污水處理工藝

關(guān)于污水處理工藝第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日第一章概述一、國內(nèi)外發(fā)展趨勢日本

境內(nèi)沒有大江大河，日本靠什么支撐了他們經(jīng)濟(jì)復(fù)興？靠的就是污水回用！在各大城市創(chuàng)建并保留至今的“工業(yè)用水道”縱貫全市，形成與自來水管道并存的又一條城市供水動脈，再生水41%回用于工業(yè)，32%作環(huán)境用水，8%用于農(nóng)業(yè)灌溉。提出“水銀行”（WaterBank）概念，“從地下取一滴水就要回注一滴水”。第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日以色列是地處大面積沙漠的國家，嚴(yán)重缺水，在污水回用方面處世界領(lǐng)先地位，通過立法規(guī)定“城市的每一滴水至少回用一次”，污水處理回用于工業(yè)、灌溉、城市綠化、沖刷。再生水42%用于灌溉、·30%回灌地下，回灌到地下的水再抽至管網(wǎng)系統(tǒng)，循環(huán)再用。中國污水回用經(jīng)三個(gè)階段：

1985年之前——起步

1986-2000年——技術(shù)儲備、工程示范

2001年以后——實(shí)施節(jié)水綱要進(jìn)入全面啟北京、大連、長春、沈陽、青島、秦皇島、深圳、太原、邯鄲等城市已設(shè)計(jì)污水回用工廠，在全國起示范作用。第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日二、污水處理的級別 預(yù)處理（物理法）：去除粗大懸浮物； 一級處理（物理法）：去除懸浮物； 二級處理（生物法）：去除膠體和溶解性有機(jī)物； 三級或深度處理（物化或生化）：去除氮磷營養(yǎng)物和有機(jī)物，深度處理一般以污水回收、再用為目的。

第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日三、污水處理的目標(biāo)

1.去除水中的雜物、懸浮物(包括活性污泥顆粒)；脫色、除臭，使水得到進(jìn)一步澄清；

2.降低BOD5、CODCr、TOC等指標(biāo)，使水進(jìn)一步穩(wěn)定；

3.脫氮、除磷，消除能導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的因素；

4.消毒去菌，去除水中有毒有害物質(zhì)第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日第二章好氧生物處理1、基本概念所謂“好氧”：是指這類生物必須在有分子態(tài)氧氣（O2）的存在下，才能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)。所謂“厭氧”：是能在無分子態(tài)氧存在的條件下，能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)的生物，如厭氧細(xì)菌、酵母菌等。廢水好氧生物處理過程中有機(jī)物的代謝及微生物的合成，可用下列基本圖式來表示：第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日廢水好氧生物處理過程示意圖

第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日2、好氧生物處理的基本反應(yīng)（1）氧化與合成反應(yīng)（2）內(nèi)源呼吸反應(yīng)微生物對自身的細(xì)胞物質(zhì)進(jìn)行氧化分解，并提供能量即內(nèi)源呼吸。內(nèi)源呼吸反應(yīng)式如下：第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日3、影響好氧生物處理的因素影響好氧生物處理的因素主要是營養(yǎng)物、溫度、pH、水中的溶解氧、毒物和廢水中有機(jī)物的性質(zhì)等。（1）營養(yǎng)物質(zhì)細(xì)胞組成中，C、H、O、N約占90～97%，其余3～10%為無機(jī)元素，主要的是P。一般對于好氧生物處理工藝，應(yīng)按BODNP=10051

投加N和P。生活污水一般不需再投加營養(yǎng)物質(zhì)；其它無機(jī)營養(yǎng)元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo、硼等；第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日2）溫度是重要因素之一，在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生化反應(yīng)的速率加快，增殖速率也加快；細(xì)胞的組成物如蛋白質(zhì)、核酸等對溫度很敏感，溫度突升或降并超過一定限度時(shí)，會有不可逆的破壞；最適宜溫度15～30C，40C或

10C后，會有不利影響。（3）pH值一般好氧微生物的最適宜pH在6.59之間；pH6.5時(shí)，真菌將占優(yōu)勢，引起污泥膨脹；另一方面，微生物的活動也會影響混合液的pH值。第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日4）溶解氧廢水的好氧生物處理中，微生物是以好氧微生物為主，必須使反應(yīng)器中保證有足夠的溶解氧，使微生物進(jìn)行有氧呼吸。在好氧生物反應(yīng)器中，溶解氧一般為2～4mg/L為宜。（5）有毒物質(zhì)工業(yè)廢水中，存在著對微生物有抑制、毒害作用的化學(xué)物質(zhì)，如重金屬及其化合物、酚、氰等。第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日4、活性污泥降解廢水中有機(jī)物的過程活性污泥凈化廢水主要包括三個(gè)主要過程（1）吸附階段從圖可看出，在泥水混和曝氣30min內(nèi)，廢水中BOD5的去除率可達(dá)70％，在其后有一個(gè)BOD5的回升階段，隨著曝氣時(shí)間的延長，BOD5再逐漸降低。BOD5吸附降解曝氣過程第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日（2）、穩(wěn)定階段（微生物代謝）吸附階段結(jié)束后，微生物要對大量被吸附的有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，并利用有機(jī)物合成細(xì)胞自身物質(zhì)，進(jìn)行細(xì)胞的更新、增殖，同時(shí)也繼續(xù)吸附廢水中的殘余的有機(jī)物。經(jīng)過穩(wěn)定階段后，廢水中的有機(jī)物發(fā)生了質(zhì)的變化，一部分被氧化為無機(jī)物，另一部分變?yōu)槲⑸锛?xì)胞體即活性污泥。第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日（3）、凝聚與沉淀絮凝體是活性污泥的基本結(jié)構(gòu)，它能夠防止微型動物對游離細(xì)菌的吞噬，并承受曝氣等外界不利因素的影響，更有利于與處理水分離。絮凝的原因主要是:<1>細(xì)菌體內(nèi)積累的聚β-羥基丁酸釋放到液相，促使細(xì)菌間相互凝聚，結(jié)成絨粒;<3>微生物攝食過程釋放的粘性物質(zhì)促進(jìn)凝聚;<2>在不同條件下，細(xì)菌內(nèi)部的能量不同，當(dāng)外界營養(yǎng)不足時(shí)，細(xì)菌內(nèi)部能量降低，表面電荷減少，細(xì)菌顆粒間的結(jié)合力大于排斥力，形成絨粒;當(dāng)營養(yǎng)物充足(廢水和活性污泥混合初期，F(xiàn)/M較大時(shí)，細(xì)菌內(nèi)部能量大，表面電荷增大，形成的絨粒重新分散。第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日5、活性污泥的性能及其評價(jià)指標(biāo)5.1活性污泥的組成

活性污泥通常由以下幾部分組成:活性的微生物;微生物自身氧化的殘留物;吸附在活性污泥上不能被生物降解的有機(jī)物和無機(jī)物組成。其中微生物是活性污泥的主要組成部分?；钚晕勰嘀械奈⑸镉质怯杉?xì)菌、真菌、原生動物、后生動物等多種微生物群體相結(jié)合所組成的一個(gè)生態(tài)系。活性污泥通常為黃褐色絮狀顆粒，其直徑一般為0.02～2mm，含水率一般為99.2～99.8％，密度因含水率不同而異，一般為1.002～1.006g/cm3。細(xì)菌是活性污泥組成和凈化功能的中心，是微生物的最主要部分。污水中有機(jī)物的性質(zhì)決定那些種屬的細(xì)菌占優(yōu)勢第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日5.2活性污泥評價(jià)指標(biāo)

（1）混合液懸浮固體濃度(MLSS)，也稱為污泥濃度。混合液是曝氣池中污水和活性污泥混合后的混合懸浮液?；旌弦汗腆w懸浮物濃度是指曝氣池中單位體積混合液所含懸浮固體的質(zhì)量，單位為mg/L或g/L。它是計(jì)量曝氣池中活性污泥數(shù)量多少的指標(biāo)。一般活性污泥法中，MLSS濃度一般為2～3g/L。

（2）混合液揮發(fā)性懸浮固體(MLVSS)

指活性污泥中有機(jī)固體物質(zhì)的濃度，單位為mg/L或g/L。把混合液懸浮固體在600℃焙燒，能揮發(fā)的部分即是揮發(fā)性懸浮固體，剩下的部分稱為非揮發(fā)性懸浮固體（MLNVSS）。一般在活性污泥法中用MLVSS表示活性污泥中生物的含量。在一般情況下，MLVSS/MLSS的比值較固定，對于生活污水，常在0.75～0.85左右。對于工業(yè)廢水，其比值視水質(zhì)不同而異。第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日（3）污泥沉降比(SV)

污泥沉降比是指曝氣池混合液在l000mL量筒中，靜置沉降30min后，沉降污泥所占的體積與混合液總體積之比的百分?jǐn)?shù)。所以也常稱為30min沉降比。正常的活性污泥在沉降30min后，可以接近它的最大密度，故污泥沉降比可以反映曝氣池正常運(yùn)行時(shí)的污泥量?？捎糜诳刂剖Ｓ辔勰嗟呐欧?。它還能及時(shí)反映出污泥膨脹等異常情況，便于及早查明原因，采取措施。

第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日（4）污泥體積指數(shù)(SVI)

污泥體積指數(shù)也稱污泥容積指數(shù)，是指曝氣池出口處混合液，經(jīng)30min靜置沉降后，沉降污泥體積中1g干污泥所占的容積的毫升數(shù)，單位為mL/g，但一般不標(biāo)出。它與污泥沉降比有如下關(guān)系：

SVI=(SV×10)/X

式中：X的單位為g/L，SVI以百分?jǐn)?shù)代入。SVI值能較好地反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚、沉降性能。SVl值過低，說明污泥顆粒細(xì)小緊密，無機(jī)物多，缺乏活性和吸附力；SVI值過高，說明污泥難于沉降分離，并使回流污泥的濃度降低，甚至出現(xiàn)污泥膨脹(sludgebulking)，導(dǎo)致污泥流失等后果。一般認(rèn)為，處理生活污水時(shí)SVI＜100時(shí)，沉降性能良好；SVI為100～200時(shí)，沉降性能一般；SVI＞200時(shí)，沉降性能不好。一般控制SVI為50～150之間較好。

第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日（5）泥齡（θc）也稱細(xì)胞平均停留時(shí)間（MCRT）或污泥滯留時(shí)間（SRT）。泥齡是指每日新增長的活性污泥在曝氣池的平均停留時(shí)間，即曝氣池全部活性污泥平均更新一次所需要的時(shí)間，或曝氣池內(nèi)活性污泥的總量與每日排放污泥量之比，單位：d。普通活性污泥法的泥齡一般采用5～15d。第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日6、活性污泥凈化水的機(jī)理1、活性污泥的增長規(guī)律

活性污泥中的微生物是多菌種的混合群體，其生長繁殖規(guī)律比較復(fù)雜，但也可用其增長曲線表示一般規(guī)律?；钚晕勰嗟脑鲩L過程可分為對數(shù)增長期、減速增長期和內(nèi)源呼吸期三個(gè)階段。第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日有機(jī)物、活性污泥微生物及耗氧關(guān)系第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日2、曝氣理論曝氣的理論基礎(chǔ)——雙膜理論淺層理論表面更新理論目前最普遍使用的用來解釋氣體轉(zhuǎn)移機(jī)理的理論是雙膜理論：（1）氣—液界面存在著二層膜——?dú)饽ず鸵耗?/p>

（2）這兩層膜使氣體分子從一相進(jìn)入另一相時(shí)受到阻力

（3）當(dāng)氣體分子從氣相向液相傳遞時(shí)，若氣體的溶解度低，則阻力主要來自液膜。

氧傳遞過程的基本方程如下：第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日影響氧轉(zhuǎn)移的因素：（1）污水水質(zhì)（2）水溫水溫對KLa的影響關(guān)系式為：

KLa（T）＝KLa（20）·1.024（T－20）式中：

KLa（T）——水溫為T℃時(shí)的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；

KLa（20）——水溫為20℃時(shí)的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；

T——設(shè)計(jì)溫度；

1.024——溫度系數(shù)。（3）氧的分壓

Cs瘦氧分壓的影響，其校正修正系數(shù)：

ρ=所在地區(qū)實(shí)際氣壓（Pa）/1.013×105（4）曝氣裝置的安裝深度第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日第三章A20生物同步脫氮除磷一、生物脫氮

生物脫氮是在微生物的作用下，將有機(jī)氮和氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2的過程。其中包括氨化、硝化和反硝化三個(gè)反應(yīng)過程。1、氨化反應(yīng)：生物氨化是指微生物將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為NH3-N的生物過程。一般異養(yǎng)微生物都能進(jìn)行高效的氨化作用，所以在普通活性污泥工藝中，隨著BOD5的去除，95%以上的有機(jī)氮會被氨化成NH3-N.以氨基酸為例：第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日2、硝化反應(yīng)：硝化反應(yīng)是在好氧條件下，將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-和NO3-的過程。硝化細(xì)菌是化能自養(yǎng)菌，這類菌利用無機(jī)碳化合物如CO2、CO32-、HCO3-等作為碳源，通過與NH3、NH4+、NO2的氧化反應(yīng)來獲得能量。生長率低，對環(huán)境條件變化較為敏感。溫度、溶解氧、污泥齡、pH、有機(jī)負(fù)荷等都會對它產(chǎn)生影響。硝化總反應(yīng)式：影響硝化反應(yīng)的因素：（1）有機(jī)碳源(BOD)

硝化菌是自養(yǎng)菌，有機(jī)基質(zhì)濃度并不是它的增殖限制因素，若BOD值過高，將使增殖速度較快的異養(yǎng)型細(xì)菌迅速增殖，從而使硝化菌不能成為優(yōu)勢種屬。第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日(2)污泥齡：為保證反應(yīng)器中存活并維持一定數(shù)量和性能穩(wěn)定的硝化菌，微生物在反應(yīng)器的停留時(shí)間應(yīng)大于硝化菌的最小世代時(shí)間。脫氮工藝的污泥齡主要是由亞硝酸菌的世代時(shí)間控制。在實(shí)際運(yùn)行中，一般取系統(tǒng)的污泥齡為硝化菌最小世代的3倍以上。并不的小于3~5d，為保證硝化反應(yīng)的充分進(jìn)行，污泥齡應(yīng)大于10d。（3）溶解氧：硝化菌為了獲得足夠的能量用于生長，必須氧化大量的NH3和NO2-，氧是硝化反應(yīng)的電子受體，DO為0.5~0.7mg/L是硝化菌忍受的極限。當(dāng)DO＜2mg/L時(shí)，氨氮有可能完全氧化，但需要過長的污泥齡，因此硝化反應(yīng)的DO≥2mg/L。在A2O工藝中硝化菌約占活性污泥的5%，且大部分處于絮體內(nèi)部，更應(yīng)該增加氧濃度提高氧對絮體的穿透力。第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日（4）溫度：硝化反應(yīng)的適宜溫度是20~30℃，15℃以下時(shí)，硝化反應(yīng)速度下降，5℃時(shí)完全停止，30℃以上蛋白質(zhì)變性降低了硝化菌的活性。（5）pH值：

硝化反應(yīng)過程中，釋放H+，使pH下降，硝化菌對pH的變化十分敏感，為保持適宜的pH，應(yīng)當(dāng)在污水中保持足夠的堿度，以調(diào)節(jié)pH的變化，lg氨態(tài)氮（以N計(jì)）完全硝化，需堿度（以CaCO3計(jì)）7.14g。對硝化菌的適宜的pH為7.5~8.4，低于6或高于9.6時(shí)消化反應(yīng)停止進(jìn)行。（6）有害物質(zhì)：

除有毒有害物質(zhì)及重金屬外，對硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用的物質(zhì)還有高濃度的NH4-N、高濃度的NOx-N、高濃度的有機(jī)基質(zhì)、部分有機(jī)物以及絡(luò)合陽離子等。第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日3、反硝化反應(yīng)：反硝化反應(yīng)是指在無氧的條件下，反硝化菌將硝酸鹽氮(NO3-)和亞硝酸鹽氮(NO2-)還原為氮?dú)獾倪^程。反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在有氧存在時(shí)，它會以O(shè)2為電子進(jìn)行呼吸；在無氧而有NO3-或NO2-存在時(shí)，則以NO3-或NO2-為電子受體，以有機(jī)碳為電子供體和營養(yǎng)源進(jìn)行反硝化反應(yīng)。反硝化總反應(yīng)式：反硝化影響因素：（1）有機(jī)碳源(BOD)

能為反硝化菌所利用的碳源較多，從污水生物脫氮考慮，可有下列三類：一是原污水中所含碳源，對于城市污水，當(dāng)原污水BOD5/TKN>3~5時(shí),即可認(rèn)為碳源充足；第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日

二是外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），因?yàn)榧状急环纸夂蟮漠a(chǎn)物為CO2和H2O，不留任何難降解的中間產(chǎn)物；三是利用微生物組織進(jìn)行內(nèi)源反硝化。（2）pH值：

pH對反硝化反應(yīng)，最適宜的pH是6.5~7.5。pH高于8或低于6，反硝化反應(yīng)受到強(qiáng)烈的抑制，由于反硝化會產(chǎn)生堿度，這有助于pH值在所需范圍內(nèi)，并可補(bǔ)充在硝化過程中消耗的一部分堿度。（3）溫度：

反硝化反應(yīng)的最適宜溫度是20~40℃，低于15℃反硝化反應(yīng)速率降低。為了保持一定的反硝化速率，在冬季低溫季節(jié)，可采用如下措施：提高生物固體平均停留時(shí)間；降低負(fù)荷率；提高污水的水力停留時(shí)間。第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日（4）溶解氧：反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在無分子氧同時(shí)存在硝酸根離子和亞硝酸根離子的條件下，它們能夠利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，使硝酸鹽還原。另一方面，反硝化菌體內(nèi)的某些酶系統(tǒng)組分，只有在有氧條件下，才能夠合成。這樣，反硝化反應(yīng)宜于在缺氧、好氧條件交替的條件下進(jìn)行，一般溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/L以下才能正常的反硝化。第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日二、生物除磷

利用好氧微生物中聚磷菌在好氧條件下對污水中溶解性磷酸鹽過量吸收作用，然后沉淀分離而除磷。第三十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日影響生物除磷的因素：（1）BOD負(fù)荷與有機(jī)物性質(zhì)聚磷菌競爭能力差，只能利用分子量小易降解的有機(jī)物為基質(zhì)，將其體內(nèi)的儲存的聚合磷酸鹽釋放出來，厭氧階段放磷越充分，好氧階段磷的攝取量就越大，一般認(rèn)為BOD/TP要大于20~30才能保證聚磷菌有足夠的基質(zhì)需求而獲得良好的除磷效果。（2）溶解氧：厭氧區(qū)DO要嚴(yán)格控制在0.2mg/L以下。如果