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4种用于脱氮除磷污水处理技术原理及其优缺点分析  

2016-08-27 15:16:37|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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来源:北极星节能环保网

生活污水及工业污水的排放,对水体环境的好坏具有重要的影响。其中,污水中氮磷等营养物质的超标排放是造成水体富营养化的主要原因之一。水体富营养化造成了浮游藻类的迅速、大量繁殖,易形成藻类大面积爆发成灾事件。

有鉴于我国水环境污染的严重性,我国对于城镇污水处理厂的建设力度不断加强。有关污染物排放标准对于氮磷的排放要求也越来越严格。新建的污水处理厂需要考虑对氮磷的排放控制,而已建的污水处理厂则需要进行升级改造,增强或强化脱氮除磷的功能。

1氮磷对于水体环境的影响

适量的氮磷对于促进水生植物及微生物的生长具有重要作用,对保持水环境的平衡也具有一定的作用,但过量氮磷等营养物质进入水体中,则会使水体产生富营养化,使水体中的浮游藻类大量繁殖,甚至是爆发性繁殖,产生“水华”现象。“水华”现象即是水污染的明显表现,同时也会进一步加剧水体的污染。藻类的大量或爆发性繁殖,会在水面形成或厚或薄的覆盖性藻类漂浮物,造成水体缺氧,引起水生动物窒息而死。有些藻类还会产生有害毒素,使水生态系统受到破坏,造成生物多样性的减少。

水体富营养的指标三类,营养因子、环境因子与生物因子,其中,营养因子是水体富营养化的根本原因,而在营养因子中,氮磷则是最为关键的存在。因此,控制进入水体的氮磷含量,对于解决水体富营养化问题至关重要。

2水体中氮磷的主要来源

我国水体中的氮磷污染主要来自生活污染、农业污染以及工业污染源。

生活污染源主要是指来自城市中的污染物,如人的排泄物、食品废物以及各种合成洗涤剂。在此类废物中,含有大量的氮磷物质,若未经处理或处理不严格进入自然水体,则会成为水体中的氮磷污染源。

农业污染主要是指化肥的大量或是过量使用,流失率过高造成的污染。众所周知,化肥的主要成份就是氮磷,农业中不经控制大量或过量使用化肥,造成化肥的流失率极大,进入水体后极易成为水体氮磷污染源。

工业污染主要是指食品加工业、化肥生产企业形成的工业废水,其中含有大量的氮磷,若未经处理或是处理不当直接排入水体中,对于水体的氮磷污染具有重大的影响。

3我国污水处理厂脱氮除磷现状

我国对于城市污水处理厂的建设始于上世纪20年代的上海,新中国成立后的70-80年代我国开始进行大规模的城镇污水处理厂的建设。在初期建设的城镇污水处理厂,其处理工艺均采用了活性污泥法技术,主要是处理的是城市污水中的有机污染物及悬浮物,对于污水中氮磷的处理能力比较弱,去除率较低。之后在20世纪80年代初,一些污水处理的新工艺开始在污水处理厂中得到应用,但整体上来说,这一阶段我国污水处理厂在脱氮除磷工艺上还处于较低的水准。

进入20世纪90年代,随着我国水体环境污染的不断加剧,在污染治理上开始加大力度,先后出台了《地下水水质标准》、《地表水水质标准》以及《海水水质标准》等,对于水体中氮磷标准值提出了明确的要求。这一时期,我国在污水处理厂的建设上,对于脱氮除磷的工艺要求也越来越严格,新建污水处理厂必须考虑对氮磷的控制,而已经建成运行的污水处理厂,则需要进行相应的脱氮除磷工艺改造。

4脱氮除磷工艺在我国污水处理厂中的应用

4.1氧化沟工艺

氧化沟工艺是具有工艺流程简单、运行稳定、管理方便等特点,而且处理费用较低,与其它工艺相较,具有较强的耐冲击负荷能力、出水水质好、剩余污泥少、构筑物少等优势。在我国,氧化沟工艺应用较多的有卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟、奥贝尔(Orbal)氧化沟、三沟式氧化沟以及DE型氧化沟等。

卡鲁塞尔(Carousel)氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制的,具有投资省、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点,在世界各国都得到广泛的应用。我国的昆明第一污水处理厂、珠海香洲污水处理厂、中山污水处理厂以及重庆北碚污水处理厂都采用了此种工艺。

奥贝尔(Orbal)氧化沟工艺是美国USFilterEn-virex公司开发并拥有的工艺技术,该工艺非常适用于污水常规二级生物处理,目前,我国已经实现了该种工艺的自行设计与设备的国产化,北戴河西部污水处理厂以及温州中心区污水处理厂均应用了该种工艺。

三沟式氧化沟又称为T型氧化沟,是一种典型的氧化沟构造形式,这种工艺具有流程简单、建设投资小、运行费用低的特点,在结构设计上不需要另设一次、二次沉淀池和污泥回流装置,在一定程度上避免了氧化沟工艺占地面积大的弊端。我国邯郸东郊污水处理厂、苏州新区污水处理厂、深圳滨河污水处理厂以及罗芳污水处理厂二期都采用了这种工艺设计。

DE型氧化沟工艺是一种双沟系统,与三沟系统类似,不同之处在于DE型氧化沟系统有独立的污泥回流系统。西安北石桥污水处理厂就是采用了该种工艺。

氧化沟技术从问世以来就得到了广泛的关注,欧洲目前约有上千座氧化沟污水处理厂在运行,我国从上世纪八十年代开始引进国外氧化沟技术,消化吸收发展至今,氧化沟工艺已成为我国城市污水处理的主要工艺之一。

4.2A/O工艺的应用

A/0工艺具有较好的脱氮除磷效果,在20世纪80—90年代是城市污水处理中脱氮除磷的主流工艺。A/0工艺包括了A/0除磷工艺与A/0脱氮工艺,通常除磷效果可达到90%以上,脱氮效果在80%以上。该工艺不需外加碳源脱氮,又能充分实现反硝化且易于控制污泥膨胀,投资和运行费用较低,在我国早期的污水处理厂中具有广泛的应用。如天津东郊污水处理厂、北京高碑店污水处理厂以及杭州四堡污水处理厂、沈阳西郊污水处理厂等。

A/0工艺在污泥沉降和磷的去除上具有明显的效果,但因其工艺控制有限,在发生硝化作用时会降低除磷效果。此外,A/0工艺的温度及进水负荷低时,微生物的代谢能力会减弱,污泥生长会变慢,对于除磷效果具有较大影响。

4.3:A2/O及其改进工艺的应用

A2/0工艺是我国常用的同步脱氮除磷工艺,其在只有除磷功能的A/0工艺中加了一个缺氧池,实现了脱氮除磷的同步进行,操作简单、费用低廉,因此在我国的污水处理厂中得到了广泛的应用。昆明第二污水处理厂、广州大坦沙污水处理厂、西安邓家村污水处理厂都应用了该工艺。但采用此种工艺不能实现同时高效的脱氮除磷,其工艺本身存在的缺陷,即硝化菌、反硝化菌以及聚磷菌在有机负荷、碳源需求上存在着矛盾与竞争,很难在同一系统中实现氮磷的同时高效去除。

为解决A2/0工艺固有的缺陷,很多研究者们进行了多方面的研究对该工艺进行升级改进,其中,我国取得了两项专利技术,即倒置A2/0工艺与A—A2/0工艺。

倒置A2/0工艺是针对A2/0工艺缺氧池与厌氧池的排列位置而言,将其工艺位置倒置,将缺氧池置于厌氧池之前。倒置A2/0工艺在有没有硝酸盐回流条件下均可运行,工艺环境有利于微生物形成更强的吸磷动力,所有污泥都将经历完整的释磷和吸磷过程使除磷能力得到增强。该工艺应用效果较好的有江苏常州清潭污水处理厂、常州北城污水处理厂、青岛李村河污水处理厂等。

A—A2/0工艺是在厌氧池前增设缺氧池,原A2/0工艺通过分隔厌氧池与原污水,可以很容易的改造为A—A2/0工艺。A—A2/0工艺充足的回流污泥停留时间保证了RAS中硝酸盐的彻底反硝化,又能够保证足够的碳源,厌氧池中最低限度的硝酸盐含量使得除磷效果得到了加强。山东泰安污水处理厂、青岛团岛污水处理厂应用该工艺取得了良好的脱氮除磷效果。

4.4:SBR工艺及其改进型的应用

SBR工艺是通过自动控制程序,在时间序列上形成A2/0系统,具有经济高效、控制灵活的特点,在脱氮除磷方面效果良好,适用于中小水量的污水处理厂。

典型SBR工艺存在一定的技术问题,首先,间歇进水、间歇曝气方式,鼓风曝气机由于间歇运转,频繁启停,使得整个工艺的运行稳定性受到较大的影响,曝气阶段反应池的利用率也比较低;其次,由于间歇进水的原因,自控系统的设计与顺序进水闸阀的安装变得较为复杂,当进水量较大时,需要并联运行多套反应池,系统整体复杂性增大;第三,对于一些具有较高浓度的难降解有机废水反应时间比较长。为了解决以上问题,众多研究者们进行了对典型SBR工艺的改进变型,比较成熟的工艺有ICEAS工艺、DAT—IAT工艺、CASS工艺等。

ICEAS工艺最大的特点是在反应器的进水端加了一个预反应区,运行方式为连续进水、间歇排水,预反应区可起调节水流的作用,主反应区是曝气、沉淀的主体。ICEAS工艺也可看作是连续进水、间歇排水的SBR工艺。昆明第三污水处理厂便采用了此种工艺,运行效果良好。

DAT—IAT工艺在同一个反应池中设置DAT池和IAT池,以导流墙相隔。DAT池连续进水并连续曝气,保持了系统的水力均衡,有效提高了系统运行的稳定性,而且连续曝气加强了对难降解有机物的降解,缩短了对高浓度有机废水的处理时间,相应也缩短了鼓风曝气机的运行时间;此外,DAT池的连续进水,利用普通的污水泵就能实现该操作,大大降低了系统的复杂性。该工艺在天津经济技术开发区污水处理厂以及抚顺三宝屯污水处理厂取得到较好的应用效果。

CASS工艺做为SBR工艺的改进型,是在SBR池内进水端增加了一个生物选择区,也就是预反应区,实现了连续进水,间歇排水。整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行,省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统。北京航天城污水处理厂采用了此工艺。

5结束语

随着我国环境问题的日益突出,我国对于水体环境的治理也在不断加强,对于污水处理厂脱氮除磷的要求也越来越严格,也些早期建设的污水处理厂也面临着脱氮除磷功能的改造问题。综合对目前污水处理厂脱氮除磷工艺的应用状况,A2/0工艺及其改进型、氧化沟工艺、SBR工艺及其改进型是目前应用范围广且应用效果比较好的选择。

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