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发布时间:2020-07-10 02:09:28

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作者:李亚峰、晋文学、陈立杰 等编著

出版社:化学工业出版社

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城市污水处理厂运行管理(第三版)

城市污水处理厂运行管理(第三版)试读:

第一篇 城市污水处理的基本知识

第一章 城市污水的来源与性质

第一节 城市污水的来源

一、城市污水的来源

城市污水为城市下水道系统收集到的各种污水,通常由生活污水、工业废水和城市降水径流三部分组成,是一种混合污水。

生活污水是指人们日常生活中的排水,经由居住区、公共场所(饭店、宾馆、影剧院、体育场、医院、机关、学校、商场、车站等)和工厂的厨房、卫生间、浴室及洗衣房等生活设施排出。生活污水中有机污染物约占60%,如蛋白质、脂肪和糖类等;无机污染物约占40%,如泥沙和杂物等。此外还含有洗涤剂以及病原微生物和寄生虫卵等。

工业废水是从工业生产过程中排出的废水。由于使用的原材料和生产工艺不同,工业废水的成分有很大差异。常见的污染较严重的工业废水有:造纸废水、酿造废水、生物制药废水、煤气洗涤废水、印染废水、农药废水、制革废水、毛纺废水、电镀废水、油漆废水、化工废水、炼油废水等。工业废水是城市污水中有毒有害污染物的主要来源。

 降雨径流是由城市降雨或冰雪融化水形成的。初期降雨和冰雪融化水的污染也较严重,若能纳入城市污水管道加以处理,是一种理想的安排。对于分别敷设污水管道和雨水管道的城市,降雨径流汇入雨水管道而得不到处理;对于采用雨污合流排水管道的城市,虽然可以使一部分初雨径流与城市污水一同加以处理,但雨量较大时由于超过截流干管的输送能力或污水处理厂的处理能力,大量的雨污混合水出现溢流,造成了对水体更严重的污染。二、城市污水处理后排放与利用

城市污水经净化处理后,出路有三:(1)排放水体,作为水体的补给水;(2)灌溉田地;(3)回用。

排放水体是城市污水最常采用的出路。排放水体的城市污水应达到国家或地方相关的排放标准,否则可能造成水体遭受污染。

灌溉田地可使污水得到充分利用,但必须符合灌溉的有关规定,使土壤与农作物免遭污染。

污水回用是最合理的出路,既可以有效地节约和利用有限、宝贵的淡水资源,又可以减少污水的排放量,减轻水环境的污染。城市污水经二级处理和深度处理后回用的范围很广,可以用作电厂的循环冷却水,也可以回用于生活杂用,如园林绿化、浇洒道路、冲洗厕所等。

第二节 城市污水的水质指标与排放标准

一、城市污水的主要水质指标

污水的污染指标是用来衡量水在使用过程中被污染的程度,也称污水的水质指标。下面介绍最常用的几项主要水质指标。

1.生物化学需氧量(BOD)

生物化学需氧量(BOD)是一个反映水中可生物降解的含碳有机物的含量及排到水体后所产生的耗氧影响的指标。它表示在温度为20℃和有氧的条件下,由于好氧微生物分解水中有机物的生物化学氧化过程中消耗的溶解氧量,也就是水中可生物降解有机物稳定化所需要的氧量,单位为mg/L。BOD不仅包括水中好氧微生物的增长繁殖或呼吸作用所消耗的氧量。还包括了硫化物、亚铁等还原性无机物所耗用的氧量,但这一部分的所占比例通常很小。BOD越高,表示污水中可生物降解的有机物越多。

污水中可降解有机物的转化与温度、时间有关。在20℃的自然条件下,有机物氧化到硝化阶段,即实现全部分解稳定所需时间在100d以上,但实际上常用20℃时20d的生化需氧量BOD近似地代表20完全生化需氧量。生产应用中仍嫌20d的时间太长,一般采用20℃时5d的生化需氧量BOD作为衡量污水有机物含量的指标。5

2.化学需氧量(COD)

尽管BOD是城市污水中常用的有机物浓度指标,但是存在分析5上的缺陷:①5天的测定时间过长,难以及时指导实践;②污水中难生物降解的物质含量高时,BOD测定误差较大;③工业废水中往往5含有抑制微生物生长繁殖的物质,影响测定结果。因此有必要采用COD这一指标作为补充或替代。化学需氧量(COD)是指在酸性条件下,用强氧化剂重铬酸钾将污水中有机物氧化为CO、HO所消耗22的氧量,用COD表示,一般写成COD。单位为mg/L。重铬酸钾的Cr氧化性极强,水中有机物绝大部分(约90%~95%)被氧化。化学需氧量的优点是能够更精确地表示污水中有机物的含量,并且测定的时间短,不受水质的限制。缺点是不能像BOD那样表示出微生物氧化的有机物量。另外还有部分无机物也被氧化,并非全部代表有机物含量。

城市污水的COD一般大于BOD,两者的差值可反映废水中存在5难以被微生物降解的有机物。在城市污水处理分析中,常用BOD/5COD的比值来分析污水的可生化性。当BOD/COD>0.3时,可生化性5较好,适宜采用生化处理工艺。

3.悬浮物(SS)

悬浮固体是水中未溶解的非胶态的固体物质,在条件适宜时可以沉淀。悬浮固体可分为有机性和无机性两类,反映污水汇入水体后将发生的淤积情况,其含量的单位为mg/L。因悬浮固体在污水中肉眼可见,能使水浑浊,属于感官性指标。

悬浮固体代表了可以用沉淀、混凝沉淀或过滤等物化方法去除的污染物,也是影响感观性状的水质指标。

4.pH值

酸度和碱度是污水的重要污染指标,用pH值来表示。它对保护环境、污水处理及水工构筑物都有影响,一般生活污水呈中性或弱碱性,工业污水多呈强酸或强碱性。城市污水的pH呈中性,一般为6.5~7.5。pH值的微小降低可能是由于城市污水输送管道中的厌氧发酵;雨季时较大的pH值降低往往是城市酸雨造成的,这种情况在合流制系统尤其突出。pH值的突然大幅度变化不论是升高还是降低,通常是由于工业废水的大量排入造成的。

5.总氮(TN)、氨氮(NH-N)、凯氏氮(TKN)3(1)总氮(TN) 为水中有机氮、氨氮和总氧化氮(亚硝酸氮及硝酸氮之和)的总和。有机污染物分为植物性和动物性两类:城市污水中植物性有机污染物如果皮、蔬菜叶等,其主要化学成分是碳(C),由BOD表征;动物性有机污染物质包括人畜粪便、动物组织5碎块等,其化学成分以氮(N)为主。氮属植物性营养物质,是导致湖泊、海湾、水库等缓流水体富营养化的主要物质,成为废水处理的重要控制指标。(2)氨氮(NH-N) 氨氮是水中以NH和N形式存在的氮,33它是有机氮化物氧化分解的第一步产物。氨氮不仅会促使水体中藻类的繁殖,而且游离的NH对鱼类有很强的毒性,致死鱼类的浓度在30.2~2.0mg/L之间。氨也是污水中重要的耗氧物质,在硝化细菌的作用下,氨被氧化成N和N,所消耗的氧量称硝化需氧量。(3)凯氏氮(TKN) 是氨氮和有机氮的总和。测定TKN及NH-N,3两者之差即为有机氮。

6.总磷(TP)

总磷是污水中各类有机磷和无机磷的总和。与总氮类似,磷也属植物性营养物质,是导致缓流水体富营养化的主要物质。受到人们的关注,成为一项重要的水质指标。

7.非重金属无机物质有毒化合物和重金属(1)氰化物(CN) 氰化物是剧毒物质,急性中毒时抑制细胞呼吸,造成人体组织严重缺氧,对人的经口致死量为0.05~0.12g。

排放含氰废水的工业主要有电镀、焦炉和高炉的煤气洗涤,金、银选矿和某些化工企业等,含氰浓度约20~70mg/L之间。-

氰化物在水中的存在形式有无机氰(如氰氢酸HCN、氰酸盐CN)及有机氰化物(称为腈,如丙烯腈CHCN)。23

我国饮用水标准规定,氰化物含量不得超过0.05mg/L,农业灌溉水质标准规定为不大于0.5mg/L。(2)砷(As) 砷是对人体毒性作用比较严重的有毒物质之一。砷化物在污水中存在形式有无机砷化物(如亚砷酸盐AsO,砷酸盐2As)以及有机砷(如三甲基砷)。三价砷的毒性远高于五价砷,对人体来说,亚砷酸盐的毒性作用比砷酸盐大60倍,因为亚砷酸盐能够和蛋白质中的硫反应,而三甲基砷的毒性比亚砷酸盐更大。

砷也是累积性中毒的毒物,当饮水中砷含量大于0.05mg/L时就会导致累积。近年来发现砷还是致癌元素(主要是皮肤癌)。工业中排放含砷废水的有化工、有色冶金、炼焦、火电、造纸、皮革等行业,其中以冶金、化工排放砷量较高。

我国饮用水标准规定,砷含量不应大于0.04mg/L,农田灌溉标准是不高于0.05mg/L,渔业用水不超过0.1mg/L。

8.重金属

重金属指原子序数在21~83之间的金属或相对密度大于4的金属。其中汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、铅(Pb)毒性最大,危害也最大。(1)汞(Hg) 汞是重要的污染物质,也是对人体毒害作用比较严重的物质。汞是累积性毒物,无机汞进入人体后随血液分布于全身组织,在血液中遇氯化钠生成二价汞盐累积在肝、肾和脑中,在达到一定浓度后毒性发作,其毒理主要是汞离子与酶蛋白的硫结合,抑制多种酶的活性,使细胞的正常代谢发生障碍。

甲基汞是无机汞在厌氧微生物的作用下转化而成的。甲基汞在体内约有15%累积在脑内,侵入中枢神经系统,破坏神经系统功能。

含汞废水排放量较大的是氯碱工业,因其在工艺上以金属汞作流动阴电极,以制成氯气和苛性钠,有大量的汞残留在废盐水中。聚氯乙烯、乙醛、醋酸乙烯的合成工业均以汞作催化剂,因此上述工业废水中含有一定数量的汞。此外,在仪表和电气工业中也常使用金属汞,因此也排放含汞废水。

我国饮用水、农田灌溉水都要求汞的含量不得超过0.001mg/L,渔业用水要求更为严格,不得超过0.0005mg/L。(2)镉(Cd) 镉也是一种比较广泛的污染物质。

镉是一种典型的累积富集型毒物,主要累积在肾脏和骨骼中,引起肾功能失调,骨质中钙被镉所取代,使骨骼软化,造成自然骨折,疼痛难忍。这种病潜伏期长,短则10年,长则30年,发病后很难治疗。

每人每日允许摄入的镉量为0.057~0.071mg。我国饮用水标准规定,镉的含量不得大于0.01mg/L,农业用水与渔业用水标准则规定要小于0.005mg/L。

镉主要来自采矿、冶金、电镀、玻璃、陶瓷、塑料等生产部门排出的废水。(3)铬(Cr) 铬也是一种较普遍的污染物。铬在水中以六价和三价两种形态存在,三价铬的毒性低,作为污染物质所指的是六价铬。人体大量摄入能够引起急性中毒,长期少量摄入也能引起慢性中毒。

六价铬是卫生标准中的重要指标,饮用水中的浓度不得超过0.05mg/L,农业灌溉用水与渔业用水应小于0.1mg/L。

排放含铬废水的工业企业主要有电镀、制革、铬酸盐生产以及铬矿石开采等。电镀车间是产生六价铬的主要来源,电镀废水中铬的浓度一般在50~100mg/L。生产铬酸盐的工厂,其废水中六价铬的含量一般在100~200mg/L之间。皮革鞣制工业排放的废水中六价铬的含量约为40mg/L。(4)铅(Pb) 铅对人体也是累积性毒物。据美国资料报道,成年人每日摄取铅低于0.32mg时,人体可将其排除而不产生积累作用;摄取0.5~0.6mg,可能有少量的累积,但尚不至于危及健康;如每日摄取量超过1.0mg,即将在体内产生明显的累积作用,长期摄入会引起慢性中毒。其毒理是铅离子与人体内多种酶络合,从而扰乱了机体多方面的生理功能,可危及神经系统、造血系统、循环系统和消化系统。

我国饮用水、渔业用水及农田灌溉水都要求铅的含量小于0.1mg/L。

铅主要含于采矿、冶炼、化学、蓄电池、颜料工业等排放的废水中。

9.微生物指标

污水生物性质的检测指标有大肠菌群数(或称大肠菌群值)、大肠菌群指数、病毒及细菌总数。(1)大肠菌群数(大肠菌群值)与大肠菌群指数 大肠菌群数(大肠菌群值)是每升水样中所含有的大肠菌群的数目,以个/L计;大肠菌群指数是查出1个大肠菌群所需的最少水量,以毫升(mL)计。可见大肠菌群数与大肠菌群指数是互为倒数,即  (1-1)

若大肠菌群数为500个/L,则大肠菌群指数为1000/500等于2mL。

大肠菌群数作为污水被粪便污染程度的卫生指标,原因有两个:①大肠菌与病原菌都存在于人类肠道系统内,它们的生活习性及在外界环境中的存活时间都基本相同。每人每日排泄的粪便中含有大肠菌1111约10~4×10个,数量大大多于病原菌,但对人体无害。②由于大肠菌的数量多,且容易培养检验,但病原菌的培养检验十分复杂与困难。故此,常采用大肠菌群数作为卫生指标。水中存在大肠菌,就表明受到粪便的污染,并可能存在病原菌。(2)病毒 污水中已被检出的病毒有100多种。检出大肠菌群,可以表明肠道病原菌的存在,但不能表明是否存在病毒及其他病原菌(如炭疽杆菌)。因此还需要检验病毒指标。病毒的检验方法目前主要有数量测定法与蚀斑测定法两种。(3)细菌总数 细菌总数是大肠菌群数、病原菌、病毒及其他细菌数的总和,以每毫升水样中的细菌菌落总数表示。细菌总数愈多,表示病原菌与病毒存在的可能性愈大。因此用大肠菌群数、病毒及细菌总数3个卫生指标来评价污水受生物污染的严重程度就比较全面。二、污水排放与再生利用标准

1.污水排放标准

目前,我国城镇污水处理厂污染物的排放均执行由国家环境保护总局和国家技术监督检验总局批准发布的《污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)。该标准是专门针对城镇污水处理厂污水、废气、污泥污染物排放制定的国家专业污染物排放标准,适用于城镇污水处理厂污水排放、废气的排放和污泥处置的排放与控制管理。

该标准将城镇污水污染物控制项目分为两类。

第一类为基本控制项目。主要是对环境产生较短期影响的污染物,也是城镇污水处理厂常规处理工艺能去除的主要污染物,包括:BOD、COD、SS、动植物油、石油类、LAS、总氮、氨氮、总磷、色度、pH和粪大肠菌群数共12项,一类重金属汞、烷基汞、镉、铬、六价铬、砷、铅共7项。

第二类为选择控制项目。主要是对环境有较长期影响或毒性较大的污染物,或是影响生物处理、在城市污水处理厂又不易去除的有毒有害化学物质和微量有机污染物如酚、氰、硫化物、甲醛、苯胺类、硝基苯类、三氯乙烯、四氯化碳等43项。

该标准制定的技术依据主要是处理工艺和排放去向,根据不同工艺对污水处理程度和受纳水体功能,对常规污染物排放标准分为一级标准、二级标准和三级标准。一级标准分为A标准和B标准。一级标准是为了实现城镇污水资源化利用和重点保护饮用水源的目的,适用于补充河湖景观用水和再生利用,应采用深度处理或二级强化处理工艺。二级标准主要是以常规或改进的二级处理为主的处理工艺为基础制定的。三级标准是为了在一些经济欠发达的特定地区,根据当地的水环境功能要求和技术经济条件,可先进行一级半处理,适当放宽的过渡性标准。一类重金属污染物和选择控制项目不分级。

一级标准的A 标准是城镇污水处理厂出水作为回用水的基本要求。当污水处理厂出水引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途时,执行一级标准的A标准。

城镇污水处理厂出水排入GB 3838 地表水Ⅲ类功能水域(划定的饮用水水源保护区和游泳区除外)、GB 3097 海水二类功能水域和湖、库等封闭或半封闭水域时,执行一级标准的B标准。

城镇污水处理厂出水排入GB3838 地表水Ⅳ、Ⅴ类功能水域或GB3097海水三、四类功能海域,执行二级标准。

非重点控制流域和非水源保护区的建制镇的污水处理厂,根据当地经济条件和水污染控制要求,采用一级强化处理工艺时,执行三级标准。但必须预留二级处理设施的位置,分期达到二级标准。

城镇污水处理厂水污染物排放基本控制项目,执行表1-1和表1-2的规定。选择控制项目按表1-3的规定执行。表1-1 基本控制项目最高允许排放浓度(日均值)  单位:mg/L①下列情况下按去除率指标执行:当进水COD>350mg/L时,去除率应大于60%;BOD>160mg/L时,去除率应大于50%。②括号外数值为水温>12%时的控制指标,括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。表1-2 部分一类污染物最高允许排放浓度(日均值)  单位:mg/L表1-3 选择控制项目最高允许排放浓度(日均值)  单位:mg/L

2.污水再生回用水质标准

污水再生利用水质标准应根据不同的用途具体确定。

用于城市用水中的冲厕、道路清扫、消防、城市、车辆冲洗、建筑施工等城市杂用水的,再生水水质应符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)的规定,见表1-4。表1-4 城镇杂用水水质控制指标注:混凝土拌合用水还应符合JGJ 63的有关规定。

用于景观环境用水的再生水水质应符合国家标准《城市污水再生利用 景观环境用水水质》(GB/T 18921—2002)的规定,见表1-5。表1-5 景观环境用水的再生水水质控制指标①氯接触时间不应低于30min的余氯。对于非加氯消毒方式无此项要求。注:1.对于需要通过管道输送再生水的非现场回用情况必须加氯消毒;而对于现场回用情况不限制消毒方式。2.若使用未经过除磷脱氮的再生水作为景观环境用水,鼓励使用本标准的各方在回用地点积极探索通过人工培养具有观赏价值水生植物的方法,使景观水体的氮磷满足表中的要求,使再生水中的水生植物有经济合理的出路。

用于农田灌溉的,再生水水质应符合国家标准《农田灌溉水质标准》(GB 5084)的规定,见表1-6。表1-6 农田灌溉水质标准  单位:mg/L①加工、烹调及去皮蔬菜。②生食类蔬菜、瓜类和草本水果。③具有一定的水利灌排设施,能保证一定的排水和地下水径流条件的地区,或有一定淡水资源能满足冲洗土体中盐分的地区,农田灌溉水质全盐量指标可以适当放宽。

用于工业冷却用水的再生水水质应符合表1-7的要求。表1-7 再生水用作冷却用水的水质控制指标①当循环冷却系统为铜材换热器时,循环冷却系统水中的氨氮指标应小于1mg/L。

再生水用于工业用水中的洗涤用水、锅炉用水、工艺用油田注水时,其水质应达到相应的水质标准。当无相应标准可通过试验、类比调查或参照以天然水为水源的水质标准确定。

第二章 城市污水的处理方法及处理工艺

第一节 城市污水的处理方法及典型处理工艺流程

一、污水处理的基本方法

污水处理的基本方法就是采用各种技术与手段,将污水中所含的污染物质分离去除、回收利用,或将其转化为无害物质,使水得到净化。

现代污水处理技术按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物化学处理法3类。(1)物理处理法 利用物理作用分离污水中呈悬浮状态的固体污染物质。方法有:筛滤法、沉淀法、上浮法、气浮法、过滤法和反渗透法等。(2)化学处理法 利用化学反应的作用,分离回收污水中处于各种形态的污染物质(包括悬浮的、溶解的、胶体的等)。主要方法有中和、混凝、电解、氧化还原、汽提、萃取、吸附、离子交换和电渗析等。化学处理法多用于处理生产污水。(3)生物化学处理法 是利用微生物的代谢作用,使污水中呈溶解、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质。主要方法可分为两大类,即利用好氧微生物作用的好氧法(好氧氧化法)和利用厌氧微生物作用的厌氧法(厌氧还原法)。前者广泛用于处理城市污水及有机性生产污水,其中有活性污泥法和生物膜法两种;后者多用于处理高浓度有机污水与污水处理过程中产生的污泥,现在也开始用于处理城市污水与低浓度有机污水。

由于污水中的污染物是多种多样的,因此,在实际工程中,往往需要将几种方法的组合在一起,通过几个处理单元去除污水中的各类污染物,使污水达到排放标准。二、城市污水处理技术与工艺

城市污水处理技术,按处理程度划分,可分为一级、二级和三级处理。

1.城市污水一级处理

一级处理主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质,物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。城市污水一级处理的主要构筑物有格栅、沉砂池和初沉池。一级处理的工艺流程如图2-1所示。格栅的作用是去除污水中的大块漂浮物,沉砂池的作用是去除相对密度较大的无机颗粒,沉淀池的作用主要是去除无机颗粒和部分有机物质。经过一级处理后的污水,SS一般可去除40%~55%,BOD一般可去除30%左右,达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。图2-1 城市污水一级处理工艺流程

2.城市污水二级处理

城市污水二级处理是一级处理的基础之上增加生化处理方法,其目的主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质(即BOD,COD物质)。二级处理采用的生化方法主要有活性污泥法和生物膜法,其中采用较多的是活性污泥法。经过二级处理,城市污水有机物的去除率可达90%以上,出水中的BOD、SS等指标能够达到排放标准。二级处理是城市污水处理的主要工艺,应用非常广泛。图2-2为城市污水二级处理典型的工艺流程。图2-2 城市污水二级处理典型的工艺流程

3.城市污水三级处理

城市污水三级处理是在一级、二级处理后,进一步处理难降解的有机物、磷和氮等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法、混凝沉淀法、砂滤法、活性炭吸附法、离子交换法和电渗析法等。三级处理是深度处理的同义语,但两者又不完全相同,三级处理常用于二级处理之后。而深度处理则以污水回收、再用为目的,在一级或二级处理后增加的处理工艺。关于三级处理或深度处理的具体工艺流程将在本章的第四节中介绍。三、活性污泥法

活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术,是污水自净的人工强化。活性污泥由繁殖的微生物群体所构成,它易于沉淀与水分离,并能使污水得到净化、澄清。(一)活性污泥法基本概念

1.活性污泥的组成

活性污泥是活性污泥处理系统中的主体作用物质。正常的处理城市污水的活性污泥的外观为黄褐色的絮绒颗粒状,粒径为0.02~20.2mm,单位表面积可达2~10m/L,相对密度为1.002~1.006,含水率在99%以上。

在活性污泥上栖息着具有强大生命力的微生物群体。这些微生物群体主要由细菌和原生动物组成,也有真菌和以轮虫为主的后生动物。

活性污泥的固体物质含量仅占1%以下,由四部分组成:①具有活性的生物群体(M);②微生物自身氧化残留物(M),这部分物ae质难于生物降解;③原污水挟入的不能为微生物降解的惰性有机物质(M);④原污水挟入并附着在活性污泥上的无机物质(M)。iii

2.活性污泥微生物及其在活性污泥反应中的作用

细菌是活性污泥净化功能最活跃的成分,污水中可溶性有机污染物直接为细菌所摄取,并被代谢分解为无机物,如HO和CO等。22

活性污泥处理系统中的真菌是微小腐生或寄生的丝状菌,这种真菌具有分解碳水化合物、脂肪、蛋白质及其他含氮化合物的功能,但若大量异常的增殖会引发污泥膨胀现象。

在活性污泥中存活的原生动物有肉足虫、鞭毛虫和纤毛虫3类。原生动物的主要摄食对象是细菌,因此,活性污泥中的原生动物能够不断地摄食水中的游离细菌,起到进一步净化水质的作用。原生动物是活性污泥系统中的指示性生物,当活性污泥出现原生动物,如钟虫、等枝虫、独缩虫、聚缩虫和盖纤虫等,说明处理水水质良好。

后生动物(主要指轮虫)捕食原生动物,在活性污泥系统中是不经常出现的,仅在处理水质优异的完全氧化型的活性污泥系统,如延时曝气活性污泥系统中才出现,因此,轮虫出现是水质非常稳定的标志。

在活性污泥处理系统中,净化污水的第一承担者,也是主要承担者是细菌,而摄食处理中游离细菌,使污水进一步净化的原生动物则是污水净化的第二承担者。

原生动物摄取细菌,是活性污泥生态系统的首次捕食者。后生动物摄食原生动物,则是生态系统的第二次捕食者。

图2-3~图2-5为几种常见微生物。图2-3 活性污泥中的微生物(一)图2-4 活性污泥中的微生物(二)图2-5 活性污泥中的微生物(三)

3.活性污泥净化污水的过程

活性污泥净化污水主要通过三个阶段来完成。在第一阶段,污水主要通过活性污泥的吸附作用而得到净化。吸附作用进行得十分迅速,一般在30min,BOD的除率可高达70%。同时还具有部分氧化的作用,5但吸附是主作用。

第二阶段,也称氧化阶段,主要是继续分解氧化前阶段被吸附和吸收的有机物,同时继续吸附一些残余的溶解物质。这个阶段进行得相当缓慢。实际上,曝气池的大部分容积都用在有机物的氧化和微生物细胞物质的合成。氧化作用在污泥同有机物开始接触时进行得最快,随着有机物逐渐被消耗掉,氧化速率逐渐降低。因此如果曝气过分,活性污泥进入自身氧化阶段时间过长,回流污泥进入曝气池后初期所具有的吸附去除效果就会降低。

第三阶段是泥水分离阶段,在这一阶段中,活性污泥在二沉池之中进行沉淀分离。只有将活性污泥从混合液中去除才能实现污水的完全净化处理。

4.活性污泥微生物的增殖与活性污泥的增长

在活性污泥微生物的代谢作用下,污水中的有机物得到降解、去除,与此同步产生的则是活性污泥微生物本身的增殖和随之而来的活性污泥的增长。控制污泥增长的至关重要的因素是有机底物量(F)与微生物量(M)的比值F/M,也即活性污泥的有机负荷。同时受有机底物降解速率、氧利用速率和活性污泥的凝聚、吸附性能等因素有关。

活性污泥微生物增殖与活性污泥的增长分为适应期、对数增殖期,衰减增殖期和内源呼吸期。图2-6为活性污泥增长曲线。图2-6 活性污泥增长曲线(1)适应期 亦称延迟期或调整期。这是活性污泥培养的最初阶段,微生物不增殖但在质的方面却开始出现变化,如个体增大,媒系统逐渐适应新的环境。在本阶段后期,酶系统对新的环境已基本适应,个体发育达到了一定的程度,细胞开始分裂,微生物开始增殖。(2)对数增长期 有机底物非常丰富,F/M值很高,微生物以最大速率摄取有机底物和自身增殖。活性污泥的增长与有机底物浓度无关,只与生物量有关。在对数增长期,活性污泥微生物的活动能力很强,不易凝聚,沉淀性能欠佳,虽然去除有机物速率很高,但污水中存留的有机物依然很多。(3)衰减增殖期 有机底物已不甚丰富,F/M值较低,已成为微生物增殖的控制因素,活性污泥的增长与残存的有机底物浓度有关,呈一级反应,氧的利用速率也明显降低。由于能量水平低,活性污泥絮凝体形成较好,沉淀性能提高,污水水质改善。(4)内源呼吸期 又称衰亡期。营养物质基本耗尽,F/M值降至很低程度。微生物由于得不到充足的营养物质,而开始利用自身体内储存的物质或衰死菌体,进行内源代谢以供生理活动。在此期,多数细菌进行自身代谢而逐步衰亡,只有少数微生物细胞继续裂殖,活菌体数大为下降,增殖曲线呈显著下降趋势。

5.活性污泥性能指标

活性污泥性能指标主要有两类,一类是表示混合液中活性污泥微生物量的指标,一类是表示活性污泥的沉降性能的指标。(1)表示混合液中活性污泥微生物量的指标 这类指标主要有混合液悬浮固体浓度MLSS和混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS。

混合液悬浮固体浓度MLSS,又称混合液污泥浓度,它表示的是在曝气池单位容积混合液内所包含的活性污泥固体物的总重量,即:

表示单位为mg/L,或g/L、,或混合液混合液。

由于M只占其中一部分,因此,用MLSS表征活性污泥微生物量a存在一些误差。但MLSS容易测定,且在一定条件下,M在MLSS中a所占比例较为固定,故为常用。

混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS,表示混合液活性污泥中有机固体物质的浓度,即:

MLVSS能够较准确地表示微生物数量,但其中仍包括M及M等ei惰性有机物质。因此,也不能精确地表示活性污泥微生物量,它表示仍然是活性污泥量的相对值。

MLSS和MLVSS都是表示活性污泥中微生物量的相对指标,MLVSS/MLSS在一定条件下较为固定,对于城市污水,该值在0.75左右。(2)表示活性污泥的沉降性能的指标 这类指标主要有污泥沉降比SV和污泥容积指数SVI。

污泥沉降比SV,又称30min沉淀率。混合液在量筒内静置30min后所形成的沉淀污泥与原混合液的体积比,以%表示。

污泥沉降比SV能够反映正常运行曝气池的活性污泥量,可用以控制、调节剩余污泥的排放量,还能通过它及时地发现污泥膨胀等异常现象。处理城市污水一般将SV控制在20%~30%之间。

污泥容积指数SVI,简称污泥指数。指曝气池出口处混合液经30min静沉后,1g干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容积,以mL计。

污泥容积指数SVI的计算式为:

  (2-1)

SVI的表示单位为mL/g,习惯上只称数字,而把单位略去。

SVI较SV更好地反映了污泥的沉降性能,其值过低,说明活性污泥无机成分多,泥粒细小密实。过高又说明污泥沉降性能不好。城市污水处理的SVI值介于50~150之间。(二)活性污泥法基本流程

图2-7所示为活性污泥法处理系统的基本流程。系统是以活性污泥反应器——曝气池作为核心处理设备,此外还有二次沉淀池、污泥回流系统和曝气与空气扩散系统所组成。图2-7 活性污泥法的基本流程系统(传统活性污泥法系统)

在投入正式运行前,在曝气池内必须进行以污水作为培养基的活性污泥培养与驯化工作。经初次沉淀池或水解酸化装置处理后的污水从一端进入曝气池,与此同时,从二次沉淀池连续回流的活性污泥,作为接种污泥,也于此同一步进入曝气池。曝气池内设有空气管和空气扩散装置。由空压机站送来的压缩气,通过铺设在曝气池底部的空气扩散装置对混合液曝气,使曝气池内混合液得到充足的氧气并处于剧烈搅动的状态。活性污泥与污水互相混合、充分接触,使废水中的可溶性有机污染物被活性污泥吸附,继而被活性污泥的微生物群体降解,使废水得到净化。完成净化过程后,混合液流入二沉池,经过沉淀,混合液中的活性污泥与已被净化的废水分离,处理水从二沉池排放,活性污泥在沉淀池的污泥区受重力浓缩,并以较高的浓度由二沉池的吸刮泥机收集流入回流污泥集泥池,再由回流泵连续不断地回流污泥,使活性污泥在曝气池和二沉池之间不断循环,始终维持曝气池中混合液的活性污泥浓度,保证来水得到持续的处理。微生物在降解BOD时,一方面产生HO和CO等代谢产物,另一方面自身不断增殖,22系统中出现剩余污泥,需要向外排泥。(三)活性污泥法及其主要运行方式

1.传统活性污泥法

传统活性污泥法又称普通活性污泥法或推流式活性污泥法,是最早成功应用的运行方式,其他活性污泥法都是在其基础上发展而来的。曝气池呈长方形,污水和回流污泥一起从曝气池的首端进入,在曝气和水力条件的推动下,污水和回流污泥的混合液在曝气池内呈推流形式流动至池的末端,流出池外进入二沉池。在二沉池中处理后的污水与活性污泥分离,部分污泥回流至曝气池,部分污泥则作为剩余污泥排出系统。推流式曝气池一般建成廊道型,为避免短路,廊道的长宽比一般不小于5∶1,根据需要,有单廊道、双廊道或多廊道等形式。曝气方式可以是机械曝气,也可以采用鼓风曝气。其基本流程见图2-8。图2-8 传统活性污泥法系统1—经预处理后的污水;2—活性污泥反应器一曝气池;3—从曝气池流出的混合液;4—二次沉淀池;5—处理后污水;6—污泥泵站;7—回流污泥系统;8—剩余污泥;9—来自空压机站的空气;10—曝气系统与空气扩散装置

传统活性污泥法的特征是曝气池前段液流和后段液流不发生混合,污水浓度自池首至池尾呈逐渐下降的趋势,需氧率沿池长逐渐降低。

因此有机物降解反应的推动力较大,效率较高。曝气池需氧率沿池长逐渐降低,尾端溶解氧一般处于过剩状态,在保证末端溶解氧正常的情况下,前段混合液中溶解氧含量可能不足。(1)优点 ①处理效果好,BOD去除率可达90%以上。适用于处理净化程度和稳定程度较高的污水。②根据具体情况,可以灵活调整污水处理程度的高低。③进水负荷升高时,可通过提高污泥回流比的方法予以解决。(2)缺点 ①曝气池首端有机污染物负荷高,耗氧速度也高,为了避免由于缺氧形成厌氧状态,进水有机物负荷不宜过高,因此,曝气池容积大,占用的土地较多,基建费用高。②为避免曝气池首端混合液处于缺氧或厌氧状态,进水有机负荷不能过高,因此曝气池容积负荷一般较低。③曝气池末端有可能出现供氧速率大于需氧速率的现象,动力消耗较大。④对进水水质、水量变化的适应性较低,运行效果易受水质、水量变化的影响。

2.阶段曝气活性污泥法

也称分段进水活性污泥法或多段进水活性污泥法,是针对传统活性污泥法存在的弊端进行了一些改革的运行方式。本工艺与传统活性污泥法主要不同点是污水沿池长分段注入,使有机负荷在池内分布比较均衡,缓解了传统活性污泥法曝气池内供氧速率与需氧速率存在的矛盾。曝气方式一般采用鼓风曝气。阶段曝气法基本流程见图2-9。图2-9 阶段曝气法流程示意图

阶段曝气活性污泥法于1939年在美国纽约开始应用,迄今已有60多年的历史,应用广泛,效果良好。阶段曝气活性污泥法具有如下特点。(1)曝气池内有机污染物负荷及需氧率得到均衡,一定程度地缩小了耗氧速度充氧速度之间的差距,有助于能耗的降低。活性污泥微生物的降解功能也得以正常发挥;(2)污水分散均衡注入,提高了曝气池对水质、水量冲击负荷的适应能力;(3)混合液中的活性污泥浓度沿池长逐步降低,出流混合液的污泥较低,减轻二次沉淀池的负荷,有利于提高二次沉淀池固、液分离效果。

阶段曝气活性污泥法分段注入曝气池的污水,不能与原混合液立即混合均匀,会影响处理效果。

3.吸附-再生活性污泥法

吸附-再生活性污泥法又称生物吸附法或接触稳定法。本工艺在20世纪40年代后期出现在美国,其工艺流程如图2-10所示。图2-10 吸附-再生活性污泥法流程示意图

吸附-再生活性污泥法主要是利用微生物的初期吸附作用去除有机污染物,其主要特点是将活性污泥对有机污染物降解的两个过程——吸附和代谢稳定,分别在各自反应器内进行。吸附池的作用是吸附污水中的有机物,使污水得到净化。再生池的作用是对污泥进行再生,使其恢复活性。

吸附-再生活性污泥法的工作过程是:污水和经过充分再生、具有很高活性的活性污泥一起进入吸附池,二者充分混合接触15~60min后,使部分呈悬浮、胶体和溶解性状态的有机污染物被活性污泥吸附,污水得到净化。从吸附池流出的混合液直接进入二沉池,经过一定时间的沉淀后,澄清水排放,污泥则进入再生池进行生物代谢活动,使有机物降解,微生物进入内源代谢期,污泥的活性、吸附功能得到充分恢复后,再与污水一起进入吸附池。

吸附-再生活性污泥法虽然分为吸附和再生两个部分,但污水与活性污泥在吸附池的接触时间较短,吸附池容积较小,而再生池接纳的只是浓度较高的回流污泥,因此再生池的容积也不大。吸附池与再生池的容积之和仍低于传统活性污泥法曝气池的容积。

吸附-再生活性污泥法回流污泥量大,且大量污泥集中在再生池,当吸附池内活性污泥受到破坏后,可迅速引入再生池污泥予以补救,因此具有一定冲击负荷适应能力。

由于该方法主要依靠微生物的吸附去除污水中有机污染物,因此,去除率低于传统活性污泥法,而且不宜用于处理溶解性有机污染物含量较多的污水。

曝气方式可以是机械曝气,也可以采用鼓风曝气。

4.完全混合活性污泥法

完全混合活性污泥法与传统活性污泥法最不同的地方是采用了完全混合式曝气池。其特征是污水进入曝气池后,立即与回流污泥及池内原有混合液充分混合,池内混合液的组成,包括活性污泥数量及有机污染物的含量等均匀一致,而且池内各个部位都是相同的。曝气方式多采用机械曝气,也有采用鼓风曝气的。完全混合活性污泥法的曝气池与二沉池可以合建也可以分建,比较常见的是合建式圆形池。图2-11为完全混合活性污泥法的工艺流程图。图2-11 完全混合活性污泥法的工艺流程1—经预处理后的污水;2—完全混合曝气池;3—由曝气池流出的混合液;4—二次沉淀池;5—处理后污水;6—污泥泵站;7—回流污泥系统;8—排放出系统的剩余污泥;9—来自空压机站的空气管道;10—曝气系统及空气扩散装置;11—表面机械曝气器

由于完全混合活性污泥法能够使进水与曝气池内的混合液充分混合,水质得到稀释、均化,曝气池内各部位的水质、污染物的负荷、有机污染物降解工况等都相同。因此,完全混合活性污泥法具有以下特点。(1)进水在水质、水量方面的变化对活性污泥产生的影响较小,也就是说这种方法对冲击负荷适应能力较强。(2)有可能通过对污泥负荷值的调整,将整个曝气池的工况控制在最佳条件,使活性污泥的净化功能得以良好发挥。在处理效果相同的条件下,其负荷率较高于推流式曝气池。(3)曝气池内各个部位的需氧量相同,能最大限度地节约动力消耗。

完全混合活性污泥法容易产生污泥膨胀现象,处理水质在一般情况下低于传统的活性污泥法。这种方法多用于工业废水的处理,特别是浓度较高的工业废水。

5.延时曝气活性污泥法

延时曝气活性污泥法又称完全氧化活性污泥法,20世纪50年代初期在美国得到应用。其主要特点是有机负荷率较低,活性污泥持续处于内源呼吸阶段,不但去除了水中的有机物,而且氧化部分微生物的细胞物质,因此剩余污泥量极少,无须再进行消化处理。延时曝气活性污泥法实际上是污水好氧处理与污泥好氧处理的综合构筑物。

在处理工艺方面,这种方法不设初沉池,而且理论上二沉池也不用设,但考虑到出水中含有一些难降解的微生物内源代谢的残留物,因此,实际上二沉池还是存在的。

延时曝气活性污泥法处理出水水质好,稳定性高,对冲击负荷有较强的适应能力。另外,这种方法的停留时间(20~30d)较长,可以实现氨氮的硝化过程,即达到去除氨氮的目的。

本工艺的不足是曝气时间长,占地面积大,基建费用和运行费用都较高。另外,进入二沉池的混合液因处于过氧化状态,出水中会含有不易沉降的活性污泥碎片。

延时曝气活性污泥法只适用于对处理水质要求较高、不宜建设污3泥处理设施的小型生活污水或工业废水,处理水量不宜超过1000m/d。

延时曝气活性污泥法一般都采用完全混合式曝气池,曝气方式可以是机械曝气,也可以采用鼓风曝气。

上述都是活性污泥法的最基本运行方式,但随着对污水排放中N、P指标要求越来越严格,这些基本运行方式已很难满足要求。目前,2以活性污泥法为基础,已开发很多污水处理工艺,如A/O法、A/O法等。(四)间歇式活性污泥法(SBR法)

1. SBR法的工艺流程与特点

间歇式活性污泥法又称序批式活性污泥法,简称SBR法。SBR法原本是最早的一种活性污泥法运行方式,由于管理操作复杂,未被广泛应用。近些年来,自控技术的迅速发展重新为其注入了生机,使其发展成为简单可靠、经济有效和多功能的SBR技术。SBR工艺的核心构筑物是集有机污染物降解与混合液沉淀于一体的反应器——间歇曝气曝气池。图2-12为间歇式活性污泥法工艺流程。图2-12 间歇式活性污泥法工艺流程

SBR法主要特征是反应池一批一批地处理污水,采用间歇式运行的方式,每一个反应池都兼有曝气池和二沉池作用,因此不再设置二沉池和污泥回流设备,而且一般也可以不建水质或水量调节池。

SBR法具有以下几个特点。(1)对水质水量变化的适应性强,运行稳定,适于水质水量变化较大的中小城镇污水处理;也适应高浓度污水处理。(2)为非稳态反应,反应时间短;静沉时间也短,可不设初沉池和二沉池;体积小,基建费比常规活性污泥法约省22%,占地少38%左右。(3)处理效果好,BOD去除率达95%,且产泥量少。5(4)好氧、缺氧、厌氧交替出现,能同时具有脱氮(80%~90%)和除磷(80%)的功能。(5)反应池中溶解氧浓度在0~2mg/L之间变化,可减少能耗,在同时完成脱氮除磷的情况下,其能耗仅相当传统活性污泥法。

2. SBR法工作原理与运行操作

原则上,可以把间歇式活性污泥法系统作为活性污泥法的一种变法,一种新的运行方式。如果说,连续式推流式曝气池,是空间上的

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