美丽乡村一体化污水处理系统
原理
SBR工艺是通过时间上的交替运行实现传统活性污泥法的运行全过程。该工艺只有一个SBR池,但同时具有调节池、曝气池和沉淀池的功能。运行过程分为进水、曝气、沉淀、滗水、闲置五个阶段。一个运行周期内,各阶段的运行时间、反应器混合液体积的变化及运行状态等都可以根据具体污水的性质、出水水质及运行功能要求等灵活掌握。
CASS工艺包括充水—曝气、充水—泥水分离、滗水和充水—闲置等四个阶段。不同的运行阶段,根据需要调整运行方式。CASS工艺共分为三个反应区:生物选择区(DO<0.2mg do="">0.5mg/L)和好氧区(DO=(2～3)mg/L)。生物选择器为CASS前端的小容积区,通常在厌氧或兼氧条件下运行。有机污染物通过三个区的连续降解,可以达到很好的处理效果,同时能够实现脱氮除磷。
工艺特点
与传统活性污泥法相比,SBR工艺所具有的优点非常明显:工艺简单,调节池体积小或不设,无二沉池和污泥回流,运行方式灵活;结构紧凑,占地少,基建、运行费用低;反应过程浓度梯度大,不易发生污泥膨胀;抗负荷冲击能力强,处理效果好;厌氧(缺氧)和好氧交替发生,同时脱氮除磷而不需额外增加反应器。
CASS工艺与其他工艺相比,特点如下:CASS池的变容运行提高了系统对水量水质变化的适应性和操作的灵活性;选择器的设置加强了微生物对磷的释放、反硝化、对有机物的吸附吸收等作用,增加了系统运行的稳定性;周期内反应器以厌氧—缺氧—好氧—缺氧—厌氧的方式运行,有比较理想的脱氮除磷效果。
生物降解能力比较
SBR工艺在反应阶段,基质浓度随时间由高到低变化,微生物经历了对数生长期、减速生长期和衰减期,其降解有机物的速率也相应地由零级反应向一级反应过渡。由于SBR系统的非稳态运行,反应器中生物相十分复杂,微生物的种类繁多,各种微生物交互作用,强化了工艺的处理效能;采用该法处理COD浓度可达几百到几千毫克每升,其去除率均比传统活性污泥法高,而且可去除一些理论上难以生物降解的有机物质。
CASS工艺从污染物的降解过程来看,污水以相对较低的流量连续进入反应池,被混合液稀释到相对较低的浓度。从空间上看CASS工艺为完全混合式,而在时间上则为推流式,基质浓度逐渐降低,浓度梯度从大到小,在曝气阶段有机物得到完全降解。通过对沉淀阶段和排水阶段污水进入反应池后基质在主反应区内扩散规律的研究,发现基质扩散前沿边界在反应器水平方向和垂直方向都与沉淀时间的自然对数呈函数关系。
类似的脱氮除磷过程
废水的脱氮除磷要求经历厌氧一缺氧一好氧这样一个过程,而SBR工艺在时间上的灵活控制,不仅可以很容易地实现好氧、缺氧和厌氧,而且很容易在好氧条件下增大曝气量、延长曝气时间和增加污泥龄来强化硝化反应及聚磷菌过量摄磷;也可以在缺氧条件下方便地投加原污水或提高污泥浓度等方式使反硝化过程更快地完成;还可以在厌氧条件下通过搅拌促进聚磷菌充分地释磷。
CASS工艺的脱氮除磷效果则更为明显。生物选择器的设置为除磷创造了有利条件。来自主反应区高浓度污泥和废水充分混合,污泥中的反硝化菌以污水中的有机物为碳源,还原硝态氮(污泥中的硝态氮一般为2mg/L)为氮气,实现脱氮。
聚磷菌在厌氧条件下分解体内的聚磷酸盐释放到水中,获得能量用于吸收废水中的有机酸合成聚β—羟基丁酸(PHB)并储存于细胞内,这是一个过量的释放磷的过程,为好氧条件下的过量摄磷创造先决条件。由于废水的进入,在此区域还发生比较明显的反硝化,其去除的氮占总去除率的20%左右。
在缺氧区,微量曝气可以强化反硝化功能,也可不曝气进行除磷。对主反应区的曝气强度进行控制,使溶液处于好氧而活性污泥内部则基本处于缺氧状态,从而可以实现同步硝化和反硝化。
经济性和运行方式比较
美丽乡村一体化污水处理系统经济性比较
SBR工艺只需要一个序批式间歇反应池即可,与传统活性污泥法相比,不需设置二沉池、污泥回流及污泥回流设备。若水量水质相对稳定,也可不设调节池。Ketchum等人的统计结果表明,采用SBR工艺处理小城镇污水,要比普通活性污泥法节省基建投资30%以上。另外,系统的布置紧凑,占地面积较少。由于SBR工艺曝气是间断的,曝气供氧时的推动力比平时高20%～30%,氧的转移率高,所以运行费用比传统活性污泥法低。
从CASS工艺投入运行的实例分析,该工艺与其他工艺相比具有一定的经济优势。首先,建设费用低,比普通曝气法省25%,无初沉池、二沉池;其次,占地面积少,比普通曝气法省20%～30%;另外,运行费用低,自动化程度高,管理方便,脱氮除磷不需要另加药剂,运行费用省25%左右。统计数据表明CASS工艺具有的经济优势,所以在设计过程中应优先考虑。
填料的功能
在废水生化处理中，对有机污染物进行分解的主要功能者是细菌在细菌的外表有一粘层，使细菌具有结台附着能。废水处理装置中采用填料以后，使微生物有了一个附着场所， 细菌在填料表面的附着和相互结合， 就形成了生物膜。
活性污泥法中，细菌以结合成菌胶团的形式存在并始终处于一种动态状况， 对有机污染物的吸收分解是以形成更多的微生物为主。 废水就相当于是微生物的一种培养基，在充氧和水流运动的作用下，微生物培养繁殖的数量越来越多，需要用剩余污泥的形式排出。
细菌在填料上附着形成生物膜，其功能形式就不同于活性污泥法。生物膜法中，细菌附着在填料上稳定生存，废水中的污染物是被微生物吸收分解的对象，微生物以充分发挥分解功能为主，把有机污染物分解为不可生他物或者CI-I M c 等，新生繁殖的数量只与老化脱落的生物膜相平衡。因此，填料不仅使微生物有了一个固定附着的场所，还使细菌的分解功能得到加强，新生繁殖的数量减少。
孔隙可变性
从微观上看，填料微单元与微单元之一间，应处于一种相对运动—— 孔隙可变状’态。细菌在填料上附着后，如果是静止，则对有机污染物的接触氧化作用、吸收分解作用和自身的新陈代谢作用都会减弱。如果暑处于一种有一定局限的相对运动，根据运动加强作用的原理， 能够使填料的诸功能作用都得到加强。
硬填料中，除以砂和细石为填料的流化床有填料微单元的孔隙可变性以外，其它都不可能存在。转盘形式也只是使膜整体运动而不存在孔隙可变性。
“软”是 变” 的基础，软性填料就存在孔隙可变的潜在优势。这种优势发挥是否良好，关键取决于填料微单元—— 软丝是否能产生良好的运动性，这就与坎性填料的加工和固定方法有关。填料微单元有运动， 孔隙可变就行。运动程度和可变幅度应该是略小和微动， 运动太强烈和孔隙可变幅度太大， 则会适得其反破坏生物膜的稳定性。以细石为填料的流化床， 微单元运动强烈，孔隙可变幅度太大，生物膜稳定性就差。
A/O法即为缺氧/好氧生化处理法，是国外20世纪七十年代末开发出来的一种污水处理新工艺，它不仅能去除污水中的BOD5、CODcr而且能有效的除氮。
A段池又称为缺氧池，或水解池。水解的机理从化学的角度来说，绝大多数化合物在一定条件下与水接触都会发生水解反应，水解反应可使共价键发生变化和断裂，即化合物在分子结构和形态上发生了变化。生物水解是靠生物酶的催化作用而加速反应的，在有酶条件下的催化反应速度要比无酶条件下高出108-1011倍。生物水解就是指复杂的有机物分子经加水在缺氧条件下，由于水解酶的参与被分解成简单的化合物的反应，生物水解反应实际上包括了水解和酸化两个过程，酸化可使有机物降解为有机酸。
另外A/O工艺还有很好的脱氮功能。污水在进入A段后再进入O段，污水在好氧段，有机物（BOD5）被好氧微生物氧化分解，有机氮通过氨化作用和硝化作用转化为硝态氨，硝态氨通过污泥回流进入缺氧段，污水经缺氧段时，活性污泥中的反硝细菌利用硝态氮和污水中的CODcr进行反硝化用，使硝态氮转化为分子态氮而逸入空气中而得到有效的去除，达到同时去除BOD5和脱氮的很好效果。
