美麗鄉(xiāng)村一體化污水處理系統(tǒng)
SBR是序批式間歇活性污泥法的簡(jiǎn)稱(chēng),是近年來(lái)被國(guó)內(nèi)外引起重視、研究并大力推廣應(yīng)用的一種污水生物處理新技術(shù)。CASS工藝是一種循環(huán)式活性污泥法,是SBR工藝的更新變型。之所以出現(xiàn)CASS工藝,是因?yàn)镾BR有其自身難以克服的缺點(diǎn),但CASS工藝不可*替代SBR。本文在分析這兩種工藝原理的基礎(chǔ)上,對(duì)兩者進(jìn)行了較為詳細(xì)的比較。
原理及工藝特點(diǎn)
原理
SBR工藝是通過(guò)時(shí)間上的交替運(yùn)行實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)活性污泥法的運(yùn)行全過(guò)程。該工藝只有一個(gè)SBR池,但同時(shí)具有調(diào)節(jié)池、曝氣池和沉淀池的功能。運(yùn)行過(guò)程分為進(jìn)水、曝氣、沉淀、潷水、閑置五個(gè)階段。一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi),各階段的運(yùn)行時(shí)間、反應(yīng)器混合液體積的變化及運(yùn)行狀態(tài)等都可以根據(jù)具體污水的性質(zhì)、出水水質(zhì)及運(yùn)行功能要求等靈活掌握。
CASS工藝包括充水—曝氣、充水—泥水分離、潷水和充水—閑置等四個(gè)階段。不同的運(yùn)行階段,根據(jù)需要調(diào)整運(yùn)行方式。CASS工藝共分為三個(gè)反應(yīng)區(qū):生物選擇區(qū)(DO<0.2mg do="">0.5mg/L)和好氧區(qū)(DO=(2～3)mg/L)。生物選擇器為CASS前端的小容積區(qū),通常在厭氧或兼氧條件下運(yùn)行。有機(jī)污染物通過(guò)三個(gè)區(qū)的連續(xù)降解,可以達(dá)到很好的處理效果,同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)脫氮除磷。
工藝特點(diǎn)
與傳統(tǒng)活性污泥法相比,SBR工藝所具有的優(yōu)點(diǎn)非常明顯:工藝簡(jiǎn)單,調(diào)節(jié)池體積小或不設(shè),無(wú)二沉池和污泥回流,運(yùn)行方式靈活;結(jié)構(gòu)緊湊,占地少,基建、運(yùn)行費(fèi)用低;反應(yīng)過(guò)程濃度梯度大,不易發(fā)生污泥膨脹;抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng),處理效果好;厭氧(缺氧)和好氧交替發(fā)生,同時(shí)脫氮除磷而不需額外增加反應(yīng)器。
CASS工藝與其他工藝相比,特點(diǎn)如下:CASS池的變?nèi)葸\(yùn)行提高了系統(tǒng)對(duì)水量水質(zhì)變化的適應(yīng)性和操作的靈活性;選擇器的設(shè)置加強(qiáng)了微生物對(duì)磷的釋放、反硝化、對(duì)有機(jī)物的吸附吸收等作用,增加了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性;周期內(nèi)反應(yīng)器以厭氧—缺氧—好氧—缺氧—厭氧的方式運(yùn)行,有比較理想的脫氮除磷效果。
生物降解能力比較
SBR工藝在反應(yīng)階段,基質(zhì)濃度隨時(shí)間由高到低變化,微生物經(jīng)歷了對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、減速生長(zhǎng)期和衰減期,其降解有機(jī)物的速率也相應(yīng)地由零級(jí)反應(yīng)向一級(jí)反應(yīng)過(guò)渡。由于SBR系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行,反應(yīng)器中生物相十分復(fù)雜,微生物的種類(lèi)繁多,各種微生物交互作用,強(qiáng)化了工藝的處理效能;采用該法處理COD濃度可達(dá)幾百到幾千毫克每升,其去除率均比傳統(tǒng)活性污泥法高,而且可去除一些理論上難以生物降解的有機(jī)物質(zhì)。
CASS工藝從污染物的降解過(guò)程來(lái)看,污水以相對(duì)較低的流量連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)池,被混合液稀釋到相對(duì)較低的濃度。從空間上看CASS工藝為*混合式,而在時(shí)間上則為推流式,基質(zhì)濃度逐漸降低,濃度梯度從大到小,在曝氣階段有機(jī)物得到*降解。通過(guò)對(duì)沉淀階段和排水階段污水進(jìn)入反應(yīng)池后基質(zhì)在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)擴(kuò)散規(guī)律的研究,發(fā)現(xiàn)基質(zhì)擴(kuò)散前沿邊界在反應(yīng)器水平方向和垂直方向都與沉淀時(shí)間的自然對(duì)數(shù)呈函數(shù)關(guān)系。
類(lèi)似的脫氮除磷過(guò)程
廢水的脫氮除磷要求經(jīng)歷厭氧一缺氧一好氧這樣一個(gè)過(guò)程,而SBR工藝在時(shí)間上的靈活控制,不僅可以很容易地實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧和厭氧,而且很容易在好氧條件下增大曝氣量、延長(zhǎng)曝氣時(shí)間和增加污泥齡來(lái)強(qiáng)化硝化反應(yīng)及聚磷菌過(guò)量攝磷;也可以在缺氧條件下方便地投加原污水或提高污泥濃度等方式使反硝化過(guò)程更快地完成;還可以在厭氧條件下通過(guò)攪拌促進(jìn)聚磷菌充分地釋磷。
CASS工藝的脫氮除磷效果則更為明顯。生物選擇器的設(shè)置為除磷創(chuàng)造了有利條件。來(lái)自主反應(yīng)區(qū)高濃度污泥和廢水充分混合,污泥中的反硝化菌以污水中的有機(jī)物為碳源,還原硝態(tài)氮(污泥中的硝態(tài)氮一般為2mg/L)為氮?dú)?實(shí)現(xiàn)脫氮。
聚磷菌在厭氧條件下分解體內(nèi)的聚磷酸鹽釋放到水中,獲得能量用于吸收廢水中的有機(jī)酸合成聚β—羥基丁酸(PHB)并儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi),這是一個(gè)過(guò)量的釋放磷的過(guò)程,為好氧條件下的過(guò)量攝磷創(chuàng)造先決條件。由于廢水的進(jìn)入,在此區(qū)域還發(fā)生比較明顯的反硝化,其去除的氮占總?cè)コ实?0%左右。
在缺氧區(qū),微量曝氣可以強(qiáng)化反硝化功能,也可不曝氣進(jìn)行除磷。對(duì)主反應(yīng)區(qū)的曝氣強(qiáng)度進(jìn)行控制,使溶液處于好氧而活性污泥內(nèi)部則基本處于缺氧狀態(tài),從而可以實(shí)現(xiàn)同步硝化和反硝化。
經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行方式比較
美麗鄉(xiāng)村一體化污水處理系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比較
SBR工藝只需要一個(gè)序批式間歇反應(yīng)池即可,與傳統(tǒng)活性污泥法相比,不需設(shè)置二沉池、污泥回流及污泥回流設(shè)備。若水量水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定,也可不設(shè)調(diào)節(jié)池。Ketchum等人的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,采用SBR工藝處理小城鎮(zhèn)污水,要比普通活性污泥法節(jié)省基建投資30%以上。另外,系統(tǒng)的布置緊湊,占地面積較少。由于SBR工藝曝氣是間斷的,曝氣供氧時(shí)的推動(dòng)力比平時(shí)高20%～30%,氧的轉(zhuǎn)移率高,所以運(yùn)行費(fèi)用比傳統(tǒng)活性污泥法低。
從CASS工藝投入運(yùn)行的實(shí)例分析,該工藝與其他工藝相比具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。首先,建設(shè)費(fèi)用低,比普通曝氣法省25%,無(wú)初沉池、二沉池;其次,占地面積少,比普通曝氣法省20%～30%;另外,運(yùn)行費(fèi)用低,自動(dòng)化程度高,管理方便,脫氮除磷不需要另加藥劑,運(yùn)行費(fèi)用省25%左右。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明CASS工藝具有的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)優(yōu)先考慮。
填料的功能
在廢水生化處理中，對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行分解的主要功能者是細(xì)菌在細(xì)菌的外表有一粘層，使細(xì)菌具有結(jié)臺(tái)附著能。廢水處理裝置中采用填料以后，使微生物有了一個(gè)附著場(chǎng)所， 細(xì)菌在填料表面的附著和相互結(jié)合， 就形成了生物膜。
活性污泥法中，細(xì)菌以結(jié)合成菌膠團(tuán)的形式存在并始終處于一種動(dòng)態(tài)狀況， 對(duì)有機(jī)污染物的吸收分解是以形成更多的微生物為主。 廢水就相當(dāng)于是微生物的一種培養(yǎng)基，在充氧和水流運(yùn)動(dòng)的作用下，微生物培養(yǎng)繁殖的數(shù)量越來(lái)越多，需要用剩余污泥的形式排出。
細(xì)菌在填料上附著形成生物膜，其功能形式就不同于活性污泥法。生物膜法中，細(xì)菌附著在填料上穩(wěn)定生存，廢水中的污染物是被微生物吸收分解的對(duì)象，微生物以充分發(fā)揮分解功能為主，把有機(jī)污染物分解為不可生他物或者CI-I M c 等，新生繁殖的數(shù)量只與老化脫落的生物膜相平衡。因此，填料不僅使微生物有了一個(gè)固定附著的場(chǎng)所，還使細(xì)菌的分解功能得到加強(qiáng)，新生繁殖的數(shù)量減少。
孔隙可變性
從微觀上看，填料微單元與微單元之一間，應(yīng)處于一種相對(duì)運(yùn)動(dòng)—— 孔隙可變狀’態(tài)。細(xì)菌在填料上附著后，如果是靜止，則對(duì)有機(jī)污染物的接觸氧化作用、吸收分解作用和自身的新陳代謝作用都會(huì)減弱。如果暑處于一種有一定局限的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)作用的原理， 能夠使填料的諸功能作用都得到加強(qiáng)。
硬填料中，除以砂和細(xì)石為填料的流化床有填料微單元的孔隙可變性以外，其它都不可能存在。轉(zhuǎn)盤(pán)形式也只是使膜整體運(yùn)動(dòng)而不存在孔隙可變性。
“軟”是 變” 的基礎(chǔ)，軟性填料就存在孔隙可變的潛在優(yōu)勢(shì)。這種優(yōu)勢(shì)發(fā)揮是否良好，關(guān)鍵取決于填料微單元—— 軟絲是否能產(chǎn)生良好的運(yùn)動(dòng)性，這就與坎性填料的加工和固定方法有關(guān)。填料微單元有運(yùn)動(dòng)， 孔隙可變就行。運(yùn)動(dòng)程度和可變幅度應(yīng)該是略小和微動(dòng)， 運(yùn)動(dòng)太強(qiáng)烈和孔隙可變幅度太大， 則會(huì)適得其反破壞生物膜的穩(wěn)定性。以細(xì)石為填料的流化床， 微單元運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，孔隙可變幅度太大，生物膜穩(wěn)定性就差。
A/O法即為缺氧/好氧生化處理法，是國(guó)外20世紀(jì)七十年代末開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種污水處理新工藝，它不僅能去除污水中的BOD5、CODcr而且能有效的除氮。
A段池又稱(chēng)為缺氧池，或水解池。水解的機(jī)理從化學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，絕大多數(shù)化合物在一定條件下與水接觸都會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，水解反應(yīng)可使共價(jià)鍵發(fā)生變化和斷裂，即化合物在分子結(jié)構(gòu)和形態(tài)上發(fā)生了變化。生物水解是靠生物酶的催化作用而加速反應(yīng)的，在有酶條件下的催化反應(yīng)速度要比無(wú)酶條件下高出108-1011倍。生物水解就是指復(fù)雜的有機(jī)物分子經(jīng)加水在缺氧條件下，由于水解酶的參與被分解成簡(jiǎn)單的化合物的反應(yīng)，生物水解反應(yīng)實(shí)際上包括了水解和酸化兩個(gè)過(guò)程，酸化可使有機(jī)物降解為有機(jī)酸。
另外A/O工藝還有很好的脫氮功能。污水在進(jìn)入A段后再進(jìn)入O段，污水在好氧段，有機(jī)物（BOD5）被好氧微生物氧化分解，有機(jī)氮通過(guò)氨化作用和硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氨，硝態(tài)氨通過(guò)污泥回流進(jìn)入缺氧段，污水經(jīng)缺氧段時(shí)，活性污泥中的反硝細(xì)菌利用硝態(tài)氮和污水中的CODcr進(jìn)行反硝化用，使硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為分子態(tài)氮而逸入空氣中而得到有效的去除，達(dá)到同時(shí)去除BOD5和脫氮的很好效果。
