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污水处理工艺培训资料陕西XX环保工程有限公司目 录1 基础介绍21.1 污水指标21.1.1 BOD（生化需氧量）21.1.2 COD（化学需氧量）31.1.3 可生化性41.1.4 SS（固体物质）41.1.5 总氮 TN、氨氮 NH3-N 凯氏氮 TKN51.2 污泥指标51.2.1 MLSS(混合悬浮固体浓度)51.2.2 MLVSS （混合液挥发性悬浮固体浓度）61.2.3 SV30 (30分钟沉降比)61.2.4 SVI（污泥指数）61.2.5 SRT (污泥龄)71.2.6 剩余污泥量71.3 工艺指标81.3.1 HRT（水力停留时间）81.3.2 BOD污泥负荷81.3.3 水力表面负荷91.3.4 R回流比91.4 厌氧、缺氧、好氧概念辨析101.4.1 厌氧101.4.2缺氧101.4.3好氧112 活性污泥112.1 活性污泥系统的构成112.2 活性污泥法的基本原理122.2.1 活性污泥法的基本概念122.2.2 有机物去除的原理133 磷去除的原理144 常见的污水生化处理工艺154.1 A/O系列工艺154.2 氧化沟活性污泥法164.3 SBR工艺164.4 接触氧化法174.5水解酸化法195 氧化沟污水处理工艺及其相关知识205.1 预处理构筑物205.1.1 格栅及其附属设备205.1.2 曝气沉砂池及其附属设备215.2 Orbal氧化沟225.2.1 氧化沟工艺的发展史225.2.2 氧化沟的构造及主要组成235.2.3 Orbal氧化沟的特点245.2.4 Orbal氧化沟生物脱氮原理265.2.5 Orbal氧化沟氧化沟生物除磷原理275.2.6 Orbal氧化沟转蝶充氧能力的调节285.3 终沉池285.4 污泥回流泵池295.5 污泥处理构筑物305.5.1 污泥浓缩池305.5.2 污泥脱水316 污水生物处理系统常见问题326.1 污泥膨胀326.2 生物泡沫346.3 污泥上浮341 基础介绍1.1 污水指标1.1.1 BOD（生化需氧量）在指定的温度和制定的时间段内，微生物在分解、氧化水中有机物的过程中所消耗的氧量，是衡量污水中有机污染物浓度的一个重要参数，单位一般是mg/l。将污水中的有机物完全氧化一般需要上百天的时间，这在实际中是不可能的。实际中采用20下20天的生化需氧量BOD20代替，但20天的时间仍然过长,不能即时的指导工作,因此通过研究发现，生化速度在开始几天很快，5d时就可以达到完全分解时耗氧量的80%左右，因此实际工作中常用5d生化需氧量BOD5衡量污水中有机物的浓度。1.1.2 COD（化学需氧量）虽然能用生化需氧量衡量污水中的有机污染物，但是其测定存在一定的限制性：测定时间长，难以及时指导实验，且测定条件要求严格：需要对含有生物拟制剂的工业污水进行预处理：污水中难以降解物质含量高时测定误差较大。为此提出利用化学需氧量代替生化需氧量控制运行情况。COD的测定方法是将污水置于酸性条件下，用重鉻酸钙或高锰酸钾强氧化剂氧化污水中的有机物所消耗的氧量。重鉻酸钾氧化性极强，水中绝大多数有机物（约90% 95%）可以被氧化。化学需氧量的优点是能够更精确的表示污水中有机物的含量，并且测定及时，能及时的指导实践，受水质的影响较小。缺点是不能像BOD那样表示微生物氧化的有机物量。另外部分无机物也被氧化，因此并非代表全部有机物量。1.1.3 可生化性污水中存在各种类型的污染物质，他们在BOD和COD测定中表现出的性质各不相同。根据污染物是否能被重鉻酸钙化学氧化和能否被生物氧化，将污染物分为四类：第一类有机物可以被重鉻酸钙氧化，又可以被微生物氧化，多数有机物属于这种类型；第二类有机物可以被重鉻酸钙氧化，但不能被微生物氧化，这主要是一些难生物降解有机物以及部分还原性无机物；第三类不能被重鉻酸钙氧化，但可以被微生物氧化，这主要是一些芳香烃类物质；第四类既不能被重鉻酸钙氧化，又不能被微生物氧化。通常情况下，污水中的化学需氧量大于生化需氧量，因为污水中可以被化学氧化剂氧化的物质多于可以被生物降解的有机化合物。可以用化学需氧量和生化需氧量的差值表示污水中难生物降解有机物量的多少。在城市污水中，常用BOD/COD的比值来分析污水的可生化性，BOD/COD0.3时，认为有机物的可生化性较好，可以采用常规的生物处理工艺，如果BOD/COD0.3，生化性较差，应考虑采用生化处理以外的处理措施，或对生化处理工艺进行改进，以下是确定污水可生化处理的传统方法。污水可生化性的传统确定方法BOD/COD 0.45 0.3 0.3 0.25 可生化性好 较好 可生化 较难生化 不宜生化1.1.4 SS（固体物质） 城市污水过滤后，将滞留在过滤材料上的物质经103105烘干，冷却，称量即为污水中固体物质含量，也称悬浮固体含量。悬浮固体代表了可以用沉淀、混凝沉淀或过滤等物化方法去除的有机物，也是影响感官性能的一个指标。1.1.5 总氮 TN、氨氮 NH3-N 凯氏氮 TKN总氮 TN：为水中有机氮、氨氮和氧化态氮（有时也单指硝态氮，硝态氮主要包括亚硝酸盐氮和硝酸盐氮）的总和。氨氮 NH3-N：水中以NH3和NH4+形式存在的氮，是有机氮氧化分解的第一步产物。是污水中主要的耗氧物质。凯氏氮 TKN：污水中氨氮和有机氮的总和。测定出TKN和NH3-N，两者之差即为有机氮。1.2 污泥指标1.2.1 MLSS(混合悬浮固体浓度)指污水和活性污泥混合液中悬浮固体的含量，单位为mg/l，也称为混合液污泥浓度，是计量混合液中活性污泥数量的指标。由于该测定值中含有微生物自身氧化生成的一些难以生物降解的残留物、污水中携入的难降解惰性物质以及一些附着的无机物，因此用MLSS表征活性污泥微生物量存在一定的误差。但MLSS容易测定，且在一定条件下，活性生物群体在MLSS中所占的比值较恒定，因此常采用。1.2.2 MLVSS （混合液挥发性悬浮固体浓度）指混合液悬浮固体中有机物的质量，也即混合液悬浮固体中可挥发成分的量。由于MLVSS中不包括无机物部分，能够较准确的代表活性污泥中微生物的数量，一般认为活性污泥微生物应以MLVSS计算。MLSS和MLVSS都表示活性污泥微生物量的相对指标，在一定的条件下，两者的比值MLSS/MLVSS应该比较固定。对于城市污水处理的一般工艺，该值在0.750.85之间，但是相对于氧化沟等没有设定初沉池，而污泥龄又比较长的工艺，其值也可能低到0.50.6.1.2.3 SV30 (30分钟沉降比) 混合液在100mL量筒中静置30min后，沉淀污泥与原混合液的体积比，以 % 形式表示。SV值能反映正常情况下曝气池中的污泥量，同时也是污泥沉降性能的一个指标。当污泥发生膨胀等异常情况现象时，尽管污泥量没有发生明显变化，SV值却增加较多，污泥沉降性能变差。1.2.4 SVI（污泥指数）全称为污泥容积指数，指混合液经30min沉降后，1g干污泥所占的体积，单位为mL/g。SVI值更好的反映了污泥的松散程度和混凝、沉降性能。其值过低，说明活性污泥无机成分多，泥粒细小密实，缺乏活性和吸附能力；过高又说明污泥沉降性能不好，难于沉降分离。城市污水处理的SVI值介于50150之间。 SVI=SV(mL/L)/MISS(g/L)1.2.5 SRT (污泥龄) 微生物从生成到排出系统的平均停留时间，也是曝气池中全部活性污泥更新一次所需时间，数值上等于曝气池总污泥量与每日排放剩余污泥量的比值，一般以表示。1.2.6 剩余污泥量即每日的新增污泥量，数值上等于微生物代谢有机物合成的细胞物质量与内源呼吸消耗的细胞物质量的差。理论上，每日排放的污泥量应等于每日新生成的污泥量与进水携带的无机固体含量的和。 可以采用下面的公式计算每日新增污泥量： Y obs=Y/(1+Kd ·) X= Y obs(So-Se)Q其中：Y obs 表观产率系数，gMLVSS/gBOD5Y 微生物产率系数，gMLVSS/gBOD，城市污水一般取0.6Kd 活性污泥自身衰减系数，城市污水一般取0.06/d 污泥龄，dSo 原污水BOD5浓度，mg/LSe出水BOD5浓度，mg/LX曝气池中活性污泥每日的净增量，gMLVSS/d 从污泥龄的定义看，剩余污泥排放量与污泥龄有一定的关系，在污泥龄确定的情况下，可以通过曝气池中污泥总量确定剩余污泥排放量。而同时剩余污泥的排放量又必须同每日池子中污泥的新增量以及污水中携带进入的无机物量保持一致，因此在工艺运行过程中应注意两者间的协调。1.3 工艺指标1.3.1 HRT（水力停留时间） 污水从进入构筑物到流出构筑物平均所需的时间间隔，数值上等于构筑物有效容积与污水流量的比值，单位为h。HRT=V/Q式中：Q污水流量，m3/h； V构筑物有效容积，m31.3.2 BOD污泥负荷 单位质量的污泥每日分配的原污水有机物BOD5质量，单位kgBOD/（kgMLSS· d）。 NS=24QSO/(V·X)式中：NSBOD污泥负荷 SO原污水中BOD5浓度，mg/L X曝气池混合液悬浮固体MLSS浓度，mg/L1.3.3 水力表面负荷 单位时间内通过构筑物单位表面积的污水量，单位为m3/（m2· d） q = 24Q/A式中：A构筑物表面面积，m2水力表面负荷实际代表速度，其单位可表示为m/h。当污水中的悬浮颗粒沉降速度v满足vq时，该颗粒会全部在构筑物中沉淀，而当vq时，仅有部分颗粒能够沉淀去除。因此，q取值越小，相应的沉淀效果越好，当然此时需要的池面积越大。1.3.4 R回流比回流比为回流污泥量与构筑物总进水量的比值，即：R = QR / Q式中QR 为回流污泥量，m3/h回流比一般在50100%之间，但有些工艺的回流比却高达300%以上。对于给定的污水处理工艺，其回流比与混合液污泥浓度以及回流污泥浓度有一定关系。在给定的污水处理厂内，欲保持曝气池内污泥浓度恒定，进出曝气池的污泥浓度必须遵循如下关系：进水携带的污泥+回流污泥+新生污泥=排放出的污泥+微生物衰减一般情况下，同回流污泥量和从曝气池中排放出的污泥量相比，污泥中携带的物质引起的污泥增量以及新生污泥量和由于微生物降解引起的污泥衰减量（每日新增污泥量）要小得多，因此在进行物量衡算时，可以考虑省略这三部分物质的量，即：回流污泥排放出的污泥QR·XR(Q + QR )·X 所以：QR Q ·X /( XR - X)1.4 厌氧、缺氧、好氧概念辨析由于生物脱氮、除磷的需要，在传统活性污泥法的基础上，将厌氧状态组合到活性污泥中，因此在生物反应器中就产生了厌氧、缺氧、好氧的分区状态；或者是在同一生化反应器中反复周期的实现厌氧、缺氧、好氧的状态。污水中的厌氧、缺氧、好氧状态不仅体现在溶解氧的变化上，也体现在参与反应的微生物、呼吸类型、最终电子受体等方面。1.4.1 厌氧厌氧一般是指混合液不存在溶解氧（或溶解氧浓度极低），且其中也没有硝酸盐存在的状态，主要以低分子有机物、CO2以及一些高能化合物为电子受体，此时混合液中的溶解性和颗粒性有机物将发生水解酸化反应。根据其中的溶解氧浓度，厌氧过程又分为完全厌氧（甲烷化）、兼性厌氧（水解酸化）和暂时厌氧。1.4.2 缺氧缺氧状态下混合液中不存在溶解氧（或溶解氧浓度极低），而存在大量的硝酸盐氮。此时由于混合液中的溶解氧浓度极低，不足以供给氧化还原反应的电子受体，因此该过程中主要以硝酸盐作为电子受体，在此过程中主要发生有机物的降解反应以及反硝化反应。1.4.3 好氧 好氧状态是指污水中存在溶解氧的状态（一般指溶解氧浓度>1mg/L）。此时混合液中的电子受体主要为溶解氧，在溶解氧不足的情况下，混合液中的部分硝酸盐也会作为电子受体。好氧环境下主要发生有机物的降解、有机氮的氨化、氨氮的氧化以及同步硝化反硝化反应。简单的说，混合液中既不存在溶解氧，又不存在硝酸盐的状态为厌氧状态；存在硝酸盐但不存在溶解氧的状态为缺氧状态；而混合液中溶解氧作为主要电子受体的状态为好氧状态。2 活性污泥2.1 活性污泥系统的构成典型的城市污水流程主要包括机械处理、生活处理（水线）、污泥处理（泥线）等工段。机械处理阶段又称一级处理工段；由机械处理和生化处理构成的系统属于二级生物处理系统；处理效果介于一级和二级之间的一般称为强化一级处理系统；具有除磷脱氮功能的二级生物处理系统一般称为深度二级处理系统；为去除特定物质而在二级处理系统后设置的处理系统属三级处理系统（或深度处理系统）。机械处理工段在整个污水处理系统中占有重要地位，它不仅可以单独作为污水处理工艺，也可以作为预处理置于二级处理系统的前端，以减轻二级处理负荷，减小运行费用并提高处理效果。机械处理系统一般包括粗细格栅、沉砂池、初沉池等构筑物及配套设备，以去除粗大颗粒及悬浮物为主要目的，是普遍采用的污水处理方式，是所有污水处理系统的必备工段，但某些工业流程中可以省略初沉池。污水生化处理属二级处理，以去除污水中的不可沉悬浮物和溶解性可生物降解有机物为主要目的。其主要原理是通过生物作用，尤其是微生物作用，完成有机物的降解和生物体的合成，将有机物转变成无害的无机气体、液体以及富含有机物的固体物质。根据微生物在构筑物中的生长模式，生化处理工艺又分为推流式和完全混合式两种。污泥处理系统主要包括污泥浓缩、污泥消化以及污泥脱水。污泥处理的主要目的是减小污泥水分，降低容积，以利于最终运输和处置；使污泥稳定化，消除其中的有毒有害物质，避免二次污染；改善污泥中部分物质的性能，以达到最终资源化利用的目的。其中污泥浓缩和脱水的主要目的都是减小污泥水分，降低容积，而污泥消化的主要目的则是通过微生物的代谢作用，使其中的有机物质达到最终稳定化。另有部分污水工程为收集污泥消化产生的沼气而设置了沼气系统。2.2 活性污泥法的基本原理2.2.1 活性污泥法的基本概念 活性污泥法是城市污水二级处理厂采用最广泛有效的处理方法，是使曝气池中的微生物处于悬浮状态，并于污水充分接触而使其净化的方法。活性污泥是指向污水中通入一定量的空气，经过一定时间，污水中产生的一种絮凝体（菌胶团）。这种絮凝体由大量繁殖的微生物组成，这些絮凝体易于沉淀并与污水分离，并使污水得到澄清。2.2.2 有机物去除的原理由于活性污泥表面积很大，而且具有多糖类粘质层，因此，污水中悬浮的胶体物质可以被吸附和絮凝，迅速从水中去除。这种初期的去除只是在一个很短的时间内完成，有机物作为一种储备的营养物质，吸附在细胞物质表面，而后才被微生物摄取进行代谢。有机物中的碳、氮、磷是微生物的基本营养物质，其在微生物营养中所占的比例的10051，污水中的部分碳、氮、磷可以通过微生物合成得以去除。活性污泥微生物以污水中的有机物作为营养，在有氧的情况下，将其中部分有机物合成为新的细胞物质，而另一部分有机物则被氧化分解，以提供细胞合成所需的能量，并最终形成CO2和H2O等稳定的物质。在这个过程中，部分微生物细胞也会自身进行氧化分解，并提供能量，这种现象称为细胞物质的内源呼吸。在曝气池中，微生物的增殖、有机物的降解、微生物的内源代谢以及氧的消耗是同步进行的。 污水中氮存在形式有有机氮、氨氮、无机氮、硝态氮等多种形式，而城市污水中则以前两种为主。污水生物处理过程中，氮的转化一般经历了以下几个过程：氨化作用：污水中的有机氮主要是以蛋白质和氨基酸的形式存在。在蛋白质水解酶的作用下，蛋白质水解为氨基酸，而后又在脱氨酶作用下，氨基酸发生脱氨基反应，最终形成氨氮。另外，城市污水中还含有大量由人和高等动物排泄出来的尿素，在尿素酶的作用下也会快速形成氨氮。硝化作用：在有氧情况下，污泥中的亚硝酸菌首先将污水中的氨氮转化为亚硝酸盐，而后又在硝化菌作用下，转化为硝酸盐。 反硝化作用：在无分子态氧存在的情况下，反硝化菌以污水中的硝酸盐作为电子受体，将其还原为氮气而从系统中去除。反硝化菌多数为兼性菌，在有氧的情况下，可以利用氧为氧化剂，而在无氧的情况下则可以利用硝酸盐左右氧化剂，所以要达到较好的反硝化效果必须严格控制污水中的溶解氧。以上即为生物硝化/反硝化脱氮的基本原理。根据以上理论，脱氮过程首先应在有氧环境下将含氮物质氧化为硝态氮，而后在无氧条件下，将硝态氮还原为氮气逸出。3 磷去除的原理 污水生物除磷技术的发展源于生物超量吸磷现象的发现。污水生物除磷就是利用活性污泥的超量吸磷现象，即微生物在好氧过程中吸收的磷超过正常生长所需要的磷的量，能够完成好氧超量吸磷的细菌被称为聚磷菌，普通细菌结构中的含磷量约占其质量的2.3%，而聚磷菌体内能达到8%。磷的厌氧释放：在厌氧条件下，某些细菌能利用细胞内聚磷水解产生的能量，吸收低分子有机物（如挥发性脂肪酸，VFA）于细胞内形成聚羟基丁酸盐（PHB），同时以正磷酸盐的形式将微生物体内的聚合磷酸盐释放到污水中。一般认为，磷厌氧释放的基础是污水中存在一定量的小分子有机物；磷的好氧吸收：进入好氧状态后，微生物代谢PHB并以ATP的形式释放能量，用于超量吸收污水中的磷，在微生物体内以聚合磷酸盐的形式储存起来，并产生型的细胞物质。保存在微生物（活性污泥）体内的磷通过排放剩余污泥而最终去除，微生物好氧吸收的磷远远大于其厌氧释放的磷，因而处理后出水中磷浓度明显降低。应该说，磷的厌氧释放是其好氧超量吸收的前提。4 常见的污水生化处理工艺目前常见的污水处理工艺主要包括传统活性污泥法、生物膜法、AB法、A/O系列、氧化沟系列、SBR系列，接触氧化法，水解酸化法等。目前采用最广泛的是A/O系列、氧化沟系列和SBR系列工艺，这些工艺研究的出发点多是脱氮除磷。4.1 A/O系列工艺A/O系列工艺主要是为了脱氮除磷目的而提出的，是一种典型的厌氧（缺氧）/好氧工艺，主要包括A/O工艺（厌氧/好氧）以及A2/O工艺（厌氧/缺氧/好氧）等，微生物在厌氧池中完成好氧吸磷以及硝化反应等，通过回流污泥以及混合液达到最终的除磷脱氮的目的。4.2 氧化沟活性污泥法氧化沟活性污泥法是将传统活性污泥法中的生物处理反应池用氧化沟代替，其他基本保持不变，该工艺从20世纪60年代开始即在欧美地区得到迅速发展。因其出水水质好、耐冲击负荷、运行稳定、管理简单、污泥量少等优点，目前在我国得到了广泛的应用。氧化沟工艺有多种变形工艺，如Carrousel氧化沟、Orbal氧化沟、三沟式氧化沟、一体化氧化沟等。氧化沟的工作原理为：在环形的沟渠内安装一定数量的转刷或转碟等设备，作为供养和水流的推动力，是构筑物内的活性污泥、污水和氧充分混合，并保持其中的污泥不发生沉降，污水在沟内循环流动若干圈，即经过一段生化反应时间使其中的污染物得以去除。4.3 SBR工艺 SBR工艺的全称为序批式间歇活性污泥法（也称间歇式活性污泥法），这并不是一种新工艺，而是已经具有悠久的发展历史了。但由于以前自动化水平较低，而SBR工艺自动控制要求严格而没有得到广泛应用。同氧化沟工艺一样，目前SBR工艺也有很多变形。其基本工作原理：污水在单一的池内完成进水、反应、沉淀、出水、闲置5个基本过程。初期的SBR工艺都是采用间歇进水、间歇出水工艺，因此实际生产中必须有两个以上的SBR反应器，污水按序列进入每个反应器中。对于单一反应器而言，进出水是间歇的，但对整个处理系统而言，如果多个SBR反应器，并联运行并安排得当，也可以做到连续进水、连续出水。4.4 接触氧化法 接触氧化法为微生物固着生长的填料全部淹没在废水中，相当于一种浸没在废水中的生物滤池，采用与曝气池相同的曝气方法，提供微生物氧化有机物所需要的氧量，并起搅拌混和作用。净化废水除主要依靠填料上的生物膜外，氧化池中尚存在一定浓度类似活性污泥的悬浮生物量，它对废水也有一定的净化作用，具有容积负荷高，停留时间短，有机物去除效果好，运行管理简单和占地面积小等优点。 在生物接触氧化区中，在溶解氧和营养物供给充足的条件下，微生物迅速繁殖增长，并与进水有机负荷变化相适应，生物膜形成以后，当废水流过填料层时，有机物被生物膜所吸附，被吸附的有机物贮存在生物膜中，有较长时间为微生物氧化，分解吸收，当生物膜达到一定厚度时，内层生物膜由于缺氧， 好氧菌死亡附着力减弱，脱落以污泥形式排除。新的生物膜又会在原来脱落的地方生长出来，如此新陈代谢，使出水水质保持稳定。曝气方式选择：曝气除向水中提供充足的溶解氧外，其另外一个作用是传质，将有机物，溶解氧传递到微生物表面，采用生物接触氧化法，曝气还有脱膜作用，曝气采用三叶罗茨鼓风机，三叶罗茨鼓风机噪音低，处理装置为提高氧利用率，采用微孔曝气器曝气。填料选择：弹性立体填料，其特殊材质与特殊的构造形式，启动挂膜快，充氧能力好，与软性填料比较，其充氧能力五项指标均提高1倍以上，供气量与耗电量可减少50%，经济效益显著。好氧处理采用接触氧化法，这主要是因为接触氧化池在经过一段时间的停止运行之后，在重新启用之后能够很快的恢复。利用鼓风曝气接触氧化法处理技术，废水通过该池，设置于池内的弹性生物填料截留下废水中的悬浮物质，并把废水中的胶体物质吸附在自己的表面，其中的有机物使微生物在氧气充足的环境下迅速繁殖，同时这些微生物又进一步吸附废水中的悬浮物，胶体和溶解状态下的物质逐渐形成生物膜，废水通过生物膜的吸附、氧化得到净化。生物接触氧化法的工作特点：（1) 生物量高：由于填料的表面积较大，生物膜较厚，一般为0.51.5mm。因此池内生物量相当高。 (2)生物活性高：本设计中的生物接触氧化池的微孔曝气器设在填料下，不仅供养充分，而且对生物膜起到了搅动作用，加速了生物膜的更新，使生物膜活性高。另外，曝气会形成水的紊流，使固定在填料上的生物膜可以连续、均匀地与污水相接触，避免生物氧化池中存在的接触不良的缺陷。由于空气搅动，整个氧化池的污水、在填料之间流动，增强了传质效果，提高了生物代谢速度 。(3)污泥龄短：接触氧化法生物膜的污泥龄比活性污泥法都短，一般仅为12d。而污泥负荷为0.20.4kgBOD5/kgMLSSd的加速曝气池污泥龄为24d。污泥龄短，说明微生物的更新速度快，新生的生物膜活性大，吸附和氧化有机物的能力强。(4)丝状菌多：氧化池生物膜是以丝状菌为骨架组成立体网状结构。这种结构的生物膜比较疏松，水中溶解氧容易进入膜的里层，保持生物膜的好氧状态。丝状菌具有较强的氧化有机物的能力。对于活性污泥系统，丝状菌是引起污泥膨胀的主要原因，所以应加以严加控制。对于生物接触氧化法，丝状菌成为净化废水的重要微生物。华勃氏呼吸仪测定结果表明，含有丝状菌生物膜的耗氧速率，比不含丝状菌的活性污泥高两倍以上。(5)氧化池内的传质速度较快 ：生物膜法净化机理表明，生物膜所需营养物质的供应，代谢产物的排除与生物膜和其周围液体的相对运动速度有关。相对速度大，传质速度就快，有机物的氧化速率就高。在氧化池中固定在填料上的生物膜与水流间的相对运动速度比悬浮在曝气池中的活性污泥大得多。因此，可及时地提供生物膜丰富的营养，排除其代谢产物，加速生物膜的代谢速度，提高它对有机物的氧化速率。基于上述原因，生物接触氧化法具有较高的处理能力。在污泥负荷相同的条件下，接触氧化法的容积负荷比传统活性污泥法高57倍，比加速曝气法高23倍，是一种高效生物处理法。4.5 水解酸化法水解酸化法是利用水解和产酸菌的作用,将不溶性有机物水解为溶解型有机物,大分子物质分解为小分子物质，大大提高了污水的可生化性。水解酸化主要用于有机物浓度较高、SS较高的污水处理工艺，是一个比较重要的工艺。如果后级接入UASB工艺，可以大大提高UASB的容积负荷，提高去除效率。水中有机物为复杂结构时，水解酸化菌利用H2O电离的H+和OH-将有机物分子中的C-C打开，一端加入H+，一端加入OH-，可以将长链水解为短链、支链成直链、环状结构成直链或支链，提高污水的可生化性。水中SS高时，水解菌通过胞外粘膜将其捕捉，用外酶水解成分子断片再进入胞内代谢，不完全的代谢可以使SS成为溶解性有机物，出水就变的清澈了。这其间水解菌是利用了水解断键的有机物中共价键能量完成了生命的活动形式。但是COD在表象上是不一定有变化的，这要根据在设计时选择的参数和污水中有机物的性质共同确定的，长期的运行控制可以让菌种产生诱导酶定向处理有机物，这也就是调试阶段工艺控制好以后，处理效果会逐步提高的原因之一。水解工艺并不是简单的，设计时要考虑污水中有机物的性质，确定水解的工艺设计，水解停留时间、搅拌方式、循环方式、污泥回流方式、设计负荷、出水酸化度、污泥消解能力、后级配套工艺（UASB或接触氧化）。5 氧化沟污水处理工艺及其相关知识5.1 预处理构筑物5.1.1 格栅及其附属设备格栅是一种最简单的过滤设备，由一组平行的栅条组成，置于污水流经的路线上，用于截留大块呈悬浮或漂浮状的污染物（垃圾）。设置格栅的主要目的有：防止大块漂浮物损坏水下设备；防止缠绕物堵塞管道和水泵；防止缠绕物挂缠在闸阀、止回阀上影响阀门的启闭，或挂在终沉池出水三角堰上影响出水，挂在机械曝气设备上增加设备阻力，挂在仪表上影响仪表的精度。格栅按栅条间距离大小可分为粗格栅、中格栅和细格栅。粗格栅间隔在40 mm以上，主要用于水泵前，保护水泵；中格栅栅条间距1040mm，用于截留大部分栅渣；细格栅栅条间距410mm，用于截留细软栅渣，防止缠绕物通过。目前污水处理厂普遍采用中、细格栅的组合方式。格栅的主要运行参数有过栅流速和过栅水头损失。一般控制栅前流速0.40.8m/s，过栅流速0.61.0m/s，流速过大会导致栅渣流失量增大，过小则会造成格栅间淤泥沉砂。格栅的水头损失即正常流动时格栅前后的水位差，一般为0.080.15m/s。格栅及其附属设备的开启顺序为：螺旋压榨机 螺旋输送机 格栅 ，关机顺序正好相反。首先关闭格栅，间隔一定时间后关闭螺旋输送机，然后又关闭螺旋压榨机，这样的目的主要是清除各设备中的残渣，以防下次启闭时，设备高负荷工作。5.1.2 曝气沉砂池及其附属设备曝气沉砂池及其附属设备主要包括：曝气沉砂池、沙水分离器、桥式刮吸沙机、鼓风机。曝气沉砂池工作原理：沉砂池一侧池壁设有空气扩散器，使水流沿池流动的同时，在空气提升作用下产生横向流动，形成螺旋形旋转流态。这样一方面可以使有机物保持悬浮，另一方面可以使沙粒旋至外圈，并在旋转摩擦作用下清洗沙粒表面附着的有机物质。曝气沉砂池的设计水深一般23m，宽深比一般为12，空气扩散管到池底的距离一般为0.60.9m。曝气沉砂池的主要控制参数为：水平流速、最短停留时间、曝气强度和旋转流速。水平流速过大会影响除砂率，一般控制在0.060.12m/s；停留时间长有利于沉砂，但相对也增大的池容，另外对具有脱氮除磷的工艺而言，长时间的停留会使有机物发生降解，从而使后续营养不足，一般取13min足以，如工艺有预曝气要求，则可适当延长；曝气强度的大小应该既能保证沉砂，又能保持有机物处于悬浮状态，曝气强度有多种表示形式，其中单位污水量的曝气量应保持在0.10.3m3/ m3污水的水平。5.2 Orbal氧化沟Orbal氧化沟为污水处理工程的生化处理工段，也是工艺的主要部分。以下将对Orbal氧化沟工艺进行详细的叙述。5.2.1 氧化沟工艺的发展史氧化沟技术是一种公认的革新活性污泥法，是二十世纪五十年代有荷兰公共卫生工程研究所成功研究出的一种新技术。自1954年荷兰首先建立起一座间歇运行的氧化沟以来，氧化沟欧洲、北美、南非以及澳大利亚等地得到了迅速的推广应用。到1985年为止，美国已建成553座氧化沟污水处理工程，荷兰216座，丹麦300座，英国300多座，加拿大90多座。不仅氧化沟的数量在增加，其工艺和构造也有了很大的发展和进步，处理能力不断提高，至今已发展成达65万吨/d的大型污水处理厂，处理范围不断扩大，不仅用于处理生活污水，也广泛用于工业和城市废水的处理。早期的氧化沟只是一种单沟道的“循环曝气池”，主要用于去除污水中的BOD以及进行硝化反应。但随着社会的变更，环境污染的加重，氮磷等营养物质造成的水体富氧化问题日益突出，许多国家已经出现了控制污水中氮磷的排放量的新举措，于是污水处理的任务不再是仅去除其中的有机物，而且兼具脱氮除磷功能。于是一些具有脱氮除磷的氧化沟应运而生，现在已发展成各种不同的类型，我们称这些氧化沟为第二代氧化沟，包括立式表面曝气器型、Orbal型、三沟或两沟交替工作型、一体化氧化沟等工艺。Orbal氧化沟的雏形是两沟或三沟交替工作型氧化沟，初期由于曝气设备供氧能力的制约，氧化沟的沟道很浅，只有1.21.5m。在改进了曝气设备性能后沟深大大增加，现已发展到4m以上。 5.2.2 氧化沟的构造及主要组成Orbal氧化沟通常是由三个或四个同心的沟道组成，沟道间采取隔墙分开，平面多为圆形或椭圆形，断面为矩形或梯形。Orbal氧化沟的主要组成部分为：曝气设备、进水分配井、出水溢流堰以及自动控制仪表等。曝气设备是氧化沟的关键部分，起着供养、混合、推动水流作循环流动以及防止活性污泥沉淀的作用，一般采用曝气转蝶（也称曝气转盘），转蝶的浸没水深一般在230530mm之间，其变动通过出水堰调节。当设两组以上的氧化沟时，应设进水分配井，以分配和控制进水量。出水堰主要起调节沟内水深以及转蝶浸没深度的作用，可以通过调节堰高控制浸没深度，从而适应各种供氧量的要求。Orbal氧化沟的自动控制仪表比较简单，主要仪表有溶氧仪和污泥浓度计，自动控制可以根据溶氧仪的读数以及工艺上对溶解氧的要求自动选择转蝶的开启台数。5.2.3 Orbal氧化沟的特点Orbal氧化沟整体流态为推流式，而局部则为完全混合式，因此不仅具备推流式的特点，也具有完全混合式的特征，有利于难降解有机物的去除，且耐冲击负荷，可以避免曝气工艺中产生的污泥膨胀现象，确保良好的出水水质和稳定的处理效果。整个氧化沟为多级反应器串联系统，通常有三个连续曝气的同心沟道，三沟的容积分配为：外沟约占总池容的1/2，中沟约占1/3，内沟约占1/6.多级反应器不仅能够在正常的生物负荷作用下保持优良的工艺特征，而且有利于氨氮的去除（氨氮的去除需要较长曝气时间）。Orbal氧化沟是一个连续运行的氧化沟系统，每个独立的沟道都具有理想的BOD降解和硝化/反硝化能力，这样从理论上讲整个池容都是有效的。曝气转蝶的独特设计，提高了供氧能力和混合能力。通过增加转蝶的碟片数、增减转蝶的开启次数、调整浸没水深等措施，可以起到调整供养能力和电耗水平的目的。Orbal氧化沟溶解氧浓度在三沟呈0-1-2分布。控制外沟溶解氧00.5mg/l，主要发生碳源氧化、反硝化及硝化、磷释放等反应；中沟溶解氧控制在0.51.5mg/l，可以起到一定的过渡作用，并去除部分有机物；内沟溶解氧控制在22.5mg/l，进一步去除剩余的BOD，继续完成硝化反应，并保证出水有足够的溶解氧带入终沉池，防止终沉池污泥反硝化上浮，影响水质。这样的设计在很大程度上节省了能源。Orbal氧化沟一般为低负荷运行的工艺，且氧化沟内维持较高的污泥浓度，一时的负荷冲击不足以对微生物产生影响。而且氧化沟中污水的循环流量大，在流态上每个沟内都为完全混合式，高浓度污水进入后立即就会被稀释，对系统不会产生很大影响。一般的去除难降解有机物的微生物的时代时间较长，污泥中存在的数量就会影响到难降解物质的去除，同样的硝化菌的世代时间也很长，其数量的多少也影响着工艺的脱氮效果。Orbal氧化沟的长泥龄设计，为系统中生长缓慢的特殊微生物的生长提供了便利条件，这样这类特殊微生物的浓度就会有所增加，从而有利于难降解物质以及氮的去除。5.2.4 Orbal氧化沟生物脱氮原理4.2.2提出氧化沟的外沟是碳源氧化、反硝化及硝化的主要场所，而碳源氧化和硝化主要是发生在有氧环境下，这是否与外沟溶解氧浓度0相矛盾呢？如果硝化反应不发生在外沟，而发生在中、内沟，那么岂不是只有回流污泥中含有的硝酸盐才能发生反硝化反应，Orbal氧化沟较高的脱氮效果有从何而来呢？要想弄清这个问题，就必须了解Orbal氧化沟氧化沟外沟内氮的存在和转换形式。首先，Orbal氧化沟的外沟为一种厌氧、好氧、缺氧共存的环境。同中沟和内沟一样，外沟曝气转蝶下游也存在着溶解氧浓度大于0.5mg/l的一段区域，使得其溶解氧仍不足以供给外沟微生物的实际耗氧量，因此在好氧区下游又出现了缺氧区甚至厌氧区，在氧化沟的外沟中90%以上的容积内DO保持在0的状态，因此存在大量的厌、缺氧环境。污水中的氨氮以及含氮有机物首先在转蝶附近被氧化为硝酸盐氮，而后在溶解氧不足的情况下，发生硝化反应脱氮。外沟的高有机物浓度为脱氮提供了大量的碳源。外沟的这种好、缺、厌氧的交替环境以及较高的污水流速为氮的去除提供了有利环境。另外，外沟巨大的池容延长了污水在其中的停留时间，再加上较大的污水流速，使得污水在其中循环流动，经过多次厌氧、缺氧、好氧的交替后才能进入中沟和内沟，这样就在很大程度上提高了硝化、反硝化的效果。对于大多数Orbal氧化沟系统而言，外沟发生的完全硝化率约为65%，反硝化率为80%。其次，微生物滋生的微环境也为脱氮提供了便利。多数学者认为，微生物自身的微环境是同步硝化反硝化的根本原因。活性污泥系统的菌胶团中存在各种不同的微环境，而每种微环境往往只适合于一类微生物活动，而不适应其它微生物的活动。在Orbal氧化沟系统中，由于曝气装置的交替布置，以及没有初沉池而形成的大颗粒菌胶团使得微环境的概念更为鲜明。在Orbal氧化沟系统中，菌胶团内微环境的变化很明显，受菌胶团内部结构、氧传输速率、硝态氮传输速率以及好氧速率的影响，在外界大环境好氧的情况下，菌胶团内部也可能会产生缺氧，甚至厌氧的状态。所以在外部好氧的情况下，菌胶团内部也可能发生硝化反应，这就是近年来备受学者关注的“同步硝化反硝化”现象。5.2.5 Orbal氧化沟氧化沟生物除磷原理若要在Orbal氧化沟内达到除磷的目的，就必须密切关注氧化沟外沟的氧传递速率，外沟必须有良好的好氧缺氧厌氧环境交替存在。Orbal氧化沟外沟营养物质的大量提供使得该沟内转蝶提供的溶解氧被快速吸收，沟内大部分地方缺少分子态氧；有硝化过程产生的硝酸盐也快速的被反硝化菌利用，这样就会因无说中缺少硝酸盐而形成厌氧环境，为磷的超量吸收提供了条件。另外，Orbal氧化沟独特的设计，使其外沟可能出现目前正在研究中的“反硝化除磷”现象。早起认为，除磷工艺厌氧区硝酸盐的存