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一、生化處理工段
生化處理是整個污水處理過程的核心，因此我們稱污水處理工藝是特指這部分，如氧化溝法、SBR法、A/O法等。污水生化處理屬于二級處理，以去除不可沉懸浮物和溶解性可生物降解有機物為主要目的。目前大多數(shù)城市污水處理廠都采用活性污泥法。生化處理的原理是通過生物作用，尤其是微生物的作用，完成有機物的分解和生物體的合成，將有機污染物轉(zhuǎn)變成無害的氣體產(chǎn)物（CO2）、液體產(chǎn)物（水）以及富含有機物的固體產(chǎn)物（微生物群體或稱生物污泥）；多余的生物污泥在沉淀池中經(jīng)沉淀固液分離，從凈化后的污水中除去。
二、機械處理工段
機械（一）處理工段包括格柵、污水提升泵房、沉砂池、初沉池等構(gòu)筑物，以去除粗大顆粒和懸浮物為目的，處理的原理在于通過物理法實現(xiàn)固液分離，將污染物從污水中分離，這是普遍采用的污水處理方式。機械（一）處理是所有污水處理工藝流程*工程（盡管有時有些工藝流程省去初沉池），城市污水一級處理BOD5和SS的典型去除率分別為25%和50%。
三、污泥處理工段
生化處理工段的污泥，先到污泥泵房，部分污泥回流至生化處理工段，另一部分污泥（剩余污泥）用污泥泵快速輸入到污泥濃縮池。污泥濃縮池濃縮一定時間后，上清液回流到污水提升泵房的集水池；濃縮后的污泥再回到另一格污泥調(diào)節(jié)池，用污泥泵提升到污泥脫水機房。污泥在脫水機房脫水后，制成泥餅外運。
四、A2/O法
1、A2/O生物脫氮除磷工藝是傳統(tǒng)活性污泥工藝、生物消化及反消化工藝和生物除磷工藝的綜合，其工藝流程圖如圖2。生物池通過曝氣裝置、推進器（厭氧段和缺氧段）及回流渠道的布置分成厭氧段、缺氧段、好氧段。在該工藝流程內(nèi)，BOD5、SS和以各種形式存在的氮和磷將一一被去除。A2/O生物脫氮除磷系統(tǒng)的活性污泥中，菌群主要由硝化菌和反硝化菌、聚磷菌組成。在好氧段，硝化細菌將入流中的氨氮及有機氮氨化成的氨氮，通過生物硝化作用，轉(zhuǎn)化成硝酸鹽；在缺氧段，反硝化細菌將內(nèi)回流帶入的硝酸鹽通過生物反硝化作用，轉(zhuǎn)化成氮氣逸入到大氣中，從而達到脫氮的目的；在厭氧段，聚磷菌釋放磷，并吸收低級脂肪酸等易降解的有機物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通過剩余污泥的排放，將磷除去。以上三類細菌均具有去除BOD5的作用，但BOD5的去除實際上是以反硝化細菌為主。
2、以氧化還原電位（ORP）和溶解氧（DO）為主要控制參數(shù)，來對曝氣系統(tǒng)、內(nèi)回流系統(tǒng)、外回流系統(tǒng)、剩余污泥排放系統(tǒng)進行控制，以實現(xiàn)良好的除磷脫氮效果，有效地降低污水中的BOD5，同時Z大限度地節(jié)約能源，使整個系統(tǒng)高效穩(wěn)定地運行。
氧化溝法
3、氧化溝又名氧化渠，因其構(gòu)筑物呈封閉的環(huán)形溝渠而得名。它是活性污泥法的一種變型。因為污水和活性污泥在曝氣渠道中不斷循環(huán)流動，因此有人稱其為“循環(huán)曝氣池”、“無終端曝氣池”。氧化溝的水力停留時間長，有機負荷低，其本質(zhì)上屬于延時曝氣系統(tǒng)。
4、氧化溝利用連續(xù)環(huán)式反應池（Cintinuous Loop Reator，簡稱CLR）作生物反應池，混合液在該反應池中一條閉合曝氣渠道進行連續(xù)循環(huán)，氧化溝通常在延時曝氣條件下使用。氧化溝使用一種帶方向控制的曝氣和攪動裝置，向反應池中的物質(zhì)傳遞水平速度，從而使被攪動的液體在閉合式渠道中循環(huán)。
5、氧化溝一般由溝體、曝氣設備、進出水裝置、導流和混合設備組成，溝體的平面形狀一般呈環(huán)形，也可以是長方形、L形、圓形或其他形狀，溝端面形狀多為矩形和梯形。其工藝流程圖如圖4。
6、隨著氧化溝工藝的發(fā)展，目前，在工程應用中比較有代表性的形式有：多溝交替式氧化溝（如三溝式、五溝式）及其改進型、卡魯塞爾氧化溝及其改進型、奧貝爾（Orbal）氧化溝及其改進型、一體化氧化溝等。
7、氧化溝法由于具有較長的水力停留時間，較低的有機負荷和較長的污泥齡。因此相比傳統(tǒng)活性污泥法，可以省略調(diào)節(jié)池，初沉池，污泥消化池，有的還可以省略二沉池。氧化溝能保證較好的處理效果，這主要是因為巧妙結(jié)合了CLR形式和曝氣裝置特定的定位布置，是氧化溝具有*水力學特征和工作特性。
五、常見的污水處理工藝
目前，常見的污水處理工藝有A2/O法、氧化溝法、R法、CASS法、CAST法、AB法、生物接觸氧化法（BOC）、曝氣生物濾池（ BAF）、生物膜法等。
六、R法
R是序列間歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。與傳統(tǒng)污水處理工藝不同，R技術(shù)采用時間分割的操作方式替代空間分割的操作方式，非穩(wěn)定生化反應替代穩(wěn)態(tài)生化反應，靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動態(tài)沉淀。它的主要特征是在運行上的有序和間歇操作，R技術(shù)的核心是R反應池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統(tǒng)。
七、R法工藝具有以下特點：
1、耐沖擊負荷。污水逐漸進入池內(nèi)，被池內(nèi)的水緩慢稀釋，污水與原池內(nèi)的水的比例是逐漸提高的，所以耐水質(zhì)變化的沖擊；
2、工藝運行簡單，基本實現(xiàn)無需搬運操作，進水、曝氣、沉淀、排水、閑置五道程序可由PLC實現(xiàn)程序控制，運行的程序也可根據(jù)水質(zhì)變化情況重新編排，使本來十分繁瑣的操作變成全自動運行；
3、能耗低。由于池內(nèi)溶解氧的交替變化，使溶解氧濃度梯度大，提高了氧的利用率。沒有污泥回流系統(tǒng)，節(jié)省了能耗，降低了運行費用；
4、出水水質(zhì)好。池內(nèi)水沉淀時是在水平流速為零的理想靜止狀態(tài)下沉淀，沉淀效果好。池內(nèi)溶解氧值交替變化。沉淀排水時，溶解氧接近零，抑制了絲狀菌的生長，污泥沉淀性能好；
5、R可實現(xiàn)連續(xù)進水，污水量較小時只需設置一個池子即可運行，省去了污水流量隨時間變化分配的自動控制閥門，只設一臺潷水器，池子結(jié)構(gòu)形式也更為簡單。
6、CAST工藝（Cyclic Activaled Sludge Technolohy）是一種循環(huán)活性污泥法，CAST系統(tǒng)是一個間隙式反應器，在此反應器中活性污泥法過程按曝氣和非曝氣階段不斷地重復進行，該法將生物反應過程和泥水分離過程在一個池子中進行。
7、CAST法的池子分三個區(qū)，即*擇區(qū)，兼氧區(qū)，主曝氣區(qū)；在選擇區(qū)中，廢水中的溶解性有機物質(zhì)能通過酶反應機理而迅速去除，選擇區(qū)可以恒定容積，也可以變?nèi)莘e運行，多池系統(tǒng)的進水配水池也可用作選擇區(qū)，回流污泥中的硝酸鹽可在此選擇區(qū)中得到反硝化，選擇區(qū)的Z基本功能是防止產(chǎn)生污泥膨脹；兼氧區(qū)內(nèi)微量曝氣，亦可調(diào)節(jié)曝氣區(qū)進行缺氧除磷；主曝氣區(qū)內(nèi)主要進行降解有機物和硝化，同時也進行著硝化—反硝化過程。
8、CAST工藝是一種“充水和排水”活性污泥法，廢水按一定周期循環(huán)處理，CAST工藝是R工藝的改進型，其每一個循環(huán)有下列各個附段組成：充氣／曝氣、充水／沉淀、撇水、閑置。各個階段組成一個循環(huán)，并不斷重復循環(huán)，開始時，由于充水，池中水位由某一Z低水位開始上升，在經(jīng)過一定時間的曝氣和混合后，停止曝氣，以使活性污泥進行絮凝并在一個靜止的環(huán)境中沉淀,在完成沉淀階段后，由一個移動式撇水堰排出已處理的上清液，使水位下降至池子設定的Z低水位，然后再重復上述全過程。
八、CASS法
1、CASS（Cyclic Activated Sludge System）工藝是循環(huán)活性污泥技術(shù)（CAST）的一種型式。其主要原理是：把序批式活性污泥法（R）的反應池沿長度方向分為兩部分，前部為預反應區(qū)，后部為主反應區(qū)。在預反應區(qū)內(nèi)，微生物能通過酶的快速轉(zhuǎn)移機理迅速吸附污水中大部分可溶性有機物，經(jīng)歷一個高負荷的基質(zhì)快速積累過程，對進水水質(zhì)、水量、pH和有毒有害物質(zhì)起到較好的緩沖作用，可有效防止污泥膨脹；隨后在主反應區(qū)經(jīng)歷一個較低負荷的基質(zhì)降解過程，完成對污水中有機物質(zhì)的降解。CASS工藝同時能夠比較充分發(fā)揮活性污泥的降解功能。也能夠減輕二沉淀池的負荷，有利于提高二沉池固液分離效果。
2、 AB法
AB法（Adsorption Biodegradation）是一種新型的兩段生物處理工藝，與普通活性污泥法相比，它具有高效、穩(wěn)定、節(jié)省能耗、造價低等優(yōu)點。典型的AB工藝流程：污水——格柵——沉沙池——A段曝氣池——中間沉淀池（污泥回流至A段曝氣池）——B段曝氣池——二次沉淀池（污泥回流至B段曝氣池）——出水。AB法技術(shù)上的突破主要在A段：該段前省去了初沉池，A段曝氣池在高負荷[≥2kgBOD5/（kgMLSS•d）]、短停留時間（30min）、低溶解氧（0.5～1mg/L）、短泥齡（0.5～0.7d）的條件下運行。但是，目前對A段工藝的工作機理研究尚未取得突破性進展，例如A段工藝在無污泥再生的條件下卻能保持微生物的活性和良好的污泥沉降性能，這是傳統(tǒng)的微生物吸附氧化機理所不能解釋的。
九、具有優(yōu)良的污染物去除效果，較強的抗沖擊負荷能力，良好的脫氮除磷效果和投資及運轉(zhuǎn)費用較低等。
（1）對有機底物去除效率高。
（2）系統(tǒng)運行穩(wěn)定。主要表現(xiàn)在：出水水質(zhì)波動小，有*的耐沖擊負荷能力，有良好的污泥沉降性能。
（3）有較好的脫氮除磷效果。
（4）節(jié)能。運行費用低，耗電量低，可回收沼氣能源。經(jīng)試驗證明，AB法工藝較傳統(tǒng)的一段法工藝節(jié)省運行費用20%~25%。
十、針對各個處理構(gòu)筑物的節(jié)能途徑
1.污水提升泵房
污水提升泵房要節(jié)省能耗.主要是考慮污水提升泵如何進行電能節(jié)約.正確科學的選泵.讓水泵工作在高效段是有效的手段.合理利用地形.減少污水的提升高度來降低水泵軸功率N也是有效的辦法.定期對水泵進行維護.減少摩擦也可以降低電耗.
2.沉砂池
采用平流沉砂.避免采用需要動力設備的沉砂池.如平流沉砂池.采用重力排砂.避免使用機械排砂.這些措施都可大大節(jié)省能耗.
3.初次沉淀池
初次沉淀池的能耗較低.主要能量消耗在排泥設備上.采用靜水壓力法無疑會明顯降低能量的消耗.
4.生物處理構(gòu)筑物
國外的學者通過能耗和費用效益分析比較了生物處理工藝流程.他們認為處理設施大部分的能量消耗是發(fā)生在電機這類單一的設備上.因而節(jié)能應從提高全廠功率因數(shù).選擇高效機電設備及減少高峰用電要求等方面入手.他們提出的節(jié)能措施既包括改善電機的電氣性能.也包括解決運轉(zhuǎn)的工藝問題.還包括污水廠產(chǎn)物中的能量回收(Energy
十一、Recovery).
1、曝氣系統(tǒng)的能耗相當大.對曝氣系統(tǒng)能耗能效的研究總是涉及到曝氣設備的改造和革新.新型的曝氣設備雖然層出不窮.但目前仍然可劃分為2類:第1種是采用淹沒式的多孔擴散頭或空氣噴嘴產(chǎn)生空氣泡將氧氣傳遞進水溶液的方法.第2種是采用機械方法攪動污水促使大氣中的氧溶于水的方法.微孔曝氣.曝氣擴散頭的布局和曝氣系統(tǒng)的調(diào)節(jié)這些都是節(jié)能的有效措施.在傳統(tǒng)活性污泥處理廠曝氣池中辟出前端厭氧區(qū).用淹沒式攪拌器混合的節(jié)能.生物除磷方案.這一簡單的改造可以節(jié)省近20%的曝氣能耗.如果算上混合用能.節(jié)能也達到12%.自動控制系統(tǒng)的應用于污水處理節(jié)能.曝氣系統(tǒng)進行階段曝氣.溶解氧存在濃度梯度.既減少了能耗.又可以改善處理效果.減少污泥量.
生物膜法處理工藝采用厭氧處理可以明顯降低能量的消耗.
2、二次沉淀池
二次沉淀池中對排泥設備的研究和排泥方式的改善是降低能耗的有效方法.
3、污泥處理
污泥處理系統(tǒng)節(jié)能研究主要集中于污泥處理的能量回收.從污水污泥有機污染物中回收能量用于處理過程早在上世紀初就已投入實踐.但能源危機之前一直不受重視.目前有兩種回收途徑:一是污泥厭氧消化氣利用.一是污泥焚燒熱的利用.
4、消化氣性質(zhì)穩(wěn)定.易于貯存.它可通過內(nèi)燃機或燃料電池轉(zhuǎn)化為機械能或電能.廢熱還可回收于消化污泥加熱.因此利用消化氣能解決污水廠不同程度的能量自給問題.林榮忱等人比較了沼氣發(fā)電機和燃料電池兩種利用形式.認為燃料電池能量利用率高.具有很好的發(fā)展前途.對消化氣的Z大化利用是提高能效的主要方式.沼氣發(fā)電機組并網(wǎng)發(fā)電的研究和應用在國內(nèi)已有應用實例.是大型污水處理廠的沼氣綜合利用的可行途徑.
5、另外一種能量回收方式是將城市固體廢物焚燒場建在污水處理廠旁.將固廢與污水污泥一起焚燒.獲得的電能用于處理廠的運轉(zhuǎn).
6、城市污水處理的能耗分析研究與節(jié)能技術(shù)和手段的發(fā)展往往并不同步.由于污水處理能量平衡分析方法研究的欠缺.節(jié)能措施的制訂和實施常常超前.而多數(shù)節(jié)能途徑和手段常常由處理廠的操作管理人員結(jié)合各處理設施實際情況提出.具有經(jīng)驗性和個別性.不一定能適用于其他污水廠甚至是工藝相似的污水廠,另一方面.從廣義上說.污水處理學科領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新.新材料和新設備的使用都蘊涵著節(jié)能增效的潛力.因而節(jié)能的途徑和手段往往是很寬泛的.
十二、結(jié)論
污水處理是能源密集(energy intensity)型的綜合技術(shù).一段時期以來.能耗大.運行費用高一定程度上阻礙了我國城市污水處理廠的建設.建成的一些處理廠也因能耗原因處于停產(chǎn)和半停產(chǎn)狀態(tài).在今后相當長的一段時期內(nèi).能耗問題將成為城市污水處理的瓶頸.能否解決耗污水廠的能耗問題.合理進行能源分配.已經(jīng)成為決定污水處理廠運行效益好壞的關(guān)鍵因素.能耗是否較低.也是未來新的污水處理廠可行性分析的決定性因素.開發(fā)能效較高的污水處理技術(shù).合理設計及運行污水處理廠.必將是未來污水處理廠設計和運行的必由之路.
