技術(shù)文章
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DYG021 普通活性污泥法污水處理實(shí)驗(yàn)裝置
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污水一級(jí)處理
污水一級(jí)處理又稱污水物理處理。通過簡單的沉淀、過濾或適當(dāng)?shù)钠貧?,以去除污水中的懸浮物,調(diào)整pH值及減輕污水的腐化程度的
工藝過程。處理可由篩選、重力沉淀和浮選等方法串聯(lián)組成,除去污水中大部分粒徑在100微米以上的顆粒物質(zhì)。篩濾可除去較大物質(zhì);重力沉淀可除去無機(jī)顆粒和相對(duì)密度大于1的有凝聚性的有機(jī)顆粒;浮選可除去相對(duì)密度小于1的顆粒物(油類等)。廢水經(jīng)過一級(jí)處理后一般仍達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。城市污水處理的三個(gè)級(jí)別中的第1級(jí),用以去除廢水中的漂浮物和部分懸浮狀態(tài)的污染物,調(diào)節(jié)廢水pH值,減輕廢水的腐化程度和后續(xù)處理工藝負(fù)荷。污水經(jīng)一級(jí)處理后,一般達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。所以一般以一級(jí)處理為預(yù)處理,以二級(jí)處理為主體,必要時(shí)再進(jìn)行三級(jí)處理,即高級(jí)處理,使污水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)或補(bǔ)充工業(yè)用水和城市供水。一級(jí)處理的常用方法有:
篩濾法
用來分離污水中呈懸浮狀態(tài)污染物。常用設(shè)備是格柵和篩網(wǎng)。格柵主要用于截留污水中大于柵條間隙的漂浮物,一般布置在污水處理廠或泵站的進(jìn)水口,以防止管道、機(jī)械設(shè)備及其他裝置的堵塞。格柵的清渣,可采用人工或機(jī)械方法。有的是用磨碎機(jī)將柵渣磨碎后,再投入格柵下游,以解決柵渣的處置問題。篩網(wǎng)的網(wǎng)孔較小,主要用以濾除廢水中的纖維、紙漿等細(xì)小懸浮物,以保證后續(xù)處理單元的正常運(yùn)行和處理效果。
沉淀法
通過重力沉降分離廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物。這種方法簡單易行,分離效果良好,應(yīng)用非常廣泛。主要構(gòu)筑物有沉砂池和沉淀池。沉砂池的作用是從廢水中分離比重較大的砂土等無機(jī)顆粒。沉砂池內(nèi)的污水流速控制到只讓比重大的無機(jī)顆粒沉淀,而不讓較輕的有機(jī)顆粒沉淀,以便把無機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒分離開來,分別處置。一般沉砂池能夠截留粒徑在0.15毫米以上的砂粒。沉砂池型式很多,以平流沉砂池截留效果為好。目前較先進(jìn)的技術(shù)是曝氣沉砂池,即在沉砂池一側(cè)曝氣,使污水在池內(nèi)呈螺旋狀流動(dòng)前進(jìn),以曝氣旋流速度控制砂粒的分離,流量變化時(shí)仍能保持穩(wěn)定的除砂效果。在曝氣的作用下,污水中的有機(jī)顆粒經(jīng)常處于懸浮狀態(tài),也可使砂?;ハ嗄Σ粒恋舾采w在表面上的有機(jī)污染物,以利于取得較為純凈的砂粒。用于一級(jí)處理的沉淀池,通稱初次沉淀池。其作用為:①去除污水中大部分可沉的懸浮固體;②作為化學(xué)或生物化學(xué)處理的預(yù)處理,以減輕后續(xù)處理工藝的負(fù)荷和提高處理效果。
上浮法
用于去除污水中漂浮的污染物,或通過投加藥劑、加壓溶氣等措施使一些污染物上浮而被去除。在一級(jí)處理工藝中,上浮法主要是用于去除污水中的油類雜質(zhì)。隔油池就是用來分離污水中顆粒較大的油品的。應(yīng)用較多的為平流式隔油池,處理效率一般為60~80%,出水含油量為100~200毫克/升。污水中油粒很小,甚至呈乳化狀態(tài)時(shí),則需用加壓溶氣或投加混凝劑等措施,使油粒凝集浮升,然后撇除。
預(yù)曝氣法
在污水進(jìn)入處理構(gòu)筑物以前,先進(jìn)行短時(shí)間(10~20分鐘)的曝氣。其作用為:①可產(chǎn)生自然絮凝或生物絮凝作用,使污水中的微小顆粒凝聚成大顆粒,以便沉淀分離;②氧化廢水中的還原性物質(zhì);③吹脫污水中溶解的揮發(fā)物;④增加污水中的溶解氧,減輕污水的腐化,提高污水的穩(wěn)定度。預(yù)曝氣一般可專設(shè)預(yù)曝氣池,也可與其他構(gòu)筑物合建。曝氣裝置與活性污泥法等所使用的基本相同。
污水二級(jí)處理
污水二級(jí)處理是污水經(jīng)一級(jí)處理后,再經(jīng)過具有活性污泥的曝氣池及沉淀池的處理,使污水進(jìn)一步凈化的工藝過程。
常用生物法和絮凝法。生物法是利用微生物處理污水,主要除去一級(jí)處理后污水中的有機(jī)物;絮凝法是通過加絮凝劑破壞膠體的穩(wěn)定性,使膠體粒子發(fā)生凝絮,產(chǎn)生絮凝物而發(fā)生吸附作用,主要是去除一級(jí)處理后污水中無機(jī)的懸浮物和膠體顆粒物或低濃度的有機(jī)物。經(jīng)過二級(jí)處理后的污水一般可以達(dá)到農(nóng)灌水的要求和廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。但在一定條件下仍可能造成天然水體的污染。
定義:城市污水處理的三個(gè)級(jí)別中的第二級(jí)。污水經(jīng)過一級(jí)處理后,進(jìn)行二級(jí)處理,以除去污水中大量有機(jī)污染物,使污水得到進(jìn)一步凈化。相當(dāng)長時(shí)間以來,把生物處理作為污水二級(jí)處理的主體工藝,因此,在城市污水處理中,二級(jí)處理通常作為生物處理的同義語使用。
技術(shù)流程
城市污水經(jīng)過篩濾、沉砂、沉淀等一級(jí)處理(預(yù)處理),雖然已去除部分懸浮物和25~40%的生化需氧量(BOD),但一般不能去除污水中呈溶解狀態(tài)的和呈膠體狀態(tài)的有機(jī)物和氧化物、硫化物等有毒物質(zhì),不能達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn),需要進(jìn)行二級(jí)處理。二級(jí)處理的工藝按BOD的去除率可分為兩類:一類是不*的二級(jí)處理。這種工藝可以去除BOD75%左右(包括一級(jí)處理),出水的BOD可在60ppm以下,主要采用高負(fù)荷生物濾池等設(shè)施。另一類是*的二級(jí)處理。這種工藝可以去除 BOD85~95%(包括一級(jí)處理),出水的BOD可在20ppm以下,主要采用活性污泥法。采用活性污泥法工藝處理,效果較好時(shí),出水的BOD可在10ppm以下,懸浮物可在15ppm以下,能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
絮凝處理含義
利用絮凝劑使水中懸浮顆粒發(fā)生凝聚沉淀的時(shí)處理過程。地面水中投加絮凝劑后形成的礬花或生活污水的有機(jī)性懸浮物、活性污泥等在沉淀池中沉降處理時(shí),絮體互相碰撞凝聚,顆粒尺寸變大,沉速隨深度加深而增快。這時(shí),水的沉淀處理效率不僅取決于顆粒沉速,而且與沉淀池深度有關(guān)。絮凝過程為水中細(xì)小膠體與分散顆粒由于分子吸引力的作用互相粘結(jié)凝聚的過程,分自由絮凝與接觸絮凝兩種類型(前者發(fā)生在沉淀池中,而后者發(fā)生在懸浮澄清池或接觸濾池中),生成的礬花在沉淀、過濾等水處理過程中起著強(qiáng)化和提高處理效率的作用。
污水三級(jí)處理
城市污水處理三個(gè)級(jí)別中的后一級(jí),是污水高級(jí)處理(又稱深度處理)措施。污水經(jīng)過二級(jí)處理后,仍含有磷、氮和難以生物降解的有機(jī)物、礦物質(zhì)、病原體等,需要進(jìn)一步凈化處理,以便消除污染。污水高級(jí)處理的另一種形式是物理化學(xué)處理法(見廢水物理化學(xué)處理法)。
技術(shù)原理
污水三級(jí)處理是污水經(jīng)二級(jí)處理后,進(jìn)一步去除污水中的其他污染成分(如;氮、磷、微細(xì)懸浮物、微量有機(jī)物和無機(jī)鹽等)的工藝處理過程。
操作方法
主要方法有生物脫氮法、凝集沉淀法、砂濾法、硅藻土過濾法、活性炭過濾法、蒸發(fā)法、冷凍法、反滲透法、離子交換法和電滲析法等。
根據(jù)三級(jí)處理出水的具體去向和用途,其處理流程和組成單元有所不同。如果為防止受納水體富營養(yǎng)化,則采用除磷和除氮的處理單元過程;如果為保護(hù)下游飲用水源或浴場(chǎng)不受污染,則應(yīng)采用除磷、除氮、除毒物、除病原體等處理單元過程;如果直接作為城市飲用以外的生活用水,例如洗衣、清掃、沖洗廁所、噴灑街道和綠化地帶等用水,其出水水質(zhì)要求接近于飲用水標(biāo)準(zhǔn),則要采用更多的處理單元過程。污水的三級(jí)處理廠與相應(yīng)的輸配水管道結(jié)合起來便形成城市的中水道系統(tǒng)。
三級(jí)處理各個(gè)單元處理過程如下:
污水處理
一級(jí)處理是它通過機(jī)械處理,如格柵、沉淀或氣浮,去除污水中所含的石塊、砂石和脂肪、油脂等。二級(jí)處理是生物處理
除磷
有效和實(shí)用的除磷方法是化學(xué)沉淀法,即投加石灰或鋁鹽、鐵鹽形成難溶性的磷酸鹽沉淀。石灰與廢水中的磷酸根離子發(fā)生如下反應(yīng)而形成難溶的羥基磷灰石沉淀:3HPO3-+5Ca2++4OH-=Ca5(OH)(PO4)3↓+3H2O為了保證投加石灰的沉淀除磷效果,必須將pH值提高到9.5~11.5。
鋁鹽和磷酸根反應(yīng)生成的磷酸鋁在pH值為 6時(shí)沉淀效果好,鐵鹽和磷酸根反應(yīng)生成的磷酸鐵在PH值為4時(shí)沉淀效果好。為了確定金屬鹽的準(zhǔn)確投量,須對(duì)待處理的污水進(jìn)行小型試驗(yàn)。
除氮
生物硝化-反硝化法:是好氧生物處理過程和厭氧生物處理過程串聯(lián)工作的系統(tǒng)。污水中的含氮有機(jī)物首先經(jīng)需氧生物處理轉(zhuǎn)化為硝酸鹽,隨后再經(jīng)厭氧生物處理將硝酸鹽還原為氮?dú)馕龀龆蝗コ?。有多種處理流程,如三級(jí)串聯(lián)的活性污泥法處理系統(tǒng),其中第1級(jí)用于氧化碳水化合物,第二級(jí)用于氧化含氮有機(jī)物,而第三級(jí)是使第二級(jí)產(chǎn)生的硝酸鹽在厭氧條件下還原析出氮?dú)?。在所有的處理流程中,都是向厭氧系統(tǒng)中投加一些補(bǔ)充的需氧源(如甲醇),以使反硝化所需的反應(yīng)時(shí)間縮短而切合實(shí)用。
物理-化學(xué)法:有三種方法,即吹脫法、折點(diǎn)氯化法和選擇性離子交換法。①吹脫法:使污水的銨離子在高pH值的條件下大部轉(zhuǎn)變成氨氣:
NH4++OH-=NH3↑+H2O
在溫度25℃和pH值為7、9、11的條件下,溶液中NH4+與NH3的分配比分別為180、1.8和0.018,因此吹脫法除氮適宜的pH值在11左右。將污水調(diào)到這樣高的pH值以后送入吹脫塔中,自上而下噴灑流動(dòng),與向上流動(dòng)的空氣逆流接觸而將氨氣吹出。吹脫法的除氮效率主要受到溫度的影響。如在氣溫為20℃和10℃時(shí),除氮率分別為95%和75%。②折點(diǎn)氯化法:見水的消毒。③選擇性離子交換法:是以沸石(特別是斜發(fā)沸石)對(duì)銨離子比對(duì)鈣、鎂和鈉等離子有優(yōu)先交換吸附的性能為基礎(chǔ)來去除氨氮的。將斜發(fā)沸石破碎篩分成20~50目的顆粒,填裝于濾池中。廢水大約以每小時(shí)10倍濾床體積的濾速流經(jīng)沸石濾池。大約流過200倍濾床體積的正常濃度的城市污水以后,濾出水中會(huì)出現(xiàn)氨氮。此時(shí)便需要用濃食鹽水溶液對(duì)沸石濾床進(jìn)行再生。用過的濃食鹽溶液可通過吹脫等方法脫氨,然后重復(fù)使用。
除有機(jī)物
活性炭能有效地除去二級(jí)處理出水中的大部分有機(jī)污染物。一些三級(jí)處理廠的粉末活性炭接觸吸附裝置(或粒狀活性炭過濾吸附裝置)去除化學(xué)需氧量(COD)和總有機(jī)碳(TOC)的代表性的效率為70~80%,每公斤活性炭吸附容量為0.25~0.87公斤COD,具體吸附容量是由進(jìn)水的有機(jī)物濃度和所要求的出水有機(jī)物濃度決定的。在任何情況下,活性炭的實(shí)際吸附容量比按吸附等溫線試驗(yàn)測(cè)定的吸附容量大得多。這主要是在活性炭上還有生物吸附和氧化作用所致(見廢水活性炭處理法)。臭氧氧化法和活性炭吸附法配合使用,往往能更有效地去除有機(jī)物并可延長活性炭的使用壽命。臭氧能將有機(jī)物氧化降解,減輕活性炭的負(fù)荷,還能將一些難以生物降解的大分子有機(jī)物分解為易于生物降解的小分子有機(jī)物,而便于被活性炭吸附和生物降解。臭氧氧化的廢水流經(jīng)活性炭濾池時(shí)因含有較多的氧氣而會(huì)增強(qiáng)活性炭的生物活性,提高生物氧化能力。除無機(jī)物有三種可采用的方法:即離子交換、電滲析和反滲透。在污水三級(jí)處理中用反滲透法脫除礦物質(zhì)和有機(jī)污染物受重視。使用高效除鹽膜反滲透裝置的結(jié)果證明,總?cè)芙庑怨腆w可去除90~95%,磷酸鹽可去除95~99%,氨氮可去除80~90%,硝酸鹽氮可去除50~85%,懸浮物可去除99~100%,總有機(jī)碳可去除90~95%??梢?,反滲透法能有效地去除多種污染物。缺點(diǎn)是設(shè)備造價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用都高。另外,反滲透膜容易被污染物堵塞,需要清洗。有些三級(jí)處理系統(tǒng)是由超過濾和反滲透串聯(lián)組成的,前者主要去除有機(jī)污染物,而后者去除溶解性無機(jī)物。除病原體用鋁鹽和鐵鹽混凝沉淀,可去除病原體99%以上,經(jīng)濾池過濾進(jìn)一步提高去除率。但是,病原體并未被殺滅,仍在污泥中存活,而用石灰在pH值大于或等于10.5的條件下混凝沉淀則能殺滅污泥中的病毒。用臭氧殺滅病毒的效果也較好。廢水三級(jí)處理廠基建費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)用都很昂貴,約為相同規(guī)模二級(jí)處理廠的2~3倍,因此其發(fā)展和推廣應(yīng)用受到限制,只運(yùn)用于嚴(yán)重缺水的地區(qū)或城市,回收和利用經(jīng)三級(jí)處理后的出水。