水污染控制工程知识点

水污染 1 第九章第九章 污水水质和污水出路污水水质和污水出路 1 污水有机物指标 生化需氧量 BOD 水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的 氧量 BOD5 五日生化需氧量 化学需氧量 COD 或 OC 用化学氧化剂氧化水中的有机污染物 时所消耗的氧化剂量 CODMn或 OC 以高锰酸钾作氧化剂时 地 下水 CODCr或 COD 以重铬酸钾作氧化剂时 地表水 总有机碳 TOC 包括水样中所有有机污染物的含碳量 总需氧量 TOD 当有机物全部被氧化时 C 全部变为二氧化碳 H N 及 S 怎被氧化成水 一氧化氮 二氧化硫等 此时需氧量称为 总需氧量 COD BOD TOD TOC 2 水体自净 物理净化 污染物质由于稀释 扩散 沉淀或挥发等作用而使河水污染物 质浓度降低的过程 化学净化 氧化 还原 分解 生物净化 水中生物活动 尤其是水中微生物对有机物的氧化分解作用 3 水环境质量标准 地表水环境质量标准 分五类水体 类 主要适用于源头水 国家自然保护区 类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区 珍稀水生生物 栖息地 鱼虾类产卵场 幼鱼的索饵场等 类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区 鱼虾类越冬场 洄游通道 水产养殖区等渔业水域及游泳区 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 类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域 4 污水排放标准 浓度标准 规定了排出口向水体排放污染物的浓度限值 其单位一般 为 mg L 总量控制标准 是以与水环境质量标准相适应的水体环境容量为依据 而设定的 第十章第十章 污水的物理处理污水的物理处理 5 格栅 分为人工格栅和机械格栅 人工格栅倾角 30 60 机械格栅 每日栅渣量 0 2m3 倾角 60 90 设计参数 渠道宽度适当 过渠道水流速度一般 0 4 0 9m s 过栅流速 0 6 1 0m s 格栅工作平台应高出设计水位 0 5m 6 沉淀法 利用水中悬浮颗粒和水的密度差 在重力作用下产生下沉运动 达到固液分离 的效果 可用于以下几个方面 污水池里系统的预处理 沉砂池 污水的初级处理 初沉池 生物处理 后的固液分离 二沉池 污泥处理阶段的污泥浓缩 污泥浓缩池 7 沉淀类型 自由沉淀 发生在水中悬浮固体浓度不高时的一种沉淀类型 直线下沉 且颗粒物理性质不变 沉砂池 絮凝沉淀 悬浮颗粒浓度不高 但沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作 用 曲线下沉 且颗粒物速度质量性状等变 二沉池中间段 区域沉淀 成层沉淀 拥挤沉淀 高浓度悬浮颗粒的沉降过程 5000mg L 以上 有明显泥水分离 二沉池下部和污泥重力浓缩池开始 水污染 2 压缩沉淀 高浓度悬浮颗粒的沉降过程中 二沉池污泥斗中 污泥重力浓 缩池 8 曝气沉砂池构造及工作原理及特点 构造 p37 图 10 21 特点 1 沉砂中含有机物的量低于 5 2 由于池中设有曝气设备 它 还具有预曝气 脱臭 除泡作用 以及加速污水中油类和浮渣的分离等作用 工作原理 两种形式的运动 水平的和旋转的 流速中心处最小 池的周边 最大 砂旋转碰到池壁就向下滑落 到了槽里就出不来了 旋转时刻碰撞摩擦 使有机物被冲刷掉 使沉砂较为纯净 易于收集利用 9 旋流沉砂池构造和工作原理 构造 p41 图 10 24 工作原理 利用机械力控制水流流态与流速 加速沙粒的沉淀并使有机物随 水流带走的沉砂装置 污水由切线方向流入沉砂区 由于受离心力作用不同 砂甩向池壁在重力作用下沉入砂斗 水带着有机物流出 砂斗内沉砂可采用空 气提升 排砂泵等排出 达到砂水分离效果 10 沉淀池 按工艺布置的不同 可分为初沉池和二沉池 按池内水流方向的不同分为 平流式 竖流式 辐流式 p43 10 26 11 气浮池 机理 在水中形成微小气泡形式 是微小气泡于水中悬浮颗粒物粘附 形 成水 气 颗粒三项混合体 颗粒粘附上气泡后 形成表观密度小于水的漂浮絮 体 形成浮渣层被刮除 实现固液分离 基本条件 1 必须向水中提供足够量的细微气泡 2 必须使废水中的 污染物质能形成悬浮状态 3 必须使气泡与悬浮物质产生黏附作用 应用 1 石油 化工及机械制造业中的含油 包括乳化油 废水的油水 分离 2 废水中有用物质的回收 如造纸废水中的纸浆纤维及填料的回收 3 含悬浮固体相对密度接近于 1 的工业废水的预处理 4 取代二沉池进行 泥水分离 特别适用于活性污泥絮体不易沉淀或易于产生沉淀的情况 5 剩 余污泥的浓缩 气浮法的类型 1 电解气浮法 电解水 正负两极产生的氢气和氧气的 气泡 2 分散空气气浮法 微孔曝气气浮法 剪切气泡气浮法 3 溶解空气 气浮法 真空气浮法 加压溶气气浮法 多用 如何提高气浮效果 投加化学药剂 1 混凝剂 改变废水中悬浮颗粒的基 本性能 使废水中的细小颗粒絮凝成较大的絮状体 2 浮选剂 改变亲水性 和疏水性 3 助凝剂 4 抑制剂 抑制某些物质气浮 不妨碍要去除物质的 气浮 5 调节剂 调节 PH 12 废水处理中 气浮法与沉淀法相比 各有何优缺点 答 气浮法答 气浮法 能够分离那些颗粒密度接近或者小于水的细小颗粒 适用于活性污 泥絮体不易沉淀或易于产生膨胀的情况 但是产生微细气泡需要能量 经济成本较高 沉淀法 沉淀法 能够分离那些颗粒密度大于水能沉降的颗粒 而且固液的分离一般不需 要能量 但是一般沉淀池的占地面积较大 第十一章第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础 13 呼吸 分为好氧呼吸和缺氧呼吸 好氧呼吸 以分子氧作为最终电子受体 水污染 3 缺氧呼吸 以氧化性化合物作为最终电子受体 发酵 以底物本身未完全氧化的某中间产物为电子受体 呼吸作用与发酵作用的根本区别在于 电子载体不是直接将电子传递给底物 降解的中间产物 而是交给电子传递系统 逐步释放出能量后再交给最终电 子受体 14 脱氮除磷 生物脱氮 含氮化合物经氨化 硝化 反硝化 同化后转变为氮气而被 去除的过程 1 氨化反应 微生物经加氧或水解脱氨基 使有机氮化合 物产生氨 2 硝化反应 在亚硝化菌或硝化菌作用下 将氨态氮转化为 亚硝酸盐或硝酸盐 3 反硝化反应 缺氧条件下 亚硝酸盐或硝酸盐在 反硝化菌的作用下转化为氮气 硝酸盐 亚硝酸盐 氧化氮 氧化亚氮 氮气 4 同化作用污水中的一部分氮被同化成微生物细胞的组成部分 并以 剩余活性污泥的成分排出 生物除磷 利用聚磷微生物 具有厌氧释磷及好氧 或缺氧 超量吸磷 的特性 是好氧或缺氧段中混合液中磷的浓度大大降低 排放大量富磷污 泥达到除磷目的 15 微生物生长规律的一般表现 图 p88 11 4 延迟期 适应期 适应时期 细胞数目不变或减少 体积增大 末期 对不良环境适应性差 对数增长期 细胞数目以恒定速率成直线增长 大小 性质基本不变 消耗了大量底物 细胞内代谢物质丰富 是作为研究的理想材料 稳定期 减速增长期 生长速率下降 细胞个数趋于稳定 并随之死 亡 菌胶团形成 内分泌物增多 活性污泥絮体开始形成 具有氧化有机 物的能力 还具有良好的沉降性能 衰亡期 内源呼吸期 生长速率为零 靠内源呼吸 呈衰退性 由于能 量降低 絮凝体吸附有机物能量显著 活性污泥性降低 泥较为松散 16 产率系数 反应系数 g 生物细胞量 g 降解的底物 1 反映了底物减少速率和细胞增长速率之间的关系 成正比 污水生化处 理中的重要规律 17 微生物增长的比增长速率 说明微生物增长速率与现有微生物浓度 X 成正比 其中微生物群体比增长速率 莫诺特方程 比增长速率 max 在限制增长的底物达到饱和浓度是的最大值 S 限制增长的底物浓度 KS 饱和常数 即 max 2 时的底物浓度 18 微生物增长的基本方程 描述了微生物净增长速率 g 和底物利用速率 u 之间的关系 第十二章第十二章 活性污泥法活性污泥法 19 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降解的有机物 Mi 无机悬浮固体 Mii 性状 活性污泥是粒径在 200 1000 m 的类似矾花状的不定形的絮凝 水污染 4 体 20 活性污泥评价 生物向观察 混合液悬浮固体浓度 MLSS 混合液挥发性悬浮固体浓度 MLVSS 1 混合液悬浮固体浓度 MLSS 曝气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 包括 Ma Me Mi Mii 四者在内的总量 2 混合液挥发性悬浮固体浓度 MLVSS 指混合 液悬浮固体中有机物的质量 它包括 Ma Me Mi 这三样 一般 MLVSS MLSS 在 0 7 0 8 左右 污泥沉降比 SV 通常使用污泥沉降比和污泥指数来表示活性污 泥的沉降性能 是指曝气池混合液静置 30min 后沉淀污泥的体积分数 一般在 30 左右 污泥体积指数 SVI 静置 30min 后每单位质量干泥形成的湿污泥的 体积 SVI 沉淀污泥的体积 ml l MLSS g l 它是判断污泥沉降浓缩性 能的一个重要参数 通常 100 150 为好 越大沉降性能差 越小污泥 活性差 21 活性污泥法基本流程 p103 图 12 1 22 活性污泥降解污水中有机物的过程 吸附阶段和稳定阶段 吸附阶段 污水中的有机物转移到活性污泥上 稳定阶段 转移到活性污泥上的有机物被微生物利用 23 活性污泥法曝气反应池的四种形式 推流式曝气池 完全混合曝气池 图 12 7 封闭环流式曝气池 推 流 完全混合 序批式反应池 SBR 图 12 9 注水 反应 排水 24 序批式活性污泥法 SBR 特点 1 工艺结构简单 曝气池兼二沉池功能 无污 泥回流设备 2 耐冲击负荷 3 反应推动力大 4 操作灵活 5 污泥 沉降性能好 有效防止丝状菌膨胀 6 计算机自动控制 25 氧化沟 p117 图 12 21 26 活性污泥法数学模型 R 污泥回流比 回流污泥流量 进水流量 c或 SRT 污泥泥龄 曝气池中活性污泥全部更新一次所需 要的时间 是活性污泥处理系统设计运行的重要参 数 27 构成活性污泥法的三个基本要素 引起吸附和氧化分解作用的微生物 即活性污泥 污水中的有机物 它既是处理对象 也是微生物的食料 溶解氧 没 有充足的氧 好氧微生物既不能生存们也不能发挥氧化分解作用 28 曝气设备 鼓风曝气 机械曝气 区别 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 鼓风曝气 扩散器是整个鼓风曝气系统的关键部分 它的作用是将空 气分散成不同尺寸的气泡 根据分散气泡的大小 扩散器又可分为几种 类型 1 微气泡扩散器 d 100 m 气液接触面大 氧利用率高 但压力损失大 易堵塞 对送入的空气必须进行过滤处理 2 小气泡 扩散器 多孔材料制成 d 1 5mm 3 中气泡扩散器 穿孔管或莎纶 管 d 2 3mm 4 大气泡扩散器 d 15mm 5 剪切分散空气曝气 器 与前面的将空气直接分散的扩散器不同 它是利用水利或机械力的 剪切作用 将大气泡剪切成小气泡 水污染 5 机械曝气 把大量液滴抛向空中 按传动轴的安装方向 分为以下几 种 1 竖轴式曝气池 2 卧轴式曝气池 主要用于氧化沟 29 曝气池的容积设计计算 p140 146P145 例 12 1 30 生物除磷工艺 AP O 工艺 分为好氧区和厌氧区 p157 图 12 40 厌氧区释磷 好氧或缺氧时吸磷 31 生物脱氮 除磷工艺 A2 O 工艺 p159 图 12 42 工艺流程 1 污水进入厌氧反应器 同时进入的还有从二沉池回流的活性污泥 聚磷菌在厌氧环境下释磷 同时转化易降解的 COD VFA 为 PHB 部分 含氮有机物进行氨化 2 污水再进入缺氧反应器 主要进行脱氮 硝态氮通过混合液内循环由好氧反应器传输过来 部分有机物在反硝化 菌的作用下利用硝酸盐做电子受体进行去除 3 混合液进入好氧反应 区 其中 COD 已接近排放标准 此区除进一步降解有机物外 主要进行 氨氮的硝化和和磷的吸收 混合液中硝态氮回流至缺氧反应区 污泥中 过量吸收的磷通过剩余污泥排除 该处理系统工艺流程简洁 在厌氧 缺氧 好氧环境交替进行 丝状菌 不能大量繁殖 污泥沉降性能好 磷浓度 1mg L 以下 氨氮浓度 8mg L 以 下 32 活性污泥法的主要影响因素 1 水力负荷 2 有机负荷 3 微生物浓度 4 曝气时间 5 污泥泥龄 6 氧传递速率 7 回流污泥浓度 8 污泥 回流比 9 曝气池的构造 10 ph 和碱度 11 溶解氧浓度 12 污 泥膨胀及其控制 5 污泥泥龄 SRT 是指曝气池中微生物细胞的平均停留时间 和有机负荷 MLSS 浓度有关 有助于进一步理解活性污泥法的某些机理 微生物的 平均停留时间反映了稳定时间的长短 可根据污泥泥龄来考察和认识活 性污泥 污泥泥龄还有助于说明活性污泥中微生物的组成 12 污泥膨胀及其控制 正常的污泥沉降性能良好 其污泥体积指数 SVI 在 50 150 之间 当活性污泥不正常时 污泥及不易沉淀 SVI 值增高 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 膨胀污泥不易沉淀 容易流失 既降低出水水质 又造成回流污泥量的 不足 会使池内污泥量越来越少 丝状菌性膨胀 污泥中丝状菌过度增长繁殖的结果 造成因素 1 污水水质 造成污泥膨胀的主要因素 有水温 ph 碳氮磷比 其中氮 含量若过高则与碳氮磷比无关了 2 运行条件 与污泥负荷和溶解氧 浓度有关 3 工艺方法 完全混合比推流式易发生 不设初沉池的不 易发生叶轮比鼓风曝气易发生 非丝状菌性污泥膨胀 SVI 值很高 污泥在池里很难压缩沉淀 但是 却没有多少丝状菌 这种污泥里含有大量表面附着水 细菌外面包有黏 度极高的黏性物质 造成因素 污泥负荷过高且水温较低 控制 运行时 控制曝气量 保持适量溶解氧 调整 ph 加入氮或磷化合 物调解氮磷比 投加一些化学药剂 铁盐混凝剂 经过沉砂池后 越 过初沉池 直接进入曝气池 设计时 取消初沉池 增加进入曝气池的悬浮物的量 在常规曝气 池前设置污泥厌氧或缺氧选择池 在曝气池前补充设置填料 用气浮设 备代替二沉池 水污染 6 第十三章第十三章 生物膜法生物膜法 33 生物膜法 是一大类生物处理法的统称 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 34 生物膜的基本组成 微生物细胞在水环境中 能在适宜的载体表面牢固附着 生 长转移 细胞胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构 p191 图 13 1 35 活性污泥法与生物膜法的异同 一 活性污泥法属于悬浮生物处理系统 其优点是曝气池内微生物 各环境要 素分布均匀 传质效率较高 而且投资省 但是 该工艺的主要问题是 首先 排泥量大 泥龄较短 不能满足高效硝化的要求 进而不能实现高 效脱氮 其次 容积负荷低 造成处理效率低和占地面积大 第三 容易 诱发丝状菌膨胀等 二 生物膜法属于生物附着污水处理系统 其利用生物填料来固定微生物 与活 性污泥技术相比 生物膜法的主要优点有 较长的污泥龄 适于世代周期较 长的硝化菌的生长 溶解氧在生物膜上的梯度分布 为不同的微生物生态结 构和代谢提供了条件 污水处理效率高 占地面积相对较小 抗冲击性强等 因此 适合处理工业废水 但是 生物膜法的主要缺点是微生物与各类底物 之间的传质效率较低 表现为 1 生物填料容易在曝气池内形成拥堵 结团或沟流 传质不均匀 直接降 低生物膜法的效率 2 反应器内气液接触时间短 氧的利用率低 36 生物膜的组成 细菌 好氧 厌氧 兼性 真菌 原生动物 后生动物 藻类以及 一些肉眼可见的蠕虫 昆虫的幼虫等组成 37 生物滤池构造 滤床及池体 布水设备和排水设备等组成 38 生物滤池法的基本流程 初沉池 生物滤池 二沉池 39 塔式生物滤池 与普通相比 具有负荷高 生物相分层明显 滤床阻塞可能性减小 占地小等特点 40 影响生物滤池性能的主要因素 滤池高度 负荷 回流 供氧 41 生物转盘的构造 是由一系列的平行的旋转圆盘 转动中心轴 动力及减速装置 氧化槽等组成 p221 图 13 20 42 生物转盘发的工艺流程 污水流入 初沉池 生物转盘 二沉池 消毒 出水 丨 丨 污泥浓缩脱水 43 生物接触氧化法 又称浸没式曝气生物滤池 44 生物接触氧化池构造 池体 填料 进水布气装置 p229 图 13 34 45 曝气生物滤池 BAF 构造及工作原理 分为上向流式和下向流式 主要 组成 池体 布水系统 布气系统 承托层 滤层 反冲洗系统 p235 图 13 42 工作原理 污水从池上部进入滤池 并通过用滤料组成的滤层 在滤料表 面形成有微生物栖息的生物膜 在污水滤过滤层的同时 空气从滤 料层中通入 并由滤料的间隙上升 与下向流的污水相向接触 空 气中的氧转移到污水中 向生物膜上的微生物提供充足的溶解氧和 水污染 7 丰富的有机物 在微生物的代谢作用下 有机污染物被降解 污水 得到净化 第十四章第十四章 稳定塘和污水的土地处理稳定塘和污水的土地处理 42 好氧塘的净化机理 有阳光照射时 塘内的藻类进行光合作用 释放出氧气 同时 由于风力的搅动 塘表面还存在自然富氧 二者使塘水呈好氧状态 塘内的好 氧型异养细菌利用水中的氧 通过好氧代谢氧化分解有机污染物并进行细胞增 殖 其代谢产物二氧化碳则是藻类光合作用的碳源 P249 图 14 1 43 兼性塘 是指在上层有氧 下层无氧的条件下净化污水的稳定塘 是最常用的塘型 简答题 P253 图 14 2 净化机理 好氧区 有阳光照射时 塘内的藻类进行光合作用 释放出氧气 同时 由于风力的搅动 塘表面还存在自然富氧 二者使塘水呈好氧状态 塘内的好 氧型异养细菌利用水中的氧 通过好氧代谢氧化分解有机污染物并进行细胞增 殖 其代谢产物二氧化碳则是藻类光合作用的碳源 兼性区 塘水的溶解氧较低 且时有时无 这里的微生物是异养型兼性细 菌 他们既能利用水中的溶解氧氧化分解有机污染物 也能在无分子氧的条件 下 以 CO32 和 NO3 作为电子受体进行无氧代谢 厌氧区 没有溶解氧 可沉物质和死亡的菌类 藻类在此形成污泥层 污 泥层中的有机质由厌氧微生物对其进行厌氧分解 与一般的厌氧发酵反应相同 其厌氧分解包括酸发酵和甲烷发酵两个过程 发酵过程中未被甲烷化的物质 脂肪酸 醛醇等 进入塘的上中层 由好氧菌和兼性菌继续进行降解 而 CO2 和 NH3 等产物进入好氧层 部分逸出水面 部分参与藻类的光合作用 44 污水土地处理 当前 污水土地处理系统常用的工艺有慢速渗滤系统 快速渗滤系统 地表漫流系统 湿地处理系统 地下渗滤处理系统 45 人工湿地处理系统作用机理 表格 P268 表 14 7 46 人工湿地的类型 表面流湿地 水平潜流湿地 垂直流湿地 第十五章第十五章 污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理 47 厌氧消化的三个阶段 水解发酵阶段 产氢产乙酸阶段 产甲烷阶段 48 上流式厌氧污泥床反应器 底部有一个高浓度高活性的污泥层 将大部分有机物转化 为 CH4 和 CO2 中间是悬浮污泥层 上部有三相分离器气体逸出 污 泥回落到底部 清水流出 第十六章第十六章 污水的化学与物理化学处理污水的化学与物理化学处理 49 化学混凝的机理 有三方面的作用 压缩双电层作用 胶粒具有 点位 在水中投加