水污染防治工程基础与实践周军版.ppt

1、注册环保工程师专业考试复习教材,水污染防治工程基础与实践 周 军 北京城市排水集团有限责任公司 Tel/,注册环保工程师专业考试复习教材,水污染防治工程基础与实践 (第一章) 周 军 北京城市排水集团有限责任公司 Tel/,讲义结构 本部分涉及3个方面 工程基础 污水物理化学处理工程基础 污水生物处理工程基础 工程实践 城市污水处理工程实践 工业废水处理工程实践 污水再生利用工程实践 污水自然净化工程实践 相关环境法规、标准和技术政策,注册环保工程师专业考试,第一章污水物理化学处理工程基

2、础 基本要求： 掌握混凝、沉淀和气浮的技术和方法。 掌握过滤的过程和方法。 熟悉吸附的过程和方法，了解主要吸附 剂的性能与影响因素。,熟悉离子交换的技术与方法，了解主要离子交换剂的性能。 熟悉膜分离的技术和方法，了解膜及膜组件的分类和性能。 熟悉中和及化学沉淀的技术和方法。 了解氧化还原处理技术；熟悉消毒机理和方法。 了解萃取、吹脱和汽提的技术要点。,1.1 混凝,1.定义 通过投加混凝剂使水中难以自然沉淀的胶体物质以及细小的悬浮物聚集成较大的颗粒，使之能与水分离的过程称为混凝。 凝聚、絮凝、混凝的区分 凝聚:胶体表面性质改变 絮凝:沉淀过程 混凝:上两者的整个过程,图1-1 胶体双电层结构示

3、意图,混凝过程的控制参数为： 混合池：G5001000s-1 T1060s（若需要延长搅拌时间， 但一般均小于2min） GT（13）104 絮凝池：G2070s-1 T1520min GT104105,2.原理 1)基本原理 胶体的基本性质（双电层结构、表面电荷、稳定性） 混凝动力学 布朗运动和流体运动；异向絮凝和同向絮凝 。 2)混凝机理 电性中和(压缩双电层、吸附电中和） 吸附架桥 沉淀物的卷扫（网捕）,3.主要影响因素 水温 pH值 水中杂质的性质、组成和浓度 碱度 CaO3aX 式中：CaO纯石灰投量，mmol/L； a混凝剂投量，mmol/L； X原水碱度，CaO mmol/L计；

4、 剩余碱度，一般0.250.5 CaO mmol/L。,4.混凝剂的配制与投加 凝聚剂的投配方式可采用湿投法或干投法，一般多采用湿式投加。整个系统包括药剂溶解、配制、计量、投加和混合等。当采用液体混凝剂时可不设溶解池，药剂储存于储液池后直接进入溶液池。 5. 混合和絮凝的基本要求和方式,1.定义 利用某些悬浮颗粒的密度大于水的特性，将其从水中去除的过程称为沉淀。 2.分类 自由沉淀 絮凝沉淀 拥挤沉淀（分层沉淀） 压缩沉淀,1.2.1 沉淀,3.沉降试验 自由沉淀试验,图1-2 颗粒沉速累计频率分配曲线,絮凝沉淀（干扰沉淀）试验,图1-3 絮凝沉淀的等效率曲线,拥挤沉淀试验 矾花浓度超过2-3

5、g/L时，或活性污泥的浓度超过1g/L时，将产生拥挤沉淀的现象。,图1-4 拥挤沉淀试验图,图1-5 拥挤沉淀试验中界面高度的变化,3.沉淀池分类及分类标准： 1)按池内水流方向的不同，可分为平流式沉淀池， 辐流式沉淀池和竖流式沉淀池。 2)按在工艺流程中位置不同，可分为初次沉淀池和二次沉淀池两种。 3)按截除颗粒沉降距离不同，可分为一般沉淀和浅层沉淀。斜管沉淀池和斜板沉淀池为典型的浅层沉淀。,4.典型沉淀池 1)平流式沉淀池 优缺点：优点是构造简单，造价较低，操作管理方便，平面布置紧凑，施工较简单，沉淀效果稳定，对原水适应性强，机械排泥设施的安装维修较方便，大、中和小型污水处理厂均可采用。主

6、要缺点是占地面积较大。,图2-1-15 平流式沉淀池,图1-6 平流式沉淀池,相关计算 水区计算 理论： 实际： 污泥区计算： 泥区容积,1)辐流式沉淀池 优缺点 优点: 多为机械排泥，运行可靠，管理简单；排 泥设备已定型；适用大、中型污水处理厂。 缺点：机械排泥设备复杂，对施工质量要求高。,设计要求和参数选择 表面水力负荷、沉淀时间和出水堰口负荷的要求 均与平流式沉淀池相同。 池径不宜小于16m。 池子直径（或正方形的一边）与有效水深的比值 宜为612。 池底坡度，一般采用0.05。 沉淀污泥的机械排出方式，有只刮不吸和边刮边 吸之分，后者靠静水压或空气提升，将所刮沉淀 汇入排泥管。,3)竖

7、流式沉淀池 竖流式沉淀池的优缺点 优点：排泥方便，管理简单，占地面积小。 缺点：池深大，施工困难；对冲击负荷和温度变化 适应能力较差；池直径过大时布水不均匀。 只适用于小型污水处理厂。,设计要求和参数选择 表面水力负荷、沉淀时间以及出水堰口负荷与平 流式沉淀池相同。 水池直径（或正方形的一边）与有效水深之比不 大于3。池子直径不大于8m，一般为47m。 中心管内流速不大于30mm/s。 中心管下口应设有喇叭口和反射板；喇叭口和反 射板的设计要符合有关规定。 污泥斗和排泥管均按有关要求设计。,4)斜板(管)沉淀池 分类 按水流方向与颗粒的沉淀方向之间的相对关系，可分为： 侧向流斜板(管)沉淀池，

8、水流方向与颗粒沉淀方向互相垂直； 同向流斜板(管)沉淀池，水流方向与颗粒沉淀方向相同； 逆或异向流斜板(管)沉淀池，水流方向与颗粒沉淀方向相反。,应用条件 受占地面积限制的小型污水处理站，作为初沉池使用。 已建污水处理厂挖潜或扩大处理能力时采用。 不宜作为二沉池使用，主要原因是活性污泥粘度大，易因污泥的粘附而影响沉淀效果，甚至发生堵塞斜板(管)的现象；若二沉池底部发生厌氧反应，产生的气体上升会干扰或破坏污泥的沉淀。,设计要求和参数选择 异向流斜板(管)沉淀池的表面水力负荷一般为普通沉淀池的2倍。 斜板垂直净距应为80100mm，斜管直径应为5080mm。 斜板(管)长为1.01.2m。 斜板(

9、管)的倾角为60。 斜板(管)底部缓冲层的厚度为0.51.0m。 斜板(管)上部水深为0.51.0m。 用作初沉池时池内水力停留时间不大于30min。 进(出)水方式及冲洗措施应符合要求。,1.2.2 澄清池,1.澄清池原理 2. 澄清池的类型与特点 澄清池按池中水与泥渣的接触情况，分为循环 (回流)泥渣型和悬浮泥渣(泥渣过滤)型两大类。,图1-7 机械搅拌澄清池,图1-8 水力循环澄清池,机械搅拌澄清池,图1-9 悬浮澄清池,图1-10 脉冲澄清池,污泥浓缩工艺主要有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩三种方式，国内目前应用较多的是重力浓缩。 1. 浓缩的目的 2. 重力浓缩池的分类,1.2.3 浓

10、缩,1.沉砂目的及原理 2.沉砂池的类型及特点 1)平流沉砂池 2)曝气沉砂池,1.3 沉砂,图1-11 曝气沉砂池剖面图,3)钟式沉砂池,图1-12 悬浮澄清池,1.4 隔油,1. 原理 W，0分别为水与油珠的密度，gcm3； d可上浮最小油珠的粒径，cm； 水的绝对粘滞性系数，Pas； g重力加速度，cms2； 考虑废水悬浮物引起的颗粒碰撞的阻力系数， 值可取0.95； u静止水中直径为d的油珠的上浮速度，cm/s； 废水油珠非圆形的修正系数，一般为1.0。,2. 隔油池构造和工作原理,图1-13 斜板隔油池,3. 隔油池的设计参数 1)平流隔油池 平流隔油池宜用于去除粒径不小于150m的

11、油珠， 设计应符合下列要求： 污水在池内的停留时间应为1.52h； 污水在池内的水平流速应为25mm/s； 单格池宽不应大于6m，长宽比不应小于4； 有效水深不应大于2m，超高不应小于0.4；,刮油刮泥机，刮板移动速度不大于2m/min； 排泥管直径不应小于200mm，管端可接压力 水管冲洗排泥管； 集油管直径宜为200300mm，当池宽在4.5m 以上时，集油管串联不应超过4条； 在寒冷地区，集油管及油层内宜设加热设施； 隔油池宜设非燃烧材料制成的盖板，并宜设置灭 火设施。,2)斜板隔油池 斜板隔油池宜用于去除粒径不小于80m的油珠， 斜板隔油池的设计应符合下列要求： (1) 表面水力负荷宜

12、为0.60.8m3/m2h； (2) 斜板净距宜采用40mm，倾角不应小于45； (3) 池内应设收油、清洗斜板和排泥等设施； (4) 斜板材料应耐腐蚀、不沾油和光洁度好。,1.5 气浮,1.气浮原理,W1，2(1cos),图1-14 斜板隔油池,2.气浮的影响因素及提高气浮效果的措施 1)气泡直径； 2)溶解性无机盐类 ； 3)悬浮物质的亲、疏水性 3.气浮法的分类 电解气浮法、散气气浮法 、溶气气浮法 4.气浮法的优缺点,5.加压溶气气浮法 1)全溶气流程,1原进水；2加压泵；3空气加入；4压力溶气罐(含填料层)；5减压阀； 6气浮池；7放气阀；8刮渣机；9集水系统；10化学药剂,图1-1

13、5 全溶气加压溶气气浮流程,2)部分溶气流程,1原水进入；2加压泵；3空气进入；4压力溶气罐(含填料层)；5减压阀； 6气浮池；7放气阀；8刮渣机；9集水系统；10化学药剂,图1-16 部分加压溶气气浮流程,3) 回流加压溶气流程,1原水进入；2加压泵；3空气进入；4压力溶气罐(含填料层)；5减压阀； 6气浮池；7放气阀；8刮渣机；9集水管及回流清水管,图1-17 回流加压溶气气浮流程,6.气浮池形式 平流式气浮池,1溶气水管；2减压释放及混合设备；3原水管；4接触区；5分离区； 6集水管；7刮渣设备；8回流管；9集渣槽；10出水管,图1-18 有回流的平流式气浮池,竖流式气浮池,1溶气水管；

14、2减压释器；3原水管；4接触区；5分离区；6-集水管；7-刮渣机；8-水位调节器；9-排渣管,图1-19 竖流式气浮池,7.气浮法的应用 在石油化工、纺织、印染、机械化工、拆船和食品等行业获得广泛应用。,图1-20 油轮洗舱废水处理流程,1.6 过滤,1.过滤原理 2.过滤周期及反冲洗 3.滤池的基本构造 4.滤池的分类 5.城市污水三级处理中过滤单元的设计要点 6.滤池的反冲洗 7.滤池池型 8.滤池的设计参数,滤池池型,1)压力滤池 2)微孔筛滤机,图1-22 微孔筛滤机构造,图1-21 压力滤池构造,滤池的设计参数,1)滤层 单层滤料：石英砂 有效粒径 1.2-2.4mm； 滤层厚度 1

15、200-1600mm 不均匀系数为1.2-1.8。 双层滤料：石英砂 有效粒径 0.6-1.2mm； 滤层厚度 600-800mm； 不均匀系数为1.4。 无烟煤 有效粒径 1.2-2.4mm； 滤层厚度 600-800mm； 不均匀系数为1.8。,滤池的设计参数,2)滤速：6-10m3/m2h。 3)反冲洗： 气水联合冲洗：气 13-17L/m2s，水 6-8L/m2s，历时4-8min；水冲洗：6-8L/m2s，历时3-5min；表面冲洗：0.5-2.0L/m2s，历时4-6min。 4)工作周期：12h。,1.7 吸附过程和方法,1.吸附原理 吉布斯（Gibbs）方程式表示： 2)吸附的

16、类型 3)吸附等温线和等温式,图1-22 吸附等温线形式,I型 ： 朗格谬尔公式： 弗兰德利希经验公式： 型 ： BET公式 ：,2.吸附操作方式 （静态和动态 ） 3.吸附床的设计 1)吸附试验 确定吸附容量 、吸附速率 、装置 2)主要设计参数,3.常用吸附剂及影响吸附的主要因素 1)常用吸附剂 活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、硅藻土等 2)影响吸附因素 （以活性炭为例） 活性炭吸附剂的性质 、吸附质的性质 、废水pH值 、共存物质 、温度 、 接触时间,1.8 离子交换,1.离子交换的基本原理 1)离子交换树脂的构造 2)离子交换树脂的性能 交换容量（全交换容量 、工作交换容量

17、） 离子交换树脂的选择性 强酸阳离子树脂： Fe3+ Cr3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ K+ = NH4+ Na+ H+ Li+ 弱碱阴离子树脂： OH SO42 NO3 Cl F HCO3 HSiO3,离子交换平衡 以RH与水中Na的交换反应式为例： 平衡常数为： 式中： RH、RNa反应平衡时，树脂中H、 Na的浓度，mmol/g(干树脂)； H+、Na+反应平衡时，水中H、Na的浓度，mmol/L。,2.离子交换装置运行方式 按运行方式不同，离子交换装置可分为固定床和连续床两大类。固定床又分为单层床、双层床和混合床；连续床又分为移动床和流动床。,（a）顺流再生；（b）逆流再生图,图

18、1-23 固定床交换器再生方式,图1-24 双塔式移动床系统,3.离子交换工艺的设计 1)离子交换器的进水预处理 预处理的对象包括离子交换器进水的水温、pH值、悬浮物、油类、有机物、引起树脂中毒的高价离子和氧化剂等。 2)离子交换树脂的选用 交换容量 、进水水质 、离子交换器的运行方式 3)离子交换树脂工艺设计参数 参阅给水排水设计手册第四册“工业给水处理”,4.离子交换法在废水处理中的应用 例：含锌废水的处理 交换及再生反应 式：,图1-25 某化纤厂处理含锌废水流程,1.9 膜分离的技术与方法,1.膜分离法的原理及分类 利用膜的选择透过性能将离子或分子或某些微粒从水中分离出来的过程称为膜分

19、离过程。用膜分离溶液时，使溶质通过膜的方法称为渗析，使溶剂通过膜的方法称为渗透。,表1-1 水处理中常用膜分离法分类,2.电渗析 1)电渗析的原理,图1-26 含镍废水电渗析原理图,2)离子交换膜和电渗析装置 离子交换膜主要性能指标 离子选择透过性高，实用离子交换膜要求离子迁 移数在90以上； 膜电阻低、导电性能好； 具有较高的交换容量，一般为1.02.5摩尔千 克(干)。 尺寸稳定，膨胀和收缩性应尽量地减小而且均匀；, 有足够的机械强度，一般要求膜的爆破强度大于 0.3兆帕； 有良好的化学稳定性，耐酸、碱及抗氧化的能力 强； 离子的反扩散和水的渗透量要小。 电渗析离子交换膜分类： 按膜的结构

20、形式分为异相膜、均相膜和半均相膜； 按膜上活性基团不同分为阳膜、阴膜和特种膜； 按膜材料不同分为有机膜和无机膜。,3)电渗析器运行的工艺参数 电流效率 电流密度 电渗析器工作时，单位膜面积上通过的电流称为电流密度J。运行电渗析器时，当电流密度达到一定值，界面层离子迁移速度远低于膜内离子迁移速度，迫使膜界面处水分子发生电离，依靠氢离子和氢氧根离子来传递电流，这种膜界面现象称为浓差极化。此时的电流密度称为极限电流密度。,极化 由实验得出的极限电流密度简化公式如下： 式中：Jlim极限电流密度，mAcm2； v淡水室中的水流平均速度，cms； Cp淡室中的离子浓度的对数平均值，mol/L； k电渗析

21、器的水力特性系数，与膜性能、隔板厚 度、隔网形式、水的离子组成和水温等因素有关； n流速指数，一般为0.50.9； E物质的化学当量； M物质的分子量。,4)处理废水的电渗析器的特点 在给水处理中应用的电渗析器，只回收淡水和只关注淡水水质，水的回收率一般为5070；而应用电渗析处理废水时，有时淡水和浓水均可回收利用，水的回收率高；有时浓水的利用价值高于淡水。 在给水处理中应用的电渗析器同时并只含有阳膜和阴膜，并以膜对形式存在；而在废水处理中，电渗析器用膜的种类较多，有阳膜、阴膜、中性膜和复合膜等，根据处理对象组成和处理目的不同而有不同的膜组合形式。,在给水处理中，关注电渗析电极反应多半是为了防

22、止电极反应的负面影响，而在废水处理中，有时是利用电极反应来达到处理废水和回收有用物质的目的。 5)电渗析在废水处理中的应用 电镀车间应用电渗析处理电镀废水取得了较好的效果。有的车间既回收了重金属，又使水的重复利用率有较大提高。,3.反渗透 1)反渗透的原理 溶解扩散理论 该理论假定反渗透膜是无缺陷的致密无孔膜，溶剂与溶质都能在膜中溶解，然后在浓度或压力造成的化学位差推动下，水从膜一侧向另一侧进行扩散，直到透过膜。溶质和溶剂在膜中的溶解扩散过程服从菲克定律。,优先吸附毛细孔流理论 该理论假定膜有微孔，膜层有优先吸附水而排斥盐的化学特性，使膜表面及膜孔内形成一几乎为纯水的溶剂层，该层优先吸附的水在

23、压力作用下，连续通过膜。 氢键理论 该理论认为，作为反渗透的膜材料必须是亲水性的，并能与水形成氢键。水在膜中的迁移主要是扩散。,2)反渗透膜及反渗透装置 反渗透膜 反渗透膜是种只允许水分子通过的半透膜(选择透过性膜)。分为酸纤维素膜(CA膜) 、芳香聚酰胺复合膜 、复合膜 反渗透装置 反渗透装置主要有板框式、管式、卷式和中空纤维式四大类，近年来国外又开发出盘式或碟式装置。,3)反渗透处理的工艺参数 原液状态参数包括总含盐量、各组分含量、pH 值、温度、悬浮物、粘度和微生物量等。 膜性能参数包括膜的脱盐性能、机械强度、pH值稳定范围和耐热性等。 化学工程参数包括产水量、产水水质、操作压力、原液流

24、速、膜清洗、膜更换和能耗等。 4)反渗透在废水处理中的应用 电镀废水（镀镍、镀铬废水）、食品加工废水如制糖废水、水产品加工废水以及某些污水的深度处理等,4.超滤 1)超滤原理 超滤和反渗析和微滤都是在静压差推动力作用下进行水和其中的溶质分离的膜过程。这三种膜分离过程去除微粒的粒径从大到小依次为微滤、超滤和反渗透。,图1-27 超滤原理示意图,2)超滤膜与超滤装置 超滤膜 : 5100纳米 3)超滤工艺参数 膜通量、膜清洗和膜寿命。 4)超滤在废水处理中的应用 喷漆废水、金属加工废水和食品工业废水的处理和有用物质的回收,5.微滤 1)微滤原理 2)微滤膜和微滤装置 3)微滤的应用 电子行业 、医

25、药卫生行业 、海水淡化 、水处理 等 4)特性,1.10 中和,1.酸碱中和及pH调节的基本原理 酸性废水的中和方法可分为：（1）与碱性废水互相中和，（2）药剂中和及（3）过滤中和； 碱性废水的中和方法可分为：（1）与酸性废水互相中和或（2）药剂中和。 酸性废水中和处理采用的中和剂有石灰、石灰石、白云石、苏打、苛性钠等。 碱性废水中和处理则通常采用盐酸和硫酸。,2.酸碱废水中和法 1)中和能力的计算 酸碱废水互相中和，中和能力遵守等当量定律， Q1 C1= Q2 C2 式中：Q1酸性废水流量，Lh； C1酸性废水酸的当量浓度，克当量升； Q2碱性废水流量，Lh； C2碱性废水碱的当量浓度，克当

26、量升。,3.药剂中和法(药剂的选择) 4. 过滤中和法 酸性废水流过碱性滤料时与滤料进行中和反应的方法称为过滤中和法，过滤中和法仅用于酸性废水的中和处理。碱性滤料主要有石灰石、大理石、白云石等。中和滤池分普通中和滤池、升流式膨胀中和滤池和过滤中和滚筒三类。 优点：操作简单，出水pH值比较稳定，沉渣量少 缺点：废水的酸浓度不能太高,1.11 化学沉淀,1.基本原理 2.沉淀法分类 1)氢氧化物沉淀法 2)硫化物沉淀法 3)碳酸盐沉淀法 3.实际应用 碱锌酸盐镀锌废水处理 在反应池中用H2SO4将废水pH值调至8.59.0，废水中锌很快转化为Zn(OH)2白色沉淀，而分离出的Zn(OH)2再遇到N

27、aOH溶液又溶解。,可返回镀槽再利用。沉淀池上清液中Zn2浓度很低，可作为镀前清洗水再利用。,图1-28 镀锌废水处理流程,1.12 氧化还原,1.原理 通过氧化还原反应将废水中溶解性的污染物质去除的方法称为废水氧化还原法处理。 在化学反应中，失去电子的过程叫做氧化，得到电子的过程叫做还原。 2.氧化法 分类： 氯氧化法、臭氧氧化法、过氧化氢氧化法 光氧化法、湿式氧化法 、电解法 3)还原法,例：臭氧处理含氰废水,图1-29 臭氧处理含氰废水工艺流程,1.13 萃取、吹脱和汽提,1.萃取法 1)基本原理 2)萃取工艺流程 生产实际中应用的萃取工艺有单级萃取、多级错流萃取和连续逆流萃取 3)萃取

28、法处理废水的应用 多种重金属废水可以用萃取法处理。,图1-30 多级错流萃取流程示意图,图1-31连续逆流萃取,2.吹脱法 1)基本原理 2)吹脱法处理废水的工艺组成 3)吹脱法处理废的应用 吹脱除氮,图1-32 水中NH4+ 和NH3的存在比例,图1-33 NH3吹脱塔,3.汽提法 1)基本原理 2)分类 3)汽提塔 4)汽提法处理废水的应用 例：汽提法处理含氰废水 某焦化厂终冷器排出的废水中含氰达150200mg/L。废水经预热后在汽提塔内与蒸气逆流相遇。塔内装有1215块浮阀塔板，借以强化传质过程，使氰化氢迅速解吸出来。由塔低排出的废水中仍含有30mgL的氰化氢，需进一步处理。,塔顶出来

29、的蒸汽中含氰化氯达5g/L左右，加热后送入吸收塔，与浓度为8-10的热碱液(Na2CO3)逆流相遇，进行吸收。吸收塔内装有4m高的铁刨花，既作为传质填料，又参与化学反应，生成黄血盐钠Na4Fe(CN)6。当碱液浓度降至6以下，黄血盐浓度增至200300gL时，将其抽出，依次通过过滤器、结晶罐和离心机而制得黄血盐钠。,1.14 消毒,消毒机理 Cl2H2O HOCl + HCl HOCl OCl- + H+,图1-34 不同pH和水温时，水中HOCl与OCl-的比例,表1-2 主要消毒方法的优缺点及适用条件,第二章 污水生物处理工程基础 基本要求： 掌握活性污泥法、生物膜、生物脱氮除磷厌氧生物处

30、理的机理、影响因素及典型工艺。 熟悉污泥的特性 掌握污泥处理技术和方法。,了解污泥的最终处置方法。 熟悉水体污染的主要来源、特性及其危害。 了解流域水污染防治的基本原则和方法。 了解污染水体的净化和生态修复的基本方法。 熟悉稳定塘处理的技术方法及类型。 了解土地处理技术方法及类型。,2.1 活性污泥法,1.活性污泥法的基本概念 把含有多种微生物的絮状体称为“活性污泥”，以活性污泥为主体的污水生物处理工艺称为活性污泥法。 2.活性污泥法的基本工艺流程,图2-1 活性污泥法基本工艺流程图,2.1 活性污泥法,3. 活性污泥形态和活性污泥组成 形态：活性污泥的絮体形态与微生物组成、数量、污 水中污染

31、物的特性以及外部条件（如水温、运 行操作条件等）相关，絮体一般介于0.02 0.2mm，呈不定形状，微具土壤味。 组成：具有代谢功能的活性微生物群体； 微生物内源呼吸、自身氧化的残留物； 被污泥絮体吸附的难降解有机物； 被污泥絮体吸附的无机物。,2.1 活性污泥法,4.活性污泥增长曲线及其应用,图2-2活性污泥中微生物的增殖、有机物的降解和溶解氧的消耗曲线示意图,2.1 活性污泥法,5.活性污泥法性能指标 1)混合液悬浮固体（MLSS） 该指标用来表示活性污泥量，指标中包含具有代 谢功能的活性微生物群体（Ma）；微生物内源呼吸、 自身氧化的残留物（Me）；原污水含有的微生物难 以降解有机物（M

32、i）；原污水含有的无机物（Mii） 等四部分。 可表示为：MLSS = Ma + Me + Mi + Mii。,2.1 活性污泥法,2)混合液挥发性悬浮固体（MLVSS） 指标中包含具有代谢功能的活性微生物群体（Ma）； 微生物内源呼吸、自身氧化的残留物（Me）；原污水 含有的微生物难以降解有机物等三部分（Mi）。 MLVSS表示“活”的微生物的数量的精确程度要比 MLSS有所提高。 可表示为：MLVSS = Ma + Me + Mi MLVSS仍然只能够表示“活”的微生物的相对数 量，活性污泥中活的异氧微生物只占MLVSS的10% 20%。,2.1 活性污泥法,3)污泥沉降比（SV） SV是

33、指一定量的曝气中的混合液（通常为1L）在 量筒中静置30min后，沉降的污泥体积与静置前混合 液体积之比，一般以百分数表示。 4)污泥容积指数（SVI） SVI是指曝气中的混合液静置30min后，每克干污 泥形成的沉淀污泥所占的容积，其单位为mL/g。,2.1 活性污泥法,5)污泥泥龄（c） 它是活性污泥在曝气池中的平均停留时间，有时也称为生物固体的平均停留时间（SRT），单位为，d（日）。污泥泥龄表达式见下式： 式中：c污泥龄，d； X曝气池中的MLSS， kg/ m3； V曝气池的体积，m3； X每日排出处理系统的活性污泥量，也 即曝气池中每日增长的活性污泥量，kg/d。,2.1 活性污泥

34、法,6)污泥负荷和曝气池容积负荷 有机物量与活性污泥量的比值，这一比值就是曝气 池进水BOD5（或CODCr）污泥负荷，以BOD5表征进 水有机物浓度的污泥负荷的关系式见下式： 式中：Us曝气池进水BOD5污泥负荷，kg BOD5/kgMLSSd； Q曝气池的设计流量，m3/d； So曝气池进水BOD5浓度，mg/L； XV曝气池内混合液悬浮固体平均浓度， mgMLSS/L； V曝气池的容积，m3。,2.1 活性污泥法,6.活性污泥净化机理、过程及影响因素 1)活性污泥净化污水机理与过程 初期的吸附去除 有机物通过微生物代谢的去除 活性污泥絮体的分离沉淀,图2-3 活性污泥净化过程示意图,2.

35、1 活性污泥法,2)活性污泥法净化污水的影响因素 营养物质的平衡 营养物质的平衡对微生物生长至关重要，当某些元素不足或缺少时会影响活性污泥的正常功能发挥。当碳源不足时会使得活性污泥生长不良，污泥松散、絮凝性不好。 溶解氧的含量 在污水好氧生物处理中，为维持好氧微生物的代谢要求，需向曝气池补充氧气，以保证曝气池混合液溶解氧浓度不小于2mg/L。,2.1 活性污泥法,pH值 曝气池中不利的pH值可引起细胞膜电荷的变化，从而影响微生物对营养物质的吸收以及代谢过程中酶的活性；改变营养物质的供给性和有害物质的毒性。此外，不利的pH值条件不仅影响微生物的生长，甚至影响微生物的形态。 水温 水温改变，影响在

36、生物体内所进行的许多生化反应，因而影响生物的代谢活动。此外，水中温度改变可引起其它环境因子变化，从而影响微生物的生命活动。 有毒物质等,2.1 活性污泥法,7.活性污泥法的工艺流程和运行方式 1)传统活性污泥法,图2-4 推流式曝气池廊道布置形式,2.1 活性污泥法,2)阶段曝气活性污泥法,图2-5 阶段曝气活性污泥法工艺流程,2.1 活性污泥法,3)吸附再生活性污泥法,图2-6 吸附再生活性污泥法工艺流程示意图,2.1 活性污泥法,4)完全混合式活性污泥法 5)生物吸附-降解活性污泥法（AB法）,2.1 活性污泥法,6)序批式活性污泥法(SBR),图2-8 典型的SBR处理系统工艺流程,6)

37、序批式活性污泥法(SBR),图2-8 典型的SBR处理系统工艺流程,7)氧化沟活性污泥法,2.2 生物膜法,1.生物膜法的基本原理 生物膜法是通过细菌等微生物附着在载体或介质表面上，生长繁殖，形成膜状活性生物污泥生物膜。生物膜中的微生物以污水中的有机污染物为营养物质，在新陈代谢过程中将有机物降解，同时微生物自身也得到增殖的。,2.2 生物膜法,1)生物膜结构及其降解有机物的机理,2.2 生物膜法,2)生物膜法的主要特点 生物膜中微生物种群丰富； 生物膜法中优势菌种分层生长，传质条件好，可处理低浓度进水； 生物膜法工艺过程稳定，适应性强； 生物膜法动力消耗少，运行管理方便；,2.2 生物膜法,2

38、.影响生物膜法的主要因素 1)水力负荷 水力负荷对生物膜法处理效果的影响 水力负荷越小，污水与生物膜接触的时间越长，处理效果越好；水力负荷越大，污水与生物膜接触的时间越短，处理效果就可能变差。 水力负荷对生物膜厚度和传质改善的影响 高的水力负荷对生物膜厚度的控制及传质改善有利，但水力负荷应控制在一定的限度内，以免过高的水力负荷产生过强的冲刷力，造成生物膜的流失，影响反应器的稳定运行。,2.2 生物膜法,2)载体表面结构和性质 载体表面呈正电位越高、亲水性越大，细菌越容易附着在载体上形成生物膜。高的载体表面的粗糙度有利于细菌在其表面附着，粗糙的表面增加了微生物与载体之间的有效接触面积，载体中的孔

39、、裂隙增加了比表面积，同时对附着在上面的微生物起到了保护屏障的作用，使微生物免受水力剪切作用影响，通常理想的载体表面形成的孔径大小应为细菌大小的45倍。,2.2 生物膜法,3)生物膜量及其活性 膜的生物降解活性与生物量成正相关性。当厌氧膜厚度在一定范围时，膜的生物降解活性就与生物膜的厚度无关，有时还会出现单位重量生物膜生物降解活性下降的现象。过厚的生物膜并不能提高反应器的处理能力，反而会造成脱落的生物膜过多，堵塞载体空隙。,2.2 生物膜法,3.生物膜法主要类型和工艺流程 1)普通生物滤池,2.2 生物膜法,2)高负荷生物滤池,2.2 生物膜法,3)塔式生物滤池,图2-13 塔式生物滤池示意图

40、,2.2 生物膜法,4)生物接触氧化法,图2-14 生物接触氧化法工艺流程,2.2 生物膜法,5)生物转盘,2.2 生物膜法,6)曝气生物滤池 曝气生物滤池（Biological Aerated FilterBAF）是由浸没式接触氧化与过滤相结合的生物处理工艺。它是一种新型高负荷淹没式三相反应器，兼有活性污泥法和生物膜法两者优点，并将生化反应与吸附过滤两种处理过程合并在同一构筑物中完成。,图2-17 曝气生物滤池工艺流程,2.2 生物膜法,7)生物流化床 按照供氧方式、生物膜脱膜方式以及流化床床体结构，好氧生物流化床主要分为二相生物流化床工艺和三相生物流化床工艺。,图2-18 生物流化床工艺流

41、程,2.2 生物膜法,8)生物移动床 移动床生物膜反应器（Moving-bed Biofilm Reactor ,MBBR）是在生物滤池和流化床的工艺基础上发展起来的。它既具有生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥量少的特点，又具有活性污泥法的高效性和运转灵活性。,图2-19 生物移动床工艺流程,2.3 污水生物脱氮除磷,1.污水生物脱氮 1)生物脱氮基本原理 氨化反应 未经处理的城市污水中氮存在主要形式是有机氮化合物（蛋白质和氨基酸）和氨氮等。在氨化菌作用下，有机氮被分解转化为氨态氮，这一过程称为氨化过程，氨化过程很容易进行。,硝化反应 硝化过程可以分成两个阶段。第一阶段是由亚硝化菌将氨氮转化

42、为亚硝酸盐，第二阶段由硝化菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐。,2.3 污水生物脱氮除磷,2.3 污水生物脱氮除磷,反硝化反应 反硝化反应是在缺氧状态下，反硝化菌将亚硝酸盐氮、硝酸盐氮还原成气态氮(N2)的过程。,2.3 污水生物脱氮除磷,2)生物脱氮过程的主要影响因素 温度 生物硝化反应适宜的温度范围为2030，15以下硝化反应速率下降，5时基本停止。反硝化适宜的温度范围为2040，15以下反硝化反应速率下降。 溶解氧 生物硝化反应器内宜保持溶解氧浓度在2.0mg/L以上，溶解氧浓度的增加可以提高硝化反应速率。溶解氧对反硝化有抑制作用，一般控制溶解氧浓度小于0.5mg/L。,2.3 污水生物脱氮除磷,

43、 pH值 硝化菌对pH值变化十分敏感，pH值在7.07.8时，亚硝酸菌的活性最好；而硝酸菌在pH值为7.78.1时活性最好。反硝化最适宜的pH值在7.07.5。 碳氮比 对于硝化过程，碳氮比影响活性污泥中硝化细菌所占的比例，过高的碳氮比将降低污泥中硝化细菌的比例。,2.3 污水生物脱氮除磷,泥龄 硝化过程的泥龄一般为硝化菌最小世代时间的2倍以上。当冬季温度低于10，应适当提高泥龄。 有毒物质 硝化与反硝化过程都受有毒物质的影响，硝化菌更易受到影响。对硝化菌有抑制作用的有毒物质有Zn、Cu、Hg、Cr、Ni、Pb、CN-、HCN等。,2.3 污水生物脱氮除磷,3)生物脱氮的典型工艺,图2-20

44、A/O生物脱氮工艺流程,2.3 污水生物脱氮除磷,2.污水生物除磷 1)生物除磷基本原理,图2-21 生物除磷基本过程示意图,2.3 污水生物脱氮除磷,2)生物除磷的主要影响因素 温度 生物除磷的温度宜大于10，聚磷菌在低温时生长速率减慢。 pH值 生物除磷系统合适的pH范围与常规生物处理相同，为中性和弱碱性。 碳源的数量和性质 碳源的数量是影响生物除磷效果的一个重要因素。有机物浓度越高，污泥放磷越早，越快。 碳源的性质对磷的吸收也非常重要。污水中的有机物对厌氧放磷的影响情况比较复杂，存在大量不能够被直接利用的大分子有机物。,2.3 污水生物脱氮除磷, 溶解氧 生物除磷的厌氧环境要求既没有溶解

45、氧也没有硝态氮。实际中应控制溶解氧浓度小于0.2mg/L。 通常存在硝酸盐时，微生物进行吸磷，磷浓度缓慢地减少，只有当硝酸盐经反硝化全部耗完后才开始放磷。 好氧池是好氧微生物生化活动的场所，溶解氧浓度通常要求保持在2.0mg/L以上。 泥龄 在生物污泥含磷量一定时，污泥排放的越多系统去除的磷的量就越多。剩余污泥的排放量直接与系统的泥龄相关，剩余污泥排泥量大，则泥龄就小。生物除磷系统的泥龄宜控制3.57d的范围内。,2.3 污水生物脱氮除磷,3)生物除磷的典型工艺,图2-22 A/O法生物脱磷工艺流程,2.3 污水生物脱氮除磷,3.同时生物脱氮除磷典型工艺,图2-23 典型的同时生物脱氮除磷A2

46、/O工艺,图2-24 同时生物脱氮除磷A2/O的变形工艺,2.4 厌氧生物处理,1.厌氧生物处理原理,图2-25 厌氧分解过程的三阶段示意图,2.4 厌氧生物处理,2.影响厌氧生物处理的主要因素 pH和碱度 厌氧处理中产甲烷菌对pH值的变化很敏感，其最适pH值的范围为6.87.2；对于厌氧反应器，一般控制pH值在6.67.6的范围内，超过这一范围会影响产甲烷菌的活性。 温度 厌氧微生物有两个较佳的工作温度段，即中温段（3038）和高温段（5055），在这两个温度段之间，厌氧微生物的反应速度反而有所下降。 营养物质,2.4 厌氧生物处理,氧化还原电位 产甲烷菌最适的氧化还原电位为150400mV

47、，在培养产甲烷菌初期，氧化还原电位不能高于300 mV。 有毒物质 抑制厌氧微生物活性的有毒物质包括各种离子和有机毒物。如高浓度的钾、钠、钙、镁离子将改变细胞的渗透压，进而影响微生物的活性。,2.4 厌氧生物处理,3.厌氧生物处理反应器 1)厌氧接触法,图2-26 厌氧分解接触法工艺流程,2.4 厌氧生物处理,2)两相厌氧消化工艺,图2-27 两相厌氧消化工艺典型工艺流程,2.4 厌氧生物处理,3)厌氧滤池,图2-28 常用的厌氧生物滤池形式,2.4 厌氧生物处理,4)升流式厌氧污泥床（Upflow Anaerobic Sludge BlanketUASB）反应器,2.4 厌氧生物处理,5)厌

48、氧膨胀颗粒污泥床（Expanded Granular Sludge BedEGSB）反应器,图2-30 厌氧膨胀颗粒污泥床反应器结构示意图,2.4 厌氧生物处理,6)厌氧内循环（Internal CirculationIC）反应器,图2-31 厌氧内循环反应器构造图,2.4 厌氧生物处理,7)厌氧膨胀床和厌氧流化床 厌氧膨胀床和流化床都是填有比表面积很大的惰性载体颗粒的厌氧生物处理反应器，待处理水从反应器底部进入，向上流动，床内载体附着生长的微生物与进水混合进行生化反应，处理后的水由上部排出。,2.4 厌氧生物处理,4.水解酸化-好氧生物处理工艺 1)水解酸化-好氧处理工艺的原理 水解酸化-好

49、氧生物处理工艺是针对厌氧产甲烷阶段对环境条件要求严格以及传统活性污泥法投资大、能耗高、运转费用高等缺点，而开发的一种厌氧-好氧组合生物处理工艺。,图2-32 城市污水水解酸化-好氧生物处理典型流程,2.4 厌氧生物处理,2)水解酸化-好氧处理工艺技术特征 水解酸化与完全厌氧工艺的比较,表2-1 水解酸化与完全厌氧工艺的比较,2.4 厌氧生物处理,水解酸化过程的技术特征 污水经水解酸化过程处理后污水可生化性提高，使得后续好氧生物处理的难度减小，好氧的水力停留时间可以缩短。 由于水解酸化池中的污泥浓度高，耐进水冲击负荷能力强。 水解酸化过程可大幅度地去除废水中悬浮物或有机物，减轻后续好氧处理工艺负

50、担。 水解酸化好氧工艺的好氧处理所产生的剩余污泥，必要时可回流至水解酸化段。 水解酸化阶段的微生物多为兼性菌，种类多、生长快及对环境条件适应性强、要求的环境条件宽松、易于管理和控制。,2.4 厌氧生物处理,水解酸化池的结构、启动和运行 水解酸化-好氧处理工艺设计参数 例:处理某企业的印染废水，处理水量6000m3/d，采用水解酸化-好氧处理工艺，主要设计参数如下： 设计进水水质，CODCr：1000mg/L，BOD5：300mg/L，SS：850mg/L。 水解酸化池主要设计参数，水力停留时间：8h，容积负荷2.9 kgCODCr/m3d。,2.4 厌氧生物处理,设计出水水质，CODCr：75

51、0mg/L，BOD5：240mg/L，SS：340mg/L。设计水解酸化池两座，每座1000 m3，有效水深6.0米，池内安装2.5米高填料，用作附着生物载体。 好氧处理工艺主要设计参数，曝气池容积负荷：1.0 kgCODCr/m3d，水力停留时间：12h，污泥浓度4000mg/L，设计曝气池两座，每座1500 m3。,2.5 污泥处理与处置,1.污泥的分类及基本特性 1)污泥的种类和性质 污泥可分为以下几类：初沉污泥、腐殖污泥与剩余活性污泥、消化污泥、 化学污泥。,2.5 污泥处理与处置,污泥的基本特性 污泥固体：污泥中的总固体包括溶解物质和不溶解物质两部分。 含水率：污泥中水的百分含量叫含

52、水率。固体百分含量和含水率的关系： 固体（%）+ 水量（%）= 100（%）,2.5 污泥处理与处置,污泥比重：指污泥的重量与同体积水重量的比值。 污泥比重S可按下式计算： 式中：Wi污泥中第i项组分的百分含量； Si污泥中第i项组分的比重。,2.5 污泥处理与处置,污泥体积与含水率的关系 含水率为P0的污泥，其体积为V0，若含水率变为P，则其体积公式可按下式计算：,2.5 污泥处理与处置,2)污泥的产量 废水处理中产生的污泥量因废水水质和处理工艺而异。 3)污泥的处理 污泥处理的主要内容包括稳定处理（生物稳定、化学稳定），去水处理（浓缩、脱水）和最终处置与利用（卫生填埋、干化、排海、焚烧、湿

53、式氧化及综合利用等）。污泥处理与污水处理相比设备复杂、管理麻烦、费用昂贵。,2.5 污泥处理与处置,2.污泥的浓缩原理及应用 1)污泥水的分类和去除方法 按存在状态的不同，污泥水可分为四种：游离水、絮体水、毛细水、粒子水。 通过各种去水方法降低污泥含水率，能大大减少污泥体积，并能改变其物理状态以便进一步处置利用。,2.5 污泥处理与处置,2)污泥浓缩 浓缩有间歇式和连续式两种操作方式。浓缩方法分重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩，其中重力浓缩应用最广。 重力浓缩法,图2-33 分层沉降过程示意图,2.5 污泥处理与处置,气浮浓缩法 重力浓缩法最适于重质污泥（如初沉污泥），对于比重接近于1的轻质污泥，

54、如活性污泥或发生膨胀的污泥则效果不佳，在此情况下可采用气浮浓缩法。气浮浓缩是依靠微小气泡与污泥颗粒产生粘附作用，使污泥颗粒的密度小于水而上浮得到浓缩。 气浮浓缩的工艺流程如下：澄清水从池底引出，一部分排走，另一部分用水泵回流。通过水射流器或空压机将空气引入，然后在溶气罐内溶入水中。溶气水经减压阀进入混合池，与流入该池的新污泥混合。减压析出的空气泡携带固体上浮，形成浮渣层，用刮板刮出便得到分离。,2.5 污泥处理与处置,3.污泥消化原理及应用 1)污泥好氧消化 好氧消化原理： 污泥好氧消化是对二级处理的剩余污泥或一、二级处理的混合污泥进行持续曝气，促使生物细胞（包括一部分构成BOD的有机物）分解

55、，从而降低挥发性悬浮固体的含量的方法。在好氧消化过程中，有机污泥经氧化转化成CO2、NH3、H2等气体产物，其氧化作用可以用下式表示： C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + NH3 + 2H2O,2.5 污泥处理与处置,好氧消化分类 好氧消化过程分为普通好氧消化和自热高温好氧消化两类。 后者与前者的区别是能利用微生物氧化有机物时所释放的热量对污泥加热，可以使污泥达到自热高温消化的目的。,2.5 污泥处理与处置,2)污泥厌氧消化 厌氧消化原理 污泥厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行生化反应，分解污泥中有机物质的一种处理工艺。 常见的厌氧消化法有传统消化法和高速消化法，二者的主要区别在于后者要求

56、搅拌，由此产生了完全不同的运行工况。,2.5 污泥处理与处置,影响因素 温度 污泥厌氧消化受温度影响很大。温度不同，优势菌种不同，反应速率和产气速率都不同。 负荷 如果负荷过高会超过系统的消化能力，降低消化效果。如果负荷过低，虽然能保证消化效果，但污泥处理量将大大降低，造成消化能力的浪费。,2.5 污泥处理与处置,pH值和碱度 厌氧消化过程对pH值很敏感。厌氧消化池正常运行时产酸菌和产甲烷菌会自动保持平衡，如果产酸阶段和产甲烷阶段失去平衡，甲烷菌会逐渐失去活性，不再产生甲烷，直至消化系统被完全破坏。 消化池的搅拌 厌氧消化池的搅拌方式有三种：机械搅拌，污泥泵循环抽送，沼气搅拌。 有毒物质,2.

57、5 污泥处理与处置,4.污泥脱水原理及应用 1)干化场 干化场也叫干化床或晒泥场，是一种自然脱水设施。 干化场的脱水作用包括：上部蒸发、底部渗透、中部放泄。 根据自然条件和渗水层特征，干化期由数周至数月，干化污泥的含水率可降至6575%。,2.5 污泥处理与处置,2)过滤机 过滤机是应用最广泛的污泥机械脱水设备。 过滤脱水时，在外力作用下，污泥中的水分透过滤布与固体分离。分离的污泥水送回废水处理设备，截留的固体剥落后运走。,2.5 污泥处理与处置,两种主要的过滤方法是真空过滤和压力过滤。 真空过滤机 真空过滤机的特点是适应性强、连续运行、操作平稳、全过程机械化。 板框压滤机 板框压滤机的特点是

58、作用压力要比真空抽力大，滤饼含水率低（最低达50%）。 带式压滤机 这种设备的特点是把压力直接施加在滤布上，用滤布的压力或张力使污泥脱水，而不需要真空或加压设备，因此消耗动力小，并可连续运行。 离心脱水机,2.5 污泥处理与处置,5.污泥的最终处置方法 1)污泥的综合利用 污泥堆肥 其它用途 从工业废水泥渣中可以回收工业原料；由电镀废水的沉渣可提炼铁氧体；从污泥中可以提取维生素B12；低温干馏有机污泥能获得可燃气体、氨及焦油。利用污泥还可以制造生化纤维板，制造水泥和其他建材。,2.5 污泥处理与处置,2) 污泥的最终处置 卫生填埋 污泥卫生填埋（填垫、堆置、与城市生活垃圾一起填埋）前，必须先将其含水率降低至85%以下。 干化 污泥干化是将脱水污泥通过处理，使污泥中的毛细水和吸附水大部分或全部去除的方法。污泥干化后含水率可从6080%降低至1030%左右。 污泥干化常用的设施为回转式圆筒干燥炉。,2.5 污泥处理与处置, 焚烧 污泥焚烧是一种常用的处置方法，即借助辅助燃料引火，使焚烧炉内温度升至燃点以上，令其自烧，所产生的废气（C