一丶污水處理工藝選擇概述  

污水處理工藝的選擇是根據(jù)污水進(jìn)水水質(zhì)、出水標(biāo)準(zhǔn)、污水處理廠規(guī)模、排放水體的環(huán)境容量，以及當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)條件、管理水平、自然條件、環(huán)境特點(diǎn)等因素綜合分析研究后確定的。各種工藝有其各自的特點(diǎn)及適用條件，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況、項(xiàng)目的具體特點(diǎn)而定。

污水處理廠工藝選擇原則如下：

①工藝性能先進(jìn)性：工藝先進(jìn)而且成熟，流程簡單，對水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，出水達(dá)標(biāo)率高，污泥生成量少且易于處理、處置；

②高效節(jié)能經(jīng)濟(jì)性：耗電量小，運(yùn)行費(fèi)用低，投資省，占地少；

③運(yùn)行管理適用性：運(yùn)行管理方便，設(shè)備可靠，易于維護(hù)；

④文明生產(chǎn)安全性：重視環(huán)境，控制噪聲，防治臭氣，創(chuàng)造文明生產(chǎn)條件。

根據(jù)水質(zhì)分析的結(jié)果，本工程進(jìn)水水質(zhì)濃度偏高，BOD5/CODcr=0.2、BOD5/TN=2.1、BOD5/TP=20，需要使用強(qiáng)化脫氮除磷工藝。

根據(jù)對各項(xiàng)污染物去除率的要求，表明污水處理廠需釆用強(qiáng)化生物處理工藝，但生物處理工藝在滿足常規(guī)去除CODcr和BOD5以及SS的同時(shí)，必須具備除磷脫氮的功能。通過對國內(nèi)外釆用脫氮除磷工藝的污水廠設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，釆用適宜的除磷脫氮污水生物處理工藝，對表中污染物的去除是能夠得到保證的。

本工程進(jìn)水的TP濃度較高，根據(jù)國內(nèi)外污水處理廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，高濃度的TP完全依賴于生物除磷是有風(fēng)險(xiǎn)的。為保證污水穩(wěn)定的達(dá)標(biāo)排放，本工程增設(shè)化學(xué)輔助除磷設(shè)施，與生物除磷相結(jié)合以強(qiáng)化除磷效果，達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

本工程進(jìn)水中的SS濃度較高（以無機(jī)顆粒為主），如果不進(jìn)行預(yù)處理，其對后續(xù)的生化處理系統(tǒng)影響非常大，所以應(yīng)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)處理措施以降低進(jìn)水中的懸浮物濃度。

根據(jù)以上分析，本工程污水處理工藝必須考慮加強(qiáng)除磷脫氮的工藝。根據(jù)水質(zhì)條件分析，本項(xiàng)目污水較適合使用生物脫氮除磷工藝。目前國內(nèi)應(yīng)用的二級污水處理工藝主要包括A2/O、MBR與BBR等，本報(bào)告將對這幾種處理工藝進(jìn)行介紹，并進(jìn)一步比選出本工程的推薦工藝。

1. A2/O工藝概述

A2/O是根據(jù)微生物的特性而研究的最典型也最原始的除磷脫氮工藝。A2/O即A-A-O，厭氧-缺氧-好氧流程（Anaerobic -Anoxic-Oxic，簡稱A-A-O或A2/O）。A2/O工藝由厭氧池、缺氧池、好氧池串聯(lián)而成。其流程圖如圖1所示。

它的基本流程是在厭氧-好氧除磷的工藝中加入缺氧池，將好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，以達(dá)到反硝化的目的，在首段的厭氧池主要進(jìn)行磷的釋放，使污水的磷的濃度升高，溶解性的有機(jī)物被細(xì)菌吸收使污水中的BOD5濃度下降，另外部分NH3-N因細(xì)胞的合成得以去除，污水中的NH3-N濃度下降。在缺氧池中，反硝化菌利用污水的有機(jī)物做碳源，將回流混合液中帶入大量NO3-N和NO2-N還原為N2釋放到空氣，因BOD5濃度繼續(xù)下降，NO3-N濃度大幅度下降，而磷的變化很小。在好氧池中，有機(jī)物被微生物生氧化而繼續(xù)下降，有機(jī)N被氨化繼而被硝化，使NH3-N濃度顯著下降，但隨著硝化過程使NO3-N濃度增加，而P隨著聚磷菌的過量攝取。也以較快的速度下降。經(jīng)過多年的實(shí)踐檢驗(yàn)，A2/O工藝在除磷脫氮方面無可替代，尤其在大型污水處理廠的應(yīng)用，表現(xiàn)出其強(qiáng)大的除磷脫氮功能。

2. MBR工藝概述

傳統(tǒng)的活性污泥工藝(Conventional Activated Sludge, CAS)廣泛地應(yīng)用于各種污水處理中。由于采用重力式沉淀方式作為固液分離手段，因此帶來了很多方面的問題，如固液分離效率不高、處理裝置容積負(fù)荷低、占地面積大、出水水質(zhì)不穩(wěn)定、傳氧效率低、能耗高以及剩余污泥產(chǎn)量大等等。傳統(tǒng)生物處理工藝處理后的水難以滿足越來越嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展所帶來的水資源的日益短缺也迫切要求開發(fā)合適的污水資源化技術(shù)，以緩解水資源的供需矛盾。在上述背景下，一種新型的水處理技術(shù)——（Membrane Bioreactor，MBR）應(yīng)運(yùn)而生。隨著膜分離技術(shù)和產(chǎn)品的不斷開發(fā)，MBR也更具有實(shí)用價(jià)值，近年來許多國家都投入了大量資金用于開發(fā)此項(xiàng)技術(shù)。

2.1 MBR概述

MBR是指將超、微濾膜分離技術(shù)與污水處理中的生物反應(yīng)器相結(jié)合而成的一種新的污水處理裝置。這種反應(yīng)器綜合了膜處理技術(shù)和生物處理技術(shù)帶來的優(yōu)點(diǎn)。超、微濾膜組件作為泥水分離單元，可以完全取代二次沉淀池。超、微濾膜截留活性污泥混合液中微生物絮體和較大分子有機(jī)物，使之停留在反應(yīng)器內(nèi)，使反應(yīng)器內(nèi)獲得高生物濃度，并延長有機(jī)固體停留時(shí)間，極大地提高了微生物對有機(jī)物的氧化率。同時(shí)，經(jīng)超、微濾膜處理后，出水質(zhì)量高，可以直接用于非飲用水回用。系統(tǒng)幾乎不排剩余污泥，且具有較高的抗沖擊能力。特別1989年Yamamoto將中空纖維膜應(yīng)用于活性污泥處理中，使工藝運(yùn)行成本大大降低，實(shí)際應(yīng)用前景廣闊。因此，MBR是當(dāng)今倍受國內(nèi)外專家學(xué)者重視的一項(xiàng)高新水處理技術(shù)。

2.2 MBR種類

從整體構(gòu)造上來看，MBR是由膜組件和生物反應(yīng)器兩部分組成。根據(jù)這兩部分操作單元的組合方式，膜生物反應(yīng)器可分為分置式和一體式（浸沒式）兩種。分置式MBR是指膜組件與生物反應(yīng)器分開設(shè)置，浸沒式MBR是指膜組件安置在生物反應(yīng)器內(nèi)部。2種反應(yīng)器的流程如圖6-2所示，分析如表6-2所示。

2.3  MBR工藝優(yōu)缺點(diǎn)

MBR工藝的主要特點(diǎn)如下：

（1）出水水質(zhì)好

由于采用膜分離技術(shù)，不必設(shè)立、過濾等其它固液分離設(shè)備。高效的固液分離將污水中有懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、生物單元流失的微生物菌群與已凈化的水分開，不需經(jīng)三級處理即直接可回用，具有較高的水質(zhì)安全性。

表1  分置式及浸沒式MBR工藝比較表

（2）占地面積小

膜生物反應(yīng)器生物處理單元內(nèi)微生物維持高濃度，使容積負(fù)荷大大提高，膜分離的高效性使處理單元水力停留時(shí)間大大縮短，占地面積減少。同時(shí)膜生物反應(yīng)器由于采用了膜組件，不需要沉淀池和專門的過濾車間，系統(tǒng)占地僅為傳統(tǒng)方法的60%。

（3）節(jié)約能源

由于MBR高效的氧利用效率，和獨(dú)特的間歇性運(yùn)行方式，大大減少了曝氣設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和用電量，節(jié)省電耗。

與此同時(shí)，MBR工藝的主要缺點(diǎn)如下：

（1）對NH3-N去除率不理想

由于MBR工藝的實(shí)質(zhì)仍為AO工藝，因此其生物處理能力也與AO工藝接近，從目前的進(jìn)水水質(zhì)來看，本工程的C/N比較低，因此AO工藝并不能將NH3-N去除至目標(biāo)水質(zhì)，而后續(xù)的納濾對BOD、SS及TP的截留效果較好，對NH3-N的去除率并不理想。

（2）水通量較低

由于膜的截留能力較強(qiáng)，導(dǎo)致單位膜面積的水通量較低，因此MBR工藝較多應(yīng)用于水量較小的項(xiàng)目中，對于大規(guī)模污水項(xiàng)目，其膜組配備量較大，因此投資較高。

（3）維護(hù)費(fèi)用較高

由于膜組件是耗材，一套膜組件的壽命約為2-3年，而更換一套其費(fèi)用相對較高，導(dǎo)致MBR的維護(hù)費(fèi)用較其他工藝更高。并且由于國內(nèi)污水內(nèi)所含雜質(zhì)較多，膜很容易被各種尖銳物質(zhì)（如沙粒、竹片等）所劃傷，其更換頻率較國外更高，導(dǎo)致運(yùn)行成本進(jìn)一步增加。

1.4 BBR工藝概述

BBR生化工藝在城市生活污水的應(yīng)用中主要有以下三個(gè)特點(diǎn)：

◆BBR工藝的核心是使用Bacillus菌（芽孢桿菌屬）作為系統(tǒng)的優(yōu)勢菌屬。

◆為了滿足Bacillus菌的生長環(huán)境條件，BBR工藝采用生物膜法（BBR裝置）和活性污泥法（BBR生化池）相結(jié)合的組合生化處理工藝。

◆BBR生化工藝出水可以滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)。

1.4.1 BBR工藝流程

BBR工藝流程如下圖所示：

首先經(jīng)過預(yù)處理的污水進(jìn)入BBR裝置（生物膜法裝置），在BBR裝置中，通過附著在BBR裝置載體表面上的Bacillus菌吸附和分解進(jìn)水中的有機(jī)物、氨氮和磷酸鹽。BBR裝置對有機(jī)物的去除率一般可以達(dá)到40-75%。

BBR裝置自流入BBR生化池，在BBR生化池內(nèi)，通過對溶解氧等條件的控制，保證Bacillus菌處于優(yōu)勢地位，最大可能發(fā)揮其高效去除有機(jī)物、磷和氮的能力。

BBR生化池的出水自流入二沉池，在二沉池內(nèi)泥水進(jìn)行分離。上清液達(dá)標(biāo)排放。

根據(jù)Bacillus菌生長的需要和工藝特點(diǎn)，需要沉淀池污泥回流（污泥回流）和BBR生化池出水進(jìn)行回流（內(nèi)回流），污泥回流和內(nèi)回流均至BBR設(shè)備前。

為了保持Bacillus菌的高活性，需要在BBR設(shè)備之前投加促進(jìn)微生物生長和繁殖的營養(yǎng)劑。

1.4.2 BBR工藝特點(diǎn)

BBR工藝的主要特點(diǎn)如下：

◆BBR生化工藝采用了生物膜法（BBR生物轉(zhuǎn)盤裝置）和活性污泥法（BBR生化池）的組合工藝，以保持Bacillus菌去除各種污染物的高性能。

◆BBR生化工藝在處理城市污水時(shí)，采用污泥回流保持Bacillus菌的數(shù)量滿足去除有機(jī)物的要求；通過內(nèi)回流保持Bacillus菌的高活性和對各種污染物的高去除率。

◆為保持Bacillus菌處于優(yōu)勢地位和對氮、磷較高的高去除效率，BBR生化工藝對溶解氧控制到較低的水平（DO不高于1mg/L），與傳統(tǒng)生化工藝（一般溶解氧控制在2-4mg/L）相比，BBR生化池所需空氣量少很多，這樣可以很好地降低能耗；加上BBR裝置采用自然通風(fēng)，這樣BBR生化處理工藝相比傳統(tǒng)生化處理工藝的能耗約低30-50%（只對生化部分比較）。

◆BBR生化工藝采用Bacillus菌作為系統(tǒng)的優(yōu)勢菌屬，由于其對有機(jī)物、氮和磷的獨(dú)特去除機(jī)理和較高的去除率，通過合理的設(shè)計(jì)，其出水可以滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)。

◆由于Bacillus菌本身具有除臭能力，其生化工藝段、污泥處理段可以不需要進(jìn)行額外的除臭處理，這樣可以減少污水處理廠對除臭系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用。

◆由于Bacillus菌本身具有自我消毒能力，系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥中大腸桿菌屬等指標(biāo)可以比較容易的達(dá)到污泥消毒的要求，對污泥后續(xù)的最終處置（資源化）創(chuàng)造了較好的條件。

◆BBR生化系統(tǒng)整體建設(shè)用地少于傳統(tǒng)工藝。

1.4.3 BBR生化工藝核心技術(shù)——Bacillus菌的使用

① Bacillus菌介紹

芽孢桿菌（Bacillus），細(xì)菌的一科，能形成芽孢（內(nèi)生孢子）的桿菌或球菌。包括芽孢桿菌屬、芽孢乳桿菌屬、梭菌屬、脫硫腸狀菌屬和芽孢八疊球菌屬等。它們對外界有害因子抵抗力強(qiáng)，分布廣，存在于土壤、水、空氣以及動(dòng)物腸道等處。

本工藝中利用的芽孢桿菌，主要包括地衣芽孢桿菌、苛性芽胞桿菌、球形芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌、浸麻芽孢桿菌等。

② Bacillus菌去除污染物機(jī)理

A.有機(jī)物的去除

Bacillus菌中對蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪有較高的分解能力，去除機(jī)理如下：

B.脫氮機(jī)理

同傳統(tǒng)的硝化、反硝化脫氮原理不同，Bacillus菌直接吸取胺（有機(jī)氮）、氨氮以及銨鹽，為微生物所利用，從而進(jìn)行脫氮，氮元素部分以有機(jī)氮的形式進(jìn)入污泥中，并通過剩余污泥的排放從系統(tǒng)中去除，部分轉(zhuǎn)化成氮?dú)馀湃肟諝庵小?/span>

C.除磷機(jī)理

Bacillus菌屬于革蘭氏陽性菌。與革蘭氏陰性菌相比，革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁比革蘭氏陰性菌（在一般活性污泥工藝中使用的菌類）的細(xì)胞壁厚而均勻，主要通過肽鍵來連接肽聚糖構(gòu)成細(xì)胞壁。革蘭氏陽性菌的細(xì)胞壁包含了大量的磷壁酸。也就是說，在微生物的合成反應(yīng)中，磷酸鹽以磷壁酸的形式進(jìn)入Bacillus菌的細(xì)胞壁中，最后通過剩余污泥的排放從系統(tǒng)中脫磷。

通過Bacillus菌除磷一般去除率在50%以上，為了保證達(dá)標(biāo)，采取輔助化學(xué)除磷。

D.除臭機(jī)理

Bacillus菌可將污水中的氨、氨鹽、硫化氫等狀態(tài)的物質(zhì)吸收，去除了臭氣產(chǎn)生成份，大大降低了系統(tǒng)臭氣產(chǎn)生量。

E.消毒機(jī)理

Bacillus菌在生長代謝過程中，分泌Bacitracin、Polymyxin、Tyrothicin、Circulin、Gramicidin等抗生素，可以溶解或殺滅處理水中的大腸桿菌及一般細(xì)菌等。

由于系統(tǒng)具有自我消毒能力，剩余污泥基本上不需要進(jìn)行穩(wěn)定化就可以進(jìn)入最終的處理和處置過程。

③ Bacillus菌的特點(diǎn)

◆Bacillus菌具有超強(qiáng)的繁殖能力，在低溫、高鹽度、高壓等極具嚴(yán)酷的極限環(huán)境中也具有適應(yīng)能力。

◆可分解蛋白質(zhì)和將淀粉分解至葡萄糖的能力。

◆可分解脂肪酸。

◆可吸收轉(zhuǎn)化增殖分解后的物質(zhì)。

◆Bacillus菌屬適氮和硫磺素菌種，可將污水中氮素被氧化前的氨、氨鹽、硫化氫等狀態(tài)的物質(zhì)吸收，去除了臭氣產(chǎn)生成份，降低了系統(tǒng)臭氣產(chǎn)生量。

◆Bacillus菌具有孢子形成能力，在惡劣環(huán)境中能保持活性菌種增殖數(shù)量，維持處理能力。

◆可以分泌抗生素，具有殺菌滅菌的功效。

◆可分泌的酵素具有強(qiáng)力的水分解能力，可分解難分解的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等物質(zhì)，通過對難分解性物質(zhì)的分解、可大幅提高處理效率。

◆能分泌出一種特殊的粘性物質(zhì)，具有很強(qiáng)的吸附過濾能力。

◆含有Bacillus菌的活性污泥的脫水性能非常好。

1.4.4 BBR生化工藝核心設(shè)備——BBR裝置

BBR裝置中的盤片（生物載體）為Bacillus菌提供了一個(gè)生長、繁殖的載體，在BBR裝置中保持足夠量的Bacillus菌，同時(shí)吸附、分解污水中的污染物。其主要特點(diǎn)如下：

◆BBR盤片是采用優(yōu)質(zhì)材料聚乙稀基樹脂PVDC制造而成的特殊網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

◆該裝置空隙率在97%以上，使其具有較大的比表面積，水和空氣容易進(jìn)出，在均一好氧條件下處理效果好而且穩(wěn)定。

◆BBR盤片質(zhì)量輕（密度在0.05-0.06g/cm3），不吸水，因此電機(jī)功耗較低，后續(xù)的保養(yǎng)和操作也較為簡便。

◆BBR盤片具有獨(dú)特的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得微生物可以維持較高密度的附著率（約10,000～30,000mg/L），從而可適應(yīng)流量、有機(jī)物負(fù)荷變化造成的沖擊，對低溫也有著極高的適應(yīng)性。

◆采用優(yōu)質(zhì)材料以及強(qiáng)度極高的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使得本裝置可以長期運(yùn)行。

  二丶污水處理工藝比選  

這三種工藝的比較表如下表所示：