任务二--城市生活污水除磷处理方案的确定.pptx

阅读教材阅读教材阅读教材阅读教材：P183-200污水除磷技术 思考：1|、污水中磷的转化？2、污水生物除磷的原理与工艺？3、化学沉淀法除磷的技术与工艺？4、结晶法除磷的原理与工艺？信息检索、方案设计信息检索、方案设计各小组同学利用书籍、网络等检索工具，查阅污水除磷处理方面的相关信息及城市生活污水除磷处理技术方案。检索结束，学生讨论、小结、以小组为单位确定初步设计方案。提供初步设计方案。方案汇报方案汇报各小组派代表汇报方案，如有遗漏，组内其它成员可以进行补充。教师总结点评方案，重点介绍方案的总体设想和基本原理。完善方案、确定方案完善方案、确定方案各小组对已提交的设计方案逐一进行讨论。教师点评。各小组依据讨论情况，修改完善、确定城市生活污水除磷处理方案。用CAD、WORD绘制设计方案流程图。理 论 讲 解 磷是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素。磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。含磷化合物有机磷有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等无机磷磷酸盐：正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-)、磷酸二氢盐H2PO4-、偏磷酸盐(PO3-)聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74)、三磷酸盐(P3O105-)、三磷酸氢盐(HP3O92-)1、污水中磷的转化污水中磷的转化一、一、污水生物除磷原理污水生物除磷原理1、污水中磷的转化污水中磷的转化污水中磷的转化过程主要是有机磷 无机磷 有机磷结构较复杂，但他们一般都带有易断裂的PO、PS双键，偏聚磷酸盐主要包括焦磷酸盐（Na4P2O7），三聚磷酸盐（Na5P3O10）等，在厌氧条件下，他们都被生物酶水解，最终生成无机磷酸盐。在好氧条件下，大分子有机物被氧化生成CO2，随之，存在于其中的有机磷也会被氧化为无机磷酸盐。这样，供为生物体合成自身细胞所用而被去除。2、生物除磷原理污水生物除磷就是利用活性污泥的超量磷吸收现象（即微生物吸收的磷量超过微生物正常生长所需要的磷量），通过污水生物处理系统使水中的磷转化被微生物吸收。在所有污水生物除磷工艺流程中都包含厌氧操作段和好氧操作段，完成有机磷 无机磷含磷微生物（污泥）的转化，使剩余污泥的含磷量达到3%7%。由于进入剩余污泥的总磷量增大，处理出水的磷浓度明显降低。一般城市污水水质与排放要求 常规活性污泥法的微生物同化和吸附；项项 目目进水水质进水水质/（mgL-1）国家排放标准国家排放标准/（mgL-1）一级一级A一级一级BCODcr2503005060BOD51001501020SS1502001020TKN(NH3-N)35（25）5（8）8（15）TP5611.5 如何去除以达到排放标准？生物强化除磷；投加化学药剂除磷。常规活性污泥法的微生物同化和吸附 普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重的1.5%2.0%，通过同化作用可去除磷12%20%。生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥中磷含量占到干重5%6%。生物强化除磷工艺 如果还不能满足排放标准，就必须借助化学法除磷。生物强化除磷工艺 利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对污水中溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。经过厌氧状态释磷的活性污泥在好氧状态下有很强的磷吸收能力，这就是磷得以除去的原因所在。磷在污水处理过程中的转化步骤厌氧环境中：在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，污水中的有机物（溶解性BOD）在厌氧发酵产酸菌（兼性细菌）的作用下（发酵）转化为乙酸苷（VFAs（低分子发酵产物挥发性有机酸）；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态下，（吸收这些发酵作用或来自原污水的VFA）将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB(聚-羟基丁酸)的形态储藏于体内。聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。进入好氧状态后，聚磷菌的活力得到恢复，将储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。产生的新的聚磷菌细胞（富磷污泥），将在后面的操作单元中通过剩余污泥的形式得到排放，从而将磷从系统中除去。剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是从污水中去除的含磷物质。普通活性污泥法通过同化作用除磷率可以达到12%20%。而具生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥中含磷量可以占到干重5%6%，去除率基本可满足排放要求。好氧环境中：生物除磷机理聚磷菌在厌氧状态下释放磷获取量以吸收废水中溶解性有机物，在好氧状态下降解吸收的溶解性有机物获取能量以吸收磷，在整个生物除磷过程中表现为PHB的合成和分解。聚磷菌的作用机理反应式-厌氧释磷 基本条件-溶解氧（DO）趋近于0，氮氧化物（NOx）趋近于0，厌氧反应器内具有一定数量的聚磷菌和其他厌氧异氧菌等。反应式-好氧摄磷基本条件-有一定的溶解氧，存在足够的有机基质BOD及磷酸盐，有相当数量的好氧菌、异氧菌及聚磷菌等。3、生物除磷的影响因素 BOD负荷和有机物性质 溶解氧 厌氧区硝态氮 温度 pH值 泥龄 BOD负荷和有机物性质 厌氧段有机基质的种类、含量及其与微生物营养物质的比值（BOD5/TP）是影响除磷效果的重要因素。分子量较小的易降解的有机物（如低级脂肪酸类物质）易于被聚磷菌利用。高分子难降解的有机物诱导释磷的能力较弱。一般认为，进水中BOD5/TP要大于15，才能保证聚磷菌有着足够的基质需求而获得良好的除磷效果。溶解氧 厌氧区如存在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不会诱导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质。一般厌氧段的DO应严格控制在0.2mg/L以下，而好氧段的DO控制在2.0mg/L左右。厌氧区硝态氮 硝态氮包括硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，其存在同样也会消耗有机质（即降低了进水的有效BOD5/P域值）而抑制聚磷菌对磷的释放，从而影响在好氧条件下聚磷菌对磷的吸收。硝态氮的存在会被部分生物聚磷菌（单细胞菌）利用作为电子受体进行反硝化，从而影响其以发酵中间产物作为电子受体进行发酵产酸，从而抑制了聚磷菌的释磷和摄磷能力及PHB的合成能力。温度 在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快；温度低时应适当延长厌氧区的停留时间或投加外源VFA。试验表明在530的范围内，都可以得到很好的除磷效果。pH值 与常规生物处理相同，生物除磷系统合适的pH为中性和微碱性，不合适时应调节。试验证明pH值在6.58.0的范围内时，磷的厌氧释放比较稳定。pH值低于6.5时生物除磷的效果会大大下降。泥龄 同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾。污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量，污泥龄越长，污泥含磷量越低，去除单位质量的磷须同时耗用更多的BOD。二、二、污水生物除磷工艺污水生物除磷工艺各小组同学利用书籍、网络等检索工具，查阅污水除磷处理方面的相关信息及城市生活污水除磷处理技术方案。检索结束，学生讨论、小结、以小组为单位确定初步设计方案。提供初步设计方案。现有的除磷工艺可分为主 流 除磷侧 流 除 磷A/O及在此基础上为了提高除磷效率而发展起来的A2/O、UCT、Bardenpho等，主流工艺厌氧池在污水水流方向上，磷的最终去除通过剩余污泥排放。以Phostrip工艺为代表，结合生物除磷和化学除磷，将部分回流污泥分流到厌氧池脱磷并用石灰沉淀，厌氧池不在污水主流方向上，而在回流污泥的测流中。A/O工艺污水和污泥顺次经厌氧和好氧交替循环流动。回流污泥进入厌氧池可吸收降解一部分有机物，在简单有机物诱导下，污泥中聚磷菌释放出体内的磷，进入好氧池废水中有机物得到好氧降解，同时污泥将过量摄取废水中的磷，部分富磷污泥以剩余污泥的形式排出，实现磷的去除。在A段和O段BOD5均有所下降其中A段BOD5的下降是由于聚磷菌利用废水中溶解性有机基质合成PHB所造成的，而在O段的下降是由于异氧菌的好氧分解。P的含量在A段有所升高，到了O段才有了大幅度的降低。A/O工艺特性曲线A/O工艺优缺点除磷效率低，处理城市污水时除磷率在75%左右，出水含磷约1mg/L，很难进一步提高。工艺流程简单，不需另加化学药品，基建和运行费用低。厌氧池在好氧池之前，不仅有利于抑制丝状菌的生长，防止污泥膨胀，而且厌氧状态有利于聚磷菌的选择性增殖，污泥的含磷量可达到干重的6%。A/O工艺运行负荷高，泥龄和停留时间短，系统往往得不到硝化，回流污泥也就不会携带硝酸盐回到厌氧区。Phostrip工艺废水经曝气池去除BOD5和COD，同时在好氧状态下过量的摄取磷。在二沉池中，含磷污泥与水分离，会流污泥一部分回流至曝气池，而另一部分分流至厌氧除磷池。在厌氧除磷池中，回流污泥在好氧状态时过量摄取的磷得到充分释放，污泥回流到曝气池。由除磷池流出的富磷上清液进入化学沉淀池，投加石灰形成Ca(PO4)2不溶物沉淀，通过排放含磷污泥去除磷。优点：出水总磷浓度低，小于1mg/L；回流污泥中磷含量较低，对进水P/BOD没有特殊限制，即对进水水质波动的适应性较强；大部分磷以石灰污泥的形式沉淀去除，因而污泥的处置不像高磷剩余污泥那样复杂；Phostrip工艺还比较适合于对现有工艺的改造。总之，Phostrip工艺受外界条件影响小，工艺操作灵活，除磷效果好且稳定。三、化学沉淀法除磷技术化学沉淀法是向污水中投加药剂，使水中磷酸离子生成难容性的盐，形成絮凝体与水分离，从而去除污水中所含磷的一种物量化学方法。根据使用的药剂可分为石灰沉淀法和金属盐沉淀法两种。表4 石灰沉淀法和金属盐沉淀法比较 比较项目 石灰沉淀法金属盐沉淀法混凝剂的必要投加量根据碱度,将PH值调至一定值所需混凝剂量按与磷的物质的量比从沉淀物中再生混凝剂可以不可以污泥产生量多少污泥处理 处置容易困难处理水中的溶解盐不增加增加最适宜的PH值范围106-8处理效率高一般适用的处理规模大所有规模其他同时进行氨的解吸是经济的，但会生成水垢。投加的药剂对生物处理有利1、化学沉淀法除磷原理石灰沉淀法金属盐沉淀法采用的混凝剂有铝盐（硫酸铝、聚合氯化铝）、铁盐（氯化亚铁、氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁）等。2、化学除磷的影响因素石灰沉淀法碱度镁 镁的去除率对于H3PO4-P、H3PO4-可溶性磷的去除没有影响，但当污水中的磷以H3PO3形式存在时，投加同一石灰量，随着镁去除量的增加，上清液中磷的浓度相应减少。金属盐混凝碱度投加铝盐时为56，投加铁盐时为4左右。物质的量比 当Ph值为4，金属盐与正磷酸正离子的物质的量比上升直到1.2，正磷酸的去除率呈直线增加，当物质的量比1.4时，磷基本上可100%被去除，3、化学沉淀法除磷工艺 常用的化学除磷药剂：金属盐药剂：二价及三价铁盐及铝盐（氯化铝与硫酸铝等）；高分子聚合物，如聚合铝盐（PAC）、聚合铁（PFS）等。碱性药剂：20%40%石灰乳；40%铝酸钠。化学沉淀法除磷工艺三、结晶法除磷技术结晶法除磷技术在碱性条件下，溶液中的PO43-和Ca2+反应可以生成羟基磷酸钙沉淀。溶解度曲线右边称为稳定区，磷、钙等都以离子状态存在，不产生沉淀；过饱和溶解曲线右边为不稳定区，达到这个区域时，迅速生成颗粒微小的羟基磷酸钙从而达到除磷的目的，此为化学沉淀除磷的机理；溶解度曲线和过饱和溶解度曲线之间的这个区称为亚稳区，这时Ca2+和PO43-浓度乘积小于溶度积，在不加入其他固体颗粒晶种时，通常不会产生沉淀。结晶法除磷工艺新建处理厂四、四、污水除磷工艺方案的选择排放要求的计量基础：去除总量(kg/d)、排放浓度（mg/L）或去除率(%)；排放要求的时间基础：日平均、月平均或年平均；达标的时间限制：一次到位或分阶段达标；其它重要水质指标的排放要求也要明确，包括；B0D5、ss、pH、氨氮、总氮和碱度。更新改造厂四、四、污水除磷工艺方案的选择 对于建议的设计规模，已有设施的水力学能力是否足够；已有设施是改造还是扩建，或两者均要。已有设施的使用期限和条件是否容许除磷技术的新（扩）增；已有的生物处理方式（活性污泥法或生物膜法等）胞能否与满足处理要求的除磷工艺方案兼容。上述基本问题得到答案之后，可采用与新厂相同的方式收集所需的其它资料，并包括：处于运行状态的已有设施的类型、能力和效率；水线：水力学处理能力、生物处理能力、供氧能力、规划或正在进行的改进；泥线：浓缩与脱水能力、污泥稳定化能力及效率、最大处置能力、污泥处理处置系统与可供选用的除磷技术的兼容性；新建处理厂1、目标明确、基础资料详实2、全面考虑、综合比较除磷方案的选择和确定方法第1步：首先确定污水除磷系统是否新建，是仅除磷还是同时除磷脱氮。一般情况下，对于新厂建设，应考虑所有可能方案；对已建成的污水厂可以适当排除某些工艺方案。第2步：根据除磷工艺的除磷能力找出能满足除磷要求的各种工艺方案，第3步：从已选出的能满足除磷或除磷脱氨要求的工艺中，根据各种工艺的除磷和脱氮性能，以及确定的适用性原则筛去不适用的工艺。能满足或满足基本出水水质要求的工艺均进入第四步。第4步：对所有可以采用的备选方案作技术经济分析，包括投资和运行费用。同时还要考虑非经济因素的影响，包括：占地、可靠性、环境影响评价和所需的操作水平。通过综合经济效益分析即可选出满足处理要求的经济可行的工艺方案。（b）Bardenpho生物脱氮工艺：各小组同学利用书籍、网络等检索工具，查阅污水除磷处理方面的相关信息及城市生活污水除磷处理技术方案。检索结束，学生讨论、小结、以小组为单位确定初步设计方案。提供初步设计方案。设立两个缺氧段，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。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。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。(1)A/O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。厌氧-好氧除磷工艺流程三、三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺生物除磷及生物脱氮除磷工艺1.A/O生物除磷工艺(2)Phostrip去除磷工艺流程：三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺2.A2/O工艺A2/O工艺基本流程进水进水沉淀池沉淀池厌氧池厌氧池缺氧池缺氧池好氧池好氧池剩余污泥剩余污泥出水出水内回流内回流污泥回流污泥回流进进气气管管3.改进的Bardenpho工艺4.UCT工艺5.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MSBRMSBR池平面图池平面图MSBRMSBR单元工作状态单元工作状态6.三沟式氧化沟7.UNITANK工艺8.YAAO工艺四、主要的脱氮除磷活性污泥法功能表及影响因素四、主要的脱氮除磷活性污泥法功能表及影响因素1.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 环境因素，如温度、pH、溶解氧。工艺因素，如泥龄、各反应区的水力停留时间。污水成分，如BOD5与N、P的比值。进水磷浓度为10mg/L时，SRT和BODL的去除率对出水磷浓度的影响：BODL的去除量的去除量/（mgL-1）泥龄泥龄/d361530出水出水PO43-P浓度浓度/（mgL-1）1009.09.19.49.53007.07.48.18.55005.05.76.87.5100001.43.65.1布置下次任务任务二(实验二)城市生活污水除磷处理时间：5月17日 5月21日要求：按照所给的模拟的二级污水处理厂的出水水质按照设计的工艺方案进行除磷处理，使处理后的水质符合娱乐景观用水水质标准。关键点PAM量的确定 PH的确定搅拌时间的确定混凝剂种类的确定，混凝剂量的确定投加顺序烧杯试验在特定污水的化学除磷药剂投加量设计方面，烧杯试验非常有用。但烧杯试验不可能完全模拟生产性运行状态，所获得的数据有较大的局限性。有条件的话，建议开展生产性测试，获得更可靠的数据。工业硫酸铝和氯化铁的特性、药剂投加量的计算氯化铁投加量计算 化学分子式：FeCl3 分子量：162.5 假设液态氯化铁的FeCl3含量为30%，容重 1.342Kg/L，即0.403KgFeCl3/L 理论投加量为1molFeCl3/molP或5.235KgFeCl3/KgP工业硫酸铝和氯化铁的特性、药剂投加量的计算假定特定污水所需的药剂投加量为2molFeCl3/molP每Kg磷所需的氯化铁溶液投加量为：5.23520.403=26 L FeCl3溶液/KgP如果污水处理厂进水TP浓度=10mgP/L，每104m3进水所需的FeCl3溶液投加量为：0.01Kg P/m 0.01Kg P/m3 310000m10000m3 326 L FeCl26 L FeCl3 3溶液溶液/KgP/KgP =2600 L/10 =2600 L/104 4mm3 3工业硫酸铝和氯化铁的特性、药剂投加量的计算 硫酸铝投加量计算化学分子式：Al2（SO4）3 14H20分子量：594.3假设硫酸铝溶液的浓度为49%Al2（SO4）3 14H20或4.45%Al容重：1.33Kg/L，含铝量：0.058KgAl/L理论投药量=1mo Al/molP=0.87Kg Al/Kg P工业硫酸铝和氯化铁的特性、药剂投加量的计算假定特定污水所需的药剂投加量为2molAl/molP，每Kg P所需硫酸铝溶液投加量为：0.8720.058=30 L/Kg P 假定污水处理厂进水TP浓度=10mg/P,每/104m3进水所需的硫酸铝溶液投加量为：0.01Kg P/m 0.01Kg P/m3 310000m10000m3 330 L 30 L 硫酸铝溶液硫酸铝溶液/KgP/KgP =3000 L/10=3000 L/104 4mm3 3 阴离子高分子投加量一般为0.1-0.25mg/L常用的硫酸铝的稀释浓度为6%铝酸钠的稀释浓度为6%硫酸铁的最低药液浓度为1%，典型的水与药的重量比为4:1 硫酸亚铁的药液浓度为6%PAM浓度为0.1%，PAC为5%，PFS为10%