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1、深度处理的技术,3.有机氮和氨氮去除的原理 污水中氮的存在形式有有机氮、氨氮、天机氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等多种形式，而在城市污水中主要是以前两种为主。在对环境要求越来越高的今天，国家城市污水排放标准中，明确规定氨氮的要求，即除氮是必不可少的。采用活性污泥法来除氮是应用生物脱氮的原理，经历硝化和反硝化两个生化反应过程。,硝化过程 硝化过程是在好氧的情况下，经自养型的亚硝化单胞菌的作用，将氨氮(铵氮)氧化为亚硝酸盐，继而在硝化杆菌的作用下氧化为硝酸盐。亚硝化菌和硝化杆菌统称为硝化菌，硝化菌利用无机碳化合物作为碳源，从NH3、NH4+或NO3的氧化反应中获得能源。亚硝化反应和硝化反应以下列反应式表
2、示：,理论上硝化过程中，将1g氨氮转化为硝酸盐氮需要4.57g氧(其中亚硝化反应需要3.43g氧，硝化反应需要1.14g氧)。,反硝化过程 反硝化反应是由异养型微生物在无分子态氧的条件下把硝酸盐作为氧化剂，将硝酸盐还原为氮气。自然界中反硝化细菌普遍存在，例如假单胞菌属、反硝化杆菌属、螺旋菌属等，它们多数是兼性菌，在溶解氧浓度极低的环境中利用硝酸盐作为氧化剂，如果存在氧则利用氧作为氧化剂，所以要使反硝化能较好进行必须控制好溶解氧。,当反硝化利用污水中的有机物作为能源，反硝化的反应式为：,反硝化过程利用了硝酸盐氮中的氧，每还原1g硝酸盐氮可得到2.6g氧，也可以理解为回收2.6g氧。此外，反硝化还
3、可以提供一定的重碳酸盐碱度，约为3.47g CaCO3gN03-N。,环境因素对硝化的影响影响硝化反应的环境因素有：,环境因素,pH值,温度,污泥泥龄,毒性物质,溶解氧,温度 硝化反应的适宜温度范围为30-35，在5-35的范围内，反应速率随温度的升高而加快，当温度低于5时，硝化细菌的生命活动几乎停止。对于同时去除有机物和进行硝化反应的系统，温度低于15即发现硝化速率迅速降低。低温对硝化细菌的抑制更为强烈，在12-14时会出现亚硝酸盐的积聚。,溶解氧 硝化反应必须在好氧的条件下进行，一般维持混合液溶解氧的浓度为2-3mg/L，当溶解氧低到已是硝化细菌最低的忍受权限。溶解氧对反硝化也有很大的影响
4、，主要由于氧会同硝酸盐争夺电子供体，而且会抑制硝酸盐还原酶的合成及其活动性。系统中溶解氧应保持在0.5mg/L以下，才能保持反硝化的正常运转。,pH值 硝化反应的最佳pH值范围为，pH值低于6时，硝化速度明显降低，低于6和高于9.6时，硝化反应将停止进行。硝化反应对碱度的消耗会引起水的pH值的变化，因此须投加必要的碱量以维持适量的pH值，保证硝化的正常进行。,抑制性的物质 对硝化反应有抑制作用的物质有过高浓度的游离态NH3和HN02、重金属、氰化物以及有机物。过高浓度的游离态NH3对硝化反应会产生基质的抑制作用，在培养和驯化硝化细菌时十分注意游离态NH3的浓度，不使其产生抑制。,污泥泥龄 为使
5、硝化细菌能在连续流的反应系统中存活并维持定的数量，微生物在反应器的停留时间即泥龄应大于硝化细菌的最小世代期，硝化细菌的最小世代期即其最大比增长速率的倒数。一般应取系统的泥龄为硝化细菌的最小世代期的两倍以上，并不得小于3-5d，为保证温度低时都有充分的硝化反应，泥龄应大于10d.,内循环（硝化液循环）,原污水,反硝化反应器（缺氧）,BOD去除,硝化反应反应器（好氧）,碱,沉淀池,处理水,剩余污泥,回流污泥,N2,缺氧-好氧活性污泥脱氮系统,A1-O脱氮工艺,除磷,生物除磷聚磷菌好氧过量吸磷厌氧释磷排泥化学除磷-沉淀,污水中磷的去除生物学原理 利用细菌如不动细菌(Acinetobacter)等，交
6、替地处于厌氧与好氧的条件下，在厌氧时，细菌吸收低分子的有机物并以聚-羟基丁酸(PHB)等形式在体内储存起来，同时将细胞原生质中聚合磷酸盐以正磷酸盐的方式释放出来，此时污水中磷的含量升高，BOD的含量降低。然后在好氧的条件下，细菌将吸收的有机物(PHB)氧化分解，并提供能源，同时从污水中吸收大量的磷，以聚磷酸盐的形式储存起来，其吸收的量大于其释放量，这时污水中磷的含量大大降低，通过把剩余污泥排出系统，向时也将细菌摄入的磷也排走，从而达到去除磷的目的。,影响生物除磷的因素溶解氧的影响 在厌氧段内必须控制厌氧的条件，既没有分子态氧也没有NO3-等化合态氧，保证细菌吸收有机物和释放磷；在好氧段必须供给
7、足够的氧，使细菌在好氧的状态吸收磷。氧化态氮的影响 氧化态氮包括硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，在厌氧段内有以上氧化态氮存在时，有机物首先把它们反硝化，然后才进入磷的释放，所以氧化态氮的存在消耗了有机物。,泥龄的影响 由于生物除磷是利用排泥达到目的，理论上排泥越多越好，即泥龄越短越好，但必须保证有足够的污泥量，在维持必要的污泥负荷的前提下、尽量缩短泥龄；BOD5负荷和有机物的性质 一般认为较高的BOD5负荷对除磷较为有利，当F/M值越高时有机物与磷的比值越大，而且低分子的有机物、易降解的有机物对诱导磷的释放能力较强。,释放磷,曝气池（BOD去除吸收磷）,原污水,处理水,（厌氧）,沉淀池,（好氧）,回流污
8、泥（含磷污泥）,剩余污泥,含磷污泥用作肥料,厌氧-好氧除磷工艺流程（2法）,脱氮除磷工艺安排,生物学原理Vs.工艺安排,脱氮除磷主要矛盾,碳源碱度SRT、回流比等,脱氮除磷常见工艺,一、AO法,厌氧反应池,缺氧反应池,原污水,（释放磷氨化）,沉淀池,（脱氮）,回流污泥（含磷污泥）,好氧反应池,（硝化吸收磷 去除BOD）,处理水,内循环,2Q,N2,AAO法同步脱氮除磷工艺流程,二、A-A-O同步脱氮除磷工艺,工艺特点：工艺流程比较简单；厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌生长，污泥膨胀较少发生；无需投药，运行费用低。,工艺特点：各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要功能，同时又兼有
9、二、三项辅助功能；脱氮除磷的效果良好。,三、Bardenpho同步脱氮除磷工艺,四、UCT工艺,含NO3-N的污泥直接回流到厌氧池，会引起反硝化作用，反硝化菌将争夺除磷菌的有机物而影响除磷效果，因此提出UCT（Univercity of Cape Town）工艺。,生物脱氮除磷的应用实例,1、昆明兰花沟废水处理厂,生物脱氮除磷的应用实例,2、广州大坦沙废水处理厂,新进展,1、传统的废水脱氮除磷工艺存在的问题,硝化菌群增殖速度慢且难以维持较高的生物浓度，增加基建投资和运 行费用。系统为维持较高生物浓度及获得良好的脱氮效果，必须同时进行污泥 回流和硝化液回流，增加了动力消耗及运行费用。抗冲击能力弱
10、，高浓度氨氮和亚硝酸盐进水会抑制硝化菌生长。,2、新突破,同步脱氮除磷 短程反硝化。,典型中水处理工艺,二级处理出水,混凝,过滤,消毒,杂用水,二级处理出水,混凝沉淀,过滤,消毒,杂用水,二级处理出水,过滤,消毒,杂用水,二级处理出水,混凝沉淀,过滤,碳吸附,消毒,杂用水,化工有限公司-中水处理工程化工废水 锅炉,污水处理站贮水池,多介质滤罐,曝气生物滤池,高级氧化塔,中间水池,高效微滤过滤罐,反渗透,中间水池,中间水池,清水池,反冲洗水回污水处理站,浓水外排,送到用户,典型锅炉回用水处理工艺,除浊,混凝沉淀过滤,除有机物,臭氧氧化活性炭吸附,污水消毒,城市污水处理后的消毒,概 述,排水系统是
11、地表水中致病生物的主要来源。城市污水中含有沙门氏菌、志贺氏菌、大肠杆菌、铜绿色极毛杆菌和肠病毒等各种可引起传染病的微生物。若人们在混有未经消毒城市污水的水源中取饮用水或游泳，都有可能造成肠胃炎、伤寒、志贺氏杆菌痢疾、沙门氏茵病、耳感染和传染性肝炎病的爆发。由于生食受城市污水污染的水域中的贝类，也有引起疾病爆发的例子，如1992年上海地区爆发的流行性甲肝。,城市污水处理后的消毒,粪便污染的细菌指示剂,寄生在温血动物肠内的细菌，包括梭状芽抱杆菌届、假单胞菌属、变形杆菌属和乳酸杆菌属以及大肠杆菌和粪便链球菌。所有这些细菌存在于污水和被污水污染的地表水中，致病的微生物也会存在于被污水污染的水体中。三种
12、常见的细菌指示剂是粪便大肠杆菌、粪便链球菌和产气荚膜梭状芽抱杆菌。,城市污水处理后的消毒,分离和计数指示剂有机体的基本技术有三种：多试管法、膜过滤技术和平皿计数。这三种分离和计数技术给出的结果都可能小于实际存在于样品中的有机体的数目，因为通常必须采取的稀释技术不能够将所有的细菌块分开，而且也肯定不能够裂开细菌可能存在的链、簇或对。在选择了一种计数技术之后，为了使所要测定的细菌达到一定的浓度，可将原始样品用林格氏溶液逐步稀释。,城市污水处理后的消毒,已有的流行病学数据表明：粪便大肠杆菌数在14个/100mL以下或大肠杆菌总数在70个/100mL以下，可以防止贝类所引起的疾病爆发。如果水上运动娱乐
13、场所水体中的粪便大肠杆菌数在200个/100mL左右，人体接触患病的概率就比较大了。,城市污水处理后的消毒,消 毒 剂,很多化学药品和物理作用是很好的消毒剂。如热、阳光、氯、溴、碘、过锰酸钾、二氧化氯、臭氧和紫外线等都是有效的消毒剂。在水量不大的消毒场合，二氧化氯的使用正不断增加。在给水领域，为减少加氯消毒副产物的影响，臭氧也开始得到越来越多的应用，但由于臭氧生产的耗电量较大，且水中剩余臭氧降解较快，对细菌的抑制时间较短。,城市污水处理后的消毒,加氯消毒,1.氯消毒原理 氯消毒的目的是使致病的微生物失去活性。不同微生物对氯的抵抗能力递减的顺序是：细菌芽孢；原生动物抱子；病毒；营养细菌。因为在现
14、行的分析方法中，氯消毒的效率由大肠杆菌的杀灭情况来测量，所以只能保证致病细菌营养型的灭活。氯消毒一般利用氯气或次氯酸盐。由于氯和氯消毒的产物对水中有机体有毒并可能对人有致癌作用，在设计和运行氯消毒设备时要十分小心，以保证最大杀死细菌而在处理系统出水中氯的浓度最小。,城市污水处理后的消毒,氯气极易溶于水20，0.1MPa(1大气压)下可溶解7160mg/L。当它溶于水中时，氯很快水解形成次氯酸：,当氯浓度小于1000 mg/L 而pH值大于3时，水解作用实际趋向完全。次氯酸在水中离解成次氯酸离子：,城市污水处理后的消毒,次氯酸在水中的离解与氢离子浓度有密切的关系。在pH值小于5时，水中主要以次氯
15、酸的形式存在，在pH值大于10时，在水中以次氯酸根的形式存在。在水中的HOCl、OCl-称为游离有效氯。这两种形态的游离氯都有很强的消毒作用。当次氯酸盐(如次氯酸钙)溶于水中时，也能离解成次氯酸根：,城市污水处理后的消毒,污水中的一些化学成分可与游离氯反应而形成无消毒作用的化合物。也就是况，氯与这些化合物之间的反应速率比氯破坏和杀灭细菌和病毒的速率还要大。Fe2+、Mn2+、NO2-和S2-是常见的还原剂，很容易与氯化合使氯失去消毒效果。典型反应如下：,城市污水处理后的消毒,游离氯还与废水中的氨反应形成一系列的氯胺化合物。虽然氯胺不及游离氯破坏细菌和病毒效果的5，但水中的氯胺可少量水解而形成次
16、氯酸，它们在消毒中仍起着重要的作用，因为它们相当稳定而且能在投氯后一段时间内仍继续起到消毒作用。以氯胺形式存在于水中的氯称为化合性有效氯。氯胺的一船形式为一氯胺、二氯胺和三氯化氮。其生成的化学反应式如下：,城市污水处理后的消毒,所产生的各种氯胺数量取决于pH值、温度、接触时间以及初始时氯与氨氮的比率。当pH值在之间，质量比为5:1时，所有游离氯能在小于1min内转化为一氯胺。当质量比增加时，形成了一些二氯胺。在pH值较低(pH值小于6)时，三氯化氮的浓度明显地增加，三氯化氯有不良气味，应避免其出现。,城市污水处理后的消毒,在某些工艺上，加氯消毒可作为除氨的一个处理步骤。这称为折点加氯。实质上，
17、氯要加到全部的氯都已反应生成氯胺为止。投加更多的氯，氨则转化为氮气而被赶走。超过此点的额外投氯量被保留在溶液中而为游离余氯。这一机理较复杂，但最终反应可以用下式来表达：,城市污水处理后的消毒,把氯加入处理后的污水中有些处理后水中含有少量还原剂，绘制剩余氯与投氯量关系曲线，得到下图。最初所加的氯与存在的还原剂进行反应，被还原成氯化物，不能测出余氯。下图中从a至b的部分表示了氯与还原剂的反应。在b点的氯剂量表示为满足还原剂的要求所需的氯量。在水与废水中发现的还原剂包括硫化氢、亚硝酸盐、亚铁盐以及二价锰离子。,城市污水处理后的消毒,城市污水处理后的消毒,在满足了还原剂的需氯量以后，再加入氯将形成氯胺
18、。形成的氯胺即化合性有效余氯。当所加的氯与溶液中全部的氨和有机胺完全反应时(在曲线上c点)，再加入氯将产生氯胺的氧化。氯胺氧化一方面减少了余氯量(曲线上c到d)，同时形成了氮气和其他化合物。例如硝酸盐和三氯化氮。完成氧化之后，进一步将氯加到系统中将导致游离性有效余氯的增加。氯胺氧化完成的那一点(曲线上d点)通常称为折点。折点氯化处理除了用于保证形成游离性有效余氯达到消毒目的之外，还用于去除废水出水中的氨。,城市污水处理后的消毒,2.加氯消毒须考虑的其他因素 对于氧化塘出水或水中含有高浓度藻时，会使得需氯量增高。对BOD和COD的影响。一般在高投氯量时，若污水中含有大量藻类，BOD增高，溶解性C
19、OD亦增加。当污水中的有机物都是低分子量溶解性有机物，消毒后使BOD降低。采用低投氯量和长接触时间，可以减少影响。,城市污水处理后的消毒,(2)氯溶液与污水的初始混合特别重要 因大多数消毒作用发生在开始接触的几分钟内，而且大部分需氯量也是消耗在这一时期。因为氯胺在污水中的形成是非常迅速的，必须明确游离氯远比氯胺消毒有效。为了让游离氯与微生物尽可能多地接触，快速混合是有效的方法，这对于有效消毒也是重要的，虽然生成氯胺的反应速率比微生物与游离氯的反应速率要快。,城市污水处理后的消毒,(3)氯溶液与污水的混合既可在紊流条件下的压力管道中实现，也可采用机械混合装置实现。一般认为在紊流的静态混合器是最有
20、效的，能在最短接触时间内得到最大的杀菌率。有报道称，在紊流的静态混合器中，接触时间一般就可以了。在机械混合装置中，所需时间就要稍长一些。如果采用机械混合装置，氯溶液应当投加在紧靠混合装置之前的污水中。另外一种有效的混合方式，是水跃与上下往复隔板混合使用。静态混合器和隔板混合装置在减少运行维护费用方面优于机械混合装置。,城市污水处理后的消毒,(4)快速混合后，加氯消毒的污水流人接触池。一般认为平推流形式是获得有效消毒最理想的水力流形。平推流能减少短流、死角、螺旋流和涡流的发生，还能减少理论停留时间与实际停留时间的差距。也可用串联的全混流反应器来提高加氯消毒效率。在这种方法中，池形不那么重要。串联
21、反应器的一个优点是容易再增加另外的反应器，以提高处理能力，缺点是投资和运行费用都比较高。,城市污水处理后的消毒,(5)对于平推流式接触池的设计，池形是一个重要的设汁因素。理想的情况是采用直通的狭长接触池。例如，一段管道就是一个很好的接触反应器，但往往由于费用和空间条件的限制，这种方式般是不能实现的。圆形接触池也用过，但一般在水力特性方面运行效果不佳。大多数接触池均以矩形为基础，这样的设计最实用。,城市污水处理后的消毒,(6)精心考虑接触池的进出口装置，让污水水流均匀分布于池的横断面上。一个最有效的设计方法是沿接触池进出口横断面上采用锯齿形堰。这种设计方式可以大大改善池中水流的水力特性。(7)促
22、进接触池中推流条件的常用方法是采用导流板，纵向导流板一般比横向导流板好。增加接触池的长宽比(LW)是提高接触池工作效率的有效方法，一般长宽比不应小于25:1。,城市污水处理后的消毒,(8)曝气是改进氯接触消毒池的另一方法，用压缩空气缓慢搅动可改善水力特性，并可提供微生物与余氯的接触条件，从而提高杀菌率。曝气还可减少固体物的积累，从而减少因固体物腐败而产生的需氯量。二级污水处理的出水中采用2-3mg/L的投氯量，在曝气条件下，仅仅15min的接触时间，就可以获得合格的杀菌效果。如果曝气不足以阻止固体物沉积，就要采用机械或其他方法清除固体物至少一次，使需氯量尽可能保持在较低的水平。,城市污水处理后
23、的消毒,总之，有效消毒的最重要设计因素是：快速而完全的初始混合；产生接近平推流条件的长宽比(LW25)；以及在出水余氯最低(0.5mg/L)的投氯量之下，产生最优消毒效果的足够停留时间(不少于15min，最好30min)。,城市污水处理后的消毒,加氯消毒,二氧化氯(Chlorine Dioxide)是世界卫生组织确认的AI级高效、广谱、安全的杀菌剂，也是国际社会公认的氯系列消毒剂最理想的换代产品。,城市污水处理后的消毒,1.二氧化氯的理化性质 二氧化氯的熔点为-59，沸点为10.9(101.325kPa)。气体密度为3.09g/L(11，101.325kPa)，气体颜色随浓度增大，从绿黄色至橙
24、色，具有与氯气相似的窒息性臭味。电子结构极不饱和的ClO2分子决定了它是一种爆炸性、氧化性和腐蚀性极强的不稳定气体。常压下，体积浓度达10-15的二氧化氯变成黄棕色，易发生爆炸。,城市污水处理后的消毒,3.二氧化氯的制备 国外C1O2的生产方法均以专利形式出现，综合各种工艺，其发生方法可以归纳为以下4种:(1)亚氯酸盐法 包括亚氛酸钠(NaC1O2)的氧化(氯化)和亚氯酸钠的酸分解。氧化法采用NaC1O2溶液与氯水进行反应，国外水厂多数采用此法发生C1O2，其反应式：,城市污水处理后的消毒,(2)酸分解法 是采用NaC1O2与一定浓度的酸溶液反应生成C1O2。国内也有研究单位已成功地开发了亚氯
25、酸钠酸分解法发生C1O2的装置。亚氯酸盐法的特点是制取的C1O2纯度高，副产物少。但由于NaC1O2昂贵，决定了C1O2的生产成本较高，一般是氯酸盐法的3倍左右。,城市污水处理后的消毒,(3)氯酸盐法 是在高酸度介质中还原氯酸钠(NaC1O3)制取C1O2。根据还原剂的不同，国外开发了一系列C1O2的生产工艺、有硫酸法工艺(NaCl作还原剂，H2SO4调节酸度)、盐酸法工艺(HC1作还原剂，盐酸调节酸度)、二氧化硫法工艺(SO2作还原剂，H2SO4调节酸度)、甲醇法工艺(CH3OH作还原剂，H2SO4 调节酸度)等。氯酸盐法同亚氯酸盐法相比，明显降低了C1O2的生产成本，但氯酸盐法的缺点是副产
26、一定量的C12，影响C1O2的纯度，给C1O2的应用带来了麻烦，因为C1O2用作饮水消毒剂要求有较高纯度，才能避免因C12与水中有机构作用产生CHCl3等有机卤代物的毒副作用。国外氯酸盐法生产的C1O2主要用于纸浆漂白和大型水厂消毒。,城市污水处理后的消毒,(4)电解法 电解法是以氯酸钠或氯化钠为原料，采用隔膜电解技术制取C1O2，美国虎克公司和Tetravalent公司分别获得该项技术专利。电解法制取C1O2也是一种较为经济、竞争力强、有着广泛开发前景的生产方法。,城市污水处理后的消毒,4.二氧化氯的检测(1)碘量法 主要应用于二氧化氯标谁溶液的测定，温度和强光影响溶液的稳定性；(2)电流滴
27、定法 主要用于各种含氯化合物的现场化验，有很好的准确度和精密度；(3)N，N二乙基对苯二胺(DPD)法 此法应用于常规分析，易操作，能区分二氧化氯和其他形式的含氯化合物，但不如电流滴定法准确易受一氯胺和氨基乙酸等干扰。,城市污水处理后的消毒,6.使用二氧化氯必须注意的问题 1994年，美国允许应用二氧化氯作为一种饮用水处理剂，二氧化氯的消毒副产物氯酸盐和亚氯酸盐对健康的影响，受到了人们的关注。二氧化氯是一种有毒的化合物，对动物的研究表明，长时间饮用含二氧化氯的水、可能损害肝、肾、中枢神经系统的功能，影响周围人体血液的组成，抑制甲状腺的功能。,城市污水处理后的消毒,微生物细胞中的脱氧核糖核酸(D
28、NA)和核糖核酸(RNA)对波长为25502600A的光波具有最大的吸收作用，而紫外线灯所产生的光波波长若恰好在此范围内，则当微生物细胞受到紫外线的直接照射时，DNA和RNA的分子结构受到破坏，进而使DNA分子无法复制，最终导致细胞死亡。,紫外线消毒技术,使用时，直接删除本页！,精品课件，你值得拥有！,精品课件，你值得拥有！,使用时，直接删除本页！,精品课件，你值得拥有！,精品课件，你值得拥有！,城市污水处理后的消毒,紫外线的剂量取决于水和废水的性质，悬浮物有保护细菌防止紫外线辐射的作用，因此考虑有悬浮物时的紫外线强度应有所增加。未经过滤的排水需30000Ws/cm2的剂量，而经过滤的排水一般采用1600020000Ws/cm2的剂量。在浊度小于12度，水层厚度小于72mm，辐射时间为5min时，处理1m3水耗电量小于0.29kwh。,
