污水处理中的两相两相工艺系统研究综述

污水处理中的两相两相工艺系统研究综述

强制技术是1987年采用完全氧化槽结构提出的一种新技术，采用三沟氧化槽结构。该工艺整合了传统的生产性污污泥处理方法和sdr的功能。将连续系统的空间推流过程与sdr法的时间推流生产出生产出生产出生产出过程相结合，整个系统连续系统连续输入和输出，单个系统相对于夜间排水和夜间排水。通过灵活的时间和空间控制，适当改变通风方式，增加施工水位，可以达到脱氮、除磷的效果。1989年这项技术被比利时SEGHERS环境工程公司拥有并于1995年开始推广应用,因其一体化程度高、占地省的独特优点,近年来应用越来越广泛,目前在国内外均有已建成的成熟工艺,在欧洲及亚洲已建成近200座此种工艺的污水处理厂。1生物入失负荷对ank系统的影响根据工艺结构分,UNITANK工艺可分为单段式和两段式UNITANK系统,当进水负荷低时采用单段式UNITANK系统,当进水负荷高时采用两段式UNITANK系统。按照运行方式分,UNITANK工艺可分为好(厌)氧运行方式和脱氮除磷运行方式。1.1单段式伦理设计1.1.1单元池和沉淀池典型的单段UNITANK系统由一个矩形反应池组成,此矩形反应池被分为三格方池结构,见图1。三池之间通过隔墙开口实现水力导通,每个单元池中设有曝气系统和搅拌器,可采用鼓风微气泡曝气也可采用机械表面曝气,在两侧单元池设固定溢流出水堰和剩余污泥排放口,该二池交替作为曝气池和沉淀池,但中间单元池只作曝气池。在两侧单元池中可采用平流式沉淀方式,也可利用浅池沉淀理论采用在池中间部分设置斜板或斜管加强沉淀作用。1.1.2空间推流单元池的形成好氧运行方式每周期包括两个主要运行阶段和两个较短的过渡阶段,两个主要运行阶段运行相同但方向相反,见图2。第一主要运行阶段:(1)污水进入单元池A并进行曝气,该池在上个主要运行阶段作为沉淀池时积累了大量经过再生、吸附性强的高浓度活性污泥,因此有机物得到初期吸附去除和部分消解;(2)混合污水通过隔墙开口流入持续曝气的单元池B,有机物进一步降解;(3)经过A、B两单元池处理后的混合污水进入单元池C,在单元池C中既不曝气也不搅拌,污泥沉降,澄清水从溢流出水堰排出,同时排除老化的剩余污泥。在空间推流过程中,单元池A内部分活性污泥进入单元池B,再部分进入单元池C,活性污泥在各池内得到重新分配。第一过渡阶段,为防止单元池A和单元池B的活性污泥被水冲走及单元池C内活性污泥积累排出,调整水流方向,单元池B开始进水,单元池A和单元C池同时作为沉淀池,经过短暂的过渡后进入第二主要运行阶段。第二主要运行阶段和第二过渡阶段仅水流方向发生180°改变,其流程和原理完全同于第一主要运行阶段和第一过渡阶段。1.1.3除磷单元池运行阶段与好氧运行方式类似,脱氮除磷运行方式每周期包括运行相同、方向相反的两个主要运行阶段和两个较短的过渡阶段。在主要运行阶段,污水连续进入其中一个边池,通过进行间隔周期性曝气和搅拌产生交替的好氧、厌氧和缺氧状态,能够完成BOD去除和硝化、反硝化过程,取得优异的BOD去除与脱氮效果,且有一定的除磷效果。第一主要运行阶段:(1)污水进入仅搅拌不曝气的单元池A,单元池A形成缺氧厌氧状态,反硝化细菌以进水中的有机污染物作为碳源将上一阶段累积的硝酸盐反硝化为氮气而脱氮,当反硝化完成时,聚磷菌释放磷;混合污水流入持续曝气的单元B池,有机物得到降解,硝化细菌进行硝化,聚磷菌吸收磷,最后进入单元池C沉淀,出水并排除剩余污泥;(2)进水不变,单元池A由搅拌无曝气状态改为边曝气边搅拌,好氧条件下,有机污染物得到降解,硝化细菌将氨氮硝化为硝酸盐,聚磷菌吸收磷,B、C两池不变;(3)进水不变,单元池A由边曝气边搅拌状态改为搅拌无曝气运行方式,A池处于缺氧状态,进行反硝化脱氮,B、C两池不变。第一过渡阶段,单元池A停止进水和搅拌,处于沉淀状态,单元池B开始进水,C池不变,经过短暂的过渡准备进入第二主要运行阶段。类似地,第二主要运行阶段和第二过渡阶段仅水流方向发生180°改变,其流程和原理完全同于第一主要运行阶段和第一过渡阶段。1.2两种单段式构建工艺1.2.1废水处理系统两段式UNITANK系统由两个并列且有公共隔墙的单段UNITANK工艺组成,整个系统原理类似AB法分为两段,两段分别代表高负荷和低负荷两个氧化阶段,高负荷段可采用厌氧或者好氧运行方式,低负荷段采用好氧运行方式。1.2.2单元池不同运行阶段两段式UNITANK系统每周期也分为两个主要运行阶段,见图4。在第一主要运行阶段:(1)污水进入单元池A,进行曝气和搅拌,有机污染物被吸附和部分被活性污泥降解;(2)混合污水流入持续曝气的单元池B,污染物得到进一步降解;(3)最后进入不曝气和搅拌的沉淀单元池C,污泥沉淀,排除剩余污泥,至此与单段UNITANK系统相同。(4)同时,出水进入低负荷段系统的单元池F,进行曝气,剩余的难降解有机污染物得到低负荷段微生物群落吸附和生化降解;(5)混合污水流入持续曝气的单元池E,有机污染物得到进一步的净化,有机污染物得到很好的去除;(6)最后,混合水体进入单元池D,D池无曝气和搅拌,混合水得到沉淀,出水通过固定溢流堰排出,同时剩余污泥得以排除。第一过渡阶段,单元池A和C均作为沉淀池,系统污水进入继续曝气的单元池B,此过渡阶段很短。然后关闭单元池B进水阀,改由单元池C进水并曝气,进入第二主要运行阶段,除水流方向被180°转换以外,第二个主要运行周期与第一个主要运行周期相同。经过渡段调整后,又重新回到单元池A进水,单元池D出水,这样就形成了一个运行周期。1.2.3氧运行方式两段式UNITANK厌氧工艺系统与两段式好氧运行方式类似。其不同点是第一段运行时仅搅拌不曝气以厌氧方式运行来降解高负荷和难降解有机污染物,第二段与好氧方式一致,故在此不赘述。1.2.4高负荷段的污水两段式UNITANK系统在高负荷段和低负荷段实现微生物群体的分选,从而培育、驯化、诱导出与各自阶段污水负荷特性相适应的微生物种群。高负荷段是一个理想的缓冲器,负荷的极度变化和毒物冲击为增值速度快的微生物种群提供了良好的环境,抗冲击负荷能力强的原核生物被分选,它们仅消耗可生物降解的有机物,而原生动物和后生动物则不能生存,此段具有短污泥停留时间的特点。经高负荷段处理后的污水,其生化性有所改善,有利于后续低负荷段的生物降解作用。低负荷段是缓慢生长的细菌群落的高效深度处理,接受高负荷段的处理水,水质、水量比较稳定,冲击负荷已不再影响低负荷段,能有效地降解低浓度的、较难生物降解的有机物,反应器内自由游动的细菌被原生动物所捕食,出水的悬浮固体和BOD浓度很低,低负荷段的净化功能得以充分的发挥。此段主要去除的是有机污染物,而且污泥龄较长,因此具有产生硝化反应的条件。在高负荷段,能够获得75%~85%的BOD去除率,而在经过低负荷段后总的去除率为98%~99%。2生物处理系统在工艺结构上,UNITANK系统类似于三沟式氧化沟系统,中间通过隔墙开口导水,降低了系统的水头损失以致节省了能耗,采用紧密的一体化系统,节省了占地面积和建设费用。在规模上,UNITANK工艺无法满足大型污水处理厂沉淀功能,一般更适用于中小型污水处理厂。在运行流程上,UNITANK通常被认为是SBR法的一种变型,然而与SBR法又非常不同,在一定意义上,与一些普通的污水处理工艺(如A/O、UCT)相似,但无二沉池和活性污泥回流系统。其主要特征是反应沉淀一体化和周期运行,采用固定堰出水,系统整体流态是推流式,而每个单元池更接近于完全混合,提高了微生物抗冲击能力,整个系统像传统活性污泥法那样在恒定水位下周期交替连续进水连续出水。在微生物作用机理上,对易生物降解的含碳有机物处理效果非常突出,通过曝气供氧和搅拌使活性污泥呈悬浮状态,污水中的含碳有机物等被异养微生物(包括细菌、原生动物和后生动物等)用作自身繁殖的营养,代谢转化为微生物细胞和氧化为二氧化碳和水等最终产物,当进水BOD浓度高于500mg·L-1时,可采用两段式UNITANK工艺运行。UNITANK工艺生物脱氮除磷是通过边池在时序上形成缺氧、厌氧和好氧环境及中间池总是处于好氧环境来达到的,溶解氧是该工艺运行的重要参数。好氧(曝气)条件下,DO含量控制在2~3mg·L-1,发生氨化反应和硝化反应的同时,聚磷菌吸收磷素。缺氧条件下,DO应严格控制在0.15mg·L-1以下,反硝化菌将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮还原为氮气实现生物脱氮。厌氧条件下,DO应控制在0.12mg·L-1以下,聚磷菌释放磷素。厌氧-好氧生物除磷要求厌氧池混合液不含溶解氧、亚硝酸盐和硝酸盐,处于绝对厌氧状态,从实际运行看,由于脱氮和除磷所要求的条件呈互斥性,在非曝气搅拌期,水中大量的硝酸盐会消耗溶解性BOD,除低有效BOD/P比值,除磷菌可摄取的BOD量减少,在厌氧阶段磷释放不彻底,因此很难形成生物除磷的理想状态,工艺的脱氮除磷能力与A2/O工艺相比明显有所欠缺。3厌氧处理工艺随着UNITANK工艺的不断发展和完善,通过应用灵活多变的工艺组合或者改良对不同水质的污废水或者特定类型的污水进行针对性处理,可获得良好的出水水质。当特定污废水含有高浓度难降解有机物时,通常采用厌氧工艺+UNITANK好氧工艺组合系统,此组合系统分为厌氧前处理工艺和UNITANK好氧后处理工艺。生物厌氧前处理能去除大部分的COD和BOD,大多数情况下采用UASB工艺(升流式厌氧污泥床技术),还可采用EGSB(膨胀颗粒污泥床)、IC(内循环厌氧反应器)、ASBR(序批间歇式厌氧生物反应器)、AMBR(移动式厌氧污泥床反应器)等厌氧处理工艺。好氧后处理采用时间控制的UNITANK系统对营养物质能达到很好的去除,适当改变曝气和搅拌方式,可达到良好的生物脱氮效果,此组合系统能有效地达到低BOD、COD和氮值的良好出水水质,但除磷效果依然不理想。其他UNITANK组合工艺的研究也有很多,如陆杰等研究了UNITANK系统+生物接触氧化组合工艺处理主要污染物为油脂、甘油等的制皂工业废水,结果表明处理效果良好稳定。郎咸明等对厌氧水解+UNITANK组合工艺用于制药有机废水的处理进行了研究,厌氧水解工序主要完成对有机物的水解,达到初步降解有机物的目的,水解出水经UNITANK反应器进一步降解有机物,厌氧水解+UNITANK工艺处理后出水经曝气生物滤池(BAF)深度处理,使废水得到良好净化。很多研究者针对UNITANK生物除磷难以保证的现状进行了改良工艺研究,如徐洪斌等在UNITANK工艺的基础上,开发了一种新型的城市污水脱氮除磷工艺-多点交替进水五箱一体化活性污泥法,运行稳定可靠;广州市猎德污水处理厂通过采用化学法辅助除磷提高除磷脱氮效率。现今对UNITANK组合和改良工艺的实验和研究还不是很深,其优良的特点还有巨大的发展前景,组合和改良是此工艺研究的主要发展方向之一。4城市污水处理厂的污水治理现状相对于传统活性污泥法,UNITANK工艺是一种尚处于发展和完善阶段的技术,缺乏科学的设计依据和方法以及成熟的运行管理经验,UNITANK在现阶段的发展过程中,主要存在以下方面的问题:(1)无专门的厌氧区,磷去除效果不理想;(2)该工艺系统管道布置复杂,需要大量的电动进水与空气阀门以及剩余污泥阀门,切换过于频繁,故需要较高的自动监测和自动控制水平;(3)缺乏准确的数学模型来实现UNITANK系统更高层次的自动控制;(4)由于中池和边池的位置不同而使边池总有一段时间兼作沉淀池,而中池总作为曝气池,污水