活性污泥新处理技术讲义

主编：缪应祺(教授）副主编：邹小玲活性污泥处理新工艺活性污泥法(ActivatedSludgeProcess)首先于20世纪初在英国出现,迄今已有近百年历史，是当前应用最广泛的污水处理技术之一，该方法自1914年在英国曼切斯特市建成污水试验厂以来，已有80多年的历史。目前，它已成为有机废水生物处理的主体，但是仍存在一些不容忽视的缺点：对冲击负荷适应能力差，易发生污泥膨胀，处理构筑物占地面积大、基建投资和运行费用高、管理复杂等。近几十年来，国内外学者准对以上这些问题进行了不懈地探索和研究，在供氧方式、运转条件、反应器形式等方面进行了革新、开发了多种活性污泥法新工艺，使得活性污泥法朝着高效、节能的方面发展。

活性污泥法新工艺氧化沟SBR工艺AB法一、氧化沟(OxidationDitch，简称OD)

氧化沟是20世纪60年代初荷兰的pasveer首先研究开发的，第一座氧化沟污水处理厂是pasveer于1954年在荷兰的Voorshoten建造的。氧化沟是将曝气、沉淀和污泥稳定等处理过程集于一体，间歇运行，是活性污泥法的一种变形，经过50年的发展，形成了多种类型的处理系统，已广泛应用于城市污水和工业污水的处理工程中。

1、氧化沟的构造氧化沟系统是由曝气设备、出水堰和自动控制设备组成。氧化沟的平面形状呈环状沟渠形，端面性状多为矩形或梯形，水深与所采用的曝气设备有关，一般为2～6m。曝气设备是氧化沟的主要装置，它的作用是供氧及推动水流作循环流动，防止活性污泥沉淀及对反应混合液的混合。

常用的曝气设备有水平轴曝气转刷和竖流轴曝气机，此外还有射流曝气机和导管式曝气机等。单池进水时一根管即可，如果有两个以上氧化沟平行工作时，则应用配水井，当采用交替工作的氧化沟时，配水井内还需设自动控制装置。氧化沟的出水一般采用溢流堰，溢流堰可设计成升降式的，通过调节溢流堰的高度。可调节池内的水深。氧化沟兼有完全混合式和推流式的特点，在控制适宜的条件下，沟内同时具有好氧区和缺氧区，可以进行硝化和反硝化反应，取得脱氮效果，同时使得活性污泥具有良好的沉降性能。

氧化沟以其流程简单、管理方便和良好的处理效果等优点正在我国不少工程项目中采用，近几十年来，随着技术的不断发展，氧化沟已经突破只适用于小型污水处理厂的局限。概括的讲氧化沟有单沟、双沟、三沟、多沟同心和多沟串连等多种布置形式；有将二沉池与氧化沟分建或合建的；有连续进水或交替进水；有转刷曝气机、转盘曝气机或泵型、倒伞型表面曝气机进行充氧搅拌的氧化沟等等

2、氧化沟的形式Carrousel氧化沟

Carrousel氧化沟在荷兰最为流行，其特点是在沟渠的一端设置垂直轴的表面曝气机，沟渠一般为廊道式，由于表面曝气机有较大的提升作用，使得氧化沟的水深一般可达4.5m，需设沉淀池和回流装置。Orbal氧化沟

Orbal氧化沟是一种多渠道的氧化沟，氧化沟由多个同心的沟渠组成，沟渠呈圆形和椭圆形，进水先引入最外的沟渠，在不断循环同时，依次引入下一沟渠，最后从中心沟渠排出，这相当于一系列完全混合反应池串连在一起，每个沟渠表现出单个反应器的性质，Orbal氧化沟兼有完全混合式与推流式的特点，能够快速去除有机物和氨氮。三沟式（ T型）交替氧化沟

此系统由三个相同的氧化沟组建在一起作为一个单元运行，三个氧化沟之间相互双双连通，两侧氧化沟可起曝气和沉淀的作用。每个池子配有可供污水和环流（混合）的转刷曝气刷起到混合器和曝气器的功能。当处于反硝化阶段时，转刷低速运转，仅保持池中污泥悬浮，而池内处于缺氧状态，好氧和缺氧状态完全由转刷的转速的改变来控制。二、序批式活性污污泥法（SBR）SBR工艺艺即即序序批批式式活活性性污污泥泥法法（（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess，简写写为为SBR），，又称称为为间间歇歇式式活活性性污污泥泥法法，，由由于于在在运运行行中中采采用用间间接接操操作作的的形形式式，，每每一一个个反反应应池池是是一一批批批批地地处处理理废废水水，，因因此此而而得得名名。。70年代代末末期期美美国国教教授授R.L.Irvine等人人为为解解决决连连续续污污水水处处理理法法存存在在的的一一些些问问题题首首次次提提出出，，并并于于1979年发发表表了了第第一一篇篇关关于于采采用用SBR工艺艺进进行行污污水水处处理理得得论论著著。。继后后,日日本本、、美美国国、、澳澳大大利利亚亚等等国国的的技技术术人人员员陆陆续续进进行行了了大大量量的的研研究究。。随着着研研究究得得深深入入，，人人们们对对该该工工艺艺的的机机理理和和优优越越性性有有了了全全新新的的认认识识。。1980年年在在美美国国国国家家环环保保局局的的资资助助下下，，印印第第安安纳纳州州Culver城投投建建了了世世界界上上第第一一个个SBR工艺艺的的污污水水处处理理厂厂。。我我国国在在80年年代代中中期期也也开开始始了了这这方方面面的的应应用用研研究究,我国国第第一一座座应应用用SBR工艺艺的的污污水水处处理理设设施施————上上海海市市政政工工程程设设计计院院设设计计的的SBR处理理系系统统于于1985年投投入入使使用用，，此后后陆陆续续在在城城市市污污水水及及工工业业废废水水领领域域得得以以推推广广应应用用，，同同时时，，在在全全国国也也掀掀起起了了研研究究SBR的热热潮潮，，近年年来来成成为为国国内内外外学学者者研研究究的的热热点点。。目前前，，SBR主要要应应用用于于以以下下几几个个领领域域：：城城市市污污水水、、工工业业污污水水（（主主要要有有石石油油、、化化工工、、食食品品、、制制药药等等工工业业污污水水处处理理））、、有有毒毒有有害害废废水水和和营营养养元元素素的的废废水水。1、、SBR工艺艺的的工工作作原原理理SBR是活活性性污污泥泥法法的的一一种种变变形形，，它它的的反反应应机机理理和和污污染染物物去去除除机机制制和和传传统统活活性性污污泥泥法法相相同同，，只只是是在在运运行行操操作作不不同同。。SBR是在在单单一一的的反反应应器器内内,在在时时间间上上进进行行各各种种目目的的的的不不同同操操作作,故故称称之之为为时时间间序序列列上上的的废废水水处处理理工工艺艺，，它它集集调调节节池池、、曝曝气气池池、、沉沉淀淀池池为为一一体体,不不需需设设污污泥泥回回流流系系统统。。SBR工艺艺的的一一个个完完整整操操作作周周期期有有五五个个阶阶段段:进进水水期期(fill)、、反应应期期(react)、、沉淀期(settle)、排水期(draw)和闲置期期(idle)进水反反应应沉沉淀排排水水闲闲置置SBR运行工序序图进水期(fill)进水期是是反应器器接受废废水的过过程，这这个过程程不仅仅仅是废水水的流入入与反应应器水位位的升高高的过程程，而且且伴随一一定的生生化反应应（磷的的释放和和脱氮等等）。反应期(react)当进水达达到设定定的液位位后，开开始曝气气和搅拌拌，以达达到反应应目的（（去除BOD、、硝化、脱脱氮除磷磷）。沉淀期(settle)沉淀期主主要是一一个固液液分离的的过程，，即经过过曝气和和搅拌作作用后，，混合液液中的污污泥颗粒粒和絮体体在重力力的作用用下沉降降，实现现污泥和和废水的的分离过过程。排水期(draw)排水期是是排除反反应器中中的上清清液的过过程，上上清液由由反应器器上部的的浴流堰堰和滗水水器排出出。该期期间的水水位是处处理周期期内的最最低水位位。反应应器底部部沉降的的活性污污泥大部部分作为为下一周周期使用用，而过过剩的剩剩余污泥泥则从排排泥管引引出排放放。另外外反应器器中还会会一部分分的处理理水，可可起到循循环水和和稀释水水的作用用闲置期期(idle）闲置期期是在在一个个处理理周期期内从从排水水结束束时刻刻起到到下一一个周周期开开始进进水的的时刻刻的中中间的的一段段时间间。同同时伴伴随少少量的的厌氧氧反应应和脱脱氮过过程。。在此此期间间活性性污泥泥中的的微生生物得得到充充分的的休息息，恢恢复活活性。。为了了尽可可能保保证污污泥活活性并并防止止污泥泥老化化现象象，还还需定定期排排放剩剩余污污泥，，为新新鲜污污泥提提供足足够的的空间间生长长繁殖殖。2、SBR工艺的的特点点SBR法最显显著的的一个个特点点是将将反应应和沉沉淀两两道工工序放放在同同一反反应器器中进进行，，扩大大了反反应器器的功功能，，SBR是一个个间歇歇运行行的污污水处处理工工艺,运运行时时期的的有序序性,使使它具具有不不同于于传统统连续续流活活性污污泥法法的一一些特特性。。1、流流程简简单,运运行费费用低低；SBR法的工工艺简简单,便便于自自动控控制,其主主要设设备就就是一一个具具有曝曝气和和沉淀淀功能能的反反应器器,无无需需连续续流活活性污污泥法法的二二沉池池和污污泥回回流装装置,在在大多多数情情况下下可以以省去去调节节池和和初沉沉池,系系统构构筑物物小,流流程简简单,占占地面面积小小、管管理方方便,投投资省省,运运行行费用用低。。2、固液分分离效效果好好，出出水水水质好好；SBR在沉淀淀时属属于理理想的的静止止沉淀淀，固固液分分离效效果好好,容容易易获得得澄清清的出出水。。剩余余污泥泥含水水率低低,这这为为后续续污泥泥的处处置提提供了了良好好的条条件。。3、运行操操作灵灵活，，效果果稳定定；SBR在运行行操作作过程程中,可可以根根据废废水水水量水水质的的变化化、出出水水水质的的要求求调整整一个个运行行周期期中各各个工工序的的运行行时间间、反反应器器内混混合液液容积积的变变化和和运行行状态态。4、脱氮除磷效效果好；SBR工艺在时间间序列上提提供了缺氧氧、厌氧和和好氧的环环境条件,使缺氧氧条件下实实现反硝化化,厌氧氧条件下实实现磷的释释放和好氧氧条件下的的硝化及磷磷的过量摄摄取,从从而有效的脱氮除磷。。5、有效防防止污泥膨膨胀；由于SBR具有理想推推流式特点点，有机物物浓度存在在较大的浓浓度梯度，，有利于菌菌胶团细菌菌的繁殖，，抑制丝状状菌的生长长，另外，，反应器内内缺氧好氧氧的变化以以及较短的的污泥龄也也是抑制丝丝状菌的生生长的因素素，从而有有效地防止止污泥膨胀胀。6、耐冲击负荷荷；池内有滞留留的处理水水，对污水水有稀释、、缓冲作用用，有效抵抵抗水量和和有机污物物的冲击。。传统的SBR在应用中有有一定的局局限性，如如在进水流流量较大时时，对反应应系统需调调节，会增增大投资。。为了进一一步提高出出水水质，，出现了许许多SBR演变工艺。。CASS工艺ICEAS工艺IDEA工艺DAT-IAT工艺UNITANK工艺MSBR工艺CASS（（CAST/CASP)工艺（（CyclicActivatedSludgeSystem/Technology/Process））该工艺又称称为循环式式活性污泥泥法，是由由美国Goronszy教授在ICEAS工艺的基础础上研究开开发的，它它是利用不不同微生物物在不同的的负荷条件件下生长速速率差异和和污水生物物除磷脱氮氮机理，将将生物选择择器与传统统SBR反应器相结结合的产物物。CASS工艺为间歇歇式生物反反应器，在在此反应器器中进行交交替的曝气气－非曝气气过程的不不断重复，，将生物反反应过程和和泥水分离离过程结合合在一个池池子中完成成。CASS反应器由3个区域组成成：生物选选择区、兼兼氧区和主主反应器，，每个区的的容积比为为1：5：30。污水首先先进入选择择区，与来来自主反应应器的混合合液（20％～30％）混合，，经过厌氧氧反应后进进入主反应应区，如下下图所示。1生物选择区区2缺氧区区3主反应应区CASS反应器构造造图CASS工艺操作过过程CASS工艺以推流方式式运行，而而各反应区区则以完全全混合的方方式运行以以实现同步步碳化、硝硝化和反硝硝化功能。。（a）进水、曝气气阶段开始始；（b）曝气阶段结结束；（c）沉淀阶段开开始；（d）沉淀阶段结结束，撇水水阶段开始始；（e）撇水阶段及及排泥结束束；（f）进水、闲置置阶段CASS工艺艺的的主主要要优优点点：可变变容容器器的的运运行行提提高高了了对对水水质质、、水水量量波动动的的适适应应性性和和运运行行操操作作的的灵灵活活性性；；良好好的的沉沉淀淀性性能能；；良好好的的脱脱氮氮除除磷磷效效果果；；CASS工艺艺入入口口处处设设一一生生物物选选择择器器，，并并进进行行污污泥泥回回流流，，保保证证了了活活性性污污泥泥不不断断的的在在选选择择器器中中经经历历了了一一个个高高絮絮体体负负荷荷阶阶段段，，从从而而有有利利于于絮絮凝凝性性细细菌菌的的生生长长并并提提高高污污泥泥的的活活性性，，使使其其快快速速的的去去除除废废水水中中的的溶溶解解性性易易降降解解基基质质，，进进一一步步有有效效的的抑抑制制丝丝状状菌菌的的生生长长和和繁繁殖殖；工艺艺流流程程简简单单，，土土建建和和投投资资低低，，自自动动化化程程度度高高。。应用用实实例例：目前全世界已已有300多家污水处理理厂采用CASS工艺。我国，，北京航天城城污水处理厂厂（处理能力力7200m3/d），徐州第二人民民医院，镇江市征润州州污水处理厂厂（设计水量量20万t/d，近期10万t/d）。ICEAS工艺（IntermittentCycleExtendedAerationSystem）ICEAS工艺为间歇式式循环延时曝曝气工艺，是是澳大利亚新新南威尔士大大学与美国ABJ公司的Goronszy教授合作研究究开发的。1976年建建成了世界上上第一座ICEAS工艺废水处理理厂，随后在在世界各国得得到了广泛的的应用。该工工艺的特点是是在反应器的的进水端增加加了一个预反反应区，运行行方式为连续续进水、间歇歇排水，没有有明显的反应应阶段和闲置置阶段。经预处理的废废水连续不断断的进入反应应池前部的预预反应区，在在该区内污水水中的大部分分可溶性BOD5被活性污泥微微生物吸附，，并从主、预预反应区隔墙墙下部的孔眼眼以低速（0.03～0.05m/min）进入主反应区区，在主反应应区内按照曝曝气、沉淀、、排水、排泥泥的程序周期期性的运行，，使有机废水水在交替的好好氧－缺氧－－厌氧的条件件下完成生物物降解作用，，各过程的历历时可由计算算机自动控制制。ICEAS运行工序图ICEAS工艺的优点：：在处理市政污污水和工业污污水方面比传传统的SBR工艺费用更节省、、出水效果更更好。ICEAS工艺的缺点：：进水贯穿于整整个周期，沉沉淀期进水在在主反应区底底部造成水力力紊动，从而而影响分离时时间，因此水水量受到限制制，且容积利利用率低，脱脱氮效果一般般。应用实例：我国最早采用用该工艺的是是上海市第三三中药厂（于于1991年年投产运行）），其运行结结果表明：COD去除率为95.9～97％，BOD5去除率为99.1～99.4％，NH3-N去除率为75.1～78.4%；目目前我国采用用ICEAS工艺的最大规规模的污水处处理厂是昆明明市第三污水水处理厂（15～30万m3/d）IDEA工艺（IntermittentlyDecantedExtendedAeration）IDEA工艺为间歇排水延延时曝气工艺艺，该工艺保保持了CASS工艺的优点，，运行方式采采用连续进水水、间歇曝气气、周期排水水的形式。与与CASS相比，预反应应区改为与SBR主体构筑物分分立的预混合合池，部分污污泥回流进入入预反应池，，且采用中部部进水。IDEA工艺流程图应用实例：国外有澳大利利亚的吉朗（（GEELONG）市新建成的IDEA工艺污水处理理厂,平均进进水量为7万万m3/d,总投资为4200万澳元元,约合人民民币215亿亿元。目前前,国内应用用IDEA技术的污水处处理厂尚未见见报道。DAT-IAT工艺（DemandAerationTank－－IntermittentAerationTank）DAT-IAT工艺为需氧池－间间歇曝气池工工艺，其反应应机理以及污污染物去除机机制与连续流流活性污泥法法相同，是依依靠活性污泥泥微生物的活活动来净化污污水的。DAT-IAT工艺的主体构筑物物反应池由隔隔墙分为需氧氧池（DAT）和间歇曝气池池（IAT）串连而成，一一般情况下，，DAT连续进水连续续曝气，其出出水进入IAT池但间歇曝气气，在IAT池完成曝气、、沉淀、滗水水和排剩余污污泥工序。DAT池相当于一个个传统活性污污泥曝气池，，池中水呈完完全混合流态态。IAT池相当于一个个传统的SBR池，但进水为为连续。DAT-IAT工艺流程图优点：该工艺克服了了ICEAS工艺进水量小小的缺点。与与CASS工艺相比，DAT池是一种更加加灵活、完备备的生物选择择器，能够在在DAT池和IAT池内保持较长长的污泥龄和和高的MLSS浓度，对有机机负荷及毒物物有较强的抗抗冲击负荷能能力，易达到到较好的脱氮氮除磷效果。。应用实例：天津经济技术术开发区污水水处理厂日处处理污水10万t,1999年正式投产使使用。UNITANK工艺UNITANK工艺是比利时时SEGHERS公司提出的一一种SBR的变形。20世纪90年年代初，该公公司开发了一一种一体化活活性污泥法工工艺，取名为为UNITANK工艺，类似于于三沟式氧化化沟工艺，为为连续进水连连续出水的工工艺。外形为为矩形，里面面分割为三个个相等的矩形形单元池，相相邻的单元池池之间以公共共壁的开孔水水力连接，无无需用泵输送送。UNITANK工艺构构造图图每池配配有曝曝气系系统并并配有有搅拌，外外测两两池有有泌水水器并并有污泥排排放装装置，，两池池交替替作为曝气气池和和沉淀淀池，，污水水可以进入入三池池中任任意一一个，系统实现现连续续进水水连续续排水水。运行操操作过过程：：A池B池C池优点：：UNITANK工艺运运行方方式灵灵活，，除保保持原原有的的SBR自控以以外，，还具具有滗滗水简简单，，池子子构造造简化化，出出水稳稳定，，不需需回流流系统统，通通过进进水点点的变变化达达到回回流、、脱氮氮除磷磷的目目的，，是一一种高高效、、经济济、灵灵活的的污水水处理理工艺艺。应用实实例：：目前全全世界界有160多个污污水处处理工工程采采用此此工艺艺。在在我国国，石石家庄庄开发发区污污水处处理厂厂、广广东珠珠江污污水处处理厂厂等均均采用用了该该技术术。MSBR工艺（（ModifiedSequencingBatchReactor））MSBR工艺为改良良序批批式活活性污污泥法法，MSBR工艺是是80年年代初初期发发展起起来的的污水水处理理工艺艺。该该工艺艺的实实质是是A2/O工艺艺与与SBR工艺艺串串连连而而成成。。采采用用单单池池多多格格方方式式，，省省去去诸诸多多的的阀阀门门，，增增加加污污泥泥回回流流系系统统，，无无需需设设置置初初沉沉池池、、二二沉沉池池，，且且在在恒恒水水位位下下连连续续运运行行。。如如图图所所示示，图中中两两个个SBR池功功能能相相同同，，均均起起着着好好氧氧氧氧化化、、缺缺氧氧反反硝硝化化、、预预沉沉淀淀和和沉沉淀淀的的作作用用。。MSBR系统统原原理理图图1、、SBR池2、污泥泥浓浓缩缩池池3、缺氧氧池池4、厌氧氧池池5、缺氧氧池池6、好氧氧池池7、SBR池优点点：：结构构简简单单紧紧凑凑、、占占地地面面积积小小、、土土建建造造价价低低、、自自动动化化程程度度高高；；良良好好的的除除磷磷脱脱氮氮和和有有机机物物的的降降解解效效果果；；可可以以维维持持较较高高的的污污泥泥浓浓度度，，使使污污泥泥具具有有良良好好的的沉沉降降和和脱脱水水性性能能；；出出水水水水质质好好。。应用用实实例例：：MSBR系统统主主要要在在北北美美和和南南美美应应用用，，韩韩国国汉汉城城建建造造了了亚亚洲洲第第一一座座采采用用该该工工艺艺的的污污水水处处理理厂厂,国国内内深深圳圳市市盐盐田田污污水水处处理理厂厂首首次次采采用用MSBR工艺艺，，近近期期污污水水处处理理规规模模12万万m3/d,远期期规规模模20万万m3/d。三、、AB法AB法是是吸吸附附－－生生物物降降解解（（Adsorption-Biodegradation）工艺艺的的简简称称，，是是由由德德国国亚亚琛琛工工业业大大学学（（Aachen）宾克克（（Bohnke）教授授于于20世纪纪70年代中中期期开开创创。。该工工艺艺于于80年年代代初初应应用用于于工工程程实实践践,目目前前,国国内内已已有有多多家家城城市市污污水水处处理理厂厂采采用用了了AB法工工艺艺。。与传统活活性污泥泥法相比比，AB法主要有有下列特特征：未未设初沉沉池，由由吸附池池和中间间沉淀池池组成的的A段为一级级处理系系统；B段由曝气气池和二二次沉淀淀池组成成；A、B两段各自自拥有独独立的污污泥回流流系统，，两段完完全分开开，各自自由独特特的微生生物群体体，有利利于功能能的稳定定。AB法工艺的的流程污水由排排水系统统经格栅栅和沉砂砂池直接接进入A段，该段段为吸附段段，负荷荷较高，，泥龄短,水力力停留时时间很短短,约约为30min，，有利于增增殖速度度较快的的微生物物生长繁繁殖，而而且在A段存活的的只是抗抗冲击负负荷能力力强的原原核细菌菌，其他他微生物物不能存存活。废废水经过过A段处理后后，BOD去除40％～70％，可生生化性有有所提高高，有利利于B段的工作作；A段污泥产产率较高高，吸附附能力强强，重金金属、难难降解物物质以及及氮、磷磷等植物物性营养养物质等