污水处理节能减排设计方案（5）

第五章工艺技术主要特征

一、工艺技术主要特征

　　1、技术前瞻性

　　导流曝气生物过滤法充分借鉴了下向流曝气生物滤池法、上向流曝气生物滤池法、接触氧化法、生物膜法、人工快滤法、沉降分离法、给水快滤法、聚磷排泥法等八者的设计手法，集曝气、快速过滤、悬浮物截留、两曝两沉、无泵污泥回流、定期反冲于一体，使污水在U型双锥这一个单元体内，综合实现三级、三区、三相导流、无泵污泥外排及回流处理全过程，是一种典型的高负荷、淹没式、固定化生物床的三相导流，脱氮除磷反应器，处理后的污水优于排放标准，实现中水回用，因此技术前瞻性。

　　2、工艺创新性

　　导流曝气生物过滤法采用U型双锥结构，巧妙地将污水处理分为下向流对流接触氧化区、导流沉降无泵污泥回流区、上向流曝气生物过滤区三个污水处理区域，实现了两曝两沉和无泵污泥外排的工艺结构，具备下向流曝气生物滤池法、上向流曝气生物滤池接触法、接触氧化法、生物膜法、人工快滤法、沉降分流法、给水快滤法、聚磷排泥法的处理工艺技术特征，在导流曝气生物过滤法污水处理池内，综合实现三级、三区、三相导流、无泵污泥外排及回流的全过程，是典型的高负荷、淹没式、固定化生物床的三相导流、脱氮除磷反应器，因此工艺创新性。

　　3、工程投资经济性

　　导流曝气生物过滤法的BOD5容积负荷大，几乎是常规二级生物处理的5～10倍，所以它的池容积和占地面积较常规二级生物处理工艺要小得多。同时，在导流曝气生物过滤法污水处理池中，具有上下结构的沉降无泵污泥外排回流区，因此无需二次沉淀池，大大节省了占地面积和土建费用。污水处理厂采用导流曝气生物过滤法工艺的总占地面积只有氧化沟工艺的1／3。装置内高比表面积和粗糙多孔的粒状生物填料，使其可能积聚多达10～15g／L的微生物量，高浓度的微生物量将使得导流曝气生物过滤法技术的容积负荷大为提高，减少池容积及占地面积，此对拟建的污水处理设施具有重要意义。由于导流曝气生物过滤法技术对污水中悬浮物的生物截留作用，使出水中的SS很少，完全达到国家所要求的排放标准，故滤池后面不需设置二沉池，因此工程投资经济性。

　　4、处理效果稳定性

　　处理系统的出水水质好，是由于整个系统中存在着较高浓度的微生物，生化反应速率高，并可通过控制供气量使装置中存在好氧和缺氧环境，使得该装置组合可实现硝化、反硝化。同时，由于高浓度的微生物以生物膜的形式固定在粒状滤料的表面，无污泥膨胀之虑，不会因滤池受水力负荷的冲击而造成微生物流失，因此，导流曝气生物过滤法技术对水力负荷及有机负荷都具有较强的抗冲击能力。即使污水是减少一半以下或停水后再启用，只需很短的时间内就能正常运行，因此处理效果稳定性。

　　5、处理流程简化性

　　由于导流曝气生物过滤法技术的生物和物理综合截留作用，处理后水中的SS很少，故不需设置二沉池，加上系统中具有沉降污泥无泵回流系统，因此无需污泥回流泵房，使处理流程得以简化，进一步节省占地面积，因此处理流程简化性。

　　6、投资和运转费用经济性

　　由于导流曝气生物过滤装置法工艺流程短、池容小和占地省，使工程费用大大低于常规二级生物处理工艺。同时，采用装置专用曝气系统并利用粒状滤料对气泡的切割及阻挡作用，使得气泡在滤层中进一步被细碎，强化气、液传质效应，增加滤层内的微生物与空气的接触面积和时间，导致滤池总体充氧效率大为提高，氧的利用率达30%以上，从而节省能耗，因此投资和运转费用经济性。

　　7、操作管理简单性

　　由于相关工业技术的发展，一些先进的自动化设备如液位传感器、在线溶氧测定仪、定时器、变频器、PLC中央程控系统及微电脑等产品的出现，使得DB导流曝气生物过滤系统运行管理自动化得以顺利实现，其运行管理变得简单易行。一般来说，导流曝气生物过滤法系统可以对进水水质、水量以及污水中溶解氧浓度进行在线检测，并通过PLC控制系统方便地调整曝气时间的长短，控制风机的供氧量，易于优化运行，特别是对各大、中、小污水处理厂更显突出，因此操作管理简单性。

　　8、脱氮除磷典型性

　　8.1、导流曝气生物过滤法脱氮除磷基本原理

　　导流曝气生物过滤法的脱氮原理是在将有机氮转化为氨氮的基础上，通过硝化和反硝化菌的作用，将氨氮通过硝化转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化作用将硝态氮转化为氨气，从而达到从废水中脱氮的目的。

　　导流曝气生物过滤法除磷的原理是在厌氧条件下，聚磷菌将其细胞内的有机磷转化为无机态磷，并加以释放，利用此过程中产生的能量摄取废水的溶解、溶解性有机物质的合成PHB，从而在好氧的条件下，聚磷菌则将PHB降解以提供其从废水中摄取磷所需的能量，从而完成聚磷的作用。

　　8.2、导流曝气生物过滤法的除磷

　　基于导流曝气生物过滤法的上述原理，结合导流曝气生物过滤法污水处理工艺，在导流曝气生物过滤法污水处理单元的前面设有厌氧池、缺氧池二段，加上导流曝气生物过滤法污水处理池的内锥，即下向流对流接触氧化生物过滤区和外锥即上向流曝气生物过滤，这两个好氧段后形成了较为完整的厌氧、缺氧、好氧三段脱氮除磷工艺。与此同时，在导流曝气生物过滤法的内锥及下向流接触氧化生物过滤区中有硝化和反硝化作用（见原理图），因此较其它通用污水处理技术更有除磷的技术优势。特别是积水在内锥和外锥的曝气条件下，聚磷后和污泥一道下沉于无泵污泥回流区底部，并在上部水下作用下，含有高浓度磷的污泥通过无泵污泥排泥管排出池外，流入污泥干化池，无与伦比污泥中80～90%的磷夹带在干化污泥中被外运处理，从而被去除，其它部分磷随干化池中的上清液和污泥干化过程中的废液回流到污水处理池前端，进入厌氧池进行释放，达到反硝化。

　　在重力的条件下回流到下部的导流沉降无泵污泥回流区，在缺氧的条件下满足反硝化的运行条件，从而完成脱氮作用，同时将通过上部的压力作用将沉降分离无泵污泥回流区污泥压入，并通过回流管流经污泥干化池，上清液和污泥干化过程中产生的废液又回流到无氧池中，以满足聚磷菌对磷的释放。再进一步在好氧段①和好氧段②聚磷菌过量摄取磷，从而达到从水中去除磷的目的。

　　8.3、脱氮除磷效果差的原因

　　除磷的好坏取决于聚磷菌在厌氧段能否将磷彻底释放和排泥的好坏，如果厌氧段不能彻底释放磷，工艺系统中无法很好地排泥，除磷效果是不好的。例如A2／O工艺是前些年较为典型的脱氮除磷工艺，但是尽管如此，除磷效果还是不尽人意，其原因是：①由于混合液中的NO2-N、NO3-N在二沉池中反硝化，使N2附着在污泥表面上而上浮，造成二沉池表面负荷较低，停留时间长，使二沉池的污泥沉降效果不理想。②由于无氧池依靠二沉池底泥造成无氧条件下的释放，但是在回流污泥中由于含有硝酸盐及亚硝酸盐，从而在无氧池中反硝化释放氮气，使无氧池不能形成很好的无氧条件，从而使得无氧段氧化还原电位偏高，聚磷菌对磷酸的释放不彻底，有机磷水解不充分，除磷效果不理想。为了在工艺中避免上述问题，采取增大二沉池，增长停留时间，但带来的问题是表面负荷降低，不仅造成工程投资大，而且出水中SS高，除磷效果差，由于系统中污泥停留时间长，部分污泥硝化，排泥量少，除磷效果低。

　　基本结构：导流曝气生物过滤池底部设有进水和排泥管，中上部是填料层，厚度一般为2.5～3m，填料顶部装有挡板，防止悬浮填料的流失。挡板上均匀安装有出水滤头。挡板上部空间作反冲洗水的储水区，其高度根据反冲洗水头而定，在导流曝气生物过滤法的下部设有沉降分离无泵污泥回流区，将内锥即下向流对流接触氧化区曝气后的水在重力和导流板的作用下沉于底部，并通过排泥管外排，有较好的排泥作用，加上导曝前有预处理的厌氧段和好氧段，能较好的释放磷，因此导流曝气生物过滤法整个处理工艺比A2／O有较好的处理效果。

　　9、气温及运行方式适应性

　　由于大量的微生物生长在粒状填料粗糙多孔的内部和表面，微生物不会流失，即使长时间不运转也能保持其菌种的活性。如长时间停止不用后再恢复运行，可在进水、供气后的几天内恢复正常运行；由于导流曝气生物过滤法装置所特有的高微生物量，使得该装置对气温变化的适应性也较强，因此气温及运行方式适应性。

　　10、检修换件方便性

　　导流曝气生物过滤法系统所需的主要设备和材料，国内均可配套生产，基本不需进口。只有少量自控检测仪表和执行机构需进口。

　　11、工程建设灵活性

　　导流曝气生物过滤法系统单元为模块化结构，可集中设计，也可分开设计，还有利于扩建，能较好地适应各个地区地貌。

二、工艺技术对比

　　常用的生化法有活性污泥法、完全混合活性污泥法、SBR法、AB法、A/O法、氧化沟以及生物接触氧化法等，各种处理工艺比较如下

表2-1  传统生化法处理工艺简单比较

方 法	工 艺 特 征	优 点	缺 点
传统活性污泥法	原废水从池首端进入池内，回流污泥也同步注入，废水在池内呈推流形式流动至池的末端，经历了第一阶段的吸附和第二阶段代谢的完整过程，活性污泥也经历了对数增长，经衰减增长到池末端的内源呼吸期的完全增长周期。	传统活性污泥法系统对污水处理的效果极好，BOD去除率可达90%以上，适于处理净化程度和稳定程度要求较高的污水。	1、曝气池容积大，占地面积大，基建费用高； 2、对水质、水量变化的适应能力较低，运行效果易受水质、水量变化的影响； 3、脱氮除磷效果较差。 4、运行费用高、管理难度大，需要几个人管理。 5、中水回用需要另加深度处理设备和设施。
完全混合活性污泥法	污水与回流污泥进入曝气池后，立即与池内混合液充分混合，可以认为池内混合液是已经处理而未经泥水分离的处理水	1、对冲击负荷有较强的适应能力； 2、污水在曝气池内分布均匀，各部位的水质相同，将整个曝气池的工况控制在最佳条件，活性污泥的净化功能得以发挥。	1、活性污泥较易产生膨胀现象； 2、曝气池容积大，基建费用高； 3、脱氮除磷效果较差。 4、运行费用高、管理难度大，需要几个人管理。 5、中水回用需要另加深度处理设备和设施。
氧化沟	氧化沟的曝气装置的功能是供氧，使有机污染物、活性污泥、溶解氧充分混合、接触，推动水流以一定的流速循环流动。	1、处理效率高，效果稳定，对水温、水质、水量的变动有较强的适应性； 2、污泥龄长，可以存活、繁殖世代时间长、增值速度慢的微生物； 3、污泥产率低，且多已达到稳定，勿需进行消化处理； 4、运行费用较低。	1、占地面积大，基建费用较高。 2、运行费用高、管理难度大，需要几个人管理。 3、中水回用需要另加深度处理设备和设施。
AB法	未设初沉池，由吸附池和中间沉淀池组成的A段为一级处理系统，B段由曝气池和二次沉淀池组成，A段和B段各自拥有自己独立的回流系统，两段完全分开，由各自独特的微生物群体，处理效果稳定。	1、经过A段处理后，废水的可化性有所提高，对B段非常有利，可以大大提高B段的净化功能； 2、经A段处理后，B段承受的负荷为总负荷的30～60%，曝气池的容积可减少40%左右，运行费用降低。	1、基建投资高； 2、剩余污泥量大，污泥处理投资较高。 3、运行费用高、管理难度大，需要几个人管理。 4、中水回用需要另加深度处理设备和设施。
A/O法	厌氧阶段和好氧氧阶段串联，好氧阶段产生的剩余污泥回流到厌氧池。厌氧池中有一定的污泥停留时间，污泥可以在厌氧阶段部分消化，污泥产率低。	1、连续进水、连续出水，运行控制简单，池体容积使用效率高。 2、耐负荷冲击。 3、剩余污泥产量低。	1、曝气池容积大，基建费用高； 2、活性污泥较易产生膨胀现象； 3、运行费用高、管理难度大，需要几个人管理。 4、中水回用需要另加深度处理设备和设施。
SBR法	间歇式活性污泥法由流入、反应、沉淀、排放和闲置等5个工序组成。5个工序都在同一池中进行。	1、在大多数情况下，无需设置调节池、占地面积小； 2、SVI值较低，污泥易于沉淀，一般情况下，不产生或很少产生剩余污泥； 3、通过对运行方式的调节，在单一的曝气池内能够进行脱氮和除磷反应。	1、对自动化程度要求较高； 2、对管理人员素质要求较高； 3、投资费用较高。 4、运行费用高、管理难度大，需要几个人管理。 5、中水回用需要另加深度处理设备和设施。
生物接触氧化法	在池内设置填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速经填料，填料上长满微生物，污水与生物膜相接触，在生物膜微生物的作用下，污水得以净化。	1、对冲击负荷有较强的适应力； 2、污泥产量少，不产生污泥膨胀； 3、勿需污泥回流，易于维护管理； 4、不产生滤池蝇，也不散发臭气； 5、具有一定的脱氮除磷能力。	1、投资大、占地面积大、运行费用高。 2、对于进水量在数百吨的污水，接解氧化法是适宜的，但对于处理量更大的污水，会使处理成本上升。 3、布水布气不均。 4、脱氮除磷效果差。 5、管理难度大，需要几个人管理。

三、与主要常用方法技术参数比较

1、技术参数比较表

项目	导流曝气 生物过滤法	SBR法	氧化沟法	A2／O法	活性 污泥法	纯氧 曝气法
曝气方法	鼓风曝气	鼓风曝气	鼓风曝气	鼓风曝气	鼓风曝气	加入氧气
溶解氧量（mg／L）	2.5～4.0	0.5～2.5	2	2	2	6～10
气水比	（3～5）∶1	（5～8）∶1	≥15	（5～12）∶1	（7～15）∶1	4∶1
污泥回流比	5～10	50～100	50～200	50～100	20～30	5～10
曝气时间h	1.5～3	5～6	24～48	5～6	6～10	2～3
泥龄d	不受泥龄期限制	5～15	20～30	3～5	3～5	8～20
水力停留时间h	1～2	3～5	16～36	5～8	5～10	1.5～3
BOD5容积［kgBOD5／(m3·d)］	2～5	0.6～1.2	0.15～0.4	0.5～1.0	0.3～0.6	1.6～3.3
污泥产率%	0.5	6	6	5	6	0.5
氧利用率%	35～40	4～8	4～8	5～10	5～15	60
运行方式	敞开	敞开	敞开	敞开	敞开	敞开
适应环境湿度℃	0～50	10～40	10～40	10～40	10～40	10～40
单位占地面积（m2／T污水）	0.1590	1.7	2.4	1.8	2.0	0.28
达到标准	中水回用	96一级	96一级	96一级	96一级	96一级
每吨污水工程投资（元）	959	2200	2100	2600	2300	2200
处理成本（元／T污水）	0.16	0.55	0.62	0.68	0.66	1.15

　　2、投资与效果的比较

　　导流曝气生物过滤法充分借鉴了下向流曝气生物滤池法、上向流曝气生物滤池法、接触氧化法、生物膜法、人工快滤法、沉降分离法、给水快滤法、无泵污泥回流法等八者的设计手法，集曝气、快速过滤、悬浮物截留、两曝两沉、无泵污泥回流、定期反冲于一体，使污水在U型双锥这一个单元体内，综合实现三级、三区、三相导流、无泵污泥外排及回流处理全过程，是一种典型的高负荷、淹没式、固定化生物床的三相导流，脱氮除磷反应器，处理后的废水达到国家规定的排放标准，实现中水回用。较其它工艺在投资上合理、运行费用低、占地面积小。

　　3、比较结论

　　通过上述对比不难看出，采用导流曝气生物过滤法处理污水，处理后的各项指标优于国标，达到中水回用，不受排向限制，没有升级改造的后顾之忧。同时具有工程投资少、运行费用低、自动化程度高，特别适合节能减排政策。（完）