市政污水處理的工藝及方法以及羅茨風(fēng)機(jī)在其中的妙用

一、背景

城市生活污水是城市發(fā)展中的產(chǎn)物，隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，其產(chǎn)生量不斷增大，污染日益嚴(yán)重，已嚴(yán)重制約了城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。在全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，環(huán)保問(wèn)題，特別是城市污水處理已成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。城市污水的治理對(duì)改善城市水環(huán)境，保障城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著關(guān)鍵的作用。西方發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)50年代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，曾導(dǎo)致了60年代嚴(yán)重的環(huán)境污染。至20世紀(jì)70年代末，美國(guó)興建的城市污水處理廠達(dá)18000余座，投入資金數(shù)萬(wàn)億美元；英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)各耗費(fèi)了巨額資金興建了7000~8000座城市污水處理廠。我國(guó)的污水處理始于20世紀(jì)70年代。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2015年底，全國(guó)已建成污水處理廠1943座，污水廠日處理能力14028萬(wàn)立方米，全年累計(jì)處理污水量達(dá)410.3億立方米，2015年全國(guó)城市污水處理率達(dá)到91.97%。

二、城市污水處理工藝流程總述

典型的城市污水處理工藝流程主要包括機(jī)械處理、生化處理、污泥處理等工段。有機(jī)械處理以及生化處理構(gòu)成的系統(tǒng)屬于二級(jí)處理系統(tǒng)，其中BOD5和SS去除率可達(dá)90%-98%。處理效果介于一級(jí)和二級(jí)處理中間的一般稱為強(qiáng)化一級(jí)處理、一級(jí)半處理或不完全二級(jí)處理，主要有高負(fù)荷生物處理法和化學(xué)處理法兩大類，BOD5去除率達(dá)45%-75%。具有生物除磷脫氮功能的二級(jí)處理系統(tǒng)通常稱為深度二級(jí)處理。為了除特定的物質(zhì)，在二級(jí)處理之后設(shè)置的處理系統(tǒng)屬于三級(jí)處理，例如化學(xué)除磷，活性炭吸附等。

1、污染物的分類

從污水處理的角度，污染物可分為懸浮固體污染物、有機(jī)污染物、有毒物質(zhì)、污染生物和污染營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。城市污水中含有的大量有機(jī)物排入水體，會(huì)使水體中溶解氧的含量降低，甚至達(dá)到缺氧狀態(tài)，嚴(yán)重污染水體，使水中魚(yú)類無(wú)法生存。污水中有機(jī)物濃度一般用生物化學(xué)需氧量(BOD5)、化學(xué)需氧量(COD)、總需氧量(TOD)和總有機(jī)碳(TOC)來(lái)表示。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要指氮、磷，其可使藻類和浮游生物繁殖，形成"水華"和"赤潮"。 

2、污水處理方法

污水處理方法可根據(jù)水質(zhì)類型分為物理處理法、生物處理法、污水處理產(chǎn)生的污泥處置及化學(xué)處理法，還可根據(jù)處理程度分為一級(jí)處理、二級(jí)處理及三級(jí)處理等工藝流程。

城市污水的物理處理方法是利用物理作用分離和去除污水中污染物質(zhì)的方法。常用方法有篩濾截留、重力分離、離心分離等，相應(yīng)處理設(shè)備主要有格柵、沉砂池、沉淀池及離心機(jī)氧其中沉淀池同城鎮(zhèn)給水處理中的沉淀池。生物處理法是利用微生物的代謝作用，去除污水中有機(jī)物質(zhì)的方法。常用的有活性污泥法、生物膜法等，還有氧化塘及污水土地處理法。化學(xué)處理法在城市污水處理中使用較少，一般涉及城市給水處理中的其他化學(xué)方法如中和氧化還原、離子交換、電解主要用于工業(yè)廢水處理，很少用于城市污水處理。污泥需處理才能防止二次污染，其處置方法常有濃縮、厭氧消化、脫水及熱處理等。

一級(jí)處理主要針對(duì)水中懸浮物質(zhì)，常采用物理的方法，經(jīng)過(guò)一級(jí)處理后，污水懸浮物去除可達(dá)40％左右，附著于懸浮物的有機(jī)物也可去除30％左右；

二級(jí)處理主要去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機(jī)污染物質(zhì)。通常采用的方法是微生物處理法，具體方式有活性污泥法和生物膜法。生物處理就是利用微生物分解氧化有機(jī)物的這一功能，并采取一定的人工措施，創(chuàng)造有利于微生物生長(zhǎng)、繁殖的環(huán)境，使微生物大量繁殖，以提高其分解氧化有機(jī)物效率。污水經(jīng)過(guò)一級(jí)處理以后，已經(jīng)去除了漂浮物和部分懸浮物，BOD5的去除率約25％～30％。經(jīng)過(guò)二級(jí)處理后，BOD5去除率可達(dá)90％以上，二沉池出水能達(dá)標(biāo)排放。活性污泥處理系統(tǒng)，在當(dāng)前污水處理領(lǐng)域，是應(yīng)用最為廣泛的處理技術(shù)之一，搭載羅茨風(fēng)機(jī)的曝氣池是其反應(yīng)器。污水與污泥在曝氣池中混合，污泥中的微生物將污水中復(fù)雜的有機(jī)物降解，并用釋放出的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)微生物本身的繁殖和運(yùn)動(dòng)等。

  三、污水處理的工藝技術(shù)    

當(dāng)前流行的污水處理工藝有：AB法、SBR法、氧化溝法、普通曝氣法、膜分離機(jī)等，各有其自身的特點(diǎn)。

1、AB法

該工藝對(duì)曝氣池按高、低負(fù)荷分為二級(jí)供氧。A級(jí)負(fù)荷高，曝氣時(shí)間短，產(chǎn)生污泥量大，污泥負(fù)荷2．5 kg BOD／(kg MLSS•d)以上，池容積負(fù)荷在6 kg BOD／(m3•d)以上；B級(jí)負(fù)荷低，污泥齡較長(zhǎng)。A級(jí)和B級(jí)亦可分期建設(shè)，A級(jí)與B級(jí)間設(shè)中間沉淀池。兩級(jí)池子的F／M(污染物量與微生物量之比)不同，形成不同的微生物群體。AB法盡管有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，但不適合低濃度水質(zhì)。

2、SBR法

此法進(jìn)水、曝氣、沉淀、出水在同一座池子中完成，常由3—4個(gè)池子構(gòu)成一組，輪流運(yùn)轉(zhuǎn)，一池一池地間歇運(yùn)行，故稱序批式活性污泥法。這種—體化工藝的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，由于只有—個(gè)反應(yīng)池，不需二沉池、回流污泥及相關(guān)的設(shè)備，一般情況下不設(shè)調(diào)節(jié)池，多數(shù)情況下可省去初沉池，故節(jié)省了占地和投資，耐沖擊負(fù)荷且運(yùn)行方式靈活，可以從時(shí)間上安排曝氣、缺氧和厭氧的不同狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)除磷脫氮的目的。

3、普通曝氣法

其變型工藝普通曝氣法出現(xiàn)得最早，其實(shí)際處理效果好，可處理大的污水量，對(duì)于Jc-r廠可集中建設(shè)污泥消化池，所產(chǎn)生的沼氣可作能源利用。傳統(tǒng)普曝法的不足之處是只能作為常規(guī)二級(jí)處理，不具備脫氮除磷功能。近幾年，在工程實(shí)踐中，通過(guò)降低普通曝氣池的容積負(fù)荷，可以達(dá)到脫氮的目的；在普通曝氣池前設(shè)置厭氧區(qū)，可以除磷，亦可用化學(xué)法除磷。采用普通曝氣法去除BOD，在池型上有多種形式，如氧化溝，工程上稱為普通曝氣法的變型工藝，亦可統(tǒng)稱為普通曝氣法。

4、氧化溝法

是在20世紀(jì)50年代初期發(fā)展而形成的，因其構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于管理，很快得到了推廣應(yīng)用，且不斷創(chuàng)新。目前，氧化溝在應(yīng)用中發(fā)展出了多種形式，比較有代表性的有：①帕式，簡(jiǎn)稱單溝式，表面曝氣采用轉(zhuǎn)刷曝氣，水深一般在2．5—3．5 m。②奧式，簡(jiǎn)稱同心圓式，實(shí)際應(yīng)用的多為橢圓形的三環(huán)道組成，3個(gè)環(huán)道采用不同的．DO，如外環(huán)為0、中環(huán)為1、內(nèi)環(huán)為2，這有利于脫氮除磷。采用轉(zhuǎn)碟曝氣，水深一般在4．0-4．5 m。③卡式，簡(jiǎn)稱循環(huán)折流式，采用倒傘形葉輪曝氣，水深一般在3．0 m左右，但污泥易于沉積。④三溝式氧化溝(T型氧化溝)，該工藝由3個(gè)池組成，中間作曝氣池，左右2個(gè)池兼作沉淀池和曝氣池。其特點(diǎn)是采用轉(zhuǎn)刷曝氣、水淺、占地面積大、不設(shè)厭氧池，不具備除磷功能口J。

5、膜分離技術(shù)

用膜分離代替沉淀進(jìn)行泥水分離，可帶來(lái)活性污泥工藝的以下變化：①不再存在污泥膨脹問(wèn)題。在調(diào)控活性污泥系統(tǒng)時(shí)，不必再考慮污泥的沉降性能，從而使工藝控制大大簡(jiǎn)化；②曝氣池的污泥濃度將大大提高，MLSS可以大于20 g／L，從而使系統(tǒng)可在超大泥齡、超低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，充分滿足去除各種污染物質(zhì)的需要；③在同樣的處理要求下，可使曝氣池容積大大減小，節(jié)省了處理廠的占地面積；④污泥濃度的提高，要求較高的曝氣速率，因而純氧曝氣將隨著膜的分離而被大量采用。

四、工藝優(yōu)選

常規(guī)活性污泥法和氧化溝、SBR工藝的比較。

①常規(guī)活性污泥法適用于中等負(fù)荷的大型污水處理廠。

②氧化溝法、SBR法的基建費(fèi)用低，運(yùn)行費(fèi)較高。若處理規(guī)模為10萬(wàn)t/d,折舊以20年計(jì)，氧化溝、SBR與常規(guī)活性污泥法的總處理費(fèi)用大體相當(dāng)(處理費(fèi)=運(yùn)行費(fèi)+折舊+固定資產(chǎn)投資貸款利息)。規(guī)模越小，氧化溝、SBR的總處理費(fèi)用越低。因此，對(duì)于中小型污水處理廠而言，氧化溝、SBR在經(jīng)濟(jì) 上有益。

③氧化溝、SBR工藝一般不設(shè)初沉池和污泥消化池，處理單元比常規(guī)活性污泥法減少50%以上，操作管理簡(jiǎn)化；且設(shè)備國(guó)產(chǎn)化程度高，價(jià)格低。

五、氧化溝、SBR工藝的比較

①基建費(fèi)用：SBR是合建式。地價(jià)高，有利于SBR，其土建費(fèi)用較低，但設(shè)備費(fèi)用較氧化溝高。

②就進(jìn)水,BOD5.濃度而言，高，有利于氧化溝；低，有利于SBR。一般以BOD5=150mg/L為界，高于此值，氧化溝建費(fèi)用低于SBR；低于此值，則反之。

③運(yùn)行費(fèi)用就曝氣方式而言，氧化溝常用機(jī)械式，SBR通常用鼓風(fēng)式，后者比前者省電；SBR工藝是變水位運(yùn)行，增大了揚(yáng)程，因而電耗要比氧化溝小些，運(yùn)行費(fèi)用也低些。

④SBR工藝的自控要求較高。就出水水質(zhì)而言，氧化溝是動(dòng)態(tài)沉淀，SBR是靜態(tài)沉淀，后者沉淀效率更高，出水水質(zhì)更好。

六、總結(jié)

無(wú)論是用哪種方法，都離不開(kāi)曝氣設(shè)備的使用，現(xiàn)在市場(chǎng)上的曝氣設(shè)備多為羅茨風(fēng)機(jī)。為什么選擇羅茨風(fēng)機(jī)呢？

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)造結(jié)實(shí)，方便安裝，維修方便，使用壽命長(zhǎng)，整機(jī)振動(dòng)小，使用時(shí)當(dāng)壓力在允許的范圍內(nèi)加以調(diào)節(jié)時(shí)流量之變動(dòng)甚微、壓力選擇范圍 很寬，具有強(qiáng)制輸氣的特征。

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