某某餐厨垃圾废水处理工程项目设计方案

1 某某餐厨垃圾废水处理工程项目设计方案 第一章 概 论 程概况 中国饮食文化源远流长， 作为中华民族饮食文化的支柱行业 中国民众的日常生活中占有很重要的位置 ,随着改革开放的不断深入，人民群众可支配性收入的不断增加 ,餐饮业在地方 入中越来越显现出其突出的地位，已经成为部分地区的支柱产业。深圳市作为中国改革开放的先头兵，在各方面都取得了娇人的成绩，更成为新兴的旅游城市，进一步推动了深圳市餐饮业的蓬勃发展，随着 2011年世界大运会的即将召开，必将使深圳市餐饮业再上一个新台阶。 任何事情都有其两面性，在满足广大人民群众物质文明和合理饮食的条件下，也衍生出一些与生活环境密切相关的不良产物 饮垃圾的大量出现，极大地危害了我们赖以生存的水土和大气环境，为了强化餐饮垃圾的集中管理，还市民一片净土、一爿蓝天，市政府特指定有处置技术和处理能力的环保单位集中收运和科学处理。深圳市某再生资源有限公司，作为具有垃圾处理自主知识产权的科技型企业，在激烈的市场竞争中脱颖而出，成为南山区餐饮垃圾集中处理的受理单位。公司在南山区妈湾大道，南山垃圾发电厂南侧，建立一坐日处理能力达 200t/d 的 餐饮垃圾处理厂，在垃圾的收运和处理过程中，不可避免的产生了一定量的餐饮垃圾废水，废水总量为： 100t/d。在 这些 餐饮垃圾 废水 中，含有大量的动植物油脂、淀粉、果蔬汁、饮料等物质，这些废水富含动植物油脂、蛋白质和氨基酸等 有机物 ,若不经过处理直接排入水体，所含有机物 将 迅速 被氧化而大量 消耗水 体 中的溶解氧，造成水体 严重 缺氧 ，同时，由于油脂类等不溶物的存在，致使水面复氧能力严重下降，从而 影响鱼类和其他水生动物的生存，同时 ， 废水中悬浮物在厌氧条件下 极易 分解产生臭气， 恶化区域环境 。 2 某公司本着呵护当地民众、保护生存环境的愿 望，积极响应并模范执行国家和地方的环保政策，决定对该工程废水加以处理。受某公司的委托，我公司决定对该垃圾废水做方案设计，通过本餐饮垃圾废水处理方案设计，力求在设计理念、处理方法、工程造价和施工方法上能达到先进、合理的优化组合。 制目的、依据、原则和范围 （ 1）编制目的 对餐饮垃圾废水处理工艺进行详细优化设计，并提出主要设备材料表，据此编制投资估算。 （ 2）编制依据及参考资料 （ 3）编制原则 严格执行国家 和地方 有关环境保护的各项规定，确保出水指标达到国家 和地方 有关污染物排放标准 。 1) 采用技术成熟 、运行可靠、投资节省的新工艺、新技术、新材料和新设备，在严格达标的情况下，做到投资少、运行费用 低 。 2) 技术线路 成熟、 简单明了，操作管理方便。 3) 采用先进可靠的自动化控制技术，提高系统的管理水平，确保系统安全可靠地运行。 4) 污水处理系统在运行上有较大的灵活性和可调性，可以适应污水水质、水量和水温的波动。 5) 符合环保节能要求，设计中力求系统具有良好环境，降低酸碱用量；采用低能耗、低噪声的国内及进口优质名牌产品和节能动力设备，降低系统运行成本，取得良好的经济效益。 6) 污水处理系统的设计考虑事故的排放、设备备用等保护措施。 7) 污水处理厂的规划布置充分考虑用地状况，各处理单元相协调。 8) 在工程设计中优先考虑下列三项因素：运行成本、工程投资、占地面积。 9) 妥善处置污水处理过程中产生的排渣、污泥、噪声，避免二次污染。 （ 4）编制范围 对 100m3/要包括物化前处理、厌氧处理工艺（含 应器）、好氧处理工艺系统等。 3 本设计编制范围包括废水处理站内全部建、构筑物及配套工程。 对废水站废水处理工艺进行优化组合和经济技术比较；确定经济、可行、合理的工艺技术方案。 对方案进行工艺、建筑、结构、非标设备、电 气、机械、自控及消防等分析评价，提出处理站定员、操作、节能等方面说明。 水水量及水质 （ 1）进水水量及水质 根据某公司提供的资料，匡算本套处理系统需要处理生产废水 水量为100m3/d，每天分三班连续运行，运行 24 小时，则小时流量为 h；废水中主要污染物指标为 浮物 油类、氨氮、 等，根据提供的资料，确定该生产废水的水量及水质。（见表 1 表 1水水质及水量表 污染指标 生产废水 设计值 备注 排水量 m3/d 100 100 63200 68000 34100 34000 浮物） 14200 15000 氮） 271 300 化物 ) 5820 6000 石油类 2410 2500 （ 2）排放标准 经处理后外排废水应 执行广东省地方标准 水污染物排放限值（ 6，根据标准要求，本处理装置外排水质见表 1 表 3水污染物排放限值（ 6 4 污染指标 标准要求 备注 9 110 30 悬浮物 100 氨氮 15 磷酸盐 石油类 （ 3）受纳水体 经过处理后的废水一部分回用于垃圾车辆的清洗，一部分进入排放口，外排水排入市政污水管网或环保管理部门指定的受纳水体。 场自然条件 然地理 略 形地貌 略 文条件 略 地地震效应 略 5 第二章 工艺方案比较和选择 根据以上叙述可知，该垃圾废水处理量为 100t/d，排放特点：每天下午和晚间集中排放，其他时间连续小量排放，节假日稍微增量， 废水中主要污染物指标为 浮物 植物油脂、氨氮、 等， 属于长周期、小水量、高污染的排放形式。 根据垃圾废水污染物的性质来分析，其特点是废水中含有大量的油脂、胶体粒子和悬浮物，主要成分为动植物油脂、无机盐分、表面活性剂、蛋白质和氨基酸等，该类有机物废水的处理方法主要有物 理法、化学法、物化法、生物法及生化法等。针对该废水的水质水量等特点，现将各类有关方法分析如下： 水处理方法的比较 理法 仅仅是污水中悬浮物含量的指标，关键是 含量有直接的关系，不但自身可能是 重要来源，还能通过自身的吸附能力携带大量的溶解性 以，物理法不但能去除 且能通过 去除而降低废水中的 此，对于大多数的废水来说，物理法是废水处理工艺中必不可少的工序。 物理处理法的重点是去除废水中大部分固体悬浮物、油类等。物理法主要包括重 力分离、离心分离、过滤、粗粒化、膜分离和蒸发等方法。 重力分离技术 ： 依靠油 废水治理的关键。从油水分离的试验结果看，沉淀时间越长，从水中分离浮油的效果越好。自然沉降除油罐、重力沉降罐、隔油池作为含油废水治理的基本手段，已被广泛 采用 。 离心分离技术： 离心分离是使装有废水的容器高速旋转，形成离心力场，因 6 颗粒和污水的质量不同，受到的离心力也不同。质量大的受到较大离心力作用被甩向外侧，质量小的则停留在内侧，各自通过不同的出口排出，达到分离污染物的目的。含油废水经离心分离后，油集中在中心部位， 而废水则集中在靠外侧的器壁上。按照离心力产生的方式，离心分离可分为水力旋流分离器和离心机。其中水力旋流器，由于具有体积小、重量轻、分离性能好、运行安全可靠等优点，而备受重视。目前在世界各油 国 都有应用。我国引进的数套 力旋流器，在油田污水处理上取得了良好的效果。 粗粒化 ： 是指含油废水通过一个装有粗粒化材料的设备时，油珠粒径由小变大的过程。目前常用的粗粒化材料有石英砂、无烟煤、蛇纹石、陶粒、树脂等材料。粗粒化除油罐用以去除经前期治理后的含油污水中的细小油珠和乳化油。 过滤法： 过滤器有压力 式和重力式两种，目前我国普遍采用的是压力式，有石英砂过滤器、核桃壳过滤器、双层滤料过滤器、多层滤料过滤器等。近年来，随着纤维材料的发展，以纤维材料为滤料发展起来的深床高精度纤维球过滤器，因其具有纤维细密、过滤时可形成上大下小的理想滤料空隙分布、纳污能力大、反洗滤料不流失等优点，发展迅速。 膜分离： 膜分离技术被认为是 “21 世纪的水处理技术 ”，是一大类技术的总称。主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等几类。这些膜分离产品均是利用特殊制造的多孔材料的拦截能力，以物理截留的方式去除水中一定颗粒大小的杂质。特别是超滤， 在 悬浮物去除领域已经有一定的应用， 在除油的相关研究中取得了定的进展，逐渐从实验室走向实际应用阶段。 膜法水处理技术的基本特征 膜类型 孔径大小 /m 功 能 膜间压力 微滤（ 除悬浮固体 05 05滤（ 除有机物、细菌和热原质去除胶体物质去除悬浮固体去除染料大分子 05 0525 100 纳滤（ 除病毒去除大的无机离子去除分子量在 3001000 范围内的有机化合物去除三价盐 050535 230 7 反渗透（ 去除所有有机化合物去除所有溶解盐去除病毒、细菌和热原质 050500 1000人采用 瓷膜进行了陆上和海上采油平台的采出水处理研究，经过适当的预处理后取得了较好的效果，悬浮物含量由 73 290降低到 1 以下，油含量由 8 583 降低到 5 以下。 人采用高分子膜和 瓷膜对加拿大西部的重油采出水进行了处理，悬浮物含量由 150 2290 降低到 1 以下，油含量由 125 1640 降低到20 以下。美国在 1991 前后研究了一种陶瓷超滤膜处理采出水用于油田回注，在美国路易斯安那、墨西哥湾的海上和陆上油田进行了小规模生产实验。采出水先进行投加化学药剂和沉降分离常规处理后，出水含油为 27 583，经过超滤处理后降为 10 以下。美国加利福尼亚的德克萨斯砂道油田位于萨里纳斯谷，气候干旱，特别是近几年来地下水位降到临界点，因此研究决 定向地下水注入高质量的水以补充水源的不足，实验以砂道油田采出水作为水源，用膜法处理使其满足饮用或灌溉要求。 对 瓷膜处理油田采出水进行了研究，发现经过 H)2 预处理，可使油质量分数由 2710 6 58310 6降低到 510 6 以下，悬浮固体由 7310 6 35010 6 降低到 110 6 以下，通过反冲和快速冲洗，膜通量能在较长时间内达到 3000L/(m2h)。 在国内，李永发等用超滤膜处理胜利油田东辛采油厂预处理过的废水，处理后油截留率为 能达到低渗透油 田回注水标准。梁立军等用中空纤维超滤器对大庆油田的注水站的回注水进行了试验，开发的膜组件在通量上比常规的中空纤维组件大 3 4 倍，在 压差下，通量最大。温建志等采用中空纤维超滤膜对油田含油废水进行了处理，研究表明， 下降为 ，油质量浓度由 下降为 ，达到满意的效果。王怀林等采用南京化工大学膜科学技术研究所生产的 果很好。 学法 化学法主要用于 处理废水中不能单独用物理法或生物法去除的一部分胶体和溶解性物质，特别是含油废水中的乳化油。 化学法 包括混凝沉淀、 化学氧 化和中和法。 8 混凝沉淀法 ： 是借助混凝剂对胶体粒子的静电中和、吸附、架桥等作用使胶体粒子脱稳，在絮凝剂的作用下，发生絮凝沉淀以去除污水中的悬浮物和可溶性污染物。目前采用的混凝剂主要有铝盐类、铁盐类、聚丙烯酰胺（ 、接枝淀粉类等。 化学氧化 法： 是转化废水中污染物的有效方法，能将废水中呈溶解状态的无机物和有机物转化为微毒、无毒物质或转化成容易与水分离的形态。该法分为化学氧化法，电解氧化法和光 化学催化氧化法 3 类。化学氧化是指利用强氧化剂 (如 )氧化分解废水中油和 污染物质以达到净化废水的一种方法。电解氧化法是指在废水中插 入 电极，通以一定的直流电废水中的油和 污染物在阳极发生电氧化作用或与电解产生的氧化性物质 (如 )发生化学氧化还原作用，以达到净化废水的一种方法。光化学催化氧化法是指以半导体材料 (如 )利用太阳光能或人造光能 (如紫外灯、日光灯等 )使废水中的油和 污染 物质降解以达到净化废水的一种方法。目前常用的处理含油废水的方法包括超临界水氧化、湿式空气氧化、臭氧氧化、 极氧化、 剂氧化等。 总之，化学法即通过加入一定的化学试剂通过化学的方法使污染物和其发生化学反应而生成稳定气、固、液的一种方式，它能使污染物生成 着生物技术的发展，在污水处理方面，化学法已逐渐被生物法所取代，但在毒性废水和重金属废水的处理方面，化学法仍占据着绝对的地位，在小量废水处理和间歇式废水处理工程中，由于成本和操作连续性的原因，化 学法也不适为一种首选工艺。 理化学法 含油 污水物化处理法通常包括气浮法和吸附法两种。 气浮法 ： 是将空气以微小气泡形式注入水中，使微小气泡与在水中悬浮的油粒粘附，因其密度小于水而上浮，形成浮渣层从水中分离。常投加浮选剂提高浮选效果，浮选剂一方面具有破乳作用和起泡作用，另一方面还有吸附架桥作用，可以使胶体粒子聚集随气泡一起上浮。 张登庆等把电气浮技术应用于油田采出水处理中，研究表明电气浮工艺用于油田采出水除油及杀菌是可行的。阳极用于除油，阴极用于杀菌，除油率为 9 80 90，电耗约为 h/ 吸附法 ： 主要是利用固体吸附剂去除废水中多种污染物。根据固体表面吸附力的不同，吸附可分为表面吸附、离子交换吸附和专属吸附三种类型。 含 油污水处理中采用的吸附主要是利用亲油材料来吸附水中的油。常用的吸附材料是活性炭，由于其吸附容量有限，且成本高，再生困难，使用受到一定的限制，故一般只用于含油废水的深度处理。因此，近年来开展了寻求新的吸油剂方面的研究，研究主要集中在两点：一是把具有吸油性的无机填充剂与交联聚合物相结合，提高吸附容量：二是提高吸油材料的亲水性，改善其对油的吸附性能。 20 世纪 70 年代 ，美国学者 次提出了超声波辐照的化学效应，随着超声波技术的不断发展，大功率超声波设备的问世，超声波的物理化学效应逐渐成为人们的研究热点。 20 世纪 90 年代以来，国内外学者纷纷致力于超声波降解有机物的研究，开始将超声波应用于控制水污染，尤其是治理废水中难以降解的有毒有机污染物，结果表明，超声波对污染水体的降解机理是声空化效应及由空化产生的增强化学反应的活性自由基的作用。李书光等在超声波处理石油污水的实验中探讨了时间、功率、 和温度的影响。 另外，徐有生等取得专利并大力推广的微波能水处理技术，也 开始应用于 含油 污水 的治理 。 物法 当前的生物法主要用于有机废水的处理，其工艺过程就是通过各种生物细菌的繁衍和生长将有机物进行降解或消化，例如，利用专有细菌的生物催化作用，可以使有机物发生生化反应而生成其他稳定物质，或将有机物作为细菌生长繁衍的饲料，同时将有机物转变为稳定的无机物，从而达到净化污水的目的。例如通常所讲的活性污泥法 厌氧法和好氧法。 生物法去除的污染污主要是有机物，去除的污染指标主要有 P，现将生物法去除以上污染指标的作用和效果作以下分析： 去除 一般认为，组成废水中 物质是可溶性或小分子有机物，从化学和生物学角度来看，是比较容易氧化分解的一类有机物质。其去除方法有化学法和生 10 物法，如化学氧化法中的折点加氯法、臭氧氧化法、二氧化氯法等，生物法中的好氧生物法 即活性污泥法。 活性污泥法是目前废水处理中应用最广泛的好氧生物处理技术，近几十年来，其生物反应和净化机理的研究已经取得了长足的发展，工艺流程渐趋成熟、合理，很适合大规模、浓度高的废水处理，选择活性污泥法作为废水的处理方法已成为大家的共识。 污水中 去除是靠微生物的吸附 和代谢作用，然后对污泥与水进行分离完成的。活性污泥中的微生物在有氧的条件下将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞，将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是 稳定物质。这也就是污水中 降解过程。在这种合成代谢与分解代谢过程中，溶解性有机物（例如低分子有机酸等易降解有机物）直接进入细胞内部被利用，而非溶解性有机物则首先被吸附在微生物表面，然后被酶水解后进入细胞内部被利用，如： 原生质（微生物） 剩余污泥（ 有机物 +生物 中间产物 废水生物处理过程示意图 由此可见，微生物的好氧代谢作用对污水中的溶解性有机物和非溶解性有机物都起作用，并且代谢产物是无害的稳定物质，因此可以使处理水中 的残余度降得很低。 但对于不溶性有机物质如：油脂、淀粉、蛋白质等物质，采用活性污泥法就不能完全有效的将其去除，要想达到更高的出水要求，必须用化学氧化法。 由此可见，微生物的好氧代谢作用对污水中溶解性有机物的降解非常有效，并且代谢产物是无害的稳定物质，对非溶解性有机物的降解作用就大打折扣，因此，在污水处理系统中往往把厌氧水解酸化作为好氧处理工艺的预处理，以便将复杂的大分子有机物分解为好氧菌可以接受的小分子有机酸类物质，使好氧菌能彻底降解废水中的有机物（ 在生物法处理工艺中，好氧工艺在去除 面是不可代替的方法。但具 11 体选择生物法或化学法，要根据处理水的量和排出水的要求来决定。 去除 污水中的 废水生物好氧量的一个定义性指标，实际上，即使不容易生物降解的有机物如各种油脂类、蛋白质、复杂有机物和高分子碳水化合物，使用重铬酸钾也能将其氧化，因此，我们通常所说的 易生物降解和难生物降解的 合。其去除方法同样有化学法和生物法，如化学氧化法中的折点加氯法、臭氧氧化法、二氧化氯法等，生物法中的厌氧生物处理法可以将活性污泥法难降解的有机物分解，然后再进行 活性污泥法处理，由于餐饮垃圾废水中普遍含有的是可生化有机物（通过厌氧和好氧降解），因此，本章节就生物法各种工艺作一技术性对比。 废水中 括溶解性有机物和难溶性有机物的氧化需氧量，其中，难溶性有机物不容易生化处理，一般认为， 宜采用生物处理工艺； 以生化； 污水可生化性较好。标是判别污水可生化性最简单、直接、也最为常见的方法。但以上提及的各种油脂类、蛋白质、复杂有机物和高分子碳水化合物 等在适宜的环境下，专性微生物能够将其分解，即通常所说的水解酸化，然后在好氧环境中，好氧菌发挥其优势，将已经分解为小分子的有机物降解，从而将废水中的 具体生化过程如下图所示： + 能量 + 内源呼吸 + 能量 + 生物对有机物的分解代谢和合成代谢及其产物示意图 从微生物的作用机理来讲，生化处理工艺可大致分为两类，即好氧工艺和厌污水中的有机物谢产物 成细胞物质谢产物 源呼吸残留物 12 氧工艺。 一、好氧生物处理 好 氧工艺主要是一种在提供游离氧的环境下，以好氧微生物为主，使有机物降解、稳定的无害化处理方法。废水中存在的各种有机物，主要以胶体态、溶解态的有机物为主，作为微生物的营养源，这些高能位的有机物质经过一系列的生化反应逐级释放能量，最终以低能位的无机物质稳定下来，达到无害化的要求，以便进一步回到自然环境或妥善处理。 好氧工艺主要有活性污泥法及其变种如：常规活性污泥法、续批式活性污泥法（ 好氧塘、氧化沟、生物滤池法、生物接触氧化法、生物转盘等，近年来又出现了活性污泥强化工艺 活性污泥法、氧 化沟、曝气稳定塘、生物转盘、生物接触氧化法、 好氧法处理高浓度有机废水都有成功的经验，好氧处理可有效地降低 氨氮，还可以去除铁、锰等金属离子。 1、常规活性污泥法 活性污泥法因其运行费用低、效率高而得到了广泛的应用。美国和德国的几个活性污泥法废水处理厂的运行结果表明，通过提高污泥浓度来降低污泥有机负荷，活性污泥法可以获得令人满意的处理效果。 例如美国宾州 水处理厂，其垃圾渗滤液进水的 6000 21000mg/l， 3000 13000mg/l，氨氮为 200 2000mg/l，活性污泥池的污泥浓度 ( 6000 12000mg/l，是一般活性污泥法污泥浓度的3 6 倍。在容积负荷为 m3d 时， F/M 为 d， 去除率为 97。该厂的运行数据说明，只要适当提高活性污泥法浓度，使 F/M 在 d 之间（不宜再高），采用活性污泥法能够有效地处理高浓度的有机废水。 2、缺氧好氧活性污泥法 缺氧 好氧活性污泥法（ 化 沟）等工艺，因其具有能维持较高运转负荷，耗时短等特点，比常规活性污泥法更有效。最终出水的平均 别从原来的 4000 13000mg/l、 1600 11000mg/l 降低到 00mg/l、 50mg/l。总去除率分别为 缺氧 好氧活性污泥法处理废水中的磷和氮也优于其它生物法。磷的平均去 13 除率为 氮的平均去除率为 缺氧 好氧有效地解决了其它生物处理方法中经常出现的 量过高对好氧段的抑制问题。 3、曝气稳定塘 与活性污泥法相比，曝气稳定塘体积大，有机负荷低，尽管降解进度较慢，但由于其工程简单，在土地资源丰富的地区，是最省钱的好氧生物处理方法。美国、加拿大、英国、澳大利亚和德国的小试、中试及生产规模的研究都表明，采用曝气稳定塘能获得较好的处理效果。 4、生物膜法 与活性污泥法相比，生物膜法具有抗水量、水质冲击负荷的优点，而且生物膜上能生长世代时间较长的微生物，如硝化菌之类。但是生物膜法只能处理与城市废水性质相近的废水，对于有机物、氨氮较高的高浓度有机废水，此方法还有待研究。 5、曝气生物滤池 (曝气生物滤池又称淹没式曝气生物滤池，是在 20 世纪 70 年代末 80 年代初出现欧洲的一种膜法处理工艺。当时，欧洲各国出台了更严格的出水排放标准，增加了控制出水氮、磷含量的指标。而大城市中，越来越多的污水处理厂建在城区附近，甚至成为市区的一部分。这种出于经济考虑的新趋势，给污水处理技术的选择带来了困难。在这种情况下， 颖而出。该技术最初是用在污水处理的二级处理以后，由于其良好的处理性能，应用范围不断扩大。与传统的活性污泥相比， 性微生物的浓度要高得多。由于反应范围体积小，且不需二沉池，其占地面积仅 为活性污泥法的 1/3，此外，还具有臭气少、具有模块化结构和便于自控制等优点。 6、接触氧化工艺 生物接触氧化法是一种具有活性污泥法特点的生物膜法，相当于在曝气池中添加填料，使填料表面长满各种生物膜，生物膜的实质是使细菌和真菌微生物和原生动物、后生动物类的微型动物附着在滤料或某些载体上生长繁衍，并在其上面形成一种膜状生物污泥 生物膜，废水和生物膜接触，在生物膜的作用下，同时在废水中存在一定数量的悬浮状态的活性污泥和脱落的生物膜，废水得以净化。 生物膜随着微生物的不断增长逐渐加厚，当 外层好氧菌的消耗而难以 14 渗入到内层时，在生物膜内部形成厌氧层，厌氧代谢产生 气体，使生物膜的黏附力下降，在水力的冲刷力和剪切力作用下生物膜成片脱落，裸露的填料表面又重新挂膜，脱膜和挂膜始终形成动态平衡，使生物膜不断得到更新，始终具有活力。 接触氧化的另一个特点是污泥龄长，填料上生长着大量的硝化菌和丝状菌，硝化效果好而不产生污泥膨胀，且由于生物反应进行的彻底，污泥的泥龄长等特点，使得剩余污泥量小于其他处理方法。 7、 理工艺 理工艺是近年来发展起来的一种利用好氧生物处理技术和膜分离技术 的有机结合体，它处分利用了膜分离技术的优势，在反应池中有效的将水和悬浮物分离，极大的提高了好氧系统的污泥（微生物）量，在水力停留时间（ 变的情况下，提高微生物（活性污泥）的停留时间（ 在没有提高污泥负荷的前提下，较大程度的提高了容积负荷，从而使好氧系统的生物降解能力大大提高，提高了处理装置的抗冲击能力，特别在处理高浓度有机废水方面显现出了独特的技术优势。 二、厌氧生物处理 厌氧生物处理技术也是生化处理的一种方式，可利用的价值不在于其最终能够降解多少有机物，而在于它能够将大分子、复杂的、大分子 量的碳水有机物分解为好氧污泥可以降解的小分子物质，对于浓度不高而其中有机物结构复杂、难以生化的废水，处理的目的不是降解 是提高可生化性，即提高 有目的地运用厌氧生物处理已有近百年的历史，近 30 年来，随着微生物学、生物化学等学科的发展和工程实践的积累，新的厌氧工艺被不断开发出来，新工艺克服了传统工艺的单位 力停留时间长、有机负荷低等缺点，使厌氧工艺在理论和实践上有了很大进步，在处理高浓度有机废水方面取得了良好效果。 厌氧生物处理有许多优点，最主要的是能耗低，操作简单，因此投资及运 行费用低廉，而且由于产生的剩余污泥量少，所需的营养物质也少。 厌氧处理一般分为四个阶段： 第一阶段 第二阶段 15 第三阶段 第四阶段 在水解阶段，固体物质降解为溶解性的物质，大分子物质降解为小分子物质；产酸阶段（酸化阶段），碳水化合物降解为脂肪酸，主要是醋酸、丁酸和丙酸，水解和产酸进行得较快，难于把它们分开，此阶段的主要微生物是水解 产酸菌；第三阶段是酸性衰退，有 机酸和溶解的含氮化合物分解成氮、胺和少量的此阶段中，由于产氮细菌的活动使氨态氮浓度增加，氧化还原势降低， 上升， 的变化为甲烷创造了适宜的条件，酸性衰退阶段的副产物还有 哚、粪臭素、和硫醇等。由此可见，使厌氧发酵带有不良气味的过程发生在第三阶段；第四阶段是由甲烷菌把有机酸转化为沼气。酸性衰退和产甲烷阶段较难控制，且容易受到环境中有毒物质的影响。 20 世纪 70 年代以来，世界各国将开发新能源与发展高效节能的废水处理工艺相结合，涌现出一批废以提高厌氧微生物浓度和停 留时间（ 缩短水力停留时间（ 代表的新型反应器，即所谓的第二代废水厌氧处理反应器。其中典型的代表有：上流式厌氧污泥床反应器（ 厌氧附着膜膨胀床（ 厌氧生物滤池（ ，第二代厌氧反应器具有相当高的有机负荷和水力负荷，在低温和冲击负荷、存在抑制物等不利条件下仍具有很高的稳定性。水的厌氧生物处理，可行的方法有：厌氧接触法、厌氧生物滤池、厌氧塘、升流式厌氧污泥床、厌氧膨胀床、厌氧流化床、厌氧生物转盘、厌氧挡板（折板）式反应器、复合厌氧法、两相厌氧法等，其中研究开发得最多的是 升流式厌氧污泥床、厌氧生物滤池等，现分别论述如下： 1、升流式厌氧污泥床 目前发展得最快、建造的装置数目最多的厌氧处理系统是荷兰的 人发明的升流式厌氧污泥床 (简称 应器，这项技术是荷兰农业大学在1974 1978 年开发的。升流式厌氧污泥床反应器具有构造简单、处理能力大、处理效果好、投资少等优点，因此迅速风靡世界，广泛应用于糖厂、酒精厂、造纸厂、乳品厂以及屠宰厂等，处理效果相当令人满意。 应器近年来的迅速发展，是因为它与传统的厌氧和好氧工艺相比，具有以下优点： 成本低 艺简单、反应器体积小、造价便宜、运行中不但能耗小于好氧工艺、且可产生大量的生物气能源， 艺在处理废水时很少或不添加化学药 16 品，且只产生极少的沉降性能良好、容易脱水的剩余污泥，从而大大节省了污泥处理所需的费用。由于成本低，该工艺特别适合于发展中国家，以解决资金短缺与环境保护之间的矛盾。联合国与荷兰政府合办的国际农业中心已为此举办了数届国际低成本废水处理技术展览向发展中国家推广这一技术。 处理效率高 应器污泥床内生物量多，折合浓度计算可达 20 30g/l；容积负荷率高，在中温发酵条 件下，一般可达 10m3/d 左右，甚至能够高达15 40m3/d，污水在反应器内的水力停留时间较短，因此所需用地大大缩小。 反应器体积小 应器为高速厌氧反应器，单位容积负荷高，所以反应器体积相对较小，占地较少。 操作方便 应器内的厌氧颗粒污泥可以在停机或放置在环境中，不加任何措施保存一年以上，不丧失其活性和沉降性能。因此，停机后，再次启动很容易。 对于本工程来讲， 应器的主要缺陷为： 艺的稳定性和高效性在很大程度上取决于 应器内能否生成大量具有优良沉降性能和很高产甲烷活性的污泥，特别是颗粒状污泥，否则，效率将大大降低。 和普通的厌氧处理工艺相比， 水中所允许的难生物降解的有机物不宜过多。 但本工程拟处理的废水为餐饮垃圾废水， 高，很容易生化，再加上合理的污泥操作，极易形成沉降性能良好和高活性甲烷菌的污泥，达到预期效果。 2、厌氧生物滤池 厌氧生物滤池（ 称 为厌氧生物膜法的代表性工艺，是世界上使用最早的废水 厌氧生物处理技术之一。 厌氧生物滤池是一种将过滤和固定膜生物转化过程相结合的系统，废水流经填料时，废水中的悬浮物被捕集、积累，最终依靠重力的作用沉降到池底；大量的细菌及较高级的微生物可在填料表面附着生长，形成生物膜。 17 生物膜在填料表面的形成及生长是有机物在水相中多种生物化学作用的过程。水相中有机物分子与微生物，首先经过传输及黏附或吸附在填料表面；再则细菌附着在填料表面，第一步细菌的细胞由静电引力及范德华引力的作用，很快接近填料表面；第二步由聚合架桥及空间分子的相互作用，细胞膜开始黏附在填料表面。这个过程比较 慢，生物膜的逐渐成长是微生物新陈代谢的过程。老化的生物膜可以自动脱落，可以受到水流的剪力作用而分离。 厌氧滤池具有如下特点： 由于厌氧微生物在厌氧生物滤池中以附着于载体表面形成生物膜和截留在填料空隙间的形态存在，可以积累大量的厌氧活性生物体，以保持高的微生物浓度，因此去除有机物的能力很高。 由于有较长的固体停留时间，因此生成的剩余污泥量少。据有关资料报道，生产性 600d 的运行中没有废弃污泥。不需要专设泥水分离设施，且出水 低。 厌氧生物滤池由于生物膜附着生长，故承受冲击负荷的能力较强 ，冲击负荷过去后能很快自动恢复正常的工作。 由于采用了固定膜技术，废水进入反应器内，逐渐被细菌水解酸化，转化为乙酸和甲烷，废水组成在不同反应器高度逐渐变化，微生物的种群的分布也呈现规律性。在底部（进水处），发酵菌和产酸菌占很大比重，随反应器的升高。产甲烷菌逐渐增多并占主导地位。 无需搅拌和回流设施，整个工艺能耗低，系统运行稳定，运行管理简便。 与其它各类厌氧处理方法相比，由于生物膜的存在，厌氧滤池去除难生物降解有机物的能力相对较强，出水水质相对较好。 但厌氧滤池也有如下缺点： 对高浓度高氨氮有机 废水来讲，厌氧滤池的容积负荷大大低于 应器，因此为达到满意的处理效果，厌氧滤池的水力停留时间需很长。 厌氧滤池填料的成本较高，甚至会高于滤池池体的成本。 厌氧滤池最大的缺点是不适宜处理悬浮物含量高的废水。 18 N 的去除 大量含氮的有机工业废水排入天然水体将恶化水体质量，影响渔业发展、危害人体健康。废水中氮污染的主要危害有：氨氮消耗水体中的溶解氧，氨氮随废水排入水体后，可在硝化细菌作用下被氧化为硝酸盐，氧化每毫克的 N，要消耗水体的溶解氧 氨氮会与 氯作用生成氯胺，并氧化成氮，当以含有较高浓度氨氮的水体作水源，或对含氨氮量较高的废水处理厂出水进行消毒时，要增加氯消耗量。无机氮化合物对人和生物有毒害作用，氨氮会影响鱼鳃的氧传递，浓度较高时甚至使鱼类死亡。硝酸盐和亚硝酸盐有可能转化为亚硝胺，而亚硝胺是致癌、致变和致畸物质，对人体有潜在威胁。加速水体的富营养氧化过程，水体富营养化后，藻类的迅速繁殖将降低水的质量，主要表现为：影响给水处理，造成处理设施（如滤池）易被堵塞，缩短了冲洗周期，增加水处理费用；造成水体水流变缓，水深变浅，最终导致水体消亡； 由于藻类的代谢，使水具有色和气味，影响感观；蓝绿藻产生的毒物危害鱼和家畜；由于藻类的腐烂引起溶解氧的大量消耗等等。因此，含氮废水必须进行处理后排放。 中等浓度的氨氮废水的主要处理方法有空气吹脱法、化学处理法中的折点加氯法、选择性离子交换法、生物脱氮法、电渗析和反渗透等六种方法，其中电渗析和反渗透方法由于处理成本很高，除特殊情况外，很少使用。 生物脱氮法是废水中的含氮有机物在生物处理过程中被异养型微生物氧化分解，转化为氨氮，然后由自养型硝化细菌将其转化为亚硝态氮和硝态氮，最后再由反硝化细菌将亚硝态氮和硝态氮转 化为气态氮，从而达到脱氮的目的。生物脱氮工艺具有多种形式，其中工程上常见的 A/O 法脱氮工艺流程。 生物脱氮主要优点有： 脱氮效果较好； 处理费用低； 温度适用范围较广； 同时可去除部分的磷； 无二次污染。 主要缺点有： 对废水中的毒物比较敏感； 19 某些生物脱氮工艺操作管理较为复杂。 环境因素对硝化反应和反硝化反应的影响是不相同的，描述如下： 温度 温度对硝化菌的比增长速率及硝化速率有着重要影响。硝化反应的适宜温度范围为 30 35，此时硝化菌的比增长速率最大；在 5 35的范围内，反应速率随温度升高而加快。当温度低于 15，硝化速率明显下降；温度低于 5时，硝化菌的生命活动几乎停止。对于同时去除有机物和进行硝化反应的系统，温度低于 15即发现硝化速率迅速降低。低温对硝化菌的抑制更为强烈，因此在12 14时常会出现亚硝酸盐的积累。 反硝化反应可在 5 27范围内进行，当温度达 3时，反硝化反应将完全停止。 溶解氧 水中溶解氧浓度对硝化菌的增殖和氧化反应存在着明显的影响，水中溶解氧浓度降低，硝化菌的增长速率和硝化率也随之降低。研究表 明，亚硝酸菌对溶解氧的忍耐能力大于硝酸菌。据报道，在水中溶解氧浓度为 时，亚硝酸菌仍能正常活动，而硝酸菌慢被抑制，从而使系统内的亚硝酸盐浓度产生积累。 值得注意的是，在活性污泥絮体以及生物膜的内部存在着氧的浓度梯度，因此，在活性污泥和生物膜法生物硝化系统中，尽管混合液中的溶解氮浓度可能较高，但絮体或生物膜内部溶解氧的浓度由于扩散受阻，可能已达到限制其增长和进行硝化的浓度。因此，在实际硝化系统中，需要维持溶解氧的浓度应由反应器内形成的絮体大小、生物膜厚以及相应的混合强度来决定。絮体越大或生物膜越厚 ，混合强度小，则扩散能力越差，相应地混合液所需维持的溶解氧浓度就必须越高，否则硝化过程将受到抑制。一般认为在活性污泥法硝化系统中，要维持正常的硝化效果，混合液溶解氧浓度应大于 l；而在生物膜法硝化系统中，由于其混合条件差，溶解氧浓度应大于 l。同时，l 是硝化菌可忍受的极限。 溶解氧对反硝化反应亦有很大影响，主要由于氧会同硝酸盐竞争电子供体，且会抑制硝酸菌还原酶的合成及其活性，一般认为系统中溶解氧应保持在 能保持反硝化反应的正常进 行，但生物膜系统中氧的传递阻力较大，可以容许较大的溶解氧浓度。 20 硝化菌对 的适应范围较宽，其最佳 范围为 硝酸的最大硝化速率发生 为 8 9 时；硝酸菌的最大硝化速率发生在 。 向酸性和碱性方向移动，硝化速率即下降。 低于 高于 ，硝化反应将停止进行。 另一方面，由于硝化过程本身放出 H+，如果系统本身的缓冲能力较低，则随着硝化过程的进行，如果废水本身的碱度消耗殆尽， 将下降到很不利的水平，甚至导致硝 化过程完全终止。 反硝化菌反应碱度的反应，反硝化菌的适宜 为 适宜的 抑制物质 某些有机物和大多数重金属离子及其复合阴离子对硝化菌具有抑制作用。 由于硝化过程是亚硝酸菌和硝酸菌两大菌群协同作用的过程，其中任何一种菌群被抑制。硝化过程将不能正常进行。很明显，如果亚硝酸菌被抑制，硝化过程将完全终止；如果硝酸菌受到抑制，则系统内将发生亚硝酸根的积累。 污泥泥龄 为使硝化菌能在连续 流的反应系统中存活并维持一定数量，微生物的反应器中的停留时间即污泥龄 c 应大于硝化菌的最小世代期，硝化菌的最小世代期即其最大比增长速率的倒数。一般应取系统的污泥龄为硝化菌最小代期的两倍以上，并不小于 3保证一年四季度有充分的硝化反应，污泥龄应大于 10d。 碳源 反硝化过程需要提供足够的碳源，反硝化速率除与环境因素有关外，还受碳源种类的影响。如果废水中有充足的有机物碳源，可以直接用作反硝化的碳源。一般认为，当废水的 N 即 C/N 大于 ，可认为碳源充足，反 硝化正常，不需投加外碳源。反之则应投加甲醇或其他易降解的有机物作为外加碳源。 近年来，常用的生物除磷脱氮工艺主要有三类：第一类为按空间进行分割的连续流活性污泥法；第二类为按时间进行分割的间歇式活性污泥法；第三类为前两类的不同组合。 21 一 、按空间分割的连续流活性污泥法 按空间分割的连续流活性污泥法是指各种功能在不同的空间（不同的池子）内完成。目前，较成熟的工艺有： A/O 法、氧化沟法和 。 1、 A/O 法 A/O 法即厌氧、缺氧、好氧活性污泥法。污水在流经三个不同功能分区的过程中 ，在不同微生物菌群作用下，使污水中的有机物、氮和磷得到去除。 该工艺在系统上是最简单的同步除磷脱氮工艺，在厌氧（缺氧）、好氧交替运行的条件下可抑制丝状菌繁殖，克服污泥膨胀， 一般小于 100，有利于处理后污水与污泥的分离，运行中在厌氧和缺氧段内只需轻缓搅拌，运行费用低。由于厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开，有利于不同微物菌群的繁殖生长，因此脱氮除磷效果好，但对 N 比值敏感，为了解决回流污泥中过多的硝酸盐对厌氧放磷的影响，产生了 艺。 与 法相比， 艺不同之处在于污泥先回流至缺氧 池，而不是厌氧池，再将缺氧池部分混合液回流至厌氧池，从而减少了回流污泥中硝酸盐对厌氧放磷的影响，并且增加了厌氧段有机物的利用率。 2、氧化沟法 氧化沟工艺是五十年代初期发展起来的一种污水处理工艺形式，因其构造简单、易于维护管理，很快得到广泛应用。到目前为止已发展成为多种形式，主要有： 环折流型、 沟型、 心圆型、 D 型双沟式和 传统的 和 沟型氧化沟不具备除磷脱氮功能，但是在化沟前增设厌氧池，在沟体 内增设缺氧区，形成改良型氧化沟，便具备生物除磷脱氮功能。 氧化沟池型具有独特之处，兼有完全混合和推流