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1、二级处理系统二级处理又称生化处理，一般是由生物处理构筑物或设备与二次沉淀池组 成，它的主要作用是通过微生物的新陈代谢去除污水中呈胶体和溶解状态的有机 污染物。生物处理通常为活性污泥法或生物膜法。二级处理中使用的设备也是整 个城市污水处理厂的心脏设备，主要是鼓风机、曝气机和曝气器。二级处理（活性污泥法）的处理效率为 SS 去除率 70%90%,BOD5去除 率 65%95%。经二级处理后出水 SS 和 BOD5 均可降至 2030mg/L,般可达 到排放水体和灌溉农田的水质标准。其典型的工艺（普通活性污泥法）见图 4-I。以这种典型的工艺流程为基础，根据进出水水质、水量，二级处理活性污泥 法可采
2、用不同的工艺。K 4-1城市厉术址理慕统组成示意普通活性污泥法是最普遍采用和最成熟的处理工艺，它有传统活性污泥法、阶段曝气、吸附再生、延时曝气、完全混合等几种形式。目前一般的普通活性污 泥法应设计成能按上述前三种方式都能分别运行的工艺。传统活性污泥法的污水 和回流污泥均由曝气池池首流入，处理效果好，对 BOD5和 SS 的总处理效率均 为 90%95%,但曝气池前段供氧不足，后段供氧过剩，同时耐冲击负荷能力弱，曝气时间较长，一般为68h,适于大中型城市污水厂，其曝气方法有推流式和 完全混合式。阶段曝气的特点为污水沿池长多点进入，使 BOD 负荷沿池长得到 了均衡，增强了耐冲击负荷的能力，污肌的
3、处理并克服了传统活性污泥法的上述缺点，其曝 气方式一般为推流式。吸附再生法是污水从沿曝气池长方向的某一点进入，而回 流污泥则进入池首，在再生段进行曝气再生，而再生后的活性污泥在吸附段迅速 吸附污水中的有机物。该工艺具有较强的耐冲击负荷的能力，且曝气时间较短，一般为 35h,故曝气池容较小。对处理污水中悬浮性有机物浓度较高的污水，其处理效果较好，而对处理溶解性有机物较多的污水，则处理效果低于传统活性 污泥法，一般 B0D5和 SS 的总处理效率均为 80%90%。完全混合式活性污泥法常用的池型是将二沉池和曝气池合建的曝气沉淀池，采用表曝机曝气，污泥回流比为 100%500%，污水在池内的水力停留
4、时间为 35h,该工艺优点是无需鼓风机房和管道、耐冲击负荷能力强。缺点是处理效率 比普通活性污泥法低，BOD5和 SS 的总处理效率都只有 80%90%，活性污泥 较易产生污泥膨胀，此外运行安全性比鼓风曝气低。该工艺主要适用于小城市或 居民区的污水处理，也常用于工业废水处理。城镇污水二级处理系统中，曝气供氧的能耗最大，约占全系统总能耗的 50%，因此，降低曝气耗氧量是城镇污水处理厂节约能耗的主要环节。影响曝气耗氧量 的因素众多，难以定量表示，而且在实践中变化幅度较大。一般情况下，去除单位 BOD的耗氧量为 1 2kg/kg,低值v0.5kg/kg，高值2.5kg/kg。对于活性污泥法常用的设备
5、，中小型污水处理厂可以使用多级低速高心风机 和陶瓷曝气头，这样的鼓风机噪声小、曝气头充氧效率高；采用氧化沟工艺的可 以采用转刷或转碟；中型污水处理厂最好使用单级高速离心风机，以便控制和优 化鼓风机的送风量，节能降低成本。随着对氮、磷营养物排放标准的提高，目前的活性污泥法工艺中都结合了脱 氮或除磷的功能要求。因为常规的二级生化处理工艺虽然稳定可靠，可以有效地 降低污水的 BOD5和 SS,但对污水中同时存在的氮、磷等营养物只能去除10%20%，而典型城市污水中 TKN 含量 2040mg/L,TP 含量 410mg/L，因此采 用传统的二级生化处理工艺，其结果远不能达到综合排放标准中的一、二级排
6、放 标准。本节主要针对当前为满足营养物去除的要求所采用的生物去除营养物方法和二级处理相应所使用的曝气设备介绍二级处理系统营养物去除及相关二级处理工艺1.生物脱氨、除磷基本过程（I）生物脱氨基本过程 氨化反应未经处理的城市污水中存在着有机氮和氨态氮两种含氮化合物，一般以有机氮为主。有机氮化合物在好氧菌和氨化菌作用下，有机碳被降解为 C02,而有机氮被分解转化为氨态氮。例如氨基酸的氨化反应为：RCHNHRCHNH2 2COOH+COOH+|2 HWR TL-*RCOOH*RCOOH+CQjCQj+NHjNHj 硝化反应 在好氧状态下，硝化菌将氨态氮进一步分解氧化，使转化为硝酸盐氮：fjk MNH4
7、+NHNH；+2Oz+2Oz+H+H:O+2HO+2H+由上式可见，在硝化过程中，1 g NH4+-N 完成硝化反应，需 4.57g 氧，此叫 硝化需氧量（NO）。同时硝化反应使 pH 值下降，因硝化菌对 pH 值变化十分敏 感，为保持适宜的 pH 值，污水中应有足够的碱度。一般 1 g NH4+-N 完全消化需 碱度 7.I g（以CaCO3 计）。反硝化反应反硝化反应是在缺氧状态下，反硝化菌将硝酸盐氮还原成气 态氮（N2）的过程。控制 DO（溶解氧浓度）0.5 mg/L的情况下，兼性反硝化菌利用污水中的 有机碳源（污水中的 BOD 成分）作为电子供体，将来自好氧池混合液中的硝酸 盐和亚硝酸
8、盐还原成氮气排入大气，同时有机物得到降解。其反应为：g 十3H3H（电子供体有机物）一竺*/+OHOH-NQ+HNQ+H（电了供体有机樹）反确比反确比 寺N/N/+2H2H2 2O+OHO+OH该反应的实质是反硝化菌在缺氧环境中，利用硝酸盐的氧作为电子受体，污 水中的有机物作为碳源及电子供体提供能量并得到氧化稳定。在反硝化过程中、硝酸氮通过反硝化菌的代谢活动有同化反硝化和异化反硝 化两种转化途径，其最终产物分别是有机氮化合物和气态氮，前者成为菌体组成 部分，后者排入大气。如下式所示：f NQ-f NQ-NHjOHNHjOH一 有机悴厨牝反硝化）N N（X X J0J0A/O 工艺、A2/O 工
9、艺都是较简单的脱氮除磷工艺，它们将缺氧段、厌氧 段放在好氧工艺的前部，可以充分发挥厌氧菌群承受高浓度、高有机负荷的能力,进水充分利用厌氧菌群和好氧菌群各自的优势，污泥的沉降性能也较好，污泥后处理方便。由于 A/0、A2/0 工艺是在普通活性污泥法的基础上发展起来的，因而用 于对采用生物法处理的老污水厂做改造也较容易。测芾片据回谦 血50%50%-100W100W碣僦糾小説羸除科工艺的好耐厂I芒呼而r麗會被同SIRSIR产100%-100%-100%100%diaadiaa的LOTLOT脱晖艺ffi 4-20ffi 4-20部分生物JftUrJftUr瞧關工艺-tl闻療月314-21 PbmtH
10、p314-21 PbmtHp工苦的滾程示嵐在上述脱氮、除磷工艺的基础上，根据水质或工艺侧重点，在上世纪的后半叶，各国的研究人员又开发了很多新的脱氮、除磷 A/O 系列工艺，主要的见图 4 20。这些改进主要可分为以下两类。一类是增加缺氧、好氧反应池的级数，强化处理效果，如四阶段工艺、五阶 段工艺（Bardenpho 工艺或 Phoredox 工艺），脱氮效率可以达到 90%，出水总氮 浓度不超过 3mg/L，缺点是水力停留时间较长。另一类是改变混合液的回流方式或系统的进水方式，如南非开普顿大学开发 的UCT 工艺见图 420（c），采用两股混合液回流，在传统的好氧池混合液回流的基础上，又增加了
11、由缺氧池至厌氧池的混合液回流，由于缺氧池中的反硝 化作用已大大降低了池内 NO3-N 的浓度，这样就可以避免缺氧池回流液携带 的 NO3N 浓度过高而破坏厌氧池的厌氧状态，影响除磷效果。为了避免缺氧池 和好氧池两股回流液由于短流造成的交叉干扰，改良的 UCT 见图 4 20（d）又将缺氧池一分为二，以提高除磷效果。为了强化磷的去除，美国学者 Levin 提出了 Phostrip 工艺。Phostrip 工艺是 将生物和化学除磷结合起来，一部分回流污泥被分流到专门的除磷池进行磷的释 放，含磷的上清液再通过石灰混凝沉淀处理，大部分磷以磷酸钙的形式沉淀去除，出水总磷浓度低于 I mg/L。由于分流除
12、磷，所以工艺耐冲击负荷，缺点是工艺流 程复杂，运行管理不便。Phostrip 工艺的工艺流程见图 421，其中解吸池的作 用是在厌氧条件下使二次沉淀池送来的污泥中的磷释放。含有大量磷的上清液排 到沉淀池，投加石灰，利用化学沉淀形成 Ca3（PO4）2沉淀，除去上清液中的磷。解吸池解吸后的污泥回流至好氧池，沉淀池的出水进入初沉地，而污泥进行脱水 处理。该工艺除磷效果好，当城市污水处理出水中 TP 的浓度要达到污水综合 排放标准（GB8978199）一级标准时，可以考虑采用这一工艺。随着除磷研究在微生物学领域的深化，近年来研究发现了一种“兼性厌氧反 硝化除磷细菌（DPB）”，它能在缺氧环境下摄磷，
13、同时利用 N03一 N 来氧化污 水中的有机物，这就使得摄磷和反硝化这两个不同的生物过程，能够借助同一种 细菌在同一种环境中一并完成，这样不仅可缩小曝气区的体积，而且系统产生的 剩余污泥量有望降低。这类工艺的另一个优点是碳源和能源（曝气）都得到节省，这对于解决除磷系统反硝化碳源不足的问题和降低系统的充氧能耗都具有一定 的意义。由于生物除磷和反硝化过程都需要有机物，因而避免了这两个过程对碳 源的争夺。DEPHANOX 除磷脱氮工艺就是上述研究成果的应用体现。如图 4 22 所示，EPHANOX 工艺具有硝化和反硝化、除磷两套污泥回流系统，工艺具有能耗低、污泥产量小，且 COD 消耗量低的特点。反
14、硝化除磷污泥在厌氧区吸收有机物合 成 PHB 后，经泥、水分离而不经过好氧阶段直接进入缺氧区，聚磷菌体内的 PHB 未被消耗，全部用于反硝化摄磷，保证了反硝化所需的碳源。污泥系统的分离不 仅有利于把硝化和除磷污泥控制在各自最佳的泥龄条件下，而且使供氧仅用于硝化和厌氧后剩余有机物的氧化，减少了曝气量。研究结果表明，此工艺与常规脱 氮除磷工艺相比，当脱氮率和除磷率分别达到 90%和 100%时，COD 需求耗氧量 和污泥产量分别减少 50%、30%和 50%。然而在实际应用中，此类工艺面临一些 问题。首先，大量研究表明、缺氧条件下磷的去除效率低于好氧条件下的效率，而且磷的去除效果很大程度上取决于缺氧段硝酸盐的浓度。当缺氧段硝酸盐量不充足时，磷的过量摄取受到限制，而硝酸盐量富余时，硝酸盐又会随回流污泥进 入厌氧段，干扰磷的释放和聚磷菌体的 PHB 的合成而实际应用时进水中氮和磷 的比例是很难恰好满足缺氧摄磷的要求，这给系统的控制带来困难。IE4-22 DEPHANOX工艺示童