注册给排水工程师 6-11章.ppt

注册公用设备工程师给水排水执业资格考试,排水工程专业辅导课程,第6章 城市污水处理概论,城市污水的组成：生活污水工业污（废）水初期雨水城市污水的污染指标：感观指标：浊、色、嗅、味、温物理化学指标：pH、SS、BOD、COD、毒物指标生物指标：细菌总数、总大肠菌群数、病毒,水体污染的分类及其危害,水体的物理性污染及危害（水温、色度、SS）水体的无机物污染及危害氮、磷污染与水体富营养化重金属污染及食物链的富集、迁移、转化水体的有机物污染及危害有机物污染微生物耗氧导致水质恶化油类污染油膜覆盖导致水生态恶化毒性有机物污染对人类和水生物的危害水体的病原微生物污染及危害,城市污水处理的基本方法,城市污水的一级处理（物理处理）处理对象：悬浮物（SS）处理方法：筛滤截留，重力分离处理构筑物：格栅沉砂池沉淀池,城市污水处理的基本方法,城市污水的二级处理（生物处理）处理对象：胶体和溶解性有机物（BOD,COD）处理方法：好氧生物法处理构筑物：活性污泥法（传统法，氧化沟，SBR）生物膜法（曝气生物滤池，接触氧化法）,城市污水处理的基本方法,城市污水的三级处理（深度处理）处理对象：氮、磷、SS和有机物（BOD,COD）处理方法：生物法，物化法处理构筑物：生物除磷脱氮系统，曝气生物滤池，MBR混凝沉淀过滤（CMF）活性炭吸附过滤电渗析，反渗透,城市污水处理的基本方法,城市污水处理厂的污泥处理处理目的：减量，稳定，综合利用处理方法：物理法，化学法，生物法处理构筑物：浓缩池消化池污泥脱水机械沼气利用设备,城市污水处理的基本方法,典型的城市污水二级处理工艺流程图,第7章 污水的物理处理,物理处理法的去除对象：粗大漂浮物悬浮物（SS）物理处理法常用工艺与设备筛滤截留格栅，筛网，过滤重力分离沉淀，上浮离心分离离心机，旋流分离器,格栅的类型及构造特点,位置（泵前，泵后）作用（保护水泵，去除SS）间隙（粗格栅，中格栅，细格栅）形状（平面，曲面）清渣方式（手动，机械）,城市污水处理厂格栅的设计要点,为了充分发挥格栅作用，应设两道格栅；选用2台以上运行可靠、易于维修的机械格栅；合理设计格栅间，考虑接管、切换、维修、清渣的要求；合理选择设计参数，正确计算（确定）格栅断面尺寸；正确计算栅渣量，合理确定清渣方式。,沉淀的现象与分类,自由沉淀（平流沉砂池）絮凝沉淀（初沉池）拥挤沉淀（二沉池）压缩沉淀（污泥浓缩池）,Stokes公式及意义,颗粒沉淀速度与密度差成正比，采用金属盐混凝剂使密度差增大有利于沉淀过程。颗粒沉淀速度与水的粘滞度成反比，水温增高有利于沉淀过程。颗粒沉淀速度与颗粒直径的平方成正比，通过混凝使颗粒直径增大是改善沉淀过程的最有效途径。,理想沉淀池及重要推论,表面负荷(q0)与设计沉速(u0)数值相等，单位与物理意义不同。颗粒沉淀分离效果取决于沉淀区面积，与沉淀时间和沉淀高度无关浅池理论。根据浅池理论开发的斜板（管）沉淀池，可以大幅度提高沉淀池表面负荷。,沉砂池的类型及构造特点,平流式沉砂池浅池，平流，流速、时间控制工艺尺寸，重力沉砂；多斗贮砂，重力、水力排砂。曝气沉砂池方形断面，曝气旋流，摩擦碰撞，强化分离，水流正交，挡板隔渣；坡底、边槽集砂，移动式机械刮吸排砂。机械旋流沉砂池（钟式沉砂池，多尔沉砂池）钟形断面，切向进水，机械旋流，强化分离；中心砂斗，气提排砂。,曝气沉砂池构造原理示意图,空气管,曝气头,集砂槽,曝气沉砂池的设计与计算,按最大设计流量设计，池数和分格数应不少于2；选定沉砂池水力停留时间(13min)，计算总有效容积；选定沉砂池设计水平流速(0.1m/s)，计算总有效断面积；选定沉砂池有效水深(23m)，计算池长和总宽度；根据宽深比要求(11.5)，确定池数或分格数；计算沉砂量(0.03L/m3)，校核沉砂斗容积，选择排砂设备；选定气水比(0.10.2)或曝气强度，计算曝气量；设计进、出水系统，空气管路系统，选择鼓风机和曝气装置。,沉淀池的类型及构造特点,平流式沉淀池【斜板（管）沉淀池】竖流式沉淀池辐流式沉淀池三种沉淀池的特点及适用条件（表273）辐流式初沉池与二沉池的主要区别,辐流式沉淀池的设计与计算,确定沉淀池个数（不少于2个）；确定设计流量和表面负荷，计算单池面积；确定沉淀时间，计算有效水深并校核径深比（612）；计算沉淀池总高度（保护高有效水深缓冲层高坡底落差污泥斗高）；计算污泥量，校核污泥斗容积；设计进水系统，排水系统，排泥系统，排渣系统,第8章 污水的生物处理,活性污泥法的基本概念与工艺设计生物膜法的基本原理与工艺 厌氧生物处理法的基本原理与工艺 生物除磷脱氮的基本原理与工艺城市污水的深度处理与再生回用,8.1 活性污泥法,活性污泥法的基本原理活性污泥法的主要设计参数 活性污泥法常用运行方式及工艺特征 活性污泥法处理工艺的新发展活性污泥法处理系统的工艺设计,活性污泥处理系统的基本流程,活性污泥净化污水的反应过程,活性污泥生物代谢过程模式图,分解代谢,O2,合成代谢,代谢产物H2O,CO2,NH3,能量,微生物,内源呼吸,O2,内源呼吸,内源呼吸产物H2O,CO2,NH3,微生物,内源呼吸残留物,合成细胞物质C5H7NO2,污水中有机物（CxHyOz）,能量,活性污泥增长曲线,对数增殖期,减速增殖期,内源呼吸期,S(BOD),O2,X(污泥),X0,量,时间,0,活性污泥法的主要设计参数,BOD负荷 F/M（Ns，Nv）污泥龄（ts）生物固体停留时间污泥容积指数（SVI）污泥浓度（X，Xr）污泥回流比（R）剩余污泥量（Qw）,活性污泥法的主要设计参数,BOD污泥负荷（kg BOD5/kg MLSS.d）,Q 设计流量V 曝气池容积t 水力停留时间Sa 进水BOD浓度Se 出水BOD浓度,X 曝气池混合液污泥浓度K2 有机物降解动力学常数f MLVSS/MLSS0.75 BOD去除率,活性污泥法的主要设计参数,污泥龄（d）生物固体停留时间(SRT),活性污泥法的主要设计参数,BOD负荷与污泥龄的关系,活性污泥法的主要设计参数,污泥容积指数（mL/g）,SVI是判断活性污泥沉降性能和生物活性的指标，正常活性污泥的SVI应在80150之间，一般为120左右；SVI150，说明活性污泥沉降性能变差，有膨胀趋势；污泥负荷为1左右时，SVI急剧增大，污泥极易膨胀，设计时应尽量避开这一负荷范围。,活性污泥法的主要设计参数,污泥浓度（g/L，kg/m3）,活性污泥法的主要设计参数,污泥回流比,SVI，X，Xr，R 之间的关系,活性污泥法的主要设计参数,剩余污泥量(m3/d),活性污泥法常用运行方式,传统活性污泥法处理系统（普通曝气）阶段曝气活性污泥法处理系统 吸附再生活性污泥法处理系统延时曝气活性污泥法处理系统 完全混合活性污泥法处理系统深井曝气活性污泥法处理系统纯氧曝气活性污泥法处理系统,活性污泥法常用运行方式的主要工艺特征,活性污泥增长曲线与运行方式,对数增殖期,减速增殖期,内源呼吸期,S(BOD),O2,X(污泥),X0,量,时间,0,延时曝气,完全混合,普通曝气,氧化沟处理系统的基本流程,回流污泥,剩余污泥,预处理后的污水,污泥,处理水,污泥泵房,二沉池,氧化沟,转刷,氧化沟处理系统的主要特点,常用工艺类型：（三沟式，Carrousel,Orbal)构造方面：环状沟渠型，池长可达百米以上，水深26m；多沟并行或交替工作时，设自动控制配水装置；出水采用可升降溢流堰调节水位或控制水流方向。流态方面：循环流，介于完全混合与推流之间；独特的流态有利于活性污泥的生物絮凝和生物脱氮。工艺方面：BOD负荷低，污泥龄长，抗冲击负荷能力强；可不设初沉池，剩余污泥量少，污泥达到好氧稳定；可不再单设二沉池，省却污泥回流设施。,SBR处理系统的工作原理,空气,处理水,进水时段,进水,曝气时段,沉淀时段,排水时段,闲置时段,空气,SBR处理系统的主要特点,常用工艺类型：(CASS,ICEAS,DAT-IAT）通过时间上的推流排序，在同一反应器内完成活性污泥处理过程；工艺组成简单，无需二沉池和污泥回流设备，建设费用和运行费用降低；污泥的SVI值低，沉淀性能好，不易膨胀；通过对运行方式的调节，可在同一反应器内实现除磷脱氮；应用电动阀门、液位计和PLC等自控仪表，可实现工艺过程自动化控制。,活性污泥法的曝气系统,曝气的作用（供氧，混合搅拌）双膜理论及影响氧转移效率的主要因素 曝气方式与曝气设备鼓风曝气（鼓风机，空气扩散装置）机械充氧（叶轮搅拌器，曝气转刷）衡量曝气设备技术性能的主要指标 动力效率（EP）氧利用效率（EA）氧转移效率（EL）充氧能力,鼓风曝气系统空气量计算,需氧量计算：,曝气池内溶解氧饱和度：,标准状态下需氧量：,实际供气量：,活性污泥处理系统的工艺设计,选定处理工艺及流程确定主要工艺设计参数 曝气池容积计算与工艺设计需氧量、供气量及曝气系统的计算与工艺设计 回流污泥量、剩余污泥量及污泥回流系统的计算与工艺设计 二沉池池型的选定、容积的计算与工艺设计,8.2 生物膜法,生物膜法的基本原理生物膜法的典型工艺及工艺特征 生物膜法处理工艺的新发展生物膜法处理系统的工艺设计,生物膜法的典型工艺,生物滤池（滴洒滤池）生物转盘（回转式生物接触器）生物接触氧化（浸没式生物滤池）曝气生物滤池生物移动床生物流化床,生物膜法与活性污泥法的最大区别,生物膜法与活性污泥法最大的区别在于生物载体（填料）的引入。由于生物载体是人为提供的，所以载体的形状、性质、填充方式等也可根据需要人为地进行选定，这就使得生物膜法单元设施比活性污泥法更具有灵活性、多样性和创造性。,生物膜法的主要工艺特征,生物膜形成的基本要素,生物载体（填料）：固体表面（砾石，焦炭，石英砂，陶粒，塑料板、管、环，化学纤维丝、束、团）污水（营养物质）：BOD,N,P空气（溶解氧）：DO微生物：细菌真菌原生动物后生动物小型昆虫在有氧的条件下，使污水与生物载体表面对流接触，经过一段时间后，生物载体表面被一层膜状活性污泥生物膜所覆盖，这一过程工程上称为生物挂膜。生物膜从形成到成熟，经历潜伏和生长两个阶段。一般的城市污水，在20左右的温度条件下，这一过程大致需要30天左右。,生物膜的构造和代谢工况,生物载体、污水、空气的对流接触：养料（污水中的有机物，空气中的氧）的传递：好氧代谢产物的传递：（CO2，H2O，NH3+.）生物膜的增殖，厌氧层形成：厌氧代谢产物的传递：（CH4，H2S，N2）生物膜的老化、脱落和更新：,生物膜脱落的主要原因,生物膜过厚，营养物质不能到达，微生物处于内源呼吸或死亡，生物膜附着力减弱；生物膜内侧厌氧层代谢产物传递过程中的气体顶托作用；生物膜中小型昆虫的穿凿蠕动，使生物膜松动脱落；水力剪切、冲刷作用造成生物膜松动脱落。,生物滤池的基本构造,池体：填充、围护、承托滤料，风筒作用 滤料：生物载体，为微生物生长，微生物、污水、空气对流接触提供巨大表面积和孔隙 布水装置：向滤池表面均匀洒布污水（固定式，旋转式）集、排水装置：收集、排除处理后污水，保证良好通风条件,生物滤池的类型与发展,生物滤池工艺发展的原因：占地面积大滤料堵塞滤池蝇干臭味,生物滤池普通,生物滤池高负荷,生物滤池塔式,生物滤池的工艺类型：,生物滤池的动力学特征,污水沿滤池高度自上而下滴落，污水BOD浓度沿滤池高度自上而下变化，相当于推流式活性污泥工艺。有机物负荷：上高，下低生物膜分布：上厚，下薄生物相分布：上低级，下高级,生物滤池的主要工艺特征,高负荷生物滤池的主要特征,处理水回流处理水回流的主要作用：稀释进水，控制进水BOD浓度（200mg/L），保证处理效果。增大水力负荷，强化水力冲刷作用，防止填料堵塞，加速生物膜更新，抑制厌氧层发育，使生物膜经常保持较高的活性。抑制滤池蝇的孳生和臭味的散发。,高负荷生物滤池的主要特点,优点：简单易行，造价低自然通风，运行费用低 负荷高，处理效果好，滤料堵塞、滤池蝇等问题得到改善 缺点：占地面积大（由于通风供氧的需要，滤料高度受限）处理水大量回流，运行成本增大 滤料堵塞，工作环境差的问题有所改善，但未能根除,高负荷生物滤池的典型工艺流程,高负荷生物滤池进水浓度的确定,物料衡算：,两边除Q：,代入回流比：,进水浓度：,高负荷生物滤池的设计计算,滤池面积：（水力负荷NQ）,滤池容积：（BOD容积负荷NV）,滤池高度：,辅助设备设计：布水装置 排水装置 通风装置,生物转盘的工作原理,生物膜的形成（载体污水溶解氧微生物）污水的净化（接触吸附传递生物代谢）生物膜的增殖代谢（增厚分层脱落更新）盘片转动的作用充氧搅拌混合增强传质携带水,生物转盘的主要优点,生物浓度高（4000060000mg/L），处理效果好 生物相分级生长，各级可培育相应的优势菌群，可进行深度处理 污泥龄长，生物多样化，食物链长，剩余污泥量少，无污泥膨胀 耐冲击负荷能力强，可承受高浓度污水 可改变转速调节充氧效果，控制生物膜厚度，运行管理简便 能耗低,生物转盘的主要缺点,占地大（盘片直径限制氧化槽深度）盘片内外缘线速度不均，生物膜厚度，充氧、接触、水力冲刷不均衡 不宜建在室外，特别是北方寒冷地区 造价高（材料多，价格贵），对生产加工要求高（转轴易挠曲变形）,生物转盘的设计计算,负荷计算法：BOD负荷（NA）：1040 gBOD5/m2.d 容积面积比（G）：59 L/m2 水力停留时间（t）：2.5 h 经验公式计算法：经验图表计算法：（教材、设计手册）,生物接触氧化法的工作原理,池内填充生物载体（填料），污水淹没填料，池底通入空气曝气，充氧、搅拌、三相对流接触、传递，通过填料表面生物膜的代谢作用，使污水得到净化。构造形式与生物滤池相近，但填料全部淹没在水中，所以又称为“淹没式生物滤池”。运行方式与曝气池相似，只是在池内人为提供微生物栖息生长的填料，所以又称为“接触曝气法”。实质上，生物接触氧化是一种介于活性污泥法和生物滤池之间的生物处理技术，兼具两者的特点，所以也称为“悬浮附着生物接触氧化法”。,生物接触氧化法的主要特点,优点：兼具活性污泥法和生物膜法的主要优点，由于生物载体（填料）的不断革新、变化，使该工艺更具灵活性、多样性。填料表面微生物固定生长，生物相丰富，食物链长，能够生长氧化能力强的球衣菌属丝状菌而不发生污泥膨胀。悬浮、附着微生物共存，生物浓度高（10000 mg/L），处理能力大，耐冲击负荷能力强。气、液、固三相混合接触，加之填料的分割作用，水流状态好，氧利用率高。不产生滤池蝇和臭气，操作简单，运行管理方便。适用于工业废水处理和污水深度处理。,生物接触氧化法的主要特点,缺点：如果设计运行不当，填料易堵塞；布水、布气不易均匀；由于大量填料的使用，造价较高。常用填料：刚性固定填料：塑料、玻璃钢，蜂窝管、波纹板，软性固定填料：有机合成纤维束半软性固定填料：塑料片、软纤维结合（盾形组合填料），弹性填料，自旋转填料轻型移动填料：塑料，比重接近水，空心球，空心环，废弃饮料瓶,生物接触氧化池的设计计算,BOD容积负荷（Nw）：1.05.0 kgBOD/m3.d 填料有效容积,式中：Q 日平均污水量，m3/d S0 原污水BOD浓度，mg/L 水力停留时间（HRT）：2.04.0 h,生物接触氧化法的工程应用,小区生活污水处理：地埋式污水处理设备中水回用工业废水处理：印染废水处理食品酿造废水处理石油化工废水处理生物制药废水处理 畜禽养殖废水处理,生物接触氧化法的发展,生物接触氧化法工艺发展的原因：采用颗粒滤料，增大比表面积，提高处理能力解决滤料堵塞问题提高处理效率，设备小型化、工业化,接触氧化池生物,生物滤池曝气,生物移动床,生物接触氧化法的工艺进展：,生物流化床,曝气生物滤池的主要特点和工程应用,主要特点：气、液、固三相对流接触，氧的转移率高，动力消耗低。具有截留悬浮物和脱落生物膜的净化功能，无需二沉池。采用35 mm的颗粒滤料（石英砂，陶粒，活性炭等），比表面积大，生物浓度高（800023000 mg/L），处理效果好。无需污泥回流，也无污泥膨胀之虑，维护管理方便。工程应用：微污染水处理 污水深度处理 工业废水处理（造纸，食品，制药）,8.5 污水的深度处理与回用,城市污水经二级生物处理（活性污泥法、生物膜法）后的出水中，还含有相当数量的污染物质，如：BOD、COD、SS、氮、磷、重金属等。二级处理出水排入湖泊、水库、景观河道等缓流水体，会导致水体的富营养化；二级处理出水排入水产养殖等具有较高经济价值的水体，会导致水质恶化，使其遭到破坏；二级处理出水水质不能满足回用要求。要使污水处理水质满足以上要求，必须在二级生物处理的基础上，进行深度处理。,污水深度处理的对象、目标与技术,悬浮物的去除,混凝沉淀过滤,悬浮物粒径与处理技术的选择,溶解性物质的去除,溶解性有机物的去除 膜生物反应器（MBR）活性炭吸附 臭氧氧化 溶解性无机盐类的去除反渗透电渗析离子交换,致病微生物的去除（消毒）,污水消毒技术的优缺点比较及选择,生物脱氮原理,生物脱氮过程：,含氮化合物,硝化反应过程,NO-3,N2,反硝化反应过程,影响硝化反硝化反应过程的主要因素,A/O前置生物脱氮工艺,A/O前置生物脱氮工艺的主要特点,流程简单，装置少，勿需外加碳源，适用于现有推流式曝气池的改造，建设费用和运行费用均较低。反硝化反应产生的碱度可补偿硝化反应所需碱度的一半左右，处理城市污水时，不必投碱调节pH值。硝化曝气池在后，反硝化反应过程残留的有机物在硝化段进一步去除，提高了处理水水质，勿需增建后曝气池。在处理水中含有一定浓度的硝酸盐，如果沉淀池运行不当，会发生反硝化反应，造成污泥上浮，使出水水质恶化。如欲提高脱氮率，必须加大内循环比，使运行费用增高。内循环液溶解氧较高，破坏A段缺氧状态，影响脱氮效果。,A/O前置生物脱氮工艺的主要设计参数,水力停留时间（HRT）：硝化反应需时较长，一般不应该低于6h；反硝化需时较短（2h），两段容积比一般为3：1。内循环比（R）：内循环回流比不仅影响脱氮效果，而且影响动力消耗，是一项非常重要的设计参数。为了保证脱氮效果，一般内循环回流比不宜低于200，最高为600。MLSS值：反应池内MLSS应在3000mg/L以上，低于此值，脱氮效果显著降低。生物固体停留时间（污泥龄）：30d以上氮负荷（N/MLSS）：0.03kg N/kg MLSS.d进水总氮浓度：30 mg/L,生物除磷原理,聚磷菌对磷的摄取和释放过程：,厌氧放磷过程,H3PO4,能量,好氧聚磷过程,H3PO4,聚磷菌,能量,好氧条件,厌氧条件,Phostrip生物除磷工艺,脱磷水回流,A2/O同步生物脱氮除磷工艺,氨化、放磷,脱氮,除BOD、硝化、吸收磷,内回流（200）,城市污水的再生与回用,为了解决困扰人类发展的水资源短缺问题，开发新的可利用水源成为世界各国普遍关注的问题。再生废水的城市回用城市景观城市绿化市政杂用水再生废水的工业回用工业冷却水锅炉补给水工艺用水再生废水的农业回用农业灌溉渔牧用水,污水再生回用水质标准,城市污水再生利用 景观环境用水水质(GB/T18921-2002)城市污水再生利用 城市杂用水水质(GB/T18920-2002)农田灌溉水质标准(GB5084-92),污水再生回用处理技术,以二级处理出水为原水的传统处理工艺:,二级处理出水,消毒剂,混凝剂,回用水,污泥,滤池,污水再生回用处理技术,以二级处理出水为原水的CMF处理工艺:,污水再生回用处理技术,直接处理污水的MBR处理工艺:,第9章 污泥的处理,污水处理过程中产生的污泥量大（城市二级污水处理厂产生的污泥量约占处理水量的0.3%0.5%，按含水率97计）、浓度高（含水率9995%）、成分复杂（有机物、无机物、细菌、病原微生物、重金属）、危害大（腐化发臭，二次污染），必须及时有效地进行处理和处置。污泥处理的目的是使污泥减量化、无害化及资源化。保证污水处理厂的正常运行；使易腐化发臭的有机物得到稳定处理并妥善处置；使有毒有害物质得到妥善处置；使有用物质得到回收或综合利用。,污泥处理的工艺流程,污泥,浓缩,机械脱水,最终处置,污泥,浓缩,自然干化,堆肥,农肥,污泥,浓缩,自然干化,最终处置,消化,污泥,浓缩,机械脱水,最终处置,消化,污泥,浓缩,机械脱水,干燥焚烧,消化,最终处置,污泥的来源与分类,泥渣：格栅、沉砂池、初沉池（浮渣）、气浮池（浮渣）污泥：初次沉淀污泥：初次沉淀池 剩余活性污泥：二次沉淀池（活性污泥法）腐殖污泥：二次沉淀池（生物膜法）消化污泥：消化池 化学污泥：化学沉淀池（混凝沉淀，物化除磷）,污泥的性质指标,污泥的含水率；污泥的比重（一般情况下以1计）；污泥中的挥发性固体与灰分；污泥中的重金属离子含量；污泥中的肥分；污泥的可消化程度。,污泥的含水率,式中：V1，V2分别表示污泥浓缩前后的体积，m3W1，W2分别表示污泥浓缩前后的固体重量，kgC1，C2分别表示污泥浓缩前后的固体浓度，g/m3P1，P2分别表示污泥浓缩前后的含水率，%,含水率的定义：污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的百分数（P）。物料衡算，污泥比重按1计。,常见污泥的含水率,常用污泥脱水方法及效果,间歇式污泥重力浓缩池,间歇式浓缩池具有构造简单，运行可靠，浓缩效果好的特点，特别适用于中小型污水处理厂。间歇式浓缩池的主要设计参数是浓缩时间，时间太短，则不能保证浓缩效果；时间太长，池容增大且可能由于污泥厌氧而破坏浓缩过程。一般，浓缩时间取1012小时。,间歇式污泥重力浓缩池,间歇式污泥重力浓缩池示意图,连续式污泥重力浓缩池,连续式污泥重力浓缩池的池型类同于污水处理中的二次沉淀池，一般采用竖流式或辐流式，适用于大型污水处理厂。浓缩池高度：一般采用4m。浓缩池水力停留时间：一般采用1016小时。固体通量：3060 kg/m2.d水力负荷：0.2-0.4 m3/m2.h（剩余污泥）,连续式污泥重力浓缩池,连续式污泥重力浓缩池工况示意图,污泥的自然干化,污泥在自然条件下，由于渗滤、蒸发等作用而使污泥脱水干化的方法称为自然干化，用于污泥自然干化的构筑物称为污泥干化场。污泥自然干化法简便易行，投资少，运行管理费用低。但是，污泥干化场占地面积大，卫生条件差，对周围环境影响较大。,污泥的机械脱水,污泥机械脱水是以过滤介质两面的压力差作为推动力，使污泥水分被强制通过过滤介质，形成滤液，而固体颗粒则被过滤介质截留，形成滤饼，从而达到污泥脱水的目的。造成压力差推动力的方法有四种：污泥自身重力，如带式压滤机的重力脱水段。在过滤介质的一面造成负压，如真空吸滤脱水机。加压污泥使水分通过过滤介质，如压滤脱水机。造成离心力使固-液分离，如离心脱水机。,污泥的机械脱水,污泥预处理的主要方法：化学调节法：向污泥中投加混凝剂，使污泥颗粒脱稳凝聚，提高脱水性能。混凝剂投量应通过实验筛选确定。热处理法：在高压下加热污泥，破坏结合水与污泥颗粒之间的联系，使污泥颗粒在高温高压下溶解或水解，从而把细胞破坏并释放胞内水分，改善污泥脱水性能。加热温度：180200，加热时间：2060分钟 其它预处理方法：冻-融法；淘洗法；惰性物质添加法：煤灰，锯末，纤维等。,污泥的机械脱水,污泥脱水机械：真空转鼓过滤机：可连续生产，可自动控制，操作方便，运行平稳。附属设备多，工序复杂，滤布易堵塞。,板框压滤机：构造简单，过滤推动力大，适用于各种污泥。不能连续生产。,污泥的机械脱水,污泥脱水机械：滚压带式过滤机：连续生产，操作方便，自动控制，卫生条件好。对预处理要求高，必须使用高分子絮凝剂。,离心脱水机：连续生产，操作方便，自动控制，卫生条件好，占地面积小。对预处理要求高，必须使用高分子絮凝剂。,污泥的干燥与焚烧,污泥经脱水、干化后，含水率仍较高，体积较大，为便于污泥最终处置，可进行干燥处理或焚烧。污泥经干燥处理后，含水率可降至20%左右。污泥经焚烧处理后，含水率可降至0，体积很小，性质稳定，便于运输，可进行综合利用或最终处置。污泥干燥的主要设备是回转圆筒式干燥器。常用的污泥焚烧设备有回转焚烧炉、多段焚烧炉和流化床焚烧炉等。,污泥的稳定处理,污泥的厌氧消化污泥的好氧消化污泥堆肥污泥的石灰稳定,厌氧生物处理的基本原理,厌氧消化（Anaerobic Digestion）过程存在于某些自然生态系统中，例如：沼泽、湖泊和海洋的沉积物、瘤胃动物的胃液等。在非自然的生态系统中，人们利用这种厌氧消化过程处理污水和污泥，防止大量有机物在环境中的有害积累，同时，回收厌氧消化过程中产生的甲烷作为能源再利用。在无氧条件下，污水中所含的碳水化合物、脂肪、蛋白质等复杂有机物被水解、发酵细菌厌氧分解转化成短链脂肪酸等物质。此时，如果条件合适，产甲烷细菌将开始繁殖活动，继续进行厌氧氧化，有机物最终形成甲烷（沼气）。,厌氧生物处理技术的优缺点,主要优点：与好氧生物处理法相比，废水处理成本低。适于处理高浓度废水，能耗低，且能够产生大量能源。厌氧废水处理设备负荷高（510kgBOD/m3.d），占地少。剩余污泥量少，污泥稳定，脱水性能好。对营养物的需求量少（BOD:N:P=300:5:1）厌氧污泥生物活性可保留一年以上，可间断或季节性运行,厌氧生物处理技术的优缺点,主要缺点：与好氧生物处理法相比，处理后出水水质较差，难以直接达标，一般需要进行后处理。厌氧微生物对有毒物质和环境条件较为敏感，操作不当可能导致反应器运行条件的恶化。由于厌氧细菌增殖缓慢，厌氧反应器初次启动过程需时较长，一般需要8 12周时间才能完成。,污泥的厌氧消化,污泥一般都采用厌氧消化法处理，即在无氧的条件下，由兼性菌及专性厌氧细菌降解有机污染物，分解的最终产物主要是二氧化碳和以甲烷为主的消化气（沼气），污泥经厌氧消化得以稳定。污泥厌氧消化过程也称为污泥厌氧生物稳定过程。污泥厌氧消化是一个极其复杂的过程，多年来，厌氧消化被概括为两阶段过程，即酸性发酵阶段和碱性发酵阶段。随着对厌氧消化微生物研究的不断深入，厌氧消化过程中不产甲烷细菌和产甲烷细菌之间的相互关系更加明确，1979年，伯力特（Bryant）等人根据微生物不同的生理类别和作用，提出了厌氧消化三阶段理论，成为目前较为公认的理论模式。,三阶段厌氧消化过程示意图,三阶段厌氧消化过程示意图,三阶段厌氧消化过程示意图,三阶段厌氧消化过程示意图,厌氧消化过程各大类细菌的位置,H2+CO2,乙酸,CH4+CO2,有机物,脂肪酸、有机酸、醇,产氢产乙酸菌,产甲烷菌,水解、发酵细菌,产甲烷菌,同型乙酸菌,厌氧消化的微生物学基础,不产甲烷细菌：产甲烷阶段以前所有降解有机物或产酸的微生物种类多，数量大，其中专性厌氧菌数量最多产甲烷细菌：主要形态（甲烷杆菌，甲烷球菌，八叠球菌，甲烷螺旋菌）主要特点：对温度敏感（中温：3336，高温：5053）对pH敏感（中性偏碱，pH 6.67.8）增殖缓慢（世代时间长，能量水平低，启动时间长）,污泥的厌氧消化,厌氧消化的影响因素：,温度：甲烷菌对温度的适应性很差，根据其生存的适宜温度范围，甲烷菌可分为两类，即中温甲烷菌（适宜温度3036）和高温甲烷菌（适宜温度5053）。当温度超出适宜温度范围时，厌氧消化反应速率则急剧下降。厌氧消化的允许温度波动范围为1.52.0。当波动范围为3时，就会严重抑制消化速率。当波动范围超过5时，就会使有机酸大量积累而破坏厌氧消化过程的正常运行。,污泥的厌氧消化,厌氧消化的影响因素：,污泥投配率与负荷：消化池的容积一般按污泥投配率（污泥消化时间）或固体容积负荷设计。城市污水处理厂污泥中温消化的污泥投配率以35%为宜，相应的水力停留时间为2030d。固体容积负荷定义为单位时间单位消化池容积所承担的挥发性固体（VSS）污泥量，一般以3.d为宜。,污泥的厌氧消化,厌氧消化的影响因素：,pH值、酸碱度和消化液的缓冲作用：pH值与酸碱度是厌氧消化过程中的重要控制因素。如前所述，产甲烷细菌对pH值的适应性很差，其适宜范围为pH 6.67.8。如果消化系统中的水解发酵阶段和产酸阶段的反应速率超过产甲烷阶段，则有机酸会积累，pH值下降，从而对产甲烷细菌产生抑制作用。但是，由于消化液具有缓冲作用，在一定范围内可避免发生这种情况。消化液的缓冲作用是由有机物分解产生的碳酸和氨氮提供的。消化系统的碱度应保持在2000mg/L以上。,污泥的厌氧消化,厌氧消化的影响因素：,搅拌和混合：厌氧消化过程是通过细菌体的内酶和外酶与有机底物的接触反应完成的，因此，为保证厌氧消化过程的顺利进行，必须采用一定的措施使两者充分混合接触。污泥厌氧消化通常采用的搅拌方式有：泵循环水力搅拌、机械搅拌、沼气循环搅拌或联合搅拌。,污泥的厌氧消化,厌氧消化的影响因素：,营养与碳氮比（C/N）：在厌氧消化过程中，细菌生长所需的营养由污泥提供。厌氧消化所需的碳源担负着双重任务，其一是作为反应过程的能源，其二是合成新细胞。合成细胞所需的C/N约为5:1，此外还要考虑作为能源的碳，因此，适宜的C/N应为（1020）:1。如C/N太高，合成细胞的氮量不足，消化液的缓冲能力低，pH值降低，抑制消化过程。如C/N太低，氮量过多，pH值升高，铵盐容易积累，也会抑制消化过程。,污泥的厌氧消化,厌氧消化的影响因素：,有毒物质：对于厌氧消化过程来说，任何物质的所谓“有毒”都是相对的，关键在于这些物质的浓度界限，即毒阈浓度。,污泥的厌氧消化,厌氧消化池的基本池型：,圆柱形卵形,污泥的厌氧消化,厌氧消化池的设计要点：,设消化池体积:污泥量：初沉池污泥，剩余污泥，含水率投配率：35（一般5）挥发性固体容积负荷：0.61.5kgVSS/m3.d(一般取1.0)投配与排泥：间歇式，连续式混合搅拌设备:（循环，搅拌，沼气，联合）加热保温设备：（体外热交换间接加热）沼气收集利用设备：（沼气柜，沼气锅炉）,厌氧消化技术的发展,两级厌氧消化：,根据中温消化的运行经验，在消化的前8天，产生的沼气量占全部产气量的80%左右，而一般中温消化的水力停留时间为20天左右，在整个消化过程中，为维持产甲烷细菌所需的适宜温度（3335），则需耗费大量的热能。因此，污泥中温消化常按两级消化进行设计，即在消化池总容积不变的前提下，将消化池按容积比例（1:1,2:1,3:2）分为两级。第一级消化池按普通消化池设计，采用加热和搅拌设备。第二级消化池不加热，不搅拌，依靠剩余热量继续消化。,厌氧消化技术的发展,两级厌氧消化：,两级厌氧消化工艺的主要特点：1）总容积不增加，且第二级消化池被简化，建设费用大幅度降低。2）第二级消化池不加热，不搅拌，能耗和运行费用大幅度降低。3）第二级消化池沼气产量低，可不设沼气收集设施。4）第二级消化池不搅拌，可兼作污泥后浓缩池。,厌氧消化技术的发展,两相厌氧消化：,如前所述，厌氧消化过程可分为水解发酵、产氢产乙酸和甲烷发酵三个阶段，各阶段的菌种、对环境的要求、分解过程、分解速度及最终产物都不相同，造成运行管理方面的诸多不便。近来出现的两相厌氧消化工艺是根据消化机理，将消化过程的第一、第二阶段（酸性发酵阶段）与第三阶段（碱性发酵阶段）分别在两个消化池中进行。,厌氧消化技术的发展,两相厌氧消化：,两相厌氧消化工艺的主要特点：厌氧消化分段在最佳环境条件下进行，消化速度快，效果好。由于效率提高，水力停留时间缩短（第一相约1d，第二相66.5d），消化池总容积可减少一半，建设费用大幅度降低。由于消化池容积大幅度减小，加热、搅拌等能耗和运行费用大幅度降低。两相环境条件互不干扰，便于运行管理。,厌氧生物处理技术的发展,20世纪60年代以来，随着生物发酵工程中固定化技术的发展，人们认识到提高反应器中污泥浓度的重要性，于是，基于微生物固定化原理的高速厌氧反应器取得突破性进展，研究开发出一系列新型高速厌氧反应器。厌氧滤池(Anaerobic Filter,AF)升流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Bed,UASB)厌氧流化床(Anaerobic Fludized Bed,AFB)膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular Sludge Bed,EGSB)厌氧挡板式反应器(Anaerobic Baffled Reactor,ABR)厌氧生物转盘(Anaerobic Rotating Biological Contactor,ARBC),升流式厌氧污泥床（UASB）,升流式厌氧污泥床（Upflow Anaerobic Sludge Bed，简称UASB）反应器是荷兰农业大学19741978年间研制出来的一种高效厌氧生物反应器。据1993年的报道，国外至少已有300多座生产规模处理装置在运行，其中设备最大容积达15600m3。UASB反应器的工作原理工作原理示意图：,升流式厌氧污泥床（UASB）,UASB反应器运行的三个重要前提：反应器内培养、形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥层（床）通过产气和进水的均匀分布，能够形成良好的自然搅拌作用设计合理的三相分离器，使颗粒污泥能够保留在反应器内,升流式厌氧污泥床（UASB）,UASB反应器的主要特点：UASB产生的剩余颗粒污泥在常温下可保存很长时间而不损失活性，因此，UASB采用剩余污泥接种，可使反应器启动时间缩短到几天之内。产气的搅拌作用使污泥床不断运动而与废水良好混合，因此，UASB一般不易形成沟流。由于没有填料，UASB有更大的空间容纳污泥，容积负荷比其它厌氧处理工艺更高。由于没有填料，UASB在投资和运行成本上更节省，能耗低，操作维护相对简易。,UASB的工艺设计,反应器容积进液系统三相分离器水封高度反应器形状、排泥和回流设施材料与防腐防臭与除臭辅助设备,厌氧好氧生物处理工艺,水解（酸化）好氧生物处理工艺的应用：难降解工业废水处理（印染废水，石油化工废水）城市污水处理（新建，改造，取代初沉池）水解（酸化）工艺的主要功能：溶解性有机物比例显著增加；BOD5/COD比值提高，可生化性改善；缩短好氧生物处理时间，减少曝气量；改变有机物组成，改善处理效果；可去除部分有毒有害物质（萘、卤代烃）。,污水处理与综合利用优化体系,污水,污水厌氧生物处理,生物、物理、化学后处理,污水排放,沼气：发电、燃料,污泥：农肥、土壤改良,出水：灌溉、养鱼、杂用,氮、磷、硫回收利用,污泥堆肥,污泥堆肥的基本原理：,在有氧的条件下，利用嗜温菌和嗜热菌的作用，分解污泥中的有机物质并杀灭传染病菌、寄生虫卵与病毒，使污泥达到稳定并提高污泥肥分。为了改善堆肥效果，一般采用膨胀剂（如已堆熟的污泥，稻草，麦秸、木屑或城市垃圾等）与污泥混合，以便增加堆料的孔隙度，使通风良好。同时，膨胀剂可降低污泥含水率并改善堆料的碳氮比。,污泥堆肥,污泥堆肥的工艺流程：,脱水泥饼,含水率调整,搅拌混合,一级堆肥,二级堆肥,筛分,成品,膨胀剂,空气,脱臭气,化肥,抽风机,污泥的石灰稳定法,污泥石灰稳定法是一种十分简单的方法，所需基建费用不高。在石灰稳定法中，实际上并没有有机物被直接降解，石灰稳定法不但不能使固体物量减少，而且使固体物量增加。由于固体物量增加，导致最终处置费用较其它稳定法高。石灰稳定法的主要作用是解决污泥的臭气问题并杀死病原菌。石灰稳定法使污泥的肥料价值降低，但可以改善污泥的脱水性能。,污泥的最终处置,污泥的农田绿地利用：污泥含有丰富的植物所需要的肥分及改善土壤所需的有机腐殖质，故污泥作为农田绿地利用是最佳的最终处置方法。污泥的建筑材料利用：污泥的建筑材料利用主要是制砖和制纤维板材污泥的填埋处置：污泥可单独填埋或与其它废弃固体物（如垃圾）一起填埋，填埋场地设计目标年限一般为10年以上。污泥的投海处置：沿海地区，可考虑把生污泥、消化污泥、脱水泥饼或焚烧灰投海。,第10章 城市污水处理厂的设计,典型的城市污水水质设计水质、水量厂址选择与工艺流程的确定平面布置的设计原则高程布置的设计原则水质监测指标和自动控制,典型的城市污水水质,生物处理构筑物的进水中有害物质浓度不得超过附录5规定的容许浓度；营养组合比：BOD5：N：P100：5：1典型的水质参数：BOD5100400 mg/LCODCr250800 mg/LSS150350 mg/L氨氮1540 mg/L总磷（以P计）410 mg/LpH69,城市污水处理厂的设计水质、水量,设计人口当量（as）：BOD5：2035 g/人