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第九章、污水水质和污水出路
1.污水的水质(水质参数:水中污染物程度的表示)水质指标是水中杂质共同表现的综合特征水中杂质具体衡量的尺度称为水质指标它是对水体进行监测、评价、利用和污染处理的主要根据它水质指标项目繁多,主要可分为三类第一类物理性水质指标温度、色度、臭味、浊度、悬浮固体等;第二类化学性水质指标pH值、硬度、各种阴阳离子等;第三类生物学水质指标细菌总数、大肠菌群数、各种病原菌数、病毒数等
2.水污染控制指控制废水对环境的污染,防止水资源的破坏和环境质量的下降,将“防”、“治”、“管”结合起来
3.环境标准地面水环境质量标准⑴该标准分为五类I类主要适用于源头水、国家自然保护区;II类主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵区III类主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区IV类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区V类主要适用于农业用水区及一般景观要求区域⑵污水综合排放标准本标准按照地面水域使用要求和污水排放去向,对排放的污水分别执行
一、
二、三级标准特殊保护水域城镇集中式生活饮用水源地一级保护区、国家划定的重点风景名胜区水体、珍贵鱼类保护区及其它有特殊经济文化价值的水体保护区,以及海水浴场等水体,不得新建排污口,现有的排污单位有地方环保部门从严控制,以保证收纳水体符合规定用途的水质标准重点保护水域城镇集中式生活饮用水源地二级保护区、一般经济鱼业水区等,对排入本区水域的污水执行一级标准一般保护水域一般工业用水区、景观用水区及农业用水区、港口和海洋开发作业区,对排入本区水域的污水执行二级标准,对排入城镇下水道并进入二级处理区进行生物处理的污水执行三级标准二级标准以下的污水不能直接排放)对排入未设置二级污水处理厂的城镇下水道的污水,必须根据下水道出水受纳水体的功能要求,分别执行一级及二级标准⑶第一类污染物指能在环境或动植物体内积累,对人体健康产生长远不良影响的污染物对含有此类污染物的污水,不分行业和污水排放方式,也不分受纳水体的功能类别,一律在车间或车间处理设施排出口取样,其最高允许排放浓度必须符合表2-3的规定第二类污染物指其长期影响小于第一的污染物,在排放单位排除口取样,其最高排放浓度要按地面水使用功能的要求和污水排放去向,分别执行表1-5中的
一、
二、三级标准
4.污水处理的分级
①一级处理(PrimaryTreatment)预处理主要分离水中的悬浮固体物、胶体物、浮油等,调节pH值、减轻废水的腐化程度和后续处理工艺的处理方法可以采用水质调节、自然沉降、上浮、隔油、筛滤和预曝气等对城市污水,一级处理的BOD去除率为20-40%,SS去除率50-70%经一级处理后,一般不到排放标准,特别是除去溶解性的和呈胶体状态的有机污染物所以一般以一级处理为预处理,以二级处理为主体,必要时再进行三级处理,即深度处理使污水达到排放标准或补充工业用水和城市供水
②二级处理(SecondTreatment)主要是去除可生物降解的可溶性有机和部分胶体污染物,用以减少废水中的BOD和部分COD,通常采用生物化学方法处理近年来,有采用化学或生物处理法作为二级处理主体工艺的趋势,并随着化学药剂品种的不断增加,处理设备和工艺的不断改进而得到推广,如含磷酸盐废水和含胶体物质的废水须用化学混凝沉淀法处理因此,二级处理作为生化处理的同义词已经失去意义对城市污水,二级处理的BOD去除率为75-95%,SS去除率75-95%
③污水的三级处理(TertiaryTreatment)深度处理AdvancedTreatment主要是去除生物难降解的有机物(BOD和COD)和废水中溶解的无机污染物、颜色和异味,特别是除磷和氮等一个完善的三级处理往往以废水回收和回用为目的它由处除磷、除氮和除生物难降解有机物、除病毒和病原菌等单元过程常用的方法有生物硝化和反硝化,活性碳吸附,化学氧化,离子交换或膜分离技术等
5.城市废水处理的一般流程第十章、污水的物理处理
1.格栅和筛网⑴格栅
①定义格栅由一组(或多组)相平行的金属栅条与框架组成,倾斜安装在进水的渠道,或进水泵站集水井的进口处,以拦截污水中粗大的悬浮物及杂质
②作用去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物,并保证后续处理设施能正常运行
③选用栅条间距的原则不堵塞水泵和水处理厂、站的处理设备
④格栅的清渣方法人工清除与水平面倾角45º~60º;设计面积应采用较大的安全系数,一般不小于进水渠道面积的2倍,以免清渣过于频繁机械清除与水平面倾角60º~70º;过水面积一般应不小于进水管渠的有效面积的
1.2倍⑵筛网
①作用用于废水处理或短小纤维的回收
②形式振动筛网;水力筛网⑶格栅、筛网截留的污染物的处置方法填埋;焚烧(820℃以上);堆肥;将栅渣粉碎后再返回废水中,作为可沉固体进入初沉池
2.沉淀的基础理论⑴定义沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能,在重力作用下产生下沉作用,以达到固液分离的一种过程⑵沉淀处理工艺的四种用法
①沉砂池用以去除污水中的无机易沉物
②初次沉淀池较经济地去除,减轻后续生物处理构筑物的有机负荷
③二次沉淀池用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、活性污泥等,使处理后的水得以澄清
④污泥浓缩池将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩,以减小体积,降低后续构筑物的尺寸及处理费用等⑶沉淀类型根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度,沉淀可分成四种类型
①自由沉淀悬浮颗粒浓度不高;沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰,颗粒各自单独进行沉淀颗粒沉淀轨迹呈直线沉淀过程中颗粒的物理性质不变发生在沉砂池中
②絮凝沉淀悬浮颗粒浓度不高;沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用,颗粒因相互聚集增大而加快沉降,沉淀轨迹呈曲线沉淀过程中,颗粒的质量、形状、沉速是变化的化学絮凝沉淀属于这种类型
③区域沉淀或成层沉淀悬浮颗粒浓度较高(5000mg/L以上);颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响,颗粒间相对位置保持不变,形成一个整体共同下沉,与澄清水之间有清晰的泥水界面二次沉淀池与污泥浓缩池中发生
④压缩沉淀悬浮颗粒浓度很高;颗粒相互之间已挤压成团状结构,互相接触,互相支撑,下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出,使污泥得到浓缩二沉池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀⑷沉淀池的工作原理理想沉淀池分为进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域四个部分
3.沉砂池⑴基本概念沉砂池的作用从污水中去除砂子、煤渣等密度较大的无机颗粒,以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行;沉砂池的工作原理以重力或离心力分离为基础,即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使相对密度大的无机颗粒下沉,而有机悬浮颗粒则随水流带走沉砂池的几种形式平流式、竖流式、曝气沉砂池、旋流式沉砂池、Doer沉砂池等⑵沉砂池工程设计中的设计原则与主要参数
①城市污水厂一般均设置沉砂池,并且沉砂池的个数或分格数应不小于2;工业污水是否要设置沉砂池,应根据水质情况而定
②设计流量应按分期建设考虑最大时流量、最大组合流量、合流制流量
③沉砂池去除的砂粒相对密度为
2.65,粒径为
0.2mm以上
④城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算,其含水率约为60%,容重约1500kg/m3
⑤贮砂斗的容积应按2d沉砂量计算,贮砂斗壁的倾角不应小于55º排砂管直径不应小于200mm
⑥沉砂池的超高不宜小于
0.3m⑶主要沉砂池
①平流式沉砂池Ⅰ.平流式沉砂池的系统参数污水在池内的最大流速为
0.3m/s,最小流速为
0.15m/s;最大流量时,污水在池内的停留时间不少于30s,一般为30~60s;有效水深应不大于
1.2m,一般采用
0.25~
1.0m,池宽不小于
0.6m;池底坡度一般为
0.01~
0.02,当设置除砂设备时,可根据除砂设备的要求,考虑池底形状Ⅱ.平流式沉砂池的计算公式长度L式中v——最大设计流量时的速度,m/s;t——最大设计流量时的停留时间s水流断面面积A式中qvmax——最大设计流池总宽度b式中h2——设计有效水深贮砂斗所需容积V式中:X——城市污水的沉砂量一般采用30m3/106m3污水);T——排砂时间的间隔d;kz——生活污水流量的总变化系数贮砂斗个部分尺寸计算设贮砂斗底宽b1=
0.5m;斗壁与水平面的倾角为60º;则贮砂斗的上口宽b2为贮砂斗的容积V1式中:h’3——贮砂斗高度,m;S1,S2——贮砂斗上口和下口的面积贮砂室的高度h3设采用重力排砂,池底坡度i=6%,坡向砂斗,则池总高度h式中:h1——超高,m;h2——有效水深m;h3——贮砂斗高度m核算最小流速vmin式中:qvmin——设计最小流量,m3/s;n1——最小流量时工作的沉砂池数目;Amin——最小流量时沉砂池中的水流断面面积,m2
②曝气沉砂池Ⅰ.曝气沉砂池的特点沉砂中含有机物的量低于5%;由于池中设有曝气设备,它还具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡以及加速污水中油类的分离等作用Ⅱ.曝气沉砂池的构造曝气沉砂池是一个长形渠道,沿渠道壁一侧的整个长度上,距池底约60~90cm处设置曝气装置;在池底设置沉砂斗,池底有i=
0.1~
0.5的坡度,以保证砂粒滑入砂槽;为了使曝气能起到池内回流作用,在必要时可在设置曝气装置的一侧装设挡板Ⅲ.曝气沉砂池的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
0.4m/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Ⅳ.曝气沉砂池的设计参数水平流速一般取
0.08~
0.12m/s;污水在池内的停留时间为4~6min;雨天最大流量时间为1~3min如作为预曝气,停留时间为10~30min;池的有效水深为2~3m,池宽与池深比为1~
1.5,池的长宽比可达5,当池长宽比大于5时,应考虑设置横向挡板;曝气沉砂池多采用穿孔管曝气,孔径为
2.5~
6.0mm,距池底约为
0.6~
0.9m,并应有调节阀门;曝气沉砂池的形状应尽可能不产生偏流和死角,在砂槽上方宜安装纵向挡板,进出口布置,应防止产生短流
4.沉淀池⑴沉淀池的分类
①按使用功能分初次沉淀池生物处理法中的预处理,去除约30%的BOD5,55%的悬浮物;二次沉淀池生物处理构筑物后,是生物处理工艺的组成部分
②按水流方向分平流式池型长方形一端进水另一端出水;贮泥斗在池进口竖流式池内水流由下向上;池型:多为圆形有方形或多角形;池中央进水,池四周出水;贮泥斗在池中央辐流式池内水流向四周辐流;池型:多为圆形有方形或多角形;池中央进水,池四周出水;贮泥斗在池中央⑵沉淀池特点与适用条件池型池型缺点适用条件平流式
1.对冲击负荷和温度变化的适应能力较强;
2.施工简单,造价低采用多斗排泥,每个泥斗需单独设排泥管各自排泥,操作工作量大,采用机械排泥,机件设备和驱动件均浸于水中,易锈蚀
1.适用地下水位较高及地质较差的地区;
2.适用于大、中、小型污水处理厂竖流式
1.排泥方便,管理简单;
2.占地面积较小
1.池深度大,施工困难;
2.对冲击负荷和温度变化的适应能力较差;
3.造价较高;
4.池径不宜太大适用于处理水量不大的小型污水处理厂辐流式
1.采用机械排泥,运行较好,管理较简单;
2.排泥设备已有定型产品
1.池水水流速度不稳定;
2.机械排泥设备复杂,对施工质量要求较高
1.适用于地下水位较高的地区;
2.适用于大、中型污水处理厂⑶沉淀池的组成沉淀池由五部分组成进水区、出水区的功能是使水流的进入与流出保持平稳,以提高沉淀效率沉淀区是沉淀进行的主要场所贮泥区贮存、浓缩与排放污泥缓冲区避免水流带走沉在池底的污泥⑷沉淀池的运行方式
①间歇式工作过程进水、静止、沉淀、排水污水中可沉淀的悬浮物在静止时完成沉淀过程,由设置在沉淀池壁不同高度的排水管排出
②连续式工作过程污水连续不断地流入与排出污水中可沉颗粒的沉淀在流过水池时完成,这时可沉颗粒受到重力所造成的沉速与水流流动的速度两方面的作用⑸沉淀池的一般设计原则及参数
①设计流量沉淀池的设计流量与沉砂池的设计流量相同在合流制的污水处理系统中,当废水是自流进入沉淀池时,应按最大流量作为设计流量;当用水泵提升时,应按水泵的最大组合流量作为设计流量在合流制系统中应按降雨时的设计流量校核,但沉淀时间应不小于30min
②沉淀池的只数对于城市污水厂,沉淀池的个数不应少于2只
③沉淀池的经验设计参数对于城市污水处理厂,如无污水沉淀性能的实测资料时,可参照教材表10-8的经验参数选用
④沉淀池的有效水深、沉淀时间与表面水力负荷的相互关系见教材表10-9
⑤沉淀池的几何尺寸池超高不少于
0.3m;缓冲层高采用
0.3~
0.5m;贮泥斗斜壁的倾角,方斗不宜小于60º,圆斗不宜小于55º;排泥管直径不小于200mm
⑥沉淀池出水部分一般采用堰流在堰口保持水平出水堰的负荷:对初沉池应不大于
2.9L/s·m;对二次沉淀池一般取
1.5~
2.9L/s·m亦可采用多槽出水布置,以提高出水水质
⑦贮泥斗的容积一般按不大于2d的污泥量计算对二次沉淀池,按贮泥时间不超过2h计
⑧排泥部分沉淀池一般采用静水压力排泥,静水压力数值如下初次沉淀池不应小于
14.71kPa(
1.5mH2O);活性污泥法的二沉池应不小于
8.83kPa(
0.9mH2O);生物膜法的二沉池应不小于
11.77kPa(
1.2mH2O)
5.平流式沉淀池平流式沉淀池的构造及工作特点
①进水区有整流措施,保证入流污水均匀稳定地进入沉淀池
②出水区设出水堰,控制沉淀池内的水面高度,保证沉淀池内水流的均匀分布
③沉淀池应沿整个出流堰的单位长度溢流量相等,对于初沉池一般为250m3/(m·d),二沉池为130~250m3/(m·d)
④锯齿形三角堰应用最普遍,水面宜位于齿高的1/2处
⑤为适应水流的变化或构筑物的不均匀沉降,在堰口处需要设置能使堰板上下移动的调节装置,使出口堰口尽可能水平
⑥堰前应设置挡板,以阻拦漂浮物,或设置浮渣收集和排除装置
⑦多斗式沉淀池,不设置机械刮泥设备每个贮泥斗单独设置排泥管,各自独立排泥,互不干扰,保证沉泥的浓度平流式沉淀池的设计
①沉淀池的表面积A式中qvmax——最大设计流量;m3/s;q——表面水力负荷m3/m2·h,初沉池一般取
1.5~3m3/m2·h,二沉池一般取1~2m3/m2·h
②沉淀区有效水深h2式中t——沉淀时间h初沉池一般取1~2h二沉池一般取
1.5~
2.5h淀区有效水深h2通常取2~3m
③沉淀区有效容积V1或
④沉淀池长度L式中v——最大设计流量时的水平流速mm/s;一般不大于5mm/s
⑤沉淀池总宽度b
⑥沉淀池的个数n式中:b′——每个沉淀池宽度平流式沉淀池的长度一般为30~50m,为了保证污水在池内分布均匀,池长与池宽比不小于4,以4~5为宜
⑦污泥区容积对于生活污水,污泥区的总容积V式中S——每人每日的污泥量,L/d·人可参考教材表10-8;N——设计人口数,人;T——污泥贮存时间,d
⑧沉淀池的总高度h式中h1——沉淀池超高m;一般取
0.3m;h2——沉淀区的有效深度,m;h3——缓冲层高度,m;无机械刮泥设备时取
0.5m;有机械刮泥设备时,其上缘应高出刮板
0.3m;h4——污泥区高度,m;h4′——泥斗高度,m;h4″——梯形的高度,m
⑨污泥斗的容积V1式中:S1——污泥斗的上口面积m2;S2——污泥斗的下口面积,m2⑩污泥斗以上梯形部分污泥容积V2式中L1——梯形上底边长m;L2——梯形上底边长,m
6.竖流式沉淀池⑴竖流式沉淀池的工作原理在竖流式沉淀池中,污水是从下向上以流速v做竖向流动,废水中的悬浮颗粒有以下三种运动状态当颗粒属于自由沉淀类型时,其沉淀效果(在相同的表面水力负荷条件下)竖流式沉淀池的去除率要比平流式沉淀池低当颗粒属于絮凝沉淀类型时,由于在池中的流动存在着各自相反的状态,就会出现上升着的颗粒与下降着的颗粒,上升颗粒与上升颗粒之间、下沉颗粒与下沉颗粒之间的相互接触、碰撞,致使颗粒的直径逐渐增大,有利于颗粒的沉淀⑵竖流式沉淀池的构造竖流式沉淀池的平面可为圆形、正方形或多角形竖流式沉淀池的深、宽(径)比一般不大于3,通常取
27.辐流式沉淀池⑴辐流式沉淀池的构造及特点
①辐流式沉淀池是一种大型沉淀池,池径可达100m池周水深
1.5~
3.0m
②有中心进水、周边进水、周进周出、旋转臂配水等几种形式
③沉淀与池底的污泥一般采用刮泥机刮除,对辐流式沉淀池而言,目前常用的刮泥机械有中心传动式刮泥机和吸泥机以及周边传动式的刮泥机与吸泥机等⑵周边进水辐流式沉淀池的入流区在构造上的特点
①进水槽断面较大,而槽底的孔口较小,布水时的水头损失集中在孔口上,故布水比较均匀
②进水挡板的下沿深入水面下约2/3深度处,距进水孔口有一段较长的距离,这有助于进一步把水流均匀地分布在整个入流渠的过水断面上,而且废水进入沉淀区的流速要小得多,有利于悬浮颗粒的沉淀
8.斜流式沉淀池⑴斜流式沉淀池的构造斜流式沉淀池是根据浅池理论,在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管而构成它由斜板(管)沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成按斜板或斜管间水流域污泥的相对运动方向来区分,斜流式沉淀池有同向流和异向流两种污水处理中常采用升流式异向流斜流沉淀池异向斜流式沉淀池中,斜板(管)于水平面呈60º角,长度通常为
1.0m左右,斜板净距(或斜管孔径)一般为80~100mm斜板(管)区上部清水区水深为
0.7~
1.0m,底部缓冲层高度为
1.0m⑵斜流式沉淀池在废水处理中的应用斜流式沉淀池具有沉淀效率高、停留时间短、占地少等优点,在给水处理中得到比较广泛的应用,在废水处理中应用不普遍在选矿水尾矿浆的浓缩、炼油厂含油废水的隔油等方面已有较成功的经验,在印染废水处理和城市污水处理中也有应用
9.隔油和破乳⑴含油废水的来源纺织工业中的洗毛废水;轻工业中的制革废水;石油开采及加工工业;铁路及交通运输工业;屠宰及食品加工;固体燃料热加工;机械工业中车削工艺中的乳化液⑵油的状态
①呈悬浮状态的可浮油油滴的粒径较大,可以依靠油水密度差而从水中分离出来,对于石油炼厂废水而言,这种状态的油一般占废水中含油量的60%~80%左右粒径60μm以上平流分离100~150μm;斜板60μm以上;
②呈乳化状态的乳化油非常细小的油滴,由于其表面有一层由乳化剂形成的稳定薄膜,阻碍油滴合并,故不能用静沉法从废水中分离出来;若能消除乳化剂的作用,乳化油剂可转化为可浮油,称为破乳乳化油经过破乳之后,就能用沉淀法分离细分散油粒10~60μm,乳化油粒径10μm;
③呈溶解状态的溶解油油品在水中的溶解度非常低,只有几个毫克每升溶解油5~15mg/L⑶油污染对环境的危害
①土壤含油废水侵入土壤孔隙间形成油膜,产生堵塞作用,致使空气、水分及肥料均不能渗入土中,破坏土层结构,不利于农作物的生长甚至导致农作物枯死
②水体含油废水排入水体后将在水面上产生油膜,阻碍大气中的氧向水体转移,使水生生物处于严重缺氧状态而死亡在滩涂上还会影响养殖和利用
③沟道含油废水排入城市沟道,对沟道、附属设备及城市污水处理厂都会造成不良影响⑷乳化油及破乳方法当油和水相混,又有乳化剂存在时,乳化剂会在油滴与水滴表面上形成一层稳定的薄膜,这时油和水就不会分层,而呈一种不透明的乳状液当分散相是油滴时,称水包油乳状液;当分散相是水滴时,则称为油包水乳状液破乳方法简介破乳的基本原理破坏液滴界面上的稳定薄膜,使油、水得以分离
①投加换型乳化剂投入适量“换型剂”后,在水包油(或油包水)乳状液转型为油包水(或水包油)乳状液过程中,存在着一个转化点,这时的乳状液非常不稳定,油水可能形成分层
②投加盐类、酸类可使乳化剂失去乳化作用
③投加某种本身不能成为乳化剂的表面活性剂如异戊醇,从两相界面上挤掉乳化剂而使其失去乳化作用
④搅拌、振荡、转动通过剧烈的搅拌、振荡或转动,使乳化的液滴猛烈相碰撞而合并过滤如以粉末为乳化剂的乳状液,可以用过滤法拦截被固体粉末包围的油滴
⑤改变温度改变乳化液的温度来破坏乳化液的稳定
⑥某些乳化液必须投加化学药剂破乳,如钙、镁、铁、铝的盐类或无机酸、碱、混凝剂等
10.气浮法⑴基本概念在水处理工程采用的气浮法是从液相中去除固体颗粒最常用和有效的净水方法之一定义利用高度的微小气泡(〈
0.1mm〉作为载体去粘附废水中的污染物,并使其随气泡浮升到以实现固液分离的技术⑵气浮法的类型
①按生产细微气泡的方法分分散空气气浮法微气泡曝气浮法、剪切气泡气浮法;电解气浮法;溶解空气浮法真空气浮法、加压溶气气浮法第十一章、污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础
1.废水的好氧生物处理好氧生物处理是在有游离氧(分子氧)存在的条件下,好氧微生物降解有机物,使其稳定、无害化的处理方法微生物利用废水中存在的有机污染物(以溶解状与胶体状的为主),作为营养源进行好氧代谢这些高能位的有机物质经过一系列的生化反应,逐级释放能量,最终以低能位的无机物质稳定下来,达到无害化的要求,以便返回自然环境或进一步处置好氧生物处理的反应速度较快,所需的反应时间较短,故处理构筑物容积较小且处理过程中散发的臭气较少所以,目前对中、低浓度的有机废水,或者说BOD5浓度小于500mg/L的有机废水,基本上采用好氧生物处理法在废水处理工程中,好氧生物处理法有活性污泥法和生物膜法两大类
2.废水的厌氧生物处理废水的厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下,兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法在厌氧生物处理过程中,复杂的有机化合物被降解、转化为简单的化合物,同时释放能量在这个过程中,有机物的转化分为三部分进行部分转化为CH4,这是一种可燃气体,可回收利用;还有部分被分解为CO
2、H2O、NH
3、H2S等无机物,并为细胞合成提供能量;少量有机物被转化、合成为新的原生质的组成部分由于仅少量有机物用于合成,故相对于好氧生物处理法,其污泥增长率小得多由于废水厌氧生物处理过程不需另加氧源,故运行费用低此外,它还具有剩余污泥量少、可回收能量(CH4)等优点其主要缺点是反应速度较慢,反应时间较长,处理构筑物容积大等为维持较高的反应速度,需维持较高的温度,就要消耗能源对于有机污泥和高浓度有机废水(一般BOD5≥2000mg/L)可采用厌氧生物处理法
3.微生物的生长规律和生长环境⑴微生物的生长规律一般是以生长曲线来反映按微生物生长速率,其生长可分为四个生长期停滞期(调整期);对数期(生长旺盛期);静止期(平衡期);衰老期(衰亡期)⑵影响微生物生长的环境因素
①微生物的营养微生物要求的营养物质必须包括组成细胞的各种原料和产生能量的物质,主要有水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生长因素
②温度各类微生物所生长的温度范围不同,约为5℃~80℃此温度范围,可分为最低生长温度、最高生长温度和最适生长温度(是指微生物生长速度最快时温度)依微生物适应的温度范围,微生物可以分为中温性(20~45℃)、好热性(高温性)(45℃以上)和好冷性(低温性)(20℃以下)三类当温度超过最高生长温度时,会使微生物的蛋白质迅速变性及酶系统遭到破坏而失活,严重者可使微生物死亡低温会使微生物代谢活力降低,进而处于生长繁殖停止状态,但仍保存其生命力
③pH不同的微生物有不同的pH适应范围细菌、放线菌、藻类和原生动物的pH适应范围是在4~10之间大多数细菌适宜中性和偏碱性(pH=
6.5~
7.5)的环境废水生物处理过程中应保持最适pH范围当废水的pH变化较大时,应设置调节池,使进入反应器(如曝气池)的废水,保持在合适的pH范围
④溶解氧溶解氧是影响生物处理效果的重要因素好氧微生物处理的溶解氧一般以2~4mg/L为宜
⑤有毒物质在工业废水中,有时存在着对微生物具有抑制和杀害作用的化学物质,这类物质我们称之为有毒物质其毒害作用主要表现在细胞的正常结构遭到破坏以及菌体内的酶变质,并失去活性在废水生物处理时,对这些有毒物质应严加控制,但毒物浓度的允许范围,需要具体分析第十二章、活性污泥法
1.基本概念⑴定义由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥⑵活性污泥的性质颜色-黄褐色;味道-土腥味;状态-似矾花絮绒颗粒;相对密度-曝气池混合液
1.002~
1.003,回流污泥
1.004~
1.006;粒经-
0.02~
0.2mm;比表面积-20~100cm2/mL⑶活性污泥的组成
①按栖息着的微生物分大量的细菌;真菌;原生动物;后生动物除活性微生物外,活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物;活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主,是一个以细菌为主体的群体,除细菌外还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物活性污泥中细菌含量一般在107~108个/mL;原生动物103个/mL,原生动物中以纤毛虫居多数,固着型纤毛虫可作为指示生物,固着型纤毛虫如钟虫、等枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时,说明培养成熟且活性良好
②干固体和水分含水98%~99%;干固体1%~2%MLSS(MLVSS与NVSS)
③按有机性和无机性成分MLSS表示悬浮固体物质总量,MLVSS挥发性固体成分表示有机物含量,MLNVSS灼烧残量,表示无机物含量MLVSS包含了微生物量,但不仅是微生物的量,由于测定方便,目前还是近似用于表示微生物的量⑷活性污泥的沉降浓缩性能
①污泥沉降比SV取混合液至1000mL或100mL量筒,静止沉淀30min后,度量沉淀活性污泥的体积,以占混合液体积的比例(%)表示污泥沉降比
②污泥体积指数SVI SV不能确切表示污泥沉降性能,故人们想起用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能,简称污泥指数,单位为mL/g
2.活性污泥法的基本流程
3.活性污泥降解污水中有机物的过程活性污泥在曝气过程中,对有机物的降解(去除)过程可分为两个阶段
①吸附阶段由于活性污泥具有巨大的表面积,而表面上含有多糖类的黏性物质,导致污水中的有机物转移到活性污泥上去
②稳定阶段主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用
4.
5.在曝气过程中
①污水中有机物的去除在较短时间内就基本完成了;
②污水中的有机物先是转移到吸附污泥上,然后逐渐为微生物所利用;
③吸附作用在相当短的时间内就基本完成了;
④微生物利用有机物的过程比较缓慢
6.气体传递和曝气池⑴构成活性污泥法的三个要素一是引起吸附和氧化分解作用的微生物,也就是活性污泥;二是废水中的有机物,它是处理对象,也是微生物的食料;三是溶解氧,没有充足的溶解氧,好氧微生物既不能生存,也不能发挥氧化分解作用⑵气体传递原理双膜理论的基点是认为在气液界面存在着二层膜(即气膜和液膜)这一物理现象这两层薄膜使气体分子从一相进入另一相时受到了阻力当气体分子从气相向液相传递时,若气体的溶解度低,则阻力主要来自液膜⑶曝气作用好氧微生物的需氧代谢;兼性微生物酶的好氧合成;混合液的搅拌作用(厌氧、缺氧池另加搅拌器)⑷曝气方式
①鼓风曝气系统
②机械曝气装置纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器
③鼓风+机械曝气系统
④其他富氧曝气、纯氧曝气⑸曝气设备性能指标
①氧转移率单位为mg(O2)/(L·h)
②充氧能力(或动力效率)即每消耗1kW·h动力能传递到水中的氧量(或氧传递速率)单位为kg(O2)/(kW·h)
③氧利用率通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的比例,单位为%
7.曝气池⑴推流式曝气池推流式曝气池的长宽比一般为5~10;水方式不限;出水用溢流堰推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为1~2根据横断面上的水流情况,可分为平流推移式和旋转推移式⑵完全混合曝气池池形圆形、方形、矩形根据和沉淀池的关系,可分为分建式与合建式
8.活性污泥法的多种运行方式⑴渐减曝气在推流式的传统曝气池中,混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的实际情况是前半段氧远远不够,后半段供氧量超过需要渐减曝气的目的就是合理地布置扩散器,使布气沿程变化,而总的空气量不变,这样可以提高处理效率⑵分步曝气把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水⑶完全混合法在分步曝气的基础上,进一步大大增加进水点,同时相应增加回流污泥并使其在曝气池中迅速混合,长条形池子中也能做到完全混合状态完全混合法的特征
①池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同,生活环境也基本相同
②入流出现冲击负荷时,池液的组成变化也较小,因为骤然增加的负荷可为全池混合液所分担,而不是像推流中仅仅由部分回流污泥来承担完全混合池从某种意义上来讲,是一个大的缓冲器和均和池,在工业污水的处理中有一定优点
③池液里各个部分的需氧量比较均匀⑷浅层曝气特点气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率是最大的在水的浅层处用大量空气进行曝气,就可以获得较高的氧传递速率⑸深层曝气⑹高负荷曝气或变形曝气部分污水厂只需要部分处理,因此产生了高负荷曝气法曝气池中的MLSS约为300~500mg/L,曝气时间比较短,约为2~3h,处理效率仅约65%左右,有别于传统的活性污泥法,故常称变形曝气⑺克劳斯法克劳斯工程师把厌氧消化的上清液加到回流污泥中一起曝气,然后再进入曝气池,克服了高碳水化合物的污泥膨胀问题,这个方法称为克劳斯法消化池上清液中富有氨氮,可以供应大量碳水化合物代谢所需的氮消化池上清液夹带的消化污泥相对密度较大,有改善混合液沉淀性能的功效⑻延时曝气延时曝气的特点
①曝气时间很长,达24h甚至更长,MLSS较高,达到3000~6000mg/L;
②活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态,剩余污泥少而稳定,无需消化,可直接排放;
③适用于污水量很小的场合,近年来,国内小型污水处理系统多有使用⑼接触稳定法混合液曝气过程中第一阶段BOD5的下降是由于吸附作用造成的,对于溶解的有机物,吸附作用不大或没有,因此,把这种方法称为接触稳定法,也叫吸附再生法混合液的曝气完成了吸附作用,回流污泥的曝气完成稳定作用直接用于原污水的处理比用于初沉池的出流处理效果好;可省去初沉池;此方法剩余污泥量增加⑽氧化沟氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式,它的池体狭长,池深较浅,在沟槽中设有表面曝气装置曝气装置的转动,推动沟内液体迅速流动,具有曝气和搅拌两个作用,沟中混合液流速约为
0.3~
0.6m/s,使活性污泥呈悬浮状态⑾纯氧曝气纯氧代替空气,可以提高生物处理的速度在密闭的容器中,溶解氧的饱和度可提高,氧溶解的推动力也随着提高,氧传递速率增加了,因而处理效果好,污泥的沉淀性也好纯氧曝气并没有改变活性污泥或微生物的性质,但使微生物充分发挥了作用纯氧曝气的缺点是纯氧发生器容易出现故障,装置复杂,运转管理较麻烦⑿活性污泥生物滤池(ABF工艺)在通常的活性污泥过程之前设置一个塔式滤池,它同曝气池可以是串联或并联的塔式滤池滤料表面附着很多的活性污泥,因此滤料的材质和构造不同于一般生物滤池滤池也可以看作采用表面曝气特殊形式的曝气池,塔是一外置的强烈充氧器因而ABF可以认为是一种复合式活性污泥法⒀吸附-生物降解工艺(AB法)A级以高负荷或超高负荷运行,B级以低负荷运行,A级曝气池停留时间短,30~60min,B级停留时间2~4h该系统不设初沉池,A级曝气池是一个开放性的生物系统A、B两级各自有独立的污泥回流系统,两级的污泥互不相混处理效果稳定,具有抗冲击负荷和pH变化的能力该工艺还可以根据经济实力进行分期建设⒁序批式活性污泥法(SBR法)SBR工艺的基本运行模式由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成,从污水流入到闲置结束构成一个周期,在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的SBR工艺与连续流活性污泥工艺相比的优点
①工艺系统组成简单,不设二沉池,曝气池兼具二沉池的功能,无污泥回流设备;
②耐冲击负荷,在一般情况下(包括工业污水处理)无需设置调节池;
③反应推动力大易于得到优于连续流系统的出水水质;
④运行操作灵活,通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果;
⑤污泥沉淀性能好SVI值较低能有效地防止丝状菌膨胀;
⑥该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制,便于自控运行,易于维护管理SBR工艺的缺点
①容积利用率低;
②水头损失大;
③出水不连续;
④峰值需氧量高;
⑤设备利用率低;
⑥运行控制复杂;
⑦不适用于大水量
9.补充概念
①污泥负荷率污泥负荷率是指单位质量活性污泥在单位时间内所能承受的BOD5量
②容积负荷率容积负荷是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受的BOD5量
③污泥龄微生物平均停留时间,又称污泥龄,是指反应系统内的微生物全部更新一次所用的时间,在工程上,就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩余微生物量的比值
10.二次沉淀池⑴二次沉淀池的功能要求澄清(固液分离);污泥浓缩(使回流污泥的含水率降低,回流污泥的体积减少)⑵二沉池的实际工作情况
①二沉池中普遍存在着四个区清水区、絮凝区、成层沉降区、压缩区两个界面泥水界面和压缩界面
②混合液进入二沉池以后,立即被稀释,固体浓度大大降低,形成一个絮凝区絮凝区上部是清水区,两者之间有一泥水界面
③絮凝区后是一个成层沉降区,在此区内,固体浓度基本不变,沉速也基本不变絮凝区中絮凝情况的优劣,直接影响成层沉降区中泥花的形态、大小和沉速
④靠近池底处形成污泥压缩区二沉池的澄清能力与混合液进入池后的絮凝情况密切相关,也与二沉池的表面面积有关二沉池的浓缩能力主要与污泥性质及泥斗的容积有关对于沉降性能良好的活性污泥,二沉池的泥斗容积可以较小⑶二次沉淀池在构造上要注意以下特点
①二次沉淀池的进水部分,应使布水均匀并造成有利于絮凝的条件,使泥花结大
②二沉池中污泥絮体较轻容易被出流水挟走要限制出流堰处的流速使单位堰长的出水量不超过10m3/(m·h)
③污泥斗的容积,要考虑污泥浓缩的要求在二沉池内,活性污泥中的溶解氧只有消耗,没有补充,容易耗尽缺氧时间过长可能影响活性污泥中微生物的活力,并可能因反硝化而使污泥上浮,故浓缩时间一般不超过2h
11.活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题⑴水力负荷水力负荷的变化影响活性污泥法系统的曝气池和二次沉淀池当流量增大时,污水在曝气池内的停留时间缩短,影响出水质量,同时影响曝气池的水位若为机械表面曝气机,由于水面的变化,它的运行就变得不稳定对二次沉淀池为水力影响⑵有机负荷率N曝气区容积的计算,设计中要考虑的主要问题是如何确定污泥负荷率N和MLSS的设计值污泥负荷率N和MLSS的设计值采用得大一些,曝气池所需的体积可以小一些但出水水质要降低,而且使剩余污泥量增多,增加了污泥处置的费用和困难,同时,整个处理系统较不耐冲击,造成运行中的困难为避免剩余污泥处置上的困难和保持污水处理系统的稳定可靠,可以采用低的污泥负荷率(
0.1),把曝气池建得很大,这就是延时曝气法⑶微生物浓度在设计中采用高的MLSS并不能提高效益,原因如下其一,污泥量并不就是微生物的活细胞量曝气池污泥量的增加意味着泥龄的增加,泥龄的增加就使污泥中活细胞的比例减小其二,过高的微生物浓度使污泥在后续的沉淀池中难以沉淀,影响出水水质其三,曝气池污泥的增加,就要求曝气池中有更高的氧传递速率,否则,微生物就受到抑制,处理效率降低采用一定的曝气设备系统,实际上只能够采用相应的污泥浓度,MLSS的提高是有限度的⑷曝气时间在通常情况下,城市污水的最短曝气时间为3h或更长些,这和满足曝气池需氧速率有关
①当曝气池做得较小时,曝气设备是按系统的负荷峰值控制设计的这样,在非高峰时间,供氧量过大,造成浪费,设备的能力不能得到充分利用
②若曝气池做得大些,可降低需氧速率,同时由于负荷率的降低,曝气设备可以减小,曝气设备的利用率得到提高⑸微生物平均停留时间MCRT又称泥龄微生物平均停留时间至少等于水力停留时间,此时,曝气池内的微生物浓度很低,大部分微生物是充分分散的微生物的停留时间应足够长,促使微生物能很好地絮凝,以便重力分离,但不能过长,过长反而会使絮凝条件变差微生物平均停留时间还有助于说明活性污泥中微生物的组成世代时间长于微生物平均停留时间的那些微生物几乎不可能在该活性污泥中繁殖⑹氧传递速率氧传递速率要考虑二个过程氧传递到水中;氧真正传递到微生物的膜表面要提高氧的传递速率必须有充足的氧量;必须使混合液中的悬浮固体保持悬浮状态和紊动条件⑺回流污泥浓度回流污泥浓度是活性污泥沉降特性和回流污泥回流速率的函数曝气池中的MLSS不可能高于回流污泥浓度,两者愈接近,回流比愈大限制MLSS值的主要因素是回流污泥的浓度⑻污泥回流率高的污泥回流率增大了进入沉淀池的污泥流量,增加了二沉池的负荷,缩短了沉淀池的沉淀时间,降低了沉淀效率,使未被沉淀的固体随出流带走活性污泥回流率的设计应有弹性,并应操作在可能的最低流量这为沉淀池提供了最大稳定性⑼曝气池的构造推流式曝气池示踪剂的研究表明推流式曝气池的纵向混合很严重;氧消耗率的数据表明氧的传递受到限制完全混合式曝气池处理量小时,只配有一个机械曝气机,很容易围绕曝气机形成混合区;处理量大时,曝气池也相应增大,曝气池不是充分完全混合的⑽pH和碱度活性污泥pH通常为
6.5~
8.5pH之所以能保持在这个范围,是由于污水中的蛋白质代谢后产生碳酸铵碱度和从天然水中带来的碱度所致生活污水中有足够的碱度使pH保持在较好的水平;工业污水中经常缺少蛋白质,因而产生pH过低的问题工业废水中的有机酸通常在进入曝气池前进行中和⑾溶解氧浓度通常溶解氧浓度不是一个关键因素,除非溶解氧浓度跌落到接近于零只要细菌能获得所需要的溶解氧来进行代谢,其代谢速率就不受溶解氧的影响一般认为混合液中溶解氧浓度应保持在
0.5~2mg/L,以保证活性污泥系统的正常运行过分的曝气使氧浓度得到提高,但由于紊动过于剧烈,导致絮状体破裂,使出水浊度升高特别是对于好氧速度不快而泥龄偏长的系统,强烈混合使破碎的絮状体不能很好地再凝聚⑿污泥膨胀及其控制正常的活性污泥沉降性能良好,其污泥体积指数SVI在50~150之间;当活性污泥不正常时,污泥不易沉淀,反映在SVI值升高混合液在1000mL量筒中沉淀30min后,污泥体积膨胀,上层澄清液减少,这种现象称为活性污泥膨胀活性污泥膨胀可分为污泥中丝状菌大量繁殖导致的丝状菌性膨胀;并无大量丝状菌存在的非丝状菌性膨胀丝状菌性膨胀的主要因素污水水质、运行条件、工艺方法发生污泥非丝状菌性膨胀时,处理效率仍很高,上清液也清澈在运行中,如发生污泥膨胀,针对膨胀的类型和丝状菌的特性,可采取的抑制措施
①控制曝气量,使曝气池中保持适量的溶解氧;
②调整pH;
③如磷、氮的比例失调,可适量投加氮化合物和磷化合物;
④投加一些化学药剂;
⑤城市污水厂的污水在经过沉砂池后,跳跃初沉池,直接进入曝气池在设计时,对于容易发生污泥膨胀的污水,可以采用以下一些方法
①减少城市污水厂的初沉池或取消初沉池,增加进入曝气池的污水中的悬浮物,可使曝气池中的污泥浓度明显提高,污泥沉降性能改善;
②两级生物处理法,即采用沉砂池—一级曝气池—中间沉淀池—二级曝气池—二次沉淀池的工艺等工艺;
③对于现有的容易发生污泥严重膨胀的污水厂,可以在曝气池的前面部分补充设置足够的填料(降低了曝气池的污泥负荷,也改变了进入后面部分曝气池的水质);
④用气浮法代替二次沉淀池,可以有效地使这个处理系统维持正常运行第十三章、生物膜法
1.生物膜法概述生物膜法是对污水土地的模拟和强化定义生物膜法主要用于从污水中去除溶解性有机污染物,是一种被广泛采用的生物处理方法生物膜法的主要优点是对水质、水量变化的适应性较强生物膜法的共同特点是微生物附着在介质“滤料”表面上,形成生物膜,污水同生物膜接触后,溶解的有机污染物被微生物吸附转化为H2O、CO
2、NH3和微生物细胞物质,污水得到净化,所需氧气一般来自大气
2.生物滤池典型的生物滤池的构造⑴滤床滤床由滤料组成滤料是微生物生长栖息的场所,理想的滤料应具备下述特性
①能为微生物附着提供大量的面积;
②使污水以液膜状态流过生物膜;
③有足够的空隙率,保证通风(即保证氧的供给)和使脱落的生物膜能随水流出滤池;
④不被微生物分解也不抑制微生物的生长,有较好的化学性能;
⑤有一定的机械强度;
⑥价格低廉滤料粒径并非越小越好,会造成堵塞,影响通风早期主要以拳状碎石为滤料,其直径在3~8cm左右,空隙率在45%~50%左右,比表面积(可附着面积)在65~100m2/m3之间⑵布水设备设置目的为了使污水能均匀地分布在整个滤床表面上生物滤池的布水设备分为两类移动式(常用回转式)布水器;固定式喷嘴布水系统⑶排水系统作用收集滤床流出的污水与生物膜;保证通风;支撑滤料池底排水系统的组成
①排水假底排水假底是用特制砌块或栅板铺成,滤料堆在假底上面假底空隙率不小于滤池面积5%~8%,高于池底
0.4~
0.6m
②池底池底除支撑滤料外,还要排泄滤床上的来水,池底中心轴线上设有集水沟,两侧底面向集水沟倾斜,池底和集水沟的坡度约1%~2%
③集水沟集水沟要有充分的高度,并在任何时候不会漫流,确保空气能在水面上畅通无阻,使滤池中空隙充满空气
3.生物滤池法的流程低负荷生物滤池又称普通生物滤池优点处理效果好,BOD5的去除率可达90%以上,出水BOD5可下降到25mg/L以下,硝酸盐含量在10mg/L左右,出水水质稳定缺点占地面积大,灰蝇很多,影响环境卫生
4.交替式二级生物滤池法的流程运行时,滤池是串联工作的,污水经初步沉淀后进入一级生物滤池,出水经相应的中间沉淀池去除残膜后用泵送入二级生物滤池,二级生物滤池的出水经过沉淀后排出污水厂工作一段时间后,一级生物滤池因表面生物膜累积,即将出现堵塞,改作二级生物滤池,而原来的二级生物滤池则改作一级生物滤池交替式二级生物滤池法比并联流程负荷率可提高两三倍
5.回流式二级生物滤池法的流程国外的运行经验表明,在处理城市污水时,回流式生物滤池的处理效率大致如下
①单级滤池法当滤池负荷率在
1.7kg(BOD5)/m3·d滤料以下时,出水的BOD5约为滤池进水的BOD5的1/3
②二级滤池法二沉池的出水的BOD5为二级池进水BOD5的1/2;如果一级滤池的进水不经沉淀直接流向二级滤池,则一级滤池出水的BOD5为进水BOD5的1/2生物滤池的一个主要优点是运行简单,因此,适用于小城镇和边远地区
6.生物滤池机理⑴生物滤池的工作情况挂膜污水通过布水设备连续地、均匀地喷洒到滤床表面上,在重力作用下,污水以水滴的形式向下渗沥,或以波状薄膜的形式向下渗流最后,污水到达排水系统,流出滤池污水流过滤床时,有一部分污水、污染物和细菌附着在滤料表面上,微生物便在滤料表面大量繁殖,不久,形成一层充满微生物的黏膜,称为生物膜这个起始阶段称为挂膜,是生物滤池的成熟期污水流过成熟滤床时,污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附、降解,从而得到净化生物膜表层生长的是好氧和兼性微生物,其厚度约2mm在这里,有机污染物经微生物好氧代谢而降解,终点产物是H2O、CO
2、NH3等由于氧在生物膜表层已耗尽生物膜内层的微生物处于厌氧状态在这里进行的是有机物的厌氧代谢终点产物是有机酸乙醇、醛和H2S等由于微生物的不断繁殖,生物膜不断加厚,超过一定厚度后,吸附有机物在传递到生物膜内层的微生物以前,已被代谢掉此时,内层微生物因得不到充分的营养而进入内源代谢,失去其黏附在滤料上的性质,脱落下来随水流出滤池,滤料表面再重新长出新的生物膜⑵生物膜的组成细菌(好氧、厌氧、兼性);真菌;藻类;原生动物;后生动物;一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫生物膜脱落原因
①低负荷滤池原因复杂,昆虫及其幼虫的活动促使生物膜脱落
②高负荷滤池水力冲刷使生物膜不断脱落,生物膜厚度与滤率大小有关有机物转化深度
①低负荷滤池有机物被深度转化,出水中硝酸盐含量较高,残膜呈深棕色,类似腐殖质,沉淀性能较好
②高负荷滤池只有在负荷率较低时,出水才含有较低的硝酸盐,残膜易腐化
7.影响生物滤池性能的主要因素生物滤池中有机物的降解过程,同时发生着多过程
①有机物在污水和生物膜中的传质过程;
②有机物的好氧和厌氧代谢过程;
③氧在污水和生物膜中的传质过程;
④生物膜的生长和脱落等过程这些过程的发生和发展决定了生物滤池净化污水的性能影响这些过程的主要因素有
①滤池高度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机物去除速率较高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的上层和下层相比生物膜量、微生物种类和去除有机物的速率均不相同滤床中的这一递变现象,类似污染河流在自净过程中的生物递变当滤床各层的进水水质互不相同时各层生物膜的微生物就不相同处理污水的功能也随之不同
②负荷率在低负荷条件下,随着滤率的提高,污水中有机物的传质速率加快,生物膜量增多,滤床特别是它的表面很容易堵塞在高负荷条件下,随着滤率的提高,污水在生物滤床中停留的时间缩短,出水水质将相应下降
③回流回流——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,回流水量与进水量之比叫回流比回流对生物滤池性能的影响Ⅰ回流可提高生物滤池的滤率,它是使生物滤池负荷率由低变高的方法之一;Ⅱ提高滤率有利于防止产生灰蝇和减少恶臭;Ⅲ当进水缺氧、腐化、缺少营养元素或含有有害物质时,回流可改善进水的腐化状况、提供营养元素和降低毒物质浓度;Ⅳ进水的质和量有波动时,回流有调节和稳定进水的作用
④供氧生物滤池中,微生物所需的氧一般直接来自大气,靠自然通风供给影响生物滤池通风的主要因素是滤床自然拔风和风速自然拔风的推动力是池内温度与气温之差以及滤池的高度
8.生物滤池的运行及其经验生物滤池正式运行之后,有一个“挂膜”阶段,即培养生物膜的阶段在这个始运行阶段,洁净的无膜滤床逐渐长了生物膜,处理效率和出水水质不断提高,终于进入正常运行状态当温度适宜时,始运行阶段历时约一周处理含有毒物质的工业废水时,生物滤池的运行要按设计确定的方案进行,一般说来,这种有毒物质正是生物滤池的处理对象,而能分解氧化这种有毒物质的微生物常存在于一般环境中,无需从外界引入;但是,在一般环境中,它们在微生物群体中并不占优势,或对这种有毒物质还不太适应,因此,在滤池正常运行前,要有一个让它们适应新环境、繁殖壮大的始运行阶段,称为“驯化-挂膜”阶段驯化-挂膜方式一种方式是从其他工厂废水站或城市废水厂取来活性污泥或生物膜碎屑进行驯化,挂膜另一种方式是用生活污水、城市污水、河水或回流出水代替部分工业废水进行运行,运行过程中把二次沉淀池中的污泥不断回流到滤池的进水中
9.生物转盘⑴生物转盘的工作特点
①不需曝气和回流,运行时动力消耗和费用低;
②运行管理简单,技术要求不高;
③工作稳定,适应能力强;
④适应不同浓度、不同水质的污水;
⑤剩余污泥量少,易于沉淀脱水;
⑥没有滤池蝇、恶臭、堵塞、泡沫、噪音等问题;
⑦可多层立体布置;
⑧一般需加开孔防护罩保护、保温⑵生物转盘的布置方式
①单轴单级式
②.单轴多级式
③多轴多级式
10.生物接触氧化法⑴生物接触氧化法的特点生物接触氧化法是一种浸没曝气式生物滤池,是曝气池和生物滤池综合在一起的处理构筑物,兼有两者优点生物接触氧化池的性能特征
①具有较高的微生物浓度,一般可达10~20g/L;
②生物膜具有丰富的生物相,含有大量丝状菌,形成了稳定的生态系统,污泥产量低;
③具有较高的氧利用率;
④具有较强的耐冲击负荷能力;
⑤生物膜活性高;
⑥没有污泥膨胀的问题缺点滤床易堵塞和更换,运行费用较高
11.生物滤池采用公式进行计算步骤第一步是选定滤料和进水方式,然后进行试验,求得K‘、m和n等常数值;第二步确定是否回流,若需要回流,则要确定回流比;最后计算滤池的尺寸⑴滤池个数和滤床尺寸的确定计算滤床总体积(V)时,应注意下述问题计算时采用的负荷率应与设计处理的效率相应通常,负荷率是影响处理效果的主要因素,两者常相提并论影响处理效果的因素很多,除负荷率之外,主要的还有污水的浓度、水质、温度、滤料特性和滤床的高度对于回流滤池,则还有回流比没有经验可以援用的工业废水,应经过试验,确定其设计的负荷率试验性生物滤池的滤料和滤床高度应与设计相一致⑵滤床高度的确定根据计算结合经验确定在滤床的总体积和高度确定后,滤床的总面积可以算出当总面积不大时,可采用2个滤池目前生物滤池的最大直径为60m,通常是在35m以下最后应该核算滤速,看它是否合理回流生物滤池池深浅,滤速一般不超过30m/d,其滤率的确定与进水BOD5有关,如下表所示进水BOD5/(mg·L-1)120150200滤率/m3·m-2·d-1252015例已知某城镇人口80000人,排水量定额为100L/(人·d),BOD5为20g/(人·d)设有一座工厂,污水量为2000m3/d,其BOD5为2200mg/L拟混合采用回流式生物滤池进行处理,处理后出水的BOD5要求达到30mg/L⑴基本设计参数计量(设在此不考虑初次沉淀池的计算)生活污水和工业废水总水量生活污水和工业废水混合后的BOD5浓度由于生活污水和工业废水混合后BOD5浓度较高,应考虑回流,设回流稀释后滤池进水BOD5为300mg/L回流比为⑵生物滤池的个数和滤床尺寸计算设生物滤池的有机负荷率采用
1.2kgBOD5/(m3·d),于是生物滤池总体积为设池深为
2.5m则滤池总面积为若采用6个滤池,每个滤池面积滤池直径为⑶校核经过计算,采用6个直径21m、高
2.5m的高负荷生物滤池第十四章、稳定塘和污水的土地处理
1.稳定塘⑴概述稳定塘又名氧化塘或生物塘稳定塘对污水的净化过程与自然水体的自净过程相似,是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施稳定塘多用于小型污水处理,可用作一级处理、二级处理,也可用作三级处理⑵稳定塘的分类按塘内的微生物类型、供氧方式和功能等划分
①常见好氧塘;兼性塘;厌氧塘;曝气塘;深度处理塘;
②其他水生植物塘;生态塘;完全储存塘⑶稳定塘的优缺点
①稳定塘的优点Ⅰ基建投资低当有旧河道、沼泽地、谷地可利用作物作为稳定塘时,稳定塘系统的基建投资低Ⅱ运行管理简单经济稳定塘运行管理简单,动力消耗低,运行费用较低,约为传统二级处理厂的1/3~1/5Ⅲ可进行综合利用实现污水资源化,如将稳定塘出水用于农业灌溉,充分利用污水的水肥资源;养殖水生动物和植物,组成多级食物链的复合生态系统
②稳定塘的缺点Ⅰ占地面积大没有空闲余地时不宜采用Ⅱ处理效果受气候影响如季节、气温、光照、降雨等自然因素都影响稳定塘的处理效果Ⅲ设计不当时,可能形成二次污染如污染地下水、产生臭氧和滋生蚊蝇等
2.好氧塘⑴种类
①高负荷好氧塘这类塘设置在处理系统的前部,目的是处理污水和产生藻类特点是塘的水深较浅,水力停留时间较短,有机负荷高
②普通好氧塘这类塘用于处理污水,起二级处理作用特点是有机负荷较高,塘的水深较高负荷好氧塘大,水力停留时间较长
③深度处理好氧塘深度处理好氧塘设置在塘处理系统的后部或二级处理系统之后,作为深度处理设施特点是有机负荷较低,塘的水深较高负荷好氧塘大⑵基本工作原理塘内存在着菌、藻和原生动物的共生系统塘内的藻类进行光合作用,释放出氧,塘表面的好氧型异氧细菌利用水中的氧,通过好氧代谢氧化分解有机污染物并合成本身的细胞质(细胞增殖),其代谢产物CO2则是藻类光合作用的碳源藻类光合作用使塘水的溶解氧和pH呈昼夜变化白天,藻类光合作用使CO2降低,pH上升夜间,藻类停止光合作用,细菌降解有机物的代谢没有终止,CO2累积,pH下降
3.兼性塘工作原理
①兼性塘的有效水深一般为
1.0~
2.0m
②好氧区对有机污染物的净化机理与好氧塘相同
③兼性区的塘水溶解氧较低异氧型兼性细菌,它们既能利用水中的溶解氧氧化分解有机污染物,也能在无分子氧条件下,以NO3-、CO32-作为电子受体进行无氧代谢
④厌氧区无溶解氧污泥层中的有机质由厌氧微生物对其进行厌氧分解,其厌氧分解包括酸发酵和甲烷发酵两个过程发酵过程中未被甲烷化的中间产物进入塘的上、中层,由好氧菌和兼性菌继续进行降解而CO
2、NH3等代谢产物进入好氧层,部分逸出水面,部分参与藻类的光合作用
⑤兼性塘不仅可去除一般的有机污染物,还可以有效地去除磷、氮等营养物质和某些难降解的有机污染物
4.厌氧塘基本工作原理厌氧塘对有机污染物的降解,与所有的厌氧生物处理设备相同,是由两类厌氧菌通过产酸发酵和甲烷发酵两阶段来完成的即先由兼性厌氧产酸菌将复杂的有机物水解、转化为简单的有机物如有机酸、醇、醛等,再由绝对厌氧菌(甲烷菌)将有机酸转化为甲烷和二氧化碳等由于甲烷菌的世代时间长,增殖速度慢,且对溶解氧和pH敏感,因此厌氧塘的设计和运行,必须以甲烷发酵阶段的要求作为控制条件,控制有机污染物的投配率,以保持产酸菌和甲烷菌之间的动态平衡应控制塘内的有机酸浓度在3000mg/L以下,pH为
6.5~
7.5,进水的BOD5N P=100:
2.5:1硫酸盐浓度应小于500mg/L,以使厌氧塘能正常运行
5.曝气塘曝气塘是在塘面上安装有人工曝气设备的稳定塘曝气塘的两种类型
①完全混合曝气塘完全混合曝气塘中曝气装置的强度应能使塘内的全部固体呈悬浮状态,并使塘水有足够的溶解氧供微生物分解有机污染物
②部分混合曝气塘部分混合曝气塘不要求保持全部固体呈悬浮状态,部分固体沉淀并进行厌氧消化其塘内曝气机布置较完全混合曝气塘稀疏曝气塘出水的悬浮固体浓度较高,排放前需进行沉淀,沉淀的方法可以用沉淀池,或在塘中分割出静水区用于沉淀若曝气塘后设置兼性塘,则兼性塘要在进一步处理其出水的同时起沉淀作用曝气塘的水力停留时间为3~10d,有效水深2~6m曝气塘一般不少于3座,通常按串连方式运行
6.稳定塘系统的工艺流程⑴稳定塘处理系统的组成
①预处理系统稳定塘进水的预处理为防止稳定塘内污泥淤积,污水进入稳定塘前应先去除水中的悬浮物质常用设备为格栅、普通沉砂池和沉淀池若塘前有提升泵站,而泵站的格栅间隙小于20mm时,塘前可不另设格栅原污水中的悬浮固体浓度小于100mg/L时,可只设沉砂池,以去除砂质颗粒原污水中的悬浮固体浓度大于100mg/L时,需考虑设置沉淀池设计方法与传统污水二级处理方法相同
②稳定塘
③后处理设施⑵稳定塘的流程组合稳定塘的流程组合依当地条件和处理要求不同而异,下图为几种典型的流程组合
7.污水土地处理⑴概述污水土地处理是在在农田灌溉的基础上,运用人工调控利用土壤-微生物-植物组成的生态系统使污水中的污染物净化的处理方法土地处理是以土地作为主要处理系统的污水处理方法,其目的是净化污水,控制水污染,其设计参数(如负荷率)需通过试验研究确定土地处理技术有五种类型慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、湿地和地下渗滤系统土地处理系统是由污水预处理设施,污水调节和储存设施,污水的输送、布水及控制系统,土地净化田,净化出水的收集和利用系统等五部分组成⑵土地处理系统的净化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
①BOD的去除BOD大部分是在土壤表层土中去除的土壤中含有大量的种类繁多的异养型微生物,它们能对被过滤、截留在土壤颗粒空隙间的悬浮有机物和溶解有机物进行生物降解,并合成微生物新细胞当污水处理的BOD负荷超过让土壤微生物分解BOD的生物氧化能力时,会引起厌氧状态或土壤堵塞
②磷和氮的去除在土地处理中,磷主要是通过植物吸收,化学反应和沉淀(与土壤中的钙、铝、铁等离子形成难溶的磷酸盐)、物理吸附和沉淀(土壤中的黏土矿物对磷酸盐的吸附和沉积),物理化学吸附(离子交换、络合吸附)等方式被去除其去除效果受土壤结构、阳离子交换容量、铁铝氧化物和植物对磷的吸收等因素的影响氮主要是通过植物吸收,微生物脱氮(氨化、硝化、反硝化),挥发、渗出(氨在碱性条件下逸出、硝酸盐的渗出)等方式被去除其去除率受作物的类型、生长期、对氮的吸收能力以及土地处理系统等工艺因素的影响
③悬浮物质的去除污水中的悬浮物质是依靠作物和土壤颗粒间的孔隙截留、过滤去除的土壤颗粒的大小、颗粒间孔隙的形状、大小、分布和水流通道,以及悬浮物的性质、大小和浓度等都影响对悬浮物的截留过滤效果若悬浮物的浓度太高、颗粒太大,会引起土壤堵塞
④病原体的去除污水经土壤处理后,水中大部分的病菌和病毒可被去除,去除率可达92%~97%其去除率与选用的土地处理系统工艺有关,其中地表漫流的去除率较低,但若有较长的漫流距离和停留时间,也可以达到较高的去除效率
⑤重金属的去除重金属主要是通过物理化学吸附、化学反应与沉淀等途径被去除的重金属离子在土壤胶体表面进行阳离子交换而被置换、吸附,并生成难溶性化合物被固定于矿物晶格中;重金属与某些有机物生成可吸性鳌合物被固定于矿物质晶格中;重金属离子与土壤的某些组分进行化学反应,生成金属磷酸盐和有机重金属等沉积于土壤中⑶土地处理基本工艺
①慢速渗滤系统慢速渗滤系统适用于渗水性能良好的土壤、砂质土壤及蒸发量小、气候润湿的地区慢速渗滤系统的污水投配负荷一般较低,渗流速度慢,故污水净化效率高,出水水质优良慢速渗滤系统有农业型和森林型两种其主要控制因素为灌水率、灌水方式、作物选择和预处理等
②快速渗滤系统快速渗滤土地处理系统是一种高效、低耗、经济的污水处理与再生方法适用于渗透性能良好的土壤,如砂土、砾石性砂土、砂质垆坶等污水灌至快速滤渗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,使滤田表面土壤处于厌氧-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进入快速渗滤系统的污水应进行适当预处理,以保证有较大的渗滤速率和硝化速率
③地表漫流系统地表漫流系统适用于渗透性的黏土或亚黏土,地面的最佳坡度为2%~8%废水以喷灌法或漫灌法有控制地在地面上均匀地漫流,流向设在坡脚的集水渠,在流动过程中少量废水被植物摄取、蒸发和渗入地下地面上种牧草或其他作物供微生物栖息并防止土壤流失,尾水收集后可回用或排放水体采用何种方法灌溉取决于土壤性质、作物类型、气象和地形
④湿地处理系统湿地处理系统是一种利用低洼湿地和沼泽地处理污水的方法污水有控制地投配到种有芦苇、香蒲等耐水性、沼泽性植物的湿地上,废水在沿一定方向流动过程中,在耐水性植物和土壤共同作用下得以净化湿地处理可直接处理污水或深度处理污水进入系统前需预处理
⑤地下渗滤处理系统地下污水处理系统是将污水投配到距地面约
0.5m深、有良好渗透性的底层中,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地下渗滤系统适用于无法接入城市排水管网的小水量污水处理污水进入处理系统前需经化粪池或酸化池预处理⑷土地处理系统的工艺选择和工艺参数土地处理系统工艺类型的选择主要是根据土壤性质、透水性、地形、作物种类、气候条件和废水处理程度的要求来选择土地处理系统的主要工艺参数为负荷率常用的负荷率有水量负荷和有机负荷,有时还辅以氮负荷和磷负荷废水格栅沉砂池沉淀池生物处理二次沉淀池三级处理污泥处理垃圾处理沉渣处理污泥浓缩一级处理出水沉渣处理二级处理出水部分污泥回流三级处理出水一级处理二级处理三级处理废水中的有机物中的有机物残留在废水中的有机物从废水中去除的有机物微生物不能利用的有机物微生物能利用的有机物微生物能利用而尚未利用的有机物微生物不能利用的有机物微生物已利用的有机物(氧化和合成)(吸附量)增殖的微生物体氧化产物曲线
①反映污水中有机物的去除规律;曲线
②反映活性污泥利用有机物的规律;曲线
③反映了活性污泥吸附有机物的规律。