水污染控制工程(下册)专业讲稿

第九章.污水水质和污水出路第一节污水水质一、污水根本概念污水：生活污水、工业废水、被污染的雨水的总称。生活污水：人类在正常生活中使用过的，并被生活废料所污染的水。工业废水：是在工矿企业生产活动中用过的水。生产污水：在生产过程中形成、并被生产原料、半成品或成品等废料所污染，也包括热污染(生产过程中产生的超过60℃生产废水：在生产过程中形成．但未直接参与生产工艺、未被生产原料、半成品或成品污染或只是温度稍有上升的水。被污染的雨水：主要是指降雨初期雨水。城市污水：生活污水与生产污水(或经工矿企业局部处理后的生产污水)的混合污水。污水指标的分类物理性指标温度色度嗅和味固体物质化学性指标有机性指标无机性指标生物指标物理性指标温度：水温升高导致：溶解氧减少，耗氧速率提高，影响水生生物的生长繁殖。色度：指废水所呈现的颜色深浅程度。色度有两种表示方法：色度测定方法嗅和味比拟准确的定量方法是臭阈法，即用无臭水将待测水样稀释到接近无臭程度的稀释倍数表示臭的强度。固体物质水中所有残渣的总和称为总固体。总固体(totalsolidsTS)分为：溶解性固体(dissolvedsolids，DS)和悬浮性固体(suspendedsolids，SS)二者区分：用特制的微孔滤膜〔孔径0.45μm〕过滤，能透过的为溶解性固体，被膜截留的为悬浮性固体。根据固体残渣的挥发性能可分为：挥发性固体〔VS〕和固定性固体〔FS)将固体在600℃在水质分析中规定，悬浮物含量可用浊度表示：1L水中含有1mgSiO2所构成的浊度为一个标准浊度单位，简称1度。二者区分：用特制的微孔滤膜〔孔径0.45μm〕过滤，能透过的为溶解性固体，被膜截留的为悬浮性固体。化学性指标需氧污染物：主要是指废水中所含的能被微生物降解的有机物，有些是有毒的，但这类有机物大局部本身是无毒的。特点：数量大、成分复杂，所以很难分别表示其种类及含量。产生污染的主要原因是在其分解过程中消耗水中的溶解氧。需氧污染物用间接指标来衡量，常用的有BOD5、COD、TOC和TOD等。〔1〕生物化学需氧量〔biochemicaloxygendemand简称BOD〕表示在一定条件下〔20有BOD5和BOD20之分，BOD5最常用。特点：准确反映污染的程度，但测定所需时间长，不利于指导实际生产和自动控制。〔2〕化学需氧量〔chemicaloxygendemand简称COD〕用化学氧化剂K2CrO7或KMnO4氧化分解有机物时，用与消耗的氧化剂当量相等的氧的量来间接表示需氧物的多少，称为化学需氧量。以高锰酸钾做氧化剂测得结果以前称CODMn，新标准称为高锰酸盐指数。〔3〕总需氧量〔totaloxygendemandTOD〕在900℃〔4〕总有机碳〔totalorganiccarbonTOC〕在相同条件下，测定气体中的CO2增量，从而确定水样中碳元素的含量，用以判定有机物含量，称为总有机碳〔5〕油类污染物危害：影响大气复氧；堵塞鱼腮等。〔6〕酚类污染物危害：影响水产品的质量和产量。〔7〕植物性营养元素主要指水体中的N、P，水体中的N、P与水体的富营养化有密切关系，就污水对水体的富营养化来说，磷的作用远大于氮。〔8〕pH值危害：影响正常生态系统、腐蚀船舶、抑制水生生物生长〔9〕重金属主要是指汞、镉、铅、铬、镍以及类金属砷等生物毒性显著的元素，也包括锌、铜、钴、锡等。第二节污染物在水体环境中的迁移转化水体的自净作用水体自净：污染物进入天然水体后，通过物理、化学和生物因素的共同作用，使污染物总量减少或浓度降低，曾受污染的天然水体局部或完全地恢复原状的现象。自净机理可分为3类：物理净化化学净化生物净化物理净化污染物通过稀释、扩散、混合、沉淀和挥发作用，使浓度降低。1.稀释与扩散影响稀释的两种运动形式：污染物质顺水流方向运动－平流或对流污染物由高浓度区向低浓度区迁移2.混合河流完全混合模式：3.沉淀作用化学净化通过水体中的氧化复原、酸碱反响、分解化合、吸附与凝聚等作用，使污染物质的存在形态发生变化和浓度降低。生物净化通过水体中的水生生物、微生物的生命活动使污染物质的存在状态发生变化，污染物总量和浓度降低。污水处理方法简介：污染物的除去方式：别离处理(separation)：通过各种方法使污染物从废水中别离出来，一般不改变污染物的化学本性。转化处理(transformation)：通过化学或生物化学的方法，使废水中的污染物转化为无害的物质，或是转化为易于别离的物质然后再别离。稀释处理(dilution)按处理的程度分：一级处理(primary)：也叫初级处理，该过程只能除去废水中的大颗粒悬浮物及漂浮物，很难到达排放标准。二级处理(secondary)：一般可以除去细小的或呈胶体态的悬浮物及有机物，一般能到达排放标准。三级处理(tertiary)：也称高级处理，进一步除去废水中的胶体及溶解态的污染物，一般可到达回用的目的。本章思考题简要说明污水的物理、化学及生物指标。简述水体自净的规律。画出氧垂曲线并描述其表达的含义。10.污水的物理处理第一节水质和水量调节〔Equalization〕调节目的：减少和控制废水水质及流量的波动，以便为后续处理提供最正确条件。一、污水调节的根本方法〔1〕调节水量进水用重力流，出水用泵提升〔2〕均和水质利用压缩空气、叶轮搅拌或水泵循环而进行的强制混合和均化；利用差流方式使不同时间不同浓度的废水混合而进行的自身水力混合。比拟：前者设备简单，运行费较高；后者需要修建复杂的池型，但根本上没有运行费用。二、调节池的种类〔1〕水质调节池〔2)水量调节池三、调节池的位置设在初级处理之后把调节池设置其它处理之后，这样可以减少污泥和浮渣的问题。设在初级处理之前必须考虑设置足够的混合和搅拌设备以防止固体沉淀，同时应设置曝气设备以防止产生气味。第二节格栅和筛网水中颗粒物分类及去除方法：粗大颗粒物－筛滤截留、重力沉降和离心别离格栅、筛网、微滤机、沉砂池、离心机和漩流别离器悬浮物质沉淀、吸附和膜别离等胶体物质混凝、澄清、过滤和膜别离技术等格栅〔BarScreens〕一、格栅的作用格栅是由一组〔或多组〕平行的金属栅条与框架组成。用来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。二、格栅的位置：一般倾斜安装在进水的渠道，或者进水泵站集水井的进口处。三、几个经验值〔1〕为了使整个污水处理系统能正常运行，一般设粗细两道格栅。〔2〕栅条间距一般采用16-25mm，最大不超过40mm。〔3〕当栅条间距为16-25mm时，栅渣截流量为0.05-0.10m3/1000m3污水。〔4〕当栅条间距为40mm时，栅渣截流量为0.01-0.03m3/1000m3污水。四、格栅的分类：按形状分：平面格栅、曲面格栅按栅条间隙分：粗、中、细按栅渣清理方式分：人工清理、机械清理筛网最常用的筛网是使用金属丝编织成的方孔筛网与格栅相比拟，筛网能去除粒度更小的悬浮物筛网的去除效果可相当于初次沉淀池的作用筛网分类：振动筛网(vibrationscreen)水力筛网(hydraulicscreen)转鼓式筛网(drumscreen)转盘式筛网(discscreen)微滤机(microfiltration)复习题１.水质、水量调节的目的、方法、工作原理；水质调节池的种类〔曝气均和池、差流式均和池、穿孔导流槽式、带折流墙式、圆形〕，调节池的位置。2.格栅的功能、位置、分类、几种典型格栅的结构〔人工清查、链条式清查、移动式伸缩臂机械清查〕。３.筛网分类及几种筛网的结构〔转鼓式、振动、水利筛网〕。第三节沉淀的根底理论一、概述沉淀法在污水处理中的作用：1.预处理〔沉砂池〕2.生物处理前的初步处理〔初沉池〕3.生物处理后的固液别离〔二沉池〕4.污泥处理阶段的污泥浓缩(污泥浓缩池)二、沉淀类型根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀分成四种类型：自由沉降(discretesettling)絮凝沉降(flocculentsettling)成层沉降(zonesettling)压缩沉降(compressionsettling〕自由沉降发生条件：

悬浮固体浓度不高，不具有凝聚性。特征：

※沉降过程中，固体颗粒不改变形状和尺寸，也不互相粘合，各自独立地完成沉降过程。

※颗粒的沉降速度在一段时间后保持不变。现象：

实验时可观察到水是从上到下逐步变清的。絮凝沉降发生条件：

固体浓度不高，但具有凝聚性特征：

※在沉降过程中，颗粒互相碰撞、粘合，结合成较大的絮凝体；

※沉降过程中颗粒尺寸不断变化；颗粒沉速不断变化。现象：

水逐渐变清，可观察到颗粒絮凝现象。成层沉降发生条件：

悬浮颗粒浓度较高,一般在5000mg/L以上。特征：

颗粒的沉淀受其周围颗粒的干扰，沉速降低，在聚合力作用下，颗粒群结合成一个整体，各自保持相对不变的位置共同下沉。现象：

实验时可观察到水与颗粒群之间有明显分界面，沉降过程实际上是该界面下沉的过程。Stokes公式说明的问题:当s>时u>0，颗粒下沉；

当s<时,u<0，颗粒上浮；

当s=时，u=0，颗粒既不下沉也不上浮。〔2〕水的粘度愈小，沉速愈快，因粘度与水温成反比，故提高水温有利于沉降。〔3〕颗粒直径愈大，沉速愈快，沉速与颗粒直径的平方成正比。实际水处理过程中，水流呈层流状态的情况较少，所以一般沉降只能去除d>20四、理想沉淀池的工作原理理想沉淀池的条件：1.进出水均匀分布到整个横断面，悬浮物在流入区沿水深均匀分布；2.悬浮物在沉淀区等速下沉；3.悬浮物在沉淀过程中的水平分速等于水流速度，水流是稳定的；4.悬浮物落到池底污泥区，即认为已被除去，不再浮起。结论：1.uo和q虽然物理概念不同，但其数值相同，因此，只要确定颗粒的最小沉速，就可求得理想沉淀池的外表负荷。2.沉淀池的去除率仅与颗粒沉速或沉淀池的外表负荷有关，而与池深无关。3.应该把沉淀池做得浅些，外表积大些，这就开展为颗粒沉降的浅层理论，后边讲到的斜板(管)沉淀池就是基于这个理论。第四节沉砂池一、沉砂池概述1.位置：沉砂池一般位于泵站或初沉池前。2.功能：用于别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、运输。3.分类：按池内水流方向的不同，沉砂池可分为平流式、竖流式、曝气沉砂池等。平流式沉砂池的设计①长度L〔m〕：L=v·t②过水面积A〔m2〕：A=qVmax/v③池宽B〔m〕：B=A/h2单格宽：b=B/nh2为有效水深④贮砂斗容积V三、曝气沉砂池普通沉砂池存在的问题：①砂中含有机物；②对被有机物包覆的砂粒沉降性能差、截留效率不高。曝气的作用：①使有机物处于悬浮状态；②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。曝气沉砂池主要设计参数废水在池内的水平流速一般取0.08－O.12m／s，在过水断面周边的最大旋转线速为0.25－0.4m／s。废水在池内的停留时间取4－6min，最大流量时为1－3min。有效水深取2－3m，宽深比为(1-l.5):1，长宽比可达5:1。曝气装置多采用穿孔管曝气器，孔径2.5－6.Omm，曝气管安装于池壁一侧距池底O.6－0.9m处，曝气量为0.2m3/m3曝气沉砂池设计计算见教材沉砂池设计原那么城市污水厂一般应设置沉砂池，工业污水根据水质设置。沉砂池只数或分格应不少于2，按并联运行。设计流量应按分期考虑①当污水自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；②当污水为提升进人时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算；③在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。沉砂池去除的砂粒比重为2.65、粒径为0.2mm以上。城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算，含水率约为60%，容重约1500kg/m贮砂斗容积按2日沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不小于55°排砂管直径不小于200mm。沉砂池的超高不小于0.3m。第五节沉淀池平流式沉淀池竖流式沉淀池辐流式沉淀池一、平流式沉淀池(horizontal-flow)特点：废水从池一端流入，沿水平方向在池内流动，从池的另一端溢出，池的形状呈长方形，在进口处的底部设贮泥斗。主要组成局部及作用流入装置：其作用是消能，使废水均匀分布。流入装置是横向潜孔，潜孔均匀地分布在整个宽度上，在潜孔前设挡板。挡板高出水面0.15－0.2m，伸入水下的深度不小于0.2m。流出装置：出流堰是沉淀池的重要部件，多采用自由堰型式，堰前也设挡板，以阻拦浮渣，或设浮渣收集和排除装置。沉淀区〔工作区〕：是可沉降颗粒与废水别离的区域。污泥区和排泥装置：排除沉于池底的污泥，使淀池工作正常，保证出水水质。在池的前部设贮泥斗，其中的污泥通过排泥管借助1.5－2.0m的静水压力排出池外，池底坡度一般为0.01－0.02。缓冲层：缓冲层是分隔沉淀区和污泥区的水层，保证已沉下的颗粒不因水流搅动而再次浮起。平流式沉淀池的设计１.设计内容：主要包括功能构造设计和结构尺寸设计两局部。2.沉淀池满足的根本要求：具有足够的沉降别离面积；能均匀布水、均匀集水；具有污泥、浮渣的收集和排放设备。平流式沉淀池的设计沉淀池设计的根本依据废水流量、水中悬浮固体浓度、性质以及出水水质要求。相关设计参数沉降效率、沉降速度(或外表负荷)、沉降时间、水在池内的平均流速以及泥渣容重和含水率等。计算公式见教材二、竖流式沉淀池(upward-flow)特点：废水从池中央下部进入，水流自下而上流动,最后在池上部周边出水。竖流式沉淀池设计竖流式沉淀池多呈圆形，也有方形和多角形的。直径或边长一般在8m以下，多介于4－7m之间。沉淀池上部呈柱状局部为沉淀区，下部呈截头锥状的局部为污泥区，在二区之间留有缓冲层0.3m。流出区设于池周，采用自由堰或三角堰。如果池子的直径大于7m，一般要考虑设辐射式集水槽与池边环形集水槽相通。竖流式沉淀池的工作原理废水颗粒有三种运动状态：当u>v时：颗粒下沉，被沉降去除；当u＝v时：颗粒不下沉也不上浮；当u<v时：颗粒上浮，随水带走。由此可见颗粒沉淀效率比平流式沉淀池低。但当颗粒属于絮凝沉淀类型时，情况比拟复杂，颗粒物相互碰撞、粘结，沉淀效率要高于平流式沉淀池。三、辐流式沉淀池(radial-flow)特点：形状呈圆形或方形，废水从池中心进入，沉淀后废水从池周边溢出(中心进水,周边出水)。辐流式沉淀池设计常为圆形池，直径一般介于20－30m之间，但变化幅度可为6－60m，最大甚至可达100m，池中心深度约为2.5－5.0m，池周深度那么约为1.5－3.0m。废水从池中心处流入，沿半径的方向向池周流动。其水力特征是废水的流速由大到小变化。四、沉淀池的强化与改良传统沉淀池的缺点：去除率不高；占地面积较大。强化措施：1.从原水水质着手，改变水中悬浮物质的状态，使其易于别离沉降。如：混凝。2.从沉淀池结构着手，创造更适宜于颗粒沉降别离的条件。如：预曝气、各种新型沉淀池。预曝气第一种是单纯曝气，不投加任何物质，目的是促进自然絮凝。第二种是在曝气的同时，投加生物处理单元排出的剩余生物污泥，利用这些污泥所具有的活性产生絮凝作用，这一过程称为生物絮凝。预曝气的作用：〔a〕可产生自然絮凝或生物絮凝作用，使废水中的微小颗粒凝聚成大颗粒，以便于沉降别离；〔b〕氧化废水中的复原性物质；〔c〕吹脱废水中溶解的挥发物；〔d〕增加废水中溶解氧，减轻废水的腐化，提高废水的稳定度。向心辐流式沉淀池向心辐流式沉淀池，废水从池周流入，澄清水那么从池中心流出〔周边进水，中心出水〕。也可以采取池周进水池周出水的方式〔周边进水，周边出水〕。一般的辐流式沉淀池中心进水周边出水，进口处水流速大，呈紊流状态，阻碍颗粒下沉，影响沉淀池的别离效果，而向心辐流式沉淀池克服了这一缺点。第六节隔油和破乳一、含油废水中油的状态〔a〕浮油：油品在废水中分散的颗粒粒径大于100m。浮油占水中总含油量的60％－〔b〕乳化油：油品在废水中分散的粒径很小，呈乳化状态，不易从废水中别离出来；〔c〕溶解油：小局部油品呈溶解状态，溶解度约为5－15mg/L。二、隔油池分类隔油池是用自然上浮法别离、去除含油废水中可浮油的处理构筑物。常用的隔油池有平流式和斜流式两种形式。三、乳化油及破乳方法1、乳化油形成：当油水混合并有乳化剂存在时，乳化剂会在油滴与水滴外表上形成一层稳定的薄膜，这时油和水就不会分层，而呈一种不透明的乳状液。2、常见破乳油的来源：生产工艺的需要车床切削用冷却液洗涤含油设备的废水〔油槽车、机械零件〕油与乳化剂在管道中混合３、常见的破乳方法：投加换型乳化剂投加盐类、酸类投加某种本身不能成为乳化剂的外表活性剂搅拌、震荡、转动过滤改变温度微波破乳水处理中常用的混凝剂也是较好的破乳剂。第七节浮上法浮上法的定义：利用高度分散的微小气泡作载体，去粘附废水中细微的疏水性悬浮固体和乳化油等污染物，使其随气泡上浮到水面，实现固液别离或液液别离。浮上法工艺满足的条件：必须向水中提供足够的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。一、浮上法的分类按产生气泡的方法可分为：1、电解浮上法2、分散空气浮上法微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法3、溶解空气浮上法真空浮上法加压溶气浮上法电解浮上法〔电气浮〕电解废水，产生大量微小的氢气和氧气气泡。优点：气泡小于其它方法，特别适于脆弱絮状悬浮物缺点：外表负荷常低于4m3/m2.h；电耗高；操作运行管理复杂；易产生电解垢；难适用于大型生产。溶解空气浮上法－加压溶气浮上法工作原理：空气在加压条件下溶解于水，然后将压力降至常压，使过饱和的空气以细微气泡形式释放出来。特点：气泡更小、更均匀、不破坏絮凝体。主要设备：水泵、溶气罐、浮上池。空气注入溶气罐方式：可采用空气压缩机或射流器。加压溶气浮上法流程根据废水中所含悬浮物的种类、性质、处理水净化程度和加压方式的不同根本流程有以下三种：全溶气流程局部溶气流程回流溶气流程二、加压溶气浮上法的根本原理1.空气在水中的溶解度2.水中悬浮颗粒与微小气泡粘附的原理(1)气泡与微小颗粒粘附的条件(2)颗粒-气泡复合体的上浮速度3.化学药剂的投加对气浮效果的影响(1)混凝剂有机或无机,改变颗粒亲水性,使颗粒絮凝(2)浮选剂极性和非极性分子组成(3)助凝剂聚丙烯酰胺(4)抑制剂抑制某些物质上浮(5)调节剂酸碱等气浮法的应用(a)别离废水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；(b)回收工业废水中的有用物质，如造纸厂废水中的纸浆纤维及填料等；(c)代替二次沉淀池，别离和浓缩剩余活性污泥，特别适用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中；(d)别离回收含油废水中的悬浮油和乳化油；(e)别离回收以分子或离子状态存在的污染物，如外表活性物质和金属离子。气浮法的特点(a)占地较少，节省基建投资；(b)气浮池具有预曝气作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后续处理或再用，泥渣也不易腐化；(c)对那些很难用沉降法去除的低浊度含藻水，气浮法处理效率高，甚至还可去除原水中的浮游生物，出水水质好。思考题1试说明沉淀有哪几种类型，各有何特点，并讨论各种类型的内在联系与区别，各适用在哪些场合？2设置沉砂池的目的和作用是什么？曝气沉砂池的工作原理与平流式沉砂池有何区别?3水的沉淀法处理的根本原理是什么？影响沉淀或浮上的因素有哪些？4试表达三种沉淀池的优缺点及分别适用的条件。5简述沉淀池的强化与改造方法有那些，并分别表达其工作原理。6加压溶气浮上法的根本原理是什么?有哪几种根本流程与溶气方式?各有何特点?7微气泡与悬浮颗粒物相粘附的根本条件是什么？有哪些影响因素？如何改善微气泡与颗粒的粘附性能?11.废水生物处理的根本概念和生化反响动力学根底第一节废水的好氧生物处理和厌氧生物处理一、微生物的呼吸类型微生物呼吸指微生物获取能量的生理功能。根据受氢体不同分为好氧呼吸和厌氧呼吸。1、好氧呼吸定义：营养物质进人好氧微生物细胞后，通过一系列氧化复原反响获得能量的过程。特点：有分子氧参与的生物氧化，反响的最终受体是分子氧。过程:底物中的氢被脱氢酶活化，并从底物中脱出交给辅酶，同时放出电子，氧化酶利用底物放出的电子激活游离氧，活化氧和从底物中脱出的氢结合成水。〔1〕异养型微生物以有机物为底物〔电子供体，供氢体〕，终点产物为二氧化碳、氨和水等无机物。〔2〕自养型微生物无机物为底物〔电子供体〕，终点产物为无机物。2、厌氧呼吸定义：在无分子氧的情况下进行的生物氧化。特点：无分子氧参与，反响的最终受体不是分子氧；只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统；底物氧化不彻底，故释放能量较少。分类：厌氧呼吸按反响过程中最终受氢体的不同，可分为发酵和无氧呼吸。〔1〕发酵以有机物为底物〔电子供体〕，最终受氢体为供氢体的中间产物，放能较少。〔2〕无氧呼吸以有机物为底物〔电子供体〕，最终受氢体为无机氧化物，如NO3-、NO2-等，在硝化反响中：二、废水的好氧生物处理在有游离氧存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定化、无害化的处理方法。反响速度快，构筑物容积小，散发臭气少。适于中、低浓度有机废水或BOD小于500mg/L的废水。三、废水的厌氧生物处理无游离氧条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法，主要分三局部进行：局部转化为CH4气体局部分解为CO2、H2O、NH3等局部转化合成为新的原生质组成局部特点：不需要加氧，运行费用低，剩余污泥少，可回收CH4气体。用于处理高浓度有机废水，反响速度较慢，构筑物容积较大。第二节微生物的生长规律和生长环境一、微生物的生长规律以微生物生长曲线来反映，表示微生物在不同环境下生长情况及其生长过程。其生长可分为四个生长期，即停滞期、对数期、静止期和衰老期。1、停滞期：污泥被接种到新环境下或者污水处理厂中断运行后再启动阶段出现。2、对数期：废水中有机物浓度高且条件适宜时出现。污泥的絮凝性较差，呈分散状态。3、静止期：废水中有机物浓度较低，污泥浓度较高时出现，污泥絮凝性好。4、衰老期：废水中有机物浓度低，营养缺乏时出现。污泥松散，沉降性能好。二、微生物的生长环境1、微生物的营养微生物需要的营养比例：C:N:P=100：5：1对于某些工业废水来说，假设碳源缺乏加生活污水、淀粉浆料，假设氮和磷源缺乏加尿素、硫酸铵、磷酸钾等。2、温度分最高生长温度、最低生长温度和最适生长温度。按微生物适应的温度范围分：中温性、好热性(高温性〕和好冷性〔低温性〕微生物。厌氧产甲烷菌中，中温性甲烷菌最适温度为25-40℃3、pH值大多数细菌适宜中性和偏碱性环境〔pH=6.5-7.5)当废水pH值变化较大时要设置调节池。4、溶解氧DO一般为2-4mg/L。此时活性污泥或生物膜沉降、絮凝效果最好。5、有毒物质第三节反响速度和反响级数一、反响速度生化反响中，反响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。在废水生物处理中，是以单位时间内底物的减少或细胞的增加来表示生化反响速度。二、反响级数反响速度与一种反响物A的浓度成正比时，称这种反响对这种物质是一级反响；反响速度与二种反响物A、B的浓度成正比或者与一种反响物A的浓度的平方成正比时，称为二级反响。反响速度与A的浓度与B的浓度平方之积成正比时，称这种反响为三级反响。第四节米歇里斯－门坦方程式一、底物浓度对酶反响速度的影响一切生化反响都是在酶催化下进行的,叫做酶促反响。酶促反响速度受酶浓度、底物浓度、pH值、温度、反响产物、活化剂和抑制剂等因素的影响。当底物足够且不受其他因素影响时，酶促反响速度与酶浓度成正比。当底物浓度变化时：当底物浓度较低而其他因素恒定时，反响速度与底物浓度成正比，一级反响。当底物浓度增加到一定限度时，反响速度到达最大值，再增加底物浓度对反响速度无影响，零级反响。二、米式方程式公式见教材〔1〕当底物浓度ρs很大时，ρs>>Km,Km+ρs≈ρs，酶反响速度达最大值，即V=Vmax，呈零级反响。此时，增大底物浓度对反响速度无影响，只有增大酶浓度可提高反响速度。〔2〕当底物浓度ρs较小时，ρs<<Km,Km+ρs≈Km，酶反响速度和底物浓度成正比例关系，即呈一级反响。此时，由于酶未被底物所饱和，故增加底物浓度，可以提高酶反响速度。第五节莫诺特〔Monod〕方程式公式推倒见教材第六节废水生物处理工程的根本数学模式一、推导废水生物处理工程数学模式的几点假定〔1〕整个处理系统处于稳定状态〔微生物浓度、底物浓度不变〕；〔2〕反响器中的物质按完全混合，均云分布。〔微生物和底物浓度不随位置变化〕；〔3〕整个反响过程中，氧的供给是充分的。本章思考题微生物呼吸作用的本质是什么？好氧呼吸和厌氧呼吸的根本概念是什么？按照微生物生长速度不同，其生长过程可分几个时期？简述各个时期的特点。微生物的环境因素有哪些？写出米式方程式，并阐述米式常数的物理意义。12.稳定塘和污水的土地处理第一节稳定塘一、概述稳定塘又名氧化塘或生物塘，其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。稳定塘的研究和应用始于上个纪初，50年代后开展迅速，目前已有50多个国家用稳定塘处理城市污水和有机工业废水。我国在50年代开展了稳定塘的研究，到80年代进展较快。据统计，1990年我国有稳定塘118座，处理水量为189.8×104m3稳定塘的分类常按塘内的微生物类型、供氧方式和功能等进行划分，可分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘和深度处理塘。〔一〕稳定塘的分类1.好氧塘深度较浅，阳光能透至塘底，全部塘水都含有DO，好氧微生物净化污水。2.兼性塘深度较大，上层为好氧区，好氧微生物起净化污水作用，中层为兼性区，DO逐渐减少，兼性微生物起净化作用，下层为厌氧区无DO，厌氧菌起作用分解沉淀污泥。3.厌氧塘深度在2m以上，有机负荷高，全部塘水均无DO，呈厌氧状态，厌氧微生物起净化作用，净化速度慢，停留时间长。4.曝气塘采用人工曝气供氧，塘深在2m以上，全部塘水有溶解氧，好氧微生物起作用，停留时间较短。5.深度处理塘又称三级处理塘或熟化塘，属于好氧塘，有机负荷较低。水生植物塘(塘内种植水葫卢、水花生等水生植物)生态塘(塘内养鱼、鸭、鹅等)完全储存塘(完全蒸发塘)〔二〕稳定塘的优点〔1〕基建投资低利用旧河道、沼泽地、谷地等；〔2〕运行管理简单经济运行管理简单，动力消耗较低；〔3〕可进行综合利用实现污水资源化利用，如农业灌溉和养殖水生动物和植物。〔三〕稳定塘的缺点〔1〕占地面积大；〔2〕处理效果受气候影响，如季节、温度、阳光、降雨等；〔3〕设计运行不当时可造成二次污染，污染地下水，产生臭气和滋生蚊蝇。二、好氧塘1.好氧塘的种类及各自的特点〔1〕高负荷好氧塘：设置在系统前部，处理污水和产生藻类。水深较浅，停留时间短，有机负荷高。〔2〕普通好氧塘：二级处理作用，有机负荷较高，水深较深，停留时间较长。〔3〕深度处理好氧塘：设置在系统后部，有机负荷较低，水深较深。二、好氧塘2.好氧塘根本工作原理见教材好氧塘中pH值与水中CO2浓度有关，受塘水中碳酸盐系统的CO2平衡关系影响。白天，光合作用使CO2降低，pH值上升；夜间，藻类停止光合作用，呼吸作用使CO2升高，pH值下降。4.好氧塘的设计尚未有较严密的理论计算方法和设计方法，多采用经验数据进行设计。〔1〕好氧塘多采用矩形，长宽比为3:1—4:1。以1/2塘深处的面积作为计算塘面积。〔2〕超高为0.6—1.0m，单塘面积不大于4ha。〔3〕塘堤内坡坡度为1:2—1:3，外坡坡度为1:2—1:5。〔4〕座数一般不少于3座，规模很小时候不少于2座。三、兼性塘1.兼性塘的根本工作原理有效水深为1-2m，通常有三层组成，上层好氧区、中层兼性区和底部厌氧区。好氧区对有机污染物的净化机理同好氧塘根本情况。兼性塘DO较低，且时有时无，异养型兼性细菌起降解作用，既能分解有机物也能进行无氧代谢。厌氧区无DO，厌氧微生物进行厌氧分解，有产酸发酵和甲烷发酵阶段两个过程。2.兼性塘的优点兼性塘净化机理复杂，去除污染物的范围比好氧处理系统广泛。不仅可以去除一般的有机物，还可有效去除磷、氮等营养物质和某些难降解的有机物〔木质素、有机氯农药、合成洗涤剂等〕。四、厌氧塘1.厌氧塘的根本工作原理厌氧塘对有机物的降解是由两类厌氧菌通过产酸发酵和甲烷发酵两个阶段来完成的。厌氧塘的条件控制：甲烷菌世代时间长，对DO和pH值敏感，因此厌氧塘设计运行必须以甲烷菌发酵阶段的要求作为控制条件，控制有机污染物投配率，保持产酸菌与甲烷菌之间的动态平衡。2.厌氧塘的设计和应用〔1〕有机负荷：城市污水建议负荷值为200-600kg/ha.d。〔2〕一般为矩形，长宽比为2:1—2.5:1。单塘面积不大于4ha，有效水深2.0—4.5m，储泥深度为0.5m，超高0.6—1.0m。〔3〕进水口离塘底0.6—1.0m，出水口离水面深度应大于0.6m。厌氧塘适宜处理高浓度有机废水，如造纸废水，酿酒废水，农产品加工和农药废水。也可用于处理中、小城镇污水。五、曝气塘1.曝气塘的分类完全混合曝气塘和局部混合曝气塘。2.两种曝气塘的区别〔1〕完全混合曝气塘中全部固体呈悬浮状态，塘水中有足够的溶解氧。〔2〕局部混合曝气塘不要求全部固体呈悬浮状态，局部固体沉淀并进行厌氧消化。六、稳定塘的工艺流程稳定塘处理系统由预处理设施、稳定塘和后处理设施等三局部组成。1.稳定塘进水的预处理。去处悬浮物质，格栅、沉淀池、沉砂池2.稳定塘的流程组合图形见教材3.稳定塘塘体设计要求〔1〕塘的位置居民区下风向200m，远离飞机场〔2〕防止塘体损害防止雨水和塘中波浪的冲刷〔3〕塘体防渗防止污染地下水，防止水源损失〔4〕塘的进出口配水和集水均匀第二节污水土地处理一、概述污水土地处理是人工调控下利用土壤—微生物—植物组成的生态系统使污水中污染物净化的处理方法，它是在污水农田灌溉根底上开展起来的，是使污水资源化、无害化和稳定化的处理利用系统。土地处理技术有五种类型：慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、湿地和地下渗滤系统。二、土地处理系统的净化机理污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包含了物理过滤、吸附、沉积，物理化学吸附，化学反响和化学沉淀，微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。二、土地处理系统的净化机理1.BOD的去除大局部BOD在土壤表层土中去除，利用土壤中异养型微生物降解有机物。2.磷和氮的去处磷通过植物吸收，化学反响和沉淀，物理吸附和沉积、物理化学吸附等方式除去。氮通过植物吸收、微生物脱氮、挥发和渗出等方式被去除。3.悬浮物质的去除依靠作物和土壤颗粒间的空隙截流、过滤去除。4.病原体的去除5.重金属的去除物理化学吸附、化学反响与沉淀等途径去处。三、土地处理根本工艺1.慢速渗滤系统特点：投配负荷一般较低，渗滤速度慢，污水净化效率高，出水水质优良。2.快速渗滤系统3.地表漫流系统4.湿地处理系统5.地下渗滤处理系统土层必须有良好的渗透性，适于无法接入城市排水管网的小水量污水处理。本章思考题稳定塘有哪几种类型？各适用于什么场合？试述好氧塘、厌氧塘、兼性塘净化污水的根本原理。好氧塘中溶解氧和pH值为什么会发生变化？简述土地处理的根本工艺。13.污水的好氧生物处理——生物膜法生物膜法：依靠固着于固体介质外表的微生物来净化污水中溶解的有机物，亦称为生物过滤法。特点：对水质、水量的变化有较强的适应性；与活性污泥法相比，管理更方便；即使增殖速度较慢的微生物也能生息，从而构成了稳定的生态系统；剩余活性污泥量比活性污泥法少。生物膜法的分类：润壁型生物膜法废水和空气沿固定的或转动的接触介质外表的生物膜流过，如生物滤池和生物转盘等；浸没型生物膜法接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，如接触氧化法；流动床型生物膜法使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池中。第一节生物滤池生物滤池于1889年在劳伦斯实验厂首先开始研究，1910年后开始了大规模的应用，20世纪70年代逐步被好氧法代替，随着新型滤料的不断诞生，生物滤池有再度复活的趋势。一、生物滤池的构造构造主要包括：滤床布水设备排水系统塔式生物滤池滤料特性：1〕比外表积大；2〕物理化学及生物稳定性好；3〕孔隙率高；4〕材质轻而强度高；5〕价廉，取材方便粒径主要考虑可附着生物膜的面积，同时防止滤池堵塞。粒经在3-8cm，空隙率为45％－50％，比外表积65-100m2/m3滤床高度与滤料密度的关系：假设滤料孔隙率低，滤床过高会影响通风条件。假设滤料太重，滤床过高将影响排水系统和滤池根底的结构。石质拳状滤料组成的滤床高度一般在1-2.5m之间。塑料滤料每立方米仅重100kg左右，孔隙率那么高达93％--95％，滤床高度不但可以提高，而且可以采用双层或多层构造。国外一般采用双层滤床，高7m左右。布水设备布水设备分类：固定式喷嘴布水系统图片和移动式喷嘴布水系统〔常用回转式〕图片固定式布水装置特点：间断布水，所以布水不均匀，配水的水头要高，配水池也较高〔配水面高0.9－2.1m〕，但不受形状限制。旋转布水器的特点：布水比拟均匀，淋水周期短，水力冲刷作用强；缺点是喷水孔易堵，低温时要采用防冻措施，仅适用于圆形池或八角形。旋转式布水器设计参数：由水竖管和可旋转的布水横管组成，横管可以是多根；布水小孔的直径10～15mm；布水横管距滤料外表的高度0.15～0.25m，喷水旋转所需的水头2.5～10kPa。排水系统的作用：收集滤床流出的污水与脱落的生物膜；保证通风；支撑滤料。排水系统组成：池子底面、排水假底、集水沟池子底面：支撑滤料，排泄滤床上来水。排水假底：支撑滤料，早期为混凝土栅板，现在国外都用金属栅板。排水沟：要有充分的高度，并在任何时候不会满流，确保空气能在水面上畅通。BOD负荷对滤池工作条件的影响(1)BOD负荷高的滤池，生物膜增长快，对水力冲刷的要求也就迫切。增大水力冲刷的主要途径是加大外表负荷。(2)BOD负荷高的滤池，要求通风条件好，在采用自然通风的条件下，就要求滤料的孔隙率大、阻力小。所以，低负荷滤池的滤料粒径较小(25～70mm)，高负荷滤池的滤料粒径较大(40～100mm)，对于塔式生物滤池，最好采用塑料滤料。(3)BOD负荷低的生物滤池，氧化分解程度高，污泥量少且稳定，出水中有较高的溶解氧，有硝酸盐，BOD5浓度低于20mg/L；高负荷生物滤池的氧化分解程度低，污泥量多而不稳定，出水溶解氧低，没有或很少有硝酸盐，BOD5浓度高于30mg／L，塔式生物滤池的情况可能更差些。二、生物滤池的流程生物滤池系统根本上由初沉池、生物滤池、二次沉淀池组合而成，其组合型式有单级运行系统和多级运行系统。单级、直流二级、交互式、多级见教材理论依据：据实验和分析多级运行系统，第一级生物滤池处理效率可达70%，第二级处理效率可达20%，第三、四级的处理效率很低，在5%左右。应用：一般取两级。分为二级直流或二级回流系统。二级串联工作的生物滤池的优点是：滤层深度可适当减小，通风条件好，两次洒水充氧，出水水质较好些。缺点是增加了提升泵，加大了占地面积。一般第一级生物滤池采用粒径较大的滤料，后一级采用粒径较小的滤料。经验说明：在处理城市污水时，回流式生物滤池处理效果大致如下：单级滤池法当负荷为1.7kg〔BOD5)/m3.d〔滤料〕以下时，出水BOD5约为进水的1/3。二级滤池法二沉池出水的BOD5约为二级滤池进水的1/2。生物滤池法工艺及流程选择流程选择是否用初次沉淀池(悬浮物较多)采用几级过滤，采用回流与否、选择回流方式及回流比等问题。工艺选择低负荷生物滤池的体积大、占地多、滤料的需要量大、常出现池蝇和臭味，仅在水量小的地区选用。塔式生物滤池一般是单级的，可以是多级进水。已被较好地用于工业有机废水的处理。回流式生物滤池可以是单级，也可以是两级。两级回流式生物滤池处理效率较高，运行上比拟灵活，但运行费及建设费都比拟高。生物滤池与活性污泥法的比拟：生物滤池的一个主要优点是运行简单，因此，适用于小城镇和遥远地区。一般认为，它对入流水质水量变化的承受能力较强，脱落的生物膜密实，较容易在二沉池中被别离。但生物滤池处理效率比活性污泥法略低，变化范围略大些。三、生物滤池的机理生物膜的形成及特点：1、生物膜的组成：由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫组成。2、生物膜的形成：好氧层：废水中悬浮物和微生物的不断沉积，生物膜的厚度不断增加，膜的外表和废水接触，吸取营养和溶解氧，微生物生长繁殖迅速，形成了好氧层，由好氧和兼性微生物组成。兼氧层：生物膜厚度增加，溶解氧的供给条件较差，生长兼氧微生物。厌氧层：生物膜厚度继续增加，溶解氧难于进入，好氧微生物难以生活，兼性微生物转化为厌氧代谢方式。生物膜代谢：1.生物膜脱落：微生物不断繁殖，膜逐渐增厚，吸附的有机物在传递到膜内层以前已被代谢掉。内层微生物因得不到充分的营养而进入内源代谢，失去其粘附在滤料上的性能，脱落下来。2.生物膜脱落原因：低负荷生物滤池：原生动物及后生动物的活动，昆虫及幼虫的活动等。高负荷生物滤池：厌氧层和介质的粘结力较弱，生物膜松动，水力冲刷。3.生物膜脱落的作用：从处理要求看脱落是完全必要的。生物膜是生物处理的根底，活性生物必须保持足够的数量。假设膜太厚，会影响通风，甚至造成堵塞。一般认为，生物膜厚度介于2～3mm时较为理想。生物膜净化废水的原理：挂膜：污水流过滤床时，有一局部污水、污染物和细菌附着在滤科外表上，微生物便在滤科外表大量繁殖，形成一层充满微生物的粘膜，称为生物膜。通常叫“挂膜”。污水流过成熟滤床时，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，从而得到净化。生物膜分好氧层和厌氧层。好氧层：表层，厚度约2mm。好氧微生物和兼性微生物，有机污染物在微生物作用下被降解，终点产物是H2O、CO2、NH3等。厌氧层：有机物的厌氧代谢，终点产物为有机酸、乙醇、醛和H2S等。生物滤池处理效率的影响因素1〕滤池高度2〕负荷率3〕回流4〕供氧滤池高度的影响：随着滤床深度的增加，微生物种属从低级向高级过渡，种类增多，生物膜量从多到少，有机物浓度和去除速率由高到低。滤池的处理效率随高度增加而提高，但高度超过一定数值，效率提高缓慢，不经济。负荷率的影响：〔1)水力负荷水力外表负荷：以qF表示，单位是m3(水)／m2(滤池)·d，又称平均滤率(m／d)。水力体积负荷：以qV表示，单位是m3(水)／m3(滤料)·d。qF：qV＝H。普通生物滤池的水力负荷范围为1－4m3／m2·d，高负荷生物滤池为5－28m3／m2·d。在低负荷条件下，滤床生物膜量增多，易发生堵塞现象，但当滤率提高到负荷率的影响：(2)有机负荷单位是kg(BOD5)／m3(滤料)·d。普通生物滤池的有机负荷范围为0.15—0.3kg(BOD5)／m3·d，高负荷生物滤池在1.1kg(BOD5)／m3·d。据日本城市污水试验结果，BOD负荷的极限值大体是1.2kg／m3·d回流的影响：回流：利用污水厂出水，或生物滤池出水稀释进水。回流比：回流水量与进水量之比。回流对生物滤池性能有下述影响：〔1〕增大水利负荷，促进生物膜的脱落，防止滤池堵塞；〔2〕稀释进水，降低有机负荷，防止浓度冲击；〔3〕可向滤池连续接种，促进生物膜生长；〔4〕增加进水的溶解氧，减少臭味；〔5〕有利于防止产生灰蝇和恶臭。缺点：〔1〕缩短废水在滤池中的停留时间；〔2〕洒水量大，降低生物膜吸附有机物的速度；〔3〕回流水中难降解的物质会产生积累；〔4〕冬天使池中水温降低等。供氧的影响生物滤池通常采用自然通风方式供氧：池内外的温度差越大，滤池的气流阻力愈小，通气量也就愈大。特殊情况下也可以采用机械通风方式供氧。入流废水有机物浓度较高时，供氧条件可能成为影响生物滤池工作的主要因素。当废水COD大于400～500mg／L时，生物滤池供氧缺乏，生物好氧层厚度较小，故一般认为进水COD应小于400mg／L，否那么宜采用回流方法降低COD负荷。五、生物滤池系统功能的设计生物滤池处理系统包括生物滤池和二沉池，有时还包括初沉池和回流泵。功能设计包括：滤池类型、流程选择；滤池个数、几何尺寸确实定；二沉池形式、个数及工艺尺寸确定；布水设备计算。滤池类型的选择低负荷生物滤池已不常用，仅在污水量小、地区偏僻的场合选用。大多采用高负荷生物滤池。主要是回流式和塔式生物滤池。流程的选择是否设初沉池：滤池级数：是否回流、回流方式、回流比确实定。入流有机物浓度高如COD>400mg/L时；水量很小，无法维持水力负荷率；污水中某种污染物浓度过高。六、生物滤池的运行及经验1、挂膜生活污水、普通工业废水:采用活性污泥布水器喷淋挂膜，使污泥在滤池内反复循环，水量由小到大，当到达运行所需的生物量时，系统正常运行。含有毒物质工业废水，驯化－挂膜：方式1：从其它污水厂取活性污泥进行驯化挂膜。方式2：生活污水、城市污水，河水或回流出水替代局部工业废水运行，污泥回流。2、生物膜的指标性生物1〕高负荷生物膜黑色到灰色，DO在1mg/L以下。2〕适当负荷生物膜线虫和寡毛虫类较多，也出现丝状菌和真菌类，灰褐色。3〕低负荷生物膜生物膜褐色4〕更新快的生物膜：生物大量生长，后生动物异常增长，红色5〕发生恶臭的生物膜：DO下降，出现恶臭3、生物膜系统运行应注意的问题防止膜过厚加大回流，借助水力冲脱过厚的膜；二级滤池串连交替进水；低频加水，使布水器转数减慢。维持较高的DO曝气池DO<4mg/L时，处理效果明显下降。DO增加可以减少厌氧层厚度，增大好氧层的比例，同时改善系统的传质条件。减少生物悬浮物设计二沉池，并且外表负荷要小。第二节生物转盘生物转盘(转盘式生物滤池)是一种生物膜法处理设备。自1954年德国建立第一座生物转盘污水处理厂后，到80年代，开展迅速。我国于70年代开始研究，已在印染、造纸、皮革和石油化工等行业的工业废水处理中得到应用，效果较好。一、生物转盘的构造主要组成：转动轴、转盘、废水处理槽和驱动装置。重要参数浸没率：45-50％；转轴高于水面10-25cm；盘片一般直径:2-3m,最大为5m，轴长通常小于7.6m，盘片净间距20-30mm；圆盘的转速采用0.8～3rpm，最正确线速以不超过20m／min为宜；生物膜厚度0.5-2.0mm。构件材质要求盘片：质轻、耐腐蚀、坚硬、不变形；可采用铝板和钢板，目前多采用聚乙烯硬质塑料或玻璃钢板。转盘可以是平板或平板与波纹交替组成。水槽：可以用钢筋混凝土或钢板制作，断面比转盘略大。驱动装置：常采用附有减速装置的电动机。根据需要，也可采用水轮驱动或空气驱动。生物转盘处理系统的特征微生物浓度高，特别是最初几级。污泥龄长，具有硝化反硝化功能。耐冲击负荷。微生物食物链较长，产泥量少。接触反响槽不需曝气，污泥也不需回流。不存在污泥膨胀的问题，机械设备简单，便于维修管理。设计合理的生物转盘，不产生滤池蝇。不散发恶臭、不出现泡沫。流态从单级转盘看是完全混合式，从多级转盘看是推流式。因此，应按完全混合－推流来考虑。三、生物转盘的进展和应用为了降低生物转盘的动力消耗、节省工程投资和提高处理设施的效果，近年来生物转盘有了新开展:主要有空气驱动的生物转盘、与沉淀池合建的生物转盘、与曝气池合建的生物转盘和藻类转盘等。第三节生物接触氧化法定义：生物接触氧化法〔淹没式生物滤池〕是在反响器内设置填料，填料淹没在水中，充氧的废水与长满生物膜的填料接触，在生物膜的作用下，废水得到净化。一、生物接触氧化法的特点填料比外表积大，附着生物量大；池内充氧条件好；不需要污泥回流，不存在污泥膨胀问题；单个接触氧化池水流流态属于完全混合式，多级并联时属于推流式；耐冲击负荷能力较强；污泥量少、污泥颗粒较大，易沉淀。二、生物接触氧化池的构造常用填料填料要求：比外表积大、空隙率高、水流通畅、阻力小，流速均匀；生物附着性好；化学和生物稳定性较强，无有害物质溶出；价格廉价，便于安装和运输等。常用填料：蜂窝状、波纹板状、软性填料、半软性填料。第四节生物流化床一、流态化原理Def.:借助流体〔液、气〕使外表生长着微生物的固体颗粒呈流态化，同时去除、降解有机物的生物膜法。当液体流过床体时，流体流速不同会出现三种情况：固定床阶段、流化床阶段和液体输送阶段。三、生物流化床优缺点优点：1.容积负荷高，抗冲击负荷能力强2.微生物活性强3.传质效果好缺点：滤料磨损严重。思考题什么是生物膜法？生物膜法有哪些特点？试述生物膜法处理废水的根本原理。生物膜法有哪几种形式？试比拟它们的优缺点。试述生物膜法处理构筑物的根本构造及其功能。生物滤池有几种形式？各适用于什么具体条件？影响生物滤池处理效率的因素有哪些？它们是如何影响处理效果的？影响生物转盘处理效率的因素有哪些？它们是如何影响处理效果的？14.污水的好氧生物处理——活性污泥法ActivatedSludgeprocesses第一节根本概念一、活性污泥活性污泥：有机废水经过一段时间的曝气后，水中会产生以好氧菌为主体的茶褐色絮凝体，称之为活性污泥。活性污泥的组成：以细菌、原生动物和后生动物所组成的活性微生物为主体，此外还有一些无机物、未被微生物分解的有机物和微生物自身代谢的残留物。活性污泥的特点:结构疏松，外表积大，对有机物有强烈的吸附凝聚和氧化分解能力。适当条件下，活性污泥还具有良好的自身凝聚和沉降性能，以菌胶团形式存在，大局部絮凝体在0.02-0.2mm范围内。二、活性污泥法的根本流程由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排放系统组成。活性污泥应具有良好的沉降和絮凝性能。三、活性污泥降解污水中有机物的过程1.吸附阶段污水与活性污泥开始接触的较短时间内〔5-10min〕，有机物被大量去除，在30min内污水的去除率可到达70％。主要作用是物理和生物吸附。2.稳定阶段微生物以有机物为养料，在有氧的条件下，将其中一局部有机物合成新的细胞物质，将另一局部有机物分解代谢，即氧化分解以获得合成新细胞所需要的能量，并最终生成CO2和H2O等。第二节气体传递原理和曝气池活性污泥法有三个根本要素：微生物、废水中的有机物、溶解氧。假设气体的溶解度低，那么阻力主要来自液膜。二、曝气设备对曝气设备的要求：良好的曝气设备除应当具有较高的动力效率和氧转移效率外，还应尽可能满足以下要求：〔a〕搅拌均匀；〔b〕构造简单；〔c〕能耗少；〔d〕价格低；〔e〕性能稳定，故障少；〔f〕不产生噪音及其它公害；〔g〕对某些工业废水耐腐蚀性强。鼓风曝气由空气净化器、鼓风机、空气输配管系统和扩散器组成。鼓风机类型：罗茨鼓风机：用于中小污水厂，噪音大，必须采取消音、隔音措施。离心鼓风机：适用于大中性污水厂，噪音小、效率高，但国内产品规格不多。扩散器类型〔1〕小气泡扩散器:微孔材料〔陶瓷、砂砾、塑料〕制成的扩散板或扩散管，气泡可达1.5mm以下。孔隙小、空气通过时压力损失大、容易堵塞。〔2〕中气泡扩散器:穿孔管或莎纶管，气泡为2～3mm。〔3〕大气泡扩散器:常用竖管，气泡直径为15mm左右。〔4〕微气泡扩散器:气泡直径在100μm左右，如射流曝气器。扩散管：扩散管是由陶质多孔管组成，其内径44－75mm，壁厚6－14mm，长60Omm，每l0根为一组，通气率为12－15m3/根·目前用软管代替陶质多孔管。机械曝气〔1〕竖式曝气机——曝气机转动轴与水面垂直，装有叶轮。原理：叶轮转动，使曝气池外表产生水跃，把水滴、水膜抛向空中，挟带空气形成汽水混合物，外表水层不断更新，氧由于浓度梯度向下层传递。安装：叶轮安装深度一般在10-100mm。〔2〕卧式曝气机——转动轴与水面平行，主要用于氧化沟。原理:钢丝或板条把大量液滴抛向空中，并使液面剧烈波动，促进氧的溶解；同时推动混合液在池内回流。安装：淹没深度为〔1/3-1/4)转刷直径。曝气设备的性能指标1〕氧转移率，单位mgO2/L.h;2〕氧吸收率/氧利用率：向混合液供给1千克氧时，水中所能获得的氧千克数，多用于鼓风曝气装置评价,单位％；3〕动力效率/充氧能力：每消耗1千瓦时动力能传递到水中的氧量，多用于机械曝气设备评价，单位kgO2/kW.h。曝气器的选择原那么：假设曝气池小，表曝机能减少动力费用，省去管道系统和鼓风机，维护管理方便。假设曝气池大，表曝机转速高，能耗随曝气池的增大而迅速增大。表曝机要求曝气池的深度不宜太大，假设曝气池中产生泡沫，将严重降低充氧能力。鼓风曝气供给空气的伸缩性较大，曝气效果较好，一般用于较大的曝气池。鼓风曝气的缺点是需要鼓风机和管道系统，曝气头易堵塞。三、曝气池的类型混合液流型：曝气池与二沉池关系：平面形状：曝气方式：推流式曝气池特点长方形廊道,长宽比一般为5－10，可两折或多折，池宽与有效水深比一般为：1－2，有效水深最小3米，最大9米。一般采用鼓风曝气;进水口一般淹没在水面以下;出水设备可用溢流堰或出水孔。完全混合式曝气池特点完全混合曝气池常采用叶轮供氧，多以圆形、方形或多边形池子作单元，长方形曝气池可以分成一系列相互衔接的方形单元，每个单元设置一个叶轮。分建式：曝气池和沉淀池分建，需设污水回流设备，但运行上便于调节。合建式：曝气池和沉淀池合建，又称曝气沉淀池，沉淀池设于外环，与中间的曝气池有回流缝相通。用地紧凑，但难于运行控制，出水水质难于保证。两种池型的结合：在推流式曝气池中，可用多个表曝机充氧和搅拌。对于每个表曝机所影响的范围内是完全混合式，但对于全池而言，又近似推流式。相邻的表曝机旋转应相反。也可设置隔板，此时表曝机的旋转应相同。四、曝气设备的性能测试1.在清水中的测试1〕开动曝气装置，使水均匀混合，投加亚硫酸纳，根据经验实际过程中投放量应比计算量过50％。2〕当水中溶解氧浓度接近0时，测定溶解氧随时间变化数据。3〕测点的选择：见教材测试一般在3次以上，有的测8－9次。在屡次测试时注意氧化钴的量。做曝气测试的同时，测定功率、水温、气压和水中氧的饱和值。2.运行条件下的测试(适合完全混合式曝气池)，公式见教材第三节活性污泥法的开展和演变1912年英国ClarkandGage发现,最早的采用SBR工艺。一、传统曝气法传统推流式活性污泥法的特点：a.废水中污染物浓度自池首至池尾逐渐下降；废水降解反响的推动力较大，降解效率较高；b.推流式曝气池可采用多种运行方式；c.曝气池面积大，不易短路，适合于处理大水量；d.氧的利用率不均匀，入流端高，出流端低，会出现池尾供气过量的现象，增加动力费用。二、渐减曝气三、分步曝气法分步曝气，又叫阶段曝气法，采用分点进水方式。四、完全混合法在搅拌的作用下，废水迅速与池中原有的混合液充分混合，因此混合液的组成、微生物群的量和质是完全均匀一致的。完全混合式活性污泥法的特点：抗冲击负荷能力强，池内混合液对废水起稀释作用；全池需氧要求相同，能节省动力；曝气池和沉淀池可合建，不需要单独设置污泥回流系统，便于运行管理；废水降解反响的推动力较大，效率较高；连续进水、出水可能造成短路，易引起污泥膨胀；池容积不能太大，一般用于处理水量较小的情况，比拟适宜处理高浓度有机废水。五、浅层曝气法

〔又名殷卡曝气，瑞典研制〕气泡在形成与破碎的一瞬间，氧转移率最高．与其在液体中的移动距离无关。据德国埃姆歇实验站的测定结果，深度与单位能量吸氧率的关系：结论：在浅层处曝气，氧传递速率较高。为了使液流保持一定的环流速率，将空气扩散器分布在曝气池相当局部的宽度上，并设一条纵墙，将水池分为二局部，迫使曝气时液体形成环流。曝气原理如图：曝气深度：0.6－0.8m池深：3-4m深宽比：1.0－1.3六、深层曝气分为一般深层曝气和深井曝气一般深层曝气水深可到达10-20m。深井曝气水深可达50－150m，直径1.0-1.6m。主要效益：(1)水压增大，提高混合液的饱和溶解氧浓度，加快氧的传递速率，有利于活性污泥微生物的增殖和对有机物的降解；(2)曝气池向竖向深度开展，减少占地面积。深井曝气曝气池分成两个局部，下降管和上升管。污水及污泥从下降管导人，由上升管排出。采用空气循环的方法启动，先在上升管中比拟浅的部位输入空气，使液流开始循环，待液流完全循环后，再在下降管中逐步供给空气。特点：1〕气液紊流大，液膜更新快，2〕氧利用率高，DO饱和度随深度的增加而增加，3〕气液接触时间长。七、高负荷曝气或变型曝气又称短时曝气活性污泥法或不完全处理活性污泥法，假设出水要求不高，可以局部处理。曝气池中污泥量约为300－500mg/L；曝气时间约为2－3小时；处理效率约为65％。八、克劳斯〔Kraus〕法把厌氧消化池中的上清液加到回流污泥中一起曝气，解决由于碳水化合物负荷过高，微生物缺氮造成的污泥膨胀现象。原理：消化池上清液富含氨氮，提供生物所需氮，消化污泥比重大，可改善污泥沉淀性能。九、延时曝气法曝气时间长，约24-48h。曝气池中污泥浓度高，约3-6g/L，污泥负荷低。微生物处于内源呼吸阶段，剩余污泥少而稳定，无需消化，可直接排放。BOD去除率75-95%。运行时对氮、磷的要求低，适应冲击的能力强。常不设沉淀池。适于污水量小的场合。十、接触稳定法〔吸附再生法〕可提高容积负荷，抗冲击负荷能力强。最适于处理含悬浮和胶体物质较多的废水，如制革废水、焦化废水等。不适于溶解性物质含量较高的污水。十一、氧化沟又称循环曝气法，是延时曝气的一种形式特点：流态上介于完全混合与推流之间可考虑不设初沉池负荷较低，当用转刷曝气时，水深不超过2.5m，沟中混合液流速0.3-0.6m/s。氧化沟优点对水质、水温、水量有较强的适应性；污泥龄长，可完成脱氮除磷；污泥产率低，稳定，不需消化处理；简化了预处理，占地面积少。可以不设初次沉淀池，污泥不需要厌氧消化；曝气方式和构造形式多种多样的。十二、纯氧曝气池优点：容器密闭，溶解氧饱和浓度高，氧传递速率增加。污泥的沉淀性能好。曝气时间短，约1.5-3.0h，MLSS较高，约4000-8000mg/L。纯氧曝气池的缺点装置复杂，运转管理麻烦。水池严格密封，施工要求高。如进水引入大量的碳氢化合物，易爆炸。生成的二氧化碳会导致pH值下降。十三、活性生物滤池〔ABF〕工艺十四、吸附-生物降解工艺〔AB〕未设初沉池，B段由曝气池和二次沉淀池组成，A、B段具有独立的回流系统，A级以高负荷运行，B级以低负荷运行，A级曝气池停留时间短，30-60min，B级停留2-4h。十四、序批式活性污泥法〔SBR法SequenceBatchReactor〕SBR工艺优点：组成简单，不设二沉，无污泥回流；耐冲击负荷，无需设调节池；反响推动力大，出水水质好；运行操作灵活，可脱氮除磷；泥沉淀性好，有效防止污泥膨胀；可用计算机控制，便于自控，易于维护管理。第四节、活性污泥法的设计计算曝气池的选型:理论上推流式优于完全混合式，实际中根据具体情况而定，可灵活选择。二者处理效果旗鼓相当。曝气池的计算:正在从经验方法向理论方法过渡，目前处于经验和理论的结合。1.有机负荷率活性污泥负荷率：单位重量活性污泥单位时间承受的BOD5量。容积负荷：单位容积曝气区所承受的BOD5量。去除负荷：单位重量的活性污泥单位时间内去除有机物的量。计算公式见教材第五节、活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题1、水力负荷污水流量随时间变化，白天顶峰，夜间低谷，夏季大冬季小，城市越小变化幅度越大。一般顶峰流量为设计值的200％，最低值为设计值的50％。合流制管道系统需设雨水调节池。应考虑备用泵台数。水力负荷的变化将影响曝气池和二沉池。〔影响停留时间和出水水质〕2、有机负荷最早以经验值为参数，目前以污泥的有机负荷率N为设计参数。活性污泥法中，设计的污泥负荷率一般不大于0.5Kg〔BOD5)/Kg〔MLSS〕/d；如果要求氮素转入硝化阶段，一般采用0.3Kg〔BOD5)/Kg〔MLSS〕/d。高负荷系统产泥量大，污泥的负荷率在1Kg〔BOD5)/Kg〔MLSS〕/d以上，一般不主张采用。3、微生物浓度污泥量并不是微生物活细胞量，污泥量增加意味着泥龄的增加，污泥中活细胞的比例减少；过高的微生物浓度在后续的沉淀池中难于沉淀，影响出水水质；曝气池污泥量的增加，要求有更高的氧传递速率。传统活性污泥法采用鼓风曝气时，曝气池中MLSS在2000mg/L左右最适宜。4、曝气时间通常情况下，城市污水的最短曝气时间为3h;曝气池较小时，曝气设备按系统的负荷峰值控制设计的；长时间曝气能降低剩余活性污泥量，这样的系统更能适应冲击负荷，但曝气池容积增大。5、微生物平均停留时间〔MCRT〕微生物平均停留时间又称污泥龄，是工作着的活性污泥总量同每日排放的剩余污泥量的比值，单位为d。停留时间应足够长，促使微生物很好的絮凝；过长反而促使絮凝条件变差；微生物停留时间还有助于说明污泥中微生物组成；不同工艺中微生物平均停留时间与水力停留时间的关系：6、氧传递速率外表曝气是把液相散布于连续的气相中，而水下曝气那么是把微小气泡散布于连续的液相中。氧气传递过程：氧传递到水中以及氧传递到微生物膜外表。因此曝气设备不仅要提供充足的氧，同时要创造足够的紊动条件，以剪切活性污泥絮体，使围在污泥絮体中的细菌得到氧气。在水下曝气中，要提高氧传递速率，就要尽可能的保证气体分布在最宽的断面上，同时要保证污泥悬浮状态。7、回流污泥浓度SVI:活性污泥体积指数，指曝气池混合液沉淀30min后，每单位重量干泥形成的湿泥的体积，常用单位mL/g。测定方法：在曝气池出口取混合液试样测定混合液的MLSS测污泥沉降比〔SV%)-30分钟沉淀率。SVI=SV(mL/L)/MLSS(g/L)SVI反响污泥的沉降浓缩性能，一般以介于50－150之间为宜，SVI过低说明泥粒细小，无机物含量高，缺乏活性；SVI过高，说明污泥沉降性能不好，并且有产生膨胀的可能。8、回流污泥率要求MLSS浓度越高，污泥回流量也越大。污泥回流量高，增大二沉池负荷，缩短沉淀时间，降消沉淀效率。研究说明，常量的污泥回流比变量回流更好。保持常量回流，并使回流量控制在相对较低的流量上，能自动调节入流量和有机负荷的变化。9、曝气池的构造狭长曝气池是考虑以连续流池代替间歇池；漩流池设置隔板，防止短流；曝气池横断面四角做成内圆，有利于旋转并防止死角，减少水头损失。推流曝气池实质上类似串连的完全混合池，曝气池很大的完全混合池类似推流曝气池。10、pH和碱度活性污泥通常在pH＝6.5-8.5运行。碱度来自于污水中蛋白质代谢产生碳酸氨碱度和天然水中碱度。工业污水缺少蛋白质，易产生pH值过低问题，可以用碱或者石灰直接添加到曝气池中。pH低于6时，刺激霉菌和其它真菌的生长，抑制细菌的繁殖。丝状菌的沉淀性能差，易使微生物随水流带走。11、溶解氧的浓度当耗氧速率超过实际的氧传递速率时，代谢速率受氧传递速率控制；理论上剩余氧约1mg/L时，硝化反响就足够了；水中溶解氧在0.1-0.3mg/L，单个悬浮的好氧细菌就足够了，但要想絮体内部溶解氧到达0.1-0.3mg/L，混合液溶解氧的浓度要保持造0.5－2mg/L。过分曝气，虽溶解氧浓度高，导致絮状态体破裂，出水浊度升高。12、污泥膨胀及其控制污泥膨胀：指活性污泥的凝聚性和沉降性恶化，以及处理水混浊的现象。描述污泥膨胀程度指标有:沉降比〔SV)、污泥体积指数(SVI)。污泥膨胀可大致分为丝状菌性膨胀和非丝状菌性膨胀。丝状菌性膨胀:当丝状菌过多，长出一般絮体的边界而伸入混合液时，其架桥作用阻碍了絮体间的密切接触，致使沉降较慢，密实性差和SVI高。非丝状菌性膨胀:同样SVI高，污泥内难以沉淀、压缩。此时的处理效率仍很高，上清液也清澈。引起丝状菌性污泥膨胀的主要因素(1)污水水质如碳、氮、磷比例失调或含硫化物高，pH低等，水温高。(2)运行条件污泥负荷、DO。〔3〕工艺方法完全混合工艺比传统推流式易发生污泥膨胀；间歇曝气池最不易发生污泥膨胀；不设初沉池的工艺不易发生膨胀；叶轮式机械曝气比鼓风曝气易发生膨胀。射流曝气的供氧方式可以有效的克服污泥膨胀。引起非丝状菌污泥膨胀的原因主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高时。此时，细菌吸取了大量营养物，但代谢速度慢，就积贮起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的外表附着水大大增加，致使SVI升高，形成污泥膨胀。抑制污泥膨胀的方法预防就要加强管理，及时监测水质、SV、SVI、DO等，发现异常情况，及时采取措施。污泥发生膨胀后，要针对发生膨胀的原因，采取相应的制止措施：当进水浓度大或出水水质差时，应加强曝气提高供氧量，最好保持曝气池溶解氧在2mg／L以上；调整pH值；曝气池中含碳高而碳氮比失调时，投加含氮化合物；投加化学药剂〔凝聚剂、黄泥、漂白粉、液氯等〕；沉砂池后跳跃初沉池，直接进入曝气池。〔二〕污泥上浮1、污泥脱氮上浮措施：减少曝气，防止硝化出现；及时排泥，增加回流量，减少污泥在沉淀池中的停留时间；减少曝气池进水量，以减少二沉池中的污泥量。2、污泥腐化上浮沉淀池内污泥由于缺氧而产生厌氧分解——产生CH4、CO2附着在污泥体上——污泥比重变小而上浮。原因：二沉池内污泥停留时间过长；局部污泥堵塞。措施：加大曝气量，以提高出水溶解氧含量；疏通堵塞，及时排泥。〔三〕污泥的致密与减少致密的原因：进水中无机悬浮物突然增多；环境条件恶化，有机物转化率降低；有机物浓度减少。减少的原因：有机物营养减少；曝气时间过长；回流比小而剩余污泥排放量大；污泥上浮而造成污泥流失等。解决方法：投加营养料；缩短曝气时间或减少曝气量；调整回流比和污泥排量；防止污泥上浮，提高沉淀效果。(四)泡沫问题当废水中含有外表活性剂时，会在曝气池外表形成大量泡沫，严重时泡沫层可高达1m多。危害：外表曝气时，隔绝空气与水接触，减小叶轮的充氧能力；在泡沫外表吸附大量活性污泥固体时，影响二沉池沉淀效率，恶化出水水质；有风时随风飘散，影响环境卫生。措施：在曝气池上安装喷洒管网，用压力水；定时投加除沫剂(如机油、煤油等)以破除泡沫。油类物质投加量控制在0.5～1.5mg／L范围内；提高曝气池中活性污泥的浓度。第六节二次沉淀池二沉池功能：泥水别离和污泥浓缩根据实验，Dick等人推导出设计计算二沉池的方法：A.通过实验中成层沉降速度，可推算二沉池的外表积；B.根据沉速是固体浓度的函数及物料平衡原理，推算二沉池外表面积，取A、B最大值为实际设计值。实际情况并非如此实际情况：二沉池普遍存在四个区和两个界面〔泥水界面和压缩界面〕混合液进入二沉池立即被稀释，形成一个絮凝区。絮凝区和清水区有一泥水界面。成层沉降区，固体浓度根本不变，沉速根本不变。污泥压缩区与成层沉降区有一明显界面，固体浓度突变。二沉池的设计计算计算澄清区面积采用污水最大时流量作为设计流量。二沉池沉淀效率参数应等于成层沉淀时速，通常用经验数据，0.3-0.5mm/s.当MLSS高时采用较低值。思考题简述活性污泥法的根本概念和根本流程。曝气设备的作用是什么？如何分类？如何测试曝气设备的性能？活性污泥法有哪些主要运行方式，各种运行方式的特点是什么？〔限五种〕影响活性污泥运行的主要因素有哪些？这些因素的作用是什么？它们内在联系如何？产生活性污泥膨胀的主要原因是什么？曝气池和二沉池的作用和相互联系是什么？15.废水的厌氧生物处理TheAnaerobicBiologicalProcesses第一节厌氧生物处理的根本原理废水厌氧生物处理：在无分子氧条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生物〕的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，又称厌氧消化(anaerobicdigestion)。厌氧与好氧过程的根本区别：以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。厌氧生物处理的菌群：水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌。酸化阶段与气化阶段酸化阶段显著特征是液态污泥的pH值迅速下降，不到10d，降到最低值；产物中有机酸是主体，在一个月左右，到达最高值。气化阶段产生消化气，主体是CH4，因此气化阶段常称甲烷化阶段，CO2含量较多，还有微量H2S。甲烷菌特性在工程技术上，研究甲烷细菌的通性有助于打破厌氧生物处理过程分阶段的现象，从而最大限度地缩短处理过程的时间。影响甲烷菌生长的重要环境因素：pH值和温度。最适pH值为6.8-7.2，最适温度为35℃-38℃产乙酸细菌和产甲烷细菌之间具有严格的共生关系。甲烷细菌是专性厌氧菌。与产酸菌相比．甲烷菌对