污水處理工藝的選擇是根據(jù)污水進(jìn)水水質(zhì)、出水標(biāo)準(zhǔn)、污水處理廠規(guī)模、排放水體的環(huán)境容量，以及當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)條件、管理水平、自然條件、環(huán)境特點(diǎn)等因素綜合分析研究后確定的。各種工藝有其各自的特點(diǎn)及適用條件，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況、項(xiàng)目的具體特點(diǎn)而定。
污水處理廠工藝選擇原則如下：
1）工藝性能*性：工藝*而且成熟，流程簡(jiǎn)單，對(duì)水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，出水達(dá)標(biāo)率高，污泥生成量少且易于處理、處置；
2）高效節(jié)能經(jīng)濟(jì)性：耗電量小，運(yùn)行費(fèi)用低，投資省，占地少；
3）運(yùn)行管理適用性：運(yùn)行管理方便，設(shè)備可靠，易于維護(hù)；
4）文明生產(chǎn)安全性：重視環(huán)境，控制噪聲，防治臭氣，創(chuàng)造文明生產(chǎn)條件。
根據(jù)水質(zhì)分析的結(jié)果，本工程進(jìn)水水質(zhì)濃度偏高，bod5/codcr=0.2、bod5/tn=2.1、bod5/tp=20，需要使用強(qiáng)化脫氮除磷工藝。
根據(jù)對(duì)各項(xiàng)污染物去除率的要求，表明污水處理廠需釆用強(qiáng)化生物處理工藝，但生物處理工藝在滿足常規(guī)去除codcr和bod5以及ss的同時(shí)，必須具備除磷脫氮的功能。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外釆用脫氮除磷工藝的污水廠設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，釆用適宜的除磷脫氮污水生物處理工藝，對(duì)表中污染物的去除是能夠得到保證的。
本工程進(jìn)水的tp濃度較高，根據(jù)國(guó)內(nèi)外污水處理廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，高濃度的tp*依賴于生物除磷是有風(fēng)險(xiǎn)的。為保證污水穩(wěn)定的達(dá)標(biāo)排放，本工程增設(shè)化學(xué)輔助除磷設(shè)施，與生物除磷相結(jié)合以強(qiáng)化除磷效果，達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)。
本工程進(jìn)水中的ss濃度較高（以無(wú)機(jī)顆粒為主），如果不進(jìn)行預(yù)處理，其對(duì)后續(xù)的生化處理系統(tǒng)影響非常大，所以應(yīng)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)處理措施以降低進(jìn)水中的懸浮物濃度。
根據(jù)以上分析，本工程污水處理工藝必須考慮加強(qiáng)除磷脫氮的工藝。根據(jù)水質(zhì)條件分析，本項(xiàng)目污水較適合使用生物脫氮除磷工藝。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的二級(jí)污水處理工藝主要包括a2/o、mbr與bbr等，本報(bào)告將對(duì)這幾種處理工藝進(jìn)行介紹，并進(jìn)一步比選出本工程的推薦工藝。
a2/o工藝概述
a2/o是根據(jù)微生物的特性而研究的最典型也最原始的除磷脫氮工藝。a2/o即a-a-o，厭氧-缺氧-好氧流程（anaerobic -anoxic-oxic，簡(jiǎn)稱a-a-o或a2/o）。a2/o工藝由厭氧池、缺氧池、好氧池串聯(lián)而成。
圖6-1 a2/o工藝流程圖
它的基本流程是在厭氧-好氧除磷的工藝中加入缺氧池，將好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，以達(dá)到反硝化的目的，在首段的厭氧池主要進(jìn)行磷的釋放，使污水的磷的濃度升高，溶解性的有機(jī)物被細(xì)菌吸收使污水中的bod5濃度下降，另外部分nh3-n因細(xì)胞的合成得以去除，污水中的nh3-n濃度下降。在缺氧池中，反硝化菌利用污水的有機(jī)物做碳源，將回流混合液中帶入大量no3-n和no2-n還原為n2釋放到空氣，因bod5濃度繼續(xù)下降，no3-n濃度大幅度下降，而磷的變化很小。在好氧池中，有機(jī)物被微生物生氧化而繼續(xù)下降，有機(jī)n被氨化繼而被硝化，使nh3-n濃度顯著下降，但隨著硝化過(guò)程使no3-n濃度增加，而p隨著聚磷菌的過(guò)量攝取。也以較快的速度下降。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐檢驗(yàn)，a2/o工藝在除磷脫氮方面，尤其在大型污水處理廠的應(yīng)用，表現(xiàn)出其強(qiáng)大的除磷脫氮功能。
mbr工藝概述
傳統(tǒng)的活性污泥工藝(conventional activated sludge, cas)廣泛地應(yīng)用于各種污水處理中。由于采用重力式沉淀方式作為固液分離手段，因此帶來(lái)了很多方面的問(wèn)題，如固液分離效率不高、處理裝置容積負(fù)荷低、占地面積大、出水水質(zhì)不穩(wěn)定、傳氧效率低、能耗高以及剩余污泥產(chǎn)量大等等。傳統(tǒng)生物處理工藝處理后的水難以滿足越來(lái)越嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展所帶來(lái)的水資源的日益短缺也迫切要求開(kāi)發(fā)合適的污水資源化技術(shù)，以緩解水資源的供需矛盾。在上述背景下，一種新型的水處理技術(shù)——（membrane bioreactor，mbr）應(yīng)運(yùn)而生。隨著膜分離技術(shù)和產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)，mbr也更具有實(shí)用價(jià)值，近年來(lái)許多國(guó)家都投入了大量資金用于開(kāi)發(fā)此項(xiàng)技術(shù)。
1、mbr概述
mbr是指將超、微濾膜分離技術(shù)與污水處理中的生物反應(yīng)器相結(jié)合而成的一種新的污水處理裝置。這種反應(yīng)器綜合了膜處理技術(shù)和生物處理技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。超、微濾膜組件作為泥水分離單元，可以*取代二次沉淀池。超、微濾膜截留活性污泥混合液中微生物絮體和較大分子有機(jī)物，使之停留在反應(yīng)器內(nèi)，使反應(yīng)器內(nèi)獲得高生物濃度，并延長(zhǎng)有機(jī)固體停留時(shí)間，極大地提高了微生物對(duì)有機(jī)物的氧化率。同時(shí)，經(jīng)超、微濾膜處理后，出水質(zhì)量高，可以直接用于非飲用水回用。系統(tǒng)幾乎不排剩余污泥，且具有較高的抗沖擊能力。特別1989年yamamoto將中空纖維膜應(yīng)用于活性污泥處理中，使工藝運(yùn)行成本大大降低，實(shí)際應(yīng)用前景廣闊。因此，mbr是當(dāng)今倍受國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者重視的一項(xiàng)高新水處理技術(shù)。
2、mbr種類
從整體構(gòu)造上來(lái)看，mbr是由膜組件和生物反應(yīng)器兩部分組成。根據(jù)這兩部分操作單元的組合方式，膜生物反應(yīng)器可分為分置式和一體式（浸沒(méi)式）兩種。分置式mbr是指膜組件與生物反應(yīng)器分開(kāi)設(shè)置，浸沒(méi)式mbr是指膜組件安置在生物反應(yīng)器內(nèi)部。
3、mbr工藝優(yōu)缺點(diǎn)
mbr工藝的主要特點(diǎn)如下：
（1）出水水質(zhì)好
由于采用膜分離技術(shù)，不必設(shè)立、過(guò)濾等其它固液分離設(shè)備。高效的固液分離將污水中有懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、生物單元流失的微生物菌群與已凈化的水分開(kāi)，不需經(jīng)三級(jí)處理即直接可回用，具有較高的水質(zhì)安全性。
a）分置式mbr工藝流程
b）浸沒(méi)式mbr工藝流程
圖6-2 分置式及浸沒(méi)式mbr工藝流程圖
表6-3 分置式及浸沒(méi)式mbr工藝比較表
mbr
種類
壓力驅(qū)動(dòng)
形式
動(dòng)力
消耗
管道
要求
膜更換和
清洗情況
微生物
失活情況
設(shè)備占地
面積
分置式
壓力泵加壓
大
需要
方便
有可能
大
一體式
真空泵抽吸
小
不需要
不方便
不失活
小
（2）占地面積小
膜生物反應(yīng)器生物處理單元內(nèi)微生物維持高濃度，使容積負(fù)荷大大提高，膜分離的高效性使處理單元水力停留時(shí)間大大縮短，占地面積減少。同時(shí)膜生物反應(yīng)器由于采用了膜組件，不需要沉淀池和專門的過(guò)濾車間，系統(tǒng)占地僅為傳統(tǒng)方法的60%。
（3）節(jié)約能源
由于mbr高效的氧利用效率，和的間歇性運(yùn)行方式，大大減少了曝氣設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和用電量，節(jié)省電耗。
與此同時(shí)，mbr工藝的主要缺點(diǎn)如下：
（1）對(duì)nh3-n去除率不理想
由于mbr工藝的實(shí)質(zhì)仍為ao工藝，因此其生物處理能力也與ao工藝接近，從目前的進(jìn)水水質(zhì)來(lái)看，本工程的c/n比較低，因此ao工藝并不能將nh3-n去除至目標(biāo)水質(zhì)，而后續(xù)的納濾對(duì)bod、ss及tp的截留效果較好，對(duì)nh3-n的去除率并不理想。
（2）水通量較低
由于膜的截留能力較強(qiáng)，導(dǎo)致單位膜面積的水通量較低，因此mbr工藝較多應(yīng)用于水量較小的項(xiàng)目中，對(duì)于大規(guī)模污水項(xiàng)目，其膜組配備量較大，因此投資較高。
（3）維護(hù)費(fèi)用較高
由于膜組件是耗材，一套膜組件的壽命約為2-3年，而更換一套其費(fèi)用相對(duì)較高，導(dǎo)致mbr的維護(hù)費(fèi)用較其他工藝更高。并且由于國(guó)內(nèi)污水內(nèi)所含雜質(zhì)較多，膜很容易被各種尖銳物質(zhì)（如沙粒、竹片等）所劃傷，其更換頻率較國(guó)外更高，導(dǎo)致運(yùn)行成本進(jìn)一步增加。
bbr工藝概述
bbr生化工藝在城市生活污水的應(yīng)用中主要有以下三個(gè)特點(diǎn)：
◆bbr工藝的核心是使用bacillus菌（芽孢桿菌屬）作為系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)菌屬。
◆為了滿足bacillus菌的生長(zhǎng)環(huán)境條件，bbr工藝采用生物膜法（bbr裝置）和活性污泥法（bbr生化池）相結(jié)合的組合生化處理工藝。
◆bbr生化工藝出水可以滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（gb18918-2002）一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)。
1）bbr工藝流程
bbr工藝流程如下圖所示：
圖6-3 bbr工藝流程圖
首先經(jīng)過(guò)預(yù)處理的污水進(jìn)入bbr裝置（生物膜法裝置），在bbr裝置中，通過(guò)附著在bbr裝置載體表面上的bacillus菌吸附和分解進(jìn)水中的有機(jī)物、氨氮和磷酸鹽。bbr裝置對(duì)有機(jī)物的去除率一般可以達(dá)到40-75%。
bbr裝置自流入bbr生化池，在bbr生化池內(nèi)，通過(guò)對(duì)溶解氧等條件的控制，保證bacillus菌處于優(yōu)勢(shì)地位，可能發(fā)揮其高效去除有機(jī)物、磷和氮的能力。
bbr生化池的出水自流入二沉池，在二沉池內(nèi)泥水進(jìn)行分離。上清液達(dá)標(biāo)排放。
根據(jù)bacillus菌生長(zhǎng)的需要和工藝特點(diǎn)，需要沉淀池污泥回流（污泥回流）和bbr生化池出水進(jìn)行回流（內(nèi)回流），污泥回流和內(nèi)回流均至bbr設(shè)備前。
為了保持bacillus菌的高活性，需要在bbr設(shè)備之前投加促進(jìn)微生物生長(zhǎng)和繁殖的營(yíng)養(yǎng)劑。
2）bbr工藝特點(diǎn)
bbr工藝的主要特點(diǎn)如下：
◆bbr生化工藝采用了生物膜法（bbr生物轉(zhuǎn)盤裝置）和活性污泥法（bbr生化池）的組合工藝，以保持bacillus菌去除各種污染物的高性能。
◆bbr生化工藝在處理城市污水時(shí)，采用污泥回流保持bacillus菌的數(shù)量滿足去除有機(jī)物的要求；通過(guò)內(nèi)回流保持bacillus菌的高活性和對(duì)各種污染物的高去除率。
◆為保持bacillus菌處于優(yōu)勢(shì)地位和對(duì)氮、磷較高的高去除效率，bbr生化工藝對(duì)溶解氧控制到較低的水平（do不高于1mg/l），與傳統(tǒng)生化工藝（一般溶解氧控制在2-4mg/l）相比，bbr生化池所需空氣量少很多，這樣可以很好地降低能耗；加上bbr裝置采用自然通風(fēng)，這樣bbr生化處理工藝相比傳統(tǒng)生化處理工藝的能耗約低30-50%（只對(duì)生化部分比較）。
◆bbr生化工藝采用bacillus菌作為系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)菌屬，由于其對(duì)有機(jī)物、氮和磷的去除機(jī)理和較高的去除率，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，其出水可以滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（gb18918-2002）一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)。
◆由于bacillus菌本身具有除臭能力，其生化工藝段、污泥處理段可以不需要進(jìn)行額外的除臭處理，這樣可以減少污水處理廠對(duì)除臭系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用。◆由于bacillus菌本身具有自我消毒能力，系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥中大腸桿菌屬等指標(biāo)可以比較容易的達(dá)到污泥消毒的要求，對(duì)污泥后續(xù)的最終處置（資源化）創(chuàng)造了較好的條件。
◆bbr生化系統(tǒng)整體建設(shè)用地少于傳統(tǒng)工藝。
3）bbr生化工藝核心技術(shù)——bacillus菌的使用
① bacillus菌介紹
芽孢桿菌（bacillus），細(xì)菌的一科，能形成芽孢（內(nèi)生孢子）的桿菌或球菌。包括芽孢桿菌屬、芽孢乳桿菌屬、梭菌屬、脫硫腸狀菌屬和芽孢八疊球菌屬等。它們對(duì)外界有害因子抵抗力強(qiáng)，分布廣，存在于土壤、水、空氣以及動(dòng)物腸道等處。
本工藝中利用的芽孢桿菌，主要包括地衣芽孢桿菌、苛性芽胞桿菌、球形芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌、浸麻芽孢桿菌等。
② bacillus菌去除污染物機(jī)理
a. 有機(jī)物的去除
bacillus菌中對(duì)蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪有較高的分解能力，去除機(jī)理如下：
a. 脫氮機(jī)理
同傳統(tǒng)的硝化、反硝化脫氮原理不同，bacillus菌直接吸取胺（有機(jī)氮）、氨氮以及銨鹽，為微生物所利用，從而進(jìn)行脫氮，氮元素部分以有機(jī)氮的形式進(jìn)入污泥中，并通過(guò)剩余污泥的排放從系統(tǒng)中去除，部分轉(zhuǎn)化成氮?dú)馀湃肟諝庵小?br>b. 除磷機(jī)理
bacillus菌屬于革蘭氏陽(yáng)性菌。與革蘭氏陰性菌相比，革蘭氏陽(yáng)性菌細(xì)胞壁比革蘭氏陰性菌（在一般活性污泥工藝中使用的菌類）的細(xì)胞壁厚而均勻，主要通過(guò)肽鍵來(lái)連接肽聚糖構(gòu)成細(xì)胞壁。革蘭氏陽(yáng)性菌的細(xì)胞壁包含了大量的磷壁酸。也就是說(shuō)，在微生物的合成反應(yīng)中，磷酸鹽以磷壁酸的形式進(jìn)入bacillus菌的細(xì)胞壁中，最后通過(guò)剩余污泥的排放從系統(tǒng)中脫磷。
通過(guò)bacillus菌除磷一般去除率在50%以上，為了保證達(dá)標(biāo)，采取輔助化學(xué)除磷。
c. 除臭機(jī)理
bacillus菌可將污水中的氨、氨鹽、硫化氫等狀態(tài)的物質(zhì)吸收，去除了臭氣產(chǎn)生成份，大大降低了系統(tǒng)臭氣產(chǎn)生量。
d. 消毒機(jī)理
bacillus菌在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中，分泌bacitracin、polymyxin、tyrothicin、circulin、gramicidin等抗生素，可以溶解或殺滅處理水中的大腸桿菌及一般細(xì)菌等。
由于系統(tǒng)具有自我消毒能力，剩余污泥基本上不需要進(jìn)行穩(wěn)定化就可以進(jìn)入最終的處理和處置過(guò)程。
③ bacillus菌的特點(diǎn)
◆bacillus菌具有的繁殖能力，在低溫、高鹽度、高壓等嚴(yán)酷的極限環(huán)境中也具有適應(yīng)能力。
◆可分解蛋白質(zhì)和將淀粉分解至葡萄糖的能力。
◆可分解脂肪酸。
◆可吸收轉(zhuǎn)化增殖分解后的物質(zhì)。
◆bacillus菌屬適氮和硫磺素菌種，可將污水中氮素被氧化前的氨、氨鹽、硫化氫等狀態(tài)的物質(zhì)吸收，去除了臭氣產(chǎn)生成份，降低了系統(tǒng)臭氣產(chǎn)生量。
◆bacillus菌具有孢子形成能力，在惡劣環(huán)境中能保持活性菌種增殖數(shù)量，維持處理能力。
◆可以分泌抗生素，具有殺菌滅菌的功效。
◆可分泌的酵素具有強(qiáng)力的水分解能力，可分解難分解的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等物質(zhì)，通過(guò)對(duì)難分解性物質(zhì)的分解、可大幅提高處理效率。
◆能分泌出一種特殊的粘性物質(zhì)，具有很強(qiáng)的吸附過(guò)濾能力。
◆含有bacillus菌的活性污泥的脫水性能非常好
4）bbr生化工藝核心設(shè)備——bbr裝置
bbr裝置中的盤片（生物載體）為bacillus菌提供了一個(gè)生長(zhǎng)、繁殖的載體，在bbr裝置中保持足夠量的bacillus菌，同時(shí)吸附、分解污水中的污染物。其主要特點(diǎn)如下：
◆bbr盤片是采用優(yōu)質(zhì)材料聚乙稀基樹(shù)脂pvdc制造而成的特殊網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
◆該裝置空隙率在97%以上，使其具有較大的比表面積，水和空氣容易進(jìn)出，在均一好氧條件下處理效果好而且穩(wěn)定。
◆bbr盤片質(zhì)量輕（密度在0.05-0.06g/cm3），不吸水，因此電機(jī)功耗較低，后續(xù)的保養(yǎng)和操作也較為簡(jiǎn)便。
◆bbr盤片具有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得微生物可以維持較高密度的附著率（約10,000～30,000mg/l），從而可適應(yīng)流量、有機(jī)物負(fù)荷變化造成的沖擊，對(duì)低溫也有著的適應(yīng)性。
◆采用優(yōu)質(zhì)材料以及強(qiáng)度的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使得本裝置可以長(zhǎng)期運(yùn)行。
污水處理工藝比選
這三種工藝的比較表如下表所示：
表4-4 bbr工藝與其它工藝比較表
aa/o工藝
mbr工藝
bbr工藝
使用菌種
普通厭氧菌、好氧菌和硝化菌類
普通厭氧菌、好氧菌和硝化菌類
芽孢桿菌（bacillussp.）優(yōu)化菌
達(dá)標(biāo)能力
《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（gb18918-2002）一級(jí)b標(biāo)準(zhǔn)
《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（gb18918-2002）一級(jí)b標(biāo)準(zhǔn)
《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（gb18918-2002）一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)
處理效率
bod：90%以上
tn：60-75%
tp：50-70%
bod：95%以上
tn：60-75%
tp：75-90%
bod：96%以上
tn：80-95%
tp：75-90%
脫氮原理
通過(guò)曝氣及硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)換為硝酸鹽和亞硝酸鹽，在缺氧條件下通過(guò)反硝化轉(zhuǎn)化成氮?dú)饷摮?br> 通過(guò)曝氣及硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)換為硝酸鹽和亞硝酸鹽，在缺氧條件下通過(guò)反硝化轉(zhuǎn)化成氮?dú)饷摮?br> 芽孢桿菌（bacillus）吸收氨氮或銨態(tài)氮轉(zhuǎn)換成細(xì)胞物質(zhì)
除磷原理
在厭氧條件下釋出磷，在好氧條件下攝取磷，通過(guò)剩余污泥的排放除磷
通過(guò)納濾膜對(duì)磷進(jìn)行截留。
芽孢桿菌（bacillus）的生長(zhǎng)條件中，當(dāng)do為0.5mg/l時(shí)，微生物可以吸收最多的磷，以達(dá)到除磷目的。
除臭能力
需要額外除臭系統(tǒng)
需要額外除臭系統(tǒng)
具有自我除臭能力
污泥穩(wěn)定性
不穩(wěn)定
不穩(wěn)定
較穩(wěn)定
功耗
較高
較低
較低
占地面積
較大
較小
較小
投資
較低
較高
較低
運(yùn)行費(fèi)用
較低
較高
較低