城市污水的深度处理(ppt 71页).ppt

城市污水的深度处理 城市污水经传统的二级处理以后 虽然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质 如氮和磷等化合物 污水厂出水常含TN20 50mg L TP6 10mg L 氮 磷为植物营养物质 能助长藻类和水在生物 引起水体的富营养化 影响引用水源 当出流标准是某些特定的污染物时 称深度处理 例如为了防止水质富营养化 出流污水需进行脱氮除磷 若是全面提高出水水质 则可称为三级处理 第一节氮磷的去除 随着城市人口的集中和工农业的发展 水体的富营养化问题日益突出 目前中国的某些湖泊 如昆明滇池 江苏太湖 安徽巢湖等都已出现不同程度的富营养化现象 引起富营养化的营养元素有碳 磷 氮 钾 铁等 其中 氮和磷是引起藻类大量繁殖的主要因素 欲控制富营养化 必须限制氮 磷的排放 国外一些污水处理厂把氮 磷的排放标准分别设定为15mg L和0 5mg L 1 氮的去除 有机氮 蛋白质 多肽 氨基酸和尿素等 生活污水农业废弃物 植物秸秆 牲畜粪便等 工业废水 如羊毛加工 制革 印染 食品加工等 无机氮 氨氮 亚硝态氮和硝态氮 有机氮经微生物分解后将转化 1 1化学法除氮 常用去除氨氮方法 吹脱法 折点加氯法 离子交换法 主要用于工厂内部的治理 对于城市污水处理厂很少采用 吹脱法 废水的氨氮可以气态吹脱 NH3 H2O NH4 OH pH为10 5 11 5时 因废水中的氨呈饱和状态而逸出 所以吹脱法常需加石灰 吹脱过程包括将废水的pH值提高至10 5 11 5 然后曝气 这一过程在吹脱塔 见图8 1 中进行 该过程受温度的影响较大 随温度的降低 为达到同样处理效果所需的空气量迅速增加 由于用石灰调pH值 在吹脱塔中会发生碳酸钙结垢现象 影响运行 另外 NH3气的释放会造成空气污染 因此 对该工艺已有多种改进 例如使吹脱塔的气体通过H2SO4溶液以吸收NH3 折点加氯法 在净水工程中 称氯胺为化合余氮 次氯酸为余氯 均有杀菌作用 含氨氮的加氯曲线见图8 2 途中A B二个折点A点前余氯基本上是氯胺 B点称折点 折点后余氯基本上是自由氯 游离氯 加氯脱氮时采用的加氯量应以折点相应的加氯量为准 此法最大的优点是通过适当的控制 可完全去除水中的氨氮 为了减少氯的投加量 此法常与生物硝化联用 先硝化再除微量的残留氨氮 离子交换法 用离子交换法去除氨氮时 常用天然的离子交换剂 如沸石等 与合成树脂相比 天然离子交换剂价格便宜且可用石灰再生 采用合成树脂 预处理工序和再生系统均较复杂 且树脂寿命短 应用上受到一定的限制 1 2生物脱氮法 一 生物脱氮原理生物脱氮是污水中的含氮有机物 在生物处理过程中被异养型微生物氧化分解 转化为氨氮 然后由自养型硝化细菌将其转化为NO3 最后再由反硝化细菌将NO3 还原转化为N2 从而达到脱氮的目的 一 氨化反应在未经处理的新鲜废水中 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 此外也含有少数的氨态氮 如NH3及NH4等 在氨化菌的作用下 有机氮化合物分解 转化为氨态氮 以氨基酸为例 其反应式为 RCHNH2COOH O2 ORCOOH CO2 NH3由于氨化反应速度很快 在一般的生物处理设备中均能完成 故一般不作特殊考虑 二 生物硝化反应生物硝化反应用于污水生物处理中只需要脱氨 而不需要去除全部的氮 即允许氮以硝态氮 亚硝态氮形式存在 的情况 此外 生物硝化还用作为生物硝化 反硝化脱氮系统的第一步 或生物反硝化 硝化脱氮系统的第二步 此时 硝化作用的好坏将直接影响脱氮效率 1 生物硝化过程生物硝化是由两组自养型硝化细菌 亚硝酸盐细菌和硝酸细菌 将氨氮转化为硝态氮的生化反应过程 硝化菌有强烈的好氧性 不能在酸性条件下生长 是化能自养型的细菌 反应式如下 随后 亚硝酸氮 NO2 N 在硝酸细菌作用下 进一步转化为硝酸氮 将上两式合并 得到硝化的总反应式为 式中的C5H7O2N为亚硝酸细菌和硝酸细菌的细胞 2 硝化反应的环境条件1 好氧条件 并保持一定的碱度 溶解氧不得低于1mg L 在硝化反应过程中 释放H 离子 使pH值下降 硝化菌对pH值的变化十分敏感 为了保持适宜的pH值 应当在废水中保持足够的碱度 以调节pH值的变化 2 混合液中有机物含量不应过高 BOD5值应在15 20mg L以下 3 硝化反应的适宜温度是20 30 15 以下时 硝化反应速度下降 5 时完全停止 4 硝化菌在反应器内的停留时间 即生物固体平均停留时间 污泥龄 必须大于其最小的世代时间 否则将使硝化菌从系统中流失殆尽 5 除重金属外 对硝化反应产生抑制作用的物质还有 高浓度的NH4 N 高浓度的NOX N 高浓度的有机基质及络合阳离子等 三 生物反硝化反应生物反硝化应用于需要从污水中去除硝态氮和亚硝态氮的场合 此外 还可用于污水中含有机氮和氨氮 需要用生物硝化 反硝化脱氮工艺时的第二步 或用于生物硝化 硝化脱氮工艺的第一步 1 生物反硝化过程生物反硝化过程指污水中的硝态氮 NO3 N 和亚硝态氮 NO2 N 在无氧或低氧条件下 被微生物还原转化为氮气N2的过程 反硝化细菌包括大量存在于污水处理系统的异养型兼性细菌 如变形补菌 假单胞菌 小球菌 芽孢杆菌等等 在有氧存在的条件下 反硝化细菌利用氧进行呼吸 氧化分解有机物 在无分子氧的条件下 同时存在硝酸和亚硝酸离子时 它们能利用这些离子中的氧进行呼吸 如果污水中的有机物可以用于反硝化反应 则不需另加有机物 如果不具备这种条件需要另投加有机物 一般投加甲醇 此时反硝化反应可写为 2 反硝化反应的影响因素 1 碳源 原废水中所含碳源 当原废水BOD5 TN 3 5时即可认为碳源充足 外加碳源 多采用甲醇 CH3OH 因为甲醇被分解后的产物为CO2 H2O 不留任何难降解的中间产物 2 pH值对反硝化反应最适宜的pH值是6 5 7 5 pH值高于8或低于6 反硝化速度将大为下降 3 溶解氧反硝化菌属异养兼性厌氧菌 在无分子氧并同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下 它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸 使硝酸盐还原 另一方面 反硝化菌体内的某些酶系统组分 只有在有氧条件下 才能够合成 这样 反硝化反应宜于在厌氧 好氧条件交替的条件下进行 溶解氧控制在0 5mg L以下 4 温度反硝化反应的最适宜温度是20 40 低于15 时反硝化反应速率降低 为了保持一定的反硝化速率 在冬季低温季节 可采用如下措施 提高生物固体平均停留时间 降低负荷率 提高废水的水力停留时间 二 生物脱氮工艺 一 活性污泥法脱氮传统工艺由巴茨 Barth 开创的3级活性污泥法流程 见图8 3 它是以氨化 硝化 反硝化3项反应过程为基础建立的 1 有机污水进入系统后 首先在第1级曝气池中进行好氧分解 其主要功能是氨化 使有机氮转化为NH3 NH4 去除BOD COD BOD5值可降至15 20mg L 2 经过沉淀后 进入第2级硝化曝气池 使NH4 N氧化为NO3 N 硝化 pH值下降 影响硝化反应速度 因此要投碱 3 第3级为反硝化反应器 采取厌氧 缺氧交替运行方式 在此需要投加有机物 可投加CH3OH 甲醇 也可以引入原废水 优点 1 氨化 硝化 反硝化反应分别在各自的反应器内进行 反应进行速度快且比较彻底 2 不同性质的污泥是分别在不同的沉淀池沉淀分离和回流 故运行管理较为方便 易于掌握 灵活性和适应性都较大 运行效果较好 缺点 1 处理设备多 造价高 管理工作量较大 2 为了去除由于投加甲醇而带来的BOD值 需在系统后设后曝气池和沉淀池 在实践中还采用2级生物脱氮系统 该处理系统是在第1级中 同时完成去除BOD 氨化和硝化等过程 经过沉淀后在第2级中进行反硝化脱氮 该系统具有3级生物脱氮系统类似的优点 但减少了一个中间沉淀池 单级生物脱氮系统的特点是没有中间沉淀池 仅有一个终沉淀池 故工艺流程简单 处理构筑物和设备少 克服了上述多级生物脱氮系统的特点 该系统可以达到脱氮处理的要求 且比较经济实用 管理运行也方便 故目前在实际工程应用中 单级生物脱氮系统采用较多 二 缺氧 好氧活性污泥法脱氮系统1 A O法工艺流程 见图8 4 将反硝化反应器置放在系统之首 故又称为 前置式反硝化生物脱氮系统 这是目前采用的较为广泛的一种脱氮工艺 本系统的特征 1 反硝化反应器在前 BOD去除 硝化两项反应的综合反应器在后 2 反硝化反应以原废水中的有机物为碳源 3 硝化反应器内的含有大量硝酸盐的硝化液回流反硝化反应器 进行反硝化脱氮反应 4 在反硝化反应过程中 产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右 对含氮浓度不高的废水 如生活污水 城市废水 可不必另行投加碱 5 硝化曝气池在后 使反硝化残留的有机污染物得以进一步去除 不需增建后曝气池 不足之处 1 处理水来自硝化反应器 含有一定浓度的硝酸氮 如沉淀池不及时排泥 在池内能够产生反硝化反应 污泥上浮 处理水水质恶化 2 如欲提高脱氮率 必须加大内循环回流比 R 导致一 运行费用增高 二 内循环液带入大量的溶解氧 使反硝化反应器难以保持理想的缺氧状态 影响反硝化进程 3 本系统的脱氮率一般在85 以下 2 影响因素与主要参数1 水力停留时间 t 脱氮效果与反应时间呈直线性关系 在硝化与反硝化两项反应中 硝化反应需时长 硝化与反硝化之比介于 2 1 5 1 之间 2 回流比 R 内循环回流比的取值与要求达到的脱氮效果以及反应器的类型有关 对活性污泥法 可取值1 8左右 3 生物固体平均停留时间 污泥龄 C C应取值较大 以保证在反应器内保持一定浓度的硝化菌 经证实 此值应在3天以上 当降到1天以下时 硝化效果急剧下降 4 混合液悬浮固体浓度 MLSS MLSS一般应高于3000mg L 当MLSS值低于3000mg L时 反应速度将迅速下降 5 氮负荷率当NH3 N负荷率在350g m3 d 以下时 NH3 N去除率可在90 以上 达到350g m3 d 时 去除率开始下降 而当达到430g m3 d 以上时 去除率 即硝化率 将急剧下降 三 氧化沟硝化脱氮工艺氧化沟的生物细胞平均停留时间长达15 30天 为传统活性污泥系统的3 6倍 并在其中能够存活增殖世代时间长的硝化菌 在氧化沟内划分成好氧区 缺氧区 苦按其进行适当的运行 能够取得硝化与反硝化的效果 原废水中的有机污染物可作为反硝化反应的碳源 而在好氧区内 有机污染物为好氧细菌分解 NH3 N经硝化反应形成硝酸氮 NO3 N 后者则在缺氧区在反硝化反应的作用下 还原为气态氮 放逐于大气 2 生物法除磷 一 生物除磷原理 一 生物除磷过程的实质及影响因素磷常以磷酸盐 H2PO4 HPO42 和PO43 聚磷酸盐和有机磷的形式存在于废水中 生物除磷是利用聚磷菌一类的细菌 过量地 超出其生理需要地从外部摄取磷 并将其以聚合形态贮藏在体内 形成高磷污泥 排出系统 达到从废水中除磷的效果 1 聚磷菌的磷过量摄取在好氧条件下 聚磷菌有氧呼吸 不断地从外部摄取有机物 加以氧化分解 并产生能量 能量为ADP所获得 并结合H3PO4合成ATP 三磷酸腺苷 即 ADP H3PO4 能量 ATP H2OH3PO4的大部分是通过主动输送的方式从外部环境摄入的 一部分用于合成ATP 另一部分则用于合成磷酸盐 这一现象就是 磷的过量摄取 2 聚磷菌的放磷在厌氧条件下 聚磷菌体内的ATP进行水解 放出H3PO4和能量 形成ADP 即ATP H2O ADP H3PO4 能量在好氧条件下 聚磷菌过量地摄取磷 在厌氧条件下 又释放磷 生物除磷技术就是利用聚磷菌这一功能而开创的 影响生物除磷过程的因素 1 溶解氧在聚磷菌放磷的厌氧反应器内 应保持绝对厌氧的条件 NO3 一类的化合态氧也不允许存在 但在聚磷菌摄取磷的好氧反应器内却应保持充足的氧 2 污泥龄生物除磷主要是通过排除剩余污泥而去除磷的 一般污泥龄短的系统产生的剩余污泥量较多 可以取得较高的除磷效果 3 温度与pH值温度为5 30 pH值为6 8 4 BOD5负荷较高的BOD5负荷可取得较好的除磷效果 进行生物除磷的低限是BOD5 TP 20 低分子易降解的有机物诱导磷释放的能力较强 磷的释放充分 磷的摄取量也大 5 硝酸氮和亚硝酸氮硝酸氮和亚硝酸氮的存在会抑制细菌对磷的释放 NH3 N深度应小于2mg L 二 生物除磷工艺 生物除磷基本类型 A O法 Phostrip工艺 A O法除磷工艺 A O法 见图8 5 由厌氧池和好氧池组成 同时去除污水中有机污染物及磷 溶解氧应维持在2mg L以上 pH值应控制在7 8之间 磷的去除率还取决于进水中的BOD5与磷浓度之比 Phostrip工艺 Phostrip工艺 见图8 6 主流是常规的活性污泥工艺 而在回流污泥过程中增设厌氧放磷池和上清液的化学沉淀池 称为旁路 约0 1 0 2qv的回流污泥经厌氧放磷后再和进水一起进入曝气池吸收磷 因而该法是一种生物法和化学法协同的除磷方法 该工艺操作稳定性好 出流中磷含量可小于1 5mg L Phostrip工艺各单元设备的功能 1 含磷原废水进入曝气池 同步进入的还有除磷池回流的污泥 曝气池的功能是去除有机物 BOD或COD 聚磷菌过量地摄取磷 可能出现硝化反应 2 混合液由曝气池流出进入沉淀池 泥水分离 已除磷的上清液排放 含磷污泥沉淀 3 含磷污泥进入除磷池 这里保持厌氧状态 含磷污泥释放磷 投加冲洗水 使磷释放充分 已释放磷的污泥沉淀并回流曝气池 含磷上清液进入混合池 4 含磷上清液进入混合池 同时向混合池投加石灰乳 混合后进入反应池 磷与石灰反应 形成磷酸钙 5 形成的磷酸钙在沉淀池 沉淀与上清液分离 污泥排出充作肥料 上清液回流曝气池 Phostrip工艺特点 1 除磷效果好 处理水含磷量一般都低于1mg L 2 污泥含磷高 为2 1 7 1 3 石灰用量较低 介于21 31 8mgCa OH 2 m3废水之间 4 SVI值低于100 污泥易于沉淀 浓缩 脱水 污泥肥分高 不膨胀 5 可根据BOD P比值 调节回流污泥与原液污泥量的比例 存在问题 1 流程复杂 运行管理复杂 建设费用高 运行费用高 2 沉淀池 底部可能形成缺氧状态 而产生释放磷的现象 故应及时排泥 3 同步脱氮除磷工艺 同步脱氮除磷工艺 A2 O工艺 Phoredox工艺 UCT工艺 SBR工艺 A A O法同步脱氮除磷工艺 A A O法 也称A2 O法即Anaerobic Anoxic Oxic 在原来A O工艺的基础上 嵌入一个缺氧池 并将好氧池中的混合液回流到缺氧池中 同时除磷脱氮 简称A2 O工艺 见图8 7 该处理系统出水中磷浓度基本可在1mg L以下 氨氮也可在15mg L以下 由于污泥交替进入厌氧和好氧池 丝状菌较少 污泥的沉降性能很好 A2 O法工艺各反应单元的功能 1 厌氧反应器的功能是释放磷 2 缺氧反应器的首要功能是脱氮 由好氧反应器送出的内循环量为2Q Q为原废水流量 3 好氧反应器是多功能的 去除BOD 硝化和吸收磷等反应 A2 O法工艺特征 1 工艺简单 总水力停留时间少于其他同类工艺 2 厌氧 缺氧 交替进行 不宜丝状菌增殖繁衍 无污泥膨胀之层 3 不需投药 厌氧和缺氧段只进行缓速搅拌 以不提高溶解氧含量为度 故运行费用低 A2 O法工艺存在问题 1 脱氮效果难以提高 内循环流量以2Q为限 不宜提高 2 污泥增长受到一定限制 因此 除磷效果也不易提高 3 沉淀池要保持一定浓度的溶解氧 应降低污泥的停留时间 防止产生厌氧状态和释放磷的现象出现 但溶解氧含量也不宜过高 以防止循环液对缺氧反应器的干扰 Bardenpho同步脱氮除磷工艺 Bardenpho工艺各组成单元功能 1 第1厌氧反应器的首要功能是脱氮 其次是污泥释放磷 硝态氮通过内循环来自第1好氧反应器 污泥则是沉淀池回流的 2