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1、广工水污控复习水污染控制工程知识要点一、基本概念气固比； 投配率； 厌氧生物处理； 好氧呼吸；厌氧呼吸；生物膜法；活性污泥法；污泥处置；泥龄；三级处理；污泥调理；污泥回流比；污水回流比；水力负荷率；有机负荷率；自由沉降；格栅；自净作用；活性污泥；毛细吸水时间（CST）。二、基本原理1生物法脱氮、除磷的原理、环境条件要求及适用条件。指含氮化合物经过氨化、硝化、反硝化后，转变为N2而被去除的过程。生物脱氮1）氨化反应微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为。氨化微生物：包括细菌、真菌和放线菌。以氨基酸为例，加氧脱氨反应式为：RCHNH2COOH+O2 RCOOH+CO2+NH3 (11-5)水解脱氨

2、反应式为：RCHNH2COOH+H2O RCHOHCOOH+NH3 (11-6)1、生物脱氮2）硝化反应在亚硝化菌硝化菌和O2的作用下，将氨态氮转化为亚硝酸盐(NO2)、和硝酸盐(NO3)的过程称为硝化反应。硝化反应的总反应式：NH4+ + O2 NO3 + 2H+ + H2O + 能量(11-4)3）反硝化反应在缺氧条件下， NO2和NO3被反硝化菌还原为N2的过程。如： NO3 + CH3OH N2+ CO2 + H2O + OHC6H12O6 + 4NO3 6CO2 + 6H2O +2N2+1755.6 kJ同化作用定义：生物处理过程中，污水中的一部分氮(氨氮或有机氮)被同化成微生物细胞

3、的组成成分，并以剩余活性污泥的形式得以从污水中去除的过程。当进水氨氮浓度较低时，同化作用可能成为脱氮的主要途径。生物除磷1）基本原理：在好氧或缺氧环境下，利用聚磷微生物（PAOs)具有厌氧释磷及好氧(或缺氧)超量吸磷的特性，使好氧或缺氧段中混合液磷的浓度大量降低，最终通过排放含有大量富磷的污泥而达到从污水中除磷的目的。2）生物除磷的机理：(1)在好氧或缺氧条件下，聚磷菌以分子氧或化合态氧作为电子受体，氧化代谢胞内贮存物聚-羟基丁酸(PHB)或聚-羟基戊酸(PHV)等，并产生能量，过量地从污水中摄取磷酸盐，能量以高能物质ATP的形式存贮，其中一部分又转化为聚磷，作为能量贮于胞内。(2)在厌氧状态

4、下，兼性菌将溶解性有机物转化成挥发性脂肪酸(VFA)；聚磷菌把细胞内聚磷水解为正磷酸盐，并从中获得能量，吸收污水中的易降解的COD(如VFA)，同化成胞内碳能源存贮物PHB或PHV等。除磷菌主要有：不动杆菌、假单胞菌属、气单胞菌属、放线菌属和诺卡氏菌属等。2厌氧生物处理的原理及适用条件。应用：高浓度有机废水的处理。(BOD52000mg/L)厌氧消化的优点：1）产生的甲烷能抵消污水厂所需要的一部分能量；2）使污泥固体总量减少25%50%，减少了后续污泥处理的费用；3）消化污泥是一种很好的土壤调节剂，它含有一定量的灰分和有机物，能提高土壤的肥力和改善土壤的结构。4）消化过程尤其是高温消化过程(5

5、060条件下)，能杀死致病菌。厌氧消化的缺点：1）投资大，运行易受环境条件的影响；2）消化污泥不易沉淀(污泥颗粒周围有甲烷及其他气体的气泡)；3）消化反应时间长。3. 折点加氯法。4. 加压溶气气浮原理将空气在加压的条件下溶解于水，然后通过将压力降至常压而使过饱和的空气以细微气泡形式从水中释放出来，利用上浮微小气泡与水中悬浮的颗粒粘附，形成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密度小于水即上浮水面，形成浮渣层，然后从水中分离出去。5生物膜法及其特点6土地处理法去除污染物原理。7人工湿地除磷、脱氮基本原理净化原理： 湿地对废水的处理包括物理、化学和生物的三种作用。湿地成熟后，填料表面和根系

6、上生长有大量的生物膜，废水流经生物膜时，大量的SS被填料和根系阻挡截留，有机污染物则通过生物膜的吸收、同化和异化作用而被去除，湿地床系统中因植物根系对氧的传递释放，使根系周围环境中依次呈现好氧和缺氧状态，保证了废水中的N、P不仅被植物和微生物作为营养成分而直接吸收，而且还可通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用，将其从废水中去除，最后湿地床填料定期更换或载种植物的收割，而使污染物最终从系统中去除。8. 化学混凝原理9. 曝气沉砂池与平流式沉砂池的工作原理曝气沉砂池工作原理：污水在池中存在着两种运动形式，其一为水平流动（一般流速0.1m/s），同时在池的横断面上产生旋转流动（旋转流速0.

7、4m/s ），整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，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，沉于池底的砂粒较为纯净，有机物含量只有5%左右，长期搁置也不至于腐化。三、基本问题1城市污水回用的要求。回用水水质基本要求为达到污水回用安全可靠，城市污水回用水水质应满足以下基本要求：(1) 回用水的水质符合回用对象的水质控制指标；(2) 回用系统运行可靠，水质水量稳定；(3) 对人体健康、环境质量、生态保护不产生不良影响；(4) 回用于生产目的时，对产品质量无不良影响；(5) 对使用的管道、设备等不产生腐蚀、堵塞、结

8、垢等损害；(6) 使用时没有嗅觉和视觉上的不快感。2提高沉淀效率的基本途径。采用斜板沉淀池提高分离效果和处理能力；采用预曝气方法能提高沉淀效率58；曝气量：0. 5m3 /m3水。预曝气一般应在预曝气池或生物絮凝池内进行。工业污水处理中，由于水质水量的不均匀性，一般设置污水调节池，在调节中布置一些曝气设备，可以有效地提高污水处理程度，而且还可以免除沉积污泥的清理工作。采用活性污泥回流法将剩余活性污泥投加到入流污水中去，利用污泥的活性，产生吸附与絮凝作用，这一过程称为生物絮凝。采用这种方法，沉淀效率比原来的沉淀池提高1015; BOD5的去除率也能增加15以上，活性污泥的投加量一般在100400

9、mg/L之间。该法已在国内外得到广泛应用。3. 曝气沉砂池的特点。 沉砂中含有机物的量 5； 具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡作用； 加速污水中油类的分离。4产生活性污泥膨胀的主要原因。(1)丝状菌性膨胀指污泥中有大量丝状菌（主要有鞘细菌和硫细菌）存在时，由于丝状体相互支撑、交错，而导致污泥的沉降与压缩性能极大降低，形成的污泥膨胀。造成污泥丝状膨胀的主要因素： 污水水质研究结果表明，含碳水化合物高的污水由浮游球衣细菌引起的丝状膨胀；含硫化物高的污水由硫细菌引起的丝状膨胀。污水的水温低于15时，一般不会膨胀； pH值时，容易产生膨胀。运行条件 曝气池的负荷和溶解氧都会影响污泥膨胀。对于含

10、硫化物高的污水，不论曝气池中的溶解氧浓度低或高都会产生由硫细菌过度繁殖引起的污泥膨胀。工艺方法完全混合的工艺方法比传统的推流方式较易发生污泥膨胀； 叶轮式机械曝气比鼓风曝气易于发生。不易发生污泥膨胀的系统：间歇运行的曝气池；不设初次沉淀池的活性污泥法；射流曝气的供氧方式。(2)非丝状菌性膨胀发生条件：污水水温较低而污泥负荷太高时。原因： 微生物的负荷高，细菌吸取了大量营养物，但由于温度低，代谢速度较慢，就积贮起大量高粘性的多糖类物质。这些多糖类物质的积贮，使活性污泥的表面附着水大大增加，使污泥的SVI值很高。表示生物转盘处理能力的指标： 水力负荷：单位：m3水/m3槽d，或m3水/m2盘片d。

11、 有机负荷：单位：kg BOD5/m3槽d 或kg BOD5/m2盘片d。生物转盘的负荷率与废水性质、废水浓度、气候条件及构造、运行等多种因素有关，设计时可以通过试验或根据经验值确定。5. 影响氧气传递效率的因素。6泥龄在污水处理设计中的作用。7. 设置沉砂池的目的和作用。作用：是从污水中去除砂子、煤渣等比重较大的颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行。8. 影响生物滤池、生物转盘性能的主要因素。(1) 滤池高度 研究表明：随着滤床深度增加，微生物从低级趋向高级，种类逐渐增多，生物膜量从多到少。滤床上层，污水中有机物浓度较高，微生物繁殖速率高，种属较低级, 以细菌为主，生物膜量较多，有

12、机物去除速率较高。有机物在滤床不同深度处的浓度自上而下递减，因此，各层滤床有机物去除率不同(图13-13) ；有机物的去除率沿池深方向呈指数形式下降(图13-14)。研究表明，生物滤池的处理效率，在一定条件下是随着滤床高度的增加而增加但滤床高度超过某一数值后，处理效率的提高是微不足道，不经济的。研究还表明：滤床不同深度处的微不足道，不经济的。(2)负荷率 该指标集中反映生物滤池工作性能的参数，直接影响生物滤池的工作。水力负荷率：单位：m3(水)/m3d；m3(水)/m2d （以流量为准） 有机负荷率：单位： kg(BOD5或特定物质)/m3d （以BOD5为准） 表面水力负荷率：单位：m/d

13、（采用滤率m3(水)/m2d = m/d为单位）对于城市污水常用有机负荷率。 研究表明：当滤率8 m/d 时，下渗污水对生物膜的水力冲刷作用，可减少生物滤池堵塞现象。但在高负荷条件下，随着滤率的提高，污水在生物滤池中的停留时间缩短，出水水质将相应下降。为此，可利用回流滤池或提高滤床高度来改善进水水质，从而提高滤率和保证出水水质。滤率对处理效率的影响从表13-2中可见， 当滤率增加时，氰的去除率影响较小，挥发酚和COD去除率的影响较为明显，但总体去除率降低。 城市污水中低负荷滤池出水硝化程度较高，而高负荷滤池，仅在负荷较低时才可能出现硝化。这也说明滤率对处理效率有影响。讨论负荷率时，应与处理效率

14、相对应。例如：采用生物滤池处理城市污水，要求处理效率在8090，这时，低负荷生物滤池的负荷率常在0.2kg/m3d，高负荷生物滤池的负荷率在1.1 kg/m3d左右若提高负荷率，出水水质将相应有所下降。(3)回流比 回流定义：利用污水厂的出水或生物滤池出水稀释进水的做法称。 回流比定义：回流水量与进水量之比。 回流对生物滤池性能的影响： 回流可提高生物滤池的滤率，它是使生物滤池由低负荷率演变为高负荷率的方法之一(增大滤床高度也可提高负荷率)； 提高滤率有利于防止产生灰蝇和减少恶臭； 当进水缺氧、腐化、缺少营养元素或含有害物质时，回流可改善进水的腐化状况、提供营养元素和降低毒物浓度； 进水的质和

15、量有波动时，回流有调节和稳定进水的作用。(4)供氧 氧的来源：大气，靠自然通风供给。 影响生物滤池通风的主要因素： 滤床自然拔风和风速。自然拔风的推动力： 池内温度与气温之差，温度差愈大，通风条件愈好。滤池的高度。当水温较低，滤池内温度低于气温时(夏季)，池内气流向下流动；当水温较高，池内温度高于气温时(冬季)，气流向上流动。若池内外无温差时，则停止通风。 正常运行的生物滤池，自然通风可以提供生物降解所需的氧量。 入流污水有机物浓度较高时，供氧条件可能成为影响生物滤池工作的主要因素。9、污水生物脱氮基本步骤四、基本计算Monod 方程式及应用；微生物增长速度与底物浓度s 之间的关系，可由图11

16、-12表示，也可用莫诺特方程式表示： 式中： s 限制微生物增长的底物的浓度，mg/L； 微生物比增长速度，d-1；即单位生物量的增长速度= dx /(dt x) ；x 微生物浓度，mg/L；Ks饱和常数（半增长速度常数）；max 微生物最大比增长速度，d-1；不难看出，当= max /2时，Ks=s故Ks又称为半增长速度常数。述米氏方程式1913年前后，米歇里斯和门坦采用纯酶做了大量的动力学实验研究，并根据中间产物学说，提出了表示整个反应过程中，底物浓度s与酶促反应速度之间的关系式，即：式中： max 最大酶反应速度； Km米氏常数（半速度常数）。（11-15）式称为米歇里斯-门坦方程式，简

17、称米氏方程式。上式表明，当Km和max 已知时，酶反应速度与酶底物浓度之间的定量关系。由11-15式可得：（11-16）式中，当 =max/ 2 时，Km=s ，即Km 是最大酶促反应速度一半时的底物浓度，故又称半速度常数。它是酶反应处于动态平衡时的平衡常数。3、米氏常数的物理意义及测定（1） Km的物理意义Km值是酶的特征常数之一，只与酶的性质有关，而与酶浓度无关；不受pH及温度的影响。如果一个酶有几种底物，则对每一种底物，各有一个特定的Km。因此测定酶的Km值，可作为鉴别酶的一种手段，但必须指明实验条件。同一种酶有几种底物就有几个Km值。其Km值最小的底物，一般称为该酶的最适底物或天然底物

18、。如：蔗糖是蔗糖酶的天然底物。最适底物与酶的亲和力最大，不需很高的底物浓度就可较易地达到max。不同的酶，Km值也不同，（2） Km、max 的测定-双倒数作图法将米氏方程式改写成如下的形式，即：(11-18)实验时，选择不同的底物浓度s，测定对应的酶促反应速度，求出两者的倒数，以1/对1/s作图，即可得出图11-11的直线。此直线的截距为1/max，直线的斜率为Km/max由直线的斜率和截距即可求出Km及max值。污泥含水率与湿污泥体积；一级动力学方程式的推导及应用；式中： k 反应速度常数，随温度而变化； n 反应级数。当n =1 （一级反应）时, = kS , dS /S = k dt

19、即lnS = lnS0 k t (11-12)此时， lnS与时间t 呈线性反比关系（见图11-8）。例题某种污水在一连续进水和完全混均混合反应器内进行处理，假设反应是不可逆的，且符合一级反应（=k SA）, 反应速率常数k = 0.15d-1，求当反应池容积为20m3，反应效率为98%时，该反应器能够处理的污水流量是多少？解： 设反应器能够处理的污水流量为Q(m3/h), 则污水在反应器中反应时间为t =20/24Q(d), 已知反应为一级反应，故反应底物浓度S与反应时间t之间有如下关系： lnS = lnS0 k t (11-12)lnS lnS0 = k tS/S0 = e k t =1

20、 98% =0.02k t = ln 0.02= 3.912t =20/24Q = 3.912/ 0.15 = 0.5868Q=20/(240.5868)=20/(240.5868)=1.42 （m3/h）塔式生物滤池的尺寸计算；：某工业废水水量为1000m3/d，BOD5 为350 mg/L，经初沉池后进入塔式生物滤池处理，要求出水BOD530 mg/L，试计算塔式生物滤池尺寸。(答案：总体积200.25m3; 面积50.06m2; 直径8m, 设计一个4 米塔式滤池)解答：设塔式生物滤池的BOD5处理效率为80%，则废水经初沉池后，进入生物滤池的BOD5为：0 =30/（1-80%）=15

21、0mg/L，而实际进水BOD5为350 mg/L，超过了生物滤池进水的BOD5限量，故要采取回流稀释处理。设回流水量为Qr、原进水量为Qi、回流比为R，根据物料平衡原理，则有：350Qi +30Qr =150（Qr+Qi）Qr/Qi=1.67R=Qr/Qi=1.67设滤池容积为V，滤池的BOD5负荷率取NS=2 (kg/m3d)，根据滤池容积计算公式13-8可得：V=0 Qv(R+1)10-3/NS = 150x1000(1.67+1)10-3/2 = 200.25(m3)设滤池的高度为4m，则滤池截面积为：A= V/4 =200.25/4 =50.1(m2)则滤池直径D= (4A/)1/2

22、=(4x50.1/3.14) 1/2 =8(m)自由沉淀颗粒的沉速方程式 当sL时， 颗粒以us下沉；当s =L 时，us= 0，颗粒在水中呈悬浮状态，不用沉淀法去除；当sL时，us0， 颗粒以us 上浮，可用气浮法去除。 us与颗粒直径d 2成正比，因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度(或上浮速度)，提高去除效果。 us与成反比，随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。全部作业题。题型： 名词解释；简答题； 选择题；计算题；填空题选择,填空:水质物理指标：温度，色度，嗅味，固体物质，总有机碳TOC，总需氧量TOD有机性指标：生化需氧量BOD，化学需氧量COD，油类污染物，酚类污

23、染物有机物被好氧微生物氧化分解的过程分两个阶段：v 第一阶段：主要是有机物被转化成CO2、H2O和NH3；v 第二阶段：主要是NH3被转化成NO2和NO3。无机性指标：植物营养元素N、P， pH值与碱度，重金属凯氏氮包括氨氮和有机氮。生物性指标：细菌总数，大肠菌群数，由于一般河流的深度与宽度相比较小，所以首先在深度方向上达到浓度分布均匀污水的最终出路：排放水体，工农业利用，地下水回灌粗格栅(50-100mm)、中格栅(10-40mm)、细格栅(1.5-10mm)设置格栅的渠道，宽度要适当，应使水流保持适当的流速。通常采用0.40.9m/s。原因：泥砂不至于沉积在沟渠底部，截留的污染物又不至于冲

24、过格栅。栅渣粉碎机应设置在沉砂池后，以避免大颗粒物损坏粉碎机沉砂池：废水的预处理初次沉淀池：去除悬浮有机物二次沉淀池：分离生物处理工艺中产生的生物膜、活性污泥等沉淀通常分成四个类型：1自由沉淀2絮凝沉淀3区域沉淀(或成层沉淀) 实例：二次沉淀池、污泥浓缩池4压缩沉淀 实例：二次沉淀池、污泥浓缩池沉淀池划分为四个区域：进口区、沉淀区、出口区和污泥区，当颗粒沉速ut u0时，无论这种颗粒处于进口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除，轨迹线为图中的AD线。当颗粒沉速ut u0时，位于水面的颗粒不能沉淀到池底，会随水流出，而当其位于水面下的某一位置h时，它可以沉到池底而被去除，如图中轨迹AE 和FD线

25、所示。说明对于沉速ut 小于u0的颗粒，有一部分会沉到池底被去除。去除的比例为：h /H理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积A有关，与池深H、池的体积V均无关，这就是浅池理论。沉砂池：平流式、竖流式、曝气沉砂池、旋流式沉砂池(1) 沉砂池的个数或分格数应不少于2个当污水自流进入时， 应按每期的最大设计流量计算；当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算；在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。2. 平流式沉砂池的设计参数(1) 池内水流最大流速为0. 3m/s，最小流速为0.15 m/s；(2) 最大流量时，污水在池内的停留时间 30s， 一般为3060s；(3) 有效水深 1

26、.2m，一般采用0. 251.0m， 池宽 0.6m；(4) 池底坡度一般为0.010.02，当设置除砂设备时，可根据除砂设备的要求，考虑池底形状。沉淀池平流式竖流式辐流式分区：进水区、出水区、沉淀区、贮泥区及缓冲区。沉淀池的运行方式：间歇式，连续式出水部分：一般采用堰流，在堰口保持水平。贮泥斗的容积：一般按不大于2日的污泥量计算。对二次沉淀池，按贮泥时间2 h 计一般采用静水压力排泥当沉淀属于絮凝沉淀类型时，竖流式沉淀池去除效率高，当沉淀属于自由沉淀类型时，平流式沉淀池去除效率高。油的状态：可浮油，乳化油，溶解油气浮法的类型：分散空气气浮法，电解气浮法，溶解空气气浮法加压溶气气浮法基本流程：

27、全溶气、部分溶气、回流溶气空气在水中的溶解度与温度、压力有关。在一定范围内，温度越低、压力越大，其溶解度越大。气泡与悬浮颗粒的粘附有三种形式：气颗粒吸附，气泡顶托，气泡裹夹。投加药剂对气浮效果的影响：混凝剂(2)浮选剂(3)助凝剂(4)抑制剂(5)调节剂加压水泵的作用是提升污水，将水、气以一定压力送至加压溶气罐。经验表明，当处理水量在150200m3/h，废水中的可沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。废水的好氧生物处理：活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消化厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。受氢体不是氧，是氧以外的有机物或无机物，使其还原。按反应过程中最终受氢体的不同，可分为发酵和无氧呼吸

28、。厌氧微生物在进行生命活动过程中，为了满足能量的需要，消耗的底物要比好氧微生物的多。ADP磷酸化：1.光合磷酸化（底物水平磷酸化，电子传递磷酸化）2.氧化磷酸化按微生物生长速率分为：停滞期（调整期）对数期（生长旺盛期）絮凝性较差静止期（平衡期）絮凝性好衰老期（衰亡期）较松散，沉降性能好，滤速快微生物的生长环境影响因素：微生物的营养温度pH溶解氧（以24mg/L为宜）有毒物质从图可见，当底物浓度很低时，酶促反应呈一级反应；但当底物浓度增加到一定限度时，所有的酶全部与底物结合饱和后，酶反应速度达到最大值，此后再增加底物对速度就无影响，反应呈零级反应。活性污泥组成活性的微生物（由细菌、真菌组成，以菌

29、胶团的形式存在）微生物自身氧化残留物吸附在活性污泥上不能被微生物所降解的有机物(Mi);无机悬浮固体、活性污泥法的三要素：1、活性污泥：引起吸附和氧化分解作用的微生物；2、微生物的食料：废水中的有机物，它是处理对象；3、溶解氧系统组成：曝气池，沉淀池，污泥回流，剩余污泥排除系统污泥回流的目的：保持曝气池内具有一定的微生物浓度。活性污泥降解有机物的过程：吸附阶段：吸附量的大小，主要取决于有机物的状态，若废水中的有机物处于悬浮和胶体状态时，则吸附量也大。稳定阶段：吸附阶段很短，一般在1545min左右，而稳定阶段较长。曝气反应池：推流式曝气池，完全混合式曝气池，封闭循环式曝气池，序批式反应池膜生物反应器（MBR）气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率最大序批式活性污泥法：进水反应 沉淀 出水闲置污泥回流到生物膜反应器，有助于减少丝状菌引起的污泥膨胀影响气体总传质系数因素：污水水质，憎水性有机物，温度离心式鼓风机： 适用于大中型污水厂，噪声小，且效率高若处理过程以去除有机污染物为主， 则底物主要是可生物降解有机物好氧生物膜的挂膜方式有3种：自然挂膜法，活性污泥挂膜法，优势菌种挂膜法，试验研究表明，经过曝气的回流污泥可降低普通生物滤池臭味。（因为污泥与进水混合后细菌群体可以代谢进水中存在的硫化物。）扩散器: (1)小气泡扩散器1.5mm(