克劳斯法与普通活性污泥法的对比分析

普通活性污泥法

工艺原理

初次沉淀后的废水与二沉池回流的活性污泥混合后进入曝气池，大约曝气6小时，进水与回流污泥通过扩散曝气或机械曝气作用进行混合。流动过程中，有机物经过吸附、絮凝和氧化作用等作用被去除。一般地，从曝气池流出的混合液在二沉池沉淀后，沉淀池内的活性污泥以进水量的25～50%返回曝气池（即污泥回流比为25～50%）。这种方法常用于低浓度生活污水处理，对冲击负荷很敏感。生化需氧量（BOD5）的去除率达85～95%。

活性污泥的组成

活性污泥的组成可分为四部分：有活性的微生物（Ma）、微生物自身氧化残留物(Me)、吸附在活性污泥上不能被微生物所降解的有机物(Mi)、无机悬浮固体(Mii)。有活性的微生物主要由细菌、真菌组成，通常以菌胶团的形式存在，呈游离状态的较少。菌胶团是由细菌分泌的多糖物质将细菌等包覆成的黏性团块，使细菌具有抵抗外界不利因素的性能。游离状态的细菌不易沉淀，而原生动物可以捕食这些游离细菌，这样沉淀池的出水就会更清澈，因而原生动物有利于提高出水水质，无机悬浮固体主要来自入流的污水，也包括细胞物质中的一些无机物质。

影响因素

1.入流水质水量：BOD5：N：P=100：5：1

2.混合液悬浮固体浓度（MLSS）：包括活细胞、无活性又难降解的内源代谢残留物、有机物和无机物，前三类有机物约占固体的成分的75﹪～85﹪。

用挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）指标不包括无机物，更准确反映活性物质量，但测定较麻烦。对给定的废水，MLVSS /MLSS介于0.75～0.85之间。

3.有机负荷：有进水负荷和去除负荷两种，前者指单位重量的活性污泥在单位时间内要保证一定的处理效果才能承受的有机物的量；后者指单位重量的活性污泥在单位时间内去除的有机物量。有时也用单位曝气池容积作为基准。

4.剩余污泥排放量和污泥龄：微生物代谢有机物同时增值，剩余污泥排放量等于新净增污泥量。用新增污泥替换原有污泥所需时间称为泥龄θc。

5.混合液溶解氧浓度

6.水温：在一定范围内，随着温度升高，生化反应速率加快，增值速率也快；另一方面细胞组织入蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升并超过一定的限度时，会产生不可逆的破坏。

7. pH值：一般好氧微生物的最适宜pH=6.5～8.05；pH﹤4.5时，真菌占优势，引起污泥膨胀；另一方面，微生物的活动也会影响混合液的pH值。

8.曝气池和二沉池的水力停留时间

9.二沉池的水力表面负荷、固体表面负荷和出水溢流堰负荷。 优点

1.有机物在曝气池内的降解经历了第一阶段的吸附和第二阶段的代谢的完整过程，活性污泥也经历了对数增长、减速增长、内源呼吸的完整生长周期。 2.对污水的处理效果好，BOD去除率达到90%以上。 3.适合用于处理净化程度高和稳定度要求较高的污水。 缺点

1.曝气池首端有机污染物负荷高，好氧速度也高，为了避免由于缺氧形成厌氧状态，进水有机物负荷不宜过高。为达到一定的去污能力，需要曝气池容积大，占用的土地较多，基建费用高。

2.耗氧速度沿池长是变化的，而供氧速度难于与其相吻合、适应，在池前段可能出现好氧速度高于供氧速度的现象，池后段又可能出现溶解氧过剩的现象，从而影响处理效果。对此，采用渐减供氧放式，可一定程度上解决这些问题。

3.对进水水质、水量变化的适应性较低，运行效果易受水质、水量变化的影响。脱氮除磷效果不太理想。

克劳斯法

克劳斯法（Kraus)也是一种废水处理方法，是指将厌氧消化富含氨氮的上清液加到回流污泥当中一起曝气硝化，然后再加到曝气池，除了提供氮源外，硝酸盐还可以作为电子受体，参与有机物降解，能够克服高碳水化合物带来的污泥膨胀问题。

传统克劳斯法是一种比较成熟的多单元处理技术，其本质上是催化氧化制硫的一种工艺方法。克劳斯工艺发明伊始就成为硫回收工业的标准工艺流程，也是目前应用最为广泛的硫回收工艺之一。改良克劳斯法目前应用的有直流法、分流法和硫循环法三种基本型式。其中前两种应用最为广泛。在这三种基本型式的基础上发展起来了一系列特殊的变形型式，例如超级克劳斯工艺、低温克劳斯工艺、克劳斯直接氧化工艺以及富氧克劳斯工艺等。

直流法工艺流程

直流法又称部分燃烧法，该法中全部酸气进入反应炉，要求严格配给空气量，以使酸气中的全部烃完全燃烧，而H2S仅有1/3氧化成SO2，使剩余2/3的H2S与氧化成的SO2在理想的配比下进行催化转化，以获取更高的转化率。该类工艺流程经过三级转化器、四级冷凝器以出去最后生成的硫，分理出液态硫后的尾气通过捕集器，进一步捕集液态硫后进入尾气处理装置进一步处理后排放。各级冷凝器及捕集器中分离出来的液态硫流入硫储罐，经成型后即为硫磺产品。

分流法工艺流程

该法中只有1/3的酸气通过反应炉和余热锅炉，其余2/3的酸气与余热锅炉的出口气相混合后进入一级冷凝器，其余流程基本上与直流法相同。此工艺的反应炉中无大量硫生成，适合反应热不足以使整个酸气气流温度升高到令人满意的水平的情况。

其他工艺流程

克劳斯硫磺回收法除了直流法和分流法外，还有许多特殊变形，这里介绍几种常见工艺。

（1）超克劳斯工艺（Super Claus）

传统的克劳斯工艺一般采用转化、冷凝、分硫、过程气再热等步骤。常规的三级克劳斯工艺总硫回收率一般可达到96%~97%，但是具有以下局限：受到热力学平衡的限制；过程气流中H2O含量会增加，而H2S、SO2含量减少；在火焰中生成COS和CS2，需要水解，有时还生成硫醇，致使工艺热负荷提高，硫产率降低；O2和H2S的比例要求严格控制为2：1，导致整个过程控制困难。

超级克劳斯工艺结合了两个新概念：空气和酸气比例控制范围增大；采用新型选择性氧化催化剂，使H2S直接生产硫，而不是SO2。其工艺流程有超级克劳斯-99和克劳斯-99.5两种，前者总硫回收率在99%左右，后者总硫回收率可达99.5%。

（2）低温克劳斯工艺

该法特点是在低于硫露点的条件下进行克劳斯反应。已工业化的MCRC法和CBA（冷床吸附）法用于尾气处理后，引起了克劳斯装置设计概念的变化，即转化器操作温度可以低于硫露点以提高转化率。

（3）克劳斯直接氧化工艺

采用常规克劳斯硫磺回收工艺，当酸气中H2S含量很低时，其燃烧不足以维持炉温，装置无法正常运行，这时可采用直接氧化工艺。直接氧化工艺可分为两类：一类是将H2S选择性催化氧化为元素硫，此类工艺在处理克劳斯尾气中获得了良好的应用；另一类是将H2S催化氧化为元素硫及SO2，在氧化段后继之常规克劳斯催化段，此类工艺的典型代表是Selectox工艺。

（4）富氧克劳斯工艺

常规克劳斯装置均以空气作为H2S氧化的催化剂，由于带入了大量的N2等惰性气体稀释了过程气，降低了装置的总硫回收率。为此，20世纪80年代开发了以富氧空气作为H2S氧化剂的富氧克劳斯工艺，能够提高装置效率、扩大装置的处理能力，且延伸了对酸气中H2S含量的适应范围。

由于较低的富氧程度可在较少的投入下获得较多的收益，因此目前富氧克劳斯装置大多在较低的富氧程度下运行。

优点

操作灵活方便。超优克劳斯工艺采用过量空气操作从而产生较少的SO2，因此对空气的控制要求不是很严格，不要求精确控制H2S和 SO2的苛刻比例，使操作灵活方便，工艺简单可靠、弹性范围大，操作下限可以达到15%。超优克劳斯催化剂具有良好的热稳定性、化学稳定性和机械强度，有害物质排放少，催化剂使用寿命长达8～10年，过程气中高浓度水含量不会影响H2S的转化率，装置运行平稳可靠，维修方便、非计划性停车时间低于1%。

硫黄回收率高。由于上游克劳斯采用了 H2S过量操作，抑制了尾气中SO2含量，因此装置总硫回收率高，且运行过程连续无需周期切换，可连续操作。选择性氧化反应是一个热力学完全反应，因此可以达到很高的转化率。又由于超优克劳斯反应器使用一种特殊的选择性氧化催化剂，该催化剂对水和过量氧均不敏感，且不发生副反应。此外，在尾气不作任何处理的情况下，总硫转化率即可达到 99%或 99.5%以上水平，并达到环保排放要求，具有硫磺回收和尾气处理的双重作用。

装置适应性强。超优克劳斯工艺适用于酸性气浓度范围广，H2S浓度可以在23%～93%之间，既可用于新建装置，也适用于现有的克劳斯装置技术改造，还能和富氧氧化硫回收工艺结合使用。装置运行中过程气连续气相催化，中间不需要进行冷凝脱水，无“三废”处理问题。 同时催化利仅对H2S进行选择性氧化，H2、CO等其他组分均不被氧化，不会因副反应生成COS或CS2，即使在超过化学计量的氧存在下，S02生成量也非常少。

投资和操作费用少。由于没有复杂的加氢及醇胺吸收系统， 超优克劳斯工艺投资仅相当于同规模的克劳斯+尾气处理工艺投资的70%～50%。如一个年产2万t硫回收装置，克劳斯尾气处理工艺总投资一般要8000万元人民币以上，而超优克劳斯工艺总投资仅需5000万人民币左右。此外，克劳斯尾气处理工艺需要消耗MDEA溶剂，同时溶剂需要不断再生而消耗大量蒸汽。而超优克劳斯工艺简单，仅需要少量加热蒸汽，整体装置还有富余蒸汽输出，无需外供氢气加氢，因此整体能耗不到克劳斯尾气处理工艺的50%。

缺点

克劳斯反应是可逆反应，转化率受反应温度下热力学平衡的限制； 克劳斯反应过程中生成的大量水分难以从过程气中分离，而过程气中的H S浓度又不断下降，这样更限制了平衡向生成硫的方向移动； 在克劳斯装置的热反应阶段生成一定量的有机硫化合物(如COS、CS 等)，它们不与SO 发生克劳斯反应； 克劳斯反应要求严格控制过程气中HzS与SO 的比例，导致整个过程的控制困难。

参考文献

《宣纸废水处理工艺运行控制条件的研究自然科学版》-2013年

《浅谈曝气生物滤池（BAF）污水处理工艺的运行与管理》-2013年 《制药废水COD高效降解菌的分离筛选及应用》2012年 《天然气加工工程（第二版）》 石油工业出版社 2008.7

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4uth.html