水污染控制工程.ppt

,水污染控制工程,环境工程简介,美国土木工程师学会（环境工程分会） (American Society of Civil Engineers，简称ASCE) 环境工程(Environmental Engineering)是通过健全的工程理论与实践来解决环境卫生(environmental sanitation)问题。 提供安全、可口和充足的公共给水。 建立城市和农村符合卫生要求的排水系统。 适当处置与循环使用废水和固体废物。 控制水、土壤和空气污染，并消除这些问题对社 会和环境所造成的影响。,水污染控制工程 从技术和工程上解决、预测和控制水污染的问题，提供提高水环境质量、合理利用水资源的方法，满足不同用途和要求的用水的工艺技术和工程措施。定义:应用工程学的方法对水质进行控制以达到消除 污染和恢复水的原有状态。研究对象：点源污染、面源污染、水环境修复控制方法：物理、化学、物理化学和生物化学成果体现：工程（工艺）、装备（设备）,课程内容,概论污水的物理处理污水的生化处理污水的化学处理污水的物理化学处理城市污水回用污泥的处理和处置水处理工艺设计,第一章 概 论,水资源与水循环水污染 水质与水质指标污染物在水体环境中的迁移与转化污水的出路及处理方法,第一节 水资源与水循环,一、水资源(Water resource)现在或将来，一切可用于生产和生活的地表和地下水的总称。水资源总量： 降水形成的地表和地下产水量。地表水资源量： 江河湖泊冰川等地表水体的动态水量。地下水资源量： 降水和地表水体入渗补给给地下含水层的动态水量。水资源总量=地表水资源量+地下水资源量-两者转化的重复计算,第一节 水资源与水循环,一、水资源 (Water resource) （1）水资源现状 （2）水资源主要用途 （3）水资源开发利用中存在的主要问题,第一节 水资源与水循环,（1）水资源现状世界水资源现状地球上的水约为14亿立方公里，覆盖着近3/4的地球表面。水环境中的淡水资源却很少，仅占总水量的2.53%，其中3/4存在于冰川和冰帽中。而目前能供人类直接取用的淡水资源仅占0.22%。加之自然水源的季节变化和地区差异，以及自然水体遭到的普遍污染，致使可供直接取用的优质水量日显短缺，难以满足人们生活和工农业生产日益增长的要求。,第一节 水资源与水循环,（1）水资源现状我国水资源现状我国年降水量60000亿立方米，相当于全球陆地总水量的5%，居世界第三位;地表径流量27115亿立方米,居世界第六位。但同时我国人口众多，人均年径流量计，每人每年仅2500立方米，相当于世界人均占有量的1/4。同时，存在严重的时空分布不均衡性。空间上，大约90%的地下渗流量分布在南方；时间上，冬春少雨，夏季多雨，且连续出现枯水年和丰水年的现象。水土资源组合不相适应。,第一节 水资源与水循环,一、水资源 (Water resource) （1）水资源现状 （2）水资源主要用途 （3）水资源开发利用中存在的主要问题,第一节 水资源与水循环,一、水资源(Water resource)（2）水资源主要用途 农业灌溉和生活饮用、工业用水、城市供水、畜禽用水、牧草灌溉、林业繁育、生态及环境用水、水力发电、航运、渔业、工程及河道冲淤等。,第一节 水资源与水循环,一、水资源 (Water resource) （1）水资源现状 （2）水资源主要用途 （3）水资源开发利用中存在的主要问题,第一节 水资源与水循环,一、水资源(Water resource)（3） 水资源开发利用中存在的主要问题水源枯竭水体污染生态环境恶化,第一节 水资源及水循环,二、水循环 自然界水循环： 水在自然界的迁移转化规律。 城镇用水循环： 水的社会圈（人类活动范围）。,1、自然界水循环（Hydrological cycle）,循环方式：蒸发、输送、降水、下渗、径流,蒸发,输送,降水,下渗,径流,2、水的社会循环及对自然（原始）循环的影响,自然循环,平衡破坏,取水,排放,水污染控制工程,平衡破坏,给水处理,社会循环,第一章 概 论,水资源与水循环水污染 水质与水质指标污染物在水体环境中的迁移与转化污水的出路及处理方法,第二节 水污染（Water pollution),1984年颁布的中华人民共和国水污染防治法明确了水污染的定义。水污染的定义 水体因某种物质的介入而导致其化学、物理、生物或放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。,第二节 水污染（Water pollution),水体主要污染源水污染类型水体主要污染物废水的分类水体污染的危害水污染防治的目标任务与原则,第二节 水污染（Water pollution),一、水体主要污染源（1）向自然水体排放的各类废水；（2）向自然水体直接倾倒的固体污染物，以及垃圾堆 放场所的渗出液和淋洗雨水；（3）大气污染地区的酸雨及其他淋洗降水；（4）大气中有害的沉降物及水溶性气体；（5）淋洗植被后溶入了化肥和农药的（降水）径流；（6）航道中船舶的漏油、废水及固体废弃物。,第二节 水污染（Water pollution),二、水体主要污染物 1、固体污染物 2、生物污染物 3、需氧有机污染物 4、富营性污染物 5、感官污染物,6、有毒污染物7、油类污染物 8、热污染9、酸、碱、盐类污染物,第二节 水污染（Water pollution),三、水污染类型 1、需氧型污染 2、毒物型污染 3、富营养型污染 4、感官型污染 5、其它（浮油、酸碱、病原体、热水等）,1、需氧型污染,原因 过量的有机物光合速率减少氧溶解度的减少氧扩散的减少需氧量的增加途径：点源污染防止措施：生物处理,原因有机、无机、重金属途径点源污染，废水排放防止措施 化学与物理化学处理,2、毒物型污染,3、富营养型污染,原因 氮、磷途径 点源、面源防止措施 生物处理,原因：色、味、悬浮物途径：点源污染，废水排放防止措施：物理、化学、生物化学,4、感官型污染,第二节 水污染（Water pollution),四、废水的分类根据来源不同：生活污水、工业废水 1、生活污水含氮、磷、硫高。含有纤维素等厌氧性细菌作用下易产生恶臭的物质。含有多种微生物，易使人传染上各种疾病。在废水中洗涤剂含量增大，呈弱碱性，对人体有一定危害。,第二节 水污染（Water pollution),四、废水的分类根据来源不同：生活污水、工业废水 2、工业废水 排放量大，污染范围广，排放方式复杂。 污染物种类繁多，浓度波动幅度大。 污染物质毒性强，危害大。 污染物排放后迁移变化规律差异大。 恢复比较困难 。生产污水：污染较严重，须经处理后方可排放。生产废水：较清洁，不经处理即可排放或回用。,第二节 水污染（Water pollution),四、废水的分类根据污染物类别的不同：有机废水和无机废水根据毒物的种类不同：含酚废水、含汞废水等。,第二节 水污染（Water pollution),五、水体污染的危害 1.对人体健康的危害 2.对工业生产的影响 3.对农业、渔业生产的影响,第二节 水污染（Water pollution),六、水污染防治的目标、措施、任务与原则 1、水污染防治的主要目标 (1)确保地面水和地下水源的水质，为向居民供应安全可靠的饮用水提供保证。 (2)恢复各类水体的使用功能，为经济建设提供水资源保障，确保社会经济的可持续发展。 (3)保证各类水体具有良好的水质，确保水生生态系统的繁荣昌盛。,第二节 水污染（Water pollution),六、水污染防治的目标、措施、任务与原则 2、水体污染防治措施 防止地表水污染的主要措施为：禁止向水体排放油类、酸液、碱液及剧毒废液；禁止在水体清洗装贮过油类或毒物的车辆和容器；禁止将含有汞、镉、铬、砷、铅、氰化物、黄磷等的可溶性 剧毒废渣向水体排放或不作防渗层而直接埋入地下；禁止向水体倾倒工业垃圾、生活垃圾或其它废弃物；不得在 水体最高线以下的滩地和岸坡上堆放废弃物；禁止向水体排放带有放射性的废弃物和废水；不得向水体排 放足以引起热污染的废水；不得向水体排放带有病原体而未经消毒的废水；使用农药要保证安全，不得污染水体；农灌水要符合有关规定；船舶的各类废水必须符合排放标准，不得向水体排泄油污。,第二节 水污染（Water pollution),六、水污染防治的目标、措施、任务与原则 2、水体污染防治措施防止地下水污染的主要措施为：禁止利用渗井、渗坑、裂隙和溶洞排放含毒废水和带菌废弃物；不得采用无防渗措施的沟渠池塘输送含毒或带菌废水；开采地下水时，应防止已被污染的潜水渗入地下水，并防止水质 差异很大的各层地下水相互渗透；兴建地下工程设施或进行地下勘探及采矿时，应采取防护措施， 防止地下水污染；人工回灌补给地下水时，不得恶化地下水质。,第二节 水污染（Water pollution),六、水污染防治的目标、措施、任务与原则 3、水污染防治的主要任务(1)进行区域、流域或城镇的水污染防治规划，在调查分析现有 水环境质量及水资源利用需求的基础上，明确水污染防治的具体任务，制订应采取的防治措施。(2)加强对污染源的控制，采取有效措施减少污染源污染物排放量。(3)对各类废水进行妥善的收集和处理，建立完善的排水系统及废水处理系统，使废水排入水体前达到排放标准。(4)加强对水环境水资源的保护，通过法律、行政、技术等一系列措施，使水环境水资源切实免受污染。 4、水污染防治的原则 “防” 、“治”、 “管”,第一章 概 论,水资源与水循环水污染 水质与水质指标污染物在水体环境中的迁移与转化污水的出路及处理方法,第三节 水质与水质指标,水质定义：是指水与其中所含杂质共同表现出来的物 理学、化学和生物学的综合特性。水质指标定义：根据水体中污染物的性质，对水体进行定 性或定量分析的指标。国际通用水质指标： 物理性指标、化学性指标、生物性指标,物理性指标,感官性指标，水的色度来源于金属化合物或有机化合物,感官性指标，水的异臭来源于还原性硫和氮的化合物、挥发性有机物和氯气等污染物质,挥发性固体,溶解性固体,固定性固体,悬浮固体,加速耗氧反应，最终导致水体缺氧或水质恶化,造成水中溶解氧减少,工业废水常引起水体热污染,第三节 水质与水质指标,第三节 水质与水质指标,固体物质（total solids) TS=DS+SS（mg/l)按能否透过孔径310m滤膜或滤纸分为(溶解性能)溶解固体（dissolved solids) DS 能 （盐类）悬浮固体（suspended solids) SS 不能 （不溶性固体物质） SS= VS+FS（mg/l)600高温灼烧(挥发性能)挥发性悬浮固体（volatile solids) VS（有机污染物质）固定性悬浮固体(fixed solids) FS （无机污染物质）可沉固体（settleable solids) SS (ml/l) 将1(L)水样在标准沉降管中（静置1小时）能够沉降分离的可沉降悬浮固体的量。,例题2,将某污水水样100 mL置于质量为46.4718g的古氏坩埚中过滤,在105下烘干，称重为46.5036g，然后再将此坩埚置于600下灼烧，最后称重为46.4848g。另取同一水样100 mL置于质量为67.9624g的蒸发皿中,在105下蒸干后称重为68.0138g。试计算该水样的总固体、悬浮固体、溶解固体、挥发性悬浮固体和固定性悬浮固体的含量各为多少(mg/L)。,化 学 性 指 标,有机性指标,生化需氧量（BOD）,反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有 机物的量主要污染特性（mg/L）。,BOD: biological oxygen demand在规定条件下微生物氧化分解污水或受污 染的天然水样中有机物所需要的氧量。,有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程,第一个阶段：有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶阶段：氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。,化 学 性 指 标,有机性指标,生化需氧量（BOD）,反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物量的主要污染特性（以mg/L为单位）。实际中，常以5d作为测定生化需氧量的标准时间, 称5日生化需氧量（BOD5）,通常以20为测定的标 准温度。 BOD5（20）、 BOD5、BOD,BOD: biological oxygen demand在规定条件下微生物氧化分解污水或受污染的天然水样中有机物所需要的氧量。,第三节 水质与水质指标,生化需氧量（BOD）的缺点： 1、工业废水中含有剧毒物质时微生物活动受到 限制，影响有机物的分解。 2、只反应可生物降解有机物含量。 3、时间较长。,化 学 性 指 标,有机性指标,化学需氧量（COD）,表示废水中还原性物质的量。 COD=CODB+CODNB CODB=1.72BOD5氧化剂:高锰酸钾 KMnO4 (称 CODMn 或OC ) 重铬酸钾K2Cr2O7 （称 CODCr)-COD,COD: chemical oxygen demand用化学方法氧化分解废水水样中有机物过程中所 消耗的氧化剂量折合成氧量（O2）（mg/L）。,例题2,生活污水化学需氧量（COD）含量为450mg/L，生化需氧量（BOD5）为250mg/L，出水COD=65mg/L，BOD5=40mg/L,测试结果表明剩余COD为多少？,化 学 性 指 标,有机性指标,总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）,TOC: total organism carbon在950高温下，以铂作为催化剂，使水样气化燃烧，然后 测定气体中的CO2含量，从而确定水样中碳元素总量。 mg(C)/L测定中应该去除无机碳的含量。,TOD: total oxygen demand在900950高温下，将污水中能被氧化的物质（主要是 有机物，包括难分解的有机物及部分无机还原物质）， 燃烧氧化成稳定的氧化物时需氧量。mg(O)/L,化 学 性 指 标,无机性指标,过多的氮、磷进入天然水体，易导致富营养化，使水生植物尤其是藻类大量繁殖，造成水中溶解氧急剧变化，影响鱼类生存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展为沼泽和干地。,一般要求处理后污水的pH在69之间。当天然水体遭受酸碱污染时，pH发生变化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。 碱度指水中能与强酸定量作用的物质总量，按离子状态可分为三类：氢氧化物碱度；碳酸盐碱度；重碳酸盐碱度。,作为微量金属元素。 重金属的主要危害：生物毒性，抑制微生物生长，使蛋白质凝固;逐级富集至人体，影响人体健康。,生 物 性 指 标,生活污水：肠道传染病、肝炎病毒、SARS、 寄生虫卵等制革屠宰等工业废水：炭疽杆菌、钩端螺旋体等医院污水：各种病原体危害：传播疾病，影响卫生，导致水体缺氧,来源及危害,反映了水体有机污染程度和受细菌污染的程度。 常以细菌个数/mL计。 饮用水：100个/ mL 医院排水： 500个/ mL,细菌总数,可表明水样被粪便污染的程度，间接表明有肠道病菌存在的可能性。 常以大肠菌群数/L计。 饮用水：3个/L 城市排水：10000个/L 游泳池： 1000个/L,大肠菌群,第一章 概 论,水资源与水循环水污染 水质与水质指标污染物在水体环境中的迁移与转化污水的出路及处理方法,第四节 污染物在水体环境中的迁移与转化 （水体自净、河流的自净作用）,污染物在水体环境中的迁移与转化 水体的混合过程： 纵向（深度） 横向（宽度） 多个断面充分混合,水体的自净作用,河流的自净作用是指河水中的污染物质在河水向下 游流动中浓度自然降低的现象。,根据净化（悬浮固体、有机物、微生物）机制,物理净化：稀释、扩散、沉淀,化学净化：氧化、还原、分解,生物净化：水中微生物对有机物的氧化分解作用,水体污染物的净化过程,氧垂曲线：BOD和DO变化曲线 水体受到污染后，水体中溶解氧逐渐被消耗，到临界点后又逐步回升的过程。,第一章 概 论,水资源与水循环水污染 水质与水质指标污染物在水体环境中的迁移与转化污水的出路及处理方法,第五节 污水的出路及处理方法,排放,污水处理厂,回用,地下水回灌、市政、工业、农牧畜业,生活污水（生活）,水体（如河流）,水污染控制工程,给水处理,排放,根据污水处理程度,根据污水处理原理,物理方法,格栅、筛网、过滤、沉淀、气浮、离心分离、膜分离等,化学方法,混凝、中和、化学沉淀、氧化还原、 消毒、电解,物理化学,吸附、萃取、离子交换、膜析法,生物处理,好氧（生物膜法、活性污泥法）厌氧,课程内容,概论污水的物理处理污水的生化处理污水的化学处理物理化学处理城市污水回用污泥的处理和处置水处理工艺设计,常用的物理方法,隔滤（筛滤、过滤）法 格栅、筛网、过滤沉淀与澄清法 沉淀池、沉砂池、隔油和破乳、浮上法,第二章 水的物理处理,第一节 格栅、筛网、过滤第二节 沉淀的基础理论第三节 沉砂池第四节 沉淀池第五节 澄清池第六节 隔油和破乳第七节 浮上法,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。,格栅所截留的污染物数量与地区的情况、污水沟道系统的类型，污水流量以及栅条的间距等因素有关，可参考的一些数据：,当栅条间距为1625mm时，栅渣截留量为0.100.05m3/103m3污水；当栅条间距为40mm左右时，栅渣截留量为0.030.01 m3/103m3污水；栅渣的含水率约为80%，密度约为960kg/m3。,格栅的清渣方法,格栅栅条断面形状,过格栅渠道的水流流速,污水过栅条间距的流速,格栅栅条断面形状,过格栅渠道的水流流速,污水过栅条间距的流速,格栅栅条断面形状,过格栅渠道的水流流速,污水过栅条间距的流速,填埋焚烧（820以上）堆肥将栅渣粉碎后再返回废水中，作为 可沉固体进入初沉池。,格栅、筛网截留的污染物的处置方法：,三、过滤1、定义 是使含悬浮物的废水流过具有一定孔隙率的过滤介质，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去。 （细小悬浮颗粒、胶体颗粒）2、分类 根据所采用的过滤介质不同，可分为四类： 格筛过滤、微孔过滤、膜过滤、深层过滤,第一节 格栅、筛网、过滤,过滤的分类,采用成型滤材，(滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等)，也可在过滤介质上预先涂上一层助滤剂(如硅藻土)形成孔隙细小的滤饼去除物：粒径细微的颗粒定型的商品设备很多,过滤介质：栅条或滤网去除物质：粗大的悬浮物设备：格栅、筛网和微滤机,第一节 格栅、筛网、过滤,过滤介质：半透膜推动力(如压力、电场力等)去除物：水中细菌、病毒、有机物 和溶解性溶质。主要设备：反渗透、超过滤和 电渗析等。,过滤介质：颗粒状滤料 如石英砂、无烟煤等。去除物：水中的悬浮物。为区别于上述三类表面或浅层过滤过程，这类过滤称之为深层过滤，简称过滤。,在给水处理中，常用过滤处理沉淀或澄清池出水，使滤后出水浑浊度满足用水要求。 （浊度降低，为滤后消毒创造良好的条件）在废水处理中，过滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等预处理手段；作为生化处理后的深度处理，使滤后水达到回用的要求。常用过滤设备：快滤池。,3、过滤在水处理中的作用：,4. 工作过程由过滤与反冲洗两部分组成。 5.滤速是指单位时间、单位过滤面积上的过 滤水量，单位为m3/（m2h）或m/h。6.工作周期是指从过滤开始到冲洗结束的一段时间。从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。滤池的工作周期为1224h。,第一节 格栅、筛网、过滤,7、过滤机理,过滤的机理可分为迁移、附着、脱落三种 1）迁移（阻力截留）悬浮颗粒脱离流线与滤料颗粒接触。 悬浮物颗粒（大）表层滤料的空隙中 滤膜（滤料间的空隙越来越小，截污能力随之变得越来越高）属于阻力截留或筛滤作用。,主要的过滤作用,7、过滤机理,过滤的机理可分为迁移、附着、脱落三种 2）附着（接触絮凝）悬浮颗粒与滤料颗粒进行吸附，不再脱落。 滤料表面形成较大的比表面积，具有较强的吸附能力。属于接触凝聚作用。,7、过滤机理,过滤的机理可分为迁移、附着、脱落三种 3）脱落反冲洗时滤层膨胀一定高度，处于流化状态，进行悬浮颗粒物的去除。高速反冲洗水流的水力冲刷作用水里旋转过程中碰撞、摩擦,按滤层结构分,单层滤料滤池：以石英砂做为滤料。,双层滤料滤池：在石英砂滤料上面再放 一层粒度比较粗的白煤或无烟煤。,三层滤料滤池：在双层滤池基础上再在石 英砂滤料下面放一层粒度更细、比重 更大的滤料，一般用磁铁矿。,8、滤料,8、滤料,滤料布置原则 :反粒度、顺比重 一般滤料选择应满足以下要求：（1）有足够的机械强度.（2）有较好的化学稳定性、耐腐蚀性；（3）有适宜的级配和足够的空隙率。 级配-滤料的粒径范围及在此范围内各种粒径的滤料数量比例（4）滤料的外形最好接近于球形，表面粗糙而有棱角（5）滤料应价廉，货源充足。,第二章 水的物理处理,第一节 格栅、筛网、过滤第二节 沉淀的基础理论第三节 沉砂池第四节 沉淀池第五节 澄清池第六节 隔油和破乳第七节 浮上法,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,根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀可分成四种类型,活性污泥在二沉池中的沉淀过程,一、自由沉淀及其理论基础,分析的假定,式中：As运动方向的面积 Cd牛顿无因次阻力系数： Cd=f(Re) us颗粒沉降速度，当受力平衡时，沉速变为 us（最终沉降速度）,一、自由沉淀及其理论基础,自由沉淀颗粒受力情况,球状颗粒自由沉淀的沉速公式,当颗粒所受外力平衡时，,即,因,得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：,当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的粘滞阻力作用，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层流状态。在层流状态下，Cd=24/Re，带入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式,动力粘滞度,颗粒沉速us的决定因素是s-L，当sL时，颗粒下沉，反之则上浮。颗粒沉速us与d2成正比，所以增大d，大大提高沉降（上浮）效果。us与L(动力粘滞度）成反比， 决定于水质、水温，在水质相同时，TL us 。由于污水中颗粒非球形，故stokes 定律不能直接用于工艺计算，需对非球形颗粒修正。,斯托克斯定律,1、理想沉淀池 Hazen和Camp提出这一概念。其假设条件是：（1）水平等速流动。（2）进口区颗粒均匀分布。（3）等速下沉，下沉速度为us 。（4）颗粒一经沉到水底再不重新浮起。 指定颗粒沉速u0：指定颗粒最小的沉降速度。（给定时间内，位于进水口水面上的颗粒正好沉淀到池底的沉降速度。）,二、沉淀池的工作原理,设处理水量为qv(m3/s),沉淀池宽度为B ，水面面积A=BL，故颗粒在池内的沉淀时间为：,沉淀池容积：,根据理想沉淀池的原理，可说明两点：,理想沉淀池的表面负荷,q的物理意义:量纲 m3/m2.s 在单位时间内沉淀池单位表面积的流量。 表面负荷或溢（过）流率.u0的物理意义：量纲 m/s 单位时间内制定颗粒沉降距离。只要确定颗粒的最小沉速 u0 ，就可以求得理想 沉淀池的表面负荷q。u0只与横断面有关，与沉淀池深度（体积）无关。,根据理想沉淀池的原理，可说明两点：,2、实际沉淀池 理论值与实际值之间的关系,二、沉淀池的工作原理,第二章 水的物理处理,第一节 格栅、筛网、过滤第二节 沉淀的基础理论第三节 沉砂池第四节 沉淀池第五节 澄清池第六节 隔油和破乳第七节 浮上法,沉砂池的作用,沉砂池的工作原理,沉砂池的几种型式,平流式沉砂池,污水在池内的最大流速为0.3m/s,最小流速为0.15m/s;最大流量时，污水在池内的停留时间不少于30s,一般为3060s;有效水深应不大于1.2m,一般采用0.251.0m,池宽不小于0.6m；池底坡度一般为0.010.02,当设置除砂设备时，可根据除砂设备的要求，考虑池底形状。,沉砂池存在的问题： 砂中含有机物； 对被有机物包覆的砂粒截留效率不高。曝气的作用： 使有机物处于悬浮； 砂粒摩擦及在气体剪切力和紊动条件下，去除其附着的有机污染物。,曝气沉砂池的特点：沉砂中含有机物的量低于5% 由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡作用以及加速污水中油类的分离等作用。,第二章 水的物理处理,第一节 格栅、筛网、过滤第二节 沉淀的基础理论第三节 沉砂池第四节 沉淀池第五节 澄清池第六节 隔油和破乳第七节 浮上法,沉淀池,沉淀池,沉淀池三种流态,沉淀池特点与适用条件,沉淀池的运行方式,沉淀池由五部分组成,缓冲区,斜流式沉淀池是根据浅池理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管而构成。它由斜板（管）沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成。按斜板或斜管间水流与污泥的相对运动方向来区分，斜流式沉淀池有同向流和异向流两种。污水处理中常采用升流式异向流斜流沉淀池。异向斜流式沉淀池中，斜板（管）于水平面呈60角，长度通常为1.0m左右，斜板净距（或斜管孔径）一般为80100mm。斜板（管）区上部清水区水深为0.71.0m，底部缓冲层高度为1.0m。,斜板式沉淀池的构造,斜板（管）沉淀池,斜板（管）沉淀池的理论基础浅层理论从理想沉淀池的工作原理得：,提高沉淀池沉淀效果的有效途径,沉淀池均存在去除率不高的问题，且占地面积较大，体积庞大。,稳定：,层流：,水力条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀。,在给水处理中得到比较广泛的应用，在废水处理中应用不普遍。在选矿水尾矿浆的浓缩、炼油厂的含油废水的隔油等已有较成功的经验，在印染废水处理和城市污水处理中也有应用。,斜板式沉淀池在废水处理中的应用,优点：1.沉淀面积增大； 2.沉淀效率高，产水量大； 3.水力条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀；缺点：1.由于停留时间短，其缓冲能力差； 2.对混凝要求高； 3.维护管理较难，使用一段时间后需更换斜板,第二章 水的物理处理,第一节 格栅、筛网、过滤第二节 沉淀的基础理论第三节 沉砂池第四节 沉淀池第五节 澄清池第六节 隔油和破乳第七节 浮上法,澄清池,澄清池将絮凝和沉淀过程综合于一个构筑物完成，主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。当脱稳杂质随水流与泥渣层接触时被阻留下来使水获得澄清的现象，称为接触絮凝。 在原水中加入较多絮凝剂，并适当降低负荷，经过一段时间，便能形成泥渣层，常用于给水处理。澄清池分为泥渣悬浮型和泥渣循环型两种。,第二章 水的物理处理,第一节 格栅、筛网、过滤第二节 沉淀的基础理论第三节 沉砂池第四节 沉淀池第五节 澄清池第六节 隔油和破乳第七节 浮上法,含油废水的来源,油的状态,油 污 染 对 环 境 的 危害,含油废水侵入土壤孔隙间形成油膜，产生堵塞作用，致使空气、水分及肥料均不能渗入土中，破坏土层结构，不利于农作物的生长，甚至是农作物枯死。,含油废水排入水体后将在水面上产生油膜，阻碍大气中的氧向水体转移，使水生生物处于严重缺氧状态而死亡。在滩涂上还会影响养殖和利用。,含油废水排入城市沟道，对沟道、附属设备及城市污水处理厂都会造成不良影响。,第二章 水的物理处理,第一节 格栅、筛网、过滤第二节 沉淀的基础理论第三节 沉砂池第四节 沉淀池第五节 澄清池第六节 隔油和破乳第七节 浮上法,水和废水的浮上法处理是将空气以微小气泡形式通入水中，使微小气泡与在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，密度小于水即上浮水面，从水中分离出去，形成浮渣层。浮上法处理工艺必须满足下述基本条件：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。,污水处理技术中，浮上法固-液或液-液分离技术应用的几方面：石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离工业废水处理污水中有用物质的回收取代二次沉淀池，特别是用于易于产生活性污泥膨 胀的情况剩于活性污泥的浓缩,浮上法的类型,分散空气浮上法,电 解 浮 上 法,特别适用于脆弱絮状悬浮物,主要用于工业废水处理方面，处理水量约在1020m3/h。,从溶解空气和析出条件来看,加压溶气浮上法：空气在加压条件下溶解，常压下使过饱和空气以微小气泡形式释放出来。需要溶气罐、空压机或射流器、水泵等设备,真空浮上法：空气在常压下溶解，真空条件下释放。优点：无压力设备缺点：溶解度低、气泡释放有限，需要真空设备，运行维护困难。,溶解空气浮上法,真空浮上法,加压溶气浮上法的基本原理,空气在水中的溶解度与压力的关系,空气在水中的溶解度的表示,空气在纯水中的饱和溶解度,加压溶气的两种方式,存在问题：填料长膜；压缩气含油调节不便；时而需放气,存在问题：设备较复杂造价偏高,全溶气加压气浮法,部分溶气加压气浮法,部分回流加压溶气气浮法,总之，亲水性颗粒不易被气泡吸附，疏水性颗粒易被吸附,气固液三相体系,气泡与悬浮颗粒的粘附形式,气粒吸附,气泡顶托,气泡裹夹,“颗粒-气泡”复合体的上浮速度,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,压力溶气浮上法系统的组成,压力溶气系统,压力溶气系统,压力溶气系统,压力溶气系统,加压水泵,压力溶气罐,空气供给设备,附属设备,空气释放系统是由溶气释放装置和溶气水管路组成。溶气释放装置的功能是将压力容器水减压，使溶气水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速、均匀地与水中的颗粒物质粘附。常用的溶气释放装置有减压阀、溶气释放喷嘴、释放器等。,空气释放系统,功能是提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水中悬浮颗粒充分混合、接触、粘附，并使带气颗粒与水分离。,目前最常用，其反应池与气浮池合建。废水进入反应池完全混合后，经挡板底部进入气浮接触室以延长絮体与气泡的接触时间，然后由接触室上部进入分离室进行固液分离。池面浮渣由刮渣机刮入集渣槽，清水由底部集水槽排出。平流式气浮池的优点是池深浅、造价低、构造简单、运行方便。缺点是分离部分的容积利用率不高等。,气浮池的有效水深通常为2.02.5m，一般以单格宽度不超过10m，长度不超过15m为宜。废水在反应池中的停留时间与混凝剂种类、投加量、反应形式等因素有关，一般为515min。为避免打碎絮体，废水经挡板底部进入气浮接触室时的流速应小于0.1m/s。废水在接触室中的上升流速一般为1020mm/s，停留时间应大于60s。,竖流式气浮池的基本工艺参数与平流式气浮池相同。其优点是接触室在池中央，水流向四周扩散，水力条件较好。缺点是与反应池较难衔接，容积利用率较低。有经验表明，当处理水量大于150200m3/h，废水中的可沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。,气 浮 池,竖流式气浮池,平流式气浮池,图10-47,图10-48,课程内容,概论污水的物理处理污水的生化处理污水的化学处理物理化学处理城市污水回用污泥的处理和处置水处理工艺设计,废水生物处理的目的、重要性,主要目的： 不可自然沉淀的胶体状固体物 有机物 氮和磷重要性： 60%以上的有机物只有用生物法去除最经济。 废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法。 城市污水处理厂有90%以上是生物处理法。 大多数工业废水处理厂以生物法为主体。,微生物在废水生物处理中的作用, 溶解性有机物CO2和H2O 溶解性无机营养元素：NN2P富含磷的剩余污泥从水中分离出来 絮凝沉淀和降解胶体状固体物 稳定有机物,生化处理主要内容,废水处理微生物学基础废水的好氧生物处理（一） 稳定塘、土地处理 废水的好氧生物处理（二）-生物膜法废水的好氧生物处理（三）-活性污泥法生物脱氮除磷技术废水的厌氧生物处理,废水处理微生物学基础,微生物生理学特性及基本概念微生物的生长规律和生长环境生化反应动力学基础,一、微生物生理学特性及基本概念,1、新陈代谢生物体在生命活动过程中从外界吸取营养物质并在体内进行物质转化地交换作用。底物或基质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。可生物降解有机物量：有机物的降解转化可生物降解底物量：包括有机的和无机的可生物 利用物质。,一、微生物生理学特性及基本概念,新陈代谢,分解代谢(异化作用）),复杂物质分解为简单物质,简单物质合成为复杂物质,吸收能量,释放能量,能量代谢,物质代谢,能量循环：三磷酸腺苷ATP(Adenosine Triphosphate)AMP+PADP+ P ATPADP磷酸化生成ATP：ATP水解产生能量,低能化合物,高能化合物,ATP,ADP,磷酸根,能量,生理需要,细胞合成,热能释放,一、微生物生理学特性及基本概念,2、微生物的呼吸指微生物利用营养物质获取能量的生理功能。 一切生物时刻都在进行着呼吸，没有呼吸就没有 生命。呼吸作用中发生能量转换：供细胞合成、其它生 命活动、多余以热量形式释放；通过呼吸作用，复杂有机物逐步转化为简单物质；呼吸作用过程中吸收和同化各种营养物质。,2、微生物的呼吸类型,微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能,2、微生物的呼吸类型,微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能。,2、微生物的呼吸类型,微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能,二、微生物的生长规律和生长环境,（一）微生物的生长规律 按微生物的生长速度，其生长可分为四个期：停滞期对数期静止期衰老期,停滞期微生物的生长速度从零逐渐开始增加，细菌总数增加。出现于污泥培养驯化阶段，或水质发生变化、停产后又生产阶段。,对数期：微生物以最大速度增长，细菌总数快速增加。当废水中有机物浓度高，且培养条件宜，可能处于对数期。处于对数期的微生物降解有机物速度快，但沉降性能差。,静止期：微生物生长速度开始下降，细菌总数达到平衡。当废水中有机物浓度降低，污泥浓度较高时，微生物可能处于静止期。污泥絮凝性好，二沉池出水水质最好。,衰老期（内源呼吸期）：微生物生长速度变为负值，细菌总数下降。当有机物浓度低，营养物明显不足，则可能处于衰老期。污泥较松散，沉降性能好，出水中有细小泥花。,二、微生物的生长规律和生长环境,（一）微生物的生长规律 按微生物的生长速度，其生长可分为四个期： 停滞期 对数期 静止期污泥絮凝性好，二沉池出水水质最好。 衰老期 污泥较松散，沉降性能好，出水中有细小泥花。,微生物要求的营养物质必须包括组成细胞的各种原料和产生能量的物质，主要有：水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生长因素。,（二）微 生 物 的 生 长 环 境,影响微生物生长的环境因素,微生物的营养,温 度,pH 值,溶 解 氧,有 毒 物 质,各类微生物所生长的温度范围不同，约为5 80 。 低温性（5-20） 中温性（20-45） 高温性（45-80 ）好氧生物处理 中温性微生物 适宜温度为25-40 。厌氧生物处理 甲烷菌为中温菌，在33-38 发酵产酸温度控制在52-57 ,微 生 物 的 生 长 环 境,影响微生物生长的环境因素,微生物的营养,温 度,pH 值,溶 解 氧,有 毒 物 质,微 生 物 的 生 长 环 境,影响微生物生长的环境因素,微生物的营养,温 度,pH 值,溶 解 氧,有 毒 物 质,不同的微生物有不同的pH值适应范围。细菌、放线菌、藻类和原生动物 的pH值适应范围是在410之间。大多数细菌适宜中性和偏碱性 （pH6.57.5）的环境。废水生物处理过程中应保持最适 pH范围。当废水的pH值变化较大时，应设置 调节池，使进入反应器（如曝气 池）的废水，保持在合适的pH值范 围。,微 生 物 的 生 长 环 境,影响微生物生长的环境因素,微生物的营养,温 度,pH 值,溶 解 氧,有 毒 物 质,溶解氧是影响生物处理效果 的重要因素。好氧微生物处理的溶解氧一般以24mg/L为宜。,微 生 物 的 生 长 环 境,影响微生物生长的环境因素,微生物的营养,温 度,pH 值,溶 解 氧,有 毒 物 质,在工业废水中，有时存在着对微生物具有抑制和杀害的化学物质，这类物质我们称之有毒物质。其毒害作用主要表现在细胞的正常结构遭到破坏以及菌体内的酶变质，并失去活性。在废水生物处理时，对这些有毒物质应严加控制，但毒物浓度的允许范围，需要具体分析。,三、生化反应动力学基础,任务：1、研究各种因素对反应速度的影响。2、研究反应机理。内容：1、底物降解速率与底物浓度、微生物量等因素之间的关系。2、微生物的增长速率与底物浓度、微生物量等因素之间的关系。,废水处理微生物学基础,反应速率,在生化反应中，是指单位时间单位体积内底物的减少量、细胞质或产物的增加量。例：生化反应：SYX+ZP反应速率：,三、生化反应动力学基础,废水处理微生物学基础,反应级数等温恒容不可逆反应： xA+yb+zCdD+Ee+反应速率方程反应级数： x+y+z=0 零级反应 x+y+z=1 一级反应 x+y+z=2 二级反应 x+y+z=3 三级反应,三、生化反应动力学基础,废水处理微生物学基础,三、生化反应动力学基础,任务：1、研究各种因素对反应速度的影响。2、研究反应机理。内容：1、底物降解速率与底物浓度、微生物量等因素之间的关系。 (米式方程式)2、微生物的增长速率与底物浓度、微生物量等因素之间的关系。 (莫式方程式）,米式方程式米歇里斯-门坦（Michaelis-Menten）,米氏在一切生化反应都是在酶催化进行的前提下，提出微生物分解代谢的酶反应方程式：米氏方程式：式中酶反应速度 max最大酶反应速度 S底物浓度 Km米氏常数（半速度常数）,酶反应速度与底物浓度的关系,底物浓度S,莫诺特（Monod）方程式,Monod于1942年以纯菌种对单一底物的分批培养实 验基础上提出了描述微生物增长的动力学方程。式中：微生物的比增长速度， max微生物的最大比增长速度； S底物浓度；X微生物浓度 kS饱和系数（半增长速度常数） q、qmax底物的比降解速度及最大值。,S,S,基质的降解速率和微生物的增长速率间关系,微生物的增长速率遵循一级反应规律。,对于给定基质，转化为细菌的基质的比例是一定的。,基质的降解速率和微生物的增长速率间关系,产率系数,比增长速率,内源代谢系数,细菌净增长速率,生化处理主要内容,废水处理微生物学基础废水的好氧生物处理（一） 稳定塘、土地处理 废水的好氧生物处理（二）-生物膜法废水的好氧生物处理（三）-活性污泥法生物脱氮除磷技术废水的厌氧生物处理,废水生化处理方法,好氧生物处理 自然条件下的：稳定塘、土地处理 人工强化下的：生物膜法、活性污泥法厌氧生物处理,好氧生物处理,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。反应速度较快，反应时间较短处理构筑物容积较小。目前对中、低浓度的有机废水（BOD5500mg/L的有机废水），基本上采用好氧生物处理法。,稳定塘又名氧化塘或生物塘。 是土地经人工的修复，设立堤防和渗层的池塘，主要是依靠自然生物净化功能使污水得到净化的一种污水生物处理技术。 对污水的净化过程与自然水体的自净过程相似，是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施。净化原理： 污水在塘内缓慢