美麗鄉村一體化污水處理系統

原理
SBR工藝是通過時間上的交替運行實現傳統活性污泥法的運行全過程。該工藝只有一個SBR池,但同時具有調節池、曝氣池和沉淀池的功能。運行過程分為進水、曝氣、沉淀、潷水、閑置五個階段。一個運行周期內,各階段的運行時間、反應器混合液體積的變化及運行狀態等都可以根據具體污水的性質、出水水質及運行功能要求等靈活掌握。

CASS工藝包括充水—曝氣、充水—泥水分離、潷水和充水—閑置等四個階段。不同的運行階段,根據需要調整運行方式。CASS工藝共分為三個反應區:生物選擇區(DO<0.2mg do="">0.5mg/L)和好氧區(DO=(2～3)mg/L)。生物選擇器為CASS前端的小容積區,通常在厭氧或兼氧條件下運行。有機污染物通過三個區的連續降解,可以達到很好的處理效果,同時能夠實現脫氮除磷。
工藝特點
與傳統活性污泥法相比,SBR工藝所具有的優點非常明顯:工藝簡單,調節池體積小或不設,無二沉池和污泥回流,運行方式靈活;結構緊湊,占地少,基建、運行費用低;反應過程濃度梯度大,不易發生污泥膨脹;抗負荷沖擊能力強,處理效果好;厭氧(缺氧)和好氧交替發生,同時脫氮除磷而不需額外增加反應器。
CASS工藝與其他工藝相比,特點如下:CASS池的變容運行提高了系統對水量水質變化的適應性和操作的靈活性;選擇器的設置加強了微生物對磷的釋放、反硝化、對有機物的吸附吸收等作用,增加了系統運行的穩定性;周期內反應器以厭氧—缺氧—好氧—缺氧—厭氧的方式運行,有比較理想的脫氮除磷效果。
生物降解能力比較
SBR工藝在反應階段,基質濃度隨時間由高到低變化,微生物經歷了對數生長期、減速生長期和衰減期,其降解有機物的速率也相應地由零級反應向一級反應過渡。由于SBR系統的非穩態運行,反應器中生物相十分復雜,微生物的種類繁多,各種微生物交互作用,強化了工藝的處理效能;采用該法處理COD濃度可達幾百到幾千毫克每升,其去除率均比傳統活性污泥法高,而且可去除一些理論上難以生物降解的有機物質。

CASS工藝從污染物的降解過程來看,污水以相對較低的流量連續進入反應池,被混合液稀釋到相對較低的濃度。從空間上看CASS工藝為完全混合式,而在時間上則為推流式,基質濃度逐漸降低,濃度梯度從大到小,在曝氣階段有機物得到完全降解。通過對沉淀階段和排水階段污水進入反應池后基質在主反應區內擴散規律的研究,發現基質擴散前沿邊界在反應器水平方向和垂直方向都與沉淀時間的自然對數呈函數關系。
類似的脫氮除磷過程
廢水的脫氮除磷要求經歷厭氧一缺氧一好氧這樣一個過程,而SBR工藝在時間上的靈活控制,不僅可以很容易地實現好氧、缺氧和厭氧,而且很容易在好氧條件下增大曝氣量、延長曝氣時間和增加污泥齡來強化硝化反應及聚磷菌過量攝磷;也可以在缺氧條件下方便地投加原污水或提高污泥濃度等方式使反硝化過程更快地完成;還可以在厭氧條件下通過攪拌促進聚磷菌充分地釋磷。
CASS工藝的脫氮除磷效果則更為明顯。生物選擇器的設置為除磷創造了有利條件。來自主反應區高濃度污泥和廢水充分混合,污泥中的反硝化菌以污水中的有機物為碳源,還原硝態氮(污泥中的硝態氮一般為2mg/L)為氮氣,實現脫氮。
聚磷菌在厭氧條件下分解體內的聚磷酸鹽釋放到水中,獲得能量用于吸收廢水中的有機酸合成聚β—羥基丁酸(PHB)并儲存于細胞內,這是一個過量的釋放磷的過程,為好氧條件下的過量攝磷創造先決條件。由于廢水的進入,在此區域還發生比較明顯的反硝化,其去除的氮占總去除率的20%左右。
在缺氧區,微量曝氣可以強化反硝化功能,也可不曝氣進行除磷。對主反應區的曝氣強度進行控制,使溶液處于好氧而活性污泥內部則基本處于缺氧狀態,從而可以實現同步硝化和反硝化。
經濟性和運行方式比較
美麗鄉村一體化污水處理系統經濟性比較
SBR工藝只需要一個序批式間歇反應池即可,與傳統活性污泥法相比,不需設置二沉池、污泥回流及污泥回流設備。若水量水質相對穩定,也可不設調節池。Ketchum等人的統計結果表明,采用SBR工藝處理小城鎮污水,要比普通活性污泥法節省基建投資30%以上。另外,系統的布置緊湊,占地面積較少。由于SBR工藝曝氣是間斷的,曝氣供氧時的推動力比平時高20%～30%,氧的轉移率高,所以運行費用比傳統活性污泥法低。
從CASS工藝投入運行的實例分析,該工藝與其他工藝相比具有一定的經濟優勢。首先,建設費用低,比普通曝氣法省25%,無初沉池、二沉池;其次,占地面積少,比普通曝氣法省20%～30%;另外,運行費用低,自動化程度高,管理方便,脫氮除磷不需要另加藥劑,運行費用省25%左右。統計數據表明CASS工藝具有的經濟優勢,所以在設計過程中應優先考慮。

填料的功能
在廢水生化處理中，對有機污染物進行分解的主要功能者是細菌在細菌的外表有一粘層，使細菌具有結臺附著能。廢水處理裝置中采用填料以后，使微生物有了一個附著場所， 細菌在填料表面的附著和相互結合， 就形成了生物膜。
活性污泥法中，細菌以結合成菌膠團的形式存在并始終處于一種動態狀況， 對有機污染物的吸收分解是以形成更多的微生物為主。 廢水就相當于是微生物的一種培養基，在充氧和水流運動的作用下，微生物培養繁殖的數量越來越多，需要用剩余污泥的形式排出。
細菌在填料上附著形成生物膜，其功能形式就不同于活性污泥法。生物膜法中，細菌附著在填料上穩定生存，廢水中的污染物是被微生物吸收分解的對象，微生物以充分發揮分解功能為主，把有機污染物分解為不可生他物或者CI-I M c 等，新生繁殖的數量只與老化脫落的生物膜相平衡。因此，填料不僅使微生物有了一個固定附著的場所，還使細菌的分解功能得到加強，新生繁殖的數量減少。

孔隙可變性

從微觀上看，填料微單元與微單元之一間，應處于一種相對運動—— 孔隙可變狀’態。細菌在填料上附著后，如果是靜止，則對有機污染物的接觸氧化作用、吸收分解作用和自身的新陳代謝作用都會減弱。如果暑處于一種有一定局限的相對運動，根據運動加強作用的原理， 能夠使填料的諸功能作用都得到加強。
硬填料中，除以砂和細石為填料的流化床有填料微單元的孔隙可變性以外，其它都不可能存在。轉盤形式也只是使膜整體運動而不存在孔隙可變性。
“軟”是 變” 的基礎，軟性填料就存在孔隙可變的潛在優勢。這種優勢發揮是否良好，關鍵取決于填料微單元—— 軟絲是否能產生良好的運動性，這就與坎性填料的加工和固定方法有關。填料微單元有運動， 孔隙可變就行。運動程度和可變幅度應該是略小和微動， 運動太強烈和孔隙可變幅度太大， 則會適得其反破壞生物膜的穩定性。以細石為填料的流化床， 微單元運動強烈，孔隙可變幅度太大，生物膜穩定性就差。
A/O法即為缺氧/好氧生化處理法，是國外20世紀七十年代末開發出來的一種污水處理新工藝，它不僅能去除污水中的BOD5、CODcr而且能有效的除氮。
A段池又稱為缺氧池，或水解池。水解的機理從化學的角度來說，絕大多數化合物在一定條件下與水接觸都會發生水解反應，水解反應可使共價鍵發生變化和斷裂，即化合物在分子結構和形態上發生了變化。生物水解是靠生物酶的催化作用而加速反應的，在有酶條件下的催化反應速度要比無酶條件下高出108-1011倍。生物水解就是指復雜的有機物分子經加水在缺氧條件下，由于水解酶的參與被分解成簡單的化合物的反應，生物水解反應實際上包括了水解和酸化兩個過程，酸化可使有機物降解為有機酸。
另外A/O工藝還有很好的脫氮功能。污水在進入A段后再進入O段，污水在好氧段，有機物（BOD5）被好氧微生物氧化分解，有機氮通過氨化作用和硝化作用轉化為硝態氨，硝態氨通過污泥回流進入缺氧段，污水經缺氧段時，活性污泥中的反硝細菌利用硝態氮和污水中的CODcr進行反硝化用，使硝態氮轉化為分子態氮而逸入空氣中而得到有效的去除，達到同時去除BOD5和脫氮的很好效果。