水污染控制工程复习资料.doc
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1、第十章 污水的物理处理第一节 污水预处理一、格栅组成: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.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。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.格栅的清渣方法:人工清除(与水平面倾角:4560),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:6070)过水面积一般应不小于进水管渠的有效面积的1.2倍。 二、 调节池()(一)调节池的作用 1、水量调节 1)线内调节:
2、进水用重力流,出水用泵提升。 2)线外调节:q高,进池; q低,出池 2、水质调节 1)利用外加动力而进行的强制调节:设备较简单,效果较好,但运行费用高。 2)利用差流方式:基本没有运行费,但设备结构较复杂。(二)调节池的形式结构 1)方池:主要用来调节水量 2)对角线调节池:只调节水质,不能调节水量,对角线开槽。 3)折流式调节池三、调节池的设计() 1、废水经过一定调节时间后平均浓度为: c = qiciti / qiti 2、调节池体积 V = qiti 难点:ti的确定第二节 沉淀的基础理论一、概述 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
3、程.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。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
4、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;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。二、沉淀的基本理论(一)自由沉淀及其理论基础球状颗粒自由沉淀的沉速公式() :斯托克斯定律 () 在层流状态下,=24/Re,带入
5、式中,整理得自由颗粒在静水中的运动公式由上式可知,颗粒沉降速度us与下述因素有关:us正比于颗粒与水的密度差(s-L);us正比于d; us反比于(取决于水温和水质)(二) 絮凝沉淀颗粒碰撞 絮状体 尺寸增大 us 增大 沉降特性由絮凝沉降实验确定(三)成层沉淀和压缩沉淀在沉淀初期,沿沉淀深度从上至下依次存在清水层、受阻沉淀层、过渡层和压缩层。后期,分为清水层和压缩层。三、 沉淀池的工作原理理想沉淀池分为四部分:进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域理想沉淀池的几个假定() :1。沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同,水平流速为v;2.悬浮颗粒在沉淀区等速下沉,下沉速度为u;3。在沉淀池的进口
6、区域,水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上;4。颗粒一经沉到池底,即认为已被去除。 颗粒完全去除 颗粒不能完全去除 最小沉降速度(u0) 反映沉淀池效率的参数,一般称为沉淀池的表面负荷率。沉淀池按水流方向分():平流式、竖流式、辐流式沉淀池(1)平流式沉淀池 污水从池的一端流入,水平方向流过池子,从池的另一端流出.(溢流堰)(2)竖流式沉淀池(絮凝沉淀) 中心管、喇叭口、反射板(降低流速、改变水流方向)(3)普通辐流式沉淀池(中间进水,周边出水)向心辐流式沉淀池(周边进水,周边出水)(4)斜板(管)沉淀池 异向流、同向流、侧向流 第三节 沉 砂 池工作原理:以重力分离或离心分离为基础,即控
7、制进入沉砂池的污水流速,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。形式:平流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流式沉砂池等。一、平流式沉砂池平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池,它构造简单,工作稳定易于排砂. 平流式沉砂池的系统参数:(1)最大流速0。3m/s,最小流速0。15m/s;(2)最大流量时,污水停留时间30-60s;(3)有效水深不大于1。2m,一般0.25-1.0m,池宽不小于0.6m;(4)池底坡度一般为0.01-0.02,设沉砂设备时根据沉砂设备要求考虑池底形状。 浮上法浮上法:利用水的浮力作用,使不溶于水的污染物浮到水面上,再通过机械刮除分离的水处理方法.1)自然浮上法 粒
8、径较粗且密度接近或小于水的强疏水性物质,可以依靠浮力的作用自然上浮于水分离,这种方法称为自然浮上法。2)气浮法 弱疏水性悬浮固体或乳化油,可利用高度分散的微小气泡为载体去黏附,并使其随气泡浮升到水面得以分离,这种方法称为气泡浮升法,简称气浮.破乳:破坏液滴界面上的稳定薄膜,使油、水得以分离。方法:投加换型乳化剂:搅拌、振荡、转动:过滤:改变温度:浮上法基本条件():必须向水中提供足够量的细微气泡;必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态;必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。按产生微细气泡的方法分类:电解气浮法、分散空气法(微孔曝气浮上法、剪切气泡浮上法 )、溶解空气法(真空浮上法、加压溶气浮上法)
9、加压溶气浮上法的基本原理().先在加压条件下,将空气溶于水中并达到饱和状态,然后突然将操作压力降至常压,使压溶于水中的空气处于过饱和状态,并以微小气泡型式释放出过饱和部分的空气量。 加压溶气气浮流程()1、全溶气流程 溶气量大,气浮池体积较小(可节省基建投资) 压力泵功率和溶气罐容积较大,故动力消耗较大。2、部分溶气流程 所需的压力泵功率和溶气罐容积较小,故设备紧凑、动力消耗低,但溶气系统提供的空气量也少。 3、回流溶气流程 溶气水量少且水质较优、动力消耗省、溶气效率高、混凝过程不受废水输送设备影响、形成的絮体性能较好。但气浮池的容积比前两种流程大压力溶气气浮法系统组成: 压力溶气系统、空气释
10、放系统、气浮池第十一章 废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础第一节 废水的好氧生物处理和厌氧生物处理一、微生物的新陈代谢新陈代谢:微生物不断从外界环境中摄取营养物质,通过生物酶催化的复杂生化反应,在体内不断进行物质转化和交换的过程.分解代谢:分解复杂营养物质,降解高能化合物,获得能量。合成代谢:通过一系列的生化反应,将营养物质转化为复杂的细胞成分,机体制造自身。底物降解:污水中可被微生物通过酶的催化作用而进行生物化学变化的物质称为底物或基质。可生物降解有机物量:可通过生物的降解转化的量。可生物降解底物量:包括有机的和无机的可生物利用二、 微生物的呼吸类型1、 好氧呼吸: -有分子氧参与的
11、情况下进行的生物氧化,反应的最终受氢体是分子氧。2、厌氧呼吸 -无分子氧的情况下进行的生物氧化. 1)发酵:最终受氢体是有机物分解的中间产物 2)无氧呼吸:最终受氢体是一些无机氧化物三、 废水的好氧生物处理()好氧生物处理:在有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.有机物分解的最终产物: CO2、H2O注意:保持溶解氧、营养物和微生物三者的平衡. 适用中低浓度有机物废水: 500mg/L四、 废水的厌氧生物处理()厌氧生物处理: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。适用有机污泥和高浓度有机污水(BOD2000mg/L)第二节
12、 微生物的生长规律和生长环境一、微生物的生长环境微生物的营养:水、碳源、氮源、无机元素好氧微生物 BOD5NP 100 5 1厌氧微生物 BOD5NP 200 5 1二、微生物的生长规律(生长曲线表示)生长期()停滞期、对数期、静止期、衰亡期当有机物多时,以有机物为食料的细菌数量较多,当细菌很多时,出现以细菌为食料的原生动物,而后出现以细菌和原生动物为食料的后生动物。 第三节 反应速度和反应级数在生化反应中,反应速度是指单位时间里底物的减少量、最终产物的增加量或细胞的增加量。反应级数 ()反应速度与一种反应物A的浓度A成正比时,称这种反应对这种反应物是一级反应.反应速度与二种反应物A、B的浓度
13、A、B成正比时,或与一种反应物A的浓度A的平方A2成正比时,称这种反应为二级反应.反应速率不受反应底物浓度影响时,称为零级反应。n = 0 零级反应,v = =kS = S0-ktn = 1 一级反应,v = kSlgS= lgS0 t/2.3 第四节 米歇里斯门坦方程式一、中间产物学说()中间产物学说:根据此学说,酶促反应分两步进行.第一步,酶(E)与底物(S)作用形成中间产物(ES),此中间产物被看作稳定的络合物;第二步,络合物被进一步分解为产物(P)和游离态的酶(E)。二、 米氏方程式()式中:v酶促反应速度;vmax最大酶反应速度; S-底物浓度; Km米氏常数。(1)当S Km时,K
14、m S S ,v = vmax,呈零级反应,酶促反应速度达到最大值。 (2)当S 200时,沉淀性较差,污泥易于膨胀。 一般常控制SVI在50-150之间为宜4、负荷() (1)水力负荷q(m3/h。m2) (2)BOD5去除负荷: (3)容积负荷Lv: (kgBOD5/m3d)(4)污泥负荷( Ls ,F/M)(kgBOD5/kgMLSSd) F/M 2.2,营养丰富,微生物处于对数增长期 F/M 0。5,微生物处于增殖衰减。 F/M 0。2,微生物进入内源呼吸期。5、回流污泥浓度(回流比r)6、进水率(Z) Z qv / ( qv+qr ) 1/( 1 + r ) 7、泥龄(、 ts )
15、定义:微生物(污泥)在曝气池中的平均停留时间ts,也就是曝气池中活性污泥平均更新一遍所需的时间。 ts与t的关系: ts长有机物大多被氧化需氧量大t ts短有机物被氧化的量少需氧量少t注意:通常活性污泥法系统的ts约为水力停留时间的20倍一般曝气池污泥停留时间2d,水力停留时间4-5h。五、活性污泥性能的影响因素()1、有机物浓度 当S Km时,v = vmax,活性污泥生长最快 当S Km时, ,活性污泥的量与有机物浓度成正比。2、溶解氧 DO过小,影响微生物的生长及系统的正常运行. DO过大,风机要求大,耗电多。正常运行:DO浓度 2mg/L,一般在24mg/L。3、营养物质(配比) C:
16、N:P100:5:14、温度 化学反应:10,v24倍; 酶促反应:10,v12倍。 曝气池系统水温的适宜范围:20305、pH值 一般pH6.57.5,活性污泥的生长繁殖情况最好。 pH6.5,霉菌,破坏活性污泥的结构污泥膨胀; pH过高(9),代谢缓慢菌胶团粘性物质解体.6、有毒物质 破坏细菌细胞的构造物质和酶系统,使细菌由于失去活性而不能正常生长繁殖,甚至直接被毒伤、毒死。有毒物质:重金属(砷、铅、隔、铬、铜、锌等),及酚、氰、醛、硝基化合物等有机型毒物。 第三节 气体传递和曝气池1. 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
17、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.一、 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。曝气的作用: (1)向曝气池混合液提供DO; (2)使混合液悬浮固体处于悬浮状态; (3)实现微生物、有机物、DO三者间的充分混合接触。二、曝气设备 分类: 鼓风曝气、机械曝气 鼓风曝气:空气过滤器、鼓风机、空气输配管系统、扩散器机械曝气:表面曝气机 (竖轴式、卧轴式)表面曝气机
18、充氧原理: (1)曝气设备的提水和输水作用,使曝气池内液体不断循环流动, 从而不断更新气液接触面, 不断吸氧; (2)曝气设备旋转时在周围形成水跃,并把液体抛向空中,剧烈搅动而卷进空气; (3)曝气设备高速旋转时,在后侧形成负压区而吸入空气。 曝气设备性能指标 氧转移率、充氧能力、氧利用率三、曝气池的三种池型推流式曝气池、完全混合式曝气池、两种池型结合式(一)推流式曝气池1、平面布置:(1)L :B(510):1 (2)进水方式不限,出水用溢流堰;2、横断面布置:B :H(有效水深)(12) :1,Hmin = 3m,Hmax = 9m曝气方式:一般采用鼓风曝气3、常用指标 水力停留时间T:4
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