2022年水污染控制工程高廷耀第三版课程学习重点.. .pdf
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1、1 水污染控制工程 Wastewater Treatment 一、水质指标:物理指标、化学指标、生物指标(一) BOD5( 5 日生化需氧量) :指 5 天内水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量(mg/L )(二) 水体自净作用: 以河流为例, 指河水中的污染物在河水向下游流动中浓度自然降低的现象。(1)物理净化:指污染物由于稀释、扩散、沉淀等作用,使河水污染物浓度降低的过程。(2)化学净化:指污染物由于氧化、还原、分解等作用,使河水污染物浓度降低的过程。(3)生物净化:由于水中生物活动,尤其是水中微生物对有机物氧化分解作用而使河水污染物浓度降低的过程。二、污水的物理处理(一)格栅( S
2、creening) :在水处理中,格栅是用来去除可能阻塞水泵机及管道阀门的较粗大的悬浮物,并保证后续处理设备能正常运行的一种装置。Screening to remove large subjects,such as stones or sticks that could plug lines or block tank inlets. (二)沉淀的基础理论1.沉淀法 :利用水中悬浮颗粒和水的密度差,在重力作用下产生下沉作用,以达到固液分离的一种过程。2.沉淀法的 四种用法 :1.污水处理系统的预处理(沉砂池预处理手段去除污水中易沉降的无机性颗粒物)2.污水的初步处理(初沉池)(经济有效地去除污
3、水中的悬浮固体和呈悬浮状态的有机物)3.生物处理后的固液分离(二次沉淀池,简称二沉池)4.污泥处理阶段的污泥浓缩(污泥浓缩池)3.沉淀类型(1)自由沉淀 :悬浮颗粒物浓度不高:沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰,颗粒各单独进行沉淀,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。(2)絮凝沉淀 :悬浮颗粒物浓度不高: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(成层沉淀或拥挤沉淀):悬浮颗粒浓度较高(5000mg/L 以上) :颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影
4、响,颗粒间相对位置保持不变,形成一个整体共同下降,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 :悬浮物颗粒浓度很高:颗粒相互之间已压成团状结构,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。联系与区别 :自由沉淀, 絮凝沉淀, 区域沉淀或成层沉淀,压缩沉淀悬浮颗粒的浓度依次增大,颗粒间的相互影响也依次增强。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 20 页2 (三)沉砂池Grit chamber slow down
5、 the flow to allow grit to fall out.1.设置沉砂池的目的和作用:以重力或离心力分离为基础,即将进入沉砂池的污水流速控制在只能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,从而能从污水中去除砂子,煤渣等密度较大的无机颗粒,以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行。2.曝气沉砂池的工作原理和平流沉砂池工作原理的比较平流式沉砂池 是一种最传统的沉砂池,它构造简单, 工作稳定, 将进入沉砂池的污水流速控制在只能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,从而能从污水中去除砂子、煤渣等密度较大的无机颗粒。曝气沉砂池的工作原理:由曝气以及水流的螺旋
6、旋转作用,污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦,并受到气泡上升时的冲刷作用,使粘附在砂粒上的有机污染物得以去除。曝气沉淀池沉砂中含有机物的量低于5%;由于池中设有曝气设备,它还有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡以及加速污水中油类的分类等作用。3.常用的沉砂池形式:平流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流沉砂池。4.曝气沉砂池存在的问题:(1)砂中含有有机物。(2)对被有机物包覆的砂粒截留效率不高。5.曝气的作用 :(1)使有机物处于悬浮;(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。(四)沉淀池Sedimentation tank Settleable solids settle out
7、and pumped away,while oils float to the top and are skimmed off. 沉淀池可分为普通沉淀池和浅层沉淀池。沉淀池按工艺布置不同,可分为初沉池和二沉池。沉淀池常按池内水流方向的不同分为平流式、竖流式、辐流式。沉淀池的组成:进水区、出水区、沉淀区、贮泥区、缓冲区。反应沉淀池效率的参数表面水力负荷(溢流率) 在单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量。单位: m3/(m2 h) (五)隔油池1.废水中油的存在形态:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 20 页3 可浮油(大于1
8、00um,依靠油水相对密度差而从水中分离出来)细分散油( 10100um,长时间静置后可以形成可浮油)乳化油(粒径小于10um,因水中含有表面活性剂而呈乳化状态)溶解油。2.隔油池(自然上浮法)3.乳化油的形成:(1)由于生产工艺的需要而制成的乳化油。(2)以洗涤剂清洗受油污染的机械零件、油槽车等产生乳化油废水。(3)含油(可浮油)废水在管道中于含乳化剂的废水相混合,受水流搅动而形成。4.破乳 :由于乳化油油滴表面上有一层乳化剂形成的稳定薄膜,阻碍油滴合并。如果能消除乳化剂的作用,乳化油即可转化为可浮油。5.破乳的原理 :破坏油滴界面上的稳定薄膜,使油水得以分离。6.破乳的途径:(1)投加换型
9、乳化剂(2)投加盐类、酸类物质可使乳化剂失去乳化作用。(3)投加某种本身不能成为乳化剂的表面活性剂。(4)通过剧烈的搅拌、振荡或转动,使乳化的液滴猛烈相碰撞并合并。(5)如以粉末为乳化剂的乳状液,可以用过滤法拦截被固体粉末包围的油滴。(6)改变乳状液的温度(加热或冷冻)来破坏乳状液的稳定。(六)气浮法1.气浮法 是一种固液分离或液液分离技术。它是通过某种方法产生大量的微细气泡,使其与废水中密度接近于水的固体或液体污染物微粒粘附,形成密度小于水的气浮体,在浮力作用下,上浮至水面形成浮渣而实现固液或液液分离。2.气浮法必须满足的条件:(1)必须向水中提供足够量细微气泡。(2)必须使废水中的污染物质
10、能形成悬浮状态。(3)必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。3.按产生微细气泡的方法,气浮法分为:电解气浮法,分散空气气浮法,溶气空气气浮法。4.加压溶气气浮法基本原理使空气在加压条件下溶解于水,然后通过将压力降至常压而使过饱和溶解的空气以微细气泡形式释放出来。加压溶气气浮法根据加压溶气水的来源不同分为:全加压溶气流程,部分加压溶气流程,部分回流加压溶气流程。a 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 20 页4 基本流程特点流程图优点缺点全加压溶气流程将全部入流废水进行加压溶气,再经减压释放装置进入气浮池,进行固液分离。(a)溶
11、气量大, 增加了油粒或悬浮颗粒与气泡的接触机会;(b) 在处理水量相同的条件下,它较部分回流溶气气浮法所需的气浮池小,从而减少了基建投资。由于全部废水经过压力泵,所以增加了含油废水的乳化程度,而且所需的压力泵和溶罐均较其它两种流程大,因此投资和运转动力消耗较大。部分加压溶气流程将部分入流废水进行加压溶气,再经减压释放装置进入气浮池,其他部分直接进入气浮池,进行固液分离(a) 较全流程溶气气浮法所需的压力泵小,故动力消耗低;(b) 压力泵所造成的乳化油量较全部溶气法低;(c) 气浮池的大小与全部溶气法相同,但较部分回流溶气法小。部分回流加压溶气流程将部分清液进行回流加压, 入流水则直接进入气浮池
12、,进行固液分离。(a)加压的水量少,动力消耗省;(b) 气浮过程中不促进乳化;(c)矾花形成好,后絮凝也少;气浮池的容积较前两种流程大。5.加压溶气气浮法的基本原理:空气从水中析出的过程分为两个步骤1.气泡核的形成过程。2.气泡的增长过程。6.黏附:微细气泡与悬浮颗粒的三种黏附方式:吸附,顶托,裹挟精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 20 页5 7.投加化学药剂提高气浮效果:混凝剂、浮选剂、助凝剂、抑制剂、调节剂。助凝剂的作用是提高悬浮颗粒表面的水密性,以提高颗粒的可浮性。8.压力溶气气浮法系统主要由三个部分组成:压力容器系
13、统、空气释放系统和气浮分离设备。空气释放装置的功能是将压力溶气水减压,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黏附,减压释放装置产生的微气泡直径在20-100um。9.气固比( a) :溶解空气量(A)与原水中悬浮固体含量(S)的比值。气固比选用涉及原水水质、出水要求、设备、动力等因素,对于所处理的废水最好经过气浮实验来确定气固比,无实验资料一般取值0.005-0.06 ,废水中悬浮固体浓度不高时取下限,悬浮固体较高时,可选用上限。10.废水处理中,气浮法与沉淀法相比较与沉淀法相比较,浮上法具有以下优点: 浮上法的表面负荷高,有可能高达12m3/(m2h),水在池
14、中中的停留时间只需10 20min,而且池深只需2m 左右,故占地面积较少,节省基建投资; 浮上法具有预曝气作用,出水和浮渣都含有一定量的氧,有利于后续处理或再用,泥渣不易腐化; 对那些很难用沉淀法去除的低浊含藻水,浮上法处理效率高,甚至还可去除原水中的浮游生物,出水水质好; 浮渣含水率低,一般在96%以下,比沉淀池污泥体积少2 10倍,这对污泥的后续处理有利,而且表面刮渣也比池底排泥方便; 可以回收利用有用的物质; 浮上法所需药剂量比沉淀池节省。缺点:浮上法电耗较大,处理每吨废水比沉淀法多耗电约0.020.04kWh;目前使用的溶气水减压释放器容易堵塞;浮渣怕较大的风雨袭击。三、污水生物处理
15、的基本概念和生化反应动力学基础(一)污水生物处理的概念:利用微生物的新陈代谢,将废水中的有机物的一部分转化为微生物的细胞物质,另一部分转化为无机物或简单的有机物的方法。1.根据参加代谢活动的微生物对溶解氧的需求不同,分为:好氧生物处理(存在分子氧),缺氧生物处理(存在化合态氧) ,厌氧生物处理(既无分子氧又无化合态氧存在)。2.好氧生物处理法有:活性污泥法(悬浮生长法)和生物膜法(附着生长法)。(二)污水生物处理的基本原理1.生物处理的有机物去向:有机物被微生物摄取后,通过代谢活动,约有1/3 被分解,稳定并提供其生理活动所需要的能量,约2/3 被转化,合成新的细胞物质,即进行微生物自身生长繁
16、殖。2.生物处理有机物的去向:有机物转化分为3 个部分:一部分转化为可回收利用的可燃性气体甲烷,一部分被分解为二氧化碳、水、氨、硫化氢等无机物,并为细胞合成提供能量;少量有机物则被转化、合成新的细胞物质。污水中生物 脱氮处理 过程中氮的转化主要包括氨化(好氧或厌氧条件) ,硝化(好氧),反硝化(缺氧) (+ 同化作用)。(三)脱氮除磷基本理论城镇污水生物脱氮过程的基本步骤:微生物经氨化反应分解有机氮化合物生成氨,再在亚硝酸盐菌和硝化细菌的作用下,经硝化反应生成(亚)硝酸盐,最后经反硝化反应将(亚)硝酸盐还原为氮气。当进水氨氮浓度较低时,同化作用也可能成为脱氮的主要途径。(四)微生物的生长规律和
17、生长环境微生物的四个生长期:停滞期、对数期、静止期、衰老期(五)微生物的生长环境错误 !未找到引用源。微生物的营养:主要营养物质是碳、氮、磷。BOD5:N:P=100:5:1 温度PH 6.5-8.5 溶解氧(不低于2mg/L )精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 20 页6 有毒物质(六)米氏方程Km 是半速度常数,是V=1/2Vmax时的底物浓度Monod 方程umax 是 u在限值增长的底物(碳源)达到饱和浓度时的最大值。四、活性污泥法Activates Sludge The most common option us
18、es microorganisms in the treatment process to break down organic material with aeration and agitation,then allows solids to settle out.Bacteria-containing “ activated sludge”is continually recirculated back to the aeration basin to increase the rate of oganic decomposition. (一)基本概念1.活性污泥 是一种茶褐色的絮绒状小
19、颗粒,是活性污泥处理系统的核心,其上栖息着大量的活跃的微生物,在这些微生物的作用下,具有将有机物转化为无机物的活力。活性污泥的主体是细菌,多数是革兰氏阴性菌,原生动物在活性污泥中大量存在。2.活性污泥法的基本原理:(1)通过充分曝气供氧,使大量繁殖的微生物群体悬浮在水中,并利用从而降解污水中的有机污染物(氧化分解有机物能力) ;(2)停止曝气时,悬浮微生物絮凝体易于沉淀与水分离,并使污水得到净化、澄清(良好的凝聚和沉淀性能)。3.活性污泥法的基本流程由曝气池、二沉池、曝气系统和污泥回流处理系统组成4.活性污泥的组成:a.具有代谢功能活性的微生物群体(Ma)b.微生物(主要是细菌)内源代谢、自身
20、氧化的残留物(Me)c.由原污水挟入的难为细菌分解的惰性有机物质(Mi)d.由污水挟入的无机物质(Mii)5.活性污泥法的净化机理: 吸附阶段 :由于絮状的活性污泥表面积很大(约 200010000m2/m3),在表面上富集着大量的微生物,在其外部覆盖着多糖类的黏液层,污水中悬浮的和胶体的物质被絮凝和吸附去除。这一过程能够在30min 内完成,污水BOD的去除率可达70%。它的速率取决于:a.微生物的活性程度;b.反应器内水力扩散程度与水动力学的规律。前者决定活性污泥微生物的吸附、凝聚性能;后者决定活性污泥絮凝体与有机污染物的接触程度。 氧化阶段 :被摄入细胞体内的有机污染物,在各种胞内酶,如
21、脱氢酶、氧化酶等的催化作用下,微生物对其进行代谢反应。一部分有机物进行氧化分解,最终形成二氧化碳和水等稳定的无机物质,并提供合成新细胞物质所需的能量;另一部分有机污染物为微生物合成新的细胞。 絮凝体的形成与絮凝沉淀阶段:氧化阶段合成的菌体有机体絮凝形成絮凝体,通过重力沉淀从水中分离出来,使水得以净化。6.活性污泥处理系统有效运行的基本条件和要求是:(1)废水中含有足够的营养物质,有适当的C:N:P。(2)混合液中应含有足够的溶解氧。(3)活性污泥在反应器内呈悬浮状态,能够充分的与废水相接触。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共
22、 20 页7 (4)避免对微生物有毒害作用的物质进入。(5)活性污泥的浓度应保持适当。(6)适当的PH,活性污泥微生物的最适PH 介于 6.5-8.5之间。(7)适当的水温。15-30(8)有机负荷率7.活性污泥的性质和指标(1)混合液悬浮固体浓度(mixed liquor suspended solids,MLSS ):指曝气池中单位体积混合液中活性污泥悬浮固体的质量,也称之为污泥浓度。MLVSS 代表混合液悬浮固体中有机物的含量。(2)污泥的沉降比(settled volume,SV%) :指曝气池混合液静止30min 后沉淀污泥的体积分数,通常采用1L 的量筒测定污泥沉降比。(3)污泥体
23、积指数 (sludge volume index,SVI):指曝气池混合液沉淀30min 后, 每单位质量干泥形成的湿污泥的体积,常用单位为ml/g 。污泥指数能较好的反映出活性污泥的松散程度,凝聚和沉降性能。一般城市污水正常运行条件下的SVI 在 100150之间。 SVI 值过低,说明泥粒细小,无机质含量高,缺乏活性;过高,说明污泥的沉降性能不好,并且已有产生膨胀现象的可能。如果SVI200 ,污泥难于分离,容易产生污泥膨胀。(4)污泥密度指数(SDI) :指曝气池混合液在静置30min 后,含于 100mL 沉降污泥中的活性污泥悬浮固体的克数。(5)污泥龄( SRT) :又称污泥平均停留
24、时间。指每日新增的污泥平均停留在曝气池中的天数,也就是曝气池全部活性污泥平均更新一次所需的时间,或工作着的活性污泥总量同每日排放污泥量的比值。单位为d。7.活性污泥法中的污泥参数(1)污泥产率系数:活性污泥每降解1kgBOD5所新生成的活性污泥的量。(0.4-0.7)(2)污泥负荷率 (F/M ) :又称有机底物 (F)与微生物量 (M)的比值 ,是指曝气池内单位质量活性污泥在单位时间内承受的有机物含量。单位kgBOD5/(kgMLSS d)(0.2-0.4) (F/M 比值是影响污泥增长速率,有机物去除速率,氧的利用速率以及污泥吸附凝聚性能的重要因素。F/M 大,说明营养过剩,微生物繁殖过快
25、,处在对数增长期,去除率高,但污泥不易凝聚沉降,沉降性能差。F/M 小,说明营养过少,微生物由于缺乏营养而进入内源呼吸期,代谢自身细胞物质,影响去除效率,但沉降性能好。因此,在废水处理中,应控制BOD 负荷在一定的范围:高负荷:1.52.0;中负荷: 0.20.5;低负荷: 0.03 0.05 。 ) (3)污染物容积负荷:单位曝气池有效容积在单位时间内流入的污染物的量,kgBOD5/(m3d)表示。(4)水力停留时间:曝气池有效容积与污水流量之比值,表示污水在曝气池中的平均停留时间。(6-10h)8.活性污泥法的优缺点活性污泥法具有处理能力强,出水水质好等优点,是当今世界范围内应用最广泛的一
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