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环境工程考研复习资料水处理笔记整理：一、基本概念1.水质：水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。2.水质指标：水中杂质的种类、成分和数量，判断水质的具体衡量标准。3.悬浮固体表示水中不溶解的固态物质的量，挥发性固体反映固体的有机成分量。4.可生物降解有机物-可降解有机物直接氧化 。5 .难生物降解有机物-可被化学氧化 或被经过驯化、筛选后的微生物氧化。 共同点 ：最终被降解成无机物 不同点： 氧化方式的不同6.生活污水BOD570250mg/L; 综合污水100300mg/L; 垃圾渗滤液200030000mg/L7. 第一阶段（碳氧化阶段）：在异养菌的作用下，含碳有机物被氧化(或称碳化)为CO2，H2O，含氮有机物被氧化(或称氨化)为 H3，所消耗的氧以Oa表示。与此同时，合成新细胞(异养型) 。9. 合成的新细胞，在生活活动中，进行着新陈代谢，即自身氧化的过程，产生CO2，H2O与 H3，并放出能量和氧化残渣(残存物质)，这种过程叫做内源呼吸，所消耗的氧量用Ob表示 。10 .耗氧量Oa十Ob 称为第一阶段生化需氧量(或称为总碳氧化需氧量、总生化需氧量、完全生化需氧量) 用La或BODu表示。2 第二阶段是硝化阶段，即在自养菌(亚硝化菌)的作用下， H3被氧化为 O2和H2O，所消耗的氧量用Oc表示，再在自养菌(硝化菌)的作用下， O2被氧化为 O3，所消耗的氧量用Od表示。与此同时合成新细胞(自养型)。 1 耗氧量 Oc十Od 称为第二阶段生化需氧量(或称为氮氧化需氧量、硝化需氧量)用硝化BOD或 ODu或L 表示。OD的定义中规定有机物质被氧化分解至无机物质，第一阶段生物氧化中，有机物中的C已经氧化至CO2， 氧化成 H3，都已经无机化了。所以氨的继续氧化不在考虑之内，即不考虑第二阶段生物氧化。1.水体污染：排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致水体的物理、化学、及微生物性质发生改变，使水体固有的生态系统和功能受到破坏。2.环境容量：指自然环境对污染物具有一定的承载能力。3.水体自净 -概念：污染物随河水排入水体后，经过物理的、化学的与生物化学的作用，使污染的浓度降低或总量减少，受污染的水体部分或完全恢复原状。指有机污染物在水中污染物的作用下进行氧化分解，逐渐变成无机物，这一过程称为水体自净1 河流中氧的消耗： (1)天然和人工培养的细菌对排入河流的悬浮和溶解性有机物的氧化作用 (2)污泥和水底沉积物的分解需氧作用、水生植物夜间呼吸2 河流的复氧作用 (1)河水和废水中原来含有的氧 (2)大气中的氧向含氧不足的水体扩散溶解，直至水中DO达到饱和 (3)水生植物白天的光合作用放出氧气，溶于水中，有时还可使水体中的氧达到过饱和状态(1) 有机物被微生物降解，消耗水中的溶解氧，使DO下降； 降解有机物耗氧速率-与有机物浓度成正比(2)河流流动过程中，接受大气复氧，使DO上升。 复氧速率-与亏氧量成正比两种作用的结果-形成氧垂曲线1.物理处理法：沉淀法、筛滤法、上浮法、气浮法、过滤法、和反渗透法；2.化学处理法：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；3.生物处理法： 主要通过微生物，分解溶解、或胶体状态的有机物。 有氧环境（好氧环境）的活性污泥法和生物膜氧化法 无氧环境（又称为厌氧）：主要用来处理污泥和工业废水污水处理方法按处理手段分类 1.分离处理：（1）离子分离：离子交换、离子吸附、离子浮选、电解沉积、电渗析；（2）分子分离：吹脱、汽提、萃取、吸附、浮选、结晶、蒸发；（3）胶体分离：化学絮凝、生物絮凝、电泳、胶粒浮选；（4）悬浮物分类：重力分离（沉淀、浮上）、离心分离（离心机、旋流分流器）、阻力截留（筛网、滤池等）、磁力分离2.转化处理（1）化学转化：中和、氧化还原、化学沉淀等（2）生物转化：好氧、厌氧法三、污水处理方法按按处理程度分类 1.一级处理：主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，调PH值等，以减轻后续处理工艺的负荷。BOD去除率在30%左右方法： 筛滤法、沉淀法、上浮法2.二级处理：主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质 BOD去除率在90%左右3.三级处理：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：生物脱氮除磷法、沉淀混凝、活性炭吸附、电渗析、离子交换等。污水回用应满足下列要求：对人体健康、环境质量和生态系统、产品质量不应产生不良影响；应符合应用对象对水质的要求或标准；应为使用者和公众所接受；回用系统在技术上可行、操作简便；价格应比自来水低廉；应有安全使用的保障污水的最终出路有：排放水体；工农业利用；处理后回用。二、1.粗大颗粒物质 0.1-1mm方法：筛滤、截留、重力沉降和离心分离等设备：格栅、筛网、微滤机、沉砂池、离心机、旋风分离器等自由沉淀：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。废水好氧生物处理的最终过程可用图示5 停滞期：如果活性污泥被接种到与原来生长条件不同的废水中（营养类型发生变化，污泥培养驯化阶段），或污水处理厂因故中断运行后再运行，则可能出现停滞期。对数起：特点：处于对数生长期的污泥絮凝性较差，呈分散状态，镜检能看到较多的游离细菌，混合液沉淀后其上层液混浊，含有机物浓度较高，活性强沉淀不易，用滤纸过滤时，滤速很慢静止期：特点：处于静止期的活性污泥絮凝性好，混合液沉淀后上层液清澈，以滤纸过滤时滤速快。处理效果好的活性污泥法构筑物中，污泥处于静止期衰老期：特点：处于衰老期的污泥松散，沉降性能好，混合液沉淀后上清液清澈，但有细小泥花，以滤纸过滤时，滤速快区别：活性污泥法中的微生物在曝气池内以活性污泥的形式呈悬浮状态，属于悬浮生长系统生物膜法中的微生物附着生长在填料或载体上，形成膜状的活性污泥，属于附着生长系统或固定膜工艺。 生物膜净化机理 细菌(好氧菌、厌氧菌和兼性菌)的菌胶团和大量的真菌菌丝组成污水与生物膜接触，污水中的有机污染物作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取，微生物自身得到繁衍增殖，同时污水得到净化特点-微生物停留时间长，生物类型丰富种类繁多，食物链长而复杂生物膜法中：1初沉池的作用是去除大部分悬浮固体物质，防止生物膜反应器堵塞，尤其对孔隙小的填料是必要的2二沉池的作用是去除脱落的生物膜，提高出水水质3出水回流的主要作用是当进水浓度较大时，生物膜增长过快，采用出水回流，以稀释进水有机物浓度和提高生物膜反应器的水力负荷，加大水流对生物膜的冲刷作用，更新生物膜，避免生物膜的过量累积，从而维持良好的生物膜活性和合适的膜厚度，但出水回流并不是必不可少的。挂膜 污水通过布水设备连续地、均匀地喷洒到滤床表面上，在重力作用下，污水以水滴的形式向下渗沥，或以波状薄膜的形式向下渗流。最后，污水到达排水系统，流出滤池。污水流过滤床时，有一部分污水、污染物和细菌附着在滤料表面上，微生物便在滤料表面大量繁殖，不久，形成一层充满微生物的粘膜，称为生物膜。净化 污水流过成熟滤床时，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，从而得到净化。 生物膜表层生长的是好氧和兼性微生物，其厚度约2mm。在这里，有机污染物经微生物好氧代谢而降解，终点产物是H2O、CO2、 H3等生物膜的再生由于氧在生物膜表层已耗尽，生物膜内层的微生物处于厌氧状态。在这里，进行的是有机物的厌氧代谢，终点产物是有机酸，乙醇、醛和H2S等。由于微生物的不断繁殖，生物膜不断加厚，超过一定厚度后，吸附有机物在传递到生物膜内层的微生物以前，已被代谢掉。此时，内层微生物因得不到充分的营养而进入内源代谢，失去其黏附在滤料上的性质，脱落下来随水流出滤池，滤料表面再重新长出新的生物膜。比较理想的情况是：减缓生物膜的老化进程，不使厌氧层过分增长，加快好氧膜的更新，并且尽量使生物膜不集中脱落选择生物膜载体的基本原则足够的机械强度，以抵抗强烈的水流剪切力的作用；优良的稳定性，主要包括生物稳定性、化学稳定性和热力学稳定性；亲疏水性及良好的表面带电特性，通常废水pH在7左右时，微生物表面带负电荷，而载体为带正电荷的材料时，有利于生物体与载体之间的结合程度；无毒性或抑制性；优越的物理性状，如载体的形态、相对密度、孔隙率和比表面积等；就地取材、价格合理生物的食物链长在生物膜上形成的食物链要长于活性污泥上的食物链。正是这个原因，在生物膜处理系统内产生的污泥量少于活性污泥处理系统污泥产量低，是生物膜法各种工艺的共同特征由于生物膜固着在惰性载体上，其生物固体平均停留时间(污泥龄)较长，因此在生物膜上能够生长世代时间较长、比增殖速度很小的微生物，如硝化菌等。因此，生物膜反应器不仅能有效地去除有机污染物，而且更具有一定的硝化功能，如果采取适当的运行方式，还可能具有反硝化脱氮的功能生物膜法多分段进行，在正常运行的条件下，每段都繁衍与进入本段污水水质相适应的微生物，并形成优势菌属，这种现象非常有利于微生物新陈代谢功能的充分发挥和有机污染物的降解处理工艺方面的特征 耐冲击负荷，对水质、水量变动有较强的适应性微生物量多，处理能力大、净化功能强。微生物的附着生长使生物膜含水率低，单位反应器容积内的生物量可高达活性污泥法的520倍，因而生物膜反应器具有较大的处理能力，净化功能显著提高污泥沉降性能良好，易于沉降分离。由生物膜上脱落下来的污泥，因所含动物成分较多，比重较大，而且污泥颗粒个体较大，沉降性能良好，易于固液分离能够处理低浓度的污水。生物膜法处理低浓度污水，能够取得较好的处理效果，运行正常时可处理进水BOD5为2030mg/L的污水，使其出水BOD5值降至510mg/L.而活性污泥法却不适宜处理低浓度的污水，若原污水的BOD5值长期低于5060mg/L，将影响活性污泥絮凝体的形成和增长，净化功能降低，处理水水质低下易于运行管理、节能，无污泥膨胀问题。生物膜反应器由于具有较高的生物量，一般不需要污泥回流，因而不需要经常调整反应器内污泥量和剩余污泥排放量，易于运行、维护与管理。如生物滤池、生物转盘等工艺，节省能源，动力费用较低，去除单位重量BOD的耗电量较少。另外，在活性污泥法中，因污泥膨胀问题而导致的固液分离困难和处理效果降低一直困扰着操作管理者，而生物膜反应器由于微生物附着生长，即使丝状菌大量繁殖，也不会导致污泥膨胀，相反还可以利用丝状菌较强的分解氧化能力，提高处理效果生物膜法的不足（1）需要较多的填料和支撑结构，在不少情况下基建投资超过活性污泥法；（2）出水常常携带较大的脱落的生物膜片，大量非活性细小悬浮物分散在水中使处理水的澄清度降低；（3）活性生物量较难控制，在运行方面灵活性差；（4）载体材料的比表面积小，BOD容积负荷有限；（5）采用自然通风供氧，在生物膜内层往往形成厌氧层，从而缩小了具有净化功能的有效容积生物滤池中同时发生着：1有机物在污水和生物膜中的传质过程；2有机物的好氧和厌氧代谢过程；3氧在污水和生物膜中的传质过程4生物膜的生长和脱落过程影响这些过程的主要因素为 滤池高度 供氧 负荷回流回流多用于高负荷生物滤池的运行系统，对其性能有明显的影响3可稀释污水，降低其有机负荷，并借以均化、稳定进水水质一般认为下述情况时考虑出水回流：进水有机物浓度较高；水量很小，无法维持水力负荷在最小经验值以上时；废水中某种有机污染物在高浓度时有可能抑制微生物生长影响滤池自然通风的主要因素是自然拔风和风力适用范围与优缺点普通生物滤池一般适用于处理每日污水量不高于1000m3的小城镇污水或有机性工业废水优点：易于管理、节省能源、运行稳定、剩余污泥少且易于沉降分离等缺点：占地面积大、不适合处理水量大的污水；滤料易于堵塞；滤池表面生物膜积累过多，易于产生滤池蝇，恶化环境卫生；喷嘴喷洒污水，散发臭味。高负荷生物滤池多使用旋转布水器高负荷生物滤池大幅度地提高了滤池的负荷率，其BOD容积负荷率高出普通生物滤池68倍，高达0.52.5kg/m3(滤池)d；水力负荷率则高出10倍，高达540m3/m2(滤池)d高负荷生物滤池实现高负荷率是通过限制进水的BOD5值和在运行上采取处理水回流等技术措施而达到的。进入高负荷生物滤池的BOD5值必须低于200mg/L，否则用处理水回流加以稀释高负荷率。塔式生物滤池内的生物膜能够经常保持较好的活性。但是，生物膜生长过快，易于产生滤料的堵塞现象滤层内部的分层。内部存在着明显的分层现象，在各层生长繁育着种属各异，但适应流至该层污水特征的微生物群集。塔滤能够承受较高的有机污染物的冲击负荷常用于作为高浓度工业废水二级生物处理的第一级工艺，较大幅度地去除有机污染物，以保证第二级处理技术保持良好的净化效果。采用新型滤料，革新流程，提出多种型式的高负荷生物滤池。负荷率高时，有机物转化较不彻底，排出的生物膜容易腐化影响处理效果的因素有-负荷率，还有污水的浓度、水质、温度、回流比，滤料特性和滤床的高度。生物转盘是由盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置所组成生物转盘的净化机理 微生物生长并形成一层生物膜附着在盘片表面，约40%-50%的盘面（转轴以下的部分）浸没在废水中，上半部敞露在大气中工作时，废水流过水槽，电动机转动转盘，生物膜和大气与废水轮替接触，浸没时吸附废水中的有机物，敞露时吸收大气中的氧气。转盘的转动，带进空气，并引起水槽内废水紊动，使溶解氧均匀分布生物膜的厚度约为0.5-2.0mm，随着膜的增厚，内层的微生物呈厌氧状态，失去活性时使生物膜脱落，并随同出水流至二次沉淀池宜于采用多级处理。分为单级单轴、单轴多级和多轴多级等工作特点1.不需曝气和回流，运行时动力消耗和费用低；2.运行管理简单，技术要求不高；3.工作稳定，适应能力强；4.适应不同浓度、不同水质的污水；5.剩余污泥量少，易于沉淀脱水；7.没有滤池蝇、恶臭、堵塞、泡沫、噪音等问题；8.可多层立体布置；9 8.一般需加开孔防护罩保护、保温向生活污水注入空气进行曝气，持续一段时间以后，污水中即生成一种褐色絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它易于沉淀分离，并使污水得到澄清，这种絮凝体就是“活性污泥”栖息着具有强大生命活力的微生物群体。在微生物群体新陈代谢功能的作用下，活性污泥具，有将有机污染物转化为稳定的无机物质的活力活性污泥处理系统有效运行的基本条件是污水中含有足够的可溶性易降解有机物，作为微生物生理活动所必需的营养物质；混合液中含有足够的溶解氧；活性污泥在曝气池中呈悬浮状态，能够与污水充 分接触；活性污泥连续回流，同时，还要及时地排出剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；对微生物有毒有害作用的物质不超过其毒阈浓度外观上呈絮绒颗粒状，又称之为“生物絮凝体”含水率很高，较大的表面积实质就是有机污染物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程初期 吸附去除：污水中呈悬浮和胶体状态的有机物在较短时间（5-10mi ）内被活性污泥所凝聚和吸附而得到去除BOD去除率可达20%-70%，吸附速率与程度取决于：微生物的活性；有机物的组成和物理形态。被“初期吸附去除”的有机物的数量是有一定限度的在透膜酶的作用下，小分子的有机物能够直接透过细胞壁进入微生物体内被摄入细胞体内的有机物，在各种胞内酶，如脱氢酶、氧化酶等的催化作用下，微生物对其进行代谢反应 氧化分解过程反应方程式微生物为了获得合成细胞和维持其生命活动等所需的能量，将吸附的有机物进行分解CXHYOZ+（X+0.25Y-0.5Z)O2 XCO2+0.5YH2O+能量CxHyOz近似地表示有机物的分子式 同化合成过程反应方程式同化合成过程是微生物利用氧化所获得的能量，将有机物合成新的细胞物质 CXHYOZ+ H3+（X+0.25Y-0.5Z-5)O2 +能量（C5H7 O2） + （X-5）CO2+ 0.5 （Y-4）H2OC5H7 O2表示微生物细胞组织的化学式 内源呼吸过程反应方程式当废水中的有机物很少时，微生物就会氧化体内蓄积的有机物和自身细胞物质来获得维持生命活动所需的能量（C5H7 O2） +5O2 H3 +5 CO2+ 2 H2O +能量活性污泥系统净化污水的最后程序是泥水分离，这一过程是在二次沉淀池或沉淀区内进行的。 污水中有机物在活性污泥的代谢作用下无机化后，经过泥水分离，处理后的澄清水排走，污泥沉淀至池底。泥水分离的好坏，直接影响到处理水水质以至整个系统的正常运行。若泥水不经分离或分离效果不好，由于活性污泥本身是有机体，进入自然水体后将造成二次污染营养物质碳源碳是构成微生物细胞的重要物质，参与活性污泥处理的微生物对碳源的需求量较大，一般通过转化污水中的有机物获得。氮源氮是组成微生物细胞内蛋白质和核酸的重要元素，氮源可来自 2、 H3、 O3等无机氮化物，也可来自蛋白质、氨基酸等有机含氮化合物磷源磷是合成核蛋白、卵磷脂及其他磷化合物的重要元素，磷是微生物代谢和物质转化过程中需求量较多的无机元素之一。其他营养微生物还需要硫、钠、钾、钙、镁、铁等元素作为营养。但需要量甚微，一般污水皆能满足需要。 对于生活污水，微生物对氮和磷的需求量可按BOD5： ：P100：5：1考虑，其具体数量还与污泥负荷和污泥龄有关 活性污泥是微生物群体“聚居”的絮凝体，溶解氧必须扩散到活性污泥絮凝体的内部深处在曝气池内溶解氧也不宜过高，溶解氧过高，过量耗能，在经济上是不适宜的 若使曝气池内的微生物保持正常的生理活动，曝气池混合液的溶解氧浓度一般宜保持在不低于2mg/L的程度（以曝气池出口处为准）活性污泥微生物最适宜的pH值范围是6.58.5。但活性污泥微生物经驯化后，对酸碱度的适应范围可进一步扩大。当污水（特别是工业废水）的pH值过高或过低时，应考虑设调节池，使污水的pH值调节到适宜范围后再进入曝气池。pH值对微生物的生命活动的影响 引起细胞膜电荷的变化，从而影响了微生物对营养物质的吸收；影响代谢过程中酶的活性；改变生长环境中营养物质的可给性；pH值的变化能改变有害物质的毒性；高浓度的氢离子可导致菌体表面蛋白质和核酸水解而变性微生物的最适温度是指在这一温度条件下，微生物的生理活动强劲、旺盛，表现在增殖方面则是裂殖速率快，世代时间短。大肠杆菌的最适温度段是3740 世代时间短。活性污泥微生物多属嗜温菌，其适宜温度介于1530之间。为安全计，一般认为活性污泥处理厂能运行的最高与最低的温度值分别在35和10。有毒物质：对微生物有毒害作用或抑制作用的物质很多，如重金属、氰化物、H2S等无机物质；酚、醇、醛、染料等有机化合物。毒性机理：重金属离子（铅、镉、铬、铁、铜、锌等）对微生物都产生毒害作用，它们能够和细胞的蛋白质相结合，而使其变性或沉淀。 酚类化合物对菌体细胞膜有损害作用，并能够促使菌体蛋白凝固。 酚的许多衍生物如对位、偏位、邻位甲酚、丙基酚、丁基酚都有很强的杀菌功能。 甲醛能够与蛋白质的氨基相结合，而使蛋白质变性。 微生物通过培养和驯化，有可能承受浓度更高的有毒物质，甚至培养驯化出以有毒物质作为营养的微生物 (1) 混合液中活性污泥微生物量的指标(2)混合液悬浮固体浓度（mixed liquor suspe ded solids），简写为 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含有的活性污泥固体物的总量即 MLSS Ma Me Mi+ Mii 不能精确地表示具有活性的活性污泥量，而表示的是活性污泥的相对值混合液挥发性悬浮固体浓度（mixed liquor volatile suspe ded solids） 简写为 MLVSS表示的是混合液中活性污泥有机性固体物质部分的浓度即： MLVSSMa Me Mi 也不能 = MLVSS/MLSS精确地表示活性污泥微生物量，仍然是活性污泥量的相对值 = MLVSS/MLSS值为0.75左右活性污泥的沉降性能及其评价指标正常的活性污泥在30mi 内即可完成絮凝沉淀和成层沉淀过程，污泥沉降比（Settli g Velocity）简写为 SV 30mi 沉降率以%表示一定条件下能够反映曝气池运行过程的活性污泥量，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的发生。污泥沉降比的测定方法简单易行污泥容积指数（sludge volume i dex）简写为 SVI污泥指数。本项指标的物理意义是从曝气池出口处取出的混合液，经过30mi 静沉后，每克干污泥形成的沉淀污泥所占有的容积，以mL计。SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能，对生活污水及城市污水，此值以介于70100之间为宜。 BOD污泥负荷率 s F/M比值一般是以BOD污泥负荷率（又称BOD-SS负荷率）（ s）表示的kgBOD/（kgMLSSd）QS/VX意义：采用较高的BOD污泥负荷率，将加快有机物的降解速率与活性污泥增长速率，降低曝气池的容积，在经济上比较适宜，但处理水水质未必能够达到预定的要求。 采用较低的BOD污泥负荷率，有机物的降解速率和活性污泥的增长速率，都将降低，曝气池的容积加大，基建费用有所增高，但处理水的水质可提高。BOD容积负荷率 v=QS0/V kgBOD/（m3曝气池d） 污泥龄c：曝气池内活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量之比VX/ X在反应系统内，微生物从其生成到排出系统的平均停留时间，也就是反应系统内的微生物全部更新一次所需要的时间为了使反应器内保持具有高活性的活性污泥和恒定的生物量，每天都应从系统中排出相当于增长量的活性污泥量X=QW Xr+(Q-QW)Xe Xe 值极低，可忽略不计 污泥龄的意义：够说明活性污泥微生物的状况，世代时间长于污泥龄的微生物在曝气池内不可能繁衍成优势种属污泥回流比 （R）是指从二沉池返回到曝气池的回流污泥量QR与污水流量Q之比，常用表示。曝气时间t（或平均水力停留时间 HRT）t=V/Q应确定的主要参数 s、MLVSS、MLSS、SVI、SV%、Y、Kd、污泥回流比 劳伦斯麦卡蒂(Lawre ceMc Carty)方程式x系统中微生物量的平衡式微生物流出量 = 流入量可以省略 +新生成的量 例题处理水量为216000m3/d,经沉淀后的BOD5为250mg/L，处理后的出水BOD5为6.2mg/L，要求确定曝气池的体积、排泥量和空气量。经研究确定下列条件：污水温度为20度衰减系数Kd=0.06d-1曝气池中的MLSS为3500mg/L设计的污泥龄为10d污水中含有足够的生化反应所需氮、磷和其它微量元素合成系数Y=0.5mg/mg气液传质过程通常遵循一定的传质扩散理论，气液传质理论目前有：双膜理论浅层理论表面更新理论 双膜理论： 气、液两相接触的界面两侧存在着处于层流状态的气膜和液膜，在其外侧则分别为气相主体和液相主体，两个主体均处于紊流状态。 气、液两相的主体不存在浓度差和传质阻力，气体分子传递过程中，阻力仅存在于气、液两层层流膜中。 在气膜中存在着氧的分压梯度，在液膜中存在着氧的浓度梯度，它们是氧转移的推动力。 氧分子通过液膜是氧转移过程的控制步骤。 氧传递过程的基本方程曝气时推动氧分子通过液膜的动力是水中氧的饱和浓度Cs和实际浓度C的差Cs决定于空气中氧的分压，所以最终起决定作用的推动力是氧分压，而C值由微生物的耗氧速率确定。的传递速率同气、液两相的界面面积成正比，由于其面积难于估算，所以把它的影响包括在传质系数内，故KLa叫总传质系数为了提高dc/dt值，可从多方面考虑：1.最重要的因素是增大曝气量来增大气液接触面积；2. 还可减小气泡尺度，改为微孔曝气更好；3. 增加曝气池深度来增大气液接触时间和面积，从而提高KLa值。4. 加强液相主体的紊流程度，降低液膜厚度，加速气、液界面的更新5. 此外，还可提高气相中的氧分压，如采用纯氧曝气、避免水温过高等来提高Cs值。鼓风曝气系统是由空气净化器，鼓风机，空气输配管系统和浸没于混合液中的扩散器组成空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。扩散器是整个鼓风曝气系统的关键部件，它的作用是将空气分散成空气泡，增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。根据分散气泡的大小，扩散器又可分成几种类型：通常扩散器的气泡愈大，氧的传递速率愈低，然而它的优点是堵塞的可能性小，空气的净化要求也低，养护管理比较方便。微小气泡扩散器由于氧的传递速率高，反应时间短，曝气池的容积可以缩小。因而选择何种扩散器要因地制宜。扩散器一般布置在曝气池的一侧和池底1）扩散板、扩散管、扩散盘缺点是板的孔隙小、空气通过时压力损失大、容易堵塞机械曝气装置 按传动轴的安装方向，机械曝气器分为竖轴（纵轴）和卧轴（横轴）两类。 竖轴式机械曝气装置-叶轮式 卧轴式机械曝气装置-曝气转刷 竖式曝气机 当叶轮转动时，使曝气池表面产生水跃,把大量的混合液水滴和膜状水抛向空气中，然后挟带空气形成水气混合物回到曝气池中，由于气水接触界面大，从而使空气中的氧很快溶入水中。随着曝气机的不断转动，表面水层不断更新，氧气不断地溶人，同时池底含氧量小的混合液向上环流和表面充氧区发生交换，从而提高了整个曝气池混合液的溶解氧含量卧式曝气刷 转动时，钢丝或板条把大量液滴抛向空中，并使液面剧烈波动，促进氧的溶解；同时推动混合液在池内回流，促进溶解氧的扩散。 传统 活性污泥法又称普通活性污泥法工艺特征：有机物在曝气池内吸附、降解的两个阶段全部完成。沿池长方向：活性污泥的增长速率 较快 很慢或达到内源呼吸期的过程。有机物浓度 高 低；溶解氧浓度 低 高 优点：处理效果好，BOD5去除率可达90%以上，适于处理净化程度和稳定程度要求较高的污水；对污水的处理程度比较灵活，根据需要可适当调整。 存在的问题：进水有机物负荷不宜过高；耗氧速度与供氧速度沿池长难于吻合 。（在池前段可能出现供氧不足的现象，池后段又可能出现溶解氧过剩的现象；）曝气池容积大，占用的土地较多，基建费用高；对进水水质、水量变化的适应性较低。渐减曝气活性污泥法供氧量沿池长逐步递减，使其接近需氧量阶段进水活性污泥法 (Step-feed activated sludge，简写SFAS污水沿池长度分段注入曝气池，有机物负荷及需氧量得到均衡，一定程度地缩小了需氧量与供氧量之间的差距，有助于降低能耗，又能够比较充分地发挥活性污泥微生物的降解功能；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。吸附再生活性污泥法 (Co tact stabilizatio activated sludge，简写CSAS主要特点是将活性污泥对有机物降解的两个过程吸附与代谢稳定，分别在各自的反应器内进行优点：缩小池面积对水质水量冲击负荷有一定的承受能力缺点处理效果低于传统法；不宜处理溶解性有机物含量较高的污水。完全混合活性污泥法 (Completely mixed activated sludge，简写CMAS) 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污水在曝气池内分布均匀，各部位的水质、微生物群体的组成和数量几乎一致，各部位有机物降解工况相同，通过对F/M值的调整，可将整个曝气池的工况控制在良好的状态。池液里各个部分的需氧率比较均匀优点由于进入曝气池的污水很快即被池内已存在的混合液所稀释和均化，原污水在水质、水量方面的变化，对活性污泥产生的影响将降到极小的程度，因此，这种工艺对冲击负荷有较强的适应能力，适用于处理工业废水，特别是浓度较高的有机废水缺点：在曝气池混合液内，各部位的有机物浓度相同，活性污泥微生物质与量相同，在这种情况下，微生物对有机物降解的推动力低，由于这个原因活性污泥易于产生污泥膨胀。延时曝气活性污泥法 (Exte ded aeratio activated sludge，简写EAAS) 优点：负荷低，曝气时间长（24h以上），活性污泥处于内源呼吸期，剩余污泥少且稳定，污泥不需要消化处理，工艺也不需要设初沉池。缺点：曝气时间长，池容大，基建费和运行费用都较高，占用较大的土地面积等。适用：处理对处理水质要求高而且又不宜采用污泥处理技术的小城镇污水和工业废水，处理水量不宜过大。 高负荷活性污泥法 （High-Rate Activated Sludge） F/M负荷高，曝气时间短，处理效果较差，一般BOD5的去除率不超过70%75%，因此，称之为不完全处理活性污泥法适用于处理对处理水水质要求不高的污水。8、纯氧曝气活性污泥法 (High-purity oxyge activated sludge，简写HPOAS) 空气中氧的含量仅为21%，而纯氧中的含氧量为90%95%，纯氧氧分压比空气高4.44.7倍，用纯氧进行曝气能够提高氧向混合液中的传递能力。早在40年代就有人设想用氧气代替空气进行曝气，以提高曝气池内的生化反应速率 活性污泥法运行方式 BOD5-污 泥负荷率 S （KgBOD5/ Kg MLVSS*d）BOD5-容 积负荷率 V （KgBOD5/ Kgm3*d）污泥龄 c （d） 混合液悬浮固体浓度 （mg/L）污泥回流比 R （%）曝气时间 t （h） MLSSMLVSS传统活性污泥法 0.20.4 0.40.9 515 15003000 15202500 2575 48 阶段曝气活性污泥法 0.20.40.41.2 5152000350015002500 2595 35 吸附-再生活性污泥法 0.20.40.91.8 515吸附池10003000再生池400010000吸附池 8002400 再生池 32008000 50100 吸附池 0.51.0 再生池 36.0 延时曝气活性污泥法 0.050.1 0.150.3 2030 30006000 2500500050100 203648 1）氧化沟又称连续循环反应器（Co ti uous Loop Reactor）池体狭长，池身较浅，曝气池一般呈封闭的环状沟渠形，污水和活性污泥的混合液在其中作不停的循环流动，水力停留时间长达1040h。在曝气池的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，取得曝气和搅拌两个作用。是延时曝气法的一种特殊形式。氧化沟兼有完全混合式和推流式的特点，氧化沟内的流态是完全混合式的，但是又具有某些推流式的特征，如在曝气装置的下游，溶解氧浓度从高向低变动，甚至可能出现缺氧段。在控制适宜的条件下，沟内同时具有好氧区和缺氧区，可以进行硝化和反硝化反应，取得脱氮效果，同时使得活性污泥具有良好的沉降性能。优点氧化沟工艺流程简单，构筑物少，运行管理方便。可考虑不设初沉池可考虑不单设二次沉淀池，使氧化沟与二次沉淀池合建（如交替工作氧化沟）可省去污泥回流装置。氧化沟的构造形式多样化、运行灵活。氧化沟一般呈环形沟渠状，平面多为椭圆形、圆形或马蹄形调节出水堰高度可改变氧化沟的水深，进而改变曝气装置的淹没深度，使其充氧量适应运行的需要，并可对水的流速起一定的调节作用。氧化沟BOD负荷低，同活性污泥法的延时曝气系统类似，对水温、水质、水量的变动有较强的适应性；污泥龄一般可达1530d。可以繁殖世代时间长、增殖速度慢的微生物，如硝化菌，在氧化沟内可以发生硝化反应。如设计、运行得当，氧化沟具有反硝化的效果由于活性污泥在系统中的停留时间很长，排出的剩余污泥已趋于稳定，因此一般只需进行浓缩和脱水处理，可以省去污泥消化池缺点：主要表现在占地及能耗方面。由于沟深的限制以及沟型方面的原因，使得氧化沟工艺的占地面积大于其它活性污泥法；另外，由于采用机械曝气，动力效率较低，转刷曝气器能耗也较高常用的氧化沟系统： 卡罗塞尔氧化沟系统在国外得到了广泛应用。规模大小不等，从200m3d到650000m3d，BOD去除率达9599，脱氮效果可达90以上交替工作氧化沟系统有二沟（分为V-R型、D型）和三沟两种系统奥贝尔(Orbal)型氧化沟系统 最主要特点是采用同心圆式的多沟串联系统最外环容积最大，约为总容积的6070，主要的生物氧化和脱氮过程在此完成依次进入下一层沟渠中沟为2030，由位于中心的沟渠流出进入二次沉淀池内沟则仅占10左右2）AB法 吸附生物降解(Adsorptio Biodegratio )工艺解决传统的二级生物处理系统，即“预处理初沉池曝气池二沉池”存在的去除难降解有机物和脱氮除磷效率低及投资运行费用高等问题A段与B段各自拥有独立的污泥回流系统，两段完全分开，每段能够培育出适于本段污水水质的微生物种群A段： 1.污水由排水系统经格栅和沉砂池直接进入A 段，该段为吸附段，负荷较高，泥龄短, 水力停留时间很短, 约为30mi ， 有利于增殖速度较快的微生物生长繁殖，2.而且在A段存活的只是抗冲击负荷能力强的原核细菌，其他微生物不能存活。废水经过A段处理后，BOD去除4070，可生化性有所提高，有利于B段的工作；3.A段污泥产率较高，吸附能力强，重金属、难降解物质以及氮、磷等植物性营养物质等，都可能通过污泥的吸附作用得以去除B段：1、 B段接受A段的处理水，以低负荷运行（污泥负荷一般为0.10.3 kgBOD5/kgMLSSd ），出水水质较好。 2、去除有机物是B段的主要净化功能。B段的污泥龄较长，氮在A段得到了部分的去除，BOD/ 比值有所降低，因此，B段具有产生硝化反应的条件，有时也可将B段设计成A/O工艺。B段承受的负荷为总负荷的40一70，较传统活性污泥法处理系统，曝气池的容积可减少40左右3)SBR法间歇式活性污泥法或序批式活性污泥法（Seque ci g Batch Reactor，简称SBR法。在时间上进行各种目的的不同操作，集调节池、曝气池、沉淀池为一体, 不需设污泥回流系统在流态上属完全混合，在有机物降解上，却是时间上的推流，有机物是随着时间的推移而被降解的 进水阶段(Fill)-反应阶段(React)-沉淀阶段(Stettle)-排水阶段(Draw)- 闲置阶段(Idle)进水阶段很好的推流，推动力大。沉淀阶段属于静止沉淀，沉淀效果好。排水阶段利用滗水器排水。主要特点：采用集有机物降解与混合液沉淀于一体的反应器间歇曝气池 与连续流式活性污泥法系统相比，不需要污泥回流及其设备和动力消耗，不设二次沉淀池。 工艺流程简单，基建与运行费用低； 生化反应推动力大，速率快、效率高，出水水质好； 通过对运行方式的调节，在单一的曝气池内能够进行脱 氮和除磷； 耐冲击负荷能力较强，处理有毒或高浓度有机废水的能力强； 不易产生污泥膨胀现象，是防止污泥膨胀的最好工艺活性污泥法系统运行中的一些重要问题 一、污泥膨胀现象污泥体积膨胀，上层澄清液减少 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；一般认为，SVI超过200，就算污泥膨胀 危害：膨胀污泥不易沉淀，容易流失，既降低处理后的出水水质，又造成回流污泥量的不足原因：1、污泥中丝状菌大量繁殖导致的丝状菌性膨胀2、并无大量丝状菌存在的非丝状菌性膨胀 （1）丝状菌性膨胀 当污泥中有大量丝状菌时，大量具有一定强度的丝状体相互支撑、交错，大大恶化了污泥的沉降、压缩性能，形成污泥膨胀。 造成污泥丝状膨胀的主要因素大致为： 污水水质。造成污泥膨胀的最主要因素 含溶解性碳水化合物高的污水往往发生由浮游球衣细菌引起的丝状膨胀，含硫化物高的污水往往发生由硫细菌引起的丝状膨胀。水温和pH值 运行条件。曝气池的负荷和溶解氧浓度 工艺方法。完全混合的工艺方法比传统的推流方式较易发生污泥膨胀，而间歇运行的曝气池最不容易发生污泥膨胀； （2）非丝状菌性膨胀 非丝状菌性膨胀污泥含有大量的表面附着水，细菌外面包有粘度极高的粘性物质，这种粘性物质是由葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖、脱氧核糖等形成的多糖类。 起因： 非丝状菌性膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高时。a.微生物的负荷高，细菌吸取了大量营养物，但由于温度低，代谢速度较慢，就积贮起大量高粘性的多糖类物质。这些多糖类物质的积贮，使活性污泥的表面附着水大大增加，使污泥的SVI值很高，形成膨胀污泥措施：在运行中，如发生污泥膨胀，可针对膨胀的类型和丝状菌的特性，采取以下一些抑制的措施控制曝气量，使曝气池中保持适量的溶解氧（不低于12mg/L，不超过4mg/L）；调整pH值；如氮、磷的比例失调，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，跳越初沉池，直接进入曝气池。 在设计时，对于容易发生污泥膨胀的污水，可以采取以下一些方法：减小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悬浮物，可使曝气池中的污泥浓度明显增加，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，或是初次沉淀池-生物膜法处理-曝气池-二次沉淀池等工艺。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。这样，既降低了曝气池的污泥负荷，又改变了进入后面部分曝气池的水质，可以有效地克服活性污泥膨胀；用气浮法代替二次沉淀池。 其他现象：一、污泥解体现象：处理水质混浊，絮凝体微细化，水质变坏。原因：运行不当，微生物失活，曝气过量、导致营养失衡，污水中混有有毒物质。解决：减少BOD负荷、增加溶解氧、检查水质二、污泥腐化现象：二沉池污泥腐败变黑、恶臭、上浮原因：沉积在死角污泥长期滞留，厌氧发硝三、污泥上浮原因：曝气池泥龄长，反硝化产生 2使污泥上浮。措施：增加回流量或及时排泥。废水的厌氧处理The A aerobic Processes是有机废水强有力的处理方法之一。厌氧生化法不仅可用于处理有机污泥和高浓度有机废水，也用于处理中、低浓度有机废水，包括城市污水。与好氧生物处理法比较厌氧生化法的优势和特点：（1）应用范围广因供氧限制，好氧法一般只适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法既适用于高浓度有机废水，又适用于中、 低浓度有机废水。有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等（2）能耗低好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。无须氧，还产甲烷气体废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿消耗能量。研究表明，当原水BOD5达到1500mg/L时，采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。（3）负荷高通常好氧法的有机容积负荷为2-4 kgBOD/(m3d)，而厌氧法为2-lO kgCOD/(m3d)，高的可达50 kgCOD/(m3d)。（4）剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好好氧法每去除l kgCOD将产生0.4-O.6 kg生物量，而厌氧出去除l kgCOD只产生0.02-0.l kg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5-20。同时，消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定的。因此，剩余污泥处理和处置简单、运行费用低，甚至可作为肥料、饲料或饵料利用。（5）氮、磷营养需要量较少好氧