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1、 武汉生物工程学院毕业论文(设计)文献综述 题目名称： 城市生活污水处理方法的研究 题目类别： 毕 业 设 计 系 别： 化 学 与 环 境 工 程 系 专业班级： 08级环境工程一班 学生姓名： 黄斌 指导教师： 詹 燕 辅导教师： 詹 燕 完成日期： 2012年0月2日 城市生活污水处理方法的研究摘 要：城市污水包括生产生活过程中会产生大量工业废水和生活污水，其中含有形式多样数量庞大的污染物质，这些污染物质如果不经处理，直接排入水体，将使水体遭受严重污染。本文介绍了当前比较成熟的污水处理工艺，如有SBR法、氧化沟法、生物曝气法等。并提出了一些新的工艺改进技术。关键词：脱氮除磷； SBR；城
2、市污水处理技术1 前言 城市污水处理设施是现代化城市经济发展和水资源保护不可或缺的组成部分。在美国、荷兰、日本等发达国家，已经普遍实行了城市污水的集中二级处理，近年来，我国中央政府，各级地方政府及相关部门对城市污水治理十分重视，同时加大了对污水处理的资金投入和治理力度，使我国在污水处理厂方面的建设方面取得了重大的进展1。“十二五”期间，国家在巩固化学需氧量减排的基础上，将加强对氨氮以及总氮、总磷和重金属等污染物的排放控制及总量削减。水污染防治以城镇生活污水提标升级改造、高浓度、高含盐、难降解工业废水处理、废水资源化为重点，同时加强农村生活污水及河湖等领域的污染防治。2 氮磷含量较高的城市污水对
3、环境的影响 由于城市污水中有着各种不同的化学成分和有害物质，污水中的氮磷含量的超标会对整个生态环境造成严重的影响。而氮磷含量的超标的直接体现就是水体富营养化。富营养化会影响水体的水质，会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。同时，因为水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解产生的有害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过
4、一定标准的水，也会中毒致病19。可见控制污水中氮磷的排放是至关重要的，也是建设城市污水处理厂中必须考虑到的问题。3 城市污水处理技术 污水处理所采用的工艺技术是污水处理厂的核心部分，与进水水质、出水要求、处理量、投资大小等等因素密切相关。自我国第一座采用活性污泥工艺的城市污水处理厂1921年在上海建成以来，污水处理事业在我国得到了发展，污水处理的工艺层出不穷，由于城市污水的主要污染物是有机物，因此目前国内外大多采用生物处理技术处理城市污水，又可分为活性污泥法和生物膜法两大类。其中，由于生物膜法的处理效率不高，卫生条件较差，我国只有少数几座生物膜法城市污水处理厂；而活性污泥法污水处理厂占绝大多数
5、，其中使用最广泛的主要有传统活性污泥工艺和其改进型A/O、A/O工艺；AB工艺；SBR及其改进工艺；氧化沟及其改进工艺；其他工艺8。3.1 传统活性污泥工艺 我国20世纪80年代及其以前建设的污水处理厂，由于当时没有对出水氮磷含量的要求，生物处理工艺主要采用传统活性污泥工艺及其改良工艺，其功能是大幅度去除污水中呈胶体态和溶解态的有机污染物，使经处理的污水BOD达到标准，而对污水中氮磷的去除率非常低。同时水体富营养化问题在我国日益严重，为适应国家对氮磷含量的排放要求，保护水环境，一些采用传统活性污泥处理工艺的污水处理厂对其现有的工艺进行改造，增设了“脱氮除磷”功能6-7。3.2 A/O工艺及A/
6、O A/O工艺及A/O工艺因其较好的脱氮除磷效果而在慢慢应用于城市污水处理之中，并且成为主流，再此阶段，氮磷污染物控制与去除分别达到90%以上和80%左右，而A/O工艺能同时高效脱氮除磷。该工艺主要优点是对COD、BOD5、SS等具有较高的去除率，对脱氮除磷也具有较高的去除效果，具有运行费用低、占地少，出水水质好等特点；其缺点是运行管理要求较高，投资较大，节能差20世纪90年代以来，随着具有脱氮除磷功能污水处理工艺的研究应用，发现A/O工艺本身存在的缺陷，既反硝化菌和聚磷酶在有机负荷，污龄及碳源需求上存在着矛盾和竞争，很难在同一系统中同时获得氮磷的高效去除，阻碍生物脱氮除磷的应用，为了解这些工
7、艺的矛盾，研究者们进行了大量研究来进行工艺改造，开发出倒置A/O，UCT，A+ A/O6-7。3.3 SBR工艺 随着工业和自动化系统的飞速发展，特别是监控技术的自动化程度以及污水处理厂自动化管理要求，为SBR的研究和应用提供了有力的条件，我国对SBR工艺的应用很广泛，主要有CASS工艺、CAST工艺、MSBR工艺等等。SBR工艺也叫序批式活性污泥法，其最根本的特点是处理工序不是连续的，而是间歇的、周期的，污水一批一批地经过进水、曝气、沉淀、排水，然后又周而复始。SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统优点：出水水质稳定、水质好；耐冲击负荷；
8、运行管理简单、自控水平高；占地面积小、造价低、操作灵活。但SBR法存在的曝气系统易堵塞，故障率高，人工操作管理繁琐，监测手段要求高等缺点也影响了其使用11 14。3.4 氧化沟工艺 20世纪中期，氧化沟工艺因其好的脱氮除磷效果且无需沉淀池开始慢慢被推广，此时期建设的大型污水处理项目基本上采用氧化工艺，国内许多污水处理厂的使用状况证明氧化沟工艺是一种工艺流程简单，管理方便，工艺稳定性高的污水处理技术。常见的氧化沟有Carrousel氧化沟、交替工作式氧化沟、Orbal氧化沟、一体化氧化沟等18。3.5 曝气生物滤池工艺曝气生物滤池是当前发展较快的一种新到生物处理技术，具有占地面积小、出水水质高、
9、投资省、运行灵活方便、易于管理、抗冲击能力强等特点，在污水的有机物去除、硝化去氨、反硝化脱氮、除磷以及微污染水源水的预处理过程中有着较好的应用前景。曝气生物滤池的基本原理是：在一级强化的基础上，以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主要处理介质，实现污染物在同一单元反应器内去除省去了二次沉淀设备。反应器内存在着不同的好氧、缺氧区域，可同步实现硝化和反硝化，在去除有机物的同时达到脱氮的目的。该工艺存在的主要问题包括：进水一般要求进行预处理，增加了工艺的复杂性；进水悬浮物较多时，运行周期短，反冲洗频繁；产生的污泥稳定性差，进一步处理比较困难；同步生物除磷效果不好一般多采用化学法进行，增加了药剂的使用量
10、等等。在我国，目前曝气生物滤池正处于推广阶段18-19。 4 脱氮除磷工艺在污水处理技术中的应用机理生物脱氮处理过程中，污水中的有机氮首先被异养菌转化为氨氮，氨氮的去除由两个过程完成，在好氧条件下氨氮被亚硝化菌转化为亚硝酸盐氮，继而被硝化菌转化为硝酸盐氮，即硝化，然后在缺氧的条件下，硝酸盐氮被反硝化菌先后转化为亚硝酸盐氮、氮气，即反硝化。生物除磷是利用除磷菌从外部环境超量地摄取磷，并将磷以聚合的形态储藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从污水中除磷的目的4。4.1 SBR工艺通过控制好氧、缺氧和厌氧的环境条件，实现脱氮除磷工艺在SBR工艺中的运用，而且SBR工艺可以根据反应器中底物的降解情
11、况灵活地改变反应时间，在时间序列上可实现缺氧/好氧或厌氧/缺氧/好氧的组合，从而可灵活地控制好氧、缺氧和厌氧的环境条件以达到除磷脱氮的目的的特点，因此SBR己成为较理想的除磷脱氮工艺而得到广泛应用15-16。4.2 A2/O工艺流程较简单。污水首先进入厌氧池，兼性厌氧菌将污水中易降解有机物转化为VFAs，回流污泥带入的聚磷菌将体内贮存的聚磷分解，所释放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厌氧的环境下维持生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收VFAs并在体内储存PHB。进入缺氧区反硝化菌就利用混合液回流带入的硝酸盐以及进入水中的有机物进行反硝化脱氮，接着进入好氧区，聚磷菌除了吸收利用污水中残留的易降解BO
12、D外主要分解体内贮存的PHB产生能量供自身生长繁殖，并主动吸收环境中的溶解磷，以聚磷的形式在体内贮积。污水经厌氧、缺氧区有机物分别被聚磷菌和反硝化菌利用后浓度已很低，有利于自养的硝化菌的生长6。5 脱氮除磷污水处理工艺国内外发展趋势5.1活性污泥法的新发展到目前为止，对活性污泥法在运行方式上还没有大的突破，往往所作的是一些局部的改进，但在曝气方式上确取得了较大的成果，如纯氧曝气、深井曝气、射流曝气，采用微气泡扩散器等，这些都增大了氧转移率、提高了氧的利用率使曝气池中氧的浓度增加。如美日等国研制出的一种超微气泡扩散器，气泡直径50Lm，氧吸收率达90%，Reid Engineering Comp
13、any of Frederick shurg等研制的氧化沟下表面曝气也是一种曝气方式的改进，把冲刷曝气(Brush Aeration)改进透平曝气(Turbine Aeration)避免了产生气溶胶、飞溅、结冰等问题。活性污泥法的另一个发展趋势就是朝多功能方向发展，采用的方法有：培养驯化专用细菌，使活性污泥处理对象不局限于生活污水，还可以处理如酚一类难降解的有毒有机物，甚至驯化可以处理象氰一类有剧毒的无机物；把活性污泥与其它处理方法结合起来，如活性炭活性污泥法，它实际上是一种以活性污泥法形式的活性炭吸附、生物氧化法的综合处理法；固定活性污泥法是提供微生物附着的表面，如合成纤维、塑料、细沙、粘土
14、焦炭等，使曝气池同时存在附着相和悬浮相的生物；这些都提高了活性污泥的净化效率，提高了抗有毒物质等冲击负荷的能力，还具有脱色、脱氮、削减泡沫的效果，国外已用于合成纤维、化工印染、炼油、炼焦等工业生产的污水处理；活性污泥法与厌氧工艺结合来脱氮、脱磷等，最典型的工艺是A-O(anaerobic-oxic) 流程。活性污泥法还可和化学法结合，提高净化多氯联苯、有机磷的去除效果3。有学者认为该工艺未来两个大的方向是膜分离技术和分子生物学技术的应用。5.1.1 膜分离技术的应用用膜分离代替沉淀进行泥水分离，可带来活性污泥工艺的以下变化：不再存在污泥膨胀问题。在调控活性污泥系统时，不必再考虑污泥的沉降性能问
15、题，从而使工艺控制大大简化；曝气池的污泥浓度将大大提高(MLSS可以大于20000mg/L)从而使系统可在超大泥龄、超低负荷状态下运行，充分满足去除各种污染物质的需要；在同样的处理要求下，可使曝气池容积大大减小，节省处理厂的占地面积；污泥浓度的提高，将要求较高的曝气速率，因而纯氧曝气将随着膜分离而被大量采用19。虽然膜分离目前还存在易堵塞等方面的问题，但这些问题正逐步得到解决。实际上，目前已有一批膜分离活性污泥系统在运行。 5.1.2 分子生物技术的应用目前分子生物技术已开始应用于污水处理领域。为搞清聚磷菌除磷的生化机理，已开始用分子诊断技术获取聚磷菌的遗传信息。现在从活性污泥中已发现的30多
16、种丝状菌中，只有4种准确命名及生物分类学定位，因为这些丝状菌大部分无法进行分离纯培养。目前正用分子诊断技术进行这些丝状菌的生物学定位，以进一步准确了解其特性7。分子诊断技术的大量应用，活性污泥微生物基因库的建立，在此基础上用基因技术培育具有高效活性的污泥菌种，进一步提高处理效果，是未来发展的方向。5.2 生物膜处理法的新进展生物膜法最早出现的工艺是1893年在英国出现的将污水喷撒在粗滤料上而得以净化的普通生物滤池，它是最早出现而至今仍在不断改进和发展的人工生物处理设备。在它的基础上，出现了高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘和生物接触氧化等。近二三十年来，又出现了一些新型的生物膜法处理技术，
17、如生物流化床，它是以砂、焦炭、活性炭等颗粒材料作为载体，其载体表面附着生长着生物膜，充氧后的污水以一定流速自下而上流动使载处于流化状态，载体上的生物膜可以充分地和污水接触，使净化效率提高，它的工艺有空气流床、纯氧流动床、三相流化床和厌氧兼型流化床工艺等。活性生物滤池是将生物滤池、曝气池及二沉池结合为一体的新型污水处理工艺，它的特点是将生物滤池的部分出水回流汇同二沉池的回流污泥一起进入生物滤池，用活性生物滤池处理生活污水和食品加工废水的试验结果表明：该系统具有处理效果好、效率高、BOD容积负荷大、不发生污泥膨胀和耐冲击负荷等优点。另外还有空气驱动的生物转盘、生物转盘和曝气池相结合、藻类转盘等。由
18、于生物膜法的生态环境与活性污泥法的不同，生物膜法生态系统中可以生长藻类、后生动物等，甚至可以生长硝化菌及反硝化菌等，因此可以用来脱氮等12。5.3 厌氧生物处理法的新发展厌氧生物处理法也有一百多年的历史，它是利用厌氧微生物在无氧的条件下对有机物进行分解的技术。由于处理效率低、速度慢、且甲烷菌对环境要求严格不易控制等缺点，厌氧生物处理法长期以来一般仅用于污泥处理，它的主要工艺是化粪池、消化池等。但是由于近年来能源危机及环境污染加重，厌氧生物处理由于其产物具有能源物质而得到人们的重视，一大批新的厌氧生物处理法技术相继诞生。为了提高厌氧微生物的浓度，有使厌氧微生物附着在载体表面的厌氧生物膜处理方法如
19、厌氧生物滤池、厌氧转盘、厌氧膨胀床、厌氧接触氧化、厌氧档板反应器、厌氧流化床法，以及象上流式厌氧污泥床反应器(UASB)依靠微生物之间凝聚造粒而形成的自己固定法方法。还有人为地固定微生物包埋固定化法，它是人为地把增殖速度缓慢的厌氧微生物高浓度地保持在处理系统中，提高处理速度、缩小处理设备并可用于处理低浓度的有机污水。如日本本田等人1988年采用包埋固定厌氧微生物处理TOC为150mg/L的人工配水，TOC的去除率可达95%以上。在厌氧处理中，甲烷的增殖速度慢成为产气的决定步骤， 因此为了保持甲烷发酵中高浓度的微生物，出现了利用膜的固液分离法，如柏分等人1988年利用超滤膜(UF)进行甲烷发酵试
20、验，结果表明：提高了反应器内甲烷的浓度，TOC的容积负荷为2g/L日，其去除率可达98.4%以上。厌氧生物处理法目前的发展趋势是和其它生物处理方法联用，如厌氧好氧复合工艺等，具有节约投资、节省能源、污泥产量少、出水水质好等一系列优点。厌氧生物处理法正朝着能处理低浓度有机污水，能够脱磷脱氮且运行维护方便经济等方面发展19。6 小结污水处理工艺的选择是建设城市污水处理设施的重要一环，是城市污水处理厂建设的基础性工作之一。选择合适的污水处理工艺，将影响城市污水处理厂的建设投资、管理运营的难易、运营成本、处理效果、社会效益和环境效益等诸方面，是非常重要的工作。参考文献1 黄维生浅谈我国污水处理工程的现
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