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1、城市污水處理 第一章 概述v一、國內(nèi)外發(fā)展趨勢v日 本 境 內(nèi) 沒 有 大 江 大 河 ， 日 本 靠 什 么 支 撐 了 他們 經(jīng) 濟 復(fù) 興 ？ 靠 的 就 是 污 水 回 用 ！ 在 各 大 城 市 創(chuàng) 建并 保 留 至 今 的 “ 工 業(yè) 用 水 道 ” 縱 貫 全 市 ， 形 成 與 自 來 水 管 道 并 存 的 又 一 條城 市 供 水 動 脈 ， 再 生 水 41%回 用 于 工 業(yè) ， 32%作 環(huán) 境用 水 ， 8%用 于 農(nóng) 業(yè) 灌 溉 。 提 出 “ 水 銀 行 ” （ Water Bank） 概 念 ， “ 從 地 下取 一 滴 水 就 要 回 注 一 滴 水 ” 。

2、 v 以 色 列 是 地 處 大 面 積 沙 漠 的 國 家 ， 嚴 重 缺 水 ， 在 污 水 回用 方 面 處 世 界 領(lǐng) 先 地 位 ， 通 過 立 法 規(guī) 定 “ 城 市 的 每 一 滴 水 至少 回 用 一 次 ” ， 污 水 處 理 回 用 于 工 業(yè) 、 灌 溉 、 城 市 綠 化 、 沖刷 。 再 生 水 42%用 于 灌 溉 、 30%回 灌 地 下 ， 回 灌 到 地 下 的 水再 抽 至 管 網(wǎng) 系 統(tǒng) ， 循 環(huán) 再 用 。v 中 國 污 水 回 用 經(jīng) 三 個 階 段 ： 1985年 之 前 起 步 1986-2000年 技 術(shù) 儲 備 、 工 程 示 范 2001年

3、 以 后 實 施 節(jié) 水 綱 要 進 入 全 面 啟 北 京 、 大 連 、 長 春 、 沈 陽 、 青 島 、 秦 皇 島 、 深 圳 、 太 原 、 邯鄲 等 城 市 已 設(shè) 計 污 水 回 用 工 廠 ， 在 全 國 起 示 范 作 用 。 二 、 污 水 處 理 的 級 別預(yù)處理（物理法）：去除粗大懸浮物；一級處理（物理法）：去除懸浮物；二級處理（生物法）：去除膠體和溶解性有機物；三級或深度處理（物化或生化）：去除氮磷營養(yǎng)物和有機物，深度處理一般以污水回收、再用為目的。 v三 、 污 水 處 理 的 目 標1. 去除水中的雜物、懸浮物(包括活性污泥顆粒)；脫色、除臭，使水得到進一步澄清

4、；2. 降低BOD5 、CODCr 、TOC等指標，使水進一步穩(wěn)定；3. 脫氮、除磷，消除能導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的因素；4. 消毒去菌，去除水中有毒有害物質(zhì) 第二章 好氧生物處理v 1、基本概念v所謂“好氧”：是指這類生物必須在有分子態(tài)氧氣（O 2）的存在下，才能進行正常的生理生化反應(yīng)。v 所謂“厭氧”：是能在無分子態(tài)氧存在的條件下，能進行正常的生理生化反應(yīng)的生物，如厭氧細菌、酵母菌等。v廢水好氧生物處理過程中有機物的代謝及微生物的合成，可用下列基本圖式來表示： 廢水好氧生物處理過程示意圖 2、好氧生物處理的基本反應(yīng)（1）氧化與合成反應(yīng)（2）內(nèi)源呼吸反應(yīng) 微生物對自身的細胞物質(zhì)進行氧化分解，并提供

5、能量即內(nèi)源呼吸。內(nèi)源呼吸反應(yīng)式如下： HOHCONOHCONHOHC HOHCOOOHC 和化學方程式：22n27523zyx 222zyx 4y2n5xn52z4yxnnn 2yx2z4yx HNHOHCOONOHC 3222n275 nn2n5n5 v3、影響好氧生物處理的因素v影響好氧生物處理的因素主要是營養(yǎng)物、溫度、pH、水中的溶解氧、毒物和廢水中有機物的性質(zhì)等。（1）營養(yǎng)物質(zhì)v細胞組成中，C、H、O、N約占9097%，其余310%為無機元素，主要的是P。v一般對于好氧生物處理工藝，應(yīng)按BOD N P = 100 5 1 投加N和P。生活污水一般不需再投加營養(yǎng)物質(zhì)；v其它無機營養(yǎng)元素：

6、K、Mg、Ca、S、Na等；v微量元素： Fe、Cu、Mn、Mo、硼等； 2）溫度v是重要因素之一，v在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生化反應(yīng)的速率加快，增殖速率也加快；v細胞的組成物如蛋白質(zhì)、核酸等對溫度很敏感，溫度突升或降并超過一定限度時，會有不可逆的破壞；v最適宜溫度 1530C，40C或 10C后，會有不利影響。（3）pH值v一般好氧微生物的最適宜pH在6.59之間； v pH6.5時，真菌將占優(yōu)勢，引起污泥膨脹；v另一方面，微生物的活動也會影響混合液的pH值。 4）溶解氧v 廢水的好氧生物處理中，微生物是以好氧微生物為主，必須使反應(yīng)器中保證有足夠的溶解氧，使微生物進行有氧呼吸。在好氧生

7、物反應(yīng)器中，溶解氧一般為24mg/L為宜。（5）有毒物質(zhì)v 工業(yè)廢水中，存在著對微生物有抑制、毒害作用的化學物質(zhì)，如重金屬及其化合物、酚、氰等。 v 4、活性污泥降解廢水中有機物的過程v活性污泥凈化廢水主要包括三個主要過程（1）吸附階段 從圖可看出，在泥水混和曝氣30min內(nèi)，廢水中BOD 5的去除率可達70，在其后有一個BOD5的回升階段，隨著曝氣時間的延長，BOD5再逐漸降低。BOD5吸附降解曝氣過程 v（2）、穩(wěn)定階段（微生物代謝）v吸附階段結(jié)束后，微生物要對大量被吸附的有機物進行氧化分解，并利用有機物合成細胞自身物質(zhì)，進行細胞的更新、增殖，同時也繼續(xù)吸附廢水中的殘余的有機物。v 經(jīng)過穩(wěn)

8、定階段后，廢水中的有機物發(fā)生了質(zhì)的變化，一部分被氧化為無機物，另一部分變?yōu)槲⑸锛毎w即活性污泥。 v（3）、凝聚與沉淀v絮凝體是活性污泥的基本結(jié)構(gòu)，它能夠防止微型動物對游離細菌的吞噬，并承受曝氣等外界不利因素的影響，更有利于與處理水分離。v絮凝的原因主要是:v 細菌體內(nèi)積累的聚-羥基丁酸釋放到液相，促使細菌間相互凝聚，結(jié)成絨粒;v 微生物攝食過程釋放的粘性物質(zhì)促進凝聚;v 在不同條件下，細菌內(nèi)部的能量不同，當外界營養(yǎng)不足時，細菌內(nèi)部能量降低，表面電荷減少，細菌顆粒間的結(jié)合力大于排斥力，形成絨粒;當營養(yǎng)物充足(廢水和活性污泥混合初期，F(xiàn)/M較大時，細菌內(nèi)部能量大，表面電荷增大，形成的絨粒重新分

9、散。 v5、活性污泥的性能及其評價指標5.1活性污泥的組成 v 活性污泥通常由以下幾部分組成:活性的微生物;微生物自身氧化的殘留物;吸附在活性污泥上不能被生物降解的有機物和無機物組成。 其中微生物是活性污泥的主要組成部分?；钚晕勰嘀械奈⑸镉质怯杉毦⒄婢?、原生動物、后生動物等多種微生物群體相結(jié)合所組成的一個生態(tài)系。v 活性污泥通常為黃褐色絮狀顆粒，其直徑一般為0.022mm，含水率一般為99.299.8，密度因含水率不同而異，一般為1.0021.006g/cm3。 v 細菌是活性污泥組成和凈化功能的中心，是微生物的最主要部分。 v 污水中有機物的性質(zhì)決定那些種屬的細菌占優(yōu)勢 5.2活性污泥評

10、價指標 （1）混合液懸浮固體濃度(MLSS) ，也稱為污泥濃度。v混合液是曝氣池中污水和活性污泥混合后的混合懸浮液。 v混合液固體懸浮物濃度是指曝氣池中單位體積混合液所含懸浮固體的質(zhì)量，單位為mg/L或g/L。v它是計量曝氣池中活性污泥數(shù)量多少的指標。一般活性污泥法中，MLSS濃度一般為23g/L。 （2）混合液揮發(fā)性懸浮固體 (MLVSS) v指活性污泥中有機固體物質(zhì)的濃度，單位為mg/L或g/L。 v把混合液懸浮固體在600焙燒，能揮發(fā)的部分即是揮發(fā)性懸浮固體，剩下的部分稱為非揮發(fā)性懸浮固體（MLNVSS）。 v一般在活性污泥法中用MLVSS表示活性污泥中生物的含量。在一般情況下，MLVS

11、S/MLSS的比值較固定，對于生活污水，常在0.750.85左右。對于工業(yè)廢水，其比值視水質(zhì)不同而異。 （3）污泥沉降比(SV) v污泥沉降比是指曝氣池混合液在l000mL量筒中，靜置沉降30min后，沉降污泥所占的體積與混合液總體積之比的百分數(shù)。所以也常稱為30 min沉降比。 v正常的活性污泥在沉降30min后，可以接近它的最大密度，故污泥沉降比可以反映曝氣池正常運行時的污泥量?？捎糜诳刂剖Ｓ辔勰嗟呐欧?。 v它還能及時反映出污泥膨脹等異常情況，便于及早查明原因，采取措施。 （4）污泥體積指數(shù) (SVI) v污泥體積指數(shù)也稱污泥容積指數(shù)，是指曝氣池出口處混合液，經(jīng)30min靜置沉降后，沉降污

12、泥體積中1g干污泥所占的容積的毫升數(shù)，單位為mL/g，但一般不標出。 v它與污泥沉降比有如下關(guān)系： SVI=(SV10)/X 式中：X的單位為g/L，SVI以百分數(shù)代入。v SVI值能較好地反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚、沉降性能。v SVl值過低，說明污泥顆粒細小緊密，無機物多，缺乏活性和吸附力； v SVI值過高，說明污泥難于沉降分離，并使回流污泥的濃度降低，甚至出現(xiàn)污泥膨脹(sludge bulking)，導(dǎo)致污泥流失等后果。 v一般認為，處理生活污水時SVI100時，沉降性能良好；SVI為100200時，沉降性能一般；SVI 200時，沉降性能不好。 v一般控制SVI為5015

13、0之間較好。 （5）泥齡（c）v也稱細胞平均停留時間（MCRT）或污泥滯留時間（SRT）。v泥齡是指每日新增長的活性污泥在曝氣池的平均停留時間，即曝氣池全部活性污泥平均更新一次所需要的時間，或曝氣池內(nèi)活性污泥的總量與每日排放污泥量之比，單位：d。v普通活性污泥法的泥齡一般采用515d。 v6、活性污泥凈化水的機理v 1、活性污泥的增長規(guī)律v 活性污泥中的微生物是多菌種的混合群體，其生長繁殖規(guī)律比較復(fù)雜，但也可用其增長曲線表示一般規(guī)律?；钚晕勰嗟脑鲩L過程可分為對數(shù)增長期、減速增長期和內(nèi)源呼吸期三個階段。 有機物、活性污泥微生物及耗氧關(guān)系 v 2、曝氣理論v曝氣的理論基礎(chǔ)雙膜理論 淺層理論 表面更

14、新理論v目前最普遍使用的用來解釋氣體轉(zhuǎn)移機理的理論是雙膜理論：v（1）氣液界面存在著二層膜氣膜和液膜 （2）這兩層膜使氣體分子從一相進入另一相時受到阻力 （3）當氣體分子從氣相向液相傳遞時，若氣體的溶解度低，則阻力主要來自液膜。 氧傳遞過程的基本方程如下： 。，清水中氧的實際溶解度；，清水中氧的飽和溶解度；，清水中氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù)）；（移速率，單位體積清水中氧的轉(zhuǎn)）（LC LC LK LC CCKCL L /mg /mg h/ h/mgdtddtds a sa 影響氧轉(zhuǎn)移的因素：（1）污水水質(zhì)（2）水溫 水溫對KLa的影響關(guān)系式為： KLa（T）KLa（20）1.024（T20） 式中： KLa

15、（T）水溫為T時的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)； KLa（20）水溫為20時的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)； T設(shè)計溫度； 1.024溫度系數(shù)。（3）氧的分壓 Cs瘦氧分壓的影響，其校正修正系數(shù)： =所在地區(qū)實際氣壓（Pa）/1.01310 5（4）曝氣裝置的安裝深度 第三章 A20生物同步脫氮除磷一、生物脫氮 生物脫氮是在微生物的作用下，將有機氮和氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2的過程。其中包括氨化、硝化和反硝化三個反應(yīng)過程。1、氨化反應(yīng)：生物氨化是指微生物將有機氮轉(zhuǎn)化為NH3-N的生物過程。一般異養(yǎng)微生物都能進行高效的氨化作用，所以在普通活性污泥工藝中，隨著BOD5的去除，95%以上的有機氮會被氨化成NH3-N.以氨基酸為例： 3222

16、 NHCORCOCOOHOCOOHRCHNH 有機氮 （蛋白質(zhì)、尿素） 細菌分解和水解 氨 氮 同 化 有機氮 有機氮 （NH 3-N） （細菌細胞） （凈增長） O2 硝化 自溶和自身氧化 亞硝態(tài)氮 反硝化 （NO2-） O 2 有機碳 硝化 硝態(tài)氮 反硝化 氮氣 （NO3-） （N2） 有機碳 v 2、硝化反應(yīng)：硝化反應(yīng)是在好氧條件下，將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-和NO3-的過程。硝化細菌是化能自養(yǎng)菌，這類菌利用無機碳化合物如CO2、CO32-、HCO3- 等作為碳源，通過與NH3、NH4+、NO2 的氧化反應(yīng)來獲得能量。生長率低，對環(huán)境條件變化較為敏感。溫度、溶解氧、污泥齡、pH、有機負荷等

17、都會對它產(chǎn)生影響。v硝化總反應(yīng)式：v影響硝化反應(yīng)的因素： v（1）有機碳源(BOD)v 硝化菌是自養(yǎng)菌，有機基質(zhì)濃度并不是它的增殖限制因素，若BOD值過高，將使增殖速度較快的異養(yǎng)型細菌迅速增殖，從而使硝化菌不能成為優(yōu)勢種屬。 v (2)污泥齡：v 為保證反應(yīng)器中存活并維持一定數(shù)量和性能穩(wěn)定的硝化菌，微生物在反應(yīng)器的停留時間應(yīng)大于硝化菌的最小世代時間。脫氮工藝的污泥齡主要是由亞硝酸菌的世代時間控制。在實際運行中，一般取系統(tǒng)的污泥齡為硝化菌最小世代的3倍以上。并不的小于35d，為保證硝化反應(yīng)的充分進行，污泥齡應(yīng)大于10d。（3）溶解氧： 硝化菌為了獲得足夠的能量用于生長，必須氧化大量的NH3和NO

18、2-，氧是硝化反應(yīng)的電子受體，DO為0.50.7mg/L是硝化菌忍受的極限。當DO2mg/L時，氨氮有可能完全氧化，但需要過長的污泥齡，因此硝化反應(yīng)的DO2mg/L。在A2O工藝中硝化菌約占活性污泥的5%，且大部分處于絮體內(nèi)部，更應(yīng)該增加氧濃度提高氧對絮體的穿透力。 v（4）溫度：v 硝化反應(yīng)的適宜溫度是2030，15以下時，硝化反應(yīng)速度下降，5時完全停止，30 以上蛋白質(zhì)變性降低了硝化菌的活性。v（5）pH值：v 硝化反應(yīng)過程中，釋放H+，使pH下降，硝化菌對pH的變化十分敏感，為保持適宜的pH，應(yīng)當在污水中保持足夠的堿度，以調(diào)節(jié)pH的變化，lg氨態(tài)氮（以N計）完全硝化，需堿度（以CaCO3

19、計）7.14g。對硝化菌的適宜的pH為7.58.4，低于6或高于9.6時消化反應(yīng)停止進行。v（6）有害物質(zhì)： 除有毒有害物質(zhì)及重金屬外，對硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用的物質(zhì)還有高濃度的NH4-N、高濃度的NOx-N、高濃度的有機基質(zhì)、部分有機物以及絡(luò)合陽離子等。 v 3、反硝化反應(yīng)：反硝化反應(yīng)是指在無氧的條件下，反硝化菌將硝酸鹽氮(NO3-)和亞硝酸鹽氮(NO2-)還原為氮氣的過程。反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在有氧存在時，它會以O(shè)2為電子進行呼吸；在無氧而有NO3-或NO2-存在時，則以NO3-或NO2-為電子受體，以有機碳為電子供體和營養(yǎng)源進行反硝化反應(yīng)。v反硝化總反應(yīng)式：v反硝化影響因素：（1）有

20、機碳源(BOD) 能為反硝化菌所利用的碳源較多，從污水生物脫氮考慮，可有下列三類：一是原污水中所含碳源，對于城市污水，當原污水BOD5/TKN35時,即可認為碳源充足； 二是外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），因為甲醇被分解后的產(chǎn)物為CO2和H2O，不留任何難降解的中間產(chǎn)物；三是利用微生物組織進行內(nèi)源反硝化。（2）pH值： pH對反硝化反應(yīng)，最適宜的pH是6.57.5。pH高于8或低于6，反硝化反應(yīng)受到強烈的抑制，由于反硝化會產(chǎn)生堿度，這有助于pH值在所需范圍內(nèi)，并可補充在硝化過程中消耗的一部分堿度。（3）溫度： 反硝化反應(yīng)的最適宜溫度是2040，低于15反硝化反應(yīng)速率降低。為了保持一定的反硝

21、化速率，在冬季低溫季節(jié)，可采用如下措施：提高生物固體平均停留時間；降低負荷率；提高污水的水力停留時間。 v（4）溶解氧： 反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在無分子氧同時存在硝酸根離子和亞硝酸根離子的條件下，它們能夠利用這些離子中的氧進行呼吸，使硝酸鹽還原。另一方面，反硝化菌體內(nèi)的某些酶系統(tǒng)組分，只有在有氧條件下，才能夠合成。這樣，反硝化反應(yīng)宜于在缺氧、好氧條件交替的條件下進行，一般溶解氧應(yīng)控制在0.5 mg/L以下才能正常的反硝化。 v二、生物除磷v 利用好氧微生物中聚磷菌在好氧條件下對污水中溶解性磷酸鹽過量吸收作用，然后沉淀分離而除磷。 厭氧環(huán)境 好氧環(huán)境 有機基質(zhì) 產(chǎn)酸菌 P 乙酸 P 聚P 聚

22、P PHB PHB 聚P 聚P 聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌 v影響生物除磷的因素：v（1）BOD負荷與有機物性質(zhì)v 聚磷菌競爭能力差，只能利用分子量小易降解的有機物為基質(zhì)，將其體內(nèi)的儲存的聚合磷酸鹽釋放出來，厭氧階段放磷越充分，好氧階段磷的攝取量就越大，一般認為BOD/TP要大于2030才能保證聚磷菌有足夠的基質(zhì)需求而獲得良好的除磷效果。v（2）溶解氧：v 厭氧區(qū)DO要嚴格控制在0.2mg/L以下。如果有DO，一方面DO將會作為最終的電子受體抑制厭氧的發(fā)酵產(chǎn)酸作用，妨礙磷的釋放;另一方面DO會盡快耗盡能快速降解的有機基質(zhì)。 v 好氧區(qū)DO要控制在2mg/L，來滿足對其儲存的PHB進行降解，

23、釋放足夠的能量供其攝磷。 v 3、污泥齡：v 生物脫磷系統(tǒng)主要是通過排除剩余污泥去除的磷的，一般來說污泥齡越短，污泥含磷量越高，能取得較好的脫磷效果。 SRT=30d時，除磷效果40%；SRT=17d時，除磷效果50%；SRT=5d天時，除磷效果87%。v 4、pH值：v 與常規(guī)生物處理相同，生物除磷系統(tǒng)合適的pH為6.58，低于6.5生物除磷效果會大大下降。v 5、溫度：v 溫度對生物除磷效果影響不是很明顯，一般530C都可以得到很好的除磷效果。 v三、A2O同步脫氮除磷工藝v 1、A2/O工 藝 原 理 （1）. 在首段厭氧池進行磷的釋放使污水中P的濃度升高，溶解性有機物被細胞吸收而使污水中BOD濃度下降，另外NH3-N因細胞合成而被去除一部分，使污水中NH3-N濃度下降，但NH3-N濃度沒有變化。（2）. 在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有機物作碳源，將回流混合液中帶入的大量NO3-N和NO2-N還原為N2釋放至空氣，因此BOD5濃度繼續(xù)下降， NO3-N濃度大幅度下降，但磷的變化很小。（3）.在好氧池中，有機物被微生物生化降解，其濃度繼續(xù)下降；有機氮被氨化繼而被硝化，使NH4-N濃度顯著下降， NO3-N濃度顯著增加，而磷隨著聚磷菌的過量攝取也以較快的速率下降。 A2/O工藝基本流程