水污染控制工程 第三版 部分要点整理

第十二章 第一节 基本概念 活性污泥法本质上与天然水体自净过程类似 都是好氧生物过程 只是活性污泥法净化 强度大 有人工的因素在里面 污泥泥龄 污泥泥龄是指曝气池中微生物细胞的平均停留时间 活性污泥的组成 有活性的微生物 Ma 微生物自身氧化残留物 Me 媳妇在活性 污泥上不能被微生物所降解的有机物 Mi 无机悬浮固体 Mii 活性污泥性状 活性污泥是粒径在 200 1000 m 的类似矾花状不定性的絮状物 混 合液悬浮固体浓度 MLSS 指曝气中池中单位体积混合液中活性污泥悬浮固体的质量 也称之为污泥浓度 它包括 Ma Me Mi Mii 混合液挥发性悬浮固体浓度 MLVSS 是指混合液悬浮固体中有机物的质量 它包括 Ma Me Mi 一般污水处理厂曝气池混合液的 MLVSS MLSS 在 0 7 0 8 污泥沉降比 污泥沉降比是指曝气池混合液静止 30min 后沉淀污泥的体积分数 通常采 用 1L 的两桶测定污泥沉降比 污泥体积指数 SVI 是指曝气池混合液沉淀 30min 后 单位之恋干泥形成的是污泥体积 常用单位也 mL g SVI 沉淀污泥的体积 MLSS SVI 在 100 150 时 污泥沉降性能能娘好 活性污泥法基本流程 主线是进水 曝气池 沉淀池 出水 分线沉淀池污泥回流至进水处 同时剩余污泥量排出 活性污泥降解有机物的过程分为 吸附阶段和稳定阶段 吸附阶段 主要是污水中 的有机物转移到活性污泥上 稳定阶段 主要是转移到活性污泥上的有机物被微生物所利用 耗氧量可以反映污水中有机物的浓度 耗氧量的下降就是有机物浓度的降低 耗氧量和 BOD5 下降量相同时说明污水中取出的有机物已经全部被微生物所利用 如果不相等 则 两者之差就绪昂党羽尚未被微生物所利用的那部分有机物 第二节 活性污泥的发展 曝气池实质是一个反应器 他的池型与所需的水力特征级反映要求密切相关 主要分为 推流式 完全混合式 封闭环流式和序批式四大类 推流式曝气池 曝气池推流横断面上各点浓度均匀一致 纵向不存在掺混 第五浓度在 进口端最高 沿池长逐渐降低 至池出口端最低 完全混合曝气池 污水一进入曝气反应池 在曝气搅拌下立即和全池混合 曝气池内个 点的底物浓度 微生物浓度 需氧速率完全一致 封闭环流式反应池 结合了推流和完全混合两种流态的特点 污水进入反应池后 再曝 气设备的作用下被迅速 均匀的于反应器中混合液进行混合 序批式反应池 SBR 属于 注水 反应 排水 类型的反应器 其过程为 进 水 反应 沉淀 出水和闲置五个组成 混合液始终留在池中 从而不需要另设沉淀池 活性污泥法的发展和演变 传统推流式 渐减曝气法 节能提高效率 阶段曝气法 提高曝气池对水质 水量冲击负荷的能力 高负荷曝气法 有机物容积负荷或污泥负荷高 曝气时间短 但处理效果低 延时 曝气法 稳定性高 对进水水质 水量变化适应性强 不需要初沉池 吸附再生法 吸附时间段 吸附池容积小 具有一定的抗冲击负荷能力 到处理效果低 于传统 完全混合法 适用于处理工业废水 特别是浓度较高的工业废水 深层曝气法 节 约用地 纯氧曝气法 提高生物处理速率 第四节 气体传递原理和曝气设备 构成活性污泥法三个基本要素 1 引起吸附和氧化分解的微生物 也就是活性污泥 2 污水中的有机物 3 溶解氧 气体传递原理 传质过程 氧转移的影响因素 氧分压 液相中的氧的浓度梯度 气液之间的接触面积和接触时间 水温 污水的性质 水流的紊流程度等因素都影响着氧的转移速率 曝气设备 主要分 为鼓风曝气和机械曝气两大类 鼓风曝气 有进风空气过滤器 鼓风机 空气输配管系 统和浸没于混合液下的扩散器组成 机械曝气 鼓风曝气是液下曝气 机械曝气则是通 过安装于池面的表面曝气器来实现的 第十三章 生物膜法是一大类生物处理发的统称 包括生物滤池 生物转盘 生物接触氧化池 曝气 生物滤池及生物流化床等工艺形式 生物膜法对水质 水量变化的适应性较强 污染去除 率较好 目前所采用的生物膜法多数是好氧工艺 主要用于中小规模污水处理 少数是厌 氧的 本章讨论的是好氧生物膜法 第一节 基本原理 微生物细胞在水环境中 能在适宜的载体表面牢固附着 生长繁殖 细胞胞外多聚物使微 生物细胞形状呈纤维状的缠结结构 称之为生物膜 在生物膜法中生物膜是指 以附着在惰性载体表面上生长的 以微生物为主 包含微生物 及其产生的胞外多聚物和附着在微生物表面的无机及有机物等组成 并具有较强的吸附和 生物降解性能的结构 微生物在滤料表面大量繁殖 形成生物膜 污水流过生物膜生长成熟的虑床时 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 生物膜的组成 细菌与真菌 原生动物和后生动物 滤池蝇 藻类 生物膜法的净化过程 是一个吸附 稳定的复杂过程 包括污染物在液相中的紊流扩散 污染物在膜中的扩散传递 氧向生物内部的扩散和吸附 有机物的氧化分解和微生物的新 陈代谢等过程 影响生物膜法污水处理效果的主要因素 进水底物的组分和浓度 营养物质 BOD5 N P 100 5 1 有机负荷及水力负荷 溶解氧 生物膜量 PH 温度 有毒物质 生物膜法水处理特征 微生物方面的特征 微生物种类丰富 生物的食物链长 存货时代时间较长的微生物 有利于不同功能的优势菌群分段运行 处理工艺方面的特征 对水质水量变动有较强的适应性 适合低浓度的污水处理 剩余污 泥产量少 运行管理方便 生物膜法反应动力学 微生物想在体表面的运送 1 主动运送 细菌借助水利动力学作用及浓度扩散向载体 表面迁徙 2 被动运送 通过布朗运动 细菌自身运动和沉降等作用实现 可逆附着过程 微生物被运送到载体表面后 通过各种物理或化学作用使微生物附着与 载体表面 最初形成的是可逆附着 不可逆附着 是可逆过程的延续 不可逆附着过程通常是由微生物分泌的粘性代谢物质 如多聚糖所形成 附着微生物生长 经过不可逆过程后 微生物在载体表面建立了一个相对稳定的生存环境 可以利用周围环境所提供的养分进一步增长繁殖 逐渐形成成熟的生物膜 第二节 生物滤 池 生物滤池构造 滤床及池体 布水设备和排水设备 滤床及池体 滤床由滤料组成 滤料是微生物生长栖息的场所 滤床四周为生物滤池池壁 起围护滤料的作用 滤料的特性 1 能为微生物附着提供大量的表面积 2 是污水以液膜状态流过生物膜 3 有足够的空隙率 保证通风和是脱落的生物膜能随水流流出滤池 4 不被微生物分解 也不抑制微生物生长 有良好的生物化学稳定性 5 有一定的机械强度 6 价格低廉 布水设备 设置布水设备的目的是为了使污水能均匀的分布在整个滤床表面上 布水设 备分两类 旋转布水器和固定布水器系统 排水设备的作用 1 收集滤床流出的污水与生物膜 2 保证通风 3 支持滤料 生物滤池法的工艺流程 初沉池 生物滤池 二沉池 影响生物滤池性能的主要因素 滤池高度 负荷 回流 供氧 第三节 生物转盘法 生物转盘法处理有机物的机理与生物滤池基本相同 但其构造与生物滤池很不相同 与生物滤池相比生物转盘发有如下特点 1 不会发生堵塞现象 净化效果好 2 能耗 低 管理方便 3 占地面积较大 4 有气味产生 对环境有一定的影响 生物转盘的构造 由一系列平行的旋转圆盘 转动中心轴 动力及减速装置 氧化槽等 组成 生物转盘法的工艺流程 流入 初沉池 菌胶团和细菌转盘 2 细菌和原生动物 转盘 2 二沉池 消毒 流出 生物转盘的优缺点 优点是动力消耗低 抗冲击能力强 无需回流污泥 管理运行方便 缺点是占地面积达 散发臭气 在寒冷的地区需做保温处理 第四节 生物接触氧化法 生物接触氧化法又称浸没式曝气生物滤池 是在生物滤池的基础上发展而来 生物接触氧化池内设置填料 填料淹没在污水中 填料上长满生物膜 污水与生物膜接 触过程中 水中的有机物被微生物所吸附 氧化分解和转化为新的生物膜 生物接触氧化法是介于活性污泥法和生物滤池二者之间的污水生物处理技术 兼有二者的 特点 其优点有 1 具有较高的容积负荷 2 不需要污泥回流 不存在污泥膨胀问题 运行管理方便 3 对水质水量的骤变有较强的适应能力 4 有机溶剂负荷较高时 其 F M 保持在较低水平 污泥产率较低 生物接触氧化池的构造 平面形状一般采用矩形 进水端应有防止短流措施 出水一般为 堰式出水 其构造主要由池体 填料和进水布气装置组成 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 呼吸 好氧呼吸 细胞在氧的参与下 通过酶的催化作用 把糖类等有机物彻底氧化分解 产生 出二氧化碳和水 同时释放出大量能量的过程 以分子氧为最终电子受体 缺氧呼吸 以氧 化型化合物为最终电子受体 厌氧 发酵 微生物将有机物氧化释放的电子直接交给底物 本身未完全氧化的某种中间产物 同时释放能量并产生不同的代谢产物 以有机物为最终 电子受体 好氧生物处理 反应速度快 反应时间短 构筑物体积小 臭气少 中低浓度有机污水 厌氧生物处理 可回收能量 甲烷 剩余污泥量少 运行费低 反应速率慢 维持较高反应温度要耗能 反应时间长 构筑物体积大 微生物生长规律和生长环境 微生物生长曲线 4 个生长期 延迟期 对数增长期 稳定期 减速增长期 衰亡期 内源呼吸期 微生物维持在活力很强的对数增长期未必获得最好处理效果 若要维持高活性 需有充足 的营养物质 高浓度有机物进水含量易造成出水有机物超标 且污泥不易凝聚沉淀 泥水 分离困难 微生物维持在衰亡期 氧化分解有机物能力差 所需反应时间长 实际中将活 性污泥控制在稳定期末或衰亡初期 微生物的增长与递变 当有机物多时 以有机物为食料的细菌占优势 数量最多 当细菌很多时 出现以细菌为 食料的原生动物 而后出现以细菌及原生动物为食料的后生动物 微生物生长的环境 1 微生物的营养 BOD5 N P 100 5 1 2 温度 一般水处理 10 35 3 pH 活性污泥法曝气池中 6 5 8 5 4 溶解氧 5 有毒物质 反应速率和反应级数 反应速率 单位时间里底物的减少量 最终产物的增加量或细胞的 增加量 在污水生物处理中 以单位时间底物的减少或细胞的增加来表示生化反应速率 反应级数 反应速度与反应物浓度的 n 次方成正比 n 为反应级数 微生物生长动力学 米 门方程 酶促反应速率与底物的关系 莫诺特方程 微生物群体比增长速率与底物浓度之间的函数关系 劳 麦方程 比底物利用速率与底物浓度之间的关系在整个浓度区间上连续 第十二章 活性污泥法 活性污泥 组成 有活性的微生物 Ma 微生物自身氧化残留物 Me 吸附在活性污泥上不能被 微生物所讲解的有机物 Mi 无机悬浮固体 Mii 评价方法 1 生物相观察 2 混合液悬浮固体浓度 MLSS Ma Me Mi Mii 混合液挥发性悬浮固体浓度 MLVSS Ma Me Mi Ma 3 污泥沉降比 SV 曝气 池混合液静置 30min 后沉淀污泥的体积分数 正常在 30 左右 4 污泥体积指数 SVI 5 污泥泥龄 污泥新鲜程度 越大 老化污泥越多 基本流程 曝气池 沉淀池 污泥回流及剩余污泥排放系统 活性污泥法 基本形式 1 推流式曝气池 水流呈推流型 理论上推流横断面上各点浓度均匀一致 纵向不掺混 底物浓度进口端最高 延池长逐渐降低 至出口端最低 2 完全混合曝气池 曝气池内各点的底物浓度 微生物浓度 需氧速率完全一致 耐冲击 负荷能力大 3 封闭环流式反应池 在短时间内呈推流式 长期时间内呈完全混合特征 4 序批式反应池 进水 反应 沉淀 出水 闲置五个基本过程 流态上完全混合 但有 机污染物却是随反应时间推移而被降解 三大主流工艺 推流式 封闭环流式 序批式 1 污水根据来源分为生活污水 工业废水 初期污染雨水 城镇污水 2 污水污染指标 分为物理性质 化学性质 生物性质 3 表现污水物性的指标 温度 色度 嗅和味 固体物质等 表现污水化性的指标 有机 物指标 BOD COD TOD TOC 无机物指标 生物性质 大肠杆菌 细菌总数 病毒 4 水体的自净作用 物理净化 稀释 扩散 沉淀 挥发等作用 化学净化 氧化 还原 分解等作用 生物净化 微生物对有机物的氧化分解作用 5 持久性污染物的稀释扩散 6 非持久性 污染物的稀释扩散 7 溶解氧下垂曲线 8 污水物理处理法去除对象是污水中的漂浮物和悬浮物 方法 筛滤截流法 格栅 筛 网 过滤 重力分离法 沉沙池 沉淀池 隔油池 气浮池等 离心分离法 旋转分离器 离心机 9 格栅作用 用来截流污水中较粗大的漂浮物和悬浮物 防止堵塞和缠绕水泵机组 曝气 器 管道阀门 处理构筑物配水设施 进出水口 减少后续处理产生的浮渣 保证污水处 理设施的正常运行 10 格栅分类 按栅条净间距 粗 50 100mm 中 10 40mm 细 1 5 10mm 按形状 平面 曲面 按清渣方式分为 机械清渣和人工清渣 11 筛网应用于小型污水处理系统主要用于短小纤维回收的筛网 振动筛网 水力筛网 12 沉淀法是利用水中悬浮颗粒和水的密度差 在重力作用下产生下沉作用 以达到固液 分离的过程 13 沉淀池的类型 根据水中悬浮颗粒的性质 凝聚性和浓度 沉淀通常可以 分为自由沉淀 絮凝沉淀 区域沉淀 压缩沉淀 14 自由沉淀 颗粒之间互不干扰 各自独立完成沉淀过程 沉淀轨迹呈直线 沉砂池中 的沉淀 絮凝沉淀 颗粒之间有互相絮凝作用 因互相聚集增大而加快沉淀 沉淀轨迹呈曲线 化学混凝沉淀及活性污泥在二沉池中间段的沉淀 区域沉淀 颗粒之间相对位置保持不变 形成一个整体共同下沉 有清晰的泥水界面 二沉池下部及污泥重力浓缩池 压缩沉淀 二沉池污泥斗中的污泥浓缩及污泥重力浓缩池 15 自由沉淀的三种假设 沉淀过程中颗粒的戴奥形状重力等不变 颗粒为球形 颗粒只 在重力作用下沉淀 不受壁器和其他颗粒的影响 16 球形颗粒自由沉淀的沉速公式 17 沉淀池对悬浮颗粒的去除率 表面水力负荷 18 沉砂池的目的 去除污水中的泥沙 煤渣等相对密度较大的无机颗粒 以免影响后续 处理构筑物的正常运行 19 常用的沉砂池类型 平流池 曝气池 旋流池 运行方式有间歇性 连续性两种 20 沉淀池分为初沉池和二沉池 常见的有平流式沉淀池 竖流式 辐流式 斜板 管沉淀 池 二次沉淀池在功能上满足了澄清和污泥浓缩的要求 21 提高沉淀池沉淀效果的有效 途径 在沉淀区增设斜板提高沉淀池的分离效果和处理能力 对污水进行曝气搅动 回流 部分活性污泥 在工业废水处理中 一般均设置废水调节池 22 废水中的油存在的形式 可浮油 细分散油 乳化油 溶解油 wk ad begin pid 21 wk ad after 21 function ad hidden hide function ad hidden show 23 破乳的方法 投加换型乳化剂 投加盐类 酸类物质可使乳化剂失去乳化租用 投加 某种本省不能成为乳化剂的表面活性剂 同错剧烈的搅拌震荡或转动使乳化的液滴猛烈相 碰撞而合并 如以粉末为乳化剂的乳状液 可以 yoga 过滤法篮协被固体粉末包围的油滴 改变乳状液的稳定 加热或冷冻 来破坏乳状液的稳定 24 气浮法的原理 在水中形成微小气泡形式 使微小气泡与水中悬浮的颗粒粘附 形成 水 气 颗粒三相混合体系 颗粒粘附上气泡后 形成表观密度小于水的漂浮絮体 絮体上 浮至水面 形成浮渣成被刮除 以此实现固液分离 25 按产生微细气泡的方法气浮法分为 电解气浮法 分散空气浮法和溶解空气气浮法 26 污水生物处理是利用自然界中广泛分布的个体微小 代谢营养类型多样 适应能力强 的微生物的新陈代谢作用 对污水进行净化处理的方法 27 污水生物处理分为 好样生物处理 缺氧生物处理 厌氧生物处理 悬浮生长法 活 性污泥法 附着生长法 生物膜法 28 根据氧化还原反应中的最终电子受体的不同 分解代谢可分成发酵和呼吸 呼吸分为 好氧呼吸和缺氧呼吸 29 好氧微生物处理是水中有分子氧存在的条件下 利用好氧微生 物降解有机物 使其稳定 无害化的处理方法 30 厌氧生物处理在没有分子氧及化和态 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 29 污水生物脱氮处理过程中氮的转化 氨化 硝化 反硝化作用 氨化 好氧或厌氧的条件下 在氨化微生物的作用下 有机氮化合物转化为氨氮 硝化 好氧的条件下 在亚硝化菌和硝化菌的作用下 氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐 反硝化 缺氧的条件下 在反硝化菌的作用下 亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气 30 根据微生物生 长速率的不同 分为延迟期 对数增长期 稳定期 衰亡期 31 在实际生活中常将活性 污泥控制在稳定期末期和衰亡期初期 32 影响微生物生长的因素 营养 温度 PH 溶 解氧及有毒物质 33 劳麦方程式是底物利用速率与反应器中微生物浓度及底物的浓度间的动力学关系 莫诺特方程式及意义 反应级数及对应方程式 34 活性污泥组成的四部分 有活性的微生物 Ma 微生物自身氧化残留物 Me 吸附在活性 污泥上不能被微生物所降解的有机物 Mi 无机悬浮固体 Mii 35 活性污泥的评价方法 生物相观察 混合液悬浮固体浓度 混合液挥发性悬浮固体浓度 污泥沉降比 污泥体积 指数 36 活性污泥法的基本流程包括曝气池 沉淀池 污泥回流及剩余污泥排除系统等 37 活性污泥法曝气反应池的基本形式 推流式曝气池 完全混合曝气池 封闭环流式曝 气池 序批式反应池 38 曝气分为鼓风曝气和机械曝气 39 鼓风曝气系统是由 进风空气过滤器 鼓风机 空气输配管系统和浸没于混合液下的 扩散器 微气泡 小气泡 中气泡 大气泡 剪切分散空气 40 曝气池容积设计计算 有机物负荷法 活性污泥负荷 曝气池容积负荷 污泥泥龄法 41 生物脱氮工艺 三段生物脱氮工艺 前置缺氧 好氧生物脱氮工艺 后置缺氧 好氧生 物脱氮工艺 bardenpho 生物脱氮工艺 同步硝化反硝化过程 生物除磷工艺 AP O 工艺 phostrip 工艺 生物脱氮 除磷工艺 A2 O 工艺 改良工艺 UCT 及改良 UCT 工艺 SBR 工艺 42 从提高二沉池的澄清能力来看 斜板可以提高沉淀效能的原理主要用于自由沉淀 但在 二沉池中 沉淀形式主要属于成层沉淀而非自由沉淀 加设斜板既增加了二沉池的基建投 资 且由于斜板容易积存污泥 会造成运行管理上的麻烦 43 Sui 大于 2011 污泥膨胀 活性污泥的膨胀可分为 污泥中丝状菌的大量繁殖导致的丝状菌性膨胀以及无大量丝状菌 存在的非丝状菌膨胀 44 造成污泥丝状膨胀的主要因素 污水水质 运行条件 工艺方法 45 抑制污泥膨胀的措施 控制曝气量 调整 ph 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 城镇污水处理厂的污水经过沉沙池后 超越初沉池 直接进入曝气池 46 生物膜的组成由一般细菌 真菌 原生动物 后生动物及澡类以及一些肉眼可见的蠕 虫 昆虫的幼虫等组成 影响生物膜法的污水处理的主要因素 进水底物的组分和浓度 营养物质 有机负荷及水力负荷 溶解氧 生物膜量 PH 温度 有毒物质 47 生物膜法包括 生物滤池 生物转盘 生物接触氧化池 曝气生物滤池及生物流化床 等 48 早期的普通生物滤池水力负荷和有机负荷都很低 虽净化效果好 但占地面积大 易堵塞 后来开发出采用处理水回流水力负荷和有机负荷较高的高负荷生物滤池 49 生 物滤池的构造 滤床 池体 布水设备 排水系统 50 影响生物滤池性能的主要因素 滤池高度 负荷 回流 供氧 51 考虑二沉池出水回流 入流有机物浓度较高 可能引起供氧不足时 水量很小 无法 维持最小经验以下的水里负荷时 污水中某种污染物在高浓度时可能抑制微生物生长的情