水污染控制工程-城市污水的深度處理課件

1、城市污水的深度處理第一節(jié) 氮磷的去除第二節(jié) 城市污水的三級處理污、廢水兩級處理：污水一級處理去除廢水中的砂礫及大的懸浮固體污水二級處理去除廢水中的大部分的可溶性有機物二級處理出水中的氮、磷未能達到排放標(biāo)準(zhǔn)氮、磷是生物重要的營養(yǎng)源，排入天然水體易引起水體富營養(yǎng)化 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。太湖的富營養(yǎng)化二、污、廢水脫氮、除磷的具體指標(biāo)1、城鎮(zhèn)污水處理廠污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）4.1.2.2 城鎮(zhèn)污

2、水處理廠出水排入GB3838 地表水類功能水域（劃定的飲用水水源保護區(qū)和游泳區(qū)除外）、GB3097 海水二類功能水域和湖、庫等封閉或半封閉水域時，執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn)的B標(biāo)準(zhǔn)。一級標(biāo)準(zhǔn)的B標(biāo)準(zhǔn)廢水總磷含量 15（1）mg/L氨氮（以N計） 8（15）mgL二、污、廢水脫氮、除磷的具體指標(biāo)2、污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978-1996）4.1.1 排入GB3838 地表水類水域（劃定的保護區(qū)和游泳區(qū)除外）和排入GB3097 中二類海域的污水，執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn)。一級標(biāo)準(zhǔn)廢水磷酸鹽含量(以P計) 05mg/L氨氮（以N計） 15mgL第一節(jié) 氮、磷的去除氮在水中的存在形態(tài)與分類N無機NNOx-N(硝態(tài)氮)T K

3、N(凱氏氮)總N(TN)NH3-NNO3-NNO2-N有機N （尿素、氨基酸、蛋白質(zhì)）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(xué)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10.511.5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10.511.5，然后曝氣，這一過程在吹脫塔中進行。工藝流程調(diào)節(jié)pH值沉淀池吹脫塔出水 排泥 進水 石灰或石灰乳 吹脫法脫氨工藝流程 通過適當(dāng)?shù)目刂?，可完全去除水中的氨氮?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

4、氨氮。(2) 折點加氯法: 含氨氮的水加氯時，有下列反應(yīng)：加氯反應(yīng)池活性炭吸附塔NaOCl進水出水（3）選擇性離子交換法去除氨氮：采用沸石作為除氨的離子交換體。澄清或過濾沸石離子交換床出水再生液脫氮NH3或N2進水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。其中主要包括硝化和反硝化兩個反應(yīng)過程。此外，還有氨化、同化等。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(xì)

5、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：廢水生物脫氮的基本原理生物脫氮的基本過程：氨化(ammonification) 含氮有機物，在生物處理過程中被（好氧或厭氧）異養(yǎng)微生物氧化分解為氨氮；硝化(nitrification) 由好氧自養(yǎng)硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為NO2和NO3；反硝化(denitrification) 缺氧條件下，在異養(yǎng)反硝化菌的作用下將NO2和NO3還原轉(zhuǎn)化為N2。（2）硝化反應(yīng)（Nitrification） 分為兩步：由兩組自養(yǎng)型硝化菌分步完成： 氨氧化細(xì)菌，或

6、亞硝化細(xì)菌（Nitrosomonas）； 亞硝酸鹽氧化細(xì)菌，或硝化細(xì)菌（Nitrobacter）A、硝化細(xì)菌的特性 都是革蘭氏陰性、無芽孢的短桿菌和球菌； 強烈好氧，不能在酸性條件下生長； 無需有機物，以無機含氮化合物為能源，以無機C（CO2或HCO3-）為碳源； 化能自養(yǎng)型； 生長緩慢，世代時間長。B、硝化反應(yīng)過程及反應(yīng)方程式：亞硝化反應(yīng)：硝化反應(yīng)：總反應(yīng)： 總反應(yīng)式為：C、硝化反應(yīng)的環(huán)境條件：好氧條件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的堿度以維持穩(wěn)定的pH值(適宜的pH為8.08.4)；一般要求進水BOD5在1520mg/l以下；適宜溫度：2030C； 15C，速率下降；35時，即可；

7、 外加碳源，多為甲醇； 內(nèi)源呼吸碳源細(xì)菌體內(nèi)的原生物質(zhì)及其貯存的有機物。適宜pH：6.57.5； 溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/l以下； 適宜溫度：2040CB 反硝化反應(yīng)的影響因素生物脫氮的基本原理有機氮NH4+-NNO2-NNO3-NNO2-NN2氨化作用亞硝化作用硝化作用硝化作用反硝化作用O2O2O2或無氧異養(yǎng)細(xì)菌氨氧化細(xì)菌（自養(yǎng)型）硝化細(xì)菌（自養(yǎng)型）有機物有機物反硝化細(xì)菌（異養(yǎng)型）反硝化細(xì)菌（異養(yǎng)型）好氧或厭氧條件堿度增大，pH值升高絕對好氧條件堿度下降，pH值降低絕對好氧條件堿度和pH值無變化堿度增大，pH值升高缺氧條件 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

8、，反應(yīng)如下：式中：C5H7O2N為反硝化微生物的化學(xué)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。 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(xì)菌體內(nèi)的原生物質(zhì)及其貯存的有機物(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)。（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

9、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。（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-好氧生物脫氮工藝雖然磷在農(nóng)業(yè)上十分重要，但是它可引起水體污染，是造成富營養(yǎng)化的重要因子。受磷污染的水體，藻類大量繁殖，藻體死亡后分解會使水體產(chǎn)生霉味和臭味。許多種類還會產(chǎn)生毒素，并通過食物鏈影響人類的健康。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的增

10、長，人口的增加，含磷洗滌劑和農(nóng)藥、農(nóng)肥的大量使用，近年來水體磷污染日益加劇。另外，也導(dǎo)致了沿海海域曾多次發(fā)生赤潮事件。二、微生物除磷原理、工藝及其微生物微生物除磷原理、工藝及其微生物（BOD：N：P）100：5：1微生物除碳的同時吸收磷元素用以合成細(xì)胞物質(zhì)和合成ATP等，但只去除污水中約19左右的磷。某些高含磷廢水中殘留的磷還相當(dāng)高，故需用除磷工藝處理。 依靠聚磷菌（兼性厭氧菌）厭氧時釋放磷，好氧時聚磷，再通過排泥從污水中除去細(xì)菌（磷）。微生物除磷原理生物除磷的原理與過程IPHB（聚羥基丁酸）S聚合磷酸鹽厭氧條件下，除磷菌將磷釋放好氧條件下，除磷菌過量攝取磷高含磷污泥的排出1）厭氧釋磷產(chǎn)酸菌分

11、解有機物產(chǎn)酸菌在厭氧或缺氧條件下分解蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物等大分子有機物為三類可快速降解的基質(zhì)：A類：乙酸、甲酸和丙酸等低分子有機酸；B類：乙醇、甲醇、檸檬酸和葡萄糖等；C類：丁酸、乳酸和琥珀酸等。聚磷菌釋磷聚磷細(xì)菌在厭氧條件下將體內(nèi)儲藏的多聚磷酸鹽分解，產(chǎn)生的磷酸鹽進入液體中（放磷），同時產(chǎn)生的能量ATP可供聚磷菌在厭氧條件下生理活動之需，還可用于主動運輸吸收產(chǎn)酸菌提供的三類基質(zhì)進入菌體細(xì)胞內(nèi)合成聚-羥丁酸（PHB）。2）好氧聚磷聚磷菌過剩攝磷聚磷菌在好氧條件下，分解體內(nèi)的聚-羥丁酸（PHB）和外源基質(zhì)，產(chǎn)生質(zhì)子驅(qū)動力，將體外的磷酸鹽輸送到體內(nèi)合成ATP和核酸，將過剩的磷酸鹽聚合成細(xì)胞貯存

12、物：多聚磷酸鹽。聚P聚P聚P聚P大部分（P）去除水中PPO43-部分回流做種ATP+合成分解有機基質(zhì) 厭氧區(qū) 好氧區(qū) P 聚磷菌 聚磷菌 O2 聚磷菌 聚磷菌 產(chǎn)酸菌 聚P PHB PHB 聚P 乙酸、葡萄糖、丁酸3）. 聚磷細(xì)菌聚磷活性污泥：產(chǎn)酸菌和聚磷菌的混合體產(chǎn)酸菌：發(fā)酵產(chǎn)酸菌聚磷菌：包括不動桿菌-莫拉氏菌群、假單胞菌屬、氣單胞菌屬和黃桿菌屬等60多個屬，此外，部分亞硝化菌也有聚磷能力。Acetobacter suboxydans弱氧化醋酸桿菌Acinetobacter calcoa ceticus乙酸鈣不動桿菌lwoffi魯氏不動桿菌Aerobacter aerogenes(Klebs

13、iella pneurnpniae)產(chǎn)氣氣桿菌Azotobacter agilis敏捷固氮菌A.vinelandii棕色固氮菌Bacillus subtilis枯草桿菌Bacterium aerogenes產(chǎn)氣桿菌B.cloacae陰溝桿菌B.friedlanderi佛比桿菌表1 能過量積累聚磷鹽的微生物Caulobucter vibroides弧形柄桿菌Chlorobium thiosulfatophilum嗜硫代硫酸鹽綠菌Chromatium著色菌屬Clostridum sp.梭菌屬Claviceps purpurea白喉棒桿菌Corynebacterium diphteriae白喉棒桿菌

14、C.xerose干燥棒桿菌Escherichia coli大腸桿菌Hydrogenomonas sp.氫單胞菌Micrococcus lysodeikticus溶壁微球菌表2 能過量積累聚磷鹽的微生物Mycobacterium avium鳥分枝桿菌M.chelonei龜分枝桿菌M.phlei草分枝桿菌M.smegmatis恥垢分枝桿菌M.thamnopheos蛇分枝桿菌M.tuberculosis結(jié)核分枝桿菌Nitrobacter sp.硝化桿菌屬Nitrococcus denitrificans反硝化硝化球菌Nitrosococcus亞硝化球菌Nitrosomona europeae歐洲亞硝

15、化單胞菌表3 能過量積累聚磷鹽的微生物Nocardia諾卡氏菌屬Pseudomonas vesicularis泡囊假單胞菌Rhodopseudomonas palustris沼澤紅假單胞菌Rhodospirillum rubrium深紅紅螺菌Serratia marcescens粘質(zhì)沙雷氏菌Staphylococcus aureus金黃色葡萄球菌Streptococcus SL-1鏈球菌SL1Thiobacillus thioxvdans氧化硫硫桿菌Zooglea ramigera分枝動膠菌表4 能過量積累聚磷鹽的微生物 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：

16、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-) 污水中磷的來源和分類 常規(guī)活性污泥法的微生物同化和吸附； 如何去除以達到排放標(biāo)準(zhǔn)？ 生物強化除磷； 投加化學(xué)藥劑除磷。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

17、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(biāo)準(zhǔn)，就必須借助化學(xué)法除磷。 （1）厭氧環(huán)境條件生物除磷影響因素： （2）有機物濃度及可利用性 （3）污泥齡：污泥齡影響著污泥排放量及污泥含磷量。 （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)。 （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(dāng)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。 (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

18、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3. 改進的Bardenpho工藝4. SBR工藝 SBR法（序批式活性污泥法），又稱為間歇式活性污泥法，由于在運行中采用間接操作的形式，每一個反應(yīng)池是一批批地處理廢水，因此而得名。 常規(guī)SBR工藝的一個完整操作周期有五個階段: 進水期、 反應(yīng)期、 沉淀期、 排水期 和閑置期。 第二節(jié) 城市污水的三級處理一、 活性碳吸附 主要去除傳統(tǒng)活性污泥法出流中的難降解化合物，殘留的無機化合物，如氮、硫化物和重金屬。二、投加粉末活性炭的活性污泥工藝 該工藝是將活性炭直接加入曝氣池中，使生物氧化與物理吸附同時進行。投加粉末活性炭的活性污泥工藝流程圖三、 化學(xué)氧化法 在廢水的深度處理中，應(yīng)用化學(xué)氧化法可去除氨氮，降低殘留有機物的濃度及減少水中細(xì)菌和病毒的數(shù)量。3.08.01.03.0范圍6.0降低COD濃度臭氧2.0降低BOD5濃度氯典型值劑量/（kgkg-1）作用化學(xué)藥劑氧化二級出水有機化合物所需的化學(xué)藥劑量E補充：微污染水源水的微生物預(yù)處理1