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污水处置工艺基础道理

  

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污水处置工艺基础道理

  污水处理工艺基本原理_能源/化工_工程科技_专业资料。1 按处理方法的性质分: ? 物理方法:格栅过滤、沉淀法、浮选法、离心分离、 膜分离法等 ? 化学方法:混凝、化学沉淀、中和、萃取、氧化还 原、电解等 ? 生物方法:好氧、厌氧法 2 按照

  1 按处理方法的性质分: ? 物理方法:格栅过滤、沉淀法、浮选法、离心分离、 膜分离法等 ? 化学方法:混凝、化学沉淀、中和、萃取、氧化还 原、电解等 ? 生物方法:好氧、厌氧法 2 按照水质状况及处理后水的去向分: ?一级处理:机械处理(预处理阶段) ?二级处理:主体工艺为生化处理(主体) ?三级处理:控制富营养化和重新回用 3 污水处理基本工艺流程 4 ?方法:物理处理方法 ?设备:格栅、筛网、沉砂池、沉淀池、隔 油池等构筑物 ?目标污染物:废水中的悬浮物、浮油,初 步调整pH值 ?效果:减轻废水的腐化程度。 5 污水一级处理的工艺 ?调节池 ?格栅 ?沉砂池 ?沉淀池 6 I.调节池 ? 为了保证后续处理构 筑物或设备的正常运 行,需对污水的水量 和水质进行调节。 ? 酸性污水和碱性污水 在调节池内进行混合, 可达到中和的目的。 ? 短期排出的高温污水 也可用调节的办法来 平衡水温。 7 II.格栅 ?是由一组平行的金属栅条制成的金属框架,斜置 在废水流经的渠道上,或泵站集水池的进口处,用 以截阻大块的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物,以 免堵塞水泵和沉淀池的排泥管。截留效果取决于缝 隙宽度和水的性质。 平面 曲面 粗格栅(50~100mm) 中格栅(10~40mm) 细格栅(3~10mm) 8 机械清除格栅 人工清除格栅 GF回转式格栅除污机 9 III.沉砂池 1.作用 从污水中分离密度较大的无机颗粒,保护水泵和管 道免受磨损,缩小污泥处理构筑物容积,提高污泥 有机组分的含率,提高污泥作为肥料的价值。 10 2.沉砂池类型 ? 平流式(重力式)沉砂池 ? 曝气式沉砂池 11 A.平流式沉砂池 ? 平流式沉砂池实际上是一个比人流渠道和出流渠 道宽而深的渠道,当污水流过时,由于过水断面 增大,水流速度下降,废水中夹带的无机颗粒在 重力的作用下下沉,从而达到分离水中无机颗粒 的目的。 12 B.曝气沉砂池 ? 曝气沉砂池是在长方形水池的一侧通入空气,使污水 旋流运动,流速从周边到中心逐渐减小,砂粒在池底 的集砂槽中与水分离,污水中的有机物和从砂粒上冲 刷下来的污泥仍呈悬浮状态,随着水流进人后面的处 理构筑物。 13 14 ? 普通沉砂池的最大缺点就是在其截留的沉砂中夹杂有一些 有机物,这些有机物的存在,使沉砂易于腐败发臭,夏季 气温较高时尤甚,这样对沉砂的处理和周围环境产生不利 影响。普通沉砂池的另一缺点是对有机物包裹的砂粒截留 效果较差。 ? 曝气沉砂池的优点是除砂效率稳定,受进水流量变化的影 响较小。水力旋转作用使砂粒与有机物分离效果较好,从 曝气沉砂池排出的沉砂中,有机物只占5%左右,长期搁 置也不会腐败发臭。曝气沉砂过程的同时,还能起到气浮 油并吹脱挥发性有机物的作用和预曝气充氧并氧化部分有 机物的作用。 15 IV.沉淀池 ? 沉淀池是利用重力沉降作用将密度比水大的悬浮颗粒 从水中去除的处理构筑物。 ? 结构(水区、沉淀区、污泥区、缓冲区和出水区) 1. 进水区和出水区:使水流均匀地流过沉淀池,避免短流和减少 紊流对沉淀产牛的不利影响,同时减少死水区、提高沉淀池的 容积利用率 2. 沉淀区也称澄清区,即沉淀池的工作区:沉淀颗粒与废水分离 的区域 3. 污泥区:是污泥贮存、浓缩和排出的区域 4. 缓冲区:是分隔沉淀区和污泥区的水层区域,保证已经沉淀的 颗粒不因水流搅动而再行浮起。 16 沉淀池和沉砂池的区别 ? 沉砂池一般是设在污水处理厂生化构筑物之前的泥水分离的设 施。分离的沉淀物质多为颗粒较大的砂子,沉淀物质比重较大, 无机成分高,含水量低。污水在迁移、流动和汇集过程中不可 避免会混入泥砂。污水中的砂如果不预先沉降分离去除,则会 影响后续处理设备的运行。最主要的是磨损机泵、堵塞管网, 干扰甚至破坏生化处理工艺过程。 ? 沉淀池一般是在生化前或生化后泥水分离的构筑物,多为分离 颗粒较细的污泥。在生化之前的称为初沉池,沉淀的污泥无机 称为较多,污泥含水率相对于二沉池污泥低些。位于生化之后 的沉淀池一般称为二沉池,多为有机污泥,污泥含水率较高。 17 沉淀原理 ?沉淀池是利用水流中悬浮杂质颗粒向下沉 淀速度大于水流向下流动速度、或向下沉 淀时间小于水流流出沉淀池的时间时能与 水流分离的原理实现水的净化。 18 常见的几种沉淀池类型 ? 平流式沉淀池 ? 竖流式沉淀池 ? 幅流式沉淀池 ? 斜流式沉淀池 19 A.平流式沉淀池 ? 构造简单,沉淀效果较好,但占地面积较大,排泥 存在的问题较多,目前大、中、小型污水处理厂均 有采用。 20 B.竖流式沉淀池 ? 占地面积小,排泥较方便,且便于管理,然而池 深过大,施工困难,造价高,因此一般仅适用于 中小型污水处理厂使用 21 C.幅流式沉淀池 ? 最适宜于大型水处理厂采用,有定型的排泥机械, 运行效果较好,但要求较高的施工质量和管理水 平 22 D.斜流式沉淀池 ? 主要适用于初沉池,在给水处理中应用较广,沉 淀效率高,停留时间短,占地少,缺点是容易滋 生藻类等,排泥困难、易堵塞,维护不便。 23 24 ?废水经一级处理后,一般达不到排放标准 (BOD去除率仅25%~40%)。故通常为预处 理阶段,以减轻后续处理工序的负荷和提高处 理效果。 25 ?方法:生物处理方法及某些化学方法 ?目标污染物:废水中的可溶性有机物和部 分胶体污染物。 ?效果:通过二级处理后,废水中BOD的去 除率可达80%~90%,即BOD含量可低于 30mg/L。 26 ?经二级处理后的水,一般可达到农灌标准 和废水排放标准,故二级处理是废水处理 的主体。 27 一、污水的生物处理概述 ? 污水的生物处理就是利用微生物的氧化分解及转 化功能,以污水的有机物(少数以无机物)作为微 生物的营养物质,采取一定的人工措施,创造一 种可控制的环境,通过微生物的代谢作用,使污 水中的污染物质被降解、转化,污水得以净化。 28 二、污水生物处理分类 好氧生物处理 厌(兼)氧生物处理 29 I.好氧生物处理 ?原理:在充分供氧的条件下,利用好氧 微生物的生命活动过程,将有机污染物氧 化分解成较稳定的无机物的处理方法,在 工程上称为污水的好氧生物处理。 30 有机物的好氧分解图示 31 注意: ? 在污水好氧处理过程中,必须不间断地供给溶解 氧。因为氧是有机物的最后氢受体,正是由于这 种氢的转移,才使能量释放出来,成为细菌生命 活动和合成新细胞物质的能源。 ? 要保证污水处理的效果,首先必须有足够数量的 微生物,同时,还必须有足够数量的营养物质。 32 好氧生物处理的方法 ? 传统活性污泥法 活性污泥法 ? 氧化沟 ? 序批式活性污泥法 ? 生物滤池、生物转盘 ? 流化床、气提式反应器(BAS) 生物膜法 33 A.活性污泥 ? 活性污泥(activesludge)是微生物群体及它们所 依附的有机物质和无机物质的总称。微生物群体 主要包括细菌,原生动物和藻类等。其中,细菌 和原生动物是主要的二大类。活性污泥主要用来 处理污废水。 34 活性污泥的特征与微生物 ①特征 a、形态:在显微镜下呈不规则椭圆状,在水中呈“絮状”。 b、颜色:正常呈黄褐色,但会随进水颜色、曝气程度而变(如 发黑为曝气不足,发黄为曝气过度)。 c、理化性质:ρ =1.002~1.006,含水率99%,直径大小0.02~ 0.2mm,表面积20~100cm2/ml,pH值约6.7,有较强的缓冲能 力。其固相组分主要为有机物,约占75~85%。 d、生物特性:具有一定的沉降性能和生物活性。(理解:自我 繁殖、生物吸附与生物氧化)。 e、组成:由微生物群体Ma,微生物残体Me,难降解有机物Mi, 35 无机物Mii四部分组成。 ②微生物组成及其作用 组成:包括细菌、真菌、原生动物、后生动物。 ? 细菌:以异养型原核生物(细菌)为主,数量107~108个/mL, 自养菌数量略低。其优势菌种:产碱杆菌属等,它是降解污 染物质的主体,具有分解有机物的能力。 ? 真菌:由细小的腐生或寄生菌组成,具分解碳水化合物,脂 肪、蛋白质的功能,但丝状菌大量增殖会引发污泥膨胀。 ? 原生动物:肉足虫,鞭毛虫和纤毛虫3类、捕食游离细菌。其 出现的顺序反映了处理水质的好坏(这里的好坏是指有机物 的去除),最初是肉足虫,继之鞭毛虫和游泳型纤毛虫;当 处理水质良好时出现固着型纤毛虫,如钟虫、等枝虫、独缩 虫、聚缩虫、盖纤虫等。 ? 后生动物(主要指轮虫、线虫、甲壳虫如水骚类),捕食菌胶 36 团和原生动物,是水质稳定的标志。 活性污泥法工艺流程 空气 进水 初次沉淀 池 曝气池 出水 二次沉淀池 污 泥 回流污泥 剩余污泥 37 38 曝气池 ? 曝气池(aeration tank)是利用活性污泥法进行污 水处理的构筑物。池内提供一定污水停留时间,满 足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充 分接触的混合条件。 曝气池主要由池体、曝气系统 和进出水口三个部分组成。池体一般用钢筋混凝土 筑成,平面形状有长方形、方形和圆形等。 39 ?曝气方法主要有鼓风曝气和机械曝气 ? 鼓风曝气 ? 又称压缩空气曝气,主要由曝气风机及专用曝气器组成。 采用这种方法的曝气池,多为长方形混凝土池,池内用隔 墙分为几个单独进水的隔间,每一隔间又分成几条廊道。 污水入池后顺次在廊道内流动,至另一端排出。空气是用 空气压缩机通过管道输送到设在池底的空气扩散装置,成 为气泡弥散逸出,在气液界面把氧气溶入水中。扩散装置 有多孔管、固定螺旋曝气器、水射器和微孔扩散板等四种 不同型式。 40 ? 机械曝气 ? 一般是利用装在曝气池内的机械叶轮转动,剧烈搅动池内废 水,使空气中的氧溶入水中。叶轮装在池内废水表面进行曝 气的,称为表面曝气。这种装置通过叶轮的提水作用,促使池 内废水不断循环流动,不断更新气液接触面以增大吸氧量。叶 轮旋转时在周缘形成水跃,可有效地裹入空气;叶片后侧产 生负压,可吸入空气,所以充气效果较好。叶轮浸水深度和 转速可以调节,以保证最佳效果。典型的机械曝气池有圆形 表面加速曝气池、标准型加速曝气池、IO型加速曝气池和方 形加速曝气池等。鼓风曝气和机械曝气两种方法有时也可联 用,以提高充氧能力,这适用于有机物浓度较高的污水。 41 曝气原理 ? 曝气是使空气与水强烈接触的一种手段,其目的 在于将空气中的氧溶解于水中,或者将水中不需 要的气体和挥发性物质放逐到空气中。换言之, 它是促进气体与液体之间物质交换的一种手段。 它还有其他一些重要作用,如混合和搅拌。空气 中的氧通过曝气传递到水中,氧由气相向液相进 行传质转移,这种传质扩散的理论,目前应用较 多的是刘易斯和惠特曼提出的双膜理论。 42 ?曝气池一般和沉淀池组成联合工艺流程。设 置在曝气池前面的称初次沉淀池,设置在曝 气池后面的称为二次沉淀池。 43 B.生物膜法 ? 生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微 生物(即生物膜)进行有机污水处理的方法。 ? 生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、 真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统,其 附着的固体介质称为滤料或载体。 ? 生物膜自滤料向外可分为厌气层、好气层、附着 水层、运动水层。 44 生物膜法的原理 ? 生物膜法的原理是,生物膜首先吸附附着水层有 机物,由好气层的好气菌将其分解,再进入厌气 层进行厌气分解,流动水层则将老化的生物膜冲 掉以生长新的生物膜,如此往复以达到净化污水 的目的。 45 与活性污泥法比较 ? 从好氧微生物对有机物降解过程的基本原理上 分析,生物膜法和活性污泥法是相同的,两者主 要不同在于活性污泥法是靠曝气池中悬浮流动着 的活性污泥来分解有机物的,而生物膜法则是主 要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。 46 a.生物滤池 ?生物膜法中最常用的一种生物器。使用的生 物载体是小块料(如碎石块、塑料填料)或塑 料型块,堆放或叠放成滤床,故常称滤料。 与水处理中的一般滤池不同,生物滤池的滤 床暴露在空气中,废水洒到滤床上。 47 48 b.生物转盘 ? 是随着塑料的普及而出现的。数十片、近百片塑料或 玻璃钢圆盘用轴贯串,平放在一个断面呈半圆形的条 形槽的槽面上。 ? 盘径一般不超过4米,槽径约大几厘米。有电动机和减 速装置转动盘轴,转速1.5~3转/分左右,决定于盘 径,盘的周边线米/分左右。 ? 废水从槽的一端流向另一端。盘轴高出水面,盘面约 40%浸在水中,约60%暴露在空气中。 49 生物转盘工作原理 ? 盘轴转动时,盘面交替与废水和空气接触。盘面为微生物生 长形成的膜状物所覆盖,生物膜交替地与废水和空气充分 接触,不断地取得污染物和氧气,净化废水。膜和盘面之 间因转动而产生切应力,随着膜的厚度的增加而增大,到 一定程度,膜从盘面脱落,随水流走。 ? 同生物滤池相比,生物转盘法中废水和生物膜的接触时间 比较长。而且有一定的可控性。水槽常分段,转盘常分组, 既可防止短流,又有助于负荷率和出水水质的提高,因负 荷率是逐级下降的。生物转盘如果产生臭味,可以加盖。 生物转盘一般用于水量不大时。 50 51 II.污水的厌氧生物处理 ?概述 ?厌氧生物处理机理 52 概述 ?厌氧生物处理是指利用厌氧微生物的代谢 过程,在无氧条件下把污水中的有机污染 物转化为无机物和少量细胞物质的污水处 理方法。 53 与好氧生物处理技术相比,有以下突出 优点: ? 能耗低(约为好氧的10%~15%) ? 可回收生物能源(沼气) ? 产生的剩余污泥量少(相当于好氧的 1/10~1/6) ? 可承受的有机负荷高,占地少 LV ? QS 0 S ? 0 (kgCOD /(m3 ? d )) V HRT 54 厌氧生物处理自身的缺点,主要是: ?厌氧处理后出水COD、BOD值较高,难以 达标(需好氧处理作为后处理) ?厌氧水力停留时间一般较长,厌氧的启动 时间一般也较长 ?受温度等影响大,有恶臭 55 厌氧生物处理的机理 厌氧生物降解过程可分为四个阶段: ? 水解阶段 ? 酸化阶段(也叫发酵阶段) ? 产乙酸阶段 ? 产甲烷阶段 56 1.水解阶段 ?水解细菌将不溶性有机物转变成可溶性有机物, 将高分子溶性有机物转变成小分子有机物(通 过细菌胞外酶作用) ? 纤维素被纤维素酶水解成纤维二糖和葡萄糖 ? 淀粉被淀粉酶水解成麦芽糖和葡萄糖 ? 蛋白质被蛋白酶水解成短酞和氨基酸 ? 脂肪被脂肪酶水解成丙二醇和脂肪酸 Return 57 2.酸化阶段 ?水解阶段产生的小分子水解产物在酸化菌的 细胞内转化为更简单的化合物并分泌到细胞 外,这一阶段的主要产物有VFA\醇类\乳酸 \CO2\NH3\H2S等。与此同时,酸化菌也利用 部分物质合成新的细胞物质。 58 3.产乙酸阶段 ?在此阶段,酸化阶段的产物被进一步转化 为乙酸、H2、碳酸等以及新的细胞物质。 59 4.产甲烷阶段 ? 在此阶段,乙酸、H2、碳酸、甲酸和甲醇等 被转化为CH4、CO2和新的细胞物质。 ? 整个厌氧降解的速率取决于以上四个阶段中 速度最慢的那个阶段,因为产甲烷菌的生长 缓慢,所以产甲烷的反应较慢,所以一般产甲 烷阶段是整个厌氧降解过程的速率限制性阶 60 段. 小结 (厌氧生物处理反应机理图) 不溶性有机物和高分子 溶性有机物 水解阶段 (细菌胞外酶作用) 原酸化阶段和产 乙酸阶段可合并 为一个阶段 小分子溶性有机物 产酸脱氢 阶段 (产酸菌作用) 细菌细胞 挥发酸 (如乙酸) 产甲烷阶段 CO2+H2 其他产物 (如醇类等) (产甲烷细菌作用) CH4+CO2 细菌细胞 61 ? 经二级生物处理后,其出水 ? 三级处理的方法包括: 一般含有:BOD30mg/L左右, 砂滤、混凝、微滤、 COD60mg/L左右,NH315反渗透、电渗析、离 25mg/L,P3-8mg/L, 子交换、消毒、活性 SS30mg/L左右,以及细菌、 炭吸附、脱氮除磷等。 重金属等,必须经过处理, 否则易导致水体富营养化, 并对鱼类,农作物、淡水水 质及处理成本等带来影响。 62 部分深度处理工艺 一 悬浮物的去除 1 )颗粒粒径:二级出水 SS是以 1um~1mm的生物 絮凝体和未被絮凝的胶体物质。一般通过混凝、 砂滤、微滤和反渗透去除。 2 )混凝沉淀:通过投加混凝剂,并经快速搅拌混 凝,慢速搅拌絮凝,使微小颗粒和胶体物质脱稳 而凝聚,成为较大颗粒絮体而沉淀去除。 63 二 溶解性有机物去除 1)活性碳吸附:活性碳具有巨大的表面积和细小的 孔隙,能吸附有机物,重金属离子等。 2)O3氧化处理:对二级处理水进行以回用为目的的 处理,力求去除污水中存在的有机物、色度和杀 菌、消毒。 64 三 溶解性性无机盐的去除 ?危害:具有腐蚀性,易结垢,SO42-还原产生H2S, 造成土地板结和盐碱化。因而出水回用和农用前 要求脱盐。 ?脱盐技术:反渗透、电渗析、离子交换。 65 四 污水的消毒处理 ?原因:无论什么工艺,出水细菌均会超标, 从而带来危害。 ?使用场合:污水农灌、排放水源地上游、旅 游景区,以及流行病流行季节。 ?消毒方法:液氯、臭氧、次氯酸钠和紫外线)液氯消毒 ? 原理:Cl2+H2O→HOCl+HCl ? 工艺参数: ? 投加量:10mg/L。 ?混 合 反 应 : 机 械 搅 拌 5 - 1 5 S , 鼓 风 混 合 0.2m3/m3.min。 ? 水力混合:V≥0.6m/s。 为了抑制水中残存细菌的再度繁殖 ? 接触时间:10~30min。 ? 要求余氯:≥0.5mg/L(为什么?)。 67 68 2)次氯酸钠消毒 ? 原理:Cl2+2NaOH→NaOCl+NaCl+H2O NaOCl+H2O→HOCl+NaOH HOCl→OCl-+H+ ? 接触时间:15min 69 3)二氧化氯消毒 ?原理:CLO2+H2O=HCL+HCLO+O2 ?使用剂量:2~5mg/L ?接触时间:10~20min 70 4) O3消毒 ? 原理:O3→O2+[O] ? 使用剂量:10mg/L ? 接触时间:5~10min,出水消除臭氧。 ? 优缺点:03具有和氯一样的杀菌能力,在对付活性病毒时 更具优越性,而且能降低水的色度和消除异味,还能为水 充氧。 71 5)紫外线消毒 ? 原理:紫外线穿透细胞壁并与细胞质反应而达到消毒 目的。 ? 方法:浸水式和水面式(高压石英水银灯)。 ? 照射强度:0.19-0.25W.s/cm2。 ? 污水深度:0.65-1.0m。 ? 缺点:不能解决消毒后管网的再污染问题,电耗大, 水中悬浮杂质和色度对紫外线 污水处理方法、流程的主要影响因素 ? 原废水的特性 ? 处理目标(要求的出水水质) ? 流程的稳定性 ? 基建投资费用 ? 运行维护费用 73 74 CASS工艺废水处理流程图 生活污水处理中水回用系统 CASS工艺——循环式活性污泥法工艺 75

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