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1、教学要求： 1.了解深度处理去除的对象及其相对应的处理方法 2. 初步掌握污水的脱氮除磷技术 教学时数:6h,第七章 污水的深度处理与回用,一、问题提出,经二级生物处理后，其出水一般含有：BOD30mg/L左右，COD60mg/L左右，NH315-25mg/L，P3-8mg/L，SS30mg/L左右，以及细菌、重金属等，必须经过处理，否则易导致水体富营养化，并对鱼类，农作物、淡水水质及处理成本等带来影响。而与此同时，很多地方（如淮河以北地区）水资源缺乏，城市绿化等市政用水成本高，迫切需要水的回用与污水资源化。所以，污水的深度处理与回用被得到重视。思考题：为什么对二级生物处理出水进行深度处理？,
2、二、部分深度处理工艺概述,1、悬浮物的去除1）颗粒粒径：二级出水SS是以1um1mm的生物絮凝体和未被絮凝的胶体物质。一般通过混凝、砂滤、微滤和反渗透去除（见p293图71）。2）混凝沉淀（coagulation-sedimentation）：通过投加混凝剂，并经快速搅拌混凝，慢速搅拌絮凝，使微小颗粒和胶体物质脱稳而凝聚，成为较大颗粒絮体而沉淀去除。a.混凝机理：压缩双电层(高价聚合盐)、吸附电中和、吸附架桥、卷扫网捕。,b.投加药剂：Fe、Al盐、聚合Fe、Al盐，聚丙烯酰胺等。投加量要通过实验确定(为什么？)，金属盐一般20100mg/L，聚合Fe、Al盐一般小于50mg/L，聚丙烯酰胺5
3、左右。c.水动力学：G值和GT值，一般多级串联G值逐步减少，907050S-1（考虑混凝与絮凝）。思考题：混凝过程如何搅拌？为什么？3）过滤技术：通过滤料和滤膜截留、过滤。a.作用机理：直接截留，并逐步形成滤泥层，截留更小的粒子（20um颗粒）。b.运行：随着表面截污层变厚，过滤阻力加大，过滤水量减少，此时需反冲洗（最好是气液反冲洗，为什么？）。2、溶解性有机物去除1）活性碳吸附：活性碳具有区大的表面积和细小的孔隙，能吸附有机物，重金属离子等。,活性碳分类：粒状活性碳和粉末活性碳。吸附量：在温度一定条件下，发生等温吸附（具有一定的吸附容量）。接触方式：多级串联，依次吸附，依次穿透，依次再生。接
4、触时间：15-30min。生物活性炭2）O3氧化处理目的任务：对二级处理水进行以回用为目的的处理，力求去除污水中存在的有机物、色度和杀菌、消毒。工艺要求：最好砂滤（前处理）+臭氧。其效果好，减少O3使用量，提高O3效率。 动力学要求：进行混合反应，加速O3与水的混合，改善传质、提高或强化气液接触。混合反应器：扩散板式、喷射式，机械搅拌（类似曝气）。3）双氧水作用类似O3氧化。,3、溶解性性无机盐的去除危害：具有腐蚀性，易结垢，SO42还原产生H2S，造成土地板结和盐碱化。因而出水回用和农用前要求脱盐。脱盐技术：反渗透、电渗析、离子交换。a.反渗透（reverse osmosis）：利用半渗透膜
5、，当对高浓度一侧施加高于渗透压的压力时，水分子通过渗透膜，从而使水得到净化。b.电渗析：在电流作用下，阳、阴离子分别通过阳、阴离子交换膜而在局部富集，使水得到净化，从而脱盐。c. 离子交换：带离子水经过交换树脂、沸石等时，无机盐通过交换吸附反应而被去除。,4、污水的消毒处理原因：无论什么工艺，出水细菌均会超标，从而带来危害。使用场合：污水农灌、排放水源地上游、旅游景区，以及流行病流行季节。消毒方法：液氯、臭氧、次氯酸钠和紫外线，其优缺点及适宜范围见p304表7-3。1）液氯消毒原理：Cl2H2OHOClHCl工艺参数：投加量：一级2030mg/L、一级半处理10 15mg/L、二级处理5 10
6、mg/L。混合反应：机械搅拌5-15S，鼓风混合0.2m3/m3.min。水力混合：V0.6m/s。接触时间：30min。要求余氯：0.5mg/L（为什么？）。,2)O3消毒原理：O3O2O，由于O3溶解度低(仅10mg/L左右)，工艺要求水深加达5 6m，或接触池密闭，以提高利用率。接触时间：15min，但由于O3有腐蚀性，出水必须进行消除处理。3）次氯酸钠消毒原理：Cl22NaOHNaOCl+NaCl+H2O NaOCl+H2OHOClNaOH HOClOCl+H+接触时间：同臭氧法4）紫外线消毒原理：紫外线穿透细胞壁并与细胞质反应而达到消毒目的。方法：浸水式和水面式（高压石英水银灯）。照
7、射强度：0.19 0.25W.s/cm2。污水深度：0.65 1.0m。缺点：不能解决消毒后管网的再污染问题，电耗大，水中悬浮杂质和色度对紫外线透射有影响。,三、脱氮技术,1、问题提出：污水中氮一般是过量的，经二级生物处理后的出水氨氮或总氮往往超标,带来较大危害：导致水体营养化，降低水体DO浓度，使水有异味，增加水处理成本； 当农灌时，TN超过1mg/L，作物因过量吸收氨氮而疯长，不结果； 硝态氮会演变为致癌物。必需进行污染防治。 措施或对策：物理化学脱氮和生物脱氮。2、氨的吹脱去除 1）原理：NH3+H2ONH4+OH 。根据p307图7-12，当pH11时，以NH3的形式存在，以曝气形式使
8、NH3从水中逸出，从而脱氮。,装置：脱除塔。采用NaOH或石灰预处理调节pH至10.5以上；后进入脱除塔，水从上方喷淋，气从塔底进入，气液逆向接触，风扇排气。设计参数：pH10.5；水力负荷180m3/m2.d；气液比2200-2300；气速1600m/min。适宜范围：中高浓度的含NH3废水。对于城市生活污水和二级城市生活污水处理厂出水采用此法处理后，NH3浓度仍在数mg/L，冬季会超过10mg/L，很不经济，工程上少采用。因而一般用于含高氨氮的工业废水处理。思考题：吹脱氨氮会带来那些环境问题？3、生物脱氮1）污水中的含氮化合物有有机氮（蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物等）和氨态氮等。在初沉
9、池前，其形态以前者为主（为什么？）；经初沉池水解后以NH4为主（为什么？） 。具体反应如下：氨化反应：以氨基酸为例， RCHNH2COOHO2RCOOHCO2NH3,2）当初沉池出水进入曝气池后，由于C/N比高，微生物以异氧菌为主，对有机物进行降解，此时对氨氮的降解以同化代谢为主；当BOD5/N3时开始进行硝化反应（为什么？），第一步由亚硝酸菌将氨氮(NH4和NH3)转化成亚硝酸盐(NO2-N)；第二步再由硝酸菌将亚硝酸盐氧化成硝酸盐（NO3N）。具体反应如下： NH43/2O2 NO2-H2O2H NO2-1/2 O2 NO3-若考虑硝化细菌新细胞的合成，则反应式为： 55NH476O210
10、9HCO3 C5H7NO254 NO2-57H2O104H2CO3 400NO2-NH44H2CO3HCO3195O2 C5H7NO23H2O400NO3-,将两式合并，得： NH41.83O21.98HCO3 0.02C5H7NO21.04H2O0.98NO3-1.88H2CO3硝化反应过程中氮元素的转化过程如下： NH4 NH2OH NOH (NO2. NHOH) NO2- NO3- NH4氧化为NO2-经历了3个步骤6个电子变化，这说明亚硝酸菌的酶系统十分复杂，而硝酸反应只经历了1步和2个电子变化，相对简单些。影响生物硝化的因素有：温度、溶解氧、pH、有毒物质和C/N比。3）硝化反应的条
11、件与工艺参数：微生物：硝化菌、亚硝化菌、光合细菌。碳氮比：C/N3或=2.86（不是书中所提的BOD20mg/L。）,DO：根据反应方程式摩尔氮变成NO3，需2mol分子氧，即需要O24.57g(硝化需氧量)，在曝气池中DO须维持在1.52.0mg/L。pH：高硝化速度出现在pH=7.8-8.4，当pH6或9时，硝化反应将停止；生活污水pH值稳定，要维持pH稳定，必须要有足够的碱度，每硝化1gN，需碱度7.1g。水温（t）：适应温度30-35，当t3。 c、DO0.5mg/L。 d、pH值：适宜pH为6.57.5，过高过低（8或6）都将受到影响。 e、温度：适宜20-38，当t15明显下降、3
12、停止。 f、HRT：由于反硝化速度快，510min基本完成，30min能达到85-90%左右。故缺氧段或反硝化段HRT11.5h。 其它可参见P311表7-4。,5）同时硝化反硝化(Simultaneous Nitrification Denitrification，简写为SND）指硝化与反硝化二个过程同时在反应器中进行或硝化的同时进行反硝化反应。理论依据有宏观环境、微环境理论和生物学解释。宏观环境解释为充氧、混合、布水不均，形成局部缺氧厌氧，发生反硝化。微环境理论认为在污泥或生物膜上存在DO浓度梯度，即由好氧缺氧厌氧（或硝化反硝化）。微生物学理论：发现了好氧反硝化菌和异氧硝化菌,打破了传统的
13、好氧条件下自养菌硝化与缺氧条件下异养菌反硝化的观点。,6）、生物脱氮工艺后置反硝化a、传统三级脱氮工艺（P312图7-15） 各段有自己的沉淀池与污泥回流系统，反硝化投加外加碳源。,b、二级后置脱氮工艺（倒置反硝化）,2）前置反硝化，又叫A/O工艺（缺氧好氧工艺）（anaerobic-oxic process） 该工艺不需设中沉池和投加C源，在反硝化段反硝化后回收部分碱度，同时降解部分有机物，对好氧段有利，减少供氧量，并有利于难降解有机物降解。,3）A2/O工艺（厌氧缺氧好氧工艺）（anaerobic-anoxic-oxic process ）该工艺具有脱氮除磷功能。厌氧段形成厌氧环境，使聚磷菌释放磷，利用其在好氧段加倍吸收磷；在缺氧段进水与回流硝酸氮和亚硝酸氮混合，在反硝化菌的作用下进行反硝化，并降解部分有机物，回收部分碱度；在好氧段进行有机物的降解、氨氮的硝化和磷的吸收。,7）、影响因素与主要技术参数a、HRT：对城市污水处理厂，为取得80以上的硝化率和60以上的脱氮率，必须保证相应的HRT。一般硝化段6h，反硝化段1.5h左右。b、内回流：一般R=200。C、MLSS：3000mg/L。d、Qc：20d以上，不得低于15d。e、氨氮负荷：一般低于0.03gN/（gMLSS.d）,
