污水处理技术原理与应用
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电渗析
膜法
反渗透
第三节 化学氧化方法概述
氯
液氯 次氯酸盐
二氧化氯
复合二氧化氯 高纯二氧化氯
臭氧
FENTON
……
BFra Baidu bibliotekCK
欢迎提出宝贵意见
谢 谢！
第六节 生物法除磷机理研究进展
反硝化除磷
在磷的生物摄/放过程中，反硝化除磷细菌（DPB）以硝态氮 取代氧作为电子受体
反硝化脱氮和生物除磷合二为一
第三章 生物脱氮除磷的技术应用
第一节 序批式反应器的应用
SBR工艺
进水期、反应曝气期、静沉期、滗水期、闲置期 与A/O相同，可实现生物脱氮/除磷
第一节 物理化学法
（混凝）沉淀法——非溶解性物质 （混凝）气浮法——非溶解性物质 （混凝）过滤法——非溶解性物质 化学氧化法 吸附法，离子交换法 微滤，超滤，钠滤，反渗透……
第二节 生物化学法
生物膜法
接触氧化法 曝气生物滤池（BAF） 生物活性炭（BAC） 投炭式活性污泥法（PACT）
HNO3 HNO2
N2H4
NH2OH NH3
NO N2O
N2
有机氮
1、同时硝化反硝化(SND)
现象： 在有氧条件下存在反硝化反应进程 硝化和反硝化在同一反应器中、相同操作条件下同时发生
机理： 宏观环境解释：反应器内存在缺氧/厌氧段——水力因素 微环境理论 ：微生物絮体内存在DO梯度 生物学的解释：存在着好氧反硝化菌
湖泊水华
污染物来源
点源污染
城镇污水 工业废水
面源污染
农业排水
我国水体污染现状
局部有所改善 整体仍在恶化
主要内容
第一章 有机物生物去除的工艺原理与应用 第二章 脱氮除磷的工艺原理与研究进展 第三章 生物去碳脱氮除磷的技术应用 第四章 污水深度处理方法的工艺原理与应用
第一章 有机物生物去除的 工艺原理与应用
分类二：
活性污泥法 生物膜法
空气 进水
曝气池
出水 二沉池
消化气
出水 澄清区
悬浮层
污泥层
回流污泥
剩余污泥
进水
第三节 主要工程应用
视污水水质条件而定：
混凝沉淀/气浮——进水SS/胶体浓度高； 混凝过滤/炭滤——进水SS/胶体浓度低； A/O工艺——进水难降解有机物浓度高，考虑水解酸化； AB工艺——进水有机物浓度高，分段处理以提高效率； A2/O工艺——协同考虑脱氮除磷工艺； 化学氧化——除色度及分解有机物； ……
3、厌氧氨氧化
机理： 厌氧条件下，以NO3− 或NO2−为电子受体，将氨转化为N2
要点： 厌氧氨氧化反应和厌氧氨氧化菌的存在
进水 NH4+
SHARON (活性污泥)
NH4+ →NO2−
NH4+ +NO2−
ANAMMOX (生物膜)
NH4+ +NO2− →N2
出水
4、氧限制自养硝化反硝化（OLAND）
第一节 物理化学法
格栅拦截法——大型悬浮物、漂浮物 （混凝）沉淀法——非溶解性物质 （混凝）气浮法——非溶解性物质 （混凝）过滤法——非溶解性物质 化学氧化法 吸附法 ……
第二节 生物化学法
分类一：
好氧法——如一段式曝气池 厌氧法——水解酸化阶段，产甲烷阶段；如UASB
典型应用
A/O工艺：
A段为缺氧段，存在氧、硝酸盐/亚硝酸盐，DO一般 低于0.5mg/L；
O段倾向于延时曝气；
有混合液回流。
进水 DN
C＋ N
出水 S
第四节 生物法除磷
基本原理
水中基质
厌氧区
好氧区
有机基质
厌氧区
好氧区
基质 发酵 乙酸 乙酸＋聚 P
PHB＋能量+P
基质＋O2 能量＋细胞
影响因素 DO——适中，与污泥絮体大小有关 碳源——同传统相比，要求不严格 活性污泥絮体大小——颗粒大小、密实度适中 ORP——同DO
2、短程硝化反硝化
机理： NH4+ →NO2− →N2 将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，然后直接进行反硝化
要点： 细致地选择污泥龄，保留亚硝化细菌，排除硝化细菌
机理：
控制溶解氧，使硝化过程仅进行到NH4+氧化为NO2−阶段， 由NO2−氧化与未反应的NH4+形成N2。 要点：
低溶解氧浓度下实现维持NO2−的积累
5、好氧反氨化
现象： 某些高浓度含氮废水处理过程中，氨转化为氮气的过程不需 要按化学计量式消耗电子供体。
机理： 涉及到的微生物目前尚不太清楚。
膜生物反应器（MBR）
特点： 利用膜取代传统二沉池的一种新工艺； 对污泥性状的要求低，生化池运行灵活。
分类： 性质——微滤膜、超滤膜；帘式膜、平板膜…… 位置——内置式、外置式
局限性： 周边设备较多； 价格因素； 管理水平要求高。
第二节 除离子工艺概述
离子交换法
阴阳离子交换（复床、混床……）
氧化沟工艺的重要变革
工艺变革：增设厌氧池——相当于A2/O工艺； 设备变革：微孔曝气氧化沟； 结合SBR类——交替式氧化沟； 一体化方向——一体式氧化沟……
第四节 A2/O工艺的应用
原理——生物脱氮除磷
A1段：厌氧释磷； A2段：缺氧反硝化； O段：好氧硝化。
工艺的改良
A+A2/O工艺——解决A1段DO问题； ……
工艺改良示例：CCFP工艺
机理：
水处理工艺——与氧化沟工艺相结合；
水流动力学——独特的弯道水力条件（主流，二次流，边壁
湍流扩散），混合传质作用更佳；
反应动力学——同时硝化反硝化……
出水至二沉池
特点：
兼具两种工艺的特点； 节约能耗。
Q
Q
RAS, 0.5~1.0
关于其它“A/O”工艺
水解酸化+接触氧化（生物膜法）： A段为厌氧/缺氧段，以水解酸化为主； O段为好氧段，以好氧反应为主； 一般无混合液回流及污泥回流。
上述同样适合活性污泥法，但需设污泥回流。
第五节 生物法脱氮机理研究进展
微生物对氮的可能转化途径
硝化作用 反硝化作用 同化作用 固氮作用 厌氧氨氧化 异养硝化菌反硝化
第二章 脱氮除磷的工艺原理与 研究进展
第一节 物理化学法脱氮
吹脱法 折点加氯法 离子交换法
第二节 化学法除磷
混凝沉淀除磷技术 晶析法除磷技术
特点：效率高，污泥产量大
第三节 生物法脱氮
基本原理
氨化作用：多种微生物 硝化作用：亚硝酸菌，硝酸菌（好氧）
反硝化作用：反硝化菌（缺氧/厌氧）
案例：中石油含油废水深度生化处理主导工艺
投炭式活性污泥法
生物膜法与活性污泥法相结合的一种。 机理：
活性炭的吸附作用——提高反应速率；增加反应时间； 微生物的分解作用——投加浓度低，处理成本低。
特点：
提高对难降解有机物的去除率； 增强抗冲击负荷的能力； 保证安全性（增强系统抵抗油、有毒物等的能力）； 减轻后续处理系统的负荷，总处理成本低； 生化池内活性炭累积量多，抗冲击负荷能力强； 有助于提高反应速率，提高难降解有机物去除率。
废水
进水期
反应期
沉降期
出水
排水期
闲置期
CASS与CAST
与A2/O工艺类似，兼有脱氮除磷功能
Q
表面滗水器
生
物缺
选 择
氧
区区
主反应区
污泥回流
曝气
MSBR
UNITANK
第二节 AB法的应用
原理
A级：短时曝气，利于除磷；底物浓度高，反应速度快； B级：延时曝气，利于硝化；底物浓度低，出水水质好。
污水处理的 技术原理与应用
前言
碳氮磷污染的危害性
水体的富营养化
水体出现缺氧，水质恶化黑臭； 水体中有毒有害物质增加，水中生物的大量死亡； 给水体带来大量病原菌、寄生虫卵及病毒等； 造成水体重金属富集，并可由水中生物转移至人体； 引发藻类大量繁殖，加快湖泊水体的老化程度。
海洋赤潮
工艺的延伸
生物膜法：可不设中沉池； B级可采用A/O等工艺——A+A/O； A+SBR……
第三节 氧化沟的应用
原理——A/O工艺的多级串联
A段：距曝气机下游较远的区域； O段：距曝气机下游较近的区域； 特点：循环水流——混合条件好，传质效果佳。
×
×
进水
×
回流污泥
至二沉池
物质
基质＋O2 能量＋细胞
物质
非积磷 异养细菌 发酵性产酸菌
积磷细菌
厌氧产酸后基质的利用和 PHB 的贮藏
产酸菌
乙酸
P
放磷 聚P
PHB
吸磷 PHB
积磷菌
积磷菌 O2 积磷菌
生物除磷机理图解
聚P 积磷菌
典型应用
A/O工艺： A段为厌氧段，DO一般要求低于0.2mg/L； O段倾向于短时——普通曝气； 无混合液回流。
膜生物反应器（MBR）
接触氧化法
生物膜法的一种； 泥龄长，效果稳定。
单位空间内生物量少； 占地面积较大。
案例：深圳自来水预处理
曝气生物滤池
生物膜法的一种，与V型滤池的结合； 单位空间内生物量多； 占地面积小。
案例：中石化含油废水深度生化处理主导工艺
生物活性炭
生物膜法的一种，给水处理方法的延伸； 单位空间内生物量多； 占地面积小； 与臭氧相结合，效果更理想。
过水孔混合液回流
过水孔
A1 推流器 推流器 搅拌器
A2
O
进水及污泥回流
第四章 污水深度处理方法的 工艺原理与应用
污水深度处理概述
深度处理目的：一般指污水回用
深度处理对象：有机物，悬浮物，离子……
深度处理工艺：一般为污水处理工艺与给水 处理工艺的结合
水中杂质颗粒分布
污水回用的主要途径
膜法
反渗透
第三节 化学氧化方法概述
氯
液氯 次氯酸盐
二氧化氯
复合二氧化氯 高纯二氧化氯
臭氧
FENTON
……
BFra Baidu bibliotekCK
欢迎提出宝贵意见
谢 谢！
第六节 生物法除磷机理研究进展
反硝化除磷
在磷的生物摄/放过程中，反硝化除磷细菌（DPB）以硝态氮 取代氧作为电子受体
反硝化脱氮和生物除磷合二为一
第三章 生物脱氮除磷的技术应用
第一节 序批式反应器的应用
SBR工艺
进水期、反应曝气期、静沉期、滗水期、闲置期 与A/O相同，可实现生物脱氮/除磷
第一节 物理化学法
（混凝）沉淀法——非溶解性物质 （混凝）气浮法——非溶解性物质 （混凝）过滤法——非溶解性物质 化学氧化法 吸附法，离子交换法 微滤，超滤，钠滤，反渗透……
第二节 生物化学法
生物膜法
接触氧化法 曝气生物滤池（BAF） 生物活性炭（BAC） 投炭式活性污泥法（PACT）
HNO3 HNO2
N2H4
NH2OH NH3
NO N2O
N2
有机氮
1、同时硝化反硝化(SND)
现象： 在有氧条件下存在反硝化反应进程 硝化和反硝化在同一反应器中、相同操作条件下同时发生
机理： 宏观环境解释：反应器内存在缺氧/厌氧段——水力因素 微环境理论 ：微生物絮体内存在DO梯度 生物学的解释：存在着好氧反硝化菌
湖泊水华
污染物来源
点源污染
城镇污水 工业废水
面源污染
农业排水
我国水体污染现状
局部有所改善 整体仍在恶化
主要内容
第一章 有机物生物去除的工艺原理与应用 第二章 脱氮除磷的工艺原理与研究进展 第三章 生物去碳脱氮除磷的技术应用 第四章 污水深度处理方法的工艺原理与应用
第一章 有机物生物去除的 工艺原理与应用
分类二：
活性污泥法 生物膜法
空气 进水
曝气池
出水 二沉池
消化气
出水 澄清区
悬浮层
污泥层
回流污泥
剩余污泥
进水
第三节 主要工程应用
视污水水质条件而定：
混凝沉淀/气浮——进水SS/胶体浓度高； 混凝过滤/炭滤——进水SS/胶体浓度低； A/O工艺——进水难降解有机物浓度高，考虑水解酸化； AB工艺——进水有机物浓度高，分段处理以提高效率； A2/O工艺——协同考虑脱氮除磷工艺； 化学氧化——除色度及分解有机物； ……
3、厌氧氨氧化
机理： 厌氧条件下，以NO3− 或NO2−为电子受体，将氨转化为N2
要点： 厌氧氨氧化反应和厌氧氨氧化菌的存在
进水 NH4+
SHARON (活性污泥)
NH4+ →NO2−
NH4+ +NO2−
ANAMMOX (生物膜)
NH4+ +NO2− →N2
出水
4、氧限制自养硝化反硝化（OLAND）
第一节 物理化学法
格栅拦截法——大型悬浮物、漂浮物 （混凝）沉淀法——非溶解性物质 （混凝）气浮法——非溶解性物质 （混凝）过滤法——非溶解性物质 化学氧化法 吸附法 ……
第二节 生物化学法
分类一：
好氧法——如一段式曝气池 厌氧法——水解酸化阶段，产甲烷阶段；如UASB
典型应用
A/O工艺：
A段为缺氧段，存在氧、硝酸盐/亚硝酸盐，DO一般 低于0.5mg/L；
O段倾向于延时曝气；
有混合液回流。
进水 DN
C＋ N
出水 S
第四节 生物法除磷
基本原理
水中基质
厌氧区
好氧区
有机基质
厌氧区
好氧区
基质 发酵 乙酸 乙酸＋聚 P
PHB＋能量+P
基质＋O2 能量＋细胞
影响因素 DO——适中，与污泥絮体大小有关 碳源——同传统相比，要求不严格 活性污泥絮体大小——颗粒大小、密实度适中 ORP——同DO
2、短程硝化反硝化
机理： NH4+ →NO2− →N2 将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，然后直接进行反硝化
要点： 细致地选择污泥龄，保留亚硝化细菌，排除硝化细菌
机理：
控制溶解氧，使硝化过程仅进行到NH4+氧化为NO2−阶段， 由NO2−氧化与未反应的NH4+形成N2。 要点：
低溶解氧浓度下实现维持NO2−的积累
5、好氧反氨化
现象： 某些高浓度含氮废水处理过程中，氨转化为氮气的过程不需 要按化学计量式消耗电子供体。
机理： 涉及到的微生物目前尚不太清楚。
膜生物反应器（MBR）
特点： 利用膜取代传统二沉池的一种新工艺； 对污泥性状的要求低，生化池运行灵活。
分类： 性质——微滤膜、超滤膜；帘式膜、平板膜…… 位置——内置式、外置式
局限性： 周边设备较多； 价格因素； 管理水平要求高。
第二节 除离子工艺概述
离子交换法
阴阳离子交换（复床、混床……）
氧化沟工艺的重要变革
工艺变革：增设厌氧池——相当于A2/O工艺； 设备变革：微孔曝气氧化沟； 结合SBR类——交替式氧化沟； 一体化方向——一体式氧化沟……
第四节 A2/O工艺的应用
原理——生物脱氮除磷
A1段：厌氧释磷； A2段：缺氧反硝化； O段：好氧硝化。
工艺的改良
A+A2/O工艺——解决A1段DO问题； ……
工艺改良示例：CCFP工艺
机理：
水处理工艺——与氧化沟工艺相结合；
水流动力学——独特的弯道水力条件（主流，二次流，边壁
湍流扩散），混合传质作用更佳；
反应动力学——同时硝化反硝化……
出水至二沉池
特点：
兼具两种工艺的特点； 节约能耗。
Q
Q
RAS, 0.5~1.0
关于其它“A/O”工艺
水解酸化+接触氧化（生物膜法）： A段为厌氧/缺氧段，以水解酸化为主； O段为好氧段，以好氧反应为主； 一般无混合液回流及污泥回流。
上述同样适合活性污泥法，但需设污泥回流。
第五节 生物法脱氮机理研究进展
微生物对氮的可能转化途径
硝化作用 反硝化作用 同化作用 固氮作用 厌氧氨氧化 异养硝化菌反硝化
第二章 脱氮除磷的工艺原理与 研究进展
第一节 物理化学法脱氮
吹脱法 折点加氯法 离子交换法
第二节 化学法除磷
混凝沉淀除磷技术 晶析法除磷技术
特点：效率高，污泥产量大
第三节 生物法脱氮
基本原理
氨化作用：多种微生物 硝化作用：亚硝酸菌，硝酸菌（好氧）
反硝化作用：反硝化菌（缺氧/厌氧）
案例：中石油含油废水深度生化处理主导工艺
投炭式活性污泥法
生物膜法与活性污泥法相结合的一种。 机理：
活性炭的吸附作用——提高反应速率；增加反应时间； 微生物的分解作用——投加浓度低，处理成本低。
特点：
提高对难降解有机物的去除率； 增强抗冲击负荷的能力； 保证安全性（增强系统抵抗油、有毒物等的能力）； 减轻后续处理系统的负荷，总处理成本低； 生化池内活性炭累积量多，抗冲击负荷能力强； 有助于提高反应速率，提高难降解有机物去除率。
废水
进水期
反应期
沉降期
出水
排水期
闲置期
CASS与CAST
与A2/O工艺类似，兼有脱氮除磷功能
Q
表面滗水器
生
物缺
选 择
氧
区区
主反应区
污泥回流
曝气
MSBR
UNITANK
第二节 AB法的应用
原理
A级：短时曝气，利于除磷；底物浓度高，反应速度快； B级：延时曝气，利于硝化；底物浓度低，出水水质好。
污水处理的 技术原理与应用
前言
碳氮磷污染的危害性
水体的富营养化
水体出现缺氧，水质恶化黑臭； 水体中有毒有害物质增加，水中生物的大量死亡； 给水体带来大量病原菌、寄生虫卵及病毒等； 造成水体重金属富集，并可由水中生物转移至人体； 引发藻类大量繁殖，加快湖泊水体的老化程度。
海洋赤潮
工艺的延伸
生物膜法：可不设中沉池； B级可采用A/O等工艺——A+A/O； A+SBR……
第三节 氧化沟的应用
原理——A/O工艺的多级串联
A段：距曝气机下游较远的区域； O段：距曝气机下游较近的区域； 特点：循环水流——混合条件好，传质效果佳。
×
×
进水
×
回流污泥
至二沉池
物质
基质＋O2 能量＋细胞
物质
非积磷 异养细菌 发酵性产酸菌
积磷细菌
厌氧产酸后基质的利用和 PHB 的贮藏
产酸菌
乙酸
P
放磷 聚P
PHB
吸磷 PHB
积磷菌
积磷菌 O2 积磷菌
生物除磷机理图解
聚P 积磷菌
典型应用
A/O工艺： A段为厌氧段，DO一般要求低于0.2mg/L； O段倾向于短时——普通曝气； 无混合液回流。
膜生物反应器（MBR）
接触氧化法
生物膜法的一种； 泥龄长，效果稳定。
单位空间内生物量少； 占地面积较大。
案例：深圳自来水预处理
曝气生物滤池
生物膜法的一种，与V型滤池的结合； 单位空间内生物量多； 占地面积小。
案例：中石化含油废水深度生化处理主导工艺
生物活性炭
生物膜法的一种，给水处理方法的延伸； 单位空间内生物量多； 占地面积小； 与臭氧相结合，效果更理想。
过水孔混合液回流
过水孔
A1 推流器 推流器 搅拌器
A2
O
进水及污泥回流
第四章 污水深度处理方法的 工艺原理与应用
污水深度处理概述
深度处理目的：一般指污水回用
深度处理对象：有机物，悬浮物，离子……
深度处理工艺：一般为污水处理工艺与给水 处理工艺的结合
水中杂质颗粒分布
污水回用的主要途径