水的生物化学处理方法剖析.ppt

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1、第三章 水的生物化学处理方法,自然界存在大量的微生物，可以在有氧或无氧的条件下将有机物分解，获得能量以繁殖，生长。水的生物化学处理法就是利用微生物的这种特性去除污水中的有机物，降低水中的氮、磷等营养物的含量。,本章内容,1、微生物基础2、好氧悬浮生长技术（重点）3、好氧附着生长技术4、厌氧生物处理技术5、生物脱氮除磷技术（难点）6、水处理厂污泥处理技术7、废水土地处理技术,第一节 废水处理微生物学基础,复习1、水处理工程中的微生物属于自养微生物还是异养微生物？2、异养微生物需要那些“食物”？,一 微生物的分类：按微生物结构与功能的不同，可将微生物分为5组，分别为动物，植物，原生动物，真菌，细菌

2、。,真核生物（细胞具有核膜和细胞器）,原核生物（没有明显的核和细胞器）,动物（多细胞，能运动，具有分化的细胞组织，异养）,植物（多细胞，不运动，具有细胞组织，主要有光合作用）,真菌（大部分为多细胞，不运动，异养，分解者）,原生生物（大部分为单细胞，运动，异养，分解者）,细菌（单细胞，部分能运动，部分异养，分解者，部分有光合作用）,轮虫,苔藓，藻类,酵母，蘑菇,鞭毛虫,废水处理中重要的微生物：细菌 真菌 藻类 原生动物 轮虫以及甲壳类动物,指示生物,微生物的代谢过程,细菌的生长曲线：,时间,细菌数,对数生长期,二、细菌生长曲线及Monod公式,（1）微生物生长动力学：在对数生长期间，某种基质供给

3、不足，则这种基质成为细菌生长的限制因素，可用Monod公式表示：,：细菌的生长速率常数，d1m：细菌的最大生长速率常数，d1S：基质浓度，mg/LKs：半饱和常数，即 m/2时的基质浓度,细菌的增长速率可表示为：,X为细水中菌浓度,Monod公式,(3-2),微生物生长动力学,限制基质可能是细胞生长所必需的任何一种最基本的物质，但碳源常常是限制因素，因此，一般情况下，基质指有机物,1 当基质浓度足够高时，SKs，上式简化为：,2 基质浓度比较低时，SKs，上式简化为：,与基质浓度有关，符合一级反应规律,考虑到细胞的自然死亡，因此细胞的净增长速率为：,Kd为内源性衰减系数,注意：课本中细胞的净增

4、长速率与细菌的增长速率他用了相同的符号表示，在这里我们为了便于区别，将细胞的净增长速率改动一下。,（37）,由于基质按一定比例转化为细胞，因此细菌的增长与基质的消失有以下关系：,Y 为产率系数,(3-5),（2）基质的利用速率,课堂学习题,假如我们定义净生物体系数是净生物体生长速率与基质利用速率之比值。,对于一工业废水活性污泥工艺，其反应器容量为105m3,反应器中生物体浓度为2000g/m3,COD浓度为15g/m3。采用课本P213表31中给出的动力学系数求净生物系数。,第二节 好氧悬浮生长系统处理技术,生物处理过程分为好氧悬浮生长生物处理工艺和附着生长生物处理工艺。,好氧悬浮生长生物处理

5、,活性污泥法,曝气氧化塘,好氧消化法,高负荷氧化塘,本章概要,（一）活性污泥法基本原理（二）普通活性污泥法的运行方式及其演变（三）活性污泥法主要设计与运行参数（四）好氧悬浮生长处理工艺质量平衡方程（本章重点）（五）曝气方法与曝气机理（六）活性污泥法处理系统工艺设计及计算,一、活性污泥法,活性污泥法是处理城市污水最广泛使用的方法。自1912年开始至今，活性污泥法的研究经过近百年的发展，在理论和实践上都取得了很大的进步。活性污泥法本质上与天然水体（江、湖）的自净过程相似。,大量微生物形成的絮凝团，外形呈黑色污泥状。与污水混合完全，在有氧条件下，将污水中有机物分解，净化水体。,（一）活性污泥法基本原

6、理,活性污泥法的基本流程,活性污泥法基本原理,污泥吸附有机物,氧化分解有机物,絮凝体形成，沉降,对数生长期，有机物分解最快，但不易形成絮凝体,减数生长期，有机物分解变慢，易形成絮凝体，吸附能力强,（二）普通活性污泥法的运行方式及其演变,1.普通活性污泥法：又称传统活性污泥法，水流为推流式，均匀供气。,对有机物（BOD）和悬浮物去除率高。,缺点：不能适应冲击负荷，基建费用高,2.阶段曝气法：污水沿池长多点进入，维持有机物浓度均匀。,3.完全混合法：加速曝气法,延时曝气法,活性污泥法的新发展,纯氧曝气法 充足的氧气使污泥负荷很高，曝气时间缩短一半以上，产生污泥密度大，易沉淀分离。,2.深水曝气法

7、曝气池的深度50150米，水中氧气在高压下溶解度增大，污泥负荷很高，占地面积小。,活性污泥法的新发展,3.粉末活性炭法：向曝气池中投入大量的粉末状活性炭，将微生物，溶解氧吸附，使污泥易于沉淀分离，并能够加快有机物的处理速率，提高污泥负荷能力。,4.间歇活性污泥法（序批式活性污泥法，Sequencing Batch Reactor,SBR),工艺特点：废水分批进入反应池，经过5个阶段：进水，反应，沉淀，排水，闲置。,SBR过程是典型的非稳态过程，有机物和微生物浓度在时间上是理想的推流状态，在空间上完全混合。因此比连续流法反应速度快，处理效率高，可以抑制专性好氧菌的过度繁殖，利于生物脱氮除磷。由于

8、泥龄短，丝状菌不可能成为优势菌种，不会出现污泥膨胀。无需回流装置。,运行时间约为412h，其中反应时间4060。,运行实例：,（三）活性污泥法主要设计与运行参数,1、表征活性污泥微生物量的指标混合液悬浮固体（MLSS，mg/L）它表示的是在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总重量。混合液挥发性悬浮固体（MLVSS，mg/L）本项指标所表示的是混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度。,2、活性污泥的沉降性及其评定指标,污泥体积指数（SVI，ml/g）：取1升污水在带刻度的量筒内沉降30min后，读取污泥所占体积（SV，ml/L）。将此混合液过滤，干燥，称重，得每g污泥干重所占体积（

9、MLSS）SVI SV/MLSS,SVI值一般在50150，过高难于分离，过低则表明污泥颗粒太小，缺乏活性。,影响污泥增长的因素：1 溶解氧 2营养物,又称“生物固体平均停留时间”活性污泥处理系统保持正常、稳定运行的一项重要条件，是必须在曝气池内保持相对稳定的悬浮固体量。但是，活性污泥反应的结果，使曝气池内的活性污泥在量上有所增长，这样，每天必须从系统中排出相当于增长量的活性污泥量。X=QWXr+(Q-QW)Xe,3、污泥龄,曝气池内活性污泥总量（Vx）与每天排放污泥量之比，称之为污泥龄，即活性污泥在曝气池内平均停留的时间。c=Vx/X c=Vx/QWXr+(Q-QW)Xe在一般情况下，Xe值

10、极低，可忽略不计，上式可简化为：,c=Vx/QWXr,4、BOD-污泥负荷,活性污泥反应的核心是活性微生物，而参与反应的物质有：作为活性污泥微生物营养物质的有机污染物和保证活性微生物正常生理活动的溶解氧。决定有机污染物的降解速率、活性污泥增长速率以及溶解氧被利用速率的最重要的因素，是有机污染物与活性污泥量的比值F/M.F/M=QSa/XV,想一想：,过高的F/M会对活性污泥法的运行有什么影响？过低的F/M又会对活性污泥法的运行有什么影响？,（四）好氧悬浮生长处理工艺质量平衡方程（本章重点）,1、生物体的质量平衡,稳定状态下，生物量的质量平衡方程为：进水生物量累积生物量出水生物量废弃生物量,积累

11、流入流出净生长,Q0,S0,X0,Q0-QW,S,Xe,QW,Xu,(用黑板演示计算）,做一做,请同学们根据基质物料平衡，推出X的函数表达式。,根据活性污泥系统生物过程动力学：,稳定状态下，生物量的质量平衡方程为：进水生物量累积生物量出水生物量废弃生物量,进入曝气池的废水流量和排水流量,进水，曝气池中，出水，排弃污泥中微生物浓度,曝气池中有机物浓度,进水中X0约为0,出水中Xe约为0,我们再回忆一遍,简化为：,（1）,对这个体系的有机物做质量平衡：,（2）,得到两个重要的指标：水力停留时间 平均细胞停留时间,（3）,从（1）式中看出，只要知道 就可以得到出水中溶解性BOD5的浓度S：,如果出水

12、中微生物浓度不可忽略，就要对平均细胞停留时间修正：,回流比的确定：假定从二沉池出水所夹带的活性污泥量，剩余污泥排放量以及污泥增长量忽略不计，则：,XR为回流水的污泥浓度,推流式污泥法的动力模型难以从质量平衡方程导出，利用两个简化假设，Lawrence和McCarty提出一个设计方程式：,1.流入曝气池中的与流出曝气池中的微生物浓度大致相等，且c/大于5。,2.废水经过曝气池时，溶解性BOD5的利用率为：,设计方程式为：,S0 为进水基质浓度S 为出水基质浓度 回流比Si 经回流稀曝气池进水释后基质浓度，,例题1,某城市建立完全混合曝气池为主体的二级处理厂。已知流量为10000m3/d。经初次沉

13、淀后BOD5 浓度S0为150mg/L，要求出水BOD5 浓度小于5 mg/L。试验参数Y为0.5kg/kg，kd为0.05d-1，假设污泥MLSS 为3000 mg/L，二次沉淀池排除的污泥浓度为10000 mg/L。试确定曝气池体积，每天排除剩余污泥量和回流比。,解：,由公式,查表确定C 来计算V,取C 为4天，kd为0.05d-1，Y为0.5kg/kg,V806（m3）,每天排除剩余污泥量：,由公式定义可知,（m3/d）,回流比：,R0.43,（五）曝气方法与曝气机理,1 曝气过程的机理,曝气池内氧气的转移速率用下式表示：,KLa：单位容积内氧的转移速率（mg/Lh）Cs：水的饱和溶解氧

14、浓度（mg/L）CL：水的实际溶解氧浓度（mg/L）,动力效率Ep：一度电所能转移到水中的氧量（kg/Kw h）,2 曝气方法：,鼓风曝气,机械曝气,鼓风曝气装置：,钟罩式扩散器管式扩散器穿孔式扩散器倒盆式射流式,机械曝气装置：,叶轮式转刷式,曝气池的类型和构造,推流式曝气池：长方形的廊道，水流呈螺旋前进。,完全混合式曝气池：,循环混合式曝气池：一般称为氧化沟，循环水量为进水量的数百倍，接近完全混合型，是延时曝气的变体。,（六）活性污泥法处理系统工艺设计及计算,系统组成：曝气池，曝气设备，污泥回流设备，二次沉淀池,1、设计内容：选定工艺流程；曝气池的容积的计算及曝气池工艺设计；计算需氧量、供气

15、量以及曝气系统的计算与设计；计算回流污泥量、剩余污泥量与污泥回流系统的设计。二次沉淀池的选定与工艺计算、设计。,2、应确定的主要各项参数,3、具体工艺设计,（1）曝气池容积的计算,当前较普遍采用的是按F/M（有机物/微生物比）来进行计算。,F/MFW,S0曝气池进水BOD5的浓度Q进水流量V池的有效容积X混合液污泥浓度,污泥龄,污泥负荷U,（Kg/kgd）,处理效率E,首先解决需氧量和供气量。,需氧量的计算：O2,（2）曝气系统的设计,R需氧量,需氧量O2必须换算为水温20，气压为1个大气压的充氧量R0,污水的氧转移系数/清水的氧转移系数,污水的饱和溶解氧浓度/清水的饱和溶解氧浓度,20和T时

16、的饱和溶解氧浓度,水中实际溶解氧浓度,实际气压/标准气压,Csm,对于鼓风曝气池，Cs（20）和Cs（T）应该取气体扩散器出口和曝气池表面溶解氧饱和年度的平均值Csm。,Cs 标准压力，设定温度下的水中溶解氧饱和浓度Pb 扩散器出口处的绝对压力Qt 气体离开池表面时氧的百分比，由下式计算：,EA为氧转移效率（），一般取6,所需故风曝气量：,（m3/h）,（3）二次沉淀池，污泥回流系统的设计,污泥回流量可以从沉淀池的质量平衡方程来确定。假设二次沉淀池的污泥量保持不变（稳定状态）,稳定状态下，污泥的质量平衡方程为：累积污泥量污泥流入量出水污泥量废弃生物量0（Q0+QR)*X-(Q0-QW)*Xe-

17、(QR+QW)*Xu,V，X，S曝气池,二次沉淀池,Q0+QR，X，S,出水Q0-QW，Xe，S,污泥底流QW+QR，Xu,剩余污泥QW，Xu,污泥回流QR，Xu,回流比的确定：假定从二沉池出水所夹带的活性污泥量，剩余污泥排放量以及污泥增长量忽略不计，则：,XR为回流水的污泥浓度,例题2,某城市建污水处理厂，污水量10000m3/d，进曝气池污水BOD5的浓度为300mg/L，时变化系数1.4，要求出水BOD5浓度为25mg/L。计算池子有效容积和曝气量。,解：,采用传统活性污泥法。设定Fw为0.4kg/kgd，污泥浓度X为3000mg/L。,Fw,由,V（S0Q）/FwX（10000300）

18、/（0.43000）2500m3,供气量计算,MLSS,MLVSS0.750.8 MLSS,0.7530002250mg/L,挥发性污泥,因此，挥发性污泥的负荷为：0.40.750.5kg/kgd,由此查表32可知，去除每千克BOD5的需氧量为0.79kg,最大需氧量为：,Kg/h,采用管式扩散器，管深2.5米，水温30。则出口处压力Pb 为：,1.013105+（2.5/10.33）1.0131051.258 105（Pa）,30和20时饱和溶解氧查表得Cs（30）7.6mg/L 和Cs（20）9.2 6mg/L,离开曝气池时氧的百分比：,20,30：,8.33mg/L,20时 Cs（20）

19、10.1mg/L,最后计算实际需氧量：,取分别为0.82，0.92，1.0，CL取1.5mg/L。,200kg/h,实际供气量：,1.11104（m3/h）,好氧悬浮生物处理工艺的其余方法,氧化塘：好氧氧化塘，兼性塘，曝气塘，厌氧塘以及水生生物氧化塘,1、降解原理2、生物滤池3、生物转盘4、生物接触氧化,第三节 好氧附着生长系统处理技术,好氧微生物和原生动物等附着在某些物料上生长繁殖，形成生物膜，水中有机物被膜中微生物分解，净化。,微生物停留时间长,种类繁多，分解力强,生物膜活性强,1、降解原理,好氧附着处理技术,生物滤池,生物转盘,生物接触氧化,普通生物滤池,高负荷生物滤池,塔式生物滤池,淹

20、没式,非淹没式,普通生物滤池特点：,池体,滤料,布水装置 排水系统,承托层,工作层,碎石，卵石,焦炭，炉渣,缺点：有机物负荷低，占地面积大，滤料易堵塞。,优点：BOD5去除率高，运转费用低，易管理。,0.2米,1.31.8米，粒径35厘米,高负荷生物滤池,改进的普通生物滤池：,滤料粒径增大为410厘米,工作层加厚,滤料大量采用合成塑料，滤层超过2米强制通风。,优点：有机负荷高大约68倍。,缺点：出水水质较差，BOD去除率较低。,曝气生物滤池,塔式生物滤池,特点：塔高形成自然强制通风，水滴高速下落，传质速度非常快，生物膜更新快，滤池不易堵塞。,可在每层塔内进水，均衡负荷,不同高度的滤料内有不同的

21、生物种群，利于有机物的分解。,塔式生物滤池填料,北京徕福卓尔环境工程技术有限公司生产的塑料重波填料,生物滤池的设计,有机负荷Nv：BOD5容积负荷，每立方米滤料在1天内承受的BOD5的量。,水力负荷q：每平方米滤料表面积在1天内承受的污水量。,滤料体积计算：,有回流时，令回流比为R：,进水浓度Sa为：,滤池面积为：,D为滤池中滤料高度,校核水力负荷：,Schulze推导式,Se出水BOD浓度Sa进水BOD浓度K BOD5降解速率常数n为滤料特性参数，一般取0.5,Se的估算：,k为BOD5降解速率常数，需要进行温度修正：n为滤料特性参数，一般取0.5q为水力负荷R为回流比,Velz修正方程,例

22、题,某城镇污水处理厂拟采用高负荷生物滤池，已知设计污水流量为5200m3/d，进水BOD5浓度S0为250mg/L，要求出水浓度小于25mg/L。试验得知k（20）0.042min1，若冬季平均水温15，试确定滤池的表面积和有效高度。,解：,采用1段式滤池，因为浓度S0为250mg/L，参考表3-5，选取回流比R为2。,由：,97mg/L,校正k值：,0.042（1.035）-5,0.035（min-1),选取滤池有效水深为2米，估算水力负荷q：,q0.0072（m3/m2min）10.4（m3/m2d）,滤池面积A5200/10.4500（m2),进行BOD5容积负荷校核：,g/m3d,基本

23、在8001200 g/m3d范围内，设计合乎要求。,作业291页323,补充内容 联合的好氧处理工艺,优点：（1）附着生长工艺的稳定性和抗冲击负荷性（2）附着生长工艺供部分去除BOD用时的容积效率和需要能量少。（3）附着生长工艺预处理的作用以改善活性污泥的沉淀特性。（4）由于有活性污泥处理，有高质量的出水。,生物转盘,盘片 转轴,接触反应槽,驱动装置,处理原理：,吸附有机物,好氧分解,吸氧传质,生物转盘的特点：,无须回流，工艺简单采用多级串联，既适应高浓度废水，也适合低浓度废水。剩余污泥量很少，适应有机负荷变动大运转费用低，管理简单,生物接触氧化,曝气活性污泥法和生物滤池的结合，在曝气池中设置

24、填料，生长生物膜，充氧的废水在生物膜和活性污泥的作用下分解。,生物接触氧化分类,分流式,直流式,曝气和填料的接触在不同隔间进行。污水曝气充氧后从上至下流过填料。,曝气和填料的接触在同时进行。污水在向上流过填料时曝气。,分流式接触氧化有机负荷小，直流式接触氧化负荷大。,生物填料,生物接触法的一些设计参数：,进水BOD5浓度控制在100300mg/L，污水停留时间24h，溶解氧浓度2.53.5 mg/L，气水比（1520）：1。填料高度一般为3米。,进水BOD5浓度控制在500mg/L，污水停留时间0.51.5h填料负荷为36kg/m3d，溶解氧浓度2.53.5 mg/L，气水比（1015）：1。

25、采用蜂窝管时，管内水流速度13米，填料高度一般为3米。,生物流化床,载体粒径小于1毫米（焦炭，粗砂，活性炭，无烟煤），比表面大于3300m2/m3。比表面高于生物转盘60倍，塔式生物滤池20倍。,微生物含量高于普通活性污泥法的1020倍。,流化方式：水力流化和气力流化,特点：废水流速很高，超过20m/s，反应床内载体呈流化状态。,二相流化床,三相流化床,充氧方式：纯氧和空气,流化床运行参数简介：,气源：纯氧，三相流化床。载体：砂粒。有机负荷7.27kg/m3d，停留时间0.26h，床内上升水流速度2562.5m/s。BOD5去除率84。,三相流化床，气源：空气，载体：沸石。有机负荷：12.16

26、 kg/m3d，BOD5去除率85.1。,第四节 厌氧生物处理技术,一、概述二、厌氧生物处理机理三、厌氧生物处理系统四、厌氧生物处理的新发展,一、概述,1906年德国学者Imhoff开发双层沉淀池 处理有机污泥.(化粪池）1970年代由荷兰学者G.Lettinga等人研究成功上流式厌氧污泥床（UASB)。20世纪90年代，EGSB及IC,二、厌氧生物处理机理,厌氧生物处理机理：在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）消化作用，将废水中各种复杂有机物分解为甲烷和二氧化碳等物质的过程。,与好氧不同之处在于厌氧过程不以分子氧为受氢体。,好氧过程,厌氧过程,厌氧过程的受氢体可以是有机物（厌氧状

27、态），也可以是含氧有机物（NO3-，SO42-，CO2等，缺氧状态）。,厌氧生物处理是复杂的微生物化学过程，由三大主要类群的细菌完成。,水解产酸细菌,产氢产乙酸细菌,产甲烷细菌,含纤维素，半纤维素，果胶和脂类的污水中，水解成为速度限制；简单的糖类，淀粉，氨基酸的废水中，产甲烷成为限制步骤。,常温消化,中温消化,高温消化,水温1030,水温2538,水温5055,影响厌氧处理的主要因素,1、甲烷细菌对温度的变化十分敏感。,2、甲烷细菌的繁殖速度很慢。3、甲烷细菌的专一性很强。,4、甲烷细菌对pH的要求很严格,产酸菌要求环境介质pH在4.58，产甲烷菌要求在中性附近。在6.67.4较适宜。,有机物

28、质中炭氮比（C/N）过高，则pH易下降，缓冲能力弱；炭氮比（C/N）过低，则pH易上升，脂肪酸的胺盐积累，会对产甲烷菌产生毒害。,三、厌氧生物处理系统,分为厌氧悬浮生长系统处理技术和厌氧附着生长系统处理技术。,厌氧接触法,普通消化池,厌氧生物滤池,厌氧流化床,厌氧生物转盘,厌氧污泥层工艺,UASB工艺厌氧隔板反应器厌氧移动层反应器,1.厌氧接触法,工艺特点：类似活性污泥法，废水经消化池搅拌分解后，流入沉淀池进行固液分离，污泥流回消化池内回用。,运行参数：按消化池容积负荷计算，COD负荷为26kg/m3d，消化池高度：宽度1：1；池内水上升流速约0.5mm/s，停留时间约2h。,（一）厌氧悬浮生

29、长系统处理技术,普通消化池又称常规消化池或传统消化池。常用密闭的圆柱型。高浓度废水或污泥定期排入，消化后的污泥和废水分别由池底和上部排除，产生的沼气从顶部排出。,搅拌方式：机械搅拌，沼气搅拌，消化液搅拌,加热方式：热蒸汽直接在池内加热；消化池内装热交换管；池外加热,2、普通消化池,消化池设计参数,投配率p：每天加入消化池的新鲜污泥体积与消化池容积的比率。,污泥有效容积：,Wi-湿污泥投配量，m2p值中温消化一般用68，高温消化用1016。,（）厌氧污泥层工艺,.升流式厌氧污泥床法（工艺）厌氧隔板反应器厌氧移动层反应器,.升流式厌氧污泥床法,工艺特点：反应器内没有载体，由反应区，沉淀区和气室三部

30、分组成。废水在上升时被微生物分解产生气体，搅动污泥床的上部形成悬浮污泥层，在三相分离器内沼气与水，污泥分离，在重力作用下，污泥和水在沉淀区内分离，污泥下落回到反应区。,反应器内污泥浓度平均为3040g/L，底部污泥床高达6080g/L,COD容积负荷达到1020kg/m3d，去除率达到90以上。,反应器内设三相分离器，一般无污泥回流设备，无混合搅拌设备，进水悬浮物应该比普通消化池低，对水质变化比较敏感。,升流式厌氧污泥床法设计参数,沉淀区表面负荷应在0.7m3/m2h，混合液进入沉淀区前，通过入流孔道的流速不大于2m/h。,厌氧隔板反应器,利用隔板引导废水水流以升流方式通过一系列的污泥层反应器

31、。,（）厌氧附着生长系统处理技术,1、厌氧生物滤池2、厌氧膨胀床和厌氧流化床3、厌氧生物转盘（）厌氧塘,四、厌氧生物处理的新发展,（一）多级厌氧生物处理系统（二）两相厌氧处理系统（三）厌氧、好氧联合处理系统,发展方向,高效率厌氧处理系统必须满足的条件之一是：能够保持大量的活性厌氧污泥。第二个条件，是使得进水和保持的污泥之间的良好接触。今后厌氧反应器的发展方理效果，向应该围绕这两个基本条件，开发启动周期短、使用范围广，耐冲击负荷能力强，出水水质进一步提高的高效厌氧反应器。,讨论：与好氧相比厌氧生物处理的优、缺点,1、优点（1）需要的能量和营养物少。（2）产生的生物污泥较少。（3）产生甲烷，是一种

32、潜在的能源。（）需要的反应器容积较小2、缺点（1）处理程度往往达不到排放要求。（2）厌氧生物技术不能除磷。（3）厌氧生物处理过程反应速度较慢。（）为培养必需的的生物污泥总量，起动时间较长（）需要补充碱度,第五节 生物脱氮除磷技术,水环境中的氮与磷过多，会造成地表水富营养化，使水环境恶化。水中的磷以正磷酸盐、聚磷酸盐与有机磷三种形态存在，生活污水中，后两种占总数的70%左右，约10%左右以固体形式存在。,第三节 废水的深度处理技术,一、污水脱氮处理技术生物脱氮机理：硝化过程：NH4+3/2O2 NO2-+2H+H2O NO2-+1/2O2 NO3-反硝化过程：厌氧菌将NO3-和NO2-还原为N2

33、,需要电子供体,McCarty经验甲醇投加量计算公式：,Cm：要求的甲醇浓度N0：NO3-的起始浓度N1：NO2-的起始浓度D0：溶解氧的初始浓度,生物脱氮处理工艺：,生物脱氮，一般在好氧条件下进行硝化处理，然后在缺氧条件下进行反硝化处理脱去氮。,BOD5与总氮的比例制约了污水中反硝化菌的量，BOD5与总氮的比在13之间时，好氧可相当于单独硝化；BOD5与总氮的比在5以上时，完成反硝化需外加炭源。,物理化学脱氮技术,空气吹脱折点氯氧化,当pH为11时，水中NH3占总氨的98,二、废水中磷的处理技术,生物脱磷工艺化学除磷工艺,磷,合成细胞物质,沉淀到污泥中,投石灰乳PO43-+Ca2+,投铝盐或

34、铁盐PO43-+Al3+,本节内容,生物脱氮机理生物脱磷机理同步脱氮除磷处理技术,一、生物脱氮机理,氨化细菌,硝化菌,厌氧菌,将有机氮化合物分解，转化为氨氮,将氨氮转化为硝酸盐,将NO3-转化为N2,污水中有充足的氢源和碳源溶解氧严格低于0.5mg/L,反硝化过程,水温35pH值7.59溶解氧不低于0.5mg/L,硝化过程,生物脱氮工艺,两段工艺流程,A/O工艺（缺氧/好氧脱氮工艺）,硝化池体积 反硝化池体积,生物脱磷机理,O2,提供能量,磷酸盐,CO2,厌氧条件下,好氧条件下,生物脱磷机理,1.聚磷菌磷的摄取：在好氧条件下，聚磷菌不断摄取并氧化分解有机物，产生的能量一部分用于磷的吸收和聚磷的

35、合成，一部分则使ADP与H3PO4结合，转化为ATP而储存起来，细菌以聚磷的形式在细胞中储存磷，其量可超过生长所需，这一过程成为聚磷菌磷的摄取。2.聚磷菌磷的释放：在厌氧和无氮氧化物存在的条件下，聚 磷菌体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量，形成ADP，这一过程成为聚磷菌磷的释放。,是通过上述两个过程，在好氧和厌氧的间歇作用下，进行除磷的,生物脱氮处理工艺厌氧-好氧除磷工艺（A/O工艺）,Phostrip 除磷工艺,曝气池（吸磷和除BOD）,二沉池,沉淀池,石灰沉淀池,厌氧吸磷池,出水,剩余污泥,冲洗水,石灰和混凝剂,含磷水,剩余化学污泥,直接回流污泥,脱磷回流污泥,进水,三、同步脱氮除

36、磷处理技术,厌氧段,缺氧段,好氧段,沉淀池,进水,回流污泥,内循环,出水,富磷剩余污泥,Bardenpho工艺,沉淀池,第一缺氧反应器,好 氧反应器,第二缺氧反应器,快速好氧反应器,沉淀池,硝化混合液回流,反硝化释放磷,去处BOD硝化、吸磷,释放磷，反硝化脱磷,吸磷，硝化，去除BOD,排泥,原污水,排泥,污泥回流,作业,想一想：脱氮除磷工艺是如何在工艺中实现的？,horedox法,由于在最初的除磷系统的运行中，在不曝气区不能保证产生严格厌氧条件，放在第一缺氧池之前增设一个厌氧发酵区，沉淀池污泥回流入厌氧池，厌氧池中混合液进入缺氧池由于回流污泥所含硝酸盐甚少，故在发酵区中厌氧条件易达到，该法即称

37、为horedox法,horedox法,厌氧池,缺氧池,好氧池,缺氧池,好氧池,二沉池,回流,回流,进水,出水,除磷的影响因素:,碳源的浓度和种类溶解氧硝酸盐和亚硝酸盐温度PH工艺的运行参数和运行方式,一、污泥的性质二、污泥的处理和处置技术,第六节 水处理厂污泥处理技术,污泥分类,生物固体,固体,有机物,无机物,初沉污泥 腐殖污泥 剩余污泥 熟污泥 化学污泥,污泥指标：含水率，污泥比重，污泥的脱水性能,一、污泥的性质,自学课本269272表示污泥性质的指标做下列题目,含水率为90的污泥中13的固体物质是由相对密度为2.5的固定性固体组成的，而2/3由相对密度为1.0的挥发性固体组成，求干污泥和湿

38、污泥的相对密度。（如果取水的相对密度为1）,一 污泥的性质,污泥含水率，体积，重量的关系：,湿污泥的比重：,Sd 为污泥中干固体的平均比重,干污泥的比重Sd：,Pv 为干污泥中挥发性比重占的百分数,二、污泥的处理和处置技术,石灰稳定,厌氧消化,好氧消化,化学,压滤机,干化场,回用,焚烧,填埋,离心,其他,初步操作,浓缩,调理,稳定,脱水,最终处置,重力,离心,浮选,污泥处理处置技术,稳定处理,去水处理,最终处置,生物法,化学法,物理法,浓缩法,脱水法,干化法,填地,投海,焚烧,综合利用,污泥的浓缩处理,污泥的浓缩分为重力浓缩法，气浮浓缩法和离心浓缩法。,1.重力浓缩法：用于污泥的比重大于水的情

39、况。,主要设计参数：浓缩池的固体通量（也称固体过流率），水面积负荷，污泥容积比。,设计浓缩重力池，最主要的是确定浓缩池的面积A。,固体通量法,单位时间内，通过单位面积的固体重量叫固体通量。（kg/m2h）,A 固体通量法,固体通量G由两部分组成：,1.浓缩池底部连续排泥造成的底流牵动通量Gu,2.污泥自重压密造成的固体静通量Gi,底流牵动通量Gu与污泥固体浓度Ci有关系：,GuuCi,固体静通量Gi与该断面处污泥浓度Ci有关系：,Givi Ci,底流牵动通量Gu,固体静通量Gi,固体通量G,固体通量法,稳态工作时，固体通量和断面面积的乘积就是进入浓缩池的固体总量：,AGQ0C0,此时最小通量就

40、是图中曲线3对应的最低点b。,关键之处在于求出vi，作出曲线2。,以vi起始固体浓度Ci，作出曲线2。,例题：,污泥的静态沉降资料见表314。已知流入污泥流量Q03785m3，固体浓度C0=10kg/m3,要求浓缩后的污泥固体浓度达到42kg/m3，求浓缩池的面积和底泥流量。,解：,根据数据作出曲线2。由横坐标上42kg/m3处作曲线2的切线，得纵坐标为208kg/m3。,AGQ0C0,A378510/208 182m2,由质量平衡可知：Q0C0QuCu Qu378510/42901m3/d,B 气浮浓缩法,原理和气浮法处理废水中比重较轻的胶体，悬浮物类似。主要设计参数包括气固比，回流比和加压

41、水停留时间。,气固比一般经验值为0.030.04，空气量和气固比以及回流比的关系有：,Aa：气浮池释放的气体量，S：流入的污泥固体量，C0：流入污泥浓度。Sa：常压下空气在水中饱和溶解度R：回流比f：空气在回流水中的饱和度，取0.50.6P：溶气罐压力,脱水,压滤机,干化场,离心,化学,其他,离心脱水机,折带式转筒真空过滤机,板框压滤机,带式压滤机,第七节 废水的天然净化处理,近年来大力研究开发和实际应用了经济、节能和有效的水污染治理技术，一方面是常规处理技术如活性污泥法和生物膜法的不断改进；另一方面就是污水实用处理技术的研究和开发。,本节内容,一、塘处理系统二、土地处理系统三、人工湿地处理,

42、一、塘处理系统,1、国内外塘处理系统的发展 美国 德国 中国,2、生态塘系统的特点,（1）能充分利用地形，结构简单，建设费用低。（2）可实现污水资源化和污水回收及再用，实现水循环，既节约了水资源，又获得了经济收益。（3）处理能耗低，运行维护方便，成本低。（4）美化环境，形成生态景观。（5）污泥产量少。（6）能承受污水水量大范围的波动。缺点：占地面积大，易产生不良气味和滋生蚊蝇。,3、生态塘系统的运行原理,以太阳能为初始能源，种植水生植物，进行水产和水禽养殖。,4、生态塘在国内的应用实例,温州永嘉县岩头镇丽水湖上的“绿岛”。2006年11月投资3万元建成的丽水湖生态塘浮岛工程,齐齐哈尔污水生态塘

43、系统,（1）概括（2）处理流程和设计工艺（3）运行效果,二、土地处理系统,土地处理：利用土壤的物理、化学与生物化学作用，将污水中的污染物去除，使之转化为新的水资源，达到重新回收、利用的一种较为新颖的污水处理方法。,第四节 废水的土地处理系统,机理：土壤作用,有机物被吸附，微生物的分解,对氮磷的吸附，转化为氨氮和硝酸盐，底层土壤将硝酸盐转化为氮气。,阳离子被土壤吸附，交换，适量有利于作物，过量则积累在作物中，危害健康,植物作用,不同的农作物吸收不同量的氮磷化合物农作物改善土壤的透气性和微生物环境,污灌,快渗,漫流,湿地,地下灌溉,制约因素,类型：,公共卫生的影响，特别注意远离饮用水源100米以上

44、。,气候条件和土壤性质的影响,污水灌溉方式：,人工降雨,漫灌,龚沟灌溉,再生水的回收：,地下回收管网,侧渗渠,快速渗滤：以高渗透性的砂质土壤表土层为天然滤床，污水通过表土层被过滤净化。不需要种植特定作物。,地表漫流：以表层土壤、植物与空气的共同作用，使污水得到净化。,人工湿地：发展比较迅速的处理污水方式。污水流入土壤，在特定植物的作用下，氮磷被分解、吸收，污水得到净化。,水力负荷与污染物负荷,1、水力负荷 水量平衡关系污灌：设计降雨量+设计污水负荷量=蒸发量+渗透量漫流：设计降雨量+设计污水负荷量=蒸发量+渗透量+径流量快渗：经验法,是指规定的时段(日、周，月或年)内，可注入该系统的污水平均深

45、度。,2、污染物负荷 N=0.1CLN：年总氮负荷，C:污水总氮负荷L：年水力负荷,水力负荷经验值：污水污灌 610cm/d 地表漫流：一级污水0.81.8 cm/d 二级污水2.15.7 cm/d快速渗滤：中等10150 cm/w高额 1.52.0 m/w,土地使用面积,按年水力负荷计算 田间面积=3.65Q/L按污染物负荷计算 田间面积=0.365Q/Lc,Q：污水流量L:年水力负荷Lc：污染物负荷,1、污水土地处理系统发展历史,污水土地处理系统作为一种新的现代处理技术,其发展可追溯到公元前雅典的污水灌溉习惯。在早期的污灌实践中,人们的主要目的是把土地作为污水的受纳体。近年来,由于水资源的

46、短缺,迫使人们重新考虑利用土地处理净化污水。,2、土地处理过程机理,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、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、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。,3、土地处理系统的类型,慢速渗滤(图4-6),慢速渗滤：指有控制地将污水投配到种植粮食或经济作物的土壤表面，使污水在土壤和植物系统的作用下得到净化的一种土地处理系统。,慢速渗滤的布水方式,慢速渗滤系统的布水方式有喷灌、漫灌与垄沟灌溉三种方式。采用哪种方式，需根据经济、效率、技术与环境评价结果来确定。,喷灌,漫灌,垄沟灌溉,快速渗滤(图4-7

47、),适用于渗透性非常良好的土壤，如砂土、砾石性砂土、砂质砂土等。污水灌至快速渗滤田表面后很快下渗进入地下，并最终进入地下水层。灌水与休灌反复循环进行，使滤田表层土壤处于厌氧一好氧交替运行状态，依靠土壤微生物将被土壤截留的溶解性和悬浮有机物进行分解，使污水得以净化。,快速渗滤法的主要目的是补给地下水和废水再生回用。用于补给地下水时不设集水系统，若用于废水再生回用，则需设地下集水管或井群以收集再生水。,地表漫流(图4-8),地表漫流系统适用于渗透性低的黏土或亚黏土，地面最佳坡度为2到 8。废水以喷灌法或漫灌(淹灌)法有控制地分布在地面上均匀的漫流，流向设在坡脚的集水渠，在流行过程中少量废水被植物摄

48、取、蒸发和渗人地下。,地下渗滤,地下渗滤系统适用于无法接人城市排水管网的小水量污水处理，如分散的居民点住宅、度假村、疗养院等。污水进入处理系统前需经化粪池或酸化(水解)池预处理。地下渗滤处理系统是将污水投配到距地面约0.5m深，有良好渗透性的地层中，藉毛管浸润和土壤渗透作用，使污水向四周扩散，通过过滤、沉淀、吸附和生物降解作用等过程使污水得到净化。,土地处理系统的优点,污水土地处理成本低廉,基建投资省,运行费用低;运行简便,易于操作管理,节省能源;不产生二次污染;污水处理与农业利用相结合,能够充分利用水肥资源;能绿化大地,促进生态系统的良性循环。,5、应用实例,美国最成功的污水土地处理系统之一

49、 密执安州马斯凯根县（Muskegon),三、人工湿地处理,凤眼莲,芦苇,水生美人蕉,浮莲,菖蒲,蔗草,一.概念,湿地的定义 湿地是指地下水位通常在土地的表面或接近表面.土壤处于饱和状态.其上生长有植物的土地，是一种栖息着复杂动植物的生态系统.,人工湿地的定义 人工湿地（Constructed Wet Lands,CWL）是模拟自然湿地的人工生态系统，它是一种由人工建造和监督控制的类似沼泽地的地面，利用生态系统中物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化。,该技术是上世纪五六十年代末兴起的一种废水处理技术，与传统的二级处理技术相比，具有建设运行成本低，耗能少，出水水质好，运行维护方便，系

50、统配置可塑性强,对负荷变化适应性强；同时，有较强的氮、磷去除能力以及生态环境效益显著并可美化环境，实现废水资源化等特点。,人工湿地的机理,植物渗出的可溶性有机和无机物质为微生物生长提供了基质，使根际微生物的数量和活性明显高于非根际带。湿地系统成熟后，填料表面和植物根系由于大量微生物的生长而形成生物膜。废水流经生物膜时，大量的 SS 被填料和植物根系阻挡截留，不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快被微生物利用；废水中可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除。,根系周围由于植物的运输组织和根系对氧的传递释放形成连续的好氧、缺氧和厌氧状态，相当于许多串联或