5、城镇污水处理厂一级A达标难点分析与工艺路线-郑兴灿

郑兴灿总工程师，工学博士中国市政工程华北设计研究总院国家城市给水排水工程技术研究中心城镇污水处理厂一级A达标难点分析与工艺路线城镇污水处理技术培训2013年11月21日，无锡2中国市政工程华北设计研究总院讲座内容城镇污水处理的背景分析城镇污水水质水量变化特征及影响活性污泥法的工艺构成及控制要素污水生物脱氮系统及主要影响因素城镇污水处理厂一级A达标工艺流程城镇污水处理工艺技术路线选择要点1.城镇污水处理的背景分析4中国市政工程华北设计研究总院COD、BOD5、SS、氮、磷等污染物去除和达标排放达标出水原水污水给水处理污水处理自然水体水的使用污水处理的功能与定位城镇污水处理系统的构成与定位再生水5中国市政工程华北设计研究总院城镇雨污水处理与再生利用系统污水处理与再生利用雨水减量与处理、利用6中国市政工程华北设计研究总院城镇用水过程及其水质变化时间空间变化水质变化复原净化水/新水再生水处理出水污水达标水源饮用水微污染水优质水源非饮用水7中国市政工程华北设计研究总院城镇污水中的主要污染物有机物天然合成：碳水化合物、蛋白质、脂类等人工合成：染料、药物、农药、杀虫剂、聚合物其他化学品→难降解有机物→持久性有机物无机物氮、磷、硫化物、重金属、其他无机盐病原体细菌、病毒、真菌、原生动物、其他干扰物药物与非药物来源激素及激素类似物（内分泌干扰物）8中国市政工程华北设计研究总院城镇污水处理的历史背景城镇化发展→人口不断集中生活污水排放量增加直接污染河道与水体环境传染性疾病蔓延，霍乱、伤寒多次大规模爆发需求:兴建排水管网与污水净化处理→卫生工程工业化革命→尤其化学工业飞速发展出现了水俣病、骨痛病等新型疾病各种生态灾难,引起人们恐慌与关注城镇和工业污水处理成为一个专门的行业城镇水污染控制与水环境保护单一功能目标→综合功能目标癌症村9中国市政工程华北设计研究总院城镇污水导致的主要污染类型病原体传播饮用水、人体摄入和体表接触急慢性中毒化学物质，生物富集，硫化氢气体环境与生态变化厌氧环境、感观、味道、生物群体影响水质富营养化藻类异常增值及其有害影响生殖与生态风险持久性物质、消毒副产物、内分泌干扰物10中国市政工程华北设计研究总院城镇污水处理的主要目标水质目标水源的保护（基本要求）水环境质量（整体功能）再生水利用（直接体现）生态环境目标居住环境保护城市环境保护生态环境保护11中国市政工程华北设计研究总院城镇污水处理厂出水排放标准标准变化CODBOD5SSNH3-NTPTNGBJ4-7310060500GB8978-881203030GB8978-1996二级1203030151.0一级602020150.5GB18918-2002一级B6020208(15)1.020一级A5010105(8)0.515未来?203310.2512中国市政工程华北设计研究总院水质标准的演变二级标准:有机物的控制→二级生物处理一级B:有机物/氮磷控制→二级强化处理一级A:再生水基本要求→二级强化＋三级处理更高的排放要求再生水的生产与综合利用接纳水体缺乏水环境容量促进水环境质量明显改善城镇污水处理与再生利用的技术发展膜过滤与反渗透高标准除磷脱氮化学氧化与脱色2.城镇污水水质水量变化特征及影响14中国市政工程华北设计研究总院城镇污水的来源及其影响因素15中国市政工程华北设计研究总院城镇污水的来源与主要污染物地表废弃物地表悬浮物垃圾渗滤液生活污水COD、氮、磷日用化学品与药物地表降水径流有机物、无机物工业废水COD、氮、磷有毒有害及微量污染物地下水入渗溶解氧硝态氮16中国市政工程华北设计研究总院城镇污水的来源及其控制模式城市污水城市地表径流有机与无机物COD、氮、磷工业有毒有害物质COD、氮、磷日用化学品地表径流悬浮物无机固体与其他畜禽与水产COD与氨氮农田肥料氮磷与COD氮、硫氧化物大气降尘天然矿物生物固氮17中国市政工程华北设计研究总院城镇污水的来源及其控制模式地表废弃物生活污水地表降水（雨水）工业废水城镇污水预处理雨污分流达标处理集中处理达标排放分散处理垃圾管理节水/源分离雨水处理18中国市政工程华北设计研究总院城镇污水处理厂运行性能的影响因素城镇污水的水质水量变化特点城镇污水水质水量→时空变化地域、位置和时间差异城镇污水的碳氮比→普遍偏低污水管网与工业废水影响进水无机悬浮固体→普遍偏高排水体制与地表径流污染低水温与工业废水→重要因素地域、自然环境与监督管理漂浮物泥沙（土、尘）无机悬浮固体纺织面料与洗涤垃圾收集及渗滤液有毒与难降解物质19中国市政工程华北设计研究总院某大型污水处理厂进水量波动情况050000100000150000200000250000300000350000123456789101112月份进水量（m3/d）2005年5月15日02000400060008000100001200014000160009:0011:0013:0015:0017:0019:0021:0023:001:003:005:007:00进水量（m3/h）20中国市政工程华北设计研究总院全国城镇污水处理厂进水COD浓度分布0204060801000100200300400500600700800900100011001200进水COD浓度（mg/L）占处理厂总数百分比（％）0204060801000100200300400500600700800900100011001200进水COD浓度（mg/L）占处理厂总数百分比（％）21中国市政工程华北设计研究总院全国城镇污水处理厂进水BOD5/COD比值01020304050607080901000.10.150.20.250.30.350.40.450.50.550.60.650.70.750.8进水BOD5/COD比值占污水处理厂总数百分比（％）22中国市政工程华北设计研究总院太湖流域污水处理厂进水水质差异010020030040050060070080013579111315171921232527293133353739城镇污水处理厂（按规模大小排序）进水COD和BOD浓度（mg/L）010020030040050060070080013579111315171921232527293133353739城镇污水处理厂（按规模大小排序）进水COD和BOD浓度（mg/L）23中国市政工程华北设计研究总院太湖流域污水处理厂进水水质差异010203040506013579111315171921232527293133353739城镇污水处理厂（按规模大小排序）进水TN和NH3-N浓度（mg/L）24中国市政工程华北设计研究总院某污水处理厂进水水质24h波动情况010020030040050060010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:000:002:004:006:008:0010:00时间进水COD浓度（mg/L）滤前滤后悬浮25中国市政工程华北设计研究总院某污水处理厂进水水质24h波动情况010203040506010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:000:002:004:006:008:0010:00时间进水TN与NH3-N浓度（mg/L）滤前滤后悬浮NH3-N26中国市政工程华北设计研究总院某污水处理厂进水水质24h波动情况56789101110:0012:0014:0016:0018:0020:0022:000:002:004:006:008:0010:00时间进水COD/TN比值COD/TN27中国市政工程华北设计研究总院全国城镇污水处理---进水出水COD进水出水去除率28中国市政工程华北设计研究总院全国城镇污水处理---进水出水BOD5进水出水去除率29中国市政工程华北设计研究总院全国城镇污水处理---进水出水SS进水出水去除率30中国市政工程华北设计研究总院全国城镇污水处理---进水出水NH3-N进水出水去除率冬季冬季冬季31中国市政工程华北设计研究总院全国城镇污水处理---进水出水TN进水出水去除率冬季冬季冬季32中国市政工程华北设计研究总院全国城镇污水处理---进水出水TP进水出水去除率33中国市政工程华北设计研究总院全国城镇污水处理---各省区处理量分省区浙江广东山东2010-093.活性污泥法的工艺构成及控制要素35中国市政工程华北设计研究总院污水中COD的划分城镇污水中有机物的特性及COD划分符号有机物的划分溶解性快速生物降解有机物SF快速（可发酵）生物降解基质SSSA挥发性脂肪酸/发酵产物（乙酸）SI溶解性不可生物降解（惰性）有机物XI颗粒性不可生物降解（惰性）有机物慢速生物降解有机物（颗粒性）XS慢速生物降解有机物XSXH异养生物量TCOD总COD36中国市政工程华北设计研究总院污水生物处理过程有机物的去向可快速生物降解有机物可慢速生物降解有机物活性微生物XB,HYH污泥惰性有机物累积内源呼吸残留物XE能源消耗CO2,H2O,N2溶解性无机物Kd颗粒性不可生物降解有机物组分悬浮物无机组分污泥悬浮性无机物溶解性不可生物降解有机物组分出水COD主要组分悬浮固体与有机物去向37中国市政工程华北设计研究总院活性污泥法基本原理与构成活性污泥观测产量XT＝XH+XA+XS+XE+XIV+XIPXH----活性异养菌XA----活性自养菌XS-----慢速生物降解有机物XE-----微生物内源衰减产生的惰性物质XIV----进水颗粒性不可生物降解有机物累积XIP----进水颗粒性无机物的累积38中国市政工程华北设计研究总院活性污泥法主要微生物类群细菌大量存在于生物滤池与活性污泥系统中活性污泥中的量相对大一些主要任务是传输与降解溶解性有机物质进而通过胞外酶降解悬浮性有机物活性污泥中的细菌含量为1010～1012个/L真菌与细菌争夺食物，通常是细菌取胜可以发现更多的细菌而不是真菌若处理厂的pH低，将对真菌有利生物滤池内真菌通常多于活性污泥系统39中国市政工程华北设计研究总院活性污泥法主要微生物类群藻类存在于生物滤池表面、藻类塘与精处理塘原生动物活性污泥中，数量变化很大，取决于运行负荷低负荷活性污泥处理系统中有许多原生动物原生动物捕食细菌、真菌、藻及悬浮性有机物在污水的二次沉淀中起着重要的作用后生动物较高级动物，分布方式与原生动物一样，即出现在生物滤池和低负荷的活性污泥系统中，有很多种类，如轮虫、甲壳纲动物、动物及昆虫40中国市政工程华北设计研究总院活性污泥法主要微生物类群活性污泥系统中的选择电子受体基质沉淀或絮凝特性生长速率温度游离生物41中国市政工程华北设计研究总院活性污泥法主要微生物类群异养菌利用有机物质作为营养和能源的细菌化能有机营养菌通过复杂有机物的分解代谢获得能源和生物合成所需的中间体自养菌利用二氧化碳或碳酸盐作为唯一碳源化能自养菌：二氧化碳；氨氮，硫化氢无机化能营养菌：硝化菌光能自养菌：藻青菌（蓝绿藻）；二氧化碳；光42中国市政工程华北设计研究总院异养菌－按反硝化能力划分反硝化菌+非反硝化菌反硝化菌（兼性厌氧菌）好氧：利用快速生物降解有机物进行增殖缺氧：利用快速生物降解有机物进行增殖厌氧：有机物水解作用，不能增殖非反硝化菌（好氧菌）好氧：利用快速生物降解有机物进行增殖缺氧：有机物水解作用，不能增殖厌氧：有机物水解作用，不能增殖43中国市政工程华北设计研究总院异养菌－按生物除磷能力划分聚磷菌＋非聚磷菌聚磷菌好氧：利用存储的快速降解有机物进行增殖缺氧：利用存储的快速降解有机物进行增殖？反硝化除磷菌厌氧：吸收并存储快速降解有机物，不增殖非聚磷菌好氧：利用快速生物降解有机物进行增殖缺氧：利用快速生物降解有机物进行增殖？反硝化菌厌氧：有机物水解作用，不增殖44中国市政工程华北设计研究总院污水处理工艺实施方案构成生物处理系统的泥龄与负荷除磷（常规负荷）：3~6d除磷？+氨氮硝化：7~10d除磷？+硝化/反硝化：10~20d除磷+硝化/反硝化：15~25d（TN）生物氧化过程的主要特征有机物脱氢反应NAD++2H++2e→NADH+H+能量转移：