污水处理中各类生物处理法的比较

1.1 二级生物处理工艺的选择

近年来城市污水处理技术发展很快，类别也很多，在生物处理法中，有活性污泥法和生物膜法两大类。 1.1.1 活性污泥法

应用于城市污水厂的活性污泥法污水处理工艺主要有三个系列：①氧化沟系列；②A2/O系列；③SBR系列。

各个系列不断地发展、改进，形成了目前比较典型的工艺有：CARROUSEL-2000氧化沟工艺、双沟式DE氧化沟工艺、三沟式T型氧化沟工艺、ORBAL氧化沟工艺、A2/O微孔曝气氧化沟工艺、A/O工艺、改良A2/O工艺、UCT工艺、改良UCT工艺、倒置A2/O工艺、CAST工艺、SBR工艺、CASS工艺、MSBR工艺等。

1、氧化沟工艺系列

目前在国内外较为流行的氧化沟有：卡罗塞尔氧化沟、奥伯尔氧化沟、双沟式氧化沟、三沟式氧化沟、A/A/O微孔曝气氧化沟。

氧化沟是活性污泥法的一种改进型，具有除磷脱氮功能，其曝气池为封闭的沟渠，废水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动，因此氧化沟又名“连续循环曝气法”。过去由于其曝气装置动力小，使池深及充氧能力受到限制，导致占地面积大，土建费用高，使其推广及运用受到影响。近十年来由于曝气装置的不断改进、完善及池形的合理设计，弥补了氧化沟过去的缺点。

1）卡罗塞尔氧化沟

卡罗塞尔氧化沟是荷兰DHV公司开发的。该工艺在曝气渠道端部装有低速表面曝气机。在曝气渠内用隔板分格，构成连续渠道。表曝机把水流推向曝气区，水流连续经过几个曝气区后经堰口排出。为了保证沟中流速，曝气渠的几何尺寸和表曝机的设计是至关重要的，DHV公司往往要通过水力模型才能确定工程设计。最近DHV公司又开发了卡罗塞尔2000型，把厌氧/缺氧/好氧与氧化沟循环式曝气渠巧妙的结合起来，改变了原调节性差，除磷脱氮效果低的缺点，但水力设计更为复杂。卡鲁塞尔氧化沟的缺点是池深较浅，一般为4.0m，占地面积大，土建费用高。也有将卡罗塞尔氧化沟池深设计为6m或更深的情况，但需采用潜水推流器提供额外动力。

2）DE型氧化沟和T型氧化沟

双沟式（DE型）氧化沟和三沟式（T型）氧化沟是丹麦克鲁格公司开发的。DE型氧化沟为双沟组成，氧化沟与二沉池分建，有独立的污泥回流系统，DE型氧化沟可按除磷脱氮（或脱氮）等多种工艺运行。双沟式氧化沟是由两个容积相同，交替进行的曝气沟组成。沟内设有转刷和水下搅拌器，实现硝化过程，由于周期性的变换进、出水方向（需启闭进出水堰门）和变换转刷和水下搅拌器的运行状态，因此必须通过计算机控制操作，对自控要求较高。三沟式氧化沟集曝气沉淀于一体，工艺更为简单。三沟交替进水，两外沟交替出水，两外沟分别作为曝气或沉淀交替运行，不需设二沉池及污泥回流设备，同DE型氧化沟相同，需要的自动化程度高。由于这两种氧化沟采用转刷曝气，池深较浅，占地面积大。双沟式和三沟式由于各沟交替进行，明显的缺点是设备利用率低，三沟式的设备利用率只有58%，设备配置多，使一次性设备投资大。

3）奥伯尔氧化沟

奥伯尔氧化沟是氧化沟类型中的重要形式，此法起初是由南非的休斯曼构想，南非国家水研究所研究和发展的，该技术转让给美国的Envirex公司后得到的不断的改进及推广应用。

奥伯尔氧化沟是椭圆型的，通常有三条同心曝气渠道（也有两条或更多条渠道）。污水通过淹没式进水口从外沟进入，顺序流入下一条渠道，由内沟道排出。

奥伯尔氧化沟具有同时硝化、反硝化的特性，在氧化沟前面增加一座厌氧选择池，便构成了生物除磷脱氮系统。污水和回流污泥首先进入厌氧选择池，停留时间约1小时，在厌氧池中完成磷的释放，并改善污泥的沉降性，然后混合液进入氧化沟进行硝化、反硝化，实现除磷脱氮。

奥伯尔氧化沟的缺点是池深较浅，一般为4.3m左右，占地面积较大，因该工艺池型为椭圆型，对地块的有效利用较差。

金阳污水处理厂一期工程就是以奥伯尔氧化沟为原型，外增设1条厌氧沟，共4沟，由4条同心环形沟组成。

4）改良型氧化沟

针对卡罗塞尔氧化沟池型专利设备需引进，且表面曝气设备充氧效率总体偏低的缺点，近年来把氧化沟的水力模型原理与微孔鼓风曝气结合产生了“微孔曝气氧化沟”，其核心为“厌氧池+缺氧池+氧化沟+鼓风曝气”，如下图所示。

图8-4 A2/O微孔曝气氧化沟示意图 改良型氧化沟是传统A2/O活性污泥法和氧化沟工艺的有机结合，该工艺是将A2/O工艺中好氧池设计为氧化沟的形式，采用水下曝气加推流的方式，既具有A2/O工艺除磷脱氮的功能，又具有氧化沟循环混合耐冲击负荷的特点，不失为一种优化方式。氧化沟型式的好氧池具有完全混合生物反应池的特点，由于其强大的环流量，对进入原污水的稀释能力强，因而其对水质水量的冲击负荷适应能力较好；这种池型最大特点是将好氧池的推流设施和曝气设施分开，采用水下曝气供氧，既提供了强有力的推流力，又能维持反应池内高的氧转移效率，也可提高好氧池的水深，避免了氧化沟水深浅、占地大的缺点。

它具有鼓风曝气的优点（氧利用率较高），且设备可国产化，价格及维护费用较低，但同时需设鼓风机房，设备较多。

2、A2/O工艺系列 1）传统A2/O工艺

A2/O工艺是一种典型的除磷脱氮工艺，其生物反应池由ANAEROBIC（厌氧）、ANOXIC（缺氧）和OXIC（好氧）三段组成，其典型工艺流程见下图，其特点是厌氧、缺氧和好氧三段功能明确，界线分明，可根据进水条件和出水要求，人为地创造和控制三段的时空比例和运转条件，只要碳源充足（TKN/COD≤0.08或BOD/TKN≥4），便可根据需要达到比较高脱氮率。

图8-5 传统A2/O工艺流程图

常规生物脱氮除磷工艺呈厌氧（A1）/缺氧（A2）/好氧（O）的布置形式。该布置在理论上基于这样一种认识，即：聚磷微生物有效释磷水平的充分与否，对于提高系统的除磷能力具有极端重要的意义，厌氧区在前可以使聚磷微生物优先获得碳源并得以充分释磷。传统A2/O工艺存在在以下三个缺点：①由于厌氧区居前，回流污泥中的硝酸盐对厌氧区产生不利影响；②由于缺氧区位于系统中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而影响了系统的脱氮效果；③由于存在内循环，常规工艺系统所排放的剩余污泥中实际只有一少部分经历了完整的放磷、吸磷过程，其余则基本上未经厌氧状态而直接由缺氧区进入好氧区，这对于系统除磷是不利的。

2）改良A2/O工艺

为了解决A2/O工艺的第一个缺点，即由于厌氧区居前，回流污泥中的硝酸盐对厌氧区产生不利影响，改良A2/O工艺在厌氧池之前增设缺氧调节池，改良A2/O工艺工艺流程如下图所示。

图8-6 改良A2/O工艺流程图

来自二沉池的回流污泥和10%左右的进水进入调节池，停留时间为20～30min，微生物利用约10%进水中有机物去除回流硝态氮，消除硝态氮对厌氧池的不利影响，从而保证厌氧池的稳定性，保证除磷效果。

该工艺简便易行，在厌氧池中分出一格作回流污泥反硝化池即可。生产性试验结果表明，该工艺的处理效果与改良的UCT相同甚至优于改良UCT，并节省一个回流系统。

3）UCT工艺

UCT工艺的流程见图8-7所示，该工艺与A2/O工艺的区别在于，回流污泥首先进入缺氧段，而缺氧段部分出流混合液再回至厌氧段。通过这样的修正，可以避免因回流污泥中的NO3-N回流至厌氧段，干扰磷的厌氧释放，而降低磷的去除率。回流污泥带回的NO3-N将在缺氧段中被反硝化。当入流污水的BOD5/TKN或BOD5/T-P