第20章-生物处理新技术...ppt

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1、第20章生物处理新技术20.1活性污泥法新工艺20.1.1氧化沟20.1.2AB法污水处理工艺20.1.3间歇式活性污泥法20.2生物脱氮除磷新工艺20.2.1生物脱氮原理与工艺20.2.2脱氮除磷新工艺一般而言，废水中所含的污染物种类繁多，不能期望只用一种处理方法就能把污染物全部去除，往往需要由几种方法组成一个处理系统，才能完成所要求的处理功能。生物处理是利用生物的新陈代谢作用，对污染物质进行转化和稳定，使之无害化的处理方法。对污染物进行转化和稳定的主体是微生物。生物处理是废水处理和污泥处理的重要方法，近年来，涌现了许多生物处理新技术，在节能降耗、脱氮除磷等方面发挥了重要作用。20.1 活性

2、污泥法新工艺活性污泥法新工艺20.1.1氧化沟目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟、奥尔伯（Orbal）氧化沟、T型氧化沟（三沟式氧化沟）、DE型氧化沟和一体化氧化沟。n1.氧化沟的工作原理与特征（1）氧化沟结合推流和完全混合的特点，有利于克服短流和提高缓冲能力，通常在氧化沟曝气区上游安排入流，在入流点的再上游点安排出流。（2）氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度，特别适用于硝化反硝化生物处理工艺。氧化沟从整体上说又是完全混合的，而液体流动却保持着推流前进，其曝气装置是定位的，因此，混合液在曝气区内溶解氧浓度是上游高，然后沿沟长逐步

3、下降，呈现明显的浓度梯度，到下游区溶解氧浓度就很低，基本上处于缺氧状态。（3）氧化沟沟内功率密度的不均匀配备，有利于氧的传质、液体混合和污泥絮凝。（4）氧化沟的整体功率密度较低，可节约能源。2.氧化沟的曝气装置（1）横轴曝气装置分为转刷和转盘两种。（2）竖轴式表面曝气机。（3）射流曝气（4）微孔曝气。（5）其他曝气设备，包括一些新型的曝气推动设备。3常用的氧化沟型式（1）基本型：采用转刷曝气，有效水深H水=11.5m，平均流速v=0.30.4m/s，如图201和图202所示。n图图20-1 氧化沟平面图氧化沟平面图 图图20-2氧化沟工艺流程图氧化沟工艺流程图n（2）卡鲁塞尔（Carrouse

4、l）氧化沟1967年由荷兰的DHV公司开发研制的。图图 20-3 卡鲁塞尔氧化沟系统（一）卡鲁塞尔氧化沟系统（一）图图 20-4 卡鲁塞尔氧化沟系统卡鲁塞尔氧化沟系统(二二)1-污水泵站；1/-回流污泥泵站；2-氧化沟；3-转刷曝气器；4-剩余污泥排放；5-处理水排放；6-二次沉淀池1-来自经过预处理的污水(或不经预处理)；2-氧化沟；3-表面机械曝气器；4-导向隔墙；5-处理水去往二次沉淀池（3）三沟式氧化沟由三条同容积的沟槽串连组成，两侧的A、C池交替作为曝气池和沉淀池，中间的B池一直为曝气池。图图20-5 三沟式氧化沟三沟式氧化沟的基本运行方式的基本运行方式（4）奥贝尔（Orbal）氧化

5、沟图206奥贝尔（Orbal）氧化沟（5）其他氧化沟）其他氧化沟如船形一体化氧化沟（见图如船形一体化氧化沟（见图20-7）、二沉池交替运）、二沉池交替运行的氧化沟（图行的氧化沟（图20-8）。）。图207船形一体化氧化沟（注：槽内流速v1为船式沉淀池部流速v2的60%）图208二沉池交替运行的氧化沟4.氧化沟脱氮除磷工艺目前，在工程应用中比较有代表性的有形式有：多沟交替式氧化沟（如三沟式，五沟式）及其改进型、卡鲁塞尔氧化沟及其改进型、奥贝尔(Orbal)氧化沟及其改进型、一体化氧化沟等，一般均具有一定的脱氮除磷能力。5氧化沟的设计计算（1）氧化沟的容积V(m3)（201）式中Q污水平均日流量，

6、m3/s；Y污泥净增长系数，KgMLSS/KgBOD5；Lo进水BOD5浓度，mg/L；Le出水BOD5浓度，mg/L；c污泥龄，d；X混合液悬浮固体浓度（MLSS）,g/m3，一般为25005000mg/L。（2）需氧量G的计算G=Q1.42Wx0.56Wx（202）式中Q污水设计流量，m3/d；Wx剩余活性污泥排放量，Kg/d；=0.75；进水氨氮浓度，mg/L或g/m3；出水氨氮浓度，mg/L或g/m3；NO3还原的NO3浓度，mg/L、g/m3。将G折算成标准状态下的需氧量，以便选曝气设备。（3）剩余污泥量WX(V)=(Kg/d)（203）式中Q设计污水流量m3/d；Lr(LoLe)，

7、去除的BOD5浓度mg/L；a污泥产率系数，KgMLSS/KgBOD5，对于城市污水，a一般为0.50.65；b污泥自身氧化率，d1，对于城市污水，b一般为0.050.1d1。（4）曝气时间tt=V/Q（204）（5）污泥回流比RR=X/(XRX)100（205）式中X氧化沟混合液污泥浓度，mg/L；XR二沉池底流污泥浓度，mg/L。（6）污泥负荷率NSNS（KgBOD5/KgMLVSSd）（206）20.1.2 A-B法污水处理工艺法污水处理工艺20.1.2 A-B法污水处理工艺法污水处理工艺1.AB法的工艺流程AB工艺实际上是由城市排水管网和污水处理厂构成的处理系统，见图209图图20-9

8、 A-B法工艺流程图法工艺流程图项目曝气池A段B段污泥负荷Ns容积负荷NvX（g/L）水力停留时间（h）污泥龄c（d）溶解氧（mg/L）污泥回流比（%）汽水比26610230.50.30.50.20.72050（34）：10.150.300.9342315201250100（710）：1表表20-1 A、B段主要工艺参数段主要工艺参数2.AB工艺的机理3.AB工艺特点不设初沉池；A段污泥负荷率高；A段活性污泥吸附能力强；对BOD5、COD、SS、N、P的去除率高；比普通活性污泥法节省投资及运行费用；适合分步建设；缺点是产泥量高。4.A-B工艺的设计（1）如果大量工业废水未达标而进入城市排水管网

9、，会引起污水中微生物大量死亡，微生物浓度下降，且微生物絮凝性差，导致A段处理效率下降，此情况不宜采用AB工艺。（2）设计要点：A段曝气池；B段曝气池（3）计算：曝气池容积；曝气池的布置；沉淀池的计算；剩余污泥量W和污泥龄ts20.1.3间歇式活性污泥法间歇式活性污泥法1.概述2.SBR工艺的工作过程图图20-10 SBR工艺的典型运行工序工艺的典型运行工序3.SBR工艺的影响因素1）易生物降解的基质浓度；2）NO3N对脱氮除磷的影响；3）运行时间和DO的影响；4.SBR工艺优点推动力大，效率高，净化效果好；运行效果稳定；耐冲击负荷；运行灵活；构造简单；有效控制活性污泥膨胀；利于扩建和改造；脱氮

10、除磷效果良好；工艺流程简单、造价低。5.SBR系统的适用范围（1）中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水；（2）需要较高出水水质的地方；（3）水资源紧缺的地方、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。6.SBR工艺设计（1）设计要点1）运行周期（T）的确定；2）反应池容积的计算；3）曝气系统；4）排水系统；5）排泥设备（2）设计计算20.2 生物脱氮除磷新工艺生物脱氮除磷新工艺20.2.1生物脱氮原理与工艺生物脱氮原理与工艺1.生物脱氮原理有机N（尿素、氨基酸、蛋白质）NO3-NNH3-NNO2-N无机NNOx-N(

11、硝态氮)NTKN(凯氏氮)总N(TN)（1）氨化与硝化反应过程。硝化反应：亚硝化阶段硝化阶段硝化反应总反应式：（2）硝化反应的条件。1）好氧状态：DO2mg/L；1gNH3N完全硝化需氧4.57g硝化需氧量。2）消耗废水中的碱度：1gNH3N完全硝化需碱度7.1g（以CaCO3计），废水中应有足够的碱度，以维持PH值不变。3）污泥龄C（1015）d。同化反硝化4）BOD520mg/L。（3）反硝化2.生物脱氮工艺：（1）传统活性污泥法脱氮工艺。1）三级活性污泥法流程2）二级活性污泥生物脱氮工艺（图2011）图图20-11 两级生物脱氮系统两级生物脱氮系统2）缺氧好氧活性污泥法（A1/O工艺）生

12、物脱氮（前置反硝化生物脱氮工艺）。1）分建式缺氧好氧活性污泥生物脱氮（前置反硝化生物脱氮工艺）（图2012）图图20-12 分建式缺氧分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统好氧活性污泥脱氮系统2）合建式A1/O工艺（图2013）图图20-13 合建式缺氧合建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统好氧活性污泥脱氮系统3）A1/O工艺的优缺点。a优点。同时除有机物和氮，流程简单，构筑物少，节省基建费。反硝化缺氧池不需外加有机碳源，降低了运行费用。因为好氧池在缺氧池后，可使反硝化残留的有机物得到进一步去除，高了出水水质。（残有机物进一步去除）。缺氧池中污水的有机物被反硝化菌所利用，减轻了其它好氧池的有机物负荷，同时

13、缺氧池中反硝化产生的碱度可弥补好氧池中硝化需要碱度的一半。（减轻了好氧池的有机物负荷，碱度可弥补需要的一半）。b缺点。脱氮效率不高，一般N=（7080）%；好氧池出水含有一定浓度的硝酸盐，如二沉池运行不当，则会发生反硝化反应，污泥上浮，使处理水水质恶化。3.A1/O工艺的影响因素（1）水力停留时间t（2）进入硝化好氧池中BOD580mg/L（3）硝化好氧池中DO=2mg/L（4）反硝化缺氧池污水中溶解氧性BOD5/NO3N的比值应大于4，以保证反硝化过程中有充足的有机碳源。（5）混合液回流比RN。RN不仅影响脱氮效率，而且影响动力消耗。（6）MLSS3000mg/L，否则N。（7）污泥龄C（t

14、s）应为30d。（8）硝化段的污泥负荷率：BOD5/MLSS负荷率0.18kgBOD5/（kgMLSSd）；硝化段的TKN/MLSS负荷率0.05kgTKN/KgMLSS.d。（9）温度：硝化最适宜的温度2030。反硝化最适宜的温度2040。（10）pH值：硝化最佳PH=88.4。反硝化最佳PH=6.57.5。（11）原污水总氮浓度TN30mg/L。4.A1/O工艺设计（1）设计要点。（2）设计计算5.A1/O工艺设计举例例：Q=25104m3/d，Kd=1.3，初沉池出水BOD5=150mg/L，SS=126mg/L，TN=25mg/L。要求曝气系统出水达到BOD520mg/L，SS30mg

15、/L，NH+4N0，NoxN5mg/L设计A1/O生物反应池解：一、设计参数1、Fs=0.13KgBOD5/KgMLSSd2、SVI=1504、污泥回流比R=100%5、曝气池混合液污泥浓度6、TN去降率7、混合液回流比二、A1/O主要工艺尺寸按BOD污泥负荷率Fs计算：1、A1/O池总有效容积V2、有效水深H1=6m3、曝气池总有效面积：4、分四组，每组有效面积S=S总/4=19000/4=4750m25、取廊道宽b=10.0m，设5廊道，则单组曝气池有效宽度为50m，单组曝气池长度：6、污水在A1/O反应地内停留时间t7、A1:O段=1：4则A1段停留时间t1=1.7h；O段停留时间t2=

16、6.7h三、剩余污泥量W（kg/d）的计算W=W1W3+W2（1）生成的污泥量W1=a(SoSe)0.55(15020)250000=17875kg/d（2）因内源呼吸作用而分解的污泥量W2W2=bVXV=0.051140000.73300=13167kg/d（3）W3不可生物降解和惰性的悬浮物量（NVSS），该部分占TSS的50%W3=（12630）50%114000=5472kg/d。（4）剩余污泥量W=W1+W3W2=17875+547213167=10180kg/d。（5）剩余污泥体积量q（m3）（6）污泥龄四、曝气系统计算1、需氧量计算。O2=aKQ(SoSe)+bKQ(NkiNKe

17、)0.12XWCXwbKQ(NkiNkeNOe)0.12XW56%=35221(kgO2/d)2、曝气系统其它部分计算与普通活性污泥法相同。20.2.2脱氮除磷新工艺脱氮除磷新工艺20.2.2.1.A2/O同步脱氮除磷的改进工艺1.UCT工艺（UCT工艺流程如图2014所示）图图20-14 UCT工艺流程图工艺流程图2.MUCT工艺（该工艺是UCT工艺的改良工艺，其工艺流程如图2015所示）图图20-15 MUCT工艺流程图工艺流程图3.OWASA工艺图图20-18 OWSA工艺流程图工艺流程图20.2.2.2.SBR工艺脱氮除磷的改进工艺1.CASS（CyclicActivatedSludg

18、eSystem）工艺2.（1）CASS工艺流程与原理图图20-19 CASS工艺流程示意图工艺流程示意图（2）CAST反应池的组成与功能CAST反应池由生物选择区、兼氧区和主曝气区三部分组成。（3）CAST工艺的运行方式和运行的四个阶段进水搅拌或曝气阶段；进水/曝气阶段；静置沉淀阶段；排水（闲置）阶段。（4）CAST工艺的特点该工艺与常规SBR法相比，其最大特点是将SBR池分为三个区，生物选择区具有防止污泥膨胀，并可有效去除有机物和脱氮除磷功能，同时改善了污水的可生化性。3.ICEAS（IntermittentCyclicExtendedAerationSystem）工艺（1）ICEAS反应池

19、构造与ICEAS工艺流程图图20-22 ICEAS反应池构造示意图反应池构造示意图表表20-3 ICEAS反反应应池周期运行池周期运行过过程程反应池运行时段反应池进水反应池预反应区反应池主反应区滗水器状态反应池池中水位1进水搅拌曝气（好氧）停水位上升2进水搅拌搅拌（缺氧、厌氧）停水位上升3进水搅拌曝气（好氧）停水位上升4进水搅拌搅拌（缺氧、厌氧）停水位上升5进水搅拌曝气（好氧）停水位上升6进水搅拌沉淀（缺氧）停水位上升7进水搅拌沉淀（缺氧、厌氧）滗水开始最高水位8进水搅拌沉淀结束滗水结束水位最低1进水搅拌曝气（好氧）停水位上升4.DATIAT（DemandAerationTankIntermi

20、ttentAerationTank）工艺图图20-23 DAT-IAT反应池平面布置图反应池平面布置图表表20-5 DATIAT反应池周期运行过程反应池周期运行过程反应池运行时段反应池进水口DAT池IAT池滗水器状态反应池内水位DATIAT1进水曝气进水停止设计水位水位上升2进水曝气曝气停止设计水位水位上升3进水曝气沉淀停止设计水位水位上升4进水曝气排水启动停止设计水位最高水位最低水位5进水曝气待机滗水停止设计水位最低水位（3）DATIAT工艺特点连续进水、减少池容和降低基建投资、采用虹吸式滗水器运行可靠、结构简单、易于操作，并且价格低廉，但它滗水深度调节范围小，不能在滗水深度变化大的情况下使

21、用。图图20-24 IDI工艺流程图工艺流程图5.MSBR(ModifiedSequencingBatchReactor)工艺（1）MSBR工艺组成图2025MSBR平面布置示意图（2）MSBR工艺的原理图图20-26 MSBR工艺原理图工艺原理图6.UNITANK工艺图图20-27 交替式交替式UNITANK运行过程运行过程2）去除有机物与脱氮除磷的UNITANK工艺运行过程（见图2028）图图20-28 设有水下搅拌器交设有水下搅拌器交替式替式UNITANK运行过程运行过程20.2.2.3OCO脱氮除磷工艺图图20-29 OCO工艺典型流程工艺典型流程1厌氧区；2缺氧区；3好氧区2.工作原

22、理图图20-30 OCO操作原理操作原理（A）好氧区搅拌机开动；（B）好氧、缺氧两区搅拌机开动20.2.2.4SHARONANAMMOX组合脱氮除磷新工艺1.SHARON脱氮新工艺2.ANAMMOX厌氧氨氧化脱氮新工艺图图20-31 ANAMMOX工艺的反应机理工艺的反应机理ANAMMOX工艺的影响因素基质抑抑制、pH、温度ANAMMOX工艺的优点项目ANAMMOX工艺活性污泥法中的硝化/反硝化工艺污泥活性/kgTN/（kgVSSd）0.15（34）0.012反应器能力/kgTN/（m3d）1.5（34）0.0050.0520.2.2.5BCFSR生物脱氮除磷新工艺图图20-32 BCFSR工艺流程示意图工艺流程示意图