城市污水的深度处理.ppt

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1、城市污水的深度处理,城市污水经传统的二级处理以后，虽然大部分悬浮固体和有机物被去除了，但还残留微量的悬浮固体和溶解的有害物质。如氮和磷等化合物。 污水厂出水常含TN 2050mg/L,TP 610mg/L。氮、磷为植物营养物质，能助长藻类和水在生物，引起水体的富营养化，影响引用水源。 当出流标准是某些特定的污染物时，称深度处理。例如为了防止水质富营养化，出流污水需进行脱氮除磷。 若是全面提高出水水质，则可称为三级处理。,第一节 氮磷的去除,随着城市人口的集中和工农业的发展，水体的富营养化问题日益突出。目前中国的某些湖泊，如昆明滇池，江苏太湖，安徽巢湖等都已出现不同程度的富营养化现象。 引起富营

2、养化的营养元素有碳、磷、氮、钾、铁等，其中，氮和磷是引起藻类大量繁殖的主要因素。欲控制富营养化，必须限制氮、磷的排放。国外一些污水处理厂把氮、磷的排放标准分别设定为15mgL和0.5mgL。,1、氮的去除,有机氮（蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等）： 生活污水 农业废弃物（植物秸秆、牲畜粪便等） 工业废水（如羊毛加工、制革、印染、食品加工等） 无机氮（氨氮、亚硝态氮和硝态氮）： 有机氮经微生物分解后将转化,1.1 化学法除氮,常用去除 氨氮方法,吹脱法,折点加氯法,离子交换法,主要用于工厂内部的治理，对于城市污水处理厂很少采用。,吹脱法,废水的氨氮可以气态吹脱。NH3+H2O=NH4+OH- pH

3、为10.511.5时，因废水中的氨呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。 吹脱过程包括将废水的pH值提高至10.511.5，然后曝气，这一过程在吹脱塔（见图8-1）中进行。,该过程受温度的影响较大，随温度的降低，为达到同样处理效果所需的空气量迅速增加，由于用石灰调pH值，在吹脱塔中会发生碳酸钙结垢现象，影响运行。另外，NH3气的释放会造成空气污染。因此，对该工艺已有多种改进，例如使吹脱塔的气体通过H2SO4溶液以吸收NH3。,折点加氯法,在净水工程中，称氯胺为化合余氮，次氯酸为余氯，均有杀菌作用。含氨氮的加氯曲线见图8-2。途中A、B二个折点A点前余氯基本上是氯胺，B点称折点，折点后余氯基本

4、上是自由氯（游离氯）加氯脱氮时采用的加氯量应以折点相应的加氯量为准。,此法最大的优点是通过适当的控制，可完全去除水中的氨氮。为了减少氯的投加量，此法常与生物硝化联用，先硝化再除微量的残留氨氮。,离子交换法,用离子交换法去除氨氮时，常用天然的离子交换剂，如沸石等。与合成树脂相比，天然离子交换剂价格便宜且可用石灰再生。采用合成树脂，预处理工序和再生系统均较复杂，且树脂寿命短，应用上受到一定的限制。,1.2 生物脱氮法,一、生物脱氮原理 生物脱氮是污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异养型微生物氧化分解，转化为氨氮，然后由自养型硝化细菌将其转化为NO3，最后再由反硝化细菌将NO3还原转化为N2，从

5、而达到脱氮的目的。,（一）氨化反应 在未经处理的新鲜废水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在，此外也含有少数的氨态氮，如NH3及NH4等。 在氨化菌的作用下，有机氮化合物分解，转化为氨态氮，以氨基酸为例，其反应式为： RCHNH2COOH+O2ORCOOH+CO2+NH3 由于氨化反应速度很快，在一般的生物处理设备中均能完成，故一般不作特殊考虑。,（二）生物硝化反应 生物硝化反应用于污水生物处理中只需要脱氨，而不需要去除全部的氮（即允许氮以硝态氮、亚硝态氮形式存在）的情况。此外，生物硝化还用作为生物硝化反硝化脱氮系统的第一步，或生物反硝化硝化

6、脱氮系统的第二步。此时，硝化作用的好坏将直接影响脱氮效率。,1、生物硝化过程 生物硝化是由两组自养型硝化细菌亚硝酸盐细菌和硝酸细菌，将氨氮转化为硝态氮的生化反应过程。 硝化菌有强烈的好氧性，不能在酸性条件下生长，是化能自养型的细菌。反应式如下：,随后，亚硝酸氮（NO2N）在硝酸细菌作用下，进一步转化为硝酸氮。,将上两式合并，得到硝化的总反应式为：,式中的C5H7O2N为亚硝酸细菌和硝酸细菌的细胞。,2、硝化反应的环境条件 1）好氧条件，并保持一定的碱度。 溶解氧不得低于1mg/L。 在硝化反应过程中，释放H+离子，使pH值下降。硝化菌对pH值的变化十分敏感，为了保持适宜的pH值，应当在废水中保

7、持足够的碱度，以调节pH值的变化。 2）混合液中有机物含量不应过高，BOD5值应在1520 mg/L以下。,3）硝化反应的适宜温度是2030，15以下时，硝化反应速度下降，5时完全停止。 4）硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间（污泥龄）必须大于其最小的世代时间，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽。 5）除重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有：高浓度的NH4+N，高浓度的NOXN，高浓度的有机基质及络合阳离子等。,（三）生物反硝化反应 生物反硝化应用于需要从污水中去除硝态氮和亚硝态氮的场合。此外，还可用于污水中含有机氮和氨氮，需要用生物硝化反硝化脱氮工艺时的第二步，或用于生物硝

8、化硝化脱氮工艺的第一步。,1、生物反硝化过程 生物反硝化过程指污水中的硝态氮（NO3N） 和亚硝态氮（NO2N），在无氧或低氧条件 下，被微生物还原转化为氮气N2的过程。 反硝化细菌包括大量存在于污水处理系统的异养 型兼性细菌，如变形补菌、假单胞菌、小球菌、芽 孢杆菌等等。在有氧存在的条件下，反硝化细菌利 用氧进行呼吸，氧化分解有机物。在无分子氧的条 件下，同时存在硝酸和亚硝酸离子时，它们能利用 这些离子中的氧进行呼吸。,如果污水中的有机物可以用于反硝化反应，则不需另加有机物。如果不具备这种条件需要另投加有机物，一般投加甲醇。此时反硝化反应可写为：,2、反硝化反应的影响因素 （1）碳源 原废水

9、中所含碳源，当原废水BOD5TN35时即可认为碳源充足。 外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），因为甲醇被分解后的产物为CO2、H2O，不留任何难降解的中间产物。 （2）pH值 对反硝化反应最适宜的pH值是6.57.5。pH值高于8或低于6，反硝化速度将大为下降。,（3）溶解氧 反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在无分子氧并同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。另一方面，反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。这样，反硝化反应宜于在厌氧、好氧条件交替的条件下进行，溶解氧控制在0.5 mg/L以下。,（4）温度 反硝化反应的最适宜温度是20

10、40，低于15时反硝化反应速率降低。为了保持一定的反硝化速率，在冬季低温季节，可采用如下措施：提高生物固体平均停留时间；降低负荷率；提高废水的水力停留时间。,二、生物脱氮工艺,（一）活性污泥法脱氮传统工艺 由巴茨（Barth）开创的3级活性污泥法流程（见图8-3），它是以氨化、硝化、反硝化3项反应过程为基础建立的。 1)有机污水进入系统后，首先在第1级曝气池中进行好氧分解，其主要功能是氨化，使有机氮转化为NH3、NH4，去除BOD、COD，BOD5值可降至1520 mg/L。,2)经过沉淀后，进入第2级硝化曝气池，使NH4-N 氧化为NO3-N （硝化），pH值下降，影响硝化反 应速度，因此要

11、投碱。 3)第3级为反硝化反应器，采取厌氧-缺氧交替运行方 式。在此需要投加有机物，可投加CH3OH（甲醇）， 也可以引入原废水。,优点： 1)氨化、硝化、反硝化反应分别在各自的反应器内 进行，反应进行速度快且比较彻底； 2)不同性质的污泥是分别在不同的沉淀池沉淀分离 和回流，故运行管理较为方便，易于掌握，灵活性 和适应性都较大，运行效果较好。 缺点: 1)处理设备多，造价高，管理工作量较大； 2)为了去除由于投加甲醇而带来的BOD值，需在系 统后设后曝气池和沉淀池。,在实践中还采用2级生物脱氮系统。 该处理系统是在第1级中，同时完成去除BOD、氨化和硝化等过程，经过沉淀后在第2级中进行反硝化

12、脱氮。该系统具有3级生物脱氮系统类似的优点，但减少了一个中间沉淀池。,单级生物脱氮系统的特点是没有中间沉淀池，仅有一个终沉淀池，故工艺流程简单，处理构筑物和设备少，克服了上述多级生物脱氮系统的特点。 该系统可以达到脱氮处理的要求，且比较经济实用，管理运行也方便，故目前在实际工程应用中，单级生物脱氮系统采用较多。,（二）缺氧好氧活性污泥法脱氮系统 1、 A/O法工艺流程（见图8-4） 将反硝化反应器置放在系统之首，故又称为“前置式反硝化生物脱氮系统”。这是目前采用的较为广泛的一种脱氮工艺。,本系统的特征： 1)反硝化反应器在前，BOD去除、硝化两项反应的 综合反应器在后； 2)反硝化反应以原废水

13、中的有机物为碳源； 3)硝化反应器内的含有大量硝酸盐的硝化液回流反 硝化反应器，进行反硝化脱氮反应；,4)在反硝化反应过程中，产生的碱度可补偿硝化反 应消耗的碱度的一半左右，对含氮浓度不高的废水 （如生活污水、城市废水）可不必另行投加碱； 5）硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机污染物得 以进一步去除，不需增建后曝气池。,不足之处： 1)处理水来自硝化反应器，含有一定浓度的硝酸 氮，如沉淀池不及时排泥，在池内能够产生反硝化 反应，污泥上浮，处理水水质恶化。 2)如欲提高脱氮率，必须加大内循环回流比（R）， 导致一:运行费用增高，二:内循环液带入大量的溶解 氧，使反硝化反应器难以保持理想的缺氧状态

14、，影 响反硝化进程。 3)本系统的脱氮率一般在85%以下。,2、影响因素与主要参数 1)水力停留时间(t) 脱氮效果与反应时间呈直线性关系，在硝化与反硝化两项反应中，硝化反应需时长。硝化与反硝化之比介于（2:1）（5:1）之间。 2)回流比(R) 内循环回流比的取值与要求达到的脱氮效果以及反应器的类型有关。对活性污泥法，可取值1:8左右。,3)生物固体平均停留时间（污泥龄）(C) C应取值较大，以保证在反应器内保持一定浓度的硝化菌。经证实，此值应在3天以上，当降到1天以下时，硝化效果急剧下降。 4)混合液悬浮固体浓度(MLSS) MLSS一般应高于3000mg/L，当MLSS值低于3000mg

15、/L时，反应速度将迅速下降。,5)氮负荷率 当NH3N负荷率在350g/(m3d)以下时，NH3N去除率可在90%以上；达到350g/(m3d)时，去除率开始下降；而当达到430g/(m3d)以上时，去除率（即硝化率）将急剧下降。,（三）氧化沟硝化脱氮工艺 氧化沟的生物细胞平均停留时间长达1530天，为传统活性污泥系统的36倍。并在其中能够存活增殖世代时间长的硝化菌。在氧化沟内划分成好氧区、缺氧区，苦按其进行适当的运行，能够取得硝化与反硝化的效果。 原废水中的有机污染物可作为反硝化反应的碳源，而在好氧区内，有机污染物为好氧细菌分解，NH3N经硝化反应形成硝酸氮（NO3N ），后者则在缺氧区在反

16、硝化反应的作用下，还原为气态氮，放逐于大气。,2、生物法除磷,一、生物除磷原理 （一）生物除磷过程的实质及影响因素 磷常以磷酸盐（H2PO4、HPO42和PO43）、聚磷酸盐和有机磷的形式存在于废水中。 生物除磷是利用聚磷菌一类的细菌，过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并将其以聚合形态贮藏在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷的效果。,1、聚磷菌的磷过量摄取 在好氧条件下，聚磷菌有氧呼吸，不断地从外部摄取有机物，加以氧化分解，并产生能量，能量为ADP所获得，并结合H3PO4合成ATP（三磷酸腺苷），即： ADP+ H3PO4+能量ATP+H2O H3PO4的大部分是通过主动输送的方式从外部环境摄入的，一部分用于合成ATP，另一部分则用于合成磷酸盐。这一现象就是“磷的过量摄取”。,2、聚磷菌的放磷 在厌氧条件下，聚磷菌体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量，形成ADP，即 ATP+H2OADP+ H3PO4+能量 在好氧条件