第十七讲城市污水的深度处理.pptx

城市污水经传统的二级处理以后，绝大部分悬浮固体和有机物被去除，残留微量的悬浮固体和溶解的有害物，如氮和磷等化合物。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。污水综合排放标准国标GB89781996 城镇二级污水处理厂（除PH、色度外，其他单位为mg/L）PH 色度（倍）SS BOD5 COD NH3-N 磷酸盐（以P计）一级 6-9 50 20 20 60 15 0.5二级 6-9 80 30 30 120 25 1.0当污水处理的出流标准是某些特定的污染物时，则处理工艺常称为深度处理。例如为了防止水体水质富营养化，出流污水需进行脱氮除磷。若是全面提高出水水质，则可称为三级处理 氮、磷的去除引起富营养化的营养元素有碳、磷、氮、钾、铁等，其中，氮和磷是引起藻类大量繁殖的主要因素。欲控制富营养化，必须限制氮、磷的排放。氮的去除 废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。在生活污水中，主要含有有机氮和氨态氮，它们均来源于人们食物中的蛋白质。除氮方式化学法除氮 生物法脱氮 化学法除氮主要用于工厂内部治理：吹脱法折点加氯法 离子交换法 吹脱法：废水中，NH3与NH4 以如下的平衡状态共存：NH3+H2O NH4+OH这一平衡受pH值的影响，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值提高至10.511.5，然后曝气，这一过程在吹脱塔中进行，塔的构造如图181所示。+_该过程受温度的影响较大，随温度的降低，为达到同样处理效果所需的空气量迅速增加，见图182。由于用石灰调pH值，在吹脱塔中会发生碳酸钙结垢现象，影响运行。另外，NH3气的释放会造成空气污染。因此，对该工艺已有多种改进，例如使吹脱塔的气体通过H2804溶液以吸收NH3。折点加氯法 含氨氮的水加氯时，有下列反应：Cl2+H2O HOCl+H+ClNH4+HOCl NH2Cl+H+H2ONH4+2HOCl NHCl2+H+2H2O+_+2NH4+3HOCl N2 +5H+3Cl+3H2O在净水工程中，称氯胺为化合余氮，次氯酸为余氯，均有杀菌作用。图183示含氨氮水的加氯曲线。图中余氯曲线出现A、B二个转折点。A点称峰点，A点前余氯基本上是氯胺，B点称折点，折点后余氯基本上是自由氯(游离氯)。加氯脱氮时采用的加氯量应以折点相应的加氯量为准。此法最大的优点是通过适当的控制，可完全去除水中的氨氮。为了减少氯的投加量，此法常与生物硝化联用，先硝化再除微量的残留氨氮+_+离子交换法 用离子交换法去除氨氮时，常用天然的离子交换剂，如沸石等。与合成树脂相比，天然离子交换剂价格便宜且可用石灰再生。采用合成树脂，预处理工序和再生系统均较复杂，且树脂寿命短，应用上受到一定的限制。生物法脱氮 生物脱氮机理 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。硝化反应是在好氧条件下，将 NH4 转化为N2O 和 N3O 的过程。此作用是由亚硝酸菌和硝酸菌两种菌共同完成的。这两种菌属于化能自养型微生物。2NH4+3O2 2NO2+4H+2H2O 2NO2+O2 2NO3+_+_亚硝酸菌硝酸菌_总反应式为：NH4+2O2 NO3+2H+H2O 影响因素 硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度，溶解氧，污泥龄，pH，有机负荷等都会对它产生影响。1.温度 硝化反应的适宜温度为2030。低于15时，反应速度迅速下降，5时反应几乎完全停止。2.BOD5 由于硝化菌是自养菌，若水中B0D5值过高，将有助于异氧菌的迅速增殖，微生物中的硝化菌的比例下降。_+硝化细菌3.泥龄 硝化菌的生长世代周期较长，为了保证硝化作用的进行，应取大于硝化菌最小世代时间两倍以上。4.溶解氧 硝化反应对有较高的要求，处理系统中的溶解氧量最好保持在2mgL以上。5.PH与碱度 在硝化反应过程中，有H 释放出来，使pH值下降。硝化菌受pH值的影响很敏感，为了保持适宜的pH值78，应在废水中保持足够的碱度，以调节pH值的变化。1g氨态氮(以N计)完全硝化，需碱度(以CaCO3计)7.1g。+反硝化反应是指在无氧条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3)和亚硝酸盐氮(NO2)还原为氮气的过程。反应如下6NO3+2CH3OH 6NO2+2CO2+4H2O6NO2+3CH3OH 3N2+3H2O+6OH+3CO2总反应式：6NO3+5CH3OH 3N2+5CO2+7H2O+6OH 反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以O2为电子受体进行好氧呼吸；在无氧而有NO3 或NO2 存在时，则以NO3或NO2为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。_硝酸还原菌亚硝酸还原菌_在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝化菌的生长繁殖，即菌体合成过程，其反应如下：3NO3+14CH3OH+CO2+3H 3C5H7O2N+19H2O式中C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。反硝化还原和微生物合成的总反应式为：NO3+1.08CH3OH+H 0.0065C5H7O2N+0.47N2+0.76CO2+2.44H2O从以上的过程可知，约96的NO3一N经异化过程还原，4经同化过程合成微生物。+_+碳源 当污水中BOD5TKN35时，可认为碳源充足。不同的有机碳将导致反硝化速率的不同。碳源按其来源可分为三类：外加碳源，多采用甲醇，因为甲醇被分解后的产物为c02，H20，不产生其它难降解的中间产物，但其费用较高；原水中含有的有机碳；内源呼吸碳源细菌体内的原生物质及其贮存的有机物。PH值 适宜pH值为6.57.5。pH值高于8或低于6时，反硝化速率将迅速下降温度 反硝化反应的温度范围较宽，在540范围内都可以进行。但温度低于15时，反硝化速率明显下降。生物脱氮工艺 v三段生物脱氮工艺v Bardenpho生物脱氮工艺 v缺氧一好氧生物脱氮工艺 三段生物脱氮工艺 该工艺是将有机物氧化，硝化及反硝化段独立开来，每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。使除碳，硝化和反硝化在各自的反应器中进行，并分别控制在适宜的条件下运行，处理效率高。其流程如图184所示。由于反硝化段设置在有机物氧化和硝化段之后，主要靠内源呼吸碳源进行反硝化，效率很低，所以必须在反硝化段投加外加碳源来保证高效稳定的反硝化反应。将有机物氧化和硝化合并成一个系统以简化工艺，从而形成二段生物脱氮工艺。各段同样有其自己的沉淀及污泥回流系统。除碳和硝化作用在一个反应器中进行时，设计的污泥负荷率要低，水力停留时间和泥龄要长，否则，硝化作用要降低。在反硝化段仍需要外加碳源来维持反硝化的顺利进行。Bardenpho生物脱氮工艺 该工艺取消了三段脱氮工艺的中间沉淀池，如图185所示。设立了两个缺氧段，第一段利用原水中的有机物为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液进行反硝化反应。经第一段处理，脱氮已基本完成。为进一步提高脱氮效率，废水进入第二段反硝化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。最后的曝气池用于吹脱废水中的氮气，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池发生污泥上浮现象。这一工艺比三段脱氮工艺减少了投资和运行费用缺氧一好氧生物脱氮工艺 该工艺将反硝化段设置在系统的前面，因此又称为前置式反硝化生物脱氮系统，是目前较为广泛采用的一种脱氮工艺。反硝化反应以污水中的有机物为碳源，曝气池中含有大量硝酸盐的回流混合液，在缺氧池中进行反硝化脱氮。在反硝化反应中产生的碱度可补偿硝化反应中所消耗的碱度的50左右。该工艺流程简单，无需外加碳源，因而基建费用及运行费用较低，脱氮效率一般在70左右；但由于出水中含有一定浓度的硝酸盐，在二沉池中，有可能进行反硝化反应，造成污泥上浮，影响出水水质。v其他如氧化沟、序批式活性污泥法等，可在同一池中通过控制运行条件，在不同时段，形成缺氧和好氧的条件，从而达到除碳和脱氮的目的，另外，开发了脱氮与除磷相结合的A/O、UCT、SBR等工艺。2除磷 v磷的主要来源：粪便、洗涤剂和某些工业废水v存在方式：以正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷等形式溶解于水中v去处方法：通过物理、化学或生物方法使溶解的磷化合物转化为固体形态后予以分离；分为物理法，化学法及生物法三大类。物理法因成本过高、技术复杂而很少应用。化学法除磷v化学法是最早采用的一种除磷方法。它是以磷酸盐能和某些化学物质如铝盐、铁盐、石灰等反应生成不溶的沉淀物为基础进行的，反应如表182所示。这些反应常有伴生反应，产物常具絮凝作用，有助于磷酸盐的分离。v化学法的特点是磷的去除率较高，处理结果稳定，污泥在处理和处置过程中不会重新释放磷而造成二次污染，但污泥的产量比较大。生物法除磷v原理：利用微生物在好氧条件下对污水中溶解性磷酸盐的过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。厌氧能量 厌氧部分供聚磷菌生存，部分供聚磷菌主动吸收乙酸苷 聚磷菌聚磷分解放出无机磷释放磷后 的聚磷菌有机物乙酸苷PHBPHB聚磷菌 PHB增殖 主动吸收磷酸盐 供聚磷菌增殖和主动吸收污水中的磷酸盐以聚磷的形式积聚于体内 好氧分解 能量 在厌氧状态下放磷愈多，合成的PHB愈多，则在好氧状态下合成的聚磷量愈多，除磷的效果也就愈好。合成PHB的量和碳源的性质密切相关，乙酸等低级脂肪酸易被聚磷菌吸收转化为PHB，因而在厌氧区加入消化池上清液可提高放磷速率。硝酸盐对厌氧放磷不利，它有助于反硝化菌的增长，从而和聚磷菌争夺碳源，抑制其生长和放磷。温度对放磷也有重要的影响。当温度从10上升到30时，放磷速率可提高5倍。生物除磷的基本类型有二种：AO法和Phostrip工艺。AO法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统，其流程如图187所示。为了使微生物在好氧池中易于吸收磷，溶解氧应维持在2mgL以上，pH值应控制在78之间。磷的去除率还取决于进水中的BOD5与磷浓度之比。据报道，如果这一比值大于10：1，出水中磷的浓度可在1mg/L左右。由于微生物吸收磷是可逆的过程，过长的曝气时间及污泥在沉淀池中停留时间过长都有可能造成磷的释放Phostrip去除磷工艺流程见图188 从上图可知，该工艺主流是常规的活性污泥工艺，而在回流污泥过程中增设厌氧放磷池和上清液的化学沉淀池，称为旁路。约010.2gy的回流污泥经厌氧放磷后再和进水一起进入曝气池吸收磷。因而该法是一种生物法和化学法协同的除磷方法。该工艺操作稳定性好，出流中磷含量可小于1.5mgL。生物脱氮除磷 脱氮除磷工艺,主要有A O工艺，改进的Bardenpho工艺、UCT工艺和SBR工艺 2AO工艺 在原来AO工艺的基础上，嵌入一个缺氧池，并将好氧池中的混合液回流到缺氧池中，达到反硝化脱氮的目的，这样厌氧一缺氧一好氧相串联的系统能同时除磷脱氮。简称AO工艺改进的Bardenpho工艺 改进的Bardenpho工艺由四池串联，即缺氧一好氧一缺氧池一好氧池。类似二级AO工艺串联。第二级AO的缺氧池基本上利用内源碳源进行脱氮，最后的曝气池可以吹脱氨氮，提高污泥的沉降性能。为了提高除磷的稳定性，在Bardenpho工艺流程之前增设一个厌氧池，以提高污泥的磷释放效率。只要脱氮效果好，那么通过污泥进入厌氧池的硝酸盐是很少的，不会影响污泥的放磷效果，从而使整个系统达到较好的脱氮除磷效果 22UCT工艺 在改进的Bardenpho工艺中，由于二沉池回流污泥中很难避免有一些硝酸盐回流到流程前端的厌氧池，从而影响除磷效果；为此，UCT工艺将二沉池的回流污泥回流到缺氧池，污泥中携带的硝酸盐在缺氧池中反硝化脱氮。同时为弥补厌氧池中污泥的流失，增设缺氧池至厌氧池的污泥回流。这样厌氧池可免受硝酸盐的干扰。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。如进水后进行一定时间的缺氧搅拌，好氧菌将利用进水中携带的有机物和溶解氧进行好氧分解，此时水中的溶解氧将迅速降低甚至达到零，这时厌氧发酵菌进行厌氧发酵，反硝化菌进行脱氮；然后停止搅拌一段时间，使污泥处于厌氧状态，聚磷菌放磷；接着进行曝气，硝化菌进行硝化反应，聚磷菌吸磷，经一定反应时间后，停止曝气，进行静止沉淀，当污泥沉淀下来后，撇出上部清水，而后再放人原水，如此周而复始。研究表明，SBR工艺可取得很好的脱氮除磷效果。自动控制系统的完善，为SBR的应用提供了物质基础。SBR是间歇运行的，为了连续进水，至少需设置二套SBR设施，进行切换。城市污水的三级处理 v活性炭吸附 v投加粉末活性炭的活性污泥工艺 v化学氧化法 三级处理中的活性炭吸附主要是去除传统活性污泥法出流中的难降解化合物，残余的无机化合物，如氮，硫化物和重金属。在应用活性炭吸附前一般都需设置滤池，以去除二级出流中以悬浮颗粒形态存在的有机物。溶解性可生物降解的有机物浓度也要尽可能低，使活性炭的容量真正用于二级处理不能解决的问题上。显然，吸附性能和pH，温度，流量的优化控制等紧密相关，这些问题设计时应仔细考虑。投加粉末活性炭的活性污泥工艺 该工艺是将活性炭直接加人曝气池中，使生物氧化与物理吸附同时进行。其工艺流程如图1810所示 粉末活性炭投加量和混合液的悬浮固体浓度、污泥龄的关系如下式：式中：混合液中悬浮固体的浓度(粉末活性炭+污泥浓度)，mgL；Pi粉末活性炭的投加量，mgL；污泥龄d；t水力停留时间，d。活性炭的投加量一般为20200mgL。随着污泥龄的加长，单位活性炭去除有机物的量增加，系统的处理效率提高。化学氧化法 在废水的深度处理中，应用化学氧化法可去除氨氮，降低残留有机物的浓度及减少水中细菌和病毒的数量。加氯氧化已在本章第二节中讨论过。由于加氯氧化会形成三氯甲烷等有害物质，因此一些其他的氧化剂如二氧化氯和臭氧等常被使用。用它们来氧化废水还可起到消毒的作用，尤其是臭氧还可去除废水中的色度。使用氯和臭氧氧化废水中有机物所需的剂量列于表186中。所用的剂量与达到的处理程度成正比。