污水的二級處理通常可選用生物法、化學法及物理化學法等。從技術(shù)經(jīng)濟綜合比較，生物法與化學法和物理化學法相比具有處理效率高、運行費用低、效果好、運行穩(wěn)定、運行經(jīng)驗豐富的等優(yōu)點。所以無論是工業(yè)廢水還是生活污水都廣泛采用生物方法進行處理。生物法主要分為兩大類：活性污泥法和生物膜法。其中，活性污泥法是應用最為廣泛的污水處理技術(shù)，它具有處理有機廢水效果好、去除率高、運行穩(wěn)定、運轉(zhuǎn)經(jīng)驗豐富、運行費用低等優(yōu)點，經(jīng)過實際廣泛應用和通過技術(shù)上的不斷改進，活性污泥法已成為當今污水處理技術(shù)的主體。

隨著科學技術(shù)的進步和活性污泥法污水處理廠實際運行經(jīng)驗的積累，人們對傳統(tǒng)生物活性污泥法進行了不斷革新，出現(xiàn)了多個改進的新工藝，如氧化溝、AB法、A2/O及A/O法、SBR、CASS、CAST及ICEAS工藝、接觸氧化法、MBBR工藝和MBR膜處理工藝等。近年來，隨著水體富營養(yǎng)化的加劇，對氮、磷等污染指標的嚴格控制顯得日益重要，脫氮、除磷效果的好壞已成為確定污水處理廠工藝時需要考慮的重要因素之一。曝氣池也由單純的好氧反應工藝發(fā)展到包括缺氧反應、甚至厭氧反應在內(nèi)的復合工藝。利用多種反應單元的結(jié)合，不僅可達到脫氮除磷的效果，還可獲得節(jié)約投資等其它有益的效果。

1.1.1 氧化溝

氧化溝工藝是五十年代初期發(fā)展起來的一種污水處理工藝形式，因其結(jié)構(gòu)簡單、易于維護管理，得到廣泛應用。主要有Passveer單溝型、Carrousel循環(huán)折流型、D型雙溝式、T型三溝式、Orbal同心圓型等形式。

傳統(tǒng)的Passveer單溝型和Carrousel型氧化溝不具備高效脫氮除磷功能，但是在Carrousel氧化溝前增設(shè)厭氧池，在溝體內(nèi)增設(shè)缺氧區(qū)，形成改良型氧化溝，便具備較好的生物脫氮除磷功能。氧化溝池型具有獨特之處，兼有完全混合和推流的特性，且不需要混合液內(nèi)回流系統(tǒng)。但氧化溝采用機械表面曝氣，能耗較高，占地面積較大。

D型氧化溝為雙溝交替工作式氧化溝，由池容完全相同的兩個氧化溝組成，兩溝串聯(lián)運行，交替地作為曝氣池和沉淀池，不單獨設(shè)中沉池。為了達到脫氮目的，在D型氧化溝的基礎(chǔ)上又發(fā)展了半交替工作式的DE型氧化溝。該溝設(shè)有獨立的中沉池和回流污泥系統(tǒng)，兩溝交替進行硝化和反硝化。D型氧化溝的主要缺點是曝氣設(shè)備利用率低、池容利用率低。

T型三溝式氧化溝集缺氧、好氧和沉淀于一體，兩條邊溝交替進行反應和沉淀，無需單獨的中沉池和回流，流程簡潔，具有生物脫氮功能。由于無專門的厭氧池，因此，生物除磷效率不高。由于交替運行，總的容積利用率低，約為55%，設(shè)備總數(shù)量多、利用率低，較適用于生活污水比例較大的城市污水處理。

Orbal氧化溝由多個同心的環(huán)形溝渠組成，由外到內(nèi)分別形成厭氧、缺氧和好氧三個區(qū)域，采用轉(zhuǎn)蝶曝氣。從內(nèi)溝（好氧區(qū)）到中溝（缺氧區(qū)）之間沒有回流設(shè)施。在厭氧區(qū)采用表面攪拌設(shè)備，不可避免地會帶進相當數(shù)量的溶解氧，使得除磷效率不高。Orbal氧化溝有機物和氨氮有較高的去除率，具有較好的脫氮功能。Orbal氧化溝具有推流式和完全混合式兩種流態(tài)的優(yōu)點，具有較強的抗沖擊負荷能力，有利于難降解有機物的去除，并可減少污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生。

工藝特點

（1）簡化了預處理，氧化溝水力停留時間和污泥齡比一般生物處理法長，懸浮有機物可與溶解性有機物同時得到較徹底的去除，排出的剩余污泥高度穩(wěn)定，因此氧化溝可不設(shè)初沉池，污泥不需要進行厭氧消化。

（2）占地面積少，因為在流程中省略了初沉池、污泥消化池，有時還省略了污泥回流裝置，使污水廠總占地面積不僅沒有增大，相反還可縮小。

（3）具有推流式流態(tài)的特征，氧化溝具有推流特性，使得溶解氧濃度在沿池長方向形成濃度梯度，形成好氧、缺氧和厭氧條件。通過對系統(tǒng)合理的設(shè)計與控制，可以取得較好的脫氮除磷效果。

（4）簡化工藝，將氧化溝和二沉池合建為一體式氧化溝，以及近年來發(fā)展的交替工作的氧化溝，可不用二沉池，從而使處理流程更為簡化。

 

圖5-1 氧化溝工藝流程圖

1.1.2 傳統(tǒng)活性污泥法

活性污泥法工藝是一種應用最廣泛的廢水好氧生化處理技術(shù)，其主要由曝氣池、二次沉淀池、曝氣系統(tǒng)以及污泥回流系統(tǒng)等組成。

工藝特點

（1）工藝相對成熟、積累運行經(jīng)驗多、運行穩(wěn)定；有機物去除效率高，BOD₅的去除率通常為90%～95%；曝氣池耐沖擊負荷能力較低；適用于處理進水水質(zhì)比較穩(wěn)定的大型城市污水處理廠。

（2）需氧與供氧大，池首端供氧不足，池末端供氧大于需氧，造成浪費；傳統(tǒng)活性污泥法曝氣池停留時間較長，曝氣池容積大、占地面積大、基建費用高，電耗大；脫氧除磷效率低，通常只有10%～30%。

 

圖5-2 傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖

1.1.3 A2/O法及A/O法

A2/O法即厭氧-缺氧-好氧活性污泥法。污水在流經(jīng)三個不同功能分區(qū)的過程中，在不同微生物菌群作用下，改善污水可生化性并使污水中的有機物、氮和磷得到去除。該工藝在系統(tǒng)上是最簡單的同步除磷脫氮工藝，總水力停留時間小于其它同類工藝，在厭氧（缺氧）、好氧交替運行的條件下可抑制絲狀菌繁殖，克服污泥膨脹，SVI值一般小于100，有利于處理后污水與污泥的分離?？梢猿浞掷孟趸褐械南鯌B(tài)氮來氧化有機物，回收了部分硝化反應的需氧量，反硝化反應所產(chǎn)生的堿度可以部分補償硝化反應消耗的堿度。由于厭氧、缺氧和好氧三個區(qū)嚴格分開，有利于不同微生物菌群的繁殖生長?？衫脜捬踔械乃馑峄勾蠓肿佑袡C物分解成小分子有機物、實現(xiàn)有機氮的轉(zhuǎn)化、去除部分COD和氮磷，在缺氧—好氧中進行COD的去除并實現(xiàn)脫氮。

A/O法即缺氧/好氧活性污泥法。在處理過程中的缺氧條件下，污水中的硝態(tài)氮被微生物還原成氮氣；在好氧條件下，一方面水中有機物被微生物氧化降解，另一方面水中氨氮被硝化菌氧化成硝態(tài)氮，好氧段后的混合液回流至缺氧段，提供反硝化的氮源，該法具有較高的有機物去除率及一定的脫氮作用。

工藝特點

（1）污染物去除效率高，運行穩(wěn)定，有較好的耐沖擊負荷。

（2）污泥沉降性能好。

（3）厭氧、缺氧、好氧三種不同的環(huán)境條件和不同種類微生物菌群的有機配合，能同時具有去除有機物、脫氮除磷的功能。

（4）脫氮效果受混合液回流比大小的影響，除磷效果則受回流污泥中夾帶DO和硝酸態(tài)氧的影響，因而除磷效率不可能很高。

（5）在同時脫氧除磷去除有機物的工藝中，該工藝流程最為簡單，總的水力停留時間也少于同類其他工藝。

（6）在厭氧-缺氧-好氧交替運行下，絲狀菌不會大量繁殖，SVI一般小于100，不會發(fā)生污泥膨脹。

（7）污泥中磷含量高，一般為2.5%以上。

 

圖5-3  A2/O工藝流程圖

1.1.4 SBR、CASS、CAST及ICEAS法

SBR法即序批式活性污泥法。它的反應機制以及污染物的去除機制同傳統(tǒng)活性污泥法基本相同，僅運行操作不一樣。

SBR將生化池和中沉池的功能集中在同一池子內(nèi)，兼有污染物降解和固液分離等功能。SBR工藝采用間歇運行方式，污水分批次進入反應池，然后按照順序進行反應、沉淀、排水、閑置過程，完成一個運行操作周期。在同一池子中，分時段形成厭氧、缺氧、好氧的活性污泥法生物處理過程，可實現(xiàn)脫氮除磷。對進水水質(zhì)水量的波動具有較好的適應性。與普通活性污泥相比，它不需要另設(shè)二次沉淀池、污泥回流設(shè)施，多數(shù)情況下可省去初沉池。但工藝、電氣等設(shè)備閑置率高，大修費用較高。

由于SBR運行狀態(tài)的可調(diào)整性，使得SBR在發(fā)展過程中呈現(xiàn)了多樣性，開發(fā)出了MSBR、CASS、CAST、ICEAS等新型SBR。

ICEAS工藝的每個池子分為預反應區(qū)和主反應區(qū)兩部分。預反應區(qū)一般處于厭氧或缺氧狀態(tài)，主反應區(qū)是曝氣反應的主體。ICEAS是連續(xù)進水工藝，不但在反應階段進水，也可以在沉淀和潷水階段進水。

CASS工藝是一種具有脫氮除磷功能的循環(huán)間歇處理工藝。CASS工藝的生物選擇器和預反應區(qū)的設(shè)置以及污泥回流的措施，有利于系統(tǒng)中絮凝性細菌的生長，提高污泥活性。同時沉淀階段不進水，保證了系統(tǒng)有良好的分離效果。

CAST工藝是在SBR工藝的基礎(chǔ)上，增加了選擇器及污泥回流設(shè)施，并對時序做了一些調(diào)整，從而大大提高了SBR工藝的可靠性及效率。CAST工藝主體構(gòu)筑物由SBR反應池組成，反應池內(nèi)主要分為選擇區(qū)和反應區(qū)。

工藝特點

（1）理想的推流過程使生化反應推動力增大，效率提高，池內(nèi)厭氧、好氧處于交替狀態(tài)，凈化效果好。

（2）運行效果穩(wěn)定，污水在理想的靜止狀態(tài)下沉淀，需要時間短、效率高，出水水質(zhì)好。

（3）耐沖擊負荷，池內(nèi)有滯留的處理水，對污水有稀釋、緩沖作用，有效抵抗水量和有機污物的沖擊。

（4）工藝過程中的各工序可根據(jù)水質(zhì)、水量進行調(diào)整，運行靈活。

（5）處理設(shè)備少，構(gòu)造簡單，便于操作和維護管理。

（6）反應池內(nèi)存在DO、BOD₅濃度梯度，有效控制活性污泥膨脹。

（7）SBR法系統(tǒng)本身也適合于組合式構(gòu)造方法，利于廢水處理廠的擴建和改造。

（8）脫氮除磷，適當控制運行方式，實現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)交替，具有一定的脫氮除磷效果。

（9）工藝流程簡單、造價低。主體設(shè)備只有一個序批式間歇反應器，無二沉池、污泥回流系統(tǒng)，調(diào)節(jié)池、初沉池也可省略，布置緊湊、占地面積省。

（10）間歇周期運行，對自控要求高，變水位運行，電耗增大，脫氮除磷效率不太高，污泥穩(wěn)定性不如厭氧硝化好。

 

圖5-4  SBR、CASS、CAST及ICEAS工藝運行過程圖

1.1.5 接觸氧化工藝

接觸氧化工藝是一種生物膜法與活性污泥相結(jié)合的高效污水處理工藝，微生物附著生長于懸浮填料表面，形成一定厚度的微生物膜層。附著在填料上生長的生物菌群與水體中的污染物和氧氣充分接觸，污染物通過吸附和擴散作用進入生物膜內(nèi)，被微生物降解。附著生長的微生物可以達到很高的生物量，因此反應池內(nèi)生物濃度是懸浮生長活性污泥工藝的2～4倍。接觸氧化工藝具有容積負荷率高、脫氮能力強、運行穩(wěn)定、出水水質(zhì)優(yōu)良等特點。載體上的高濃度的生物菌群可獲得很強的COD降解能力，載體上豐富的生物菌群類型，增加了對難降解有機物的降解性能，因此系統(tǒng)的出水水質(zhì)更好。生物膜的污泥齡長，非常適宜于硝化菌的生長，硝化菌濃度高，因此硝化脫氮能力顯著。

工藝特點

（1）微生物多樣化，生物的食物鏈長，有利于提高污水處理效果和單位面積的處理負荷。

（2）優(yōu)勢菌群分段運行，有利于提高微生物對有機污染物的降解效率和增加難降解污染物的去除率，提高脫氮除磷效果。

（3）對水質(zhì)、水量變動有較強的適應性，耐沖擊負荷力增強。

（4）污泥沉降性能好，易于固液分離，剩余污泥產(chǎn)量少，降低了污泥處理費用，進而降低投資費用。

（5）適合低濃度污水的處理。

（6）易于維護，運行管理方便，耗能低。

（7）與活性污泥法相比，接觸氧化法對環(huán)境溫度的要求較高，氣溫過高或過低都會影響生物膜的活性，引起生物膜的壞死和脫落。

（8）載體的比表面積對接觸氧化處理的效果有著很大的影響，如果選用的填料料比表面積達不到要求，想要達到預期的處理效果就需要增加處理池的面積，使投資費用增大。

 

圖5-5  接觸氧化法工藝流程圖

1.1.6 MBR膜處理工藝

MBR膜處理工藝是以酶、微生物或動、植物細胞為催化劑，進行生化反應或生物轉(zhuǎn)化，同時憑借超濾分離膜分離出反應產(chǎn)物并截留催化劑而進行連續(xù)反應的裝置。該工藝使用膜分離技術(shù)取代常規(guī)的活性污泥法中的二沉池，用膜分離技術(shù)作為處理單元中富集生物的手段，而不是用回流污泥來增加曝氣池中微生物的濃度，它用一個外部循環(huán)的板推式膜組件來實現(xiàn)膜過濾。MBR對有機物的去除效果來自兩個方面：一方面是生物反應器對有機物的降解作用，MBR系統(tǒng)中生物降解作用增強；另一方面是膜對有機物大分子物質(zhì)的截留作用，大部分物質(zhì)可以被截留在生物反應器，獲得比傳統(tǒng)活性污泥更多的與微生物接觸反應的時間，并有助于某些專性微生物的培養(yǎng)，提高有機物的去除效率。

目前的膜分離生物反應器已經(jīng)廣泛應用于污水處理中，由膜代替二沉池實現(xiàn)高效的固液分離，業(yè)內(nèi)簡稱的MBR工藝一般就是指膜分離生物反應器。

（1）膜的定義和分類

膜的一種最通用的廣義定義是“膜”為兩相之間的一個不連續(xù)區(qū)間，借助于某種推動力，膜相隔的兩相之間進行物質(zhì)傳遞。因而膜可以為氣相、液相和固相，或是他們的組合。這里膜有兩個明顯的特征。其一，膜充當兩相間的界面，分別與兩側(cè)的流體相接觸；其二，膜具有選擇透過性，這是膜或膜過程固有的特性。

由于膜種類和功能繁多，可以按照不同的標準進行分類。按照膜材料可分為天然膜和合成膜，按照形態(tài)可以分為固膜、液膜，按照結(jié)構(gòu)又可以分為不對稱膜和對稱膜、均質(zhì)膜和多孔膜。

合成膜包括有機膜和無機膜，高分子有機膜為固態(tài)膜主要的組成部分，高分子的特點使其可用于制備均質(zhì)或多孔、對稱或不對稱等結(jié)構(gòu)的分離膜。另外，近年來，無機膜材料，如金屬膜、陶瓷膜等，由于其穩(wěn)定的化學性能、耐高溫和耐腐蝕的優(yōu)點，在膜領(lǐng)域中得到迅速發(fā)展。均質(zhì)膜為致密無孔膜，通過膜的推動力為壓力梯度、濃度梯度或電勢梯度，這種膜的分離作用由于各種化學物質(zhì)在膜中的傳遞速率和溶解度不同而產(chǎn)生的，其分離性能主要取決于膜材料固有特性，離子交換膜與液膜都為均質(zhì)膜。

多孔膜的分離機理是孔徑篩分，其分離特性是由孔徑大小和被分離微粒的大小決定的。多孔膜又可分為對稱多孔膜和非對稱多孔膜。對稱膜的斷面均一，由微孔組成；非對稱膜具有很薄的起分離作用的致密表皮層和起機械支撐作用的多孔支撐層。按照孔徑的大小，多孔膜一般包括微濾（MF）膜、超濾（UF）膜、納濾（NF）膜、反滲透（RO）膜。由于微粒尺寸、分子或膠體的結(jié)構(gòu)形狀以及膜和被截留組分之間的相互作用對膜的分類排列有著重要的影響，這使得膜劃分界限的明確程度有所差異，因此各種工藝過程的使用在很大程度上部分重疊，明確的劃分只是相對而言的。表5-1顯示了各種多孔膜的孔徑大小及分離過程。

表5-1 多孔膜分離過程比較

（2）MBR技術(shù)組成與分類

MBR的實質(zhì)是由膜組件和生物反應器兩部分組成。根據(jù)膜組件與生物反應器的組合方式可分為分體式MBR（又稱錯流式）和一體式MBR（又稱浸沒式）兩類，如圖5-1所示：

（a）分體式膜生物反應器            （b） 一體式膜生物反應器

MBR反應器

分體式MBR是將生物反應器與膜組件串聯(lián)布置。生物反應器中的混合液經(jīng)循環(huán)泵增壓后進入膜組件，在壓力作用下透過膜成為系統(tǒng)處理水，而固體物質(zhì)、大分子物質(zhì)等則被膜截留，隨濃縮液回流至生物反應器內(nèi)。

分體式MBR的特點是：

①生物反應器與膜組件獨立設(shè)置，彼此干擾??；

②系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，易于清洗、更換及增設(shè)；

③膜組件一般可與各種不同的生物反應器結(jié)合，構(gòu)成各種不同的分體式MBR。但為減少污染物在膜表面的沉積、延長膜的清洗周期，需用循環(huán)泵提供較高的膜面錯流流速，導致水流循環(huán)量增大、動力消耗升高，同時泵的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力會導致部分微生物失去活性。

一體式MBR將膜組件直接浸沒于生物反應器內(nèi)的活性污泥混合液中，如圖5-1（b）。原水進入生物反應器后，大部分污染物被混合液中的活性污泥降解，處理水通過負壓抽吸或壓差經(jīng)膜表面流出。曝氣系統(tǒng)設(shè)置在膜組件下方，一方面為微生物分解有機物提供必需的氧氣，另一方面促使混合液在膜表面形成上升流速，通過由此產(chǎn)生的剪切力和氣泡的沖刷阻礙污染物在膜表面發(fā)生沉積。

一體式MBR的膜通量相對較低，較易發(fā)生膜污染，較難清洗和更換膜組件。但由于一體式MBR省去了混合液循環(huán)系統(tǒng)，并且靠泵抽吸出水，能耗相對較低，結(jié)構(gòu)比分體式MBR更緊湊，占地面積較小，因此，近年來受到了廣泛關(guān)注。

當前實現(xiàn)了較為廣泛應用的3種MBR構(gòu)型是：中空纖維一體式膜組件，板框式一體式膜組件和管式分體式膜組件。

（3）MBR技術(shù)特點

（1）出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定。由于膜的高效分離作用，分離效果遠好于傳統(tǒng)沉淀池，處理出水極其清澈， 懸浮物和濁度接近于零，細菌和病毒被大幅去除 ，出水水質(zhì)可以直接作為非飲用市政雜用水進行回用。

（2）剩余污泥產(chǎn)量少。該工藝可以在高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩余污泥產(chǎn)量低(理論上可以實現(xiàn)零污泥排放)，降低了污泥處理費用。

（3）占地面積小，不受設(shè)置場合限制。生物反應器內(nèi)能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負荷高，占地面積大大節(jié)?。辉摴に嚵鞒毯唵?、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積省，不受設(shè)置場所限制，適合于任何場合，可做成地面式、半地下式和地下式。

（4）可去除氨氮及難降解有機物。由于微生物被完全截流在生物反應器內(nèi)，從而有利于增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留生長，系統(tǒng)硝化效率得以提高。同時，可增長一些難降解的有機物在系統(tǒng)中的水力停留時間，有利于難降解有機物降解效率的提高。

（5）操作管理方便，易于實現(xiàn)自動控制。該工藝實現(xiàn)了水力停留時間( HRT )與污泥停留時間( SRT )的完全分離，運行控制更加靈活穩(wěn)定，是污水處理中容易實現(xiàn)裝備化的新技術(shù)，可實現(xiàn)微機自動控制，從而使操作管理更為方便。

（6）易于從傳統(tǒng)工藝進行改造。該工藝可以作為傳統(tǒng)污水處理工藝的深度處理單元，在城市二級污水處理廠出水深度處理(從而實現(xiàn)城市污水的大量回用)等領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。

（4）MBR技術(shù)的優(yōu)缺點

由于膜生物反應器用膜組件代替了傳統(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池，所以可以進行高效的固液分離，因此它具有傳統(tǒng)工藝無法比擬的優(yōu)點：

（a） 運行正常                  （b） 污泥膨脹

①出水水質(zhì)優(yōu)良、穩(wěn)定。

出水優(yōu)于國家一級A標準，部分指標達到地表水IV類，在景觀環(huán)境用水、城市雜用水、工業(yè)用水等領(lǐng)域可直接回用。高效的固液分離將廢水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、生物單元流失的微生物菌群與已凈化的水分開，不須經(jīng)三級處理即直接可回用，具有較高的水質(zhì)安全性。

②工藝流程短，占地面積小；容積負荷高，進一步減少占地。

由于膜的高效分離作用，不必單獨設(shè)立沉淀、過濾等固液分離池。處理單元內(nèi)生物量可維持在高濃度，使容積負荷大大提高，同時膜分離的高效性，使處理單元水力停留時間大大縮短。

③污泥齡長，污泥排放少，二次污染小。

污水處理過程中將產(chǎn)生剩余污泥，這些污泥須經(jīng)處理后才能運出戒毒所，并進行最終處置。剩余污泥的產(chǎn)生量將影響污水廠內(nèi)污泥處理系統(tǒng)的規(guī)模和投資，以及污泥的最終處置費用。現(xiàn)在，剩余污泥的有效處置是目前全世界的一個難題，而剩余污泥量的減少將會在一定程度上緩解這一難題。MBR膜反應器在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡條件下運行，剩余污泥排放量約為傳統(tǒng)方法的50％，減少了污泥處理費用。

④對水質(zhì)的變化適應力強，系統(tǒng)抗沖擊性強。

防止各種微生物菌群的流失，有利于生長速度緩慢的細菌（硝化細菌等）的生長，使一些大分子難降解有機物的停留時間變長，有利于它們的分解，從而系統(tǒng)中各種代謝過程順利進行。

⑤生物脫氮效果好。

SRT與HRT完全分離，有利于增殖緩慢的硝化細菌的截留、生長和繁殖，系統(tǒng)硝化效率高；MLSS濃度高，反硝化基質(zhì)利用速率高。

⑥自動化程度高，管理簡單。

MBR由于采用膜技術(shù)，大大縮短了工藝的流程和通過先進的電腦控制技術(shù)，使設(shè)備高度集成化、智能化，是目前為止，國內(nèi)自動化程度最高的中水回用設(shè)備。

MBR技術(shù)也存在一定不足：

①膜造價高、使用壽命短，使MBR的基建投資高于傳統(tǒng)二級生物處理工藝。

②膜吹掃增加了鼓風氣量，使得整個工程運行費用較高。

綜上所述，MBR技術(shù)在污水處理領(lǐng)域已經(jīng)日趨成熟，其所具備的優(yōu)勢是其他任何活性污泥法技術(shù)無法替代的，然而，根據(jù)現(xiàn)有MBR工藝技術(shù)存在的諸多缺點，目前國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了可以克服上述MBR工藝技術(shù)部分關(guān)鍵性缺陷的膜組件，該產(chǎn)品的出現(xiàn)將顛覆MBR膜組件的傳統(tǒng)運行模式，該技術(shù)可以根據(jù)現(xiàn)有污水處理構(gòu)筑物的相對高差來實現(xiàn)重力產(chǎn)水，這對于具有一定規(guī)模的污水處理廠而言，特別是改造項目而言，既可以沿用原有土建構(gòu)筑物池體，另外在設(shè)備方面也無需額外選配，這對于眾多新建污水處理項目和改擴建項目提供了一種非常便捷、可靠的解決路徑。

表5-2  主要污水處理工藝比較

1.1 推薦工藝

根據(jù)以上分析可以看出，在眾多處理工藝中，各類工藝均有優(yōu)缺點。氧化溝法基建投資高，較為適合大型污水處理廠。同時分離效果不夠理想，管理復雜；對A/O法而言，同樣構(gòu)筑物較多，污泥產(chǎn)生量大；SBR及其改良工藝雖然構(gòu)筑物少、占地面積小，但是其脫氮除磷效果一般，管理操作較為復雜；生物膜法對環(huán)境溫度要求較高，溫度過高或過低均會對出水水質(zhì)產(chǎn)生影響；MBR法維護管理復雜，膜組件使用壽命一般3-5年，更換費用高；A2/O法具有良好的脫氮除磷功能，基建費用低，管理維護簡單，運行費用低。綜上所述，本工程推薦采用A2/O工藝。

1.2 污水深度處理工藝介紹

根據(jù)國內(nèi)已建類似污水廠實際運行經(jīng)驗，在正常運轉(zhuǎn)情況下，二沉池出水COD_cr降到50mg/L以下、TP達到0.5mg/L、SS值達到10mg/L很難實現(xiàn)，因此，必須通過深度處理工程措施進一步去除COD_Cr、SS、TP等指標，確保出水水質(zhì)達標。

1.2.1 常規(guī)深度處理技術(shù)簡介

深度處理的工藝流程，視處理目的和要求的不同，可以是以下工藝的組合：混凝沉淀、過濾、活性炭吸附、臭氧氧化、離子交換、電滲析、反滲透等等。

（1）混凝沉淀

① 混凝沉淀工藝在城市污水深度處理中主要起以下作用：

② 進一步去除懸浮物、BOD5及CODcr。

③ 除磷。因污水中的磷酸鹽大部為可溶性，一級處理去除量很少，一般的二級處理也只能去除20～40%左右，強化二級處理則可大幅度提高除磷率至60%～75%。混凝沉淀能除磷90～95%，是最有效的除磷方法。

④ 還能去除污水中的乳化油和其他工業(yè)水污染物。

（2）過濾

過濾在深度處理中的作用是：

① 去除生物過程和化學澄清中未能沉降的顆粒和膠狀物質(zhì)；

② 增加以下指標的去除效率：懸浮固體、濁度、磷、BOD5、CODcr、重金屬、細菌、病毒和其它物質(zhì)；

③ 由于去除了懸浮物和其它干擾物質(zhì)，因而可增進消毒效率，并降低消毒劑用量。

（3）活性炭吸附

活性炭在城市污水深度處理中的作用，主要是去除生物法所不能去除的某些溶解性有機物?；钚蕴窟€能去除痕量重金屬。

污水廠二級處理出水再進行深度處理的去除對象及采用的主要處理方法詳見表5-3。

表5-3 污水廠深度處理去除對象和所采用的處理技術(shù)

1.2.2 總磷（TP）的去除

污水中存在的含磷物質(zhì)基本上都是不同形式的磷酸鹽（簡稱磷或總磷，用P或TP表示）。按化學特性（酸性水解和消化）則可進一步分成正磷酸鹽、聚合磷酸鹽和有機磷酸鹽，分別簡稱正磷、聚磷和有機磷。

磷的去除有化學除磷生物除磷兩種工藝，生物除磷是一種相對經(jīng)濟的除磷方法，污水生物除磷就是利用聚磷菌的超量吸磷現(xiàn)象，即聚磷菌吸收的磷量超過微生物正常生長所需要的磷量，在傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)中采用排除過量吸磷的剩余污泥來實現(xiàn)污水處理系統(tǒng)磷的去除。因污水中的磷酸鹽大部為可溶性，一級處理去除量很少，一般的二級處理也只能去除20～40%左右，強化二級處理則可大幅度提高除磷率至60%～75%?；炷恋砟艹?/span>90～95%，是最有效的除磷方法。

常規(guī)生物處理工藝無法滿足本工程TP去除率要求（出水TP≤0.5mg/L），需采用化學除磷方式?；瘜W除磷是通過化學沉析過程完成的，化學沉析是指通過向污水中投加無機金屬鹽藥劑，其與污水中溶解性的鹽類，如磷酸鹽混合后，形成顆粒狀、非溶解性的物質(zhì)，投加化學藥劑后，污水中進行的不僅僅是沉析反應，同時還進行著化學絮凝反應。在污水凈化工藝中，絮凝和沉析都是極為重要的，但絮凝是用于改善沉淀池的沉淀效果，而沉析則用于污水中溶解性磷的去除。如果利用沉析工藝實現(xiàn)相的轉(zhuǎn)換，則當向污水中投加了溶解性的金屬鹽藥劑后，一方面溶解性的磷轉(zhuǎn)換成為非溶解性的磷酸金屬鹽，也會同時產(chǎn)生非溶解性的氫氧化物(取決于PH值)。另一方面，隨著沉析物的增加及較小的非溶解性固體物聚積成較大的非溶解性固體物，使穩(wěn)定的膠體脫穩(wěn)，通過速度梯度或擴散過程使脫穩(wěn)的膠體互相接觸生成絮凝體。最后通過固-液分離步驟，得到凈化的污水和固一液濃縮物(化學污泥)，達到化學除磷的目的。

簡言之，化學除磷主要是向污水中投加藥劑，使藥劑與水中溶解性磷酸鹽形成不溶性磷酸鹽沉淀物，然后通過固液分離將磷從污水中去除。固液分離可單獨進行，也可與初沉污泥和二沉污泥的排入相結(jié)合。

本工程設(shè)計進水水質(zhì)中TP濃度為5mg/l，設(shè)計出水中TP濃度為0.5mg/l，因此本工程需要增加化學除磷工藝，作為出水中磷不達標情況下的保障措施。

化學除磷基本上都與生物處理工藝相結(jié)合。生物處理工藝與化學處理工藝的先后位置，對化學除磷效果有重要的影響，其排列順序有以下三種。

（1）預沉淀除磷-在初沉池前投加化學藥劑，通過排除初沉池的污泥達到

除磷的目的。

（2）同時沉淀除磷-在曝氣池前、曝氣池內(nèi)或曝氣池后投加化學藥劑，通

過排除二沉池的剩余污泥除磷。

（3）后沉淀除磷-在二沉池后投加化學藥劑，需另建化學混合、絮凝及污泥分離設(shè)施（化學處理沉淀池）。

化學預沉淀除磷在初沉池前投加化學藥劑，沉淀物排除在初沉池中，由于化學反應為綜合反應，加藥量大量增加，從而導致污泥量大幅度增加，同時去除了污水中較多的有機物，對脫氮不利，所以一般不予推薦。二沉后化學除磷需要增加后續(xù)反應池和三級沉淀（過濾）池，投資明顯增加，工藝過程復雜，也不予推薦。同時沉淀除磷方案可以利用MBR池靜置狀態(tài)作為沉淀區(qū)，不需要增加額外的構(gòu)筑物，不但可以保證充分的混合和足夠的混凝劑水解絮凝時間，同時有利于維持較高的污泥濃度，有利于生物合成的高效穩(wěn)定進行，最適合于生物除磷工藝的化學強化除磷處理。因此本工程擬采用同時沉淀除磷方法。

1.2.3 懸浮物（SS）的去除

通過前面章節(jié)的論述可以知道，去除SS最有效的方法就是過濾。濾池的種類根據(jù)其結(jié)構(gòu)、運行方式、濾料等的不同，可以分為許多種。根據(jù)南華縣污水處理廠的出水水質(zhì)要求，適合本工程的過濾濾池主要有活性砂濾池、高效纖維濾池、轉(zhuǎn)盤過濾器，V砂濾池，以下就這四種濾池進行簡單介紹。

（1）活性砂濾池

活性砂過濾器是一種集混凝、澄清、過濾為一體的高效過濾器，它不需停機反沖洗；采用單級濾料，無需級配，沒有水力分布不均和初濾液等問題；不需要反沖洗水泵及其停機切換用電動、氣動閥門；無需單設(shè)混凝、澄清池，無需混凝、澄清用機械設(shè)備。因此占地面積更緊湊，運行費用更經(jīng)濟?；钚陨肮ぷ髟砣缦聢D所示：

 

圖5-7 活性砂濾罐示意圖

原水通過進水管進入過濾器內(nèi)部，并經(jīng)布水器均勻分配后向上逆流通過濾料層并外排。在此過程中，原水被過濾，水中的污染物含量降低；同時砂濾料中污染物的含量增加，并且下層濾料層的污染物含量高于上層濾料。位于過濾器中央的空氣提升泵在空壓機的作用下將底層的砂濾料提至過濾器頂部的洗沙器中清洗。濾砂清洗后返回濾床，同時將清洗所產(chǎn)生的污染物外排。

由于砂濾料在過濾器中呈自上而下的運動狀態(tài)，對原水起攪拌作用，因此攪拌絮凝作用可在過濾器內(nèi)完成。過濾器內(nèi)濾料清潔及時，可承受較高的進水污染物濃度，最大SS瞬時濃度可達400mg/L?；钚陨斑^濾器特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其自身特點，可使得混凝、澄清、過濾在同一個池體內(nèi)可全部完成。

綜上所述，活性砂過濾器具有以下特點：

① 效率高，24小時連續(xù)工作，不需停機反沖洗，不需反沖洗閥門和備用過濾器。

② 運行費用低，不需高揚程大流量的反沖洗泵，而且可采用TIS、LIS等方式的間歇洗沙方式，進一步降低運行費用。

③ 維護費用低，活性砂過濾器在運行過程當中除砂濾料外沒有任何轉(zhuǎn)動部件，故障率低，維護費用省。

④ 水頭損失小，由于采用了單層濾料且濾料清潔及時，因此活性砂過濾器水頭損失較小，約0.5m。

⑤ 活性砂過濾器采用單元操作方式，可根據(jù)水量變化靈活增加或刪減過濾器數(shù)量，易于改擴建。

（2）高效纖維濾池

目前市場上的纖維濾池濾料有三類，分別為彗星纖維球、均質(zhì)纖維球和纖維束，下面以纖維束濾料為例介紹其特點。

高效纖維濾池采用經(jīng)特殊處理的纖維束濾料，并且濾料通過纖維密度調(diào)節(jié)裝置來實現(xiàn)過濾時密實，反洗時放松狀態(tài)。纖維濾池運行時形成濾料孔隙率沿水流方向由大到小的深層過濾效果。所以纖維束濾料截污容量高，深層過濾效果好，它具有以下特點：

① 過濾效率高：進水SS小于30mg/L時，出水SS可小于10mg/L；

② 過濾速度快：流速可達20m/h以上；

③ 截污容量大：10-20kg/ m³濾料；

④ 濾料容易清洗：采用水氣洗方式，清洗時濾料處于放松狀態(tài)，清洗徹底；

⑤ 不需要更換濾料：濾料過濾性能不衰減，使用壽命大于10年；

⑥ 占地面積?。褐迫∠嗤浚嫉貎H為傳統(tǒng)砂濾池的1/3-1/2；

⑦ 自耗水量低：僅為周期制水量的1-3%；

⑧ 噸水運行費用低：雖增加了反洗風量，但運行周期長，運行費用低于砂濾池；

高效纖維濾池工作原理

高效纖維濾池為充分發(fā)揮纖維束的特長，在濾池內(nèi)設(shè)纖維密度調(diào)節(jié)裝置，通過纖維密度調(diào)節(jié)裝置來實現(xiàn)纖維過濾時密實、反洗時放松狀態(tài)。濾池運行時形成的濾料孔隙率沿水流方向由大到小，從而達到深層過濾效果。其工作原理如下圖。

 

圖5-7  微絮凝高效纖維普通快濾池示意圖

濾池閑置期，纖維束濾料在自身重力和可上下活動的牽拉板壓力作用下，處于壓實狀態(tài)。運行初期，打開進水閥①和清水閥②，原水首先從進水閥進入配水渠，然后沿配水槽跌落至牽拉板經(jīng)纖維濾料過濾后由濾池底部的清水管引至清水池。在牽拉板上有許多浮球閥，可起到單向均勻配水作用。隨著運行時間的延長，纖維束濾料截留雜質(zhì)越來越多，濾層阻力不斷增大，濾池水位逐漸上升，當濾池水位上升到一定高度后，濾池過濾效果明顯下降，此時需對濾池進行反沖洗。反沖洗時，關(guān)閉進水閥①和清水閥②，開反沖洗水泵和濾池底部的反沖洗水閥，反洗水逆流而上，帶動牽拉板上升，當牽拉板升至一定高度后，開鼓風機，待風機工作穩(wěn)定后，打開進氣閥④反沖洗水排水閥門⑤，對濾料進行氣、水反沖，5～8min后，關(guān)閉進氣閥④和鼓風機，僅對濾料進行水反沖，2～4min后，沖洗結(jié)束，關(guān)閉沖洗水泵、反沖洗水閥③和反沖洗水排水閥門⑤，打開原水進水閥和清水閥，濾池進入下一周期的工作。

反沖洗時，高效纖維濾池在空氣和反洗水的共同作用下，牽拉板會沿導桿上升，被壓實的纖維束濾料處于膨化狀態(tài)。當牽拉板升至最大高度后，反洗下來的泥水和空氣沿導軌擠出牽拉板，進排水槽（進水時為配水槽），由反沖洗水排水閥門將反沖洗水排走。

（3）轉(zhuǎn)盤過濾器

轉(zhuǎn)盤過濾設(shè)備目前主要分兩類，一類為“內(nèi)進水轉(zhuǎn)盤過濾設(shè)備”，污水從內(nèi)往外流，即污水由中心管流入，通過濾盤過濾后流入濾池池體內(nèi)；另一類為“外進水轉(zhuǎn)盤過濾設(shè)備”，污水由外向內(nèi)流，即污水先流入濾池池體，通過濾盤過濾后流入中心管出流。

“內(nèi)進水”過濾設(shè)備是按照轉(zhuǎn)鼓過濾方式進行工作，機械是由一系列水平安裝并可旋轉(zhuǎn)的過濾轉(zhuǎn)盤構(gòu)成，轉(zhuǎn)盤安裝在中央管軸之上，正常運行時，浸泡體積為40％，反洗時最大水浸泡體積可達60%，濾布的形式主要有不銹鋼和聚酯絲網(wǎng)兩種，污水從內(nèi)向外穿流過濾，然后過濾液體從機械的端部流出，過濾其間，轉(zhuǎn)盤開始處于靜止狀態(tài)，在重力作用之下固體物質(zhì)沉積在篩網(wǎng)之上，隨著過濾時間的延長，篩網(wǎng)表面逐漸被固體物質(zhì)所覆蓋。這一現(xiàn)象會導致壓力差上升，在到達預先設(shè)置的最大壓力差時，轉(zhuǎn)盤開始緩慢旋轉(zhuǎn)，沖洗棒按一定節(jié)奏對過濾面上沉積固體物質(zhì)進行清理，通過一水泵，將過濾處理后的水向噴頭提供沖洗水，沖洗射流溶解固體物質(zhì)，通過組件之下安裝的泥漿料斗將反沖洗水排出箱體，在清理過程時，污水過濾過程不會中斷。為將濾盤沖洗干凈，反沖洗泵揚程較高，一般為60～70m。

“外進水”過濾設(shè)備在過濾操作中，水進入主水箱并通過濾布進入中央集水管中,隨著固體物在濾布表面及內(nèi)部的不斷積累，流動阻力或水頭損失隨之增加。當通過濾布的水頭損失增加并達到預先設(shè)定水位時，轉(zhuǎn)盤需要進行反洗。反洗開始后，轉(zhuǎn)盤保持在浸沒狀態(tài)，并以一定的速度轉(zhuǎn)動，設(shè)于轉(zhuǎn)盤兩側(cè)與排泥泵相連的真空吸入裝置將濾后水從其集水管內(nèi)抽出，并使之通過濾布進入真空裝置，而轉(zhuǎn)盤不停旋轉(zhuǎn)，通過這種逆向流動可去除截留于濾布表面及內(nèi)部的顆粒。另外，過濾轉(zhuǎn)盤下設(shè)有斗形池底，有利于池底污泥的收集。只需根據(jù)進水水質(zhì)調(diào)整排泥周期，啟動排泥泵通過池底排泥管將污泥排出。

通過對這兩種轉(zhuǎn)盤過濾設(shè)備應用調(diào)研，本工程擬選用“外進水”轉(zhuǎn)盤過濾器（又稱濾布濾池）作為優(yōu)選方案進行比較。

濾布濾池結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖5-8  濾布濾池結(jié)構(gòu)圖

污水重力流或壓力流進入濾池，濾池中設(shè)有擋板消能設(shè)施。污水通過濾布過濾，過濾液通過中空管收集，重力流通過溢流槽排出濾池。過濾中部分污泥吸附于濾布外側(cè)，逐漸形成污泥層。隨著濾布上污泥的積聚，濾布過濾阻力增加，濾池水位逐漸升高。通過測壓裝置可監(jiān)測濾池與出水池之間的水位差。當該水位差到達反沖洗設(shè)定值時，PLC即可起動反沖洗泵，開始反沖洗過程。過濾期間，濾盤處于靜態(tài)，有利于污泥的池底沉積。反沖洗期間，濾盤以1轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)。反沖洗泵利用中空管內(nèi)的濾后水沖洗濾布，洗除濾布上積聚的污泥顆粒，并排除反沖洗水。

轉(zhuǎn)盤濾池設(shè)有斗形池底，有利于池底污泥的收集。污泥池底沉積減少了濾布上的污泥量，可延長過濾時間，減少反沖洗水量。經(jīng)過一設(shè)定的時間段，PLC起動排泥泵，通過池底排泥管將污泥排放至植物處理構(gòu)筑物或回流至污水預處理構(gòu)筑物。其中，排泥間隔時間及排泥歷時可予以調(diào)整。具體操作步驟如下：

① 關(guān)閉進水閥門，污水進入其它格濾池；

② 開始普通反沖洗，去除濾布外層污泥；

③ 打開排泥閥，排放污泥；

④ 排泥結(jié)束，關(guān)閉排泥閥，開始下一階段過濾。

5-4  排泥反洗時間控制

優(yōu)點

①設(shè)計新穎。

重力運行，根據(jù)水位差自動反沖洗。反沖洗期間連續(xù)過濾，過濾期間濾池維持靜態(tài)，濾盤僅于清洗時旋轉(zhuǎn)。

②占地面積小。

濾盤垂直中空管設(shè)計，使較小的占地面積即可保證大的過濾面積，從而減小了池容，顯著降低了土建費用。

③自然沉淀與濾布截留相結(jié)合的SS去除設(shè)計。

濾布濾池中自然沉淀下來的污泥沉積于池底，而非直接吸附于濾料上。池底積泥通過排泥泵周期性排出，減少了濾布積泥量，可延長過濾時間，減少反沖洗水量。

④反沖洗高效。

濾布僅2-3mm厚，易清洗干凈，因而反沖洗十分有效。

⑤沖洗歷時短。

采用過濾水進行反沖洗，反沖洗速率為7.7L/s，歷時只1min。再生水處理站一般不需設(shè)調(diào)節(jié)池來貯存、調(diào)節(jié)反沖洗廢水的排放。

⑥運行自動化。

過濾過程由計算機控制，可通過人機界面調(diào)整反沖洗過程、高壓噴洗過程及排泥過程的間隔時間及過程歷時。

⑦出水水質(zhì)好。

轉(zhuǎn)盤濾池出水水質(zhì)優(yōu)于顆粒濾料濾池。當水力負荷及污泥負荷遠大于常規(guī)砂濾負荷時，轉(zhuǎn)盤濾池仍能保持較高的去除效率，保證較好的出水水質(zhì)。

⑧檢修量小。

轉(zhuǎn)盤濾池機械設(shè)備較少，排泥泵及電機均間隙運行。濾布磨損較小，濾盤易于更換。假若由于某些原因造成濾布堵塞，可輕易更換濾布。相對其它過濾設(shè)備而言，若濾料堵塞，則需要很大的清洗工作量。

⑨水頭損失小。

轉(zhuǎn)盤濾池進出水水頭損失僅0.30～0.40m。

⑩易于安裝。

轉(zhuǎn)盤濾池可整體裝運?，F(xiàn)場連接管配件及電氣設(shè)備之后，即可投入使用。而其它過濾設(shè)備則往往需要進行濾料安裝。

（4）V型濾池

砂濾池是地表水廠中不可缺少的構(gòu)筑物，它是將沉淀池或澄清池出來的水進一步加以處理，以滿足供水水質(zhì)要求。根據(jù)不同的構(gòu)造，砂濾池的類型有很多種，一般有普通快濾池、雙閥濾池、均粒濾料濾池、陶粒濾料濾池、虹吸濾池、無閥濾池、單閥濾池和移動沖洗罩濾池等形式，其中應該最廣的是普通快濾池。近些年來，均粒濾料濾池由于采用氣、水反沖洗，效果較好，在給水行業(yè)的應用也逐漸多了起來。

帶有表面掃洗功能的粗砂V形濾池是均粒濾料濾池的一種，該濾池采用石英砂濾料，有效粒徑一般為0.95～1.35mm，不均勻系數(shù)小于1.6。濾層厚度0.95m～1.5m，具體厚度根據(jù)濾料粒徑及濾速而定，粗粒徑、高濾速時須用較厚的濾層。下圖為沖洗廢水排水槽設(shè)在一側(cè)的V形濾池結(jié)構(gòu)示意圖。

 

圖5-9  V砂濾池結(jié)構(gòu)示意圖

濾料粒徑較普通快濾池稍粗，濾速較高。為保證過濾水質(zhì)，濾層相應加厚，濾池截污量大，過濾周期長。氣、水沖洗用水泵和風機，沖洗時濾層微膨脹，同時利用原水進行濾層表面的橫向掃洗。在單池面積較大時，可比單獨用水沖洗的效果好，屬于水位恒定下的等速過濾，易于實現(xiàn)自動過濾和沖洗。

濾池反沖洗的時候，先氣沖洗，再氣水沖洗，最后水沖洗，同時用原水進行表面掃洗?？諝夥礇_洗強度為13～17L/s.m²；氣水沖洗時，空氣強度為13～17L/s.m²，水為3～4.5L/s.m²；最后水反沖洗強度為4～6L/s.m²；濾料表面掃洗強度為1.4～2.3L/s.m²，原水從V形槽底部的一排小孔流向排水槽，在流動過程中將表面沖洗水帶入排水槽。

配水系統(tǒng)采用濾板上安裝長柄濾頭的方式，數(shù)量約55只/m²。濾層上的水深一般大于1.2m，反沖洗時，水位下降到排水槽頂，水深只有0.5m。

濾池沖洗可人工控制或自動控制。恒定水位可在出水管上安裝虹吸管，通過虹吸管的流量可隨進入虹吸管的空氣量多少而變化，濾池水位上升時，可自動減少進氣量，因此，虹吸管流量增加，濾池水位隨之下降；當濾池水位低時，空氣大量進入虹吸管，于是出水量減小，池內(nèi)水位隨之上升。另外，也可在出水管上安裝蝶閥，控制閥門的開啟度，使濾池保持恒定水位。

然而，污水處理廠深度段通常處理目的主要是針對出水懸浮物和色度的要求來考慮的，就該部分的投資成本而言除會產(chǎn)生土建成本、設(shè)備成本、設(shè)備運行成本以外還存在運維成本等系列問題，更有甚者，一旦該深度處理設(shè)施出現(xiàn)故障將最終為處理后出水的穩(wěn)定達標帶來潛在的風險。鑒于此，本改造項目中不再考慮單獨建設(shè)深度處理設(shè)施，該深度處理設(shè)施的功能將由上述的MBR膜組件來取代。

1.3 消毒處理工藝

根據(jù)《污水處理站污染物排放標準》(GB18918-2002)的規(guī)定，污水處理出水必須進行消毒處理。

1.3.1 消毒處理工藝方案

為了有效地保護水域，防止傳染性病原菌對人們的危害，降低水源的總大腸菌群數(shù)，一般來說，對污水處理出水進行消毒是十分必要的。

1.3.2 常用消毒工藝

常用的消毒方法有氯消毒、ClO₂、紫外線、臭氧、熱處理、膜過濾等。

（1）加氯法

加氯法主要是投加液氯或氯化合物。液氯是迄今為止最常用的方法，其特點是液氯成本低、工藝成熟、效果穩(wěn)定可靠。由于加氯法一般要求不少于30 min的接觸時間，接觸池容積較大；氯氣是劇毒危險品，存儲氯氣的鋼瓶屬高壓容器，有潛在威脅，需要按安全規(guī)定興建氯庫和加氯間。

（2）氧化法

氧化劑可以作為二級處理出水的消毒劑，最常用的是臭氧。臭氧消毒是殺菌徹底可靠，危險性較小，對環(huán)境基本上無副作用，接觸時間比加氯法小。缺點是基建投資大，運行成本高。目前，一般只用于游泳池水和飲用水的消毒。北美個別污水處理廠采用O₃消毒污水，德國有幾個污水廠在結(jié)合紫外線照射法做試驗。

（3）紫外線消毒法

紫外線是近十多年來發(fā)展得最快的一種方法。在一些國家，紫外線有逐步取代氯消毒、成為污水處理廠主要消毒方式的趨勢。

紫外線消毒的基本原理為：紫外線對微生物的遺傳物質(zhì)（即DNA）有畸變作用，在吸收了一定劑量的紫外線后，DNA的結(jié)合鍵斷裂，細胞失去活力，無法進行繁殖，細菌數(shù)量大幅度減少，達到滅菌的目的。因為當紫外線的波長為254 nm時，DNA對紫外線的吸收達到最大，在這一波長具有最大能量輸出的低壓水銀弧燈被廣泛使用，在水量較大時，也使用中壓或高壓水銀弧燈。

紫外線消毒的主要優(yōu)點是滅菌效率高，作用時間短，危險性小，無二次污染等。并且消毒時間短，不需建造較大的接觸池，只建消毒渠即可，占地面積和土建費用大大減少。缺點是設(shè)備投資高，燈管壽命短，運行費用高，管理維修麻煩，抗懸浮固體干擾的能力差，對水中SS濃度有嚴格要求。目前在北美，已有1000多套紫外線消毒裝置在運行；在歐洲，有一些紫外線裝置正在試運行中。

（4）熱處理法

熱處理法是最徹底的消毒方法，也是最昂貴的方法。為保證可靠的滅菌效果，廢水要在高壓、100℃以上的條件下加熱一定時間，排放前又要降低到排放要求的溫度，能耗很高。運行方式常為間歇運行方式，水量較大時也采用連續(xù)運行方式。一般都安裝了熱交換器，回收余熱。目前，該法只用于一些要求高、危險性大的廢水。在德國，熱處理法用于醫(yī)院、基因工程工廠、動物尸體銷毀站的廢水消毒。

（5）膜過濾法

膜過濾法一般以孔徑小于0.1微米的超濾膜，將細菌截留，達到消毒的目的。該法的特點是除消毒外，還可去除其它雜質(zhì)，無副作用，但專門為污水設(shè)計一套膜過濾裝置，能耗和折舊成本就比其他方法高很多，還沒有大量推廣。主要用于飲用水和特種工業(yè)用水的消毒處理，用于廢水消毒的只有英國和澳大利亞。

1.3.3 消毒工藝比選

表5-6  各種消毒技術(shù)的比較

1.3.4 推薦的消毒方案

綜上分析，液氯消毒需要購買液氯儲罐，安全措施要求高；二氧化氯不穩(wěn)定，需要現(xiàn)場制備，因此一次性設(shè)備投資較高；臭氧和紫外線也需要制取設(shè)備，投資高，適合大型污水處理廠；次氯酸鈉設(shè)備投資較低，運行成本便宜，同時消毒效果好。因此，本工程采用次氯酸鈉消毒工藝。

1.4 污泥處理工藝方案論證

1.4.1 污泥處理目的

污水處理過程中大部分污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為污泥。生污泥含水率高、有機物含量較高，不穩(wěn)定，還含有致病菌和寄生蟲卵，若不妥善處理和處置，將造成二次污染。因此，必須對污泥進行處理和處置。污泥處理的目的是：分解有機物，殺滅致病菌和寄生蟲卵，使污泥穩(wěn)定化；降低水分，減少污泥體積，便于運輸和處置；盡量利用污泥中的資源；避免磷的釋放和污染。使其最終實現(xiàn)：

(1) 穩(wěn)定化：減少有機物，達到穩(wěn)定化；

(2) 減量化：減少污泥體積，降低污泥后續(xù)處置費用，達到減量化；

(3) 無害化：減少污泥中有害物質(zhì)，達到無害化；

(4) 資源化：利用污泥中可用物質(zhì)，化害為利，達到資源化。

1.4.2 污泥處理設(shè)計原則

(1) 根據(jù)污水處理工藝，按其產(chǎn)生的污泥量、污泥性質(zhì)，結(jié)合自然環(huán)境及處置條件選用符合實際的污泥處理工藝。

(2) 根據(jù)污泥排出標準，采用合適的脫水方法，脫水后污泥含固率大于20%。

(3) 妥善處置污水處理過程中產(chǎn)生的柵渣、垃圾、沉砂和污泥，避免二次污染。

1.4.3 污泥處理要求

污水處理過程中產(chǎn)生的污泥，有機物含量較高，并且很不穩(wěn)定，易腐化，含有大量病菌及寄生蟲，若不經(jīng)妥善處理和處置將造成二次污染，必須進行必要的污泥處理和處置。污泥處理的目的：

（1）減少有機物，使污泥穩(wěn)定化；

（2）減少污泥體積，降低污泥后續(xù)處置費用；

（3）減少污泥中有害物質(zhì)；

（4）利用污泥中可用物質(zhì)，化害為利。

1.4.4 污泥處理方案的比較和選擇

在生物處理過程中，由于微生物的吸附、分解過程會產(chǎn)生一定量的污泥，污泥的成分大部分是微生物絮體，如果不做任何處理將會產(chǎn)生不利的影響，因此，污泥處理的過程就是無害化、減量化、穩(wěn)定化的過程。目前污泥處理的方式有多種。針對不同的處理方法進行比較分析，最終確定合理的處置方式。

表5-2  污泥處理方案技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)缺點比較表

綜上所述，中溫消化方案和污泥焚燒方案雖然在處置上效果好，但是由于基建投資較高、運行費用高、運行管理難等因素不適合小規(guī)模污水處理工程，而污泥脫水方案投資低、費用省、效果好、管理易。因此本工程采用污泥脫水消化方案。將污泥排入污泥池進行自然沉淀后，定期外運填埋或農(nóng)田施肥回用。

1.4.5 污泥處置的準入條件 

污泥填埋的準入標準 

（1）土力學標準

當污泥采用填埋方式集中處置污泥時，要求其具有與土壤相近的土力學性質(zhì)，若是脫水后污泥土力學穩(wěn)定性不夠，還需要用石灰或土進行調(diào)質(zhì)處置。一般國內(nèi)目前建議的污泥在專用填埋場中填埋的準入條件為：

① 污泥含固率>40%；

② 污泥有機物含量<50%；

③ 污泥滲透系數(shù)>10-4cm/s，以確保污泥在雨天不會出現(xiàn)明顯的膨脹。

污泥可與城市垃圾一起填埋或單一填埋，對于污泥的填埋在部分發(fā)達國家的城鎮(zhèn)垃圾技術(shù)規(guī)范中有相應的規(guī)定值，其中對污泥填埋能力規(guī)定了兩類重要參數(shù)：

① 強度參數(shù)為橫向剪切強度>25kpa 或單軸壓強>50kp；

② 干固體中的有機物比例為灼燒減量<3%（I 類填埋場即惰性廢物填埋場）或灼燒減量<5%（E 類填埋場即生活垃圾填埋場）。

（2）環(huán)境影響控制標準

對于污泥與垃圾混合填埋可參照國內(nèi)垃圾填埋場的相關(guān)控制標準《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）。而對于污泥單獨填埋，可參照國外相關(guān)標準。

污泥農(nóng)田和綠化利用的準入標準 

（1）污泥品質(zhì)和施用量控制

各國對污泥農(nóng)田與綠化利用都做出了相應的規(guī)定，目的是為了避免污泥的土地施用所造成對土壤環(huán)境、動物、植物的負面影響。污泥品質(zhì)和施用量控制主要有以下幾項內(nèi)容：重金屬離子、病原體、營養(yǎng)物質(zhì)、施用場所、施用量和施用過程中的管理監(jiān)測。

在我國，目前可參考執(zhí)行的標準是 1984 年頒布的《農(nóng)用污泥污染物控制標準》（GB4284-84 ）以及 2002 年頒布的《污水處理站污染物排放標準》（GB18918-2002）中的相關(guān)規(guī)定。

病原體限制參考美國和法國的相應標準執(zhí)行，具體詳見下表。

表5-8  污泥農(nóng)用施用量標準（GB4284-84）

年最大施用量 (t/hm2*a)	連續(xù)年施用年限 (a)
30	20

 

表 5-9  農(nóng)用污泥中污染物控制標準

項目	最高容許含量(mg/kg 干污泥)
	在酸性土壤中(pH<6.5)	在堿性土壤 中(pH>6.5)
鎘及其化合物（以 Cd 計）	5	20
汞及其化合物(以 Hg 計)	5	15
鉛及其化合物(以 pb 計)	300	1000
砷及其化合物(以 As 計)	75	75
銅及其化合物(以 Cu 計)	800	1500
鋅及其化合物(以 Zn 計)	2000	3000
鎳及其化合物(以 Ni 計)	100	200
鉻及其化合物(以 Cr 計)	600	1000
硼	150	150
石油類	3000	3000
苯并(a)	3	3
多氯代二苯并二惡英/多氯代二苯并呋喃(PCDD/PCDF)	100	100
可吸附有機鹵化物（AOX）	500	500
項目	最高容許含量(mg/kg 干污泥)
	在酸性土壤中(pH<6.5)	在堿性土壤 中(pH>6.5)
多氯聯(lián)苯（PCB）	0.2	0.2

 

表5-9  美國和法國污泥施用過程中的病原體限制值

病原體種類	美國	法國
糞大腸桿菌	<1000CFU/gTS	-
沙門氏菌	<3MPN/4gTS	<8MPN/10gTS
腸道病毒	<1MPN/4gTS	<3MPN/10gTS
寄生蟲卵	<1ova/4gTS	<3ova/10gTS

（2）污泥綠化利用標準

污水污泥用于綠化介質(zhì)土的營養(yǎng)指標可參考相關(guān)“園林土壤標準”和大樹種植土標準，重金屬等安全指標可參考 GB18918-2002 中的農(nóng)用標準。

污泥干化和焚燒的準入條件 

污泥中重金屬的準入限制、焚燒爐的技術(shù)性能指標和污泥焚燒大氣污染物的排放限值可參考國外相關(guān)標準。

污泥建材利用的準入條件 

污泥的建材利用是一個非常好的資源化過程，要真正使其進入良性循環(huán)，在降低污泥處理處置成本的同時，應能保證建材本身的產(chǎn)品質(zhì)量，穩(wěn)定消納量，為建材市場所接受。

在磚塊制作上，可遵循《中華人民共和國國家標準燒結(jié)普通磚》（GB5101-2003），其主要衡量指標有抗壓強度、抗折強度、吸水率等。在陶粒制作上，可遵循的標準是《超輕陶粒和陶砂》（JC487-92），該標準對密度級別、質(zhì)量等級、最大粒徑作出了要求。在水泥制作上，我國也有相應的標準，即《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB175-92）可供參考。

目前，國內(nèi)尚無污泥焚燒灰渣在建材利用中重金屬限制的規(guī)范或標準，我國建材中重金屬的控制一般依據(jù)《有色金屬工業(yè)固體廢棄物污染控制標準》（GB5085-85），重金屬浸出率一般按《有色金屬工業(yè)固體浸出毒性試驗方法標準》（GB5085-85）進行測試。因此，污泥廢渣中重金屬可依據(jù) GB5085-85 進行測定，其含量限值可參考歐盟標準。

1.4.6 污泥處置技術(shù) 

通常把污水廠污泥的穩(wěn)定和脫水（一般脫水至含水率達 75%～80%）稱作污泥的處理；將污泥的堆肥、填埋、干化和加熱處理及最終利用，稱為污泥的處置。如果脫水污泥中有毒、有害物質(zhì)超過農(nóng)用標準，就要考慮污泥的衛(wèi)生填埋、污泥干化和污泥焚燒技術(shù)。

一般工程上研究的污泥主要為在污水處理廠內(nèi)通過機械脫水處理后含水率在 80%以下的脫水污泥。

目前，國內(nèi)外對污泥主要采取以下幾種處置方法：

衛(wèi)生填埋

將脫水污泥直接運到專用垃圾填埋場進行衛(wèi)生填埋（對污泥的含水量有一定要求，需填埋前將污泥干化，或與其它物質(zhì)共同填埋）或?qū)⒚撍勰噙M行后續(xù)處理使得污泥含固率不小于 35%，抗剪強度>25kN/m²達到與城市生活垃圾混合填埋要求后在城市生活垃圾填埋場進行衛(wèi)生填埋。衛(wèi)生填埋方法操作相對簡單，處理費用不高，但是侵占土地嚴重，有滲瀝液排出。目前，一些發(fā)達國家污泥土地填埋所占比例雖然仍較大，但近幾年其比例有下降趨勢，這主要是因為填埋不能最大限度地使污泥減量化和資源化。

污泥焚燒

以焚燒為核心的處理方法是最徹底的污泥處理方法，它能使有機物全部碳化，殺死病原體，最大程度地減少污泥體積。污泥焚燒產(chǎn)生的焚燒灰具有吸水性、凝固性，因而可用來改良土壤、筑路等。但是其處理設(shè)施一次性投資大，處理費用昂貴，焚燒后會產(chǎn)生二口惡英等劇毒物質(zhì)及污染（廢氣、噪聲、震動、熱和輻射）。從國外的情況看，污泥焚燒投資折合人民幣 7500～12000 元/（t 干污泥），轉(zhuǎn)及維護費 600～1250 元/（t 干污泥），是其他工藝的 2～4倍；同時污泥焚燒如無空氣凈化設(shè)備，所產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)將造成環(huán)境污染。所以焚燒主要適用于難以資源利用的部分污泥。我國目前的經(jīng)濟能力還難以采用這一處置方式，對于大城市有些因遠離填埋場而造成運輸費用過高，使用焚燒法處置才有一定意義。我國上海石洞口污水廠采用了污泥干化焚燒系統(tǒng)，目前正在建設(shè)之中。

污泥干化和熱處理

污泥干化能使污泥顯著減容，體積可以減少為原來的 1/6~1/5，而且由于含水率在 10%以下時，微生物活性受到抑制，產(chǎn)品穩(wěn)定，避免發(fā)霉發(fā)臭，利于儲藏和運輸。熱干化工程的高溫滅菌作用很徹底，干化處理后的污泥產(chǎn)品用途多，既可做替代能源又可做土地利用。熱干化按加熱方式可分為直接加熱和間接加熱。由于污泥干燥技術(shù)處理成本較高，管理較復雜，目前，在西方發(fā)達國家得到大量推廣，采用直接加熱最具代表性的是英國的 Bransands，采用間接加熱最具代表性的是西班牙的巴塞羅納。在我國的大連、秦皇島、徐州及天津也開展了污泥熱干化生產(chǎn)的研究和運用。

污泥農(nóng)用

污泥中重金屬及其它毒成分濃度一般都較低，且含有 N、P等農(nóng)作物生長所必需的肥料成分。污泥農(nóng)用不但投資少、能耗低、運行費用低，其中有機部分可轉(zhuǎn)化成土壤改良劑成分。污泥農(nóng)用具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，因此被認為最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N處置方式，這種污泥利用方式減少污泥對人類生活的潛在威脅，既處置了污泥，又恢復了生態(tài)環(huán)境。影響污泥農(nóng)用推廣的主要因素是可能引起重金屬后污染（如 Pb、Cd、Cu、Za 等）和難降解有機污染以及 N、P 的流失對地表水和地下水的污染。堆肥技術(shù)是污泥農(nóng)用的主要手段。

堆肥技術(shù)是在有控制的條件下，利用微生物對污泥中易腐有機物進行生物降解，使之成為具有良好穩(wěn)定性的腐殖土狀肥料的工藝過程。適用于高溫堆肥的微生物種類很多，主要有細菌、放線菌、真菌、酵母菌等，它們對不同的化合物分解能力不同。它們在轉(zhuǎn)換和利用有機物中化學能的過程中有一部分轉(zhuǎn)變成熱能，使堆溫迅速上升，達到 60～70℃。此時，除了易腐有機物繼續(xù)分解外，一些較難分解的有機物（如纖維素、木質(zhì)素等）也逐漸被分解，一般來講堆肥溫度在60℃以上保持 3 天以上，就能殺死污泥中的寄生蟲卵、病原微生物和雜草種子、達到無害化的目的。污泥堆肥具有下述特點：

(1) 自身產(chǎn)生一定的熱量，并且高溫持續(xù)時間長，不需外加熱源，即可達到無害化；

(2) 可使纖維素分解，使堆肥物料有了較高程度的腐殖化，提高有效養(yǎng)分；

(3) 基建費用低、容易管理、設(shè)備簡單；

(4) 產(chǎn)品無味無臭、質(zhì)地疏松、含水率低、相對密度小、便于運輸施用和后續(xù)加工復合肥。

(5) 然而，污泥堆肥同時存在一定的限制性的因素或缺點：

(6) 必須嚴格控制污水廠污泥的有毒、有害物質(zhì)及病原微生物達到國家標準；

(7) 一般來說某塊農(nóng)田施用污泥數(shù)量有一定限度，當達到這一限度時，污泥的農(nóng)用就應停止一段時間后再繼續(xù)進行；

(8) 需要污泥運輸?shù)能囕v和機械設(shè)備；

(9) 需要花費一定精力尋找使用污泥農(nóng)業(yè)的用戶。

制作建材

（1）制磚  臺灣一個研究小組發(fā)現(xiàn)，污泥可壓制成普通的建筑用“生態(tài)磚”。這種污泥生態(tài)磚是在黏土磚中混入10%污泥，并在900℃條件下燒制，可達到最佳效果。即使是污泥比例占30%的生態(tài)磚，這種加工過程仍可實現(xiàn)。這種方法不僅處理了污泥，還在燒制過程將有毒重金屬都封存在污泥中，也殺死了所有有害細菌，而且這種磚完全沒有異味。浙江大學理學院環(huán)境與生物地球化學研究所翁煥新教授在通過大量實驗研究獲得各種技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，利用污泥資源具有熱值較高和輕質(zhì)地的特點，成功地開發(fā)出了一種輕質(zhì)磚。該輕質(zhì)磚體的放射性指標符合《建設(shè)材料放射衛(wèi)生防護標準》要求，磚體主要指標達到普通燒結(jié)磚的國家標準，具有高抗壓強度、節(jié)省能耗10%、質(zhì)量比同體積的普通磚小，并節(jié)省黏土資源10%~15%等優(yōu)點。這樣既實現(xiàn)廢物利用，又減輕污泥處理的負擔，而且為污泥尋找了新用途。

（2）制水泥  水泥生產(chǎn)中利用的廢物主要是高爐水渣和粉煤灰，副產(chǎn)品為石膏、爐渣煙塵等。近年來日本研究出利用污水處理產(chǎn)生的脫水污泥為原料制造水泥技術(shù)。這種類型水泥的原材料中約60%為廢料，水泥的燒成溫度為1000-1200℃，因而燃料耗用量和CO₂的排放量也較低。因而，以污泥為原料生產(chǎn)的水泥叫做“生態(tài)水泥”。

1.4.7 推薦污泥處置方案 

本項目污水處理站所產(chǎn)生的剩余污泥經(jīng)污泥池自然沉淀后，用于農(nóng)田施肥回用。