我国城市生活污水处理技术述评

我国城市生活污水处理技术述评第1页/共37页二、城镇生活污水主要成份在给排水手册中，典型生活污水的水质分为高、中、低三种。项目高中低CODCr1000400250BOD5400200100SS350220100NH3-N1584TN504030TP854020表1典型生活污水水质指标（单位：mg/L）第2页/共37页三、生活污水中主要污染物去除原理一、SS：污水中的SS去除主要靠沉淀作用。二、BOD5：污水中的BOD5的去除主要是靠微生物的吸附与代谢作用，然后对吸附代谢物进行泥水分离来完成。在活性污泥与污水接触初期，会出现很高的BOD5去除率，这是由于污水中有机颗粒和胶体被吸附在微生物表面，从而被去除所至。但是这种吸附作用仅对污水中悬浮物和胶体起作用，对溶解性有机物不起作用。

三、COD：污水中的COD去除的原理与BOD5的去除原理基本相同，但COD的去除率取决于原污水的可生化性，它与城市污水的组成有关。第3页/共37页四、N：在水处理领域，一般认为总氮=总凯氏氮+硝氮+亚硝氮。凯氏氮=有机氮+氨氮。

生物脱氮是利用自然界氮的循环原理，采用人工方法予以控制。首先，污水中有机氮在好氧的条件下转化成氨氮，而后在硝化菌作用下变成硝酸盐氮，这个阶段称为好氧硝化。随后在缺氧的条件下，由反硝化菌作用，并有外加碳源提供能量，使硝酸盐氮变成氮气逸出，这个阶段称为缺氧反硝化。五、P的去除1）化学除磷：

化学除磷是向污水中投加三价盐，使之与污水中的磷酸盐形成难溶化合物，经过沉淀从水中去除。采用化学除磷的优点是工艺简单。缺点是药剂消耗量大、剩余污泥量增加、处理成本增加。

化学除磷的药剂主要包括石灰、铁盐和铝盐。2）生物除磷：生物除磷是污水中的聚磷菌在厌氧条件下，受到压抑而释放出体内的磷酸盐，产生能量用以吸收快速降解有机物，并转化为PHB（聚β羟丁酸）储存起来。当这些聚磷菌进入好氧条件下时就降解体内储存的PHB产生能量，用于细胞的合成和吸磷，形成高磷浓度污泥，并随剩余污泥一起排出系统，从而达到除磷的目的。生物除磷的优点在于不增加剩余污泥量，处理成本较低。缺点是为了避免剩余污泥中磷的再次释放，对污泥处理工艺的选择有一定的限制。第4页/共37页四、城市（镇）生活污水处理级别按处理程度可分为三类，即一级处理、二级处理、三级处理。一级处理也叫预处理，是通过沉淀、浮选、过滤等物理方法去除污水中的悬浮状固体物质，或通过凝聚、氧化、中和等化学方法，使污水中的强酸、强碱和过浓的有毒物质，得到初步净化，为二级处理提供适宜的水质条件。可去除30%左右的BOD5，90-95%的可沉降颗粒，50-60%的总悬浮固形物，但无法去除溶解性污染物。二级处理是在一级处理的基础上，利用生物化学作用，对污水进行进一步的处理。可去除大于85%的BOD5及悬浮物固体。三级处理也叫深度处理，三级处理根据进水水质，采用相应处理方法，如凝集沉淀、活性碳过滤、逆渗透、离子交换、杀菌、电渗析等。废水经深度处理后可满足相关要求。能去除99%的BOD5、磷、悬浮物固体和细菌、氮、磷物质等。第5页/共37页4.1一级处理常用工艺用来分离污水中呈悬浮状态污染物。常用设备是格栅和筛网。筛滤截留法重力分离法通过重力沉降分离废水中呈悬浮状态的污染物。这种方法简单易行，分离效果良好，应用非常广泛。主要构筑物有沉砂池和沉淀池。上浮法用于去除污水中漂浮的污染物，或通过投加药剂、加压溶气等措施使一些污染物上浮而被去除。四、城市（镇）生活污水处理级别第6页/共37页4.2二级处理常用工艺：生物处理法1、好氧处理（人工条件下）传统活性污泥氧化沟SBR(SequencingBatchReactor)活性污泥法生物膜法接触氧化生物滤池曝气生物滤池2、厌氧处理（人工条件下）UASB（升流式厌氧污泥床）AF(厌氧滤池)化粪池四、城镇生活污水处理级别3、组合工艺（人工条件下）第7页/共37页活性污泥法基本流程（1）系统组成：活性污泥法通常是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系统所组成五、好氧生物处理工艺简介之一5.1

传统活性污泥法第8页/共37页（2）曝气池与沉淀池五、好氧生物处理工艺简介之一第9页/共37页B

污泥上浮C

泡沫A

污泥膨胀（4）特点：

处理能力强，出水水质好，但基建费、运行费高；能耗大，管理复杂，易出现污泥膨胀，污泥上浮等问题。（3）常见问题：见A、B、C

第10页/共37页氧化沟（oxidationditch）——又名连续循环曝气池，是活性污泥法的一种变形。5.2氧化沟氧化沟氧化沟工艺模型氧化沟工艺实例五、好氧生物处理工艺简介之二第11页/共37页典型模式------Orbal氧化沟。是一种常见的氧化沟形式，其最大特点是一般由三条同心圆式的环状沟渠组成，由外到内将其沟渠内的溶解氧浓度控制在0、1、2mg/L。五、好氧生物处理工艺简介之二第12页/共37页典型模式-----Carrousel氧化沟。特点是一般不采用横轴式的曝气转刷或转碟，而是采用竖轴式的低速表面曝气机进行曝气和提供对水流的推动力，可以采用较深的水深。常采用曝气转碟进行曝气。微孔曝气型Carrousel

2000系统Carrousel

3000系统

该系统采用微孔曝气（供氧设备为鼓风机），微孔曝气器产生大量直径为1mm左右的微小气泡，提高氧含量，为了取得更好的脱氮除磷的效果，该系统增加了一个厌氧区和绝氧区（又称前反硝化区）。

该系统是在Carrousel2000系统前再加上一个生物选择区，该生物选择区是利用高有机负荷筛选菌种，抑制丝状菌的增长，提高各污染物的去除率。第13页/共37页①工艺流程简单，运行管理方便②处理效果稳定，出水水质好③污泥产量高，污泥性质稳定⑥自动化程度高，基建费用大⑤曝气时间长，能耗高④能承受水量、水质冲击负荷氧化沟技术特点五、好氧生物处理工艺简介之二第14页/共37页进水

反应

沉淀

排水

闲置5.2氧化沟5.3

SBR(SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess)，又称为间歇式活性污泥法，由于在运行中采用间接操作的形式，每一个反应池是一批批地处理废水，因此而得名。SBR工艺的一个完整操作周期有五个阶段（见下图）：进水期(fill)、反应期(react)、沉淀期(settle)、排水期(draw)和闲置期(idle)五、好氧生物处理工艺简介之三第15页/共37页流程简单,运行费用低固液分离效果好，出水水质好运行操作灵活，效果稳定脱氮除磷效果好有效防止污泥膨胀耐冲击负荷123456节省占地面积7工艺特点：五、好氧生物处理工艺简介之三第16页/共37页5.4生物滤池五、好氧生物处理工艺简介之四第17页/共37页第18页/共37页5.5接触生物氧化五、好氧生物处理工艺简介之五第19页/共37页填料：填料是微生物的载体，其特性对接触氧化池中生物量、氧的利用率、水流条件和废水与生物膜的接触反应情况等有较大影响；分为硬性填料、软性填料、半软性填料、及球状悬浮型填料等半软性填料

悬浮型填料

立体弹性填料

纤维填料可变孔曝气软管第20页/共37页优点缺点（1）附着于固体介质表面上的微生物对水量，水质的变化有较强的适应。（3）降解产物污泥量少。（4）管理方便。（1）滤料表面积小，BOD容积负荷小。（2）固体介质有利于微生物形成稳定的生态体系，栖息微生物的种类较多，处理效率高。（2）附着于固体表面的微生物量较难控制，操作伸缩性差。（3）靠自然通风供氧，不如活性污泥供氧充足，容易产生厌氧。生物膜法的特点第21页/共37页三级处理常用工艺除磷最有效和实用的除磷方法是化学沉淀法，即投加石灰或铝盐、铁盐形成难溶性的磷酸盐沉淀。石灰与废水中的磷酸根离子发生如下反应而形成难溶的羟基磷灰石沉淀。除氮生物硝化－反硝化法：是好氧生物处理过程和厌氧生物处理过程串联工作的系统。污水中的含氮有机物首先经需氧生物处理转化为硝酸盐，随后再经厌氧生物处理将硝酸盐还原为氮气析出而被去除。有多种处理流程，如三级串联的活性污泥法处理系统，其中第一级用于氧化碳水化合物,第二级用于氧化含氮有机物,而第三级是使第二级产生的硝酸盐在厌氧条件下还原析出氮气。在所有的处理流程中，都是向厌氧系统中投加一些补充的需氧源（如甲醇），以使反硝化所需的反应时间缩短而切合实用。除有机物活性炭能有效地除去二级处理出水中的大部分有机污染物。一些三级处理厂的粉末活性炭接触吸附装置(或粒状活性炭过滤吸附装置)去除化学需氧量(COD)和总有机碳(TOC)的代表性的效率为70～80%，每公斤活性炭吸附容量为0.25～0.87公斤COD,具体吸附容量是由进水的有机物浓度和所要求的出水有机物浓度决定的。在任何情况下，活性炭的实际吸附容量比按吸附等温线试验测定的吸附容量大得多。第22页/共37页除无机物有三种可采用的方法：即离子交换、电渗析和反渗透。在污水三级处理中用反渗透法脱除矿物质和有机污染物最受重视。使用高效除盐膜反渗透装置的结果证明，总溶解性固体可去除90～95%，磷酸盐可去除95～99%，氨氮可去除80～90%，硝酸盐氮可去除50～85%，悬浮物可去除99～100%,总有机碳可去除90～95%。可见，反渗透法能有效地去除多种污染物。缺点是设备造价和运转费用都高。另外，反渗透膜容易被污染物堵塞，需要清洗。有些三级处理系统是由超过滤和反渗透串联组成的，前者主要去除有机污染物，而后者去除溶解性无机物。除病原体用铝盐和铁盐混凝沉淀，可去除病原体99%以上，经滤池过滤能进一步提高去除率。但是，病原体并未被杀灭，仍在污泥中存活，而用石灰在pH值大于或等于10.5的条件下混凝沉淀则能杀灭污泥中的病毒。用臭氧杀灭病毒的效果也较好。第23页/共37页六、厌氧生物处理工艺简介之一6.1化粪池第24页/共37页6.2厌氧滤池（anaerobicfilter）六、厌氧生物处理工艺简介之二优点：处理能力高；滤池内可以保持很高的微生物浓度；不需另设泥水分离设备；出水SS较低；设备简单、操作方便缺点：滤料费用较高，易堵塞；无便捷清洗方法。不适到高SS废水。第25页/共37页

在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法（anaerobiccontactprocess）。厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，不需要曝气而需要脱气。对悬浮物高的有机废水效果很好，如肉类加工废水等。6.3厌氧接触法（

anaerobiccontactprocess）六、厌氧生物处理工艺简介之三第26页/共37页6.4上流式厌氧污泥床反应器（upflowanaerobicsludgeblanketreactor,UASB）六、厌氧生物处理工艺简介之三

优缺点：良好的厌氧污泥床污泥形成颗粒状，有机负荷率和去除率均较高，不需要搅拌，能适应负荷冲击、温度和pH的变化。第27页/共37页二级处理的工艺组合A2-O:即厌氧-缺氧-好氧系统:属于同步脱氮除磷工艺。A2O工艺是在AO工艺基础上增设厌氧区而具有脱氮和除磷能力的新型污水处理工艺。它能够在去除有机物的同时去除氮和磷营养物质。A-O:AO工艺法也叫厌氧好氧工艺法，A(Anacrobic)是厌氧段，用与脱氮除磷；O(Oxic)是好氧段，用于除水中的有机物。MBR又称膜生物反应器（MembraneBio-Reactor）,是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术;①曝气膜-生物反应器(AerationMembraneBioreactor,AMBR)；②萃取膜-生物反应器（ExtractiveMembraneBioreactor,EMBR）；③固液分离型膜-生物反应器（Solid/LiquidSeparationMembraneBioreactor,SLSMBR,简称MBR）。第28页/共37页7.1好氧处理与厌氧处理工艺的作用机理比较七、厌氧、好氧工艺比较第29页/共37页7.2好氧处理与厌氧处理工艺的优缺点比较类别优点缺点前置条件好氧工艺反应速度较快，废水停留时间较短，故处理构筑物容积较小；处理过程中散发的臭气较少；对能降解有机物分解完全等对难降解有机物去除率低、污泥量较厌氧处理多、运行费用较高等必须要有分子态的氧存在厌氧工艺

需要的能量少，产生甲烷是一种潜在的能源；产生的剩余生物污泥少；容积负荷高，可处理高浓度、难降解有机废水；

需要的营养物质较少。处理过程的反应复杂，反应速度较慢，起动时间较长；对温度、pH等环境因素更为敏感；出水水质较差，需进一步处理分子氧缺乏或不存在对于污水中有机物浓度较低、温度较低、出水水质要求较高，并要求去除营养物的场合倾向于采用好氧生物处理技术。对于有机物浓度较高、温度较高的工业废水，厌氧处理可能更为经济七、厌氧、好氧工艺比较第30页/共37页7.3好氧处理与厌氧处理工艺的污染物去除率好氧工艺类型BOD5去除率（%）COD去除率活性污泥85-9080%氧化沟85-9080-90%SBR85-9080-90%接触氧化70-95%75-85%厌氧工艺BOD5去除率（%）COD去除率USAB70-80%80-85%厌氧滤池85-90%80-85%化粪池9%15%第31页/共37页八、城镇生活污水处理规模与工艺选择原则一、污水处理规模选择原则综合考虑城市（镇）总体规划中排水体系特征，不盲目追求污水的集中处理，合理规划污水处理设施的布点规模，减少集污管线和水头损失，降低配套管网投资。二、污水处理工艺选择基本原则1)城市污水处理工艺应根据处理规模、水质特性、受纳水体的环境功能及当地的实际情况和要求，经全面技术经济比较后优选确定。2)工艺选择的主要技术经济指标包括：处理单位水量投资、削减单位污染物投资、处理单位水量电耗和成本、削减单位污染物电耗和成本、占地面积、运行性能可靠性、管理维护难易程度、总体环境效益等。3)应切合实际地确定污水进水水质，优化工艺设计参数。必须对污水的现状水质特性、污染物构成进行详细调查或测定，作出合理的分析预测。在水质构成复杂或特殊时，应进行污水处理工艺的动态试验，必要时应开展中试研究。4)积极审慎地采用高效经济的新工艺。对在国内首次应用的新工艺，必须经过中试和生产性试验，提供可靠设计参数后再进行应用。第32页/共37页（1）节能降耗的挑战——缺乏着力点污水处理是典型的高能耗行业。通过污泥厌氧消化过程，可以回收利用污水中的部分能源，然而目前我国建设的厌氧消化厂仅不足3%，短期无法实现未来碳减排的要求。基于活性污泥法的传统污水处理技术在曝气等环节上的节能降耗潜力也相对有限。（2）技术发展方向面临挑战——距可持续理念渐行渐远目前污水处理厂大量采用延时曝气等工艺和取消初沉池的设计，与国际主流技术不一致。在系统规划理念上相对落后，导致资源再生利用存在先天不足，例如目前回用水往往需要经过长途的输运才能实现真正的回用。针对各自国情，欧美发达国家分别就再生水回用、污水生物质能利用、氮磷回收等领域展开不同侧重的研究，而我国目前就污水处理技术在未来可持续发展方向上还没有特别明确的讨论和思考。九、我国传统污水处理技术存在的不足第33页/共37页传统污水处理系统是目前市政领域污水处理任务的实际承担者。面对这个现实基础，寻求传统污水处理系统的可持续发展模式成为近年来的重点工作。以荷兰BCFS工艺为例，在节能减排上开发同步硝化反硝化技术，以节能碳源