污水的深度处理与回用.ppt

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1、水质工程学（下） 电子教案,辽宁工程技术大学 建工学院市政系,第7章 污水的深度处理与回用,7.1 概述,7.2 悬浮物的去除,7.3 溶解性有机物的去除,7.4 溶解性无机盐类的去除,7.5 污水的消毒处理,7.6 脱氮技术,7.7 除磷技术,7.8 同步脱氮除磷技术,7.9 城市水资源的合理开发与利用,重点：深度处理的目的、对象、深度处理的 各种处理方法，脱氮除磷方法、 生物脱氮除磷机理、工艺流程。 难点：生物脱氮除磷机理、工艺流程,.1 概述,1、深度处理是进一步去除常规二级处理所不能完全去除 污水中杂质的净化过程 2 、深度处理目的：解决水资源短缺、污水回用 3、深度处理对象 脱色 除

2、臭、COD BOD SS、无机盐（营养型N，P） 重金属、细菌、病毒 4、深度处理水用途；排放、回用、回灌地下 。,5、污水深度处理单元技术的确定原则,（1）处理水的用途； （2）原水水质、各级处理后水质； （3）单元工艺可行性与整体流程的适应性； （4）运行控制难易程度、设备国产化程度、废弃物处置方法； （5）工程投资与运行成本。,表71 二级处理水深度处理的目的、去除对象和所采用的处理技术与工艺流程,颗粒分离技术一览表,（1）SS的组成 生物絮体：数mm到10m 胶体颗粒（未被凝聚） （2）SS的有机化 颗粒几乎全是有机物 BOD:50-80%来源于这些颗粒,7.2.2 SS的去除技术,由

3、SS的状态和粒径而定 d1m，一般用砂滤；微滤机等。 胶体状混凝沉淀。,1、混凝沉淀,（1）常用技术：去除微小悬浮状态的有机物和无机污染物、胶体. 也可去除：Mg，As（溶解态）、N、P、及细菌、病毒 （2）特点：,二级出水胶体和菌胶团微粒；而天然水主要是针对泥砂等,7.2 悬浮物的去除,7.2.1 概述,SS特点:,不同于给水处理的混凝 主要原因是：污水中有生物微粒的存在，这种微粒与药剂的亲和力强，进而投药后混凝过程短时间内可以完成。,（3）药剂,传统药剂：Al2(SO4)3，聚合氯化铝，及助凝剂（活化硅酸等） “七.五”开发药剂聚合氯化铁（PFC），降低了铁盐的酸性并清除了残余亚铁及色度.

4、 新型药剂 ：对浊度、色度、除磷效果明显 天津大学：（PDM）有机高分子絮凝剂，高效脱色、浊度低于5度 后来发展PDMMC(唯一达到4万个分子量)； 中科院：AL13 纳米絮凝剂。,（4）工艺形式,沉淀池平流、辐流、竖流、斜管,澄清池上升流速较给水低，0.4-0.6mm/s,压力溶气气浮 DAF(Dissolves Air Hotation),涡凹气浮 气浮池 CAF(Cavitation Air Hotation) 引气气浮 IAF(Induced Air Flotation),空气在分散于水中叶片、轮盘等吸入,（5） 混凝机理 同给水,过滤时一般情况下不需要加药剂 胶体过滤难于去除，浊度上

5、升，需投药剂 溶解性有机物用活性炭吸附 反冲洗难度大，需水气同时冲洗 气:20l/m.s; 水:10l/m.s； 滤料粒径适当放大。,（2）过滤作用,SS、BOD、重金属、细菌 去除各类污染物 化学絮凝产生的Al、Fe盐及石灰等沉淀物 去除化学除P时，水中不溶性P 活性炭或离子交换：预处理设施，可以节省后续的活性炭费用； 克服生物、和化学处理的不稳定性，提高回用的连续性和可靠性 。,2、过滤,给水过滤技术不宜简单的直接应用于污水处理。 原因：a、滤池截留的污泥粘而易碎，污泥在滤池表面积聚 形成滤膜 b、如果加大水头，污泥又很容易穿透滤层 。,（1）特点, 废水过滤有机物絮体 给水过滤 无机泥砂

6、 对二沉池出水过滤隔滤被认为是去除悬浮固体的主要机理,（3）过滤机理,区别:强度不一样,穿透滤料的性能不同,隔滤 a、机械隔滤：粒径大于滤料孔径的颗粒被滤料滤去； b、偶然隔滤：粒径小于滤料孔径的颗粒由于偶然接触而被截获。 沉淀在滤料内部，颗粒可以沉淀在滤料上； 碰撞：较重的颗粒不随水运动；,截获：随水流运动的颗粒与滤料表面接触时被去除； 粘附：当絮凝颗粒通过滤料时，它们就会附着在滤料表面 化学吸附： a、键吸附 b、化学的相互作用； a、静电作用 物理吸附： b、动电作用 c、范德华力对其吸附 絮凝：大颗粒与小颗粒接触时，形成更大颗粒； 生物繁殖：生物滤池内繁殖可使滤料孔隙减少。,（4）进水

7、特征,特征（） a、 悬浮固体浓度（二级处理水中，SS：6-30mg/l）以浓度监测过程 b、粒径大小：（双峰分布）（混合10d的活性污泥出水）,c、絮体强度:与处理方法及操作方式有关 生物处理 化学沉淀 该值下降 泥龄长 但超过15d下降,较小粒径：1-15m 较大粒径：50-150m 双峰分布影响过滤机理二级过滤,d、双峰图,（5）深度处理滤池设计,预处理生物处理和滤池之间，通常增设混凝沉淀（澄清或气浮池） 对比试验 直接过滤：简单、但COD、TP去除率不高，运行复杂 微生物絮凝过滤：去除率高，但周期短，冬季2-4h 絮凝沉淀：过滤周期长，17h以上，全年水质合格,纪庄子 污水厂,滤速（V

8、）重要参数，决定滤池面积 絮体强度：其值低时，滤速上升会使絮体颗粒遭受破 坏，污物穿透滤池，使出水不能达标;生物絮体牢 固（4- 11m/h不影响），化学絮体强度较弱。 双层滤料：5-10m/h 取决于滤池型式 单层滤料：4-6m/h 压力滤池：24m/h 生物繁殖：滤池内生物繁殖可使滤料孔隙减少 水头损失取决于滤速和滤料的截污能力，滤料的组成和尺寸对水头损失影响大。 Ht=H0+(hi)t i=1-n Htt时间的总水头损失,m H0开始过滤时，清水总水头损失（管道，闸门，仪表，弯头，下部排水系统，滤料，构筑物）,m (H0)t滤层内第I滤料在时间t时的水头损失,7.3 溶解性有机物的去除,

9、丹宁 二级出水中，溶解性有机物：木质素 等难降解有机物 黑腐酸 从技术、经验、工程实践中，活性炭和臭氧氧化法适应,1、活性炭吸附由煤或木等材料经一次炭化制成，高温下，用CO使其活化，使炭形成多孔结构。,7.3.1 活性炭吸附,2、活性炭技术指标,碘值、亚甲兰值、糖蜜值,3、活性炭孔的分布,大孔（100-1000nm）、过渡孔（100-2nm）、微孔2nm,4、活性炭吸附处理二级处理水的特点,（1）对分子量1500（道尔顿）的环状化合物，不饱和化合物效果 好；对分子量3000的直链化合物（糖类）效果好； （2）吸附时有微生物存在提高处理效果（对有机物）但可能有生 物泄漏的问题（代谢产物有毒性）,

10、活性炭指标测定值,五种活性炭的扫描电镜照片（3000）,四种炭原子力显微镜扫描照片,B C D E,1、目的（二级出水回用）,7.3.2 臭氧氧化处理,去除残余有机物、脱除污水的色度、杀菌消毒。,2、去除有机物的特征,（1）能够氧化有机物，（蛋白质、氨基酸、木质素、腐殖酸）； （2）氧化有机物并易形成中间产物（甲醛、酸等）可生化性好； （3）氧化效果与PH值有关，PH高，效果好，(OH-)羟基自由基由臭氧分解产生 （4）臭氧化的副产物问题，溴酸盐上升，浊度上升。,3、脱色效果 砂滤后+ O3脱色效果好,4、消毒效果 砂滤后+O3消毒效果好,5、O3混合形式,扩散板式（反应为主）、喷射式（扩散为

11、主）、机械搅拌式。,7.4 溶解性无机盐类的去除,反渗透：膜分离技术，半渗透膜 电渗析：膜分离技术，阴、阳离子交换膜 离子交换：阳离子交换树脂、阴离子交换 树脂,7.5 污水的消毒处理,液氯 臭氧 次氯酸钠 紫外线,氮、磷为植物营养物质，能助长藻类和水生生物，引起水体的富营养化，影响饮用水水源。,7. 6 脱氮技术,（1）富营养化N、P引起，藻类问题（滇池，太湖）； （2） 提高制水成本饮用水，污水消毒时，增加投氯量； （3）污水回用填塞管道NH3N可促进设备中微生物的繁殖； （4） 农业灌溉TN不大于1mg/l，否则对农作物有影响。,2、氮的存在形式,（1）有机氮 （2）氨态氮（NH3N、N

12、H4+N） （3） NO2N、NO3N （4） N2,凯氏氮,3、二级处理技术的局限性,合成代谢对氮磷的去处率低，水中氮磷过剩 nCxHyOz+nNH3+n(x+y/4-z/2-5)O2 (C5H7NO2)n+n(x-5)CO2+n/2(y-4)H2O,7.6.1 概述,1、氮污染的危害,太湖的富营养化,废水中，NH3与NH4+以如下的平衡状态共存：,这一平衡受pH的影响，pH为10.511.5时，因废水中的氨呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。,吹脱过程包括将废水的pH提高至10.511.5，然后曝气，这一过程在吹脱塔中进行。,7.6.2 氮的吹脱去除,PH=7时，以NH4+存在 PH=

13、11时，90%NH3存在 PH升高，去除NH3上升 T上升，去除NH3上升,1、原理,（2）脱氮塔,脱氮塔技术的特点： 除氮的效果稳定 操作简便，容易控制 NH3二次污染（可回收） 使用CaO易结垢（改用NaOH） 水温下降时，效果差,水温水温升高，效率升高 布水状态滴状下落最好，膜状下落，效果大减 布水负荷率填料6m高以上时，其值不超过180m/m.d 气液比填料6m高以上时，2200-2300以下为好。,（3）脱氮塔工作影响因素与设计参数,PH值PH升高到10.5以上，去除率增加缓慢,生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程

14、。,活性污泥法的传统功能去除水中溶解性有机物 N、P只满足生理要求即可，因此对二者去除率低，仅为20-40%、5-20%,7.6.3 生物脱氮原理,污水生物处理中氮的转化过程,1.氨化反应,氨化反应原理,氨化菌,氨化菌为异氧菌,一般在氨化过程与微生物去除有机物同时进行，有机物去除结束时，已经完成了氨化反应,RCHNH2COOH+O2 RCOOH+CO2+NH3,2.硝化反应,（1）硝化反应原理,总反应,（2）硝化菌的特点, 硝化菌亚硝酸菌和硝酸菌的统称; 硝化菌属于化能自养菌，革兰氏染色阴性，可生芽 孢的短杆状细菌 .,温度适应20-30，15时硝化速度下降，低5完全停止 有机物BOD应低于1

15、5-20mg/l 污泥龄（SRT）微生物在反应器内的停留时间（c） N(c)Nmin，一般认为硝化菌最小世代时间 在适宜的温度条件下为3d，实际至少为硝化菌最小的 世代时间 (c)Nmin的2倍以上， 重金属及有害物质 重金属 对硝化反应抑制 高浓度NH4+N，高浓度NOx-N 有毒有机物、络合物阳离子,溶解氧 氧是电子受体，DO不能低于1.0mg/l 硝化需氧量（NOD）4.57g(氧)/g（N） 碱度7.1g碱度（以CaCO3计）/1g氨态氮（以N计）,一 般碱度不低于50mg/l PH对PH变化敏感（硝化菌),最佳值8.0-8.4,效率最高,（3）硝化反应的控制指标 硝化菌对环境条件的变

16、化极为敏感,反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌； 以NO3N为电子受体，以有机碳为电子供体，不能释放更多的ATP，合成的细胞物质较少 。,（2）反应过程,（1）反硝化菌的特点,3、反硝化反应 反硝化反应指NO3N和NO2N在反硝化菌的作用下，还原成气态N2的过程。,2HNO3,2HNO2,2HNO,2NH2OH,2NH3,NO,N2,NO3-,NO2-,NH2OH,NO2-,N2O,有机体(同化反硝化),N2(异化反硝化),反硝化过程式 上式的简化式,同化反硝化,+4H,+2H,-2H2O,+2H,-2H2O,-H2O,异化反硝化,图714反硝化反应过程（同化反硝化、异化反硝化）,+4H,+4H,-

17、2H2O,-2H2O,（3）反硝化反应的控制指标,污水中的碳源，BOD5/TN3-5时，勿需外加 外加碳源，CH3OH（反硝化速率高生成CO2+H2O）， 当BOD5/TN8，或PH6，反硝化速率下降,碳源,PH值,0.5mg/l以下，厌氧、好氧交替的环境，如存在氧，会抑制反硝化菌体内硝酸盐还原酶的合成，或氧成为电子受体阻碍硝酸氮的还原，但另一方面，某些酶系统还需有氧才能合成； 温度 最适宜的温度是20-40，低于15时代谢速率下降； 冬季低温季节 提高SRT，降低负荷率，提高污水的HRT 。,溶解氧,表7-4生物脱氮反应过程各项生化反应特征,1、活性污泥传统脱氮工艺（Barth工艺）,7.6

18、.4 生物脱氮技术,三级生物脱氮系统：由三个反应过程（氨化、硝化、反硝化） 建立的脱氮处理系统。,“一级”曝气池：去除 COD、BOD，有机氮转化为 NH3 NH4+， 出水BOD15-20mg/l； “二级”硝化曝气池，NH3 、NH4+生成NO3N，碱度下降； “三级”反硝化池 厌氧、好氧交替运行。 投甲醇时， CM=2.47N0（初始NO3N浓度）+1.53N(初始NO2N浓 度)+0.87D（初始DO浓度）,（2）优缺点,去除效果好 各类菌类环境条件好 设备多，造价高，能耗大,（1）流程说明,（3）改进的二级生物脱氮系统 BOD去除和硝化两个反应合并,2、缺氧好氧活性污泥法 A/O工艺

19、,（1）工艺特征,80年代开创,前置反硝化不外加碳源,可不加碱度,降低负荷 设内循环 产生碱度,3.75mg碱度/mgNO3N 勿需建后曝气池 回流水含有NO3N（沉淀池污泥反硝化生成） 要提高脱氮率，要增加回流比,（2）影响因素与主要工艺参数,水力停留时间：硝化：反硝化 3 ：1； 循环比：200%； MLSS值：大于3000mg/l; 污泥龄：30d; N/MLSS负荷率：0.03gN/gMLSS.d 进水总氮浓度：小于30mg/l。,（2）P0.5mg/l，能控制藻类的过度生长； （3）P低于0.05mg/l时，藻类几乎停止生长。,2、磷的存在形式,（1）有机磷酸盐存在有机物和原生质细胞

20、 如：葡萄糖6磷酸，2磷酸甘油， 大量胶体和颗粒状，可溶性占30%。 （2）磷酸盐H2PO4-、HPO4-、PO43-，其中PO43-正磷酸盐 （3）聚磷酸盐 焦磷酸盐P2O74- 三聚磷酸盐P3O105- 偏磷酸盐PO3-,7.7 除磷技术,7.7.1 概述,1、富营养化的限制因素,（1）P0.5mg/l，促进富营养化；,磷-不同于氮，不能形成氧化体和还原体，但有固态和溶解态转 化的特点。,4、去除方法,化学除磷法-混凝沉淀和晶析法除磷 生物除磷法设想是由Greenburyg于1955年提出的，60年代人们对上述方法广泛应用。,3、其他 生活污水中的含磷量：10-15mg/l，70%为可溶性

21、； 经过二级处理出水中，90%左右的磷以磷酸盐存在。,（2）铁盐除磷,7.7.2 化学除磷法,聚氯化铝（PAC），反应相同与Al2(SO4)3，但pH值不下降； 铝酸钠（NaAlO2）,使用Al盐注意事项: 注意PH值，介于5-7之间无影响，无需调整 PH降低，应注意排放水对PH的要求 沉淀污泥回流，污泥中有Al(OH)3，能提高对磷的去除率,Al3+PO43-（正磷酸离子） AlPO4（难溶,PH值上升，溶解度上升） Al2(SO4)3+2PO43- 2AlPO4+3SO42-,Al2(SO4)3+6HCO3- 2Al(OH)3+6CO2+3SO42-,（1）铝盐除磷,1、金属盐混凝沉淀除磷

22、,pH值，如P9.5；原污水 PH11,磷的形式,正磷酸盐（PO4） 聚磷酸盐:去除难易程度 焦磷酸盐(P2O74-)三磷酸盐(P3O105- ) 偏磷酸盐(PO3-) 原水中Ca2+的浓度,5Ca2+4OH-+3HPO42- Ca5(OH)(PO4)3+3H2O PH升高，P的含量下降，（对数降低的趋势),（1）石灰与磷的反应,（2）除磷效果影响因素,2、石灰混凝除磷,（3）石灰混凝沉淀除磷处理流程（自学） 由以下三部分组成：快速搅拌池、缓慢搅拌池、沉淀池,霍米尔（Holmers）提出活性污泥的化学式 C118H170O51N17P 或C：N：P=46：8：1,生物除磷 利用聚磷菌一类的微生

23、物，能够过量的，在数量上超过其生理需 要，从外部摄取磷，并将磷以聚合形式贮藏在菌体内，形成高磷污 泥，排出系统外，达到从废水中除磷的效果。,生物除磷机理,7.7.3 生物除磷原理,.好氧吸收（聚磷菌对磷的过量吸收） ADP+H3PO4+能量 ATP+H2O 2.厌氧释放:厌氧条件下（DO=0，NO3-=0）， ATP+H2O ADP+H3PO4+能量 上述两反应为可逆反应，过程见下图,ADP,ATP,ATP,ADP,ADP,ADP,ATP,ATP,释放,有机磷,无机磷,聚磷,无机磷,有机磷,聚磷菌+Poly,聚磷菌,合成,降解,PHB,PHB,无机物,溶解质,进水,污泥回流,剩余污泥（高磷）,

24、厌氧段,好氧段,释放的少,摄取的多,聚磷酸ploy,PHB：聚羟基酸盐 生物除磷几乎全为活性污泥法，生物膜法很少,1.甲单胞菌属、气单胞菌属：起主要作用，15%-20%； 2.不动杆菌属：储存聚磷的能力最强； 3.某些反硝化菌：也能超量吸收磷； 4.发酵产酸菌：将大分子物质降解为低分子脂肪酸类基质；,生物除磷的影响因素,1.溶解氧：厌氧段控制在0.2mg/l以下，好氧段控制在2mg/l左右； 2.厌氧区硝态氮：抑制厌氧发酵过程 3.温度：其影响不如生物脱氮过程明显，530的范围内效果均可； 4.pH值：6-8范围内比较稳定； 5.BOD负荷和有机物性质：BOD/TP要大于15，才能保证聚磷菌有

25、足 够的基质需求； 6.污泥龄：一般控制在3.57天，厌氧段的停留时间不宜过长。 同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾,主要菌种聚磷菌,1.工艺过程,1、弗斯特利普工艺,7.7.4 生物除磷工艺,（1）工艺过程,1)含磷废水进入曝气池同步进入的还有聚磷菌污泥，聚磷菌过量地摄取磷，去除有机物，还能出现硝化作用； 2)从曝气池流出的混合也，进入沉淀池，在这里进行泥水分离，含磷污泥沉淀，上清液排放； 3) 含磷污泥进入除磷池 4)含磷上清液进入混合池，投加石灰，化学除磷；,（2）弗斯特利普除P工艺的特点,1）出水含磷量低于1mg/l； 2）SVI值小于100，丝状菌难于增值，污泥不膨胀； 3）可根据B

26、OD/P调节回流污泥与混凝污泥的比例。,（释放磷）,曝气池 （BOD去除 吸收磷）,原污水,处理水,（厌氧）,沉淀池,（好氧）,回流污泥（含磷污泥）,剩余污泥,含磷污泥 用作肥料,1.厌氧-好氧除磷工艺流程（n法）,2、厌氧好氧除磷工艺,流程简单，既不用投药，也无需内循环,有利于好氧（厌氧）状态的保持 HRT段，3-6h,曝气池SS浓度2700-3000mg/l之间，BOD与一般活性污泥法相同， 磷的去除率较好，P1.0mg/l 沉淀污泥含磷率4%，肥效好 SVI低于100，易沉淀，不膨胀,除磷率难以进一步提高，P/BOD高时尤其是这样 沉淀池产生磷的释放现象,3.工艺存在的问题：,2.工艺特

27、征：,7.8 同步脱氮除磷工艺,7.8.1 巴颠普脱氮除磷工艺,1.工艺流程：,第一厌氧反应器 首要功能是脱氮 第二功能是污泥释放磷 第二厌氧反应器 脱氮， 释放磷,第一好氧反应器 硝化，吸收磷 第二好氧反应器 吸收磷，硝化，去除BOD 沉淀池，主要功能是泥水分离 综上，各反应单元都有其首要功能,脱氮90%,除磷率90%,2.工艺功能：,厌氧反应池,缺氧反应池,原污水,（释放磷氨化）,沉淀池,（脱氮）,回流污泥（含磷污泥）,好氧反应池,（硝化吸收磷 去除BOD ）,处理水,内循环,2Q,N2,AAO法同步脱氮除磷工艺流程,7.8.2 AAO法同步脱氮除磷工艺 （Anaerobic-Anoxic

28、-Oxic）,1.工艺流程：,70年代，美国人在AnO法脱氮工艺的基础上开发的,沉淀池,厌氧池,缺氧池,好氧池,进 气 管,2.反应器单元功能： 厌氧反应池：释放磷+氨化（有机氮） 缺氧反应器：脱氮 好氧反应器：去除BOD，硝化，吸收磷,3.工艺特点,除磷效果很难提高 脱氮效果难于进一步提高，内循环量2Q，不宜太高 进入沉淀池的处理水要保持一定的溶解氧,最简单的同步脱氮除磷技术 总的HRT很短 丝状菌不能大量繁殖（好氧，厌氧交替运行），无污泥膨 胀,SVI100 污泥中含磷浓度高，肥效高 勿需投药，两个A段只用轻搅拌， 运行费用低,4.缺点,7.8.3 生物转盘同步脱氮除磷工艺 P322 图7-24,7.8.4. 改进的Bardenpho工艺,7.8.5. UCT工艺,使缺氧区的NO3-0 厌氧段保持严格厌氧,NO3-回流,（1-2）Q回流,7.8.6. SBR工艺,SBR工艺是将除磷脱氮的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成。,MSBR工艺,传统A2O工艺,MSBR脱氮除磷工艺,MSBR池平面图,MSBR单元工作状态,7.8.7.三沟式氧化沟,7.8.8. UNITANK工艺,7.8.9. YAAO工艺,7.8.10 主要的脱氮除磷活性污泥法功能表及影响因素,脱氮除磷 工艺及功能表,2. 脱氮除磷活性污泥法的影响因素,7.9 城市水资源的合理开发与利用,