工业废水处理工艺仿真流程介绍

1、工作原理

（1）污水简介

污水中的污染物质，按化学性质可分为有机物与无机物；按存在形式可分为悬浮状态与溶解状态。悬浮固体（英文缩写SS）或叫悬浮物，由有机物和无机物组成，故悬浮固体又可以分为挥发性悬浮固体（或叫灼烧减重）和非挥发性悬浮固体（或叫灰分）。把悬浮固体放在马弗炉中灼烧（温度为600℃），所失去的重量称为挥发性悬浮固体；残留的重量称为非挥发性悬浮固体。生活污水中，前者约占70%，后者约占30%。溶解固体（英文缩写DS）或叫溶解物，也是由有机物与无机物组成。生活污水中的溶解性有机物包括尿素、淀粉、蛋白质、洗涤剂等；溶解性无机物包括无机盐（胺盐、磷酸盐等），氯化物等。溶解固体的浓度与成分对污水处理方法的选择（如生物处理法，物理—化学处理法等）及处理效果产生直接的影响。

污水的物理处理法的去除对象是漂浮物和悬浮物质。其处理方法可分为筛滤截留法（设备有筛网、格栅、微滤机等）、重力分离法（设备有沉砂池、沉淀池、SBR池等）、离心分离法（设备有离心机、旋流分离器等）等。

污水的生物处理法包括活性污泥法和生物膜法等。活性污泥处理系统的新工艺包括氧化沟、间歇式活性污泥处理系统（SBR）和AB法等。

（2）格栅

栅格由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，如纤维、碎皮、毛发、木屑、塑料制品等，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。被截流的物质称为栅渣。

（3）沉淀

污水中的悬浮物质，可以在重力的作用下沉淀去除。这是一种物理过程，简便易行，效果良好，是污水处理的重要技术之一。

沉砂池的功能是去除比重较大的无机颗粒（如泥砂、煤渣等）。沉砂池一般设于泵站、倒虹管前，以便减轻无机颗粒对水泵、管道的磨损；也可设于初次沉淀池前，以减轻沉淀池负荷及改善污水处理构筑物的处理条件。常用的沉砂池有平流沉砂池、曝气沉砂池、多尔沉砂池等。

沉淀池按工艺布置的不同，可分为初次沉淀池和二次沉淀池。初次沉淀池是一级污水处理厂的主体处理构筑物，或作为二级污水处理厂的预处理构筑物设在生物处理构筑物的前面，处理对象是悬浮物质（约可除去40%—50%），同时可以去除部分BOD5（约可除去20%—30%的BOD5，主要是悬浮性BOD5），可改善生物处理构筑物的运行条件并降低其BOD5负荷。初次沉淀池中的沉淀物质称为初次沉淀污泥；二次沉淀池设在生物处理构筑物（活性污泥法或生物膜法）的后面，用于沉淀去除活性污泥或腐殖污泥（生物膜法脱落的生物膜），它是生物处理系统的重要组成部分。沉淀池按池内水流方向的不同可分为平流式沉淀池、辐流式沉淀池和竖流式沉淀池。

（4）气浮

气浮法是固液分离或液液分离的一种技术。它是通过某种方法产生大量的微气泡，使其与废水中密度近于水的固体或液体污染物微粒粘附，形成整体密度小于水的“气泡—颗粒”复合体，悬浮粒子随气泡一起浮升到水面，形成泡沫或浮渣，从而使水中悬浮物得以分离。实现气浮分离必须具备以下两个基本条件：1、必须在水中产生足够数量的细微气泡；2、必须使气泡能够与污染物相黏附，并形成不溶性的固态悬浮体。

气浮过程中，通过布气、溶气、电解的方式产生气泡，使气泡和颗粒物共存于水中。一旦气泡与颗粒物接触，由于界面张力作用就会产生表面吸附作用。疏水性颗粒易附着气泡，一起上浮。对于亲水性物质则需加入浮洗剂、表面活性剂等以增加颗粒的疏水性，使之易于附着气泡，提高气浮效果。

在废水处理中，气浮法广泛应用于：处理含有小悬浮物、藻类及微絮体等密度接近或低于水、很难利用沉淀法实现固液分离的各种废水；回收工业废水中的有用物质，如造纸厂废水中的纸浆纤维及填料等；代替二次沉淀，分离和浓缩剩余活性污泥，特别适用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中；分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油。

加压溶气气浮法是目前应用最广泛的一种气浮方法。空气在加压条件下溶于水中，再使压力降至常压，把溶解的过饱和空气以微气泡的形式释放出来。

回流加压溶气法适用于含悬浮物浓度高的废水的固液分离，该流程如图1所示，待处理的全部废水直接送入气浮池中，经气浮池纯化处理后的清水经加压泵部分回流进入溶气罐，同时空气供给装置将空气输入溶气罐，在溶气罐空气和水充分接触，在加压的作用下空气充分溶于水中，形成溶气水，溶气水再经减压释放装置进入气浮池，在气浮池中，减压释放出的微气泡进行分离操作。

气浮法与其它方法相比，其优点是：①气浮时间短，一般只需15min左右；②对去除废水中纤维物质特别有效，有利于提高资源利用率；③工艺流程和设备简单，运行方便。

气浮法的关键技术：①加压溶气产生大量符合要求的微气泡，气泡直径为50—100μm；②投加絮凝剂，改变悬浮物的亲水性，使细小的悬浮物结成大颗粒，并粘附大量的气泡。

气浮池的工艺参数：

① 溶气水压力

② 气固比

③ 容器水量占处理废水量的百分比（回流量）

④ 循环泵压力

⑤ 需溶气水量

⑥ pH值

（5）UASB

上流式厌氧污泥床（Upflow Anaerobic SludgeBlanket, UASB），已成为应用最广泛的厌氧处理方法。

 UASB反应器在运行过程中，废水以一定的流速自反应器的底部进入反应器，水流在反应器中的上升流速一般为0.5～1.5m/h，多宜在0.6～0.9之间。水流依次流经污泥床，污泥悬浮层至三相分离器及沉淀区。UASB反应器中的水流呈推流形式，进水与污泥床及污泥悬浮层中的微生物充分混合接触并进行厌氧分解。厌氧分解过程中产生的沼气在上升过程中将污泥颗粒托起。由于大量气泡的产生，即使在较低的有机负荷和水力负荷的条件下也能看到污泥床的明显的膨胀。随着反应器产气量的不断增加，由气泡上升所产生的搅拌作用，从而降低了污泥中夹带气泡的阻力，气体便从污泥床内突发性地逸出，引起污泥床表面呈沸腾和流化状态。反应器中沉淀性能良好的颗粒状污泥则处于反应器的下部形成高质量浓度的污泥床。随着水流的上升流动，气、水、泥三相混合液（消化液）上升至三相分离器中，气体遇到反射板或挡板后折向集气室而被有效地分离排出。污泥和水进入上部的静止沉淀区，在重力作用下泥水分离。由于三相分离器的作用，使得反应器混合液中的污泥有一个良好的沉淀、分离和絮凝的环境，有利于提高污泥的沉降性能。

反应器中存在高质量浓度的以颗粒状形式的高活性污泥。这种活性污泥是在一定的运行条件下，通过严格控制反应器的水力学特性以及有机污染物负荷，经过一段时间的培养而形成的。

 UASB具有运行费用低、投资省、效果好、耐冲击负荷、适应pH和温度变化、结构简单及便于操作等优点，应用日益广泛。UASB反应器的特色主要体现在反应器内颗粒污泥的形成，使反应器内的污泥浓度大幅度提高，水力停留时间因此大大缩短，加上UASB内设三相分离器而省去了沉淀池，又不需搅拌和填料，从而使结构也趋于简单。

 UASB适用于高浓度有机污染物废水处理。

（6）SBR工艺

SBR工艺是一种高效、经济、可靠、适合中小水量污水处理的工艺，尤其是SBR工艺对于污水中氮、磷的去除，有其独到的优势。间歇式活性污泥法又称为序批式活性污泥法，简称SBR法（Sequencing Batch Reactor）。

原则上，可以把间歇式活性污泥法系统作为活性污泥法的一种变法，一种新的运行方式。如果说，连续式推流式曝气池是空间上的推流，则间歇式活性污泥曝气池，在流态上虽然属完全混合式，但在有机物降解方面则是时间上的推流。在连续式推流曝气池内，有机污染物是沿着空间降解的，而间歇式活性污泥处理系统，有机污染物则是沿着时间的推移而降解的。

SBR工艺系统组成简单，运行工况以间隙操作为主要特征。所为序列间歇式有两种含义：一是运行操作在空间上是按序列、间歇的方式进行的。由于废水大量连续排放且流量的波动很大，此时间歇反应器（SBR）至少为两个池。废水连续按序列进入每个反应器，它们运行时的相对关系是有次序的，也是间歇的。二是每个SBR反应器的运行操作在时间上也是按次序排列间歇运行的，一般可按运行次序分为5个阶段，其中自进水、反应、沉淀、排水排泥至闲置期结束为一个运行周期。在一个运行周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化及运行状态等，都可以根据具体的污水性质、出水质量与运行功能要求等灵活掌握。对于某个单一SBR来说，只在时间进行有效地控制与变换，即能非常灵活达到多种功能的要求。

a.  进水工序

在污水注入之前，反应器处于5道工序中的最后的闲置段，处理后的废水已经排放，器内残存着高浓度的活性污泥混合溶液。污水注入，注满后再进行反应，从这个意义来说，反应器起到调节池的作用，因此，反应器对水质、水量的变动有一定的适应性。

本工序所需要用的时间，则根据实际排水情况和设备条件确定，从工艺效果要求，注入时间以短促为宜，瞬间最好，但这在实际上有时是难以做到的。

b.  反应工序

这是本工艺最主要的一道工序。污水注入达到预定的高度后，即开始反应操作，根据污水处理的目的，如BOD去除、硝化、磷的吸收以及反硝化等，采取相应的技术措施，如前三项为曝气，后一项则为缓速搅拌，并根据需要达到的程度决定反应延续时间。

在本道工序的后期，进入下一步沉淀之前，还要进行短暂的微量曝气，以吹脱污泥旁的气泡或氮，以保证沉淀过程的正常进行，如需要排泥，也在本工序后期进行。

c.  沉淀工序

本工序相当于活性污泥法连续系统的二次沉淀池。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，由于本工序是静止沉淀，沉淀效果一般良好。

沉淀工序采取的时间基本同二次沉淀池，一般为1.5-2.0h。

d.  排放工序

经过沉淀后产生的上清液，作为处理水排放。一直到最低水位，在反应器内残留一部分活性污泥，作为种泥。

e.  待机工序（或闲置工序）

即在处理水排放后，反应器处于停滞状态，等待下一个操作周期开始的阶段。此工序时间，应根据现场具体情况而定。

SBR工艺包括以下优点：

1、工艺简单，节省费用；2、理想的推流过程使生化反应推动力大、效率高；3、运行方式灵活、脱氮除磷效果好；4、防止污泥膨胀的最好工艺，产泥量少。

SBR工艺是一种高效、经济、可靠、适合中小水量污水处理的工艺，尤其是SBR工艺对于污水中氮、磷的去除，有其独到的优势。