污水处理基本原理及常规工艺

1、1 污水处理基本原理及常规工艺污水处理基本原理及常规工艺 20132013 刘韩超刘韩超 2 内容内容 污水处理概述 污水生物处理工程基础 污水处理常规工艺 3 污水处理工艺概述污水处理工艺概述 方法方法 物理方法：格栅、混凝、沉淀、气浮、过滤 化学方法：混凝、沉淀、中和、氧化还原、电解、消毒 、离子交换 生物方法：好氧生物法、厌氧生物法、自然生物处理 作用作用 预处理和一级处理：去除悬浮物 二级处理：去除胶体、溶解性有机物、氮磷元素 深度处理：去除细菌、病毒、色度、异味、某些分子和 离子 4 一级处理（预处理）一级处理（预处理） 一级生物处理一级生物处理 筛过筛过沉淀沉淀 格栅格栅筛网筛网

2、平平 流流 沉沉 砂砂 池池 加加 压压 溶溶 气气 气气 浮浮 平平 流流 沉沉 淀淀 池池 曝曝 气气 沉沉 砂砂 池池 竖竖 流流 沉沉 砂砂 池池 辐辐 流流 沉沉 淀淀 池池 沉砂池沉砂池沉淀池沉淀池 竖竖 流流 沉沉 淀淀 池池 斜斜 板板 沉沉 淀淀 池池 粗、粗、 细细 格格 栅栅 筛筛 网网 微微 滤滤 机机 斜斜 管管 沉沉 淀淀 池池 叶叶 轮轮 气气 浮浮 曝曝 气、气、 射射 流流 气气 浮浮 气浮气浮 其中的沉淀池理论适用于二级处理的二沉池 对于污水处理，一级处理的目的往往只是去除高密度的或体 积大的杂质，保护后续设备 5 二级处理（生化处理）二级处理（生化处理）

3、二级生物处理二级生物处理 厌氧生物处理厌氧生物处理好氧生物处理好氧生物处理 UASBUASBEGSBEGSB A/A/OA/A/O氧化沟氧化沟 活性污泥法活性污泥法生物膜法生物膜法 SBRSBR ABAB 生生 物物 接接 触触 氧氧 化化 生生 物物 滤滤 池池 生生 物物 转转 盘盘 MBRMBRICIC ABRABRABFABF 二级处理是主要的污染物去除部分，主要针对的是COD、N 、P的去除 6 三级处理（深度处理）三级处理（深度处理） 实际运作中，深度处理有可能是某两种工艺的共同作用，比 如臭氧活性炭，fenton光催化，MBR 深度处理往往是以水的回收利用为目的 深度处理深度处理

4、 膜过滤膜过滤生物滤池生物滤池 UFUFRORO生物活性炭生物活性炭活性炭活性炭NFNF 高级氧化高级氧化 MFMF 吸附吸附 fentonfentonO3O3 光催化光催化 其他其他 絮絮 凝凝 消消 毒毒 7 污水处理工艺概述污水处理工艺概述 污水处理工艺通常是以二级处理段的搭配形式命名 二级处理的各种搭配产生各种工艺，均是为了解决 COD、N、P（或其他物质）去除时的矛盾矛盾，使得 出水时三者均很低 了解“矛盾矛盾”是理解污水处理工艺的基础 8 污水生物处理工程基础污水生物处理工程基础 什么是活性污泥 COD去除 N的去除 P的去除 9 什么是活性污泥什么是活性污泥 由细菌、菌胶团、原生

5、动物、后生动物等微生物群 体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定 活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。 菌胶团菌胶团 理解活性污泥通常的办法有：按照生物种群、按照 组成污泥的物质形态（固体、胶体、离子） 10 什么是什么是好好活性污泥活性污泥 沉降性能好沉降性能好 污染物去除效率高 抗冲击能力强（营养物负荷冲击、有毒物冲击、环 境变化冲击） 11 CODCOD代谢代谢 活性污泥净化机理活性污泥净化机理 初期吸附：污水与活性污泥接触510min，污水中大部分有机物 (70%以上的BOD，75%以上COD)迅速被去除。此时的去除并非降 解，而是被污泥吸附，粘着在生物絮体的表面，这种由

6、物理吸附和 生物吸附交织在一起的初期高速去除现象叫初期吸附。 微生物代谢：被吸附的有机物粘附在絮体表面，与微生物细胞接触 ，在渗透膜的作用下，进入细胞体内，并在酶的作用下或被降解， 或被同化成细胞本身。 12 污水与污泥混合曝气后污水与污泥混合曝气后BODBOD的变化曲线的变化曲线 13 CODCOD代谢代谢- -好养好养 好氧 分解代谢 微生物合成代谢 内源呼吸 1kg COD1kg COD将产生将产生0.4-0.4- 0.6kg0.6kg污泥污泥 14 CODCOD代谢代谢- -厌氧厌氧 厌氧 酸性碱性 PH 有机物水解成 有机酸 含氮有机物分解 及碳酸盐产生PH回升，产甲 烷菌活跃 碱度

7、的 重要性 ORP低于-300MV 15 CODCOD代谢代谢- -厌氧厌氧 总反应式： 适应条件 产气量 1kg COD可以获得0.4立方沼气，含甲烷55%左右。 16 CODCOD代谢代谢- -厌氧厌氧 厌氧的第一和第二阶段总成为水解酸化阶段，此阶段也可以 作为一个对难降解有机物的预处理，将难降解有机物水解。 水解酸化与真正的厌氧 如果只水解酸化，是不会有甲烷产生，COD也不会明显降低 例：某有机物难降解，COD 500ppm。 17 有机物代谢的结果有机物代谢的结果 好氧 1kg COD将产生0.4-0.6kg污泥 较低的有机复合0.2-0.4kg COD/kg MLSS0.2-0.4k

8、g COD/kg MLSS 有机物被降低到很低水平（20-50ppm） 厌氧 1kgCOD将产生0.02-0.18kg污泥 1kg COD可以获得0.4立方沼气，含甲烷55%左右 高的有机复合2-10kg COD/kg MLSS2-10kg COD/kg MLSS 剩余有机物浓度仍然较高（至少40-80ppm） 18 有机物代谢的条件有机物代谢的条件 有机物需要具备一定的可生化性：BOD/COD大于0.3。如果 可生化性不足需要以厌氧水解酸化提高。 好氧 BOD:N:P=100:5:1 足够的DO 厌氧 BOD:N:P=200:5:1 足够低的DO或者说 一定的碱度 类型目的需要参数 好氧、厌

9、氧是否有代谢条件COD BOD N P 代谢控制条件Ph MLSS 温度 厌氧碱度 ORP 好氧意外情况电导 19 NN的去除的去除 氨氮的来源 水体本身氨氮+ 氨氮的转化（硝化）自养好氧型微生物 N的去除（反硝化） 20 NN去除需要的条件去除需要的条件 氨氮的转化总过程（硝化）自养好氧型微生物 1kg1kg氨氮硝化，需要氨氮硝化，需要7.14kg7.14kg碱度碱度 N的去除（反硝化）缺氧菌 1kg1kg硝氮反硝化，产生硝氮反硝化，产生3.47kg3.47kg碱度碱度 1kg1kg硝氮反硝化，需要硝氮反硝化，需要BOD 2.86kgBOD 2.86kg 21 NN去除需要的条件去除需要的条

10、件 硝化时一定的碱度补充 反硝化时一定的BOD 适合的DO 硝化：DO越高效率越高 反硝化：DO越低效率越高 适合的pH 硝化：7-7.8，低于5.5完全停止 反硝化：7-7.5 高泥龄：硝化细菌和反硝化细菌生长都很慢 矛盾1 矛盾2 好氧好氧 1kg COD1kg COD将产生将产生 0.4-0.6kg0.4-0.6kg污泥污泥 22 NN去除需要的条件去除需要的条件 类型目的参数 硝化是否有硝化条件DO/ORP PH 碱度 反硝化是否有反硝化条件PH DO/ORP BOD 硝化反硝化进行程度（过程控 制） 氨氮 硝酸氮 只有好氧转化氨氮 只有厌氧去除硝氮 23 P P的去除的去除 厌氧释放

11、磷后的好氧吸磷一定是过量的，厌氧多释放1mg， 好氧吸收2-2.4mg。 如果厌氧放磷时无有机物储存，好氧时不吸磷 24 P P的去除需要条件的去除需要条件 适合的PH：中性偏碱性 适合的BOD:P，大于17 厌氧放磷时的硝氮和DO 低泥龄，经常排泥矛盾3 类型目的参数 厌氧是否有释放磷条件DO/NO3- PH 好氧是否有吸磷条件及 除磷效果 MLSS TP 25 系统考虑系统考虑CODNPCODNP去除去除 低COD降解直至很低 氨氮转化为硝氮 磷聚集 生物量猛增 PH相对稳定 好氧 高COD降低 硝氮被去除 磷释放 生物量变化不大 PH波动 产生甲烷 厌氧 26 系统考虑系统考虑CODNP

12、CODNP去除去除 CODNP 微生物好氧菌厌氧菌硝化菌反硝化菌聚磷菌 特征低进、出水 COD、低 有机负荷 高进、出水 COD、高有 机负荷 自养好氧 微生物 异养缺氧 微生物 厌氧放磷好氧过量 吸磷 产物-第一阶段： 乙酸 NO3N2放磷后污 泥 剩余污泥 限值条件营养物比例、 DO、PH、 温度 营养物比例、 DO、PH、 温度、ORP、 碱度 PH、ORP、 DO、碱度 PH、ORP、 DO、BOD NO3抑制 排泥要求多少少少少多 27 系统考虑系统考虑CODNPCODNP去除去除 1、好氧池硝化需要高DO，厌氧池反硝化和磷聚集需要低DO（控制曝气）（控制曝气） 2、具备好氧段的工艺

13、污泥产量很高需要排泥，磷排出系统需要排泥，但是硝化 反硝化最好不要排泥（选择合理泥龄、污泥回流）（选择合理泥龄、污泥回流） 3、COD的厌氧消解和氨氮的好氧硝化均需要一定的碱度，而厌氧反硝化可以补 充一定碱度，但是不够（外加碱度、回流）（外加碱度、回流） 4、厌氧反硝化需要高的COD/N，厌氧池进口COD不足（回流、外加碳源）（回流、外加碳源） 5、好氧硝化产生的硝氮将抑制厌氧段的磷释放，意味着脱氮和除磷本身就是矛 盾的。（权衡脱氮和除磷，选择化学除磷）（权衡脱氮和除磷，选择化学除磷） 所有的工艺都是试图解决以上的这些矛盾所有的工艺都是试图解决以上的这些矛盾 28 污水处理常规工艺污水处理常规

14、工艺 ANO及其变种 各种氧化沟 SBR及其变种 MBR 29 A AN NO O雏形雏形- -两级工艺两级工艺 硝化和反硝化各自独立，各自提供最优工作条件。可很好的解决1、3、 4号矛盾。 无法除磷、设备复杂 30 AOAO（Anaerobic/Anaerobic/OxicOxic）工艺）工艺 31 AOAO（Anaerobic/Anaerobic/OxicOxic）工艺）工艺 AO的特点（关键是回流比）： 采用回流输送NO3到反硝化区 通过回流调节C/N 如果进水COD低，可考虑外加碳源 可以除磷，需权衡脱氮除磷的关系，污泥回流将带回含 磷污泥，回流液将带NO3和DO回厌氧区 回流的NO3

15、和DO会影响厌氧区的磷释放 32 A2OA2O（Anaerobic/Anoxic/Anaerobic/Anoxic/OxicOxic） 为了解决AO的问题，A2O诞生。 污泥首先放磷后脱硝 原水DO和NO3对磷释放影响 33 A2OA2O（Anaerobic/Anoxic/Anaerobic/Anoxic/OxicOxic） 倒置A/A/O工艺 缺氧段和厌氧段倒置 脱氮功能得到加强 除磷功能优于传统的工艺。 内循环的取消使倒置工艺流程更加简洁，建设和运行费用也相 应降低。 34 A2OA2O（Anaerobic/Anoxic/Anaerobic/Anoxic/OxicOxic） 倒置A/A/O

16、工艺(C/N比偏低) 缺氧段前置，优先满足反硝化对碳源的需要，使系统脱氮功 能得到加强。缺氧后DO和NO3均低，为吸磷创造条件。 避免了回流污泥中硝酸盐和溶解氧的不利影响，同时全部回 流污泥都参与了释磷和摄磷过程，使其除磷功能也优于传统 的工艺。 35 A/A/OA/A/O工艺介绍工艺介绍 UCT（University of Cape Town）工艺 二沉池污泥回流到缺氧池而不是回流到厌氧池 A2/O工艺，二沉池的回流污泥回流至最前端的厌氧区。由于出水 中或多或少带有NO3-，因此，对厌氧区总会带来不利的影响。特 别当进水中TKN/COD的比值增加，要达到完全反硝化的碳源往往 不足，通过改进操

17、作来降低硝酸盐浓度方面的余地较小。 36 A/A/OA/A/O工艺介绍工艺介绍 UCT工艺的问题 如果缺氧反应池的实际停留时间超过1h，在某些单元 中污泥的沉降性能会恶化。 在实际运行过程中，当进水中总凯氏氮TKN与COD的 比值高时，需要降低混合液的回流比以防止NO3-进入 厌氧池。但是如果回流比太小，会增加缺氧反应池的 实际停留时间。 37 A/A/OA/A/O工艺介绍工艺介绍 MUCT工艺 38 A AN NO O其他变种其他变种 39 氧化沟氧化沟 严格来说，氧化沟不能算作工艺，它又称氧化渠。其实氧化 沟只是把各种ANO工艺在氧化沟这个构筑物中实现。 40 氧化沟氧化沟 转刷曝气维持高

18、流速推流 池边曝气维持混合旋流 41 氧化沟工艺介绍氧化沟工艺介绍 氧化沟氧化沟 vsvs AAO AAO 基于去除BOD vs 基于脱氮除磷 HRT、污泥龄长 vs HRT、污泥龄较短 全混流+推流 vs 推流 构筑物少 vs 构筑物较多 适合中小污水厂 vs 适合大型污水厂 42 氧化沟工艺介绍氧化沟工艺介绍 氧化沟的发展氧化沟的发展 43 DEDE型氧化沟型氧化沟 44 OrbalOrbal氧化沟氧化沟 Orbal氧化沟的脱氮 45 CarrouselCarrousel氧化沟氧化沟 1967年，荷兰DHV技术咨询公司发明了Carrousel氧化沟，它是一 种典型的采用立式表曝机的氧化沟。

19、 1993年，第一座Carrousel 2000 氧化沟诞生。 1999年，第一个Carrousel 3000 氧化沟在荷兰的Leidsche Rijn投 入使用。 46 SBRSBR ANO的工艺是以不同空间，控制不同空间好厌氧来实现脱氮 除磷 SBR则是以不同时间，控制不同时段的好、厌氧来实现脱氮 除磷 47 SBRSBR 48 SBRSBR工艺介绍工艺介绍 强化脱氮的SBR运行模式 49 SBRSBR工艺介绍工艺介绍 强化脱氮的SBR运行模式 与基本运行模式相比，增加了停曝搅拌阶段。 在这一阶段，虽然经曝气阶段后，混合液中的有机底物已 基本被氧化，反硝化作用并不十分显著，但与基本运行方

20、式相比，由于全部混合液均进行反硝化，有利于总体脱氮 效果的提高。一般而言，脱氮总效率可达70%80%。 运行时间长，1016h。 50 SBRSBR工艺介绍工艺介绍 强化除磷的SBR运行模式 51 SBRSBR工艺介绍工艺介绍 强化除磷的SBR运行模式 进水阶段，严格采用限量曝气，控制良好的厌氧环 境（DO0.2mg/L）。 调换排泥和排水的次序，进行及时的排泥，防止在 2.0h左右的沉淀和排水期内污泥中磷的提前释放。 除磷效果70%80%。 运行时间610h。 52 SBRSBR工艺介绍工艺介绍 具有脱氮除磷的SBR运行模式 结合了前两种运行模式的特点，如：增加停曝搅拌， 以及将排水和排泥阶段互换。 运行周期为1014h。 53 SBRSBR工艺介绍工艺介绍 SBR主要存在问题 运行 无法满足大型污水处理项目之连续进出水的要求； 要实现连续进水、进行后处理，需要较大的调节池。 设备 对于多个SBR 反应器，其进水和排水的阀门自动切换频繁； 设备的闲置率较高。 能耗物耗 污水提升水头损失较大，浪费部分能耗。 54 MSBRMSBR（改良（改良SBRSBR）