（环境工程专业论文）浅论unitanklucas工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用.pdf

浅论u n i t a n k l u c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用中山大学硕士学位论文 浅论切岍n 蝌刚l u c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用 专业：环境工程 工程硕士生：邵力伟 指导教师：雷恒毅教授 摘要 u n i t a n k i ，i7 c a s 工艺是一种由传统活性污泥法和序批式活性污泥法( s b r - - s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) 复合而成的污水处理工艺。 u n i t a n k 工艺开发于2 0 世纪9 0 年代，l u c a s 工艺是在u n i t a n k 工艺基础上 于2 1 世纪初研发出来的，比u n i t a n k 更灵活、更优越。 典型的u n l t a n 刈l u c a s 工艺每组由三个池组成，每个池配备有相同的设 备( 曝气器、搅拌器、出水堰等) ，有相似的运行周期。所有池都水力相连并可完 全独立。由工艺矩阵控制各个池在曝气池和沉淀池之间转换。 本文以澳门的醛仔、路环、跨境工业区污水处理厂为例，论述了如何根据污 水处理厂进水水质水量特点及出水标准的不同，通过使用并优化工艺矩阵，将 u n i t a n k l u c a s 工艺池与池、组与组之间排列组合，实现提高b o d 5 、c o d e r 、 s s 去除率、增加脱氮除磷功能，使出水达标的目的。具体为： 跨境工业区污水处理厂l u c a s 一3 池变为l u c a s 一1 池，成为s b r ，出水再经 m b r 深度处理的调试。跨境工业区污水处理厂l u c a s 1 池脱n 除p 的调试； 路环污水处理厂一期2 池运行的调试； 路环污水处理厂一期升级前3 池运行及升级后3 池运行加脱n 除p 的调试； 路环污水处理厂二期3 池加脱n 除p 的调试； 醛仔污水处理厂3 池2 组同时运行的调试。 经过优化调试，以上污水处理厂运行稳定、出水全部达标排放。b o d 5 去除 率8 3 9 6 ；c o d e r 去除率7 9 - - 9 4 ；s s 去除率8 1 9 9 ；t n 去除率 3 3 - 6 7 ；t p 去除率4 2 - 8 2 ，n h 3 一n 去除率6 5 9 9 。 综上所述，u n i t a n k l u c a s 工艺在澳门多个污水处理厂的成功运行，再一 次证明了此工艺确实是成熟可靠、灵活性强的特点。其将在大中华地区以及世界 各地的有更为广泛的应用 关键词：u n i t a n l ；孔u c a s 污水处理工艺矩阵运行调试 浅论u n r r a n l ( l u c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用中山大学硕士学位论文 r e s e a r c ho nu n i t a n k l u c a st e c h n o l o g ya n di t s a p p l i c a t i o ni ns e v e r a lw a s t ew a t e r t r e a t m e n tp l a n t si nm a c a us a r m a j o r ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g n a m e ：s h a ol i w e i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl e ih e n g y i u n i 圳k l u c a st e c h n o l o g yi sak i n do fa c t i v a t e ds l u d g ew a s t ew a t e r t r e a t m e n tt e c h n o l o g yw h i c hi sac r o s s o v e ro fc o n v e n t i o n a la n db a t c h ( s b r s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o ra c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) s y s t e m s u n i 删kt e c h n o l o g y w a sd e v e l o p e di n19 9 0 s 删l el u c a st e c h n o l o g yw a sd e v e l o p e do nt h eb a s i so f u n i t a n ki nt h eb 口g i n n i n go f2 1 研c e n t u r y at y p i c a ll a n eo fu n i 删k l u c a st e c h n o l o g yc o n s i s t so ft h r e er e a c t o ru n i t s ； e v e r yr e a c t o rh a st h es a m ee q u i p m e n t s ( a e r a t o r , m i x e r , e 御u e n tw e i r , e t c ) ，s i m i l a r o p e r a t i o nc y c l e ，h y d r a u l i c a l l yc o n n e c t e d ，a n dc o m p l e t e l ya u t o n o m i c e v e r yt a n kw a s c o n t r o l l e db ym a t r i xt oa c ta sa e r a t i o nt a n ko rs e d i m e n t a t i o nt a n k t 1 1 i st h e s i sw i l lt a k et a i p a , c o l o a n e c r o s sb o r d e ri n d u s t r i a lz o n e w 门甲a s e x a m p l e st od i s c u s sh o wt oa r r a n g ea n dc o m b i n et h er e a c t o r s a n dl a n e so f u n i t a n k l u c a st e c h n o l o g yt h r o u g ha d a p t i n ga n do p t i m i z i n gt h em a t r i xt oi m p r o v e t h er e m o v a lr a t eo fb o d s ，c o d c r ，a n ds s ，a n da d db i o l o g i c a ln a n dp - r e m o v a l a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r so fi n f l u e n tf l o w , i n f l u e n tq u a l i t ya n dd i f f e r e n te m u e n t s t a n d a r d so f t h ea b o v et h r e e 哪p s f o re x a m p l e c b i zw ，t p ：o p e r a t e1o f3r e a c t o r s a n df u l lm b rf o ra l lt h ee f f i u e n t ； c o l o a n ep h a s ei ：o p e r a t e2o f t h e3r e a c t o r so f o n el a n e ； u p g r a d eo f c o l o a n ep h a s ei ：a d db i 0 1 0 g i c a ln - a n dp r e m o v a lf u n c t i o n ； n e w l yb u i l tc o l o a n ep h a s ei i ：s t a r tu pw i t hn - a n dp r e m o v a lf u n c t i o n ； t a i p a 、7 l 汀p ：o p t i m i z et h e2l a n e s a r e rt h eo p t i m i z a t i o n , t h ea b o v e 冈盯p sa l lm e e tt h ee f f l u e n ts t a n d a r d s t h e r e m o v a lr a t eo f b o d s ，c o d c r ，s s ，t n ，t p ，a n dn h 3 一na r e8 3 - 9 6 ，7 9 9 4 ，8 l - 9 9 ，3 3 - 6 7 ，4 2 - 8 2 ，6 5 - 9 9 r e s p e c t i v e l y i nc o n c l u s i o l l t h es u c c e s so p e r a t i o ni nm a c a op r o v e dt h a tt h eu n i t a n k iji c a s t e c h n o l o g yi sc o m p a c t ，r o b u s t ，f l e x i b l ea n dr e l i a b l e t h et e c h n i q u ew i l lb ew i d e l yu s e d i nt h er e g i o no fg r e a t e rc h i n aa n da l lo v e rt h ew o r l d k e yw o r d s ：u n i t a n k l u c a s ， s t a r t - u p w a s t ew a t e rt r e a t m e n t ，m a t r i x , o p e r a t i o n & v 浅论u n l l r a 卜i l ( ，iu c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用中山大学硕士学位论文 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 锄咋 日期：枷尸年1 月厂日 浅论u n i t a n k l u c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用 中山大学硕士学位论文 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查 阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其 他方法保存学位论文。 导师签名： 醐：7 1 1 1 年，2 月s 日 浅论u n i t a n k l u c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用中山大学硕士学位论文 第一章前言 1 1u n i t a n k l u c a s 工艺的由来 1 1 1 污水的生物处理原理 u n i t a n k ，i ，i ，c a s 工艺是一种由传统活性污泥法和序批式( s b r ) 活性污泥 法复合而成的污水处理工艺。活性污泥法又是一种生物处理污水的方法。要说明 活性污泥法，就要先说明污水的生物处理的原理。 污水是各种无机物( 砂、土、盐类等等) 和有机物( 蛋白质、糖类、油类和 脂肪等等) 的混合物。未经处理的污水任意排入天然水体，会使水中的物质组 成发生变化，破坏原有的物质平衡，造成水质恶化。 污水处理方法很多，归纳起来可分为物理法、化学法和生物法等。 生物法处理污水( 如图l l 所示) 可简化表示为利用微生物的作用，使污水 中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为无害的物质。其实也就是将污染物从污 水中转移至污泥中。转移模式取决于污染物的具体性质。生物法处理污水，因为 其简单性和经济性，成为处理可生物降解污水的最实用和最经济的方法。 微生物 污水+ 污染物t _干净的出水 i 污泥+ 污染物 图1 1 生物法处理污水简刚2 】 对于可生物降解的有机物，污染物称为基质，是污泥的养分( 碳源) 。通过降 解基质，微生物可以得到能量( 分解代谢异化作用) ，也可以得到细胞生长所需 的细胞组成物质( 合成代谢同化作用) 。具体见图1 2 。 l 浅论u n i t a n k l u c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用中山大学硕士学位论文 图1 2 微生物新陈代谢简刚3 】 其中异化作用是产能反应。在这组生化反应中，基质被降解并产生最终产物 c 0 2 、h 2 0 、矿物质等等，被排出，同时，细菌最需要的能量在这过程中产出。基 质缺乏时，储存的碳源被消耗以供细胞自身的能量需求( 称为内源呼吸) 。这过程 叫做基质呼吸。 同化作用即为生物量的生长。有机物( 主要是碳) 在异化作用产生的能量和 营养物质( 主要是氮磷) 作用下，转化为新的细胞物质。如果没有基质，细胞会 消化氧化自身。也叫做内源呼吸。新细胞的合成作用需要储存的碳源和降解的中 间产物，很明显还需要异化作用中产生的能量。同化作用的结果是污泥浓度连续 增长。这也是需要周期性从生物反应池排泥的原因。被排出的污泥又叫剩余污泥。 微生物是生物法处理污水的关键。微生物的新陈代谢需要能量。能量的来源 是发生在细菌细胞内的酶控氧化还原反应。反应产生的能量以a t p ( 三膦酸腺苷) 的形式被细胞获取。a t p 分子在需要的时间和地点释放出其化学键中储存的能量 供细胞使用。被吸收的基质( 电子供体) 发生酶促氧化反应需要电子受体。反应 中，电子受体被还原，电子供体被氧化。换句话说，带负电荷的电子从电子供体 ( 有机基质) 通过酶通道转移到电子受体。这些氧化还原反应要经过数次酶促反 应，才能最终完成，使细胞可以获取化学氧化反应中释放的能量。该能量可用在 细胞需要的地方( 细胞生长、维护、修复、分裂等等) 。 生物法处理污水可根据电子受体的不同分为如下两类： 2 浅论u n t l r a n k ，1 1 7 c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用 中山大学硕士学位论文 污水的好氧( 或缺氧) 处理法。最终的电子受体为分乇态氧( 氧气) 或结合 态氧( 硝酸盐) 。在好氧工艺中，分子态氧( 氧气) 为电子受体。因此，生物反应 池中的曝气量必须充足，才能好氧降解基质。下式( 1 1 ) 以简化方式描述了葡 萄糖( 一种普通的基质分子) 的好氧降解。在细胞中此反应在多种酶的作用下， 分几步完成。 5c 6 h 1 2 0 6 + 3 00 2 3 0c 0 2 + 3 0h 2 0 + 能量( 1 1 ) 在缺氧环境中，分子态的氧不存在，只有结合态的氧，如硝酸盐。某些菌类 ( 如假单胞菌、产硫酸杆菌、副球菌属等等) 能够在无氧气的情况下，利用硝酸 盐作为电子最终受体。只有在绝对无氧气的状态下，它们才会调整呼吸方式，利 用硝酸盐。在缺氧段，反应池没有曝气，只有搅拌。简化的葡萄糖代谢见下式( 1 2 ) 。 5c 6 h 1 2 0 6 + 2 4n 0 3 。+ 2 4 时- - - 1 2n 2 + 3 0c 0 2 + 4 2h 2 0 + 能量 ( 1 - - 2 ) 注：用生物法脱氮，要先进行硝化反应，然后再进行反硝化反应。硝化反应 将氨氮转化为硝酸盐氮。反硝化反应将硝酸盐氮转化为氮气，释放到大气中。 污水的厌氧处理法的最终电子受体为除氧以外的其它物质，通常为有机物质 ( 发酵) 和二氧化碳。厌氧消化是在无氧条件下进行生物降解的产能反应。厌氧 降解需要不同种类的菌群合作才能完成。每种菌群在厌氧降解的特定步骤( 按顺 序有，水解、酸化、酰化、甲烷化) 中起作用。在厌氧降解的最后一步( 甲烷化) 会生成甲烷。甲烷和生物降解反应中产生的其它气体( 主要为二氧化碳、也有氮 气、硫化氢、一氧化氮和氧气) 被统称为沼气。沼气中富含能量的甲烷( 1 0 0 甲 烷= 3 5m j n m 3 ) 占很大比例( 6 0 - 8 5 体积) 。这使利用沼气产热、产机械能和产 电能成为可能。只有极少数的微生物可以将基质厌氧生物降解。这些厌氧菌群与 好氧法处理污水用到的菌群完全不同。 活性污泥法是好氧生物处理方法。 1 1 2 活性污泥法的原理 1 9 1 2 年英国的克拉克( c l a r k ) 和盖奇( g a g e ) 发现，对污水长时间曝气会 3 浅论u n l t a n k l u c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用中山大学硕士学位论文 产生污泥，同时水质会得到明显的改善。继而阿尔敦( a r d e n ) 和洛开脱( l o c k g t t ) 对这一现象进行了研究。曝气试验是在瓶中进行的，每天试验结束时把瓶子倒空， 第二天重新开始，他们偶然发现，由于瓶子清洗不完善，瓶壁附着污泥时，处理 效果反而好。由于认识了瓶壁留下污泥的重要性，他们把它称为活性污泥。随后， 他们在每天结束试验前，把曝气后的污水静止沉淀，只倒去上层净化清水，留下 瓶底的污泥，供第二天使用，这样大大缩短了污水处理的时间。这个试验的工艺 化便是于1 9 1 6 年建成的第一个活性污泥法污水处理厂。 活性污泥法就是以悬浮在水中的活性污泥为主体，在微生物生长有利的环境 条件下和污水充分接触，使污水净化的一种方法【4 】。 活性污泥是以好氧性细菌为主体的微生物和水中的悬浮物质、胶体物质混杂 在一起形成的肉眼可见的絮状颗粒。颗粒大小约0 0 5 - - 0 5 m m ，表面积为2 0 - 1 0 0 c 矗1 1 1 1 ，比重约1 0 0 2 - - 1 0 0 6 ，静置时能立即凝聚成较大的颗粒而沉降。絮状体 一般呈黄褐色，因水质不同也有呈深灰、灰褐，灰白等色。通过以活性污泥或生 物膜形式存在的微生物旺盛的代谢活动，氧化分解有机污染物，使污水净化。微 生物的代谢，无论合成或分解，都是一系列极为复杂的生物化学变化，有分解、 合成、氧化、还原、转移、异构等各种反应，绝大多数是在特定的酶促作用中进 行的。活性污泥中的微生物不断地氧化分解污泥所吸附的有机质，合成新的微生 物细胞。活性污泥具有良好的沉降性能，使处理水与污泥分开，达到净化的目的。 活性污泥的特征是：具有很强的吸附能力。活性污泥的比表面积小、菌胶团 表面有丰富的粘液物质。据研究，1 0 - 3 0 r a i n 内，生活污水中b o d 的8 5 - 9 0 可因活性污泥的作用而除去。具有很强的分解、氧化有机物的能力和p n 缓冲力。 活性污泥是多种微生物和有机物颗粒的聚集体，分解、氧化有机物的能力和p h 缓冲力巨大。具有良好的沉降性能。在污水处理过程中，活性污泥能将一些金属 离子吸附，使与有机物形成络合物而得以沉降除去。 使用好氧生物法的污水处理厂，利用氧气和活性污泥将污水中的基质转化为 c 0 2 、h 2 0 和能量。能量可用于细胞消耗或产生新细胞。 0 2 污水+ 活性污泥c q + h 2 0 + 能量( 1 - - 3 ) 4 浅论ii n l l r a n k ，i ，u c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用中山大学硕士学位论文 活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解( 去除) 过程可分为两个阶段，吸 附阶段和稳定阶段。在吸附阶段，主要是污水中的有机物转移到活性污泥上去， 这是由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的粘性物质所致。在 稳定阶段，主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。当污水中的有机 物处于悬浮状态和胶态时，吸附阶段很短，一般在1 5 - - - 4 5 m i n 左右，而稳定阶段 较长。吸附量的大小，主要取决于有机物的状态，若废水中的有机物处于悬浮和 胶体状态的相对量大时，则吸附量也大。污水中有机物不足时微生物开始内源呼 吸自我消耗。 好氧生物处理法大量使用活性污泥。此处的活性污泥即本节前文提到的水与 细菌、真菌、高等有机体( 原生动物和后生动物) 等的混合体。传统的好氧生物 污水处理厂的工艺最少由两个基本工艺步骤组成，它们以空间或时间相分隔。 ( 1 ) 进水和曝气：在此阶段，污水与活性污泥接触( 进水) ，所需氧气充入 生物反应器( 曝气) 。 有机组分先被污泥团吸附( 富集) ，然后生物质的酶促降解就可以开始了( 再 生) 。可生物降解的基质在一定的条件下( p h 、0 2 、温度、营养物等等) 被去除 氧化( 消耗氧) 。生物降解在细菌细胞内以生物化学路径进行) 。部分基质转化为 c 0 2 ( 逃逸到大气中) 、水和其他矿物质组分( 异化作用) 。其他基质转化为新细 胞物质和碳源储备( 同化作用) 。 ( 2 ) 沉淀与排放：曝气后，在沉淀池中制造一个安静的区域或阶段。“较重 的 活性污泥与“较轻的”处理过的水因重力的作用而分离。污泥沉淀后，上层 的清水流到排放点排放。此阶段活性污泥和水因重力而分离。生物降解过程在进 水曝气阶段已经完成。 ( 3 ) m b r - 运行：在膜生物反应器中，沉淀阶段被压力驱动的膜过滤所取代。 膜安装在曝气池内( 沉没式m b r ) 或外部( 过流式r ) m b r 工艺不需要另 外的沉淀池，使污水处理厂布局更紧凑，占地更少。 5 拽论u n i t a n k l u c a s i 艺及其在澳门敷个污水处理厂的应用 中山大学硕士学位论文 1 1 3 传统活性污泥法 传统的活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系统所组 成( 见图1 3 ) 。 进水 污泥回流剩余污泥 图1 3 传统活性污泥法示意图【5 】 污水进到曝气池，和回流的活性污泥起形成混合液。曝气池是一个生物反 应器，通过曝气设备充人空气，空气中的氧溶入污水使活性污泥涫合液产生好氧 代谢反应。曝气设备不仅传递氧气进入混合液，且使混合液得到足够的搅拌而呈 悬浮状态。这样，污水中的有机物、氧气同微生物能充分接触和反应。 在进行生物处理后，混合液流入沉淀池。混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉 下来和水分离。清洁的出水流向排放点。 为了避免活性污泥在沉降池中聚集( 和冲走) ，保持曝气池中污泥浓度( 活性 度) 充足，沉淀池中的污泥大部分回流，称为回流污泥。回流污泥的目的是使曝 气池内保持一定的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度。 曝气池中的生化反应引起了微生物的增殖，增殖的微生物通常从沉淀池中排 除，以维持活性污泥系统的稳定运行。这部分污泥叫剩余污泥。剩余污泥中含有 大量的微生物，排放环境前应进行处理。防止污染环境。如果剩余污泥没有被废 弃，可能会被出水冲走，导致出水超过限值。 在传统系统中，所有基本工艺步骤在地点或时n 相互分隔开。进水和曝气发 生在独立的曝气池中，污泥沉降发生在独立的沉降池中。 6 洼论u n i i a n k l u c a sj j 艺世其在澳门数十污水处理厂的应用中m 大学硕学位论文 传统系统的优点是进水和出水持续流动( 管道和泵的最小液压容量) 、反应器 液面恒定( 不需要移动设备) 、工艺简单。缺点是占地面积较大( 采用独立的曝气 池和沉降池) 、建造成本较高、工艺灵活度有限( 以地点控制) 。 1 1 4 s b r 法 s b r 是序列间歇式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r a c t i v a t e ds l u d g e p r o c e s s ) 的简称，足一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称 序批式活性污泥法。它由单池组成，工艺步骤在时间上分离，我们称之为“阶段”。 各阶段的顺序在时间上不断重复，因此这些系统经常称为“循环式系统”。其顺序 性阶段包括；进村曝气阶段和沉降排放阶段。在曝气一段时间后，曝气系统关 闭。此时，污泥在同一个池中沉降。污泥充分沉降后，洁净的水被导向排放点。 然后进水曝气阶段重新开始，不需要污泥再循环。因不断产生新污泥剩余的 活性污泥排到污泥处理脱水系统。具体如下图1 4 所示。 出水 “- 竿h _ 十+十 一进景i 1 t ， 图1 4s b r 法示意图1 5 i 如图14 所示：s b r 系统主要处理步骤如下： 进水：污水被送到反应器中，与活性污泥混合。反应器曝气并混合，或者当 需要反硝化时只进行混合。在此阶段，活性污泥大量负荷了污水。活性污泥吸附 7 飞 浅论u n i t a n k l u c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用中山大学硕士学位论文 可生物降解的有机化合物。此阶段称为积聚阶段。此工艺条件可与传统活性污泥 系统的选择区极为相似。即图1 4 中的第一阶段。 曝气：活性污泥进行曝气( 或者在反硝化阶段进行混合) 。此时没有进水污水。 污泥降解已经吸附的可生物降解的化合物。此阶段称为再生阶段。其条件与传统 系统的生物反应器相似。即图1 4 中的第二阶段。 进水和曝气( 积聚再生) 交替进行是增加活性污泥数量的最佳方式，使得活 性污泥结构稠密，沉降特性良好。第一、第二阶段可以交替。 沉淀：在此阶段没有进水，而且曝气和混合停止。时间和环境都促使污泥“絮 结 形成较大的污泥结构。污泥向下沉降。池中条件对污泥沉降极为理想：反应 器中没有水流，不存在逆流阻碍污泥沉降。由于传统生物系统存在二级沉淀池， 因此不会出现理想的条件。即图1 4 中的第三阶段。 排放：在此阶段，反应器的上层被排放。污泥继续向下沉降。对污泥沉降极 为理想的条件再次出现在反应器中：在整个污泥层中没有水流。必须强调的是， 污泥沉降的条件比二级沉淀池更好。在此阶段，剩余污泥也可以被废弃。在此阶 段废弃污泥的优点是污泥由于重力作用已经浓缩，因此只需要花费较短的污泥脱 水时间和工作。亦为图1 4 中的第三阶段。 闲置：在处理水排放后，反应池处于停滞状态，等待下一个操作周期的开始。 与传统污水处理工艺不同，s b r 技术采用时间分割的操作方式替代空间分割 的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态 沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，s b r 技术的核心是s b r 反 应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉池等功能于一池，无污泥回流系统。 s b r ( 序批式反应器) 系统最重要的优点是不需要污泥再循环( 使用较少设备： 泵、管道等) 、系统简单( 所有工艺在一个池子中完成) ，特别是工艺灵活性高( 以 时间控制) 。 1 1 5u n i t a n k 与l u c a s 工艺 u n i t a n k l u c a s 工艺是一种由传统活性污泥法和序批式( s b r ) 活性污泥 8 漶论u n f f a n k 几u c a s 工艺及其在澳门教个污水处理厂的应用中山大学硕士学位论文 法复合而成的污水处理工艺。 u n i t a n k 工艺是2 0 世纪9 0 年代比利时s e g h e r s 公司开发的一项专利技 术，又称交替式生物处理池。其实就是将s b r 的单池平行排列，某个池处在进水 阶段时，另外的池处于出水阶段。它克服了传统s b r 法不能连续进出水且需要价 格昂贵的滗水器的缺点，采用固定出水堰挥水，实现了连续进、出水。u n i t a n k 工艺的发明人之一l u c v r i e n s 在此基础上于2 0 0 0 年又发明了l u c a s 工艺。 l u c a s 工艺比u n i t a n k 更灵活、更优越。l u c a s 是鲁汶大学循环活性污泥法 ( l e u v c n l ! n i v c r s i t y c y c l i c 出m e d s h d g e ) 首字母的缩写，同时又是造价低、隐 蔽、紧凑、先进和可持续发展( _ l o wc o s t u n o b t r u s i v e c o m p a c t a d v a n c e d s u s t a i n a b l e ) 首字母的缩写1 6 】。 典型的u n i t a n k 工艺通用形式是采用三个相同容积池子组成的标准系统 ( a ，b ，c 池) 。这三个池子通过共壁上的开孔或池底渠连通实现水力连接，每 池都设有曝气系统，既可用鼓风机供气，也可进行机械表面曝气及搅拌；外侧的两池 设有出水堰及剩余污泥排放口，它们交替作为曝气池和沉淀池。中间池只作曝气 池。进入系统的污水，通过进水闸控制可按时分序分别进入三个池中任意一个池 子。其处理程序按周期进行，b 池连续曝气，两侧池内间断曝气，交替作为沉淀 池和曝气池，进水交替进入a 、b 、c 池，出水相应地从c 、a 池引出。其工艺运 行按时间周期循环进行【6 2 0 1 。 第一阶段见图1 5 。污水进入a 池，进来的水与活性污泥混合曝气。有机物 被吸附并被部分降解( 吸附阶段) 。水从a 池进入曝气的b 池，污泥进一步降解 所吸附的有机物质( 再生阶段) 。最后，泥水混合液到达c 池，此时c 池作为沉 淀池使用。污泥通过重力沉降，清水从溢流堰捧出，剩余污泥从c 池排出。 、出水 图1 5 第一阶段示意图 第二阶段见图1 6 。污水进入b 池，进来的水与活性污泥混合曝气。a 池停 9 浅论u n 丌船f 肌u c s 工艺及其在澳门敦个污水处理厂的应用中山大学顷学位论文 止曝气，开始沉淀，为下一阶段的排水做准备。泥水混合液进入c 池。c 池继续 作为沉淀池使用，清水继续从溢流堰排出。 出水 嫩b k 劐 出t 蓝! “ 拽论u n a n k ，l u c a s t 艺及其在澳】撒个污水处4 r 的应用中m 大学顿学位论文 是一种“循环系统”( 见图1 9 ) t ， 峰鱼照釜蚤瑾 u 图l 一9 典型的l u c a s 工艺示意目【5 l 第一阶段：污水进入a 池进来的水与活性污泥混合曝气。有机物被吸附并 被部分降解( 吸附阶段) 。水从a 池进入曝气的b 池，污泥进一步降解所吸附的 有机物质( 再生阶段) 。最后，泥水混合液到达c 池，此时c 池作为沉淀池使用。 污泥通过重力沉降，清水从溢流堰排出，剩余污泥从c 池排出。 第二阶段：污水进入c 池进来的水与活性污泥混合曝气。有机物被吸附并被 部分降解( 吸附阶段) 。水从c 池进入曝气的a 池，污泥进步降解所吸附的有 机物质( 再生阶段) 。虽后，泥水混合液到达b 池，此时b 池作为沉淀池使用。 污泥通过重力沉降，清水从溢流堰排出，剩余污泥从b 池排出。 第三阶段：污水进入b 池进来的水与活性污泥混合曝气。有机物被吸附井被 部分降解( 吸附阶段) 。水从b 池进入曝气的c 池，污泥进一步降解所吸附的有 机物质( 再生阶段) 。最后，泥水混合液到达a 池，此时a 池作为沉淀池使用。 污泥通过重力沉降，清水从溢流堰排出剩余污泥从a 池排出。 由上述可知，u n i t a n k t 艺与l u c a s 工艺基本原理相同。其区别仅在于中 间池是否可以出水。典型u n i t a n k 工艺的中问池只做曝气池使用，不能出水。 而典型l u c a si 艺的中间池配备有出水堰，可以出水。 在实际设计建造中，只要稍加改动，将u n i t a n k 工艺的中间池增加出水堰， 两边池之间增加水力连接，两个工艺是很容易互换的。所以本文将两个工艺综合 l l 厂 浅论u n r r a n x ，i u c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用中山大学硕士学位论文 在一起讨论。 u n i t a n k 与l u c a s 工艺是一种传统活性污泥法与s b r 法的复合，它的处 理过程包含进水、污泥增长、沉淀、出水等阶段。 在进水阶段，污水进入反应器与池中原有活性污泥混合。此时反应器可以是 搅拌或曝气状态。此阶段，活性污泥负荷较大，吸附了原污水中可生物降解的物 质，此阶段称为积累阶段。在进水阶段，可以使反应池进入缺氧状态，促使反硝 化反应的发生。如果只进水搅拌而不曝气，就会产生缺氧。这样，微生物消耗硝 酸盐中的氧对污水进行生物降解。硝酸盐中的氮转化为氮气逸出。 在污泥增长阶段，活性污泥经曝气( 或在反硝化阶段经混合) ，没有原污水进 入的情况下会消化吸附于其上的可生物降解物质，增加了污泥量。与传统活性污 泥法的曝气池中发生的情况类似。调整迸水与曝气的时间，可控制污泥的产量和 污泥的可沉降性等性状。 在沉淀阶段没有源污水进入，曝气和搅拌也停止，使污泥的菌胶团集结成更 大的污泥团，污泥开始沉淀。此阶段没有水流扰动，是沉淀的理想状态。此状态 优于传统活性污泥法的二沉池。 在出水阶段，反应池中的上清液被排出。污泥继续沉淀。污泥层没有任何水 流扰动，远优于传统活性污泥法的二沉池。 由上述可知，u n i t a n k l u c a s 工艺的运行近似于三沟式氧化沟，通过将经 典s b r 的时间推流与连续系统的空间推流相结合保证了系统的连续运行，弥补了 单个反应器完全混合的不足。u n i t a n k l u c a s 工艺不需要设置污泥回流系统， 采用了矩形池结构，因而反应池可共用隔墙，减少占地，节省了土建费用。同时 u n i t a n k l u c a s 工艺采用模块化设计，这样便于将来进行扩建，也便于根据进、 出水水质对工艺运行状况进行灵活调整。系统的进出水均采用渠道，与管道配水相 比水头损失小，造价可大为减少。另外在污泥污水分离过程中，不需要刮泥设备或 浮式撇水机械，大大减少机械设备维护养护工作量。系统的控制，采用实用可靠的 监测仪表，使生化反应在受控条件下进行，稳定可靠，保证处理效果。由于构筑物可 相联在一起，可以全部建在地下或池上部加屋盖，将对周围环境影响减少到最小程 1 2 浅论u n i t a n i c u l u c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用中山大学硕士学位论文 度。 u n i t a n l u c a s 工艺的优点总结如下： 工艺紧凑、简单；模块化；工艺成熟、可靠；因“以时间控制 ，( 工艺) 灵 活性高：在碳源氧化、硝化反应、反硝化反应、生物除磷和沉淀过程都可以随意 切换；每池基质变化：因集成的选择效应，有利于污泥菌团的形成沉淀；连续进 水和连续出水成为可能；反应器的容积和池中水位不变；沉淀池短路不可能发生； 不必污泥回流。 1 1 6 传统活性污泥法、s b r 法和u n i t a n l ( r l u c a s 法优缺 点比较 传统活性污泥法、s b r 法和u n i t a n k l u c a s 工艺各有优缺点，主要为： 传统的活性污泥法需要单独的沉淀池，s b r 法和u n i 剧蝌l u c a s 工艺则 不需要单独的沉淀池。 传统的活性污泥法占地面积较大，s b r 法和u n i t a n k l u c a s 工艺则占地 面积较小。 s b r 法和u n i t a n k l u c a s 工艺均为模块化，扩大规模时成倍增加模块数 量即可，传统的活性污泥法扩大规模则没有这么简单。 s b r 法和u n i t a n l ( l u c a s 工艺都是按时间控制反应的步骤，传统的活性 污泥法则是由地点控制。 s b r 法和u n i t a n k l u c a s 工艺可通过调节反应步骤，控制反应时间来增 加除磷脱氮的功能，传统的活性污泥法则需要增加反应池才能达到此目的。 s b r 法和u n i t a n k l u c a s 工艺基质的浓度梯度较大，传统的活性污泥法 基质的浓度梯度由小到大，随反应器的构造而变化。 u n i t a n k i i7 c a s 工艺和传统的活性污泥法均为连续进水、出水，s b r 法则 是间歇进出水。 u n i 吖州k i u c a s 工艺和传统的活性污泥法的反应器容积和液位固定不变， s b r 法的反应器液位则随反应时段的不同而变化。 13 浅论i 肘1 1 r a n k i jj c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用 中山大学硕士学位论文 s b r 法和u n i t a n l ( u j c a s 工艺不需要污泥回流，传统的活性污泥法则需 要污泥回流。 u n i t a n l u c a s 工艺和传统的活性污泥法有固定的出水堰，s b r 法有移动 的出水堰。将三者的比较列入下表1 1 中。 表1 1 三者优缺点比较 1 2u m t a n l ( r l u c a s 工艺的现状及脱氮除磷的原理 1 2 1u n i t a n k l u c a s 工艺的现状 u n i 吖蝌k i j7 c a s 工艺自2 0 世纪9 0 年代开发以来，由当初的典型3 池，发 展成多种组合、多种功能的完整的污水处理工艺。本节将u n l w 蝌l ( l u c a s 工 艺简化为l u c a s 工艺来描述其发展现状f 2 l 】。 根据水质水量的不同，可以选择l u c a s l 池，l u c a s - - 2 池，l u c a s 3 1 4 浅论u n i t a n k l u c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用 中山大学硕士学位论文 池，l u c a s 一4 池。 水质较差时，可以选择l u c a s 一两段好氧。即由两个l u c a s 系统组成系 列，高负荷的好氧系统后面接低负荷好氧系统。 还有l u c a s - - 厌氧、好氧。即先进行厌氧预处理，后接好氧后处理。 水量较大，可以选择l u c a s 一多组，即以l u c a s 3 池或l u c a s 4 池为模 块，两倍、三倍的增加，依此类推。 l u c a s 一脱氮除磷，在反应器中制造合适的条件或状态，使硝化细菌与反硝 化细菌以及除磷菌发挥最佳作用。 l u c a s - - 力i i 盖式，即臭气零排放。澳门采用u n i t a n k l u c a s 工艺的污水 处理厂均为加盖式，防止了臭气的泄漏。 l u c a s 变色龙。通过覆盖自然植物等方法，使污水处理厂隐藏在自然环境 之中，与自然环境融为一体，对环境零影响。 l u c a s 闭环，即出水循环再利用。 l u c a s 一泻湖，节省建筑费用，利用地形，采用很浅的反应池。 目前，u n i t a n k l u c a s 工艺已经在世界范围内应用于千余家污水处理厂。 在国内，也有上百座污水处理厂采用了此项技术。现举例如下。 1 5 浅论u n i t a n k l u c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用 中山大学硕士学位论文 表1 - - 2u n i t a n k l u c a s 工艺在国内应用项目示例 1 2 2u n i t a n k l u c a s 工艺脱氮除磷的原理 地表水的富营养化( 地表水的n 、p 浓度过高，造成藻类过量繁殖) 。夜间， 藻类耗尽水体中的氧气，致使鱼类、两栖动物等的大量死亡。 为防止水体富营养化，就要净化污水，使氮和磷达标排放。在大部分污水处 理系统中，生物除氮是一个重要的工艺步骤。 自然界的氮循环如图所示。 1 6 浅论i j n r r a n k i u c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用中山大学硕士学位论文 图1 一l o 自然界的氮循环【2 2 】 污水生物脱氮【2 3 】f 2 4 1 利用自然界氮素循环的原理，在水处理构筑物中营造出适 宜于不同微生物种群生长的环境，通过人工措施，提高生物硝化反硝化速率，达 到废水中氮素去除的目的，一般由三种作用组成：氨化作用、硝化作用和反硝化 作用。 ( 1 ) 氨化作用 未经处理的城市污水中的有机氮主要有蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、氰化 物和硝基化合物等。有机氮化合物在好氧菌和氨化菌的作用下被分解转化为氨态 1 7 浅论u n r r a n k ，il c a s 工艺及其在澳门数个污水处理厂的应用。中山大学硕士学位论文 氮。 ( 2 ) 硝化反应 生物硝化反应是亚硝化菌、硝化菌将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，是 由一群自养型好氧微生物通过两个过程完成的：第一步先由亚硝酸菌将氨氮转化 为亚硝酸盐，称为亚硝化反应，第二步由硝酸菌将亚硝酸盐氧化成硝酸盐。 ( 3 ) 反硝化反应 生物反硝化反应是在缺氧状态下，将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还 原成气态氮或氮氧化物的过程，它是一群异氧型微生物通过同化作用和异化作用 来完成的。异化作用就是将亚硝酸盐和硝酸盐还原成氮气和氮的氧化物等气体物 质，主要是氮气。而同化作用是反硝化菌将亚硝酸盐和硝酸盐还原成氨氮供新细 胞合成之用。 生物除磷【2 5 】【2 6 l s l 2 艺是在原有活性污泥工艺的基础上，通过设置一个厌氧阶 段，选择能过量吸收并贮藏磷的微生物( 称为聚磷微生物) ，以降低出水的磷含量。 生物脱磷是用聚磷菌去除高浓度磷的微生物处理工艺。特殊的好氧菌会摄取比普 通摄磷菌供细胞生长( 同化摄取) 所需更多的磷，以多磷酸盐的形式存在细胞内 ( 过度摄取) 。 聚磷菌可以摄取其细胞量2 5 之多的多磷酸盐磷。聚磷菌中的多磷酸盐分子 链在厌氧条件下被打开，释放出能量。细菌利用此能量来摄取挥发性脂肪酸( 如 醋酸) ，并以p h b 形式储存碳源。多磷酸盐分子链打开后，周围水中正磷酸盐浓 度增加，即磷的传递。磷的摄取量( 好氧段) 比磷的传递( 厌氧段) 量多时，磷 就从污水中去除了。 因为聚磷菌生长速度慢，竞争力差，在