污水的深度处理与回用

第七章污水的深度处理与回用第一节概述一、污水处理的级别预处理（物理法）：Preliminarytreatment，去除粗大悬浮物；一级处理（物理法）：Primarytreatment，去除悬浮物；二级处理（生物法）：Secondarytreatment，去除胶体和溶解性有机物；三级或深度处理（物化或生化）：Tertiaryoradvancedtreatment，去除氮磷营养物和有机物，深度处理一般以污水回收、再用为目的。二、污水二级处理的不足在一般情况下，城市污水经二级处理后还含有相当数量的污染物，如BOD520～30mg/L；CODCr60～100mg/L；SS20～30mg/L；NH3-N15~25mg/L；P6～10mg/L，此外还含有致病细菌、病毒和重金属等有害物质。含有以上污染物的处理水，如排放至河流、湖泊、水库等水体回导致水体的富营养化。而且在淡水缺乏地区，这种处理排放的方式是对水资源的极大浪费。三、污水深度处理的目标1)去除水中残存的悬浮物(包括活性污泥颗粒)；脱色、除臭，使水得到进一步澄清；2)进一步降低BOD5、CODCr、TOC等指标，使水进一步稳定；3)脱氮、除磷，消除能导致水体富营养化的因素；4)消毒去菌，去除水中有毒有害物质；四、经过深度处理后的水的应用1)排放包括具有较高经济价值水体及缓流水体在内的任何水体，补充地面水源。2)回用于农田灌溉、市政杂用，如灌溉城市绿地、冲洗街道、车辆、景观用水等。3)居民小区中水回用于冲洗厕所；4)作为冷却水和工艺水的补充用水，回用于工业企业；5)用于防止地面下沉或海水入侵，回灌地下。第二节生物脱氮技术一、生物脱氮原理1氨化反应以氨基酸为例，RCHNH2COOH＋O2→RCOOH＋CO2＋NH32硝化反应第一步由亚硝酸菌将氨氮(NH4＋和NH3)转化成亚硝酸盐(NO2--N)；第二步再由硝酸菌将亚硝酸盐氧化成硝酸盐（NO3—N）。具体反应如下：NH4＋＋3/2O2→NO2-＋H2O＋2H＋NO2-＋1/2O2→NO3-若考虑硝化细菌新细胞的合成，则反应式为：55NH4＋＋76O2＋109HCO3－→C5H7NO2＋54NO2-＋57H2O＋104H2CO3400NO2-＋NH4＋＋4H2CO3＋HCO3－＋195O2→C5H7NO2＋3H2O＋400NO3-将两式合并，得：NH4＋＋1.83O2＋1.98HCO3－→0.02C5H7NO2＋1.04H2O＋0.98NO3-＋1.88H2CO3硝化反应过程中氮元素的转化过程如下：NH4＋→NH2OH→NOH→(NO2.NHOH)→NO2-→NO3-NH4＋氧化为NO2-经历了3个步骤6个电子变化，这说明亚硝酸菌的酶系统十分复杂，而硝酸反应只经历了1步和2个电子变化，相对简单些。影响生物硝化的因素有：温度、溶解氧、pH、有毒物质和C/N比。3硝化反应的条件与工艺参数1)微生物：硝化菌、亚硝化菌、光合细菌。2)碳氮比：C/N≤3或=2.86（不是书中所提的BOD20mg/L.3)DO：根据反应方程式摩尔氮变成NO3－，需2mol分子氧，即需要氧气24.57g(硝化需氧量)，在曝气池中DO须维持在1.5~2.0mg/L。4)pH：高硝化速度出现在pH=7.8~8.4，当pH＜6或＞9时，硝化反应将停止；生活污水pH值稳定，要维持pH稳定，必须要有足够的碱度，每硝化1gN，需碱度7.1g。5)水温（t）：适应温度30~35℃，当t10℃以下（准确应是8℃以下时），硝化作用迅速降低。6)泥龄（θc）：θc＞15d，最好20~36d（若温度达40℃左右，减少泥龄，10~15d左右可实现短程反硝化）。7)回流比(R)：R100~200%,否则能耗大，效果提高也不明显。8)水力停留时间（HRT）：3.5~6h。4反硝化作用(脱氮反应)生物反硝化是指污水中的硝态氮NO3-－N和亚硝态氮NO2-－N，在无氧或低氧条件下被反硝化细菌还原成氮气的过程。具体反应如下：NO2-＋3H→1/2N2＋H2O＋OH－NO3-＋5H→1/2N2＋H2O＋OH－反硝化过程中NO2-和NO3-的转化是通过反硝化细菌的同化作用和异化作用完成的。同化作用是NO2-和NO3-被还原成NH3-N，用于新细胞的合成。异化作用是NO2-和NO3-被还原成N2。具体生化反应过程见p310图7~14。5反硝化的影响因素温度、溶解氧、pH、碳源有机物、C/N比和有毒物质。1)微生物：反硝化细菌（异养菌）。2)BOD/N比：BOD/N3。3)DO＜0.5mg/L。4)pH值：适宜pH为6.5－7.5，过高过低（＞8或＜6）都将受到影响。5)温度：适宜20-38℃，当t＜15℃明显下降、＜3℃停止。6)HRT：由于反硝化速度快，5－10min基本完成，30min能达到85-90%左右。故缺氧段或反硝化段HRT＝1－1.5h。二生物脱氮工艺1传统三级脱氮工艺2二级后置脱氮工艺（倒置反硝化）3前置反硝化（缺氧－好氧工艺）该工艺不需设中沉池和投加C源，在反硝化段反硝化后回收部分碱度，同时降解部分有机物，对好氧段有利，减少供氧量，并有利于难降解有机物降解。第三节生物除磷技术一、除磷方法概述1)使磷成为不溶性的固体沉淀物从污水中除去(化学法)2)使磷以溶解态被微生物同化，与微生物一起被分离出去，从而达到除磷的目的(生物法)。二、化学法除磷1铝盐除磷Al3++PO43-→AlPO42铁盐除磷Fe3++PO43-→FePO43石灰混凝除磷5Ca2++OH-+3PO43-→Ca5(OH)(PO4)3-三、生物除磷方法的原理生物除磷是利用聚磷菌一类微生物，能够过量地、在量上超过其正常细胞合成的需要，从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形态储存在菌体内，形成高磷污泥，通过排泥达到从污水中除磷的目的。1聚磷菌对磷的过量摄取在好氧条件下，聚磷菌进行有氧呼吸，不断分解其细胞内储存的有机物，其释放的能量为ADP获得并结合正磷酸生成ATP，而利用的H3PO4基本上是通过主动运输从外部环境摄入细胞内的，除用于合成ATP外，其余被用于合成聚磷酸盐。从而出现磷过量摄取(luxuryuptake)的现象。2聚磷菌释磷在厌氧条件下，聚磷菌体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量，生成ADP。四、生物除磷工艺1An/O工艺（1）工艺特点1)工艺流程简单，无混合液回流，其基建费用和运行费用较低，同时厌氧池能保持良好的厌氧状态。2)在反应池内水力停留时间较短，一般为3～6h，其中厌氧池1～2h，好氧池2～4h。3)沉淀污泥含磷率高，一般（2.5～4）％左右，故污泥效好。4)混合液的SVI100,易沉淀，不膨胀5)ηBOD≥90％；ηP＝（70～80）％；当P/BOD5比值高，剩余污泥产量小，使ηP难以提高。6)沉淀池应及时排泥和污泥回流，否则聚磷菌在厌氧状态下，产生磷的释放，降低ηP。7)反应池内X=2700～3000mg/L（2）影响因素1)DO：厌氧池DO（0.2～0.3mg/L）→0,NOX－→0,以保证严格的厌氧状态，好氧池：DO≥2mg/L。2)厌氧池BOD5/T-P（20～30），否则ηP下降。3)厌氧池NOX－：因为NOX－会消耗水中有机物而抑制聚磷菌对磷的释放，继而影响在好氧条件下对磷的吸收。所以NOX－－N1.5～2mg/L，不会影响除磷效果。4)当污水中COD/TKN≥10时，则NOX－－N对生物除磷影响较小。5)污泥龄θs：因为A2/O工艺主要是通过排除富磷剩余污泥而去除磷的，所以除磷效果与排放剩余污泥量多少直接有关。6)NS：NS较高，ηP较好，一般NS0.1KgBOD5/KgMLSS•d，其ηP较高。7)温度：5~30℃其除磷效果较好，13℃时，聚磷菌对磷的释放和摄取与温度无关。8)pH＝6~8，聚磷菌对磷的释放和摄取都比较稳定。2Phostrip除磷工艺（1）工艺特点该工艺将An/O工艺的厌氧段改造成类似于普通重力浓缩池的磷解吸池，部分回流污泥在磷解吸池内厌氧放磷，污泥停留时间一般为5~12h，水力表面负荷应小于20m3/（m2·d）。经浓缩后污泥进入缺氧池，解磷池上清液含有高浓度磷（可高达100mg/L以上），将此上清液排入石灰混凝沉淀池进行化学处理生成磷酸钙沉淀，该含磷污泥可作为农业肥料，而混凝沉淀池出水应流入初沉池再进行处理。Phostrip工艺不仅通过高磷剩余污泥除磷，而且还通过化学沉淀除磷。该工艺具有生物除磷和化学除磷双重作用，所以Phostrip工艺具有高效脱氮除磷功能。（2）工艺流程废水经曝气好氧池，去除BOD5和COD，并在好氧状态下过量地摄取磷。在二沉池中，含磷污泥与水分离，回流污泥一部分回流至缺氧池，另一部分回流至厌氧除磷池。而高磷剩余污泥被排出系统。在厌氧除磷池中，回流污泥在好氧状态时过量摄取的磷在此得到充分释放，释放磷的回流污泥回流到缺氧池。而除磷池流出的富磷上清液进入混凝沉淀池，投回石灰形成Ca3（PO4）2沉淀，通过排放含磷污泥去除磷。图24-5phostrip工艺流程图）解磷池（））（（污水好氧缺氧混合液回流（400%）剩余污泥回流污泥（50%）含磷污泥上清液高磷混凝沉淀石灰出水至初沉池二沉池出水（3）工艺特点Phostrip工艺比较适合于对现有工艺的改造，只需在污泥回流管线上增设少量小规模的处理单元即可，且在改造过程中不必中断处理系统的正常运行。总之，Phostrip工艺受外界条件影响小，工艺操作灵活，脱氮除磷效果好且稳定。但该工艺流程复杂、运行管理麻烦、处理成本较高等缺点。第四节同步脱氮除磷技术一、A2/O工艺原理1)在首段厌氧池进行磷的释放使污水中P的浓度升高，溶解性有机物被细胞吸收而使污水中BOD浓度下降，另外NH3-N因细胞合成而被去除一部分，使污水中NH3-N浓度下降，但NH3-N浓度没有变化。2)在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液中带入的大量NO3--N和NO2--N还原为N2释放至空气，因此BOD5浓度继续下降，NO3--N浓度大幅度下降，但磷的变化很小。3)在好氧池中，有机物被微生物生化降解，其浓度继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使NH4-N浓度显著下降，NO3--N浓度显著增加，而磷随着聚磷菌的过量摄取也以较快的速率下降。二、A2/O工艺流程A2/O合建式工艺中，厌氧、缺氧、好氧三段合建，中间通过隔墙与孔洞相连。厌氧段和缺氧段采用多格串连为混合推流式，好氧段则不分隔为推流式。第一期工程设两座反应池，每池五个廊道，第一、二廊道分8格，前四格为厌氧段，后四格为缺氧段，均采用水下搅拌器搅拌。第三、四、五廊道不分格为好氧段，采用鼓风曝气。三、A2/O工艺影响因素1)污水中可生物降解有机物的影响2)污泥龄θs的影响3)DO的影响4)NS的影响5)TKN/MLSS负荷率的影响（凯氏氮－污泥负荷率的影响）6)R与RN的影响四、A2/O工艺存在的不足1)该工艺流程在脱氮除磷方面不能同时取得较好的效果。其原因是：回流污泥全部进入到厌氧段。2)好氧段为了硝化过程的完成，要求采用较大的污泥回流比，（一般R为60%～100%，最低也应＞40%），NS较低硝化作用良好。3)但由于回流污泥将大量的硝酸盐和DO带回厌氧段，严重影响了据磷菌体的释放，同时厌氧段存在大量硝酸盐时，污泥中的反硝化菌会以有机物为碳源进行反硝化，等脱N完全后才开始磷的厌氧释放，使得厌氧段进行磷的厌氧释放的有效容积大大减少，使除磷效果下降。4)如果好氧段硝化不好，则随回流污泥进入厌氧段的硝酸减少，改变了厌氧环境，使磷能充分厌氧释放，所以ηP提高，但因硝化不完全，故脱氮效果不佳，使ηN下降。进水厌氧缺氧好氧沉淀混合液回流出水剩余污泥污泥回流图21-6AS1,70S1,70S1,702/O工艺流程图