图５１７　ＳＢＲ 工艺反应器一个运行周期的运行操作 反应器起到了调节设备的作用。说明 ＳＢＲ 工艺反应器对污水的水质及水量的变动，具有 一定的调节功能。 原污水注入，水位连续上升，在这个过程中，可以根据其他后续反应工艺的要求，相 应配合进行其他的操作过程，如进行曝气操作，对此，可分为非限制性曝气和限制性曝气 两种方式，?纳哪一种方式，主要取决于下一阶段的反应要求。一般的非限制曝气，是边 注入污水边对污水进行适量曝气。可取得污水预曝气的效果，或可取得使污泥再生，恢复 或增强其活性的效果；如在下阶段进行的是去除 ＢＯＤ、硝化等反应，则采纳非限制性曝 气措施，进行较强力的曝气操作，以满足活性污泥微生物的活性要求；如在下一步反应阶 段进行的是脱氮或释放磷等反应，则应采取限制性曝气的措施，不进行曝气，只进行缓速 搅拌； 进水延续时间由设计人员确定，主要取决于原污水的水质特征、处理应达到的水质目 标以及实际 排 水 情 况 设 备 特 征 与 条 件 等 因 素。 从 工 艺 效 果 方 面 要 求， 注 入 时 间 以 短 促 为宜。 （２）反应阶段 反应阶段是 ＳＢＲ 工艺最主要的一个阶段。是活性污泥微生物与污水中应去除的底 物 组分进行反应和微生物本身进行增殖反应的过程。实际上这一阶段应当是从进水阶段即行 开始进行。这一阶段可以与进水阶段联合称之为 “进水＋反应阶段”，进水阶段结束后， 反应阶段仍应继续进行，一直进行到混合液的水质达到对污水处理反应的目的与要求时 为止。 在反应阶段，籑据污水处理目的和要求，ＳＢＲ 工艺能够通过调整设计和模拟多种的 运行方式，采取相应的反应操作措施，以取得处理水的水质达到处理要求的效果。 １）当污水处理目的，是 ＢＯＤ降解的碳氧化，则对反应阶段采取的技术措施是曝气， 并且可以考虑从进水阶段即行开始，对进水阶段，采取边注水边曝气的非限制性曝气方 式。至于反应阶段的延续时间，则由执行人员根据计算确定，但进水阶段的曝气作用应予 以适当考虑。图５１７所示就是这种过程的一个完整的周期。 ＳＢＲ工艺系统的 ＣＯＤ去除率一般可达８５％～９０％，而 ＢＯＤ 值的降解率则可达９０％ ～９５％。 ２）当污水处理目的，不仅是碳氧化，还包括硝化、反硝化脱氮的反应内容，则对反 应阶段采取的技术操作就稍行复杂，对此，可以考虑对ＳＢＲ 反应器采用 Ａ１／Ｏ／Ａ２方式。 就此加以阐述： １８７

在本阶段开始前，上周期已脱氮的处理水已经排放，留在 ＳＢＲ 反应器内的是留作种 泥的活性污泥，在污泥中还夹杂着某些量的 ＮＯ３－Ｎ，应考虑予以去除，对此，首先采用 短时段的缺氧 （Ａ１），只搅拌不曝气，使反硝化脱氮反应继续实施一些时间，进水阶段也 应采取限制性曝气方式。进入污水中的含碳有机物作为电子供体，有利于反硝化菌的需 求，勿需另行投加碳源。 继之开始曝气，进入氧化的好氧时段 （Ｏ），应考虑实施强力氧化，反应器内混合液 的 ＤＯ 浓 度 水 平 应 维 持 在 ＞２．０ｍｇ／Ｌ。宜 介 于 ２．０～３．０ｍｇ／Ｌ 之 间，水 力 停 留 时 间 （ＨＲＴ）一般应＞４．０ｈ。 继之再次停止曝气，实施搅拌，进入的反硝化脱氮反应时段 （Ａ２），混合液的溶解氧 浓度应保持在０．２ｍｇ／Ｌ以下。在缺氧的条件下，使 ＮＯ３－Ｎ 还原为气态 Ｎ。在反硝化反 应的进程中，反硝化菌能够利用在其细胞内储的碳源作为电子供体进行反硝化反应，也可 以考虑引入部分原污水，作为碳源，也可以考虑投加甲醇 （ＣＨ３ＯＨ）。投加甲醇，有可 能使 ＢＯＤ值再行投高，而需要考虑再行一次后曝气处理，以期去除增加的 ＢＯＤ５ 值。 采用这种运行方式的 ＳＢＲ 工艺系统，其脱氮率一般能够在９２％以上。 ３）当污水处理的目的是除磷，则可以在ＳＢＲ 工艺反应器模拟连续流的 ＡｎＯ 工艺系 统 （厌氧—好氧除磷工艺）进行操作运行。 本阶段开始前，ＳＢＲ 工艺 反 应 器 内 经 过 除 磷 处 理 的 处 理 水 已 经 排 放，作 为 剩 余 污 泥 的部分富含磷的污泥也已排放，在反应器内作为种泥还留存着有丰富聚磷菌存活的污泥。 对本工艺系统，进水阶段应采取限制性曝气方式。 本工艺系统的初期是使聚磷菌释放磷的阶段，ＳＢＲ 工艺反应器内混合液应维持厌 （缺）氧条件，ＤＯ 浓度应保持在０．２ｍｇ／Ｌ以下。从进水阶段开始就进行搅拌 （不曝气）， 使流入污水与反应器内种泥充分混合、接触。 本工艺系统的厌 （缺）氧时段的延续时间由设计人员确定。 继之ＳＢＲ工艺反应器转入好氧时段，进行强力曝气，使混合液的 ＤＯ 浓度上升并保 持在２．０ｍｇ／Ｌ以上。在此时段，聚磷菌超量地吸收磷，并进行自身的增殖，同时在反应 器内也进行含碳有机物的生物降解。聚磷菌存活在活性污泥上，经过沉淀，在反应器内形 成大量富含磷的污泥，部分污泥作为剩余污泥排出系统，磷就是通过这种方式得以从污水 中去除。 本工艺系统除磷效果较好，处理水中残存的磷含量一般都在１．０ｍｇ／Ｌ 以下，去除率 一般能达到７６％。 反应时间一般在３～６ｈ，通过实际运行经验确定。反应器内污泥浓度一般可保持在 ２７００～３０００ｍｇ／Ｌ，污泥肥效好，ＳＶＩ值≤１００，易沉淀、不膨胀。沉淀污泥不宜停留时间 过长，以免产生聚磷菌释放磷的作用。 本工艺系统除磷效果不易提高，聚磷菌吸收磷即或是过量吸收，也是有限度的。特别 是对污泥产量低的污水，如 Ｐ／ＢＯＤ值高的污水。 ４）当污水处理目的是碳氧化并同时脱氮除磷，则对反应阶段采取的技术操作就更复 杂了，就此，应模拟连续流的 ＡＯＡＯ 系统 （Ｂａｒｄｅｎｐｈｏ工艺流程）或 ＡＡＯ （Ａ２Ｏ） ［ＡｎａｅｒｏｂｉｃＡｎｏｘｉｃＯｘｉｃ （ＡｎＯ）］系统。 如果污水处理的目的是反硝化，则采用的反应技术是缓速搅拌，并根据需要达到的程 １８８

度，以决定反应的延续时间。 如果籑据要求，应使反应器连续地进行 ＢＯＤ 降解→ 硝化→ 反硝化反应，则对 ＢＯＤ 降解→硝化二道反应，采 用 的 反 应 技 术 措 施 是 曝 气，反 应 的 延 续 时 间 应 根 据 要 求 确定。在达到目的并进入反硝化反应阶段时，应停止曝气，使反应器形成缺氧或厌氧状 态，同时还应对混合液进行缓速搅拌，此时，为了向混合液补充电子供体，应向反应器内 投加甲醇或少量原生污水。 在本阶段的后期，在进入下一道沉淀阶段之前，还要对混合液进行短暂的微量曝气， 以吹脱污泥近傍的气泡或氮，使污泥能够正常地进行沉淀，不受干扰。 如果需要从 ＳＢＲ 工艺系统排除剩余污泥，一般也在本工序后期进行。 （３）沉淀阶段 本阶段相当于传统活性污泥法工艺系统的二次沉淀池。停止曝气和搅拌，使混合液处 于静止状态。活性污泥与水分离。由于本阶段是静止沉淀，沉淀效果一般良好。 （４）排放阶段 经沉淀后产生的上清液，作为处理水排放，一直排到最低水位。作为种泥，在反应器 内残留部分活性污泥。 （５）闲置阶段 闲置阶段又称待机阶段，是５阶段周期运行模式最后的一个阶段。设闲置阶段，能够 提高运行周期的灵活性，就此，对设有多座反应器的 ＳＢＲ 工艺系统，尤为重要。在闲置 阶段还可以为下一个运行周期的工艺要求，进行某些准备性 （或先期性）的工作，如对保 留在反应器内的活性污泥，进行搅拌或曝气等操作。闲置阶段时间的长短根据系统的实际 要求确定。 闲置阶段之后是新周期的进水阶段，新一轮的循环周期，即行启动。 ５２３　犛犅犚 工艺系统的特点 １．ＳＢＲ 工艺系统的优点 （１）ＳＢＲ 工艺系统流程简化，基建与维护运行费用较低 在原则上ＳＢＲ工艺系统的主体工艺设备，只是一座间歇运行的 ＳＢＲ 反应器。与传统 活性污泥工艺系统相比较，其工艺流程是显著地被简化，它勿需设二次沉淀池，勿需设污 泥回流系统及相应的各种设备，在一般情况下，勿需设调节池，甚至初次沉淀池也可以考 虑不设。对如此简化的 ＳＢＲ 工艺系统流程，建设费用和运行管理费用得到节省是必然的， 专家 Ｋｅｔｃｈｕｍ 的统计结果表明，采用ＳＢＲ工艺系统处理小城镇污水要比采用传统的活性 污泥工艺系统，能够节省建设投资３０％。 不仅如此，采用如此简化的 ＳＢＲ 工艺系统，由于工艺流程紧凑，还能够取得节省占 地面积的效益。 （２）ＳＢＲ 工艺系统运行方式灵活、脱氮除磷的效果好 ＳＢＲ 工艺系统，能够通 过 不 同 的 操 作 控 制，灵 活 地 进 行 不 同 方 式 的 运 行，以 取 得 对 污水不同处理目的的效能。例如，为了使反应器内的混合液维持好氧、缺氧或厌氧交替的 环境条件，对进水阶段就可以采用限制曝气方式、非限制曝气方式或半限制曝气方式。对 反应阶段，控制手段就更多了，可以曝气、搅拌或二者交替进行，也能够改变曝气强度以 改变混合液中的溶解氧浓度 （ＤＯ）：还可以改变、调整运行阶段的时间以改变污泥龄的大 １８９

小和污泥的沉淀效果等。 对同一的反应器按上述不同运行方式的改变是通过在时间上的管控而实现的。很明 显，这种在时间上的控制方式比在空间上的控制方式，对反应工艺设备的要求，灵活、简 单，也容易实施操作和实现，应当说，这是 ＳＢＲ 工艺系统独特的优点。 可以通过下述的脱氮除磷工艺过程，深刻地体会到这种方式的优越性。 ＳＢＲ 工艺系统具有的这种 在 时 间 上 灵 活 掌 控 环 境 条 件 改 变 的 功 能， 为 其 有 效 地 实 施 脱氮、除磷工艺过程，创造了非常有利的条件。 生物脱氮除磷反应所需要的好氧 （ＤＯ＞０）、缺氧 （ＤＯ≈０，ＮＯ狓＞０）、厌氧 （ＤＯ＝ ０，ＮＯ狓＝０）等状态交替的环境条件；为了强化硝化反应过程和使聚磷菌过量摄取磷的过 程顺利完成，需要在反应阶段好氧条件下，增大曝气量，延长污泥龄和反应时间等操作； ＳＢＲ 工艺系统都能够比较容易地在反应器混合液内予以实现。 ＳＢＲ 工艺系统还能够在 进 水 阶 段 实 施 搅 拌 操 作，以 强 化 聚 磷 菌 释 放 磷 的 进 程；也 还 能够在缺氧环境条件下，向混合液投放原污水 （或投加甲醇）提供充足的有机碳源作为电 子供体，或通过提高污泥浓度等方式使反硝化反应进程快速顺利完成等。 我们知道，同步生物脱氮除磷工艺在传统活性污泥工艺系统采用的是 ＡＡＯ 工艺系 统 （Ｂａｒｄｅｎｐｈｏ工艺），这是一条比较复杂的工艺流程。而对 ＳＢＲ 工艺系统，一座 ＳＢＲ 反应器、通过一个周期的运行就可以一气呵成。其操作如下： 进水阶段，搅拌操作 （厌氧环境条件，活性污泥微生物释放磷）→反应阶段，曝气操 作 （好氧环境条件，有机污染物降解、硝化、摄取磷）、排泥操作 （除磷）、搅拌操作和投 加有机碳源 （缺氧环境条体，反硝化脱氮）、再曝气操作 （好氧环境条件，去除残余有机 污染物）→沉淀阶段→排水阶段→闲置阶段。继之则进入另一周期。 专家建议：如果污水中的 Ｐ／ＢＯＤ值过高，采用传统的 ＡＯ 工艺进行处理，难于取得 理想的除磷效果，根据 Ｐｈｏｓｔｒｉｐ的除磷原理，采用 ＳＢＲ 工艺系统进行处理，只要增加一 步混凝沉淀工艺，即可取得高效的除磷效果。 （３）ＳＢＲ 工艺系统本身具有抑制活性污泥膨胀的条件 现在已经得到公认，污泥膨胀是污水处理厂运行中最经常出现和最难解决的问题。活 性污泥膨胀的发生是由于丝状菌大量增殖，并在活性污泥系统中成为优势种群所导致发 生的。 当前也得到公认，在活性污泥工艺系统中，间歇式是最不易发生污泥膨胀现象的工艺 系统，而完全混合则是最容易产生膨胀现象的工艺系统，传统推流式运行工艺系统和阶段 曝气运行工艺系统的排位则介于间歇式和完全混合式之间的第２和第３。 这就说明，ＳＢＲ 工艺系统 是 防 止 活 性 污 泥 膨 胀 的 最 佳 工 艺 的 这 一 事 实，已 经 取 得 认 定。就此问题从以下几方面进行论证。 １）ＳＢＲ 工艺反应过程中存在着较大的底物浓度梯度 运行实践证实，反应器内混合液中的犉／犕 梯度 （即有机底物的梯度）是影响活性污 泥膨胀的重要因素，完全混合式工艺系统的混合液中，基本上不存在底物梯度，所以它是 最容易发生污泥膨胀的工艺，推流式混合液中存在着一定的底物梯度，所以对活性污泥的 膨胀具有一定的控制效应。而ＳＢＲ 工艺在其反应过程中，其混合液处于时间上的理想推 流状态，其中的犉／犕 梯度也达到较大值，因此，ＳＢＲ 工艺对污泥膨胀具有比推流式工艺 １９０

更强的控制能力。 专家的试验研究结果进一步证实，缩短 ＳＢＲ 工艺的进水时间，反应前底物浓度更高， 其后的底物梯度值更大，ＳＶＩ值更低，对污泥膨胀控制能力将更强。 ２）ＳＢＲ 工艺系统反应器内有机底物浓度高 球衣菌属的丝状菌与其他类型微生物在生存竞争中能够取胜的一项重要原因是，它的 比表面积大于菌胶团，摄取低浓度底物的能力比较强，丝状菌能够在底物浓度低的完全混 合工艺反应器内占优势，成为优势种属就是这个原因。 ＳＢＲ工艺系统在整个反应阶段内基本上都是处于底物双高 （梯度高和浓度高）的环 境中，只有在反应即将结束并将进入沉淀阶段的反应阶段末期，底物双高才双双下降到与 完全混合工艺相同的程度。这就是说，在 ＳＢＲ 工艺系统的整个反应阶段内不存在丝状菌 “用武”之地 （环境条件）。 ３）ＳＢＲ 工艺系统是好氧、缺氧状态交替并存 我们知道，绝大多数球衣菌属的丝状菌是绝对好氧菌，而活性污泥反应系统中则有近 半数的细菌为兼性菌，在传统的活性污泥工艺系统中，好氧反应和缺氧反应在各自的反应 器内进行，互不干扰，而在 ＳＢＲ 工艺系统则是好氧反应与缺氧反应共同在一座反应器内 交替地进行，这样，专性好氧菌的丝状菌的大量增殖就要不时地受到抑制，而多数的好氧 微生物则不会受到影响。 在上述３项能够抑制丝状菌增殖的综合作用的结果，使丝状菌不能大量增值，不能成 为优势种属，从而使 ＳＢＲ 工艺系统具有抑制污泥膨胀现象发生的条件。 （４）ＳＢＲ 工艺耐冲击负荷能力强，具有处理高浓度有机污水及有毒废水的能力 ＳＢＲ 工艺系统在时间上，是 一 个 理 想 推 流 工 艺 系 统，但 是 就 其 在 反 应 器 内 水 流 状 态 来论，可以说是一个典型的完全混合工艺系统。我们知道，完全混合工艺在耐冲击负荷和 处理高浓度有机废水方面，具有一定的优势，强于推流式工艺系统。这样，ＳＢＲ 工艺系 统除了具有反应动力大的优势外又拥有耐冲击负荷的能力。此外，ＳＢＲ 工艺在沉淀阶段 是静置沉淀，沉淀条件优越，效果好，而且在勿需污泥回流的条件下，就能够在反应 器内维持较高的 ＭＬＳＳ值，在同样条件下，较高的 ＭＬＳＳ值能够使犉／犕 值降低，这样， 能够使 ＳＢＲ 工 艺 系 统 具 有 更 强 的 耐 冲 击 负 荷 及 处 理 高 浓 度 有 机 废 水 或 有 毒 废 水 的 能力。　　 在进水阶段，采用边进水边曝气的非限制曝气的运行方式，能够使 ＳＢＲ 工艺系统大 幅度地提高耐冲击负荷能力和处理高浓度有机污水及有毒废水的能力。据分析，所以能够 大幅度地提高耐冲击负荷的功能的原因：其一，在进水阶段，反应器内存在的是作为种污 泥 （即回流污泥）存留的活性污泥，是它们在接受入流的原污水，使犉／犕 值长时间在低 值徘徊；其二，在非限制曝气方式条件下运行，在进行进水的同时，就开始启动有机污染 物或有毒物质的生物降解，这种情况又进一步地缓解有机负荷犉／犕。 国外应用这种方式运行的ＳＢＲ 工艺系统对高浓度有机废水或有毒废水进行处理，并 取得良好效果的实例很多，这也是对 ＳＢＲ 工艺系统研究开发的一大热点。 （５）ＳＢＲ 工艺系统拥有的几项较小但也应予以重视的优点 １）Ｉｒｖｉｎｅ等专家研究的结果表明，在 ＳＢＲ 工艺系统活跃的微生物，其体内的 ＲＮＡ （ｒｉｂｏｎｕｃｌｅｌｅｉｃａｃｉｄ）（核糖核酸）的含量是传统活性污泥微生物含量的３～４倍。ＲＮＡ 的 １９１

含量是评定微生物活性的重要指标，这也是 ＳＢＲ 工艺系统微生物降解有机污染物效率高 的一项重要原因。 ２）在进水阶段和反应阶段初期，反应器内混合液的溶解氧 （ＤＯ）含量很低，根据活性 污泥反应动力学的原则，在 ＤＯ含量很低的条件下，微生物以游离氧作为电子受体，污泥产 率较低，此外，微生物在缺氧条件下，进行反硝化反应，以 ＮＯｘ 作电子受体进行无氧呼吸， 污泥产率要更低一些。污泥产率低，降低了剩余污泥量，节省了污泥的处理费用。 混合液的 ＤＯ 含量低，反应阶段氧的浓度梯度高，氧转移效率高。 ３）ＳＢＲ 工艺系统能够根据入流污水的水质和对处理水的水质要求，灵活地变动曝气 反应时间，也能够根据实际情况，降低反应器内的有效水深。节省曝气费用。此外，在结 构方面，ＳＢＲ 工艺反应器本体适合于组件构造方式，便于污水处理厂的改造。 ２．ＳＢＲ 工艺系统存在的问题 ＳＢＲ 工艺系统从开创到现 在 几 十 年 来， 已 经 广 泛 地 应 用 于 城 市 污 水 和 多 种 工 业 有 机 废水处理的实际工程。本工艺开创之初就存在某些问题，在生产运行过程中又陆续地暴露 出某些不足之处，美国国家环境保护局于１９９９年在 ＳＢＲ 工艺技术说明书中即已比较系统 地总结出 ＳＢＲ 工艺的某些在运行和工程技术方面的问题：① 具有更为复杂的设备和控制 系统，尤其是对于大型污水处理厂；②对复杂的控制系统，要求更高的维护管理：③某些 滗水设备可能产生漂浮物和污泥外排的问题；④周期间歇运行可能造成曝气设备的堵塞； ⑤后续处理工艺可能需要水量均衡。上述的问题中的某些问题已经得到了解决。 ＳＢＲ 工艺系统在开创之 初 即 进 入 我 国，在 我 国 应 用 比 较 广 泛，受 到 我 国 有 关 污 水 处 理专家们的重视。专家们曾对ＳＢＲ 工艺从理论到运行各方面进行了深入的研究探讨，肯 定了ＳＢＲ 工艺拥有的优势，扩展了ＳＢＲ 工艺的应用范围，但也发现ＳＢＲ 工艺还存在的某 些待解决的问题，其中主要是下列问题： （１）ＳＢＲ 工艺反应器的容积利用率较低； （２）ＳＢＲ 工艺系统控制设备较复杂，对其运行维护的要求高； （３）ＳＢＲ 工艺系统流量不均匀，处理水排放水头损失较大，与后续处理工段协调 困难； （４）从综合效益来看，ＳＢＲ 工艺不宜用于大型污水处理厂，因为：其一，ＳＢＲ 工艺 单体反应器面积不宜过大，其二，ＳＢＲ 工艺单体反应器数量不宜过多； （５）暂时还缺少适合 ＳＢＲ 工艺特点的实用性强的设计方法、规范、经验。 ５２４　犛犅犚 工艺系统在城市污水处理工程中的应用 １．ＳＢＲ 工艺处理城市污水在我国应用的简况与应用远景 ＳＢＲ 工艺系统是在１９８０年在美国首先应用于生产实践的，由于这种工艺具有工艺流 程简化，运行方式灵活可靠，对水质水量变化的适应性强，处理水水质良好，不存在活性 污泥膨胀现象等诸多优点，在世界各国普遍受到重视。得到广泛的应用。 城市污水处理采用 ＳＢＲ 工艺系统，使城市污水处理工艺能够向工艺流程简 化、处 理 水质优高效、多功能和经济的方向发展。ＳＢＲ 工艺系统广泛地应用于城市污水处理领域。 在２００８年，在我国投运的城市污水处理厂共１５２１座，其中采用 ＳＢＲ 工艺系统的为２２９ 座，占当年投运城市污水处理厂总数的１５％。可见对ＳＢＲ 工艺的采用是比较广泛的。在 采用的 ＳＢＲ 工艺系统中，采用传统 ＳＢＲ 工艺系统的为１０３座，采用 ＳＢＲ 衍生工艺的为 １９２

１２６座，其中 ＣＡＳＳ／ＣＡＳＴ 工艺为８８座。 我国已拥有大量的中、小城市，而在当前还在有计划地发展中小城市，可以预见，我 国面临一个蓬勃的中、小城市发展期和建设期，在这个期间，众多的中、小新建城市的经 济需要大力发展，基础设施需要逐步完备，人民生活条件也应逐步完善与提高，城市在发 展。产生的环境问题的解决需要紧紧地跟上城市的发展的步伐。对此，在中小城市的发展 战略中，需要考虑高效、经济、适用的城市污水处理工艺。根据中、小城市污水排放不集 中的特点，ＳＢＲ 工艺符合中、小城市污水处理的基本要求。 ＳＢＲ工艺是一种适合我国国情的污水生物处理技术。传统的 ＳＢＲ 工艺系统和由 ＳＢＲ 工艺系统发展起来的各种衍生工艺，受到我国越来越多的新建城市污水处理厂的关注和青 睐。作为一种高效、经济、管理方便，而且适合于中、小水量的污水处理的 ＳＢＲ 工艺系 统，在中、小城市污水处理领域具有广阔的应用前景。 ２． 城市污水的排放标准 在２００２年以前，我国城市污水处理厂排放的处理水水质标准执行的是 《污水综合排 放标准》ＧＢ８９７８—１９９６。 ２００２年国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局联合发布 《城镇污水处理厂 污染物排放标准》ＧＢ１８９１８—２００２于２００３年７月１日起实施。其中规定了１２种用常规 的处理工艺能够去除的基本控制项目的最高允许排放浓度 （表５１）。 基本控制项目的最高允许排放浓度 （日均值） 表５１ 一级标准 序号 基本控制项目 二级标准 三级标准 Ａ 标准 Ｂ标准 １ 化学需氧量 ５０ ６０ １００ １２０ ２ 生化需氧量 １０ ２０ ３０ ６０ ３ 悬浮物 １０ ２０ ３０ ５０ ４ 动植物油 １ ３ ５ ２０ ５ 石油类 １ ３ ５ １５ ６ 阳离子表面活性剂 ０．５ １ ５ １５ ７ 总氮 （以 Ｎ 计） １５ ２０ — — ８ 氨氮 （以 Ｎ 计） ５ （８） ８ （１５） ２５ （３０） — 总磷 （以 Ｐ计） １ １．５ ３ ５ ９ ２００５年１２月３１日前建设的 ２００６年１月１日起建设的 １０ 色度 （稀释倍数） ３０ ３０ ３ ５ １１ ｐＨ ６～９ １２ 类大肠杆菌 （个／Ｌ） １０３ １０４ １０４ １９３

在新标准中，列出了总氮、总磷的最高允许排放浓度，同时对处理水中氨氮的浓度规 定了更严格的要求，对此，大力提高生物脱氮、除磷工艺的效果与效率，已成为城市污水 处理厂今后的工作重点。人们注意到，ＳＢＲ 工艺系统的运行方式灵活多样，易于形成适 于脱氮除磷的组合工艺系统，能够实现氮、磷的高效去除，ＳＢＲ 工艺系统在城市污水处 理领域将取得越来越多的应用。 随着氮、磷对水环境的污染日益加重，以及广大群众环境意识的强化和对环境质量要 求的提高，国家制定了氮、磷的排放标准，促使污水处理厂采用各种技术使排放的处理水 达到国家规定的指标。 ３． 对ＳＢＲ工艺系统处理城市污水应采用的设计规范 《室外排水设计规范》ＧＢ５００１４—２００６ （２０１１年版）对处理城市污水的序批式活性污 泥法 （ＳＢＲ）设专节 Ｖ 序批式活性污泥法 （ＳＢＲ）作出了系列的设计规定列出计算公式及 采取的设计参数，在需要时应查阅遵照执行。 本书对 ＳＢＲ 工艺系统处理城市污水列出部分设计参数列于表５２，均为经验数值，供 参考。 犛犅犚 工艺系统处理城市污水建议采用的设计参数 表５２ 参　数 概述说明 建议取值范围 应　用　实　侧 污泥负荷 　单位活性污泥量在单位时间内 ０．０３～ ０．４ 　东莞市虎门镇污水处理站 ＳＢＲ 工艺系 ＭＬＳＳ 所承受的有机污染物量 ｋｇＢＯＤ５／（ｋｇＭＬＳＳ·ｄ） 统污泥负荷为０．０７ｋｇＢＯＤ５／（ｋｇＭＬＳＳ·ｄ） 浓度 葫芦岛新区污水处理厂 ＳＢＲ 反应器容积 反应时间 好氧时间 　污水和活性污泥混合液中悬浮 １５００～５０００ｍｇ／Ｌ ２５００ｍ３，ＭＬＳＳ浓度为５０００ｍｇ／Ｌ。宁海 缺氧时间 厌氧时间 固体浓度 县兴 海 污 水 处 理 公 司 ＳＢＲ 反 应 器 容 积 沉淀时间 排水时间 ５２００ｍ３，ＭＬＳＳ浓度为３５００ｍｇ／Ｌ 　去除有机物、硝化、吸收磷 ２～５ｈ 　青岛蓝村污水处理厂 ＳＢＲ 工艺系统每 　反硝化菌进行反硝化脱氮反应 １～２ｈ 周期好氧时间４．０ｈ，缺氧时间１．５ｈ 　聚磷菌释放磷 １～２ｈ 　东莞市虎门镇污水处理站 ＳＢＲ 工艺反 　停止曝气与搅拌沉淀处于完全 应器沉淀时间１．０ｈ 静置状态实施泥水分离 １～２ｈ 　合肥朱砖井污水处理厂 ＳＢＲ 衍生工艺 反应器排水时间６０ｍｉｎ 　停止曝气搅拌排出沉淀上清液 ４０～８０ｍｉｎ ４．ＳＢＲ 工艺系统应用实例———银川市第一污水处理厂 （１）概述 银川市第一污水处理厂位于银川市北郊满春乡八里桥村，设计规模１０×１０４ｍ３／ｄ，占 地面积１２８亩。污水处理厂服务于银川市城区，服务面积２２．４ｋｍ２，人口２２万。接纳污 水以生活污水为主。排水体制为雨污合流制。 污水处理厂工程已建成，已通过竣工验收。污水生物处理设备主要部分采用进口设 备，如滗水器、微孔曝气棒、鼓风机、以及相应的配套设备和控制系统设备。其他设备则 均采用国产。污水处理厂已投产运行，运行情况良好。 （２）污水处理工艺流程与运行情况 １９４

在污水处理工艺方案的选定的过程，经过多方考察、技术经济比较和全面论证，最终 选定采用美国汉氏 ＳＢＲ 工艺系统。污水处理工艺流程如图５１８所示。 图５１８ 　银川市第一污水处理厂污水处理工艺流程 污水处理厂设８座ＳＢＲ 工艺反应器，每座反应器的工艺尺寸为５３ｍ×２３ｍ×５．７ｍ。 其各项设计参数为：污泥负荷为０．０８ｋｇＢＯＤ５／ （ｋｇＭＬＳＳ·ｄ）；反应时间为８．７ｈ；混合 液污泥浓度 ＭＬＳＳ为５０００ｍｇ／Ｌ；污泥指数ＳＶＩ为１００；污泥龄为１５ｄ。 污泥龄设计 值 较 长， 污 泥 在 反 应 器 内 基 本 稳 定， 剩 余 污 泥 不 经 消 化 直 接 进 行 脱 水 处理。 污水处理厂设计处理水水质要求达到一级 Ａ 排放标准。ＳＢＲ 工艺反应器按阶段进行 运行，通过时间掌控各阶段的运行，根据处理水质要求，改变周期设置，灵活调节曝气反 应时间。ＣＯＤｃｒ、ＢＯＤ５、ＳＳ等各项污染指标均能圆满地达到排放标准。 银川市第一污水处理厂建成投产运行，对减轻黄河水域的污染压力，改善银川市投资 环境及经济建设的可持续发展，都有着重大的现实意义和深远的历史意义。 ５．３　ＳＢＲ 工艺的各种衍生工艺系统 近２０年来，污水生物处理领域的专家和广大的工程技术人员，对ＳＢＲ 工艺系统和传 统的活性污泥工艺系统二者的优点和不足之处进行了深入的分析与 究，开发出一系列既 能综合、保持上述两种工艺系统的优点，又能克服它们各自的不足之处的新工艺、新系 统，也就是 ＳＢＲ 工艺系统的各种衍生工艺系统。 这一系列新开发的工艺系统，都各自凸显出相应的优点，既能够少占土地面积，节省 能耗，又具有高效地脱除碳、氮、磷等物质的功能。使得在污水处理领域已占有主导地位 的活性污泥工艺 系 统，在 技 术 上 更 加 成 熟 和 日 臻 完 美，并 形 成 了 一 个 工 艺 技 术 的 大 家族。　　　 新开发的序批式活性污泥工艺系统的衍生工艺系统有：间歇循环延时曝气工艺系统 （ＩＣＥＡＳ工艺系统）（ＩｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔｌｙＣｙｃｌｅＥｘｔｅｎｄｅｄＡｅｒａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）、循环活性污泥工艺 系统 （ＣＡＳＳ 工艺系统）（ＣｙｃｌｅＡｃｔｉｖａｔｅｄＳｌｕｄｇｅＳｙｓｔｅｍ）、连续进水间歇曝气工艺系统 （ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统）（ＤｅｍａｎｄＡｅｒａｔｉｏｎＴａｎｋＩｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔＡｅｒａｔｉｏｎＴａｎｋ）、一体化活 性污泥工艺系统 （Ｕｎｉｔａｎｋ 工艺系统）以及改良型序批式活性污泥工艺系统 （ＭＳＢＲ 工艺 １９５

系统）（ｍｏｄｉｆｉｅｄＳＢＲｓｙｓｔｅｍ）等。 这一系列序 批 式 活 性 污 泥 工 艺 系 统 的 新 工 艺、 新 系 统 的 主 要 特 征， 可 归 纳 为 下 列 各项： （１）各工艺一般都不采用二次沉淀池及污泥回流系统一类的附属设备。就此，能够少 占用大量的土地面积及节省相应的工程投资。 （２）各工艺都采取措施，使泥水分离这一环节是在静置沉淀的状态下实施，从而使处 理水的水质清澈良好。 （３）各工艺都作到连续进水及连续滗水的要求，克服了普通 ＳＢＲ 工艺反应器所采用 的间歇进水和间歇滗水的缺点。 （４）各工艺都是在恒水位的条件下运行，克服了普通 ＳＢＲ 工艺反应器必须在 水位 的条件下运行的弊端。 （５）各工艺都能够对厌氧、缺氧、好氧等处理工艺作到时空的灵活调控，满足对处理 污水的除碳、脱氮及除磷的功能要求。 （６）各工艺都能够采取措施旨在便于利用计算机及其软件系统调控运行操作。 本章将对各项工艺系统作简要的阐述。 ５３１　间歇循环延时曝气活性污泥工艺系统 （犐犆犈犃犛工艺系统） １．ＩＣＥＡＳ工艺系统的开发与应用 开发初期的ＳＢＲ工艺系统，是在统一的一座ＳＢＲ 反应器内，将进水、曝气反应、沉 淀、滗 （排）水、排泥等既定的运行操作工序、按规定的时序安排，间歇地控制操作运 行。为了使连续流入的污水得到及时的处理，就必需设置两座以上的 ＳＢＲ 反应器，连续 更替地向各反应器进水。如果需要取得脱氮、除磷的效果，就必须在运行周期中增加缺 氧、厌氧阶段的时段，从而需要相应地延长运行周期的时间，此外，还必须通过精确地计 算，以确定入流污水在各反应器间时间的分配。 就是在这样考虑的基础上，出现了连续进水的ＩＣＥＡＳ工艺系统，即间歇循环延时曝 气活性污泥工艺系统。 ＩＣＥＡＳ工艺系统是 ＳＢＲ 工艺的一种变型，ＳＢＲ 工艺系统的衍生工艺。１９６８年澳大利 亚新南威尔士大学与美国 ＡＢＪ公司合作开发了 “采用间歇反应器体系连续进水、周期排 水、延时曝 气 好 氧 活 性 污 泥 工 艺”，简 称 为 ＩＣＥＡＳ 工 艺。１９７６ 年 建 成 世 界 上 第 一 座 ＩＣＥＡＳ工艺系统的污水处理厂。此后，因其具有工艺设备简单、管理方便的优点，在美 、加拿大、澳大利 亚 和 日 本 等 国 得 到 了 广 泛 的 应 用。１９８７ 年， 昆 士 兰 大 学 联 合 美 、 南非等 的专家对ＩＣＥＡＳ工艺加以改进，使之具有脱 Ｎ 除 Ｐ的功能。迄今为止，在全世 界已建有５００座以上的连续进水的ＩＣＥＡＳ工艺设备在运行。１９８６年ＩＣＥＡＳ工艺系统得 到美 环境保护局的正式承认，定其为：革新代用技术 （Ｉ／Ａ）。 ＩＣＥＡＳ工艺系统在我国昆明市得到了应用。图５１９所示就是以ＩＣＥＡＳ工艺系统为核 心污水处理工艺的昆明市第三污水处理厂污水处理流程图。 ２．ＩＣＥＡＳ工艺反应器的构造及其运行操作模式 ＩＣＥＡＳ工艺系统与传统ＳＢＲ 工艺在构造上的主要区别之处，也就是ＩＣＥＡＳ工艺系统 改进之处，是将反应器区分为预反应区及主反应区两部分，区分方法是在沿ＳＢＲ 反应器。 的长度方向设一道隔墙，预反应区为小容积区，占反应器总容积的１０％～１５％，主反应 １９６

区则为大容积区，占总容积的８５％～９０％。二者连通的措施是在隔墙的底端设小型的连 接孔。图５２０所示为ＩＣＥＡＳ工艺反应器剖面构造图。 图５１９　以ＩＣＥＡＳ工艺为核心处理设备的 　 城市污水处理厂污水处理流程图 图５２０　ＩＣＥＡＳ工艺反应器剖面构造图 １—主反应区；２—滗水器；３—污泥泵；４—水下搅拌器； 　　 ５—微孔曝气器；６—大气泡扩散器 经格栅处理后的原污水连续地进入预反应区，然后，也是连续地通过隔墙底端的小型 连接孔口，以平流的流态进入主反应区的底层，并从底层向前和向上扩散。预反应区在此 起调节水流的作用，对主反应区的混合液基本上不造成搅动作用。主反应区是连续进水， 而曝气反应、沉淀泥水分离、滗 （排）水等运行周期过程却都是间歇的，如要求取得脱 氮、除磷效果，在运行周期中适当地增加缺氧、厌氧时段、并相应地延长运行周期，就能 够取得需要的效果。即使是在连续进水的条件下，对污水处理的正常反应进程不产生影 响。特别是在小水量的条件下，效果可能更好。一台 ＳＢＲ 反应器就可以使污水处理达到 预期的效果。 ３．ＩＣＥＡＳ工艺系统去除有机污染物的过程 ＩＣＥＡＳ工艺系统不设初次沉淀池，对城市污水，其预处理工艺，一般仅设格栅。也 不设二次沉淀池也勿需设污泥回流系统。 ＩＣＥＡＳ工艺系统 为 连 续 进 水 工 艺。原 污 水 （指 城 市 污 水） 经 格 栅 处 理 后 即 进 入 ＩＣＥＡＳ工艺反应器的预反应区。预反应区具有多项有利于污水处理进程的作用： 其一，最主要的一项作用是向主反应区配水，而且对主反应区进行的各项反应进程不 产生任何干扰和影响。进入的污水在预反应区经过一定的反应后，通过隔墙底端的连通小 孔口，以平流的流态进入主反应区，在主反应区的底部向前和向上扩散。 其二，是预反应区具有生物选择和防止产生污泥膨胀现象这两项重要的功能。ＩＣＥＡＳ 工艺反应器处于缺氧状态，能够起到生物选择器的作用，选择出高度适应入注污水中有机 污染物降解，絮凝、吸附功能强劲的微生物种属。处于缺氧状态的预反应区，能够抑制产 生污泥膨胀 “祸根”的属于绝对好氧菌的丝状菌的生长繁育，消除了产生污泥膨胀的 “祸 根”，防止产生污泥膨胀现象。这样，使活性污泥微生物。在预反应区经历一次高负荷的 生物絮凝、吸附反应作用 （有机底物积累）过程，在此反应过程的基础上，随后进入主反 应区能够有效地再经历一次低负荷的有机底物的降解反应过程。完成整个底物降解的全 １９７

过程。 其三，是混合，连续进入的原污水和 回流到预反应区的各种液流，如污泥处理 和脱水产生的液体等。得到良好的混合再 进入主反应区。 从预反应区入注主反应区的污水，在 主反应区和存留的活性污泥相混合，形成 混合液，在主反应区，混合液按４个时段 （阶段）：搅拌—曝气—沉淀—滗水的程序 图５２１　ＩＣＥＡＳ工艺系统主反应区 周期反复地循环运行，完成污水中有机底 脱氮除磷周期运行程序 物降解反应的全过程。 图５２１所示即为ＩＣＥＡＳ工艺反应器 脱氮除磷工序周期运行操作程序。 下面按时段顺序加以简要阐述。 搅拌时段：搅拌时段与曝气时段反复交替进行，在一个周期内，曝气／搅拌要反复、 交替进行３～４次，使活性污泥微生物周期性地处于高浓度与低浓度有机底物交替的环境 中，进行并完成对有机底物的降解反应。主反应区也相应地形成厌氧—缺氧—好氧环境的 交替过程，使主反应区不仅具有降解有机底物和硝化反应的功能，而且还具有良好的反硝 化脱氮功能和一定的除磷效果。在搅拌时段停止曝气，使主反应区形成缺氧环境，进行反 硝化反应，由连续进入的污水向反硝化反应提供所需要的碳源。 曝气时段：由设于鼓风机房的风机向主反应区的混合液进行曝气，使混合液转为好氧 状态，并使经选定的活性污泥微生物和混合液中的有机底物充分接触，进行强力的生物氧 化、降解反应，有机底物浓度连续降低，也要产生强力的硝化反应和对磷的吸收。 沉淀阶段：停止曝气，污泥在静置状态下进行沉淀，在反应器底部逐渐形成污泥层。 停止曝气，混合液及污泥层形成缺氧和厌氧状态，为反硝化反应及聚磷菌释放磷提供了有 利的条件，取得脱氮及除磷的双赢效果。 滗水阶段：反应器内的混合液在经过一段时间的静置沉淀后，得水质良好的上清液， 启动滗水器，将上清液排出系统。聚磷菌释放的磷进入污泥层，如需要在这个阶段也可以 通过排泥取得除磷的效果。这个阶段也可以称之为滗水排磷阶段。 ４．ＩＣＥＡＳ工艺系统的特征 关于ＩＣＥＡＳ工艺的特征，本节拟用对比的方式，从下列３方面进行阐述。 第１方面的特征是ＩＣＥＡＳ工艺系统与传统 ＳＢＲ 工艺在构造上的区别。 ＩＣＥＡＳ工艺系统最基本的工艺反应单元分为小大两部分的矩形反应器。小部分为预 反应区在前，大部分为主反应区。主、预反应区之间设隔墙，隔墙底部设有穿孔花墙，污 水以极低的流速由预反应区通过穿孔花墙进入主反应区，对主反应区不造成冲击。为了适 应这种要求，反应器必须建成为长方形。 与传统 ＳＢＲ 工艺相较，ＩＣＥＡＳ工艺系统在工艺运行方面具有如下特点。 （１）ＩＣＥＡＳ工艺系统采用连续进水系统，即或在主反应区进入沉淀阶段，也不停止 进水。这样，减少了运行操作的复杂性。但是，就此也改变了污水在传统 ＳＢＲ 工艺反应 １９８

器内的静置沉淀的理想沉淀特性，为了降低进水对沉淀过程带来的扰动，ＩＣＥＡＳ工艺系 统的反应器必须采用长方形，使混合液接近于平流式沉淀池的条件进行沉淀过程。 （２）ＩＣＥＡＳ工艺系统所设的预反应区处于缺氧状态。起到了选择区的作用。能够选 定适于在主反应区成活和降解污水中所含有机底物，并且能够形成比较坚实菌胶团的微生 物种属。 （３）连续进水的ＩＣＥＡＳ工艺系统，勿需在进水阀门之间切换，易于控制，从而适用 于规模较大的污水处理厂。 第２方面的特征是与其他类型工艺相比较，ＩＣＥＡＳ工艺系统具有的几项优点： （１）ＩＣＥＡＳ工艺所有的各项反应都相继地在统一的一座反应器内进行，不设初次及 二次沉淀池，池体容积小，占地面积少。土建投资亦低。 （２）ＩＣＥＡＳ工艺系统是一种经过改进的延时曝气系统，运行时曝气时间短，氧的利 用率高。此外，勿需回流污泥再循环的管路系统以及回流泵及回流污泥的控制设备。因此 所用设备少，能耗低。 （３）由于是连续进水，每座主反应区 （器）所承受的水质、水量是相同的和均衡的。 因此，拥有较强的耐冲击负荷功能，运行灵活。能够通过调节运行周期来适应进水水量和 水质的变化。 （４）ＩＣＥＡＳ工艺在沉淀阶段，以反应器充作沉淀池，此阶段已停止曝气，而且只有 进水而无出水，进水对沉淀的混合液无冲击作用，沉淀过程处于半静止状态，沉淀时间充 分，效果好，泥水分离效率高。 第 ３ 方 面 的 特 征 是 与 传 统 的 脱 氮 除 磷 工 艺 系 统 相 比 较，ＩＣＥＡＳ 工 艺 所 拥 有 的 优势。　　 在脱氮除磷技术 方 面，与 传 统 的 脱 氮 除 磷 工 艺，如 Ａ２／Ｏ、氧 化 沟 等 工 艺 相 比 较， ＩＣＥＡＳ工艺拥有下列各项优势：占地面积小，基建投资低，操作灵活，管理方便，维护 运行费用少，适应性强，应用面宽。 综合以上各项因素，使ＩＣＥＡＳ工艺系统成为采用脱氮、除磷技术污水处理厂的首选 工艺系统。 ５．ＩＣＥＡＳ工艺系统对污水的处理效果 表５３所列举的是经归纳得出的ＩＣＥＡＳ工艺系统对污水的处理效果。 犐犆犈犃犛工艺系统对污水的处理效果 表５３ 进水水质 （ｍｇ／Ｌ） 处理水水质 （ｍｇ／Ｌ） 去除率 （％） 污染指标 平均值 最高值 平均值 最高值 ８９ ８３ ＢＯＤ５ ３７０ ４９０ ４０ ８０ ４９ ＳＳ ３６０ ４８０ ６０ １２０ １７ ３９ ５７ ２０ ２５ ＮＨ４＋Ｎ ２４ ５１ ２０ ４０ ＴＮ ８．６ １０ １０ １５ ＴＰ １２５ ２００ ２００ ３００ 色度 １９９

进水水质 （ｍｇ／Ｌ） 处理水水质 （ｍｇ／Ｌ） 续表 污染指标 平均值 最高值 平均值 最高值 去除率 （％） Ｃｄ ０．００５ ０．０１６ ０．００５ ０．０１ ６７ Ｃｒ ０．１５ ０．３４ ０．０５ ０．１ ７１ Ｃｕ ０．１７ ０．２７ ０．０５ ０．１ ２３ Ｆｅ ２．６ ４，８ ２．０ ４．０ Ｐｂ ０．０５ ０．２４ ０．０５ ０．１ ６２ Ｈｇ ０．０００３ ０．００１７ ０．０００５ ０．００１ ９９．５ Ｎｉ ０．０４ ０．２８ ０．０５ ０．１ Ｚｎ ０．２６ ０．４６ ０．１ ０．２ Ｅ．Ｃｏｌｉ １×１０７／１００ｍＬ １×１０４／１００ｍＬ 从上表所列数据可见，对某些污染指标，特别是重金属，ＩＣＥＡＳ工艺系统对其去除 效果不够理想。 ６．ＩＣＥＡＳ工艺应用工程实例———福州市金山污水处理厂 福州市金山 污 水 处 理 厂 是 福 州 市 重 点 工 程 项 目 之 一， 厂 区 占 地 面 积：３．７９ｈｍ２， 规 模：日处理污水５００００ｍ３；采用的处理工艺：ＳＢＲ 衍生工艺———ＩＣＥＡＳ工艺。 （１）污水处理工艺流程与ＩＣＥＡＳ工艺反应器构造 图５２２所示为金山污水处理厂污水处理工艺流程，图５２３所示则为其ＩＣＥＡＳ反应器 构造图。 图５２２　金山污水处理厂污水处理工艺流程 图５２３　金山污水处理厂ＩＣＥＡＳ反应器构造图 ２００

金山污水处理厂采用的ＩＣＥＡＳ工艺具有流程简易、占地省，控制方便等特点，勿需 设二次沉淀池及污泥回流系统，也节省了运行费用。 （２）设计原污水水质及处理水水质 金山污水处理厂处理水应达到的水质标准执行 ＧＢ８９７８—１９９６国家一级排放标准。 其流入原污水水质及处理水应达到的水质标准列表５４。 金山污水处理厂原污水水质及处理水应达到的水质标准 表５４ 项　　目 原污水 （ｍｇ／Ｌ） 处理水 （ｍｇ／Ｌ） 去除率 （％） ＣＯＤ ３００ ≤６０ ≥８０ ＢＯＤ５ １５０ ≤２０ ≥８６ ＳＳ ２００ ≤２０ ≤９０ ２５ ≤１５ ≥４０ ＮＨ４＋ －Ｎ ３ ≤０．５ ≥８３ ＰＯ３４－ －Ｐ （３）处理水排放与污泥处理 污水经处理后达到排放标 准 即：ＣＯＤ≤６０ｍｇ／Ｌ；ＢＯＤ５≤２０ｍｇ／Ｌ；ＳＳ≤２０ｍｇ／Ｌ； ＮＨ４＋ －Ｎ≤８ｍｇ／Ｌ；ＰＯ４３－ －Ｐ≤０．５ｍｇ／Ｌ；尾水由洋洽河流行１．５ｋｍ 后排入闽江，实施 近岸排放。 ＩＣＥＡＳ工艺系统采用低值的污泥负荷，产生的污泥相对稳定性较强，勿需进行污泥 的稳定化处理，可直接进行浓缩处理，本厂污泥的处理工艺流程为：剩余污泥→均质池→ 污泥浓缩→脱水机脱水→外运。产生的污泥运至垃圾处理场进行卫生填埋。 （４）主要设备与自控 本污水处理厂的主要机械设备有：进水泵、污泥泵、滗水器、脱水机及鼓风机。除鼓 风机购自丹麦外，其他设备均购自国内。 根据对现行污水处理厂的建设要求，对进水与排放处理水的水质均应实施在线监测， 本污水处理厂设置６台水质监测仪：ＣＯＤ、ＮＨ４＋ －Ｎ 和ＳＳ，进出水各１台。本厂仪表均 从国外采购。本厂工艺自动化程度较高，基本实施设备自动运行。 （５）成本估算 福州市金山污水处理厂总投资４７８０万元。污水处理成本为０．４０６元／ｍ３，运行成本 为０．２３７元／ｍ３。 ５３２　循环活性污泥工艺系统 （犆犃犛犛工艺系统） １． ＣＡＳＳ工艺系统的开碆与应用 循环式活性污泥工艺系统，英文简称 ＣＡＳＳ工艺，又可称为 ＣＡＳＴ 工艺和 ＣＡＳＰ工 艺。是传统ＳＢＲ工艺的变型。本工艺是 Ｇｏｒｏｎｓｚｙ教授在２０世纪６０～７０年代经过 究所 开发的。并于１９８４年和１９８９年分别在美国和加拿大取得本工艺的专利。 ＣＡＳＳ工艺系统的工艺实质是传统的 ＳＢＲ 工艺与生物选择器 （ｂｉｏｓｅｌｅｃｔｏｒ）的有机 结合。 ＣＡＳＳ工艺系统是在２０世纪７０年代开始应用于污水处理实际工程的。由于本工艺对 污水处理的效果良好，基建投资省，维护费用低，尤其是本工艺具有一定的脱氮与除磷功 能，得到污水处理领域专家们的重视。当前，ＣＡＳＳ工艺系统已经广泛地在德国、英国、 北美洲、澳洲和亚洲的部分地区，应用于城市污水及多种工业废水的处理。在世界上已建 ２０１

成３００余座以 ＣＡＳＳ工艺系统为主体处理技术的污水处理厂。 在我国内，对 ＣＡＳＳ工艺系统的 究与应用，是从２０世纪９０年代开始的，主要应用 于生活污水以及啤酒、制药、洗毛等工业废水的处理。 ２． ＣＡＳＳ工艺系统的组成与运行模式 ＣＡＳＳ工艺系统的反应操作单元为一座间歇式运行的反应器。活性污泥的各项反应进 程，泥水分离和滗水的进程，都在这一座反应器内进行，为了保证各项反应的正常进行， 按生物反应动力学的原理，污水在反应器内的流动 （态），在周期开始的阶段呈整体推流 流态，在其后的各反应阶段，则为完全混合流态。污水按由各阶段组成的周期程序进行反 应，最终达到对污水理想的处理。 ＣＡＳＳ工艺系统反应器是由３个分区所组成。第１分区为生物选择区，第３分区为主 反应区，二者中间为第２区。生物选择区位于反应器的最前端，入流的原污水，从第３主 反应区回流的回流污泥在这里汇流混合，一般多通过水力措施加以混合，也可以使用机械 进行混合搅拌。第１区是处于缺氧或厌氧状态下运行，水力停留时间一般为０．５～１．０ｈ。 第２区具有对生物选择区的各项作用起辅助性作用的功能，还对进入污水的水质、水量变 化起到缓冲作用。此区基本上也是在缺氧或厌氧状态下运行，但根据实际情况的要求，也 可按好氧状态运行。主反应区是活性污泥微生物实施生物氧化反应，使有机底物降解的区 域。本区是在好氧状态下运行。 ３个区容积比的参考值为１∶２∶１７。 ＣＡＳＳ工艺系统的一个循环过程包括３个阶 （时）段：进水曝气阶段、沉淀阶段、滗 水排放阶段，如加上闲置阶段，则为４个阶段。一个运行周期如为４．０ｈ，其中，进水曝 气为２．０ｈ，沉淀阶段及滗水排放阶段各为１．０ｈ。图５２４所示为 ＣＡＳＳ工艺系统的一个典 型的循环操作周期。 进水曝气阶段，曝气与进水同时启动，反应器内的水位，随着进水由最低设计水位逐 渐上升到最高设计水位，属变容积运行。曝气阶段结束，曝气停止，混合液中的活性污泥 在静置的条件下进行絮凝沉淀，沉淀阶段结束，启动装设在表面的滗水装置，排出反应器 内的上清液，并使水位从新降至最低设计水位的位置。新的周期开始运行。为了保证本工 艺系统的正常运行，应考虑定时排泥。 ＣＡＳＳ 工 艺 系 统 的 主 反 应 区 内 混 合 液 中 的 活 性 污 泥 浓 度 （ＭＬＳＳ） 为 ３５００～ ５０００ｍｇ／Ｌ时，经沉淀后可达１５０００ｍｇ／Ｌ，剩余污泥量少于传统的活性污泥工艺。 为了使 ＣＡＳＳ工艺系统能够实现连续进水的要求，应设两座以上的反应器。当设置两 座反应器时，第１座反应器处于进水曝气阶段，则另一座反应器处于沉淀滗水阶段，可以 达到连续进水的要求。表５５所列举的是采用４座反应器的 ＣＡＳＳ工艺系统，通过合理地 选择循环过程，将各反应器调节在不同的运行阶段，达到连续进水和连续排水的效果。 ４座反应器 犆犃犛犛工艺系统合理的运行周期 表５５ 反应器 循环阶段别 反应器１ 反应器２ 进水曝气 沉淀 滗水排水 反应器３ 反应器４ 沉淀 滗水排水 进水曝气 进水曝气 进水曝气 沉淀 滗水排水 沉淀 滗水排水 进水曝气 ２０２

图５２４　ＣＡＳＳ工艺系统的循环操作过程 １—生物选择区；２—缓冲区；３—主反应区 ＣＡＳＳ工艺系统在运行方式方面非常灵活，即使原污水在的水质水量方面有较大的波 动，也能够根据进水情况的变化作适当的调整，选择合适的操作方案。当出现高浓度有机 底物的冲击负荷时，能够通过延长曝气反应时间，增加循环操作周期的时间，以保证污水 的处理效果。当在雨季可能出现的水力负荷大增的情况时，可以通过缩短曝气反应时间， 增加滗水、排水阶段的频率，实施大流量，低负荷的运行方式。缺氧、厌氧的生物选择区 的运行，在恒容条件下进行，但是也可以在变容条件下进行，以保证选择的有效性为准。 ３． ＣＡＳＳ工艺系统运行期间其各区产生的反应行为 第１区是生物选择区，原污水从此入流，从主反应区回流的活性污泥也回流至此，与 原污水汇流混合。生物选择区基本上是在缺氧／厌氧状态下运行。 在进水曝气运行阶段，控制供氧强度和在反应区混合液内的溶解氧 （ＤＯ）浓度。使 活性污泥絮凝体 （菌胶团）的外缘处于好氧状态，能够产生有机底物降解以至硝化反应。 ２０３

由于氧向絮凝体深部的渗透，受到限制，絮凝体的深部还可能处在缺氧／厌氧的状态，而 较高的硝酸盐浓度则能够较好地渗透到菌胶团的深部。此外，通过生物吸附作用，在絮凝 体内还积聚了丰富的碳源。于是，可以认定，活性污泥絮凝体深部具有良好的进行反硝化 反应的条件。通过污泥回流在生物选择区也要产生反硝化反应。回流污泥挟出的剩余硝酸 盐也在此进行反硝化反应。 其次，活性很高的活性污泥絮凝体回流至此，原污水挟入高浓度的有机底物，所以， 生物选择区是处于高负荷有机底物的状态，对各项反应起主导作用的是活性污泥微生物。 首先，根据回流污泥的生物吸附和网捕作用，在其自身的表面吸附大量的可降解的呈溶解 状以及微小悬浮状的有机底物，使进入污水得到某种程度的处理。继之，根据酶反应机 理，进行可降解溶解性的有机底物快速的降解反应。降解的有机底物被转化为微生物细胞 的胞内物质，如糖原质、多羟基丁酸盐等，然后转化为能使活性污泥具有黏状性外部细胞 蛋白质的复合物。由于絮状微生物起主导作用，抑制了丝状菌的生长繁殖，有利于对主反 应区克服污泥膨胀现象的产生。由于厌氧微生物有较高的活性，使得生物选择区内氧化－ 还原电位 （ＯＲＰ）迅速降低。 应当说明的是，向生物选择区回流的回流污泥量为进入污水量的２０％，与其他恒定 容积的连续流系统相比要低得多，因此能耗相对也较低。 第２区为缓冲区，当其作为生物选择区的辅助区时，按缺氧／厌氧状态运行，也可以 作为预反应区与主反应区同步运行，此时则按好氧状态运行。第２区也可以考虑不设。 第３区为主反应区，有机底物降解以 及脱氮、除磷的各项反应，都在本反应区 内实施。对此，通过曝气手段以供氧进行 调节，使 本 区 混 合 液 根 据 工 艺 反 应 的 需 要，反复地经历好氧 － 缺氧 － 厌氧等状 态。在开 始 进 水 与 曝 气 的 历 时 ２．０ｈ 内， 在本反应区内混合液中溶解氧 （ＤＯ）的 含量能控制在０～２．５ｍｇ／Ｌ 之间，以确保 图５２５　在进水、曝气阶段的２．０ｈ内主反应区混合 同步进行硝化、反硝化和磷的吸收。图５ 　液　内 ＮＨ４＋Ｎ、ＮＯ３Ｎ 及 ＤＯ等各项指标变化动态 ２５所示为澳大利亚 ＲｏｔｔｎｅｓｔＩｓｌａｎｄ 所属 的一座?用 ＣＡＳＳ工艺的污水处理厂，在 进水－曝气阶段历时２．０ｈ内，铵态氮 （ＮＨ４＋Ｎ）、硝态氮 （ＮＯ３－Ｎ）、溶解氧 （ＤＯ）浓 度的变化动态。 在停止曝气０．５ｈ后，主反应区混合液即将逐步转为缺氧／厌氧状态。混合液及沉淀污 泥絮凝体进行反硝化脱氮反应，沉淀污泥还将释放所含有的磷，与此同时，被污泥所吸附 的可降解的呈悬浮状态的有机底物进行水解反应。此外，在缺氧／厌氧状态下能够抑制丝 状菌的生长、繁殖，有效地防止污泥膨胀现象的产生。 当 ＣＡＳＳ工艺系统需要进行脱氮除磷反应时，反应周期应延长为６．０ｈ。 ４． ＣＡＳＳ工艺的优点和存在的主要问题 ＣＡＳＳ工艺系统是正在发展中的工艺系统，具有的优点是明显的，但是，因为是正在 发展中的污水处理工艺系统，存在着某些待解决、待提高的问题，本节拟就此实事求是地 ２０４

加以阐述。 综合地考虑，现行的 ＣＡＳＳ工艺系统具有以下几方面的优点： （１）工艺系统不设初次沉淀池，也不设二次沉淀池，活性污泥回流系统规模较小，工 艺流程简单，基建工程造价低，维护管理费用省。 （２） 以 去 除 ＢＯＤ５、ＣＯＤ 为 主 体 的 污 水 处 理 工 艺 系 统，运 行 周 期 较 短 （一 般 为 ４．０ｈ），而且处理效果良好。 （３）脱氮、除磷操作易于控制，处理水水质优于传统活性污泥工艺。 （４）生物选择区的设置，选定适宜的微生物种群，抑制了丝状菌的生长繁殖，使工艺 避免污泥膨胀的产生，有利于工艺的正常运行。 （５）采用可变容积，提高了本系统对水质水量变化的适应性与运行操作的灵活性。 （６）自动控制程度高，便于管理也易于维护运行。 （７）结构可采用组合式模块，构造简单，布置紧凑、节省占地面积，易于分期分批 建设。 现行的 ＣＡＳＳ工艺系统为单一污泥悬浮生长系统，而且是在同一的反应器内混合微生 物种群进行有机底物的氧化、硝化、反硝化和生物除磷等多种反应。由于多种功能的相互 影响，在实际的应用中，限制了反应效能的充分发挥，对控制手段也提出严格的要求，在 工程实践中，难以实现工艺稳定、高效的运行。 籑据上述，现行的 ＣＡＳＳ工艺系统存在着以下方面应考虑予以改进之处。 （１）生物脱氮的效果有待提高。应当认定，现行的 ＣＡＳＳ工艺系统，在反应器内产生 的硝化反应是不够完全的。作用于硝化反应的硝化菌，是一种化能自养菌，进行有机底物 降解反应的则是异养菌。当这两种细菌混合培养时，硝化菌处于不利的境地，难以成为优 势种群。首先是存在着两种种群对有机底物与溶解氧的竞争。在对氨的同化代谢速率问题 上，异养氧化菌远高于硝化细菌。原污水通过生物选择区进入主反应区，大大地提高了主 反应区的有机底物负荷，在工艺系统中本来就占有优势的异养氧化菌，就会大力地利用氨 物质进行合成代谢，强使自己的种群更形强大，并且大量地耗用溶解氧，在这种情况下， 硝化菌受到抑制。其次，硝化反应进程要慢于异养氧化菌对有机底物的氧化反应。硝化反 应需要较长的时间。此外，硝化菌对温度、ｐＨ 等环境的影响也比较敏感。 反硝化反应进行的不彻底，是现行的 ＣＡＳＳ工艺系统脱氮效果欠佳的另一项原因。在 现行的 ＣＡＳＳ工艺系统中有２０％的硝态氮是通过回流污泥在生物选择区进行反硝化反应 的。其余的硝态氮是通过同步硝化反硝化，在沉淀、闲置阶段实施反硝化反应的。在沉 淀、闲置阶段期间，污泥与混合液未能进行良好地混合，从而使部分硝态氮未能和反硝化 微生物相接触，达不到还原的要求，此外，在此时期，有机底物已充分降解，反硝化反应 所需的碳源不足，也限制了反硝化反应效果的提高。 现行的 ＣＡＳＳ工艺系统中进行脱氮反应，硝化反应效果欠佳的原因：一是与异养氧化 菌相较，硝化菌是弱势种群，其硝化功能得不到充分发挥；二是反硝化反应进行得不够 彻底。 （２）生物除磷的效果也有待提高。对 ＣＡＳＳ工艺系统，可以考虑通过下述３条途径以 提高其生物除磷的效果。其一，是提高聚磷菌体内所含有的聚合磷酸盐的含量；其二，增 加活性污泥中聚磷菌的数量，从而能够提高剩余污泥中聚磷菌的数量；其三，是加大排 ２０５

泥量。 通过控制适宜的好氧吸收磷和厌氧释放磷的环境条件，能够提高聚磷菌体内所含有的 聚合磷酸盐的含量。就此能够满足第一条所提出的要求。通过提高磷负荷能够促进聚磷菌 的生长增殖，从而能够提高聚磷菌在活性污泥微生物中所占的比例。第二条的要求也能够 达到。这两种技术措施在常规的 ＣＡＳＳ工艺系统中是都能够实现的。这两条如得以实现， 第三条的要求就是实施的问题了。 但是，在 ＣＡＳＳ工艺系统中还要进行由硝化菌实施的硝化反应和由异养氧化菌实施的 有机底物降解反应，硝化菌的世代期较一般异养氧化菌长，为了使硝化反应得以充分进 行，就必须采用较长的污泥龄，而这样又不利于除磷。 在厌氧释放磷的环境中，如有硝态氮存在的场合，必然要在聚磷菌和反硝化菌二者之 间形成对碳源竞争的局面，使聚磷菌释放磷的作用受到抑制，而对磷的不完全释放，又将 使聚磷菌过量吸收磷的功能受到影响。在 ＣＡＳＳ工艺系统中，是使污泥回流生物选择区与 进入污水相混合的，但由于硝化反应是在主反应区发生的，回流污泥中必然会含有硝态 氧，也必然要发生反硝化反应，又必然会对磷的释放造成影响，从而使除磷效果降低。 ５． ＣＡＳＳ工艺系统的工艺设计与运行调控 （１）ＣＡＳＳ工艺系统处理城市污水的主要设计参数 反应器座数　　　　　　　　　　　　２座以上 生物选择区与主反应区的容积比 １０％～１５％∶９０％～８５％ 污泥回流比 ２０％～３０％ 污泥负荷 ０．０５～０．１ｋｇＢＯＤ５／ （ｋｇＭＬＳＳ·ｄ） 生物固体停留时间 ２０～３０ｄ 混合液污泥浓度 ３０００～４０００ｍｇ／Ｌ 需氧量 １．３～２．０ｋｇＯ２／ｋｇＢＯＤ５ 周期工作时间 ２ｈ、４ｈ、６ｈ 排水比 １／３、１／６ （２）ＣＡＳＳ工艺系统处理效果 （表５６）。 犆犃犛犛工艺系统处理效果 表５６ 水样指标 ＣＯＤ （ｍｇ／Ｌ） ＢＯＤ５ （ｍｇ／Ｌ） ＳＳ （ｍｇ／Ｌ） ＴＮ （ｍｇ／Ｌ） ＴＰ （ｍｇ／Ｌ） 进水 ３００～８００ １００～６５０ ２００～６２０ ５０～１００ １０ ≤１５０ ≤６０ ≤２５ ≤１ 处理水 ≤１００ （３）ＣＡＳＳ工艺系统设计要点 对一般的 ＣＡＳＳ工艺系统反应器，最高滗水速率为３０ｍｍ／ｍｉｎ。固液分离阶段时间为 １．０ｈ。污泥容积指数为１４０ｍＬ／ｇ （在实际上，一般低于８０ｍＬ／ｇ）。ＣＡＳＳ工艺系统反应 器内最高水位时混合液中的污泥浓度与传统活性污泥法工艺反应器内的污泥浓度基本相 同，在进入沉淀阶段，停止曝气后，整个反应器的表面均用于泥水分离，表面水力负荷 低，此外，在 ＣＡＳＳ工艺系统的沉淀阶段无污水进入，沉淀过程是在完全静置条件下进 行，固液分离的效果能够得到保证。 对 ＣＡＳＳ工艺系统强化除磷效果，可考虑投加铝盐或铁盐，所产生的污泥为化学污 ２０６

泥，其在反应器内的浓度为１．７～２．０ｇ／Ｌ，化学污泥的压缩性较高。 （４）ＣＡＳＳ工艺系统的运行调控 ＣＡＳＳ工艺系统可以根据要求，实现部分自动控制或完全自动控制。例如，可以通过 在线测量耗氧速率来调节工艺运行，控制供氧强度和曝气时间，使工艺运行稳定。根据设 计的污泥龄和反应器内污泥浓度，能够预先设定在每一循环中剩余污泥的排除时间，并通 过自控系统将工艺过程产生的剩余污泥自动足量的予以排除。沉淀阶段结束后，移动式滗 水器自动启动将上清液排出系统。整个操作过程能够完全自动进行，使工艺操作大为简 化，能够减少工艺操作人员。 在 ＣＡＳＳ工艺系统的实际运行中，自控系统应当根据在系统的运行过程中相关参数的 变化，及时地自动地调整系统的运行状态，使系统运行能够始终保持着优化状态，这就需 要具有智能化过程控制系统，即将系统运行过程中的各种相关因素作为逻辑变量进行判断 和计算，确定出最佳的控制方案并自动执行，使系统达到优化运行效果的目的。例如，在 ＣＡＳＳ工艺系统中，为了加强反硝化反应，需要调节曝气强度以控制氧化－还原电位，可 采用溶解氧传感器在线检测溶液中的溶解氧浓度，通过变频装置来自动调节风机的曝气速 率，从而取得降低能耗的效果。 当前，建设的包括 ＣＡＳＳ工艺系统在内的污水处理工程，基本上还是以采用程序控制 为主，智能控制是今后污水处理工程自控系统的发展方向。实现智能控制技术，将会使 ＣＡＳＳ工艺系统的优势更为突出。 ６． ＣＡＳＳ工艺系统的应用举例———德国波茨坦污水处理厂 ＣＡＳＳ工艺系统是从２０世纪７０年代投入市场实际生产应用的，开始时认为本工艺只 能用于小型规模的污水处理厂，经过实际应用证明，本工艺也适用于大、中型的污水处理 厂，现在已有百万当量人口的污水处理厂采用 ＣＡＳＳ工艺系统。 德国波茨坦污水处理厂规模为９００００当量人口。设计污水量：旱季为１３００ｍ３／ｄ，雨 季为２５００ｍ３／ｄ。原污水为生活污水，其水质：ＣＯＤ 为４２０ｍｇ／Ｌ，总氮 （ＴＮ）为９３ｍｇ／ Ｌ，总磷 （ＴＰ）为１３ｍｇ／Ｌ。处理水要求达到的水质：ＣＯＤ为≤７５ｍｇ／Ｌ，ＴＮ 为≤１８ｍｇ／ Ｌ，ＴＰ为≤２．ｍｇ／Ｌ。 该污水处理厂的反应单元为半圆形反应器，共４座，每两座组成为一座直径为５２．５ｍ 圆形结构形式的反应器。每座单元反应器均设生物选择区，经过格栅及沉砂池处理的生活 污水和从主反应区回流的污泥在生物选择区相混合，并进行相应的反应，然后从这里进入 下一道处理工序。 工艺系统运行周期，在干旱季节为正常运行周期的４．０ｈ，在多雨季节，则启用３．０ｈ 的 “紧急” （ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ）运行周期。每个周期的各个工序在时间上的安排，都以保证实 现强化的同步脱氮除磷反应和正常的硝化反硝化反应的目的而考虑的。 回流到生物选择区的回流污泥量不超过旱季进入污水量的３０％。回流污泥与进入的 原污水，在生物选择区内是通过隔板进行水力混合的。在本区内，回流污泥还要进行磷的 释放和发生少量的反硝化反应。 对工艺系统的运行，采用呼吸速率测定技术，监测工艺运行的稳定性，同时也起到保 证在线优化工艺运行的作用。 波茨坦污水处理厂的运行结果。关于氮的去除：在未用机械搅拌设备的条件下，采用 ２０７

在线监测污泥呼吸速率，反应器内实现同步硝化与反硝化反应，氮的去除率达到９０％～ ９２％。在１５℃的条件下，硝化速率达到１．１ｍｇＮ／ （ｇＭＬＳＳ·ｈ）。在２．０ｈ曝气的条件下， 反硝化速率达到０．８５ｍｇＮ／ （ｇＭＬＳＳ·ｈ）。关于磷的去除。在进水 ＣＯＤ／ＴＰ 为４９．７∶１ 时，处理水总 ＴＰ浓度平均值为０．３８ｍｇ／Ｌ。 ５３３　连续进水间歇曝气工艺系统 （犇犃犜犐犃犜 工艺系统） ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统是序批式活性污泥工艺系统 （ＳＢＲ工艺系统）发展的一种变形工 艺。它的反应机理和对有机底物的降解机制与传统的 ＳＢＲ 工艺系统相同，只是处理构筑 物的组成方式和运行操作方面有所不同。 ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统在污水处理技术及功能方面，介于传统活性污泥工艺和传统ＳＢＲ 工艺之间，既拥有传统活性污泥工艺的连续性和高效性，又具有 ＳＢＲ 工艺的灵活性，适 用于水量、水质变化大的中、小城市镇污水和工业废水处理。 １．ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统的组成与运行流程。 （１）ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统的组成 ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统的组成与工艺流程如图５２６所示。 图５２６　ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统的组成与工艺流程 从图５２６可见，ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统的主体 反 应 构 筑 物 是 由 １ 座 连 续 曝 气 反 应 器 （ＤＡＴ）（ＤｅｍａｎｄＡｅｒａｔｉｏｎＴａｎｋ）和１座间歇曝气反应器 （ＩＡＴ）（ＩｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔＡｅｒａｔｉｏｎ Ｔａｎｋ）串联组成。 ＤＡＴ反应器，呈好氧状态，原污水连续流入，同时，还有从ＩＡＴ 反应器回流的混合 液入注，进行连续曝气，也可以根据进水与出水水质进行间歇曝气 ＤＡＴ 反应器充分发挥 其活性污泥的生物降解功能，使污水中大部分的可溶性有机底物得到降解去除。ＤＡＴ 反 应器对进入污水的水质进行了调节与均衡作用，其处理水进入ＩＡＴ 反应器。 ＩＡＴ 反应器按传统 ＳＢＲ 反应器运行方式进行周期运行，由 ＤＡＴ 反应器流入的污水 水质稳定，有机污染物负荷低，提高了其对水质变化的适应性。此外，ＩＡＴ 反应器内混 合液的 Ｃ／Ｎ 比值较低，有利于硝化菌的生长繁殖，能够产生硝化反应。由于实施间歇曝 气，能够在时续上形成：好氧／缺氧／厌氧交替出现的环境条件，这样，在使 ＢＯＤ５ 降解的 同时，还能取得脱氮和除磷的效果。应当说，ＩＡＴ 反应器的反应机理和对各项污染指标 的去除机理，基本上与传统 ＳＢＲ 工艺相同。但是反应器为连续进水，曝气则是周期性的。 （２）ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统的运行操作 图５２７所示为 ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统的运行操作示意图。 ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统是 ＤＡＴ 反应器与ＩＡＴ 反应器结合成为１组的双反应器系统。对 ２座反应器进行不同的操作。 ２０８

图５２７　ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统的运行操作示意图 （ａ）反应器平面布置图；（ｂ）反应器剖面图 对 ＤＡＴ 反应器的运行操作是连续不分阶段进行的，在运行时，原污水连续进入，连 续曝气，连续从ＩＡＴ 反应器回流混合液。器内混合液呈完全混合流态。其处理水通过两 反应器中间的二层导流墙进入ＩＡＴ 反应器 （图５２７），由于流速很小，不会影响ＩＡＴ 反 应器内混合液的沉淀过程，也不会扰动沉淀污泥。 在ＩＡＴ 反应器的运行操作则与传统ＳＢＲ 工艺相同，由进水、反应、沉淀、滗水及闲 置等５个阶段所组成。具体反应进程叙之如下。 １）进水阶段 经格栅及沉砂池处理后的原污水连续地进入 ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统的 ＤＡＴ 反应器。经 曝气初期处理后的污水通过导流设施进入ＩＡＴ 反应器。 对ＩＡＴ 反应器。进水阶段为其接纳污水的过程。在此之前，ＩＡＴ 反应器处于上一周 期的排水阶段或闲置阶段。此时，反应器关闭排水口停止排水，在ＩＡＴ 反应器内的水位 处于最低状态，并在排水阶段规定的时间内达到最高水位。但是，在进水阶段规定的时间 段内，在ＩＡＴ 反应器内所进行的不是单一的进水和使水位上升的过程，存留在反应器内 的污泥混合液具有回流污泥的作用，进行曝气，则产生好氧反应，进行微生物的降解有机 底物的生化反应；进行搅拌，则产生厌氧或缺氧反应，抑制好氧反应进行。 ２）反应阶段 ２０９

反应阶段开始后，其效能首先出现在 ＤＡＴ 反应器，ＤＡＴ 反应器在连续进入原污水 和从ＩＡＴ 反应器回流的混合液，同时在连续曝气。反应器内水流则呈完全混合状态。在 进入的原污水与回流的活性污泥接触后的较短时间内，即在二者之间产生物理吸附及生物 吸附反应，污水中呈悬浮状态及胶体状态的有机底物即为活性污泥凝聚与吸附，并从污水 中去除。 被吸附在活性污泥微生物表面的有机底物，又被微生物摄入体内。这种吸附作用对整 个工艺系统来说反应是初步的，但是对均衡水质是重要的一步。 主要反应产生在ＩＡＴ 反应器。在 ＤＡＴ 反应器经过初步生化反应的污水，通过双层配 水装置连续地进入ＩＡＴ 反应器。按工艺的要求，进行曝气达到进一步降解 ＢＯＤ５ 及硝化 反应的效果。在一般情况下，ＤＡＴ 反应器与ＩＡＴ 反应器需氧量之比为６５∶３５。为了取得 更好的沉淀效果在进入沉淀阶段之前，对ＩＡＴ 反应器内的混合液作短时间的曝气，以吹 脱去除附着在污泥表面上的氮气，存活在ＩＡＴ 反应器内活性污泥微生物继续将周围污水 中的有机底物加以摄取、氧化，深化地进行分解代谢与合成代谢。 深化曝气，使活性污泥微生物对细胞表面上和体内的有机底物充分地加以代谢，使微 生物进入内源呼吸期，使活性污泥再生，提高活性，并回流到 ＤＡＴ 反应器。ＩＡＴ 反应器 向 ＤＡＴ 反应器的混合液回流比应视水质与 ＭＬＳＳ质量而定，一般介于１００％～４５０％。在 包括有除磷要求的运行周期时，剩余污泥则宜于在本阶段结?后，沉淀阶段开始前，从 ＩＡＴ 反应器排除。 ３）沉淀阶段 在 ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统，沉淀阶段在ＩＡＴ 反应器操作实施。应当考虑到这样的一个 现实，混合液中活性污泥絮凝体颗粒、质轻，易受扰动和被出流处理水挟出。因此，为了 避免对沉淀过程产生扰动现象，采取下列几项技措：其一，当在ＩＡＴ 反应器停止曝气， 活性污泥絮凝体开始静态沉淀与上清液分离时。污水是通过在 ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统?用的 独特的双隔墙导流系统从 ＤＡＴ 反应器向ＩＡＴ 反应器流入的；其二，在设计中，对 从 ＤＡＴ反应器向ＩＡＴ 反应器流入污水，?用非常低的流速值。这样能够有效地防止在污水 从 ＤＡＴ 反应器向ＩＡＴ 反应器流入时，出现的水力短流和扰动已沉污泥层的现象，能够保 证取得良好的沉淀效果。 ＩＡＴ 反应器内的活性污泥混合液，质量浓度为２～４ｇ／Ｌ，具有絮凝性能，能够形成成 层沉淀。沉淀过程，在泥水之间形成清晰的界面，活性污泥絮凝体结成一个沉淀的整体， 能够取得澄清上清液和浓缩混合液的效果。 ４）排水阶段 排水阶段也是在ＩＡＴ 反应器操作实施。当在ＩＡＴ 反应器内的水位上升到设计的最高 水位时，即开始启动设于反应器末端的滗水器，将经沉淀形成的上清液排出器外。在反应 器内水位降至设计最低水位时即停止滗水。ＩＡＴ 反应器底部保留的沉降活性污泥作为种 污泥，用于下个处理周期。部分污泥连续回流 ＤＡＴ 反应器。 ５）闲置阶段 ＩＡＴ 反应器滗水操作停止是一个运行周期完成的标志。两个周期之间的间歇时间就 是闲置 （也称待机）阶段。本阶段可以根据污水的水质及对处理的要求，确定其时间的长 短或取消。 ２１０

污水在两座反应器中历经生化反应、沉淀、滗水、排泥、闲置等阶段，完成一个循环 后重新启动一个新的循环，周而复始，不断运行。 ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统是变水位运行的，在每个运行周期之间水位变化情况是：最高水 位→最低水位→最高水位。在水位变化的同时，水面、污泥面也都在变动，如图５２８ 所示。这种现象说明在动态运行中各种过程互为协调地进行与完成。由于电子计算机及软 件的应用，这种难为人工操作完成的过程，表现得灵活可行。 图５２８　ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统运行周期水位变化示意图 ２．ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统的特点 （１）ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统的优点 ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统具有下列各项主要优点。 １）处理功能的稳定性较强。ＤＡＴ 反应器连续进水，连续曝气，对进水水质起到均衡 作用，强化了 对 有 机 底 物 的 降 解 强 度， 相 对 地 缩 短 了 运 行 周 期， 提 高 了 处 理 功 能 的 稳 定性。 ２）运行工艺灵活性高，可调节性强。ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统连续进水和连续曝气，可 以根据原污水水质、水量的变化和对污水处理的要求，设立与调整ＩＡＴ 反应器的运行周 期，使其处于最佳工况。由于原污水只进入 ＤＡＴ 反应器，只从ＩＡＴ 反应器排出处理水， 增强了系统的可调节性。 ３）具有脱氮除磷功能。ＩＡＴ 反应器内混合液的 Ｃ／Ｎ 值较低，有利于硝化菌的生长繁 殖，易于产生硝化反应。通过间歇曝气，能够在时间上形成好氧／缺氧／厌氧的交替环境条 件，可以取得同步 ＢＯＤ５ 降解、脱氮、除磷的效果。 ４）容积利用率高、基建投资省。ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统省去了二沉池等处理构筑物， 具有较高的曝气容积比，一般可达６６．７％。传统工艺及 ＳＢＲ 工艺一般可达６０％，可以说 ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统是节省基建投资的污水处理工艺。 ５）负荷变化影响小。ＤＡＴ 反应器只进水不直接排放处理水，起到了调节、缓冲水 质、水量变化给工艺造成的影响。 （２）ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统不足之处 ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统具有一系列优点，但是也存在某些不足之处，现盘点如下。 ２１１

１）污泥回流量大，能耗高。为了使在 ＤＡＴ 反应器内保持较高的活性污泥微生物浓 度，需要在ＩＡＴ 反应器内设置污泥泵连续地将器内污泥抽送回流 ＤＡＴ 反应器，而且回流 率比较高。 ２）脱氮除磷需要延长运行周期和增加搅拌操作。脱氮除磷工艺需要好氧／缺氧／厌氧 交替的环境条件，而本工艺的缺氧、厌氧环境是从好氧环境转变过去的，而且只产生在滗 水阶段的末期，反硝化反应和磷的释放不够充分，脱氮除磷的效果不佳，对此，应根据要 求需要延长缺氧／厌氧反应时间和增设搅拌装置，相应地也延长了运行周期。 ３）除磷效果欠佳。ＩＡＴ 反应器的厌氧环境条件只产生在滗水阶段的末期，而且持续 时间很短，反应器内残余的溶解氧和 ＮＯ狓Ｎ 对其也形成不利的影响，因此，磷的释放不 够充分，此外，在滗水阶段末期，反应器内残留的微生物可资利用的有机底物浓度很低， 聚磷菌缺乏足够的碳源营养，再有就是，ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统属长泥龄工艺，这一些不利 条件使得 ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统除磷效果欠佳。 ３．ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统的控制指标———主要设计参数 （１）ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统主要参数的选定 １）混合液悬浮固体浓度 （ＭＬＳＳ） ＭＬＳＳ值不宜过低，过低可能导致反应器容积犞 增大，相应能耗增高；但也不宜过高， 过高势必需要提高ＩＡＴ 向ＤＡＴ 污泥回流比例，增大ＩＡＴ 容积和回流污泥电耗。在一般情况 下，ＤＡＴ 的 ＭＬＳＳ取值２５００～４５００ｍｇ／Ｌ，ＩＡＴ 的 ＭＬＳＳ取值３５００～５５００ｍｇ／Ｌ。 ２）ＢＯＤ污泥负荷 一般取值：０．０５～０．１０ｋｇＢＯＤ５／ （ｋｇＭＬＳＳ·ｄ）。当污水处理要求达到硝化、反硝 化，污泥好氧稳定时，取低值０．０５ｋｇＢＯＤ５／ （ｋｇＭＬＳＳ·ｄ）；当污水处理只要求去除含 碳有机物时，取高值０．１０ｋｇＢＯＤ５／ （ｋｇＭＬＳＳ·ｄ）。 ３）污泥龄 污泥龄所表示的是微生物在反应器内的平均停留时间。其具体长短，取决于污水处理 达到的目标，当在去除的目的物仅是含碳有机物时，污泥龄最短；如要求取得硝化与反硝 化的效应，要求较长的污泥龄，如要求污泥同步稳定，则需要更长的污泥龄。 （２）ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统主要的设计参数 １）有机物—污泥负荷ｋｇＢＯＤ５／ （ｋｇＭＬＳＳ·ｄ） 只要求去除含碳有机物，取值０．１ｋｇＢＯＤ５／ （ｋｇＭＬＳＳ·ｄ）； 只要求进行硝化反应，取值０．０７～０．０９ｋｇＢＯＤ５／ （ｋｇＭＬＳＳ·ｄ）； 要求进行硝化反应与反硝化反应，取值０．０７ｋｇＢＯＤ５／ （ｋｇＭＬＳＳ·ｄ）； 要求污泥同步好氧稳定，取值０．０５ｋｇＢＯＤ５／ （ｋｇＭＬＳＳ·ｄ）。 ２）混合液悬浮固体浓度 （ＭＬＳＳ） 统一规定：ＤＡＴ 反应器的 ＭＬＳＳ取值２５００～４５００ｍｇ／Ｌ，ＩＡＴ 反应器的 ＭＬＳＳ取值 ３５００～５５００。 ３）回流比 统一规定：取值１００～４００。 ４）污泥龄 只要求去除含碳有机物：取值 ＞６～８ｄ； ２１２

只要求进行硝化反应：取值 ＞１０ｄ； 要求进行硝化反应与反硝化反应：取值 ＞１２ｄ； 要求污泥同步好氧稳定：取值 ＞ ２０ｄ。 ５）ＤＡＴ／ＩＡＴ 只要求去除含碳有机物：取值１； 只要求进硝化反应：取值＞１； 要求进行硝化反应与反硝化反应：取值＜１； 要求污泥同步好氧稳定：取值＞１。 ４．ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统的工程实例———抚顺市三宝屯污水处理厂 抚顺市三宝屯污水处理厂是我国现行最大的一座采用 ＤＡＴＩＡＴ 工艺系统的污水处理 厂，规模为２５万 ｍ３／ｄ。该污水处理厂主要接纳抚顺市城市生活污水 （７０％）和部分工业 废水 （３０％）。该污水处理厂进水水质及处理水要求达到水质的设计值见表５７。 抚顺市三宝屯污水处理厂进、出水水质设计值 表５７ 项　　目 ＣＯＤ ＢＯＤ５ ＳＳ ＮＨ４＋Ｎ （ｍｇ／Ｌ） （ｍｇ／Ｌ） （ｍｇ／Ｌ） （ｍｇ／Ｌ） 进水 处理水 ４５０ １９０ ２０４ ３０ １００ ２５ ２５ １５ 抚顺市三宝屯污水处理厂污水处理流程如图５２９所示。主要反应器及构筑物的设计 参数及设计要点阐述如下。 图５２９　抚顺市三宝屯污水处理厂污水处理流程 （１）进水泵站 进水泵站的进水峰值设计流量为１１０万 ｍ３／ｄ，选用１０台 （９用１备）潜水泵，在每 台水泵的出水管上安装止回阀和手、电两用闸阀，以防止倒灌。在进水处设６台宽２．０ｍ 的回转式固液分离机。集水池分为３格，便于放空清淤和检修。 （２）沉砂池 共设２个系列，每系列设２台直径为５．８ｍ 的钟式沉砂池和１台砂水分离机，每台沉 砂池处理污水能力为１７５０Ｌ／Ｓ。每台砂水分离机处理能力是１００ｍ３／ｈ砂水混合液。在每 台沉砂池进水渠上设置１台细格栅，细格栅选用自清洗细栅过滤器，直径２．４ｍ，过滤水 深１．４ｍ，栅条净距１０ｍｍ。 ２１３

（３）ＤＡＴＩＡＴ 反应器 ＤＡＴＩＡＴ 反应器是抚顺市三宝屯污水处理厂核心污水处理设备。共设９台每３台为一 组共 ３ 组。每 台 ＤＡＴＩＡＴ 反 应 器 的 平 面 尺 寸 为 ８３．７ｍ×４０．７ｍ，水 深 ５．１～６．０ｍ，超 高０．５ｍ。 ＤＡＴＩＡＴ 反应器是由一个单元 ＤＡＴ 和一个单元ＩＡＴ 串联组成。ＤＡＴ 单元连续进 水，连续曝气；ＩＡＴ 单元也是连续进水，但是间歇曝气。处理澄清水和剩余活性污泥全 都由ＩＡＴ 单元排出。 每台 ＤＡＴＩＡＴ 反应器设计运行参数如下：设计污水量：２．７８万 ｍ３；设计水力停留 时间：１６．５９ｈ；污泥负荷：０．０８５ｋｇＢＯＤ５／ （ｋｇＭＬＳＳ·ｄ）：ＩＡＴ 单元向 ＤＡＴ 单元回流 活性污泥混合液的最高回流比：２００％；ＤＡＴＩＡＴ 反应器设计污泥龄：２０ｄ；污水处理厂 全天剩余污泥总量：３１ｔ；剩余污泥含水率：９９．４％。 有关滗水器资料与数据：在每组反应器ＩＡＴ 单元端部设２组旋转式滗水器，每组滗 水器由 ２ 个 堰 长 犔 为 ８．５ｍ 的 旋 转 式 滗 水 器 组 成，每 台 反 应 器 每 一 周 期 设 计 排 水 量 ３４７２ｍ３。单组滗水器滗水量１７７３ｍ３／ｈ，滗水器设计堰口负荷：２８．５Ｌ／（Ｓ·ｍ）；设计滗水 深度：０．９ｍ，滗水器滗水深度能够在０．５～１．５ｍ 的范围内调整。 有关微孔曝气器资料与数据：每台 ＤＡＴ 反应单元安装直径１９２ｍｍ 橡胶膜式微孔曝 气器２８８０个，每个曝气器供气量大于２．２ｍ３／ｈ。每台ＩＡＴ 反应单元采用德国进口 ＧＶＡ 橡胶膜式微孔曝气器１３２６个，直径３００ｍｍ，单只曝气器供气量大于６．９ｍ３／ｈ。 有关活性污泥回流泵及剩余污泥泵的资料与数据：在ＩＡＴ 反应器两侧墙外，设两套 回流污泥泵，每单台泵流量３８５Ｌ／ｓ。每一周期排放一次剩余污泥，每座ＩＡＴ 反应器设剩 余污泥排放泵１台，其流量为７２ｍ３／ｈ。 与传统的ＳＢＲ工艺不同，ＤＡＴＩＡＴ 系统是原污水连续入流，连续进水使对进水的控 制手段大为简化，也降低了管路和进水电动阀门的费用支出。ＤＡＴ 反应单元连续进行曝 气，反应器内水流呈完全混合流态，绝大部分有机污染物是在本反应单元内得到降解去 除。在 ＤＡＴ 单元进行反应过后的混合液，通过两单元间的双隔墙导流系统连续不断地进 入ＩＡＴ 反应单元。双隔墙导流系统能够有效地防止对沉淀污泥的扰动。 ＩＡＴ 单元的反应过程的每一运行周期为３．０ｈ，分为曝气、沉淀及滗水３个阶段，每 个阶段运行１．０ｈ。 （４）对抚顺市三宝屯污水处理厂处理效果及效益的评定 抚顺市三宝屯污水处理厂的处理水水质稳定，效果好，三项常规项目优于国家污水综 合排放标准城镇二级污水处理厂一级标准。该厂自动化程度较高，运行人员较少，设备利 用率高，此外，管理严格，运行费用一直较低，２００３年单位污水处理成本为０．２３元／ｍ３， 远低于传统活性污泥处理工艺０．３５～０．４０元／ｍ３ 的处理成本。 ５３４　一体化活性污泥工艺系统 （犝犖犐犜犃犖犓 工艺系统） １．ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺的开发、工艺原理及应用 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统是在１９８７年Ｉｎｔｅｒｂｒｅｗ 与 Ｋ．Ｕ．Ｌｅｕｖｅｎ合作，以三沟氧化沟为 基础所开发的一种污水处理新工艺。其技术专利于１９８９年为比利时 ＳＥＧＨＥＲＳ环境工程 公司所获取，并在生产实践中开始应用。 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统是ＳＢＲ工艺的一种变型和新发展，本工艺将传统活性污泥工艺 ２１４

和ＳＢＲ工艺运行模式的优点加以综合，将连续流系统的空间推流与ＳＢＲ 工艺的时间推流 过程合二为一，使系统在整体上保持连续进水和连续出水状态，但每座反应器单体则相对 为间歇进水和间歇排水。通过对时间和空间的灵活控制，并适当改变曝气搅拌方式和提高 水力停留时间，可取得良好的脱氮除磷效果。 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺，整体系统呈一体化型式，在我国对 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统统称为 “一体化活性污泥工艺系统。本工艺结构紧凑、运行操作简单易行，污水处理效果良好， 智能化控制也取得良好效果，因此，受到污水处理领域专家们的青睐，得到了广泛的应 用。当前在欧洲，在亚洲东南亚新加坡、马来西亚、越南等国得到应用。在我国一些城 市，如澳门、石家庄也建成数座规模在１０万 ｍ３／ｄ以上较大型的以 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统 作为主体处理技术的污水处理厂。 当前在世界范围内建成并运行的 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统的污水处理厂己近２００座，处 理对象是城市污水与多种类型的有机工业废水。 ２．ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统的组成与工艺结构 图５３０所示为以 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺为主体处理工艺污水处理厂的典型处理工艺系统流程。 图５３０　ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺污水处理厂 典型处理工艺系统流程图 从图可见，ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统流程，比较简单，未设初次沉淀池，预处理工艺系 统只设格栅及沉砂池，污水从沉砂池出流直接进入 ＵＮＩＴＡＮＫ 反应器。污泥则经过浓缩 及压缩处理。 ＵＮＩＴＡＮＫ 工 艺 反 应 器 为 一 座 三沟式 氧 化 沟，三 沟 结 构 相 同，尺 寸一致并相互连通。 根据 工 艺 结 构，ＵＮＩＴＡＮＫ 工 艺系统 可 分 为 单 段 式 和 两 段 式 两 种 形式，当 进 水 负 荷 低 时 采 用 单 段 式 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统，两段式 ＵＮＩ ＴＡＮＫ 工艺系统则用于进水负荷高 的条件。 图５３１　单段式 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺结构 图 ５３１ 所 示 为 典 型 的 单 段 式 ＵＮＩＴＡＮＫ 工 艺 系 统， 从 图 可 见， ２１５

该系统是一座被隔成为３个各部位尺寸相等的矩形单元反应器，３个单元反应器之间水力 相通：每个单元都能够接受原污水的进入，也都设有曝气系统 （鼓风机曝气或机械表面曝 气）和空气扩散装置，外侧的２个单元设置出水堰和剩余污泥排放装置，这２个单元交替 地变换充作曝气反应单元和沉淀———泥、水分离单元。中间单元则只充作曝气反应单元。 单段式 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统，连续进水，周期交替运行。通过对系统运行的调整， 能够实现对污水处理过程的时间和空间的控制，形成好氧、缺氧和厌氧条件以达到污水处 理应取得的效果。 两段式 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统由并列的两座并且拥有共用隔墙的单段 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺 系统所组成 （图５３２），分为高负荷氧化段和低负荷氧化段两段。高负荷氧化段，要在厌 氧或好氧条件下运行，低负荷氧化段则只在好氧条件下运行。 图５３２　两段式 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺结构 ３．ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统的运行方式 （１）单段 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统好氧反应的运行方式 单段 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统好氧的运行方式 （图５３３），每一个周期包括：两个主体运 行阶段和两个较短的过渡阶段。两个主体运行阶段，运行功能相同但运行方向相反。 １）第１主体运行阶段 （Ａ）原污水入注单元 Ａ，进行曝气反应，该单元在上一个主要运行阶段，曾经充作 ２１６

为沉淀———泥、水分离单元，在单元内积累着大量的已经过再生反应，吸附性能极强的活 性污泥，就此，污水中的有机污染物通过活性污泥的强力吸附，而得到部分的去除； （Ｂ）混合液通过隔墙底部的通水口入流持续实施曝气反应的单元 Ｂ，在这里，有机污 染物进一步进行降解； （Ｃ）继之，已经 Ａ、Ｂ两反应单元处理过的混合液进入不曝气不搅拌的单元 Ｃ，混合 液在这里静置沉淀，完成泥、水分离的功能，作为处理水的上清液，从出水堰排出系统， 完成污水处理的过程。 经过浓缩的老化污泥也从这里排出，进入污泥处理系统。在反应器单元 Ａ 通过微生 物增殖而增长形成的活性污泥，通过空间的推流过程，取得在单元 Ｂ和单元 Ｃ重新分配 的效果。 ２）第１过渡阶段 本阶段的设立目的是为了使系统交替转换进入第２主体运行阶段，调整水流方向，并 为了防止单元 Ａ 及单元Ｂ的活性污泥流失和使单元 Ｃ内的污泥积累排出系统而设立的短 暂的过渡时 （阶）段 （图５３３）。 原污水开始从单元Ｂ进入系统，反应器单元 Ａ 及单元 Ｃ同时都按静置沉淀、泥水分 离作用运行，经过短暂的过渡后进入第２主体运行阶段。 ３）第２主体运行阶段和第２过渡阶段 第２主体运行阶段和第２过渡阶段，只是水流方向进行１８０°的转变，其工作原理与操 作过程与第１主体运行阶段和第１过渡阶段完全相同 （图５３３）。 图５３３　单段式 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统的运行方式 （２）单段 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统脱氮除磷反应的运行方式 单段 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统脱氮除磷反应的运行方式与前述的好氧运行方式相类似， ２１７

脱氮除磷运行的每一周期也是由两个运行方向相反的主体运行阶段和两个短暂的过渡阶段 所组成。 １）第１脱氮除磷反应主体运行阶段 （Ａ）原污水进入反应器单元 Ａ，这时单元 Ａ 的环境条件处于缺 （厌）氧状态，不进 行曝气，仅进行搅拌。在反应器内进行反硝化脱氮反应，混合液中成活的反硝化菌以进水 中的有机污染物充作碳源，对在上一周期硝化阶段累积存储在混合液中的硝酸氮进行反硝 化反应，使硝酸氮转化为气态氮释放脱出。在反硝化反应完成后，混合液中的聚磷菌即行 释放磷。继之，混合液入流持续进行曝气的反应器单元 Ｂ，在这里进行有机污染物的降解 反应和相继由硝化菌对氨化氮进行的硝化反应以及聚磷菌的吸收磷反应等３项反应，最后 混合液流入完成沉淀过程，进行泥水分离的单元 Ｃ，上清液排放，作为剩余污泥的富含磷 污泥亦行排除，完成这段污水的脱氮除磷任务。 （Ｂ）原污水仍由单元 Ａ 入流，但由只搅拌不曝气的行为状态改变为边搅拌边曝气的 状态，使环境条件形成好氧状态，在反应器单元 Ａ 内进行有机污染物降解、氨氮硝化为 硝酸氮、聚磷菌吸收磷等３种反应，反应器Ｂ及反应器 Ｃ两单元的行为不变。 （Ｃ）原污水保持不变仍由单元 Ａ 入流，但单元 Ａ 改变为只搅拌不曝气的运行方式， 处于缺氧的环境条件，反应器 Ｂ、Ｃ两单元的行为仍然不变。 ２）第１过渡阶段 反应器单元 Ａ 停止原水的入流和对混合液的搅拌，开始承担混合液沉淀及泥、水分 离的行为。原污水开始从反应器单元Ｂ进入，单元Ｂ及单元 Ｃ的功能不变。 继之原污水改由单元 Ｃ入流，单元 Ｃ停止曝气，只保持搅拌行为，这就是，经过短 暂的过渡阶段，系统进入了脱氮除磷反应的第２主体运行阶段。 ３）脱氮除磷反应第２主体运行阶段与第２过渡阶段 第２主体运行阶段与第２过渡阶段的流程及工作原理与第１主体运行阶段与第１过渡 阶段完全相同，只是水流方向进行了１８０°的大转变，反应器单元 Ａ 及单元 Ｃ 交替互换了 各自的功能作用。 （３）两段式 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺反应系统的好氧运行方式 两段式 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺反应系统好氧运行的每个周期也分为两个主体运行阶段 （图 ５３４）。 １）第１主体运行阶段 （Ａ）原污水入流反应器单元 Ａ （图５３４），这里进行曝气与搅拌，有机污染物被降 解，部分有机污染物被活性污泥降解去除； （Ｂ）混合液流入单元 Ｂ，这里持续进行着曝气，有机污染物得到进一步的降解； （Ｃ）混合液最后入流沉淀单元 Ｃ，在这里进行泥、水分离，剩余污泥排放。处理水继 续入流低负荷段反应器进行深入处理。以上运行３步除处理水继续进行处理外，其余运行 各项同单段 ＵＮｌＴＡＮＫ 工艺反应系统； （Ｄ）由单元 Ｃ排出的水进入低负荷段系统正在进行曝气反应的单元 Ｆ，处理水中残 余的难降解有机污染物在这里得到低负荷段微生物的吸附和代谢降解； （Ｅ）混合液继续流入单元 Ｅ，这里持续进行着曝气反应，有机污染物得到进一步的 降解处理； ２１８

图５３４　两段式 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺反应系统运行方式 （Ｆ）混合液最后进入静置沉淀单元 Ｄ，在这里进行泥、水分离，处理水在这里是从 溢流堰排出的，即排出系统，同时剩余污泥也排出。 ２）第１过渡运行阶段 反应器单元 Ａ 及单元 Ｃ均作为沉淀单元，不进行搅拌也不曝气，污水进入持续进行 曝气的单元 Ｂ，反应器单元 Ｄ、Ｅ、Ｆ反应状态不变，此过渡阶段很短。随即，关闭单元 Ｂ的进水阀门，启动反应器单元 Ｃ的进水阀门，并开始曝气，改由单元 Ｃ进水，进入第２ 主体运行阶段。 ３）第２主体运行阶段 进入第２主体运行阶段，水流方向进行１８０°的大转变。其运行周期与第１主体运行阶 段完全相同。 经过短暂的过渡阶段进行调整后，又重新转到由反应器单元 Ａ 进水，从单元 Ｄ 排出 处理水。 ４．ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺去除有机污染物的过程与机理 （１）单段式 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统 在单段式 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统，原污水连续从两侧反应器单元进入，顺序地通过各 反应器单元，周期交替地处于好氧、缺氧、厌氧等环境状态，与相应有关的微生物群体相 接触，并相应地产生有机污染物降解、硝化、反硝化以及释放磷、吸收磷等各项反应，取 得有机污染物去除、脱氧以及除磷的效果。 （２）两段式 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统 两段式 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统分为高负荷段和低负荷段，分别在这两段内，培育、驯 化、诱导出与各自阶段污水负荷特性相适应的微生物种群。在高负荷段，对生物固体平均 停留时间 （污泥龄）采用低值。培育出的多是增殖速度快、世代时间短的微生物种群，世 代时间长的如硝化菌一类的微生物和原生动物、后生动物等都不能存活，被分选出的则是 ２１９

抗冲击负荷能力强的原核微生物，经它们代谢降解的多是易于 （可）生物降解的有机污染 物。经高负荷段处理后的污水，其可生化性有所改善，此外，水质、水量稳定，这些条件 都有利于后续的低负荷段生物降解反应的进行。 在低负荷段，采用高值的生物固体平均停留时间 （污泥龄），能够培育出增殖速度慢， 世代时间长，但是对有机污染物具有高效深度代谢降解功能的微生物种群，能够比较有效 地降解去除污水中浓度较低 （或经过驯化），但属于难生物降解的有机污染物质。这样， 在低负荷段内具有产生硝化反应的条件，拥有脱氮除磷的功能。 在低负荷条件下运行的 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺反应器能够存活包括纤毛虫类在内的各种类 型的原生动物以至轮虫一类的后生动物，它们捕食在反应器内游动的微生物，发挥一定的 污水净化作用。 ５．ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统的特点 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统综合采纳了传统活性污泥工艺、普通 （传统）ＳＢＲ 工艺的某些 优点，并在其基础上，又进行了一定的改进，形成了 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统自身具有的某 些风格和特点，摘其主要各项阐述于下。 （１）污水净化反应构筑物一体化，结构紧凑，各反应器体均宜于采用方形。方形反应 器 （池）体可共用池壁，对此能够减少占地面积，相应地能够节省土建费用。共用池壁有 利于保温，共用水平底板还能够提高反应器体结构的稳定度。 （２）ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺的系统整体在恒定水位下运行，水力负荷稳定。对此能够产生 下列各项效益：反应器的容积能够得到充分地有效利用：能够降低对管道阀门等设备的要 求，节省开支；能够采用表面曝气设备，便于对曝气系统的维护管理；能够采用构造简单 固定的排水堰，避免采用价格昂贵的滗水器，可以节省较大的一笔投资；工艺系统中的各 反应器得到连续运作，勿需考虑设置闲置阶段。 （３）ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统所有的反应器均为同一的矩形，用共同隔壁，３座反应器之 间水力相同，中间反应器不受单向水压，土建勿需采取措施，占地面积小。 （４）对 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统勿需设污泥回流系统。在多数的情况下，对 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统可以不考虑设调节池，也可以考虑不设初次沉淀池。 （５）能够报据溶解氧、氧化—还原电位等在线检测数据，通过改变供氧量以变换好 氧、缺氧及厌氧反应时间等控制手段，寻求确定在时间和空间上最佳的反应条件，使本系 统取得高效地去除污水中碳源有机污染物以及脱氮除磷的效果。 以上，列举出 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统具有的诸多优点，但是，本工艺系统尚属于发展 中的污水处理工艺系统，还存在以下几方面尚待改进与进一步完善的问题， （１）ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺除磷效果不够理想，本工艺系统无专设厌氧区，而是通过沉淀 阶段，的末期或在曝气反应阶段的中间插入停止曝气，以形成缺 （厌）氧状态。这样比较 难于形成生物除磷所需要的缺 （厌）氧条件，在插入的停止曝气期，水中存在着硝酸盐能 够消耗溶解性 ＢＯＤ，使有效的 ＢＯＤ／Ｐ值降低，聚磷菌摄取不到足够的 ＢＯＤ 量，磷的释 放量不彻底，聚磷菌的生物除磷功能得不到充分保证。 为解决这一问题，可考虑试行在 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统设前置缺 （厌）氧反应单元， 并接受入流原污水及回流富含硝酸氮的溶液。对此，ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统的周期运行方 式也将相应地有所改变。 ２２０

（２）ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统对反应器容积的有效利用率较低，３座反应器并列互联容积 相等，本系统是连续进水和连续出水，这样，中间单元的利用率较高，可达１００％，两侧 的两座单元在一个反应运行周期内将是交替地作为曝气反应单元和沉淀泥水分离单元，这 样，实际上，相当于在一个反应周期内，有一座侧反应器完全在充作着沉淀泥水分离单 元，此外，再加上排放处理水之前，还要考虑安设沉淀时间，因此，两侧单元反应器的有 效利用率将低于５０％，ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统反应器单元的总体利用率将低于３／４，即低 于７５％。 解决这一问题的对策，可以考虑采纳扩大中间反应器容积的方案，如：将中间反应器 的容积增大一倍，两座侧反应器的容积相等，各为中间反应器容积的１／２。 （３）ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统管道布置较为复杂，特别是当系统进行脱氮除磷工艺时， 除了对溶解氧和氧化—还原电位进行必要的检测外，还需要进行大量水的进、出阀门的切 换和空气阀门以及剩余污泥阀门的切换，过于频繁，需要高度的自动监测和自动控制。 （４）当前，对 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统还未提出准确的数学模型来实现本系统更高层次 的自动控制。 ６．ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统运行工程实例———广东佛山大沥污水处理厂 大沥污水处理厂位于广东省佛山南海区大沥钟边胜唐村，建设总规模为３００００ｍ３／ｄ， 首期建设规模为１５０００ｍ３／ｄ。采用在 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统前设置厌氧反应器的方案，如 图５３５所示。 图５３５　大沥污水处理厂工艺流程图 该污水处理厂处理水的水质应达到 《城镇污水处理厂污染物排放标准》ＧＢ１８９１８— ２００２一级 Ｂ标准及广东省 《水污染物排放限值》ＤＢ４４／２６—２００１一级标准。进、出水的 具体设计值列举于表５８。 污染指标 （ｍｇ／Ｌ） 大沥污水处理厂进、出水设计值 表５８ ＢＯＤ５ ＣＯＤ 进水 （ｍｇ／Ｌ） 处理水 （ｍｇ／Ｌ） ＮＨ４＋Ｎ １８０ ２０ ＴＮ ３８０ ４０ ＴＰ ３０ ８ ＳＳ ３８ ２０ ４ １．５ ２５０ ２０ ２２１

为了提高除磷效果，在 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统反应器前端设厌氧反应器，其结构尺寸 为：１８ｍ×８ｍ×６ｍ；厌氧反应器水力停留时间：１．３ｈ。 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺反应器平面尺寸：４２ｍ×３４ｍ，有效水深：６．０ｍ。 对 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺反应器设计采纳了如下的各项数据： ＵＮＩＴＡＮＫ 工 艺 反 应 器 设 计 流 量：０．１７４ｍ３／ｄ； 污 泥 负 荷：０．０９７３ｋｇＢＯＤ５／ （ｋｇＭＬＳＳ·ｄ）；污泥回流比：３０％ ～５０％；污泥龄：１３ｄ；平均污泥浓度：４０００ｍｇ／Ｌ； 水力停留时间；１３．７ｈ；需氧量：２９０ｋｇＯ２／ｈ。 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺系统经３个月调试运行，处理水各项指标均达到设计标准。 ＵＮＩＴＡＮＫ 工艺工作状态见表５９所列。 大沥污水处理厂 犝犖犐犜犃犖犓 工艺反应器运行状 表５９ 工艺状态 （时间） 侧单元 Ａ 中间单元 Ｂ 侧单元 Ｃ 状态ａ （１２０ｍｉｎ） 进水／曝气／搅拌 曝气／搅拌 出水 状态ｂ （５０ｍｉｎ） 进水／曝气／搅拌 出水 状态ｃ （１０ｍｉｎ） 沉淀 曝气／搅拌 状态ｄ （１２０ｍｉｎ） 反冲洗 曝气／ 搅拌 进水／曝气／搅拌 状态ｅ （５０ｍｉｎ） 进水／曝气／ 搅拌 进水／曝气／搅拌 状态ｆ （１０ｍｉｎ） 出水 曝气／搅拌 出水 沉淀 进水／曝气／搅拌 反冲洗 ５３５　改良型序批间歇式生物反应器 （犕犛犅犚工艺一体化反应器） ＭＳＢＲ工艺是由 Ｙａｎｇ等结合 ＳＢＲ 工艺和传统活性污泥工艺特征所开发的一种污水 处理新工艺。本工艺可看作 ＡＡＯ 工艺和ＳＢＲ工艺系统的联合，并且结合了传统活性污 泥工艺系统和 ＳＢＲ 工艺系统的优点，连续进水和出水，还省却了多单元工艺所需要的连 接管、阀门和泵等设备。 ＭＳＢＲ 工艺系统不设初沉 池 及 二 沉 池。? 用 单 池 多 单 元 的 方 式， 在 外 观 上 为 一 矩 型 反应器。反应器内部被分隔成为多个各司不同处理功能的处理单元，反应器能够在各处理 单元全部充满，并在恒定水位下连续进出水运行。 通过中间试验及生产性试验的结果证实，ＭＳＢＲ 工艺运行可靠、处理效果良好、易 于实现计算机在线控制的污水处理工艺。 当前，ＭＳＢＲ 工艺被认为 是 集 约 化 程 度 最 高 的 污 水 处 理 工 艺， 具 有 流 程 简 单、 控 制 灵活单元操作方便。并且在土建工程量、总装机容量、节能、降低运行成本和节约用地等 诸方面，均具有明显优势。 ＭＳＢＲ 工艺被认为是如今污水处理技术的发展方向。 ＭＳＢＲ 工艺从２０世纪８０年代初开发至今，经过不断地改进与完善，已经发展到第三 代，并出现４～９处理单元等多种工艺构型。 本书主要对最新的第三代 ＭＳＢＲ工艺的工艺流程及工作原理进行阐述 （图５３６）。 １． ＭＳＢＲ工艺流程与工作原理 污水首先进入厌氧单元４，从污泥浓缩单元２及缺氧单元３回流的活性污泥也进入厌 氧单元４，污泥中的聚磷菌在此充分释放磷。继之，混合液进入缺氧单元５，在这里进行 反硝化反应。经过反硝化反应的混合液进入好氧反应单元６。在这里进行全方位的好氧反 ２２２

图５３６　ＭＳＢＲ 工艺流程及工作原理示意图 １、７—ＳＢＲ 工艺；２—污泥浓缩处理单元；３、５—缺氧处理单元；４—厌氧处理单元；６—好氧处理单元 应，有机底物被氧化分解、硝化，活性污泥中的聚磷菌则进行吸收磷。继之，经过好氧反 应和吸收磷的混合液分别地进入两座传统的 ＳＢＲ 反应器１及７。这两座 ＳＢＲ 反应器交替 地进入沉淀阶段和继续反应阶段。进入沉淀阶段的 ＳＢＲ 反应器 （图５３６中进水为实线所 示的ＳＢＲ反应器１），完成沉淀、滗水和排出上清液的工作；继续反应的 ＳＢＲ 反应器７ （在图５３６所示是进水为断续线所示的 ＳＢＲ 反应器），则使混合液在反应器内继续进行反 硝化反应、硝化反应和静置沉淀，进行初步预沉。经过预沉的混合液进入污泥浓缩单元 ２，静沉上清液返流好氧反应单元６。经浓缩的污泥则先进入缺氧单元３，在这里充分完成 反硝化脱氮反应和比较彻底地消耗回流污泥中的溶解氧、硝酸盐，为随后进入厌氧单元４ 进行释放磷的反应创造条件。 交替作为继续反应的 ＳＢＲ 反应器，也称之为外循环 ＳＢＲ 反应器，其回流量一般为 （１．３～１．５）犙。 从前述的 ＭＳＢＲ工艺的工艺流程及工作原理可见，ＭＳＢＲ 工艺是同步进行有机底物 降解 （除碳）和生物脱氮除磷的新工艺。 ２． ＭＳＢＲ工艺的结构型式及其运行方式 （１）ＭＳＢＲ 工艺反应器的结构型式 在污水处理的工程实践中，一般是将 ＭＳＢＲ 工艺整体设计成为一座一体化的矩形反 应器。图５３７所示为 ＭＳＢＲ工艺一体化反应器的典型平面布置图。 （２）ＭＳＢＲ 工艺的运行方式 ＭＳＢＲ工艺的运行的周期与时段是以ＳＢＲ 反应器的工作体制为准划分的。即将 ＳＢＲ 反应器的一个工作周期分为６个时段，由３个时段组成一个半周期。在两个相邻的半周期 内，除 ＳＢＲ 工艺反应器的运行方式外，其余各处理单元的运行方式完全相同。 半周期每时段的持续时间为：时段１和４为４０ｍｉｎ，时段２和５为５０ｍｉｎ，时段３和 ６为３０ｍｉｎ。每半个周期的持续时间为１２０ｍｉｎ。 ＭＳＢＲ 工艺其各处理单元在一个周期内每个时段的工作状态列举于表５１０。 ２２３

图５３７　ＭＳＢＲ 工艺一体化反应器的典型平面布置图 １、７—ＳＢＲ 工艺；２—污泥浓缩处理单元；３、５—缺氧处理单元；４—厌氧处理单元；６—好氧处理单元 犕犛犅犚 工艺各处理单元在一个周期每个时段的工作状态 表５１０ 时段 持续时间 单元１ 单元２ 单元３ 单元４ 单元５ 单元６ 单元７ （ｍｉｎ） １ ４０ 搅拌 浓缩 搅拌 搅拌 搅拌 曝气 沉淀 ２ ５０ 曝气 浓缩 搅拌 搅拌 搅拌 曝气 沉淀 ３ ３０ 预沉 浓缩 搅拌 搅拌 搅拌 曝气 沉淀 ４ ４０ 沉淀 浓缩 搅拌 搅拌 搅拌 曝气 搅拌 ５ ５０ 沉淀 浓缩 搅拌 搅拌 搅拌 曝气 曝气 ６ ３０ 沉淀 浓缩 搅拌 搅拌 搅拌 曝气 预沉 在前半个运行周期，原污水从厌氧单元４进入反应器，经缺／厌氧单元５及好氧单元６ 的反应处理，从单元１ （ＳＢＲ反应器）出水，在后半个周期从单元７出水。单元１和单元７ 分别是前半个和后半个周期起沉淀作用的单元 （图５３８）。 两座 ＳＢＲ 反应器的形状与结构形式完全相同，二者交替地同为一个运行周期完成 反 应阶段及沉淀出水阶段的工艺过程。一个运行周期的所需时间，则根据进水水质情况及处 理应达到的标准确定，一般为４．０ｈ、６．０ｈ、８．０ｈ不等。反应阶段的运行方式可以根据实 际需要设定。以４．０ｈ为一个运行周期，其 ＳＢＲ 反应器的运行时间分配列于表５１１。 ＭＳＢＲ 工艺系统共有两条 回 流 系 统：污 泥 回 流 系 统 及 混 合 液 回 流 系 统。 污 泥 回 流 系 统具有两条回流路径：浓缩污泥回流路径和上清液回流路径。ＭＳＢＲ 系统的污泥回流情 况见表５１２。上清液回流则较为简单，在各时段均为从单元６到单元５，再由单元５回流 到单元６。 ２２４

图５３８　ＭＳＢＲ 系统流程图 （ａ）前半个运行周期的工艺流程；（ｂ）后半个运行周期的工艺流程 在一个运行周期内 犛犅犚 反应器运行时间分配 表５１１ ＳＢＲ 反应器１ ＳＢＲ 反应器２ 上清液泵 反应状态 反应时间 （ｍｉｎ） 回流泵 反应状态 反应时间 （ｍｉｎ） 回流泵 开启 开启 缺氧搅拌 ５０ 开启 沉淀出水 ５０ 关闭 关闭 好氧曝气 ４０ 开启 沉淀出水 ４０ 关闭 开启 静止沉淀 ３０ 关闭 沉淀出水 关闭 开启 沉淀出水 关闭 缺氧搅拌 开启 关闭 沉淀出水 关闭 好氧曝气 开启 沉淀出水 关闭 静止沉淀 关闭 时段 犕犛犅犚 工艺系统的回流系统 表５１２ １ ２ 回流类别 回流途径 ３ ４ 浓缩污泥回流 １－２－３－４－５－６－１ ５ 上清液回流 １－２－６－１ ６ 浓缩污泥回流 １－２－３－４－５－６ 上清液回流 １－２－６－１ 无回流 浓缩污泥回流 无回流 上清液回流 ７－２－３－４－５－６－７ 浓缩污泥回流 ７－２－６－７ 上清液回流 ７－２－３－４－５－６－７ 浓缩污泥回流 ７－２－６－７ 上清液回流 无回流 无回流 浓缩污泥回流 上清液回流 ２２５

３．ＭＳＢＲ 工艺系统去除污染物的过程 ＭＳＢＲ系统在工艺上的实质是 ＡＡＯ 工艺与ＳＢＲ工艺相结合形成的工艺系统。 原污水从厌氧反应器 （单元４）进入 ＭＳＢＲ工艺系统，回流的浓缩污泥也从本单元进 入 ＭＳＢＲ系统，并在本单元中利用原污水中有机物的快速降解完成了磷的释放。污水由 单元４进入单元５，单 元 ５ 是 缺 氧 反 应 器， 污 水 与 由 曝 气 单 元 ６ 回 流 至 此 的 混 合 液 相 混 合，并在此完成脱氮过程。单元６是好氧单元，其功能是对污水中有机物实施全方位的氧 化作用和充分的硝化反应，聚磷菌也在本单元超量地吸收磷。 单元６的处理水则进入两座传统 （普通）的ＳＢＲ反应器。 ＭＳＢＲ工艺系统的两座ＳＢＲ反应器 （在图所示者为单元１及单元７）的功能也是相 同的，即：好氧氧化、缺氧反硝化、预沉淀和沉淀作用。单元２是污泥浓缩单元，浓缩的 活性污泥进入单元３，富含硝酸盐的上清液则回流好氧单元６，或入流单元５。 ４．ＭＳＢＲ 工艺系统的特征 与普通 ＳＢＲ 工艺系统相比较，ＭＳＢＲ 工艺系统具有如下各项的特征。 （１）在脱氮除磷工艺方面，ＭＳＢＲ 工艺系统综合了 ＡＡＯ、ＳＢＲ 等工艺的优点，是 一种高效率的反应器，结构简单紧凑，占地面积小，土建造价低廉，自动控制程度高。 （２）因为生物化学反应都与反应物的浓度有关，从连续运行的厌氧反应器进水，就加 速了厌氧反应速率。经过厌氧反应处理后的污水进入缺氧反应器，其后，再进入好氧反应 曝气池，这样，就提高了在缺氧反应器内的反应速率及在好氧曝气反应器内进行的 ＢＯＤ５ 降解速率和硝化反应速率。从而使系统整体的污水处理效应得到改善，处理水的水质得到 提高。同时，系统的容积效率也大为提高，也就是系统的容积负荷和犉／犕 值大为提高。 （３）ＭＳＢＲ工艺系统是从连续运行的厌氧单元进水，而不是从 ＳＢＲ 工艺进水，这样 就将大部分的好氧反应转移到连续运行的主曝气反应器中改善了设备的利用率。 （４）从连续运行单元进水，极大地改善和提高系统承受水力及有机物冲击负荷的能 力，进水冲击负荷在经过多级处理后，对处理水水质的影响也将会大为降低。 （５）ＭＳＢＲ 工艺系统采 用 的 是 低 水 头、低 能 耗 的 回 流 系 统，从 而 使 系 统 中 各 单 元 的 ＭＬＳＳ值的均匀性大为改善。 （６）ＭＳＢＲ工艺系统的ＳＢＲ工艺反应器的水力条件是经过特殊处理，这就是在 ＳＢＲ 反应器中间设置了底部挡板。避免了水力射流的影响，改善了水力状态，使 ＳＢＲ 反应器 前端的水流状态是由下向上，而非呈一般的平流状态。这样，ＳＢＲ 反应器在出水时所起 到的悬浮污泥床的过滤作用，而非通常的沉淀作用。 ＭＳＢＲ工艺系统是由 ＡＡＯ 系统与 ＳＢＲ 工艺系统串联组成，综合了二者的全部优 点，其处理水水质良好、稳定，并有着很高的净化潜力。 ５．ＭＳＢＲ 工艺系统的工艺参数与设计要点 ＭＳＢＲ 工艺系统具有比 较 良 好 的 生 物 脱 氮、除 磷 功 能， 因 此， 其 设 计 参 数 应 以 脱 氮 除磷的要求作为基础加以确定。 污泥龄：一般控制在７～２０ｄ之间，当污水处理以生物脱氮为主时，取高值，当以生 物除磷为主时，则取低值。在实际运行中可以根据进、出水的水质，调整混合液污泥浓度 来调整污泥龄。 混合液污泥浓度 （ＭＬＳＳ）：一般为２２００～３０００ｍｇ／Ｌ。但在计算供氧量时，则应按 ２２６

ＭＬＳＳ＝４０００～５０００ｍｇ／Ｌ计算。 水力停留时间：一般为１２～１４ｈ。此值应按进水水质与处理要求考虑确定。 ＭＳＢＲ 工艺系统的浓缩污泥回流量：（０．３～０．５）犙。 ＭＳＢＲ工艺系统的混合液回流比：内回流和外回流的回流比为 （１．３～１．５）犙。 ＭＳＢＲ 工艺反应器，单池最大处理水量为５００００ｍ３。超过此值则应考虑分组，反应器 水深一般为３．５～６．０ｍ。 ＭＳＢＲ 工艺反应器的缺氧反应器及厌氧反应器的水深可达８．０ｍ。 ６．ＭＳＢＲ 工艺系统的工程实例──北京市五里坨污水处理厂 北 京 市 五 里 坨 污 水 处 理 厂 位 于 北 京 市 朝 阳 区 。 一 期 建 设 规 模 为 ２００００ｍ３／ｄ， 远 期 为 ４５０００ｍ３／ｄ。 表 ５１３ 所 列 举 的 是 该 厂 进 水 的 水 质 指 标 及 处 理 水 应 达 到 的 水 质 指标。 北京五里坨污水处理厂进、出水水质一览表 表５１３ 项目 进水 处理水 去除率％ ＢＯＤ５ （ｍｇ／Ｌ） ９５ ＣＯＤ （ｍｇ／Ｌ） ２００ １０ ８６ ９６ ＳＳ （ｍｇ／Ｌ） ３５０ ５０ ６３ ＴＮ （ｍｇ／Ｌ） ９０ ＴＰ （ｍｇ／Ｌ） ２５０ １０ 大肠杆菌 ４０ １５ ５ ０．５ １０００ 该厂对污水采用７单元池 ＭＳＢＲ工艺＋ＡＢＦ滤池工艺系统进行处理，对污泥采用污 泥浓缩脱水一体化设备进行处理。图５３９所示即为该污水处理厂工艺流程系统图。 由于该厂一期工程处理水量仅２００００ｍ３／ｄ，在满足处理功能和事故检修安全性的前提 下，为提高土建及设备投资的效率，又降低总造价，一期工程设 ＭＳＢＲ 工艺一组，池型 为７单元式 ＭＳＢＲ工艺系统，按平均水量２００００ｍ３／ｄ设计，最大能力３００００ｍ３／ｄ校核， 各单元有效容积及水力停留时间列举于表５１４。 图５３９　五里坨污水处理厂工艺流程图 ２２７

元 各单元有效容积及水力停留时间表 表５１４ １ ２ 容积 （ｍ３） 停留时间 （ｈ） ３ ２４９１．７ ２．９９ ４ ３８３．３ ０．４６ ５ ４５８．３ ０．５５ ６ １１５０．０ １．３８ ７ ９１６．７ ０．２４ ５４３３．３ ６．５２ 合计 ２４９１．７ ２．９９ １３．３２５ １５．１３ ５．４　氧化沟活性污泥工艺系统 （ＯＤ 工艺系统） ５４１　概述 氧化沟工艺属活性污泥工艺系统的一个变形。所以称之为氧化沟，是因为本工艺的活 性污泥反应器在表面上呈环状的沟渠形而得名，被处理污水与活性污泥形成的混合液，在 连续进行曝气的环状沟渠内不停地循环流动，所以又被称之为循环曝气池。 氧化沟活性污泥工艺系统 （简称氧化沟工艺系统或氧化沟工艺）是在２０世纪５０年 代，由荷兰的巴斯维尔 （Ｉ．Ａ．Ｐａｓｖｅｅｒ）博士所开发，并于１９５４年在荷兰的福尔斯霍藤 （Ｖｏｏｒｓｃｈｏｔｅｎ）市建成了第一座氧化沟工艺系统的污水处理厂。该工艺采用间歇的运行方 式，将有机污染物的降解、泥水分离、污泥稳定等项反应进程全部集中于统一的反应器 （氧化沟）内进行，ＢＯＤ５ 的降解率高达９７％，运行稳定，维护方便，氧化沟活性污泥工 艺系统被认定为效果优异的污水处理技术，受到多数国家的重视，并得到广泛的应用。 多数污水处理厂运行的实践证实，氧化沟工艺系统处理城市污水的效果显著。目前， 除城市污水外，氧化沟活性污泥工艺系统已有效地用于化工废水、造纸废水、印染废水、 制药废水等多种工业废水的处理。 氧化沟工艺系统在进一步地完善，配套设施也在不断地更新，使得本项工艺的应用范 围越来越广泛。当前，在世界的范围内，处理规模在１０万 ｍ３／ｄ以上的氧化沟工艺系统 的污水处理厂己比较普遍。 我国于２０世纪８０年代引进 氧 化 沟 工 艺 系 统， 首 先 在 邯 郸 市 建 成 一 座 规 模 为 １０ 万 ｍ３／ｄ的氧化沟工艺系统，采用的是交替式氧化沟工艺系统，处 理 效 果 良 好。以 后 又陆续在上海、广州、杭州、苏州、唐山、西安、昆明等十数座城市建成采用氧化 沟工艺系统的污水处理厂。采用的氧化沟类型包括在世界上流行的所有类型。氧化 沟工艺系统现在已成为我国城市污水采用的主要处理工艺之一。 ５４２　氧化沟工艺系统的工作原理及技术特征 １． 氧化沟工艺系统的基本流程、构造型式与运行方式 图５４０所示为城市污水氧化沟工艺典型系统流程图。 由图可见，氧化沟工艺系统的主体反应器为氧化沟，系统内不设初沉池，作为预处理 ２２８

技术，设格栅及沉砂池。经过格栅及沉 砂池处理后的原污水与从二沉池回流的 回流污泥进入反应器氧化沟，形成的混 合液，以介 于 ０．２５～０．３５ｍ／ｓ之 间 的 流 速在氧化沟内向前水平流动。 顾名思义，氧化沟的表面呈沟渠形 的环状，平面多为椭圆形或圆形，周壁 由钢筋混凝土筑成。氧化沟的通水断面 图５４０　城市污水氧化沟 的几何形状、具体尺寸与所选定的曝气 工艺系统典型处理流程图 与推进装置密切相关，所以要根据所选 定的曝气装置和混合设备校核、确定。例如氧化沟的深度就主要取决于所采用的曝气与推 进装置，一般多介于２．５～５．５ｍ 之间，最深可达８．０ｍ。 曝气与推进装置是氧化沟工艺系统非常重要的设备，其主要的功能有三：一是推动沟 渠内的混合液能够保持着０．２５～０．３５ｍ／ｓ的流速向前流动；二是使混合液中的有机底物、 活性污泥微生物能够得到充分的高频率的接触；其三则是连续地向混合液充氧，以满足活 性污泥微生物生命活动的需求。 氧化沟工艺系统一般按传统活性污泥工艺的延时曝气方式运行，水力停留时间可取 ２４ｈ，生物固体平均停留时间 （污泥龄）一般取值：２０～３０ｄ。 曝气与推进装置安设的台数及各自的位置以及原污水进水装置的位置、处理水排放装 置的位置、回流污泥进入装置的位置等，都需要根据该氧化沟对污水处理目的的不同要 求，统一全面考虑，周密进行安排，以求实效。如果是单纯地要求去除 ＢＯＤ 值，原污水 进入装置以安装在曝气与推进装置的上游为宜，回流污泥可与原污水同步进入，处理水排 出装置则应安装在进水装置的上游，与进水装置保持一定的距离。 ２． 氧化沟工艺系统的技术特征 （１）在工艺方面的特征 为了便于讨论氧化沟工艺系统在工艺方面的特征，我们首先罗列出处理城市污水的氧 化沟工艺系统一般所采用的基本运行参数值：水力停留时间为１０～２４ｈ。污泥龄为１０～ ３０ｄ；ＢＯＤ 污 泥 负 荷 低 为 ０．０５～０．１０ｋｇ ＢＯＤ５／ｋｇＭＬＳＳ·ｄ； 容 积 负 荷 为 ０．２～ ０．４ｋｇＢＯＤ５／ （ｍ３·ｄ），混合液中活性污泥浓度值为２０００～６０００ｍｇ／Ｌ等。再结合在前节 对氧化沟工艺系统在有关系统组成、运行方式、工作效果等项阐述的内容来综合考虑，氧 化沟工艺系统在工艺各方面具有如下各项的技术特征： １）氧化沟工艺系统的处理工艺流程简易 氧化沟工艺系统的处理工艺流程简易，由此可获得一定的效益。以处理城市污水的氧 化沟工艺系统为例，预处理工艺简化，不设初次沉淀池，仅设粗、细格栅及沉砂池，去除 污水中的较大的悬浮杂质及砂石等无机杂质。原污水挟入的悬浮杂质，一般以有机性者居 多，由于在氧化沟内的停留时间较长，在较强的水力冲刷作用下，被分解为微小颗粒，最 终为活性污泥微生物所摄取与分解；或得到一定程度的稳定处理。 在氧化沟内混合液存留的悬浮物质，由于停留时间长，在量上得到减少，而且受到一 定程度的稳定化处理，这样，能够降低剩余污泥的产量，而且勿需对其进一步采取污泥处 ２２９

理的技术措施。 可以考虑将二次沉淀池与氧化沟合建，这样能够省却建设独立的活性污泥回流系统， 使氧化沟工艺系统流程更为简化、紧凑。 ２）氧化沟工艺系统的污水处理水水质稳定，效果优异良好 按规定，氧化沟内的混合液是按延时曝气的参数运行，其各项运行参数值前已列举， 对城市污水进行处理时，其处理水水质的各项主要污染指标应当是能够达到下列数值： ＢＯＤ５ 介于１０～１５ｍｇ／Ｌ，ＳＳ为１０～２０ｍｇ／Ｌ，ＮＨ４＋ —Ｎ 为１～３ｍｇ／Ｌ。 表５１５所列举的是美国国家环保局 （ＥＰＡ）对２９座以氧化沟工艺系统为主体处理技 术的污水处理厂污水处理效果的年平均统计数据。表５１６所列出的则是氧化沟工艺系统 与其他生物处理工艺对污水处理效果数据的比较。 对我国邯郸市东污水处理厂多年的运行数据进行分析证实：处理水 ＢＯＤ５ 值及悬浮物 质浓度值 （ＳＳ）低于３０ｍｇ／Ｌ出现的频率分别为９２％和９６％。 上列数据能够充分说明氧化沟工艺系统处理城市污水，在降解 ＢＯＤ５ 及去除悬浮物质 方面的效果是优异的。 美国２９座污水处理厂处理水年平均水质指标数据 表５１５ 污染指标 处理水浓度 （ｍｇ／Ｌ） 去除率 （％） 年平均 夏季 ９３ ＢＯＤ５ 冬季 夏季 年平均 冬季 ９４ ＳＳ １５．２ １．２ １２．３ ９２ ９４ １３．６ ９．３ １．５ ９３ ９４ 氧化沟工艺系统与其他类型生物处理系统处理效果相比较数据 表５１６ 处理水浓度低于下列数值的时间比例 （％） 工艺系统 １０ｍｇ／Ｌ ２０ｍｇ／Ｌ ３０ｍｇ／Ｌ ＴＳＳ ＢＯＤ５ ＴＳＳ ＢＯＤ５ ＴＳＳ ＢＯＤ５ 氧化沟工艺系统 ６５ ６５ ８５ ９０ ９４ ９６ 普通活性污泥系统 ４０ ２５ ７５ ７０ ９０ ８５ 生物转盘系统 ２２ ３０ ４５ ６０ ７０ ９０ 不仅如此，利用氧化沟工艺系统在工艺方面的某些特征，能够扩大氧化沟工艺系统的 净化功能领域，如在氧化沟系统，采用的较长的污泥龄参数，一般可达１５～３０ｄ，为普通 活性污泥法工艺系统的３～６倍。能够存活、繁殖世代时间长，增殖速度慢的微生物，如 硝化菌，此外在氧化沟内曝气器的下游，随着与曝气器的距离逐步增大，混合液中的溶解 氧浓度，将不断地降低，氧化沟工艺系统可能出现好氧区→缺氧区的交替变化，这些特征 相结合，再经人力的有效调整与控制，就能够使在氧化沟工艺系统中产生硝化反应及反硝 化反应的进程，取得脱氮的效果。 此外，如在氧化沟工艺系统适当区段增设厌氧区，能够提高系统的除磷功能。又如将 氧化沟工艺作为 ＡＢ活性污泥工艺系统的 Ｂ段，能够提高系统的整体负荷，提高处理水 的水质。 综上所述，可以认 定： 氧 化 沟 工 艺 系 统 工 艺 流 程 简 单， 运 行 操 作 有 很 强 的 灵 活 多 样性。 ２３０

（２）在构造方面的特征 氧化沟一般多呈环形沟渠状，平面多为椭圆形或圆形，也有采用马蹄形、同心圆形和 平行多渠道形的。过水断面多采用矩形，也有采用梯形或单侧梯形的。氧化沟的总长可达 几十米，甚至在１００ｍ 以上。单沟道宽度一般为水深度的２倍，沟道的深度则取决于曝气 装置的强度，一般在２～６ｍ 之间。 单一氧化沟的进水装置比较简单，只要伸进一根进水管即可，如双座氧化沟平行工作 时，则应设配水井，以求均匀配水。采用交替工作氧化沟系统时，在配水井内还要设置自 动控制装置，以变换水流方向。 氧化沟的出水，一般采用溢流堰式，宜于采用可升降式的，以调节氧化沟内的水深， 采用交替工作氧化沟系统时，溢流堰应能自动启闭，并与进水装置相呼应以控制氧化沟内 的水流方向。 （３）在水流混合流态方面的特征及其效益 在水流流态方面，氧化沟是独特的，介于完全混合与推流之间。对此，作以下的说 明。污水流入氧化沟内，在曝气装置的推动作用下，（必要时在沟渠底部设水下推进装置） 迅速并均匀地与沟内原有混合液相混合，并随同在沟道内循环流动。 混合液在沟 渠 内 的 流 速 介 于 ０．２５～０．３５ｍ／ｓ之 间， 以 平 均 流 速 为狏＝０．３ｍ／ｓ考 虑， 当氧化沟总长度为犔＝９０～３５０ｍ 时，则混合液完成一个循环所需时间为５～２０ｍｉｎ，如污 水在氧化沟内的 停 留 时 间 定 为 ２４ｈ， 则 在 整 个 停 留 时 间 内， 要 进 行 ７２～２８８ 次 循 环。 对 此，可以认定，在氧化沟内混合液的水质是几近一致的，从这种情况来判断，混合液在氧 化沟内的流态可按完全混合型考虑。 但是，在流动的氧化沟内，混合液在氧化沟的某些区段，确实又存在着推流式流态的 特征。如在曝气装置之后的下游，混合液的溶解氧含量从高浓度向低浓度变化，甚至可能 出现缺氧和完全缺氧的区段，在氧化沟的某些区段内存在着明显的溶解氧浓度的梯度。 氧化沟的这种独特的流态，在同一的活性污泥反应器内存在着好氧区、缺氧区和完全 缺氧区的条件。这样就有可能在同一的氧化沟反应器内，实现硝化反应和反硝化反应的效 应。取得反硝化脱氮的效果。就此，可以取得下列各项效益，即：能够利用硝酸盐中的 氧，节省供氧量；通过反硝化反应恢复硝化反应消耗的部分碱度；使反硝化区段与原污水 进口相邻，可以直接应用原污水中的碳源，这一些技术措施，能够取得节省能源和化学试 剂用量的效益。 本节将就当前在国内、外广泛应用，并行之有效的几种类型的氧化沟工艺系统加以 阐述。 ５４３　巴斯维尔 （犘犪狊狏犲犲狉）氧化沟工艺系统 １． 巴斯维尔氧化沟工艺系统的基本流程与工艺特征 巴斯维尔氧化沟工艺系统就是在本节概述一节内所阐述的在２０世纪５０年代，由荷兰 的巴斯维尔 （Ｉ．Ａ．Ｐａｓｖｅｅｒ）博士所开发，并作为主体污水处理构筑物，于１９５４年在荷兰 的福尔斯霍藤市建成了世界上第一座氧化沟工艺系统的污水处理厂。巴斯维尔 （Ｐａｓｖｅｅｒ） 氧化沟工艺系统也可以称之为 “传统氧化沟工艺系统”。 巴斯维尔氧化沟活性污泥工艺系统的污水处理厂示之于图５４０。 巴斯维尔 （Ｐａｓｖｅｅｒ）氧化沟工艺系统拥有氧化沟工艺系统所应有的各项基本特征。 ２３１

（１）巴斯维尔氧化沟工艺采用间歇的运行方式，将有机污染物降解、泥水分离、污泥 稳定等项反应进程全部集中于统一的反应器 （氧化沟）内实施。 （２）巴斯维尔氧化沟工艺具有氧化沟所应具有的独特的水流特征，即：同时具有完全 混合及推流两种流态的特征。有利于克服短流现象和提高缓冲能力。由于在水流过程形成 明显的溶解氧梯度，沿水流方向即形成富氧区、需氧积累区和缺氧区，据此能够籑据要 求，设硝化反应区及反硝化反应区。对此，为了满足反硝化反应应有充足碳源的要求，原 污水进水点应设于缺氧区前。 （３）巴斯维尔氧化沟工艺采用卧式转刷曝气器，曝气器拥有两项功能，即推动沟内混 合液以不低于狏＝０．３ｍ／ｓ的流速向前流动，又连续地向混合液充氧。在氧化沟形成两个 能量区，在设置曝气器的水区为高能区，平均速度梯度 犌＞１００ｓ－１，功率密度达１０６～ ２１２Ｗ／ｍ３，这有利于氧的转 移 与 混 合 液 的 混 合；在 环 流 的 低 能 区，平 均 速 度 梯 度 犌＜ ３０ｓ－１，这有利于污泥絮凝体的良好形成，提高了污泥的性能。 （４）巴斯维尔氧化沟工艺系统整体的推流体积功率较低，可节省能量，沟内混合液在 曝气器的推动下，克服摩擦阻力和弯道阻力，在独特的环状惯性作用下，可保持混合液的 流动和使活性污泥处于良好的悬浮状态。 （５）当巴斯维尔氧化沟的深度有必要加大时，可考虑设置水下推进装置，这种措施要 增加设备和提高能耗，但却也能够提高氧化沟运行的灵活性，在必要与可能时，可使水下 推进装置单独运行。 以上各项是巴斯维尔氧化沟工艺系统所具备的技术特征，应当说也是传统氧化沟工艺系 统所具备的技术特征，也可以进一步认定，这些技术特征也应当是其他各类型氧化沟工艺所 具备的。因为无论哪一种类型氧化沟都拥有一项共同的技术设备———循环流动反应器。 ２． 巴斯维尔氧化沟工艺系统在技术上的改进 巴斯维尔氧化沟工艺系统在应用后，由于处理效果良好，受到好评。同时，在技术上得 到改进。首先是延长氧化沟的长度，将间歇式的运行改进为连续式运行，如图５４１所示。 开创出带侧渠的氧化沟工艺系统 （图５４２），集有机底物降解去除与污泥沉淀于一 体，开 “一体化”氧化沟工艺系统的先河，保持连续进水与连续出水的运行方式，两座侧 渠交替充作沉淀池运行。充作沉淀池的侧渠，关闭转刷曝气器，开启排出水溢流堰。当启 动另一座侧渠作为沉淀池运行时，则关闭出水溢堰，启动转刷曝气器，搅起已沉淀污泥， 使污泥回流氧化沟工艺系统，勿需另设污泥回流系统。 图５４１　连续运行的巴斯维尔氧化沟工艺系统 图５４２　带侧渠的氧化沟 工艺系统 １—污水泵站；１′—回流污泥泵站；２—氧化沟； ３—转刷曝气器；４—剩余污泥排放；５—处理水排放； ６—二次沉淀池 ２３２

５４４　卡罗塞 （犆犪狉狉狅狌狊犲犾）氧化沟工艺系统 １． 基本型卡罗塞氧化沟工艺系统及其应用简况 基本型卡罗塞氧化沟工艺系统，是由多沟渠串联的氧化沟和二次沉淀池、污泥回流系 统所组成，图５４３所示为２～８渠道串联的几种类型的基本型卡罗塞氧化沟工艺系统表面 示意图。 图５４４所示则为卡罗塞基本型６渠道氧化沟工艺系统图，图上所示为采用竖轴表面 曝气器的普通型卡罗塞氧化沟工艺系统。氧化沟分为３组在每组的转弯处设置一台竖轴式 表面曝气器。 第一代基本型卡罗塞氧化沟工艺系统是在２０世纪６０年代后期由荷兰 ＤＨＶ 技术咨询 公司所开发。迄今在世界上已有８００多座以卡罗塞氧化沟工艺系统作为基本处理工艺的污 水处理厂 投 入 生 产 运 行，应 用 领 域 行 业 广 泛，污 水 处 理 厂 规 模 从 ４００ｍ３／ｄ 到 １１３ 万 ｍ３／ｄ。 ２． 基本型卡罗塞氧化沟工艺系统的主要工艺特征及其产生的效应 （１）与传统的巴斯维尔氧化沟工艺最主要的区别点，是卡罗塞氧化沟工艺采用特殊设 计的竖轴表面曝气器 （简称竖轴表曝器）。由于?用竖轴表曝器，使卡罗塞氧化沟工艺系 统拥有以下各项工艺效应： １）防止短流的产生，而且能够充分发挥氧化沟工艺特有的完全混合流态的作用，使 卡罗塞氧化沟工艺系统具有很强的耐冲击负荷能力； 图５４３　卡罗塞氧化沟工艺系统表面示意图 图５４４　卡罗塞氧化沟工艺系统 （６沟渠普通型卡罗塞氧化沟工艺系统） １─原污水进入；２─氧化沟； ３─表面机械曝气器；４─导向隔墙； １—原污水进入；２—氧化沟；３—表面机械曝气器； ４—导向隔墙；５—流向二次沉淀池 ５─流向二次沉淀池 ２）竖轴表曝器的单机功率大 （可达１５０ｋＷ），采用这种设备，可使卡罗塞氧化沟工 艺系统减少使用设备的数量，简化工艺系统，便于管理。更主要的是氧化沟的深度加大到 ４．５～５．０ｍ，减少占地面积。输氧效率可达２．１ｋｇＯ２／ （ｋＷｈ），曝气功率密度大。 （２）卡罗塞氧化沟工艺系统的表曝器一般都安装在沟的一端，通过对表曝器的设计与 实际的操作控制和在氧化沟所特有推流流态的条件下，能够产生下列效应： １）靠近 表 曝 器 的 混 合 液 下 游 呈 富 氧 状 态，形 成 富 氧 区 段，随 着 混 合 液 以 不 低 于 ０．３ｍ／ｓ的流速下流，则流动的混合液将依次地降为适氧区段和低氧区段，而在表曝器上 ２３３

游则将形成缺氧区段，这种流态可以产生硝化反应与反硝化反应的效应，从而能够取得脱 氮的效果。 ２）卡罗塞氧化沟工艺系统的上述特性，能够使流至处理水出水堰处的混合液形成质 地良好的生物絮凝体，从而能够显著地提高二沉池泥、水分离的澄清效果。 （３）卡罗塞氧化沟工艺，对污水处理效果良好，ＢＯＤ５ 的去除率可达９５％以上，脱氮 率达９０％以上，除磷效果可达５０％，如配合投加铁盐措施，则可达９５％。 卡罗塞氧化沟工艺，在世界各地应用广泛，规模大小不等，规模大的污水处理厂，处 理污水量达６５００００ｍ３／ｄ，规模小的污水处理站，日处理污水童仅为２００ｍ３。 卡罗塞氧化沟工艺系统在我国也得到应用，对象有城市污水，也有有机性工业废水， 将其中主要应用厂家列举于表５１７中。 我国主要采用卡罗塞氧化沟工艺系统厂家及其主要技术特征 表５１７ 污水处理厂及厂家名 处理对象 规模 （ｍ３／ｄ） 型式及功能特征 昆明市兰花沟污水处理厂 城市污水 ５５０００ ６廊用于脱氮除磷 城市污水 ４００００ 桂林市东区污水处理厂 肉类加工废水 １２００ ４廊道 上海龙华肉联废水处理站 纺织废水 ５０００ ４廊道 制药废水 １０００ 山西针织厂废水处理站 西安杨森制药厂废水处理站 对其中规模最大的昆明兰花沟污水处理厂，拟作以下的深入补充说明。该厂处理对象 为城市污水，日处理污水量为５５０００ｍ３。该厂的是按脱氮除磷的目标进行设计的，采用６ 道沟渠式。各项指标的设计目标值为：ＢＯＤ５≤１５ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ≤５０ｍｇ／Ｌ，ＳＳ≤１５ｍｇ／Ｌ， ＴＮ≤１０ｍｇ／Ｌ，ＴＰ≤１０ｍｇ／Ｌ。 该污水处理厂于１９９１年４月建成，５月通水，７月运行基本稳定，出水水质均达到设 计要求，污泥沉降性能良好。 ３． 卡罗塞氧化沟工艺系统的演变与发展 为了进一步提高卡罗塞氧化沟工艺系统净化功能的稳定性和脱氮、除磷效果，ＤＨＶ 公司及其美国的专利特许公司 ＥＩＭＣＯ 公司在卡罗塞氧化沟工艺系统的基础上，进行了多 层次的改进与开发，使卡罗塞氧化沟工艺系统发生了多层次的演变，提高了其处理功能， 降低了运行能耗。 （１）ＡＣ卡罗塞氧化沟工艺系统 本工艺如图 ５４５ 工艺系统所示，在 卡罗塞氧化沟前设厌氧池，这一措施可产 生下列各项效应： １）抑制活性污泥膨胀； ２）为 生 物 除 磷 创 造 条 件， 进 行 磷 的 图５４５　ＡＣ卡罗塞氧化沟工艺系统 先行释放，继之进行聚磷菌对磷的过量摄 取，提高系统的除磷效果，可使处理水的 磷含量降至２ｍｇ／Ｌ以下。 （２）卡罗塞氧化沟２０００ （Ｃａｒｒｏｓｅｌ２０００）型工艺系统 ２３４

本工艺系统示之于图５４６，是在１９９３年所开发的。本工艺系统在功能上的实际与传 统活性污泥工艺系统的脱氮 Ａ／Ｏ 工艺系统相同。 本工艺系统在构造上的主要特征，是在卡罗塞氧化沟本体前以巧妙独特的连接方式增 设一呈缺氧状态的前置预反硝化区 （图５４６）。前置预反硝化区，其容积为本系统总体容 积的１５％。由图５４６可见，前置预反硝化区外壁 （亦即氧化沟外壁）与表曝机旁设的导 流板之间的一侧留设一有一定宽度的缝隙，在系统的两侧各形成一导流通道，前置预反硝 化区就是通过这一导流通道与氧化沟本体工艺系统相连接的。 在卡罗塞工艺本体系统内的混 合液转弯处均设竖轴表曝器，在前 置预反硝化区池底可适当考虑设水 下推进器，以保证混合液在氧化沟 及预反硝化区内的正常流动。在卡 罗塞工艺本体系统内混合液能够反 图５４６　卡罗塞氧化沟２０００型工艺系统 复几度出现富氧—适氧—缺氧状态， 到达最后一座竖轴表曝器前的混合液，已取得高度的硝化反应效应，混合液已成为富含硝 酸盐的硝化液。 原污水进口、回流污泥入口都设置在最后竖轴表曝器之后，而排水堰则设在表曝器 之前。 成为富含硝酸盐硝化液的混合液，在最后表曝机的作用下，分成３股在最后表曝机前 流向各方，一部分混合液通过出水堰排出氧化沟流向二次沉淀池，在那里进行泥水分离， 处理水排出系统，部分污泥则回流氧化沟工艺系统；另一部分混合液继续在氧化沟工艺系 统循环流动；而第三部分混合液，则通过由氧化沟本体和前置预反硝化区形成的导流通道 进入前置预反硝化区，在那里进行反硝化脱氮反应。 原污水及回流污泥直接进入前置预反硝化区。在前置预反硝化区产生下列各项反应： 含富硝酸盐的混合液在预反硝化区与进入的原污水相混合接触，原污水中的有机污染物 （以 ＢＯＤ５ 值表示）作为碳源提供给反硝化反应的进程，与硝酸盐相结合的氧则耗于对原 污水中 ＢＯＤ５ 的氧化降解。分解出来的气态氮则向空气中释放。 卡罗塞氧化沟２０００型工艺系统是一项先进的经济的硝化－反硝化脱氮工艺。通过设 在表曝机周围导流板与氧化沟外壁形成的导流通道，充分地利用卡罗塞氧化沟工艺系统渠 道已有的流速，在不增加任何回流提升动力的条件下，能够将相当于４００％进水流量的硝 化液回流到前置预反硝化区与原污水混合，并进行强有的反硝化反应。本工艺还使反硝化 反应进程的一切优点都得到充分发挥，如由原污水向反硝化反应提供需要的碳源，在缺氧 条件下，利用与硝酸盐结合的氧氧化去除 ＢＯＤ５，节省曝气能耗，活性污泥性能也相应地 得到改善等。 卡罗塞氧化沟２０００型工艺系统，最显著的优点是在无需增加任何回流提升动力的条 件下，实现硝化液的高回流比。 据可靠资料报道：经卡罗塞氧化沟２０００型工艺系统处理的城市污水，其处理水的各 项主要污染指标可达：ＢＯＤ５≤１０ｍｇ／Ｌ，ＴＳＳ≤１５ｍｇ／Ｌ，ＴＮ＝７～１０ｍｇ／Ｌ。 （３）Ａ２Ｃ／卡罗塞氧化沟２０００型工艺系统 ２３５

本工艺系统是在完全保持卡罗塞氧化沟２０００型工艺系统的基础上，再增设一前置厌 氧反应区 （池），其目的是取得脱氮除磷的双重处理效果 （图５４７）。原污水及回流污泥 都首先进入增设的前置厌氧反应区。 在增设的厌氧反应区产生下列各项反应： １）兼性反硝化菌异化原污水及回流污泥中含有的硝酸盐及亚硝酸盐，得以脱氮； ２）在兼性菌的作用下，可溶性有机污染物 （ＢＯＤ５ 值）转化为 ＶＦＡ （挥发性脂肪 酸），聚磷菌获取 ＶＦＡ，将其同化成 ＰＨＢ ［对羟基苯 （甲）醛］，所需能量来源于聚磷菌 的水解并导致磷酸盐的释放。 在厌氧反应区后继的前置反硝化 （缺氧）区内产生下列反应： １）兼性反硝化菌异化由厌氧区流入及由卡罗塞氧化沟工艺系统本体分流过来的硝酸 盐及亚硝酸盐，使脱氮反应得到进一步的强化； ２）聚磷菌利用由卡罗塞氧化沟工艺系统本体分流过来混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐 所提供的电子吸收磷，避免了产生同时进行反硝化反应和吸收磷反应，所出现的碳源 （由 有机污染物提供）不足的问题。在后继的卡罗塞氧化沟工艺系统本体的流动过程，实施并 完成降解有机污染物 （去除 ＢＯＤ５ 值）、硝化、吸收磷等反应过程。 据实测，Ａ２Ｃ／卡罗塞氧化沟２０００型工艺系统对污水的处理效果，极为优异，处理水 的各项主要指标能够达到：ＢＯＤ５∶ＴＳＳ∶ＴＮ∶ＴＰ＝１０∶１５∶ （７～１０）∶ （１～２）。 （４）４阶段卡罗塞－巴登弗 （ＣａｒｒｏｕｓｅｌＢａｒｄｅｎｐｈｏＴＭ）氧化沟工艺系统 本系统是在卡罗塞氧化沟２０００型工艺系统后增设二次缺氧池和再曝气池 （图５４８） 以求得更深程度的脱氮效果。其处理水可达到的处理效果为 ＢＯＤ５∶ＴＳＳ∶ＴＮ＝１０∶ １５∶３。 图５４７　Ａ２Ｃ／卡罗塞氧化沟 图５４８　４阶段卡罗塞—巴登弗 ２０００型工艺系统 氧化沟工艺系统 （５）５阶段卡罗塞巴登弗 （ＣａｒｒｏｕｓｅｌＢａｒｄｅｎｐｈｏＴＭ）氧化沟工艺系统 本系统是在 Ａ２Ｃ／卡罗塞氧化沟２０００型工艺系统后，增设二次缺氧池和再曝气池，以 求取得更深程度的脱氮、除磷效果。其处理水可达到的处理效果为：ＢＯＤ５∶ＴＳＳ∶ＴＮ∶ ＴＰ＝１０∶１５∶３∶１以下。 （６）卡罗塞氧化沟３０００型工艺系统 这是最新开发的卡罗塞氧化沟工艺系统，是一种占地面积小、运行高度灵活的卡罗塞 氧化沟工艺系统。 卡罗塞氧化沟３０００型工艺的平面示之于图５４９。对图５４９所示的平面构造示意图作 如下的说明。 图５４９所示为建于荷兰 ＬｅｉｄｓｃｈｅＲｉｊｎ污水处理厂的卡罗塞氧化沟３０００型工艺系统的 ２３６