水污染防治工程讲.ppt

徐仲均,第一章 污水物理化学处理,水污染控制工程,掌握：混凝、沉淀和气浮的技术和方法；过滤的过程和方法。熟悉：吸附的过程和方法；离子交换的技术和方法；膜分离的技术和方法；中和及化学沉淀的技术和方法；消毒机理和方法。了解：主要吸附剂的性能与影响因素；主要离子交换剂的性能；膜及膜组件的分类和性能；氧化还原处理技术；萃取、吹脱和汽提的技术要点。,一、混凝,概念：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与水分离的过程。主要去除浊度和色度,（一）胶体的基本性质 1.胶体的双电层结构,2.胶体表面电荷的来源,（1）胶体表面分子的电离；（2）胶体颗粒表面的溶解；（3）胶体颗粒表面对溶液中离子的吸附。,（1）稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质。,（2）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。,3.胶体的稳定性,一、混凝,（二）混凝动力学,1.异向絮凝,细小颗粒在水中的布朗运动造成的颗粒间碰撞聚集。当颗粒粒径大于1um时，异向絮凝可忽略,2.同向絮凝在外力作用下颗粒的定向移动发生的碰撞聚集。胶体颗粒的最终沉淀，同向絮凝更为重要。同向絮凝发生的条件（假设有颗粒i、j）：z(颗粒间距)(ri+rj)颗粒半径和；有速度差存在,一、混凝,3.混凝控制指标,混凝工艺的控制指标为速度梯度G和水力停留时间T。,混凝控制参数混合池：G=5001000s-1 T=1060s絮凝池：G=2070s-1 T=1520min,一、混凝,（三）混凝工艺,1.混凝机理,（1）电性中和,压缩双电层作用:通过向水中投加电解质等混凝剂，消除或降低胶粒的地位，使颗粒碰撞聚结，失去稳定性（凝聚）；吸附电中和作用：水中异号胶粒之间的吸附中和而凝聚。,一、混凝,三价铝盐或铁盐以及其他高分子混凝剂溶于水后，经水解和缩聚反应形成具有线性结构高分子聚合物，当它一端吸附某一颗粒后，另一端又吸附另一颗粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体（絮凝）,（2）吸附架桥作用,三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等颗粒，使胶体粘结。,（3）沉淀物的卷扫（网捕作用）,一、混凝,2.影响混凝效果的主要因素,（1）水温因无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低时（尤其低于5），水解速率非常缓慢。且水湿温低时，粘度大，不利于脱稳胶粒相互絮凝。,（2）PH水的PH值对混凝剂的影响程度视混凝剂的品种而异。,（3）水中杂质的组成、性质和浓度,一、混凝,3.混凝剂的配制与投加,（1）混凝剂和助凝剂,混凝剂:在水处理中凡能起到凝聚或（和）絮凝作用的药剂无机盐类混凝剂：铝盐（硫酸铝、明矾）、铁盐（三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁）。高分子混凝剂：无机类（聚合氯化铝、聚合氯化铁）、有机类（聚丙烯酰胺）,助凝剂：当单用助凝剂不能取得良好效果时，可投加某些辅助药剂以提高絮凝效果。如调节碱度的石灰或重碳酸钠；氧化剂氯气；增加吸附架桥作用的高分子助凝剂：聚丙烯酰胺、活化硅胶、骨胶、海藻酸钠、红花树等。,一、混凝,混凝剂的配置和投加设备：溶解池、溶液池、计量设备（转子流量计，电磁流量计）、投加设备（泵前重力投加、水射器投加、计量泵投加）,（2）混凝剂的配制和投加,一、混凝,二、沉淀、澄清及浓缩,（一）沉淀的原理和分类,1.沉淀原理 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。,2.沉淀分类,沉砂池、初沉池的沉淀为自由沉淀；活性污泥在二沉池中沉淀为絮凝沉淀；二沉池下部污泥沉淀为拥挤沉淀；活性污泥在二沉池污泥斗和污泥浓缩池中的浓缩过程为压缩沉淀。,二、沉淀、澄清及浓缩,四种沉淀类型在二沉池中的应用：,活性污泥在二沉池中的沉淀过程,二、沉淀、澄清及浓缩,3.离散颗粒的沉速,当颗粒所受外力平衡时：Fd=Fg-Ff，对于球形颗粒,us,二、沉淀、澄清及浓缩,层流区（Re1）:,斯托克斯（stokes）公式：,紊流区（1000Re25000）：Cd0.4,牛顿（Newton）公式：,us,二、沉淀、澄清及浓缩,过渡区（1Re1000）：,阿兰（Allen）公式：,要求掌握斯托克斯公式,二、沉淀、澄清及浓缩,3.沉淀试验,（1）自由沉淀,u0：指定时间t0内沉降距离为柱高H的颗粒沉速；x0：沉速小于u0的颗粒所占百分数,（2）絮凝沉淀,（3）拥挤沉淀,二、沉淀、澄清及浓缩,（二）沉淀池,1.沉淀池分类,2.平流式沉淀池,（1）平流式沉淀池的工作原理理想沉淀池,其假设条件是：（1）进出水均匀分布在整个横断面，污水在池内沿水平方向作等速流动；（2）颗粒的水平分速等于水平流速；（3）悬浮颗粒在沉淀区等速下沉；（4）颗粒一经沉到水底视为被去除。,二、沉淀、澄清及浓缩,理想沉淀池示意图,二、沉淀、澄清及浓缩,沉淀池容积：,的物理意义是:在单位时间内沉淀池单位表面积的流量称为表面负荷或溢流率（q），量纲m3/m2.s，而u0的量纲m/s,二者的物理意义不同，但对理想沉淀二者相等，可见，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,二、沉淀、澄清及浓缩,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。,3.辐流式沉淀池,4.竖流式沉淀池,5.斜板（管）式沉淀池,二、沉淀、澄清及浓缩,二、沉淀、澄清及浓缩,（三）澄清池,利用高浓度活性污泥渣层的接触絮凝作用将水中杂质阻留，使水得到澄清。与沉淀池相比较：沉淀池污泥均被排除而未被利用 澄清池充分利用了沉渣的絮凝作用,1.澄清池原理,二、沉淀、澄清及浓缩,2.澄清池的类型与特点,（1）循环（回流）泥渣型澄清池,机械搅拌澄清池水力搅拌澄清池,（2）悬浮泥渣（泥渣过滤）型澄清池,悬浮澄清池脉冲澄清池,二、沉淀、澄清及浓缩,（四）浓缩,污泥浓缩工艺有重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩，国内主要为重力浓缩,1.浓缩目的,污泥中所含水分大致分为4类：颗粒间的空隙水，约占总水分的70%；毛细水，即颗粒间毛细管内的水，约占20%；污泥颗粒吸附水和颗粒内部水，约占10%。,污泥含水率从99降至96，体积可减小3/4，含水率从97.5降至95，体积可减小1/2,2.重力浓缩的分类,间歇式,连续式,二、沉淀、澄清及浓缩,三、沉砂,目的：去除废水中比重较大颗粒；原理：自由沉淀；类型：平流沉砂池、曝气沉砂池、钟式沉砂池,四、隔油,1.油品在废水中的状态,重油：比重大于1,悬浮油：油珠粒径大于100um,乳化油：油珠粒径0.12um,溶解油：油珠粒径小于0.1um,2.隔油原理,3.隔油池,平流式隔油池,斜板式隔油池,4.隔油池设计参数,四、隔油,五、气浮,（一）气浮原理,向水中通入空气，产生微细气泡，使水中的微细悬浮物黏附在气泡上，随气泡一起上浮到水面，形成浮渣而除去。气浮操作中可加入混凝剂或浮选剂。气浮法可用于除去污水中密度比水小的悬浮物、油、脂，活性污泥浓缩,1.悬浮物与气泡黏附条件,气泡与颗粒的吸附力是由两相之间的界面张力引起的。根据作用于气-固-液三相之间的界面张力，可以推测这种吸附力的大小。,五、气浮,在气固液三相的接触点上，由液、气界面与液、固界面构成的 角称为接触角。根据三个界面张力在接触点处于平衡有：GS=LGcos+LS当=0时，固体表面完全被润湿，气泡不能吸附在固体表面。当0 90时，固体与气泡吸附的不够牢固，容易在水流的作用下脱附。当 90时，则容易吸附。或者吸附前后单位面积上的界面能差W=W1-W2=（LG+LS）-GS=LG（1-cos）0，W 0，不能吸附。180，W 2 LG，易吸附。,五、气浮,2.气浮的影响因素及提高气浮效果的措施,（1）气泡直径越小，数量越多，气泡效果越好。加入适量表面活性剂可达最佳效果；（2）如果水中含有或投加大量溶解性无机盐，会降低气泡牢度，增加气泡尺寸，加速气泡的合并和破裂，降低气浮效果；（3）胶体物质的存在会影响气浮，因此气浮前投加混凝剂，压缩双电层，促进悬浮物凝聚（4）污水中亲水性物质影响气浮。投加由极性和非极性集团组成的浮选剂可除去亲水性物质,五、气浮,（二）气浮法的分类和适用范围,1.气浮法的分类,2.气浮法的适用范围,五、气浮,（三）加压溶气气浮法,1.基本工艺流程,加压溶气气浮工艺由溶气系统、空气释放设备和气浮池组成。该工艺有3种流程：全溶气、部分溶气、回流加压溶气,2.溶气方式吸气溶气、射流溶气、压缩空气溶气,3.加压溶气气浮法优点,4.气浮池形式：平流式和竖流式,5.平流气浮池设计参数,（四）气浮法优缺点,（五）气浮法在废水处理中的应用,1.含油废水处理2.羽毛清洗废水处理,五、气浮,六、过滤,（一）过滤原理,1.迁移：悬浮颗粒从水流向滤料表面的迁移,2.附着：悬浮颗粒附着在滤料上,3.脱附：悬浮颗粒从滤料上脱落下来,六、过滤,（二）过滤周期及反冲洗,（三）滤池基本结构,滤料层、承托层、配水系统、集水系统、反冲洗系统,六、过滤,（四）滤池分类,（五）城市污水三级处理中过滤单元的设计要点,反冲洗；池型设计参数,七、吸附,（一）吸附原理,吉布斯方程：,由于吸附剂的存在，溶质的减少能增大溶液表面张力，即dr/dc为负值时，a为正值，产生吸附，反之解吸。,（二）吸附类型,1.物理吸附：分子间力（范德华力）引起2.化学吸附：化学键力引起3.离子交换吸附：静电力引起,七、吸附,（三）吸附等温线,达到平衡时，单位吸附剂所吸附的物质的数量称为平衡吸附量，常用q(mg/g)表示。将平衡吸附量q与相应的平衡浓度c作图得吸附等温线。,1.吸附等温线,七、吸附,2.吸附等温式,（1）朗格谬尔（Langmuir）等温式,（2）弗兰德利希（Freundlich）等温式,以上两式均描述I型吸附等温线,七、吸附,（2）BET等温式,该式描述的是II型吸附等温线,七、吸附,（四）吸附速率,吸附速率取决于以下传质过程：,外扩散,内扩散,吸附速率快，传质阻力可忽略,限速步骤,（五）常用吸附剂及影响因素,1.了解活性碳及特性,2.影响活性碳吸附的主要因素,（1）活性碳的特性（2）吸附剂的性质和浓度（3）污水pH值（4）共存物质（5）温度（6）接触时间,七、吸附,（六）吸附操作方式,（七）吸附床设计,七、吸附,八、离子交换,离子交换法是水处理中软化和除盐的主要方法之一。离子交换的实质是不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交换离子与溶液中的其它同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆性化学吸附。在水处理中常用离子交换树脂和磺化煤,（一）离子交换基本原理,1.离子交换树脂的构造,八、离子交换,2.离子交换树脂的性能,物理性能（1）外观 常用凝胶型离子交换树脂为透明或半透明的珠体，大孔树脂为乳白色或不透明珠体。优良的树脂圆球率高，无裂纹，颜色均匀，无杂质。（2）交联度 水处理用树脂交联度在7-10。,（3）含水率 树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分比（约50%），树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率。（4）溶胀性 干树脂+水湿树脂 体积胀大 绝对溶胀度,八、离子交换,(5)密度,八、离子交换,化学性能(1)酸碱性：树脂在水中电离出H+和OH-,表现出酸碱性。树 脂的酸碱性受pH值影响，各种树脂在使用时都有适当 的pH值范围。(2)选择性：树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为 选择性，选择性大小用选择性系数来表征。(3)交换容量：表示树脂的交换能力。通常用EV（mmol/ml 湿树脂）表示，也可用EW（mmol/g干树脂）表示。EVEW（1-含水量）湿视视密度(4)离子交换平衡,K为平衡常数，其大小能定量的反映在离子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。,八、离子交换,（5）离子交换速度,离子交换过程：离子从溶液主体向颗粒表面扩散，穿过颗粒表面液膜；穿过液膜的离子继续在颗粒内交联网孔中扩散，直至达到 某一活性基团位置；目的离子和活性基团中的可交换离子发生交换反应；被交换下来的离子在孔道内向外迁移；交换下来的离子进入树脂外部溶液。上述几步中，交换反应速率与扩散相比要快得多。因此总 交换速度由扩散过程控制。,八、离子交换,（二）离子交换装置运行方式,固定床,移动床,流动床,（三）离子交换工艺设计,八、离子交换,（四）离子交换法在废水处理中的应用,含铬废水含锌废水电镀含氰废水有机废水,八、离子交换,九、膜分离,膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。膜应具有两个特征：一是具有两个界面，分别与两侧流体相接触；二是膜具有选择透过性，只允许一种或几种物质通过。膜分离技术有以下共同特点：膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏性物料分离、分级和浓缩。装置简单，操作容易，易控制、维修，且分离效率高。水中常用膜分离法分类（见表2-1-2）,（一）膜分离法的原理和分类,（二）电渗析,1.原理,电渗析工作原理图,九、膜分离,2.离子交换膜和电渗析装置,(1)离子交换膜的性能,a.交换容量 一般膜的交换容量为12.5mol/kg（干膜）。b.含水量 离子交换膜的含水量一般为3050。c.破裂强度 d.厚度 一般异相膜的厚度约1mm，均相膜的厚度约0.20.6mm，最薄的为0.015mm。5.导电性 完全干燥的膜几乎是不导电的，含水的膜才能导电。6.选择透过性,九、膜分离,（2）离子交换膜的分类,按膜体结构分类 a异相膜 b半均相膜 c均相膜 按活性基团分类 a阳离子交换膜 b.阴离子交换膜 c特种膜 按材料性质分类 a.有机离子交换膜 b.无机离子交换膜,（3）电渗析装置（见原理图）,九、膜分离,3.电渗析装置运行的工艺参数,（1）电流效率,（2）电流密度控制,a.浓差极化b.极限电流密度,电流密度增大到浓差极化时的电流密度为极限电流密度；要求：运行时，电流密度应低于极限电流密度。,九、膜分离,（三）反渗透,1.反渗透原理,用一张半透膜将淡水和某种浓溶液隔开，该膜只让水分子通过，而不让溶质通过。,实现反渗透过程必须具备二个条件：一是必须有一种高选择性和高透水性的半透膜；二是操作压力必须高于溶液的渗透压。,反渗透膜传质机理:（1）溶解扩散理论（2）优先吸附毛细孔流理论（3）氢键理论,九、膜分离,2.反渗透膜及其装置,按成膜材料可分为纤维素膜和非纤维素膜；按膜的形状可分为平板状、管状、中空纤维状膜；按膜结构可分为多孔性和致密性膜，或对称性(均匀性)和不对称性(各向异性)结构膜；水处理常用膜：醋酸纤维素膜（CA）、芳香聚酰胺膜（PA）、复合膜（TFC）,（1）反渗透膜,九、膜分离,（2）反渗透膜装置,九、膜分离,（四）超滤,（五）微滤,九、膜分离,十、中和,酸碱废水中和法；药剂中和法；酸性废水的过滤中和法,十一、化学沉淀,常用沉淀法：氢氧化物沉淀法；硫化物沉淀法；碳酸盐沉淀法,十二、氧化还原,常用氧化法：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,十三、萃取、吹脱、气提,略,十四、消毒,消毒主要是杀死对人体健康有害的病原微生物,主要消毒方法：氯消毒次氯酸钠消毒二氧化氯消毒臭氧消毒紫外线消毒,要求了解各种消毒方法的原理,第二章 污水生物处理,水污染控制工程,掌握：活性污泥法的机理、有机物生物降解的影响因素及工艺；生物膜法的机理、影响因素及工艺；生物脱氮、除磷的机理、影响因素及典型工艺；厌氧生物处理的机理、影响因素及典型工艺;污泥的处理技术和方法。熟悉：污泥的特性；水体污染的主要来源、特性及其危害。了解：污泥的最终处置方法；流域水污染防治的基本原则和方法；污染水体净化和生态修复的基本方法。,污水的生物处理分为好氧处理和厌氧处理两种类型。,第二章 污水生物处理,第二章 污水生物处理,生物处理方法主要用来去除污水中溶解态和胶体状态的有机物，其基本流程为,一、活性污泥法,（一）活性污泥法的基本工艺流程,向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它有巨大的表面积和很强的吸附性能，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。,1.活性污泥法的基本概念,2.活性污泥法的基本工艺流程,曝气池：反应主体二沉池：1）进行泥水分离，保证出水水质；2）保证回流污泥，维持曝气池内一定的污泥浓度回流系统：1）保证曝气池内维持足够的污泥浓度；2）通过改变回流比，改变曝气池的运行工况。剩余污泥：1）是去除有机物的途径之一；2）维持系统的稳定运行。供氧系统：提供足够的溶解氧,一、活性污泥法,（二）活性污泥形态和组成,1.活性污泥形态,2.活性污泥组成,1)具有代谢功能的活性微生物群体（Ma）2)微生物内源呼吸、自身氧化的残留物（Me）3)污泥絮体吸附的难于生物降解的有机物（Mi）4)污泥絮体吸附的无机物质（Mii）,一、活性污泥法,（三）活性污泥增长曲线,污泥增长曲线见图2-2-4依次为停滞期、对数增殖期、减速增殖期、内源呼吸期活性污泥法选在减数增殖期或内源呼吸期,一、活性污泥法,（四）活性污泥法性能指标,1.混合液悬浮固体（MLSS）,MLSS=Ma+Me+Mi+Mii,2.混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）MLVSS=Ma+Me+Mi在条件一定时，MLVSS/MLSS是较稳定的，对城市污水，一般是 0.650.85,MLSS常用X表示,一、活性污泥法,3.污泥沉降比（SV）是指将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示；能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀；正常数值2030%,4.污泥容积指数（SVI）指曝气池混合液经30min沉淀后，1克干污泥所占有沉淀污泥容积的毫升数，单位为mL/g，但一般不标注。SVI的计算式为:,当SVI100时，沉淀性良好；当SVI=100200时，沉淀性一般；当SVI200时，沉淀性较差，污泥易膨胀。,一、活性污泥法,5.污泥泥龄（c）,曝气池中活性污泥总量与每日排放的污泥量之比，也称生物固体的平均停留时间（SRT）,X=QwXr+(Q-Qw)Xe,一、活性污泥法,6.污泥负荷和曝气池容积负荷,污泥负荷：单位重量活性污泥在单位时间内接受的有机污染物量,有机物去除容积负荷,一、活性污泥法,（五）活性污泥法的动力学基础,1.莫诺德（Monod）方程,Monod 方程描述限制增长营养物的剩余浓度与微生物比增长率之间的关系为:式中 微生物比增长速度，时间-1；m微生物最大比增长速度，时间-1；S溶液中限制生长的底物浓度，质量/容积；Ks饱和常数。即当=m/2时的底物浓度，故又称半速度常数，质量/容积。,一、活性污泥法,微生物的增长速度与底物的降解速度有一个比例关系：,当SKS时，-dS/dt=K1X当S KS时，-dS/dt=K2XS,一、活性污泥法,2.劳伦斯麦卡蒂（Lawrence-McCarty）方程,一、活性污泥法,（1）曝气池出水有机物浓度（Se）与泥龄关系,（2）曝气池微生物浓度（X）与泥龄关系,一、活性污泥法,（3）污泥回流比（R）与泥龄关系,（4）S0与Se的关系,（5）活性污泥表观产率Yobs与污泥产率Y的关系,一、活性污泥法,（六）活性污泥净化机理、过程及影响因素,1.活性污泥净化机理与过程,一般将这整个净化反应过程分为三个阶段：初期吸附；微生物代谢；活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩。前两阶段在曝气池中进行，后一阶段在二沉池中进行。,剩余污泥量的计算：,X=aQ(S0-Se)-bXv V,一、活性污泥法,（由式2-2-2、2-2-6及2-2-25导出）,2.活性污泥法净化污水的影响因素,（1）营养物质的平衡,理论上，耗氧活性污泥按BOD5:N:P=100:5:1配比，工程上:氮的需要量(kg/d)0.12X磷的需要量（kg/d）0.02X,（2）溶解氧含量,通常的曝气池溶解氧含量维持在24mg/L，出水口控制在2mg/L,一、活性污泥法,（3）pH,污水的pH应维持在6.59.5,（4）水温,在1530范围内，微生物增殖速度随温度升高而增加；在430范围内，污泥沉降性能随温度升高而改善；活性污泥法设计温度范围1035,（5）有毒物质,一、活性污泥法,3.活性污泥法的基本工艺参数,污泥负荷,容积负荷,污泥龄,水力停留时间（HRT）：待处理污水在反应器中逗留时间,污泥回流比（R）：回流污泥量与待处理污水量之比,一、活性污泥法,（七）曝气池的需氧量和供氧量,1.曝气池需氧量,（1）有机物降解及微生物内源呼吸需氧量 O2=aQ(S0-Se)+bXvV,（2）硝化反硝化需氧量 O2 N-DN=4.75Q(N0-Ne)-2.86Q(N0-Ne-NO3-),2.曝气池供气量,R0根据需氧量校正获得，氧利用率EA由设备提供,一、活性污泥法,3.曝气设备,曝气设备能耗占全部工艺能耗50以上；提高曝气设备供氧率的途径；鼓风曝气系统的组成和气体扩散装置。,一、活性污泥法,（八）活性污泥法的工艺流程和运行方式,1.传统活性污泥法,工艺流程；工艺设计参数氧利用率污泥回流比计算特点,2.阶段曝气活性污泥法,工艺流程；特点,一、活性污泥法,3.吸附再生活性污泥法,工艺流程：合建式和分建式；特点。,4.完全混合式活性污泥法,工艺流程；特点。,以上四种工艺均为传统活性污泥法及其变形,一、活性污泥法,5.生物吸附降解活性污泥法（AB法）,工艺流程 A段与B段串联，A段主要作用：生物吸附，B段主要作用：生物降解（不设初沉池）特点。AB法变形工艺,6.序批式活性污泥法（SBR法）,概念：也称间歇活性污泥法，运行时，废水分批进入池中，依次经历5个独立阶段，即进水、反应、沉淀、排水和待机。工艺流程（不设初沉池）基本原理进水工序、反应工序、沉淀工序、排水工序、排泥与闲置工序工艺特点,一、活性污泥法,6.序批式活性污泥法,工艺脱氮除磷的控制条件a.提高易生物降解有机物浓度；b.降低曝气池硝态氮浓度；c.运行时间和溶解氧控制。SBR改良工艺,一、活性污泥法,7.氧化沟活性污泥法,工艺流程(不设初沉池)特点工艺类型,一、活性污泥法,一、活性污泥法,（九）异常现象与控制措施,1、污泥膨胀主要特征：污泥结构松散，质量变轻，沉淀压缩性差；SV值增大，有时达到90%，SVI达到200以上，大量污泥流失，出水浑浊，二次沉淀池难以固液分离，回流污泥浓度低，无法维持曝气池正常工作。污泥膨胀的成因：（1）当丝状菌生长超过菌胶团细菌时，大量的丝状菌从污泥絮体中伸出很长的菌丝体，菌丝体互相搭接，构成一个框架结构，阻碍菌胶团的絮凝和沉降，引起膨胀问题。,（2）在废水水温较低而污泥负荷太高时，此时细菌吸附了大量有机物，来不及代谢，在胞外积贮大量高粘性的多糖类物质，使表面附着水大大增加，很难沉淀压缩。采取的措施有：控制曝气量，保持溶解氧14mg/L。调整pH值。适量投加含N、P化合物，使BOD5:N:P100:5:1。投加一些化学药剂(如铁盐凝聚剂、有机阳离子絮凝 剂、硅藻土、黄泥等惰性物质以及杀菌剂等)。调整污泥负荷，通常用处理后水稀释进水。短期内间歇曝气(闷曝)。,一、活性污泥法,2、污泥上浮,原因：（1）污泥被破碎，沉速减小而不能下沉（2）污泥颗粒挟带气体或油滴，密度减小而上浮（3）曝气量过小，池底污泥厌氧分解，产生大量气 体，促使污泥上浮。（4）曝气时间长或曝气量大时，在沉淀池中可能由 于反硝化而产生大量N2或NH3，而使污泥上浮。（5）废水中含油量过大时，污泥可能挟油上浮。（6）废水温度较高时，在沉淀池中形成温差异重流 导致污泥无法下沉。,一、活性污泥法,控制措施：发生污泥上浮后应暂停进水，打碎或清除浮泥，判明原因。调整操作。如污泥沉降性差，可适当投加混凝剂或惰性物质，改善沉淀性；如进水负荷过大应减小进水量或加大回流量；如污泥颗粒细小可降低曝气机转速；如发现反硝化，应减小曝气量，增大污泥回流量或排泥量；如发现行泥腐化，应加大曝气量，清除积泥，并设法改善池内水力条件。,一、活性污泥法,3、泡沫问题 工业废水中常含有各种表面活性物质，在采用活性污泥法时，曝气池面常出现大量泡沫，泡沫过多时将从池面逸出，影响操作环境，带走大量污泥。当采用机械曝气时，泡沫阻隔空气，妨碍充氧。因此，应采取适当的消泡措施，主要包括表面喷淋水或除沫剂。常用除沫剂为机油、煤油、硅油等，投量为0.51.5mg/L。通过增加曝气池污泥浓度或适当减小曝气量、也能有效控制泡沫产生。当废水中含表面活性物质较多时，宜预先用泡沫分离法或其他方法去除。,一、活性污泥法,二、生物膜法,生物膜法是通过废水同固着于载体（如滤料）表面的微生膜接触，生物膜吸附和氧化废水中的有机物并同废水进行物质交换，从而使废水得到净化的过程。生物膜是由细菌、真菌和原生、后生动物组成的絮状结构。,生物膜法定义,二、生物膜法,（一）生物膜法的基本原理,1.生物膜结构及降解机理膜形成：污水通过填料填料截留悬浮物并吸附胶体物质在有氧的条件下微生物快速繁殖进一步吸附污水中的悬浮物、胶体和溶解态物质，逐渐形成生物膜。净化过程：生物膜吸附有机物分解合成代谢有机物变成无机物和生物相内源呼吸生物膜老化二沉池形成污泥，澄清水排出池外。,2.生物膜法的主要特点,生物膜中微生物种群丰富,优势菌种分层生长，传质条件好，可处理低浓度废水,工艺过程稳定，适应性强,动力消耗少运行管理方便,生物膜载体增加系统投资。载体材料比表面积小，故设备容积负荷有限，空间效率较低。适用于中、小水量污水的处理且污水中SS不太高。,缺点,二、生物膜法,（二）影响生物膜法的主要因素,1.水力负荷低水力负荷增加污水与生物膜的接触时间，处理效果更好；高水力负荷对生物膜的控制和传质有力，但过高负荷易造成生物膜流失。,2.载体表面的结构和性质载体表面正电位越高，亲水性、粗糙度、比表面积越大，对污水处理效果越好。,3.生物膜量及活性好氧膜在1.5-2mm内，膜的降解性能与膜的生物量呈正相关，厌氧膜厚度在一定范围内降解能力与膜后无关，继续增厚将导致膜脱落。,二、生物膜法,（三）生物膜法主要类型和工艺流程,1.普通生物滤池,（1）基本工艺流程,（2）构造,设计参数滤料的要求和作用,二、生物膜法,（3）工艺特点,处理效果好；动力消耗低；进水水力负荷低；运行稳定，易于管理；生于污泥量小；卫生条件较差。,二、生物膜法,2.高负荷生物滤池,高负荷生物滤池较普通生物滤池BOD5容积负荷6倍，水力负荷10倍，通常入池BOD5须200mg/L。,（1）高负荷生物滤池工艺流程,单级高负荷生物滤池（见图2-2-33）,二级高负荷生物滤池（见图2-2-34）,（2）高负荷生物滤池特点,二、生物膜法,3.塔式生物滤池,（1）结构和设计参数,（2）特点,塔式生物滤池适宜于二级处理串联系统中作为第一级处理设备，也可以在废水处理程度要求不高时使用,二、生物膜法,4.生物接触氧化法,也称接触曝气法，兼有活性污泥法和生物膜法的优点。,（1）工艺流程,一段式：工艺流程（图2-2-36）；流态为完全混合式，微生物处于对数增殖后期和减速增殖前期。二段式：工艺流程（图2-2-37）；第一段：微生物处于对数增殖期，污泥负荷高于2，以低能耗、高负荷、快速的生物吸附和合成为主，第二段利用微生物的氧化分解。,（2）构造,池体、填料、布水布气、排泥装置对填料要求,（3）特点,二、生物膜法,5.生物转盘,（1）工艺流程和工作原理,生物转盘的基本流程如图2-2-40。生物转盘又称半浸没生物膜法反应器，其核心处理装置是表面附有生物膜的盘片。盘片作为生物膜的载体，当生物膜处于浸没状态时，废水有机物被生物膜吸附，当它处于水面以上时，大气的氧向生物膜传递，生物膜内所吸附有机物氧化分解，生物膜恢复活性。生物转盘每转动一圈即完成一个吸附-氧化的周期。生物转盘采用多级形式时，应逐级减少盘片数量。,二、生物膜法,（2）生物转盘的结构,组成：盘片、废水处理槽、水平轴、驱动装置。结构参数。,（3）生物转盘的特点,二、生物膜法,6.曝气生物滤池,与生物接触氧化池相似，区别在于前者截留过滤效果差，后者充分利用了截流过滤，因此不设二沉池。,（1）曝气生物滤池工艺流程与工作原理,曝气生物滤池的工艺流程见图2-2-44。污水持续进入滤池，填料表面及内部产生的生物量增多，截留的悬浮物不断增加，当固体物质积累到一定程度，堵塞滤层表面，导致水头损失达到极限，此时用气水联合反冲洗，漂洗，恢复曝气生物滤池功能，进入下一周期。,根据处理程度不同，曝气生物滤池分为一段（碳化）、二段（硝化）、三段（反硝化、除磷）工艺,二、生物膜法,（2）曝气生物滤池构造,组成：池体、滤料、承托层、布水布气系统、反冲洗系统；滤料性能要求；结构参数。,（3）曝气生物滤池特点,二、生物膜法,7.生物流化床,（1）生物流化床工作原理,污水由流化床底部进入，当水流速度大到足以克服载体浮重时，载体介质呈流化状态。流化的颗粒表面生长有生物膜，废水在流化床内同分散十分均匀的生物膜相接触而获得净化。两个概念：临界流化速度和冲出速度,（2）生物流化床工艺类型,二相生物流化工艺（图2-2-47）；三相生物流化工艺（流化床内直接充氧，不设体外脱膜设备）,二、生物膜法,（3）生物流化床构造,池体、布水器、沉淀区及三相分离器、载体二相流化床还需充氧装置和脱膜装置,（4）生物流化床特点,二、生物膜法,8.生物移动床,在生物滤池和流化床工艺基础上发展起来。载体的流化状态靠曝气和搅拌维持。,（1）生物移动床基本工艺流程,见图2-2-49,（2）生物移动床组成,池体、载体、出水装置、曝气和搅拌系统,（3）生物移动床特点,二、生物膜法,三、污水生物脱氮除磷,（一）污水生物脱氮,1.生物脱氮基本原理,氨化作用硝化作用,首先通过下列作用形成硝酸盐,然后通过反硝化作用形成N2而脱氮,需要注意：硝化需碱度:7.14g CaCO3/g NH4+-N，反硝化产生碱度:3.47g CaCO3/g NO3-N,反硝化有机物需要量BOD5(g)=1.71NO2-N(g)+2.86NO3-N(g)应尽量避免内源反硝化消耗细胞物质，产生氨。,2.生物脱氮过程的影响因素,（1）温度（2）溶解氧（3）pH（4）碳氮比（5）泥龄（6）有毒物质,三、污水生物脱氮除磷,3.生物脱氮的典型工艺,前面所述序批式活性污泥法（SBR)和氧化沟可脱氮。,缺氧/好氧脱氮工艺（A1/O法）见图（2-2-50）（1）A1/O法特点（2）A1/O法条件控制脱氮效率与污泥回流比及混合液回流比的关系,公式成立的前提是：硝化及反硝化都较彻底,三、污水生物脱氮除磷,（二）污水生物除磷,1.生物除磷基本原理,当污水中氮磷浓度显著高于C:N:P=46:8:1时，需脱氮除磷工艺。生物法除磷原理见图2-2-51。聚磷菌在厌氧条件下通过水解聚合磷酸盐而获得能量，即聚磷菌体内ATP水解放出H3PO4和能量，同时转化为ADP，聚磷菌利用释放的能量吸收溶解性有机物供生命所需。聚磷菌在好氧条件下有氧呼吸，分解吸收来的有机物释放出能量，能量为ADP获得，结合H3PO4形成ATP，在该过程中摄取的磷远大于细胞合成所需，磷以聚合磷酸盐形式贮存，形成污泥而除去。,三、污水生物脱氮除磷,2.生物除磷的主要影响因素,（1）温度（2）溶解氧（3）pH（4）碳源的数量和性质（5）泥龄,三、污水生物脱氮除磷,3.生物除磷的典型工艺,生物除磷的典型工艺为厌氧/好氧除磷工艺（A2/O法），见图2-2-52,（1）A2/O法特点；（2）回流比控制；（3）水力停留时间；（4）泥龄控制。,三、污水生物脱氮除磷,（三）污水同时生物脱氮除磷工艺（A2/O）,A2/O法工艺见图2-2-53，为A1/O与A2/O工艺合并。注意：厌氧池在缺氧池前；脱氮和除磷效率相互制约。,三、污水生物脱氮除磷,四、厌氧生物处理,（一）厌氧生物处理原理,厌氧生物处理又称厌氧消化或厌氧发酵，是指在无氧条件下，由厌氧和兼性微生物的共同作用将有机物最终分解为CH4和 CO2的过程。厌氧消化分为三阶段（见图2-2-55）：第一阶段：水解发酵；第二阶段：产氢和乙酸；第三阶段：产甲烷阶段。,1.厌氧生物处理的主要优点,2.厌氧生物处理的主要缺点,（二）影响厌氧生物处理的主要因素,（1）温度（2）氧化还原电位（3）pH和碱度（4）营养物质（5）有毒物质,四、厌氧生物处理,（三）厌氧生物反应器,1.厌氧接触法,厌氧接触法的工艺见图2-2-56；特征。,2.两相厌氧消化工艺,两相厌氧消化工艺见图2-2-57。由于厌氧水解发酵和产甲烷阶段微生物种群不一样，为提高消化效率，人为把两阶段设置在不同反应器，然后串联使用。特点,厌氧生物处理工艺一般不设初沉池。,四、厌氧生物处理,3.厌氧滤池,厌氧滤池结构与好氧生物滤池相似，只是池顶密封,常见结构如图2-2-58；工艺特点,4.升流式厌氧污泥床（UASB）,UASB是在升流式厌氧滤池基础上发展而来，结构如图2-2-59；工艺特点,5.厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）,EGSB是UASB的改进，主要是前者上升水流更快，使颗粒污泥处于膨胀悬浮状态，结构见图2-2-60；工艺特点,四、厌氧生物处理,6.厌氧内循环反应器（IC）,IC反应器结构见图2-2-61，其特点是高径比较大，反应器分为两段，水流自下而上，依次经过第一反应室和第二反应室，每个反应室有单独的三相分离器；工艺特点,7.厌氧膨胀床和厌氧流化床,与前面EGSB不同之处在于填有比表面积较大的惰性载体颗粒。当膨胀率为110-120时称为膨胀床，膨胀率为120-170时称为流化床。工艺特点,四、厌氧生物处理,四、厌氧生物处理,（四）水解酸化好氧生物处理,1.水解酸化好氧生物处理原理,水解酸化好氧生物处理工艺见图2-2-62。由于水解酸化要求的厌氧环境没有产甲烷阶段严格，利用水解酸化将复杂有机物降解为低分子化合物，再通过好氧池进一步处理。,2.工艺特征,3.水解酸化池的结构、启动和运行,水解酸化池几何尺寸配水系统出水收集装置排泥系统启动和运行,4.水解酸化好氧处理工艺参数,根据污水处理难易程度分为城市污水和工业污水处理（1）城市污水处理参数水解酸化池工艺设计参数好氧池工艺设计参数（2）工业废水水解酸化工艺设计参数,四、厌氧生物处理,五、污泥处理与处置,（一）污泥的分类及性质,1.污泥概念,2.污泥的种类和性质,污泥处理的目的是降低有机物含量并减少水分，以便于运输和处置,按废水处理工艺，污泥分类如下：初沉池污泥腐殖质污泥与剩余活性污泥消化污泥化学污泥,污泥的基本性质：污泥固体含水率污泥比重污泥体积与含水量的关系,当含水量大于80时，上式简化为：,五、污泥处理与处置,3.污泥的产量,4.污泥的处理,污泥处理依次为：稳定处理去水处理最终处置与利用,五、污泥处理与处置,五、污泥处理与处置,（二）污泥的浓缩及应用原理,游离水絮体水毛细水粒子水,1.污泥水分类,2.污泥浓缩方法,（1）重力浓缩（2）气浮浓缩（3）离心浓缩,（三）污泥消化,1.污泥好氧消化2.污泥厌氧消化,（四）污泥脱水,1.干化场脱水2.过滤机脱水,五、污泥处理与处置,（五）污泥最终处置,1.综合利用堆肥物质回收2.最终处置卫生填埋干化焚烧湿式氧化,五、污泥处理与处置,掌握：管线和泵站设计的基本方法。了解：排水系统的类型和功能。,一、污水收集与提升,第三章 城市污水处理工程实践,掌握：主要工业废水和生活污水处理规模的确定、厂址选择、总平面布置及水力流程确定的基本原则和方法。,二、污水处理厂总体设计,三、处理工艺与构（建）筑物设计,第三章 城市污水处理工程实践,掌握：污水处理工艺流程及污水处理程度的确定；污水一级处理工艺单元的类型、功能、设计原则及计算方法；污水二级处理工艺单元的类型、功能、设计原则及计算方法；污水深度处理工艺单元的类型、功能、设计原则及计算方法；污泥处理工艺单元的类型、功能、设计原则及计算方法。熟悉：各处理单元构（建）筑物的基本结构和建筑形式。,掌握：污水、污泥处理过程中主要计量、监测仪器仪表的选择与使用。熟悉：污水、污泥处理流程中各单元的控制系统和仪表。,四、污水及污泥处理常用仪表与过程控制系统,第三章 城市污水处理工程实践,第