分有机物进行氨化。

②　缺氧反应器：污水经厌氧反应器进入该反应器，其首要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧反应器送来的，循环的混合液量较大，一般为2倍原污水量。

③　好氧反应器#8212;曝气池：混合液由缺氧反应器进入该反应器，其功能是去除BOD、硝化和吸收磷，混合液中含有NO3-N，污泥中含有过剩的磷，而污水中的BOD(或COD)则得到去除，流量为2倍原污水量的混合液从这里回流到缺氧反应器。

④　沉淀池：其功能是泥水分离，上清液作为处理水排放，污泥的一部分回流厌氧反应器。

A/A/O法的可同步除磷脱氮机制由两部分组成：一是除磷，污水中的磷在厌氧状态下(DOlt;0.3mg/L)，释放出聚磷菌，在好氧状况下又将其更多吸收，以剩余污泥的形式排出系统。二是脱氮，缺氧段要控制DOlt;0.7 mg/L，由于兼氧脱氮菌的作用，利用水中BOD作为氢供给体(有机碳源)，将来自好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气逸入大气，达到脱氮的目的。为有效脱氮除磷，对一般的城市污水，COD/TKN为3.5～7.0(完全脱氮COD/TKNgt;12.5)，BOD/TKN为1.5～3.5，COD/TP为30～60，BOD/TP为16～40(一般应＞20)。

5)倒置A~2/O工艺（改良型A~2/O工艺）

该工艺的特点是：采用较短时间的初沉池，使废水中的细小有机悬浮固体有相当一部分进入生物反应器，以满足反硝化菌和聚磷菌对碳源的需要，并使生物反应器中的污泥能达到较高的浓度，整个系统中的活性污泥都完整的经历过厌氧和好氧的过程，因此排放的剩余污泥中都能充分的吸收磷，避免了回流污泥中的硝酸盐对厌氧释磷的影响；由于反应器中活性污泥浓度较高，从而促进了好氧反应器中的同步硝化、反硝化，因此可以用较少的总会流量达到较好的总氮去除效果。

长安大学的张渝在试验研究中发现，各个工艺对TP的处理效果表现为并行A2/O工艺＞A2/O工艺＞多点进水A2/O工艺＞倒置A2/O工艺＞JHB工艺，去除率分别96.5%、94.0%、89.3%、86.5%和79.3%。并行A2/O工艺厌氧池释磷效果最显著，释磷量高达198.9mg/d，其次是A2/O工艺，最差的是JHB工艺；倒置A2/O工艺、并行A2/O工艺和JHB工艺缺氧池也有释磷现象，且以倒置A2/O工艺最优；好氧池聚磷效果以并行A2/O工艺最优，其次是倒置A2/O工艺和JHB工艺。4、本试验中，只有A2/O工艺和多点进水A2/O工艺的缺氧池发生了反硝化聚磷现象，缺氧区聚磷量占厌氧区总释磷量的比率分别为0.03%和20.2%，倒置A2/O工艺和并行A2/O工艺由于未经历厌氧#8212;缺氧过程，因此未发生此现象。5、试验研究表明，各个工艺对NH4 -N的处理效果表现为倒置A2/O工艺＞多点进水A2/O工艺＞A2/O工艺＞JHB工艺＞并行A2/O工艺，去除率分别为99.2%、99.1%、98.4%、98.2%和97.3%，除并行A2/O工艺出水NH4 -N浓度较高，约为1mg/L，其他工艺出水NH4 -N均在0.8mg/L以下。各工艺好氧池硝化量相差不大，硝化效果表现为倒置A2/O工艺＞多点进水A2/O工艺＞并行A2/O工艺＞A2/O工艺＞JHB工艺，硝化率分别为64.6%、58.9%、51.5%、47.9%和37.4%，可见倒置A2/O工艺的硝化效果最好。^【8】

在进水水质相同的情况下，A2O 和倒置A2O 对COD、NH3-N 的去除效果较好^【10】; 由于倒置A2O 优先利用进水碳源反硝化脱氮比A2O 好，但回流DO 较高使得进入缺氧池内有限碳源被耗氧消耗，硝化反应受到抑制。^【9】

6）AB法工艺

AB 法工艺对曝气池进行高低负荷的划分，各种保持独立的沉淀以及污泥回流系统。其中A 段主要沉降吸附生物碎屑，具有比较高的处理效率。可以有效的去除BDB，去除率可达50%以上。每个处理工艺都有自身的缺陷，AB 法污水处理工艺也存在一定的不足，如污泥产量较大，A 段产生的生物淤泥较多，严重影响后

续的处理工作。^【6】

7）CAST工艺

根据污水的水质特性及出水要求, 并考虑到建设场地较小, 污水处理选择CAST工艺, 具体工艺流程如图1所示。污水由市政污水泵站提升至厂内,经细格栅和曝气沉砂池去除杂质和砂后进入CAST生化池, 然后经滗水器滗入排海泵站排海。剩余污泥排入污泥浓缩池, 浓缩后用带式污泥脱水机脱水。^【13】

CAST工艺流程图

5、活性污泥法的发展

研究人员为了获得良好的污水处理性能，对活性污泥法的运行方式、运行机理和曝气方式及适用范围等不间断地探索和总结，完善了各种处理工艺。 伴随着工业的发展，工业废水总量增大，废水水质愈加复杂；无机性营养物N、P 等物质会引起水体富营养化，所有这些污染问题都对废水生物处理工程提出了严峻的挑战。

近年来，活性污泥法的研究人员通常把厌氧、缺氧、好氧生物处理技术有机的组合起来，从而使传统的活性污泥法工艺系统不断得到发展，产生了许多先进工艺。

① 分子生物技术的应用　　

一般通过物理技术或化学对废水进行处理需要花费较大的资金及时间, 而分子生物技术对于废水处理来说基本上是低成本无污染的。分子生物技术应用于废水生物处理是在1990 年代中期, 通过FL S 日、p C R、ONA 分子等技术的分析, 检测其序列结构, 观察水生物处理系统的种群结构并对其功能进行分析, 通过微生物的代谢作用, 使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物, 转化为稳定、无害的物质, 从而使废水中的污染物质得到处理。^【15】

② 膜分离技术的应用

所谓膜分离技术，即为在分子水平上，不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，选择性分离的技术，半透膜又可称为分离膜或是滤膜，膜壁上布满了小孔，依据小孔的实际大小，可将其分为微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（RO）等，膜分离操作通常采用错流过滤的方式进行。同时，将膜分离与蒸发、吸附、萃取、化学反应、生物技术等进行有机的结合，还可形成膜蒸馏、膜分相、液膜、膜萃取、膜生物反应器等一系列新型膜分离技术。^【16】

用膜分离代替沉淀进行泥水分离，可带来活性污泥工艺的以下变化：

① 同样的处理要求下，可使减小曝气池容积，减少污水处理厂的占地面积；

② 再存在污泥膨胀问题，不考虑污泥的沉降性能问题，从而简化工艺；

③曝气池污泥浓度将会大大增加 （MLSS 可能大于 20000 mg/L），该系统能够运行在大泥龄，低负荷条件下，去除充分满足各种污染物;

③ 高污泥浓度将需要较高的曝气速率，因而纯氧曝气与膜分离技术将被广泛采用。

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