水污染控制工程复习打印版.docx

1、水污染控制工程复习打印版水污染控制工程 复习绪论一.水质指标(一)物理性指标1.温度工业废水常引起水体热污染；造成水中溶解氧减少；加速耗氧反应，最终导致水体缺氧或水质恶化。2.色度感官性指标，水的色度来源于金属化合物或有机化合物。3.嗅和味感官性指标，水的异臭来源于还原性硫和氮的化合物、挥发性有机物和氯气等污染物质。4.固体物质分为溶解物质与悬浮固体物质，其中悬浮固体物质有可分为挥发性物质和固定性物质。 (二)化学性指标1.无机性指标1)植物营养元素过多的氮、磷进入天然水体，易导致富营养化，使水生植物尤其是藻类大量繁殖，造成水中溶解氧急剧变化，影响鱼类生存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展为沼泽

2、和干地。2)pH和碱度一般要求处理后污水的pH在69之间。当天然水体遭受酸碱污染时，pH发生变化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。碱度指水中能与强酸定量作用的物质总量，按离子状态可分为三类：氢氧化物碱度；碳酸盐碱度；重碳酸盐碱度。3)重金属作为微量金属元素。危害：生物毒性，抑制微生物生长，使蛋白质凝固；逐级富集至人体，影响人体健康。5)含氮化合物氮是有机物中除碳以外的一种主要元素，也是微生物生长的重要元素。污水中的氮有四种，即有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。危害：消耗水体中溶解氧；促进藻类等浮游生物的繁殖，形成水华、赤潮；引起鱼类死亡，导致水质迅速恶化。关于氮的几个

3、指标：有机氮：主要指蛋白质和尿素。TN：一切含氮化合物以N计量的总称。TKN：TN中的有机氮和氨氮，不包括亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水。NOx-N：亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。6)含磷化合物：磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素。磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。关于磷的几个指标：有机磷：有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等。无机磷：磷酸盐：正磷酸盐(PO3-4)、磷酸氢盐(HPO2-4)、磷酸二氢盐(H2PO4-)、偏磷酸

4、盐(PO3-)。聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O4-7)、三磷酸盐(P3O5- 10)、三磷酸氢盐(HP3O2-9)2.有机物指标1)总有机碳(TOC：total organism carbon)：在950高温下，以铂作为催化剂，使水样气化燃烧，然后测定气体中的CO2含量，从而确定水样中碳元素总量。测定中应该去除无机碳的含量。2)总需氧量(TOD：total oxygen demand)：在900950高温下，将污水中能被氧化的物质(主要是有机物，包括难分解的有机物及部分无机还原物质)，燃烧氧化成稳定的氧 化物后，测量载气中氧的减少量，称为总需氧量。测定方便而快速。3)化学需氧量(COD：chem

5、ical oxygen demand)：用化学方法氧化分解废水水样中有机物过程中所消耗的氧化剂量折合成氧量(O2)(mg/L)。常用的氧化剂主要是重铬酸钾K2Cr2O7(称CODCr)和高锰酸钾KMnO4(原称CODMn或OC，现称高锰酸盐指数)。酸性条件下，硫酸银作为催化剂，氧化性最强。废水中无机的还原性物质同样被氧化。如果废水中有机物的组成相对稳定，则化学需氧量和生化需氧量之间应有一定的比例关系：生活污水通常在0.40.5。4)生化需氧量(BOD：biological oxygen demand)：在规定条件下微生物氧化分解污水或受污染的天然水样中有机物所需要的氧量(20，5d)。反映了在

6、有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量主要污染特性(以mg/L为单位)。有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程，一般可分为两个阶段：第一个阶段主要是有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。污水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物氧化所需的氧量，全部生物氧化需要20100d完成。实际中，常以5d作为测定生化需氧量的标准时间，称5日生化需氧量(BOD5)；通常以20为测定的标准温度。总结：各种水质之间TOC或TOD与BOD不存在固定的相关关系。在水质条件基本不变的条件下，BOD与TOC或TOD之间存在一定的相关关系。5)油类污染物：石油类：来源于工业含油污水。动

7、植物油脂：产生于人的生活过程和食品工业。危害：油类污染物进入水体后影响水生生物的生长、降低水体的资源价值。油膜覆盖水面阻碍水的蒸发，影响大气和水体的热交换。油类污染物进入海洋，改变海水的反射率和减少进入海洋表层的日光辐射，对局部地区的水文气象条件可能产生一定影响。大面积油膜将阻碍大气中的氧进入水体，从而降低水体的自净能力。石油污染对幼鱼和鱼卵的危害很大，堵塞鱼的鳃部，能使鱼虾类产生石油臭味，降低水产品的食用价值。破坏风景区，危害鸟类生活。6)酚类污染物来源：煤气、焦化、石油化工、木材加工、合成树脂等工业废水。危害：原生质毒物，可使蛋白质凝固，引起神经系统中毒。酚浓度低时，能影响鱼类的洄游繁殖。

8、酚浓度达0.10.2mg/L时，鱼肉有酚味。酚浓度高会引起鱼类大量死亡，甚至绝迹。酚的毒性可抑制水中微生物的自然生长速度，有时甚至使其停止生长。酚能与饮用水消毒氯产生氯酚，具有强烈异臭(0.001mg/L即有异味，排放标准0.5mg/L)。灌溉用水酚浓度超过5mg/L时，农作物减产甚至枯死。(三)生物性指标1.来源及危害1)生活污水：肠道传染病、肝炎病毒、SARS、寄生虫卵等制革屠宰等2)工业废水：炭疽杆菌、钩端螺旋体等3)医院污水：各种病原体。危害：传播疾病，影响卫生，导致水体缺氧。2.细菌总数水中细菌总数反映了水体有机污染程度和受细菌污染的程度。常以细菌个数/mL计。饮用水：100个/mL

9、；医院排水：500个/mL。3.大肠菌群大肠菌群的值可表明水样被粪便污染的程度，间接表明有肠道病菌存在的可能性。常以大肠菌群数/L计。饮用水：3个/L；城市排水：10000个/L；游泳池：0.45：生化性好；B/C0.30：可生化；B/C0.25：较难生化；B/C0.2：不易生化。2.根据测定相对耗氧速率判断：耗氧速率就是单位生物量在单位时间内的耗氧量。以有废水污染物(底物)浓度为横坐标，以相对耗氧速率为纵坐标，通过实验获得相对耗氧曲线。四.微生物的呼吸类型(一)好氧呼吸好氧呼吸是营养物质进入好氧微生物细胞后，通过一系列氧化还原反应获得能量的过程。有分子氧参与的生物氧化，反应的最终受氢体是分子

10、氧。底物中的氢被脱氢酶活化，并从底物中脱出交给辅酶(递氢体)，同时放出电子，氧化酶利用底物放出的电子激活游离氧，活化氧和从底物中脱出的氢结合成水。好氧呼吸过程实质上是脱氢和氧活化相结合的过程。在这个过程中，同时放出能量。依好氧微生物的类型不同，被其氧化的底物不同，氧化产物也不同。好氧呼吸有异养型微生物呼吸和自养型微生物呼吸两种。1.异养型微生物：异养型微生物以有机物为底物(电子供体)，其终点产物为二氧化碳、氨和水等无机物，同时放出能量。有机废水的好氧生物处理，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消化等属于这种类型的呼吸。2.自养型微生物：自养型微生物以无机物为底物(电子供体)，其终点产物也是无机

11、物，同时放出能量。(二)厌氧呼吸厌氧呼吸是在无分子氧(O2)的情况下进行的生物氧化。厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。在呼吸过程中，底物中的氢被脱氢酶活化，从底物中脱下来的氢经辅酶传递给除氧以外的有机物或无机物，使其还原。厌氧呼吸的受氢体不是分子氧。在厌氧呼吸过程中，底物氧化不彻底，最终产物不是二氧化碳和水，而是一些较原来底物简单的化合物。这种化合物还含有相当的能量，故释放能量较少。如有机污泥的厌氧消化过程中产生的甲烷，是含有相当能量的可燃气体。厌氧呼吸按反应过程中的最终受氢体的不同，可分为发酵和无氧呼吸。1.发酵：指供氢体和受氢体都参与有机化合物的生物氧化作用，最终受氢体无需外加，就

12、是供氢体的分解产物(有机物)。这种生物氧化作用不彻底，最终形成的还原性产物，是比原来底物简单的有机物，在反应过程中，释放的自由能较少，故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。2.无氧呼吸：是指以无机氧化物，如NO3-，NO2-，SO2-4，S2O2-3，CO2等代替分子氧，作为最终受氢体的生物氧化作用。在反硝化作用中，受氢体为NO3-，在无氧呼吸过程中，供氢体和受氢体之间也需要细胞色素等中间电子传递体，并伴随有磷酸化作用，底物可被彻底氧化，能量得以分级释放，故无氧呼吸也产生较多的能量用于生命活动。但由于有些能量随着电子转移至最终受氢体中，故释放的能量

13、不如好氧呼吸的多。五.废水的好氧生物处理与厌氧生物处理及其特点(一)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。特点：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

14、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。(二)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CO2、H2O、NH3、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。特点：由于废水厌氧生物处理过程不需另加氧源，故运行

15、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，出水水质差等。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BOD52000mg/L)可采用厌氧生物处理法。六.微生物的生长曲线及其在废水生物处理中的意义微生物的生长规律：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1.停滞期如果活性污泥被接种到与原来生长条件不同的废水中(营养类型发生变化，污泥培养驯化阶段)，或污水处理厂因故中断运行后再运行，则可能出现停滞期。这种情况下，污泥需经过若干时间的停滞

16、后才能适应新的废水，或从衰老状态恢复到正常状态。停滞期是否存在或停滞期的长短，与接种活性污泥的数量、废水性质、生长条件等因素有关。2.对数期当废水中有机物浓度高，且培养条件适宜，则活性污泥可能处在对数生长期。处于对数生长期的污泥絮凝性较差，呈分散状态，镜检能看到较多的游离细菌，混合液沉淀后其上层液混浊，含有机物浓度较高，活性强沉淀不易，用滤纸过滤时，滤速很慢。3.静止期当污水中有机物浓度较低，污泥浓度较高时，污泥则有可能处于静止期，处于静止期的活性污泥絮凝性好，混合液沉淀后上层液清澈，以滤纸过滤时滤速快。处理效果好的活性污泥法构筑物中，污泥处于静止期。4.衰老期当污水中有机物浓度较低，营养物明

17、显不足时，则可能出现衰老期。处于衰老期的污泥松散，沉降性能好，混合液沉淀后上清液清澈，但有细小泥花，以滤纸过滤时，滤速快。注意合成产率系数和观测产率系数。5.在废水生物处理中的意义：在废水生物处理中，微生物是一个混合群体，它们也有一定的生长规律。有机物多时,以有机物为食料的细菌占优势,数量最多；当细菌很多时，出现以细菌为食料的原生动物;而后出现以细菌及原生动物为食料的后生动物。在污水生物处理过程中，如果条件适宜，活性污泥的增长过程与纯种单细胞微生物的增殖过程大体相仿。但由于活性污泥是多种微生物的混合群体，其生长受废水性质、浓度、水温、pH、溶解氧等多种环境因素的影响，因此，在处理构筑物中通常仅

18、出现生长曲线中的某一两个阶段。处于不同阶段时的污泥，其特性又很大的区别。七.影响微生物生长的环境因素(一)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。细胞的分子式：C5H7O2N(或C60H87O23N12P)。对营养的需求：好氧微生物：BOD5:N:P=100:5:1；厌氧微生物：BOD5:N:P=400:5:1。1.水：组成部分，代谢过程的溶剂。细菌约80%的成分为水分。2.碳源：碳素含量占细胞干物质的50左右，碳源主要构成微生物细胞的含碳物质和供给微生物生长、繁殖和运动所需要的能量，一般污水中含有足够碳

19、源。3.氮源：提供微生物合成细胞蛋白质的物质。4.无机元素：主要有磷、硫、钾、钙、镁等及微量元素。作用：构成细胞成分，酶的组成成分,维持酶的活性，调节渗透压，提供自养型微生物的能源。磷：核酸、磷脂、ATP转化。硫：蛋白质组成部分，好氧硫细菌能源。钾：激活酶。钙：稳定细胞壁，激活酶。镁：激活酶，叶绿素的重要组成部分5.生长因素：氨基酸、蛋白质、维生素等。(二)温度各类微生物所生长的温度范围不同，约为580。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(2045)、好热性(高温性)(45以上)和好冷性(低温

20、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。(三)pH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410之间。大多数细菌适宜中性和偏碱性(pH6.57.5)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。(四)溶解氧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24mg/L为宜。(五)有毒物质在工业废水中，有时存在

21、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 活性污泥法一.活性污泥与活性污泥法以及构成活性污泥法的三要素1.活性污泥：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。2.活性污泥法：利用悬浮活性污泥的生物降解性能处理废水中有机污染物的好氧生物处理法。3.构成活性污泥法的三要素：1)引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥

22、；2)废水中的有机物，它是处理对象，也是微生物的食料；3)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。二.评价活性污泥的重要指标1.混合液悬浮固体浓度MLSS曝气池中污水和活性污泥混合后混合液悬浮固体的数量，单位：mg/l。取混合液100mL，以快速滤纸过滤，105烘箱内2小时烘干至恒重，称取其中固体物质的含量。MLSS=Ma+Me+Mi+Mii式中：Ma具备活性细胞成分；Me内源代谢残留的微生物有机体；Mi未代谢的不可生化的有机悬浮固体；Mii吸附的无机悬浮固体。2.混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS指混合液悬浮固体中有机物的数量，单位：mg/l。取测定MLSS后

23、的滤纸与固体物质一同放入焚烧炉内，经600800灼烧至残留物无黑色，称取残留物的含量，扣除滤纸的灰分后，即为NVSS，MLSS与NVSS的差即为MLVSS。由于MLVSS中不包括Mii(吸附的无机悬浮固体)，因此比MLSS更能够精确地代表活性污泥中活性生物的数量。3.污泥沉降比SV30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。4.污泥体积指数SVI(简称污泥指数)曝气池出口处混合液经30分钟静止沉淀以后，1克干污泥所占的容积，单位为mL/g。SV30与SVI可以表示活性污泥的沉降浓缩性能，而SVI能够更确切地

24、反应处活性污泥的松散程度和凝絮沉降性能。5.污泥龄SRT曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥数量之比，单位：d。由于在稳定运行时，剩余污泥量也就是新增长的污泥量，因此污泥龄就是污泥在曝气池中的平均停留时间，或污泥增长一倍平均所需要的时间。三.氧转移系数KLa的测定式中： 液相中溶解氧浓度变化率(或氧转移效率)，kgO2/(m3h)；KLa氧分子的总传质系数，h-1；cS与界面氧分压所对应的溶液饱和溶解氧值，kgO2/m3；c溶液中溶解氧浓度，kgO2/m3。1.提高KLa值：加强液相主体的紊流程度，降低液膜厚度，加速气液界面的更新，采用微孔曝气方式，增大气液接触面积等。2.提高cS

25、值：提高气相中的氧分压。四.活性污泥法的运行方式及其特点1.传统活性污泥法污水与回流污泥从池首端流入，呈推流式至池的末端流出。进口处有机物浓度高，沿池长逐渐降低，可能造成前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要。特点：适用于大中型污水处理厂。处理效率高，进水浓度不能过高，抗冲击负荷能力较差，体积负荷率低，曝气池庞大，占用土地较多，基建费用较高。2.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。特点：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

26、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；4)操作灵活，可以通过改变F：M值，使其工作点处于污泥增长曲线上所期望的某一点，从而可以得到所期望的出水水质。3.延时曝气法与传统污泥法类似。特点：1)曝气时间很长，达24h甚至更长，MLSS较高，达到30006000mg/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。4)由于负荷率低，所

27、需要的池容积大，占地面积大，微生物长期处于内源呼吸期，污泥龄长。因此基建费用和动力消耗较大。4.氧化沟法氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式。特点：池体狭长，池深较浅，沟槽中设有表面曝气装置，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。5.接触稳定法(吸附再生法)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。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。特点：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。6.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

28、池停留时间3060min，B级停留时间24h。不设初沉池，A级曝气池是一个开放性的生物系统。A、B两级各有独立的污泥回流系统，两级污泥互不相混。特点：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。7.序批式活性污泥法SBR法由进水、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。特点：优点1)工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池功能，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

29、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。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)不适用大水量。8.A/O法：由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统。五.污泥负荷与容积负荷：主要参数范围0.20.41.污泥负荷单位质量活性污泥在单位时间内所能承受的BOD5量，单位：kgBOD5/(kgMLSSd)或kgBOD5/(kgMLVSSd)。式中：F/M营养与微生物比，gBOD5/(gMLSSd)或gBOD5/(gMLVSSd)；Q与曝气时间相当的平均进水量，m3/d；S0曝气池进水的平均BOD5值，mg/L或kg/m3；Se曝气池出水的平均BOD5值，mg/L或kg/m3；X曝气池混合液污泥浓度，MLSS或MLVSS，mg/L或kg/m