水的深度处理工艺课程设计要点讲课教案

《水的深度处理工艺》
系别：市政与环境工程学院
专业：环境工程
姓名：柴剑雄
学号： 021411114
指导教师：张霞
随着我国现代工农业的发展、城市化进程的加快，工农业用水、城市、农村生村和生活用水需求量激增，工农业污水、城市、农村生活污水的排放量日益增多，对于人均水资源相对匮乏的我国来说，水资源的供应量远远不能满足人们的生产、生活的需求，越来越多的城市、农村出现了用水荒，水资源供应量的不足已经成为制约社会经济发展和人们生活的重要障碍因素。

为了满足现代工农业、经济发展及城市建设的需要，满足人们生活用水的需求，加强污水处理厂建设已经成为各级政府以及社会各界的共识，但是，经过污水处理厂处理过的中水还含有重金属、细菌等有害、有毒物质。

这些物质的存在，在一定程度上影响污水的利用效率。

因此，有必要采取技术手段在污水处理厂建设过程中对污水进行深度处理，实现水资源的可持续使用。

(一)污水深度处理技术分析
污水深度处理技术简单地说可以分为三大类，即生物处理法、膜处理法和物理化学处理法。

生物处理法又可分为人工湿地深处理技术、生物接触氧化法、曝气生物滤池 (BAF) 等生物技术。

人工湿地深处理技术主要适用于农村污水、工业行业废水以及城市污水处理厂二级出水，由于污水处理厂是采用传统工艺处理城市污水，因此，污水处理厂二级出水中不但含有重金属、细菌等有害、有毒物质，而且污水中的一些物质不能处理干净，一般情况下，污水处理厂二级出水 P 含量为 6—10mg/L 、NH3-N 含量为 15—25mg/L、BOD5含量为 20—30mg/L 、SS 含量为 20
—30mg/L、COD含量为 60—100mg/L。

采用人工湿地深处理可以实现景观与处理效果相结合的良性循环，通过种植了美人蕉、芦苇、富贵竹、空心菜等湿地植物，通过光合作用去除氨氮等成分，通过种植凤眼莲、空心莲子草、稗草、藨草、黄菖蒲等植物去除工业废水中的有害物质等。

生物接触氧化法是是在充氧的污水池中填充填料，用生物膜布满填料，污水以固定流速以埋没生物膜的方式，在微生物作用下除去有害物质的污水深处理方式，应用于农药、石油化工、纺织、印染、食品加工、轻工造纸和发酵酿造等工业废水以及二级出水、生活污水的深处理，去除铁、锰、亚硝酸盐、氨氮等物质；曝气生物滤池通过在生物滤池底部或下部加设曝气装置对污水进行处理的技术，通过该技术处理的污水基本上能够达到杂用水的标准。

污水深度处理技术中的膜处理法和物理化学处理法包括混凝技术、活性炭吸附技术、臭氧法、膜分离技术、高级氧化法等。

这些污水深度处理技术适用的范围不同，各有所长，又各有所短，因此，在污水深度处理过程中，要充分照顾到各种处理技术的技术特点，扬长避短，综合采用，为污水处理厂取得较好的经济效益和社会效益打下坚实的基础。

(二)污水深度处理技术的应用
污水深度处理技术是在污水预处理及主处理的基础上，对二级处理水用物理化学处理法&生物处理法及膜处理法去除二级出水中存留的细菌&重金属等危害人体健康的有害及有毒物质，从而达到污水的回收和利用的一种处理技术其典型处理流程如表：
上表中物理化学处理法为第1、2、3种，生物处理法为4、5、6种，膜处理法包含在3、8中。

在深度处理技术运用过程中，从便于维修管理的角度对全厂实行功能分区，根据污水处理厂所处地域夏季主导风向进行合理&科学的布置，要采用绿化带将污水处理厂的各个功能不同的区域分割开来，在道路佳通保证消防需要的基础上确保土地的合理利用，各个污水处理流程顺畅。

(三)污水深度处理工艺及其选择
经过对二级生物处理后深度处理进出水水质分析，可以看出，深度处理工艺选择的方针为：在保证SS去除的同时运用化学除磷方式控制出水TP，按照这一原则，可以选择混凝、沉淀、过滤或澄清等物化法。

最近用于深度处理的新型的物化工艺有快速斜板沉淀池、活性砂滤池和纤维滤池。

1、混合
混合是原水与混凝剂进行充分混合的工艺过程,是进行絮凝
和沉淀的重要前提,混合是混凝剂的水解产物迅速混合到水体
的每一个细部,并使水中胶体颗粒脱稳的过程。

混合的方式有很多种,常见的混合方式有管式静态混合器混合、机械混合、直列式混合器混合等。

（1）管式静态混合器混合:管式静态混合器混合是在管道内设置多节固定叶片,使水流产生涡流反应,同时产生涡旋反向旋转及交叉流动,从而获得混合效果。

它的优点维护管理方便,不需土建构筑物,在设计流量范围内混合效果较好,不需外加动力设备;其缺点是运行水量变化对混合效果的影响很大,水头损失大,混合器构造较复杂,适用水量变化不大的水厂。

(2)机械混合:依靠外部机械供给能量,使水流产生紊流,它的优点是水头损失较小,适应各种流量变化,能使药剂迅速而均匀的扩散至水体中,同时使胶体颗粒脱稳。

缺点是增加相应的机械设备、需消耗电能、同时也相应增加了机械设备的维修及保养工作,管理维修比较复杂。

需要建混合池,增加占地,应用较少。

(3)直列式混合器混合:它是利用水流通过列管产生高频漩涡,使数种物料充分混合,它混合效果好、对水量、水质的变化适应能力强。

构造简单、制作安装方便、水头损失较小,较常规混合方式可节约药剂20％～30％,运行费用较低。

直接安装在管道上,不占地。

直列式混合器在设计中引入了流体微水动力学原理来控制混合微观过程和宏观过程,在相同的水头损失下,大大提高了直列式混合器混合效果。

研究结果表明:直列式混合器比一般混
合器能够提升混合效率和混合效果一倍以上。

它的主要原理是使水流通过列管时,在边界层表明:直列式混合器比一般混合器能够提升混合效率和混合效果一倍以上。

它的主要原理是使水流通过列管时,在边界层的作用下,产生系列涡旋,并在其后的空间衰减,产生高频涡流,从而使混凝剂复杂的水解产物与原水中的胶体颗粒得到充分混合。

直列式混合器采用不锈钢材质,具有强度高,耐腐蚀性强,外型美观,安装方便、混合快速高效、低能耗等特点。

2、絮凝
絮凝过程就是使具有絮凝性能的微絮粒相互碰撞,从而形成较大的絮粒,以适应沉淀分离的要求。

为了达到完善的絮凝效果,必须具备两个主要条件:一是具有充分絮凝能力的颗粒;二是保证颗粒获得适当的碰撞接触而又不致破坏的水力条件。

根据水质、水量、净水工艺高程布置、沉淀池形式及维修条件等因素确定絮凝池的形式,其形式很多:折板絮凝池、机械絮凝池、网格絮凝池、星形絮凝池等多种形式。

(1)折板絮凝池:它是利用在池中加设一些扰流单元以达到絮凝所要求的紊流状态,使能量损失得到充分利用,能耗降低,停留时间有所缩短。

折板絮凝具有多种型式,常用的有多通道和单通道的平折板、波纹板等。

折板絮凝池可布置成竖流式或平流式,目前多采用竖流式,其絮凝效果较好。

折板主要缺点是絮凝不充分,形成矾花颗粒较小、细碎、比重小,沉淀性能差,造价较高,水力
负荷差,适于水量变化不大的水厂。

(2)机械絮凝池:机械絮凝池的优点为絮凝效果较好、水头损失较小、絮凝时间约为12～15分钟。

由于增加了机械设备,搅拌桨的转速调整可适应不同的水量和水质,但对机械设备质量要求较高、机械设备维护量大、管理比较复杂、机械设备投资高、运行费用大。

(3)网格絮凝池:是应用紊流理论的絮凝池。

絮凝池分成许多面积相等的方格,水流上下交错流动,直至出口,在全池约三分之二的分格内,垂直水流方向放置网格或栅条,在水流通过时,形成了良好的絮凝效果。

但当水量发生变化时将影响絮凝效果,根据已建的网格和栅条絮凝池的运行经验,还存在末端池底积泥现象,少数水厂发现网格上滋生藻类、堵塞网眼现象。

(4)星形絮凝池:星形絮凝设备主要原理是利用边界层脱离理论和颗粒碰撞的惯性效应,改变隔板的结构形式,同时改变翼片的形式,改变水流流经翼片附近的流态,更加增强了翼片控制能力,在不同的水流空间,当水流流经翼片后,在周围短时间会形成准均匀各向同性紊流,紊流中夹带了大量尺寸、强度一定的微小涡旋,在不断的流动过程中,茹可夫斯基升力的作用导致涡旋离开原位置并进行彼此碰撞,加大了颗粒的有效碰撞次数,有效地提高了絮凝效果。

絮体颗粒碰撞、吸附,絮体本身产生强烈变形,使絮体中吸附能级低的部分由于变形揉动作用从而达到更高的吸附能级,并在通过设备后絮体变得更加密实,提高絮凝效果,缩
短絮凝时间。

由于星形絮凝池絮凝过程的可控程度提高,在水质难处理期,仍可达到理想的絮凝效果,对微污染水质,只要污染不是很严重,应用絮凝沉淀工艺完全能够达到处理要求。

星形絮凝设备采用改性PVC,导流机构截面为星形,设置1～3片翼片,用防水胶粘结,无螺丝等紧固件。

具有强度高、耐腐蚀性强、外形美观、安装方便、絮凝效果好、低能耗、絮凝时间短等特点。

4、沉淀
水处理中的沉淀工艺是指在重力作用下悬浮固体从水中分离的过程,它能去除80％～99％以上的悬浮固体,是主要的净水构筑物之一。

沉淀池的常用形式有很多:平流沉淀池、斜管沉淀池、V形沉淀池等。

(1)平流沉淀池:它的优点是构造简单、操作管理方便、施工较简单,它的缺点是平面面积大、机械排泥设备维护较复杂、土建费用高、沉淀效率低。

(2)斜管沉淀池:它占地面积小、沉淀效率高,但需要耗用较多的斜管、老化后需定期更换、增加运行费用、对原水水质变化的适应性较差,排泥效果较差。

(3)V形沉淀池:V形沉淀设备主要原理是综合利用沉淀机理和接触絮凝机理完成沉淀区中颗粒的分离过程。

设备在充分利用沉淀机理和接触絮凝机理的基础上完成沉淀池中颗粒与水体的分离,通过对沉淀设备内水流流道的合理设置,在流道内部实现矾花重力同水流顶托力及相关作用力动态平衡,增强接触絮凝沉淀作用,
使沉淀效果更佳。

该设备斜板材质为乙丙共聚,连接方式采用热熔焊接,连接牢固。

它是根据浅池理论,利用设备截面差,造成沿重力方向的速度差,从而在上向水流的顶托作用下,斜板沉淀单元内部形成一定厚度的具有自我更新能力的絮体粒子动态悬浮泥渣层,利用接触絮凝和沉淀原理提高沉淀去除率及沉淀负荷。

斜板的材料为乙丙共聚,它具有外部美观、表面光滑、有利于排泥、表面负荷高、上升流速大、沉淀效果好等特点,同时它继承了普通斜板和斜管的优点,也摒弃了两者的缺点。

5、快速斜板沉淀池
快速斜板沉淀池（ACTILFO）的工作原理如图 I所示它是一种紧凑型的沉淀池，利用了微砂作为絮凝体的内核。

微砂使絮凝体的比重增大从而使絮凝更容易沉淀，这样就大大地提高了絮凝的效果而缩减了沉淀池的占地面积。

它包括混凝、微砂投加、絮凝（熟化）、高速斜管沉淀、微砂循环和污泥排放几个过程。

1）混凝
混凝过程在ACTIFLO前部的混凝池中进行，混凝反应是整个处理系统的关键步骤，混凝剂投加后不但去除SS，而且与污水中的P 反应形成沉淀去除P,BODCOD或随着SS的去除而去除。

2）微砂投加
该工艺投加粒径在125um—150um的微砂并不断循环更新，以提供大的接触面积而强化絮凝，并起压载作用以提高絮体沉淀的速度。

3）絮凝
絮凝是一种物理机械过程，在这一过程中，由于物理搅拌作用和分子间的作用力使絮凝体增大以利于沉淀投加阴离子高分子助凝剂作为混凝剂的助凝剂，起到吸附架桥作用以提高絮凝效果。

4）沉淀
由于有微砂作为加载物，而且应用异向流斜管，沉淀作用得以提高。

在沉淀过程中，来自絮凝池的水从斜管下部进入沉淀池并上向流通过，颗粒和絮体沉淀在斜管表面并由于重力作用下滑跌落到池底。

刮泥机上的栅条可以提高污泥沉淀效果，刮泥机慢速旋转并把污泥连续地刮进中心集泥坑。

澄清水通过集水槽收集。

为了有利于在小水量时水流的分配，集水槽上的出水堰可以采用梯形或矩形的形状。

5）微砂循环和污泥排放
微砂随污泥沉淀在沉淀池中，循环泵把微砂和污泥输送到水力分
离器中在离心力的作用下，微砂和污泥进行分离：微砂从下层流出直接投加到投加池中，污泥从上层流中溢出然后通过重力流流向反冲洗废水池。

微砂的粒度系数和水力分离器的选择性能保证了微砂的分离和循环。

微砂和污泥的循环量与进水量之比为3％-12％。

沉淀池的微砂浓度为2000mg／L-7000mg／L。

运行中存在砂的损失，典型的微砂损失量为处理13m水量损失1g-3g微砂，这个损失可以每周进行投加补充。

ACTIFLO沉淀池虽然沉淀效果好，但由于加药量大，设备多，工程造价比较高。

6、活性砂滤池
活性砂滤池系统由锥型滤砂导向装置，内部过滤单元，进水管道，水流分配器，滤液出水管道，冲洗水出水管，空压机和控制系统等组成。

其工作原理如图2所示待滤水由原水入口，经进水管道和水流分配器流出，通过砂层时SS被截留，滤液通过集水槽收集。

在活性砂滤池过滤过程中，可以同时反冲洗。

反冲洗是由压缩空气进入池中心的空气提升泵，将砂提到洗砂器，在波浪形的洗砂器中砂相互摩擦，将砂表面的污物摩擦下来，污物从废液排除口排出。

砂又重新落入砂层，成为干净的砂。

活性砂滤池的运行参数见表1
活性砂滤池与普通砂滤池相比，它能够在反冲洗时连续过滤，而普通砂滤池在反冲洗时必须停止过滤，过滤不能连续进行。

此外，活性砂滤池的冲洗水量少，过滤水头损失小。

7、纤维转盘滤池
1）纤维转盘滤池由用于支撑滤布的垂直安装于中央集水管的平行过滤转盘串联起来组成一套装置过滤转盘数量一般为2个-20个，每个过滤转盘是由6小块扇形组合而成。

每片过滤转盘外包有纤维毛滤布，它是纤维转盘滤池的过滤介质，由有机纤维编织而成，而其绒毛状表面由尼龙纤维编织，同时以聚酯纤维做为支撑体。

在干燥状态下，纤维毛呈直立状态，浸湿后，纤维毛便会耷拉下来，形成滤布介质为3mm-5mm的有效过滤深度，且当
量孔径只有10um，可以使固体粒子在有效过滤厚度中与过滤介质充分接触，将超过尺寸的粒子俘获.滤布的深度能够存储俘获的粒子，减小反冲洗流量，同时还可减少正常运行时水头损失。

反冲洗装置由反洗水泵、反抽吸装置及阀门组成，排泥装置由排泥管、排泥泵及阀门组成，排泥泵与反洗水泵为同一水泵。

在反洗状态下，与反抽吸装置相靠近的纤维毛又会直立起来，方便纤维毛中的杂质排出，可以清洗彻底。

2）纤维转盘滤池的运行状态包括：过滤、反冲洗、排泥状态。

①过滤：外进内出，即污水重力流从外面进入滤池，使滤盘全部浸没在污水中。

污水通过滤布过滤。

过滤液通过中空管收集后，重力流通过出水堰排出滤池。

整个运行过程中过滤均为连续的，即便在清洗过程中，过滤仍在进行。

②清洗：过滤中部分污泥吸附于纤维毛滤布中，逐渐形成污泥层。

随着滤布上污泥的积聚，滤布过滤阻力增加，滤池水位逐渐升高。

通过设置在滤池内的压力传感器监测池内液位变化，当该池内液位到达清洗设定值（高水位）时，PLC即可启动反洗泵，开始清洗过程。

反洗时间和周期可以调整。

滤布上的污泥通过反抽吸装置，经由反洗水泵，排出进入厂区排水系统。

清洗时，滤池仍可连续过滤。

过滤期间，过滤转盘处于静态，有利于污泥的池底沉积。

清洗期间，过滤转盘以0.5r／min-1r／min的速度旋转。

反洗水泵负压抽吸滤布表面，吸除滤布上积聚的污泥颗粒，过滤转盘内的水自里向外被同时抽吸，并对滤布起清洗作用。

③排泥：纤维转盘滤池的过滤转盘下设有斗形池底，有利于池底污泥的收集。

污泥池底沉积减少了滤布上的污泥量，可延长过滤时间，减少反洗水量。

经过一设定的时间段，启动排泥泵，通过池底穿孔排泥管将污泥回流至厂区排水系统。

其中，排泥间隔时间及排泥历时可予以调整。

3）纤维转盘滤池的独特设计使其具有诸多优点：
①出水水质好，耐冲击负荷
纤维转盘滤池截留效果好，在进水SS浓度不大于20mg／L 的情况下，出水SS浓度可小于5mg／L过滤与反冲洗同时进行，瞬时只有池内单盘的1％面积在进行反冲洗，反冲洗过程为间歇过滤是连续的，抗冲击负荷能力强。

②占地面积小
与传统的深层过滤单元不同的是：传统过滤设备内水流一般从上至下，或从下至上流动，属于平面方向过滤，纤维转盘滤池则将过滤面竖直起来，水流从左右方向流动，因此很多过滤面可以并排布置，可以在保证过滤面积足够大的前提下减少占地面积
③设备闲置率低，总装机功率低
所有滤盘几乎总处于过滤状态，设备闲置率低。

整个过滤装置需要用电的只有驱动电机、反洗水泵和电动阀，驱动电机功率仅为0.55KW-0.75KW，反洗水泵功率仅为2.2KW,总装机功率很低，例如对于处理量为4×4
10m3／d的纤维转盘滤池总装机功率约为10KW。

这个优点对于改造项目尤其突出，对污水处理厂来
说，用电方面可以不用扩容。

④清洗彻底，无需预加氯
现有的滤布结构及反冲洗频率和强度使得本过滤设备的运行基本不受藻类滋生问题的影响。

首先，滤布结构为大孔隙支撑层及纤维毛层，反抽吸时，在反抽吸口处纤维毛会完全直立起来，清洗比较彻底，残留很难累积。

再次，本过滤设备的反冲洗频率一般为60min一次，比较密集，且反冲洗强度较大，为333L∕(㎡·S1 ),使得藻类滋生非常困难，因此不需要在滤池前预加氯。

以上三种可用于污水深度处理的物理（物化）法中，快速斜板沉淀池由于投药量大，设备多，造价和运行费用都高，不具备明显的优势，活性砂滤池可以按照模块设定单元数组合建设，构筑物为一整体，占地面积小。

纤维转盘滤池也是模块化设计，可以按照处理规模设备成型化、产品化，工程施工简单，使用方便。

后两种滤池的过滤都是连续的，反冲洗水头损失少，反冲水量小，建议在污水深度处理中根据具体工程的实际情况选用。

最后，我国对污水深度处理技术的发展非常重视，政府部门针对污水处理出台了一系列的强制性标准和优惠政策，支持污水深处理技术的发展。

并投入大量的专项资金用于污水处理厂的建设和开发污水深处理技术。

为推动污水深处理技术的发展，扩宽污水处理厂的资金来源渠道，培育一批具有示范意义的污水处理厂项目，政府有关部门的政策倾斜，宽松的市场发展环境，都令污水深处理技术市场前景乐观。