第十八章  城市污水的深度处理
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第十八章 城市污水的深度处理. 第一节 氮磷的去除. 第二节 城市污水的三级处理. 富营养化 (★): 在人类活动影响下,生物所需要的 N 、 P 、 K 、 Si 等营养元素大量流入湖泊、水库、河口和封闭的海湾等缓慢流动水体,引起藻类及其它浮游生物大量繁殖,底层水体溶解氧大量消耗而水质恶化,鱼类及其它水生生物大量死亡的一种生态现象。 深度处理: 把某种满足一般排放要求的废水,或是将废水经常规二级处理之后满足一般排放要求的处理出水,再度进行更为严格精细的水质控制处理,以去除其所含的残余杂质的过程。. 太湖的富营养化. 第一节 氮、磷的去除.

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第十八章 城市污水的深度处理

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第十八章 城市污水的深度处理

第一节 氮磷的去除

第二节 城市污水的三级处理


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  • 富营养化(★):

    在人类活动影响下,生物所需要的N、P、K、Si等营养元素大量流入湖泊、水库、河口和封闭的海湾等缓慢流动水体,引起藻类及其它浮游生物大量繁殖,底层水体溶解氧大量消耗而水质恶化,鱼类及其它水生生物大量死亡的一种生态现象。

  • 深度处理:

    把某种满足一般排放要求的废水,或是将废水经常规二级处理之后满足一般排放要求的处理出水,再度进行更为严格精细的水质控制处理,以去除其所含的残余杂质的过程。


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太湖的富营养化


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第一节 氮、磷的去除


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一、氮的去除

废水中氮的形式(★):有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮。

(一)生物法脱氮

生物脱氮是在微生物的作用下,将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。

1、生物脱氮机理(★):


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(1)氨化反应

氨化作用:微生物分解有机氮化合物产生氨的过程。

以氨基酸为例:


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(2)生物硝化

在好氧条件下,通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用,将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程,称为生物硝化作用。


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影响硝化过程的主要因素

a:pH值:当pH为8.0~8.4 时(20℃),硝化作用速度最快;

b:温度:温度高时硝化速度快,水温适宜35℃,不低于15℃;

c: 污泥停留时间:硝化菌的增殖速度很小, 污泥停留时间必须大于硝化菌的最小世代时间( )。

d:溶解氧:氧是生物硝化作用中的电子受体,一般,在活性污泥法曝气池中进行硝化,溶解氧应保持在2~3mg/L以上;

e:BOD负荷:BOD5负荷应维持在0.3kg(BOD5)/kg(SS)·d以下。


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(3)生物反硝化

在缺氧条件下,由于异养型兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用,将NO2--N和NO3--N还原成N2的过程,称为反硝化。

以甲醛作碳源为例,其反应式为


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影响反硝化的主要因素:

(1)温度:一般,以维持20~40℃为宜;

(2)pH值:7.0~8.0;

(3)溶解氧:氧对反硝化脱氮有抑制作用。一般溶解氧 0.5mg/L以下(活性污泥法)或1mg/L以下(生物膜法);

(4)有机碳源:当BOD5/TN>(3~5)时,可无需外加碳源。

外加有机碳多采用甲醇,投量一般为NO3--N的3倍。此外,还可利用 “内碳源”。


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2、 生物脱氮工艺

(a)三段生物脱氮工艺:

将有机物氧化、硝化以及反硝化段独立开来,每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。


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三段活性污泥脱氮系统的设计参数


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缺氧-好氧生物脱氮工艺

(b)缺氧-好氧(A-O)生物脱氮工艺:

该工艺将反硝化段设置在系统的前面,又称前置式反硝化生物脱氮系统。

反硝化反应以水中的有机物为碳源,曝气池中含有大量的硝酸盐的回流混合液,在缺氧池中进行反硝化脱氮。


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(二) 化学法除氮

1、离子交换法

常用天然的离子交换剂,如沸石等。

对某些阳离子的交换选择性次序为:

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。


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2、空气吹脱

平衡状态:


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(3)水力负荷( ):一般水力负荷为2.5~5。过大,形

成水幕;过小,形成干塔。

(4)气水比。一般,气/水比可取2500~5000( )

(6) 结垢控制。填料结垢( )将降低吹脱塔的处理效率。

影响氨吹脱效果的主要因素:

(1)pH值。一般10.5~11.5;

(2)温度。水温降低时氨的溶解度增加,吹脱效率降低。

(5)填料构型与高度。一般,填料间距40~50mm,填料高度为

6~7.5m。


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3. 折点加氯法(★):

折点氯化法:投加过量氯或次氯酸钠(超过“折点”),使废水中

氨完全氧化为N2的方法。


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严格控制PH值和投氯量,可减少反应中生成有害的氯胺(如 )和氯代有机物。

通过适当的控制,可完全去除水中的氨氮。

为减少氯的投加量,常与生物硝化联用,先硝化再除微量的残留氨氮。


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有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等

有机磷

含磷化合物

磷酸盐:正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-) 、

磷酸二氢盐H2PO4-、偏磷酸盐(PO3-)

聚合磷酸盐:焦磷酸盐(P2O74-) 、三磷酸盐(P3O105-)、

三磷酸氢盐(HP3O92-)

无机磷

二、污水中磷的去除

废水中磷的主要存在形态:

正磷酸盐、聚磷酸盐、有机磷


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一般城市污水水质与排放要求

如何去除以达到排放标准?

常规活性污泥法的微生物同化和吸附;

生物强化除磷;

投加化学药剂除磷。


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常规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约占微生物干重的1.5%~2.0%,通过同化作用可去除磷12%~20%。

生物强化除磷工艺

生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥中磷含量占到干重5%~6%。

若还未满足排放标准,就必须借助化学法除磷。


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1、生物强化除磷工艺

利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对污水中溶解性磷酸盐过量吸收作用,然后沉淀分离而除磷。

(1)生物除磷机理(★)


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普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重的1.5%~2.0%,通过同化作用除磷率可以达到12%~20%。

而具生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥中含磷量可以占到干重5%~6%,去除率基本可满足排放要求。


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(2)生物除磷影响因素:

(1)厌氧环境条件:

(a)氧化还原电位:放磷时ORP一般小于100mV;

(b)溶解氧浓度:厌氧区要求无溶解氧;好氧呼吸会消耗易降解有机质;

(c)NOx-浓度:产酸菌利用NOx- 作为电子受体,抑制厌氧发酵过程,反硝化时消耗易生物降解有机质。

(2)有机物浓度及可利用性:碳源的性质对吸放磷及其速率影响极大。


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生物除磷影响因素:

(3)污泥龄:污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量,污泥龄越长,污泥含磷量越低,去除单位质量的磷须同时耗用更多的BOD。

(4)pH:合适的pH为中性和微碱性。

(5)温度:在适宜温度范围内,温度越高释磷速度越快。

(6)其他:影响系统除磷效果的还有污泥沉降性能和剩余污泥处置方法等。


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(3) 生物除磷工艺

(a) A/O法(☆)

由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统。


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(b) Phostrip去除磷工艺流程:


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2、化学沉淀法除磷

通过投加的化学沉淀剂能与废水中的磷酸盐生成难溶沉淀物,可将磷分离去除,同时形成的絮凝体对磷也有吸附作用。

常用的沉淀剂:石灰、明矾、氯化铁、石灰与氯化铁的混合物


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沉淀工艺分类(二级生化处理基础上的除磷):

(1)初沉池内沉淀除磷

(2)二沉池内沉淀除磷


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(3)二沉池后沉淀除磷


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三、生物脱氮除磷工艺

1. A/O工艺

2. A2/O工艺(☆)

A2/O工艺基本流程


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缺氧池

好氧池

沉淀池

厌氧池

进水

出水

内回流

污泥回流

剩余污泥

一般情况下,厌氧、缺氧、好氧三个池的体积比控制在1:2:4;污泥回流比0.3~1.0;硝化混合液回流比1.0~5.0;泥龄10~30d以上;

BOD5、总氮、总磷的去除率分别达94.3%、91.1%、91.6%,出水磷含量仅0.37mg/L


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3. 改进的Bardenpho工艺


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4.UCT工艺


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5. SBR工艺

SBR工艺是将除磷脱氮的各种反应,通过时间顺序上的控制,在同一反应器中完成。


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6.三沟式氧化沟


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环境因素,如温度、pH、溶解氧。

工艺因素,如泥龄、各反应区的水力停留时间。

污水成分,如BOD5与N、P的比值。

脱氮除磷活性污泥法的影响因素


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第二节 城市污水的三级处理


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一、 活性碳吸附

主要去除传统活性污泥法出流中的难降解化合物,残留的无机化合物,如氮、硫化物和重金属。

二、投加粉末活性炭的活性污泥工艺

该工艺是将活性炭直接加入曝气池中,使生物氧化与物理吸附同时进行。

投加粉末活性炭的活性污泥工艺流程图


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氧化二级出水有机化合物所需的化学药剂量

化学药剂

作用

剂量/(kg·kg-1)

范围

典型值

降低BOD5浓度

1.0~3.0

2.0

臭氧

降低COD浓度

3.0~8.0

6.0

三、 化学氧化法

在废水的深度处理中,应用化学氧化法可去除氨氮,降低残留有机物的浓度及减少水中细菌和病毒的数量。


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