1、第7章 污水的深度處理與回用,7.1 概述,7.2 懸浮物的去除,7.3 溶解性有機物的去除,7.4 溶解性無機鹽類的去除,7.5 污水的消毒處理,7.6 脫氮技術,7.7 除磷技術,7.8 同步脫氮除磷技術,7.9 城市水資源的合理開發(fā)與利用,重點：深度處理的目的、對象、深度處理的 各種處理方法，脫氮除磷方法、 生物脫氮除磷機理、工藝流程。 難點：生物脫氮除磷機理、工藝流程,.1 概述,1、深度處理是進一步去除常規(guī)二級處理所不能完全去除 污水中雜質(zhì)的凈化過程 2 、深度處理目的：解決水資源短缺、污水回用 3、深度處理對象 脫色 除臭、COD BOD SS、無機鹽（營養(yǎng)型N，P） 重金屬、細菌

2、、病毒 4、深度處理水用途；排放、回用、回灌地下 。,5、污水深度處理單元技術的確定原則,（1）處理水的用途； （2）原水水質(zhì)、各級處理后水質(zhì)； （3）單元工藝可行性與整體流程的適應性； （4）運行控制難易程度、設備國產(chǎn)化程度、廢棄物處置方法； （5）工程投資與運行成本。,表71 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,顆粒分離技術一覽表,（1）SS的組成 生物絮體：數(shù)mm到10m 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,7.2.2 SS的去除技術,由SS的狀態(tài)和粒徑而定 d1m，一般用砂濾；微濾機等。 膠體狀混

3、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：,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:,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(nèi)可以完成。,（3）藥劑,傳統(tǒng)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. 新型藥劑 ：對濁度、色度、除磷效果明顯 天津大學：（PDM）

4、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,沉淀池平流、輻流、豎流、斜管,澄清池上升流速較給水低，0.4-0.6mm/s,壓力溶氣氣浮 DAF(Dissolves Air Hotation),渦凹氣浮 氣浮池 CAF(Cavitation Air Hotation) 引氣氣浮 IAF(Induced Air Flotation),空氣在分散于水中葉片、輪盤等吸入,（5） 混凝機理 同給水,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 反沖洗難度大，需水氣同

5、時沖洗 氣:20l/m.s; 水:10l/m.s； 濾料粒徑適當放大。,（2）過濾作用,SS、BOD、重金屬、細菌 去除各類污染物 化學絮凝產(chǎn)生的Al、Fe鹽及石灰等沉淀物 去除化學除P時，水中不溶性P 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； 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,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, 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

6、濾機理,區(qū)別:強度不一樣,穿透濾料的性能不同,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。 沉淀在濾料內(nèi)部，顆?？梢猿恋碓跒V料上； 碰撞：較重的顆粒不隨水運動；,截獲：隨水流運動的顆粒與濾料表面接觸時被去除； 粘附：當絮凝顆粒通過濾料時，它們就會附著在濾料表面 化學吸附： a、鍵吸附 b、化學的相互作用； a、靜電作用 物理吸附： b、動電作用 c、范德華力對其吸附 絮凝：大顆粒與小顆粒接觸時，形成更大顆粒； 生物繁殖：生物濾池內(nèi)繁殖可使濾料孔隙減少。,（4）進水特征,特征（） a、 懸浮固體濃度（二級處理水中，SS：6-3

7、0mg/l）以濃度監(jiān)測過程 b、粒徑大小：（雙峰分布）（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：1-15m 較大粒徑：50-150m 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,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(zhì)合格,紀莊子 污水廠,濾速（V）重要參數(shù)，決定濾池面積 絮體強度：其值低時，濾速上升會使絮體

8、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/h 生物繁殖：濾池內(nèi)生物繁殖可使濾料孔隙減少 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)t i=1-n Htt時間的總水頭損失,m H0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(tǒng)，濾料，構(gòu)筑物）,m (H0)t濾層內(nèi)第I濾料在時間t時的水頭損失,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(zhì)素 等難降解有機物 黑腐酸

9、 從技術、經(jīng)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(jīng)一次炭化制成，高溫下，用CO使其活化，使炭形成多孔結(jié)構(gòu)。,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(chǎn)物有毒性）,活性炭指標測定值,五種活性炭的掃描電鏡照片（3000）,四種炭

10、原子力顯微鏡掃描照片,B C D E,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、脫除污水的色度、殺菌消毒。,2、去除有機物的特征,（1）能夠氧化有機物，（蛋白質(zhì)、氨基酸、木質(zhì)素、腐殖酸）； （2）氧化有機物并易形成中間產(chǎn)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(chǎn)生 （4）臭氧化的副產(chǎn)物問題，溴酸鹽上升，濁度上升。,3、脫色效果 砂濾后+ O3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。,7.4 溶解性無機鹽類的去除,反滲透：膜分

11、離技術，半滲透膜 電滲析：膜分離技術，陰、陽離子交換膜 離子交換：陽離子交換樹脂、陰離子交換 樹脂,7.5 污水的消毒處理,液氯 臭氧 次氯酸鈉 紫外線,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。,7. 6 脫氮技術,（1）富營養(yǎng)化N、P引起，藻類問題（滇池，太湖）； （2） 提高制水成本飲用水，污水消毒時，增加投氯量； （3）污水回用填塞管道NH3N可促進設備中微生物的繁殖； （4） 農(nóng)業(yè)灌溉TN不大于1mg/l，否則對農(nóng)作物有影響。,2、氮的存在形式,（1）有機氮 （2）氨態(tài)氮（NH3N、NH4+N） （3） NO2N、NO3N （4） N2,凱氏氮,

12、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)H2O,7.6.1 概述,1、氮污染的危害,太湖的富營養(yǎng)化,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，因廢水中的氨呈飽和狀態(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。,7.6.2 氮的吹脫去除,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

13、除NH3上升,1、原理,（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(jié)垢（改用NaOH） 水溫下降時，效果差,水溫水溫升高，效率升高 布水狀態(tài)滴狀下落最好，膜狀下落，效果大減 布水負荷率填料6m高以上時，其值不超過180m/m.d 氣液比填料6m高以上時，2200-2300以下為好。,（3）脫氮塔工作影響因素與設計參數(shù),PH值PH升高到10.5以上，去除率增加緩慢,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。其中包括硝化和反硝化兩個反應過程。,活性污泥法的傳統(tǒng)功能去除水中溶解性有機物 N、P只滿足生理

14、要求即可，因此對二者去除率低，僅為20-40%、5-20%,7.6.3 生物脫氮原理,污水生物處理中氮的轉(zhuǎn)化過程,1.氨化反應,氨化反應原理,氨化菌,氨化菌為異氧菌,一般在氨化過程與微生物去除有機物同時進行，有機物去除結(jié)束時，已經(jīng)完成了氨化反應,RCHNH2COOH+O2 RCOOH+CO2+NH3,2.硝化反應,（1）硝化反應原理,總反應,（2）硝化菌的特點, 硝化菌亞硝酸菌和硝酸菌的統(tǒng)稱; 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 .,溫度適應20-30，15時硝化速度下降，低5完全停止 有機物BOD應低于15-20mg/l 污泥齡（SRT）微生物在反應器內(nèi)的停留時間（

15、c） N(c)Nmin，一般認為硝化菌最小世代時間 在適宜的溫度條件下為3d，實際至少為硝化菌最小的 世代時間 (c)Nmin的2倍以上， 重金屬及有害物質(zhì) 重金屬 對硝化反應抑制 高濃度NH4+N，高濃度NOx-N 有毒有機物、絡合物陽離子,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） 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/l PH對PH變化敏感（硝化菌),最佳值8.0-8.4,效率最高,（3）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,反硝化菌屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌； 以NO3N為電子受

16、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(zhì)較少 。,（2）反應過程,（1）反硝化菌的特點,3、反硝化反應 反硝化反應指NO3N和NO2N在反硝化菌的作用下，還原成氣態(tài)N2的過程。,2HNO3,2HNO2,2HNO,2NH2OH,2NH3,NO,N2,NO3-,NO2-,NH2OH,NO2-,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714反硝化反應過程（同化反硝化、異化反硝化）,+4H,+4H,-2H2O,-2H2O,（3）反硝化反應的控制指標,污水中的碳源

17、，BOD5/TN3-5時，勿需外加 外加碳源，CH3OH（反硝化速率高生成CO2+H2O）， 當BOD5/TN8，或PH6，反硝化速率下降,碳源,PH值,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(nèi)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(tǒng)還需有氧才能合成； 溫度 最適宜的溫度是20-40，低于15時代謝速率下降； 冬季低溫季節(jié) 提高SRT，降低負荷率，提高污水的HRT 。,溶解氧,表7-4生物脫氮反應過程各項生化反應特征,1、活性污泥傳統(tǒng)脫氮工藝（Barth工藝）,7.6.4 生物脫氮技術,三級生物脫氮系統(tǒng)：由三個反應過程（氨化、硝

18、化、反硝化） 建立的脫氮處理系統(tǒng)。,“一級”曝氣池：去除 COD、BOD，有機氮轉(zhuǎn)化為 NH3 NH4+， 出水BOD15-20mg/l； “二級”硝化曝氣池，NH3 、NH4+生成NO3N，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NO3N濃度）+1.53N(初始NO2N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,（3）改進的二級生物脫氮系統(tǒng) BOD去除和硝化兩個反應合并,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),前置反硝化不外加碳源,可不加堿

19、度,降低負荷 設內(nèi)循環(huán) 產(chǎn)生堿度,3.75mg堿度/mgNO3N 勿需建后曝氣池 回流水含有NO3N（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(shù),水力停留時間：硝化：反硝化 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。,（2）P0.5mg/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(zhì)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3

20、0%。 （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-,7.7 除磷技術,7.7.1 概述,1、富營養(yǎng)化的限制因素,（1）P0.5mg/l，促進富營養(yǎng)化；,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(zhuǎn) 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(jīng)過二級處理出水中，90%左右的磷以磷酸鹽存在。,（2）鐵

21、鹽除磷,7.7.2 化學除磷法,聚氯化鋁（PAC），反應相同與Al2(SO4)3，但pH值不下降； 鋁酸鈉（NaAlO2）,使用Al鹽注意事項: 注意PH值，介于5-7之間無影響，無需調(diào)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,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-,（1）鋁鹽除磷,1、金屬鹽混凝沉淀除磷,pH值，如P9.5；原污水 PH11,磷的形式,正磷酸鹽（P

22、O4） 聚磷酸鹽:去除難易程度 焦磷酸鹽(P2O74-)三磷酸鹽(P3O105- ) 偏磷酸鹽(PO3-) 原水中Ca2+的濃度,5Ca2+4OH-+3HPO42- Ca5(OH)(PO4)3+3H2O PH升高，P的含量下降，（對數(shù)降低的趨勢),（1）石灰與磷的反應,（2）除磷效果影響因素,2、石灰混凝除磷,（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,霍米爾（Holmers）提出活性污泥的化學式 C118H170O51N17P 或C：N：P=46：8：1,生物除磷 利用聚磷菌一類的微生物，能夠過量的，在數(shù)量上超過其生理需 要，從外部攝取磷，并將磷

23、以聚合形式貯藏在菌體內(nèi)，形成高磷污 泥，排出系統(tǒng)外，達到從廢水中除磷的效果。,生物除磷機理,7.7.3 生物除磷原理,.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+H2O ADP+H3PO4+能量 上述兩反應為可逆反應，過程見下圖,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,PHB,PHB,無機物,溶解質(zhì),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ploy,PHB：聚

24、羥基酸鹽 生物除磷幾乎全為活性污泥法，生物膜法很少,1.甲單胞菌屬、氣單胞菌屬：起主要作用，15%-20%； 2.不動桿菌屬：儲存聚磷的能力最強； 3.某些反硝化菌：也能超量吸收磷； 4.發(fā)酵產(chǎn)酸菌：將大分子物質(zhì)降解為低分子脂肪酸類基質(zhì)；,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：抑制厭氧發(fā)酵過程 3.溫度：其影響不如生物脫氮過程明顯，530的范圍內(nèi)效果均可； 4.pH值：6-8范圍內(nèi)比較穩(wěn)定； 5.BOD負荷和有機物性質(zhì)：BOD/TP要大于15，才能保證聚磷菌有足 夠的基質(zhì)需求； 6.污泥齡：一般控制在3.57天，厭氧段的

25、停留時間不宜過長。 同時脫氮除磷系統(tǒng)應處理好泥齡的矛盾,主要菌種聚磷菌,1.工藝過程,1、弗斯特利普工藝,7.7.4 生物除磷工藝,（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(xiàn)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；,（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(jù)BOD/P調(diào)節(jié)回流污泥與混凝污泥的比例。,（釋放磷）,曝氣池 （BOD去除 吸收磷）,原污水,處理水,（厭氧）,沉淀池,（好氧）,回流污泥（含磷污泥）,剩余污泥,含磷污泥 用作肥料,1.厭氧-好氧除磷工藝流程（n法）,2、厭氧好氧除磷工藝,流程簡單，既不用投藥，也無需內(nèi)循環(huán),有利于好氧（厭氧）狀態(tài)的保持 HRT段，3-6h,曝氣池SS濃度2700-3000mg/l之間，BOD與一般活性污泥法相同， 磷的去除率較好，P1.0mg/l 沉淀污泥含磷率4%，肥效好 SVI低于100，易沉淀，不膨脹,除磷率難以進一步提高，P/BOD高時尤其是這樣 沉淀池產(chǎn)生磷的釋放現(xiàn)象,3.工藝存在的問題：,2.工藝特征：,7.8 同步脫氮除磷工藝,7.8.1 巴顛普脫氮除