污水的深度處理與回用

關于污水的深度處理與回用第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月表7—1二級處理水深度處理的目的、去除對象和所采用的處理技術與工藝流程臭氧氧化、消毒(氯氣、次氯酸鈉、紫外線)細菌、病毒微生物反滲透、電滲析、離子交換電導度Na、Ca、Cl離子溶解性無機物

無機鹽類金屬鹽混凝沉淀石灰混凝沉淀晶析法生物除磷PO4—PT—P磷生物脫氮吹脫、折點氯化脫氨、生物脫氮T—NK—N

NH3—NNO2-—NNO3-—N氮混凝沉淀、活性炭吸附、臭氧氧化BOD5COD

TOCTOD溶解狀態(tài)快濾機、微濾機、混凝沉淀SSVSS懸浮狀態(tài)采用的主要處理技術有關指標去除對象處理目的防止富營養(yǎng)化再用微量成分植物類營養(yǎng)鹽排放水體再用有機物第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月顆粒分離技術一覽表第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

（1）SS的組成生物絮體：數mm到10μm

膠體顆粒（未被凝聚）（2）SS的有機化顆粒幾乎全是有機物

BOD:50-80%來源于這些顆粒

7.2.2SS的去除技術由SS的狀態(tài)和粒徑而定d>1μm，一般用砂濾；微濾機等。膠體狀——混凝沉淀。1、混凝沉淀（1）常用技術：去除微小懸浮狀態(tài)的有機物和無機污染物、膠體.

也可去除：Mg，As（溶解態(tài)）、N、P、及細菌、病毒（2）特點：①二級出水——膠體和菌膠團微粒；而天然水主要是針對泥砂等7.2懸浮物的去除

7.2.1概述SS特點:②不同于給水處理的混凝主要原因是：污水中有生物微粒的存在，這種微粒與藥劑的親和力強，進而投藥后混凝過程短時間內可以完成。第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）藥劑

①傳統藥劑：Al2(SO4)3，聚合氯化鋁，及助凝劑（活化硅酸等）“七.五”開發(fā)藥劑——聚合氯化鐵（PFC），降低了鐵鹽的酸性并清除了殘余亞鐵及色度.②新型藥劑：對濁度、色度、除磷效果明顯天津大學：（PDM）有機高分子絮凝劑，高效脫色、濁度低于5度后來發(fā)展PDMMC(唯一達到4萬個分子量)；中科院：AL13納米絮凝劑。

（4）工藝形式①沉淀池——平流、輻流、豎流、斜管②澄清池——上升流速較給水低，0.4-0.6mm/s壓力溶氣氣浮DAF(DissolvesAirHotation)

渦凹氣?、蹥飧〕亍狢AF(CavitationAirHotation)

引氣氣浮

IAF(InducedAirFlotation)空氣在分散于水中葉片、輪盤等吸入（5）混凝機理第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月②過濾時一般情況下不需要加藥劑膠體過濾難于去除，濁度上升，需投藥劑溶解性有機物——用活性炭吸附③反沖洗難度大，需水氣同時沖洗氣:20l/m2.s;水:10l/m2.s；④濾料粒徑適當放大。（2）過濾作用

SS、BOD、重金屬、細菌①去除各類污染物化學絮凝產生的Al、Fe鹽及石灰等沉淀物去除化學除P時，水中不溶性P②活性炭或離子交換：預處理設施，可以節(jié)省后續(xù)的活性炭費用；③克服生物、和化學處理的不穩(wěn)定性，提高回用的連續(xù)性和可靠性。2、過濾①給水過濾技術不宜簡單的直接應用于污水處理。原因：a、濾池截留的污泥粘而易碎，污泥在濾池表面積聚形成濾膜

b、如果加大水頭，污泥又很容易穿透濾層。（1）特點拍賣預展

龍威第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月廢水過濾——有機物絮體給水過濾——無機泥砂對二沉池出水過濾——隔濾被認為是去除懸浮固體的主要機理（3）過濾機理

區(qū)別:強度不一樣,穿透濾料的性能不同①隔濾a、機械隔濾：粒徑大于濾料孔徑的顆粒被濾料濾去；b、偶然隔濾：粒徑小于濾料孔徑的顆粒由于偶然接觸而被截獲。②沉淀在濾料內部，顆?？梢猿恋碓跒V料上；③碰撞：較重的顆粒不隨水運動；④截獲：隨水流運動的顆粒與濾料表面接觸時被去除；⑤粘附：當絮凝顆粒通過濾料時，它們就會附著在濾料表面⑥化學吸附：a、鍵吸附b、化學的相互作用；a、靜電作用⑦物理吸附：b、動電作用c、范德華力對其吸附⑧絮凝：大顆粒與小顆粒接觸時，形成更大顆粒；⑨生物繁殖：生物濾池內繁殖可使濾料孔隙減少。第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）進水特征①特征（※）a、懸浮固體濃度（二級處理水中，SS：6-30mg/l）以濃度監(jiān)測過程b、粒徑大?。海p峰分布）（混合10d的活性污泥出水）

c、絮體強度:與處理方法及操作方式有關生物處理化學沉淀該值下降泥齡長但超過15d下降

較小粒徑：1-15μm較大粒徑：50-150μm雙峰分布——影響過濾機理——二級過濾d、雙峰圖（5）深度處理濾池設計①預處理——生物處理和濾池之間，通常增設混凝沉淀（澄清或氣浮池）對比試驗直接過濾：簡單、但COD、TP去除率不高，運行復雜微生物絮凝過濾：去除率高，但周期短，冬季2-4h

絮凝沉淀：過濾周期長，17h以上，全年水質合格紀莊子污水廠第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月②濾速（V）——重要參數，決定濾池面積絮體強度：其值低時，濾速上升會使絮體顆粒遭受破壞，污物穿透濾池，使出水不能達標;生物絮體牢固（4-11m/h不影響），化學絮體強度較弱。

雙層濾料：5-10m/h取決于濾池型式單層濾料：4-6m/h壓力濾池：24m/h③生物繁殖：濾池內生物繁殖可使濾料孔隙減少④水頭損失——取決于濾速和濾料的截污能力，濾料的組成和尺寸對水頭損失影響大。Ht=H0+∑(hi)ti=1--nHt——t時間的總水頭損失,mH0——開始過濾時，清水總水頭損失（管道，閘門，儀表，彎頭，下部排水系統，濾料，構筑物）,m(H0)t——濾層內第I濾料在時間t時的水頭損失第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3溶解性有機物的去除

丹寧二級出水中，溶解性有機物：木質素等難降解有機物里腐酸從技術、經驗、工程實踐中，活性炭和臭氧氧化法適應

1、活性炭吸附——由煤或木等材料經一次炭化制成，高溫下，用CO使其活化，使炭形成多孔結構。7.3.1活性炭吸附2、活性炭技術指標碘值、亞甲蘭值、糖蜜值3、活性炭孔的分布大孔（100-1000nm）、過渡孔（100-2nm）、微孔〈2nm〉4、活性炭吸附處理二級處理水的特點（1）對分子量〈1500（道爾頓）的環(huán)狀化合物，不飽和化合物效果好；對分子量〈3000的直鏈化合物（糖類）效果好；（2）吸附時有微生物存在——提高處理效果（對有機物）但可能有生物泄漏的問題（代謝產物有毒性）第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月活性炭指標測定值第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月BCEDA

五種活性炭的掃描電鏡照片（×3000）第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月四種炭原子力顯微鏡掃描照片BCDE第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1、目的（二級出水回用）

7.3.2臭氧氧化處理去除殘余有機物、脫出污水的色度、殺菌消毒。2、去除有機物的特征（1）能夠氧化有機物，（蛋白質、氨基酸、木質素、腐殖酸）；（2）氧化有機物并易形成中間產物（甲醛、酸等）可生化性好；（3）氧化效果與PH值有關，PH高，效果好，(OH-)羥基自由基由臭氧分解產生（4）臭氧化的副產物問題，溴酸鹽上升，濁度上升，AOC升高。3、脫色效果砂濾前處理+臭氧脫色效果好4、消毒效果砂濾后+O3消毒效果好5、O3混合形式擴散板式（反應為主）、噴射式（擴散為主）、機械攪拌式。第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）富營養(yǎng)化——N、P引起，藻類問題（滇池，太湖）；（2）

提高制水成本——應用水，污水消毒時，增加投氯量；（3）污水回用填塞管道——NH3－N可促進設備中微生物的繁殖；（4）

農業(yè)灌溉——TN不大于1mg/l，否則對農作物有影響。2、氮的存在形式（1）有機氮（2）氨態(tài)氮（NH3—N、NH4+—N）（3）NO2—N、NO3—N（4）N2凱式氮3、二級處理技術的局限性※合成代謝對氮磷的去處率低，水中氮磷過剩

nCxHyOz+nNH3+n(x+y/4-z/2-5)O2

(C5H7NO2)n+n(x-5)CO2+n/2(y-4)H2O7.5脫氮技術7.5.1概述1、氮污染的危害第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1、原理7.5.2氮的吹脫去除（1）NH3+H2O

NH4++OH-PH=7時，以NH4+存在PH=11時，90%NH3存在PH升高，去除NH3上升T上升，去除NH3上升（2）脫氮塔脫氮塔技術的特點除氮的效果穩(wěn)定操作簡便，容易控制

NH3二次污染（可回收）使用CaO易結垢（改用NaOH）水溫下降時，效果差第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月②水溫——水溫升高，效率升高③布水狀態(tài)——滴狀下落最好，膜狀下落，效果大減④布水負荷率——填料6m高以上時，其值不超過180m3/m2.d⑤氣液比——填料6m高以上時，2200-2300以下為好?；钚晕勰喾ǖ膫鹘y功能——去除水中溶解性有機物

N、P只滿足生理要求即可，因此對二者去除率低，僅為20-40%；5-20%1、氨化反應與硝化反應7.5.3生物脫氮原理（1）氨化反應

RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3（3）脫氮塔工作影響因素與設計參數①PH值——PH升高到10.5以上，去除率增加緩慢氨化菌第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）硝化菌的特點①硝化菌——亞硝酸菌和硝酸菌的統稱;②硝化菌屬于——化能自養(yǎng)菌，革蘭氏染色陰性，可生芽孢的短桿狀細菌.

NH4++2O2NO3-+H2O+2H+-△F（△F=351kj）（4）硝化反應的控制指標※硝化菌對環(huán)境條件的變化極為敏感NH4++3/2O2NO2-+H2O+2H+-△（△F=278.42kj）NO2-+1/2O2NO-△F（△F=72.27kj)硝化菌亞硝化菌（2）硝化反應第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月④溫度——適應20-30℃，15℃時硝化速度下降，低于5℃完全停止⑤有機物——BOD應低于15-20mg/l⑥污泥齡（SRT）——微生物在反應器內的停留時間（θc）N>(θc)Nmin，硝化菌最小的世代時間(θc)Nmin⑦重金屬機有害物質重金屬對硝化反應抑制

高濃度NH4+—N，高濃度NOx-—N有機物、絡合物陽離子①溶解氧——氧是電子受體，DO不能低于1.0mg/l

硝化需氧量（NOD）——4.57g(氧)/g（N）②堿度——7.1g堿度（以CaCO3計）/1g氨態(tài)氮（以N計）,一般堿度不低于50mg/l③PH——對PH變化敏感（硝化菌),最佳值8.0-8.4,效率最高第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月①反硝化菌屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌；②以NO3—N為電子受體，以有機碳為電子供體，不能釋放更多的ATP，合成的細胞物質較少。（2）反應過程

（3）反硝化反應的控制指標

污水中的碳源，BOD5/T—N>3-5時，勿需外加外加碳源，CH3OH（反硝化速率高生成CO2+H2O），當BOD5/T—N<3-5時適當的PH值（6.5-7.5）——主要的影響因素

PH>8，或PH<6，反硝化速率下降①碳源②PH值

（1）反硝化菌的特點2、反硝化反應反硝化反應——指NO3—N和NO2—N在反硝化菌的作用下，還原成氣態(tài)N2的過程。第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2HNO32HNO22HNO2NH2OH2NH3NON2NO3-NO2-NH2OHNO2-N2O有機體(同化反硝化)N2(異化反硝化)反硝化過程式上式的簡化式同化反硝化+4H+2H-2H2O+2H-2H2O-H2O異化反硝化圖7－14反硝化反應過程（同化反硝化、異化反硝化）+4H+4H-2H2O-2H2O第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月表7-4生物脫氮反應過程各項生化反應特征第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

0.5mg/l以下，厭氧、好氧交替的環(huán)境，如存在氧，會抑制反硝化菌體內硝酸鹽還原酶的合成，或氧成為電子受體阻礙硝酸氮的還原，但另一方面，某些酶系統還需有氧才能合成；④溫度最適宜的溫度是20-40℃，低于15℃時代謝速率下降；⑤冬季低溫季節(jié)提高SRT，降低負荷率，從而提高污水的HRT。1、活性污泥傳統脫氮工藝Barth工藝，氨化由三個反應過程建立硝化反硝化7.5.4生物脫氮技術③溶解氧

第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月“一級”曝氣池：去除COD、BOD，BOD<15-20mg/l

有機氮轉化為NH3NH4+；“二級”硝化曝氣池，NH3

、NH4+生成NO3—N，堿度下降；“三級”反硝化池——厭氧、好氧交替運行。投甲醇時，

CM=2.47N0（初始NO3—N濃度）+1.53N(初始NO2—N濃度)+0.87D（初始DO濃度）（2）優(yōu)缺點去除效果好各類菌類環(huán)境條件好設備多，造價高，能耗大（1）流程說明第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）改進的二級生物脫氮系統

BOD去除和硝化兩個反應合并第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2、缺氧—好氧活性污泥法A/O工藝（1）工藝特征80年代開創(chuàng),前置反硝化——不加碳源,外加堿度,降低負荷設內循環(huán)產生堿度,3.75mg堿度/mgNO3—N勿需建后曝氣池回流水含有NO3—N（沉淀池污泥反硝化生成）要提高脫氮率，要增加回流比（2）影響因素與主要工藝參數水力停留時間：3：1；循環(huán)比：200%；MLSS值：大于3000mg/l;污泥齡：30d;N/MLSS負荷率：0.03gN/gMLSS.d進水總氮濃度：小于30mg/l。第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月內循環(huán)（硝化液循環(huán)）原污水反硝化反應器（缺氧）BOD去除,硝化反應反應器（好氧）堿沉淀池處理水剩余污泥回流污泥N2圖7－17分建式缺氧-好氧活性污泥脫氮系統第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）P<0.5mg/l，能控制藻類的過度生長；（3）P低于0.05mg/l時，藻類幾乎停止生長。2、磷的存在形式（1）有機磷酸鹽——存在有機物和原生質細胞如：葡萄糖—6—磷酸，2—磷酸—甘油，大量膠體和顆粒狀，可溶性占30%。（2）磷酸鹽——H2PO4-、HPO4-、PO43-，其中[PO43-]正磷酸鹽（3）聚磷酸鹽——焦磷酸鹽—P2O74-

三聚磷酸鹽—P3O105-

偏磷酸鹽—PO3-7.6除磷技術7.6.1概述1、富營養(yǎng)化的限制因素（1）P>0.5mg/l，促進富營養(yǎng)化；第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月磷---不同于氮，不能形成氧化體和還原體，但有固態(tài)和溶解態(tài)轉化的特點。4、去除方法化學除磷法-----混凝沉淀和晶析法除磷生物除磷法——設想是由Greenburyg于1955年提出的，60年代人們對上述方法廣泛應用。

3、其他生活污水中的含磷量：10-15mg/l，70%為可溶性；經過二級處理進水中，90%左右的磷以磷酸鹽存在。第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月聚氯化鋁（PAC），反應相同與Al2(SO4)3，但pH值不下降；鋁酸鈉（NaAlO2）

化學法除磷：使用Al鹽注意事項注意PH值，介于5-7之間無影響，無需調整PH降低，應注意排放水對PH的要求沉淀污泥回流，污泥中有Al(OH)3，能提高對磷的去除率（2）鐵鹽除磷7.6.2混凝沉淀除磷技術1、金屬鹽混凝沉淀（1）鋁鹽除磷Al3++PO43-（正磷酸離子）AlPO4（難溶）

PH值上升，溶解度上升Al2(SO4)3+2PO43-2AlPO4+3SO42-Al2(SO4)3+6HCO3-2Al(OH)3+6CO2+3SO42-第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月pH值，如P<1mg/l，二級出水PH>9.5；原污水PH>11磷的形式（3）石灰混凝沉淀除磷處理流程（自學）由以下三部分組成：快速攪拌池緩慢攪拌池沉淀池（2）除磷效果影響因素正磷酸鹽（PO4）聚磷酸鹽（焦磷酸鹽(P2O74-)<三磷酸鹽(P3O105-)<偏磷酸鹽(PO3-)）（去除難易程度）原水中Ca2+的濃度2、石灰混凝除磷5Ca2++4OH-+3HPO42-Ca5(OH)(PO4)3+3H2OPH升高，P的含量下降，（對數降低的趨勢)（1）石灰與磷的反應第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月※生物除磷——就是利用聚磷菌一類的的微生物，能夠過量的，在數量上超過其生理需要，從外部攝取磷，并將磷以聚合形式貯藏在菌體內，形成高磷污泥，排出系統外，達到從廢水中除磷的效果。1、生物除磷機理（１）好氧吸收（聚磷菌對磷的過量吸收）

ADP+H3PO4+能量ATP+H2O（2）厭氧釋放厭氧條件下（DO=0，NO3-=0），

ATP+H2OADP+H3PO4+能量上述兩反應為可逆反應7.6.3生物除磷原理霍米爾（Holmers）提出活性污泥的化學式

C118H170O51N17P或C：N：P=46：8：1第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月ADP

ATP

ATP

ADP

ADP

ADP

ATP

ATP

釋放有機磷無機磷

聚磷

無機磷

有機磷

聚磷菌+Poly

聚磷菌合成

降解PHBPHB無機物溶解質

進水

污泥回流

剩余污泥（高磷）

厭氧段

好氧段

釋放的少

攝取的多

聚磷酸ployPHB：聚—β—羥基酸鹽生物除磷幾乎全為活性污泥法，生物膜法很少第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月聚磷菌---甲單胞菌屬、氣單胞菌屬：起主要作用，15%--20%；不動桿菌屬：儲存聚磷的能力最強；某些反硝化菌：也能超量吸收磷；發(fā)酵產酸菌：將大分子物質降解為低分子脂肪酸類基質；2、生物除磷的影響因素（1）溶解氧厭氧段控制在0.2mg/l以下，好氧段控制在2mg/l左右；（2）厭氧區(qū)硝態(tài)氮（3）溫度其影響不如生物脫氮過程明顯，5—30的范圍內效果均可；（4）pH值6---8范圍內比較穩(wěn)定；（5）BOD負荷和有機物性質BOD/TP要大于15，才能保證聚磷菌有足夠的基質需求；（6）污泥齡一般控制在3.5—7天，厭氧段的停留時間不宜過長?！娴?7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1、弗斯特利普工藝（1）工藝過程1)含磷廢水進入曝氣池同步進入的還有聚磷菌污泥，聚磷菌過量地攝取磷，去除有機物，還能出現硝化作用；2)從曝氣池流出的混合也，進入沉淀池，在這里進行泥水分離，含磷污泥沉淀，上清液排放；3)含磷污泥進入除磷池4)含磷上清液進入混合池，投加石灰，化學除磷；7.6.4生物除磷工藝（2）弗斯特利普除P工藝的特點1）出水含磷量低于1mg/l；2）SVI值小于100，絲狀菌難于增值，污泥不膨脹；3）可根據BOD/P調節(jié)回流污泥與混凝污泥的比例。第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）ηN’=Q(r+R)/(1+R+r)Q×100%ηN’——除氮的%；

r——硝化混合也回流比（為混合液流量與處理污水量的比值）

R——沉淀池污泥回流比

Q——進水流量對A/O而言，要保證：回流比85%，總回流比>600%（2）氮的氧化還原態(tài)厭氧氨氧化NH(-Ⅲ)→-Ⅱ→-Ⅰ羥胺NH2OH→0+Ⅰ硝酸基NOH→+Ⅱ→+Ⅲ亞硝酸基→+Ⅳ→+ⅤNO3-ⅲ、A/0系統的除氮與回流關系

NO3-→N2

NO3-NO2-NON2ON2

硝酸醛還原酮亞硝酸醛還原酮氧化還原醛氧化亞氮還原酮第40頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2、厭氧—好氧除磷工藝（An—O法）工藝特征：（1）流程簡單，既不用投藥，也無需內循環(huán),有利于好氧（厭氧