污水深度處理講義

污水深度處理生物脫氮除磷、三級處理隨著城市人口的集中和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，水體的富營養(yǎng)化問題日益突出。目前中國的某些湖泊，如昆明滇池，江蘇太湖，安徽巢湖等都已出現(xiàn)不同程度的富營養(yǎng)化現(xiàn)象。07年6月太湖藍藻事件引起富營養(yǎng)化的營養(yǎng)元素有碳、磷、氮、鉀、鐵等，其中，氮和磷是引起藻類大量繁殖的主要因素。欲控制富營養(yǎng)化，必須限制氮、磷的排放。國外一些污水處理廠把氮、磷的排放標準分別設定為15mg／L和0．5mg／L。我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002規(guī)定如下第一節(jié)、氮的去除廢水中的氮以有機氮（有機化合物中所含有的氮元素。包括所有脂肪烴和芳香烴的硝基、亞硝基、氨基、酰胺基、脒基與含氮有機物中的氮，如尿素（碳酰胺的俗稱，又稱脲，是碳酸的全酰胺，結構式為H2N—CO—NH2

）

、氨氮（NH3-N，指NH3和NH4+）、亞硝酸氮（NO2--N）和硝酸氮（NO3--N）四種形式存在。在生活污水中，主要含有有機氮和氨態(tài)氮，它們均來源于人們食物中的蛋白質(zhì)。新鮮生活污水中有機氮約占總氮的60％，氨氮約占40％。當污水中的有機物被生物降解氧化時，其中的有機氮被轉(zhuǎn)化為氨氮。經(jīng)活性污泥法處理的污水有相當數(shù)量的氨氮排入水體，可導致水體富營養(yǎng)化。水體若為水源，將增加給水處理的難度和成本。因此二級處理的出水有時需進行脫氮處理。脫氮的方法有化學法和生物法兩大類，現(xiàn)分別加以論述。一、物理化學法法除氮常用于去除氨氮氮的方法有吹脫脫法、折點加氯氯法和離子交換換法。它們主要要用于工廠內(nèi)部部的治理，對于于城市污水處理理廠很少采用。。1、吹脫法廢水的氨氮可以以氣態(tài)吹脫。廢廢水中，NH3與NH4+以如下的平衡狀狀態(tài)共存：NH3+H2O=NH4++OH-這一平衡受pH值的影響，pH為10.5～11.5時時，因廢水中的的氨呈飽和狀態(tài)態(tài)而逸出，所以以吹脫法常需加加石灰。吹脫過程包括將將廢水的pH值值提高至10.5～11.5，然后曝氣，，這一過程在吹吹脫塔中進行（（圖）.該過程受溫度的的影響較大，隨隨溫度的降低，，為達到同樣處處理效果所需的的空氣量迅速增增加，由于用石石灰調(diào)pH值，，在吹脫塔中會會發(fā)生碳酸鈣結結垢現(xiàn)象，影響響運行。另外，，NH3氣的釋放會造成成空氣污染。因因此，對該工藝藝已有多種改進進，例如使吹脫脫塔的氣體通過過H2SO4溶液以吸吸收NH3。2、折點加氯法法在凈水工程中，，稱氯胺為化合合余氮，次氯酸酸為余氯，均有有殺菌作用。（（圖）途中A、B二二個折點A點前前余氯基本上是是氯胺，B點稱稱折點，折點后后余氯基本上是是自由氯（游離離氯）,加氯脫脫氮時采用的加加氯量應以折點點相應的加氯量量為準。此法最大的優(yōu)點點是通過適當?shù)牡目刂疲赏耆コ械陌卑钡?。為了減少少氯的投加量，，此法常與生物物硝化聯(lián)用，先先硝化再除微量量的殘留氨氮。。3、離子交換法法用離子交換法法去除氨氮時，，常用天然的離離子交換劑，如如沸石等。與合合成樹脂相比，，天然離子交換換劑價格便宜且且可用石灰再生生。采用合成樹樹脂，預處理工工序和再生系統(tǒng)統(tǒng)均較復雜，且且樹脂壽命短，，應用上受到一一定的限制，在在此不作詳述。。二、生物法脫氮氮1、生物脫氮機機理生物脫氮是在微微生物的作用下下，將有機氮和和氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為為N2和N2O氣體的過程。。其中包括硝化化和反硝化兩個個反應過程。硝化反應是在好好氧條件下，將將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-和NO3-的過程。此作用用是由亞硝酸菌和硝酸酸菌兩種菌共同完成成的。這兩種菌菌屬于化能自養(yǎng)養(yǎng)型微生物。其其反應如下：NH4++2O2=NO3-+2H++H2O硝化細菌是化能能自養(yǎng)菌（微生物的主要要食物是各種含含碳的物質(zhì)，它它們身體主要是是用碳元素構成成的，其含量占占微生物休細胞胞干物質(zhì)質(zhì)量的的一半。不同的的微生物對碳物物質(zhì)的需求不一一樣。有的微生生物必須依賴賴于植物，先把把各種簡單的無無機物轉(zhuǎn)變成有有機碳的化合物物之后才能利用用。這種?？砍猿袁F(xiàn)成的有機物物的微生物稱為為異養(yǎng)菌。雖然然異養(yǎng)菌都吃有有機物，但口味味也各有所好好。有的專揀麥麥芽糖、葡萄糖糖吃，有的還可可心吃蛋白質(zhì)、、有機酸。也有有的對其他生物物所厭惡的石油油卻吃得津津有有味。還有許多多霉菌專吃動物物或植物的尸體體。有的微生物物并不吃現(xiàn)成的的有機物，而是是靠吃二氧化碳碳過日子，這類類菌叫自養(yǎng)菌。。它們能把簡單單的二氧化碳和和無機物合成復復雜的有機物。。

有的自自養(yǎng)菌菌體中含含有一種光合色色素，能在無氧氧氣時把二氧化化碳進行光合作作用供自己來生生長繁殖。不過過，它們的光合合作用與綠色植植物不同。這些些微生物吸收二二氧化碳，但但并不像植物那那樣放出氧氣。。由于它們生活活中需要光能，，所以又叫做光光能自養(yǎng)菌。根根據(jù)化石資料發(fā)發(fā)現(xiàn)光能自養(yǎng)菌菌大約在２０億億年前就生存在在地球上了。另另一類類自養(yǎng)菌在有氧氧氣時把一定的的無機物氧化，，從而獲得能量量來利用二氧化化碳。它們叫做做化能自養(yǎng)菌。。），生長率低，對對環(huán)境條件變變化較為敏感感。溫度，溶溶解氧，污泥泥齡，pH，，有機負荷等等都會對它產(chǎn)產(chǎn)生影響。硝化反應的適適宜溫度為20℃～30℃。低于15℃時，反反應速度迅速速下降，5℃℃時反應幾乎乎完全停止。。由于硝化菌是是自養(yǎng)菌，若若水中BOD5值過高，將有有助于異氧菌菌的迅速增殖殖，微生物中中的硝化菌的的比例下降。。硝化菌的生長長世代周期較較長，為了保保證硝化作用用的進行，泥泥齡應取大于于硝化菌最小小世代時間兩兩倍以上。硝化反應對溶溶解氧有較高高的要求，處處理系統(tǒng)中的的溶解氧量最最好保持在2mg/L以上。另外，，在硝化反應應過程中，有有H+釋放出來，使使pH值下降降。硝化菌受受pH值的影影響很敏感，，為了保持適適宜的pH值值7—8，應在廢水中中保持足夠的的堿度，以調(diào)調(diào)節(jié)pH值的的變化。1g氨態(tài)氮(以以N計)完全全硝化，需堿堿度(以CaCO3計)7.1g。反硝化反應是是指在無氧條條件下，反硝化菌將硝酸鹽氮(NO3-)和亞硝酸鹽鹽氮NO2-)還原為氮氣氣的過程。反反應如下：6NO3-+5CH3OH=5CO2+3N2+7H2O+6OH-反硝化菌屬異異養(yǎng)型兼性厭厭氧菌，在有有氧存在時，，它會以O2為電子受體進進行好氧呼吸吸；在無氧而而有NO3-或NO2-存在時，則以以NO3-或NO2-為電子受體，，以有機碳為為電子供體和和營養(yǎng)源進行行反硝化反應應。在反硝化菌代代謝活動的同同時，伴隨著著反硝化菌的的生長繁殖，，即菌體合成成過程.在反硝化反應應中，最大的的問題就是污污水中可用于于反硝化的有有機碳的多少少及其可生化化程度。當污污水中BOD5／TKN>3～5時，可可認為碳源充充足。不同的的有機碳將導導致反硝化速速率的不同。。碳源按其來來源可分為三三類：注：TKN（（凱氏氮）包包括了氨氮和和在一定條件件下能轉(zhuǎn)化為為銨鹽的有機機氮化合物。。主要是蛋白白質(zhì)等氮為負負三價的有機機氮，不包括括疊氮化合物物、硝氮、亞亞硝氮等。TN（總總氮）測定的的是水中的亞亞硝酸鹽氮、、硝酸鹽氮、、無機鹽氮、、溶解態(tài)氮及及大部分有機機含氮化合物物中的氮的總總和。①外加碳源，，多采用甲醇醇，因為甲醇醇被分解后的的產(chǎn)物為CO2，H2O，不產(chǎn)生其其它難降解的的中間產(chǎn)物，，但其費用較較高；②原水中含有有的有機碳；；③內(nèi)源呼吸碳碳源——細菌菌體內(nèi)的原生生物質(zhì)及其貯貯存的有機物物。反硝化反應的的適宜pH值值為6．5～7．．5。pH值高于于8或低于6時，反硝化化速率將迅速速下降。反硝化反應的的溫度范圍較較寬，在5℃℃～40℃范范圍內(nèi)都可以以進行。但溫溫度低于15℃時，反硝硝化速率明顯顯下降。2、生物脫氮氮工藝生物脫氮技術術的開發(fā)是在在30年代發(fā)發(fā)現(xiàn)生物濾床床中的硝化、、反硝化反應應開始的。但但其應用還是是在1969年美國的Barth提提出三段生物物脫氮工藝后后?，F(xiàn)對幾種種典型的生物物脫氮工藝進進行討論。①三段生物脫氮氮工藝（圖）。該工藝是將有有機物氧化，，硝化及反硝硝化段獨立開開來，每一部部分都有其自自己的沉淀池池和各自獨立立的污泥回流流系統(tǒng)。使除除碳，硝化和和反硝化在各各自的反應器器中進行，并并分別控制在在適宜的條件件下運行，處處理效率高。。傳統(tǒng)活性污泥泥法脫氮工藝藝（三級活性性污泥流程））由于反硝化段段設置在有機機物氧化和硝硝化段之后，，主要靠內(nèi)源源呼吸碳源進進行反硝化，，效率很低，，所以必須在在反硝化段投投加外加碳源源來保證高效效穩(wěn)定的反硝硝化反應。隨著對硝化反反應機理認識識的加深，將將有機物氧化化和硝化合并并成一個系統(tǒng)統(tǒng)以簡化工藝藝，從而形成成二段生物脫脫氮工藝成為為現(xiàn)實。各段段同樣有其自自己的沉淀及及污泥回流系系統(tǒng)。除碳和和硝化作用在在一個反應器器中進行時，，設計的污泥泥負荷率要低低，水力停留留時間和泥齡齡要長，否則則，硝化作用用要降低。在在反硝化段仍仍需要外加碳碳源來維持反反硝化的順利利進行。兩級生物脫氮氮工藝②巴登福（Bardenpho）生生物脫氮工藝藝（圖）。該工藝取消了了三段脫氮工工藝的中間沉沉淀池。該工工藝設立了兩兩個缺氧段，，第一段利用用原水中的有有機物為碳源源和第一好氧氧池中回流的的含有硝態(tài)氮氮的混合液進進行反硝化反反應。經(jīng)第一一段處理，脫脫氮已基本完完成。為進一一步提高脫氮氮效率，廢水水進入第二段段反硝化反應應器，利用內(nèi)內(nèi)源呼吸碳源源進行反硝化化。最后的曝曝氣池用于吹吹脫廢水中的的氮氣，提高高污泥的沉降降性能，防止止在二沉池發(fā)發(fā)生污泥上浮浮現(xiàn)象。這一一工藝比三段段脫氮工藝減減少了投資和和運行費用。。巴顛甫脫氮除除磷工藝③缺氧-好氧生生物脫氮工藝藝（Anoxic/Oxic簡稱A/O法）。該工藝于80年代初開發(fā)發(fā)。該工藝將將反硝化段設設置在系統(tǒng)的的前面，因此此又稱為前置置式反硝化生生物脫氮系統(tǒng)統(tǒng)，是目前較較為廣泛采用用的一種脫氮氮工藝。反硝硝化反應以污污水中的有機機物為碳源，，曝氣池中含含有大量硝酸酸鹽的回流混混合液，在缺缺氧池中進行行反硝化脫氮氮。在反硝化化反應中產(chǎn)生生的堿度可補補償硝化反應應中所消耗的的堿度的50％左右。該該工藝流程簡簡單，無需外外加碳源，因因而基建費用用及運行費用用較低，脫氮氮效率一般在在70％左右右；但由于出出水中含有一一定濃度的硝硝酸鹽，在二二沉池中，有有可能進行反反硝化反應，，造成污泥上上浮，影響出出水水質(zhì)。合建式缺氧——好氧活性污污泥法脫氮工工藝隨著生物脫氮氮技術的發(fā)展展，新的工藝藝不斷被開發(fā)發(fā)出來，如氧氧化溝、序批批式活性污泥泥法等，可在在同一池中通通過控制運行行條件，在不不同時段，形形成缺氧和好好氧的條件，，從而達到除除碳和脫氮的的目的。另外外，人們又開開發(fā)了與除磷磷相結合的脫脫氮工藝，該該內(nèi)容將在本本節(jié)后面加以以討論。第二節(jié)、磷的的去除城市污水中的的磷主要有三三個來源：糞糞便、洗滌劑劑和某些工業(yè)業(yè)廢水。污水水中的磷以正正磷酸鹽（陰離子只有PO43-的鹽類如Na3PO4）、聚磷酸鹽鹽（分子含有3個個以上的磷原原子的縮聚磷磷酸鹽統(tǒng)稱為為多聚磷酸鹽鹽如由NaH2PO4脫水形形成聚磷酸鹽鹽Na200H2P200O601）和有機磷（（是含磷的有機機化合物,也也有的含有硫硫和氮等元素素.其化學結結構中一般含含有C—P鍵鍵或C—O——P鍵,C——N—P鍵,C—S—P鍵等,大部部分是磷酸酯酯類成酰胺類類化合物）等形式溶解解于水中。一一般僅能通過過物理、化學學或生物方法法使溶解的磷磷化合物轉(zhuǎn)化化為固體形態(tài)態(tài)后予以分離離。除磷的方方法主要分為為物理法，化化學法及生物物法三大類。。物理法因成成本過高、技技術復雜而很很少應用。下面主要介紹紹化學法及生生物法。一、化學法除除磷化學法是最早早采用的一種種除磷方法。。它是以磷酸酸鹽能和某些些化學物質(zhì)如如鋁鹽、鐵鹽鹽、石灰等反反應生成不溶溶的沉淀物為為基礎進行的的?；瘜W法的特點點是磷的去除除率較高，處處理結果穩(wěn)定定，污泥在處處理和處置過過程中不會因因重新釋放磷磷而造成二次次污染，但污污泥的產(chǎn)量比比較大。1、鋁鹽除磷磷一般用Al2(SO4)3，聚氯化鋁（（PAC）和和鋁酸鈉（NaAlO2）2、鐵鹽除磷磷：FePO4Fe(OH)3一般用FeCl2、FeSO4或FeCl3Fe2(SO4)33、石灰混凝凝除磷向含磷的廢水水中投加石灰灰，由于形成成OH，污水的pH值上升，磷磷與Ca2+反應，生成羥羥磷灰石。二、生物法除除磷生物法除磷是是新工藝，近近二十年來受受到了廣泛的的重視和研究究。它是利用微生生物在好氧條條件下對污水水中溶解性磷磷酸鹽的過量量吸收作用，，然后沉淀分分離而除磷。。含有過量磷磷的污泥少部部分以剩余污污泥的形式排排出系統(tǒng)，大大部分和污水水一起進入?yún)拝捬鯛顟B(tài)，此此時污水中的的有機物在厭厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸酸菌的作用下下轉(zhuǎn)化為乙酸酸苷；而活性性污泥中的聚聚磷菌在厭氧氧的不利狀態(tài)態(tài)下，將體內(nèi)內(nèi)積聚的聚磷磷分解，分解解產(chǎn)生的能量量部分供聚磷磷菌生存。另另一部分能量量供聚磷菌主主動吸收乙酸酸苷轉(zhuǎn)化為PHB（Polyβhydroxybutyrate聚聚-β-羥基基丁酸）的形態(tài)儲儲藏于體內(nèi)內(nèi)。聚磷分分解形成的的無機磷釋釋放回污水水中，這就就是厭氧放放磷。進入好氧狀狀態(tài)后，聚聚磷菌將儲儲存于體內(nèi)內(nèi)的PHB進行好氧氧分解并釋釋出大量能能量供聚磷磷菌增殖，，部分供其其主動過量量吸收污水水中的磷酸酸鹽，以聚聚磷的形式式積聚于體體內(nèi)，這就就是好氧吸吸磷。由于于活性污泥泥在運行中中不斷增殖殖，為了系系統(tǒng)的穩(wěn)定定運行，必必須從系統(tǒng)統(tǒng)中排除和和增殖量相相當?shù)幕钚孕晕勰啵惨簿褪鞘Ｓ嘤辔勰?。剩剩余污泥中中包含過量量吸收磷的的聚磷菌，，也就是從從污水中去去除的含磷磷物質(zhì)。這這就是厭氧氧和好氧交交替的生物物處理系統(tǒng)統(tǒng)除磷的本本質(zhì)。從以上論述述可知，在在厭氧狀態(tài)態(tài)下放磷愈愈多，合成成的PHB愈多，則則在好氧狀狀態(tài)下合成成的聚磷量量愈多，除除磷的效果果也就愈好好。合成PHB的量量和碳源的的性質(zhì)密切切相關，乙乙酸等低級級脂肪酸易易被聚磷菌菌吸收轉(zhuǎn)化化為PHB，因而在在厭氧區(qū)加加入消化池池上清液可可提高放磷磷速率。硝酸鹽對厭厭氧放磷不不利，它有有助于反硝硝化菌的增增長，從而而和聚磷菌菌爭奪碳源源，抑制其其生長和放放磷。溫度度對放磷也也有重要的的影響。當當溫度從10℃上升升到30℃℃時，放磷磷速率可提提高5倍。。生物除磷的的基本類型型有二種：：A／O（（Anaerobic/Oxic））法（圖）和Phostrip（弗斯特利普普）工藝（（圖）。1、A／O法是由厭厭氧池和好好氧池組成成的同時去去除污水中中有機污染染物及磷的的處理系統(tǒng)統(tǒng).為了使微生生物在好氧氧池中易于于吸收磷，，溶解氧應應維持在2mg／L以上，pH值應控制制在7—8之間。磷的的去除率還還取決于進進水中的BOD5與磷濃度之之比（大于于10：1較好））。2、弗斯特特利普（Phostrip））工藝該工藝主流流是常規(guī)的的活性污泥泥工藝，而而在回流污污泥過程中中增設厭氧氧放磷池和和上清液的的化學沉淀淀池，稱為為旁路。約約0．1～～0．2qv的回流流污泥經(jīng)厭厭氧放磷后后再和進水水一起進入入曝氣池吸吸收磷。因因而該法是是一種生物物法和化學學法協(xié)同的的除磷方法法。該工藝藝操作穩(wěn)定定性好，出出流中磷含含量可小于于1．5mg／L。。弗斯特利普普除磷工藝藝流程第三節(jié)、生生物脫氮除除磷為了達到在在一個處理理系統(tǒng)中同同時去除氮氮、磷的目目的，近年年來，各種種脫氮除磷磷工藝應運運而生。主主要是A2／O工藝（（Anaerobic-Anoxic-Oxic））（圖），改進的的Bardenpho工藝（（圖）、UCT工藝（圖）和SBR工藝（圖）。1、A2／O工藝在原來A／／O工藝的的基礎上，，嵌入一個個缺氧池，，并將好氧氧池中的混混合液回流流到缺氧池池中，達到到反硝化脫脫氮的目的的，這樣厭厭氧一缺氧氧一好氧相相串聯(lián)的系系統(tǒng)能同時時除磷脫氮氮。簡稱A2/O工藝。。該處理系統(tǒng)統(tǒng)出水中磷磷濃度基本本可在1mg/L以以下，氨氮氮也可在15mg/L．以下下。由于污污泥交替進進入?yún)捬鹾秃秃醚醭?，，絲狀菌較較少，污泥泥的沉降性性能很好。。2、改進的的Bardenpho工藝改進的Bardenpho工工藝由四池池串聯(lián)，即即缺氧一好好氧一缺氧氧池一好氧氧池。類似似二級A/O工藝串串聯(lián)。第二二級A/O的缺氧池池基本上利利用內(nèi)源碳碳源進行脫脫氮，最后后的曝氣池池可以吹脫脫氨氮，提提高污泥的的沉降性能能。為了提高除除磷的穩(wěn)定定性，在Bardenpho工藝流程程之前增設設一個厭氧氧池，以提提高污泥的的磷釋放效效率。只要要脫氮效果果好，那么么通過污泥泥進入?yún)捬跹醭氐南跛崴猁}是很少少的，不會會影響污泥泥的放磷效效果，從而而使整個系系統(tǒng)達到較較好的脫氮氮除磷效果果。3、UCT工藝在改進的Bardenpho工藝中，，由于二沉沉池回流污污泥中很難難避免有一一些硝酸鹽鹽回流到流流程前端的的厭氧池，，從而影響響除磷效果果；為此，，UCT工工藝將二沉沉池的回流流污泥回流流到缺氧池池，污泥中中攜帶的硝硝酸鹽在缺缺氧池中反反硝化脫氮氮。同時為為彌補厭氧氧池中污泥泥的流失，，增設缺氧氧池至厭氧氧池的污泥泥回流。這這樣厭氧池池可免受硝硝酸鹽的干干擾。4．SBR工藝SBR工藝藝是將除磷磷脫氮的各各種反應，，通過時間間順序上的的控制，在在同一反應應器中完成成。如進水水后進行一一定時間的的缺氧攪拌拌，好氧菌菌將利用進進水中攜帶帶的有機物物和溶解氧氧進行好氧氧分解，此此時水中的的溶解氧將將迅速降低低甚至達到到零，這時時厭氧發(fā)酵酵菌進行厭厭氧發(fā)酵，，反硝化菌菌進行脫氮氮；然后停停止攪拌一一段時間，，使污泥處處于厭氧狀狀態(tài)，聚磷磷菌放磷；；接著進行行曝氣，硝硝化菌進行行硝化反應應，聚磷菌菌吸磷，經(jīng)經(jīng)一定反應應時間后，，停止曝氣氣，進行靜靜止沉淀，，當污泥沉沉淀下來后后，撇出上上部清水而而后再放人人原水，如如此周而復復始。研究究表明，SBR工藝藝可取得很很好的脫氮氮除磷效果果。自動控控制系統(tǒng)的的完善，為為SBR的的應用提供供了物質(zhì)基基礎。SBR是間歇歇運行的，，為了連續(xù)續(xù)進水，至至少需設置置二套SBR設施，，進行切換換。第四節(jié)、脫脫氮除磷活活性污泥法法的影響因因素影響傳統(tǒng)活活性污泥法法的因素同同樣影響生生物脫氮除除磷活性污污泥法，但但影響的程程度則可能能有差異，，因為主體體微生物的的生理特性性和環(huán)境要要求有差異異。影響因素主主要有三類類：①環(huán)境境因素，如如溫度、pH、溶解解氧；②工工藝因素，，如泥齡、、各反應區(qū)區(qū)的水力停停留時間；；③污水成成分，如BOD5與N、P的的比值。生命活動一一般都受溫溫度影響，，通常溫度度上升，活活性加強。。溫度影響響應在處理理設施長期期的運行中中留心考察察。城市污水的的pH值通通常在7左左右，適于于生物處理理，略有波波