城市污水的深处理与回用.pptx
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1、第五章第五章 城市污水的深度处理与回用城市污水的深度处理与回用 掌握悬浮物的去除以及溶解性有机物掌握悬浮物的去除以及溶解性有机物的去除的去除,以及溶解性有机物的去除和溶以及溶解性有机物的去除和溶解性无机盐类的去除解性无机盐类的去除.掌握污水消毒处掌握污水消毒处理理,熟练掌握脱氮技术和除磷技术,同熟练掌握脱氮技术和除磷技术,同步脱氮除磷技术。步脱氮除磷技术。n1、概述、概述n2、悬浮物的去除、悬浮物的去除n3、溶解性有机物的去除、溶解性有机物的去除n4、溶解性无机盐的去除、溶解性无机盐的去除n5、污水的消毒处理、污水的消毒处理n6、脱氮技术、脱氮技术n7、除磷技术、除磷技术n8、同步脱氮除磷技术
2、、同步脱氮除磷技术5.1 概述概述n二级处理出水还含有相当数量的污染物质:二级处理出水还含有相当数量的污染物质:BODBOD5 5:20-30mg/L;20-30mg/L;CODCOD:60-100mg/L;60-100mg/L;SSSS:20-30mg/L;20-30mg/L;NHNH3 3-N-N:15-25mg/L;15-25mg/L;P P:6-10mg/L;6-10mg/L;细菌;重金属。细菌;重金属。不能回用,排放水体易导致富营养化。不能回用,排放水体易导致富营养化。深度处理的对象和目标n去除水中残存的悬浮物:脱色、除臭,使水去除水中残存的悬浮物:脱色、除臭,使水得到澄清。得到澄清
3、。n进一步降低进一步降低BOD5、COD、TOC等指标,使等指标,使水进一步稳定。水进一步稳定。n脱氮除磷。脱氮除磷。n消毒杀菌,去除水中有毒有害物质。消毒杀菌,去除水中有毒有害物质。深度处理后用途:n排放有较高经济价值水体及缓流水体在内的排放有较高经济价值水体及缓流水体在内的任何水体,补充地面水体。任何水体,补充地面水体。n回用农田灌溉、市政杂用。回用农田灌溉、市政杂用。n居民小区中水回用于冲洗厕所。居民小区中水回用于冲洗厕所。n作为冷却水和工艺用水的补充用水,回用于作为冷却水和工艺用水的补充用水,回用于工业企业。工业企业。n用于防止地面下沉或海水入侵,回灌地下。用于防止地面下沉或海水入侵,
4、回灌地下。5.2 悬浮物的去除5.2.1 概述 二级处理后残留的悬浮物:数数mm-10mmm-10m的的生物絮凝体和未被凝聚的胶体颗粒。生物絮凝体和未被凝聚的胶体颗粒。处理方法处理方法:砂滤D1mD=几百几十m微滤D=1000几反渗透反渗透5.2.2 混凝沉淀n污水的深度处理常用的一项技术污水的深度处理常用的一项技术n去除对象:去除对象:污水中呈胶体和微小悬浮状态的有机污水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物;溶解性物质:砷、汞、氮、磷等。和无机污染物;溶解性物质:砷、汞、氮、磷等。n 处理过程:投加混凝剂,经过充分混合反省,使处理过程:投加混凝剂,经过充分混合反省,使污水中胶体和微小悬浮
5、颗粒物产生凝聚作用,成污水中胶体和微小悬浮颗粒物产生凝聚作用,成为颗粒较大,而且易于沉淀的絮凝体(颗粒粒径为颗粒较大,而且易于沉淀的絮凝体(颗粒粒径20mm),再通过沉淀去除。,再通过沉淀去除。混合反应沉淀混合反应沉淀 一、混凝过程涉及到三个方面的问题:一、混凝过程涉及到三个方面的问题:n水中胶体的性质水中胶体的性质n混凝剂在水中的水解与形态混凝剂在水中的水解与形态 n 胶体与混凝剂的相互作用胶体与混凝剂的相互作用(一)、胶体的稳定性(一)、胶体的稳定性 n动力学稳定性:布朗运动对抗重力。动力学稳定性:布朗运动对抗重力。n聚集稳定性:聚集稳定性:n胶体带电相斥(憎水性胶体)胶体带电相斥(憎水性
6、胶体)水化膜的阻碍(亲水性胶体)水化膜的阻碍(亲水性胶体)n两者之中,聚集稳定性对胶体稳定性的影响两者之中,聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。起关键作用。(二)、胶体的双电层结构(二)、胶体的双电层结构动电位动电位 电位:决电位:决定了胶体的聚集定了胶体的聚集稳定性稳定性一般粘土一般粘土 电位电位-15-40m细菌细菌 电位电位-30-70mV 反离子层:反离子层:紧密层(吸附层)、扩散层。紧密层(吸附层)、扩散层。电位离子层二、混凝机理二、混凝机理 n(一)压缩双电层 电解质加入电解质加入与反离子同电荷离子与反离子同电荷离子 压缩双电层压缩双电层 电位电位 稳定性稳定性 凝聚凝聚n但该
7、理论不能解释:但该理论不能解释:n1)混凝剂投加过多,混凝效果反而下降;)混凝剂投加过多,混凝效果反而下降;n 2)与胶粒带同样电荷的聚合物或高分子混)与胶粒带同样电荷的聚合物或高分子混凝效果好。凝效果好。n这些都与胶粒的吸附力有关,绝非只来源于这些都与胶粒的吸附力有关,绝非只来源于静电力,还来源于范得华力、氢键及共价键静电力,还来源于范得华力、氢键及共价键力(多出现在有聚合离子或高分子物质存在力(多出现在有聚合离子或高分子物质存在时)。时)。(二)吸附-电性中和 n这种现象在水处理中出现的较多。这种现象在水处理中出现的较多。n 指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离指胶核表面直接吸附带异号电荷
8、的聚合离子、高分子物质、胶粒等,来降低子、高分子物质、胶粒等,来降低 电位。电位。这一点与第这一点与第1条机理不同。条机理不同。n 在铝盐混凝剂的过程中,水解的多核羟基在铝盐混凝剂的过程中,水解的多核羟基络合物主要起吸附电性中和作用。在水处理络合物主要起吸附电性中和作用。在水处理中由水合的中由水合的Al3+产生的单纯的压缩双电层作产生的单纯的压缩双电层作用甚微。用甚微。(三)吸附架桥 n指高分子物质和胶粒,以及胶粒与胶粒之间指高分子物质和胶粒,以及胶粒与胶粒之间的架桥的架桥n 高分子投量过少,不足以形成吸附架桥,高分子投量过少,不足以形成吸附架桥,但投加过多,会出现但投加过多,会出现“胶体保护
9、胶体保护”现象。现象。(四)网捕或卷扫 n金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕n 小胶粒与大矾花发生接触凝聚小胶粒与大矾花发生接触凝聚n 澄清池中发生的现象澄清池中发生的现象 5.2.3 过滤技术n在污水的深度处理中,最普遍采用的一项技术。n去除对象:残留的生物絮体污泥。二级处理水过滤处理的特点:n一般情况下,不需投加药剂。滤后水SS值可达10mg/L,COD去除率10%30%。(若去除胶体污染物需投加絮凝剂。)n反冲洗困难。需气水共同反冲洗,使生物絮凝体从滤料表面脱离。n所用滤料应适当加大粒径,加大单位体积滤料的截污量。5.3 溶解性有机物的去除n在生活污
10、水中,溶解性有机物的主要成分是:蛋白质、碳水化合物、阴离子表面活性剂。n 二级处理后的城市污水中:丹宁、木质素、黑腐酸等难降解的有机物。n 去除方法:活性炭吸附;臭氧氧化。5.3.1活性炭吸附n一、吸附原理n吸附可分为物理吸附和化学吸附。如果吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力(即范德华力)而产生吸附,称为物理吸附;如果吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用,生成化学键引起吸附,称为化学吸附。n 物理吸附和化学吸附并非不相容的,而且随着条件的变化可以相伴发生,但在一个系统中,可能某一种吸附是主要的。在污水处理中,多数情况下,往往是几种吸附的综合结果。n活性炭的比表面达8002000m2/g,具有
11、很高的吸附能力。n活性炭的吸附能力与孔隙的构造和分布情况有关。它的孔隙分为三类:小孔孔径在20 以下;过渡孔孔径为201000。大孔孔径为lO00 以上。活性炭的小孔比表面积占总比表面积的95以上,对吸附量影响最大;过渡孔不仅为吸附质提供扩散通道,而且当吸附质的分子直径较大时(如有机物质),主要靠它们来完成吸附;大孔的比表面积所占比例很小,主要为吸附质扩散提供通道。二、活性炭的性质n在生产中应用的活性炭的种类很多。一般都制成粉末状或颗粒状。粉末状的活性炭吸附能力强,制备容易,价格较低,但再生困难,一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵,但可再生后重复使用,并且使用时的劳动条件较好,操作管理方
12、便。因此在水处理中较多采用颗粒状活性炭。三、活性炭的再生n颗粒状活性炭在使用一段时间后,吸附了大量吸附质,逐步趋向饱和并丧失工作能力,此时应进行更换或再生。再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情况下,用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去,恢复它的吸附能力。四、活性炭的再生方法n(1)加热再生法 在高温条件下,提高了吸附质分子的能量,使其易于从活性炭的活性点脱离;而吸附的有机物则在高温下氧化和分解,成为气态逸出或断裂成低分子。活性炭的再生一般用多段式再生炉。炉内供应微量氧气,使进行氧化反应而又不致使炭燃烧损失。n(2)化学再生法 通过化学反应,使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来。例如,吸
13、附了苯酚的活性炭,可用氢氧化钠溶液浸泡,使形成酚钠盐而解吸。处理含铬废水时,用浓度为1020%的硫酸浸泡活性炭46h,使铬变成硫酸铬溶解出来;也可用氢氧化钠使六价铬转化成Na2Cr04溶解下来。在我国,目前活性炭的供应较紧张,再生的在我国,目前活性炭的供应较紧张,再生的设备较少,再生费用较贵,限制了活性炭的设备较少,再生费用较贵,限制了活性炭的广泛使用广泛使用。5.3.2 臭氧氧化处理n臭氧对二级处理水进行以回用为目的的处理,其主要任务是:n去除污水中残存的有机物;n脱除污水的着色;n杀菌消毒;早早在在19061906年年法法国国尼尼斯斯第第一一次次使使用用臭臭氧氧消消毒毒饮饮用用水水起起,臭
14、臭氧氧应应用用的的数数量量和和领领域域日日益益增增多多,臭臭氧氧可可以以用用于于地地下下水水、地地表表水水、生生活活工工业业废废水水的的处处理理和和净净化化,因因为为众众所所周周知知,臭臭氧氧是是一一种种高高效的氧化剂效的氧化剂.n考虑到投资和运行成本考虑到投资和运行成本,臭氧氧化仍然不是臭氧氧化仍然不是一种低廉的工艺一种低廉的工艺.但大量过去和最近的研究但大量过去和最近的研究表明表明,分子态臭氧是一种十分有效而且很有分子态臭氧是一种十分有效而且很有前途的消毒剂前途的消毒剂,效果优于氯、二氧化氯、氯效果优于氯、二氧化氯、氯胺和羟基自由基胺和羟基自由基.n臭氧较少用于氧化水中的无机物臭氧较少用于
15、氧化水中的无机物,主要用于氧主要用于氧化化NO2-和和CN-.1、能够被臭氧氧化的有机物有:蛋白质、氨、能够被臭氧氧化的有机物有:蛋白质、氨基酸、木质素、腐殖酸、链式不饱和化合物基酸、木质素、腐殖酸、链式不饱和化合物和氰化物等。此外,臭氧对和氰化物等。此外,臭氧对 CHO-、SH-、NH2-、OH-、NO-等官能团也有氧化作用。等官能团也有氧化作用。2、臭氧对有机物的氧化,难于达到形成、臭氧对有机物的氧化,难于达到形成CO2、和、和H2O的完全无机化合阶段,只能进行部的完全无机化合阶段,只能进行部分氧化,形成中间产物。分氧化,形成中间产物。臭氧氧化二级处理后水中有机物,特征如下:3、形成的中间
16、产物主要有:甲醛、丙酮酸、形成的中间产物主要有:甲醛、丙酮酸、丙酮醛和乙酸。如果臭氧足够,氧化还会继丙酮醛和乙酸。如果臭氧足够,氧化还会继续进行下去,除乙酸外,其他物质都可能被续进行下去,除乙酸外,其他物质都可能被臭氧所分解。臭氧所分解。4、污水用臭氧进行处理,、污水用臭氧进行处理,BOD/COD比值随比值随反应时间延长而提高,说明污水的可生化性反应时间延长而提高,说明污水的可生化性得到改善。得到改善。5、pH值升高,值升高,COD去除率也显著提高。在高去除率也显著提高。在高pH值的条件下,臭氧自行分解进行非常显著,值的条件下,臭氧自行分解进行非常显著,在其分解过程中,生成很强的在其分解过程中
17、,生成很强的OH根,在根,在OH根的作用下,根的作用下,COD得到很高的去除率。得到很高的去除率。n臭氧对污水又很好的脱色功能,特别是能够臭氧对污水又很好的脱色功能,特别是能够有效地脱除由不饱和化合物着色的色度,这有效地脱除由不饱和化合物着色的色度,这是因为臭氧对不饱和化合物有较大的反应作是因为臭氧对不饱和化合物有较大的反应作用用。n用臭氧对二级处理水进行脱色处理,为了提用臭氧对二级处理水进行脱色处理,为了提高脱色效果,应考虑以砂滤作为前处理技术。高脱色效果,应考虑以砂滤作为前处理技术。5.4 溶解性无机盐类的去除n5.4.1 概述n二级处理技术对溶解性无机盐类是没有去除功能的。n城市污水中含
18、有的无机盐类,一般在500mg/L。n城市污水中的无机盐类主要来源于生活污水(粪便和洗涤剂)和工业废水。含无机盐水在回用中可能产生的问题:(1)对金属材料产生腐蚀作用。()形成水垢。()SO42-还原,产生硫化氢,放出臭气。()灌溉用水中含有盐类物质,对土壤结构不利,影响农业生产。进行脱盐处理,必须充分考虑前处理和妥善处理浓缩废液。n当前,有效地用于二级处理水脱盐处理的技术,主要有反渗透、电渗析以及离子交换等。见第六章 膜处理法5.4.2 脱盐技术5.5 污水的消毒处理n5.5.1 消毒方法消毒方法n污水的消毒方法是投加消毒剂。污水的消毒方法是投加消毒剂。n消毒剂有液氯、臭氧、次氯酸钠、紫外线
19、等。消毒剂有液氯、臭氧、次氯酸钠、紫外线等。n液氯消毒的原理液氯消毒的原理:nCl2+H2O HOCl+HClnHOCl H+OCl-5.5.2 液氯消毒n生活污水,可参用下列数值:一级处理水排生活污水,可参用下列数值:一级处理水排放时,投氯量为放时,投氯量为2030mg/L;不完全二级;不完全二级处理水排放时,投氯量为处理水排放时,投氯量为1015mg/L;二;二级处理水排放时,投氯量为级处理水排放时,投氯量为510mg/L。5.5.3 臭氧消毒n臭氧由臭氧由3个氧原子组成,在常温常压下为无色个氧原子组成,在常温常压下为无色气体,有特臭。臭氧极不稳定,分解时产生气体,有特臭。臭氧极不稳定,分
20、解时产生初生态氧。初生态氧。nO3=O2+OnO具有极强的氧化能力,对病毒、芽孢有强具有极强的氧化能力,对病毒、芽孢有强大的杀伤力,还具有很强的渗入细胞壁的能大的杀伤力,还具有很强的渗入细胞壁的能力,破坏细菌有机体链状结构导致细菌的死力,破坏细菌有机体链状结构导致细菌的死亡。亡。5.5.4 次氯酸钠消毒n原理:NaOCl+H2O HOCl+NaOH5.5.5 紫外线消毒n原理:水银灯发出的紫外光,能穿透细胞壁并与细胞质反原理:水银灯发出的紫外光,能穿透细胞壁并与细胞质反应而达到消毒的目的。应而达到消毒的目的。n 处理水质光传播系数越高,紫外线消毒的效果也越好。处理水质光传播系数越高,紫外线消毒
21、的效果也越好。n方式:水面式、浸水式。方式:水面式、浸水式。n与液氯相比:与液氯相比:n优点:优点:1)消毒速度快,效率高。)消毒速度快,效率高。2)不影响水的物理性)不影响水的物理性质和化学成分;质和化学成分;3)操作简单,便于管理,易于实现自动)操作简单,便于管理,易于实现自动化。化。n缺点:缺点:1)不能解决消毒后在管网中再污染问题;)不能解决消毒后在管网中再污染问题;2)电)电耗较大;耗较大;3)水中悬浮杂质妨碍光线投射等。)水中悬浮杂质妨碍光线投射等。5.6 脱氮技术脱氮技术5.6.1 概述概述 氮污染的危害氮污染的危害1.富营养化富营养化N、P引起,藻类问题(滇池,太湖);引起,藻
22、类问题(滇池,太湖);2.提高制水成本提高制水成本污水消毒时,增加投氯量;污水消毒时,增加投氯量;3.污水回用填塞管道污水回用填塞管道NH3N可促进设备中微生物的繁殖;可促进设备中微生物的繁殖;4.农业灌溉农业灌溉TN不大于不大于1mg/l,否则对农作物有影响。,否则对农作物有影响。1.有机氮有机氮2.氨态氮(氨态氮(NH3N、NH4+N)3.NO2N、NO3N4.N2 氮的存在形式氮的存在形式 二级处理技术的局限性二级处理技术的局限性合成代谢对氮磷的去处率低,水中氮磷过剩合成代谢对氮磷的去处率低,水中氮磷过剩 nCxHyOz+nNH3+n(x+y/4-z/2-5)O2 (C5H7NO2)n+
23、n(x-5)CO2+n/2(y-4)H2O5.6.2 氮的吹脱处理氮的吹脱处理NH3+H2ONH4+OH-PH=7时,以时,以NH4+存在存在 PH=11时,时,90%NH3存在存在PH升高,去除升高,去除NH3上升上升 T上升,去除上升,去除NH3上升上升脱氮塔技术的特点:除氮的效果稳定;操作简便,容易控制;脱氮塔技术的特点:除氮的效果稳定;操作简便,容易控制;NH3 二次污染(可回收);使用二次污染(可回收);使用CaO易结垢(改用易结垢(改用NaOH)水温下降时,效果差水温下降时,效果差 原理原理 脱氮塔脱氮塔1.PH值值PH升高到升高到10.5以上,去除率增加缓慢以上,去除率增加缓慢2
24、.水温水温水温升高,效率升高水温升高,效率升高3.布水状态布水状态滴状下落最好,膜状下落,效果大减滴状下落最好,膜状下落,效果大减4.布水负荷率布水负荷率填料填料6m高以上时,其值不超过高以上时,其值不超过 180m/m.d5.气液比气液比填料填料6m高以上时,高以上时,2200-2300以下为好。以下为好。脱氮塔工作影响因素与设计参数脱氮塔工作影响因素与设计参数5.6.3 生物脱氮原理生物脱氮原理活性污泥法的传统功能活性污泥法的传统功能去除水中溶解性有机物去除水中溶解性有机物N、P只满足生理要求即可,因此对二者去除率低,仅为只满足生理要求即可,因此对二者去除率低,仅为20-40%;5-20%
25、概述概述 污水生物处理中氮的转化过程污水生物处理中氮的转化过程1、氨化反应、氨化反应氨化氨化反应反应原理原理 RCHNH2COOH+O2 RCOOH+CO2+NH3氨化菌氨化菌氨化菌为异氧菌氨化菌为异氧菌 一般在氨化过程与微生物去除有机物同时进行,有机物去除结束时,一般在氨化过程与微生物去除有机物同时进行,有机物去除结束时,已经完成了氨化反应已经完成了氨化反应 2、硝化反应、硝化反应硝化硝化反应反应原理原理 总反应总反应NH4+1.5O2 NO2-+H2O+2H+-F(F=278.42kJ)NO2-+0.5O2 NO3-F(F=72.27kJ)亚硝酸菌亚硝酸菌硝酸菌硝酸菌NH4+2O2 NO3
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