水污染控制工程复习资料

1 第第 10 章章 污水的物理处理污水的物理处理 第第 1 节节 污水预处理污水预处理 一 格栅 组成 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 45 60 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 60 70 过水面积一般应不小于进水管渠的有效 面积的 1 2 倍 2 调节池 调节池 一 调节池的作用 1 水量调节 1 线内调节 进水用重力流 出水用泵提升 2 线外调节 q 高 进池 q 低 出池 2 水质调节 1 利用外加动力而进行的强制调节 设备较简单 效果较好 但运行费用高 2 利用差流方式 基本没有运行费 但设备结构较复杂 二 调节池的形式结构 1 方池 主要用来调节水量 2 对角线调节池 只调节水质 不能调节水量 对角线开槽 3 折流式调节池 三 调节池的设计 三 调节池的设计 1 废水经过一定调节时间后平均浓度为 c qiciti qiti 2 调节池体积 V qiti 难点 ti的确定 第二节第二节 沉淀的基础理论沉淀的基础理论 一 概述 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 1 沉砂池 用以去除污水中的无机易沉物 2 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 3 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 2 后的水得以澄清 4 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 沉淀可分成四种类型沉淀可分成四种类型 1 自由沉淀自由沉淀 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 2 絮凝沉淀絮凝沉淀 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 3 区域沉淀或成层沉淀区域沉淀或成层沉淀 悬浮颗粒浓度较高 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 4 压缩沉淀压缩沉淀 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 二 沉淀的基本理论 一 自由沉淀及其理论基础 球状颗粒自由沉淀的沉速公式球状颗粒自由沉淀的沉速公式 斯托克斯定律斯托克斯定律 在层流状态下 24 Re 带入式中 整理得自由颗粒在静水中的运动公式 由上式可知 颗粒沉降速度 us 与下述因素有关 3 us 正比于颗粒与水的密度差 s L us 正比于 d us 反比于 取决于水温和水质 2 絮凝沉淀 颗粒碰撞 絮状体 尺寸增大 us 增大 沉降特性由絮凝沉降实验确定 三 成层沉淀和压缩沉淀 在沉淀初期 沿沉淀深度从上至下依次存在清水层 受阻沉淀层 过渡层和压 缩层 后期 分为清水层和压缩层 3 沉淀池的工作原理 理想沉淀池分为四部分 进口区域 沉淀区域 出口区域 污泥区域 理想沉淀池的几个假定理想沉淀池的几个假定 1 沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同 水平流速为 v 2 悬浮颗粒在沉淀区等速下沉 下沉速度为 u 3 在沉淀池的进口区域 水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上 4 颗粒一经沉到池底 即认为已被去除 颗粒完全去除 颗粒不能完全去除 最小沉降速度 u0 反映沉淀池效率的参数 一般称为沉淀池的表面负荷率 沉淀池按水流方向分 沉淀池按水流方向分 平流式 竖流式 辐流式沉淀池平流式 竖流式 辐流式沉淀池 1 平流式沉淀池 污水从池的一端流入 水平方向流过池子 从池的另一端流出 溢流堰 2 竖流式沉淀池 絮凝沉淀 中心管 喇叭口 反射板 降低流速 改变水流方向 3 普通辐流式沉淀池 中间进水 周边出水 A qv 4 向心辐流式沉淀池 周边进水 周边出水 4 斜板 管 沉淀池 异向流 同向流 侧向流 第第 3 节节 沉沉 砂砂 池池 工作原理 以重力分离或离心分离为基础 即控制进入沉砂池的污水流速 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 形式 平流式沉砂池 曝气沉砂池 旋流式沉砂池等 一 平流式沉砂池 平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池 它构造简单 工作稳定易于排砂 平流式沉砂池的系统参数 1 最大流速 0 3m s 最小流速 0 15m s 2 最大流量时 污水停留时间 30 60s 3 有效水深不大于 1 2m 一般 0 25 1 0m 池宽不小于 0 6m 4 池底坡度一般为 0 01 0 02 设沉砂设备时根据沉砂设备要求考虑池底形状 浮上法浮上法 浮上法 利用水的浮力作用 使不溶于水的污染物浮到水面上 再通过机械刮 除分离的水处理方法 1 自然浮上法 粒径较粗且密度接近或小于水的强疏水性物质 可以依靠浮力的作用自然 上浮于水分离 这种方法称为自然浮上法 2 气浮法 弱疏水性悬浮固体或乳化油 可利用高度分散的微小气泡为载体去黏附 并使其随气泡浮升到水面得以分离 这种方法称为气泡浮升法 简称气浮 破乳 破坏液滴界面上的稳定薄膜 使油 水得以分离 方法 投加换型乳化剂 5 搅拌 振荡 转动 过滤 改变温度 浮上法基本条件浮上法基本条件 必须向水中提供足够量的细微气泡 必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态 必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用 按产生微细气泡的方法分类 电解气浮法 分散空气法 微孔曝气浮上法 剪切气泡浮上法 溶解空气法 真空浮上法 加压溶气浮上法 加压溶气浮上法的基本原理 加压溶气浮上法的基本原理 先在加压条件下 将空气溶于水中并达到饱和状态 然后突然将操作压力 降至常压 使压溶于水中的空气处于过饱和状态 并以微小气泡型式释放出过 饱和部分的空气量 加压溶气气浮流程 加压溶气气浮流程 1 全溶气流程 溶气量大 气浮池体积较小 可节省基建投资 压力泵功率和溶气罐容积较大 故动力消耗较大 2 部分溶气流程 所需的压力泵功率和溶气罐容积较小 故设备紧凑 动力消耗低 但溶气系 统提供的空气量也少 3 回流溶气流程 溶气水量少且水质较优 动力消耗省 溶气效率高 混凝过程不受废水输送 设备影响 形成的絮体性能较好 但气浮池的容积比前两种流程大 压力溶气气浮法系统组成 压力溶气系统 空气释放系统 气浮池 6 第十一章第十一章 废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础 第一节第一节 废水的好氧生物处理和厌氧生物处理废水的好氧生物处理和厌氧生物处理 一 微生物的新陈代谢 新陈代谢 微生物不断从外界环境中摄取营养物质 通过生物酶催化的复杂生 化反应 在体内不断进行物质转化和交换的过程 分解代谢 分解复杂营养物质 降解高能化合物 获得能量 合成代谢 通过一系列的生化反应 将营养物质转化为复杂的细胞成分 机体 制造自身 底物降解 污水中可被微生物通过酶的催化作用而进行生物化学变化的物质称 为底物或基质 可生物降解有机物量 可通过生物的降解转化的量 可生物降解底物量 包括有机的和无机的可生物利用 2 微生物的呼吸类型 1 好氧呼吸好氧呼吸 有分子氧参与的情况下进行的生物氧化 反应的最终受氢体是分子氧 2 厌氧呼吸厌氧呼吸 无分子氧的情况下进行的生物氧化 1 发酵 最终受氢体是有机物分解的中间产物 2 无氧呼吸 最终受氢体是一些无机氧化物 3 废水的好氧生物处理废水的好氧生物处理 好氧生物处理 在有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 有机物分解的最终产物 CO2 H2O 注意 保持溶解氧 营养物和微生物溶解氧 营养物和微生物三者的平衡 适用中低浓度有机物废水 2000mg L 第二节第二节 微生物的生长规律和生长环境微生物的生长规律和生长环境 一 微生物的生长环境 微生物的营养 水 碳源 氮源 无机元素 好氧微生物 BOD5 N P 100 5 1 厌氧微生物 BOD5 N P 200 5 1 二 微生物的生长规律 生长曲线表示 生长期生长期 停滞期 对数期 静止期 衰亡期停滞期 对数期 静止期 衰亡期 当有机物多时 以有机物为食料的细菌数量较多 当细菌很多时 出现以细菌 为食料的原生动物 而后出现以细菌和原生动物为食料的后生动物 第第 3 节节 反应速度和反应级数反应速度和反应级数 在生化反应中 反应速度是指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 反应级数反应级数 反应速度与一种反应物 A 的浓度 A成正比时 称这种反应对这种反应物是一一 级反应 级反应 反应速度与二种反应物 A B 的浓度 A B成正比时 或与一种反应物 A 的 浓度 A的平方 A2成正比时 称这种反应为二级反应二级反应 反应速率不受反应底物浓度影响时 称为零级反应零级反应 n 0 零级反应 v k S S0 kt n 1 一级反应 v k S lg S lg S0 t 2 3 dt Sd dt Sd 8 第第 4 节节 米歇里斯米歇里斯 门坦方程式门坦方程式 一 中间产物学说一 中间产物学说 中间产物学说 根据此学说 酶促反应分两步进行 第一步 酶 E 与底物 S 作用形成中间产物 ES 此中间产物被看作稳定的络合物 第二步 络 合物被进一步分解为产物 P 和游离态的酶 E 2 米氏方程式米氏方程式 式中 v 酶促反应速度 vmax 最大酶反应速度 S 底物浓度 Km 米氏常数 1 当 S Km时 Km S S v vmax 呈零级反应 酶促反应速 度达到最大值 2 当 S Km时 Km S Km 呈一级反应 酶促反应速度和底物 浓度呈正比关系 1 物理意义 1 Km 值只与酶的性质有关 而与酶浓度无关 2 如果一个酶有几种底物 则对每一种底物 各有一个特定的 Km 3 同一种酶有几种底物 就有几个 Km 值 Km 值最小的底物 称为该酶 的最适合底物 第十二章第十二章 活性污泥法活性污泥法 第第 1 节节 基本概念基本概念 一 活性污泥法 一 活性污泥法 采用人工曝气的手段 使栖息有大量微生物群的絮状泥粒 即活性污泥 均匀 分散并悬浮于反应器 即曝气池 中 与废水充分接触 在有溶解氧的条件下 微生物利用废水中的有机物 进行同化合成和异化分解的代谢活动 二 活性污泥法的基本流程活性污泥法的基本流程 Sm S max Sm Smax K v K v vmax 1 mS v K v 9 活性污泥系统 以曝气池和二沉池为主体组成的整体 回流污泥的作用 使曝气池内保持一定的微生物浓度 以悬浮固体浓度为表征 曝气过程 供氧 搅拌 防沉淀 第第 2 节节 活性污泥活性污泥 一 活性污泥的性质和组成 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 1 基本性质 颜色 黄褐色 味道 土腥味 状态 似矾花絮绒颗粒 等 2 活性污泥的组成 1 有机物 a 生物 细菌 放线菌 真菌等类群 b 有机悬浮物颗粒 2 无机物 无机盐等 二 活性污泥的增长规律 1 营养丰富 对数增长阶段 2 有机物基本被去除 减速增长阶段 静止期 污泥活性大 沉降性能 好 3 基本无营养物质 内源呼吸阶段 衰亡期 污泥质地紧密 无机物高 沉降性能好 活性污泥一般要求 1 活性大 吸附能力强 2 沉降性能好 三 活性污泥对废水净化作用 三 活性污泥对废水净化作用 1 吸附阶段 比表面积大 部分微生物为多糖类黏性物质 第一阶段 有机物吸附在污泥表面 2 微生物的代谢 稳定阶段 第二阶段 蛋白质 氨基酸 糖类 二 单糖 溶于水 分解 净化水的方式 1 有机物被吸附后直接出 2 有机物被真正降解后出 水 3 凝聚和沉淀 活性污泥的基本结构为絮凝体 沉淀是混合液中固相活性污泥颗粒同废水分离的过程 4 活性污泥的性能指标 相关参数 活性污泥的性能指标 相关参数 10 1 污泥浓度 污泥浓度 1 MLSS g L mg L 指 1L 混合液中所含的悬浮固体的重量 一般在活性污泥曝气池内 MLSS 2 6g L 2 MLVSS g L mg L 指 1L 混合液中所含的挥发性悬浮固体的重量 2 污泥沉降比 污泥沉降比 SV 指一定量的曝气池混合液静置 30min 后 沉淀污泥与原混合液 体积比 SV V污泥 V混合液 100 通常 曝气池混合液的 SV 正常范围 15 30 3 污泥体积指数 污泥体积指数 SVI 1 定义 曝气池混合液经 30min 沉淀后 1g 干污泥形成的湿泥的毫升数 mL g 2 测定方法 在曝气池出口处取混合液试样 测定 MLSS g L 把试样放在一个 1000mL 的量筒中沉淀 30min 读出活性污泥的体积 mL 按下式计算 SVI SV 的百分数 10 MLSS g L SVI 较高 SV 值较大 疏松 有机物含量高 沉淀性能较差 SVI 较小 紧密 无机化程度高 沉淀性能好 通常 SVI 200 时 沉淀性较差 污泥易于膨胀 一般常控制 SVI 在 50 150 之间为宜 4 负荷 负荷 1 水力负荷 q m3 h m2 2 BOD5 去除负荷 3 容积负荷 Lv kgBOD5 m3 d 4 污泥负荷 Ls F M kgBOD5 kgMLSS d F M 2 2 营养丰富 微生物处于对数增长期 F M 0 5 微生物处于增殖衰减 F M 0 2 微生物进入内源呼吸期 LgMLSS LmLSV SVI Sa SeSV V q 0 V q Lv SV0 a S SV V q M F Ls 0 11 5 回流污泥浓度 回流比 r 6 进水率 Z Z qv qv qr 1 1 r 7 泥龄 ts 定义 微生物 污泥 在曝气池中的平均停留时间 ts 也就是曝气池中活性 污泥平均更新一遍所需的时间 ts与 t 的关系 ts长 有机物大多被氧化 需氧量大 t ts短 有机物被氧化的量少 需氧量少 t 注意 通常活性污泥法系统的 ts约为水力停留时间的 20 倍 一般曝气池污泥停留时间 2d 水力停留时间 4 5h 五 活性污泥性能的影响因素 五 活性污泥性能的影响因素 1 有机物浓度 当 S Km 时 v vmax 活性污泥生长最快 当 S Km 时 活性污泥的量与有机物浓度成正比 2 溶解氧 DO 过小 影响微生物的生长及系统的正常运行 DO 过大 风机要求大 耗电多 正常运行 DO 浓度 2mg L 一般在 2 4mg L 3 营养物质 配比 C N P 100 5 1 4 温度 化学反应 10 v 2 4 倍 酶促反应 10 v 1 2 倍 曝气池系统水温的适宜范围 20 30 5 pH 值 一般 pH 6 5 7 5 活性污泥的生长繁殖情况最好 pH 6 5 霉菌 破坏活性污泥的结构 污泥膨胀 pH 过高 9 代谢缓慢 菌胶团粘性物质解体 6 有毒物质 破坏细菌细胞的构造物质和酶系统 使细菌由于失去活性而不能正常生长繁 殖 甚至直接被毒伤 毒死 有毒物质 重金属 砷 铅 隔 铬 铜 锌等 及酚 氰 醛 硝基化合物等有机型毒物 第第 3 节节 气体传递和曝气池气体传递和曝气池 1 构成活性污泥法的三个要素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 1 气体传递原理气体传递原理 SrSa r r 1 Srw Sa q V 12 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 曝气的作用 1 向曝气池混合液提供 DO 2 使混合液悬浮固体处于悬浮状态 3 实现微生物 有机物 DO 三者间的充分混合接触 二 曝气设备 分类 鼓风曝气 机械曝气 鼓风曝气 空气过滤器 鼓风机 空气输配管系统 扩散器 机械曝气 表面曝气机 竖轴式 卧轴式 表面曝气机充氧原理 1 曝气设备的提水和输水作用 使曝气池内液体不断循环流动 从而不断更新 气液接触面 不断吸氧 2 曝气设备旋转时在周围形成水跃 并把液体抛向空中 剧烈搅动而卷进空 气 3 曝气设备高速旋转时 在后侧形成负压区而吸入空气 曝气设备性能指标 氧转移率 充氧能力 氧利用率 三 曝气池的三种池型 推流式曝气池 完全混合式曝气池 两种池型结合式 一 推流式曝气池 1 平面布置 1 L B 5 10 1 2 进水方式不限 出水用溢流 堰 2 横断面布置 B H 有效水深 1 2 1 Hmin 3m Hmax 9m 曝气方式 一般采用鼓风曝气 3 常用指标 水力停留时间 T 4 8h MLSS Sa 2000 3000mg L 去除率 E 90 95 4 改进工艺 1 渐减曝气工艺 2 多点进水 优点 1 底物浓度分布较均匀 2 提高耐冲击负荷的能力 3 同条件下 曝气池中 MLSS 高于推流式 2 完全混合曝气池 池形 圆形 矩形 方形 根据和沉淀池的关系 分建式 曝气区 沉淀区分开 需要专设的污泥回流设备 合建式 靠表曝机造成水位差使回流污泥循环 1 结构 中间进水 四周出水 表面曝气 通过回流缝的宽度控制回流 量 2 特点 完全混合流态 池中有机物浓度始终保持出水浓度 Se 13 耐冲击 进水和污泥混合良好 活性污泥处于生长曲线上某一点 3 表面曝气 曝气叶轮 曝气 搅拌 注意 控制叶轮淹没深度 第第 4 节节 活性污泥法的发展和演变活性污泥法的发展和演变 一 发展及应用 1 传统曝气工艺 2 逐点进水工艺 多点进水 3 渐减曝气工艺 4 吸附再生工艺 5 纯氧曝气 6 延时曝气 7 浅层曝气 8 深层曝气 二 吸附再生工艺 接触稳定法 1 结构吸附池 再生池 2 特点 与传统工艺相比 F M 较高 减少投资 再生池中污泥处于 空曝 状态 吸附速度快 抑制丝状菌 3 接触稳定法 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 4 纯氧曝气 纯氧代替空气 可以提高生物处理的速度 原理 1 氧的饱和溶解度 2 4mg L 7 8mg L 微生物的降解能 力 2 加大推动力 优点 1 曝气时间短 2 曝气池体积小 投资减少 3 曝气量小 缺点一般要求设备密封 纯氧发生器容易出现故障 装置复杂 运转管理较麻 烦 6 延时曝气 氧化沟工艺 t 曝 1 3d 14 特点 1 水停留时间长 2 池体积大 3 MLSS 较高 3000 6000mg L 4 活性污泥部分处于内源呼吸状态 5 剩余污泥量少 且稳定 可直接排 放 五 活性污泥处理常用工艺 1 氧化沟 循环曝气池 1 在构造方面的特征 1 形状 环形沟渠状 平面为椭圆形 圆形 2 进水管进水 溢流堰式出水 2 在水流混合方面的特征 介于完全混合与推流之间 高氧区 缺氧区 3 在工艺方面的特征 1 可不设初沉 2 可不单设二沉池 3 BOD 负荷低 2 SBR 法 序批式活性污泥法 1 五阶段 进水 反应 沉淀 排水 闲置 2 特点 反应 沉淀在同一反应器中进行 3 与连续活性污泥法相比 1 流程简单 占地省 投资小 2 理想沉淀 出水质量高 3 脱 N 除 P 能力较强 4 生化反应速率大 5 可防止污泥膨胀 6 耐冲击能力较高 3 AB 法 1 全池 预处理 A 段 B 段 2 A 段 吸附池 中间沉淀池 B 段 曝气池 二沉池 3 具有抗冲击负荷 抗 pH 值变化的能力 第第 5 节节 活性污泥法的工艺设计活性污泥法的工艺设计 1 主要设计内容 1 流程选择 2 曝气池容积的确定 3 供氧设备的设计 4 二次沉淀池澄清区与污泥区容积选择的确定 5 剩余污泥的处置 2 推流式曝气池的相关计算方法 推流式曝气池的相关计算方法 一 曝气池容积的确定 P118 表 12 1 1 负荷法设计 2 根据停留时间 T 设计 二 活性污泥增长量 1 理论公式 y Kd 的取值见 P125 表 12 2 2 常用公式 V q L Sv V 0 V Sv L q V 0 X Sv S V q L 0 XS Sv L q V 0 TqV v v q V T x d S K dt d y dt dx Xr bVaLx 15 a kgMLSS kgBOD5 d 0 30 0 75 平均 0 52 b d 1 0 02 0 18 平均 0 07 三 需氧量的计算 O2 a LrV X b V x a qv S0 Se b V X a kgO2 kgBOD 0 25 0 76 平均 0 47 b kgO2 kgMLSS d 0 10 0 37 平均 0 17 第六节第六节 二次沉淀池二次沉淀池 1 二沉池的目的 澄清 污泥浓缩 2 基本原理 同初沉池 3 基本形式 平流 竖流 辐流 4 沉淀过程 1 二沉池中分四区 清水区 絮凝区 成层沉降区 压缩区 2 底流浓度 污泥性质 积存时间 5 构造上的特点 P176 6 计算方法 同其它沉淀池 7 应用 1 高浓度系统 采用高浓度水沉淀池 2 中小浓度废水 采用沉淀池 水量大 较高浓度 辐流 中小水量 较高浓度 竖流 一般浓度 平流 第第 7 节节 活性污泥法运行中的常见问题活性污泥法运行中的常见问题 污泥膨胀 污泥上浮 产生泡沫 一 污泥膨胀 1 丝状菌繁殖引起的膨胀 1 丝状菌增长过快的原因 a 溶解氧过低 0 7 2 0mg l b 冲击负荷 有机物超出正常负荷 c 进水化学条件变化 一是营养条件变化 C N 二是硫化物的影响 三是碳水化合物过多 四是 pH 值和水温的影响 pH 温度高 2 解决办法 a 加强曝气 提高 DO 水平 b 保持一定的活性污泥浓度 c 控制 F M d 投加 N P 物质 或加入 Cl2 漂白粉 e 调整 pH 值 f 污泥膨胀严重时投加铁盐絮凝剂或有机阳离子凝聚剂 2 非丝状菌膨胀 原因 污泥含有大量表面附着水 密度与水更为接近 由于废水中碳水化合物含量高 含 N 量低 当这些碳水化合物被细菌降解 时形成多糖类物质 使代谢产物表面吸附表面水 解决办法 增加 N 的比例 引进生活污水以增加蛋白质的成分 调节水温不低于 5 度 二 污泥上浮 trqV u q A v v 16 1 污泥脱氮上浮 原因 二沉池中污水因缺氧而使硝酸盐转化成氨和氮气 逸出过程中附带污泥 解决办法 减少在二沉池中的停留时间 及时排泥 增加回流比 2 污泥腐化上浮 原因 在沉淀池内污泥由于缺氧而引起厌氧分解 产生甲烷及二氧化碳气体 污泥吸附气体上浮 解决办法 加大曝气池供氧量 提高出水溶解氧 减少污泥在二沉池中的停留时间 及时排走剩余污泥 三 产生泡沫 影响 1 破坏环境 2 影响表面曝气 措施 1 曝气池安喷洒清水管网 2 适当喷洒酸 碱等除泡剂 第第 13 章章 生物膜法生物膜法 生物膜法 指利用附着在滤料或某种载体表面上 以膜的形态存在的生物污泥 生 物膜 对废水中的有机污染物进行生物氧化降解的处理方法 生物膜法处理有机污染物的主要方法 1 润壁型生物膜法 2 浸没型生物膜法 3 流化床型生物膜法 第第 1 节节 基本原理基本原理 1 生物膜的形成 1 废水流过介质表面 微生物 有机物被吸附 2 微生物在介质表面生长 呈膜状 3 由细菌 真菌 原生动物等组成 4 颜色根据水质不同而不同 2 生物膜对废水的净化作用 3 生物膜的生物组成 1 细菌 菌胶团 活性污泥主要组成物质 2 真菌 量较少 氧化分解能力较强 17 3 原生动物 改善出水水质 4 后生动物 水质指标 5 滤池蝇 影响生物膜的附着能力 外 内 低级 高级 4 生物膜的更新 吸附 生长 增厚 脱落 影响因素 1 污染物浓度 生长作用 2 水流的冲刷作用 脱落程度 3 厌氧层影响 脱落程度 4 池蝇的影响 加速脱落 第第 2 节节 生物滤池生物滤池 1 典型的生物滤池的构造 典型的生物滤池的构造 滤床 布水设备 排水系统 1 滤床 滤料的要求 无机滤料 人工有机滤料 1 比表面积大 即粒径小 2 空隙率合适 3 不被微生物分解 4 能承受一定压力 5 抗废水腐蚀 6 价格低廉 2 布水系统 布水系统 1 设置目的 为了使污水能均匀地分布在整个滤床表面上 2 分类 移动式布水器 固定式布水器 移动式 常用回转式 布水器 组成 进水竖管 布水横管 优点 间断布水 保证空气进入 布水均匀 对微生物的生长有利 缺点 池形有限定 固定式喷嘴布水系统 缺点 水头大 布水不均匀 对生物膜冲刷不连续 易堵塞 优点 滤池形状不限 3 排水系统 作用 收集滤床流出的污水与生物膜 保证通风 支撑滤料 组成 排水假底 承托滤料 空隙 池平面的 5 8 池底 支撑假底 排泄滤床来水 集水沟 有充分高度 二 生物滤池法的工艺及流程 1 相关参数 相关参数 1 负荷 表面 水力负荷 q m3 m2 d 单位面积滤池单位时间内处理的废水水 量 容积负荷 Lv kg m3 d 单位时间内单位体积滤料所承受的有机物的量 Lv S0 qv V 有机物去除负荷 Ls kg m3 d 单位时间内单位体积滤料的 BOD5去除量 18 毒物负荷 mg m3 d 单位体积滤料在单位时间所承受的毒物量 2 回流比 r 0 5 3 0 r 回流水量 进水量 作用 作用 生物膜 进水浓度 冲刷作用 防止堵塞 活性污泥 维持曝气池内生物浓度 生物滤池进水 BOD5 浓度 2 工艺形式 3 工艺流程 1 交替串联 P206 图 13 9 2 回流式生物滤法流程 P207 图 13 10 3 生物滤池的设计计算 生物滤池的设计计算 1 负荷法计算 选取有机负荷 Lv P215 表 13 4 计算滤床总体积 V 选取滤池的滤料厚度 H 公式确定或经验值确定 普通生物滤池 H 2m 两级回流生物滤池 H 1 0 1 8m 塔式生物滤池 H 8 12m m 计算滤池的平面面积 A A V H 用水力负荷 q 进行校核 q qV A P216 表 13 4 第第 3 节节 生物转盘生物转盘 1 生物转盘的构造 盘片 转动轴 废水处理槽 驱动装置 盘片 高强度 轻质 耐腐蚀 直径 2 3m 转速 2 3r min b 2 10mm a 20 30mm n 100 2000 转动轴 具有足够的强度和刚度 防止断裂和挠曲 直径 50mm 以上 长度 0 5 7m 处理槽 与盘片相吻合的半圆形或多边形 净空相距 20 50mm 设排泥和放空管 驱动装置 机械驱动装置 空气驱动装置 水轮驱动装置 r r SeS Sa 1 0 V VS L q V 0 19 二 生物转盘的布置方式 1 按水流方向分类 1 同向流 2 逆向流 3 纵向流 2 布置方式 1 单轴单级 2 单轴多级 3 多轴多级 三 生物转盘的优缺点 1 优点 1 生物膜交替接触水和空气 2 表面积大 生物量大 3 无堵塞现象 4 盘面利用率高 无沟流现象 5 管理方便 处理程度较高 6 占地较小 7 动力消耗低 8 出水悬浮物沉降性能好 9 抗冲击 2 缺点 1 盘材贵 投资大 2 挥发性物质将会产生污染 3 生物转盘的性能受环境气温及其他因素影响较大 4 生物转盘的设计计算生物转盘的设计计算 1 参数的选择 LA 0 005 0 02KgBOD5 m2 d 1 通过试验求得 首级不宜超过 0 03 0 04KgBOD5 m2 d 2 经验图表或经验值 P224 图 13 26 q H 0 04 0 20m3 m2 d 2 按负荷计算 1 查表 选取生物转盘的 BOD5 负荷率 LA 2 计算转盘总面积 A 3 计算转盘盘片数 m 4 计算废水处理槽的有效长度 L L m a b K a 盘片间净距 m 进水端为 25 35mm 出水端为 10 20mm b 盘片厚度 2 10mm K 系数 一般取 1 2 5 计算废水处理槽的有效容积 V V 0 294 0 335 D 2 2 L 当 r D 0 1 系数取 0 294 V1 0 294 0 335 D 2 2 L mb r D 0 06 系数取 0 335 6 计算转盘转速 n0 第三节第三节 生物接触氧化法生物接触氧化法 一 生物接触氧化池的构造 池体 池体用于设置填料 布水布气装置和支撑填料的栅板和格栅 2 64 0 D A m 9 0 37 6 1 1 0 V q V D n 20 填料 填料要求 比表面积大 空隙率大 水力阻力小 强度大 化学和生物稳定性好 能经久耐用 材料 软性 纤维型 硬性 波纹板 瓦纹板 半软性填料 塑料等 布水布气装置 供气方式 鼓风曝气 机械曝气 射流曝气 供气管位置 池子中心 侧面 全池 布水方式 顺流 逆流 二 工艺流程 1 分类 分流式 废水的充氧和废水与生物膜载体填料的接触分别在不同的空间间隔进行 充氧 接触两过程反复循环 使水中氧充足 但冲刷力小 生物膜只能自行脱 落 容易堵塞 直流式 当生物膜受到气流的搅动时 加速了生物膜的更新 克服了堵塞现象 此外 上升气流不断冲击滤料 增加了接触面积 提高了氧的转移效率 降低能耗 2 工艺流程类型 1 设初 二沉池 2 可多段工艺串联 3 特点 1 相对于活性污泥法 无回流 适合工艺改造 生物量大 处理能力强 污泥量少 抗冲击 无污泥膨胀现象 2 相对于生物滤池 堵塞程度小 占地面积小 卫生条件好 缺点 滤床更换速度快 运行费用较高 第五节第五节 生物流化床生物流化床 一 构造 1 床体 圆形 钢板 钢筋混凝土 2 载体 生物流化床的核心部件 0 6 1 0mm 3 布水 布气 装置 滤床底部 均匀布水 承托载体颗粒 4 脱膜装置 及时脱除老化的生物膜 使生物膜经常保持一定的活性 二 流态化原理二 流态化原理 21 床层的三种状态 固定床阶段 v 小 压力降 p 90 2 增大了接触面积 3 耐冲击负荷 运行稳定 缺点 1 泥水分离效果差 27 2 不适合大流量废水的处理 三 上流式厌氧污泥床反应器 三 上流式厌氧污泥床反应器 UASB 反应器 反应器 上流式厌氧污泥床反应器内没有载体 是一种悬浮生长型的消化器 结构 1 污泥层 颗粒污泥 40000 80000mg L V 30 V 总 E 70 90 E 总 2 悬浮污泥层 絮体污泥 15000 30000mg L V 70 V 总 E 10 30 E 总 3 沉淀区 作用 a 维持污泥床中的污泥浓度 b 保证整个反应器的集气室有效空间高度 4 三相分离器 组成 集气收集器 折流挡板 作用 固 液 气分离 试验结果证明 良好的污泥床 有机负荷率和去除率高 不需要搅拌设备 能 适应负荷冲击和温度与 pH 的变化 2 厌氧生物膜法 1 厌氧生物滤池 厌氧固定膜反应器 二 厌氧生物转盘 三 厌氧流化床 3 分段厌氧处理法 第一段 水解和液化有机物为有机酸 缓冲和稀释负荷冲击与有害物质 并将 截留难降解的固态物质 第二段 保持严格的厌氧条件和 pH 以利于甲烷菌的生长 降解 稳定有机物 产生含甲烷较多的消化气 并截留悬浮固体 以改善出水水质 厌氧设备运行中的欠平衡现象及其原因 厌氧设备运行中的欠平衡现象及其原因 欠平衡 厌氧消化过程中产酸量和用酸量不协调的现象 厌氧消化作用欠平衡时的症状 1 消化液挥发性有机酸浓度增高 2 沼气中甲烷含量降低 3 消化液 pH 值下降 4 沼气产量下降 5 有机物去除率下降 厌氧消化作用欠平衡的原因 1 有机负荷过高 2 进水 pH 值过低或过高 3 碱度过低 缓冲能力 差 4 有毒物质抑制 5 反应温度急剧波动 6 池内有溶解氧及氧化剂 存在等 运行管理中的安全问题 甲烷易燃 5 15 设备密封 严禁明火和电气火化 预防 H2S 和 CO2 在低凹处积聚 28 第十六章第十六章 污水的化学处理污水的化学处理 第一节第一节 化学混凝法化学混凝法 混凝 在废水中预先投加化学药剂来破坏胶体的稳定性 使废水中的胶体和细 小悬浮物聚集成具有可分离性能的絮凝体 再加以分离去除的过程 化学混凝处理的对象 微小悬浮物 胶体杂质 一 混凝原理一 混凝原理 胶体的特点 1 粒径小 2 布朗运动 颗粒在废水中受水分子热运动的碰撞而作无规则的布朗运动 3 带电 同类胶体微粒带有同性电荷 4 水化膜 许多水分子被吸引在胶体微粒周围 形成水化膜 一 胶体的稳定性 1 带电原因 1 吸附溶液中的离子 2 胶体表面溶解带电 3 自身电离 2 胶体的结构 3 胶粒所受作用 1 胶粒带电 静电斥力 d 静电斥力 2 布朗运动 胶粒互相碰撞 聚集 3 范徳华引力 d 引力 4 稳定的原因 1 电位高 2 水化作用 水化膜 二 分散系脱稳机理 1 压缩双电层作用 混凝剂提供大量异号离子 涌入胶体 电位 该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部 分反离子挤压到吸附层中 从而使扩散层厚度减小 由于扩散层厚度的减小 胶粒得以迅速凝聚 电位 0 等电状态 胶粒最易发生聚结 凝聚 电位达到临界电位 胶粒就开始产生明显的聚结 2 吸附架桥作用 吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力 范德华力和氢键力等 作用下 通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程 絮凝 3 吸附电中和机理 胶粒表面对异号离子 异号胶粒 链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的 吸附作用 由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷 减少了静电斥力 降 低了电位 使胶体的脱稳和凝聚易于发生 4 沉淀网捕作用 沉淀金属氢氧化物 如 Al OH 3 FeCl3 或带金属的碳酸盐 如 CaCO3 时 水中 的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕 二 混凝剂和助凝剂 29 1 混凝剂 要求 混凝剂效果良好 对人体健康无害 价廉易得 使用方便 分类 1 无机盐类混凝剂 铁盐和铝盐 2 高分子混凝剂 有机和无机 2 助凝剂 1 pH 调整剂 常用的 pH 调整剂包括石灰 硫酸 氢氧化钠 碳酸钠等 2 絮体结构改良剂 如水玻璃 活性硅酸 粉煤灰 粘土等 3 氧化剂 可投加氯气 次氯酸钠 臭氧等氧化剂来破坏有机物 以提高混凝效果 三 三 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素 1 废水水质的影响废水水质的影响 1 浊度 浊度不同 所需的混凝剂用量也不同 2 pH 值 在混凝过程中 都有一个相对最佳 pH 值存在 使混凝反应速 度最快 絮体溶解度最小 3 水温 水温会影响无机盐类的水解 另外水温低 水的粘度增大 4 共存杂质 杂质的存在可能促进 除 S P 外的无机金属盐 也可能阻 碍混凝的进行 磷酸离子 高级有机酸离子等 2 混凝剂的影响混凝剂的影响 1 混凝剂种类 混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质 浓度 2 混凝剂投加量 对任何废水的混凝处理 都存在最佳混凝剂和最佳投药 量的问题 应通过试验确定 3 混凝剂投加顺序 当使用多种混凝剂时 其最佳投加顺序可通过试验来确定 一般而言 先投加无机混凝剂 再投加有机混凝剂 3 水力条件的影响水力条件的影响 水力条件的两个主要控制指标 搅拌强度和搅拌时间搅拌强度和搅拌时间 混合阶段 强烈搅拌 速度梯度 G 在 500 1000s 1 搅拌时间 t 应在 10 30s 反应阶段 搅拌强度逐渐 反应时间 G 在 20 70s 1 t 在 15 30min 四 混凝方法的优缺点 优点 设备简单 维护操作易于掌握 处理效果好 间歇或连续运行均可以 缺点 由于不断向废水中投药 经常性运行费用较高 沉渣量大 且脱水较困 难 第第 二二 节节 中和法中和法 中和处理方法 酸碱废水互相中和 投药中和 过滤中和 1 酸碱废水互相中和法 相邻车间 相邻工厂间进行 以废治废 2 投药中和法 1 酸性废水投药中和 酸性废水的中和剂 石灰 CaO 石灰石 CaCO3 碳酸钠 Na2CO3 苛 30 性钠 NaOH 等 石灰的投加方法 干投 湿投 2 碱性废水投药中和 碱性废水的中和剂 硫酸 盐酸 硝酸及废酸等 其中常用的是工业硫酸 烟 道气中含有一定量的 CO2 SO2 H2S 等酸性气体 也可以用作碱性废水的中和 剂 3 过滤法 使酸性废水通过碱性滤料从而得到中和的方法称为过滤中和 滤料 石灰石 CaCO3 大理石 白云石 MgCO3 CaCO3 等 第第 3 节节 化学沉淀法化学沉淀法 定义 向水中投加某种化学药剂 沉淀剂 使其与废水中的溶解性污染物质发 生化学反应 生成难溶化合物沉淀 难溶盐 氢氧化物 从而使废水得到净化 的方法称为化学沉淀法 1 基本原理 溶度积原理 在一定温度下 难溶化合物的饱和溶液中各离子浓度的乘积是常数值 称为溶 度积 Ks Ksp 2 化学沉淀方法的分类 氢氧化物沉淀法 硫化物沉淀法 碳酸盐沉淀法 卤化物沉淀法等 第第 4 节节 氧化还原法氧化还原法 化学氧化还原法 将废水中呈溶解状态的无机物和有机物 通过化学反应被氧 化或被还原为微毒 无毒的物质 或转化成容易与水分离的形态 从而达到处 理目的的方法 改变污染物的性质或形态 第第 5 节节 吸附法吸附法 吸附法 利用多孔性固体物质吸附废水中某种或几种污染物 以回收或去除某 些污染物 从而使废水得到净化的方法 吸附剂 具有吸附能力的多孔性固体物质 吸附质 废水中被吸附的物质 一 一 吸附的基本理论 吸附的基本理论 1 吸附原理 1 吸附产生的原因 溶质对水的疏水特性 对固体颗粒的高度亲和力 由溶质与吸附剂之间的静电引力 范德华力或化学健所引起 2 吸附的分类 交换吸附 溶质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电点上 并置 换出原先固定在这些带电点上的其他离子 影响因素 离子电荷数 水合半 径 物理吸附 吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力 即范徳华力 而产生的吸 附 影响因素 吸附剂的比表面积 细孔分布 化学吸附 吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用 生成化学键引起吸附 影响因素 吸附剂与吸附质的化学性质 2 平衡吸附量 达到平衡时 单位吸附剂所吸附的物质的数量称为平衡吸附量 常用 qe表示 31 qe 平衡吸附量 g g 或 mg g m 吸附剂量 mg x 吸附溶质总量 L Co 起始污染物浓度 mg L Ce 平衡时废水中污染物浓度 mg L 平衡吸附量越大 单位吸附剂处理的水量越大 吸附周期越长 运转管理费用越少 3 吸附等温线 表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式 1 朗缪尔等温式 假定 固体表面由大量吸附活性中心构成 每个活性中心只能吸附一个分子 吸附质分子间没有作用力 吸附中心全部被占满时 吸附饱和形成单分子层 1 1 K K m y 公式变形 K K Kmy 1 1 2 弗罗因德利希等温式 1 n 0 1 0 5 容易吸 附 2 难以吸附 2 影响吸附的因素 1 衡量指标 衡量指标 吸附能力吸附能力 固体吸附剂用吸附量衡量 吸附速度吸附速度 单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量 2 影响因素 1 吸附剂结构 极性分子 或离子 或 非极性分子 非离子 型 比表面大小 越大 吸附能力越强 2 吸附质的性质 一般随着有机物在水中溶解度的减少而增加 随有机物分子量的增大而增加 3 操作条件 pH 温度 一般降温有利于吸附 共存物的影响 接触时间 吸附平衡时间取决于吸附速度 三 吸附剂 1 活性炭 在水处理中较多采用颗粒活性炭 1 影响因素 孔隙率 32 小孔 孔径 20Ao 以下 比表面吸附占 95 以上 中孔 孔径 20 1000 Ao 吸附大分子有机物 大孔 孔径 1000 Ao 为吸附提供通道 吸附中心点 a 物理吸附活性点 数量多 是活性炭吸附能力的主体 无极性 b 化学吸附活性点 具有活性基因 2 活性炭的再生 加热再生法 在高温条件下 提高了吸附质分子的能量 使其易于从活性炭的 活性点脱离 而吸附的有机物则在高温下氧化和分解 成为气态逸出或断裂成 低分子 化学再生法 通过化学反应 使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来 2 腐植酸类吸附剂 腐植酸是一组芳香结构的 性质与酸性物质相似的复杂混 合物 3 树脂吸附剂 4 吸附工艺和设备 间歇式 将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌 30min 左右 然后静置沉淀 排除澄清液 连续式 固定床 移动床 流化床 第第 6 节节 离子交换法离子交换法 一种借助离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换反应而除去水中有害离子 的方法 1 离子交换剂 离子交换树脂 人工合成的高分子聚合物 由树脂本体 又称母体或骨架 和活 性基团两个部分组成 1 离子交换剂的分类 1 按母体材质 无机和有机两大类 2 按活性基团可分为 按活性基团可分为 含有酸性基团的阳离子交换树脂 含有碱性基团的阴离子交换树脂含有酸性基团的阳离子交换树脂 含有碱性基团的阴离子交换树脂 含有胺羧基团等的螯合树脂 含有氧化还原基团的氧化还原树脂 两性树脂含有胺羧基团等的螯合树脂 含有氧化还原基团的氧化还原树脂 两性树脂 3 按粒径的不同分 大粒径树脂 0 6 1 2 mm 中粒径树脂 0 3 0 6 mm 小粒径树脂 0 02 0 1 mm 4 按树脂的交联度 交联剂含量的百分数 大小分 低交联度 2 4 中交联度 7 8 高交联度 12 20 2 离子交换树脂的性能 1 交换容量 定量表示树脂交换能力的大小 单位为 mol kg 干树脂 或 mol L 湿树脂 2 交联度 交联度 交联剂在树脂中的重量百分数 网状结构程度的表征 交联度决定 网状结构的程度 孔隙率大小 为吸附提供通道 决定树脂密度 决定树脂膨胀性 稳定性 4 交换势 指交换离子与树脂中固定离子之间的亲和力 5 树脂的膨胀性 由树脂的网状结构决定 a 交联度大 膨胀性小 b 离子水合半径越大 膨胀率越大 33 c 弱酸 弱碱树脂膨胀率大 强酸 强碱树脂膨胀率小 d 膨胀率随交换离子而 变 二 离子交换工艺过程 1 交换阶段 上 下 饱和层 失效层 工作层 交换层 新料层 2 反洗阶段 目的 搅松滤料 冲走污物和破碎树脂 反冲时树脂膨胀率 40 60 3 再生阶段 再生推动力 浓差作用 再生程度 一般只达到 60 80 4 清洗 清洗后期 pH 7 清洗流速 2 4m h 清洗用水量为树脂体积 的 4 13 倍 第 6 节 萃取法 萃取法 指向废水中投加不溶或难溶于水 但能较好地溶解废水污染物的溶剂 并与废水充分接触 使大部分污染物转移到溶剂相 然后分离水和溶剂 以使 废水得到净化的方法 萃取剂的要求要求 1 对被萃取物的溶解度要高 对水中其他物质的溶解度要 低 而萃取剂本身在水中的溶解度要低 分配系数 分配系数 表征萃取剂的溶解性能 2 萃取剂在废水中不会乳化 容易