排水工程(下)复习资料

1 排水工程 下 复习资料排水工程 下 复习资料 第一章第一章 污水的性质与污染指标污水的性质与污染指标 1 生物化学需氧量 生化需氧量 BOD 在水温为 20 C 的条件下 由于微生物 主要 是细菌 的生活活动 将有机物氧化成无机物所消耗的溶解氧量 生化需氧量代表了第一类有机物即可生物降解有机物的数量 可生物降解有机物 的降解分为两个阶段 碳氧化阶段和硝化阶段 2 化学需氧量 COD 用强氧化剂 我国法定用重铬酸钾 在酸性条件下 将有机物氧化 成 CO2和 H2O 所消耗的氧量 用 CODcr 表示 一般写为 COD 了解 优点 较精准的表示污水中有机物的含量 测定时间仅需数小时 且不受水质 的限制 缺点 不能像 BOD 那样反映出微生物氧化有机物 直接的从卫生学角度阐明被 污染的程度 此外 污水中的还原性无机物被氧化也需要消耗氧 所以 COD 值存在一 定的误差 3 BOD5 COD 的比值可以作为污水是否适宜采用生物处理的判别标准 故把 BOD5 COD 的比值称为可生化性指标 比值越大 越容易被生物处理 第二章第二章 水体污染与自净水体污染与自净 1 氮的存在形式 含氮有机物 无机氨氮 亚硝酸盐 硝酸盐 危害 硝酸盐在缺氧酸性条件下 可还原成亚硝酸盐 亚硝酸盐与伸胺 R NH 作用 形成亚硝胺 亚硝胺是三致 致癌 致突变 致畸形 物质 磷的存在形式 有机磷 无机磷 危害 加速水体富营养化 富营养化 富营养化是一种 氮 磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象 2 污染物随污水排入水体后 经过物理的 化学的与生物化学作用 使污染物的浓度降 低或总量减少 受污染的水体部分地或完全地恢复原状 这种现象称为水体自净或水体 净化 水体所具备的这种能力称为水体自净能力或自净容量 水体自净过程按机理分为三类 物理净化作用 化学进化作用 生物化学进化作用 3 水环境容量 在满足水环境质量标准的条件下 水体所能接纳的最大允许污染物的负 荷量 又称为水体纳污能力 4 氧垂曲线 污水排水水体后 DO 曲线呈悬索状下 垂 故称为氧垂曲线 当耗氧速率 复氧速率时 溶解氧曲线呈下降趋 势 当耗氧速率 复氧速率时 为溶解氧曲线最低点 即临界亏氧点或氧垂点 当耗氧速率 5 10 B 当空气扩散装置安设在廊道底部的一侧时 池宽与池深的关系 B 1 2 H 18 活性污泥的培养与驯化 城市污水一般使用同步陪驯法 1 异步陪驯法 先培养后驯化 2 同步陪驯法 培养与驯化同时进行或交替进行 7 3 接种法 利用其他取水处理厂的剩余污泥 在进行适当培驯 19 活性污泥系统运行效果的检测项目 1 反映处理效果的项目 进出水总的和溶解性的 BOD COD 进出水总的和挥发性 的 SS 进出水的有毒物质 2 反映污泥情况的项目 污泥沉降比 SV MLSS MLVSS SVI 溶解氧 微生 物观察等 3 反映污泥营养和环境条件的项目 氮 磷 pH 水温等 20 活性污泥法系统运行中的异常情况 1 污泥膨胀 主要是由丝状菌大量繁殖引起的 也有由污泥中结合水异常增多导致的 污泥膨胀 2 污泥解体 导致这种异常现象的原因有运行中的问题 也可能是由于污水中混入了 有毒物质 3 污泥腐化 二沉池中有可能由于污泥长期滞留而产生厌气发酵生成气体 H2S CH4 从而使大块污泥上浮 腐化变黑 产生恶臭 4 污泥上浮 不是由于腐败造成的 而是由于在曝气池内污泥泥龄过长 硝化进程高 在沉淀池底部产生反硝化 氮脱出附于污泥上 污泥比重降低 整块上浮 5 泡沫问题 主要原因是污水中存在大量合成洗涤剂或其他起泡物质 第五章第五章 污水生物处理 二 污水生物处理 二 生物膜法生物膜法 1 生物膜处理法的主要特征 1 微生物相方面的特征 参与净化反应微生物多样化 生物食物链长 能存活世 代时间较长的微生物 分段运行与优占种属 2 处理工艺方面的特征 对水质水量变动有较强的适应性 污泥沉降性能好 宜于 固液分离 能够处理低浓度废水 易于维护运行 节能 2 生物滤池 1 概念 生物滤池是以土壤自净原理为依据 在污水灌溉的实践基础上 经较原始的 间歇砂滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术 2 类型 普通生物滤池 高负荷生物滤池 塔式生物滤池 曝气生物滤池 3 生物转盘 原理 生物转盘由盘片 接触反应槽 转轴 以及驱动装置所组成 传动装置驱动转盘以 较低的线速度在反应槽内转动 转盘交替的和空气与污水接触一段时间后 转盘上附着一 层栖息着大量微生物的生物膜 微生物种属逐渐稳定 新陈代谢功能也逐步发挥出来 达 到稳定的程度 污水中的有机污染物微生物膜所吸附降解 转盘转动离开污水与空气接触 生物膜上的固着水层从空气中吸收氧 传递到生物膜和污水中 使溶解氧含量达到一定浓 度 甚至饱和 特征 微生物浓度高 生物相分级 对有机污染物降解非常有利 污泥龄长 有硝 化反硝化功能 耐冲击负荷 在生物膜上的微生物的食物链较长 不需要曝气 污 泥也无需回流 节能 不存在产生污泥膨胀的麻烦 便于维护管理 不产生池蝇 不 出现泡沫产生噪音 不存在二次污染现象 是完全混合型的 缺点 受气候影响较大 顶部需要覆盖 有时需要保暖 所需的场地面积一般较大 建设投资较高 4 生物接触氧化 概念 生物接触氧化是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理技术 兼具两 者 8 的优点 也可以说是具有活性污泥法特点的生物膜法 特征 1 在工艺方面的特征 采用填料 并曝气在池中形成液固气三相共存体系 适合于微 生物存活繁殖 生物膜上微生物丰富 形成稳定的生态系统和食物链 丝状菌大量生长 不但无污泥膨胀之虞反而有利形成密集的生物网 有利于微生物的氧化降解作用 与生 物滤池相比 进行曝气 有利于保持微生物活性 提高氧的利用率 微生物量大大提高 2 运行方面的特征 耐水力水质冲击负荷 可间歇运行 操作简便 易维护 不 产生污泥膨胀 不产生滤蝇 污泥产量少 易沉淀 无需污泥回流 3 功能方面的特征 具有多种净化功能 不但可用于以有机污染物为主要去除对象的污 水二级处理 还可用于脱氮工艺 还可用于三级深度处理和自来水微污染源水的预处理 5 对填料的要求 1 比表面积大 空隙率高 2 应当有一定的生物膜附着性 形状规则 表面粗糙度 亲水性等要求 3 经久耐用 不溶出有害物质 不产生二次污染 4 货源充足 价格便宜 便于安装 6 生物流化床 进一步强化生物处理技术 加强微生物群体降解有机物的功能 提高生物处理设备处 理污水的效率 其关键的技术条件是 1 提高处理设备单位容积内的生物量 2 强化传 质作用 加速有机物从污水中向微生物细胞的传递过程 对第一项条件采取的技术措施 是扩大微生物栖息 繁殖的表面积 提高生物膜量 同时提高对污水的的充氧能力 对第二项条件采取的技术措施 强化生物膜与污水之间的接触 加快污水与生物膜之 间的相对运动 第六章第六章污水的自然生物处理污水的自然生物处理 1 菌藻共生体系是稳定塘内最基本的生态系统 其他水生植物和水生动物的作用则是辅 助性的 它们的活动从不同的途径强化了污水的进化过程 2 稳定塘对污水的净化作用 1 稀释作用 2 沉淀和絮凝作用 3 好氧微生物的代谢作用 4 厌氧微生物的代谢作用 5 浮游生物作用 6 水生维管束植物作用 3 好氧塘 厌氧塘 兼性塘的差异 因水的深度 阳光照射而异 好氧塘 1 定义 全塘皆为好氧区 为使阳光能达到塘底 好氧塘的深度较浅 2 应用 好氧塘多应用于串联在其他稳定塘后做进一步处理 不用于单独处理 兼性塘 1 定义 兼性塘的上层由于藻类的光合作用和大气复氧作用而含有较多溶解 氧 为好氧区 中层则溶解氧逐渐减少 为过渡区或兼性区 塘水的下层则为厌氧层 塘 的最底层则为厌氧污泥层 2 应用 如果兼性塘作为第一级 则要求一定的预处理措施 与厌氧塘相同 兼性塘要求 BOD N P 100 5 1 厌氧塘 1 定义 有机负荷高 整个塘无好氧区 2 应用 常置于塘系统的首端 以承担较高的 BOD 负荷 4 污水土地处理系统 涵义 污水土地处理系统是属于污水自然处理范畴 在人工控制条件下 将污水投配在土 地上 通过土壤 植物系统 进行一系列的物理 化学 物理化学和生物化学的净化 过程 使污水得到净化的一种污水处理工艺 工艺类型 慢速渗滤处理系统 快速渗滤系统 地表漫流处理系统 湿地处理系统 人工替流湿地处理系统 9 第七章第七章 污水的深度处理与回用污水的深度处理与回用 1 生物脱氮原理 1 氨化与硝化 含氮化合物在水中的转化可分为两个阶段 第一阶段是氨化反应氨化反应 即有机氮化合物 在氨化菌的作用下 分解 转化为氨态氮的过程 第二阶段的硝化反应 硝化反应 是指在硝化菌的作用下 氨态氮进一步分解氧化 硝化过程分两个步骤进行 首先在亚硝化菌的作用下 使氨 NH4 转化为亚硝酸氮 继 之 亚硝酸氮在硝酸菌的作用下 进一步转化为硝酸氮 2 反硝化 反硝化反应是指硝酸氮 NO3 N 和亚硝酸氮 NO2 N 在反硝化菌的作用下 被还原为气态氮 N2 的过程 2 硝化反应的条件与各项指标 1 好氧状态 DO 2mg L 2 消耗废水中的碱度 废水中应有足够的碱度 以维持 PH 值不变 3 污泥龄 C 10 15 d 必须大于自养型硝化菌最小的世代时间 否则硝化菌的流 失率将大于净增殖率 将使硝化菌从系统中流失殆尽 4 BOD5 20mg L 5 适宜温度是 20 30 C 3 反硝化反应的条件 即影响反硝化反应的环境因素 1 溶解氧 DO 0 5mg L 反硝硝化菌以在缺氧 好氧交替的环境中生活为宜 2 碳源 BOD5 TN 3 5 否则需另投加有机碳源 目前反硝化投加有机碳源一般利用 原污水中的有机物 3 在缺氧 好氧中 反硝化产生的碱度可补偿硝化消耗碱度的一半左右 4 缺氧 好氧活性污泥法脱氮系统 A O 法脱氮工艺 目前 A O 工艺是实际工程中较常见的一种生物脱氮工艺 其主要特点是将反硝化反 应器放置在系统之首 1 A O 法的流程 硝化反应器内的硝化液一部分回流至反硝化池 池内的反硝化脱氮菌以 原污水中的有机物作碳源 以硝化液中 NOX中的氧作为电子受体 将 NOX N 还原成 N2 不需外加碳源 2 A O 法的特征 1 设内循环系统 向前置的反硝化池回流硝化液 2 反硝化池还 原 1gNOX N 产生碱度 可补偿硝化池中氧化 1gNH3 N 所需碱度的一半 所以对含 N 浓度不高的废水 不必另行投碱调 PH 值 3 反硝化池残留的有机物可在好氧硝化 池中进一步去除 5 生物除磷原理 1 聚磷菌 该菌在好氧环境中竞争能力很差 然而它却能在细胞内贮存聚 羟基丁酸 PHB 和聚磷酸菌 Ploy P 2 聚磷菌在厌氧环境中 它可成为优势菌种 吸收低分子的有机酸 并将贮存于细胞中的 聚合磷酸盐中的磷水解释放出来 3 聚磷酸菌在其后的好氧池中 它将吸收的有机物氧化分解 同时能从污水中变本加厉地 过量地摄取磷 在数量上远远超过其细胞合成所需磷量 降磷以聚合磷酸盐的形式贮藏 在菌体内而形成高磷污泥 通过剩余污泥排出 所以除磷效果较好 6 A A O 法同步脱氮除磷工艺原理 在首段厌氧池进行磷的释放使污水中 P 的浓度升高 溶解性有机物被细胞吸收而使污 10 水中 BOD 浓度下降 另外 NH3 N 因细胞合成而被去除一部分 使污水中 NH3 N 浓度下降 但 NH3 N 浓度没有变化 在缺氧池中 反硝化菌利用污水中的有机物作碳源 将回流混合液中带入的大量 NO3 N 和 NO2 N 还原为 N2释放至空气 因此 BOD5浓度继续下降 NO3 N 浓度大幅度下降 但磷的变化很小 在好氧池中 有机物被微生物生化降解 其浓度继续下降 有机氮被氨化继而被硝化 使 NH3 N 浓度显著下降 NO3 N 浓度显著增加 而磷随着聚磷菌的过量摄取也以较快的 速率下降 第八章第八章 污泥的处理污泥的处理 1 污泥含水率 污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的百分数称为污泥含水率 1111 2222 100 100 VWPC VWPC p1 V1 W1 C1 污泥含水率为 p1 时的污泥体积 重量与固体物浓度 p2 V2 W2 C2 污泥含水率为 p2 时的污泥体积 重量与固体物浓度 例题 污泥含水率从 97 5 降低到 95 时 求污泥体积 体积减小一半 1 2111 2 10010097 5 1 2 10010095 P VVVV P 2 污泥中所含水分大致分为 4 类 颗粒间的间隙水 约占总水分的 70 毛细水 即颗 粒间毛细管内的水 约占 20 污泥颗粒吸附水和颗粒内部水 约占 10 降低含水率的方法有 浓缩法 用于降低污泥中的空隙水 因空隙水所占比例最大 固浓缩是减容的主要方法 自然干化法和机械脱水法 主要脱除毛细水 干燥与焚烧法 主要脱除吸附水和内部水 3 固体通量 单位时间内通过单位面积的固体重量叫做固体通量 kg h 当浓缩 3 m 池运行正常时 池中固体量处于动平衡状态 单位时间内进入浓缩池的固体重量 等于排 出浓缩池的固体重量 上清液所含固体重量忽略不计 4 厌氧消化理论 1979 年 伯力特等人根据微生物的生理种群 提出了厌氧消化的三阶 段理论 是当前较为公认的理论模式 第一阶段是在水解与发酵细菌作用下 使碳水化合物 蛋白质与脂肪水解与发酵转化成单 糖 氨基酸 甘油及二氧化碳 氢等 第二阶段 是在产氢产乙酸菌的作用下 把第一阶段的产物转化为氢 二氧化碳和乙酸 由乙酸形成的 CH4约占总量的 2 3 由 CO2还原形成的 CH4约占总量的 1 3 第三阶段 菌种是产甲烷菌 属于绝对的厌氧菌 主要代谢产物是甲烷 5 厌氧消化的影响因素 1 温度因素 甲烷菌对于温度的适应性 可分为两类 中温甲烷菌 30 36 C 高温 甲烷菌 50 53 C 两区之间的温度 反应速度反而减退 2 生物固体停留时间 污泥龄 与负荷 其中 消化池的投配率是每日投加新鲜污泥体 积占消化池有效容积的百分数 3 搅拌和混合 4 营养与 C N 比 11 5 氮的守恒与转化 6 有毒物质 其中有毒性作用的阴离子是 消化液中过多的 H2S 降低 CH4产率 2 S 7 酸碱度和 pH 值和消化液的缓冲作用 6 两级厌氧消化 是根据消化过程沼气产生的规律进行设计 目的是节省污泥加温与搅拌 所需的能量 7 化学调理法是在污泥中加入混凝剂 助凝剂等化学药剂 使污泥颗粒絮凝 比阻降低 改善脱水性能 8 污泥机械脱水方法 真空吸滤法 压滤法和离心法等 第九章第九章 城市污水处理厂的设计城市污水处理厂的设计 1 用于城市污水处理厂的设计水量有 1 平均日流量 一般用于表示污水处理厂的公称规模 3 md 2 设计最大流量 除曝气池外个处理构筑物与厂内连接管渠的设计采用 3 mh L s 2 污水厂的设计步骤可分为 设计前期工作 扩大初步设计 施工图设计三个阶段 3 污水处理厂的高程布置应遵循的最基本的原则 选择一条距离最长 水头损失最大的流程进行水力计算 第十二章第十二章 工业废水的化学处理工业废水的化学处理 1 用化学法去除废水中的酸或碱 使其 pH 值达到中性左右的过程叫做中和 2 中和方法应考虑的因素 1 含酸或含碱废水所含酸类或碱类的性质 浓度 水量以及变化规律 2 首先应寻找能就地取材的酸性或碱性材料 并尽可能加以应用 3 本地区中和药剂和滤料的供应情况 4 接纳废水水体性质 城市下水道能容纳废水的条件 后续处理对 pH 的要求等 3 化学沉淀法 向工业废水中投加某种化学物质 使它和其中某些溶解物质产生反应 生 成难溶盐沉淀下来 这种方法叫做化学沉淀法 4 知道如下大概情况 lg n MxnpH 此式为一直线方程 直线的斜率为 n 由此可知 对于同一价数的金属氢氧化物 它 们的斜率相等为平行线 对于价数不同的金属氢氧化物 价数越高 直线越陡 表明 离子浓度随 pH 值变化差异比价数低的要大 n M 5 硫化物共沉法 处理低浓度含汞废水时 由于生成的硫化汞颗粒很小 沉淀物分离困难 为了提高除汞效果 常投加适量的凝聚剂 如硫酸亚铁 进行共沉 这种方法称硫化物 共沉法 6 碱性氯化法 概念 碱性氯化法是在碱性条件下 采用次氯酸 漂白粉 液氯等氯系氧化剂将氰化物氧 化的方法 工艺类型 1 局部氧化法 氰化物在碱性条件下被氧化成氰酸盐 毒性低 仅为氰的千 分之一 的过程 常称为局部氧化法 2 完全氧化法 继局部氧化法之后 再将生成的 氰酸根进一步氧化生成和 消除氰酸盐对环境的污染 CNO 2 N 2 CO 12 7 臭氧的物理化学性质 强氧化剂 在水中溶解度低 在空气中会自行分解 在水中的分解速度随 pH 值提高的 而加快 一般在碱性条件下分解速度快 在酸性条件下分解速度比较慢 有毒性和腐蚀 性 8 臭氧接触反应设备 影响因素 臭氧投加进入水中后 水为吸收剂 臭氧为吸收质 在气液两相间进行传质 同时臭氧与水中的杂质进行氧化反应 属于化学吸收 不仅和相间的传质速度有关 还和 化学反应速度有关 臭氧接触反应设备 根据臭氧化空气与水接触的方式可分为 1 气泡式臭氧接触反应 器 适用于受化学反应控制的气 液接触反应设备 2 水磨式臭氧接触反应器 适用于 受传质控制的反应 3 水滴式臭氧接触反应器 适用于受传质控制的反应 9 臭氧氧化法的优缺点 1 优点 氧化能力强 对除臭 脱色 杀菌 去除有机物和无机物都有显著效果 处理后废水中的臭氧易分解 不产生二次污染 制备臭氧用的空气和电不必贮存和运输 操作管理较方便 处理过程中一般不产生污泥 2 缺点 造价高 处理成本高 10 电解法过程中 随着的生成 使铁阳极板表面生成一层不溶性钝化膜 23 Fe O FeO 这种钝化膜具有吸附能力 往往使阳极表面粘附着一层棕褐色吸附物 会影响处理效果 消除方法 1 定期用钢丝刷清洗极板 2 定期将阴阳极交换使用 3 投加食盐电 解质 第十三章第十三章 工业废水处理的物理化学处理工业废水处理的物理化学处理 1 气浮法 概念 是固液分离或液液分离的一种技术 它是通过某种方法产生大量的微气泡 使其与 废水中密度接近于水中固体或液体污染物微粒粘附 形成密度小于水的气浮体 在浮力的 作用下上浮至水面形成浮渣 进行固液或液液分离 效果 气浮法去除疏水性物质效果好 去除亲水性物质时需要添加剂 气浮法的添加剂 1 投加表面活性剂维持泡沫稳定 2 投加混凝剂脱稳 3 投加浮选 剂改变颗粒表面活性 按照气泡产生的方式分类 电解气浮法 散气气浮法 溶气气浮法 包括溶气真空气浮 加压溶气气浮 加压溶气气浮 空气在加压条件下溶于水中 再使压力降至常压 把溶解的过饱和空气以 微气泡的形式释放出来 该工艺由空气饱和设备 空气释放设备和气浮池等 组成 简图如下 13 2 气固比 溶解空气量 A 与原水中悬浮固体含量 S 的比值 A S 称为气固比 A a S 经减压释放的溶解空气总量 原水带入的悬浮固体总量 3 吸附 1 吸附去除的对象 许多工业废水含有的难降解的有机物 及很难或根本不能用常规的 生物法去除的有机物 2 吸附能力的大小以吸附量表示 q g g 单位重量的吸附剂 g 所吸附的吸附质的重 量 g 3 吸附等温式 朗谬尔公式 BET 公式 费兰德利经验公式 4 吸附量是选择吸附剂和设计吸附设备的重要数据 吸附量的大小 决定吸附剂再生 周期的长短 吸附量越大 再生周期越长 从而再生机的用量及再生费用就越小 5 吸附速度决定于吸附剂对吸附质的吸附过程 吸附剂对吸附质的吸附过程分为三个 阶段 第一阶段称为颗粒外部扩散阶段 膜扩散阶段 第二阶段称为颗粒内部扩散 阶段 第三阶段是吸附反应阶段 吸附速度与上述三个阶段进行的快慢有关 一般情 况下 吸附速度主