《污水处理ao工艺》PPT课件.ppt

城市污水处理 第一章 概述v一、国内外发展趋势v日 本 境 内 没 有 大 江 大 河 ， 日 本 靠 什 么 支 撑 了 他们 经 济 复 兴 ？ 靠 的 就 是 污 水 回 用 ！ 在 各 大 城 市 创 建并 保 留 至 今 的 “ 工 业 用 水 道 ” 纵 贯 全 市 ， 形 成 与 自 来 水 管 道 并 存 的 又 一 条城 市 供 水 动 脉 ， 再 生 水 41%回 用 于 工 业 ， 32%作 环 境用 水 ， 8%用 于 农 业 灌 溉 。 提 出 “ 水 银 行 ” （ Water Bank） 概 念 ， “ 从 地 下取 一 滴 水 就 要 回 注 一 滴 水 ” 。 v 以 色 列 是 地 处 大 面 积 沙 漠 的 国 家 ， 严 重 缺 水 ， 在 污 水 回用 方 面 处 世 界 领 先 地 位 ， 通 过 立 法 规 定 “ 城 市 的 每 一 滴 水 至少 回 用 一 次 ” ， 污 水 处 理 回 用 于 工 业 、 灌 溉 、 城 市 绿 化 、 冲刷 。 再 生 水 42%用 于 灌 溉 、 30%回 灌 地 下 ， 回 灌 到 地 下 的 水再 抽 至 管 网 系 统 ， 循 环 再 用 。v 中 国 污 水 回 用 经 三 个 阶 段 ： 1985年 之 前 起 步 1986-2000年 技 术 储 备 、 工 程 示 范 2001年 以 后 实 施 节 水 纲 要 进 入 全 面 启 北 京 、 大 连 、 长 春 、 沈 阳 、 青 岛 、 秦 皇 岛 、 深 圳 、 太 原 、 邯郸 等 城 市 已 设 计 污 水 回 用 工 厂 ， 在 全 国 起 示 范 作 用 。 二 、 污 水 处 理 的 级 别预处理（物理法）：去除粗大悬浮物；一级处理（物理法）：去除悬浮物；二级处理（生物法）：去除胶体和溶解性有机物；三级或深度处理（物化或生化）：去除氮磷营养物和有机物，深度处理一般以污水回收、再用为目的。 v三 、 污 水 处 理 的 目 标1. 去除水中的杂物、悬浮物(包括活性污泥颗粒)；脱色、除臭，使水得到进一步澄清；2. 降低BOD5 、CODCr 、TOC等指标，使水进一步稳定；3. 脱氮、除磷，消除能导致水体富营养化的因素；4. 消毒去菌，去除水中有毒有害物质 第二章 好氧生物处理v 1、基本概念v所谓“好氧”：是指这类生物必须在有分子态氧气（O 2）的存在下，才能进行正常的生理生化反应。v 所谓“厌氧”：是能在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等。v废水好氧生物处理过程中有机物的代谢及微生物的合成，可用下列基本图式来表示： 废水好氧生物处理过程示意图 2、好氧生物处理的基本反应（1）氧化与合成反应（2）内源呼吸反应 微生物对自身的细胞物质进行氧化分解，并提供能量即内源呼吸。内源呼吸反应式如下： HOHCONOHCONHOHC HOHCOOOHC 和化学方程式：22n27523zyx 222zyx 4y2n5xn52z4yxnnn 2yx2z4yx HNHOHCOONOHC 3222n275 nn2n5n5 v3、影响好氧生物处理的因素v影响好氧生物处理的因素主要是营养物、温度、pH、水中的溶解氧、毒物和废水中有机物的性质等。（1）营养物质v细胞组成中，C、H、O、N约占9097%，其余310%为无机元素，主要的是P。v一般对于好氧生物处理工艺，应按BOD N P = 100 5 1 投加N和P。生活污水一般不需再投加营养物质；v其它无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等；v微量元素： Fe、Cu、Mn、Mo、硼等； 2）温度v是重要因素之一，v在一定范围内，随着温度的升高，生化反应的速率加快，增殖速率也加快；v细胞的组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或降并超过一定限度时，会有不可逆的破坏；v最适宜温度 1530C，40C或 10C后，会有不利影响。（3）pH值v一般好氧微生物的最适宜pH在6.59之间； v pH6.5时，真菌将占优势，引起污泥膨胀；v另一方面，微生物的活动也会影响混合液的pH值。 4）溶解氧v 废水的好氧生物处理中，微生物是以好氧微生物为主，必须使反应器中保证有足够的溶解氧，使微生物进行有氧呼吸。在好氧生物反应器中，溶解氧一般为24mg/L为宜。（5）有毒物质v 工业废水中，存在着对微生物有抑制、毒害作用的化学物质，如重金属及其化合物、酚、氰等。 v 4、活性污泥降解废水中有机物的过程v活性污泥净化废水主要包括三个主要过程（1）吸附阶段 从图可看出，在泥水混和曝气30min内，废水中BOD 5的去除率可达70，在其后有一个BOD5的回升阶段，随着曝气时间的延长，BOD5再逐渐降低。BOD5吸附降解曝气过程 v（2）、稳定阶段（微生物代谢）v吸附阶段结束后，微生物要对大量被吸附的有机物进行氧化分解，并利用有机物合成细胞自身物质，进行细胞的更新、增殖，同时也继续吸附废水中的残余的有机物。v 经过稳定阶段后，废水中的有机物发生了质的变化，一部分被氧化为无机物，另一部分变为微生物细胞体即活性污泥。 v（3）、凝聚与沉淀v絮凝体是活性污泥的基本结构，它能够防止微型动物对游离细菌的吞噬，并承受曝气等外界不利因素的影响，更有利于与处理水分离。v絮凝的原因主要是:v 细菌体内积累的聚-羟基丁酸释放到液相，促使细菌间相互凝聚，结成绒粒;v 微生物摄食过程释放的粘性物质促进凝聚;v 在不同条件下，细菌内部的能量不同，当外界营养不足时，细菌内部能量降低，表面电荷减少，细菌颗粒间的结合力大于排斥力，形成绒粒;当营养物充足(废水和活性污泥混合初期，F/M较大时，细菌内部能量大，表面电荷增大，形成的绒粒重新分散。 v5、活性污泥的性能及其评价指标5.1活性污泥的组成 v 活性污泥通常由以下几部分组成:活性的微生物;微生物自身氧化的残留物;吸附在活性污泥上不能被生物降解的有机物和无机物组成。 其中微生物是活性污泥的主要组成部分。活性污泥中的微生物又是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等多种微生物群体相结合所组成的一个生态系。v 活性污泥通常为黄褐色絮状颗粒，其直径一般为0.022mm，含水率一般为99.299.8，密度因含水率不同而异，一般为1.0021.006g/cm3。 v 细菌是活性污泥组成和净化功能的中心，是微生物的最主要部分。 v 污水中有机物的性质决定那些种属的细菌占优势 5.2活性污泥评价指标 （1）混合液悬浮固体浓度(MLSS) ，也称为污泥浓度。v混合液是曝气池中污水和活性污泥混合后的混合悬浮液。 v混合液固体悬浮物浓度是指曝气池中单位体积混合液所含悬浮固体的质量，单位为mg/L或g/L。v它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。一般活性污泥法中，MLSS浓度一般为23g/L。 （2）混合液挥发性悬浮固体 (MLVSS) v指活性污泥中有机固体物质的浓度，单位为mg/L或g/L。 v把混合液悬浮固体在600焙烧，能挥发的部分即是挥发性悬浮固体，剩下的部分称为非挥发性悬浮固体（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。在一般情况下，MLVSS/MLSS的比值较固定，对于生活污水，常在0.750.85左右。对于工业废水，其比值视水质不同而异。 （3）污泥沉降比(SV) v污泥沉降比是指曝气池混合液在l000mL量筒中，静置沉降30min后，沉降污泥所占的体积与混合液总体积之比的百分数。所以也常称为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气池正常运行时的污泥量。可用于控制剩余污泥的排放。 v它还能及时反映出污泥膨胀等异常情况，便于及早查明原因，采取措施。 （4）污泥体积指数 (SVI) v污泥体积指数也称污泥容积指数，是指曝气池出口处混合液，经30min静置沉降后，沉降污泥体积中1g干污泥所占的容积的毫升数，单位为mL/g，但一般不标出。 v它与污泥沉降比有如下关系： SVI=(SV10)/X 式中：X的单位为g/L，SVI以百分数代入。v SVI值能较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值过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附力； v SVI值过高，说明污泥难于沉降分离，并使回流污泥的浓度降低，甚至出现污泥膨胀(sludge bulking)，导致污泥流失等后果。 v一般认为，处理生活污水时SVI100时，沉降性能良好；SVI为100200时，沉降性能一般；SVI 200时，沉降性能不好。 v一般控制SVI为50150之间较好。 （5）泥龄（c）v也称细胞平均停留时间（MCRT）或污泥滞留时间（SRT）。v泥龄是指每日新增长的活性污泥在曝气池的平均停留时间，即曝气池全部活性污泥平均更新一次所需要的时间，或曝气池内活性污泥的总量与每日排放污泥量之比，单位：d。v普通活性污泥法的泥龄一般采用515d。 v6、活性污泥净化水的机理v 1、活性污泥的增长规律v 活性污泥中的微生物是多菌种的混合群体，其生长繁殖规律比较复杂，但也可用其增长曲线表示一般规律。活性污泥的增长过程可分为对数增长期、减速增长期和内源呼吸期三个阶段。 有机物、活性污泥微生物及耗氧关系 v 2、曝气理论v曝气的理论基础双膜理论 浅层理论 表面更新理论v目前最普遍使用的用来解释气体转移机理的理论是双膜理论：v（1）气液界面存在着二层膜气膜和液膜 （2）这两层膜使气体分子从一相进入另一相时受到阻力 （3）当气体分子从气相向液相传递时，若气体的溶解度低，则阻力主要来自液膜。 氧传递过程的基本方程如下： 。，清水中氧的实际溶解度；，清水中氧的饱和溶解度；，清水中氧的总转移系数）；（移速率，单位体积清水中氧的转）（LC LC LK LC CCKCL L /mg /mg h/ h/mgdtddtds a sa 影响氧转移的因素：（1）污水水质（2）水温 水温对KLa的影响关系式为： KLa（T）KLa（20）1.024（T20） 式中： KLa（T）水温为T时的氧总转移系数； KLa（20）水温为20时的氧总转移系数； T设计温度； 1.024温度系数。（3）氧的分压 Cs瘦氧分压的影响，其校正修正系数： =所在地区实际气压（Pa）/1.01310 5（4）曝气装置的安装深度 第三章 A20生物同步脱氮除磷一、生物脱氮 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的过程。其中包括氨化、硝化和反硝化三个反应过程。1、氨化反应：生物氨化是指微生物将有机氮转化为NH3-N的生物过程。一般异养微生物都能进行高效的氨化作用，所以在普通活性污泥工艺中，随着BOD5的去除，95%以上的有机氮会被氨化成NH3-N.以氨基酸为例： 3222 NHCORCOCOOHOCOOHRCHNH 有机氮 （蛋白质、尿素） 细菌分解和水解 氨 氮 同 化 有机氮 有机氮 （NH 3-N） （细菌细胞） （净增长） O2 硝化 自溶和自身氧化 亚硝态氮 反硝化 （NO2-） O 2 有机碳 硝化 硝态氮 反硝化 氮气 （NO3-） （N2） 有机碳 v 2、硝化反应：硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。硝化细菌是化能自养菌，这类菌利用无机碳化合物如CO2、CO32-、HCO3- 等作为碳源，通过与NH3、NH4+、NO2 的氧化反应来获得能量。生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄、pH、有机负荷等都会对它产生影响。v硝化总反应式：v影响硝化反应的因素： v（1）有机碳源(BOD)v 硝化菌是自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。 v (2)污泥龄：v 为保证反应器中存活并维持一定数量和性能稳定的硝化菌，微生物在反应器的停留时间应大于硝化菌的最小世代时间。脱氮工艺的污泥龄主要是由亚硝酸菌的世代时间控制。在实际运行中，一般取系统的污泥龄为硝化菌最小世代的3倍以上。并不的小于35d，为保证硝化反应的充分进行，污泥龄应大于10d。（3）溶解氧： 硝化菌为了获得足够的能量用于生长，必须氧化大量的NH3和NO2-，氧是硝化反应的电子受体，DO为0.50.7mg/L是硝化菌忍受的极限。当DO2mg/L时，氨氮有可能完全氧化，但需要过长的污泥龄，因此硝化反应的DO2mg/L。在A2O工艺中硝化菌约占活性污泥的5%，且大部分处于絮体内部，更应该增加氧浓度提高氧对絮体的穿透力。 v（4）温度：v 硝化反应的适宜温度是2030，15以下时，硝化反应速度下降，5时完全停止，30 以上蛋白质变性降低了硝化菌的活性。v（5）pH值：v 硝化反应过程中，释放H+，使pH下降，硝化菌对pH的变化十分敏感，为保持适宜的pH，应当在污水中保持足够的碱度，以调节pH的变化，lg氨态氮（以N计）完全硝化，需碱度（以CaCO3计）7.14g。对硝化菌的适宜的pH为7.58.4，低于6或高于9.6时消化反应停止进行。v（6）有害物质： 除有毒有害物质及重金属外，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、部分有机物以及络合阳离子等。 v 3、反硝化反应：反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。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。v反硝化总反应式：v反硝化影响因素：（1）有机碳源(BOD) 能为反硝化菌所利用的碳源较多，从污水生物脱氮考虑，可有下列三类：一是原污水中所含碳源，对于城市污水，当原污水BOD5/TKN35时,即可认为碳源充足； 二是外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），因为甲醇被分解后的产物为CO2和H2O，不留任何难降解的中间产物；三是利用微生物组织进行内源反硝化。（2）pH值： pH对反硝化反应，最适宜的pH是6.57.5。pH高于8或低于6，反硝化反应受到强烈的抑制，由于反硝化会产生碱度，这有助于pH值在所需范围内，并可补充在硝化过程中消耗的一部分碱度。（3）温度： 反硝化反应的最适宜温度是2040，低于15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；提高污水的水力停留时间。 v（4）溶解氧： 反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在无分子氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的条件下，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，反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条件下进行，一般溶解氧应控制在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条件下对污水中溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。 厌氧环境 好氧环境 有机基质 产酸菌 P 乙酸 P 聚P 聚P PHB PHB 聚P 聚P 聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌 v影响生物除磷的因素：v（1）BOD负荷与有机物性质v 聚磷菌竞争能力差，只能利用分子量小易降解的有机物为基质，将其体内的储存的聚合磷酸盐释放出来，厌氧阶段放磷越充分，好氧阶段磷的摄取量就越大，一般认为BOD/TP要大于2030才能保证聚磷菌有足够的基质需求而获得良好的除磷效果。v（2）溶解氧：v 厌氧区DO要严格控制在0.2mg/L以下。如果有DO，一方面DO将会作为最终的电子受体抑制厌氧的发酵产酸作用，妨碍磷的释放;另一方面DO会尽快耗尽能快速降解的有机基质。 v 好氧区DO要控制在2mg/L，来满足对其储存的PHB进行降解，释放足够的能量供其摄磷。 v 3、污泥龄：v 生物脱磷系统主要是通过排除剩余污泥去除的磷的，一般来说污泥龄越短，污泥含磷量越高，能取得较好的脱磷效果。 SRT=30d时，除磷效果40%；SRT=17d时，除磷效果50%；SRT=5d天时，除磷效果87%。v 4、pH值：v 与常规生物处理相同，生物除磷系统合适的pH为6.58，低于6.5生物除磷效果会大大下降。v 5、温度：v 温度对生物除磷效果影响不是很明显，一般530C都可以得到很好的除磷效果。 v三、A2O同步脱氮除磷工艺v 1、A2/O工 艺 原 理 （1）. 在首段厌氧池进行磷的释放使污水中P的浓度升高，溶解性有机物被细胞吸收而使污水中BOD浓度下降，另外NH3-N因细胞合成而被去除一部分，使污水中NH3-N浓度下降，但NH3-N浓度没有变化。（2）. 在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液中带入的大量NO3-N和NO2-N还原为N2释放至空气，因此BOD5浓度继续下降， NO3-N浓度大幅度下降，但磷的变化很小。（3）.在好氧池中，有机物被微生物生化降解，其浓度继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使NH4-N浓度显著下降， NO3-N浓度显著增加，而磷随着聚磷菌的过量摄取也以较快的速率下降。 A2/O工艺基本流程