污水的深度处理与回用(污水中杂质的净化过程)课件

1、第七章 污水的深度处理与回用 .1 概述1、深度处理是进一步去除常规二级处理所不能完全去除污水中杂质的净化过程2 、深度处理目的：水资源短缺、污水回用 脱色 除臭 COD BOD SS3、深度处理对象 营养型无机盐 重金属 细菌、病菌4、深度处理水用途；排放、回用、回灌地下 。 5、污水深度处理单元技术的确定原则（1）处理水的用途；（2）原水水质、各级处理后水质；（3）单元工艺可行性与整体流程的适应性；（4）运行控制难以程度、设备国产化程度、废弃物处置方法；（5）工程投资与运行成本。表71 二级处理水深度处理的目的、去除对象和所采用的处理技术与工艺流程臭氧氧化、消毒(氯气、次氯酸钠、紫外线)细

2、菌、病毒微生物反渗透、电渗析、离子交换电导度 Na、Ca、Cl离子溶解性无机物 无机盐类金属盐混凝沉淀 石灰混凝沉淀晶析法 生物除磷PO4P TP磷生物脱氮吹脱、折点氯化脱氨、生物脱氮TN KN NH3N NO2-N NO3-N 氮混凝沉淀、活性炭吸附、臭氧氧化BOD5 COD TOC TOD溶解状态快滤机、微滤机、混凝沉淀SS VSS悬浮状态采用的主要处理技术有关指标去除对象处理目的防止富营养化再用微量成分植物类营养盐排放水体再用有机物颗粒分离技术一览表 （1）SS的组成 生物絮体：数mm到10m 胶体颗粒（未被凝聚） （2）SS的有机化 颗粒几乎全是有机物 BOD:50-80%来源于这些颗

3、粒 7.2.2 SS的去除技术由SS的状态和粒径而定 d1m，一般用砂滤；微滤机等。胶体状混凝沉淀。1、混凝沉淀（1）常用技术：去除微小悬浮状态的有机物和无机污染物、胶体. 也可去除：Mg，As（溶解态）、N、P、及细菌、病毒（2）特点：二级出水胶体和菌胶团微粒；而天然水主要是针对泥砂等7.2 悬浮物的去除 7.2.1 概述 SS特点:不同于给水处理的混凝 主要原因是：污水中有生物微粒的存在，这种微粒与药剂的亲和力强，进而投药后混凝过程短时间内可以完成。（3）药剂 传统药剂：Al2(SO4)3，聚合氯化铝，及助凝剂（活化硅酸等） “七.五”开发药剂聚合氯化铁（PFC），降低了铁盐的酸性并清除了

4、残余亚铁及色度.新型药剂 ：对浊度、色度、除磷效果明显天津大学：（PDM）有机高分子絮凝剂，高效脱色、浊度低于5度后来发展PDMMC(唯一达到4万个分子量)；中科院：AL13 纳米絮凝剂。 （4）工艺形式沉淀池平流、辐流、竖流、斜管澄清池上升流速较给水低，0.4-0.6mm/s压力溶气气浮DAF(Dissolves Air Hotation) 涡凹气浮 气浮池 CAF(Cavitation Air Hotation) 引气气浮 IAF(Induced Air Flotation)空气在分散于水中叶片、轮盘等吸入（5） 混凝机理过滤时一般情况下不需要加药剂 胶体过滤难于去除，浊度上升，需投药剂

5、溶解性有机物用活性炭吸附反冲洗难度大，需水气同时冲洗 气:20l/m.s; 水:10l/m.s；滤料粒径适当放大。（2）过滤作用 SS、BOD、重金属、细菌去除各类污染物 化学絮凝产生的Al、Fe盐及石灰等沉淀物 去除化学除P时，水中不溶性P活性炭或离子交换：预处理设施，可以节省后续的活性炭费用；克服生物、和化学处理的不稳定性，提高回用的连续性和可靠性 。2、过滤给水过滤技术不宜简单的直接应用于污水处理。原因：a、滤池截留的污泥粘而易碎，污泥在滤池表面积聚 形成滤膜 b、如果加大水头，污泥又很容易穿透滤层 。（1）特点 废水过滤有机物絮体 给水过滤 无机泥砂 对二沉池出水过滤隔滤被认为是去除悬

6、浮固体的主要机理（3）过滤机理 区别:强度不一样,穿透滤料的性能不同隔滤 a、机械隔滤：粒径大于滤料孔径的颗粒被滤料滤去； b、偶然隔滤：粒径小于滤料孔径的颗粒由于偶然接触而被截获。沉淀在滤料内部，颗粒可以沉淀在滤料上；碰撞：较重的颗粒不随水运动；截获：随水流运动的颗粒与滤料表面接触时被去除；粘附：当絮凝颗粒通过滤料时，它们就会附着在滤料表面化学吸附： a、键吸附 b、化学的相互作用； a、静电作用物理吸附： b、动电作用 c、范德华力对其吸附絮凝：大颗粒与小颗粒接触时，形成更大颗粒；生物繁殖：生物滤池内繁殖可使滤料孔隙减少。（4）进水特征特征（）a、 悬浮固体浓度（二级处理水中，SS：6-3

7、0mg/l）以浓度监测过程b、粒径大小：（双峰分布）（混合10d的活性污泥出水） c、絮体强度:与处理方法及操作方式有关 生物处理 化学沉淀 该值下降 泥龄长 但超过15d下降 较小粒径：1-15m较大粒径：50-150m双峰分布影响过滤机理二级过滤 d、双峰图（5）深度处理滤池设计预处理生物处理和滤池之间，通常增设混凝沉淀（澄清或气浮池）对比试验 直接过滤：简单、但COD、TP去除率不高，运行复杂 微生物絮凝过滤：去除率高，但周期短，冬季2-4h 絮凝沉淀：过滤周期长，17h以上，全年水质合格纪庄子 污水厂滤速（V）重要参数，决定滤池面积絮体强度：其值低时，滤速上升会使絮体颗粒遭受破 坏，污

8、物穿透滤池，使出水不能达标;生物絮体牢 固（4- 11m/h不影响），化学絮体强度较弱。 双层滤料：5-10m/h取决于滤池型式 单层滤料：4-6m/h 压力滤池：24m/h生物繁殖：滤池内生物繁殖可使滤料孔隙减少水头损失取决于滤速和滤料的截污能力，滤料的组成和尺寸对水头损失影响大。 Ht=H0+(hi)t i=1-n Htt时间的总水头损失,m H0开始过滤时，清水总水头损失（管道，闸门，仪表，弯头，下部排水系统，滤料，构筑物）,m (H0)t滤层内第I滤料在时间t时的水头损失7.3 溶解性有机物的去除 丹宁二级出水中，溶解性有机物：木质素 等难降解有机物 里腐酸从技术、经验、工程实践中，活

9、性炭和臭氧氧化法适应 1、活性炭吸附由煤或木等材料经一次炭化制成，高温下，用CO使其活化，使炭形成多孔结构。7.3.1 活性炭吸附2、活性炭技术指标碘值、亚甲兰值、糖蜜值3、活性炭孔的分布大孔（100-1000nm）、过渡孔（100-2nm）、微孔2nm4、活性炭吸附处理二级处理水的特点（1）对分子量1500（道尔顿）的环状化合物，不饱和化合物效果 好；对分子量3000的直链化合物（糖类）效果好；（2）吸附时有微生物存在提高处理效果（对有机物）但可能有生 物泄漏的问题（代谢产物有毒性）活性炭指标测定值单位ABCDE摩擦系数wt%83.589.385.590.288.9强度wt%95.499.5

10、97.999.798.4表观密度g/l510520500520540飘浮率wt%0.01.40.00.00.0pH值-8.69.28.99.18.9总灰分wt%9.17.211.88.710.5水溶物wt%0.050.090.080.030.06碘值mg/g1001997938958860亚甲兰值mg/g262259227256207丁烷值wt%24.224.223.423.720.3四氯化碳wt%62.1962.1960.1460.9152.17糖蜜值158153152148145单宁酸值-34.330.033.246.561.3有效粒径mm0.601.441.481.441.49均匀系数-

11、1.881.121.151.151.15平均粒径mm1.0681.5851.6521.6181.668BCEDA 五种活性炭的扫描电镜照片（3000）四种炭原子力显微镜扫描照片 B CD E1、目的（二级出水回用） 7.3.2 臭氧氧化处理去除残余有机物、脱出污水的色度、杀菌消毒。2、去除有机物的特征（1）能够氧化有机物，（蛋白质、氨基酸、木质素、腐殖酸）；（2）氧化有机物并易形成中间产物（甲醛、酸等）可生化性好；（3）氧化效果与PH值有关，PH高，效果好，(OH-)羟基自由基由臭氧分解产生（4）臭氧化的副产物问题，溴酸盐上升，浊度上升，AOC升高。3、脱色效果砂滤前处理+臭氧脱色效果好 4、

12、消毒效果砂滤后+O3消毒效果好5、O3混合形式扩散板式（反应为主）、喷射式（扩散为主）、机械搅拌式。 （1）富营养化N、P引起，藻类问题（滇池，太湖）；（2） 提高制水成本应用水，污水消毒时，增加投氯量；（3）污水回用填塞管道NH3N可促进设备中微生物的繁殖；（4） 农业灌溉TN不大于1mg/l，否则对农作物有影响。2、氮的存在形式（1）有机氮（2）氨态氮（NH3N、NH4+N）（3） NO2N、NO3N（4） N2凯式氮3、二级处理技术的局限性合成代谢对氮磷的去处率低，水中氮磷过剩 nCxHyOz+nNH3+n(x+y/4-z/2-5)O2 (C5H7NO2)n+n(x-5)CO2+n/2(

13、y-4)H2O7. 5脱氮技术7.5.1 概述1、氮污染的危害1、原理7.5.2 氮的吹脱去除（1）NH3+H2ONH4+OH-PH=7时，以NH4+存在PH=11时，90%NH3存在PH升高，去除NH3上升 T上升，去除NH3上升（2）脱氮塔脱氮塔技术的特点除氮的效果稳定操作简便，容易控制 NH3二次污染（可回收）使用CaO易结垢（改用NaOH）水温下降时，效果差水温水温升高，效率升高布水状态滴状下落最好，膜状下落，效果大减布水负荷率填料6m高以上时，其值不超过180m/m.d气液比填料6m高以上时，2200-2300以下为好。活性污泥法的传统功能去除水中溶解性有机物 N、P只满足生理要求即

14、可，因此对二者去除率低，仅为20-40%；5-20%1、氨化反应 与硝化反应7.5.3 生物脱氮原理（1）氨化反应 RCHNH2COOH+O2 RCOOH+CO2+NH3（3）脱氮塔工作影响因素与设计参数PH值PH升高到10.5以上，去除率增加缓慢氨化菌（3）硝化菌的特点硝化菌亚硝酸菌和硝酸菌的统称;硝化菌属于化能自养菌，革兰氏染色阴性，可生芽孢的短 杆状细菌 . NH4+2O2 NO3-+H2O+2H+-F（F=351kj）（4）硝化反应的控制指标硝化菌对环境条件的变化极为敏感NH4+3/2O2 NO2-+H2O+2H+-（F=278.42kj）NO2-+1/2O2 NO-F（F=72.27

15、kj )硝化菌亚硝化菌（2）硝化反应温度适应20-30，15时硝化速度下降，低于5完全停止有机物BOD应低于15-20mg/l污泥龄（SRT）微生物在反应器内的停留时间（c） N(c)Nmin，硝化菌最小的世代时间(c)Nmin重金属机有害物质 重金属 对硝化反应抑制 高浓度NH4+N，高浓度NOx-N 有机物、络合物阳离子溶解氧 氧是电子受体，DO不能低于1.0mg/l 硝化需氧量（NOD）4.57g(氧)/g（N）碱度7.1g碱度（以CaCO3计）/1g氨态氮（以N计）,一般碱度不低于50mg/lPH对PH变化敏感（硝化菌),最佳值8.0-8.4,效率最高反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌；以N

16、O3N为电子受体，以有机碳为电子供体，不能释放更多的ATP，合成的细胞物质较少 。（2）反应过程 （3）反硝化反应的控制指标 污水中的碳源，BOD5/TN3-5时，勿需外加 外加碳源，CH3OH（反硝化速率高生成CO2+H2O）， 当BOD5/TN8，或PH6，反硝化速率下降碳源PH值 （1）反硝化菌的特点2、反硝化反应 反硝化反应指NO3N和NO2N在反硝化菌的作用下，还原成气态N2的过程。2HNO32HNO22HNO2NH2OH2NH3NON2NO3-NO2-NH2OHNO2-N2O有机体(同化反硝化)N2(异化反硝化)反硝化过程式 上式的简化式同化反硝化+4H+2H-2H2O+2H-2H

17、2O-H2O异化反硝化图714反硝化反应过程（同化反硝化、异化反硝化）+4H+4H-2H2O-2H2O生化反应类型去除有机物（好氧分解）硝化反硝化亚硝化硝化微生物好氧菌和兼性菌（异养型细菌）Nitrosomonas 自养型细菌Nitrobacter 自养型细菌兼性菌异养型细菌能源有机物化学能化学能有机物氧源(H受体)O2O2O2NO3- NO2-溶解氧12mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上00.5mg/l碱度没有变化氧化1mg NH4+-N需要7.14mg的碱度没有变化还原1mgNO3-N,N02-N生成3.57g碱度氧的消耗分解1mg有机物(BOD5)需氧2mg氧化1mg NH4+-

18、N需氧3.43mg氧化1mgNO2-N 需氧1.14mg分解1mg有机物(COD)需要NO3-N 0.35mg, N02-N0.58mg，以提供化合态的氧最适pH值6878.567.568最适温度1525 =1.01.04 30 =1.130 =1.13437 =1.061.15增殖速度(d-1)1.23.50.211.080.281.44好氧分解的 1/2 1/2.5分解速度70870mg BOD/(gMLSSh)7mg NH4+- N /(gMLSSh)0.0228mgNO3-N/(gMLSSh)产率16% CH3OH/gC5H702N0.040.13 mg SS/ mg NH4+- N能

19、量转换率为5%35%0.020.07 mg VSS/mg N02-N能量转换率10%30%16% CH3OH/gC5H7O2N8表7-4生物脱氮反应过程各项生化反应特征 0.5mg/l以下，厌氧、好氧交替的环境，如存在氧，会抑制反硝化菌体内硝酸盐还原酶的合成，或氧成为电子受体阻碍硝酸氮的还原，但另一方面，某些酶系统还需有氧才能合成；温度 最适宜的温度是20-40，低于15时代谢速率下降；冬季低温季节 提高SRT，降低负荷率，从而提高污水的HRT 。1、活性污泥传统脱氮工艺Barth工艺， 氨化由三个反应过程建立 硝化 反硝化7.5.4 生物脱氮技术溶解氧 “一级”曝气池：去除 COD、BOD，

20、BOD15-20mg/l 有机氮转化为 NH3 NH4+ ；“二级”硝化曝气池，NH3 、NH4+生成NO3N，碱度下降；“三级”反硝化池 厌氧、好氧交替运行。投甲醇时， CM=2.47N0（初始NO3N浓度）+1.53N(初始NO2N浓 度)+0.87D（初始DO浓度）（2）优缺点去除效果好各类菌类环境条件好设备多，造价高，能耗大（1）流程说明（3）改进的二级生物脱氮系统 BOD去除和硝化两个反应合并2、缺氧好氧活性污泥法 A/O工艺 （1）工艺特征80年代开创,前置反硝化不加碳源,外加碱度,降低负荷设内循环产生碱度,3.75mg碱度/mgNO3N勿需建后曝气池回流水含有NO3N（沉淀池污泥

21、反硝化生成）要提高脱氮率，要增加回流比（2）影响因素与主要工艺参数水力停留时间：3 ：1；循环比：200%；MLSS值：大于3000mg/l;污泥龄：30d;N/MLSS负荷率：0.03gN/gMLSS.d进水总氮浓度：小于30mg/l。内循环（硝化液循环）原污水反硝化反应器（缺氧） BOD去除,硝化反应反应器（好氧）碱沉淀池处理水剩余污泥回流污泥N2图717分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统（2）P0.5mg/l，促进富营养化；磷-不同于氮，不能形成氧化体和还原体，但有固态和溶解态转 化的特点。4、去除方法化学除磷法-混凝沉淀和晶析法除磷生物除磷法设想是由Greenburyg于1955年提出的

22、，60年代人们对上述方法广泛应用。 3、其他 生活污水中的含磷量：10-15mg/l，70%为可溶性； 经过二级处理进水中，90%左右的磷以磷酸盐存在。聚氯化铝（PAC），反应相同与Al2(SO4)3，但pH值不下降；铝酸钠（NaAlO2） 化学法除磷：使用Al盐注意事项注意PH值，介于5-7之间无影响，无需调整PH降低，应注意排放水对PH的要求沉淀污泥回流，污泥中有Al(OH)3，能提高对磷的去除率（2）铁盐除磷7.6.2 混凝沉淀除磷技术1、金属盐混凝沉淀（1）铝盐除磷Al3+PO43-（正磷酸离子） AlPO4（难溶） PH值上升，溶解度上升Al2(SO4)3+2PO43- 2AlPO4+3SO42-Al2(SO4)3+6HCO3- 2Al(OH)3+6CO2+3SO42-pH值，如P9.5；原污水 PH11磷的形式（3）石灰混凝沉淀除磷处理流程（自学）