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史上最全污水处理基础知识与工艺设计
RSS 打印 复制链接 发布时间:2019-10-24 10:16:35

 污水水质

SS:固体悬浮物,一般单位mg/L。一般指:应滤纸过滤水样,将滤后截留物在105℃温度中干燥恒重后的固体质量。

COD:化学需氧量,一般单位mg/L。COD的测定原理是:用强氧化剂(我国法定用重铬酸钾),在酸性条件下,将有机物氧化成为CO2和H2O所消耗的氧量,称为化学需氧量。用CODCr,一般用COD表示。COD优点:能较精确地表示污水中有机物的含量,测定时间仅需数小时,且不受水质影响。化学需氧量越大说明水体受有机物污染越严重。

BOD:生化需氧量,一般单位mg /L。有机污染物经微生物分解所消耗溶解氧的量。

NH3-N:氨氮,一般单位mg/L。氨氮是指水中以游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)形式存在的氮。

TP:总磷,一般单位mg/L。污水中含磷化合物可分为有机磷和无机磷两类。

大肠菌群数:是每升水样中所含有的大肠菌群的数目,以个/L计。

细菌总数:是大肠菌群数、病原菌、病毒及其他细菌的总数,以每毫升水样中的细菌菌落总数表示。

常见基本概念

厌氧:污水生物处理中,没有溶解氧也没有硝态氮的环境状态。溶解氧在0.2mg/L以下。

缺氧:污水生物处理中,溶解氧不足或没有溶解氧但有硝态氮的环境状态。溶解氧在0.2-0.5mg/L左右。

好氧:污水生物处理中,有溶解氧或兼有硝态氮的状态。溶解氧在2.0mg/L以上。

曝气:只将空气中的氧强制向液体中专一的过程,其目的是获得足够的溶解氧。此外,曝气还有防止悬浮体下沉,加强池内有机物与微生物及溶解氧接触的目的,从而保证池内微生物在有充足溶解氧的条件下,对污水中有机物的氧化分解。

活性污泥:由细菌、真菌、原生动物和后生动物等各种生物和金属氢氧化物等无机物所形成的污泥状的絮凝物。有良好的吸附、絮凝、生物氧化和生物合成性能。

活性污泥法:利用活性污泥在污水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用,去除污水中有机污染物的一种废水处理方法。

生物膜法:使废水接触生长在固定支撑物表面的生物膜,利用生物膜降解或转化废水中有机污染物的一种废水处理方法。

气浮:气浮法是在水中通入或产生大量的微细气泡,使其附着在悬浮颗粒上,造成密度小于水的状态,利用浮力原理使它浮在水面,从而获得固液分离的方法。产生微气泡的方式有曝气和溶气等。

混凝:混凝的目的在于通过向水中投加一些药剂(混凝剂或助凝剂),使水中难以沉淀的胶体颗粒物能相互聚合,长大至能自然沉淀的程度,这个方法称为混凝沉淀。

过滤:在水处理过程中,过滤一般是指以石英砂等粒状填料层截留水中悬浮物质,从而使水获得澄清的工艺流程。过滤的主要作用是去除水中的悬浮或胶体物质,特别是能有效去除沉淀技术不能去除的微笑粒子和细菌等,对COD和BOD也有某种程度的去除效果。

沉淀:利用悬浮物和水的密度差,重力沉降作用去除水中悬浮物的过程。

常用药剂

PAC:聚合氯化铝 烧碱:NaOH

熟石灰:Ca(OH)2 生石灰:CaO

PAM:聚丙烯酰胺 纯碱:Na2CO3

污水处理方法

一、活性污泥法

1、传统活性污泥法(一般指需氧活性污泥过程Aerobic Wastewater Process)。

2、A/O工艺

A/O是Anoxic/Oxic的缩写,它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外,还具有一定的脱氮除磷功能,是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理,所以A/O法是改进的活性污泥法。

基本原理:A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起,A段DO(溶解氧)不大于0.2mg/L,O段DO=2~4mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸,使大分子有机物分解为小分子有机物,不溶性的有机物转化成可溶性有机物,当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时,提高污水的可生化性,提高氧的效率;在缺氧段异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化(有机链上的N或氨基酸中的氨基)游离出氨(NH3、NH4+),在充足供氧条件下,自养菌的硝化作用将NH3-N(NH4+)氧化为NO3-,通过回流控制返回至A池,在缺氧条件下,异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮(N2)完成C、N、O在生态中的循环,实现污水无害化处理。

主要工艺缺点:缺氧池在前,污水中的有机碳被反硝化菌所利用,可减轻其后好氧池的有机负荷,反硝化反应产生的碱度可以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度的需求。好氧在缺氧池之后,可以使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除,提高出水水质。BOD5的去除率较高可达90~95%以上,但脱氮除磷效果稍差,脱氮效率70~80%,除磷只有20~30%。尽管如此,由于A/O工艺比较简单,也有其突出的特点,目前仍是比较普遍采用的工艺。该工艺还可以将缺氧池与好氧池合建,中间隔以档板,降低工程造价,所以这种形式有利于对现有推流式曝气池的改造。

影响因素:A/O工艺运行过程控制不要产生污泥膨胀和流失,其对有机物的降解率是较高的(90~95%),缺点是脱氮除磷效果较差。如果原污水含磷浓度<3mg/L,则选用A/O工艺是合适的,为了提高脱氮效果,A/O工艺主要控制几个因素:

1)MLSS一般应在3000mg/L以上,低于此值A/O系统脱氮效果明显降低。

2)TKN/MLSS负荷率(TKN─凯式氮,指水中氨氮与有机氮之和):在硝化反应中该负荷率应在0.05gTKN/(gMLSS•d)之下。

3)BOD5/MLSS负荷率:在硝化反应中,影响硝化的主要因素是硝化菌的存在和活性,因为自养型硝化菌最小比增长速度为0.21/d;而异养型好氧菌的最小比增殖速度为1.2/d。前者比后者的比增殖速度小得多。要使硝化菌存活并占优势,要求污泥龄大于4.76d;但对于异养型好氧菌,则污泥龄只需0.8d。在传统活性污泥法中,由于污泥龄只有2~4d,所以硝化菌不能存活并占有优势,不能完成硝化任务。

要使硝化菌良好繁殖就要增大MLSS浓度或增大曝气池容积,以降低有机负荷,从而增大污泥龄。其污泥负荷率(BOD5/MLSS)应小于0.18KgBOD5/KgMLSS•d

4)污泥龄 ts:为了使硝化池内保持足够数量的硝化菌以保证硝化的顺利进行,确定的污泥龄应为硝化菌世代时间的3倍,硝化菌的平均世代时间约3.3d(20℃)

若冬季水温为10℃,硝化菌世代时间为10d,则设计污泥龄应为30d

5)污水进水总氮浓度:TN应小于30mg/L,NH3-N浓度过高会抑制硝化菌的生长,使脱氮率下降至50%以下。

6)混合液回流比:R的大小直接影响反硝化脱氮效果,R增大,脱氮率提高,但R增大增加电能消耗增加运行费。

7)缺氧池BOD5/NOx--N比值:H>4以保证足够的碳/氮比,否则反硝化速率迅速下降;但当进入硝化池BOD5值又应控制在80mg/L以下,当BOD5浓度过高,异养菌迅速繁殖,抑制自养菌生长使硝化反应停滞。

8)硝化池溶解氧:DO>2mg/L,一般充足供氧DO应保持2~4mg/L,满足硝化需氧量要求,按计算氧化1gNH4+需4.57g氧。

9)水力停留时间:硝化反应水力停留时间>6h;而反硝化水力停留时间2h,两者之比为3:1,否则脱氮效率迅速下降。

10)pH:硝化反应过程生成HNO3使混合液pH下降,而硝化菌对pH很敏感,硝化最佳pH =8.0~8.4,为了保持适宜的PH就应采取相应措施,计算可知,使1g氨氮(NH3-N)完全硝化,约需碱度7.1g(以CaCO3计);反硝化过程产生的碱度(3.75g碱度/gNOx--N)可补偿硝化反应消耗碱度的一半左右。反硝化反应的最适宜pH值为6.5~7.5,大于8、小于7均不利。

11)温度:硝化反应20~30℃,低于5℃硝化反应几乎停止;反硝化反应20~40℃,低于15℃反硝化速率迅速下降。

因此,在冬季应提高反硝化的污泥龄ts,降低负荷率,提高水力停留时间等措施保持反硝化速率。

3、A2/O工艺

A2O法又称AAO法,是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一个字母的简称(厌氧-缺氧-好氧法),是一种常用的二级污水处理工艺,可用于二级污水处理或三级污水处理,以及中水回用,具有良好的脱氮除磷效果。该法是20世纪70年代,由美国的一些专家在AO法脱氮工艺基础上开发的。

各反应器单元功能

1、厌氧反应器,原污水与从沉淀池排出的含磷回流污泥同步进入,本反应器主要功能是释放磷,同时部分有机物进行氨化;

2、缺氧反应器,首要功能是脱氮,硝态氮是通过内循环由好氧反应器送来的,循环的混合液量较大,一般为2Q(Q为原污水流量);

3、好氧反应器——曝气池,这一反应单元是多功能的,去除BOD,硝化和吸收磷等均在此处进行。流量为2Q的混合液从这里回流到缺氧反应器。

4、沉淀池,功能是泥水分离,污泥一部分回流至厌氧反应器,上清液作为处理水排放。

工艺特点

1、本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺,总水力停留时间少于其他类工艺;

2、在厌氧(缺氧)、好氧交替运行条件下,丝状菌不能大量增殖,不易发生污泥丝状膨胀,SVI值一般小于100;

3、污泥含磷高,具有较高肥效;

4、运行中勿需投药,两个A段只用轻轻搅拌,以不增加溶解氧为度,运行费用低;

存在的待解决问题:

1、除磷效果难再提高,污泥增长有一定限度,不易提高,特别是P/BOD值高时更甚;

2、脱氮效果也难再进一步提高,内循环量一般以2Q为限,不宜太高;

3、进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧,减少停留时间,防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现,但溶解氧浓度也不宜过高,以防循环混合液对缺氧反应器的干扰。

4、SBR

间歇式活性污泥法,是一种按时间间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。

优点

1、 理想的推流过程使生化反应推动力增大,效率提高,池内厌氧、好氧处于交替状态,净化效果好。

2、 运行效果稳定,污水在理想的静止状态下沉淀,需要时间短、效率高,出水水质好。

3、 耐冲击负荷,池内有滞留的处理水,对污水有稀释、缓冲作用,有效抵抗水量和有机污物的冲击。

4、 工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整,运行灵活。

5、 处理设备少,构造简单,便于操作和维护管理。

6、 反应池内存在DO、BOD5浓度梯度,有效控制活性污泥膨胀。

7、 SBR法系统本身也适合于组合式构造方法,利于废水处理厂的扩建和改造。

8、 脱氮除磷,适当控制运行方式,实现好氧、缺氧、厌氧状态交替,具有良好的脱氮除磷效果。

9、 工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器,无二沉池、污泥回流系统,调节池、初沉池也可省略,布置紧凑、占地面积省。

不足:

1、自动化控制要求高。

2、排水时间短(间歇排水时),并且排水时要求不搅动沉淀污泥层,因而需要专门的排水设备(滗水器),且对滗水器的要求很高。

3、后处理设备要求大:如消毒设备很大,接触池容积也很大,排水设施如排水管道也很大。

4、滗水深度一般为1~2m,这部分水头损失被白白浪费,增加了总扬程。

5、由于不设初沉池,易产生浮渣,浮渣问题尚未妥善解决。

工艺

由于上述技术特点,SBR系统进一步拓宽了活性污泥法的使用范围。就近期的技术条件,SBR系统更适合以下情况:

1) 中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水,尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。

2) 需要较高出水水质的地方,如风景游览区、湖泊和港湾等,不但要去除有机物,还要求出水中除磷脱氮,防止河湖富营养化。

3) 水资源紧缺的地方。SBR系统可在生物处理后进行物化处理,不需要增加设施,便于水的回收利用。

4) 用地紧张的地方。

5) 对已建连续流污水处理厂的改造等。

6) 非常适合处理小水量,间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。

5、CASS工艺

循环式活性污泥法,是将SBR的反应池沿长度方向分为两个部分,前部分为生物选择区也称预反应区,后部分为主反应区。在主反应区后部安装了可升降的滗水器装置,实现了连续进水间歇排水的周期循环运行,集曝气沉淀、排水于一体。

6、氧化沟

特点是:混合液在沟内不断地循环流动,形成厌氧、缺氧和好氧段。

延伸阅读:

二、生物膜法

1、接触生物法

接触生物法是一种兼有活性污泥法和生物膜法特点的一种新的污水生化处理方法。这种方法主要设备是生物接触氧化滤池。在不透气的曝气池中装有焦炭、砾石、塑料蜂窝等填料,填料被水侵没,用鼓风机在填料底部曝气充氧。

2、膜生物反应器

是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。

3厌氧

厌氧生物处理是利用厌氧性微生物的代谢特性,在无需提供外源能量的条件下,以被还原有机物作为受氢体,同时产生有能源价值的甲烷气体。

1、化粪池

2、UASB

3、IC 内循环反应器

4深度处理

在一级、二级处理的基础上,对难降解的有机物、磷、氮等营养性物质进一步处理。主要包括过滤、消毒。

1、活性碳过滤器

2、二氧化氯发生器

>>>关于设计的价值<<<

在很多人看来,水处理工程比较容易,大部分项目看看就大概知道怎么回事了,稍微多花点心思还可以弄出来一些“创新”。这么多年下来,各种专有技术的名词层出不穷,而其实际的内容往往大同小异,各种各样的环保公司也前仆后继。在这种模仿和复制的过程中,佼佼者在慢慢积累经验和教训,也有很多人在其中跌倒而茫然不知方向。行业有句话是“好的项目经理都是拿钱砸出来的”,同时要明白的是,在不尊重客观规律的情况下,拿钱也砸不出好的项目经理。对于一个项目,工程的设计是项目控制的主线,往往起着至关重要的作用,而在复杂项目中,设计的好坏基本决定着项目的成败。

设计向来不是简单的参考和细化的过程,而是一个很活泼的东西。每个项目都有着不同的外部条件,从水质水量的分析到区域的差异性,还有用户的使用习惯与投入产出预期。这些都需要进行充分的分析与沟通,并通过系统的专业化手段来进行协调,让工程经济高效地建设完成并达到预定的工艺目的。

在某种程度上设计是一个创作行为,具有其核心的价值。有价值的设计应该具备以下特点:

1)很好地理解了工程的工艺目的,充分保证了工程本身的功能。

2)考虑了不同的用户习惯及外部环境的建筑美学等,工程各方面达到一个平衡的状态。

3)工程设计与工程建设配合密切,节约了项目组织成本。

设计需要熟悉和掌握的基本知识

设计需要有良好的各方面的专业知识和专业技能的基础,主要包括以下方面:

1)废水处理基本理论

工艺设计首先需要掌握相关基本理论,包括了废水的组分与特性、污染物的去除机理,还需要具备基本的水力计算基础知识。

工程设计最终是为工艺目的服务的,只有基于基本理论出发,设计才是有根的设计。

2)国家标准、规范与手册

国家标准和规范为了规范工程建设而颁布的,具有强制性,在设计中需遵守。设计手册是为了方便开展设计工作而编制的,手册较为全面地涵盖了设计中的各个方法,是重要的参考资料。设计人员要熟悉并合理地加以利用。

3)常规单元的设计

设计都是针对具体的项目及组成项目的各个工艺单元而言,需要对工艺单元的设计要素有着充分的了解,才能开展工艺设计工作。

4)工程制图基础

工程设计是通过图纸语言来阐述的,了解基本的投影理论、国家基本的制图规定、图纸的构成和深度要求等,可以让图纸设计有一个规范的开始。AutoCAD软件是通用的绘图软件,需要掌握基本的绘图技巧。

5)设备、仪表与管道等知识

设备、仪表与管道等都是工程必不可少的组成部分,需要掌握相关知识,熟悉其规格参数及使用条件才能进行合理的选型和设计,使工程建设符合设计需求。

6)辅助专业常规知识

工艺设计人员还需要了解建筑结构、电气自控等辅助专业的常规知识,在专业配合方面才能顺利对接。

生活污水处理中重要的指标

生活污水处理中重要的指标主要有SS、COD、BOD、氨氮、TN、TP,除了这些指标,主要还有大一些的垃圾或颗粒物,以及细菌等,除去这些物质的主要手段有:

SS:沉淀、过滤

COD、BOD、氨氮、TN:生化

TP:化学除磷

垃圾/颗粒物:格栅、沉砂池

细菌:消毒

工艺设计大家谈

到底用HRT、污泥龄、容积负荷、污泥负荷还是其他参数来设计池子?首先强调一点:不同的水质、进出水要求,工艺设计是不同的。工艺设计的不同,包含了以上各项参数的不同。

一般的,城市生活污水处理厂好氧设计,喜欢用负荷法或污泥龄法,工业废水的厌氧设计,喜欢用容积负荷,消化设备喜欢用停留时间,因为它们都有较多的工程样板去进行比较。

下面就工艺设计和工艺选择中常碰到些许问题,与大家探讨~~

问题1:在进行工艺设计时,怎么确定污水处理系统需要保温?有时保温还不够,还需要进水过换热器升温;有时不需要保温,而且还需要上冷水塔降温。这些是如何确定的?

回答:一般水温低于17℃需要考虑保温。在进行工业废水处理时,需要考虑生化系统加冷水塔降温系统,市政污水处理则无需。南北方有差异,还需考虑水质情况,一般北方地区就算有水温,管道也需要保温。环境温度决定了设计条件。

看污水的温度,当地平均温度和污水处理工艺的温度范围,厌氧一般要30℃多,好氧20℃多,但是好氧鼓风机会带来一些热量,而且现在工业废水一般都是封闭的水池,所以一般好氧不用保温,厌氧要看情况。

问题2:对于调节池的设计,大家注重的是水量的调节还是水质调节?有没有连续现场采样,计算水质的?当然也要看什么行业的水。

回答:个人一般更重视水质调节,水量一般都由固定流量的泵控制,后续的生化工艺虽然有一定抗冲击负荷,但经常冲击毕竟不好。

个人觉得这个不固定,水量波动大的,可能主要是调节水量;水质波动大的调节水质作用大一些;或者水质水量同时调节。

首先是水量调节,因为来水不一定连续或者水量稳定。然后是水质调节,设置曝气、循环等形式的搅拌,针对来水水质不匀或者多股来水。

调节池的定义就是均质均量。设计时要看排水波动频率。

问题3:在废水处理工艺设计时,如果设计到水解酸化和UASB,那么,水解酸化是应该放在UASB后面还是前面呢?能给具体介绍一下吗?

回答:

(1)水解池放在前面可提高废水生化性,去除些无机COD,把大分子难降解的有机物,变成小分子,易降解了,还有一定的缓冲高负荷废水的作用。

(2)水解酸化的作用是属于预处理范畴,而UASB是可以作为最终处理设施的。就其对进水耐受程度来讲,水解酸化池应该在前面的,比如对高SS废水流入时,水解酸化池波动不大,而UASB池却难以承受,出水波动明显的。

问题4:污水厂土建池体进行加盖设计有哪些利弊?

回答:池体加盖的作用一是保温,北方地区这种设计比较多,冬季的效果非常明显,能够起到保温作用;二是对于有除臭要求的池体,收集的时候方便,节省其他工艺费用。

有时还是结构设计需要,起到支撑侧立墙的作用,如果是地下水池,盖板还可以起到抗浮的作用。

弊端:

1)加盖后土建费用加大,设备维修更换不方便。

2)加盖后还不便于观察池内情况,如果加盖,就需要去出水口的位置,或者检查孔的位置观察,光线不好,需要取出水样进行观测,池体的状态很难看到;特别是曝气池,加盖会影响水体的复氧性,不利于污泥生长。

问题5:某厂生产水性涂料,每天2吨废水,COD=25000mg/L主要含颜料、粉末状物质,水体浑浊,之前直接外包处理,但费用太昂贵,请问可以用什么工艺处理?

回答:

(1)此类废水很难处理,可生化性差,通过物化沉淀后污泥也要处理费且需要专人操作。所议,综合费用比起来不见得不现在委托外部便宜的。

(2)一般来说的工艺是物化沉淀+芬顿法+物化沉淀。生化法是否使用取决于各段可生化性数据。

(3)另外你水量不大,如何与生活污水一起处理,有稀释效果的话也可以进一步降低出水浓度,但关键也要看政府会要求你多大的出水标准了,如果排市政管网,一般COD不高于500PPM。

问题6:1)为什么不同工艺选用的污泥负荷数据相差那么大,比如传统活性污泥法和氧化沟的差异就达到几倍?2)同一种工艺的规范上可选用的污泥负荷(或容积负荷)的范围也是相当大,比如《接触氧化法污水处理技术规程》中,填料容积负荷为0.5~3kgBOD/m3填料•天,如何选择更准确呢?3)一般都要求F/M控制在0.2较为合适,但是有的工艺F/M要求是达不到这个值的,该如何控制?4)接触氧化法的污泥负荷取多大较为合适呢?

回答:

(1)这个主要受到工艺不同所致,一般作为生化系统来说,前段的要负荷高些,后段直接对排放水负责,所以要低些。氧化沟的话,通常首端到末端的行程长,所以可以做到低负荷运行,且其出水通常可以直接排放的。活性污泥法就需要二沉池沉淀,所以可以负荷高些。另外,还有是否需要脱氮除磷的问题,如果有这个要求就要控制负荷低些的。

(2)这个是动态的过程,不要把它理解为规定不变的,比如说,你的排放水标准要求不高的,那么负荷可以放大些,反过来,本身金属浓度就不低,那么就需要低负荷了。主要看去除率是否可以满足排放水的标准要求。

(3)达不到,如果是偏低,那对系统来说没有太多坏处的,反而可以更加好的确保排放水达标,如果太高的话,出了提高污泥浓度外,只能通过工艺流程增加承受负荷的设施了。

(4)应该是填料的单位立方所能承受的负荷。

 

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