水污染控制工程-城市污水的深度处理课件.ppt

1、城市污水的深度处理第一节第一节 氮磷的去除氮磷的去除第二节第二节 城市污水的三级处理城市污水的三级处理污、废水两级处理：污、废水两级处理：l污水一级处理去除废水中的砂砾及污水一级处理去除废水中的砂砾及大的悬浮固体大的悬浮固体l污水二级处理去除废水中的大部分污水二级处理去除废水中的大部分的可溶性有机物的可溶性有机物l二级处理出水中的氮、磷未能达到二级处理出水中的氮、磷未能达到排放标准排放标准l氮、磷是生物重要的营养源，排入氮、磷是生物重要的营养源，排入天然水体易引起水体富营养化天然水体易引起水体富营养化 城市污水经传统的二级处理以后，虽然绝城市污水经传统的二级处理以后，虽然绝大部分悬浮固体和有机

2、物被去除了，但还残留大部分悬浮固体和有机物被去除了，但还残留微量的悬浮固体和溶解的有害物，如氮和磷等微量的悬浮固体和溶解的有害物，如氮和磷等的化合物。氮、磷为植物营养物质，能助长藻的化合物。氮、磷为植物营养物质，能助长藻类和水生生物，引起水体的富营养化，影响饮类和水生生物，引起水体的富营养化，影响饮用水水源。用水水源。太湖的富营养化1 1、城镇污水处理厂污染物综合排放标准城镇污水处理厂污染物综合排放标准（GB18918-2002GB18918-2002）4.1.2.2 城镇污水处理厂出水排入城镇污水处理厂出水排入GB3838 地表水地表水类功能类功能水域（划定的饮用水水源保护区和游泳区除外）、

3、水域（划定的饮用水水源保护区和游泳区除外）、GB3097 海水二类功能水域和湖、库等封闭或半封闭海水二类功能水域和湖、库等封闭或半封闭水域时，执行一级标准的水域时，执行一级标准的B标准。标准。一级标准的一级标准的B B标准标准n废水废水总磷总磷含量含量 15（1）mg/Ln氨氮（以氨氮（以N N计）计）8（15）mgL2 2、污水综合排放标准污水综合排放标准（GB8978-1996GB8978-1996）4.1.1 排入排入GB3838 地表水地表水类水域（划定的保护区和游类水域（划定的保护区和游泳区除外）和排入泳区除外）和排入GB3097 中二类海域的污水，执行中二类海域的污水，执行一级标准

4、。一级标准。一级标准一级标准n废水废水磷酸盐磷酸盐含量含量(以以P P计计)05mg/Ln氨氮（以氨氮（以N N计）计）15mgL第一节第一节 氮、磷的去除氮、磷的去除氮在水中的存在形态与分类N无机NNOx-N(硝态氮)TKN(凯氏氮)总N(TN)NH3-NNO3-NNO2-N有机N（尿素、氨基酸、蛋白质）一、氮的去除一、氮的去除废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。1.化学法除氮(1)吹脱法:废水中，NH3与NH4+以如下的平衡状态共存：OHNHOHNH423这一平衡受pH的影响，pH为10.511.5时，因废水中的氮呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。吹脱过程包括将废

5、水的pH提高至10.511.5，然后曝气，这一过程在吹脱塔中进行。工艺流程工艺流程调节pH值沉淀池吹脱塔出水出水排泥排泥进水进水石灰或石灰或石灰乳石灰乳 吹脱法脱氨工艺流程吹脱法脱氨工艺流程通过适当的控制，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。(2)折点加氯法:含氨氮的水加氯时，有下列反应：ClHHOClOHCl22OHHClNHHOClNH224O2HHNHCl2HOClNH224O3H3Cl5HN3HOCl2NH224O3HHNCl3HOClNH234加氯反应池加氯反应池活性活性炭吸炭吸附塔附塔NaOCl进水进水出水出水（3 3）选择性离子交换

6、法去除氨氮：）选择性离子交换法去除氨氮：采用沸石作为除氨的离子交换体。采用沸石作为除氨的离子交换体。澄清或澄清或过滤过滤沸石沸石离子离子交换交换床床出水出水再生液再生液脱氮脱氮NH3或或N2进水进水2.生物法脱氮(1)生物脱氮机理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。其中主要包括硝化和反硝化两个反应过程。此外，还有氨化、同化等。氨化反应：新鲜污水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少数的氨态氮如NH3及NH4+等。微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化作用，很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋

7、白质及其含氮衍生物，其中分解能力强并释放出氨的微生物称为氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮，以氨基酸为例：3222NHCORCOCOOHOCOOHRCHNH 有机氮 （蛋白质、尿素）细菌分解和水解 氨 氮 同 化 有机氮 有机氮 （NH3-N）（细菌细胞）（净增长）O2 硝化 自溶和自身氧化 亚硝态氮 反硝化 （NO2-）O2 有机碳 硝化 硝态氮 反硝化 氮气 （NO3-）（N2）有机碳废水生物脱氮的基本原理废水生物脱氮的基本原理生物脱氮的基本过程：生物脱氮的基本过程：氨化氨化(ammonification)含氮有机物，在生物含氮有机物，在生物处理过程中被（处理

8、过程中被（好氧或厌氧好氧或厌氧）异养异养微生物氧化分微生物氧化分解为氨氮；解为氨氮；硝化硝化(nitrification)由由好氧自养好氧自养硝化菌将氨氮硝化菌将氨氮转化为转化为NO2 和和NO3；反硝化反硝化(denitrification)缺氧条件下缺氧条件下，在，在异养异养反硝化菌的作用下将反硝化菌的作用下将NO2 和和NO3 还原转化为还原转化为N2。（2）硝化反应（）硝化反应（Nitrification）分为两步：n由两组自养型硝化菌分步完成：氨氧化细菌，或亚硝化细菌（Nitrosomonas）；亚硝酸盐氧化细菌，或硝化细菌（Nitrobacter）24NONH32NONOA A、硝

9、化细菌的特性、硝化细菌的特性 都是革兰氏阴性、无芽孢的短杆菌和球菌；都是革兰氏阴性、无芽孢的短杆菌和球菌；强烈强烈好氧好氧，不能在酸性条件下生长；，不能在酸性条件下生长；无需有机物，以无需有机物，以无机含氮化合物无机含氮化合物为为能源能源，以无机以无机C（CO2或或HCO3-）为为碳源碳源；化能自养型化能自养型；生长缓慢，生长缓慢，世代时间长世代时间长。B B、硝化反应过程及反应方程式：、硝化反应过程及反应方程式：亚硝化反应：亚硝化反应：HOHNOONH25.12224硝化反应：硝化反应：3225.0NOONO总反应：总反应：HOHNOONH222324O2H4H2NO3O2NH22亚硝酸菌2

10、4 322NO2O2NO2硝酸菌总反应式为：OHH2NOO2NH2324硝化细菌C C、硝化反应的环境条件：、硝化反应的环境条件：好氧条件好氧条件(DO不小于不小于1mg/l)，并能保持一定的碱度以，并能保持一定的碱度以维持稳定的维持稳定的pH值值(适宜的适宜的pH为为8.08.4)；一般要求一般要求进水进水BOD5在在1520mg/l以下；以下；适宜温度：适宜温度：2030 C；15 C，速率下降；，速率下降；35时，即可；时，即可；外加碳源，多为甲醇；外加碳源，多为甲醇；内源呼吸碳源内源呼吸碳源细菌体内的原生物质及其贮存细菌体内的原生物质及其贮存的有机物。的有机物。适宜适宜pH：6.57.

11、5；溶解氧溶解氧应控制在应控制在0.5mg/l以下；以下；适宜适宜温度温度：2040 CB 反硝化反应的影响因素反硝化反应的影响因素生物脱氮的基本原理生物脱氮的基本原理有机氮有机氮NH4+-NNO2-NNO3-NNO2-NN2氨化作用氨化作用亚硝化作用亚硝化作用硝化作用硝化作用硝化作用硝化作用反反硝化作用硝化作用O2O2O2或无氧或无氧异养细菌异养细菌氨氧化细菌氨氧化细菌（自养型）（自养型）硝化细菌硝化细菌（自养型）（自养型）有机物有机物有机物有机物反硝化细菌反硝化细菌（异养型）（异养型）反硝化细菌反硝化细菌（异养型）（异养型）好氧或厌氧条件好氧或厌氧条件碱度增大，碱度增大，pHpH值升高值升

12、高绝对好氧条件绝对好氧条件碱度下降，碱度下降，pHpH值降低值降低绝对好氧条件绝对好氧条件碱度和碱度和pHpH值无变化值无变化碱度增大，碱度增大，pHpH值升高值升高缺氧条件缺氧条件在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝化菌的生长繁殖，即菌体合成过程，反应如下：O19HNOHC3H3COOHCH14NO32275233O2.44H0.76CON47.0NOH.065C0HOHCH08.1NO22227533式中：C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。反硝化还原和微生物合成的总反应式为：从以上的过程可知，约96的NO3-N经异化过程还原，4经同化过程合成微生物。在反硝化反应中，最大的问题就是污水

13、中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。碳源原水中含有的有机碳外加碳源，多用甲醇内源呼吸碳源细菌体内的原生物质及其贮存的有机物(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。（b）Bardenpho生物脱氮工艺：设立两个缺氧段，第一段利用原水中的有机物为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液进行反硝化反应。为进一步提高脱氮效率，废水进入第二段反硝化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。曝气池用于吹脱废水中的氮气，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池发生污泥上浮现象。（c）缺氧好氧生物脱氮工艺：该工艺将反硝化

14、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。缺氧-好氧生物脱氮工艺l虽然磷在农业上十分重要，但是它可引起水虽然磷在农业上十分重要，但是它可引起水体污染，是造成富营养化的重要因子。受磷体污染，是造成富营养化的重要因子。受磷污染的水体，藻类大量繁殖，藻体死亡后分污染的水体，藻类大量繁殖，藻体死亡后分解会使水体产生霉味和臭味。许多种类还会解会使水体产生霉味和臭味。许多种类还会产生毒素，并通过食物链影响人类的健康。产生毒素，并通过食物链影响人类的健康。随着工农业生产的增长，人口的增加，含磷随着工农业生

15、产的增长，人口的增加，含磷洗涤剂和农药、农肥的大量使用，近年来水洗涤剂和农药、农肥的大量使用，近年来水体磷污染日益加剧。另外，也导致了沿海海体磷污染日益加剧。另外，也导致了沿海海域曾多次发生赤潮事件。域曾多次发生赤潮事件。l（BOD：N：P）100：5：1微生物微生物除碳的同时吸收磷元素用以合成细胞物除碳的同时吸收磷元素用以合成细胞物质和合成质和合成ATP等，等，但只去除污水中约但只去除污水中约19左右的磷左右的磷。某些高含磷废水中残留的某些高含磷废水中残留的磷还相当高，故需用除磷工艺处理。磷还相当高，故需用除磷工艺处理。依靠聚磷菌（兼性厌氧菌）依靠聚磷菌（兼性厌氧菌）厌氧时释放磷，好氧时聚磷

16、，再厌氧时释放磷，好氧时聚磷，再通 过 排 泥 从 污 水 中 除 去 细 菌通 过 排 泥 从 污 水 中 除 去 细 菌（磷）。（磷）。生物除磷的原理与过程生物除磷的原理与过程IPHB（聚聚 羟基丁酸羟基丁酸）S聚合磷酸盐聚合磷酸盐厌氧条厌氧条件下，件下，除磷菌除磷菌将磷释将磷释放放好氧条好氧条件下，件下，除磷菌除磷菌过量摄过量摄取磷取磷高含磷高含磷污泥的污泥的排出排出1）厌氧释磷厌氧释磷产酸菌分解有机物产酸菌分解有机物l产酸菌产酸菌在厌氧或缺氧条件下分解蛋白质、脂在厌氧或缺氧条件下分解蛋白质、脂肪和碳水化合物等大分子有机物为三类可快肪和碳水化合物等大分子有机物为三类可快速降解的基质：速降

17、解的基质：A类：乙酸、甲酸和丙酸等低分子有机酸；类：乙酸、甲酸和丙酸等低分子有机酸；B类：乙醇、甲醇、柠檬酸和葡萄糖等；类：乙醇、甲醇、柠檬酸和葡萄糖等；C类：丁酸、乳酸和琥珀酸等。类：丁酸、乳酸和琥珀酸等。聚磷菌释磷聚磷菌释磷l聚磷细菌聚磷细菌在厌氧条件下将体内储藏的在厌氧条件下将体内储藏的多聚磷多聚磷酸盐酸盐分解，产生的磷酸盐进入液体中（放分解，产生的磷酸盐进入液体中（放磷），同时产生的能量磷），同时产生的能量ATP可供聚磷菌在厌可供聚磷菌在厌氧条件下生理活动之需，还可用于主动运输氧条件下生理活动之需，还可用于主动运输吸收产酸菌提供的三类基质进入菌体细胞内吸收产酸菌提供的三类基质进入菌体细

18、胞内合成合成聚聚-羟丁酸羟丁酸（PHB）。2）好氧聚磷好氧聚磷聚磷菌过剩摄磷聚磷菌过剩摄磷l聚磷菌在好氧条件下，分解体内的聚磷菌在好氧条件下，分解体内的聚聚-羟羟丁酸丁酸（PHB）和外源基质，产生质子驱动和外源基质，产生质子驱动力，将体外的磷酸盐输送到体内合成力，将体外的磷酸盐输送到体内合成ATP和核酸，将过剩的磷酸盐聚合成细胞贮存和核酸，将过剩的磷酸盐聚合成细胞贮存物：物：多聚磷酸盐多聚磷酸盐。好气厌气 ATPPPPP聚聚P聚聚P聚聚P聚聚P大部分大部分（P）去除去除PO43-部分回部分回流做种流做种线状多聚磷酸盐 OOOPPO-OOPO-OOOPO-OOPO-OO-ATP+合成合成分解分解

19、有机基质有机基质 厌氧区厌氧区 好氧区好氧区 P 聚磷菌聚磷菌聚磷菌聚磷菌O2 聚磷菌聚磷菌聚磷菌聚磷菌 产酸菌产酸菌 聚聚 P PHB PHB 聚聚 P 乙酸、葡萄糖、丁酸乙酸、葡萄糖、丁酸聚磷活性污泥聚磷活性污泥：产酸菌产酸菌和和聚磷菌聚磷菌的混合的混合体体l产酸菌产酸菌：发酵产酸菌发酵产酸菌l聚磷菌聚磷菌：包括不动杆菌包括不动杆菌-莫拉氏菌群、假莫拉氏菌群、假单胞菌属、气单胞菌属和黄杆菌属等单胞菌属、气单胞菌属和黄杆菌属等6060多多个属，此外，部分亚硝化菌也有聚磷能力。个属，此外，部分亚硝化菌也有聚磷能力。Acetobacter suboxydans弱氧化醋酸杆菌弱氧化醋酸杆菌Acin

20、etobacter calcoa ceticus乙酸钙不动杆菌乙酸钙不动杆菌A.lwoffi鲁氏不动杆菌鲁氏不动杆菌Aerobacter aerogenes(Klebsiella pneurnpniae)产气气杆菌产气气杆菌Azotobacter agilis敏捷固氮菌敏捷固氮菌A.vinelandii棕色固氮菌棕色固氮菌Bacillus subtilis枯草杆菌枯草杆菌Bacterium aerogenes产气杆菌产气杆菌B.cloacae阴沟杆菌阴沟杆菌B.friedlanderi佛比杆菌佛比杆菌表表1 能过量积累聚磷盐的微生物能过量积累聚磷盐的微生物Caulobucter vibroid

21、es弧形柄杆菌弧形柄杆菌Chlorobium thiosulfatophilum嗜硫代硫酸盐绿菌嗜硫代硫酸盐绿菌Chromatium着色菌属着色菌属Clostridum sp.梭菌属梭菌属Claviceps purpurea白喉棒杆菌白喉棒杆菌Corynebacterium diphteriae白喉棒杆菌白喉棒杆菌C.xerose干燥棒杆菌干燥棒杆菌Escherichia coli大肠杆菌大肠杆菌Hydrogenomonas sp.氢单胞菌氢单胞菌Micrococcus lysodeikticus溶壁微球菌溶壁微球菌表表2 能过量积累聚磷盐的微生物能过量积累聚磷盐的微生物Mycobacteri

22、um avium鸟分枝杆菌鸟分枝杆菌M.chelonei龟分枝杆菌龟分枝杆菌M.phlei草分枝杆菌草分枝杆菌M.smegmatis耻垢分枝杆菌耻垢分枝杆菌M.thamnopheos蛇分枝杆菌蛇分枝杆菌M.tuberculosis结核分枝杆菌结核分枝杆菌Nitrobacter sp.硝化杆菌属硝化杆菌属Nitrococcus denitrificans反硝化硝化球菌反硝化硝化球菌Nitrosococcus亚硝化球菌亚硝化球菌Nitrosomona europeae欧洲亚硝化单胞欧洲亚硝化单胞菌菌表表3 能过量积累聚磷盐的微生物能过量积累聚磷盐的微生物Nocardia诺卡氏菌属诺卡氏菌属Pseu

23、domonas vesicularis泡囊假单胞菌泡囊假单胞菌Rhodopseudomonas palustris沼泽红假单胞菌沼泽红假单胞菌Rhodospirillum rubrium深红红螺菌深红红螺菌Serratia marcescens粘质沙雷氏菌粘质沙雷氏菌Staphylococcus aureus金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌Streptococcus SL-1链球菌链球菌SL1Thiobacillus thioxvdans氧化硫硫杆菌氧化硫硫杆菌Zooglea ramigera分枝动胶菌分枝动胶菌表表4 能过量积累聚磷盐的微生物能过量积累聚磷盐的微生物 磷主要来自：人体排泄物以及合

24、成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。含磷化合物有机磷有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等无机磷磷酸盐：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-)污水中磷的来源和分类污水中磷的来源和分类常规活性污泥法的微生物同化和吸附；如何去除以达到排放标准？生物强化除磷；投加化学药剂除磷。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

25、化作用可去除磷12%20%。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%。生物强化除磷工艺如果还不能满足排放标准，就必须借助化学法除磷。（1）厌氧环境条件生物除磷影响因素：（2）有机物浓度及可利用性（3）污泥龄：污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量。（4）pH：与常规生物处理相同，生物除磷系统合适的pH为中性和微碱性，不合适时应调节。（5）温度：在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快；温度低时应适当延长厌氧区的停留时间或投加外源VFA。（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。(1)A/O法是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

26、系统。厌氧-好氧除磷工艺流程三、三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺生物除磷及生物脱氮除磷工艺1.A/O生物除磷工艺三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺2.A2/O工艺A2/O工艺基本流程3.改进的Bardenpho工艺4.SBR工艺SBR法（序批式活性污泥法），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。常规常规SBR工艺的一个完整操作周期有五个阶段工艺的一个完整操作周期有五个阶段:进水期、进水期、反应期、反应期、沉淀期、沉淀期、排水期排水期 和闲置期。和闲置期。第二节第二节 城市污水的三级处理城市污水的三级处理一、一

27、、活性碳吸附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三、三、化学氧化法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。氧化二级出水有机化合物所需的化学药剂量E1.1.作用微生物作用微生物l细菌（贫营养菌、硝化菌、亚硝化菌、细菌（贫营养菌、硝化菌、亚硝化菌、反硝化菌）反硝化菌）l真菌真菌l藻类藻类l原生动物原生动物l微型后生动物

28、等微型后生动物等2.2.微生物预处理工艺微生物预处理工艺 一般用生物膜法处理：一般用生物膜法处理：l生物滤池生物滤池l生物转盘生物转盘l生物接触氧化池生物接触氧化池l生物流化床生物流化床 与废水处理的区别与废水处理的区别：l反硝化过程存在碳源不足，因此要外加反硝化过程存在碳源不足，因此要外加碳源（甲醇或乙醇）碳源（甲醇或乙醇）水源水水源水沉砂区沉砂区粗格栅粗格栅进水闸进水闸细格栅细格栅生物接触生物接触氧化池氧化池出水闸出水闸沉淀池沉淀池出水进出水进入水库入水库皮带皮带输送机输送机栅渣栅渣栅渣栅渣栅渣外运栅渣外运鼓风机鼓风机空气空气淤泥淤泥沉淀池沉淀池污泥污泥淤泥沉淀池淤泥沉淀池泥沙泥沙深圳水库水源水生物预处理工艺（深圳水库水源水生物预处理工艺（400万万m3/d规模）规模）深圳水库水源水常规处理深圳水库水源水常规处理+深度处理工艺深度处理工艺水库水水库水前臭氧前臭氧接触氧化接触氧化混合混合絮凝絮凝沉淀沉淀石英砂石英砂过滤过滤提升泵提升泵后臭氧后臭氧接解氧化接解氧化生物活生物活性碳过滤性碳过滤出水出水至管网至管网PAC臭氧臭氧发生器发生器石灰石灰消毒消毒O3O3Cl2E