城市污水处理技术

➢ 脱氮：
硝化角度：实现了反应器水力停留时间（HRT）和污泥龄 （SRT）的完全分离，有利于增殖缓慢的亚硝酸菌和硝酸 菌的截留、生长和繁殖，反应器中硝化菌总量较多，同时， MBR反应器中微生物菌胶团的平均粒径较常规活性污泥法 更加细小，硝化速率更高，而且供氧量也比常规工艺大，
因此，MBR反应器的硝化过程更彻底 。
1 城市污水的组成及性质
✓城市污水中的主要污染物：
1、固体污染物： 溶解态（颗粒直径＜1nm）、胶体态(直径介于1～200nm)、 悬浮态（直径大于200nm）。
2、有机污染物： 具有可生物降解性；使水体发臭
3、富营养污染物 主要指氮、磷等元素
4、酸、碱、盐类污染物
——生物化学需氧量（BOD）：
➢ 在有氧的条件下，使污水与生物载体表面对流接 触，经过一段时间后，生物载体表面被一层膜状 活性污泥——生物膜所覆盖，这一过程工程上称 为生物挂膜。
2 污水处理基本方法
➢ 城市污水的三级处理（深度处理）
处理对象：氮、磷、SS和有机物（BOD, COD） 处理方法：生物法，物化法 处理构筑物：
污水处理技术概述
主要内容
城市污水组成及性质 污水处理基本方法 脱氮除磷原理 常用污水处理工艺 MBR技术概述
1 城市污水的组成及性质
✓ 城市污水的组成：
❖ 生活污水 ❖ 工业污（废）水 ❖ 初期雨水
✓ 城市污水的污染指标：
❖ 物理指标：水温、色度、嗅味（臭味）、固体含量 ❖ 化学指标：pH、BOD、COD、TOD、TOC ❖ 生物指标：细菌总数、总大肠菌群数、病毒
在水温20℃，由于微生物的生化活动，将有机物氧 化为无机物所消耗的溶解氧的量来表示有机物的量。
有机物 （可生物降解）
异氧菌
呼吸
（氧化）
自养菌
Oa
CO2、H2O、能量、NH3
合成 新细胞 Od
Oc
自养菌 H2O、能量、NO2-
合成
残存物质
合成 新细胞
Ob CO2、H2O、能量、NH3
能量、NO3新细胞
乙乙酸酸 PP
聚聚PP
聚聚磷磷菌菌
PPHHBB
聚聚磷磷菌菌
好好氧氧环环境境
PP
PPHHBB
聚聚磷磷菌菌
聚聚PP
聚聚PP 聚聚PP
聚聚磷磷菌菌
厌氧环境中：
污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为乙酸苷； 而活性污泥中的聚磷菌在厌氧状态下，将体内积聚的聚磷分解， 分解产生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分供聚磷菌主动
——化学需氧量（COD）：
在酸性条件下，利用强氧化剂将有机物氧化为CO2和H2O 所消耗的氧的量，称为化学需氧量。常用的氧化剂包括重 铬酸钾和高锰酸钾。
Organic matter(CaHbOc)+Cr2O72-+H+→Cr3++CO2+H2O
2 污水处理基本方法
➢ 城市污水的一级处理（物理处理）
反硝化角度：反硝化菌数量多、电子受体硝酸根、亚硝酸根 和电子供体有机碳源的基质浓度丰富等几个因素的协同作 用，最终导致了MBR系统反硝化速率的加快。
➢ 除磷：
由于膜对SS近100％的截留，膜系统的出 水几乎不含SS，这就把颗粒中的磷很好地 截留在系统内。通常MBR系统的剩余污泥 含磷量比传统除磷工艺高1.2～1.5倍 。如 果需要进一步降低出水中磷的含量（< 0.5mg/L），可以结合化学除磷法实现稳定 达标。
分置式
一体式
膜组件
➢ MBR系统中膜对溶解性有 机物的去除来自3个方面的 作用：
①膜孔本身的截留过滤作用；
②膜孔和膜表面的吸附作用；
③膜表面形成的沉积层（滤 饼层）的过滤/吸附作用。
（三）MBR对污染物的去除机理
➢ 有机物降解 ：基于反应器中悬浮生长的活性污泥 的生物降解作用和膜的物理截留作用。膜生物反 应器中膜的高效截留作用使微生物全部截留于生 物反应池中，维持了较高的活性污泥浓度和微生 物量 ，与传统生物法相比，MBR对有机物去除效 率高（一般大于90%），而且可以在较短的水力 停留时间内达到更好的去除效果 。
城 市 污 水 处 理 厂 典 型 处 理 工 艺 流 程
太湖的富营养化
3 脱氮除磷原理
（一）氮的生物去除
废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸 氮四种形式存在。
＊生物脱氮机理
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和NxO气体的过程。其中包括硝化和反 硝化两个反应过程。
有机氮
生物脱氮过程
（蛋白质、尿素）
细菌分解和水解
氨氮 同化
有机氮
有机氮
（NH3-N）
（细菌细胞）
（净增长）
O2 硝化
自溶和自身氧化
亚硝态氮 缺氧 反硝化
（NO2-）
O2 硝化
有机碳
硝态氮
缺氧 反硝化
氮气
（NO3-）
有机碳
（N2）
a 氨化反应：
水解
RCHNH2COOH H2O RCOHCOOH NH3
➢ 生物强化除磷；
➢ 投加化学药剂除磷。
普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重的 1.5%~2.0%，通过同化作用可去除磷12%~20%。
生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥中磷 含量占到干重5%~6%。
如果还不能满足排放标准，就必须借助化学法除磷。
生物除磷原理
厌厌氧氧环环境境 有有机机基基质质 产产酸酸菌菌
吸收乙酸苷转化为PHB(聚β-羟基丁酸)的形态储藏于体内。聚
磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。
好氧环境中：
进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分 解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动 吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好 氧吸磷。
4 常用污水处理工艺
处理对象：悬浮物（SS） 处理方法：筛滤截留，重力分离 处理构筑物：
格栅（粗格栅、细格栅、超细格栅） 沉砂池（曝气沉砂池、旋流沉砂池等） 沉淀池（平流式、辐流式等）
粗格栅
曝气沉砂池 辐流式沉淀池
2 污水处理基本方法
➢ 城市污水的二级处理（生物处理）
处理对象：胶体和溶解性有机物（BOD, COD） 处理方法：好氧生物法、厌氧生物法 处理构筑物：
空气
曝气池
二沉池
处理水
回流污泥
回流污泥泵
剩余污泥
氧化沟法
预处理后的污水 转刷
氧化沟 回流污泥
二沉池
处理水
污泥 污泥泵房
剩余污泥
空气 进水
SBR法
空气
进水时段
曝气时段
沉淀时段
处理水
排水时段
闲置时段
生物膜法
➢ 生物膜法与活性污泥法最大的区别在于生物载体 （填料）的引入。
生物载体（填料）：固体表面（砾石，焦炭，石英砂，陶 粒，塑料板、管、环，化学纤维丝、束、团）
细菌分解 RCHNH 2COOH O2 RCOCOOH CO 2 NH3
b 硝化反应：
NH4 2O2 硝化细菌NO3 2H H2O
c 反硝化反应：
6NO3 5CH3OH 反硝 化菌3N2 5CO2 7H2O 6OH-
（二）污水中磷的去除
污水中磷的去除途径：
➢ 常规活性污泥法的微生物同化和吸附；
• 生物除磷脱氮系统，曝气生物滤池，MBR • 混凝＋沉淀＋过滤（CMF） • 活性炭吸附过滤 • 电渗析，反渗透
2 污水处理基本方法
➢ 城市污水处理厂的污泥处理
处理目的：减量，稳定，综合利用 处理方法：物理法，化学法，生物法 处理构筑物：
• 浓缩池 • 消化池 • 污泥脱水机械 • 沼气利用设备
厌氧池 厌氧池 进水 进水
缺氧池 缺氧池
好氧池 进 好氧池 进气
气管 管
沉淀池 沉淀池
出水 出水
内回流 内回流
污泥回流 污泥回流
剩余污泥 剩余污泥
A2O工艺流程
5 MBR技术概述
（一）MBR特点及分类
➢ 膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor）是由传 统活性污泥工艺与膜分离技术结合的一种新型高 效工艺。 特点：用高效膜分离技术取代传统生物处理中的 二沉池
活性污泥法（传统法，氧化沟，SBR） 生物膜法（曝气生物滤池，接触氧化法）
活性污泥生物代谢过程模式图
污水中有机物 O2
（CxHyOz） 微生物
代谢产物 H2O,CO2,NH3
能量
合成细胞物质 C5H7NO2
O2
微生物
Baidu Nhomakorabea
内源呼吸产物 H2O,CO2,NH3
能量
内源呼吸残留物
预处理后的污水
传统活性污泥法