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A2/O工藝最早是由美國的水處理專家在Phoredox工藝基礎上進行改良而成,后再經改良,衍生出UCT、MUCT、CSTR等工藝。該工藝是通過活性生物在厭氧、缺氧及好氧環境中的不同作用,來消化污水中的有機物,對水體中的氮、磷進行轉換、吸收實現脫氮、除磷,同時利用活性污泥對細菌和病毒的吸附作用來實現對污水的凈化,那么一體化污水處理設備到底是如何進行的呢?
污水處理通常設有三級處理工藝,一級工藝為物理作用環節,二級工藝為生化環節,三級工藝為物化環節。
一級工藝,為物理處理工藝,可以根據污水條件設置隔油、格柵、沉淀、氣浮、均質等環節,實現污水的油、渣分離,水樣均質,同時保障后續工藝設備不受影響。
二級工藝,為生化處理工藝,采用活性污泥法,內設填料及獨立膜組,分為厭氧區、缺氧區和好氧區,通過不同生物在不同環境下的作用實現污水凈化,具體如下。
在厭氧環節,兼性厭氧菌逐漸消解掉水體中的溶解氧,污水在密閉的環境中,形成厭氧區,厭氧菌開始大量繁殖,通過水解作用作用,非溶性大分子聚合物被水解為可以被生物吸收的小分子單體和二聚體;在酸化階段,溶解性有機物被轉化為以揮發性脂肪酸為主體的產物,進一步污水中的脂肪酸在產氫產乙酸菌的作用下,被水解成小分子乙酸;在發酵細菌的作用下,小分子單糖和氨基酸在發酵細菌的作用下被發酵為氫和乙酸;甲烷菌利用碳源和氫源合成甲烷排出,通過合成甲烷將脫落的氫匯入甲烷,可有效避免氫源對產氫產乙酸菌和發酵細菌的抑制作用。在厭氧環節營養物質按照BOD5:N:P=200:5:1的比例進行控制,通常無需補充營養物質。經厭氧環節,水體COD指標大幅下降,BOD指標上升,污水可生化性提升。同時在厭氧環境中,聚磷菌釋充分放體內磷元素,使得聚磷菌處于饑餓狀態,能有效提升后續有氧環節的脫磷效果。
在缺氧環節,厭氧菌及兼性厭氧菌同時作用,此環節在反硝化菌的作用下,污水中的亞硝態及硝態氮被作為電子受體,按照NO3-->NO2-->NO->N2O->N2的路徑逐步還原成氮氣逃逸,實現硝氮的脫除。經厭氧及缺氧環節后,污染水體CODCr大幅下降,BOD5/CODCr提升,水體可生化性得到大幅提升,硝氮指標下降,聚磷菌處于完全釋放的饑餓狀態。
進入好氧環節,通過底部曝氣,增加供氧量,水體中的含氧量迅速提升,厭氧型微生物迅速消亡,好氧型微生物快速生長,并消耗掉水體中的有機物,水體中CODCr與BOD5同步下降,在亞硝化細菌和硝化細菌的作用下,水體中的氨氮被轉化為亞硝酸氮和硝酸氮,氨氮指標下降,同時處于饑餓狀態的聚磷菌,迅速吞噬污水中的磷酸鹽,儲藏于體內,后續通過排泥,實現對污水的除磷作用。在好氧環節,可以通過對曝氣時間的控制,來控制硝化反應的進度,阻礙亞硝酸鹽被氧化成硝酸鹽,將此階段的混合液按比例回流至缺氧階段,一方面可以減少曝氣所需能耗,另一方面可以有效縮短前段反硝化反應時間。好氧環節水體營養按照BOD5:N:P=100:5:1進行控制,根據水體營養特性,在碳源不足的情況下,需要進行碳源補充。
在二級處理工藝中,厭氧環節反應所需時間長,能耗低,泥量少,不易控制,產生甲烷氣體;缺氧環節主要發生反硝化反應,污水中NOx-N指標下降;好氧環節需要曝氣,根據水體需要適當補充營養物質,反應所需時間短,污水中的CODCr、NH3-N、TP指標明顯下降,絕大部分細菌和病毒都能夠被活性污泥所吸附。此環節能耗高,反應快且易于控制,所產生的污泥量大。
經前序工藝的污水進入到MBR膜池,通過MBR的截留作用,未消解的大分子有機物,污泥被有效攔截。膜的截留作用,使得一些生長緩慢的菌類(如硝化細菌)被有效攔截,有助于提高污泥濃度,提升污水的處理效率;此外,在膜上形成的凝膠層能夠進一步攔截和消解污水中難消解的有機物,同時對于細菌及病毒也有非常好的吸附作用。在曝氣系統的設置上,應充分考慮前序曝氣與膜池曝氣的協同,膜池曝氣一方面向膜池提供了富足的氧氣,另一方面通過曝氣作用可以實現對膜組件的沖洗,選擇合適的曝氣比是減少曝氣能耗的主要手段之一。
經過一級工藝和二級工藝處理的污水已經具備很好的水質,根據排放或回用設計標準,通過增設三級處理,通過光照輻射、投藥(消殺劑、絮凝劑)等手段進行消殺、絮凝、過濾進一步提升水質,實現污水的最終凈化。
MBR膜工藝能夠有效截留污水中的污泥、難消解的大分子有機物、細菌及病毒,CODCr、TN、TP去除率分別在96%,92%、90%及以上(根據水質不同而不同),取代了傳統活性污泥法中的二沉池工藝,有效解決傳統活性污泥法因絲狀桿菌引起的污泥膨脹問題,污泥的截留作用使得膜池污泥濃度可達到15000mg/L甚至更高,通常為傳統污泥池污泥濃度的2~3倍,高濃度的污泥有效提升了污水的處理效率,大幅減少HRT,使得污水處理設備小型化,一體化成為現實。優秀的泥水分離作用,使得出水效果好,有效減少三級處理工藝的投資建造與運營成本,因此活性污泥+MBR膜處理工藝將會是未來污水處理的主流工藝。
輔助潔夫森智能與云端控制系統,設備實現智能化,自主運營,通過采集、分析水體指標,實現定量投藥,控制水循環和污泥循環,減少人工干預,有效減少運營成本。工作人員可以進行遠程監控,實時掌握設備運營狀態,并可適時施加人工干預,遠程求助,保障設備穩定健康地開展工作。
某污水廠處理項目A2/O+MBR膜工藝流程
——潔夫森品牌與技術運營中心聯合編制
2020-8-10