城镇污水处理技术

城镇污水处理技术,一、城镇污水处理概论,城市污水的组成：生活污水工业废水入渗地下水（合流制排水系统的初期雨水）城市污水的污染指标：感观指标：浊、色、嗅、味、温物理化学指标：pH、SS、BOD、COD、毒物指标生物指标：细菌总数、粪大肠菌群数、病毒,水体污染分类和危害,水体物理性污染和危害（水温、色度、SS）水体无机物污染和危害氮、磷污染和水体富营养化重金属污染和食物链的富集、迁移、转化水体有机物污染和危害有机物污染（微生物耗氧导致水质恶化）油类污染（油膜覆盖导致水生态恶化）毒性有机物污染（对人类和水生物的危害）水体病原微生物污染和危害,城镇污水处理基本方法,污水一级处理和一级强化处理处理对象：悬浮物（SS），部分有机物处理方法：格栅截留，重力分离处理构筑物：格栅沉砂池沉淀池,城镇污水处理的基本方法,污水二级处理（生物处理）处理对象：胶体和溶解性有机物（BOD,COD），氮，磷处理方法：生物法（脱氮除磷），化学法处理构筑物：活性污泥法（传统法，AAO法，氧化沟，SBR）生物膜法（曝气生物滤池，接触氧化法）,城镇污水处理基本方法,污水三级处理（深度处理）处理对象：进一步去除氮、磷、SS和有机物（BOD,COD）处理方法：生物法，物化法，物理法处理构筑物：生物除磷脱氮系统，曝气生物滤池，MBR混凝沉淀过滤（CMF）活性炭吸附过滤电渗析，反渗透,城镇污水处理基本方法,污水处理厂污泥处理处理目的：减量化，无害化，稳定化，资源化处理方法：物理法，化学法，生物法处理构筑物：浓缩池，浓缩机械消化池，沼气利用设备污泥脱水机械污泥干化焚烧设备,1范围,2规范性引用文件,3术语和定义,4城镇污水处理厂污泥处置的分类,目录,城镇污水处理厂污泥处置分类,城镇污水处理的基本方法,典型污水二级处理工艺流程图,二、污水物理处理,物理处理法去除对象：粗大漂浮物悬浮物（SS）物理处理法常用工艺和设备筛滤截留格栅，筛网，过滤重力分离沉淀，气浮,格栅类型和构造特点,位置（泵前，泵后）作用（保护水泵，去除SS）间隙（粗格栅，中格栅，细格栅）形状（平面，曲面）清渣方式（手动，机械）,格栅设计要点,为了充分发挥格栅作用，应设两道格栅；选用2台以上运行可靠、易于维修的机械格栅；合理设计格栅间，考虑接管、切换、维修、清渣的要求；合理选择设计参数，正确计算（确定）格栅断面尺寸；正确计算栅渣量，合理确定清渣方式。,沉淀分类,自由沉淀（平流沉砂池）絮凝沉淀（初沉池）拥挤沉淀（二沉池）压缩沉淀（污泥浓缩池）,理想沉淀池和重要推论,表面负荷(q0)与设计沉速(u0)数值相等，单位与物理意义不同。颗粒沉淀分离效果取决于沉淀区面积，与沉淀时间和沉淀高度无关浅池理论。根据浅池理论开发的斜板（管）沉淀池，可以大幅度提高沉淀池表面负荷。,沉砂池类型和构造特点,平流式沉砂池浅池，平流，流速、时间控制工艺尺寸，重力沉砂；多斗贮砂，重力、水力排砂。曝气沉砂池方形断面，曝气旋流，摩擦碰撞，强化分离，水流正交，挡板隔渣；坡底、边槽集砂，移动式机械刮吸排砂。机械旋流沉砂池（比式沉砂池，多尔沉砂池）钟形断面，切向进水，机械旋流，强化分离；中心砂斗，气提排砂。,曝气沉砂池构造原理示意图,空气管,曝气头,集砂槽,I=0.1-0.5,曝气沉砂池的设计与计算,按最大设计流量设计，池数和分格数应不少于2；选定沉砂池水力停留时间2min以上，计算总有效容积；选定沉砂池设计水平流速(0.1m/s)，计算总有效断面积；选定沉砂池有效水深(23m)，计算池长和总宽度；根据宽深比要求(11.5)，确定池数或分格数；计算沉砂量(0.03L/m3)，校核沉砂斗容积，选择排砂设备；选定气水比(0.10.2)或曝气强度，计算曝气量；设计进、出水系统，空气管路系统，选择鼓风机和曝气装置。,沉淀池类型和构造特点,平流式沉淀池【斜板（管）沉淀池】竖流式沉淀池辐流式沉淀池三种沉淀池的特点及适用条件（表273）辐流式初沉池和二沉池的主要区别,辐流式沉淀池设计和计算,确定沉淀池个数（不少于2个）；确定设计流量和表面负荷，计算单池面积；确定沉淀时间，计算有效水深并校核径深比（612）；计算沉淀池总高度（保护高有效水深缓冲层高坡底落差污泥斗高）；计算污泥量，校核污泥斗容积；设计进水系统，排水系统，排泥系统，排渣系统,三、污水生物处理,活性污泥法的基本理论和工艺设计生物除磷脱氮基本原理和工艺设计生物膜法的基本原理和工艺设计,活性污泥处理系统基本流程,活性污泥净化污水反应过程,活性污泥生物代谢过程模式图,分解代谢,O2,合成代谢,代谢产物H2O,CO2,NH3,能量,微生物,内源呼吸,O2,内源呼吸,内源呼吸产物H2O,CO2,NH3,微生物,内源呼吸残留物,合成细胞物质C5H7NO2,污水中有机物（CxHyOz）,能量,活性污泥增长曲线,对数增殖期,减速增殖期,内源呼吸期,S(BOD),O2,X(污泥),X0,量,时间,0,活性污泥法主要设计参数,BOD负荷F/M（Ns，Nv）污泥龄（ts）生物固体停留时间污泥容积指数（SVI）污泥浓度（X，Xr）污泥回流比（R）剩余污泥量（Qw）,活性污泥法主要设计参数,BOD污泥负荷（kgBOD5/kgMLSS.d）,Q设计流量V曝气池容积t水力停留时间Sa进水BOD浓度Se出水BOD浓度,X曝气池混合液污泥浓度K2有机物降解动力学常数fMLVSS/MLSS0.75BOD去除率,活性污泥法主要设计参数,污泥龄（d）生物固体停留时间(SRT),活性污泥法主要设计参数,BOD负荷与污泥龄的关系,活性污泥法主要设计参数,污泥容积指数（mL/g）,SVI是判断活性污泥沉降性能和生物活性的指标，正常活性污泥的SVI应在80150之间，一般为120左右；SVI150，说明活性污泥沉降性能变差，有膨胀趋势；,活性污泥法主要设计参数,污泥浓度（g/L，kg/m3）,活性污泥法主要设计参数,污泥回流比,SVI，X，Xr，R之间的关系,活性污泥法主要设计参数,剩余污泥量(m3/d),活性污泥法常用运行方式,传统活性污泥法处理系统（普通曝气）阶段曝气活性污泥法处理系统吸附再生活性污泥法处理系统延时曝气活性污泥法处理系统完全混合活性污泥法处理系统深井曝气活性污泥法处理系统纯氧曝气活性污泥法处理系统,活性污泥法常用运行方式的主要工艺特征,氧化沟处理系统基本流程,回流污泥,剩余污泥,预处理后的污水,污泥,处理水,污泥泵房,二沉池,氧化沟,转刷,氧化沟处理系统主要特点,常用工艺类型：（三沟式，Carrousel,Orbal)构造方面：环状沟渠型，池长可达百米以上，水深25m；多沟并行或交替工作时，设自动控制配水装置；出水采用可升降溢流堰调节水位或控制水流方向。流态方面：循环流，介于完全混合与推流之间；独特的流态有利于活性污泥的生物絮凝和生物脱氮。工艺方面：BOD负荷低，污泥龄长，抗冲击负荷能力强；可不设初沉池，剩余污泥量少，污泥达到好氧稳定；可不再单设二沉池，省却污泥回流设施。,SBR处理系统的工作原理,空气,处理水,进水时段,进水,曝气时段,沉淀时段,排水时段,闲置时段,空气,SBR处理系统的主要特点,常用工艺类型：(CASS,ICEAS,DAT-IAT）通过时间上的推流排序，在同一反应器内完成活性污泥处理过程；工艺组成简单，无需二沉池和污泥回流设备，建设费用和运行费用降低；污泥的SVI值低，沉淀性能好，不易膨胀；通过对运行方式的调节，可在同一反应器内实现除磷脱氮；应用电动阀门、液位计和PLC等自控仪表，可实现工艺过程自动化控制。,曝气系统,曝气的作用（供氧，混合搅拌）双膜理论及影响氧转移效率的主要因素曝气方式和曝气设备鼓风曝气（鼓风机，空气扩散装置）机械充氧（叶轮搅拌器，曝气转刷）衡量曝气设备技术性能的主要指标动力效率（EP）氧利用效率（EA）氧转移效率（EL）充氧能力,鼓风曝气系统空气量计算,需氧量计算：,曝气池内溶解氧饱和度：,标准状态下需氧量：,实际供气量：,活性污泥处理系统工艺设计,选定处理工艺方案确定主要工艺设计参数生物反应池容积计算设计需氧量、供气量和曝气系统计算设计回流污泥量、剩余污泥量和污泥回流系统的计算设计沉淀池池型的选定、容积的计算设计,生物膜法,生物膜法的基本原理生物膜法的典型工艺及工艺特征生物膜法处理工艺的新发展生物膜法处理系统的工艺设计,生物膜法的典型工艺,生物滤池（滴洒滤池）生物转盘（回转式生物接触器）生物接触氧化（浸没式生物滤池）曝气生物滤池生物移动床生物流化床,生物膜法与活性污泥法的最大区别,生物膜法与活性污泥法最大的区别在于生物载体（填料）的引入。由于生物载体是人为提供的，所以载体的形状、性质、填充方式等也可根据需要人为地进行选定，这就使得生物膜法单元设施比活性污泥法更具有灵活性、多样性和创造性。,生物膜法的主要工艺特征,生物膜形成的基本要素,生物载体（填料）：固体表面（砾石，焦炭，石英砂，陶粒，塑料板、管、环，化学纤维丝、束、团）污水（营养物质）：BOD,N,P空气（溶解氧）：DO微生物：细菌真菌原生动物后生动物小型昆虫在有氧的条件下，使污水与生物载体表面对流接触，经过一段时间后，生物载体表面被一层膜状活性污泥生物膜所覆盖，这一过程工程上称为生物挂膜。生物膜从形成到成熟，经历潜伏和生长两个阶段。一般的城市污水，在20左右的温度条件下，这一过程大致需要30天左右。,生物膜的构造和代谢工况,生物载体、污水、空气的对流接触：养料（污水中的有机物，空气中的氧）的传递：好氧代谢产物的传递：（CO2，H2O，NH3+.）生物膜的增殖，厌氧层形成：厌氧代谢产物的传递：（CH4，H2S，N2）生物膜的老化、脱落和更新：,生物膜脱落的主要原因,生物膜过厚，营养物质不能到达，微生物处于内源呼吸或死亡，生物膜附着力减弱；生物膜内侧厌氧层代谢产物传递过程中的气体顶托作用；生物膜中小型昆虫的穿凿蠕动，使生物膜松动脱落；水力剪切、冲刷作用造成生物膜松动脱落。,生物滤池的基本构造,池体：填充、围护、承托滤料，风筒作用滤料：生物载体，为微生物生长，微生物、污水、空气对流接触提供巨大表面积和孔隙布水装置：向滤池表面均匀洒布污水（固定式，旋转式）集、排水装置：收集、排除处理后污水，保证良好通风条件,生物滤池的类型与发展,生物滤池工艺发展的原因：占地面积大滤料堵塞滤池蝇干臭味,生物滤池普通,生物滤池高负荷,生物滤池塔式,生物滤池的工艺类型：,生物滤池的动力学特征,污水沿滤池高度自上而下滴落，污水BOD浓度沿滤池高度自上而下变化，相当于推流式活性污泥工艺。有机物负荷：上高，下低生物膜分布：上厚，下薄生物相分布：上低级，下高级,生物滤池的主要工艺特征,生物接触氧化法的工作原理,池内填充生物载体（填料），污水淹没填料，池底通入空气曝气，充氧、搅拌、三相对流接触、传递，通过填料表面生物膜的代谢作用，使污水得到净化。构造形式与生物滤池相近，但填料全部淹没在水中，所以又称为“淹没式生物滤池”。运行方式与曝气池相似，只是在池内人为提供微生物栖息生长的填料，所以又称为“接触曝气法”。实质上，生物接触氧化是一种介于活性污泥法和生物滤池之间的生物处理技术，兼具两者的特点，所以也称为“悬浮附着生物接触氧化法”。,生物接触氧化法的主要特点,优点：兼具活性污泥法和生物膜法的主要优点，由于生物载体（填料）的不断革新、变化，使该工艺更具灵活性、多样性。填料表面微生物固定生长，生物相丰富，食物链长，能够生长氧化能力强的球衣菌属丝状菌而不发生污泥膨胀。悬浮、附着微生物共存，生物浓度高（10000mg/L），处理能力大，耐冲击负荷能力强。气、液、固三相混合接触，加之填料的分割作用，水流状态好，氧利用率高。不产生滤池蝇和臭气，操作简单，运行管理方便。适用于工业废水处理和污水深度处理。,生物接触氧化法的主要特点,缺点：如果设计运行不当，填料易堵塞；布水、布气不易均匀；由于大量填料的使用，造价较高。常用填料：刚性固定填料：塑料、玻璃钢，蜂窝管、波纹板，软性固定填料：有机合成纤维束半软性固定填料：塑料片、软纤维结合（盾形组合填料），弹性填料，自旋转填料轻型移动填料：塑料，比重接近水，空心球，空心环，废弃饮料瓶,生物接触氧化池的设计计算,BOD容积负荷（Nw）：1.05.0kgBOD/m3.d填料有效容积,式中：Q日平均污水量，m3/dS0原污水BOD浓度，mg/L水力停留时间（HRT）：2.04.0h,曝气生物滤池的主要特点和工程应用,主要特点：气、液、固三相对流接触，氧的转移率高，动力消耗低。具有截留悬浮物和脱落生物膜的净化功能，无需二沉池。采用35mm的颗粒滤料（石英砂，陶粒，活性炭等），比表面积大，生物浓度高（800023000mg/L），处理效果好。无需污泥回流，也无污泥膨胀之虑，维护管理方便。工程应用：微污染水处理污水二级和三级处理工业废水处理（造纸，食品，制药）,污水脱氮除磷处理,污水常规二级生物处理（活性污泥法、生物膜法），还含有相当数量的污染物质，如：BOD、COD、SS、氮、磷、重金属等。会导致水体的富营养化；会导致水质恶化，使其遭到破坏；不能满足回用要求。要使污水处理水质满足以上要求，必须进行脱氮除磷处理。,污水脱氮除磷处理的对象、目标与技术,生物脱氮原理,生物脱氮过程：,含氮化合物,硝化反应过程,NO-3,N2,反硝化反应过程,影响硝化反硝化反应过程的主要因素,A/O前置生物脱氮工艺,A/O生物脱氮工艺特点,流程简单，装置少，勿需外加碳源，适用于现有推流式曝气池的改造，建设费用和运行费用均较低。反硝化反应产生的碱度可补偿硝化反应所需碱度的一半左右，处理城市污水时，不必投碱调节pH值。硝化曝气池在后，反硝化反应过程残留的有机物在硝化段进一步去除，提高了处理水水质，勿需增建后曝气池。在处理水中含有一定浓度的硝酸盐，如果沉淀池运行不当，会发生反硝化反应，造成污泥上浮，使出水水质恶化。如欲提高脱氮率，必须加大内循环比，使运行费用增高。内循环液溶解氧较高，破坏A段缺氧状态，影响脱氮效果。,AnO生物脱氮工艺设计参数,水力停留时间（HRT）：硝化反应需时较长，一般不应该低于6h；反硝化需时较短（2h），两段容积比一般为3：1。内循环比（R）：内循环回流比不仅影响脱氮效果，而且影响动力消耗，是一项非常重要的设计参数。为了保证脱氮效果，一般内循环回流比不宜低于200，最高为600。MLSS值：反应池内MLSS应在3000mg/L以上，低于此值，脱氮效果显著降低。生物固体停留时间（污泥龄）：15d以上氮负荷（N/MLSS）：0.03kgN/kgMLSS.d进水总氮浓度：30mg/L,ApO生物除磷原理,聚磷菌对磷的摄取和释放过程：,厌氧放磷过程,H3PO4,能量,好氧积磷过程,H3PO4,积磷菌,能量,好氧条件,厌氧条件,AAO生物脱氮除磷工艺,氨化、放磷,脱氮,除BOD、硝化、吸收磷,内回流（200）,污水消毒处理,污水消毒技术的优缺点比较及选择,城市污水的再生与回用,为了解决困扰人类发展的水资源短缺问题，开发新的可利用水源成为世界各国普遍关注的问题。再生水的城市回用城市景观城市绿化市政杂用水再生水的工业回用工业冷却水锅炉补给水工艺用水再生水的农业回用农业灌溉渔牧用水,常用污水处理工艺检测项目,二级处理生物反应池:活性污泥浓度（MLSS）、溶解氧（DO）、供气量、氧化还原电位（ORP）、混合液回流量、污泥回流量、剩余污泥量二次沉淀池：泥水界面,四、污泥的处理,污水处理过程中产生的污泥量大（城市二级污水处理厂产生的污泥量约占处理水量的0.3%0.5%，按含水率97计）、浓度高（含水率9995%）、成分复杂（有机物、无机物、细菌、病原微生物、重金属）、危害大（腐化发臭，二次污染），必须及时有效地进行处理和处置。污泥处理的目的是使污泥减量化、无害化及资源化。保证污水处理厂的正常运行；使易腐化发臭的有机物得到稳定处理并妥善处置；使有毒有害物质得到妥善处置；使有用物质得到回收或综合利用。,污泥处理的工艺流程,污泥,浓缩,机械脱水,最终处置,污泥,浓缩,自然干化,堆肥,农肥,污泥,浓缩,自然干化,最终处置,消化,污泥,浓缩,机械脱水,最终处置,消化,污泥,浓缩,机械脱水,干燥焚烧,消化,最终处置,污泥的来源与分类,栅渣和沙砾：格栅、沉砂池、初沉池（浮渣）、气浮池（浮渣）污泥：初沉污泥：初次沉淀池剩余污泥：二次沉淀池（活性污泥法）腐殖污泥：二次沉淀池（生物膜法）消化污泥：消化池化学污泥：化学沉淀池（混凝沉淀，物化除磷）,污泥的性质指标,污泥的含水率；污泥的比重（一般情况下以1计）；污泥中的挥发性固体与灰分；污泥中的重金属离子含量；污泥中的肥分；污泥的可消化程度。,污泥的含水率,式中：V1，V2分别表示污泥浓缩前后的体积，m3W1，W2分别表示污泥浓缩前后的固体重量，kgC1，C2分别表示污泥浓缩前后的固体浓度，g/m3P1，P2分别表示污泥浓缩前后的含水率，%,含水率的定义：污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的百分数（P）。物料衡算，污泥比重按1计。,常见污泥的含水率,常用污泥浓缩脱水技术,间歇式污泥重力浓缩池,间歇式浓缩池具有构造简单，运行可靠，浓缩效果好的特点，特别适用于中小型污水处理厂。间歇式浓缩池的主要设计参数是浓缩时间，时间太短，则不能保证浓缩效果；时间太长，池容增大且可能由于污泥厌氧而破坏浓缩过程。一般，浓缩时间取1012小时。,连续式污泥重力浓缩池,连续式污泥重力浓缩池的池型类同于污水处理中的二次沉淀池，一般采用竖流式或辐流式，适用于大型污水处理厂。浓缩池高度：一般采用4m。浓缩池水力停留时间：不宜小于12小时。固体通量：3060kg/m2.d,连续式污泥重力浓缩池,连续式污泥重力浓缩池工况示意图,污泥的机械脱水,污泥机械脱水是以过滤介质两面的压力差作为推动力，使污泥水分被强制通过过滤介质，形成滤液，而固体颗粒则被过滤介质截留，形成滤饼，从而达到污泥脱水的目的。造成压力差推动力的方法有四种：污泥自身重力，如带式压滤机的重力脱水段。在过滤介质的一面造成负压，如真空吸滤脱水机。加压污泥使水分通过过滤介质，如压滤脱水机。造成离心力使固-液分离，如离心脱水机。,污泥的机械脱水,污泥脱水机械：,板框压滤机：构造简单，过滤推动力大，适用于各种污泥。不能连续生产。,污泥的机械脱水,污泥脱水机械：滚压带式过滤机：连续生产，操作方便，自动控制，卫生条件好。对预处理要求高，必须使用高分子絮凝剂。,离心脱水机：连续生产，操作方便，自动控制，卫生条件好，占地面积小。对预处理要求高，必须使用高分子絮凝剂。,污泥的干化和焚烧,污泥经脱水后，含水率仍较高，体积较大，为便于污泥最终处置，可进行干化和焚烧。污泥经干化处理后，含水率可降至40%-20%左右。污泥经焚烧处理后，含水率可降至0，体积很小，性质稳定，便于运输，可进行综合利用或最终处置。污泥干化主要是设备。常用的污泥焚烧设备有回转焚烧炉、多段焚烧炉和流化床焚烧炉等。,污泥的稳定处理,污泥的厌氧消化污泥的好氧消化污泥堆肥污泥的石灰稳定,污泥的厌氧消化,污泥一般都采用厌氧消化法处理，即在无氧的条件下，由兼性菌及专性厌氧细菌降解有机污染物，分解的最终产物主要是二氧化碳和以甲烷为主的消化气（沼气），污泥经厌氧消化得以稳定。污泥厌氧消化过程也称为污泥厌氧生物稳定过程。污泥厌氧消化是一个极其复杂的过程，多年来，厌氧消化被概括为两阶段过程，即酸性发酵阶段和碱性发酵阶段。随着对厌氧消化微生物研究的不断深入，厌氧消化过程中不产甲烷细菌和产甲烷细菌之间的相互关系更加明确，1979年，伯力特（Bryant）等人根据微生物不同的生理类别和作用，提出了厌氧消化三阶段理论，成为目前较为公认的理论模式。,污泥的厌氧消化,厌氧消化池的基本池型：,圆柱形卵形,污泥的厌氧消化,厌氧消化池的设计要点：,设消化池体积:污泥量：初沉池污泥，剩余污泥，含水率投配率：35（一般5）挥发性固体容积负荷：0.61.5kgVSS/m3.d(一般取1.0)投配与排泥：间歇式，连续式混合搅拌设备:（循环，搅拌，沼气，联合）加热保温设备：（体外热交换间接加热）沼气收集利用设备：（沼气柜，沼气锅炉）,污泥堆肥,污泥堆肥的基本原理：,在有氧的条件下，利用嗜温菌和嗜热菌的作用，分解污泥中的有机物质并杀灭传染病菌、寄生虫卵与病毒，使污泥达到稳定并提高污泥肥分。为了改善堆肥效果，一般采用膨胀剂（如已堆熟的污泥，稻草，麦秸、木屑或城市垃圾等）与污泥混合，以便增加堆料的孔隙度，使通风良好。同时，膨胀剂可降低污泥含水率并改善堆料的碳氮比。,污泥处置,污泥的农田绿地利用：污泥含有丰富的植物所需要的肥分及改善土壤所需的有机腐殖质，故污泥作为农田绿地利用是最佳的最终处置方法。污泥的建