水污染控制工程复习提要1

第九章、污水水质和污水出路1. 污水的水质（水质参数:水中污染物程度的表示）水质指标是水中杂质共同表现的综合特征。水中杂质具体衡量的尺度称为水质指标。它是对水体进行监测、评价、利用和污染处理的主要根据。它水质指标项目繁多，主要可分为三类：第一类：物理性水质指标：温度、色度、臭味、浊度、悬浮固体等；第二类：化学性水质指标：pH 值、硬度、各种阴阳离子等；第三类：生物学水质指标：细菌总数、大肠菌群数、各种病原菌数、病毒数等。2. 水污染控制指控制废水对环境的污染，防止水资源的破坏和环境质量的下降，将“防” 、 “治” 、“管”结合起来。3. 环境标准地面水环境质量标准该标准分为五类：I 类 主要适用于源头水、国家自然保护区；II 类 主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵区III 类 主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区IV 类 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区V 类 主要适用于农业用水区及一般景观要求区域污水综合排放标准本标准按照地面水域使用要求和污水排放去向，对排放的污水分别执行一、二、三级标准。特殊保护水域：城镇集中式生活饮用水源地一级保护区、国家划定的重点风景名胜区水体、珍贵鱼类保护区及其它有特殊经济文化价值的水体保护区，以及海水浴场等水体，不得新建排污口，现有的排污单位有地方环保部门从严控制，以保证收纳水体符合规定用途的水质标准。重点保护水域：城镇集中式生活饮用水源地二级保护区、一般经济鱼业水区等，对排入本区水域的污水执行一级标准。一般保护水域：一般工业用水区、景观用水区及农业用水区、港口和海洋开发作业区，对排入本区水域的污水执行二级标准，对排入城镇下水道并进入二级处理区进行生物处理的污水执行三级标准(二级标准以下的污水不能直接排放） 。对排入未设置二级污水处理厂的城镇下水道的污水，必须根据下水道出水受纳水体的功能要求，分别执行一级及二级标准。第一类污染物：指能在环境或动植物体内积累，对人体健康产生长远不良影响的污染物。对含有此类污染物的污水，不分行业和污水排放方式，也不分受纳水体的功能类别，一律在车间或车间处理设施排出口取样，其最高允许排放浓度必须符合表 2-3 的规定。第二类污染物：指其长期影响小于第一的污染物，在排放单位排除口取样，其最高排放浓度要按地面水使用功能的要求和污水排放去向，分别执行表 15 中的一、二、三级标准。4. 污水处理的分级一级处理（Primary Treatment ）( 预处理)主要分离水中的悬浮固体物、胶体物、浮油等，调节 pH 值、减轻废水的腐化程度和后续处理工艺的处理方法。可以采用水质调节、自然沉降、上浮、隔油、筛滤和预曝气等。对城市污水，一级处理的去除率为 2040 ， SS 去除率 5070。经一级处理后，一般不到排放标准，特别是除去溶解性的和呈胶体状态的有机污染物。所以一般以一级处理为预处理，以二级处理为主体，必要时再进行三级处理，即深度处理, 使污水达到排放标准或补充工业用水和城市供水。二级处理（Second Treatment ）主要是去除可生物降解的可溶性有机和部分胶体污染物，用以减少废水中的 BOD 和部分 COD，通常采用生物化学方法处理。近年来，有采用化学或生物处理法作为二级处理主体工艺的趋势，并随着化学药剂品种的不断增加，处理设备和工艺的不断改进而得到推广，如含磷酸盐废水和含胶体物质的废水须用化学混凝沉淀法处理。因此，二级处理作为生化处理的同义词已经失去意义。对城市污水，二级处理的去除率为 7595 ， SS 去除率 7595 。污水的三级处理（Tertiary Treatment）(深度处理 Advanced Treatment)主要是去除生物难降解的有机物（BOD 和 COD）和废水中溶解的无机污染物、颜色和异味，特别是除磷和氮等。一个完善的三级处理往往以废水回收和回用为目的。它由处除磷、除氮和除生物难降解有机物、除病毒和病原菌等单元过程。常用的方法有生物硝化和反硝化，活性碳吸附，化学氧化，离子交换或膜分离技术等。5. 城市废水处理的一般流程废水 格栅 沉砂池 沉淀池 生物处理 二次沉淀池 三级处理污泥处理垃圾处理沉渣处理 污泥浓缩一级处理出水沉渣处理二级处理出水部分污泥回流三级处理出水一级处理 二级处理 三级处理第十章、污水的物理处理1. 格栅和筛网格栅定义：格栅由一组（或多组）相平行的金属栅条与框架组成，倾斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物及杂质。作用：去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行。选用栅条间距的原则：不堵塞水泵和水处理厂、站的处理设备。格栅的清渣方法人工清除：与水平面倾角：4560；设计面积应采用较大的安全系数，一般不小于进水渠道面积的 2 倍，以免清渣过于频繁。机械清除：与水平面倾角：6070；过水面积一般应不小于进水管渠的有效面积的 1.2 倍。筛网作用：用于废水处理或短小纤维的回收形式：振动筛网；水力筛网格栅、筛网截留的污染物的处置方法：填埋；焚烧（820以上） ；堆肥；将栅渣粉碎后再返回废水中，作为可沉固体进入初沉池。2. 沉淀的基础理论定义：沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。沉淀处理工艺的四种用法沉砂池：用以去除污水中的无机易沉物。初次沉淀池：较经济地去除，减轻后续生物处理构筑物的有机负荷。二次沉淀池：用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、活性污泥等，使处理后的水得以澄清。污泥浓缩池：将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩，以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理费用等。沉淀类型根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀可分成四种类型：自由沉淀：悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉淀, 颗粒沉淀轨迹呈直线。沉淀过程中,颗粒的物理性质不变。发生在沉砂池中。絮凝沉淀：悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因相互聚集增大而加快沉降，沉淀轨迹呈曲线。沉淀过程中，颗粒的质量、形状、沉速是变化的。化学絮凝沉淀属于这种类型。区域沉淀或成层沉淀：悬浮颗粒浓度较高（5000mg/L 以上） ；颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩池中发生。压缩沉淀：悬浮颗粒浓度很高；颗粒相互之间已挤压成团状结构，互相接触，互相支撑，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。二沉池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。沉淀池的工作原理理想沉淀池分为：进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域四个部分3. 沉砂池基本概念沉砂池的作用：从污水中去除砂子、煤渣等密度较大的无机颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行；沉砂池的工作原理：以重力或离心力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。沉砂池的几种形式：平流式、竖流式、曝气沉砂池、旋流式沉砂池、Doer 沉砂池等。沉砂池工程设计中的设计原则与主要参数城市污水厂一般均设置沉砂池，并且沉砂池的个数或分格数应不 小于 2；工业污水是否要设置沉砂池，应根据水质情况而定。设计流量应按分期建设考虑：最大时流量、最大组合流量、合流制流量。沉砂池去除的砂粒相对密度为 2.65，粒径为 0.2mm 以上。城市污水的沉砂量可按每 106m3 污水沉砂 30m3 计算，其含水率约为 60%，容重约1500kg/m3。贮砂斗的容积应按 2d 沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于 55,排砂管直径不应小于200mm。沉砂池的超高不宜小于 0.3m。主要沉砂池平流式沉砂池.平流式沉砂池的系统参数 ：污水在池内的最大流速为 0.3m/s，最小流速为 0.15m/s；最大流量时，污水在池内的停留时间不少于 30s，一般为 3060s；有效水深应不大于 1.2m，一般采用 0.251.0m，池宽不小于 0.6m；池底坡度一般为 0.010.02，当设置除砂设备时，可根据除砂设备的要求，考虑池底形状。 .平流式沉砂池的计算公式 ：长度 L：式中：v最大设计流量时的速度，m/s；t 最大设计流量时的停留时间, s。水流断面面积 A：式中：qvmax最大设计流池总宽度 b：式中： h2设计有效水深。贮砂斗所需容积 V：式中: X城市污水的沉砂量, 一般采用 30m3/ (106m3 污水）; T排砂时间的间隔,d; kz 生活污水流量的总变化系数。贮砂斗个部分尺寸计算：设贮砂斗底宽 b1=0.5m；斗壁与水平面的倾角为 60；则贮砂斗的上口宽 b2 为：vq/max2/h6zv1084maxkTXq贮砂斗的容积 V1：式中:h3 贮砂斗高度，m ；S1，S2 贮砂斗上口和下口 的面积。贮砂室的高度 h3：设采用重力排砂，池底坡度 i=6%，坡向砂斗，则池总高度 h：式中: h1超高，m；h2有效水深,m; h3贮砂斗高度,m。核算最小流速 vmin ：式中:qvmin 设计最小流量，m3/s；n1最小流量时工作 的沉砂池数目;Amin最小流量时沉砂池中的水流断面面积， m2。曝气沉砂池.曝气沉砂池的特点：沉砂中含有机物的量低于 5%；由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡以及加速污水中油类的分离等作用。.曝气沉砂池的构造：曝气沉砂池是一个长形渠道，沿渠道壁一侧的整个长度上，距池底约 6090cm 处设置曝气装置；在池底设置沉砂斗，池底有 i=0.10.5 的 坡度，以保证砂粒滑入砂槽；为了使曝气能起到池内回流作用，在必要时可在设置曝气装置的一侧装设挡板。.曝气沉砂池的工作原理污水在池中存在着两种运动形式，其一为水平流动（一般流速 0.1m/s） ，同时在池的横断面上产生旋转流动（旋转流速 0.4m/s ） ，整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦，并受到气泡上升时的冲刷作用，使粘附在砂粒上的有机污染物得以去除，沉于池底的砂粒较为纯净，有机物含量只有 5%左右，长期搁置也不至于腐化。. 曝气沉砂池的设计参数水平流速一般取 0.080.12m/s;污水在池内的停留时间为 46min；雨天最大流量时间为 13 min。如作为预曝气，停留时间为 1030min;池的有效水深为 23m，池宽与池深比为 11.5，池的长宽比可达 5，当池长宽比大于5 时，应考虑设置横向挡板;曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为 2.56.0mm，距池底约为 0.60.9m，并应有调节阀门;曝气沉砂池的形状应尽可能不产生偏流和死角，在砂槽上方宜安装纵向挡板，进出口布置，应防止产生短流。4. 沉淀池沉淀池的分类按使用功能分初次沉淀池：生物处理法中的预处理，去除约 30%的 BOD5，55%的悬浮物；13260tgbh)( 2131SShV 2/)(06.06.323 bLhlh321hmin1invi/Aq二次沉淀池：生物处理构筑物后，是生物处理工艺的组成部分。按水流方向分平流式：池型：长方形一端进水,另一端出水；贮泥斗在池进口。竖流式：池内水流由下向上；池型:多为圆形, 有方形或多角形；池中央进水，池四周出水；贮泥斗在池中央。辐流式：池内水流向四周辐流；池型:多为圆形, 有方形或多角形；池中央进水，池四周出水；贮泥斗在池中央。沉淀池特点与适用条件池型 池型 缺点 适用条件平流式 1. 对冲击负荷和温度变化的适应能力较强；2. 施工简单，造价低采用多斗排泥，每个泥斗需单独设排泥管各自排泥，操作工作量大，采用机械排泥，机件设备和驱动件均浸于水中，易锈蚀1. 适用地下水位较高及地质较差的地区；2. 适用于大、中、小型污水处理厂竖流式 1. 排泥方便，管理简单；2. 占地面积较小1. 池深度大，施工困难；2. 对冲击负荷和温度变化的适应能力较差；3. 造价较高；4. 池径不宜太大适用于处理水量不大的小型污水处理厂辐流式 1. 采用机械排泥，运行较好，管理较简单；2. 排泥设备已有定型产品1. 池水水流速度不稳定；2. 机械排泥设备复杂，对施工质量要求较高1. 适用于地下水位较高的地区；2. 适用于大、中型污水处理厂沉淀池的组成沉淀池由五部分组成：进水区、出水区的功能是使水流的进入与流出保持平稳，以提高沉淀效率。沉淀区是沉淀进行的主要场所。贮泥区贮存、浓缩与排放污泥。缓冲区避免水流带走沉在池底的污泥。沉淀池的运行方式间歇式工作过程：进水、静止、沉淀、排水。污水中可沉淀的悬浮物在静止时完成沉淀过程，由设置在沉淀池壁不同高度的排水管排出连续式工作过程：污水连续不断地流入与排出。污水中可沉颗粒的沉淀在流过水池时完成，这时可沉颗粒受到重力所造成的沉速与水流流动的速度两方面的作用。沉淀池的一般设计原则及参数设计流量沉淀池的设计流量与沉砂池的设计流量相同。在合流制的污水处理系统中，当废水是自流进入沉淀池时，应按最大流量作为设计流量；当用水泵提升时，应按水泵的最大组合流量作为设计流量。在合流制系统中,应按降雨时的设计流量校核，但沉淀时间应不小于30min。沉淀池的只数对于城市污水厂，沉淀池的个数不应少于 2 只。沉淀池的经验设计参数对于城市污水处理厂，如无污水沉淀性能的实测资料时，可参照教材表 10-8 的经验参数选用。沉淀池的有效水深、沉淀时间与表面水力负荷的相互关系见教材表 10-9。沉淀池的几何尺寸池超高不少于 0.3m；缓冲层高采用 0.30.5m；贮泥斗斜壁的倾角，方斗不宜小于60，圆斗不宜小于 55；排泥管直径不小于 200mm。沉淀池出水部分一般采用堰流, 在堰口保持水平。出水堰的负荷: 对初沉池, 应不大于 2.9L/(sm); 对二次沉淀池, 一般取 1.52.9 L/(sm)。亦可采用多槽出水布置，以提高出水水质。贮泥斗的容积一般按不大于 2d 的污泥量计算。对二次沉淀池，按贮泥时间不超过 2h 计。排泥部分沉淀池一般采用静水压力排泥，静水压力数值如下：初次沉淀池不应小于14.71kPa（1.5mH2O） ；活性污泥法的二沉池应不小于 8.83 kPa（0.9mH2O ） ；生物膜法的二沉池应不小于 11.77 kPa（1.2mH2O ） 。5. 平流式沉淀池平流式沉淀池的构造及工作特点：进水区有整流措施，保证入流污水均匀稳定地进入沉淀池。出水区设出水堰，控制沉淀池内的水面高度，保证沉淀池内水流的均匀分布。沉淀池应沿整个出流堰的单位长度溢流量相等，对于初沉池一般为 250m3/（md） ，二沉池为 130250 m3/（md） 。锯齿形三角堰应用最普遍，水面宜位于齿高的 1/2 处。为适应水流的变化或构筑物的不均匀沉降，在堰口处需要设置能使堰板上下移动的调节装置，使出口堰口尽可能水平。堰前应设置挡板，以阻拦漂浮物，或设置浮渣收集和排除装置。多斗式沉淀池，不设置机械刮泥设备。每个贮泥斗单独设置排泥管，各自独立排泥，互不干扰，保证沉泥的浓度。平流式沉淀池的设计：沉淀池的表面积 A：式中：qvmax 最大设计流量；m3/s；q 表面水力负荷, m3/(m2h)，初沉池一般取 1.53 m3/(m2h)，二沉池一般取 12m3/(m2h)。沉淀区有效水深 h2：式中：t 沉淀时间,h,初沉池一般取 12h,二沉池一般取 1.52.5h。淀区有效水深 h2通常取 23m。沉淀区有效容积 V1： 或沉淀池长度 L：式中：v 最大设计流量时的水平流速, mm/s; 一般不大于 5mm/s。360maxvth22A 360max1tqVv6.3tv沉淀池总宽度 b：沉淀池的个数 n：式中: b 每个沉淀池宽度。平流式沉淀池的长度一般为 3050m，为了保证污水在池内分布均匀，池长与池宽比不小于 4，以 45 为宜。污泥区容积：对于生活污水，污泥区的总容积 V：式中：S 每人每日的污泥量，L/(d人),可参考教材表 10-8；N 设计人口数，人；T 污泥贮存时间，d。沉淀池的总高度 h：式中：h1 沉淀池超高, m;一般取 0.3m；h2 沉淀区的有效深度，m；h3 缓冲层高度，m；无机械刮泥设备时 ,取 0.5m；有机械刮泥设备时，其上缘应高出刮板0.3m； h4 污泥区高度， m；h4泥斗高度，m；h4梯形的高度，m。污泥斗的容积 V1：式中:S1 污泥斗的上口面积,m2 ；S2 污泥斗的下口面积，m2。污泥斗以上梯形部分污泥容积 V2：式中：L1 梯形上底边长, m；L2 梯形上底边长，m。6. 竖流式沉淀池竖流式沉淀池的工作原理在竖流式沉淀池中，污水是从下向上以流速 v 做竖向流动，废水中的悬浮颗粒有以下三种运动状态：当颗粒属于自由沉淀类型时，其沉淀效果（在相同的表面水力负荷条件下）竖流式沉淀池的去除率要比平流式沉淀池低。当颗粒属于絮凝沉淀类型时，由于在池中的流动存在着各自相反的状态，就会出现上升着的颗粒与下降着的颗粒，上升颗粒与上升颗粒之间、下沉颗粒与下沉颗粒之间的相互接触、碰撞，致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒的沉淀。竖流式沉淀池的构造竖流式沉淀池的平面可为圆形、正方形或多角形。竖流式沉淀池的深、宽（径）比一般不大于 3，通常取 2。7. 辐流式沉淀池辐流式沉淀池的构造及特点辐流式沉淀池是一种大型沉淀池，池径可达 100m,池周水深 1.53.0m。有中心进水、周边进水、周进周出、旋转臂配水等几种形式。沉淀与池底的污泥一般采用刮泥机刮除，对辐流式沉淀池而言，目前常用的刮泥机械有中心传动式刮泥机和吸泥机以及周边传动式的刮泥机与吸泥机等。周边进水辐流式沉淀池的入流区在构造上的特点进水槽断面较大，而槽底的孔口较小，布水时的水头损失集中在孔口上，故布水比较均匀。进水挡板的下沿深入水面下约 2/3 深度处，距进水孔口有一段较长的距离，这有助于进LA/ 10SNT4321h)(321214ShbhL421)(一步把水流均匀地分布在整个入流渠的过水断面上，而且废水进入沉淀区的流速要小得多，有利于悬浮颗粒的沉淀。8. 斜流式沉淀池斜流式沉淀池的构造斜流式沉淀池是根据浅池理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管而构成。它由斜板（管）沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成。按斜板或斜管间水流域污泥的相对运动方向来区分，斜流式沉淀池有同向流和异向流两种。污水处理中常采用升流式异向流斜流沉淀池。异向斜流式沉淀池中，斜板（管）于水平面呈 60 角，长度通常为 1.0m 左右，斜板净距（或斜管孔径）一般为 80100mm。斜板（管）区上部清水区水深为 0.71.0m，底部缓冲层高度为 1.0m。斜流式沉淀池在废水处理中的应用斜流式沉淀池具有沉淀效率高、停留时间短、占地少等优点，在给水处理中得到比较广泛的应用，在废水处理中应用不普遍。在选矿水尾矿浆的浓缩、炼油厂含油废水的隔油等方面已有较成功的经验，在印染废水处理和城市污水处理中也有应用。9. 隔油和破乳含油废水的来源：纺织工业中的洗毛废水；轻工业中的制革废水；石油开采及加工工业；铁路及交通运输工业；屠宰及食品加工；固体燃料热加工；机械工业中车削工艺中的乳化液。油的状态呈悬浮状态的可浮油：油滴的粒径较大，可以依靠油水密度差而从水中分离出来，对于石油炼厂废水而言，这种状态的油一般占废水中含油量的 60%80%左右。粒径：60m 以上平流分离 100150m；斜板 60m 以上；呈乳化状态的乳化油：非常细小的油滴，由于其表面有一层由乳化剂形成的稳定薄膜，阻碍油滴合并，故不能用静沉法从废水中分离出来；若能消除乳化剂的作用，乳化油剂可转化为可浮油，称为破乳。乳化油经过破乳之后，就能用沉淀法分离。细分散油粒： 1060m，乳化油：粒径 10m ；呈溶解状态的溶解油：油品在水中的溶解度非常低，只有几个毫克每升。溶解油：515mg/L。油污染对环境的危害土壤：含油废水侵入土壤孔隙间形成油膜，产生堵塞作用，致使空气、水分及肥料均不能渗入土中，破坏土层结构，不利于农作物的生长,甚至导致农作物枯死。水体：含油废水排入水体后将在水面上产生油膜，阻碍大气中的氧向水体转移，使水生生物处于严重缺氧状态而死亡。在滩涂上还会影响养殖和利用。沟道：含油废水排入城市沟道，对沟道、附属设备及城市污水处理厂都会造成不良影响。乳化油及破乳方法当油和水相混，又有乳化剂存在时，乳化剂会在油滴与水滴表面上形成一层稳定的薄膜，这时油和水就不会分层，而呈一种不透明的乳状液。当分散相是油滴时，称水包油乳状液；当分散相是水滴时，则称为油包水乳状液。破乳方法简介：破乳的基本原理：破坏液滴界面上的稳定薄膜，使油、水得以分离。投加换型乳化剂：投入适量“换型剂”后，在水包油（或油包水）乳状液转型为油包水（或水包油）乳状液过程中，存在着一个转化点，这时的乳状液非常不稳定，油水可能形成分层。投加盐类、酸类：可使乳化剂失去乳化作用。投加某种本身不能成为乳化剂的表面活性剂：如异戊醇，从两相界面上挤掉乳化剂而使其失去乳化作用。搅拌、振荡、转动：通过剧烈的搅拌、振荡或转动，使乳化的液滴猛烈相碰撞而合并。过滤：如以粉末为乳化剂的乳状液，可以用过滤法拦截被固体粉末包围的油滴。改变温度：改变乳化液的温度来破坏乳化液的稳定。某些乳化液必须投加化学药剂破乳，如钙、镁、铁、铝的盐类或无机酸、碱、混凝剂等。10. 气浮法基本概念在水处理工程采用的气浮法是从液相中去除固体颗粒最常用和有效的净水方法之一。定义：利用高度的微小气泡（0.1mm)作为载体去粘附废水中的污染物，并使其随气泡浮升到以实现固液分离的技术。气浮法的类型按生产细微气泡的方法分分散空气气浮法：微气泡曝气浮法、剪切气泡气浮法；电解气浮法；溶解空气浮法：真空气浮法、加压溶气气浮法。第十一章、污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础1. 废水的好氧生物处理好氧生物处理是在有游离氧（分子氧）存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用废水中存在的有机污染物（以溶解状与胶体状的为主） ，作为营养源进行好氧代谢。这些高能位的有机物质经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物质稳定下来，达到无害化的要求，以便返回自然环境或进一步处置。好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，故处理构筑物容积较小。且处理过程中散发的臭气较少。所以，目前对中、低浓度的有机废水，或者说 BOD5 浓度小于500mg/L 的有机废水，基本上采用好氧生物处理法。在废水处理工程中，好氧生物处理法有活性污泥法和生物膜法两大类。2. 废水的厌氧生物处理废水的厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、转化为简单的化合物，同时释放能量。在这个过程中，有机物的转化分为三部分进行：部分转化为 CH4，这是一种可燃气体，可回收利用；还有部分被分解为 CO2、H2O、NH3、H2S 等无机物，并为细胞合成提供能量；少量有机物被转化、合成为新的原生质的组成部分。由于仅少量有机物用于合成，故相对于好氧生物处理法，其污泥增长率小得多。由于废水厌氧生物处理过程不需另加氧源，故运行费用低。此外，它还具有剩余污泥量少、可回收能量（CH4）等优点。其主要缺点是反应速度较慢，反应时间较长，处理构筑物容积大等。为维持较高的反应速度，需维持较高的温度，就要消耗能源。对于有机污泥和高浓度有机废水（一般 BOD52000mg/L）可采用厌氧生物处理法。3. 微生物的生长规律和生长环境微生物的生长规律一般是以生长曲线来反映。按微生物生长速率，其生长可分为四个生长期：停滞期（调整期） ；对数期（生长旺盛期） ；静止期（平衡期） ；衰老期（衰亡期） 。影响微生物生长的环境因素微生物的营养：微生物要求的营养物质必须包括组成细胞的各种原料和产生能量的物质，主要有：水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生长因素。温度：各类微生物所生长的温度范围不同，约为 5 80 。此温度范围，可分为最低生长温度、最高生长温度和最适生长温度（是指微生物生长速度最快时温度） 。依微生物适应的温度范围，微生物可以分为中温性（2045 ） 、好热性（高温性）（45以上）和好冷性（低温性） （20以下）三类。当温度超过最高生长温度时，会使微生物的蛋白质迅速变性及酶系统遭到破坏而失活，严重者可使微生物死亡。低温会使微生物代谢活力降低，进而处于生长繁殖停止状态，但仍保存其生命力。pH：不同的微生物有不同的 pH 适应范围。细菌、放线菌、藻类和原生动物的 pH 适应范围是在 410 之间。大多数细菌适宜中性和偏碱性（pH 6.57.5）的环境。废水生物处理过程中应保持最适 pH 范围。当废水的 pH 变化较大时，应设置调节池，使进入反应器（如曝气池）的废水，保持在合适的 pH 范围。溶解氧溶解氧是影响生物处理效果的重要因素。好氧微生物处理的溶解氧一般以 24mg/L 为宜。有毒物质在工业废水中，有时存在着对微生物具有抑制和杀害作用的化学物质，这类物质我们称之为有毒物质。其毒害作用主要表现在细胞的正常结构遭到破坏以及菌体内的酶变质，并失去活性。在废水生物处理时，对这些有毒物质应严加控制，但毒物浓度的允许范围，需要具体分析。第十二章、活性污泥法1.基本概念定义：由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。活性污泥的性质：颜色黄褐色；味道土腥味；状态似矾花絮绒颗粒；相对密度曝气池混合液：1.0021.003，回流污泥：1.0041.006；粒经0.020.2mm ；比表面积20100cm2/mL 。活性污泥的组成按栖息着的微生物分：大量的细菌；真菌；原生动物；后生动物。除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主，是一个以细菌为主体的群体，除细菌外,还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物。活性污泥中细菌含量一般在 107108 个/mL；原生动物 103 个/mL ，原生动物中以纤毛虫居多数，固着型纤毛虫可作为指示生物，固着型纤毛虫如钟虫、等枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时，说明培养成熟且活性良好。干固体和水分含水 9899；干固体 12%：MLSS（MLVSS 与 NVSS）按有机性和无机性成分：MLSS 表示悬浮固体物质总量，MLVSS 挥发性固体成分表示有机物含量， MLNVSS灼烧残量，表示无机物含量。MLVSS 包含了微生物量，但不仅是微生物的量，由于测定方便，目前还是近似用于表示微生物的量。活性污泥的沉降浓缩性能污泥沉降比 SV：取混合液至 1000mL 或 100mL 量筒，静止沉淀 30min 后，度量沉淀活性污泥的体积，以占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比。污泥体积指数 SVI：SV 不能确切表示污泥沉降性能，故人们想起用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能，简称污泥指数，单位为 mL/g。2.活性污泥法的基本流程3. 活性污泥降解污水中有机物的过程活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段：吸附阶段：由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。稳定阶段：主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。4.废水中的有机物中的有机物 残留在废水中的有机物从废水中去除的有机物微生物不能利用的有机物微生物能利用的有机物微生物能利用而尚未利用的有机物微生物不能利用的有机物微生物已利用的有机物（氧化和合成）（吸附量）增殖的微生物体氧化产物5.曲线反映污水中有机物的去除规律；曲线反映活性污泥利用有机物的规律；曲线反映了活性污泥吸附有机物的规律。在曝气过程中：污水中有机物的去除在较短时间内就基本完成了；污水中的有机物先是转移到(吸附) 污泥上，然后逐渐为微生物所利用；吸附作用在相当短的时间内就基本完成了；微生物利用有机物的过程比较缓慢。6. 气体传递和曝气池构成活性污泥法的三个要素一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥；二是废水中的有机物，它是处理对象，也是微生物的食料；三是溶解氧，没有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能发挥氧化分解作用。气体传递原理双膜理论的基点是认为在气液界面存在着二层膜（即气膜和液膜）这一物理现象。这两层薄膜使气体分子从一相进入另一相时受到了阻力。当气体分子从气相向液相传递时，若气体的溶解度低，则阻力主要来自液膜。曝气作用好氧微生物的需氧代谢；兼性微生物酶的好氧合成；混合液的搅拌作用（厌氧、缺氧池另加搅拌器） 。曝气方式鼓风曝气系统机械曝气装置：纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器鼓风+机械曝气系统其他：富氧曝气、纯氧曝气曝气设备性能指标氧转移率：单位为 mg（O2）/（L h） 。充氧能力（或动力效率）：即每消耗 1kWh 动力能传递到水中的氧量（或氧传递速率）,单位为 kg（O2）/（kWh） 。氧利用率：通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的比例，单位为。7.曝气池推流式曝气池推流式曝气池的长宽比一般为 510；水方式不限；出水用溢流堰。推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为 12。根据横断面上的水流情况，可分为平流推移式和旋转推移式。完全混合曝气池池形：圆形、方形、矩形。根据和沉淀池的关系，可分为分建式与合建式。8. 活性污泥法的多种运行方式渐减曝气 在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的。实际情况是：前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要。渐减曝气的目的就是合理地布置扩散器，使布气沿程变化，而总的空气量不变，这样可以提高处理效率。分步曝气把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水。完全混合法在分步曝气的基础上，进一步大大增加进水点，同时相应增加回流污泥并使其在曝气池中迅速混合，长条形池子中也能做到完全混合状态。完全混合法的特征：池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，生活环境也基本相同。入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小，因为骤然增加的负荷可为全池混合液所分担，而不是像推流中仅仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种意义上来讲，是一个大的缓冲器和均和池，在工业污水的处理中有一定优点。池液里各个部分的需氧量比较均匀。 浅层曝气特点：气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率是最大的。在水的浅层处用大量空气进行曝气，就可以获得较高的氧传递速率。深层曝气高负荷曝气或变形曝气部分污水厂只需要部分处理，因此产生了高负荷曝气法。曝气池中的 MLSS 约为 300500mg/L，曝气时间比较短，约为 23h，处理效率仅约65左右，有别于传统的活性污泥法，故常称变形曝气。克劳斯法克劳斯工程师把厌氧消化的上清液加到回流污泥中一起曝气，然后再进入曝气池，克服了高碳水化合物的污泥膨胀问题，这个方法称为克劳斯法。消化池上清液中富有氨氮，可以供应大量碳水化合物代谢所需的氮。消化池上清液夹带的消化污泥相对密度较大，有改善混合液沉淀性能的功效。延时曝气 延时曝气的特点：曝气时间很长，达 24h 甚至更长，MLSS 较高，达到 30006000mg/L；活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态，剩余污泥少而稳定，无需消化，可直接排放；适用于污水量很小的场合，近年来，国内小型污水处理系统多有使用。接触稳定法 混合液曝气过程中第一阶段 BOD5 的下降是由于吸附作用造成的，对于溶解的有机物，吸附作用不大或没有，因此，把这种方法称为接触稳定法，也叫吸附再生法。混合液的曝气完成了吸附作用，回流污泥的曝气完成稳定作用。直接用于原污水的处理比用于初沉池的出流处理效果好；可省去初沉池；此方法剩余污泥量增加。氧化沟氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，它的池体狭长，池深较浅，在沟槽中设有表面曝气装置。曝气装置的转动，推动沟内液体迅速流动，具有曝气和搅拌两个作用，沟中混合液流速约为 0.30.6m/s，使活性污泥呈悬浮状态。纯氧曝气纯氧代替空气，可以提高生物处理的速度。在密闭的容器中，溶解氧的饱和度可提高，氧溶解的推动力也随着提高，氧传递速率增加了，因而处理效果好，污泥的沉淀性也好。纯氧曝气并没有改变活性污泥或微生物的性质，但使微生物充分发挥了作用。纯氧曝气的缺点是纯氧发生器容易出现故障，装置复杂，运转管理较麻烦。活性污泥生物滤池（ABF 工艺）在通常的活性污泥过程之前设置一个塔式滤池，它同曝气池可以是串联或并联的。塔式滤池滤料表面附着很多的活性污泥，因此滤料的材质和构造不同于一般生物滤池。滤池也可以看作采用表面曝气特殊形式的曝气池，塔是一外置的强烈充氧器。因而ABF 可以认为是一种复合式活性污泥法。吸附生物降解工艺（AB 法）A 级以高负荷或超高负荷运行， B 级以低负荷运行，A 级曝气池停留时间短，3060min，B 级停留时间 24h。该系统不设初沉池，A 级曝气池是一个开放性的生物系统。A 、B 两级各自有独立的污泥回流系统，两级的污泥互不相混。处理效果稳定，具有抗冲击负荷和 pH 变化的能力。该工艺还可以根据经济实力进行分期建设。序批式活性污泥法（SBR 法）SBR 工艺的基本运行模式由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的。SBR 工艺与连续流活性污泥工艺相比的优点：工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回流设备；耐冲击负荷，在一般情况下（包括工业污水处理）无需设置调节池；反应推动力大,易于得到优于连续流系统的出水水质;运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果；污泥沉淀性能好,SVI 值较低,能有效地防止丝状菌膨胀;该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，便于自控运行，易于维护管理。SBR 工艺的缺点：容积利用率低； 水头损失大；出水不连续；峰值需氧量高；设备利用率低；运行控制复杂；不适用于大水量。9 .补充概念污泥负荷率：污泥负荷率是指单位质量活性污泥在单位时间内所能承受的 BOD5 量。容积负荷率：容积负荷是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受的 BOD5 量。污泥龄：微生物平均停留时间，又称污泥龄，是指反应系统内的微生物全部更新一次所用的时间，在工程上，就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩余微生物量的比值。10.二次沉淀池二次沉淀池的功能要求：澄清（固液分离） ；污泥浓缩（使回流污泥的含水率降低，回流污泥的体积减少） 。二沉池的实际工作情况二沉池中普遍存在着四个区：清水区、絮凝区、成层沉降区、压缩区。两个界面：泥水界面和压缩界面。混合液进入二沉池以后，立即被稀释，固体浓度大大降低，形成一个絮凝区。絮凝区上部是清水区，两者之间有一泥水界面。絮凝区后是一个成层沉降区，在此区内，固体浓度基本不变，沉速也基本不变。絮凝区中絮凝情况的优劣，直接影响成层沉降区中泥花的形态、大小和沉速。靠近池底处形成污泥压缩区。二沉池的澄清能力与混合液进入池后的絮凝情况密切相关，也与二沉池的表面面积有关。二沉池的浓缩能力主要与污泥性质及泥斗的容积有关。对于沉降性能良好的活性污泥，二沉池的泥斗容积可以较小。二次沉淀池在构造上要注意以下特点：二次沉淀池的进水部分，应使布水均匀并造成有利于絮凝的条件，使泥花结大。二沉池中污泥絮体较轻,容易被出流水挟走,要限制出流堰处的流速,使单位堰长的出水量不超过 10m3/（m h） 。污泥斗的容积，要考虑污泥浓缩的要求。在二沉池内，活性污泥中的溶解氧只有消耗，没有补充，容易耗尽。缺氧时间过长可能影响活性污泥中微生物的活力，并可能因反硝化而使污泥上浮，故浓缩时间一般不超过 2h。11. 活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题水力负荷水力负荷的变化影响活性污泥法系统的曝气池和二次沉淀池。当流量增大时，污水在曝气池内的停留时间缩短，影响出水质量，同时影响曝气池的水位。若为机械表面曝气机，由于水面的变化，它的运行就变得不稳定。对二次沉淀池为水力影响。 有机负荷率 N 曝气区容积的计算，设计中要考虑的主要问题是如何确定污泥负荷率 N 和 MLSS 的设计值。污泥负荷率 N 和 MLSS 的设计值采用得大一些，曝气池所需的体积可以小一些。但出水水质要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥处置的费用和困难，同时，整个处理系统较不耐冲击，造成运行中的困难。为避免剩余污泥处置上的困难和保持污水处理系统的稳定可靠，可以采用低的污泥负荷率（0.1） ，把曝气池建得很大，这就是延时曝气法。微生物浓度 在设计中采用高的 MLSS 并不能提高效益，原因如下：其一，污泥量并不就是微生物的活细胞量。曝气池污泥量的增加意味着泥龄的增加，泥龄的增加就使污泥中活细胞的比例减小。其二，过高的微生物浓度使污泥在后续的沉淀池中难以沉淀，影响出水水质。其三，曝气池污泥的增加，就要求曝气池中有更高的氧传递速率，否则，微生物就受到抑制，处理效率降低。采用一定的曝气设备系统，实际上只能够采用相应的污泥浓度，MLSS 的提高是有限度的。曝气时间 在通常情况下，城市污水的最短曝气时间为 3h 或更长些，这和满足曝气池需氧速率有关。当曝气池做得较小时，曝气设备是按系统的负荷峰值控制设计的。这样，在非高峰时间，供氧量过大，造成浪费，设备的能力不能得到充分利用。 若曝气池做得大些，可降低需氧速率，同时由于负荷率的降低，曝气设备可以减小，曝气设备的利用率得到提高。微生物平均停留时间(MCRT)(又称泥龄) 微生物平均停留时间至少等于水力停留时间，此时，曝气池内的微生物浓度很低，大部分微生物是充分分散的。微生物的停留时间应足够长，促使微生物能很好地絮凝，以便重力分离，但不能过长，过长反而会使絮凝条件变差。微生物平均停留时间还有助于说明活性污泥中微生物的组成。世代时间长于微生物平均停留时间的那些微生物几乎不可能在该活性污泥中繁殖。氧传递速率 氧传递速率要考虑二个过程：氧传递到水中；氧真正传递到微生物的膜表面。要提高氧的传递速率：必须有充足的氧量；必须使混合液中的悬浮固体保持悬浮状态和紊动条件。回流污泥浓度 回流污泥浓度是活性污泥沉降特性和回流污泥回流速率的函数。曝气池中的 MLSS 不可能高于回流污泥浓度，两者愈接近，回流比愈大。限制 MLSS值的主要因素是回流污泥的浓度。污泥回流率 高的污泥回流率增大了进入沉淀池的污泥流量，增加了二沉池的负荷，缩短了沉淀池的沉淀时间，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固体随出流带走。活性污泥回流率的设计应有弹性，并应操作在可能的最低流量。这为沉淀池提供了最大稳定性。曝气池的构造 推流式曝气池：示踪剂的研究表明：推流式曝气池的纵向混合很严重；氧消耗率的数据表明：氧的传递受到限制。完全混合式曝气池：处理量小时，只配有一个机械曝气机，很容易围绕曝气机形成混合区；处理量大时，曝气池也相应增大，曝气池不是充分完全混合的。pH 和碱度 活性污泥 pH 通常为 6.58.5。pH 之所以能保持在这个范围，是由于污水中的蛋白质代谢后产生碳酸铵碱度和从天然水中带来的碱度所致。生活污水中有足够的碱度使 pH 保持在较好的水平；工业污水中经常缺少蛋白质，因而产生 pH 过低的问题。工业废水中的有机酸通常在进入曝气池前进行中和。溶解氧浓度 通常溶解氧浓度不是一个关键因素，除非溶解氧浓度跌落到接近于零。只要细菌能获得所需要的溶解氧来进行代谢，其代谢速率就不受溶解氧的影响。一般认为混合液中溶解氧浓度应保持在 0.52mg/L，以保证活性污泥系统的正常运行。过分的曝气使氧浓度得到提高，但由于紊动过于剧烈，导致絮状体破裂，使出水浊度升高。特别是对于好氧速度不快而泥龄偏长的系统，强烈混合使破碎的絮状体不能很好地再凝聚。污泥膨胀及其控制正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥体积指数 SVI 在 50150 之间；当活性污泥不正常时，污泥不易沉淀，反映在 SVI 值升高。混合液在 1000mL 量筒中沉淀 30min 后，污泥体积膨胀，上层澄清液减少，这种现象称为活性污泥膨胀。活性污泥膨胀可分为：污泥中丝状菌大量繁殖导致的丝状菌性膨胀；并无大量丝状菌存在的非丝状菌性膨胀。丝状菌性膨胀的主要因素：污水水质、运行条件、工艺方法。发生污泥非丝状菌性膨胀时，处理效率仍很高，上清液也清澈。在运行中，如发生污泥膨胀，针对膨胀的类型和丝状菌的特性，可采取的抑制措施：控制曝气量，使曝气池中保持适量的溶解氧；调整 pH；如磷、氮的比例失调，可适量投加氮化合物和磷化合物；投加一些化学药剂；城市污水厂的污水在经过沉砂池后，跳跃初沉池，直接进入曝气池。在设计时，对于容易发生污泥膨胀的污水，可以采用以下一些方法：减少城市污水厂的初沉池或取消初沉池，增加进入曝气池的污水中的悬浮物，可使曝气池中的污泥浓度明显提高，污泥沉降性能改善；)两级生物处理法，即采用沉砂池一级曝气池中间沉淀池二级曝气池二次沉淀池的工艺等工艺；对于现有的容易发生污泥严重膨胀的污水厂，可以在曝气池的前面部分补充设置足够的填料（降低了曝气池的污泥负荷，也改变了进入后面部分曝气池的水质） ； 用气浮法代替二次沉淀池，可以有效地使这个处理系统维持正常运行。第十三章、生物膜法1.生物膜法概述生物膜法是对污水土地的模拟和强化。定义：生物膜法主要用于从污水中去除溶解性有机污染物，是一种被广泛采用的生物处理方法。生物膜法的主要优点是对水质、水量变化的适应性较强。生物膜法的共同特点是微生物附着在介质“滤料”表面上，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化为 H2O、 CO2、NH3 和微生物细胞物质，污水得到净化，所需氧气一般来自大气。2.生物滤池典型的生物滤池的构造 滤床滤床由滤料组成。滤料是微生物生长栖息的场所，理想的滤料应具备下述特性：能为微生物附着提供大量的面积；使污水以液膜状态流过生物膜； 有足够的空隙率，保证通风（即保证氧的供给）和使脱落的生物膜能随水流出滤池；不被微生物分解, 也不抑制微生物的生长，有较好的化学性能；有一定的机械强度；价格低廉。滤料粒径并非越小越好，会造成堵塞，影响通风。早期主要以拳状碎石为滤料，其直径在 38cm 左右，空隙率在 4550左右，比表面积（可附着面积）在6510