15水污染控制工程城市污水的深度处理.ppt

城市污水的深度处理,第一节 氮磷的去除,第二节 城市污水的三级处理,污、废水两级处理：污水一级处理去除废水中的砂砾及大的悬浮固体污水二级处理去除废水中的大部分的可溶性有机物二级处理出水中的氮、磷未能达到排放标准氮、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,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，影响饮用水水源。,太湖的富营养化,二、污、废水脱氮、除磷的具体指标,1、城镇污水处理厂污染物综合排放标准（GB18918-2002）4.1.2.2 城镇污水处理厂出水排入GB3838 地表水类功能水域（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、库等封闭或半封闭水域时，执行一级标准的B标准。一级标准的B标准废水总磷含量 15（1）mg/L氨氮（以N计）8（15）mgL,二、污、废水脱氮、除磷的具体指标,2、污水综合排放标准（GB8978-1996）4.1.1 排入GB3838 地表水类水域（划定的保护区和游泳区除外）和排入GB3097 中二类海域的污水，执行一级标准。一级标准废水磷酸盐含量(以P计)05mg/L氨氮（以N计）15mgL,第一节 氮、磷的去除,氮在水中的存在形态与分类,N,无机N,NOx-N(硝态氮),T K N(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,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:,工艺流程,（3）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。,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：,废水生物脱氮的基本原理,生物脱氮的基本过程：氨化(ammonification)含氮有机物，在生物处理过程中被（好氧或厌氧）异养微生物氧化分解为氨氮；硝化(nitrification)由好氧自养硝化菌将氨氮转化为NO2和NO3；反硝化(denitrification)缺氧条件下，在异养反硝化菌的作用下将NO2和NO3还原转化为N2。,（2）硝化反应（Nitrification）,分为两步：,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）,A、硝化细菌的特性,都是革兰氏阴性、无芽孢的短杆菌和球菌；强烈好氧，不能在酸性条件下生长；无需有机物，以无机含氮化合物为能源，以无机C（CO2或HCO3-）为碳源；化能自养型；生长缓慢，世代时间长。,B、硝化反应过程及反应方程式：,亚硝化反应：,硝化反应：,总反应：,总反应式为：,C、硝化反应的环境条件：,好氧条件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的碱度以维持稳定的pH值(适宜的pH为8.08.4)；一般要求进水BOD5在1520mg/l以下；适宜温度：2030C；15C，速率下降；5C，完全停止；污泥龄，须大于其最小世代时间(一般为310天)；抑制物质：高浓度的氨氮、（亚）硝酸盐、有机物、重金属离子等,硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度、溶解氧、pH、污泥龄等都会对它产生影响。,(3)、反硝化反应,A、反硝化反应过程及反硝化菌定义：硝酸盐或亚硝酸盐在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程；反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，并不是一类专门的细菌，分属近十个不同的属，存在于土壤和污水处理系统中，如变形杆菌、假单胞菌等，土壤微生物中有50%是这一类具有还原硝酸盐能力的细菌；反硝化菌能在缺氧条件下，以NO2-N或NO3-N为电子受体，以有机物为电子供体，而将氮还原；同化反硝化，最终产物是有机氮化合物，是菌体的组成部分；异化反硝化，最终产物为分子态的氮气。,反硝化反应的方程式,总反应式为：,反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以O2为电子进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-存在时，则以NO3-或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。,碳源：废水中有机物，若BOD5/TKN35时，即可；外加碳源，多为甲醇；内源呼吸碳源细菌体内的原生物质及其贮存的有机物。适宜pH：6.57.5；溶解氧应控制在0.5mg/l以下；适宜温度：2040C,B 反硝化反应的影响因素,生物脱氮的基本原理,有机氮,氨化作用,亚硝化作用,硝化作用,异养细菌,氨氧化细菌（自养型）,硝化细菌（自养型）,反硝化细菌（异养型）,反硝化细菌（异养型）,好氧或厌氧条件碱度增大，pH值升高,绝对好氧条件碱度下降，pH值降低,绝对好氧条件碱度和pH值无变化,碱度增大，pH值升高缺氧条件,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：,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中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。,(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,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，也导致了沿海海域曾多次发生赤潮事件。,二、微生物除磷原理、工艺及其微生物,微生物除磷原理、工艺及其微生物,（BOD：N：P）100：5：1微生物除碳的同时吸收磷元素用以合成细胞物质和合成ATP等，但只去除污水中约19左右的磷。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。,依靠聚磷菌（兼性厌氧菌）厌氧时释放磷，好氧时聚磷，再通过排泥从污水中除去细菌（磷）。,微生物除磷原理,生物除磷的原理与过程,IPHB（聚羟基丁酸）S聚合磷酸盐,厌氧条件下，除磷菌将磷释放,好氧条件下，除磷菌过量摄取磷,高含磷污泥的排出,1）厌氧释磷产酸菌分解有机物产酸菌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速降解的基质：A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；C类：丁酸、乳酸和琥珀酸等。,聚磷菌释磷聚磷细菌在厌氧条件下将体内储藏的多聚磷酸盐分解，产生的磷酸盐进入液体中（放磷），同时产生的能量ATP可供聚磷菌在厌氧条件下生理活动之需，还可用于主动运输吸收产酸菌提供的三类基质进入菌体细胞内合成聚-羟丁酸（PHB）。,2）好氧聚磷聚磷菌过剩摄磷聚磷菌在好氧条件下，分解体内的聚-羟丁酸（PHB）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ATP和核酸，将过剩的磷酸盐聚合成细胞贮存物：多聚磷酸盐。,3）.聚磷细菌,聚磷活性污泥：产酸菌和聚磷菌的混合体产酸菌：发酵产酸菌聚磷菌：包括不动杆菌-莫拉氏菌群、假单胞菌属、气单胞菌属和黄杆菌属等60多个属，此外，部分亚硝化菌也有聚磷能力。,表1 能过量积累聚磷盐的微生物,表2 能过量积累聚磷盐的微生物,表3 能过量积累聚磷盐的微生物,表4 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。,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系统。,厌氧-好氧除磷工艺流程,三、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,2.A2/O工艺,A2/O工艺基本流程,沉淀池,厌氧池,缺氧池,好氧池,进气管,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SBR工艺的一个完整操作周期有五个阶段:进水期、反应期、沉淀期、排水期 和闲置期。,第二节 城市污水的三级处理,一、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,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、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。,E,补充：微污染水源水的微生物预处理,1.作用微生物细菌（贫营养菌、硝化菌、亚硝化菌、反硝化菌）真菌藻类原生动物微型后生动物等,2.微生物预处理工艺 一般用生物膜法处理：生物滤池生物转盘生物接触氧化池生物流化床 与废水处理的区别：反硝化过程存在碳源不足，因此要外加碳源（甲醇或乙醇）,深圳水库水源水生物预处理工艺（400万m3/d规模）,深圳水库水源水常规处理+深度处理工艺,E,