第二章城市污水特點及處理概況

1、第二章 城市污水特點及處理概況第一節(jié) 城市污水的來源及性質(zhì)一、城市污水的來源城市污水是通過下水管道收集到的所有排水，是排入下水管道系統(tǒng)的各種生活污水、工業(yè)廢水和城市降雨徑流的混合水。生活污水是人們?nèi)粘Ｉ钪信懦龅乃?。它是從住戶、公共設施（飯店、賓館、影劇院、體育場館、機關、學校和商店等）和工廠的廚房、衛(wèi)生間、浴室和洗衣房等生活設施中排放的水。這類污水的水質(zhì)特點是含有較高的有機物，如淀粉、蛋白質(zhì)、油脂等，以及氮、磷、等無機物，此外，還含有病原微生物和較多的懸浮物。相比較于工業(yè)廢水，生活污水的水質(zhì)一般比較穩(wěn)定，濃度較低。工業(yè)廢水是生產(chǎn)過程中排出的廢水，包括生產(chǎn)工藝廢水、循環(huán)冷卻水沖洗廢水以及綜合廢

2、水。由于各種工業(yè)生產(chǎn)的工藝、原材料、使用設備的用水條件等的不同，工業(yè)廢水的性質(zhì)千差萬別。相比較于生活廢水，工業(yè)廢水水質(zhì)水量差異大，具有濃度高、毒性大等特征，不易通過一種通用技術或工藝來治理，往往要求其在排出前在廠內(nèi)處理到一定程度。降雨徑流是由降水或冰雪融化形成的。對于分別敷設污水管道和雨水管道的城市，降雨徑流匯入雨水管道，對于采用雨污水合流排水管道的城市，可以使降雨徑流與城市污水一同加以處理，但雨水量較大時由于超過截留干管的輸送能力或污水處理廠的處理能力，大量的雨污水混合液出現(xiàn)溢流，將造成對水體更嚴重的污染。二、城市污水的性質(zhì)1、物理性質(zhì)城市污水的物理性質(zhì)包括顏色、氣味、水溫、氧化還原電位等指

3、標。顏色以生活污水為主的污水廠，進水顏色通常為灰褐色，這種污水比較新鮮，但實際上進水的顏色通常變化不定，這取決于城市下水管道的排水條件和排入的工業(yè)廢水的影響。如果進水呈黑色且臭味特別嚴重，則污水陳腐，可能在管道中存積太久。如果進水中混有明顯可辨的其他顏色如紅、綠、黃等，則說明有工業(yè)廢水進入。對一個已建成的污水廠來說，只要它的服務范圍與服務對象不發(fā)生大的變化，則進水的污水顏色一般變化不大。要按流程逐個觀測各污水池上的污水?；钚晕勰嗟念伾灿兄谂袛鄻嬛镞\轉(zhuǎn)狀態(tài)，活性污泥正常的顏色為黃褐色，正常的氣味應為土腥味，運行人員在現(xiàn)場巡視中應有意識地觀察與嗅聞。如果顏色變黑或聞到腐敗氣味，則說明供氧不足

4、，或污泥已發(fā)生腐敗。氣味污水廠的浸信會除了正常的糞臭味外，有時在集水井附近有臭雞蛋味，這是管道內(nèi)因污水腐化而產(chǎn)生的少量硫化氫氣體所致?；钚晕勰嗷旌弦阂灿幸欢馕?，當操作工人在曝氣池旁嗅到一股土腥味時，則就能斷定曝氣池運轉(zhuǎn)良好。若城市污水中有汽油、溶劑、香味，可能是有工業(yè)廢水排入。水溫水溫對曝氣生化反應有著很大的影響。一個污水廠的水溫時隨季節(jié)逐漸緩慢變化的，一天內(nèi)幾乎無甚變化。如果有一天內(nèi)變化很大，則要進行檢查，是否有工業(yè)冷卻水進入。氧化還原電位正常的城市污水具有約+100mV的氧化還原電位，小于+40 mV的氧化還原電位或負值氧化還原電位說明污水已經(jīng)厭氧發(fā)酵或有工業(yè)還原劑的大量排放。氧化還原電

5、位超過+300mV，說明有工業(yè)氧化劑廢水大量排入。2、化學指標城市污水的化學指標很多，它包括酸堿度（PH）、堿度、生化需氧量（BOD）、化學需氧量（COD）、固體物質(zhì)、氨氮（NH3-N）、總磷(TP)、重金屬含量等。酸堿度（PH）城市污水PH值一般為6.57.5。PH值的微小降低可能是由于城市污水輸送管道中的厭氧發(fā)酵。雨季時進水較低的PH值往往是城市酸雨造成的，這在合流系統(tǒng)尤其突出。PH值的突然大幅度變化不論是升高韓式降低，通常是由于工業(yè)廢水的大量排入造成的。生化需氧量（BOD）城市污水處理中，常用生化需氧量BOD指標反映污水中有機污染物的濃度。生化需氧量是在制定的溫度和制定的時間段內(nèi)，微生物

6、在分解、氧化水中有機物的過程中所需要的樣的數(shù)量，單位為mg/L。由于微生物的好氧分解速度開始很快，約5天后其需氧量即達到完全分解需氧量的70%左右，因此在實際操作中常用5d生化需氧量（BOD5）來衡量污水中有機物的濃度。化學需氧量（COD）化學需氧量是指用強氧化劑使被測廢水中有機物進行化學氧化時所消耗的氧量。COD測定速度快，不受水質(zhì)限制，用它指導生產(chǎn)較方便。常用的氧化劑為KMnO4和K2Cr4O7。KMnO4的氧化能力較弱，往往只有一部分被氧化，因此需所測定的結(jié)果與實際情況有很大的差別，而K2Cr4O7的氧化能力很強，能使污水中的絕大部分有機物氧化，故常用K2Cr4O7來測定。在城市污水處理

7、分析中，把的BOD5/COD比值作為可生化性指標。當BOD5/COD0.3時，可生化性較好，適宜采用生化處理工藝。城市污水的BOD5和COD的均值之間保持著一定的相關關系，通過大量的數(shù)據(jù)分析對比，可以近似地從COD推求BOD5。溶解固體（DS）和懸浮固體（SS）城市污水中含有大量的固體物質(zhì)，按其物理性質(zhì)可分為懸浮固體SS和溶解固體DS。懸浮固體（SS）簡稱懸浮物，是檢測污水的重要指標。SS指標的意義為：表示污水的污染情況，SS含量的多少直接影響著水環(huán)境的外觀情況，也不利于水的復氧過程；可以反映用簡單沉淀法去除污染物的效果和難易程度?？偟═N）、氨氮（NH3-N）和總磷(TP)氮、磷含量是重要

8、的污水水質(zhì)指標之一，在污水生化處理過程中微生物的新陳代謝需要消耗一定量的氮、磷。如果氮、磷排入到水體中，將會導致水體中藻類的超量增長，造成富營養(yǎng)化為題。總氮是污水中各類有機氮和無機氮的總和。氨氮是無機氮的一種，總磷是污水中各類有機磷和無機磷的總和。總氮（TN）有機氮無機氮蛋白性氮非蛋白性氮氨氮（NH3N）亞硝酸氮（NO2N）硝酸鹽氮（NO3N）3.生物指標目前應用較多的生物指標是細菌總數(shù)和總大腸桿菌數(shù)，在生活污水、醫(yī)院污水中?？蓹z測到。三、城市污水的特點城市污水的水質(zhì)在主要方面具有生活污水的一切特征。但在不同的城市，因工業(yè)的規(guī)模和性質(zhì)不同，城市污水的水質(zhì)也受工業(yè)廢水和水量的影響而明顯變化。典型

9、的生活污水水質(zhì)變化大體有一定范圍，可參見表2-1。表2-1 典型的生活污水水質(zhì)示例指標濃度/(mg/L)指標濃度/(mg/L)高中低高中低固體（TS）溶解性總固體非揮發(fā)性揮發(fā)性懸浮物（SS）非揮發(fā)性揮發(fā)性可沉降物/(mg/L)生化需氧量（BOD5）溶解性懸浮性總有機碳（TOC）化學需氧量（COD）溶解性懸浮性120085052532535075275204002002002901000400600720500300200220551651020010010016040015025035025014510510020805100505080250100150可生物降解部分溶解性懸浮性總氮有機氮游

10、離氨亞硝酸鹽硝酸鹽總磷有機磷無機磷氯化物（Cl-）堿度（CaCO3）油脂7503753758535500015510200200150300150150401525008351001001002001001002081200413605050 注：該表摘自給水排水設計手冊。第二節(jié) 城市污水處理系統(tǒng) 城市污水處理系統(tǒng)由三部分組成：收集和輸送城市污水、雨水的排水管道系統(tǒng)，污水無害化處理系統(tǒng)，污水深度處理和再利用系統(tǒng)。一、城市排水管道系統(tǒng) 城市排水管道系統(tǒng)是指收集和輸送城市污水、雨水和雪水到泵站、處理廠或排放點的管道系統(tǒng)。根據(jù)功能不同，城市排水管道系統(tǒng)可分為污水管道系統(tǒng)、雨水管道系統(tǒng)和合流制管道系統(tǒng)

11、。二、污水無害化處理系統(tǒng)污水無害化處理系統(tǒng)是指通過物理、化學和生物處理方法，將城市污水中的主要污染物質(zhì)去除或轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)，從而達到相關污水排放標準的處理系統(tǒng)。城市污水無害化處理系統(tǒng)包括一級處理系統(tǒng)、二級處理系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng)。三、污水深度處理和再利用系統(tǒng)污水深度處理和再利用系統(tǒng)一般以污水二級處理系統(tǒng)出水作為原水，通過混凝沉淀、過濾、生物脫氮除磷等深度處理工藝，進一步去除污水殘存的污染物質(zhì)，也稱三級處理系統(tǒng)。處理后的廢水達到排放或重復使用（如農(nóng)田灌溉、綠化用水）要求。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，污水深度處理和再利用是未來發(fā)展的趨勢。城市污水處理系統(tǒng)的具體流程見圖2-1所示。確定污水處理流程的主要依據(jù)是

12、所要求達到的處理程度，在處理技術的選擇上要盡可能合理、先進，保證處理出水不會造成二次污染，同時應選用高效、節(jié)能的處理設備，以節(jié)約建設投資和運行管理費用。圖2-1 城市污水處理系統(tǒng)注：1.泵有時不需要，亦可能移至沉砂后，或與均化結(jié)合；2.在小型污水廠中，可酌情使用均化；3.初雨徑流一般只處理到初沉為止；4.在有條件的地方，可結(jié)合采用穩(wěn)定塘及（或）土地處理。第三節(jié) 城市污水處理方法一、城市污水處理基本方法 城市污水處理方法很多，按其作用原理，可分為物理處理方法、化學處理方法、物理化學處理方法、生物處理方法等。 （1）物理處理方法 物理處理方法是利用物理作用分離污水中主要呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)，在處理

13、過程中不改變物質(zhì)的化學性質(zhì)。典型的物理處理方法有沉淀法、過濾法、離心分離法、氣浮法等。 （2）化學處理方法 化學處理方法是利用化學反應作用來分離或回收污水中的污染物質(zhì)，或使其轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)。典型的化學處理方法有中和法、混凝法、氧化還原法等。 （3）物理化學處理方法 物理化學處理方法是通過物理化學過程使污水得到凈化的方法，主要有吸附、萃取、離子交換、反滲透等方法。（4）生物處理方法 生物處理方法是利用微生物的作用來去除污水中溶解的和膠體狀態(tài)的有機物的方法。生物處理方法可分為好養(yǎng)生物處理（主要有活性污泥法、生物膜法等）和厭氧生物處理兩大類。 城市污水處理工藝，實際上是以上這些處理方法的應用和組合

14、。二、城市污水一級處理系統(tǒng) 城市污水一級處理系統(tǒng)包括預處理、一級處理。城市污水格柵沉砂池沉淀池柵渣處置沉砂處置污泥干化脫水直接排放或進入二級處理系統(tǒng)圖2-2 城市污水一級處理系統(tǒng)污水預處理和一級處理稱為物理處理或機械處理，如圖2-2所示。它是去除污水中的漂浮物和懸浮物的處理過程，一般能去除懸浮固體SS約50%60%，BOD5去除20%30%。出水達不到排放標準，故一級處理屬于二級處理的前處理。一級處理主要應用在以下方面。沿?；蚩拷^大水體的城市，經(jīng)充分論證后，可采用一級處理或一級強化處理方案，污水經(jīng)處理后直接排放或排入地面水體。城市污水進行二級處理時先進行一級處理，可減輕二級處理負擔，保證二級

15、處理系統(tǒng)正常工作。城市污水進入穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)前需要進行一級處理，避免穩(wěn)定塘產(chǎn)生淤積，延長使用年限。城市污水進入土地處理系統(tǒng)前，也應進行一級處理，避免污水中雜質(zhì)堵塞土壤顆粒間隙，并提高土地處理的程度。（一）污水的預處理城市污水預處理主要包括污物攔截和沉砂，一般設置機械格柵除污機，去除污水中的大塊懸浮物，沉砂則靠設置沉砂池來去除污水中密度較大的無機顆粒，以保護后續(xù)處理設施的正常運行，它是任何城市污水處理工程中必不可少的處理設施。1.格柵在城市污水處理構筑物中，通過實踐證明格柵在前處理中起著重要的作用，直接影響污水處理設施的正常運行。格柵清污目前一般采用機械清污，清污時間有定時自動清污和按格柵的水位

16、差自動清污之分。為保證安全運行，一般24h連續(xù)運行，使來水中的雜物隨來隨清，不致積壓。格柵的間隙大小與污水處理運行有直接關系。目前設計采用格柵的間隙為40mm以上：細格柵間隙為510mm；中格柵間隙為1540mm；粗格柵間隙為40mm以上。中、粗格柵設在污水泵房之前，細格柵設在污水泵房之后沉砂池之前。污水在柵前渠道內(nèi)的流速一般控制在0.40.8m/s，經(jīng)過格柵的流速一般采用0.61.0m/s。過柵流速太大和太小都會直接影響到截污效果和柵前泥沙的沉積。污水的過柵水頭與過柵流速有關，一般水頭損失在0.10.3m之間，最大不超過0.5m。2.沉砂池沉砂池也是城市污水處理廠必不可少的處理設備，常設在進

17、水泵房的后面。除砂的目的是避免砂粒對處理工藝和設備帶來不利影響，如對沉砂池刮泥板、污泥泵葉輪和離心或帶式脫水機等部位產(chǎn)生磨損，使其壽命縮短，同時在曝氣池、污泥硝化池產(chǎn)生淤積而減少有效容積等。按池內(nèi)水流方向的不同，沉砂池可分為平流式沉砂池、豎流式沉砂池、曝氣沉砂池、旋流沉砂池等。圖2-3 平流式沉砂池示意平流式沉砂池見圖2-3。它是最常用的一種沉砂池，污水在池內(nèi)沿水平方向流動。兩端設有閘板，以控制水流，池底設13個儲砂斗，下接排砂管。普通平流式沉砂池的主要缺點是沉砂中含有15%的有機物，使沉砂的后續(xù)處理難度增加。曝氣沉砂池和構造見圖2-4。曝氣沉砂池的最大優(yōu)點是能夠在一定程度上使砂粒在曝氣的作用

18、下相互摩擦，可以去除砂粒上的有機污染物；同時，由于曝氣的氣浮作用，污水中的池脂類物質(zhì)會升至水面，形成浮渣而被去除。 圖2-4 曝氣沉砂池的構造示意圓形旋流式沉砂池具有占地面積小、能耗低、土建費用低、管理方便等優(yōu)勢，近年來應用日益廣泛。圓形旋流式沉砂池也有多種形式，鐘式旋流沉砂池結(jié)構見圖2-5。鐘式沉砂池采用重力原理，水流經(jīng)過進水渠進入沉砂池，分選區(qū)水流分為兩個環(huán)流：內(nèi)環(huán)在葉輪推動下向上流動，外環(huán)則基本上保持靜止。砂粒因重力沉降到外環(huán)的斜底上，并順斜坡滑入集砂區(qū)。輕的有機物則在徑向葉輪的推力作用下與砂粒分離，返回到水流中去。 圖2-5 鐘氏沉砂池結(jié)構示意（二）污水一級處理城市污水一級處理的主要構

19、筑物為初次沉淀池。初沉池有平流式、輻流式、豎流式等幾種形式。圖2-6 平流式沉淀池構造示意平流式初沉池為矩形，其優(yōu)點是占地面積小，去除效果較好。主要設備為桁車式刮泥機和鏈板式刮泥機。圖2-6為平流式沉淀池構造示意。初沉池按功能可分進水區(qū)、出水區(qū)、沉淀區(qū)、污泥區(qū)和緩沖層等5個部分。初沉池的進水區(qū)和出水區(qū)的功能是使污水均勻平衡地流入、流出沉淀區(qū)；沉淀區(qū)即工作區(qū)，是可沉顆粒與污水分離的區(qū)域；污泥區(qū)是污泥儲存、濃縮和排放區(qū)域；而緩沖層則是沉淀區(qū)和污泥區(qū)的隔離帶，起到使已沉下的顆粒不因水流攪動而再次浮起的作用。 圖2-7 輻流式沉淀池（中心進水，周邊出水）1-進水管；2-中心管；3-穿孔擋板；4-刮泥機

20、；5-出水槽；6-出水管；7-排泥管圖2-8 輻流式沉淀池（周邊進水，周邊出水）1-過橋；2-欄桿；3-傳動裝置；4-轉(zhuǎn)盤；5-進水下降管；6-中心支架；7-傳動器罩；8-桁架式耙架；9-出水管；10-排泥管；11-刮泥板；12-可調(diào)節(jié)的橡皮刮板輻流式初沉池為圓形，適用于規(guī)模較大的污水處理廠，它又分為中心進水、周邊出水型和周邊進水、周邊出水型兩種，主要設備為輻流式中心傳動刮泥機和輻流式周邊傳動刮泥機。雖然輻流式沉淀池占地面積和去除效果都不如平流式沉淀池，但由于這類刮泥機故障率較低，在國內(nèi)外廣泛采用，特別是大型污水處理廠采用更多。輻流式沉淀池一般是圓形（見圖2-7）。污水由沉淀池中心管上孔流入池

21、內(nèi)，在穿孔擋板的作用下，平穩(wěn)均勻地流向四周，溢入出水槽內(nèi)。輻流式沉淀池都采用機械排泥，也可附有空氣提升或凈水頭排泥設施。輻流式沉淀池目前也采用周邊進水，中心出水的形式，但一般采用較少。同時還有周邊進水，周邊出水的形式，見圖2-8。豎流式沉淀池為圓形，池徑在10m以內(nèi)（或10m10m以內(nèi)方形），沉淀污泥靠重力排除，無機械排泥設備，它僅適用于小型污水處理廠。豎流式沉淀池構造見圖2-9。豎流式沉淀池內(nèi)水由中心管的下口流入池內(nèi)，通過發(fā)射板的攔阻向四周分布于整個水平斷面上，緩緩向上流動。沉速超過上升流速的顆粒下沉到污泥斗中，澄清后的水由池周的堰口溢出池外。圖2-9 豎流式沉淀池構造示意三、城市污水二級處

22、理系統(tǒng)城市污水二級處理系統(tǒng)主要為生物處理系統(tǒng)，以生物處理技術為主。城市污水二級處理系統(tǒng)可以大幅度去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物，BOD5去除率達85%95%。1.生化處理基本原理污水的生化處理是通過微生物新陳代謝完成的。利用好氧微生物的新陳代謝處理污水的過程稱為污水的好氧生物處理，利用厭氧微生物的新陳代謝處理污水的過程稱為污水的厭氧生物處理。有時為了實現(xiàn)特殊的處理目標，在一個系統(tǒng)中既有好氧過程又有厭氧過程，則稱為厭氧好氧生物處理，而這里的好氧和厭氧微生物，實際上絕大部分為兼性微生物，它們在有氧條件下進行好氧過程，在無氧條件下進行厭氧過程。在污水的好氧處理過程中一部分被微生物吸收的有機物

23、被氧化分解成簡單的無機物，如有機物中的碳被氧化成二氧化碳，氫與氧化合成水，氮被氧化成氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽，磷被氧化成磷酸鹽等，氧化分解過程中釋放出的能量，作為微生物自身生命活動的能源，并將另一部分有機物作為其生長繁殖所需要的構造物質(zhì)，合成新的細胞體。污水的厭氧生物處理分成兩個階段，在第一階段中，有一類被稱為產(chǎn)酸細菌的微生物把污水中的復雜有機化合物轉(zhuǎn)化成較簡單的有機物（如低級脂肪酸和醇類）和CO2、NH3、H2O等無機物。在第二階段中，另一類被稱為甲烷細菌的微生物將簡單的有機物分解成甲烷和二氧化碳等。在好氧處理過程中，必須不間斷地供給充足的氧，否則好氧處理將部分或全部轉(zhuǎn)化成厭氧處理過程。厭氧生物

24、處理不需要供氧，但其處理速率比好氧處理慢得多，因而在同樣規(guī)模的單元內(nèi)，處理污水量也要少得多。為提高厭氧處理的速率，理論上和實踐上都已經(jīng)進行了很多探索，但到目前為止，城市污水單獨采用厭氧處理過程的尚不多見。2.城市污水二級處理技術分類污水生物處理從總體上可分為兩大類：一類是微生物在人工為其營造的環(huán)境中處理污水，稱為人工處理方法，另一類是微生物在天然生態(tài)環(huán)境中處理污水，稱為天然生態(tài)處理方法。人工處理方法效率較高，但投資及運行費用也較高；天然生態(tài)處理方法雖然投資及運行費用低，但由于受氣候因素影響，處理效果不穩(wěn)定。人工處理方法主要包括活性污泥法和生物膜法。在活性污泥工藝中，微生物群體懸浮在污水中生長，因此也稱為懸浮增長工藝。在生物膜工藝中，微生物群體一般固著在某種介質(zhì)上生長，因此也稱為固著增長工藝。天然生態(tài)處理方法主要包括生物穩(wěn)定塘、土地處理和濕地系統(tǒng)三種方法?；钚晕勰喙に嚠a(chǎn)生于20世紀初，由于其較高的處理效率，且運行穩(wěn)定可靠，在世界各地得到了普遍應用，目前已經(jīng)成為城市污水生化處理的主要方法。但是，傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還存在著某些有待解決的問題，如反應器-曝氣池的池體比較龐大，占地面積大、電耗高、管理復雜等，近幾十年來，國內(nèi)外科技工作者為了解決活性污泥處理系統(tǒng)存在的這些問題，在活性污泥的反應機理、降解功能、運行方式、工藝系統(tǒng)等方面進行了大量的