污水處理基礎知識
1、 常見基本概念
1. 污水處理
就是采用各種技術和手段,將污水中所含的污染物質分離去除、回收利用或將其轉化為無害物質,為使污水達到排入某一水體或再次使用的水質要求,對其進行 物理的、化學的、生物的處理 ,使水得到凈化的過程。
2. 污水水量
在一定的時間內排放污水的量,常用 m 3 /d 或 m 3 /h 表示。
3. 污水水質
用各種指標表征的污水的 物理、化學或生物 性質。
常見的指標有 PH 、 SS 、 COD 、 BOD 、 NH3-N 、 TP 、 TN 、油類物質、重金屬、大腸桿菌、色度、溫度等。
1) SS
固體懸浮物 ,一般單位 mg/L ,一般指用濾紙過濾水樣,將濾后截留物在 105 ℃溫度中干燥恒重后的固體重量。
2) COD
化學需氧量 ,一般單位 mg/L 。 是指在一定的條件下,采用一定的強氧化劑分析水樣時,所消耗的氧化劑量 。它是表示水中還原性物質多少的一個指標。水中的還原性物質有各種有機物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等,但主要的是有機物。因此,化學需氧量( COD )又 往往作為衡量水中有機物質含量多少的指標。 化學需氧量越大,說明水體受有機物的污染越嚴重。
3) BOD
生化需氧量 ,一般單位 mg/L 。 有機污染物經微生物分解所消耗溶解氧的量 。生物需氧量( BOD )指在有氧的條件下,由于微生物的活動,將水中的有機物氧化分解所消耗的氧的量,稱生化需氧量簡稱 BOD 。通常是指在 20 溫度下,經 5 天培養(yǎng)后所消耗的溶解氧的量,用 BOD5 表示, BOD5 常用來表示可被微生物分解的有機物的含量。
4) NH3-N
氨氮 ,一般單位 mg/L 。 氨氮是指水中以游離氨( NH3 )和銨離子( NH4+ )形式存在的氮 。動物性有機物的含氮量一般較植物性有機物為高。同時,人畜糞便中含氮有機物很不穩(wěn)定,容易分解成氨。氨氮是水體中的營養(yǎng)素,可導致水富營養(yǎng)化現象產生,是水體中的主要耗氧污染物,對魚類及某些水生生物有毒害。
5) DO
溶解氧是指溶解在水里氧的量,通常記作 DO ,用每升水里氧氣的毫克數表示。水中溶解氧的多少是衡量水體自凈能力的一個指標。
6) TN
即水中有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮與硝酸鹽氮之和;
7) TP
有機磷和無機磷之和;
4. 厭氧
污水生物處理中,沒有溶解氧也沒有硝態(tài)氮的環(huán)境狀態(tài)。溶解氧在 0.2mg/L 以下。
5. 缺氧
污水生物處理中,溶解氧不足或沒有溶解氧但有硝態(tài)氮的環(huán)境狀態(tài)。溶解氧在 0.2~0.5mg/L 左右。
6. 好氧
污水生物處理中,有溶解氧或兼有硝態(tài)氮的環(huán)境狀態(tài)。溶解氧在 2.0mg/L 以上。
7. 曝氣
指將空氣中的氧強制向液體中轉移的過程,其目的是獲得足夠的溶解氧。 此外,曝氣還有防止池內懸浮體下沉,加強池內有機物與微生物及溶解氧接觸的目的 , 從而保證池內微生物在有充足溶解氧的條件下,對污水中有機物的氧化分解。
8. 活性污泥
由 細菌、真菌、原生動物和后生動物等各種生物和金屬氫氧化物等無機物所形成的污泥狀的絮凝物。 有良好的吸附、絮凝、生物氧化和生物合成性能。
9. 活性污泥法
利用活性污泥在廢水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用,去除廢水中有機污染物的一種廢水處理方法。
10. 生物膜法
使廢水 接觸生長在固定支撐物表面上的生物膜 ,利用生物降解或轉化廢水中有機污染物的一種廢水處理方法。
11. 氣浮
氣浮法是在水中通入或產生大量的微細氣泡,使其附著在懸浮顆粒上,造成密度小于水的狀態(tài),利用浮力原理使它浮在水面,從而獲得固、液分離的方法。產生微氣泡的方式有曝氣和溶氣等。
12. 混凝
混凝的目的在于 通過向水中投加一些藥劑 (通常稱為混凝劑及助凝劑),使水中難以沉淀的膠體顆粒物能互相聚合,長大至能自然沉淀的程度,這個方法稱為混凝沉淀。在給水處理和廢水處理中混凝沉淀都是最常用的方法之一。
13. 過濾
在水處理過程中, 過濾一般指以石英砂等粒狀填料層截留水中懸浮物質 ,從而使水獲得澄清的工藝過程。過濾的主要作用是去除水中的懸浮或膠態(tài)物質,特別是能有效去除沉淀技術不能去除的微小粒子和細菌等,對 BOD 和 COD 等也有某種程度的去除效果。
14. 沉淀
利用懸浮物和水的密度差,重力沉降作用去除水中懸浮物的過程。
15. 幾種常用藥劑
PAC :聚合氯化鋁
PAM :聚丙烯酰胺
純堿: NaCO3
燒堿: NaOH
熟石灰: Ca ( OH ) 2
生石灰: CaO
16. 常用設備
格柵(人工格柵、機械格柵)
刮渣機(刮油、刮渣)
水泵(潛污泵、管道泵等)
風機(羅茨風機、離心風機)
填料(彈性填料、組合填料等)
曝氣設備(曝氣管、曝氣頭等)
氣浮設備(淺層氣浮、渦凹氣浮等)
過濾設備(一般過濾、超濾、反滲透等)
消毒設備( CLO2 消毒、紫外消毒等)
污泥脫水設備(板框壓濾機、帶式壓濾機、離心機等)
儀器、儀表( PH 計、壓力、 DO 、 MLSS 、液位計、在線監(jiān)測儀等)
2、 廢水來源與特性
1. 廢水的來源
根據來源不同,廢水可分為 生活污水 和 工業(yè)廢水 兩大類。
1 )生活污水
生活污水是人們日常生活中排出的水。它是從住戶、公共設施 ( 飯店、賓館、影劇院、體育場館、機關、學校和商店等 ) 和工廠的廚房、衛(wèi)生間、浴室和洗衣房等生活設施中排放的水。這類污水的 水質特點 是 含有較高的有機物,如淀粉、蛋白質、油脂等,以及氮、磷、等無機物,此外,還含有病原微生物和較多的懸浮物 。
2 )工業(yè)廢水
在工業(yè)生產過程中所排出的廢水。包括生產工藝廢水、循環(huán)冷卻水沖洗廢水以及綜合廢水。由于各種工業(yè)生產的工藝、原材料、使用設備的用水條件等的不同,工業(yè)廢水的性質千差萬別。
2. 廢水的特性
廢水中的污染物種類大致可如下區(qū)分:固體污染物、有機污染物、營養(yǎng)性污染物、酸堿污染物、有毒污染物、油類污染物、生物污染物、感官性污染物和熱污染等。
為了表征廢水水質,規(guī)定了許多水質指標。
主要有 SS 、 COD 、 BOD 、 pH 、 N 、 P 、油含量、色度、溫度、重金屬、大腸桿菌 等。
1) 固體污染物
固體污染物常用懸浮物( SS) 和濁度兩個指標來表示。
濁度:水的透明程度的量度。指水溶液中所含顆粒物對光的散射情況。
2) 有機污染物
主要用生化需氧量 (BOD) 、化學需氧量 (COD) 等指標來描述。
3) 營養(yǎng)性污染物
主要是氮、磷化合物 (NH3-N 、 TP ),引起富營養(yǎng)化
4) 酸堿污染物
主要由工業(yè)廢水排放的酸堿以及酸雨帶來。
水質標準中以 pH 值來反映其含量水平。
3、 水質標準
水質標準是用水對象 ( 包括飲用和工業(yè)用水對象等 ) 所要求的各項水質參數應達到的限值。可分為 國家標準、地方標準和行業(yè)標準 等不同等級。
1. 污水排放標準
1 )國家標準
《地表水環(huán)境質量標準》 GB3838-2002
《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》( GB18918-2002 )
《污水綜合排放標準》( GB8978-1996 )
2) 地方標準
3) 行業(yè)標準
4、 廢水處理方法
(一)按處理方式分為: 物理處理、化學處理、生物處理。
1. 物理處理
物理法主要是利用 物理作用 分離廢水中呈 懸浮狀態(tài) 的污染物質,在其處理過程中不改變污染物的化學性質。常用的物理法有 采用格柵、篩網、砂濾 等方法截留各類漂浮物、懸浮物等;利用 沉淀、氣浮等 方法分離比重與水不同的各類污染物質;利用離心法分離各類懸浮物質等。
2. 化學處理
化學法是利用化學反應的作用,去除污染物或改變污染物的性質。它包括 向廢水中投加各類絮凝劑 ,使之與水中的污染物起化學反應,生成不溶于水或難溶于水的化合物,析出沉淀,使廢水得到凈化的化學沉淀法; 利用中和過程處理 酸性或堿性廢水的中和法; 利用液氯、臭氧等強氧化劑 氧化分解廢水污染物的化學氧化法; 利用電解的原理 ,在陰陽兩極分別發(fā)生氧化和還原反應,使水體達到以凈化的電解法等。
3. 生物處理
生物法也稱為生物化學法,簡稱為 生化法 。生化處理法是處理污水中應用最廣泛且比較有效的一種方法,它是利用自然界中存在的各種 微生物 ,將污水中有機物分解和向無機物轉化,達到凈化水質、消除其對環(huán)境污染和危害的目的。
(二)按處理程度分主要分為 預處理,一級處理、二級處理、深度處理 。
1. 預處理(物理處理)
主要包括溫度調節(jié)、水質水量調節(jié)、預曝氣、隔油等;
格柵機、刮油刮渣機、調節(jié)池、沉砂池、初沉池等。
2. 一級處理(物化處理)
主要去除廢水中懸浮固體和漂浮物質,同時還通過中和或均衡等預頂處理對廢水進行調節(jié)。
主要采用物化處理,中和、混凝沉淀;
3. 二級處理(生物處理)
主要去除廢水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物質。
好氧 :主要采用生化處理,包括活性污泥法和生物膜法。
厭氧 :厭氧接觸工藝、厭氧生物轉盤、厭氧流化床等。
其他
高級氧化技術:光催化氧化技術、濕式氧化技術、微波技術
土地處理技術:植物修復法、人工濕地
新技術:磁分離技術、固定化微生物法等
1) 活性污泥法
例如 傳統(tǒng)活性污泥法、 A/O 、 A2/O 、 SBR 、 CASS 、氧化溝 等。
傳統(tǒng)活性污泥法
A/O 工藝:用于脫氮,工藝如下:
A/O 工藝:用于除磷,工藝如下:
④ A2/O (脫氮除磷),工藝如下:
SBR
SBR 是 間歇式活性污泥法 的簡稱,是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術,又稱序批式活性污泥法。
CASS
CASS (循環(huán)式活性污泥法)是將序批式活性污泥法( SBR )的反應池沿長度方向分為兩部分,前部為生物選擇區(qū)也稱預反應區(qū),后部為主反應區(qū)。在主反應區(qū)后部安裝了可升降的潷水裝置,實現了連續(xù)進水間歇排水的周期循環(huán)運行,集曝氣沉淀、排水于一體。
氧化溝
傳統(tǒng)活性污泥法污水處理技術的改良,外形呈封閉環(huán)狀溝,其特點是混合液在溝內不中斷地循環(huán)流動,形成厭氧、缺氧和好氧段,且將傳統(tǒng)的鼓風曝氣改為表面機械曝氣。
2) 生物膜法
例如 生物接觸氧化法、生物濾池、 BAF 、生物流化床、 MBR 、生物轉盤 等。
原理 :含有營養(yǎng)物質和接種微生物的污水在填料的表面流動,一定時間后,微生物會附著在填料表面而增殖和生長,形成一層薄的生物膜。
接觸氧化法
接觸氧化法是一種兼有活性污泥法和生物膜法特點的一種新的廢水生化處理法。這種方法的主要設備是生物接觸氧化濾池。在不透氣的曝氣池中裝有焦炭、礫石、塑料蜂窩等填料,填料被水浸沒,用鼓風機在填料底部曝氣充氧 , 這種方式稱謂鼓風曝氣裝置;空氣能自下而上,夾帶待處理的廢水,自由通過濾料部分到達地面,空氣逸走后,廢水則在濾料間格自上向下返回池底?;钚晕勰喔皆谔盍媳砻妫浑S水流動,因生物膜直接受到上升氣流的強烈攪動,不斷更新,從而提高了凈化效果。
MBR 膜生物反應器
MBR 又稱膜生物反應器( Membrane Bio-Reactor ) , 是一種由膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水處理技術。
4. 深度處理(物化處理)
一級、二級處理的基礎上,對難降解的有機物、磷、氮等營養(yǎng)性物質進一步處理。
主要包括過濾、消毒等,砂濾、活性炭過濾、精密過濾器、離子交換、反滲透膜、超濾、二氧化氯消毒、次氯酸鈉消毒、紫外消毒、臭氧消毒等。
5、 廢水項目資料收集
1 工程規(guī)模
1 ) 設計規(guī)模
依據 新疆科賽德薯業(yè)有限責任公司 提供,該項目廢水主要是 淀粉生產廢水 ,項目 廢水排水量 約為 150m3/h ,即日排放量為 3600m3/d 。
2 ) 進水水質
表 3-1 設計進水水質指標
水質指標 | CODcr mg/L | BOD 5 mg/L | SS mg/L | TN mg/L | pH (無量綱) |
數據 | |||||
3 ) 出水水質
處理后的廢水各污染因子均滿足 《污水綜合排放標準》( GB8978-2015 )表 1 中二級標準 要求。
表 3-2 《污水綜合排放標準》表 4 中二級標準要求
水質指標 | CODcr mg/L | BOD 5 mg/L | SS mg/L | 氨氮 mg/L | pH (無量綱) |
數據 | 100 | 20 | 70 | 15 | 6.0~9.0 |
2 工程類型
1) 改造項目
2) 新建項目
6、 各類廢水常用處理工藝
1 生活污水
這類污水的水質特點是含有較高的有機物,如淀粉、蛋白質、油脂等,以及氮、磷、等無機物,此外,還含有病原微生物和較多的懸浮物。
主體工藝:接觸氧化, SBR , AO , A2O ,氧化溝工藝等,后面可接消毒、人工濕地、微濾等。
2 食品廢水
食品工業(yè)原料廣泛,制品種類繁多,排出廢水的水量、水質差異很大。廢水中主要污染物有:
(1) 漂浮在廢水中固體物質,如菜葉、果皮、碎肉、禽羽等;
(2) 懸浮在廢水中的物質有油脂、蛋白質、淀粉、膠體物質等;
(3) 溶解在廢水中的酸、堿、鹽、糖類等:
(4) 原料夾帶的泥砂及其他有機物等;
(5) 致病菌毒等。
食品工業(yè)廢水的特點是有機物質和懸浮物含量高,易腐敗,一般無大的毒性。其危害主要是使水體富營養(yǎng)化,以致引起水生動物和魚類死亡,促使水底沉積的有機物產生臭味,惡化水質,污染環(huán)境。
主體工藝:行業(yè)不同,處理工藝不同
氧化溝、穩(wěn)定塘、 SBR 、 UASB 、 CASS 、生物接觸氧化工藝。
3 屠宰廢水
具有水量大、排水不均勻、濃度高、雜質和懸浮物多、可生化性好等特點。同時,相對于其他高濃度有機廢水的最大不同在于它的 NH3-N 濃度較高 ( 約 120mg/l) 。
隔油 + 水解酸化 +CASS+ 消毒
氣浮 +UASB/AF+SBR + 消毒
氣浮 + 二級接觸氧化
4 番茄廢水
主要以新鮮番茄為原料生產蕃茄制品。生產期由番茄成熟期所決定,一般生產時間范圍在每年 8 月至 10 月, 污水期短而集中。污水中污染物主要為:多糖、蔗糖、葡萄糖、果膠和纖維素等有機物,且污染物濃度隨時間是呈線性上升的,而番茄醬廢水的 pH 偏低,其值一般在 5.86~6.95 之間。
厭氧 ABR+ 生物接觸氧化
UASB+ 好氧
厭氧 AF+ 接觸氧化
④ 氣浮 + 厭氧 +CASS
5 垃圾滲濾液
垃圾滲濾液是指來源于垃圾填埋場中垃圾本身含有的水分、進入填埋場的雨雪水及其他水分,扣除垃圾、覆 土層 的 飽和持水量 ,并經歷垃圾層和覆土層而形成的一種高濃度的有機廢水。
垃圾滲濾液的性質隨著填埋場的運行時間的不同而發(fā)生變化 ,這主要是由填埋場中垃圾的穩(wěn)定化過程所決定的。垃圾填埋場的穩(wěn)定化過程通常分為五個階段,即初始化調整階段、過渡階段、酸化階段、甲烷發(fā)酵階段和成熟階段。
UASB+ 兩級 AO+ 膜處理
氨吹脫 + 厭氧 +MBR+ 膜處理
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