城市污水的深度處理

關(guān)于城市污水的深度處理

城市污水經(jīng)傳統(tǒng)的二級處理以后，雖然絕大部分懸浮固體和有機物被去除了，但還殘留微量的懸浮固體和溶解的有害物，如氮和磷等的化合物。氮、磷為植物營養(yǎng)物質(zhì)，能助長藻類和水生生物，引起水體的富營養(yǎng)化，影響飲用水水源。第2頁,共55頁，2024年2月25日，星期天太湖的富營養(yǎng)化第3頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第4頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第5頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)氮、磷的去除第6頁,共55頁，2024年2月25日，星期天一、氮的去除廢水中的氮以有機氮、氨氮、亞硝酸氮和硝酸氮四種形式存在。1.化學法除氮(1)吹脫法:廢水中，NH3與NH4+以如下的平衡狀態(tài)共存：這一平衡受pH的影響，pH為10.5~11.5時，因廢水中的氮呈飽和狀態(tài)而逸出，所以吹脫法常需加石灰。吹脫過程包括將廢水的pH提高至10.5~11.5，然后曝氣，這一過程在吹脫塔中進行。第7頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共55頁，2024年2月25日，星期天通過適當?shù)目刂疲赏耆コ械陌钡?。為減少氯的投加量，常與生物硝化聯(lián)用，先硝化再除微量的殘留氨氮。(2)折點加氯法:含氨氮的水加氯時，有下列反應(yīng)：第9頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共55頁，2024年2月25日，星期天(3)離子交換法:常用天然的離子交換劑，如沸石等。與合成樹脂相比，天然離子交換劑價格便宜且可用石灰再生。2.生物法脫氮(1)生物脫氮機理生物脫氮是在微生物的作用下，將有機氮和氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2和NxO氣體的過程。其中包括硝化和反硝化兩個反應(yīng)過程。同化作用去除的氮依運行條件和水質(zhì)而定，如果微生物細胞中氮含量以12.5%計算，同化氮去除占原污水BOD的2%~5%，氮去除率在8%~20%。第11頁,共55頁，2024年2月25日，星期天氨化反應(yīng)：

新鮮污水中，含氮化合物主要是以有機氮，如蛋白質(zhì)、尿素、胺類化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少數(shù)的氨態(tài)氮如NH3及NH4+等。微生物分解有機氮化合物產(chǎn)生氨的過程稱為氨化作用，很多細菌、真菌和放線菌都能分解蛋白質(zhì)及其含氮衍生物，其中分解能力強并釋放出氨的微生物稱為氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有機氮化合物分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，以氨基酸為例：第12頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共55頁，2024年2月25日，星期天硝化反應(yīng)是在好氧條件下，將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-和NO3-的過程?？偡磻?yīng)式為：硝化細菌是化能自養(yǎng)菌，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、有機負荷等都會對它產(chǎn)生影響。硝化反應(yīng)：第14頁,共55頁，2024年2月25日，星期天硝化過程的影響因素：（a）好氧環(huán)境條件，并保持一定的堿度：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，反應(yīng)器內(nèi)溶解氧含量的高低，必將影響硝化反應(yīng)的進程，在硝化反應(yīng)的曝氣池內(nèi)，溶解氧含量不得低于1mg/L，多數(shù)學者建議溶解氧應(yīng)保持在1.2~2.0mg/L。在硝化反應(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）完全硝化，需堿度（以CaCO3計）7.14g。對硝化菌的適宜的pH為8.0~8.4。第15頁,共55頁，2024年2月25日，星期天硝化過程的影響因素：

（b）混合液中有機物含量不應(yīng)過高：硝化菌是自養(yǎng)菌，有機基質(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)型細菌迅速增殖，從而使硝化菌不能成為優(yōu)勢種屬。（c）硝化反應(yīng)的適宜溫度是20~30℃，15℃以下時，硝化反應(yīng)速度下降，5℃時完全停止。第16頁,共55頁，2024年2月25日，星期天硝化過程的影響因素：

（d）硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，即生物固體平均停留時間（污泥齡）SRTn，必須大于其最小的世代時間，否則將使硝化菌從系統(tǒng)中流失殆盡，一般認為硝化菌最小世代時間在適宜的溫度條件下為3d。SRTn值與溫度密切相關(guān)，溫度低，SRTn取值應(yīng)相應(yīng)明顯提高。（e）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、高濃度的有機基質(zhì)、部分有機物以及絡(luò)合陽離子等。第17頁,共55頁，2024年2月25日，星期天反硝化反應(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-)還原為氮氣的過程。反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在有氧存在時，它會以O(shè)2為電子進行呼吸；在無氧而有NO3-或NO2-存在時，則以NO3-或NO2-為電子受體，以有機碳為電子供體和營養(yǎng)源進行反硝化反應(yīng)?？偡磻?yīng)式為：反硝化反應(yīng)：第18頁,共55頁，2024年2月25日，星期天在反硝化菌代謝活動的同時，伴隨著反硝化菌的生長繁殖，即菌體合成過程，反應(yīng)如下：式中：C5H7O2N為反硝化微生物的化學組成。反硝化還原和微生物合成的總反應(yīng)式為：從以上的過程可知，約96％的NO3-N經(jīng)異化過程還原，4％經(jīng)同化過程合成微生物。第19頁,共55頁，2024年2月25日，星期天反硝化過程的影響因素：（a）碳源：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，當原污水BOD5/TKN>3~5時,即可認為碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），因為甲醇被分解后的產(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行內(nèi)源反硝化。（b）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，反硝化速率將大為下降。第20頁,共55頁，2024年2月25日，星期天反硝化過程的影響因素：（c）溶解氧濃度：反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在無分子氧同時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行，溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/L以下。（d）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)速率最低。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間；降低負荷率；提高污水的水力停留時間。第21頁,共55頁，2024年2月25日，星期天在反硝化反應(yīng)中，最大的問題就是污水中可用于反硝化的有機碳的多少及其可生化程度。碳源原水中含有的有機碳外加碳源，多用甲醇內(nèi)源呼吸碳源——細菌體內(nèi)的原生物質(zhì)及其貯存的有機物第22頁,共55頁，2024年2月25日，星期天(2)生物脫氮工藝（a）三段生物脫氮工藝：將有機物氧化、硝化以及反硝化段獨立開來，每一部分都有其自己的沉淀池和各自獨立的污泥回流系統(tǒng)。第23頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（b）Bardenpho生物脫氮工藝：設(shè)立兩個缺氧段，第一段利用原水中的有機物為碳源和第一好氧池中回流的含有硝態(tài)氮的混合液進行反硝化反應(yīng)。為進一步提高脫氮效率，廢水進入第二段反硝化反應(yīng)器，利用內(nèi)源呼吸碳源進行反硝化。曝氣池用于吹脫廢水中的氮氣，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池發(fā)生污泥上浮現(xiàn)象。第24頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第25頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（c）缺氧——好氧生物脫氮工藝：該工藝將反硝化段設(shè)置在系統(tǒng)的前面，又稱前置式反硝化生物脫氮系統(tǒng)。反硝化反應(yīng)以水中的有機物為碳源，曝氣池中含有大量的硝酸鹽的回流混合液，在缺氧池中進行反硝化脫氮。缺氧-好氧生物脫氮工藝第26頁,共55頁，2024年2月25日，星期天磷也是有機物中的一種主要元素，是僅次于氮的微生物生長的重要元素。磷主要來自：人體排泄物以及合成洗滌劑、牲畜飼養(yǎng)場及含磷工業(yè)廢水。危害：促進藻類等浮游生物的繁殖，破壞水體耗氧和復(fù)氧平衡；使水質(zhì)迅速惡化，危害水產(chǎn)資源。含磷化合物有機磷有機磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等無機磷磷酸鹽：正磷酸鹽(PO43-)、磷酸氫鹽(HPO42-)、磷酸二氫鹽H2PO4-、偏磷酸鹽(PO3-)聚合磷酸鹽：焦磷酸鹽(P2O74－)、三磷酸鹽(P3O105-)、

三磷酸氫鹽(HP3O92-)

二、污水中磷的去除第27頁,共55頁，2024年2月25日，星期天一般城市污水水質(zhì)與排放要求常規(guī)活性污泥法的微生物同化和吸附；項目進水水質(zhì)/（mg·L-1）國家排放標準/（mg·L-1）一級A一級BCODcr250~3005060BOD5100~1501020SS150~2001020TKN(NH3-N)35（25）5（8）8（15）TP5~611.5如何去除以達到排放標準？生物強化除磷；投加化學藥劑除磷。第28頁,共55頁，2024年2月25日，星期天常規(guī)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約占微生物干重的1.5%~2.0%，通過同化作用可去除磷12%~20%。生物強化除磷工藝可以使得系統(tǒng)排除的剩余污泥中磷含量占到干重5%~6%。生物強化除磷工藝如果還不能滿足排放標準，就必須借助化學法除磷。第29頁,共55頁，2024年2月25日，星期天生物強化除磷工藝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。污水中的有機物在厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸菌的作用下轉(zhuǎn)化為乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厭氧的不利狀態(tài)下，將體內(nèi)積聚的聚磷分解，分解產(chǎn)生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主動吸收乙酸苷轉(zhuǎn)化為PHB(聚β-羥基丁酸)的形態(tài)儲藏于體內(nèi)。聚磷分解形成的無機磷釋放回污水中，這就是厭氧釋磷。厭氧環(huán)境中：第30頁,共55頁，2024年2月25日，星期天進入好氧狀態(tài)后，聚磷菌將儲存于體內(nèi)的PHB進行好氧分解并釋出大量能量供聚磷菌增殖等生理活動，部分供其主動吸收污水中的磷酸鹽，以聚磷的形式積聚于體內(nèi)，這就是好氧吸磷。剩余污泥中包含過量吸收磷的聚磷菌，也就是從污水中去除的含磷物質(zhì)。普通活性污泥法通過同化作用除磷率可以達到12%~20%。而具生物除磷功能的處理系統(tǒng)排放的剩余污泥中含磷量可以占到干重5%~6%，去除率基本可滿足排放要求。好氧環(huán)境中：第31頁,共55頁，2024年2月25日，星期天生物除磷機理第32頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（1）厭氧環(huán)境條件：（a）氧化還原電位：Barnard、Shapiro等人研究發(fā)現(xiàn)，在批式試驗中，反硝化完成后，ORP突然下降，隨后開始放磷，放磷時ORP一般小于100mV；（b）溶解氧濃度：厭氧區(qū)如存在溶解氧，兼性厭氧菌就不會啟動其發(fā)酵代謝，不會產(chǎn)生脂肪酸，也不會誘導放磷，好氧呼吸會消耗易降解有機質(zhì)；（c）NOx-濃度：產(chǎn)酸菌利用NOx-作為電子受體，抑制厭氧發(fā)酵過程，反硝化時消耗易生物降解有機質(zhì)。生物除磷影響因素：第33頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（2）有機物濃度及可利用性：碳源的性質(zhì)對吸放磷及其速率影響極大，傳統(tǒng)水質(zhì)指標很難反映有機物組成和性質(zhì)，ASM模型對其進一步劃分為：（a）1987年發(fā)展的ASM1:CODtot=SS+SI+XS+XI（b）1995年發(fā)展的ASM2:溶解性與顆粒性：SA+SF+SI+XS＋XIS表示溶解性組分，X表示顆粒性組分；下標S溶解性，I惰性，A發(fā)酵產(chǎn)物，F(xiàn)可發(fā)酵的易生物降解的。生物除磷影響因素：第34頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（3）污泥齡：污泥齡影響著污泥排放量及污泥含磷量，污泥齡越長，污泥含磷量越低，去除單位質(zhì)量的磷須同時耗用更多的BOD。Rensink和Ermel研究了污泥齡對除磷的影響，結(jié)果表明：SRT=30d時，除磷效果40%；SRT=17d時，除磷效果50%；SRT=5d天時，除磷效果87%。同時脫氮除磷系統(tǒng)應(yīng)處理好泥齡的矛盾。生物除磷影響因素：第35頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（4）pH：與常規(guī)生物處理相同，生物除磷系統(tǒng)合適的pH為中性和微堿性，不合適時應(yīng)調(diào)節(jié)。生物除磷影響因素：（5）溫度：在適宜溫度范圍內(nèi)，溫度越高釋磷速度越快；溫度低時應(yīng)適當延長厭氧區(qū)的停留時間或投加外源VFA。（6）其他：影響系統(tǒng)除磷效果的還有污泥沉降性能和剩余污泥處置方法等。第36頁,共55頁，2024年2月25日，星期天(1)A/O法是由厭氧池和好氧池組成的同時去除污水中有機污染物及磷的處理系統(tǒng)。厭氧-好氧除磷工藝流程三、生物除磷及生物脫氮除磷工藝1.A/O生物除磷工藝第37頁,共55頁，2024年2月25日，星期天(2)Phostrip去除磷工藝流程：第38頁,共55頁，2024年2月25日，星期天三、生物除磷及生物脫氮除磷工藝2.A2/O工藝A2/O工藝基本流程第39頁,共55頁，2024年2月25日，星期天進水沉淀池厭氧池缺氧池好氧池剩余污泥出水內(nèi)回流污泥回流進氣管第40頁,共55頁，2024年2月25日，星期天3.改進的Bardenpho工藝第41頁,共55頁，2024年2月25日，星期天4.UCT工藝第42頁,共55頁，2024年2月25日，星期天5.SBR工藝SBR工藝是將除磷脫氮的各種反應(yīng)，通過時間順序上的控制，在同一反應(yīng)器中完成。第43頁,共55頁，2024年2月25日，星期天MSBR工藝傳統(tǒng)A2O工藝MSBR脫氮除磷工藝第44頁,共55頁，2024年2月25日，星期天MSBR池平面圖MSBR單元工作狀態(tài)第45頁,共55頁，2024年2月25日，星期天6.三溝式氧化溝第46頁,共55頁，2024年2月25日，星期天7.UNITANK工藝第47頁,共55頁，2024年2月25日，星期天8.YAAO工藝第48頁,共55頁，2024年2月25日，星期天四、主要的脫氮除磷活性污泥法功能表及影響因素1.脫氮除磷工藝及功能表第49頁,共55頁，2024年2月25日，星期天2.脫氮除磷活性