污水的深度处理与回用

７.1概述第七章污水的深度处理与回用1、深度处理——是进一步去除常规二级处理所不能完全去除污水中杂质的净化过程2、深度处理目的：水资源短缺、污水回用脱色除臭CODBODSS3、深度处理对象营养型无机盐重金属细菌、病菌4、深度处理水用途；排放、回用、回灌地下。5、污水深度处理单元技术的确定原则（1）处理水的用途；（2）原水水质、各级处理后水质；（3）单元工艺可行性与整体流程的适应性；（4）运行控制难以程度、设备国产化程度、废弃物处置方法；（5）工程投资与运行成本。表7—1二级处理水深度处理的目的、去除对象和所采用的处理技术与工艺流程臭氧氧化、消毒(氯气、次氯酸钠、紫外线)细菌、病毒微生物反渗透、电渗析、离子交换电导度Na、Ca、Cl离子溶解性无机物无机盐类金属盐混凝沉淀石灰混凝沉淀晶析法生物除磷PO4—PT—P磷生物脱氮吹脱、折点氯化脱氨、生物脱氮T—NK—NNH3—NNO2-—NNO3-—N氮混凝沉淀、活性炭吸附、臭氧氧化BOD5CODTOCTOD溶解状态快滤机、微滤机、混凝沉淀SSVSS悬浮状态采用的主要处理技术有关指标去除对象处理目的防止富营养化再用微量成分植物类营养盐排放水体再用有机物颗粒分离技术一览表（1）SS的组成生物絮体：数mm到10μm胶体颗粒（未被凝聚）（2）SS的有机化颗粒几乎全是有机物BOD:50-80%来源于这些颗粒7.2.2SS的去除技术由SS的状态和粒径而定d1μm，一般用砂滤；微滤机等。胶体状——混凝沉淀。1、混凝沉淀（1）常用技术：去除微小悬浮状态的有机物和无机污染物、胶体.也可去除：Mg，As（溶解态）、N、P、及细菌、病毒（2）特点：①二级出水——胶体和菌胶团微粒；而天然水主要是针对泥砂等7.2悬浮物的去除7.2.1概述SS特点:②不同于给水处理的混凝主要原因是：污水中有生物微粒的存在，这种微粒与药剂的亲和力强，进而投药后混凝过程短时间内可以完成。（3）药剂①传统药剂：Al2(SO4)3，聚合氯化铝，及助凝剂（活化硅酸等）“七.五”开发药剂——聚合氯化铁（PFC），降低了铁盐的酸性并清除了残余亚铁及色度.②新型药剂：对浊度、色度、除磷效果明显天津大学：（PDM）有机高分子絮凝剂，高效脱色、浊度低于5度后来发展PDMMC(唯一达到4万个分子量)；中科院：AL13纳米絮凝剂。（4）工艺形式①沉淀池——平流、辐流、竖流、斜管②澄清池——上升流速较给水低，0.4-0.6mm/s压力溶气气浮DAF(DissolvesAirHotation)涡凹气浮③气浮池—CAF(CavitationAirHotation)引气气浮IAF(InducedAirFlotation)空气在分散于水中叶片、轮盘等吸入（5）混凝机理②过滤时一般情况下不需要加药剂胶体过滤难于去除，浊度上升，需投药剂溶解性有机物——用活性炭吸附③反冲洗难度大，需水气同时冲洗气:20l/m².s;水:10l/m².s；④滤料粒径适当放大。（2）过滤作用SS、BOD、重金属、细菌①去除各类污染物化学絮凝产生的Al、Fe盐及石灰等沉淀物去除化学除P时，水中不溶性P②活性炭或离子交换：预处理设施，可以节省后续的活性炭费用；③克服生物、和化学处理的不稳定性，提高回用的连续性和可靠性。2、过滤①给水过滤技术不宜简单的直接应用于污水处理。原因：a、滤池截留的污泥粘而易碎，污泥在滤池表面积聚形成滤膜b、如果加大水头，污泥又很容易穿透滤层。（1）特点拍卖预展龙威废水过滤——有机物絮体给水过滤——无机泥砂对二沉池出水过滤——隔滤被认为是去除悬浮固体的主要机理（3）过滤机理区别:强度不一样,穿透滤料的性能不同①隔滤a、机械隔滤：粒径大于滤料孔径的颗粒被滤料滤去；b、偶然隔滤：粒径小于滤料孔径的颗粒由于偶然接触而被截获。②沉淀在滤料内部，颗粒可以沉淀在滤料上；③碰撞：较重的颗粒不随水运动；④截获：随水流运动的颗粒与滤料表面接触时被去除；⑤粘附：当絮凝颗粒通过滤料时，它们就会附着在滤料表面⑥化学吸附：a、键吸附b、化学的相互作用；a、静电作用⑦物理吸附：b、动电作用c、范德华力对其吸附⑧絮凝：大颗粒与小颗粒接触时，形成更大颗粒；⑨生物繁殖：生物滤池内繁殖可使滤料孔隙减少。（4）进水特征①特征（※）a、悬浮固体浓度（二级处理水中，SS：6-30mg/l）以浓度监测过程b、粒径大小：（双峰分布）（混合10d的活性污泥出水）c、絮体强度:与处理方法及操作方式有关生物处理化学沉淀该值下降泥龄长但超过15d下降较小粒径：1-15μm较大粒径：50-150μm双峰分布——影响过滤机理——二级过滤d、双峰图（5）深度处理滤池设计①预处理——生物处理和滤池之间，通常增设混凝沉淀（澄清或气浮池）对比试验直接过滤：简单、但COD、TP去除率不高，运行复杂微生物絮凝过滤：去除率高，但周期短，冬季2-4h絮凝沉淀：过滤周期长，17h以上，全年水质合格纪庄子污水厂②滤速（V）——重要参数，决定滤池面积絮体强度：其值低时，滤速上升会使絮体颗粒遭受破坏，污物穿透滤池，使出水不能达标;生物絮体牢固（4-11m/h不影响），化学絮体强度较弱。双层滤料：5-10m/h取决于滤池型式单层滤料：4-6m/h压力滤池：24m/h③生物繁殖：滤池内生物繁殖可使滤料孔隙减少④水头损失——取决于滤速和滤料的截污能力，滤料的组成和尺寸对水头损失影响大。Ht=H0+∑(hi)ti=1--nHt——t时间的总水头损失,mH0——开始过滤时，清水总水头损失（管道，闸门，仪表，弯头，下部排水系统，滤料，构筑物）,m(H0)t——滤层内第I滤料在时间t时的水头损失7.3溶解性有机物的去除丹宁二级出水中，溶解性有机物：木质素等难降解有机物里腐酸从技术、经验、工程实践中，活性炭和臭氧氧化法适应1、活性炭吸附——由煤或木等材料经一次炭化制成，高温下，用CO使其活化，使炭形成多孔结构。7.3.1活性炭吸附2、活性炭技术指标碘值、亚甲兰值、糖蜜值3、活性炭孔的分布大孔（100-1000nm）、过渡孔（100-2nm）、微孔〈2nm〉4、活性炭吸附处理二级处理水的特点（1）对分子量〈1500（道尔顿）的环状化合物，不饱和化合物效果好；对分子量〈3000的直链化合物（糖类）效果好；（2）吸附时有微生物存在——提高处理效果（对有机物）但可能有生物泄漏的问题（代谢产物有毒性）活性炭指标测定值单位ABCDE摩擦系数wt%83.589.385.590.288.9强度wt%95.499.597.999.798.4表观密度g/l510520500520540飘浮率wt%0.01.40.00.00.0pH值--8.69.28.99.18.9总灰分wt%9.17.211.88.710.5水溶物wt%0.050.090.080.030.06碘值mg/g1001997938958860亚甲兰值mg/g262259227256207丁烷值wt%24.224.223.423.720.3四氯化碳wt%62.1962.1960.1460.9152.17糖蜜值158153152148145单宁酸值-34.330.033.246.561.3有效粒径mm0.601.441.481.441.49均匀系数-1.881.121.151.151.15平均粒径mm1.0681.5851.6521.6181.668BCEDA五种活性炭的扫描电镜照片（×3000）四种炭原子力显微镜扫描照片BCDE1、目的（二级出水回用）7.3.2臭氧氧化处理去除残余有机物、脱出污水的色度、杀菌消毒。2、去除有机物的特征（1）能够氧化有机物，（蛋白质、氨基酸、木质素、腐殖酸）；（2）氧化有机物并易形成中间产物（甲醛、酸等）可生化性好；（3）氧化效果与PH值有关，PH高，效果好，(OH-)羟基自由基由臭氧分解产生（4）臭氧化的副产物问题，溴酸盐上升，浊度上升，AOC升高。3、脱色效果砂滤前处理+臭氧脱色效果好4、消毒效果砂滤后+O3消毒效果好5、O3混合形式扩散板式（反应为主）、喷射式（扩散为主）、机械搅拌式。（1）富营养化——N、P引起，藻类问题（滇池，太湖）；（2）提高制水成本——应用水，污水消毒时，增加投氯量；（3）污水回用填塞管道——NH3－N可促进设备中微生物的繁殖；（4）农业灌溉——TN不大于1mg/l，否则对农作物有影响。2、氮的存在形式（1）有机氮（2）氨态氮（NH3—N、NH4+—N）（3）NO2—N、NO3—N（4）N2凯式氮3、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nCxHyOz+nNH3+n(x+y/4-z/2-5)O2(C5H7NO2)n+n(x-5)CO2+n/2(y-4)H2O7.5脱氮技术7.5.1概述1、氮污染的危害1、原理7.5.2氮的吹脱去除（1）NH3+H2ONH4++OH-PH=7时，以NH4+存在PH=11时，90%NH3存在PH升高，去除NH3上升T上升，去除NH3上升（2）脱氮塔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CaO易结垢（改用NaOH）水温下降时，效果差②水温——水温升高，效率升高③布水状态——滴状下落最好，膜状下落，效果大减④布水负荷率——填料6m高以上时，其值不超过180m³/m².d⑤气液比——填料6m高以上时，2200-2300以下为好。活性污泥法的传统功能——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20-40%；5-20%1、氨化反应与硝化反应7.5.3生物脱氮原理（1）氨化反应RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3（3）脱氮塔工作影响因素与设计参数①PH值——PH升高到10.5以上，去除率增加缓慢氨化菌（3）硝化菌的特点①硝化菌——亚硝酸菌和硝酸菌的统称;②硝化菌属于——化能自养菌，革兰氏染色阴性，可生芽孢的短杆状细菌.NH4++2O2NO3-+H2O+2H+-△F（△F=351kj）（4）硝化反应的控制指标※硝化菌对环境条件的变化极为敏感NH4++3/2O2NO2-+H2O+2H+-△（△F=278.42kj）NO2-+1/2O2NO-△F（△F=72.27kj)硝化菌亚硝化菌（2）硝化反应④温度——适应20-30℃，15℃时硝化速度下降，低于5℃完全停止⑤有机物——BOD应低于15-20mg/l⑥污泥龄（SRT）——微生物在反应器内的停留时间（θc）N(θc)Nmin，硝化菌最小的世代时间(θc)Nmin⑦重金属机有害物质重金属对硝化反应抑制高浓度NH4+—N，高浓度NOx-—N有机物、络合物阳离子①溶解氧——氧是电子受体，DO不能低于1.0mg/l硝化需氧量（NOD）——4.57g(氧)/g（N）②碱度——7.1g碱度（以CaCO3计）/1g氨态氮（以N计）,一般碱度不低于50mg/l③PH——对PH变化敏感（硝化菌),最佳值8.0-8.4,效率最高①反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌；②以NO3—N为电子受体，以有机碳为电子供体，不能释放更多的ATP，合成的细胞物质较少。（2）反应过程（3）反硝化反应的控制指标污水中的碳源，BOD5/T—N3-5时，勿需外加外加碳源，CH3OH（反硝化速率高生成CO2+H2O），当BOD5/T—N3-5时适当的PH值（6.5-7.5）——主要的影响因素PH8，或PH6，反硝化速率下降①碳源②PH值（1）反硝化菌的特点2、反硝化反应反硝化反应——指NO3—N和NO2—N在反硝化菌的作用下，还原成气态N2的过程。2HNO32HNO22HNO2NH2OH2NH3NON2NO3-NO2-NH2OHNO2-N2O有机体(同化反硝化)N2(异化反硝化)反硝化过程式上式的简化式同化反硝化-H2O异化反硝化图7－14反硝化反应过程（同化反硝化、异化反硝化）+4H+4H-2H2O-2H2O生化反应类型去除有机物（好氧分解）硝化反硝化亚硝化硝化微生物好氧菌和兼性菌（异养型细菌）Nitrosomonas自养型细菌Nitro