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農(nóng)村生活污水一體化污水處理設(shè)施

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SND脫氮原理
傳統(tǒng)的生物脫氮是根據(jù)脫氮過程的兩階段理論，將好氧硝化與缺氧反硝化分置于2個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。 而SND則是在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)直接實(shí)現(xiàn)氨氮到氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化，將脫氮過程的2個(gè)反應(yīng)階段由宏觀空間（時(shí)間）上的好氧池與缺氧池，轉(zhuǎn)化為微觀空間上的微生物絮體表層與內(nèi)部，并通過運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整使污泥表層與內(nèi)部分別實(shí)現(xiàn)硝化與反硝化的反應(yīng)條件，從而達(dá)到脫氮的目的。 由于受到傳質(zhì)阻力的影響，微生物絮體由外至內(nèi)存在溶解氧和COD的質(zhì)量濃度變化梯度，依次形成了擴(kuò)散區(qū)、好氧區(qū)和缺氧區(qū)。微生物絮體表層由于溶解氧質(zhì)量濃度較高，以硝化細(xì)菌為主，主要發(fā)生有機(jī)物和氨氮的氧化過程；微生物絮體內(nèi)部由于氧氣的大量消耗以及傳質(zhì)阻力的影響，形成缺氧區(qū)，反硝化細(xì)菌利用傳遞來的有機(jī)物反硝化脫氮。懸浮填料屬于分散式填料的一種，一般用聚乙烯、聚丙烯或聚氨酯等特制塑料或樹脂制成[，形狀規(guī)則，多為立方體或顆粒狀。 懸浮填料內(nèi)部孔隙率較大，比表面積大，極大地增加了微生物的附著面積，有利于生物膜的形成，使系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力顯著提高。 懸浮填料脫氮原理與微生物絮體類似，隨著污泥質(zhì)量濃度的增大，附著生長的生物膜內(nèi)層產(chǎn)生缺氧或厭氧環(huán)境，為SND脫氮提供了有利條件。
懸浮填料強(qiáng)化脫氮技術(shù)污泥形式和微生物特性
微生物是污水處理的主力軍，因此反應(yīng)器內(nèi)生物量的多少直接影響到污染物的去除效果。 懸浮填料由于其內(nèi)部孔隙的存在，有利于缺氧環(huán)境的形成，且比表面積較大，為反硝化細(xì)菌的生長提供了更大的空間。 另外，填料表面的微生物主要以生物膜的形式存在，而常規(guī)活性污泥法反應(yīng)器內(nèi)的污泥處于游離狀態(tài)，前者對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的捕獲能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者，加之懸浮填料處于流化狀態(tài)，在水流剪力的作用下，老化的生物膜能夠及時(shí)脫落，始終保持較高的代謝活性，從而使反應(yīng)器在較低的碳源條件下仍能保持較好的反硝化效果。向活性污泥法中投加懸浮填料能在 很大程度上增加反應(yīng)器內(nèi)的總生物量和種類，改善其存在形式以及傳質(zhì)方式，大大提高凈化效率和處理能力。

懸浮填料由于其巨大的比表面積和內(nèi)部孔隙的存在，能夠吸附大量的絲狀菌，在強(qiáng)化污染物凈化能力的同時(shí)，控制污泥膨脹及上浮，使系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力顯著提高。 同時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)生物固體平均停留時(shí)間較長，有益于自養(yǎng)微生物的生存，還會(huì)形成大量的輪蟲、鐘蟲、累枝蟲等原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，有利于水質(zhì)的進(jìn)一步提升。
懸浮填料強(qiáng)化脫氮技術(shù)的應(yīng)用形式
向傳統(tǒng)活性污泥法中投加懸浮填料，能夠強(qiáng)化脫氮能力，使氨氮、總氮去除率明顯提高，并且與傳統(tǒng)活性污泥法相比，在低溫下仍能保持較好的氨氮去除效果。向傳統(tǒng)AO工藝中投加懸浮填料與CASS工藝相比，在低溫低曝氣量條件下仍能保持較好的污染物去除效果，并且具有運(yùn)行管理簡單、投資造價(jià)低、占地面積小等優(yōu)勢。向傳統(tǒng)的A2/O生物池中投加聚乙烯懸浮填料，投配比為20%，總氮和總磷去除率均有顯著提升，當(dāng)污泥齡為8h 時(shí)，相應(yīng)去除率zui高可達(dá)75%和91.4%。
通過向氧化溝好氧段投加懸浮填料探究溶解氧含量、污泥回流比和污泥齡對(duì)脫氮效果的影響，結(jié)果表明，當(dāng)溶解 氧含量為0.8～1.2 mg/L，污泥回流比為75 %～100 %，污泥齡為10～15d時(shí)，出水 COD、氨氮和總氮可達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。
為了探究低C/N比生活污水的處理方法，以聚丙烯作為懸浮填料投加到 SBR反應(yīng)器內(nèi)，發(fā)現(xiàn)在低C/N比下，反應(yīng)器仍能保持較高的生物量以及較好的TN去除效果。與常規(guī)SBR反應(yīng)器相比，懸浮填料SBR反應(yīng)器對(duì)水中DO利用率更高，低曝氣量下仍能保持較好的處理效果。 因此，懸浮填料的投加能夠顯著提高常規(guī)SBR反應(yīng)器的耐沖擊負(fù)荷能力，強(qiáng)化脫氮效果，且在外在條件發(fā)生波動(dòng)后仍能保持較好的污染物去除性能。
通過向平板膜生物反應(yīng)器中投加聚丙烯多面空心球懸浮填料，使得總氮、總磷去除效果和穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。 另外，懸浮污泥生物膜與懸浮污泥之間存在競爭關(guān)系，從而使污泥產(chǎn)量明顯降低。 通過對(duì)比普通膜生物反應(yīng)器和投加多孔柔性聚氨酯懸浮填料的復(fù)合式膜生物反應(yīng)器，發(fā)現(xiàn)懸浮填料的投加能夠形成微湍流，加大流體運(yùn)行的不穩(wěn)定性，有效地改善了膜生物反應(yīng)器的過濾性能，使膜污染速率下降30%以上。
懸浮填料強(qiáng)化脫氮在實(shí)際運(yùn)用中存在的問題
雖然懸浮填料的投加能夠強(qiáng)化反硝化脫氮效果，但仍然存在一些問題：
1）由于懸浮填料內(nèi)部孔隙的存在，長時(shí)間運(yùn)行后會(huì)產(chǎn)生較多沉積物堆積，導(dǎo)致生物膜活菌率降低；
2）對(duì)于懸浮填料生物膜來說，雖然比表面積較大， 但液相基質(zhì)與固相微生物之間的傳質(zhì)阻力較大；
3）受反應(yīng)器流態(tài)影響較大，與活性污泥形成的生物絮凝體相比，懸浮填料表層的生物膜在較大的水流剪力作用下易脫落，無法形成穩(wěn)定的生物膜結(jié)構(gòu)；
4）目前，由于原材料價(jià)格較高，導(dǎo)致前期投資較大。

曝氣生物濾池是一種膜法生物處理工藝，微生物附著在載體表面，污水在流經(jīng)載體表面時(shí)，通過有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)的吸附、氧向生物膜內(nèi)部的擴(kuò)散以及生物膜中所發(fā)生的生物氧化等作用，對(duì)污染物質(zhì)進(jìn)行氧化分解，使污水得以凈化。 生物膜的吸附作用主要是由于在生物膜的表面附著一層薄薄的水層，水中的有機(jī)物被生物膜所氧化（其濃度要比濾池進(jìn)水中有機(jī)物的濃度低很多），當(dāng)廢水在濾料表面流動(dòng)時(shí)，有機(jī)物就會(huì)從運(yùn)動(dòng)著的廢水中轉(zhuǎn)移到附著在生物膜表面的水中去，被生物膜所吸附。空氣中的氧通過水層而進(jìn)入生物膜。生物膜上的微生物在氧的參與作用下對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解和機(jī)體的新陳代謝，產(chǎn)生了包括二氧化碳等無機(jī)物，它們又沿著相反的方向，即從生物膜經(jīng)過附著水層排到流動(dòng)著的廢水及空氣中去。生物濾池中廢水的凈化過程是很復(fù)雜的，它包括廢水中復(fù)雜的傳質(zhì)過程。生物膜是由微生物細(xì)胞組成的復(fù)雜混合物的微生態(tài)系統(tǒng)，細(xì)胞鑲嵌在胞外聚合物的基質(zhì)中，并且附著在固體表面。生物膜發(fā)育形成而條件和時(shí)間序列大致為：
（1）存在著可用于聚居的固體表面；
（2）一種有機(jī)分子膜快速形成；
（3）聚結(jié)的細(xì)胞松散的附著；
（4）聚居的細(xì)菌牢固的附著；
（5）微生物群落形成，產(chǎn)生胞外聚合物；
（6）群落向上和向外擴(kuò)展，形成規(guī)則和不規(guī)則結(jié)構(gòu)；
（7）生物膜成熟，新的菌種進(jìn)入生物膜并生長，有機(jī)和無機(jī)碎片被結(jié)合，并且溶液度形成，導(dǎo)致了生物膜空間的異相結(jié)構(gòu)；
（8）生物膜可能被吞噬細(xì)菌的原生動(dòng)物捕食；
（9）成熟的生物膜可以脫落，使這種循環(huán)交替的重復(fù)進(jìn)行；
（10）形成一種ding級(jí)群落。

生物膜形成的關(guān)鍵是在其載體表面的固定。影響微生物在載體，表面附著、生長的因素很多，歸納為三類，即微生物的自身性質(zhì)（種類、培養(yǎng)條件、濃度、活性等）、載體表面性質(zhì)（表面親水性、表面負(fù)荷、表面化學(xué)組成、表面粗糙度等）以及環(huán)境條件（pH、離子強(qiáng)度、水流剪切力、溫度等）。對(duì)于曝氣生物濾池工藝而言，載體即濾料是工藝的核心，對(duì)濾料的選擇和采用有著非常嚴(yán)格的要求，如機(jī)械強(qiáng)度、物理形態(tài)、穩(wěn)定性、比重、親水性、表面電性、孔隙度、表面粗糙度、價(jià)格等。當(dāng)載體已經(jīng)通過優(yōu)化確定后，在微生物調(diào)試過程中，主要是為微生物在載體表面的附著、生長、繁殖，提供良好的環(huán)境條件。
曝氣生物濾池反應(yīng)器凈化有機(jī)污染物的過程是由附著生長在載體表面的微生物來完成的，而這些微生物又都生活在各自形成的特定環(huán)境中，與環(huán)境條件關(guān)系極為密切，反應(yīng)器能否高效運(yùn)行，取決于影響反應(yīng)器運(yùn)行的主要因素，在工程中就是設(shè)法為微生物創(chuàng)造適宜的生活環(huán)境。影響反應(yīng)器運(yùn)行主要因素包括：進(jìn)水底物濃度、營養(yǎng)物質(zhì)、溶解氧、酸堿度、溫度、毒性抑制、水力停留時(shí)間與負(fù)荷率等。
工藝技術(shù)特點(diǎn)
（1）較小的池容和占地面積。
曝氣生物濾池的BOD5容積負(fù)荷大，一般可達(dá)到5～6kgBOD5/（m3·d），是常規(guī)二級(jí)生物處理的6～12倍，所以它的池容和占地面積較常規(guī)二級(jí)生物處理工藝要小，同時(shí)在濾池后不需設(shè)二沉池，節(jié)省了占地面積和土建費(fèi)用。采用曝氣生物濾池工藝的城市污水處理廠工藝構(gòu)筑物占地面積只有氧化溝工藝的1/5左右；
（2）抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，處理效果穩(wěn)定，處理出水水質(zhì)好。
由于整個(gè)濾池中分布著較高濃度的微生物，反應(yīng)速率高，而高濃度的微生物以膜狀存在于濾池的陶粒表面，其本身就耐水量的沖擊，即使濾速增大較多也不會(huì)使微生物流失；
（3）對(duì)低濃度污水適應(yīng)性強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生由于營養(yǎng)物過低導(dǎo)致微生物無法培養(yǎng)的情況，且該工藝啟動(dòng)時(shí)間相對(duì)較短；
（4）氧的利用率高；
（5）硝化速率高，效果好，若增加回流等設(shè)施，可以實(shí)現(xiàn)非常好的脫氮效果；
（6）受氣候影響相對(duì)較小；
（7）構(gòu)筑物模塊化，有利于今后的擴(kuò)建；
（8）主要設(shè)備和材料均可國內(nèi)配套生產(chǎn)，不需進(jìn)口，節(jié)省投資。

SBR污水處理工藝
SBR是序列間歇式活性污泥SequencingBatch Reactor Activated Sludge Process的簡稱是一種按間歇曝氣方式來運(yùn)行的活性污泥污水處理技術(shù)又稱序批式活性污泥法。
與傳統(tǒng)污水處理工藝不同，SBR技術(shù)采用時(shí)間分割的操作方式替代空間分割的操作方式非穩(wěn)定生化反應(yīng)替代穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)沉淀。它的主要特征是在運(yùn)行上的有序和間歇操作SBR技術(shù)的核心是SBR反應(yīng)池該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池無污泥回流系統(tǒng)。
正是SBR工藝這些特殊性使其具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、理想的推流過程使生化反應(yīng)推動(dòng)力增大 / 效率提高 / 池內(nèi)厭氧、好氧處于交替狀態(tài) / 凈化效果好。
2、運(yùn)行效果穩(wěn)定 / 污水在理想的靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀 / 需要時(shí)間短、效率高、出水水質(zhì)好。
3、耐沖擊負(fù)荷 / 池內(nèi)有滯留的處理水 / 對(duì)污水有稀釋、緩沖作用 / 有效抵抗水量和有機(jī)污物的沖擊。

4、工藝過程中的各工序可根據(jù)水質(zhì)、水量進(jìn)行調(diào)整、運(yùn)行靈活。
5、處理設(shè)備少構(gòu)造簡單便于操作和維護(hù)管理。
6、反應(yīng)池內(nèi)存在DO、BOD5濃度梯度有效控制活性污泥膨脹。
7、SBR法系統(tǒng)本身也適合于組合式構(gòu)造方法利于廢水處理廠的擴(kuò)建和改造。
8、脫氮除磷適當(dāng)控制運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)交替具有良好的脫氮除磷效果。