探秘一体化污水处理设备工艺原理

一、一体化污水处理设备工艺选择标准

一体化污水处理设备工艺的选择至关重要，需遵循以下几个重要标准。

1. 技术合理

将处理高技术和成熟性有机结合。一方面，重视工艺所具备的技术指标，同时充分考虑适合当地形势和工程性质。例如，接触氧化池内采用曝气器进行鼓风曝气，使纤维束不断漂动，曝气均匀，微生物生长成熟，具有活性污泥法的特征；且设备具有脱氮除磷能力，并可以通过调节设备的构造，达到处理工业废水、生活污水、城市污水的能力。

2.经济节能

节省工程投资是城镇一体化污水处理设备设施建设的重要前提。合理确定处理标准，选择简洁紧凑的处理工艺，尽可能地减少占地，力求降低地基处理和土建造价。同时，充分考虑节省电耗和药耗，降低运行费用。比如一体化污水处理设备的节能措施中，要尽量缩短电线线路、在符合规定前提下减少用电量、及时清除设备内阻塞等。

3.易于管理

充分考虑我国现有的运行管理水平，尽可能做到设备简单，维护方便，污泥易于处置，适当采用可靠实用的自动化技术。例如设备可采用一些简洁的设计，方便操作和维护，同时对于污泥的处理也应考虑简便易行的方法。

4.重视环境

一体化污水处理设备工程作为一项环保工程，应减小在建设过程中和建成以后对周边环境的影响。厂区布置与周围环境相协调，注意一体化污水处理设备设施噪声控制和臭气的治理、绿化、道路等基础设施，并确保无二次污染。如对角线调节池作为常用的差流方式调节池，能使先后过来的、不同浓度的废水混合，达到自动调节均和的目的，且可通过设置纵向隔板等方式防止污水短路和沉淀。

 

 

二、常见一体化污水处理设备工艺介绍

1.A/O 工艺

简述：A/O 工艺即厌氧段和好氧段的串联作用，实现污水无害化处理。在厌氧区，活性污泥中的聚磷菌大量吸收污水中的 BOD，并将污泥中的磷以正磷酸盐的形式释放到混合液中。污水进入好氧区后，有机物被氧化分解，同时聚磷菌大量吸收混合液中的正磷酸盐到污泥中。由于聚磷菌在好氧条件下吸收的磷多于厌氧条件下释放的磷，从而达到除磷的目的。

该工艺具有效率高、流程简单、耐负荷冲击能力强等特点。AO 工艺基于污水处理过程中微生物的生物降解能力，结合了好氧区、缺氧区和厌氧区三种环境条件，利用不同微生物相互作用协同工作，降解和去除污水中的有机物质和氮磷等污染物。厌氧区在无氧条件下，厌氧微生物将有机物质转化为酸性物质、甲烷和二氧化碳等产物。好氧区在氧气充足的条件下，好氧微生物利用氧气对有机物质、氨氮和硝酸盐等进行氧化反应，最终生成水和氮气。

2.A²/O 工艺

简述：A²/O 工艺是厌氧 — 缺氧 — 好氧的工业污水处理工艺。首段厌氧池，流入原污水及同步进入的从二沉池回流的含磷污泥，本池主要功能为释放磷，使污水中 P 的浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中的 BOD₅ 浓度下降；另外，NH₃-N 因细胞的合成而被去除一部分，使污水中的 NH₃-N 浓度下降，但 NO₃-N 含量没有变化。在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液中带入大量 NO₃-N 和 NO₂-N 还原为 N₂ 释放至空气，因此 BOD₅ 浓度下降，NO₃-N 浓度大幅度下降，而磷的变化很小。在好氧池中，有机物被微生物生化降解，而继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使 NH₃-N 浓度显著下降，但随着硝化过程使 NO₃-N 的浓度增加，P 随着聚磷菌的过量摄取，也以较快的速度下降。

该工艺具有去除有机物、脱氮除磷功能，且工艺流程简单、不发生污泥膨胀等特点。在同时脱氧除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程为简单，总的水力停留时间也少于同类其他工艺。在厌氧 - 缺氧 - 好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI 一般小于 100，不会发生污泥膨胀。污泥中磷含量高，一般为 2.5% 以上。但脱氮效果受混合液回流比大小的影响，除磷效果则受回流污泥中夹带 DO 和硝酸态氧的影响，因而脱氮除磷效率不可能很高。

3.MBR 工艺

简述：MBR 一体化污水处理设备利用膜组件进行固液分离，膜生物反应器（MBR）工艺是一种结合了膜分离技术和生物技术有机化学的新型废水处理技术。它使用膜分离设备拦截生化反射池中的活性污泥和高分子有机化学物质，从而无需第二个沉降池。活性污泥的浓度值进一步提高，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别进行控制，同时耐火化学品在反应器中不断反射和降解。

该工艺具有高效去除污染物，能够去除氨氮及难降解有机物，处理出水水质好；污泥浓度高，剩余污泥产生量低，装置容积负荷大，占地面积小；利于增殖缓慢或高效微生物的截留，提高系统的硝化效果和对难降解有机物的处理能力；自动化控制完成度高，操作管理方便；经处理后排放的水 SS 和浊度都接近于零，加入中水回用设备可实现回用；设备的外形采用钢结构，防腐漆，因此整个设备坚固耐用，寿命高可达 20 年以上；设备应用范围广等特点。但也存在膜的造价高，增加了成本；膜容易出现污染，给操作管理带来不便；能耗稍高等缺点。

4.曝气生物滤池工艺

简述：曝气生物滤池工艺具有去除 SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷等作用，且在水处理的工艺段中可以看成是生物接触氧化法的一种特殊形式，该工艺具有去除 COD、BOD、SS、脱氮、除磷、去除 AOX（有害物质）的作用，可以广泛地被用于城市污水、小区生活污水、生活杂排水和食品加工废水、酿造和造纸等高浓度废水的处理。

该工艺应用范围广泛，主要是采用粗糙多孔的过滤料，为微生物提供了良好的生长环境，过滤机械性和物理化学都是非常好的。在过滤池中过滤物质是不易发生变形和磨损的，并且表面积相对较大，净化能力相对较强，保证污水处理可以达到相关标准。具有连续物理过滤、处理的能力，可将大部分悬浮物去除，简化工艺流程，并且得出较高质量的水。分布着大量的微生物，对有机负荷、水力负荷的变化不像传统活性污泥那么敏感，也不会出现污泥膨胀问题。

5.SBR 工艺

简述：SBR 工艺按间歇曝气方式运行，常见的工艺过程分五个阶段：进水、曝气反应、沉淀（沉降）、滗水（出水）、闲置（静置或称待机）。该工艺适用于间歇排放和流量变化较大的场合，如学校生活污水、加工厂间歇排放的工业污水等。其运行效果稳定、效率高、出水水质好、构造简单、便于操作、占地面积小。具有理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好；运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好；耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击；工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活；处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理；反应池内存在 DO、BOD5 浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀等优点。但也存在严重依靠现代自动化控制技术；自动化程度要求较高，操作、管理、维护，对操作管理人员素质要求较高；如采用人工操作，会出现因进出水工序操作繁琐，曝气板容易堵塞等缺点。

三、一体化污水处理设备工艺对比

1.AAO、AO 工艺对比

AAO 工艺和 AO 工艺在污水处理中均有应用，下面从 COD 去除性能、脱氮性能、除磷性能等方面对二者进行对比分析，并探讨温度对两种工艺脱氮除磷的影响。

（1）去除性能对比分析

A.COD 去除性能对比：污水处理工艺对有机物的去除能力是表征工艺效能的主要指标之一，COD 的大小直接反映污水中有机物含量的多少。研究表明，两种工艺进水 COD 无显著差异，出水 COD、去除率差异显著，AAO 工艺对 COD 的去除明显好于 AO 工艺。AO 工艺中，缺氧段的反硝化反应可以消耗掉一部分有机物，但大部分有机物是通过好氧降解去除的，而 AO 工艺好氧段水力停留时间短，曝气池容积小，曝气量不够，导致有机物去除效果不好。AAO 工艺中，大部分有机物在厌氧段被聚磷菌转化为 PHB 储存在细胞中，部分有机物在缺氧段通过反硝化反应去除，废水进入好氧段时，COD 浓度已基本接近排放标准，在好氧段会得到进一步降解。有研究表明，AAO 工艺厌氧段的 COD 去除率最高可达到 80% 以上，而缺氧段的去除率平均低于 10%。

B.脱氮性能对比：AAO 工艺和 AO 工艺都具有生物脱氮功能，且两种工艺脱氮原理相同，都为反硝化脱氮。实验结果表明，两种工艺进水 TN 无显著差异，出水 TN、去除率差异显著，AAO 工艺对 TN 的去除明显好于 AO 工艺。在反硝化脱氮工艺中，硝态氮是出水总氮中的主要物质，硝态氮在缺氧段的去除率可以高于 90%。控制缺氧区出水硝酸盐浓度为 1mg/L～2mg/L，可很大程度提高 TN 去除率，并能充分利用 COD 提高缺氧区反硝化能力。好氧区混合液中含有大量硝态氮，通过内循环回流到缺氧区，在缺氧区进行反硝化反应。AO 工艺缺氧段 HRT 太短，仅为 1.8h，少于 AAO 工艺的 3.46h，且内回流比为 50%～100%，小于 AAO 工艺的 150%～250%，导致脱氮功能不及 AAO。并且 AO 工艺脱氮效果不及 AAO 工艺稳定，受外界因素（温度、C/N 比等）影响大。

C.除磷性能对比：水中磷含量超标会导致微生物大量繁殖，出现富营养化状态。实验结果表明，两种工艺进水 TP 无显著差异，出水 TP、去除率差异显著，AAO 工艺对 TP 的去除明显好于 AO 工艺。AO 工艺没有设置厌氧释磷段，对磷的去除仅仅是通过微生物的同化作用。而 AAO 工艺的除磷主要由聚磷菌来完成。聚磷菌在缺氧段、好氧段摄取的磷量比在厌氧段释放的磷量要多。有研究表明，AAO 工艺平均吸磷量和平均放磷量的比例为 1.28，且缺氧段的吸磷量高于好氧段的吸磷量。

D.去除性能对比总结：综上，对有机物、氮、磷的去除 AAO 工艺都要明显好于 AO 工艺，尤其是除磷，由于 AO 工艺无厌氧段，只能通过微生物的同化作用去除一小部分的磷，所以对磷的去除有要求的不要选择此种工艺或者增加化除磷。

(2)温度对脱氮除磷的影响

A.对 COD 去除的影响：温度对 AAO 工艺 COD 的去除影响不大，即使温度低于 5 摄氏度，COD 的去除率也可以达到 85% 以上，这说明温度对聚磷菌转化有机物的影响不大。而 AO 工艺对 COD 的去除，往往会随着温度升高，在 5 - 15 摄氏度之间有个降低，随后又升高。这可能是由于气候处于冷暖交替时，系统内菌群数量及其结构会发生变化，系统内优势种群逐步由喜好一种温度的菌群向喜好另一种温度的菌群演替，从而影响对有机物的处理能力。

B.对脱氮的影响：温度对两种工艺脱氮的影响都比较明显，随着温度的上升，TN 去除率有明显的提高。特别是 AO 工艺，当温度高于 15 摄氏度时，TN 去除率几乎呈线性增长。温度升高可以增强两种工艺的脱氮性能，一方面是因为温度的升高有利于活性污泥微生物的生长繁殖，提高同化氮元素的效率；另一方面是因为温度升高也增强了系统中硝化菌与反硝化菌的代谢活力，使系统反硝化脱氮能力增强。一般认为，硝化细菌最适宜的生长温度为 25 - 30 摄氏度。当温度小于 15 摄氏度时硝化速度明显下降，硝化细菌活性也大幅降低。当温度低于 5 摄氏度时，硝化细菌的生命活动几乎停止。有时即使低温状态下（低于 5 度），两系统的 TN 去除率也不会低于 40%，这说明低温时两系统主要依靠活性污泥中微生物的同化作用来脱氮。

C.对除磷的影响：温度升高 AAO 工艺对磷的去除率相应提高，尤其是温度高于 20 摄氏度后，TP 去除率趋于稳定。这是因为生物除磷的关键是依靠聚磷菌的除磷活性，而温度增高，有利于增加聚磷菌的活性，提高磷的去除率。而 AO 工艺对磷的去除随温度变化的规律性不强，无明显相关性。这是因为 AO 工艺无厌氧段，不存在聚磷菌存活的条件，对磷的去除仅仅依靠微生物的同化作用，所以温度对此工艺微生物的同化作用影响不大。

 

2.AB 法工艺优缺点

AB 法工艺即吸附 - 生物降解工艺，该工艺不设初沉池，由 A、B 二级活性污泥系统串联组成，并分别有独立的污泥回流系统。

(1).优点

*抗冲击负荷能力强、运行稳定性好：A 段负荷高，主要进行吸附去除，B 段负荷低，进行生物氧化降解，能有效应对污水水质和水量的变化。

*去除 COD、BOD 效果好：A 段利用活性污泥的吸附絮凝能力将废水中有机物吸附于活性污泥上，进而将其部分降解，B 段进一步氧化残留的有机物，提高去除效率。

*具有良好的脱氮除磷效果：通过合理的工艺设计和运行参数控制，可以实现一定程度的脱氮除磷。

*投资省，运转费用低：工艺相对简单，设备投资和运行成本较低。

(2)缺点

*A 段负荷太高，如果控制不好，很容易产生臭气：A 段高负荷运行可能导致污泥中的有机物分解不完全，产生恶臭气体。

*A 段产生的污泥量较大，有机物含量高，不易稳定化处置：大量的污泥需要进行后续处理，增加了处理难度和成本。

3.A/A/O 工艺优缺点

A/A/O 生物脱氮除磷工艺由厌氧池、缺氧池、好氧池串联而成。

1.优点

*工艺流程简单：在同类脱氮除磷的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其它工艺。

*不易发生污泥膨胀：在厌氧 - 缺氧 - 好氧交替运行条件下，丝状菌不会大量繁殖，SVI 一般小于 100，污泥易沉淀。

*污泥中磷含量高，污泥肥效好：聚磷菌在该工艺中发挥重要作用，使污泥中磷含量较高，可作为肥料利用。

(2)缺点

*该工艺适用于 TP/BOD 值较低的污水：当 TP/BOD 值很高时，BOD 负荷过低会使得剩余污泥量少，难以达到满意的处理效果。

*当污水量变化时（高低峰）会造成沉淀池内污水停留时间长，导致聚磷菌在厌氧条件下产生磷的释放，会降低除磷效率：对污水量的变化较为敏感，影响除磷效果。

4.传统 SBR 工艺优缺点

传统 SBR 工艺将初沉池出水引入 SBR 反应池，按时间顺序进行进水、曝气、沉淀、出水等基本操作。

(1)优点

*工艺流程简单、造价低、占地面积小：不需要设置专门的二沉池和污泥回流系统，设备简单，建设成本低。

*处理效果良好，出水可靠：通过合理的运行控制，可以达到较好的污水处理效果。

*较好的脱氮除磷效果：在运行过程中，通过不同阶段的操作，实现氮、磷的去除。

*控制灵活，易于实现脱氮除磷：可以根据污水水质和处理要求，灵活调整运行参数。

*对进水水质水量的波动具有良好的适应性：能够应对进水水质和水量的变化。

(2)缺点

*设备的闲置率较高：由于按时间顺序进行操作，设备在某些阶段处于闲置状态。

*污水提升水头损失较大：需要将污水提升到一定高度进入反应池，增加了能耗。

*不连续出水时，需要较大的调节池：不连续出水时，需要设置较大的调节池来平衡水量。

*不适合于大型污水处理厂：对于大型污水处理厂，传统 SBR 工艺可能无法满足处理需求。

四、不同工艺一体化污水处理设备特点

1.A/A/O 工艺一体化污水处理设备特点

A/A/O 工艺一体化污水处理设备具有以下特点：

（1）同时去除有机物、脱氮除磷功能：通过厌氧、缺氧、好氧三个阶段的协同作用，能够高效去除污水中的有机物，同时实现脱氮和除磷。在同类脱氮除磷工艺中，该工艺流程较为简单，总的水力停留时间也少于同类其它工艺。

（2）不易发生污泥膨胀：在厌氧 - 缺氧 - 好氧交替运行条件下，丝状菌不会大量繁殖，SVI 一般小于 100，污泥易沉淀。

（3）污泥中磷含量高，污泥肥效好：聚磷菌在该工艺中发挥重要作用，使污泥中磷含量较高，可作为肥料利用。

缺点：该工艺适用于 TP/BOD 值较低的污水，当 TP/BOD 值很高时，BOD 负荷过低会使得剩余污泥量少，难以达到满意的处理效果；当污水量变化时（高低峰）会造成沉淀池内污水停留时间长，导致聚磷菌在厌氧条件下产生磷的释放，会降低除磷效率。

一体化生活污水处理设备特点：

 

· 可埋入地下：设备可埋设在地表以下，不占地表面积，可作绿化，又利于防冻。上面可以进行绿化，环境美观，还可修建停车场等，无需建厂房等设施，减少占地面积。

· 净化程度高：采用生物接触氧化法等工艺，对污水的处理效果好，出水水质稳定。能有效去除污水中的有机物、氨氮、磷等污染物，使出水达到排放标准。如采用高负荷运行下，MBR 膜池内膜中截留，剩余污泥量很低，出水稳定，采用了生物膜的技术，处理效果远远高于传统沉淀池，大量细菌、病毒被去除。

· 自动化程度高：整个设备处理系统配备自动化电气控制系统，运行安全可靠。通常不需要特别管理，只需要对设备进行及时的维护和保养。设备全自动化，无需人员看管，安全可靠。

污水一体化处理设备特点

· 成本低：投资省，运转费用低。设备相对简单，建设和运行成本较低。

· 性能稳定：微生物群体的活性比较高，生长环境稳定，可极大提升设备的性能稳定性并增加抗冲击能力。根据生物反应动力学原理，采用多池串联或并联运行，保证了稳定的处理效果。

· 剩余污泥少：产污泥量少，一般仅需三个月以上（90 天）排一次泥，可有效减少设备的资金投入情况。同时，污泥的含水率低，便于处理。

曝气生物滤池工艺一体化污水处理设备特点

· 应用范围广泛：具有去除 SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除 AOX（有害物质）等作用，可以广泛地被用于城市污水、小区生活污水、生活杂排水和食品加工废水、酿造和造纸等高浓度废水的处理。

· 净化能力强：采用粗糙多孔的过滤料，为微生物提供了良好的生长环境，过滤机械性和物理化学性能都非常好。在过滤池中过滤物质不易发生变形和磨损，表面积相对较大，净化能力相对较强，保证污水处理可以达到相关标准。

· 连续物理过滤处理能力：具有连续物理过滤、处理的能力，可将大部分悬浮物去除，简化工艺流程，并且得出较高质量的水。

· 不易出现污泥膨胀问题：分布着大量的微生物，对有机负荷、水力负荷的变化不像传统活性污泥那么敏感，也不会出现污泥膨胀问题。

SBR 工艺一体化污水处理设备特点

SBR 工艺一体化污水处理设备具有以下特点：

· 适用于间歇排放和流量变化较大场合：如学校生活污水、加工厂间歇排放的工业污水等。运行效果稳定、效率高、出水水质好、构造简单、便于操作、占地面积小。

· 理想推流过程，生化反应推动力大：具有理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。

· 沉淀时间短，效率高：污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。

· 耐冲击负荷：池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。

· 运行灵活：工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。

· 处理设备少，构造简单：处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。

· 有效控制活性污泥膨胀：反应池内存在 DO、BOD5 浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。

· 缺点：严重依靠现代自动化控制技术；自动化程度