污水生物处理技术 上海市环境保护局编 上海科学技术出版社 555 环保护丛书二
目录 第一章 污水生物处理的技术进展 第二章 污水生物处理中的微生物学研究 …20 第三章 低压曝气法 31 第四章 生物接触氧化法 51 第五章 射流曝气生化法 63 第六章 活性炭-生物膜法 76 第七章 气浮法在生物处理中的应用…… ………89
第一章污水生物处理的技术进展 一、概述 现代城市污水处理技术,是在二十世纪出现的是在人类 防治环境污染的斗争中逐步成长起来的。 国外有人把城市污水的污染过程概括为三个时期 (1)病原污染期此时城市污水主要是生活污水,水质 较单纯,由于污水中病原菌的传播,各国历史上都曾爆发过流 行性传染病,现在世界上许多发展中国家和地区正处于这一 阶段。 (2)总体污染期随着工业生产的迅速发展和人口的集 中,城市污水中工业废水所占比重不断增加,造成水体中悬浮 物和生化需氧量越来越高,最后使溶解氧耗尽,生物灭绝,达 到总体污染的程度,在资本主义国家的发展过程中,这是常见 的现象。 3)新污染期工业生产的进一步发展,特别是石油化 工等新型工业的出现,生产中排出的污染质和毒物秒类不断 增多,水质更趋复杂,可能正在形成一个隐患,这是人们还不 甚了解的时期。 我国是一个发展中国家,正为本世纪内全面实现四个现 代化而努力奋斗,因此在发展工农业生产过程中还要注意这 三个污染期可能在我国同时发生,应及早采取对策。 国外在开始着手解决城市污水的污染时,曾试图单纯利 用河涝的稀释能力,以回避对污水进行直接处理。如美国芝加 1104全生生
哥市,花了33年时间,修了113公里渠道,引取了288米/秒 流量的密执安湖水来进行稀释,结果造成污染撤家;又如柏 林、巴黎也都曾将污水不经处理直接灌溉农田而产生一系列 问题(如土壤盐碱化、重金属积累、肠道病流行、作物品质下阵 等等)。这些都是应该引以为戒的教训。 个国家的城市污水处理普及程度,大致可从污水处理 厂座数来反映,表1-1为世界一些国家的城市污水处理厂座 数。 表1-1世界一些国家的域市污水处理厂座数 国名|人口城市下水道城市污水二级处理一级处理 服务 亿)}笞分率(%)处理厂座数所占%所占% 2.1 29600 51 美英法 0.55 5000 6048 6000 瑞典{0.08 83 1540 卢森堡 0,004 日本 工.1 3I8 中国 9,0 3 (未包括台湾省) 美、西德法、英等四国发展较早,大致平均每一万人有一 座处理厂。 瑞典大力发展城市污水处理,从五十年代中期才开始的, 平均每五千人有一座处理厂,可能因湖泊纵横、流域分散,处 理厂大多数规模较小,日处理量在万吨以上的仅68座,而处 理能力却占一半以上。 日本发展得更晚,开始于六十年代,1960年前仅有84 座在不到20年的时间,增建到818座,月处理量在万吨以上
的大中型厂有179座,占56%。 我国城市污水处理发展不快,现有&4座处理厂总处理能 力为72.7万米目,仅占现有管道能力的2.1%。 当前国外城市污水处理的趋向如下: (1)普及生物处理美国在1972年颁布了防止水污染 法,它要求1977年普及二级处理,1988年达到所有水体适于 文化娱乐之用,1985年达到“零排放”。 (2)处理厂的大型化根据国外实践,规模分别为 378600米/日和8785米的二座生物处理厂,污水每米日 基建费之比为1:268,其运行费之比为1:54。日本近年来 结合水体流域,把分散的污水系统集中起来,处理厂规模趋 于加大。美、苏法、日等国已建有不少规模在50万米影日以 上的大型处理厂(据不完全统计在四十座以上),其中最大的 如美国芝加哥的西西南区处理厂,规模达880万米/日。 3)合并处理即生活污水与生产废水合并处理根据实 践,大多数生产废水是可以生物降解的。一般做法,生产废水 首先由工矿企业综合利用和预处理,达到进入城市管道的指 标后再合并处理。 二、污水生物处理的技术进展 生物处理分为好气处理法和厌气处理法网大类。好气处 理法,是目前世界各国城市污水处理的主要工艺和发展方向。 其中有活性污泥法生物过滤法、氧化塘法等,现分别叙述于 下: 1.活性污泥法 在1918年英国曼彻斯特市最初建成活性污泥法的试验 厂后,经六十多年的发展根据技术经济、水质的适应微生物
活动处理程度以及管理方法等不同要求,已形成多种类型 使活性污泥法成为最主要的生物处理法。 据分析,活性污泥法主要应用于大型处理厂,如美国芝加 哥的西一西南区处理厂(380万米/日),华盛顿的兰原处理厂 (190万米日),法国巴黎的阿歇尔处理厂(目前为150万 米/日,计划为800万米3/日),日本东京的森崎处理厂(88万 米3/日)等均采用活性污泥法。 按处理污水的流型和微生物活动的特点,活性污泥法大 体上可分为推流式和完全混合式两大类 长期以来,多采用推流式,其主要特点是微生物(活性污 泥)的增长和有机质的降低沿池长而变化。现已演变有普通 曝气法、生物吸附法(又称接触稳定法)阶段曝气法等。普通 曝气法是最基本的型式,曝气时间一般为6~8小时,BOD 去除率达95%以上,其处理程度非其他生物法所能及。目前 最常用的是阶段曝气法、生物吸附法等其中生物吸附法的开 发,是由于四十年代发现了活性污泥能在短时间内吸附污水 中溶解的和胶态的有机物,利用这一特点分为吸附及氧化(接 触和稳定)两个阶段,其处理程度稍有降低,但基建费用可有 较大节约。我国在1958年曾将上海的普通曝气法改为生物 吸附法,处理效率虽略有降低,BODs去除率在90%左右,但 较大幅度地提高了处理能力,解决了处理厂超负荷运转的现 象 约在二十年代初,开始出现了完全混合式但那时其特点 尚未被人们充分认识直到五十年代初,人们才发现和重视完 全混合式的特点,并应用于各种污水处理中,至今得到很大的 发展。其主要特点是在曝气区内微生物生长是均匀的,耗氧 BOD—五天生化需氧量
速率是均匀的(即BOD负荷是均匀的)。由此可控制完全混 合系统的工作点在微生物生长曲线的某一特定点上,以满足 处理的要求。另外,混合液在区内不停地循环流动,入流污水 迅速与混合液混合稀释而具较大的耐冲击力以及新老徽生物 处于同一环境,衰老的微生物由于自身氧化放出营养物可供 新生的微生物所利用。因而随着曝气-沉淀池合建和表面曝 气器的出现,一度人们认为完全混合式远比推流式优越,但经 过近年来实践证明,二者各有所长。目前国外在大型处理厂 使用推流式仍较多,在中等規模、水质不太稳定时,多采用完 全混合式 据了解,美国新泽西州威柏纳纸板厂所采用的完全混合 式曝气沉淀合建池为最大,直径达60米深为10米,用钢板 制成,处理能力为28,400米?/日,采用四个鼓风~机械扩散曝 气器供氧。 我国于六十年代初,开始试验研究完全混合式。第一座圆 形合建池于1966年在四平投产。据不完全统计国内已有60 多个单位用这种池子处理各种污水,上百座池子已投入运转。 在曝气装置方面,表面曝气器由于电耗较省,不用空气管 线,在国外已经商品化,所以在中小规模的完全混合式池中应 用较多。在推流式中多数用鼓风机,由于我国目前存在鼓风 机成品规格少等原因因而在很多场合都使用表面曝气器。鼓 风曝气的扩散装置有大中小气泡等不同型式,我国在这方面 研究不多,大多采用大气泡装置。最近出现了固定螺旋曝气 器,我国北京正开展大量研究。 为了进一步提高活性污泥法,近年来各国都致力于改善 运行条件、缩小构筑物体积、减少占地、降低动力消耗积极地 进行了一些新系统的研究。如:
(1)低压曝气口—一国外又称茵卡曝气。它是根据气泡 在刚形成的瞬间,污水中吸氧率最高的原理,把一般设在池 底的曝气装置提高到离水面某一深度(一般在水面下08米 处),以充分发挥曝气装置的效能。 低压曝气在我国过去用得不多北京焦化厂在1967年建 邮气筒 池试验,1876年上海禽 蛋五厂建成了一座处理 能力为1000米3/日的 x|低压曝气生物处理站 目前使用单位正在增 加,这种方法将在第三 章中详细叙述。 空气管 (2)深层嗓气一 可训挡板 又称深水曝气。曝气池 般深度不超过5米, 为了解决用地问题,力 求加大池内水深。最早 曝气喷嘴 研究深水曝气的是美国 气筒 纽约北江污水厂,其水 深达85米,由于水深 加大,氧利用率提高到 9.5%,但因风压加大, 动力消耗与普通曝气池 相比,相差无几。为了 利用现有风机的能力, 图11矩形深层曝气池示意发展了一种深水中层囈 气,即水深约为10米曝气装置仍设在5米左右如日本的森
崎处理厂,新河岸处理厂以及美国底特律市的坦特劳脱处理 厂(水深915米,扩散器设置深度为356米)均有采用。我 国上海闵行城市污水处理厂也采用了这种方式(图11。 水深继而加深至10~30米者,又称塔式曝气,我国上海 第九印染厂(试验性曝气装置直径为076米,高为打7米左 右)和北京高碑店污水厂(试验性曝气装置直径为02米,高 为20米)先后进行了试验研究。 由于钻井技术的发展,国外有采用深井射底,并将深井垂 直分隔为降流区和升流 区两大部分,运转时在 废水 回流污泥 升流区鼓入空气,使降空气 流区和升流区中液体产门1 地面 生密度差,形成水流循 环,混合液的循环速度 控制在1~2米/秒(大 空气扩散备 于气泡上升速度),而后 用普通空压机在阵流区 的适当深度注入空气, 即成为水深可达60~ 上升管 150米的曝气井。井的 直径可做成05~10米。 由于气泡在井内接触时 间长(约8~5分钟)所 以是一种高效的氧转移 装置,氧利用率可达 图1号深井曝气池示意 60~90%,而且具有污泥量少、电耗省、占地小等优点,是 种有发展前途技术。深井曝气池如图12所示
第一批深井曝气处理厂已在英、西德、加拿大和美国投入 运行,日本、加拿大和欧洲又在设计和兴建一批。在1975年 西德建成的第一座工业(土豆淀粉)废水深井曝气处理厂(人 日当量为4万人),包括二次沉淀池占地仅144米’,每度电可 充氧6公斤。 (3)氧气曝气——早在1940年美国就有人设想用富氧 来代替空气,以提高生物处理的效率。1968年在美国纽约州 巴塔维亚建成了第一座氧气曝气处理厂(有盖多段式,深冷分 离法制氧)。近十年来又有了相当的进展,美国环保局曾根据 1976年6月以前各国资料加以汇总,说明氧气曝气的使用情 况。世界已投产的氧气曝气处理厂有五十座,其中城市污水方 面占26座工业废水方面占24座;总处理能力达280万米/日 左右,其中城市污水方面占230万米°日。施工中的有66座, 城市占49座,工业占17座;处理能力为950万米/日,城 市占870万米/日。设计中的有业座,全部为城市污水,处 理能力为1000万米/日。其中大部分使用于美国,在已投产 中占85座处理能力达260万米/日。施工中占好座,处理 能力达870万米/日。已投产的最大一座处理厂在密执安州 底特律市处理能力达110万米/日。有人估计,至1980年, 世界氧气曝气处理能力可达2000万米日以上。日本从1972 年起开始应用,已建成十座规模较小的处理厂。我国北京高 碑店处理厂也正进行试验研究。世界氧气嗪气处理厂简况见 表1-2。 采用氧气嗓气时,供氧的可能性和经济性是个前提。当 前世界上大规模工业化制氧方法有深冷分离法和分子筛法。 对氧气曝气设备的供氧,除了就地设置上述两种方法的制氧 站外,还可采用管道输送和车运液氧等方式。目前供氧方式
