水污染控制工程(水环境的污染与防治、不溶态污染物的分离技术、混凝澄清法、厌氧生物处理、吸附法)

水污染控制工程,水污染控制工程,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）,参考资料（杂志）,环境工程WaterresearchWaterScience&TechnologyWaterenvironmentresearch,第一篇总论第一章水环境的污染与防治,第一节水资源,水资源(Waterresource),基本概念水的存在状态(固、气、液)水圈（Watershed）水的自然圈（地下1000m,地上10km）水的社会圈（人类活动范围）水循环(水在自然界的迁移转化规律)水资源：所有参与水循环的水,水循环（Hydrologicalcycle）,水循环的主要方式：蒸发和输运,水循环,大循环（全球、大区域）小循环（小区域）循环的特征（水量平衡）,。,大循环,小循环,水资源的特征,有限性(Limited)可再生性(Renewable),水资源的有限性,全球水资源分布图,我国水资源状况,水资源缺乏（人均仅世界平均值的14）城市人均占有的水资源量更低时空分布不均,我国降雨量分布,西安月降雨量分布,水资源的可再生性,自然再生（周期性）人工再生（解决水资源短缺的重要途径之一）,城市水循环,第二节水污染,水污染,污染的定义（原有状态的任何改变）污染物（水、气、渣、放射性、热、光）污染的途径,自然循环,平衡破坏,取水,排放,水污染控制工程,平衡破坏,水的社会循环对自然（原始）循环的影响,给水处理,社会循环,污染源,点源（PointSourcepollution）生活污水工业废水非点源（Non-pointsourcepollution）雨水（地面径流）,污染的类型,需氧型污染毒物型污染富营养型污染感官型污染其它,需氧型污染,原因（水体接纳了过量的有机物（能量）途径（废水排放引起的点源污染）后果（直接和间接）防止措施（生物处理）,需氧性污染示意图,河流,河床,表层,O2,废水排放COD,COD增加,氧浓度分布曲线,需氧型污染-案例,水体处于厌氧状态,原因（有机、无机、重金属）途径（点源污染，废水排放）后果（短期和长期）防止措施（化学与物理化学处理）,毒物型污染,毒物型污染-案例,四川沱江污染造成鱼类大量死亡,富营养型污染,原因（氮、磷）途径（点源、面源）后果（间接）防止措施（生物处理）,富营养型污染-案例,藻类大量繁殖,原因（色、味、悬浮物）途径（点源污染，废水排放）后果（直接和间接）防止措施（物理、化学、生物化学）,感官型污染,第三节水污染防治,水污染防治途径,法律、监督工程管理公众参与,法律,中华人民共和国水法中华人民共和国水污染防治法,工程污染控制,技术（高效）经济（低耗）,管理,清洁生产源头治理（新工艺）排污收费,公众参与,参与意识（整体与个体的关系）参与途径（NGO）参与方式（决策与监督）,本章小结,水资源的有限性水污染的类型、后果、基本防治措施水污染控制的不同方法和途径,作业,阅读中华人民共和国水法和中华人民共和国水污染防治法就你所看到（或媒体上）的某一水污染案例分析可能的污染类型和原因,水污染控制工程,第二章重力沉降法2-1概述2-2沉降的基本原理2-3沉降试验和沉降曲线2-4沉淀池及其设计计算,第二篇不溶态污染物的分离技术,2-1概述,中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图,进水,出水,排泥,2-2沉降的基本原理,沉降动力学:颗粒受力情况分析,式中：As运动方向的面积Cd牛顿无因次阻力系数：Cd=f(Re)s颗粒沉降速度当受力平衡时，沉速变为s（最终沉降速度）,对于球形颗粒：,层流区（stokes区）:,紊流区（牛顿区）,过渡流区（艾伦区）,2-3沉降试验和沉降曲线,一、自由沉降试验及沉降曲线,二、絮凝沉降试验及沉降曲线,一、自由沉降试验及沉降曲线,一、试验装置,三、Camp图解积分法及沉降曲线,二、常规计算法及沉降曲线,试验装置示意图,二常规计算法(数据记录与处理),二常规计算法(由数据绘制沉降曲线)（续）,E,沉降时间，t(min),图3-1E-t曲线,最小沉速，u,E,图3-2E-u曲线,三Camp图解积分法,给定的沉降时间t内：对于0的颗粒全部除去,对于0的颗粒可被部分去除。,p0,1-p0,给定的沉降时间t内：对于dd0的颗粒全部除去,对于dd0的颗粒可被部分去除。,p0,1-p0,？：对于0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？去除率是多少？,三Camp图解积分法（续）,0的颗粒中，didi+dd范围内颗粒所占SS总量的百分率用dp表示。,对于0的颗粒，其中可去除部分所占比例为：,则在didi+dd范围内能被去除部分颗粒占SS总量的百分率为：,对于全部0颗粒群体，可去除部分为：,三Camp图解积分法（续）,0部分颗粒所占百分率为1p0,则，总沉降效率为ET：,沉降速度,0,1-p0,p0,p0,沉降速度u,i,pi,沉降速度分布曲线,沉降速度分布曲线的图解,Uu0颗粒分率，p,颗粒分率，p,2Camp图解积分法(由数据绘制沉降曲线),E,沉降时间，t(min),E-t曲线,最小沉速，,E,E-u曲线,ET-t,E-t,ET-,E-,小结：1、基本概念重力沉降,2、重点基本概念沉降试验和沉降曲线,3、难点Camp图解积分法计算ET,二、絮凝沉降试验及沉降曲线,絮凝沉降的特点：,颗粒的形状d、在沉降过程中改变；,浓度上稀下浓；SS浓度随水深度变化而变化，且呈现非线性变化。,1.絮凝沉降试验,装置：140150mmH=2.02.5m45个取样口，间距500mm,取样：C0由t=0时中间取样口采集t1、t2、ti、tn时，同时从各取样口取水样（两份，求平均浓度），用以确定不同时间、不同水深处残留的SS浓度C1、C2、Ci、Cn。,绘图：例如：0.5m、1.0m、1.5m处各有一取样口，按设定的时间序列同时取样，并计算Et。,沉降时间，t(min),0.5m,1.5m,Et-t曲线,SS等去除率曲线,Et,1.0m,2-3理想沉淀池,一、Hazen和Camp提出这一概念。其假设条件是：,（1）在沉淀池各过流断面上，各点处水都以流速V作水平运动。,（2）进水中SS颗粒沿水深呈均匀分布，其水平分速等于水的水平流速，并从竖直分速u匀还下沉；,（3）颗粒一经沉到水底再不重新浮起（即认为沉到底部即视为被去除）,2-3理想沉淀池,理想沉淀池示意图,沉降线为未被去除颗粒；,为刚好100%去除颗粒；,为可部分去除颗粒；,为可全部去除颗粒。,2-3理想沉淀池,同样地有：,可见，静沉试验所得到的沉降规律也可适用于理想沉淀池。,2-3理想沉淀池,二、表面负荷q0,q0在数值上等于最小沉降速度；q0，ET；在离散型沉降中，当处理水量为定值是，处理效率ET仅是沉降区表面积的函数，而与水深无关。A，q0，则ET。,2-3理想沉淀池,三、实际沉淀池在实际沉淀池，理想沉淀池的假设是不存在的，颗粒的运动是不规则运动。,四、对于絮凝沉降,颗粒之间并聚变大，或,变大，u也会之变大。,其运动轨迹发生变化：,2-3理想沉淀池,絮凝沉降颗粒运动轨迹,但是，为保守起见，沉降效率依然按照：,进行计算。,2-4沉砂池,一、一般说明1.一般位于泵站之前或初沉池之前，用以分离水中较大的无机颗粒。,以使水泵、管道免受磨损和阻塞；以减轻沉淀池的无机负荷；改善污泥的流动性，以便于排放、输运。,2.分类：按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式、离心式、曝气式等。,3.由于曝气沉沙池和环流式（离心式）沉砂池对流量变化的适应性较强，除砂效果好且稳定，条件许可时，建议尽量采用曝气沉沙池和环流式沉砂池。,2-4沉砂池,二、设计计算:曝气沉砂池、平流沉砂池为例。,例1：曝气沉砂池,1.主要设计参数旋流速度应保持0.25-0.3米/秒；,水平流速为0.1米/秒；,最大流量时的水力停留时间为1-3分钟；,有效水深一般为2-3米，宽深比一般1-1.5,长宽比一般应大于5,曝气量一般为0.2m3/m3（废水）,池内应考虑消泡与隔油装置（或设备）,曝气沉砂池：,解决沉砂池存在的问题：砂中含有机物；对被有机物包覆的砂粒截留效率不高。曝气的作用是使有机物处于悬浮；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。,例1：曝气沉砂池：工艺尺寸,2.设计内容,（1）工艺尺寸,（2）结构尺寸,（3）进出水区,（4）工艺装备,例1：曝气沉砂池：工艺尺寸,2.设计内容,（1）工艺尺寸主要确定沉砂池的池长、池宽、池深等。,水流断面A：,池宽B：,池长L：,池容V（有效容积）：,例1：曝气沉砂池:工艺尺寸,在设计计算过程中，沉砂池的长、宽、深等工艺尺寸需同时满足有关的长宽比和宽深比，以保证沉砂池内的流态为推流式。,如不满足需重新调整有关尺寸：,重新选择设计参数，从新进行设计计算。,（2）结构尺寸,沉砂池的结构尺寸包括集砂斗、集砂槽、集油区等。,例1：曝气沉砂池：结构尺寸,集砂斗倾角不小于50。,集砂槽设计与明渠设计相同，但设计流速应不小于0.8m/s。,集油区长度与沉砂区相同，宽度一般为沉砂区宽度的1223，底部以6075倾角坡向沉沙区，以保证进入集油区的砂滑入沉沙区。,（3）进出水区,进水区、配水方式、出水区,例1：曝气沉砂池：进出水区,进水：沉砂池进水一般采用管道或明渠将污水直接引入配水区。,配水：由于曝气沉沙池内水流的旋流特性，一般认为对曝气沉砂池的配水要求不十分严格，通常采用配水渠淹没配水。,出水：沉砂池出水一般采用出水堰出水，出水堰的宽度一般与沉砂池宽度相同，依此根据堰流计算公式可确定相应的堰上水头。,例1：曝气沉砂池：工艺装备,（4）工艺装备,供气方式：鼓风曝气，曝气沉砂池的供气可与曝气池供气联合进行或独立进行。,曝气设备：一般采用穿孔管，孔径一般为25mm。,排砂设备、集油设备：曝气沉砂池的排沙一般采用排沙泵抽吸；浮油的收集通常采用撇油的方式；吸砂泵和撇油设备通常置于行车上。,砂水和油水分离设备：从沉沙池排出的砂水和油水混合物含水率仍很高，通常设置砂水分离器和油水分离器对其分别进行处置。,例2：平流式沉砂池,1设计参数,流量Q：按Qmax设计；自流时，按最大流量；泵输送时，按泵的最大组合流量分格数n：n2水平流速v：0.150.3m/s停留时间：t3060s,例2：平流式沉砂池,2.设计内容,1.工艺尺寸,2.结构尺寸,3.进出水区,4.工艺装备,例2：平流式沉砂池：工艺尺寸,长度L（m）：L=Vt过水面积F（m2）：F=Q/V池宽B（m）：B=F/h2单格宽：b=B/nh2为有效水深校核最小流速Vmin0.15m/s,例2：平流式沉砂池：结构尺寸,进、出水区结构及尺寸；贮砂斗所需容积、结构。,例2：平流式沉砂池：工艺装备,输砂泵（机械排泥）、砂水分离器、刮渣设备、行车等。,2-5普通沉淀池,一、一般说明（1）沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式。（2）通常辐流式适合于大规模，竖流式适合于小规模，而平流式则无此限制。（3）基于浅层沉降原理，出现斜板、斜管等高负荷新型沉淀池。在城市污水处理中尚存在一些问题，应用较少。（4）包括进水区、出水区、沉淀区、污泥区和缓冲区5个功能区。（5）根据在处理系统中位置及分离对象的不同：初沉池、二沉池。,2-5普通沉淀池,二、主要设计参数（1）流量当自流进入时，应按最大流量设计；厂内设置提升泵房时，应按工作水泵的最大组合流量设计。（2）负荷沉淀池负荷（或停留时间）的选择见表3-5-1。,2-5普通沉淀池：主要设计参数（续）,表3-5-1沉淀池的功能与负荷或停留时间的关系,2-5普通沉淀池,3、主要设计内容（1）工艺尺寸1）有效沉淀面积、池长、池宽、池深等；,沉淀区有效容积V：,沉淀区高度h1：,对于辐流式沉淀池，依据沉淀面积即可确定沉淀池的直径；对于平流式沉淀池，依据必需的长宽比和宽深比可确定沉淀池的长和宽。对于竖流式沉淀池，工艺尺寸的确定另外给出。,有效沉淀面积A：,3、主要设计内容（1）工艺尺寸,2）水渠、配水区（墙或管）、出水渠等；按辐流式、平流式沉淀池、竖流式沉淀池分别介绍。辐流式沉淀池（中心进水周边出水）中心管：中心管管径按流速应大于0.4m/s的最小沉速设计；导流筒：导流筒的深度一般为池深的一半，容积占沉淀容积的5；出水集水渠：现行辐流式沉淀池的出水集水渠一般位于距池壁的110R处；出水堰：单侧或双侧三角堰。超高、缓冲区,3、主要设计内容（1）工艺尺寸（辐流式沉淀池）,设计计算有效水深h2：通常取1/2半径处的深度值,或,（f为中心管面积）,表面积F：F=Q/q有效直径：,径深比：径深不小于6,中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图,3、主要设计内容（1）工艺尺寸,平流式沉淀池配水：平流式沉淀池的配水可采用进水挡板或进水穿孔墙等；出水：一般采用三角堰；集水：平流式沉淀池的集水采用多重集水渠；水力计算；超高、缓冲区。,平流式沉淀池示意图,3、主要设计内容（1）工艺尺寸（平流式沉淀池）,沉降区表面积：,沉淀区长度L2=VtV5mm/st取1.52.0h,沉淀区宽度B2=A/L2L2/b=45（不满足长宽比要求时，应分为n格，当采用机械刮泥时，b还应与刮泥机的衍架宽度相对应）,3、主要设计内容（1）工艺尺寸,竖流式沉淀池配水：中心管、反射导流板出水：一般采用三角堰；集水：集水渠。水力计算。,竖流式沉淀池示意图,进水,出水,3、主要设计内容（1）工艺尺寸（竖流式沉淀池）,中心管：V130mm/s，,上升部分：V=0.31mm/s，即q=2.03.0m3/m2h，直径D：,上升深度h2：h2=Vt无资料时，t取1.52.0h，径深比不大于3泥斗计算、超高、缓冲区高度同前；中心管及反射板计算见P37,优缺点：排泥多采用重力排泥，简单易行；对Q波动适应能力小；适于中小厂。与平流式及辐流式不同，其ET=(1-p0)100%,2-5普通沉淀池,3、主要设计内容（2）结构尺寸1）缓冲层在沉淀区与集泥区之间一般设置缓冲区，缓冲区的高度一般为0.3-0.5m。,辐流式沉淀池泥斗一般为圆台形，上部直径为2m，下部直径为0.5-1m，泥斗倾角大于45；,平流式沉淀池泥斗一般为（正）棱台形，上部边长与池宽相同（若池宽较大时可设多个泥斗），下部边长一般为0.5-1.0m，泥斗倾角大于45。,竖流式沉淀池泥斗：圆台形或（正）棱台形。,2）泥斗,2-5普通沉淀池,4、工艺装备沉淀池的主要工艺装备为刮泥机。刮泥机的设计主要按照沉淀池的形式、尺寸（直径或宽度）以及所需的排泥方式进行。,2-5斜板（管）沉淀池,浅层沉降原理斜板（管）沉淀池设计举例,2-5斜板（管）沉淀池：浅层沉降原理,，ET,则要以减小处理能力为代价。,2-5斜板（管）沉淀池：浅层沉降原理,当分为n层时,，当A一定时，,每层处理的水量为,(1p0)100%，,等于n,ET,2-5斜板（管）沉淀池：浅层沉降原理,思考：ET不变，在分层后，处理水量变化?,处理水量、ET不变，在分层后，占地面积?,实际应用中，考虑排泥的要求，将隔板以4560角度倾斜。按水流方向不同，可分为：异向流、同向流、横向流（侧向流）。,思考题解：,ET不变，在分层后，处理水量变化?分层后处理水量：Q=BHvu0/v=u0t/vt=h/LH=nhu0/v=u0t/vt=H/L有：v=nv分层后处理水量：Q=BHnv=nBHv=nQ,2-5斜板（管）沉淀池:斜板沉淀池,异向流,斜板沉淀池示意图,u0,v,u0,d,l,v,；考虑斜板利用系数K：,2-5斜板（管）沉淀池:斜板沉淀池,同向流（同理）,2-5斜板（管）沉淀池:斜板沉淀池,横向流（侧向流）,2-5斜板（管）沉淀池:设计举例,异向流斜板（管）沉淀池的设计表面水力负荷，一般可按比普通沉淀池的设计表面水力负荷提高一倍考虑。,异向流斜板（管）沉淀池的设计，应符合下列要求：一、斜板净距（或斜管孔径）为80100mm；二、斜板（管）斜长为1m；三、斜板（管）倾角为60；四、斜板（管）区上部水深为0.71.0m；五、斜板（管）区底部缓冲层高度为1.0m。,1进水管；2配水槽；3斜板；4集水槽；5出水落水斗；6污泥斗；7排泥管,本章小结：1基本概念重力沉降法理想沉淀池沉降原理及浅层沉降原理,2.重点基本概念沉降试验和沉降曲线沉淀池设计计算,3难点浅层沉降原理自由颗粒沉降试验和沉降曲线絮凝颗粒沉降试验和沉降曲线,作业：1、2、3、4、5、6、7,混凝澄清法,4-1概述处理对象：胶体态及难沉物,混凝过程具有两个作用：第一个作用：使水中原有的离散微粒首先具有粘附在固体颗粒上的性质凝聚（coagulation）,第二个作用：使这些具有粘附性的离散微粒能够粘结成絮体絮凝（flocculation）,混凝（coagulation-flocculation）,4-1概述,一、胶体颗粒的基本性质水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于d4m），大部分细菌（0.280nm），病毒（10300nm），蛋白质。,稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质。,憎水性胶体，亲水性胶体或介于两者之间。,对憎水性胶体，其稳定性可用双电层结构来说明。对于亲水性胶体，其稳定性主要由于它所吸附的大量水分子所构成的水壳来说明。,4-1概述,二、（憎水性）胶体的双电层结构及其稳定性1颗粒表面电荷的产生水中胶体表面都带有电荷，在一般水质中，粘土、细菌、病毒等都是带负电的胶体。而氢氧化铝或氢氧化铁等微晶体都是带正电的胶体，其表面电荷的产生有如下四个机理：,极难溶的离子型晶体与它溶解下来的离子产物之间有一平衡关系，（这一平衡关系由溶度积来确定），这使得晶体表面有了一定符号的电荷。铁、铝、氢、氧化物颗粒表面电荷可以是依此机理产生的。由于金属氧化物或氢氧化物的溶解沉淀反应与溶液pH值有关，因此，这类颗粒的表面电荷和电势受pH控制；,固相表面对水中某种离子的特异吸附；,4-1概述,以上四个机理不是截然可分的，不同情况下由其中一个或几个机理起作用。,颗粒表面离子化能团的离解，特别是高分子有机物因其极性能团的酸碱离解而使表面带上电荷；（受pH控制）（如蛋白质：COOHRNH2）,某些离子型晶体（结晶物质）的Schottky缺陷在晶体表面产生过量的阳或阴离子，而在其表面呈带正电或负电。（粘土及其它铝硅酸盐矿物晶体的表面电荷成因）,4-1概述,2胶体的双电层结构,胶核荷电示意图,电位离子,反离子,扩散层,胶团边界,滑动面,胶粒,吸附层,胶核,电位,电位,P46,4-1式入手分析影响zeta电位的因素。,4-1概述,0,斥力,引力,中心距d,势能峰,胶体的动能：1.5kT,布朗运动,势能峰：数百至数千kT,0,斥力,引力,d,三、胶体的脱稳及凝聚压缩双电层、电性中和、吸附桥联、沉淀网捕。,0,斥力,引力,d,0,斥力,引力,d,4-2胶体的脱稳及凝聚,一、水处理中混凝过程的特点1水处理中要求颗粒尽快长大到一定的粒度，以便在沉淀设备中能除掉。因此，对粒度和沉淀时间有严格要求。,2水处理中絮凝的颗粒是一个很复杂的体系水中原有颗粒，包括粘土、细菌、病毒、腐植酸及蛋白质等（原生颗粒）。水中投加传统无机混凝剂所产生的颗粒（次生颗粒）。有机高分子絮凝剂。,3基于水处理中絮凝的颗粒是一个很复杂的体系的特点，在水处理中往往由于有机和无机混凝剂的使用，使得水处理中的混凝机理更为复杂。,4-2胶体的脱稳及凝聚,二、常用混凝剂以铝盐为例，说明其作用机理。当Al2(SO4)3配制为1020%溶液使用时，pH4，发生下列离解反应：,当其投加到水中后，发生如下水解反应，水的pH也随之改变：,式中n=16，特别当n=3时，水中产生中性的结晶胶体，对应pH为58。,4-2胶体的脱稳及凝聚,同时，还在水解过程中产生许多聚合离子，这是由于羟基架桥作用而产生。其最简单的形式是：,在水解过程中会形成无数的其它聚合离子，某些经研究认为存在可能性极大而受到重视，,等。,4-2胶体的脱稳及凝聚,水处理中铝盐适用的pH范围为68.5，以Al2(SO4)314H2O计的投量为：混凝+过滤10100mg/L，直接过滤0.55mg/L。,铁盐与铝盐有相似的水解过程。适用pH范围68.5，以FeCl3计投量为：混凝+过滤770mg/L，直接过滤0.55mg/L。,4-2胶体的脱稳及凝聚,三、加药混合与絮凝池的设计混凝单元操作中的加药混合是通过迅速搅拌达到混凝剂与颗粒物质的充分接触，其平均速度梯度值与混凝剂的凝聚机理有密切相关。对于沉淀网捕过程而言，快速混合并不十分重要。对于压缩双电层和吸附电中和，混凝剂应在0.1s左右达到充分混合，在此，值的确定就十分重要。,混合：,反应：,t=1030s,t=1530min,4-2胶体的脱稳及凝聚,可用t间接表示在时间t内颗粒碰撞的总次数，值在104105之间则可认为符合混合、反应的要求。以上参数是借鉴给水处理之值。,实际废水处理时，若有必要，还应进行试验进一步确定混合、反应所需之t。,常用混凝剂：凝聚剂：PAC、PFS、AS、FC等絮凝剂：PAM、SiO2水解物、天然高分子物等,4-3澄清池,水处理中，常规的混凝处理工艺过程为（混合、反应、分离）：混凝+沉淀混凝+沉淀+过滤,澄清池是在该池中同时完成混合反应、絮体沉降过程。包括：混合室、反应室、导流室、分离室四个功能区。,本章小结：1.基本概念胶体混凝2.重点基本概念胶体脱稳机理3.难点胶体双电层结构混凝机理混凝所需要的混合、反应条件及工艺方法平均速度梯度的计算,4.自学内容：混凝条件及混凝试验；混合反应器；澄清池作业：1、2、3、4、5、6、7,厌氧生物处理,概述原理主要构筑物及工艺,厌氧生物处理概述,在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。,厌氧生物处理概述,厌氧生物处理的方法和基本功能有二：（1）酸发酵的目的是为进一步进行生物处理提供易生物降解的基质；（2）甲烷发酵的目的是进一步降解有机物和生产气体燃料。,厌氧生物处理概述,完全的厌氧生物处理工艺因兼有降解有机物和生产气体燃料的双重功能，因而得到了广泛的发展和应用。,厌氧生物处理原理,一、厌氧消化的生化阶段复杂有机物的厌氧消化过程要经历数个阶段，由不同的细菌群接替完成。根据复杂有机物在此过程中的物态及物性变化，可分三个阶段（表9-1）。,厌氧生物处理原理,表9-1有机物厌氧消化过程,厌氧生物处理原理,二、发酵的控制条件（以下重点讨论甲烷发酵的控制条件。）（一）营养与环境条件废水、污泥及废料中的有机物种类繁多，只要未达到抑制浓度，都可连续进行厌氧生物处理。对生物可降解性有机物的浓度并无严格限制，但若浓度太低，比耗热量高，经济上不合算；水力停留时间短，生物污泥易流失，难以实现稳定的运行。一般要求COD大于1000mg/L。CODNP=20051,厌氧生物处理原理,（1）氧化还原电位（ORP或Eh）厌氧环境是厌氧消化过程赖以正常进行的最重要的条件。厌氧环境，主要以体系中的氧化还原电位来反映。一般情况下，氧的溶入无疑是引起发酵系统的氧化还原电位升高的最主要和最直接的原因。但是，除氧以外，其它一些氧化剂或氧化态物质的存在（如某些工业废水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性废水中的H+等），同样能使体系中的氧化还原电位升高。当其浓度达到一定程度时，同样会危害厌氧消化过程的进行。,厌氧生物处理原理,高温厌氧消化系统适宜的氧化还原电位为-500-600mV；中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统要求的氧化还原电位应低于-300-380mV。产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在+100-100mV的兼性条件下生长繁殖；甲烷细菌最适宜的氧化还原电位为-350mV或更低。,厌氧生物处理原理,（2）温度温度是影响微生物生命活动过程的重要因素之一。温度主要影响微生物的生化反应速度，因而与有机物的分解速率有关。工程上：中温消化温度为3038（以3335为多）；高温消化温度为5055。厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化小于2。温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。,厌氧生物处理原理,（3）pH值及酸碱度由于发酵系统中的CO2分压很高（20.340.5kPa），发酵液的实际pH值比在大气条件下的实测值为低。一般认为，实测值应在7.27.4之间为好。（4）毒物凡对厌氧处理过程起抑制或毒害作用的物质，都可称为毒物。,厌氧生物处理原理,（1）生物量各种反应器要求的污泥浓度不尽相同，一般介于1030gVSS/L之间。为了保持反应器生物量不致因流失而减少，可采用多种措施，如安装三相分离器、设置挂膜介质、降低水流速度和回流污泥量等。,厌氧生物处理原理,（2）负荷率负荷率是表示消化装置处理能力的一个参数。负荷率有三种表示方法：容积负荷率、污泥负荷率、投配率。反应器单位有效容积在单位时间内