污水处理工艺技术总结（全）
一、二级处理阶段
1、有机物去除工艺
（1）生物膜法
十八世纪中叶，欧洲工业革命开始，其中，城市生活污水中的有机物成为去除重点。1881年，法国科学家发明了第一座生物反应器，也是第一座厌氧生物处理池—moris池诞生，拉开了生物法处理污水的序幕。1893年，第一座生物滤池在英国Wales投入使用，并迅速在欧洲北美等国家推广。技术的发展，推动了标准的产生。1912年，英国皇家污水处理委员会提出以BOD5来评价水质的污染程度。
（2）活性污泥法
1914年，Arden和Lokett在英国化学工学会上发表了一篇关于活性污泥法的论文，并于同年在英国曼彻斯特市开创了世界上第一座活性污泥法污水处理试验厂。两年后，美国正式建立了第一座活性污泥法污水处理厂。活性污泥法的诞生，奠定了未来100年间城市污水处理技术的基础。
活性污泥法诞生之初，采用的是充-排式工艺，由于当时自动控制技术与设备条件相对落后，导致其操作繁琐，易于堵塞，与生物滤池相比并无明显优势。之后连续进水的推流式活性污泥法（CAs法）（如图1）出现后很快就将其取代，但由于推流式反应器中污泥耗氧速度沿池长是变化的，供氧速率难以与其配合，活性污泥法又面临局部供氧不足的难题。1936年提出的渐曝气活性污泥法(TAAs)和1942年提出的阶段曝气法(SFAS)，分别从曝气方式及进水方式上改善了供氧平衡。1950年，美国的麦金尼提出了完全混合式活性污泥法。该方法通过改变活性污泥微生物群的生存方式，使其适应曝气池中因基质浓度的梯度变化，有效解决了污泥膨胀的问题。
随着在实际生产生的广泛应用和技术上的不断革新改进，20世纪40-60年代，活性污泥法逐渐取代了生物膜法，成为污水处理的主流工艺。
1921年，活性污泥法传播到中国，中国建设了第一座污水处理厂—上海北区污水处理厂。1926年及1927年又分别建设了上海东区及西区污水厂，当时3座水厂的日处理量共为3.55万吨。
2、脱氮除磷工艺
20世纪50年代，水体富营养化问题凸显，脱氮除磷成为污水处理的另一主要诉求。于是，在活性污泥法的基础上衍生出了一系列的脱氮除磷工艺。
（1）除磷工艺
50年代初，摄磷菌被发现并用于除磷。（如图2）
（2）脱氮工艺
1969年，美国的Barth提出采用三段法除氮（如图3），第一段是好氧段，主要去除有机物，第二段加碱硝化，第三段是厌氧反硝化，除氮。
1973年，Barnard在原有工艺基础上，将缺氧和好氧反应器完全分隔，污泥回流到缺氧反应器，并添加了内回流装置，缩短了工艺流程，也就现在常说的缺氧好氧（A/O）工艺（如图4）。
（3）A2O工艺
70年代，美国专家在A/O工艺的基础上，再加上除磷就成了A2O工艺（如图5）。我国1986年建厂的广州大坦沙污水处理厂，采用的就是A2O工艺，当时的设计处理水量为15万吨，是当时世界上最大的采用A2O工艺的污水处理厂。
（4）氧化沟工艺
A2O工艺是将生物处理厌氧段和好氧段进行了空间分割，而氧化沟则为封闭的沟渠型结构，结合了推流式和完全混合式活性污泥法的特点，集曝气、沉淀和污泥稳定于一体。污水和活性污泥的混合液不断地循环流动，系统中能够形成好氧区和缺氧区，进而实现生物脱氮除磷（如图6）。氧化沟白天进水曝气，夜间用作沉淀池。活性污泥法相比 , 其具有处理工艺及构筑物简单、泥龄长、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等优势。
1953年，荷兰的公共卫生工程研究协会的Pasveer研究所提出了氧化沟工艺，也被称为“帕斯维尔沟”。1954年，在荷兰的伏肖汀（Voorshoten）建造了第一座氧化沟污水处理厂，当时服务人口仅为360人。60 年代，这项技术在欧洲、北美和南非等各国得到了迅速推广和应用。据统计，到1977年为止，在西欧有超过2000多座的帕斯维尔型氧化沟投入运行。
1967年，荷兰DHV公司开发研制了卡鲁塞尔（Carroussel）氧化沟。它是一个由多渠串联组成的氧化沟系统。卡鲁塞尔氧化沟的发展经历了普通卡鲁塞尔氧化沟、卡鲁塞尔2000氧化沟和卡鲁塞尔3000氧化沟三个阶段。
1970年，美国的Envirex公司投放生产了奥贝尔（Orbal）氧化沟。它由3条同心园形或椭圆形渠道组成，各渠道之间相通，进水先引入最外的渠道，在其中不断循环的同时，依次进入下一个渠道，相当于一系列完全混合反应池串联在一起，最后从中心的渠道排出。
交替式工作氧化沟是由丹麦克鲁格（Kruger）公司研制，该工艺造价低，易于维护，通常有双沟交替和三沟交替（T型氧化沟）的氧化沟系统和半交替工作式氧化沟。
（5）两段法工艺
早期的两段法只是将一套活性污泥法的两组构筑物串联，一段和二段曝气池体积相同，且多合并建设，大部分有机物在第一段被吸附降解，第二段的污泥负荷很低，其出水水质要优于相同体积曝气池的单级活性污泥法（如图7）。然而，由于第一段曝气池体积减小了一倍，相当于污泥负荷增加了一倍，处在易发生污泥膨胀的阶段，运行管理较为困难。
20世纪70年代中期，德国的Botho Bohnke教授开发了AB工艺（如图8）。该工艺在传统两段法的基础上进一步提高了第一段即A段的污泥负荷，以高负荷、短泥龄的方式运行，而B段与常规活性污泥法相似，负荷较低，泥龄较长，A段由于泥龄短、泥量大对磷的去除效果很好，经A段去除了大量的有机物以后B段的体积可大大减小，其低负荷的运行方式可提高出水水质。但是由于A段去除了大量的有机物导致B段碳源缺失，所以在处理低浓度的城市污水时该工艺的优势并不明显。
其后，为了解决脱氮时硝化菌需要长泥龄，除磷时聚磷微生物需要短泥龄的矛盾，开发了AO-A2O工艺（如图9）。该工艺由两段相对独立的脱氮和除磷工艺组成，第一段泥龄短，主要用于除磷，第二段泥龄长、负荷低，用于脱氮。
在AO-A2O工艺基础上奥地利研发出了Hybrid工艺（如图10），该工艺的两段之间有三个内回流装置，可以为第一段曝气池提供硝态氮、硝化菌以及为第二段曝气池提供碳源。第一段主要是去除有机物和磷，第二段是硝化功能，并靠第一段曝气池回流混合液进行反硝化脱氮。
（6）SBR工艺
序批式活性污泥法(SBR)工艺是在时间上将厌氧段与好氧段进行分割。20 世纪70 年代初由美国Irvine公司开发。它在流程上只有一个基本单元，集调节池、曝气池和二沉池的功能于一池，进行水质水量调节、微生物降解有机物和固液分离等。经典 SBR 反应器的运行过程为：进水→曝气→沉淀→滗水→待机（如图11、 12）。
80 年代初，连续进水的 ICEAS 工艺诞生（如图13）。该工艺在传统的SBR工艺基础上，在反应池中增加一道隔墙 ,将反应池分隔为小体积的预反应区和大体积的主反应区,污水连续流入预反应区,然后通过隔墙下端的小孔以层流速度进入主反应区，解决了间歇式进水的问题。
随后， Goranzy 教授开发了 CASS /CAST 工艺。与ICEAS工艺类似，在反应池前段增加了一个选择段,污水先与来自主反应区的回流混合液在选择段混合，在厌氧条件下,选择段相当于前置厌氧池,为高效除磷创造了有利条件。
90 年代，比利时的西格斯公司在三沟式氧化沟的基础上开发了 UNITANK 系统。它由 3 个矩形池组成,其中外边两侧的矩形池既可做曝气池,又可做沉淀池,中间一个矩形池只做曝气池该工艺把传统 SBR的时间推流与连续系统的空间推流有效地结合了起来。
MSBR法即改良型的SBR( Modified SBR)，采用单池多格方式,结合了传统活性污泥法和SBR技术的优点。反应器由曝气格和两个交替序批处理格组成。主曝气格在整个运行周期过程中保持连续曝气，而每半个周期过程中，两个序批处理格交替分别作为SBR和澄清池。该工艺可连续进水且可使用更少的连接管、泵和阀门。
（7）脱氮除磷新工艺
近几十年，能源、资源的短缺已经引起了广泛的关注，进一步脱氮除磷及对能源节约及资源回收的需求成为了污水处理工艺发展的主流方向。一批新兴脱氮除磷技术得以应用。
ANAMMOX-SHARON 组合工艺
1994年，荷兰Delft大学开发了厌氧氨氧化（ANAMMOX）技术，厌氧氨氧化菌在缺氧环境中，能够将铵离子(NH4+)用亚硝酸根(NO2-)氧化为氮气。
该工艺与传统反硝化工艺相比是完全自养，不需任何有机碳源。
1998年，荷兰Delft大学基于短程硝化反硝化原理开发了SHARON工艺，首例工程在荷兰鹿特丹DOKHAVEN水厂。其基本原理是在同一反应器内，先在有氧条件下利用亚硝化细菌将氨氧化成NO2-；然后再在缺氧条件下已有机物为电子供体将亚硝酸盐反硝化，形成氮气。工艺流程缩短且无需加碱中和。与传统活性污泥法相比可减少25%的供氧量及40%的反硝化碳源，有利于资源能源的回收利用，更适用于碳氮比浓度较低的城市废水。
目前，以SHARON工艺为硝化反应器，ANAMMOX工艺为反硝化反应器，与传统工艺相比能够节省60%的供氧和100%的碳源。
二、三级处理阶段
近十几年，随着污染加剧，水资源短缺严重，人类对水质提出了更高的要求，污水深度处理与回用技术兴起。污水处理厂的侧重点不再是核算污染物的排放量，而是如何改善水质。生物膜及膜分离技术开始显现其独特优势。
生物膜技术在20世纪60-70年代，随着新型合成材料的大量涌现再次发展起来，主要工艺有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床等。
目前，应用较多的膜处理技术主要有微滤（MF）、超滤（UF）、反渗透（RO）和膜生物反应器（MBR）技术。本世纪初的新加坡“Newwater ”水厂就是采用在二级处理后加超滤膜及反渗透膜的方式进行再生水回用处理。以史为鉴，可知兴替。回顾整个历史过程，城市生活污水处理的足迹随着人类健康的需求、水环境质量的变化、污水的处理程度在一级级的加深，同时操作管理、资金占地等成本问题又推动了水处理工艺技术的不断进化，其操作、占地、程序步骤、能源资源的投入都在一点点地简化。人们对水质的需求越来越高，而处理过程却越来越趋于简便。有趣的是，无论近几年业界所看好的厌氧生物技术还是源分离最终的土地灌溉，城市污水处理似乎又回到了它最初的形式，尽管其中蕴含的科技含量早已不可同日而语。大繁若简，最终还是归于自然。
污水处理各种原理与技术总结
1、什么是生物污水处理法?
◆生物处理是利用微生物来吸咐、分解、氧化污水中的有机物，把不稳定的有机物降解为稳定无害的物质，从而使污水得到净化.现代的生物处理法,按作用微生物的不同，可分好氧氧化和厌氧还原两大类.前者广泛用于处理城市污水和有机性工业废水。好氧氧化应用较广包含着很多艺种工艺和构筑物。生物膜法（包含生物过滤池、生物转盘）、生物接触氧化等多种工艺和构筑物。活性污泥法和生物膜法都是人工生物处理方法.此外还有农田和池塘的天然生物处理法,即灌溉田和生物塘。生物处理成本低廉，因此是目前应用最广泛的污水处理方法。
2、什么是废水处理量或BOD5去除总量和处理质量？
◆污水处理量或BOD5去除总量：每日进入污水厂处理的总污水流量(以m3/d计），可作为污水厂处理能力的一个指标。每日去除BOD5的总量亦可作为污水厂处理能力的指标。去除BOD5总量等于处理流量与进出水BOD5差值的乘积，以kg/d或t/d为单位。
◆处理质量：二级污水处理厂以出厂的BOD5与SS值作为处理质量指标。按新制订的污水处理厂出水排放标准，二级污水处理厂出水BOD5、SS均小于30mg/L。处理质量也可用去除率来衡量。进水浓度减出水浓度除以进水浓度即为去除率.氨氮、TP出水值或去除率也应用于处理质量指标.
3、什么是pH值及其指示意义？
◆pH表示污水的酸碱程度。它是水中氢离子浓度倒数的对数值，其范围为0～14，pH值等于7，则水呈中性，小于7呈酸性，数值越小，其酸性越强，大于7呈碱性，数值越大,其碱性越强.污水中pH值大小对管道、水泵、闸阀和污水处理构筑物有一定的影响.以生活污水为主的污水处理厂的pH值,通常为7。2～7.8.过高或过低的pH值,均可表明有工业废水的进入.过低的值会腐蚀管道、泵体并可能产生危害.例如污水中的硫化物会在酸性条件下，生成H2S气体。高浓度时使操作工作头痛、流涕、窒息甚至死亡。为此发现pH降低必须加强监测，寻找污染源，采取对策。同时，生化处理的pH允许范围是6~10,过高或过低都可影响或破坏生物处理.
4、什么是总固体(TS)？
◆是指水样在100℃温度下，在水浴锅上蒸发至干所余留的总固体数量。它是污水中溶解性固体和非溶解性固体的总和。它可反映出污水中固体的总浓度。通过进出水固体的分析可反映出污水处理构筑物对去除总固体的效果.
5、什么是悬浮固体（SS）?
◆是指污水中能被滤器截留的固体物质数量。悬浮固体一部分在一定条件下可以沉淀.测定悬浮固体通常是用石棉滤层过滤法进行。主要设备为古氏坩锅。当化验设备条件不具备时,也可采用滤纸作为滤器，从总固体与溶解固体的减差来求得悬浮固体量。测定悬浮固体时，由于滤器不同,常产生较大差异。
◆该项指标是污水最基本的数据之一。测定进水和出厂水的悬浮固体,可用来反映污水通过初沉池，二沉池处理后，悬浮固体减少的情况，它是反映构筑沉淀效率的主要依据。
6、什么是化学需氧量(COD）？
◆化学需氧量（简称COD）是指用化学方法氧化污水中有机物所需要的氧化剂的氧量。用高锰酸钾作氧化剂，测得的结果习惯上叫做耗氧量,用OC表示.用重铬酸钾作氧化剂，测得的结果称为化学需氧量以COD表示，二者的区别在于选用氧化剂的不同.以高锰酸钾作为氧化剂，只能氧化污水中的直链有机化合物,而以重铬酸钾作为氧化剂，它的作用比前者强烈与完全，除直链有机化合物以外，它能氧化高锰酸钾不能氧化的许多结构复杂的有机化合物。因此，同一污水COD值比OC值大得多。特别是当污水厂有大量工业废水进入时，一般都应测得重络酸钾法的化学需氧量.城市污水厂的COD值一般约为400～800mg/L.
◆高锰酸钾法的耗量值在污水厂中常被用来作为确定五日生化需氧量稀释倍数的参考数据。
7、什么是生化需氧量（BOD）？
◆生化需氧量：(简称BOD）是指在有氧条件下,水中的微生物分解有机物时所需要的氧量。它是一种间接表示有机物污染程度的指标，有机物的生化氧化分解通常有二个阶段,第一阶段主要是含碳有机物的氧化,称为碳化阶段,约需20天才能完成。第二阶段主要是含氮有机物的氧化、称为硝化阶段,约需100天才能完成.在公认的情况下,一般标准做法是在20℃温度下，培养5天，进行测定，测得数据称为五日生化需氧量.简称BOD5，因此BOD5表示部分含碳有机物分解的需氧量,生活污水的BOD5应约在70%左右。
◆五日生化需氧量的测定,是取原水样或经过适当稀释的水样,使其含有足够的溶解氧,以满足五日生化需氧的要求,将此水样分成二份,一份测得当天的溶解氧含量,而将另一份放入20℃培养箱内，培养5天后再测定其溶解含量,两者之差乘上稀释倍数即为BOD5。
◆BOD5测定过程中,正确选择稀释倍数至关重要。通常认为,选择的稀释倍数应使经过稀释的水样在20℃恒温箱内培养5天后，它的溶解氧减少在20％~80％时较为适当。但是，有时常因BOD5的稀释倍数掌握不当造成数值上的误差，甚至稀释倍数太小而得不到BOD5的数据。
8、测定BOD的用途？
◆BOD可反映污水被有机物污染的程度，污水中所含有机物越多，则消耗氧量亦越多，BOD数值也越高，反之亦然。因此它是污水水质指标中最为重要的一个。尽管测定BOD需时较长、数据不及时,但BOD指标带有综合性-—综合反映有机物总量，模拟性——模仿水体自净.因此很难用其他指标来代替。
对于污水处理厂来说，该指标的用途为：
a。反映污水有机物浓度。如进厂污水有机物浓度，出厂污水有机物浓度.城市污水处理厂进水BOD5一般可达150~350mg/L。
b。用以表示污水处理厂的处理效果。进、出水BOD5的减差除以进水BOD5即为该厂的BOD5去除率，是重要的指标。
c。污水处理厂的去除总量与出水BOD5，表示了在污水厂总的处理能力与对水体环境的影响量。
d。用来计算处理构筑物的运转参数，如曝气池的污泥负荷BOD5kg（MISS）或容积负荷BOD5kg/(m3／d）.
e.反映污水处理厂运转的技术经济数据,如除去每kgBOD耗用电量（度)，去除每kgBOD5需要的空气量.
f。衡量污水可生化程度，当BOD5/COD大于0。3时，说明污水可以进行生化处理.小于0。3时,则难以生化处理。比值在0.5~0。6时,生化过程很容易进行。
◆由此可见,测定BOD5的用处很大，它是污水处理厂最重要的一个测定项目.但测定所需时间较长,不能及时出数据。COD的化验反映污水中有机物被氧化剂氧化所需氧量，它的数据值接近于全部有机物的需氧量。因此它也有较大用处，而且COD测定时简短，一般城市污水厂COD﹥BOD，如果污水中有机物种类变化较少，则COD与BOD有一定的相互关系,因此就可用当天的COD来预测BOD5值。
◆根据各城市污水处理厂的运转数据,通常SS与BOD5在数值上大致相仿或者略为高些。如上海各污水厂的SS比BOD5在数值上平均高出50mg/L左右.
◆在进厂污水中如发现BOD5与SS成倍增长,则可能有高浓度的有机废水流入或者粪便大量进厂。这样将会增加处理负荷.使处理效率降低,甚至还会阻塞管道,必须追查原因,采取措施。
9、总氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮 （N、NH4+、NO2－NO－3)指示意义?
◆污水中有大量的含碳有机物与含氮有机物,前者以碳、氢、氧为基本元素.后者以氮、硫、磷为基本元素。含氮有机物在好氧分解过程中，最终会转化为氨氮肥、亚硝酸盐氮肥、硝酸盐氮、水和二氧化碳等无机物。因此测定上述三个指标可反映污水分解过程与经处理后无机化的程度。当二级污水处理厂中只有少量亚硝酸氮出现时,该处理出水尚不能稳定,当氧量不足时，则污水中的有机氮大多数转化为无机物，出水流入水体后是较为稳定的。一般进厂污水的氨氮值约30~70mg/L。进厂水中一般不含有亚硝酸盐与硝酸盐.二级污水处理厂一般不能大量除氮肥，处理程度较高时,能够将部份氨氮转化为硝酸盐氮。
10、磷、氮(P、N）指标意义？
◆污水中磷和钾的含量影响微生物的生长，活性污泥污处理污水要维持BOD5：N：P的比例在100:5:1以上，在城市污水厂,一般都能达到这个比例。有些工业废水达不到这个比例，就必须向污水添加营养剂.
11、什么是溶解氧、测定目的是什么?
◆溶解氧是指溶解于水中的氧量,它与温度、压力、微生物的生化作用有密切关系.在一定温度下，水中最多只能溶解一定量的氧，例如20℃时，蒸馏水的溶解氧饱和值为9。17 mg/L。
◆在污水处理中常常测定出水和曝气池中的溶解值，根据它的大小来调节空气供应量,了解曝气池内的耗氧情况以判断在各种水温条件下,曝气池耗氧速率。在运转过程中，要求曝气池内的溶解氧在1 mg/L以上，过低的溶解氧值表明曝气池内缺氧,过高的溶解氧不但浪费能耗，且可能造成污泥松碎、老化。
◆污水处理厂出水中含有溶解氧对水体环境是有益的，在可能的条件下,应让出水带有些溶解氧。
◆溶解氧在水体自净过程中是个重要参数，它可反映水体中耗氧与溶氧的平衡关系。
12、水温对运行的关系？
◆水温，水温对曝气池工作有着很大的关系.一个污水厂的水温是随季节逐渐缓慢变化的，一天内几乎无甚变化。如果发现一天内变化很大,则要进行检查，查否有工业冷却进入。全年在8～30℃范围内，曝气池在水温8℃以下运行时，处理效率有所下降，BOD5去除率常低于80%。
13、污泥负荷是什么?怎样调节？
a.污泥负荷=进入曝气池的BOD5数量(流量×浓度）/曝气池中MLSS总量（MLSS×池积）。
b。由于初沉池出水中的BOD5数量决定于进厂水质,一般难以调节,调节污泥负荷，减少MLSS，则提高污泥负荷，增加或减少MLSS一般通过增加或减少排泥来实现.
◆污泥负荷对处理效果,污泥增长和需氧量影响很大，必须注意掌握。一般来说，污泥负荷在0。2~0.5kg（BOD5）/（kg。d，掌握在0.3kg(BOD5）/「kg(MLSS）.d」左右.
14、曝气池容积负荷？
◆曝气池单位容积每天负担的BOD5量称为容积负荷kg(BOD5)/(m3。d）.容积负荷表示了建造该曝气池的经济性。容积负荷和混合液浓度及污泥负荷有如下关系:
BV=x。B5,式中(x即MLSS）。
15、污泥泥龄含义？
◆污泥泥龄=曝气池内MLSS数量（MLSS×池积）/剩余污泥中固体量(排放量×排泥浓度）。
◆污泥泥龄是曝气池中工作着的活性污泥总量与每天排放的剩余污泥之比值,单位是d。在运行平稳时,可理解为活性污泥在曝气中平均停留时间。
◆一般曝气池系统的污泥泥龄约5~6d。当要达到硝化阶段时，污泥泥龄需达8～12d或更高.
◆污泥泥龄和污泥负荷有相反的关系，污泥泥龄长,负荷低，反之亦然，但并不成绝对的反比例函数关系。
16、混合液悬浮固体浓度（MLSS)？
◆混合液悬浮固体浓度是曝气池中污水和活性污泥混合后的混合液悬浮固体数量，单位（mg/L），它是计量曝气池中活性污泥数量的指标，由于测定简便，往往以它作为粗略计量活性污泥微生物量的指标。在推动流曝气中MLSS一般为1000～4000mg/L,在合建的完全混合曝气池中,空气曝气的MLSS根少有超过8000mg/L.这是因为MLSS过高。妨碍充氧,也使它难以在二沉池中沉降.
17、混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）？
◆混合液挥发性悬浮固体浓度是指混合液悬浮固体中有机物的重量（通常用600℃下的烧灼减量来测定)，故有人认为能较MLSS更确切地代表活性污泥微生物的数量。不过MLVSS中还包括非活性的不能降解的有机物、也不是计量MLSS的最理想指标，对于生活污水，常在0。75左右。
18、污泥指数（SVI）？
◆污泥指数指曝气池混合液经30min静沉后，相应的1g干污泥所占的容积(以ml计)即：
SVI=混合液30min静沉后污泥沉积(ml）/污泥干重（g）
SVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度和凝聚沉降性能。良好的活性污泥SVI常在50~300之间，SVI过高的污泥浓度，在相同浓度情况下测得的SVI值才有价值。另因测定容器的大小对测定的数量有一定的影响，必须统一测定容器。
