水处理 复习.docx

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水处理复习

杂质的种类

杂质的特性

主要单元处理方法

物理化学法：

混凝：

凝聚,2min,混合

絮凝,20~30分钟，反应

沉淀和澄清：

重力作用

浮选：

密度差

过滤：

表面过滤，滤层过滤

膜分离：

按分离物的尺寸，微滤、超滤、纳滤、反渗透

吸附：

在两相界面处的产生的积蓄

离子交换：

改变离子成分，但离子总当量数不变

中和：

使水的pH值达到或接近中性

氧化还原：

改变价态，变成不溶解的或无毒的

生物处理方法：

好氧，厌氧

反应器的概念及在水处理中的应用

反应器的类型：

物料的形态：

均相，多相

操作情况：

间歇式，连续式，流化床，滴洒床等

间歇式：

所有物料反应时间相同；反应物浓度与反应速度；反应器内成分均匀

连续流反应器：

（1）活塞流反应器（管式）：

流动方向无混合

（2）恒流搅拌反应器：

浓度均匀，反应速度不变（3）恒流搅拌反应器的串联：

综合了前两者的优点

物料在反应器内的流动模型

1、理想混合流动模型：

反应器内浓度完全均匀一致

2、活塞流流动模型：

各断面上流速一致，停留时间是管长的函数

3、轴向扩散流动模型和多级串联流动模型

反应器及期望的反应器设计：

完全混合：

快速混合器，软化，化学澄清

活塞流：

沉淀，砂滤池，吸附，离子交换，加氯，生物滤池

局部完全混合的活塞流：

絮凝器，污泥反应器

完全混合及活塞流：

活性污泥

胶体稳定性

胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。

胶体稳定性:

（1）动力学稳定性：

无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强。

（2）聚集稳定性：

①胶体带电相斥②水化膜的阻碍。

在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。

胶体稳定性的原因：

（1）动力学稳定性：

布朗运动强，对抗重力影响的能力强。

（2）带电稳定性。

带同号电荷的胶体之间存在静电斥力。

（2）溶剂化作用稳定性，胶体颗粒与分散介质水分子发生作用，形成水化层。

胶体带电的原因：

①晶格取代②化学基团电离③溶解、电离④吸附某些离子

混凝机理

电性中和作用机理包括压缩双电层与吸附电中和作用机理。

1．压缩双电层:

加入电解质，形成与反离子同电荷离子，产生压缩双电层作用。

2．吸附电中和作用:

这种现象在水处理中出现的较多。

指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低电位。

3．吸附架桥

吸附架桥作用是指高分子链的一端吸附了某一胶粒，另一端又吸附另一胶粒,形成“胶粒-高分子-胶粒”絮凝体,高分子物质起了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用,故称吸附架桥作用

4．网捕或卷扫

混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时,对胶粒会网捕、卷扫导致沉淀分离。

常用混凝剂的优缺点

硫酸铝:

价格便宜,来源广泛,应用经验丰富,低温时，水解困难，絮体松散。

聚合铝:

在相同水质下，用量比硫酸铝少，对水的pH变化适应性强

三氯化铁:

对水的pH变化适应性强，絮体密实，对低温低浊水处理效果好腐蚀性较强

聚合铁:

混凝效率高，用量省腐蚀性比三氯化铁弱

合成高分子:

与无机混凝剂相比，用量少、絮凝速度快高聚物的残余单体具有“三致”效应，应用受限

天然高分子:

絮凝剂无毒或低毒、无二次污染絮凝活性低

混凝动力学

异向絮凝：

由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集.

同向絮凝：

由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞聚集.

混凝控制指标

混合过程：

在混合阶段，对水流进行剧烈搅拌的目的主要是使药剂快速均匀分散以利于混凝剂快速水解、聚合、及颗粒脱稳。

平均G＝700~1000s-1，时间通常在10～30s，不超过2min，此阶段，杂质颗粒微小，同时存在颗粒间异向絮凝。

絮凝过程：

在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚，故以同向絮凝为主。

同向絮凝效果不仅与G有关，还与时间有关。

在絮凝阶段，通常以G值和GT值作为控制指标。

平均G＝20~70s-1，GT＝104~105，随着絮凝的进行，G值应逐渐减小。

混凝设备

混合设备

1.水泵混合：

投加特点：

混合效果好，节省动力，各种水厂均可用。

2.管式混合：

构造简单，安装方便，混合快速均匀。

水头损失大，流量过小时混合效果下降。

3.机械混合：

混合效果好，不受水质影响，缺点是增加机械设备，增加维修工作。

絮凝设备

1.隔板絮凝池：

构造简单、管理方便，但对流量变化大的絮凝效果不稳定，水流条件不理想，能耗（水头损失）浪费大，池子大。

适用于大、中水厂。

2.折板絮凝池：

与隔板式相比，水流条件大大改善，有效能量消耗比例提高，絮凝时间缩短，池体积减小。

水流曲折流动，提高了颗粒碰撞絮凝效果。

但安装维修较困难，折板费用较高。

3机械絮凝池：

灵活，可随水质、水量变化随时改变转速保证絮凝效果，适用于任何水厂。

机械维修工作增加。

4.穿孔旋流絮凝池：

构造简单，施工方便，造价低，可用于中、小型水厂或与其他形式的絮凝池组合应用。

5.网格、栅条絮凝池：

网格絮凝池效果好，水头损失小，絮凝时间较短，但还存在末端池底积泥现象

6.不同形式絮凝池组合应用

沉淀

沉淀：

水中固体颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀

沉淀分类：

（1）自由沉淀：

自由沉淀的条件：

颗粒离器壁较远；颗粒体积浓度小﹤0.002；水是静止的层流。

单个颗粒在无边际水体中沉淀，其下沉的过程颗粒互不干扰，且不受器皿壁的干扰，下沉过程中颗粒的大小、形状、密度保持不变，经过一段时间后，沉速也不变。

（2）絮凝沉淀：

在沉淀的过程，颗粒由于相互接触絮聚而改变大小、形状、密度，并且随着沉淀深度和时间的增长，沉速也越来越快，絮凝沉淀由凝聚性颗粒产生。

（3）拥挤沉淀：

当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度增加到一定值后，大量颗粒在有限水体中下沉时，被排斥的水便有一定的上升速度，使颗粒所受的摩擦阻力增加，颗粒处于相互干扰状态，此过程称为拥挤沉淀。

理想沉淀池的基本假设：

1.进水分布均匀，等速水平流动；2.颗粒分布均匀,等速自由沉降；3.颗粒:

颗粒沉到池底即认为被去除。

理想沉淀池的特性分析：

颗粒的去除率仅决定于表面负荷q和颗粒的沉速ut，而与沉淀时间无关。

颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷和颗粒沉速有关，而与其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。

平流式沉淀池：

分为进水区、沉淀区、存泥区、出水区4部分

影响平流式沉淀池沉淀效果的因素

1.实际水流状况

主要为短流的影响，产生的原因有：

（1）进水的惯性作用；

（2）出水堰产生的水流抽吸；（3）较冷或较重的进水产生的异重流；（4）风浪引起的短流；（5）池内存在的导流壁和刮泥设施等

2.凝聚作用:

实际沉淀池的沉淀时间和水深所产生的絮凝过程均影响沉淀效果实际沉淀池也就偏离了理想沉淀池的假定条件。

斜板（管）沉淀池原理：

由沉淀效率公式可知：

在原体积不变时，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提高。

斜板（管）沉淀池与水平面成一定的角度（一般60°左右）的板（管）状组件置于沉淀池中构成，水流可从上向下或从下向上流动，颗粒沉于斜管底部，而后自动下滑。

斜板（管）沉淀池的沉淀面积明显大于平流式沉淀池，因而可提高单位面积的产水量或提高沉淀效率。

斜板（管）沉淀池优缺点：

优点：

1.沉淀面积增大；2.沉淀效率高，产水量大；3.水力条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀。

缺点：

1.其缓冲能力差；2.对混凝要求高；3.维护管理较难，使用一段时间后需更换斜板（管）。

澄清池：

澄清池将絮凝和沉淀过程综合于一个构筑物完成，依靠活性泥渣层澄清。

澄清池分为泥渣悬浮型和泥渣循环型两种。

过滤工作过程：

由过滤与反冲洗两部分组成。

滤速：

滤速是指单位时间、单位过滤面积上的过滤水量，单位为m3/（m2h）或m/h。

工作周期：

从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为快滤池的工作周期。

从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。

滤池的工作周期为12~24h。

负水头现象：

当过滤进行到一定时刻时，从滤料表面到某一深度处的滤层的水头损失超过该深度处的水深，该深度处就出现负水头。

负水头会导致空气释放出来，危害：

①是增加滤层局部阻力，增加了水头损失；

②空气泡会穿过滤料层，滤料被随水带走。

避免滤池中出现负水头的两个方法：

一是增加砂面上的水深；

二是令滤池出口位置等于或高于滤层表面。

滤料要求:

1.具有足够的机械强度。

2.具有足够的稳定性。

3.能就地取材、价廉。

4.外形接近于球状，表面比较粗糙而有棱角。

滤料性能参数：

1.比表面积：

粒状滤料的比表面积可以表示为单位重量或体积的滤料所具有的表面积，单位为cm2/g或cm2/cm3。

2.有效粒径与不均匀系数：

粒径级配可以用滤料的有效粒径和不均匀系数表示。

常用的反冲洗方法有以下几种：

①单水高速反冲洗：

②气-水联合反冲洗；③表面助冲加高速水流反冲洗。

配水系统：

常见的配水系统有大阻力配水系统、小阻力配水系统、中阻力配水系统等三种，其作用：

①反冲洗时，均匀分布反冲洗水；②过滤时，均匀集水。

反冲洗时配水不均匀的危害：

①滤池中砂层厚度分布不均；②产生短流现象，出水水质下降；③可能造成漏砂现象。

大阻力配水系统的特点：

①配水均匀性好；②结构复杂；③管道容易结垢；④孔口水头损失大，反冲洗水压高。

小阻力配水系统的特点：

①反冲洗水头小；②配水均匀性较大阻力配水系统为差，当配水系统室内压力稍有不均匀，滤层阻力稍不均匀，滤板上孔口尺寸稍有差别或部分滤板受堵塞，配水均匀程度都会敏感地反映出来；③滤池面积较大时，不宜采用小阻力配水系统。

冲洗水的供给：

两种：

①水泵冲洗；②冲洗水塔或水箱冲洗。

水泵冲洗的特点：

①造价低；②操作麻烦；③短时间内耗电量大。

冲洗水箱的特点：

①造价高；②操作简单；③耗电量较均匀。

承托层的作用：

①防止滤料层从配水系统流失；②均匀布置反冲洗水。

吸附法：

就是利用多孔性的固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而分离去除的方法。

活性炭的种类及性质：

按来源分：

木质炭，果壳炭，煤质炭

按粒径分：

粉末炭（PAC）粒状炭（GAC）

特性：

1、微孔构造提供巨大的比表面积；2、石墨型微晶体边缘的不饱和炭原子使活性炭具有一定极性；

氯消毒原理：

1.氯与水的作用：

氯易溶于水中，在水中发生下列反应：

Cl2+H2OHOCl+H++Cl-

HOClH++OCl-

2.氯与氨的作用：

当水中有氨存在时，会发生如下反应：

NH3+HOClNH2Cl+H2O

NH2Cl+HOClNHCl2+H2O

NHCl2+HOClNCl3+H2O

采用氯氨消毒需要较长的接触时间。

二氯氨消毒效果最好，但有嗅味。

三氯氨消毒作用极差，且有恶嗅味。

活性污泥法

基本概念与流程：

活性污泥：

污水通气一段时间后，形成一种由大量微生物群体构成的易于沉淀的絮凝体。

基本流程:

污水→格栅→泵房→沉砂池→初沉池→活性污泥曝气池→二沉池→消毒。

形态：

多为黄褐色絮体，含水率超过99％，比重1.002~1.006

组成：

（1）Ma——活性污泥微生物；

（2）Me——活性污泥代谢产物；（3）Mi——活性污泥吸附的难降解惰性有机物；（4）Mii——活性污泥吸附的无机物。

微生物组成：

细菌、真菌、原生动物、后生动物。

数量的评价指标：

（1）混合液悬浮固体浓度（mg/L）

（2）混合液挥发性悬浮固体浓度（mg/L）

活性污泥微生物增殖规律：

增殖速率主要取决于有机物量与微生物量的比值

1.适应期：

微生物不增殖。

但个体增大，酶系统适应新环境，细胞开始分裂。

2.对数增殖期：

微生物以最大速率摄取有机物，最大速率增殖，合成新细胞，增殖速率与有机物浓度无关。

3.减衰增殖期：

增值速率和有机物降解速率大大降低。

4.内源呼吸期：

有机物下降直至耗尽，微生物进行内源代谢。

环境因素对活性污泥微生物的影响

1.营养物质：

碳，氮，磷，无机盐类及某些生长素

2.溶解氧：

活性污泥法是需氧的代谢过程

3.pH值：

只有在适宜的酸碱环境下，微生物才能进行正常的生理活动

4.温度：

温度适宜能够强化促进微生物的生理活动

5.有毒物质：

有毒物质浓度应低于有毒物质极限允许浓度

活性污泥反应的影响因素

1.BOD负荷率过低，丝状菌膨胀，过高，絮体活性高，不易沉降

2.污泥龄：

在曝气池中微生物从其生成到排出的平均停留时间，是设计和运行的重要参数

3.污泥回流比：

QR与Q之比，应保持污泥回流比R相对稳定

4.曝气时间：

指污水进入曝气池后，在曝气池中的平均停留时间

沉降性与浓缩性评价指标：

（1）污泥沉降比：

SV%，又称30min沉降比、混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污泥容积占混合液容积的百分比。

（2）污泥容积指数：

SVI：

静置30min后，1g干污泥所占的容积，（mL/g）。

活性评价指标：

活性污泥的比耗氧速率（SOUR），指单位重量的活性污泥在单位时间内所能消耗的溶解氧量，单位mgO2/（gMLVSS·h）或mgO2/（gMLSS·h）。

污泥净化反应过程：

对有机物的降解可分为两个阶段a.吸附阶段——巨大的比表面积b.微生物降解作用。

传统活性污泥法：

1）运行：

水流一端进，另一端出，沿途曝气，推流前进。

2）特点：

①吸附→减速增长→内源呼吸②处理效果好③不易污泥膨胀④供氧与需氧不平衡⑤耐冲击负荷能力差（尤其对有毒或高浓度工业废水）

完全混合曝气池：

特点：

①抗冲击负荷能力强②池中各点水质相同，各部分有机物降解工况点相同，便于调控③处理效率差于推流式④易出现污泥膨胀

渐减曝气活性污泥法：

一种能使供氧量和混合液需氧量相适应的运行方式，即供氧量沿池长逐步递减，使其接近需氧量。

曝气方式和曝气作用：

1）常用曝气方式a.鼓风曝气b.机械曝气c.射流曝气d.鼓风-机械联合曝气2）曝气作用a.充氧--->生化反应b.搅拌,使水,气,液三相良好接触提高氧利用率c.维持液体的足够速度以使水中固体物悬浮。

氧转移的影响因素：

（1）水质；

（2）水温：

水温上升，KLA值增高，CS值降低；（3）氧分压：

气压降低，CS值降低

提高氧转移速率的方法：

（1）提高KLa加强液相主体紊动，降低液膜厚度；增大相界面面积，（即减小气泡体积）；

（2）提高CS，可以提高氧转移速率。

例如压力生物反应器、纯氧曝气、深水曝气。

生物脱氮

脱氮原理：

1.氮的吹脱

2.污泥生物脱氮原理：

污水生物处理中氮的转化：

同化、氨化、硝化和反硝化作用（菌）

影响因素：

温度，进水碳源（C/N比），溶解氧（DO）,pH。

生物除磷

生物除磷系统的主要影响因素有：

1、DO；DO的影响体现在厌氧区和好氧区两个方面。

（1）首先必须在厌氧段中控制严格的厌氧条件。

（2）其次在好氧段则应供给足够的溶解氧。

一般厌氧段的溶解氧应严格控制在0.2mg/L以下，而好氧段的溶解氧控制在2.0mg/L左右。

2、有机负荷及其性质：

分子量较小的易降解的有机物易于被PAOs利用，诱导释磷能力较强，而高分子难降解的有机物诱导释磷能力较弱。

一般认为，进水BOD5/TP应控制在20，出水中磷的浓度可达到1.0mg/L以下。

。

3、厌氧区的硝态氮；如果厌氧区存在硝酸盐成分，

（1）一方面会被在除磷过程中担负发酵产酸作用的气单胞菌利用作为电子受体进行反硝化，抑制其对溶解性BOD的发酵产酸作用；

（2）另一方面，反硝化菌会与PAOs竟争污水中有限的溶解性BOD（特别是VFAs）。

有资料认为，为保证厌氧区的高效释磷，一般应将NO3--N浓度控制在0.2mg/L以下。

4、温度；温度对除磷效果影响不如对生物脱氮过程影响那么明显，在一定温度范围内，温度的变化不是十分大时，生物除磷都能成功运行。

5、泥龄及出水悬浮固体浓度。

仅以除磷为目的的污水处理系统中，一般宜采用较短的污泥龄。

但过短的泥龄可能会使出水的BOD5和COD达不到要求。

以除磷为目的的生物处理工艺泥龄一般控制在3.5~7天。

生物脱氮除磷工艺：

1、A2/O，2、Phostrip工艺3、UCT工艺及改良的UCT工艺，4、改良的A2/O，5、倒置A2/O，6、VIP工艺，7、氧化沟工艺8、序批式反应器工艺系统。

A2/O：

该工艺具有构造简单、总水力停留时间短、运行费用低、控制复杂性小、不易产生污泥膨胀等优点。

然而A2/O工艺存在的问题有：

回流污泥中携带的硝酸盐抑制了厌氧池磷的释放，使除磷效率降低，同时由于脱氮效果取决于回流比，而A2/O工艺的混合液回流比又不能太高。

UCT工艺及改良的UCT工艺：

改良UCT工艺基本解决了UCT工艺存在的问题，最大限度地消除了向厌氧段回流液中的硝酸盐量对释磷的不利影响，但由于增加了缺氧段向厌氧段的回流，其运行费用较高。

生物膜法

方法实质：

微生物附着在滤料或某些载体上，并在其上形成膜状生物污泥-----生物膜

生物膜法的历史及发展：

古老又在不断发展中的处理技术，1865年德国科学家发现生物过滤作用；1893年英国将污水喷洒在粗滤料上，作为生物膜反应器的生物滤池问世；20世纪20—30年代建造了许多生物膜反应器；40—50年代生物滤池逐渐被活性污泥取代的趋势；70年代新的反应器以独特的优势受关注。

生物膜法的特征：

1、微生物相方面的特征

（1）微生物的多样化

生物相——生物膜上生物的种类，数量及其生活状态的概括。

细菌、真菌||·微型动物||滤池蝇具有抑制生物膜的过速增长的功能

线虫具有较好生物膜，促进其脱落的功能　　

（2）生物的食物链长

生物膜上的食物链要长于活性污泥污泥量少于活性污泥系统

（3）能够存活世代时间长的微生物

（4）分段运行与优势菌种

分多段运行，每段繁衍与本段水质相适应的微生物

2、处理工艺方面的特征

（1）对水质、水量变动有较强的适应性

一段时间中断进水，对生物膜也不会有致命影响，通水后易恢复

（2）污泥沉淀性良好

无机成分高，比重较大，厌氧层过厚时，水的澄清度下降

（3）能够处理低浓度废水

活性污泥：

不适合处理低浓度的污水，若BOD长期低于〈50-60mg/l，会影响污泥絮体的形成。

生物膜：

20-30mg/L时，能降解到5-10mg/l

（4）易于维护运行，节能，动力费用低

厌氧生物处理：

在无氧条件下，利用厌氧微生物的生命活动，将各种有机物转化为甲烷，二氧化碳等的过程。

厌氧消化理论

三阶段理论：

水解，产酸发酵，产甲烷

四阶段理论：

水解，产酸发酵，产氢产乙酸，产甲烷

两相厌氧生物处理

两相厌氧消化：

根据消化机理设计。

目的：

提高产甲烷相反应器中污泥的产甲烷活性；提高整个系统的稳定性和处理效果。

特点：

第一相：

n=100%；T=1d处于水解与发酵、产氢产乙酸阶段（即消化的第一、二阶段）。

需加热、搅拌。

第二相：

n=（15～17）%；于产甲烷阶段（即消化的第三阶段）需加热、搅拌。

优点：

（1）总容积小

（2）加热耗热量少，搅拌能耗少（3）运行管理方便

实现相分离的方法：

物化法：

1、产甲烷菌的选择性抑制剂，（CCl3H、CCl4）；

2、产酸相中加入一定浓度的氧；

3、产酸相中pH值控制在5.5~6.5之间；

4、选择性半透膜，只有末端产物可以进入甲烷相；

动力学法：

产甲烷菌的世代时间比较长，控制产酸相的较小的停留时间。

污泥

污泥中的物质：

有毒有害（虫卵、微生物、重金属、有机物等），有用物质（N、P、K、有机物等）

污泥的分类

（1）按成分不同分为：

污泥——以有机物为主要成分，含水率高，不易脱水，胶状结构，亲水物质

沉渣——以无机物为主要成分，含水率低，易于脱水，流动性差

（2）按来源不同分为：

生污泥：

初沉池污泥，剩余活性污泥，新鲜污泥，腐殖污泥

消化污泥（熟污泥）：

经好氧、或厌氧消化处理的污泥

化学污泥：

用化学沉淀法处理污水后产生的沉淀物

污泥厌氧消化的分类

1.按操作温度不同分为中温消化和高温消化

2.按负荷率不同分为低负荷率和高负荷率

低负荷率：

不设加热搅拌设备，密封池子，池液分层，消化速度慢，消化期长。

高负荷率：

设加热搅拌设备，池子不分层，消化速度较快，消化期较短。

污泥的性质指标

（1）污泥含水率——污泥中水分的重量与污泥总重量之比的百分数

（2）污泥的脱水性能用比阻（r）评价

（3）挥发性固体（灼烧减量）-有机物含量，灰分（灼烧残渣）-无机物含量

（4）可消化程度—污泥中可被消化降解的有机物数量（Rd）（%）

（5）湿污泥比重：

湿污泥重量=污泥所含水分重量+干固体重量湿污泥比重=湿污泥重量/同体积的水重量

（6）污泥肥分—（N、P、K）和微量元素，土壤改良（腐殖质）

（7）污泥重金属离子含量——二级处理后，50%重金属存在污泥中

（8）热值干燥后相当于褐煤，可直接作为燃料。

污泥浓缩

初沉池污泥含水率：

95-97%

剩余污泥含水率：

达99%以上

浓缩池的目的:

减容

污泥的水分：

颗粒间隙水70%，毛细水（颗粒间毛细内的水）20%，污泥颗粒吸附水和颗粒内部水10%

降低含水率的方法：

1.浓缩法：

降低污泥中的间隙水2.脱水和自然干化法：

脱去毛细水3.干燥与焚烧法：

吸附水和内部水