1、第五章第五章 城市污水的深度处理与回用城市污水的深度处理与回用 掌握悬浮物的去除以及溶解性有机物掌握悬浮物的去除以及溶解性有机物的去除的去除,以及溶解性有机物的去除和溶以及溶解性有机物的去除和溶解性无机盐类的去除解性无机盐类的去除.掌握污水消毒处掌握污水消毒处理理,熟练掌握脱氮技术和除磷技术，同熟练掌握脱氮技术和除磷技术，同步脱氮除磷技术。步脱氮除磷技术。n1、概述、概述n2、悬浮物的去除、悬浮物的去除n3、溶解性有机物的去除、溶解性有机物的去除n4、溶解性无机盐的去除、溶解性无机盐的去除n5、污水的消毒处理、污水的消毒处理n6、脱氮技术、脱氮技术n7、除磷技术、除磷技术n8、同步脱氮除磷技术
2、、同步脱氮除磷技术5.1 概述概述n二级处理出水还含有相当数量的污染物质：二级处理出水还含有相当数量的污染物质：BODBOD5 5：20-30mg/L;20-30mg/L;CODCOD：60-100mg/L;60-100mg/L;SSSS：20-30mg/L;20-30mg/L;NHNH3 3-N-N：15-25mg/L;15-25mg/L;P P：6-10mg/L;6-10mg/L;细菌；重金属。细菌；重金属。不能回用，排放水体易导致富营养化。不能回用，排放水体易导致富营养化。深度处理的对象和目标n去除水中残存的悬浮物：脱色、除臭，使水去除水中残存的悬浮物：脱色、除臭，使水得到澄清。得到澄清
3、。n进一步降低进一步降低BOD5、COD、TOC等指标，使等指标，使水进一步稳定。水进一步稳定。n脱氮除磷。脱氮除磷。n消毒杀菌，去除水中有毒有害物质。消毒杀菌，去除水中有毒有害物质。深度处理后用途：n排放有较高经济价值水体及缓流水体在内的排放有较高经济价值水体及缓流水体在内的任何水体，补充地面水体。任何水体，补充地面水体。n回用农田灌溉、市政杂用。回用农田灌溉、市政杂用。n居民小区中水回用于冲洗厕所。居民小区中水回用于冲洗厕所。n作为冷却水和工艺用水的补充用水，回用于作为冷却水和工艺用水的补充用水，回用于工业企业。工业企业。n用于防止地面下沉或海水入侵，回灌地下。用于防止地面下沉或海水入侵，
4、回灌地下。5.2 悬浮物的去除5.2.1 概述 二级处理后残留的悬浮物：数数mm-10mmm-10m的的生物絮凝体和未被凝聚的胶体颗粒。生物絮凝体和未被凝聚的胶体颗粒。处理方法处理方法：砂滤D1mD=几百几十m微滤D=1000几反渗透反渗透5.2.2 混凝沉淀n污水的深度处理常用的一项技术污水的深度处理常用的一项技术n去除对象：去除对象：污水中呈胶体和微小悬浮状态的有机污水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物；溶解性物质：砷、汞、氮、磷等。和无机污染物；溶解性物质：砷、汞、氮、磷等。n 处理过程：投加混凝剂，经过充分混合反省，使处理过程：投加混凝剂，经过充分混合反省，使污水中胶体和微小悬浮
5、颗粒物产生凝聚作用，成污水中胶体和微小悬浮颗粒物产生凝聚作用，成为颗粒较大，而且易于沉淀的絮凝体（颗粒粒径为颗粒较大，而且易于沉淀的絮凝体（颗粒粒径20mm），再通过沉淀去除。，再通过沉淀去除。混合反应沉淀混合反应沉淀 一、混凝过程涉及到三个方面的问题：一、混凝过程涉及到三个方面的问题：n水中胶体的性质水中胶体的性质n混凝剂在水中的水解与形态混凝剂在水中的水解与形态 n 胶体与混凝剂的相互作用胶体与混凝剂的相互作用（一）、胶体的稳定性（一）、胶体的稳定性 n动力学稳定性：布朗运动对抗重力。动力学稳定性：布朗运动对抗重力。n聚集稳定性：聚集稳定性：n胶体带电相斥（憎水性胶体）胶体带电相斥（憎水性
6、胶体）水化膜的阻碍（亲水性胶体）水化膜的阻碍（亲水性胶体）n两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。起关键作用。（二）、胶体的双电层结构（二）、胶体的双电层结构动电位动电位 电位：决电位：决定了胶体的聚集定了胶体的聚集稳定性稳定性一般粘土一般粘土 电位电位-15-40m细菌细菌 电位电位-30-70mV 反离子层：反离子层：紧密层（吸附层）、扩散层。紧密层（吸附层）、扩散层。电位离子层二、混凝机理二、混凝机理 n（一）压缩双电层 电解质加入电解质加入与反离子同电荷离子与反离子同电荷离子 压缩双电层压缩双电层 电位电位 稳定性稳定性 凝聚凝聚n但该
7、理论不能解释：但该理论不能解释：n1）混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；）混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；n 2）与胶粒带同样电荷的聚合物或高分子混）与胶粒带同样电荷的聚合物或高分子混凝效果好。凝效果好。n这些都与胶粒的吸附力有关，绝非只来源于这些都与胶粒的吸附力有关，绝非只来源于静电力，还来源于范得华力、氢键及共价键静电力，还来源于范得华力、氢键及共价键力（多出现在有聚合离子或高分子物质存在力（多出现在有聚合离子或高分子物质存在时）。时）。（二）吸附-电性中和 n这种现象在水处理中出现的较多。这种现象在水处理中出现的较多。n 指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离指胶核表面直接吸附带异号电荷
8、的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低子、高分子物质、胶粒等，来降低 电位。电位。这一点与第这一点与第1条机理不同。条机理不同。n 在铝盐混凝剂的过程中，水解的多核羟基在铝盐混凝剂的过程中，水解的多核羟基络合物主要起吸附电性中和作用。在水处理络合物主要起吸附电性中和作用。在水处理中由水合的中由水合的Al3+产生的单纯的压缩双电层作产生的单纯的压缩双电层作用甚微。用甚微。（三）吸附架桥 n指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥间的架桥n 高分子投量过少，不足以形成吸附架桥，高分子投量过少，不足以形成吸附架桥，但投加过多，会出现但投加过多，会出现“胶体保护
9、胶体保护”现象。现象。（四）网捕或卷扫 n金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕n 小胶粒与大矾花发生接触凝聚小胶粒与大矾花发生接触凝聚n 澄清池中发生的现象澄清池中发生的现象 5.2.3 过滤技术n在污水的深度处理中，最普遍采用的一项技术。n去除对象：残留的生物絮体污泥。二级处理水过滤处理的特点：n一般情况下，不需投加药剂。滤后水SS值可达10mg/L，COD去除率10%30%。（若去除胶体污染物需投加絮凝剂。）n反冲洗困难。需气水共同反冲洗，使生物絮凝体从滤料表面脱离。n所用滤料应适当加大粒径，加大单位体积滤料的截污量。5.3 溶解性有机物的去除n在生活污
10、水中，溶解性有机物的主要成分是：蛋白质、碳水化合物、阴离子表面活性剂。n 二级处理后的城市污水中：丹宁、木质素、黑腐酸等难降解的有机物。n 去除方法：活性炭吸附；臭氧氧化。5.3.1活性炭吸附n一、吸附原理n吸附可分为物理吸附和化学吸附。如果吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力(即范德华力)而产生吸附，称为物理吸附；如果吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸附，称为化学吸附。n 物理吸附和化学吸附并非不相容的，而且随着条件的变化可以相伴发生，但在一个系统中，可能某一种吸附是主要的。在污水处理中，多数情况下，往往是几种吸附的综合结果。n活性炭的比表面达8002000m2/g，具有
11、很高的吸附能力。n活性炭的吸附能力与孔隙的构造和分布情况有关。它的孔隙分为三类：小孔孔径在20 以下；过渡孔孔径为201000。大孔孔径为lO00 以上。活性炭的小孔比表面积占总比表面积的95以上，对吸附量影响最大；过渡孔不仅为吸附质提供扩散通道，而且当吸附质的分子直径较大时(如有机物质)，主要靠它们来完成吸附；大孔的比表面积所占比例很小，主要为吸附质扩散提供通道。二、活性炭的性质n在生产中应用的活性炭的种类很多。一般都制成粉末状或颗粒状。粉末状的活性炭吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难，一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵，但可再生后重复使用，并且使用时的劳动条件较好，操作管理方
12、便。因此在水处理中较多采用颗粒状活性炭。三、活性炭的再生n颗粒状活性炭在使用一段时间后，吸附了大量吸附质，逐步趋向饱和并丧失工作能力，此时应进行更换或再生。再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去，恢复它的吸附能力。四、活性炭的再生方法n(1)加热再生法 在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子。活性炭的再生一般用多段式再生炉。炉内供应微量氧气，使进行氧化反应而又不致使炭燃烧损失。n(2)化学再生法 通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来。例如，吸
13、附了苯酚的活性炭，可用氢氧化钠溶液浸泡，使形成酚钠盐而解吸。处理含铬废水时，用浓度为1020%的硫酸浸泡活性炭46h，使铬变成硫酸铬溶解出来；也可用氢氧化钠使六价铬转化成Na2Cr04溶解下来。在我国，目前活性炭的供应较紧张，再生的在我国，目前活性炭的供应较紧张，再生的设备较少，再生费用较贵，限制了活性炭的设备较少，再生费用较贵，限制了活性炭的广泛使用广泛使用。5.3.2 臭氧氧化处理n臭氧对二级处理水进行以回用为目的的处理，其主要任务是：n去除污水中残存的有机物；n脱除污水的着色；n杀菌消毒；早在早在19061906年法国尼斯第一次使用臭氧消毒饮年法国尼斯第一次使用臭氧消毒饮用水起用水起,臭
14、氧应用的数量和领域日益增多臭氧应用的数量和领域日益增多,臭臭氧可以用于地下水、地表水、生活工业废水氧可以用于地下水、地表水、生活工业废水的处理和净化的处理和净化,因为众所周知因为众所周知,臭氧是一种高臭氧是一种高效的氧化剂效的氧化剂.n考虑到投资和运行成本考虑到投资和运行成本,臭氧氧化仍然不是臭氧氧化仍然不是一种低廉的工艺一种低廉的工艺.但大量过去和最近的研究但大量过去和最近的研究表明表明,分子态臭氧是一种十分有效而且很有分子态臭氧是一种十分有效而且很有前途的消毒剂前途的消毒剂,效果优于氯、二氧化氯、氯效果优于氯、二氧化氯、氯胺和羟基自由基胺和羟基自由基.n臭氧较少用于氧化水中的无机物臭氧较少
15、用于氧化水中的无机物,主要用于氧主要用于氧化化NO2-和和CN-.1、能够被臭氧氧化的有机物有：蛋白质、氨、能够被臭氧氧化的有机物有：蛋白质、氨基酸、木质素、腐殖酸、链式不饱和化合物基酸、木质素、腐殖酸、链式不饱和化合物和氰化物等。此外，臭氧对和氰化物等。此外，臭氧对 CHO-、SH-、NH2-、OH-、NO-等官能团也有氧化作用。等官能团也有氧化作用。2、臭氧对有机物的氧化，难于达到形成、臭氧对有机物的氧化，难于达到形成CO2、和和H2O的完全无机化合阶段，只能进行部分的完全无机化合阶段，只能进行部分氧化，形成中间产物。氧化，形成中间产物。臭氧氧化二级处理后水中有机物，特征如下:3、形成的中
16、间产物主要有：甲醛、丙酮酸、形成的中间产物主要有：甲醛、丙酮酸、丙酮醛和乙酸。如果臭氧足够，氧化还会继丙酮醛和乙酸。如果臭氧足够，氧化还会继续进行下去，除乙酸外，其他物质都可能被续进行下去，除乙酸外，其他物质都可能被臭氧所分解。臭氧所分解。4、污水用臭氧进行处理，、污水用臭氧进行处理，BOD/COD比值随比值随反应时间延长而提高，说明污水的可生化性反应时间延长而提高，说明污水的可生化性得到改善。得到改善。5、pH值升高，值升高，COD去除率也显著提高。在高去除率也显著提高。在高pH值的条件下，臭氧自行分解进行非常显值的条件下，臭氧自行分解进行非常显著，在其分解过程中，生成很强的著，在其分解过程
17、中，生成很强的OH根，根，在在OH根的作用下，根的作用下，COD得到很高的去除率。得到很高的去除率。n臭氧对污水又很好的脱色功能，特别是能够臭氧对污水又很好的脱色功能，特别是能够有效地脱除由不饱和化合物着色的色度，这有效地脱除由不饱和化合物着色的色度，这是因为臭氧对不饱和化合物有较大的反应作是因为臭氧对不饱和化合物有较大的反应作用用。n用臭氧对二级处理水进行脱色处理，为了提用臭氧对二级处理水进行脱色处理，为了提高脱色效果，应考虑以砂滤作为前处理技术。高脱色效果，应考虑以砂滤作为前处理技术。5.4 溶解性无机盐类的去除n5.4.1 概述n二级处理技术对溶解性无机盐类是没有去除功能的。n城市污水中
18、含有的无机盐类，一般在500mg/L。n城市污水中的无机盐类主要来源于生活污水（粪便和洗涤剂）和工业废水。含无机盐水在回用中可能产生的问题：（1）对金属材料产生腐蚀作用。（）形成水垢。（）SO42-还原，产生硫化氢，放出臭气。（）灌溉用水中含有盐类物质，对土壤结构不利，影响农业生产。进行脱盐处理，必须充分考虑前处理和妥善处理浓缩废液。n当前，有效地用于二级处理水脱盐处理的技术，主要有反渗透、电渗析以及离子交换等。见第六章 膜处理法5.4.2 脱盐技术5.5 污水的消毒处理n5.5.1 消毒方法消毒方法n污水的消毒方法是投加消毒剂。污水的消毒方法是投加消毒剂。n消毒剂有液氯、臭氧、次氯酸钠、紫外
19、线等。消毒剂有液氯、臭氧、次氯酸钠、紫外线等。n液氯消毒的原理液氯消毒的原理：nCl2+H2O HOCl+HClnHOCl H+OCl-5.5.2 液氯消毒n生活污水，可参用下列数值：一级处理水排生活污水，可参用下列数值：一级处理水排放时，投氯量为放时，投氯量为2030mg/L；不完全二级；不完全二级处理水排放时，投氯量为处理水排放时，投氯量为1015mg/L；二；二级处理水排放时，投氯量为级处理水排放时，投氯量为510mg/L。5.5.3 臭氧消毒n臭氧由臭氧由3个氧原子组成，在常温常压下为无色个氧原子组成，在常温常压下为无色气体，有特臭。臭氧极不稳定，分解时产生气体，有特臭。臭氧极不稳定，
20、分解时产生初生态氧。初生态氧。nO3=O2+OnO具有极强的氧化能力，对病毒、芽孢有强具有极强的氧化能力，对病毒、芽孢有强大的杀伤力，还具有很强的渗入细胞壁的能大的杀伤力，还具有很强的渗入细胞壁的能力，破坏细菌有机体链状结构导致细菌的死力，破坏细菌有机体链状结构导致细菌的死亡。亡。5.5.4 次氯酸钠消毒n原理：NaOCl+H2O HOCl+NaOH5.5.5 紫外线消毒n原理：水银灯发出的紫外光，能穿透细胞壁并与细胞质原理：水银灯发出的紫外光，能穿透细胞壁并与细胞质反应而达到消毒的目的。反应而达到消毒的目的。n 处理水质光传播系数越高，紫外线消毒的效果也越好。处理水质光传播系数越高，紫外线消
21、毒的效果也越好。n方式：水面式、浸水式。方式：水面式、浸水式。n与液氯相比：与液氯相比：n优点：优点：1）消毒速度快，效率高。）消毒速度快，效率高。2）不影响水的物理性）不影响水的物理性质和化学成分；质和化学成分；3）操作简单，便于管理，易于实现自动）操作简单，便于管理，易于实现自动化。化。n缺点：缺点：1）不能解决消毒后在管网中再污染问题；）不能解决消毒后在管网中再污染问题；2）电）电耗较大；耗较大；3）水中悬浮杂质妨碍光线投射等。）水中悬浮杂质妨碍光线投射等。5.6 脱氮技术脱氮技术5.6.1 概述概述 氮污染的危害氮污染的危害1.富营养化富营养化N、P引起，藻类问题（滇池，太湖）；引起，
22、藻类问题（滇池，太湖）；2.提高制水成本提高制水成本污水消毒时，增加投氯量；污水消毒时，增加投氯量；3.污水回用填塞管道污水回用填塞管道NH3N可促进设备中微生物的繁殖；可促进设备中微生物的繁殖；4.农业灌溉农业灌溉TN不大于不大于1mg/l，否则对农作物有影响。，否则对农作物有影响。1.有机氮有机氮2.氨态氮（氨态氮（NH3N、NH4+N）3.NO2N、NO3N4.N2 氮的存在形式氮的存在形式 二级处理技术的局限性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
23、+n(x-5)CO2+n/2(y-4)H2O5.6.2 氮的吹脱处理氮的吹脱处理NH3+H2ONH4+OH-PH=7时，以时，以NH4+存在存在 PH=11时，时，90%NH3存在存在PH升高，去除升高，去除NH3上升上升 T上升，去除上升，去除NH3上升上升脱氮塔技术的特点：除氮的效果稳定；操作简便，容易控制；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）；使用二次污染（可回收）；使用CaO易结垢（改用易结垢（改用NaOH）水温下降时，效果差水温下降时，效果差 原理原理 脱氮塔脱氮塔1.PH值值PH升高到升高到10.5以上，去除率增加缓慢以上，去除率增加缓慢
24、2.水温水温水温升高，效率升高水温升高，效率升高3.布水状态布水状态滴状下落最好，膜状下落，效果大减滴状下落最好，膜状下落，效果大减4.布水负荷率布水负荷率填料填料6m高以上时，其值不超过高以上时，其值不超过 180m/m.d5.气液比气液比填料填料6m高以上时，高以上时，2200-2300以下为好。以下为好。脱氮塔工作影响因素与设计参数脱氮塔工作影响因素与设计参数5.6.3 生物脱氮原理生物脱氮原理活性污泥法的传统功能活性污泥法的传统功能去除水中溶解性有机物去除水中溶解性有机物N、P只满足生理要求即可，因此对二者去除率低，仅为只满足生理要求即可，因此对二者去除率低，仅为20-40%；5-20
25、%概述概述 污水生物处理中氮的转化过程污水生物处理中氮的转化过程1、氨化反应、氨化反应氨化氨化反应反应原理原理 RCHNH2COOH+O2 RCOOH+CO2+NH3氨化菌氨化菌氨化菌为异氧菌氨化菌为异氧菌 一般在氨化过程与微生物去除有机物同时进行，有机物去除结束时，一般在氨化过程与微生物去除有机物同时进行，有机物去除结束时，已经完成了氨化反应已经完成了氨化反应 2、硝化反应、硝化反应硝化硝化反应反应原理原理 总反应总反应NH4+1.5O2 NO2-+H2O+2H+-F（F=278.42kJ）NO2-+0.5O2 NO3-F（F=72.27kJ)亚硝酸菌亚硝酸菌硝酸菌硝酸菌NH4+2O2 NO
26、3+H2O+2H+-F（F=351kJ）硝化菌硝化菌硝化菌的特点硝化菌的特点 硝化菌硝化菌亚硝酸菌和硝酸菌的统称亚硝酸菌和硝酸菌的统称;硝化菌属于硝化菌属于化能自养菌，可生芽孢的短杆状细菌化能自养菌，可生芽孢的短杆状细菌.硝化硝化反应反应的控制指标的控制指标 硝化菌对环境条件的变化极为敏感硝化菌对环境条件的变化极为敏感，所以有以下指，所以有以下指标：标：溶解氧溶解氧：氧是电子受体，氧是电子受体，DO不能低于不能低于1.0mg/l 硝化需氧量（硝化需氧量（NOD）4.57g(氧氧)/g（N）碱度碱度：7.1g碱度（以碱度（以CaCO3计）计）/1g氨态氮（以氨态氮（以N计）计）,一般碱度一般碱度
27、 不低于不低于50mg/l PH：硝化菌对：硝化菌对PH变化敏感变化敏感,最佳值最佳值8.0-8.4,效率最高效率最高 温度温度：适应：适应20-30，15时硝化速度下降，低于时硝化速度下降，低于5完全停止完全停止 有机物有机物：BOD应低于应低于15-20mg/l 污泥龄（污泥龄（SRT）：微生物在反应器内的停留时间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，硝化菌最小的世代时间(c)Nmin有害物质：有害物质：对硝化反应抑制，某些重金属，高浓度对硝化反应抑制，某些重金属，高浓度NH4+N，高浓度高浓度NOxN，有毒有机物、络合物阳，有毒有机物、络合物阳离子。离子
28、。3、反硝化反应、反硝化反应2HNO22HNO2HNO32NH2OH2NH3NON2+4H+2H-2H2O+2H-2H2O-H2O+4H+4H-2H2O-2H2O反硝化反硝化反应反应：指：指NO3N和和NO2N在反硝化菌的作用下，还原在反硝化菌的作用下，还原 成气态成气态N2的过程。的过程。NO3-NO2-NH2OH有机体有机体(同化反硝化同化反硝化)NO2-N2ON2(异化反硝化异化反硝化)同化同化反硝化反硝化上式的简化式上式的简化式异化异化反硝化反硝化硝化、反硝化反应中氮的转化n表1 硝化过程中氮的转化 n表2 反硝化反应中氮的转化 氮的氧化还原态氨离子NH4+羟胺NH2OH0+硝酰基NO
29、H+亚硝酸根NO2+硝酸根NO3氮氮的的氧氧化化还还原原态态 氨离子NH4+羟胺NH2OH0 N2+硝酰基NOH+亚硝酸根NO2+硝酸根NO3 反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌；反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌；以以NO3N为电子受体，以有机碳为电子供体，合成的细胞物质较少为电子受体，以有机碳为电子供体，合成的细胞物质较少。污水中的碳源污水中的碳源：BOD5/TN3-5时，勿需外加碳源时，勿需外加碳源 PH：主要的影响因素，适当的值为（主要的影响因素，适当的值为（6.5-7.5），），PH8，或，或PH6，反硝化速率下降。，反硝化速率下降。溶解氧溶解氧：0.5mg/l以下，厌氧、好氧交替的环境，如存在
30、氧，会抑制以下，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成；硝酸氮的还原，但另一方面，某些酶系统还需有氧才能成；温度温度：最适宜的温度是：最适宜的温度是20-40，低于，低于15时代谢速率下降；时代谢速率下降；冬季低温季节冬季低温季节：降低负荷率，提高污水的：降低负荷率，提高污水的HRT。反硝化菌反硝化菌 反硝化反应的控制指标反硝化反应的控制指标 生化反应生化反应类型类型去除有机物去除有机物（好氧分解）（好氧分解）硝化硝化反硝化反硝化亚硝化亚
31、硝化硝化硝化微生物微生物好氧菌和兼性菌好氧菌和兼性菌（异养型细菌）（异养型细菌）自养型细菌自养型细菌 自养型细菌兼自养型细菌兼性菌性菌异养型细菌异养型细菌能源能源有机物有机物化学能化学能化学能化学能有机物有机物氧源氧源O2O2O2NO3-NO2-溶解氧溶解氧12mg/l以上以上2mg/l以上以上2mg/l以上以上00.5mg/l碱度碱度没有变化没有变化氧化氧化1mg NH4+-N需要需要7.14mg碱度碱度没有变化没有变化还原还原1mgNO3-N,N02-N生成生成3.57g碱度碱度氧的消氧的消耗耗分解分解1mg有机物有机物(BOD5)需氧需氧2mg氧化氧化1mg NH4+-N需氧需氧3.43
32、mg氧化氧化1mgNO2-N 需氧需氧1.14mg分解分解1mg有机物有机物(COD)需要需要NO3-N 0.35mg,N02-N0.58mg，以提供化合态的氧以提供化合态的氧最适最适pH6878.567.568最适温最适温度度1525=1.01.04 30=1.130 =1.13437 =1.061.15增殖速度增殖速度1.23.50.211.080.281.44好氧分解的好氧分解的 1/2 1/2.5分解速分解速度度70870mg BOD/(gMLSSh)7mg NH4+-N/(gMLSSh)0.0228mgNO3-N/(gMLSSh)产率产率16%CH3OH/gC5H702N0.040.
33、13 mg SS/mg NH4+-N能量转换率为能量转换率为5%35%0.020.07 mg VSS/mg N02-N能量转换率能量转换率10%30%16%CH3OH/gC5H7O2N8上表为生物脱氮反应过程各项生化反应特征上表为生物脱氮反应过程各项生化反应特征4、同化作用、同化作用 污水生物处理过程中，一部分氮被同化为微生物细胞污水生物处理过程中，一部分氮被同化为微生物细胞的组分，按细胞干重计算，微生物细胞中氮的含量约为的组分，按细胞干重计算，微生物细胞中氮的含量约为12.5，虽然内源呼吸和溶菌作用会使一部分细胞中的，虽然内源呼吸和溶菌作用会使一部分细胞中的氮又以有机氮和氨氮的形式回到污水中
34、，但仍存在于微氮又以有机氮和氨氮的形式回到污水中，但仍存在于微生物细胞及内源呼吸残留物中的氮可以在二次沉淀池中生物细胞及内源呼吸残留物中的氮可以在二次沉淀池中以剩余活性污泥的形式得以去除。以剩余活性污泥的形式得以去除。5.6.4 生物脱氮工艺生物脱氮工艺1.活性污泥传统脱氮工艺活性污泥传统脱氮工艺（1）流程说明）流程说明“一级一级”曝气池：去除曝气池：去除 COD、BOD，BOD600%3）A/0系统的除氮与回流关系系统的除氮与回流关系补充：生物脱氮需氧量计算生物脱氮需氧量计算一、计算思路：三分法(1)碳化需氧量 碳化需氧量=以BOD5计的有机物去除量的需氧量-排除剩余污泥的需氧量(2)硝化需
35、氧量:硝化需氧量=去除NH3N所需氧量-细胞合成消耗的NH3N所需氧量-反硝化末耗氧量(3)污泥内源呼吸消耗的氧量 污泥需氧量=污泥内源呼吸消耗的氧量 较全面的概括了曝气池需氧量,是较合理的一种方法。室外排水设计规范：生物反应池中好氧区的污水需氧量，根据去除的五日生化需氧量、氨氮的硝化和除氮等要求，宜按下列公式计算：O2=0.001aQ(SoSe)cXV+b0.001Q(NkNke)0.12XV0.62b0.001Q(NtNkeNoe)0.12XV 式中：O O2 2污水需氧量（污水需氧量（kgO2/dkgO2/d）；）；nQ Q生物反应池的进水流量（生物反应池的进水流量（m3/dm3/d）；
36、）；nS So o生物反应池进水五日生化需氧量浓度（生物反应池进水五日生化需氧量浓度（mg/Lmg/L）；）；nS Se e生物反应池出水五日生化需氧量浓度（生物反应池出水五日生化需氧量浓度（mg/Lmg/L）；）；nX XV V排出生物反应池系统的微生物量；（排出生物反应池系统的微生物量；（kg/dkg/d）；）；nN Nk k生物反应池进水总凯氏氮浓度（生物反应池进水总凯氏氮浓度（mg/Lmg/L）；）；nN Nkeke生物反应池出水总凯氏氮浓度（生物反应池出水总凯氏氮浓度（mg/Lmg/L）；）；nN Nt t生物反应池进水总氮浓度（生物反应池进水总氮浓度（mg/Lmg/L）；）；nN
37、Noeoe生物反应池出水硝态氮浓度（生物反应池出水硝态氮浓度（mg/Lmg/L）；）；n0.120.12X XV V排出生物反应池系统的微生物中含氮量（排出生物反应池系统的微生物中含氮量（kg/dkg/d）；）；na a碳的氧当量，当含碳物质以碳的氧当量，当含碳物质以BODBOD5 5计时，取计时，取1.471.47；nb b常数，氧化每公斤氨氮所需氧量（常数，氧化每公斤氨氮所需氧量（kgO2/kgNkgO2/kgN），取），取4.574.57；nc c常数，细菌细胞的氧当量，取常数，细菌细胞的氧当量，取1.421.42。去除含碳污染物时，去除每公斤五日生化需氧量可采用去除含碳污染物时，去除每
38、公斤五日生化需氧量可采用0.70.71.2kgO21.2kgO2。5.7 除磷技术除磷技术5.7.1 概述概述 富营养化的限制因素富营养化的限制因素2.P0.5mg/l，促进富营养化；，促进富营养化；磷的存在形式磷的存在形式 1.生活污水中的含磷量：生活污水中的含磷量：10-15mg/l，70%为可溶性；为可溶性；经过二级处理进水中，经过二级处理进水中，90%左右的磷以磷酸盐存在。左右的磷以磷酸盐存在。2.污水中的磷不同于氮，不能形成氧化体和还原体，但有固态和溶污水中的磷不同于氮，不能形成氧化体和还原体，但有固态和溶 解态转化的特点。解态转化的特点。1.化学除磷法：混凝沉淀和晶析法除磷化学除磷
39、法：混凝沉淀和晶析法除磷2.生物除磷法：设想于生物除磷法：设想于1955年提出的，年提出的，60年代人们对上述方法年代人们对上述方法 广泛应用。广泛应用。污水处理中磷的情况污水处理中磷的情况 污水处理中磷的去除方法污水处理中磷的去除方法5.7.2 混凝沉淀除磷技术混凝沉淀除磷技术 石灰混凝除磷石灰混凝除磷 pH值，如值，如P9.5；原污水；原污水 PH11 磷的形式磷的形式正磷酸盐（正磷酸盐（PO4）聚磷酸盐聚磷酸盐:去除难易程度去除难易程度 焦磷酸盐焦磷酸盐(P2O74-)三磷酸盐三磷酸盐(P3O105-)偏磷酸盐偏磷酸盐(PO3-)原水中原水中Ca2+的浓度的浓度5Ca2+4OH-+3HP
40、O42-Ca5(OH)(PO4)3+3H2O PH升高，升高，P的含量下降，（对数降低的趋势的含量下降，（对数降低的趋势)1.石灰与磷的反应石灰与磷的反应2.除磷效果影响因素除磷效果影响因素羟磷石灰羟磷石灰 聚氯化铝（聚氯化铝（PAC），与），与Al2(SO4)3反应相同，但反应相同，但pH值不下降；值不下降；铝酸钠（铝酸钠（NaAlO2）在反应过程中放出）在反应过程中放出OH-，pH值是上升的。值是上升的。使用使用Al盐注意事项盐注意事项:注意注意PH值，介于值，介于5-7之间无影响，无需调整之间无影响，无需调整 PH降低，应注意排放水对降低，应注意排放水对PH的要求的要求 沉淀污泥回流，污
41、泥中有沉淀污泥回流，污泥中有Al(OH)3，能提高对磷的去除率，能提高对磷的去除率 Al3+PO43-（正磷酸离子）（正磷酸离子）AlPO4（难溶（难溶,PH值上升，溶解度上升）值上升，溶解度上升）Al2(SO4)3+2PO43-2AlPO4+3SO42-Al2(SO4)3+6HCO3-2Al(OH)3+6CO2+3SO42-金属盐混凝沉淀金属盐混凝沉淀1.铝盐除磷铝盐除磷 霍米尔（霍米尔（Holmers）提出活性污泥的化学式）提出活性污泥的化学式 C118H170O51N17P 或或C：N：P=46：8：1.好氧吸收（聚磷菌对磷的过量吸收）好氧吸收（聚磷菌对磷的过量吸收）ADP+H3PO4+
42、能量能量 ATP+H2O 2.厌氧释放厌氧释放:厌氧条件下（厌氧条件下（DO=0，NO3-=0），），ATP+H2O ADP+H3PO4+能量能量5.7.3 生物除磷原理生物除磷原理 生物除磷生物除磷 利用聚磷菌一类的微生物，能够过量的，在数量上超过其生理需利用聚磷菌一类的微生物，能够过量的，在数量上超过其生理需 要，从外部摄取磷，并将磷以聚合形式贮藏在菌体内，形成高磷污要，从外部摄取磷，并将磷以聚合形式贮藏在菌体内，形成高磷污 泥，排出系统外，达到从废水中除磷的效果。泥，排出系统外，达到从废水中除磷的效果。生物除磷机理生物除磷机理 1.甲单胞菌属、气单胞菌属：起主要作用，甲单胞菌属、气单胞菌
43、属：起主要作用，15%-20%；2.不动杆菌属：储存聚磷的能力最强；不动杆菌属：储存聚磷的能力最强；3.某些反硝化菌：也能超量吸收磷；某些反硝化菌：也能超量吸收磷；4.发酵产酸菌：将大分子物质降解为低分子脂肪酸类基质；发酵产酸菌：将大分子物质降解为低分子脂肪酸类基质；1.溶解氧溶解氧：厌氧段控制在：厌氧段控制在0.2mg/l以下，好氧段控制在以下，好氧段控制在2mg/l左右；左右；2.厌氧区硝态氮厌氧区硝态氮3.温度温度：其影响不如生物脱氮过程明显，：其影响不如生物脱氮过程明显，530的范围内效果均可；的范围内效果均可；4.pH值值：6-8范围内比较稳定；范围内比较稳定；5.BOD负荷和有机物
44、性质负荷和有机物性质：BOD/TP要大于要大于15，才能保证聚磷菌有足，才能保证聚磷菌有足 够的基质需求；够的基质需求；6.污泥龄污泥龄：一般控制在：一般控制在3.57天，厌氧段的停留时间不宜过长。天，厌氧段的停留时间不宜过长。主要菌种聚磷菌主要菌种聚磷菌 生物除磷的影响因素生物除磷的影响因素1.工艺过程工艺过程1.弗斯特利普工艺弗斯特利普工艺5.7.4 生物除磷工艺流程生物除磷工艺流程2.弗斯特利普除弗斯特利普除P工艺的特点工艺的特点 出水含磷量低于出水含磷量低于1mg/l；SVI值小于值小于100，丝状菌难于增值，污泥不膨胀；，丝状菌难于增值，污泥不膨胀；可根据可根据BOD/P调节回流污泥
45、与混凝污泥的比例。调节回流污泥与混凝污泥的比例。含磷废水进入曝气池同步进入的还有聚磷菌污泥，聚磷菌过量地摄含磷废水进入曝气池同步进入的还有聚磷菌污泥，聚磷菌过量地摄取磷，去除有机物，还能出现硝化作用；取磷，去除有机物，还能出现硝化作用；从曝气池流出的混合液，进入沉淀池，在这里进行泥水分离，含磷从曝气池流出的混合液，进入沉淀池，在这里进行泥水分离，含磷污泥沉淀，上清液排放；污泥沉淀，上清液排放；含磷污泥进入除磷池含磷污泥进入除磷池含磷上清液进入混合池，投加石灰，化学除磷；含磷上清液进入混合池，投加石灰，化学除磷；（厌氧）（厌氧）（好氧）（好氧）回流污泥（含磷污泥）回流污泥（含磷污泥）1.厌氧厌氧
46、-好氧除磷工艺流程（好氧除磷工艺流程（n法）法）2.厌氧厌氧好氧除磷工艺好氧除磷工艺（释放磷）（释放磷）曝气池曝气池（BOD去除去除吸收磷）吸收磷）原污水原污水处理水处理水沉淀池沉淀池含磷污泥含磷污泥用作肥料用作肥料剩余剩余污泥污泥2.工艺特征工艺特征：流程简单，既不用投药，也无需内循环流程简单，既不用投药，也无需内循环,有利于好氧（厌氧）状态的有利于好氧（厌氧）状态的保持保持HRT段，段，3-6h 曝气池曝气池SS浓度浓度2700-3000mg/l之间，之间，BOD与一般活性污泥法相同，与一般活性污泥法相同，磷的去除率较好，磷的去除率较好，P90%,除磷率除磷率90%工艺功能：工艺功能：工艺
47、流程：工艺流程：2.AAO法同步脱氮除磷工艺法同步脱氮除磷工艺厌氧反应池厌氧反应池缺氧反应池缺氧反应池原污水原污水（释放磷氨化）（释放磷氨化）沉淀池沉淀池（脱氮）（脱氮）回流污泥（含磷污泥）回流污泥（含磷污泥）好氧反应池好氧反应池（硝化吸收磷（硝化吸收磷 去除去除BOD）处理水处理水内循环内循环2Q N2反应器单元功能反应器单元功能：厌氧反应池：释放磷厌氧反应池：释放磷+氨化（有机氮）氨化（有机氮）缺氧反应器：脱氮缺氧反应器：脱氮 好氧反应器：去除好氧反应器：去除BOD，硝化，吸收磷，硝化，吸收磷工艺特点工艺特点 除磷效果很难提高除磷效果很难提高 脱氮效果难于进一步提高，内循环量脱氮效果难于进
48、一步提高，内循环量2Q为限，不宜太高为限，不宜太高 进入沉淀池的处理水要保持一定的溶解氧进入沉淀池的处理水要保持一定的溶解氧 最简单的同步脱氮除磷技术最简单的同步脱氮除磷技术 总的总的HRT很短很短 丝状菌不能大量繁殖（好氧，厌氧交替运行），无污泥膨胀丝状菌不能大量繁殖（好氧，厌氧交替运行），无污泥膨胀,SVI100 污泥中含磷浓度高，肥效高污泥中含磷浓度高，肥效高 勿需投药，两个勿需投药，两个A段只用轻搅拌，段只用轻搅拌，运行费用低运行费用低缺点缺点5.9城市水资源的合理开发与利用n5.9.1 世界与我国水资源现状n地球蕴水总量约地球蕴水总量约10101010亿亿m m3 3，地球表面约有地
49、球表面约有70%70%以上被水覆盖，所以，地球素有以上被水覆盖，所以，地球素有水水的行星的行星之称。之称。n其中淡水仅占3%，可供人类利用的淡水不到地球总水量的1%。我国水资源概况我国水资源概况相对贫乏相对贫乏地球上的淡水总量仅为地球上的淡水总量仅为3500多万多万KM3，且分布不均。我国人均水资源占有量只且分布不均。我国人均水资源占有量只有有2500m3,约为世界人均水量的约为世界人均水量的1/4,在世在世界排第界排第110位。位。分布不均分布不均我国大部分地区的降水，因受太平洋的东我国大部分地区的降水，因受太平洋的东南季风影响而形成季节性雨水。所以，在南季风影响而形成季节性雨水。所以，在地
50、理上出现东南多雨，西北干旱的地理性地理上出现东南多雨，西北干旱的地理性差异，致使差异，致使90%的地面径流和的地面径流和70%的地下的地下径流分布在面积不到全国径流分布在面积不到全国50%的南方。的南方。n据建设部统计，我国淡水资源匮乏城市有124个。n南水北调；辽宁大伙房输水工程（东水西调）n南水北调总体规划推荐东线、中线和西线三条调水线路。通过三条调水线路与长江、黄河、淮河和海河四大江河的联系，构成以“四横三纵”为主体的总体布局，以利于实现我国水资源南北调配、东西互济的合理配置格局。n中线工程：从加坝扩容后的丹江口水库陶岔渠首闸引水，沿唐白河流域西侧过长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口后，
