水污染控制 工程复习提要2.docx

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水污染控制工程复习提要2

第十五章污水的厌氧生物处理

第一节：

厌氧生物处理的基本原理

一、厌氧消化机理

①废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化

②与好氧过程的根本区别：

不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。

③厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。

④厌氧过程可分为四阶段：

生化阶段

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

物态变化

液化（水解）

酸化

（1）

酸化

（2）

气化

生化过程

大分子不溶态有机物转化为小分子溶解态有机物

小分子溶解态有机物转化为（H2+CO2）及A、B两类产物

B类产物转化为（H2+CO2）及乙酸等

CH4、CO2等

菌群

发酵细菌

产氢产乙酸细菌

甲烷细菌

发酵工艺

甲烷发酵

酸发酵

二、厌氧法的影响因素

1.温度条件

2.pH值产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH值范围较广，在4.5-8.0之间。

产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最适宜pH值为7.0-7.2，pH6.6-7.4较为适宜。

在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在6.5-7.5（最好在6.8-7.2）的范围内。

3.氧化还原电位厌氧环境主要以体系中的氧化还原电位反映。

就大多数生活污水的污泥及性质相近的高浓度有机废水而言，只要严密隔断于空气的接触，即可保证必要的值。

4.有机负荷在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量（kgCOD/m3·d

5.污泥浓度各种反应器要求的污泥浓度不尽相同，一般介于10～30gVSS/L之间。

•搅拌和混合通过搅拌：

Ø消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触

Ø避免产生分层，促进沼气分离。

Ø进料迅速与池中原有料液相混匀。

搅拌程度与强度要适当。

•搅拌的方法：

▪机械搅拌器搅拌法

▪消化液循环搅拌法

▪沼气循环搅拌法等

6.废水的营养比厌氧法中碳:

氮:

磷控制为200-300:

5:

1为宜。

7.有毒物质

第二节污水的厌氧生物处理方法

1.化粪池

2.厌氧生物滤池

厌氧滤池又称厌氧固定膜反应器，滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。

厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水通过填料层时，

在填料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的有机物被降解，

并产生沼气，沼气从池顶部排出。

优点

1废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机

物

去除速度快

2微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅

拌

设备

缺点

①厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀的，在池进水部位高

②当废水中有机物浓度高时，特别是进水悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位容易发生堵塞现象

3.厌氧接触法

在混合接触池（消化池）后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法

特点

1通过污泥回流，保持消化池内污泥

浓度较高，一般为10-15g/L，耐冲击能力强；

2消化池的容积负荷较普通消化池高，

水力停留时间比普通消化池大大缩短，如常

温下，普通消化池为15-30天，而接触法小

于10天；

3可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较

大的料液，不存在堵塞问题；

④混合液经沉降后，出水水质好，

⑤需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备

⑥厌氧接触法存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点。

4.上流式厌氧污泥床

①反应器由反应区、沉淀区和气室三

部分组成。

②上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。

小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。

③大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，

则一般为矩形，高度一般为3-8m，其中污

泥床1-2m，污泥悬浮层2-4m，多用钢结构或

钢筋混凝土结构，

特点

①反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30-40g/L，污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度发展的颗粒污泥。

②有机负荷高，水力停留时间短。

中温消化，COD容积负荷一般为10-20kgCOD/（m3·d）；

③反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；

④无混合搅拌设备。

投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动

⑤污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。

⑥反应器内有短流现象，影响处理能力。

⑦运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。

5.分段厌氧处理法

⑴将水解酸化过程和甲烷化过程分开在两个反应器内进行。

1第一段：

完成水解和液化固态有机物为有机酸；缓冲和稀释负荷冲击与有害物质，并截留难降解的固态物质。

反应器可采用简易非密闭装置、在常温、较宽pH值范围条件下运行。

2第二段：

保持严格的厌氧条件和pH值，以利于甲烷菌的生长；降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气。

第二步反应器则要求严格密封、严格控制温度和pH值范围。

1热交换器被废水加热到需要的温度

2水解产酸反应，控制条件之产生脂肪酸，尽量不产生沼气

3沉降分离，去除不溶性有机物

4产甲烷阶段，使第一步反应产生的有机酸生成甲烷和二氧化碳等最终产物

⑵两步厌氧法具有如下特点:

（a）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷；

（b）两阶段反应不在同一反应器中进行，互相影响小，可更好地控制工艺条件；

（c）消化效率高，尤其适于处理含悬浮固体多、难消化降解的高浓度有机废水。

（d）但两步法设备较多，流程和操作复杂。

6.其它厌氧处理法

⑴①厌氧生物转盘：

构造与好氧生物转盘相似，不同之处在于盘片大部分（70％以上）或全部浸没在废水中，整个生物转盘设在一个密闭的容器内。

②厌氧挡板反应器：

从研究厌氧生物转盘发展而来的，生物转盘不转动即变成厌氧挡板反应器。

同时，厌氧挡板反应器实质上是一系列升流式厌氧污泥床，但不设三相分离器。

⑵①特点：

1微生物浓度高

2勿需处理水回流

3生物膜经常保持较高的活性

4耐冲击负荷，处理过程稳定性强

5可采用多级串连，各级微生物处于最佳生存条件

6运行管理方便

7盘片成本较高

②特点：

1反应器启动期短。

实验表明接种一个月，就有颗粒污泥形成，两个月可稳定运行。

避免2厌氧滤池等堵塞问题

3避免UASB因污泥膨胀而发生污泥流失问题

4不需要搅拌

5不需要载体

第三节厌氧生物处理法的设计

⑴厌氧生物处理法的设计包括：

①流程和设备的选择

②反应器和构筑物的构造和容积的确定

3需热量的计算和搅拌设备的设计等

⑵厌氧法特点：

①优点：

（1）应用范围广

（2）能耗低（3）负荷高（4）剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好（5）氮、磷营养需要量较少（6）有杀菌作用（7）污泥易贮存

②缺点：

（1）厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长；

（2）出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，

（3）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。

（4）厌氧过程会产生气味对空气有污染

（3）设计原则

一、流程和设备的选择

包括：

工艺和设备的选择；消化温度等。

二、厌氧反应器的设计

反应器的设计可以在模型试验的基础上，按照所得的参数值进行计算，也可以按照类似废水的经验值：

若采用中温消化

1对于传统消化法：

消化时间1－5d，负荷：

1－3kg（COD）/m3.d，BOD5去除率50％－90％。

2厌氧生物滤池或厌氧接触法，消化时间0.5-3d，负荷：

3－10kg（COD）/m3.d。

3上流式厌氧污泥床可采用更高负荷。

4消化气的产气量一般按0.4－0.5Nm3/kg（COD）

三、消化池热量的计算

•消化池所需热量包括：

将废水提高到池温所需热量和补偿池体所散失的热量。

对于一般钢筋混凝土池子，外面加设绝缘层，f（值约为20－25KJ／℃。

第十六章污水的化学处理

总述：

①污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除水中的杂质。

②处理对象主要是污水中无机的或有机的（难于生物降解的）溶解物质或胶体物质。

③常用的化学处理方法有化学混凝、中和法、化学沉淀法和氧化还原法。

一、化学混凝法

1.基本概念

（1）化学混凝处理的对象：

主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。

（2）胶体的稳定性：

Ⅰ.由于上述的胶体带电现象，带相同电荷的胶粒产生静电斥力，而且ξ电位越高，胶粒间的静电斥力越大

Ⅱ.受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即“布朗运动”

Ⅲ.胶粒之间还存在着相互引力——范徳华引力

Ⅳ.胶体间的相互斥力不仅与ξ电位有关，还与胶粒的间距有关，距离越近，斥力越大。

而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推进到使范徳华引力发挥作用的距离。

因此，胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。

Ⅴ.水化作用也使胶体不能相互聚结。

2.混凝原理

（1）压缩双电层作用

Ⅰ混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层,使ξ电位降低。

当ξ电位为零时,称为等电状态。

此时胶体间斥力消失,胶粒最易发生聚结。

Ⅱ实际上，ξ电位电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚结，这时的ξ电位称为临界电位。

Ⅲ胶粒因ξ电位电位降低或消除以至失去稳定性的过程，称为胶体脱稳。

脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。

（2）吸附架桥作用由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程。

（3）网捕作用沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。

3.以硫酸铝为例讨论混凝过程

⑴三价铝盐发挥混凝作用的是各种形态的水解聚合物。

⑵带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层的脱稳和吸附架桥的作用。

为使硫酸铝达到优异的混凝效果，应尽量使胶体脱稳和吸附架桥作用都得到充分发挥。

3当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅拌，使带电聚合物迅速均匀地与全部胶体杂质接触，使胶体脱稳，随后，脱稳胶体在相互凝聚的同时，靠聚合度不断增大的高聚物的吸附架桥作用，形成大的絮凝体，使混凝过程很好完成。

4.混凝剂和助凝剂

⑴混凝剂

Ⅰ混凝剂的要求混凝剂效果良好、对人体健康无害、价廉易得、使用方便

Ⅱ混凝剂的分类无机盐类混凝剂（铁盐和铝盐）：

高分子混凝剂（有机和无机）

⑵助凝剂

⑶影响混凝效果的主要因素水温，pH，水中杂质的成分、性质和浓度，水力条件

5.化学混凝的设备

⑴混凝剂的配制和投加设备

1混凝剂的溶液和配制混凝剂在溶解池中进行溶解:

2药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清水稀释到一定的浓度备用。

3

式中:

W1——溶液池容积，m3；qv——处理地水量，m3/h;A——混凝剂地最大投加量，mg/L;c——溶液浓度，％；n——每天配置次数，一般为2~6次。

④溶解池的容积：

W2=（0.2~0.3）W1

（2）混合设备1.水泵混合2.隔板混合3.机械混合

（3）反应设备

①隔板反应池利用水流断面上流速分布不均所造成的速度梯度，促进颗粒相互碰撞进行絮凝。

②机械反应池

二、中和法

特点：

药剂中和法能处理任何浓度、任何性质的酸性废水，对水质和水量波动适应性强，药剂利用率高。

①投加法

湿法中和定义：

把药剂配成一定浓度的溶液添加，一般石灰制备成石灰乳添加。

干法中和是把药剂直接加入到需中和的水中。

常用药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采用苛性钠和碳酸钠。

中和药剂的投加量，可按化学反应式进行估算。

石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，浓度在10％左右，反应在池中进行。

石灰量多时，可用生石灰

为了防止产生沉淀，石灰乳槽均装有搅拌设备。

②过滤法

过滤中和是指使废水通过具有中和能力的滤料进行中和反应。

1.适用范围：

适用于含酸浓度不大于2–3mg/L，并生成易溶盐的各种酸性废水的中和处理。

当废水含大量悬浮物、油脂、重金属盐和其他毒物时，不宜采用。

2.常用滤料：

石灰石（CaCO3）、白云石、大理石等，最常用的是石灰石

③定义：

①酸含量大于3％–5％的高浓度含酸废水，常称为废酸液；

②碱含量大于1％–3％的高浓度含碱废水，常称为废碱液。

④酸碱废水的来源：

酸性废水主要来源于化工厂、化纤厂、电镀厂、煤加工厂及金属酸洗车间等。

碱性废水主要来源于印染厂、造纸厂、炼油厂和金属加工厂等。

三、化学沉淀法

1．定义：

用易溶的化学药剂（可称沉淀剂）使溶液中某种离子以它的一种难溶的盐和氢氧化物形式从溶液中析出，在化学上称沉淀法，在化工和环境工程上称化学沉淀法。

2.作用：

废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中的有害离子，阳离子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，阴离子如SO42-、PO43-。

3.沉淀原理：

难溶盐和难溶氢氧化物在溶液中的离子的浓度之积（称溶度积Ks）是常数，当能结合成难溶盐的两种离子的浓度之积超过这盐的溶度积时，该盐将析出，而这两种离子的浓度将下降，需要去除的离子就与水分离。

四、氧化还原法

一、加氯氧化CN-根

电镀废水往往含有CN-,可加氯氧化为N2和CO2。

二、电解法

定义：

直流电通过电解质溶液时，在两个电极上引起的化学变化称电解。

作用：

可用于处理含CrO42-、Hg的废水。

三、置换法

电动序中电位较高的金属能取代水溶液中电位较低的金属的离子，前者析出而后者溶入水中。

第十七章城市污水回用

参考课本

第十八章污泥的处理和处置

定义：

污泥的处理和处置，就是要通过适当的技术措施，使污泥得到再利用或以某种不损害环境的形式重新返回到自然环境中。

第一节污泥的来源、性质和数量

一、污泥的来源、性质及主要指标

1.来源：

栅渣沉砂池沉渣初沉池污泥二沉池生物污泥

城市污水厂所产生的污泥量约为处理水体积的1%左右（0.5%~1.5%）,含水率99.2%左右。

2处理目的降低含水率，使其变流态为固态，同时减少数量；稳定有机物，使其不易腐化，避免对环境造成二次污染

3.污泥性质表征参数

⑴含水率与含固率

含水率是污泥中水含量的百分数，含固率则是污泥中固体或干泥含量的百分数

当含水率变化时，可近似地用下式计算湿污泥的体积：

⑵挥发性固体

挥发性固体（用VSS表示），是指污泥中在600ºC的燃烧炉中能被燃烧，并以气体逸出的那部分固体，反映污泥的稳定化程度

⑶污泥中的有毒有害物质

⑷污泥的脱水性能用指数比抗阻值（r）或毛细吸水时间（CST）评价

二、污泥量

三、污泥中的水分及其对污泥处理的影响

1.污泥中的水分

（1）游离水:

存在于污泥颗粒间隙中的水，称为间隙水或游离水，约占污泥水分的70％左右。

这部分水一般借助外力可与泥粒分离。

（2）毛细水:

存在于污泥颗粒间的毛细管中，称为毛细水，约占污泥水分的20％左右。

也有可能用物理方法分离出来。

（3）内部水:

黏附于污泥颗粒表面的附着水和存在于其内部（包括生物细胞内的水）的内部水，约占污泥中水分的10％左右。

有干化才能分离，但也不完全。

2.污泥中的水分对污泥处理的影响

污泥处理的方法常取决于污泥的含水率和最终的处置方式。

第二节污泥的处置及其前处理

一、污泥的处置农业利用建材填埋焚烧投放海洋

二、污泥处置的前处理为了避免污泥进入环境时，其有机部分发生腐败,污染环境，常在脱水之前先进行降解，称稳定。

经过稳定的污泥如果脱水性能差，则还需调理。

第三节污泥浓缩

一．基本概念

1.定义：

污泥浓缩是降低污泥含水率、减少污泥体积的有效方法。

2.目的：

污泥浓缩主要减缩污泥的间隙水。

3.方法

⑴沉降法①作用主要用于浓缩初沉污泥及初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥。

②分类间隙式污泥浓缩池连续式污泥浓缩池

⑵气浮法①气浮浓缩是依靠微小气泡与污泥颗粒产生黏附作用，使污泥颗粒的密度小于水而上浮，并得到浓缩。

②气浮浓缩系统的组成气浮浓缩系统主要由加压溶气装置和气浮分离装置两部分组成。

③气浮浓缩法的主要设计参数

a污泥负荷单位时间内，通过气浮池断面的干固体量，单位为kg/（m2.h）或kg/（m2.d）

b气固比溶气水经减压释放出的空气量与需浓缩的固体量之质量比，常用As表示；用于污泥浓缩一般取0.01～0.04

c水力负荷单位时间内，通过气浮池断面的处理水量，单位为m3/（m2.h）为m3/（m2.d），一般40~80m3/（m2.d）或2~3.5m3/（m2.h）。

d回流比加压溶气水量与需要浓缩的污泥量的体积比，通常以R表示，用于污水处理时取25%~50%，用于污泥浓缩需计算确定

（3）离心浓缩法

①原理利用污泥中固、液相的密度不同，在高速旋转的离心机中受到不同的离心力而使两者分离，达到浓缩的目的

②效果指标a出泥含固率3min停留时间，含固率可达到4％

b固体回收率浓缩后污泥的固体总量与入流污泥中的固体总量的比值

第四节污泥的稳定

一、污泥稳定化的处理方法:

a厌氧消化法b好氧消化法c氯化氧化法d石灰稳定法e热处理法

常用方法厌氧消化

目的污泥中的挥发性固体的量降低40％左右

过程水解、酸化、产乙酸、产甲烷

控制过程固态物的水解、液化、产甲烷

优点产生能量使污泥固体总量减少作土壤调节剂杀死致病菌

缺点投资大运行易受环境条件的影响消化反应时间长消化污泥不易沉淀

二、影响污泥消化的主要因素

1.pH和碱度厌氧消化产生有机酸pH最佳为7.0~7.3

2.温度中温：

33~35ºC高温：

50~55ºC

3.负荷①厌氧消化池的容积决定于厌氧消化的负荷率。

②表达方式

（1）容积负荷参数为投配率日进入的污泥量与池子容积之比，在一定程度上反映了污泥在消化池中的停留时间

（2）有机物负荷参数为有机负荷率每日进入的干泥量与池子容积之比消化时间进行复核

4.消化池的搅拌在有机物的厌氧发酵过程中，让反应器中的微生物和营养物质（有机物）搅拌混合，充分接触，将使得整个反应器中的物质传递、转化过程加快。

5.有毒有害物质

三、消化池的构造

主要设备消化池

附属设备加料，排料,集气排液溢流监测防护装置

加热池外加热池内加热

搅拌螺旋浆鼓风机射流器抽吸污泥气

破渣用自来水或污泥上清液喷淋

将循环污泥或污泥液送到浮渣层上

用鼓风机或用射流器抽吸污泥气进行搅拌

第五节污泥的调理

一、概述

①消化污泥、剩余活性污泥、剩余活性污泥与初沉污泥的混合污泥等在脱水之前应进行调理，以改善污泥的脱水性能。

②调理就是破坏污泥的胶态结构、减少泥水间的亲和力，改善污泥的脱水性能。

③方法加药调理法冷冻调理法淘洗加药调理法加骨粒调理法加热调理法

二、污泥脱水性能的评价指标

1.比阻抗值r比阻抗值的物理意义是单位干重滤饼的阻力，比阻抗值越大的污泥，越难过滤，其脱水性能也差。

2.毛细吸水时间（CST）其值等于污泥与滤纸接触时，在毛细管的作用下，水分在滤纸上渗透1cm长度的时间，以秒计。

三、加药调理法

原理用化学药品破坏泥水间的亲和力，通过调理使污泥的比阻抗（或CST）降低

1.调理剂种类无机调理剂有机调理剂

2.调理剂投加量的确定作比阻抗r及CST与调理剂用量的关系曲线图确定最佳调理剂用量和品种。

第六节污泥脱水

一、概述污泥脱水的作用是去除污泥中的毛细水和表面附着水，从而缩小其体积，减轻其质量。

二、污泥的自然干化

1.污泥干化床的构造

2.污泥干化床脱水效果的影响因素气候条件污泥性质污泥调理

三、污泥的机械脱水及其设备

⑴脱水机械转筒离心机板框压滤机带式压滤机真空过滤机

⑵

1.带式压滤机带式压滤机工艺的开发成功的关键是滤带的开发，是合成有机聚合物发展的结果。

带式压滤机的选用:

通常根据带式压滤机生产能力、污泥量来确定所需滤机宽度和台数（一般不少于2台），并需绘制脱水车间设备布置图。

2.污泥离心脱水和转筒式离心机污泥离心脱水的原理与离心分离、离心浓缩相同，即利用转动使污泥中的固体和液体分离。

转筒离心机的选择:

根据离心机的处理能力，即每台机每小时处理湿污泥立方米数，或每台机每小时处理干污泥千克数来决定的。

3.板框压滤机

①板框压滤机的选用根据污泥量、过滤机的过滤能力来确定所需过滤面积和压滤机台数及设备布置。

②工作原理：

利用过滤介质（常用为涤纶布）二面压力差为推动力，水被强制通过介质，污泥截留在介质表面。

第七节污泥的干燥与焚化

一、概述

污泥干燥是将脱水污泥通过处理，去除污泥中绝大部分毛细管水、吸附水和颗粒内部水的方法

二、污泥的干燥与焚化设备

1.转筒式干燥器和焚化炉2.流化床焚化炉3.Sevar干燥器