第一节 水中粗大颗粒物质的去除

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流第一节 水中粗大颗粒物质的去除.精品文档. 第二章 水的物理化学处理方法第一节 水中粗大颗粒物质的去除一、格栅、筛网和微滤机位置：通常设在处理厂各处理构筑物（泵站集水池、沉砂池、沉淀池、取水口进口端）之前。作用：去除水中的粗大物质，保护处理厂的机械设备并防止管道的堵塞。1.格栅 组成：有一组平行的金属栅条制成，栅条间有空隙缝隙宽度的设计原则：截留效率取决于缝隙宽度 格栅通常倾斜5060，也有按垂直与水平之比1:3设计的格栅的水流速度应保持在0.6-1.0m/s，一般可取0.7m/s 安装一套格栅时，应设置溢流旁通道类型： 人工清捞的格栅； 机械清除格栅(履带式、钢丝绳牵引式和圆周洄转式)2.筛网 对象：去除水中纤维、纸浆、藻类等稍小的杂物，选用不同孔径的筛网。孔径小于10mm: 工业废水的预处理。 孔径小于0.1mm：处理后出水的最终出理或重复利用水处理类型：转鼓式、旋转式、转盘式和振动筛 安装位置：大型地面水处理厂的取水口处常装有旋转式筛网3.微滤机微滤机是一种截留细小悬浮物的筛网过滤装置 微滤机的处理能力与滤网孔径及悬浮物的性质和浓度有关二、沉砂池沉淀池的功能：主要去除水中砂粒、煤渣等比重较大的无机颗粒杂质，同时也去除少量较大、较重的有机杂质。位置：设在泵站、沉淀池之前，防止对水泵和污泥处置设备的磨损，可使沉淀池污泥具有良好的流动性。沉砂池的形式：平流式、竖流式和曝气式 沉砂池是以重力沉降为基础的1.自由沉降的原理 2. 平流式沉砂池特点：具有构造简单、工作稳定、处理效果好且易于排砂3.曝气沉砂池是一长形渠道， 沿渠壁一侧的整个长度方向，距池底20-80cm处安设曝气装置，在其下部设集砂斗，池底有I=0.1-0.2的坡度，以保证砂粒滑入由于曝气作用，废水中有机颗粒经常处于悬浮状态，砂粒互相摩擦并承受曝气的剪切力，砂粒上附着的有机污染物 能够去除，有利于取得较为纯净的砂粒。第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除一、混凝 混凝凝聚絮凝凝聚：指使胶体脱稳并聚集为微絮粒的过程 絮凝：指微絮粒通过吸附、卷带和桥连而成长为更大的絮体的过程1、胶体的稳定性和胶体结构2、胶体的脱稳和水的混凝机理 (1) 压缩双电层 (2) 吸附电中和作用 (3) 吸附架桥作用 (4) 网捕作用（1）压缩双电层 若胶粒间距离约大于3nm时，两颗粒处于相斥状态憎水胶体颗粒：胶核表面间隔着两个滑动面内离子层厚度，使颗粒处于相斥状态。 亲水胶体颗粒：吸附的大量水分子构成的水壳，使颗粒处于相斥状态。对同一胶体体系，要获得相同的压缩双电层效果: 一价离子，浓度需25150mmol/L 二价离子，浓度需0.52mmol/L 三价离子，浓度需0.010.1mmol/L在浓度相等的条件下，电解质破坏胶体稳定的能力随离子价的增加而增大 据SchulzeHardy法则，压缩双电层的能力与离子价数的2-6次方成比例（2）吸附电中和作用 胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状高分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用由于这种吸附作用中和了它的部分或全部电荷，减少了静电斥力，因而容易与其它颗粒接近而互相吸附（3）吸附架桥作用 如果投加的化学药剂是具有能吸附胶粒的链状高分子聚合物，或者两个同号胶粒同时吸附在一个异号胶粒上，胶粒间就能连结、团聚成絮凝体而被除去（4）网捕作用 向水中投加金属离子的化学药剂后，由于金属离子的水解和聚合，会以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀物；或者在这种沉淀物从水中析出的过程中，会吸附和网捕胶粒而共同沉降下来二、混凝剂、助凝剂及其作用混凝剂：水处理中把为使胶体微粒脱稳沉淀而投的电解质最常用的混凝剂是铝盐和铁盐1、铝盐的水解过程pH4，水溶液中Al3+以六水合铝离子Al(H2O)63+为主要状态随pH升高， Al(H2O)63+逐级水解，生成各种羟基合铝离子Al(H2O)63+ Al(OH)(H2O)52+ + H+ Al(OH)(H2O)52+ Al(OH)2(H2O)4 + + H+ Al(OH)(H2O)4+ Al(OH)3(H2O)3 + H+ 在铝盐溶液中，存在着以下离子：Al(H2O)63+、AlOH2+、 Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4- Al6(OH)144+、 Al7(OH)174+、Al8(OH)204+、Al13(OH)345+ Fe3在水溶液中存在形态的变化规律大致与Al3+相似铝盐和铁盐作为混凝剂在水处理中发挥的作用Al3+或Fe3+和低聚合度高电荷的多核羟基配合物的脱稳凝聚作用高聚合度羟基配合物的桥连絮聚作用 氢氧化物沉淀形态存在时的网捕絮凝作用2、有机合成高分子絮凝剂高分子絮凝剂一般是线性高分子聚合物，呈链状，有很多链节，每一链节为一化学单体，各单体以共价键结合聚合物的分子量是各单体的分子量的总和，单体的总数称聚合度CH2CHn CONH2 聚丙稀酰胺（PAM)的结构式3、助凝剂助凝剂本身可以凝聚, 也可以不起凝聚作用;但与混凝剂一起使用时,可以促进水的混凝过程,产生大而结实的矾花。常用的助凝剂的种类酸碱类: 调整水的pH值 绒粒类：改善矾花的结构 氧化剂类：去除干扰混凝作用的有机物4、混凝剂的配置与投配5、混合设备混合的目的：迅速均匀将药剂扩散到水中，溶解并形成胶体，使之与水中的悬浮颗粒接触，生成小的矾花。技术要求：搅拌强度要大，使水流产生激烈的湍流，但混合时间要短，一般不超过2分钟三、澄清1. 澄清池的工作过程澄清池中起接触絮凝作用的介质是呈悬浮状态的泥渣。当水中的悬浮颗粒与混凝剂作用而形成微小絮凝体后，一旦在运动中与相对巨大的泥渣接触碰撞，就被吸附在泥渣颗粒表面而被迅速除去保持悬浮状态的、浓度稳定且均匀分布的泥渣区成为决定澄清池处理效果的关键。2. 澄清池的分类泥渣循环分离型和悬浮泥渣过滤型(1) 泥渣循环分离型 让泥渣在垂直方向不断循环，在运动中扑捉原水中形成的絮凝体，并在分离区加以分离（2）悬浮泥渣过滤型靠上升水流的能量在池内形成一层悬浮状态的泥渣，当原水自下而上通过这泥渣层时，其中的絮凝体就被截留下来四、过滤水和废水通过粒状滤料床层时，其中的悬浮颗粒和胶体就被截留在滤料的表面和内部空隙中，这种通过粒状介质层分离不溶性污染物的方法称为粒状介质过滤1. 粒状介质过滤的机理粒径较大的悬浮颗粒，以阻力截留为主，主要发生在滤料表层，称为表层过滤细微悬浮物，以发生在滤料深层的重力沉降和接触絮凝为主，称为深层过滤2. 滤池的分类从滤料的种类分类 单层滤池、双层滤池、多层滤池 按作用水头分：重力滤池和压力滤池从进、出水及反冲洗的供给与排除方式 普通滤池、虹吸滤池和无阀滤池五、气浮气浮法：利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的悬浮物，使其随气泡浮升到水面而加以分离去除的一种水处理方法。气浮分离的对象是乳化油以及疏水性细微固体悬浮物药剂浮选法：在废水中投加浮选药剂，选择性地将亲水性的污染物变为疏水性，从而能附着在气泡上，然后一起浮升到水面而加以去除的一种水处理方法。浮选分离的对象是亲水性固体悬浮物及重金属离子等浮选剂的种类：松香油、煤油产品、脂肪酸及其盐类浮选剂的极性基团能够选择性地被亲水性物质所吸附，非极性基团则朝向水，则亲水性物质的表面就被转化成疏水性物质而粘附在空气泡上，随着气泡一起上浮到水面气浮设备分离：加压溶气气浮、叶轮气浮等气浮法的应用范围给水处理：饮用水的前处理措施，特别对于含藻的湖水或水库水。污水处理：洗煤水、石油、造纸和食品等废水的处理。气浮法的优点 处理效率高，只需1020分钟可完成固液分离 占地少生成的污泥比较干燥，表面刮泥较方便 处理废水时向水中曝气，增加了溶解氧，利于后续的生化处理气浮法的缺点 浮渣怕较大风雨的袭击电耗较大 设备的维修与管理工作量增加，特别是减压阀、释放器或射流器易被堵塞。本课重点1. 水中颗粒物质的去除方法2. 水中胶体物质的去除原理及方法第三节 水中溶解物质的去除复习：水的硬度与溶解性固体 水的硬度(Hardness) 水体中存在的与肥皂发生化学反应产生沉淀的二价金属离子，都称为硬度离子，包括钙、镁、铁、锰、锌、铜离 子等，而水的硬度是所有硬度离子浓度的指标值。 EDTA滴定法测得，主要是钙、镁离子浓度，mmol/L，或以碳酸钙计，mg/L。 溶解总固体（Total Dissolved Solids，TDS） 指的是溶解于水中的固体，在103-105烘干后的残渣，即为溶解总固体。单位为 mg/L ,它表明1升水中溶有多少毫克溶解性总固体。 矿化度或总盐度(Salinity)： 水中所含各种溶解性无机矿物盐类的总量称为水的总含盐量,也称为总矿化度.总含盐量(mgL)=阳离子(mg/L)+阴离子(mg/L)水样经过滤去除漂浮物及沉降性固体物，放在称至恒重的蒸发皿内蒸干，并用过氧化氢去除有机物，然后在 105-110下烘干至恒重，将称得重量减去蒸发皿重量即为矿化度，单位mg/L一、水的软化降低水中ca2、Mg2含量的处理1.加热软化法基本原理 Ca(HCO3)2CaCO3 + H2O + CO2缺点：不能够降低非碳酸盐浓度2. 药剂软化法概念：在不加热的条件下，借助化学药剂把钙、镁盐类（包括非碳酸盐硬度）转化成CaCO3和Mg(OH)2沉淀出来，使大部分Ca2+和Mg2+去除，达到软化的目的. 分类：石灰软化法、石灰纯碱软化法、石灰-石膏法(1) 石灰软化法原理石灰软化的特点 1.去除水中的碳酸盐硬度以及降低水的碱度 2.必须适量投加，否则会增加水的硬度3.处理后的水的剩余碳酸盐硬度0.25-0.5mmol/L (2) 石灰纯碱软化法纯碱降低水的非碳酸盐硬度 石灰降低水的碳酸盐硬度 软化水的剩余硬度可降到0.15-0.2mmol/L 石灰-纯碱软化的原理(3) 离子交换法定义：利用离子交换剂将水中的Ca2+、Mg2转换成Na+，其它阴离子成分不变，达到软化目的 优点：能够比较彻底去除水中的Ca2、Mg2，在下一板块中详细介绍二、水的除盐概念：降低水中部分和全部含盐量的处理1. 离子交换法概念：固相中的离子化合物（离子交换剂）通过可逆性的交换反应，将液相中的对应离子进行交换吸附，从而降低溶液中该种离子浓度的方法。是一种特殊的可逆性化学吸附过程(1)离子交换可逆反应的平衡常数 RH + M+ RM + H+ K1反应向右运行K的大小能定量反映离子交换剂对两个固定离子交换选择性的大小(2) 离子交换树脂常用离子交换剂是磺化煤和离子交换树脂。离子交换树脂常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。 (3) 离子交换树脂的分类 按照树脂类型和孔隙结构分为凝胶型树脂和大孔型树脂。按照活性基团的不同分为含酸性基团的阳离子交换树脂、含碱性基团的阴离子交换树脂，以及含胺羧基团的螯合交换树脂。 按照活性基团电离的强弱程度，强酸性-SO3H，弱酸性-COOH，强碱性=NOH，弱碱性-NH3OH(4) 离子交换树脂的物理性质结构离子交换树脂由树脂本体（母体）和活性基团组成 体通常是苯乙烯母聚合物，是线型结构的高分子有机物树脂本身不是离子化合物，加上活性基团，才有交换能力 活性基团由固定离子和活动离子组成固定离子固定在树脂的网状骨架上 活动离子则依靠静电引力与固定离子结合在一起(4) 离子交换树脂的物理性质 树脂颗粒尺寸:0.40.6mm 耐热性：阳100，阴60-80 树脂的密度: 湿真密度,阳树脂1.20-1.35g/ml;阴树脂1.04-1.12g/ml; 堆积密度，0.6-0.85g/ml 树脂的溶胀性：离子交换树脂含有大量亲水基团，由于吸水等条件改变而引起的体积变化现象。 (5) 离子交换树脂的化学性质PH 根据活性基团解离能力的大小，树脂分为强酸、弱酸、强碱、弱碱型。其适用于不同的pH环境。 离子交换树脂的吸附选择性 离子交换树脂对溶液中的不同离子有不同的亲和力，对它们的吸附有选择性。各种离子受树脂交换吸附作用的强弱程度有一般的规律，但不同的树脂可能略有差异。选择性吸附规律对阳离子的吸附，电多质大的易吸附； Fe3+ Al3+ Pb2+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ H+对阴离子的吸附 强碱性阴离子树脂对无机酸根的吸附的一般顺序为： SO42 NO3 Cl HCO3 OH 弱碱性阴离子树脂对阴离子的吸附的一般顺序如下：OH柠檬酸根3 SO42 酒石酸根2草酸根2 PO43NO2 Cl 醋酸根 HCO3 交换容量全交换容量：离子交换树脂进行离子交换反应的性能，一定量的树脂所具有的活性基团或可 交换离子的总数量。工作交换容量：在给定工作条件下实际的交换能力，一般为全交换容量的6070%。单位：mol/kg（干树脂）或mol/kg（湿树脂）（6）离子交换的工艺及应用离子交换的工艺类型离子交换步骤 1交换:树脂固定相中的离子与溶液中的同号离子进行置换；2反洗:反冲树脂层膨胀40-60%，反冲流速约15m/h，历时约15分钟；3再生:阳离子交换树脂，食盐再生液采用5-10%;盐酸再生液4-6%； 4清洗:清洗用水量一般为树脂体积的4-13倍。2. 吸附法概念： 利用多孔性的固体物质，使水中一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法去除对象： 溶解性的有机物质，合成洗涤剂、微生物、病毒和痕量重金属，并能够脱色、除臭。 （1）吸附的分类物理吸附：吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附 被吸附的分子由热运动离开吸附剂表面，称为解析。一种吸附剂可以吸附多种吸附质 物理吸附是可逆的化学吸附：吸附剂和吸附质之间发生化学作用，是由于化学键力引起的。一种吸附剂只能对某种或几种吸附质发生化学吸附，化学吸附具有选择性化学吸附是靠吸附质和吸附剂之间的化学键力进行的，只能形成单分子吸附层化学键力大时，化学吸附不可逆（2）吸附剂分类水处理常用的吸附剂：活性炭、磺化煤、沸石、活性白土、硅藻土、腐殖质、焦炭、木炭、木屑比表面积：单位重量吸附剂所具有的表面积活化：使碳晶格形成形状和大小不一的发达细孔，增加比表面积，提高吸附能力。活性炭的活化方法气体活化：920-960下通入水蒸气、二氧化碳和空气。活性炭的细孔有效半径一般为110000nm小孔半径在2nm以下，过渡孔半径一般为2100nm， 大孔半径为10010000nm小孔容积一般为0.15-0.90mL/g，过渡孔面积一般为0.02-0.10mL/g； 大孔容积一般为0.2-0.5mL/g活性炭不同细孔的作用大孔：为吸附质的扩散提供通道，使吸附质通过此通道扩散到过渡孔和小孔中去，影响吸附质的扩散。过渡孔：为吸附质的扩散提供通道，促使吸附质通过它扩散到小孔中去而影响吸附质的扩散速度。小孔：表面积占比表面积的95以上，吸附量主要由小孔支配。3.膜分离技术膜分离法：用一种特殊的半透膜将溶液隔开，使溶液中的某种溶质或者溶剂（水）渗透出来，从达到分离溶质的目的。细胞膜、膀胱膜、羊皮纸以及人工制的胶棉薄膜。优点：常温下操作；不消耗热能，无相的变化，设备可工厂化生产缺点：处理能力小，需要消耗相当的能量3.1电渗析膜在直流电场的作用下，利用阴阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性，而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程阳膜只允许阳离子通过、阴膜只允许阴离子通过阳离子交换膜在H2SO4中磺化，属聚苯乙烯型酸型R-SO3H 在水中离解为R-SO3-，固定在母体上的离子呈负电性固定在母体上的离子呈负电性，使溶液中的阴离子受排斥，而阳离子被膜吸附阳离子被膜吸附直流电场作用下向负极方向传递并透过阳离子交换膜阴离子交换膜阴离子交换膜属聚苯乙烯季胺型R-CH2(CH3)3NCl在水中离解为R-CH2(CH3)3N+ ，排斥阳离子 吸附阴离子并透过膜向正极传递交换电渗析的过程膜体上活性交换基团所吸附的离子，在直流电场作用下通过相互接触的活性交换基团或它们之间的溶液做不停的定向迁移，直到透过膜体进入浓室为止电渗析离子交换膜在使用期内不失效，也不需要再生离子减小的隔室为淡室；离子增多的隔室为浓室 与电极板接触的隔室称极室，出水为极水电渗析系统由一系列阴、阳膜置于两电极之间第四节 水中有害微生物的去除消毒的目的 杀死水中的病原微生物和其他对人体健康有害的微生物消毒的方法 氯消毒、臭氧消毒、二氧化氯消毒、 紫外线消毒氯消毒的原理当pH4时，Cl2几乎都变成了HOCl和OCl-当pH7时，HOCl占约80和OCl-占20左右Cl2、HOCl、OCl-均有氧化能力 HOCl比OCl-的杀菌能力高7080倍生活饮用水卫生标准对余氯的要求加氯接触30分钟后，游离性余氯不应低于0.3mg/L 管网末梢水的游离余氯不应低于0.05mg/L第五节其它物理化学处理方法5.1高级氧化技术高级氧化处理 (Advanced Oxidation Processes，AOP) 又称深度氧化技术, 是指通过化学和物理化学的方法生成氢氧自由基，将污水中的污染物直接矿化为无机物, 或将其转化为低毒、易生物降解的中间产物. 高级氧化处理工艺中重要的一点就是生成氢氧自由基(OH，HO2，RHO2)， 目前应用得较多的有主要包括化学氧化法、电化学氧化法、光催化氧化、湿式氧化法、液相脉冲放电和超临界水氧化法等。 一、化学氧化法化学氧化法主要是通过化学试剂的作用产生羟基自由基(OH).常见的有 1.Fenton试剂； 2.臭氧氧化及其催化氧化工艺。Fenton试剂1894年法国科学家Fenton在一项科学研究中发现酸性水溶液中当亚铁离子和过氧化氢共存条件下可以有效地将酒石酸氧化，将Fe2+/H2O2命名为Fenton试剂. Fe2+/ H2O2 体系中Fe2+主要是作为反应的催化剂, 而H2O2 通过反应产生OH,则起到氧化作用. Fenton试剂的最佳pH 2.5 -3.5左右, 在这个范围内Fe2+催化H2O2 的能力最强, 产生OH的速率最大. Fenton法氧化能力强, 反应条件温和, 设备也比较简单, 使用范围较广, 但是H2O2利用率低, 有机物矿化不充分, 处理后的水可能带有颜色, 较难应用于饮用水的处理。 Fenton试剂也可以与其他方法联用, 如光Fenton, 配位Fenton等方法来增加的H2O2利用率, 增加体系去除污染物的能力。臭氧氧化及其催化氧化工艺臭氧是一种强氧化剂, 主要用在难生物降解的有机废水中,作为生化反应前的预处理工艺, 提高废水的可生化性, 也用在一些色度较高的废水中起脱色作用. O3和H2O2联合时可形成一些新的自由基, 这些自由基具有更强的氧化性. 由于O3在水中的溶解度比较低, 因此将臭氧和活性炭联用, 一方面可以利用活性炭的吸附能力富集有机物, 提高臭氧的利用率; 另一方面也可以利用活性炭的表面官能团作为臭氧氧化的催化剂. 二、电化学法可以分为阳极催化氧化工艺, 阴极还原工艺, 阴阳两极协同工艺。阳极催化氧化工艺为利用具有催化活性的阳极材料, 通过电极反应产生羟基自由基等强氧化性物质, 从而高效的氧化降解有机物的一种水处理技术. 阴极还原工艺是通过在适当阴极电位下, 通过氧气在阴极进行两电子还原反应产生H2O2来氧化降解有机污染物. 阴阳两极协同工艺主要是通过阳极和阴极的共同作用来达到降解有机物的目的. 三、光催化氧化光催化在常温常压下, 利用紫外光或可见光为光源, 照射半导体材料产生活性自由基, 可将污染物降解为无毒的无机小分子物质, CO2, H2O及各种相应的无机离子而实现无害化, 为处理废水提供了一条新的有潜力的途径。 在Fenton体系中引入紫外光或可见光可以促进亚Fe离子的再生, 提高过氧化氢的利用率, 具有协同效应电催化体系中加入光催化, 也可以提高去除污染物的能力, 存在效应. TiO2光催化氧化反应的优点和缺点优点：TiO2光催化氧化反应催化剂易分离和重复使用。 反应条件温和，通常在常温、常压进行，易操作。不会产生二次污染。缺点：光生电子和空穴对的转移速度慢，复合率较高，导致光催化量子效率低，反应转化率较低。通常只能用紫外光活化，太阳光利用率低。四、湿式氧化是指在高温高压液相条件下, 利用氧气或空气(或其它氧化剂, 如O3, H2O2, Fenton试剂等)氧化水中有机物或还原态无机物的一种处理方法。 湿式氧化法采用的温度一般为120320, 压强为0.520MPa。 与常规方法比, 该法几乎可以无选择性地高效氧化各类高浓度有机废水。 而且处理时间短(3060 min), 处理效率高, 耗能小. 但该法需要较高的温度和压力, 而且需要设备耐高温高压, 耐腐蚀, 这些运行条件限制了它的大规模工业化应用. 已有研究表明, 可以在体系中引入催化剂, 电流等方法来降低反应温度和压强。 第三章 水的生物化学处理方法本节课重点掌握内容p 废水处理过程中微生物种类及功能 好氧活性污泥法处理废水的机理及工艺p 生物膜对有机物降解机理 好氧生物滤池处理废水机理及工艺第一节 废水处理微生物学的基础1.废水处理中微生物的种类细菌(bacteria)即原核生物，是指一大类细胞核无核膜包裹，只存在拟核区（nuclear region)(或拟核)的裸露DNA的原始单细胞生物 按营养类型：自养型、异养型 按用氧的能力：好氧、厌氧和兼性 按16S rDNA序列差异：真细菌、古细菌 按形态分为：球菌、杆菌和螺旋菌水处理过程中重要功能微生物 无色杆菌属（Achromobacter) 产碱杆菌属（Alcaligenes) 芽孢杆菌属（Bacillus) 黄杆菌属（Flavobacterium) 假单胞菌属（Pseudomonas)真菌 水处理中的真菌主要是霉菌，丝状，好氧，对氮素营养要求较低霉菌能够分解碳水化合物、脂肪、蛋白质及其它含氮化合物具有在较低温度的环境下生长繁殖的能力 适宜生存的pH为24 藻类 绿球藻科、水网藻科、栅藻科和联球藻科藻类都是单细胞或多细胞的具有光合作用的自养型微生物 通过光合作用放出氧气，有利于污水的净化原生动物 能运动的微生物,通常为单细胞,多为好氧的异养型,多摄取细菌做营养常见的原生动物：肉足纲、鞭毛纲、纤毛纲和吸管纲 原生动物在水处理中起指示生物的作用原生动物不仅吞食部分有机物、游离细菌、降低污水浊度，也可以分泌粘液，促进生物污泥絮凝后生动物 轮虫可以有效地消耗分散的和絮凝的细菌及颗粒较小的有机物轮虫是后生动物的典型代表，是好氧生物净化过程高度有效的指标2. 微生物的生理学特性2.1 微生物的酶 微生物细胞特有的一种蛋白质，是具有高度专一性的有机催化剂，只能对一类反应起催化作用2.2 微生物酶的类 氧化还原酶、水解酶、转移酶、裂解酶、异构酶和合成酶2.3 酶催化反应的类 水解、氧化和合成2.4 细胞外酶 当基质和细胞合成需要的营养物质不能进入细胞时，微生物向周围介质中分泌的酶作用：将基质或营养物质转化为一种能迁移到细胞内部的形态2.5 细胞内酶 在细胞内进行的新物质合成及产能反应所需要的酶 氧化还原酶、转移酶和合成酶等2.6 微生物的代谢过程3 细菌生长曲线迟缓期细胞不分裂（不生长），但细胞变大，细胞内RNA含量增高，原生质呈碱性，合成代谢活跃，易合成新的诱导酶，对外界环境变化敏感。接种物中死细胞较多或培养基不丰富时延滞期较长。对数期细胞分裂（生长）最快，细胞进行平衡生长，酶系活跃，代谢旺盛。生长速率由营养成分和培养条件决定。稳定期新繁殖的细胞与死亡细胞数目相等，菌体产量达到最高，细胞开始储藏糖原、脂肪等储藏物，产芽孢的开始形成芽孢，开始合成次生代谢产物。可能由于营养物的消耗或抑制生长的代谢产物积累，细胞停止增殖，但仍存活。衰亡期死亡细胞数目超过新生细胞，细胞形态多样，细胞开始自溶，开始释放次生代谢产物。第二节 好氧悬浮生长处理技术一、活性污泥法的基本原理和流程1912年英国人Clark and Cage发现对废水进行长时间曝气会产生污泥并使水质明显改善，其 后Arden and Lackett进一步研究，发现由于实验容器洗不干净，瓶壁留下残渣反而使处理效果提高，从而发现活性微生物菌胶团，这种微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质总称为活性污泥。1活性污泥法的基本原理和流程2 活性污泥法的机理 吸附阶段 氧化阶段 絮凝体形成与凝聚沉淀阶段2.1吸附阶段发生在初始阶段，在极短时间内完成。絮状活性污泥表面积很大(约2000 -10000m2/m3混合液)活性污泥表面具有多糖类粘液层 污水中悬浮的和胶体的物质被絮凝和吸附迅速去除2.2氧化阶段在有氧的条件下，微生物将吸附的有机物一部分氧化分解获取能量，一部分合成新的细胞，比吸附阶段慢。絮凝体形成与凝聚沉淀阶段氧化阶段合成的菌体有机体絮凝形成絮状体，通过重力沉淀从水中分离出来，使水得到净化。2.3 絮凝体形成与凝聚沉淀阶段通过与膜的接触，水中的有机污染物被膜中生物摄取分解，从而使污水得到净化的系统。3 影响活性污泥增长的因素3.1 溶解氧 活性污泥混合液溶解氧浓度以2mg/L左右为宜3.2 营养物碳元素的需要量一般以BOD5负荷率表示 一般活性污泥法BOD5负荷率控制在0.3kg/kg.d高负荷活性污泥法BOD5负荷率控制在2kg/kg.d BOD5:N:P = 100:5:13.3 pH 混合液的pH值应控制在6.5-9.03.4 温度 温度应以2030C为宜3.5 应控制对生物处理有毒害作用的物质的浓度4. 评价活性污泥的指标4.1 微生物相观察 细菌、真菌、原生动物、部分少量的后生动物 4.2 混合液悬浮固体 Mixed Liquor Suspended Solids， MLSS, SS 指曝气池中污水和活性污泥混合后的混合液悬浮固体数量，单位为mg/L 4.3 混合液挥发性悬浮固体 Mixed Liquor Volatile Suspended Solid, MLVSS, VSS指曝气池中污水和活性污泥混合后的混合液中有机物的数量，单位为mg/LMLSS、MLVSS的测定方法MLVSS：混合液中可挥发性的悬浮固体浓度,它代表活性微生物的量. MLSS:混合液中总的悬浮固体浓度,由两部分组成,MLVSS 和不可挥发部分. 先做105 获得MLSS，然后再用坩埚在马弗炉里605烧2h，用MLSS减去残渣质量。 仪器和实验用品 1定量滤纸 2马弗炉 3烘箱 4干燥器，备有以颜色指示的干燥剂 5分析天平，感量0.1mg 实验步骤1定量滤纸在103-105烘干，干燥期内冷却，称重，反复直至获得恒重或称重损失小于前次称重的4%；重量为M0；（干燥8小时后放入干燥器冷却后称重为最终值或12.5的滤纸直接以1g计） 2将样品100ml用1中的滤纸过滤，放入103-105的烘箱中烘干取出在干燥器中冷却至平衡温度称重，反复干燥制恒重或失重小于前次称重的5%或0.5mg(取较小值)，重量为M1； MLSS=(M1- M0)/0.1（干燥8小时后放入干燥器冷却后称重为最终值） 3将干净的坩埚放入烘箱中干燥一小时，取出放在干燥其中冷却至平衡温度，称重，重量为M2； 4将2中的滤纸和泥放在3中的坩埚中，然后放入冷的马弗炉中，加热到600灼烧60分钟，在干燥器中冷却并称重，M3；（从温度达到600开始计时） MLVss=( M1+M2- M0)- M3/0.14.4 污泥沉降比（SV） 指曝气池混合液在100ml量筒中静置沉淀30分钟后，沉淀污泥占混合液的体积百分比反映曝气池正常运行时的污泥量 用于控制剩余污泥的排放 能及时反映出污泥膨胀等异常现象4.5 污泥指数（SVI） 指曝气池出口处混合液经30分钟沉淀后，一克干污泥所占的容积，以mL计 较好地反映出活性污泥的松散程度和凝聚、沉淀性能SVI过低，泥粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附力, SVI过高，说明污泥难于沉淀分离4.6 污泥龄(c)指活性污泥在曝气池中的平均停留时间。 曝气池中工作的活性污泥总量和每日排放的剩余污泥量的比值，单位是天(d) 污泥龄和细菌的增长处于什么阶段直接有关4.7 BOD负荷（1） 污泥负荷LS指单位质量活性污泥在单位时间内所承受的有机物染物量，单位是kg（BOD5）/kg（MLSS）d；（2）容积负荷LV指单位曝气池有效容积在单位时间内所承受的有机污染物量，单位是kg（BOD5）/m3d。容积负荷LV=有机物浓度有机物流速/反应器有效容积二、 曝气方法与曝气池曝气的目的 将空气中的氧强制溶解到曝气池混合液中去，供微生物分解有机物呼吸之用，由曝气设备完成曝气过程曝气的方法 鼓风曝气、机械曝气、混合曝气三、 活性污泥法的运行方式普通活性污泥法 Conventional Activated Sludge Process 膜生物反应器 Membrane bioreactor 序批式活性污泥法 Sequencing batch activated sludge process3.1 普通活性污泥法普通活性污泥法的优点 对有机物和悬浮物去除率高，可达到90-95% 适用于处理要求高而水质比较稳定的废水普通活性污泥法的缺点 曝气时间长，曝气池体积大，占地面积和基建费用增大不能适应冲击负荷 需氧量沿池长前大后小，而空气的供应是均匀的，造成前端不足而后端氧量过剩 3.2 序批式活性污泥法其最初是由英国学者Ardern和Lockett于1914年提出的。其反应机制及去除污染物的机理与传统的活性污泥法基本相同，只是运行操作方式有很大区别，以时间顺序来分割流程各单元，整个过程对于单个操作单元而言是间歇进行的。 SBR 的一个反应周期包括不同的反应阶段，有进水、曝气、沉淀、排水及闲置等几个阶段。曝气、沉淀和排水在同一池子内周期性地循环进行，取消了常规活性污泥处理工艺的二沉池 。 SBR操作过程 进水阶段 由提升泵向SBR池内注水，一般进水时间为整个周期的1/4，这个阶段主要为微生物的生长提供有机物和为反硝化菌提供碳源。 曝气阶段 由曝气系统向反应池内供氧，此时有机污染物被微生物氧化分解，同时污水中的NH3-N通过微生物的硝化作用转化为NO3-N。 沉淀阶段 此时停止曝气，微生物利用水中剩余的DO进行氧化分解。反应池逐渐由好氧状态向缺氧状态转化，开始进行反硝化反应。污泥逐渐沉到池底，上层水变清。 滗水阶段 沉淀结束后，置于反应池末端的滗水器开始工作，自上而下逐层排出上清液。 闲置阶段 沉淀结束后，SBR反应器处于相对停止状态，此时活性污泥处理内源呼吸阶段滗水器是SBR工艺中最关键的机械设备之一。滗水器按其结构形式可分为机械式、虹吸式、自浮式、简易式等几种。目前在国内应用广泛的多为旋转式。旋转式滗水器由滗水堰口、支管、干管、可进行360旋转的回转支撑、滑动支撑、驱动装置、自动控制装置等组成。工作时在驱动装置的作用下，滗水堰口以滗水器底部回转支撑中心线为轴向下作变速圆周运动，在此过程中SBR反应池中的上清液将通过滗水堰口流入滗水支管、再经滗水干管排出。SRB优点 1. 处理构筑物很少，一个SBR反应器集曝气、沉淀于一体 ；2. 由于其间歇进水，时间长短、水量多少均可调节，因此对水量水质的变化具有较强的适应性，不需另设调节池； 3. 占地少，比传统活性污泥法少占地30-50； 4. 可脱氮除磷。 3.3膜生物反应器膜分离技术与生物处理技术有机结合的废水处理系统。主要利用沉浸于好氧生物池内的膜分离设备截留槽内生物处理后的活性污泥与固体物。因此系统内活性污泥（MLSS）浓度及污泥龄（SRT）将可提高24倍以上，相对水力停留时间（HRT）可大为减少，而难降解的大颗粒物质在处理池中亦可不断反应而降解，因此膜生物反应器通过膜分离技术可最大限度的强化了生物反应的功能膜生物反应器优点 微生物浓度可增加2-4倍，生化效率提高20%-40%； 水力停留时间短，污泥（有机大分子胶粒）停留时间长； 可省去二沉池； 操作简便可操控； 中空纤维膜使用寿命可达3年以上四、氧化塘法氧化塘是利用水塘中的微生物和藻类对污水和有机废水进行生物处理的方法，是一种土地处理系统。 根据是否需要氧气进行分类： 好氧氧化塘 曝气氧化塘兼性氧化厌氧塘第三节 好氧附着生长系统处理技术什么是好氧附着生长系统是使用细菌等好氧微生物和原生动物、后生动物等好氧微型动物附着在某些载体上进行生长繁殖，形成生物膜，污水通过与膜的接触，水中的有机污染物被膜中生物摄取分解，从而使污水得到净化的系统1生物膜法的优点 参与净化反应的微生物多样化； 生物的食物链长,能够存活世代时间较长的微生物；对水质、水量变动具有较强的适应性； 污泥沉降性能良好，易于固液分离；易于处理低浓度的污水； 易于维护运行、节能。2.生物膜对有机物降解机理 2.1 有机物降解模型 3.生物滤池Blogical filter, trickling filter由碎石或塑料制品填料构成的生物处理构筑物。污水与填料表面上生长的微生物膜间隙接触，使污水得到净化。 分类：普通生物滤池 conventional biological filter高负荷生物滤池 high loading biological filter 塔式生物滤池 tower type biological filter3.1普通生物滤池普通生物滤池由池体、滤料、布水装置和排水系统3.2 塔式生物滤池原水由顶部旋转布水器流入上部活性填料层，通过生物膜作用，有机物获得部分降解，同时截留SS。填料层底部池壁开设通风孔，藉自然拨风供氧，上填料层出水，进入下部活性滤料层，由池底鼓风曝气供氧，气水逆向接触，有机物经活性滤料表面生物膜生化反应，进一步得到降解，从而达到高质量的出水指标。 4 生物转盘生物转盘又称旋转式生物反应器，由盘片、接触反应槽、转轴和驱动装置等。优点： 生物转盘采用了纸质叠层波纹体材料作盘片，样机的工艺流程合理，具有占地面积小、结构紧凑、能耗低、处理效率高、管理方便、操作容易等优点，处理污水量达1.25 mh，功耗为0.246 kW。特别适用于中小型畜禽加工厂污水处理。 缺点： 目前，国内外所用生物转盘的盘片存在着生物膜易脱落、处理效率低、能耗偏高等缺点 。5 生物接触氧化法在曝气池中设置填料，作为生物膜的载体，经过充氧的废水以一定的流速流过填料与生物膜接触，利用生物膜和悬浮活性污泥中微生物的联合作用净化污水的方法.生物接触氧化法是介于活性污泥法和生物滤池两者之间的生物处理法，故又称接触氧化法和淹没式生物滤池法.接触氧化池填料的种类硬填料：由聚氯乙烯、聚丙烯塑料或环氧玻璃钢和纸制成的蜂窝管状填料优点：具有比表面积大，空隙率大、质量轻、强度高、表面光滑、生物膜易脱落的优点，其缺点是填料易堵塞缺点：填料易堵塞接触氧化池填料的种类软填料：用尼龙、维纶、涤纶或晴纶等化纤材料结成绳状联结，或结成球状，又称纤维填料优点：由于比表面积大，生物膜附着力强，接触效率高，纤维束随水飘动，不易堵塞，可用于工业废水处理。第四节 厌氧生物处理技术1厌氧生物处理的机理什么是厌氧消化 在无分子氧条件下通过厌氧微生物和兼氧微生物的作用，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。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等为受氢体Why 最终产物是以甲烷为主体的可燃性气体，可作为能源回收利用；剩余污泥量较少且易脱水浓缩，可作为肥料使用； 运转费用比好氧生物处理低。 1.1酸性发酵异养型兼性厌氧菌，主要功能菌群包括： 芽孢杆菌属（Bacillus); 黄杆菌属（Flavobacterium); 假单胞菌属（Pseudomonas); 产乙醇杆菌属(Ethanoligenens); 肠杆菌属(Escherichia); 梭菌属 (Clostridium); 乳杆菌属 (Lactobacillus) 主要特点：1可分泌胞外酶、胞内酶，水解淀粉、纤维素、蛋白、脂肪等为小分子单体;2代谢产物以挥发酸为主，包括乙酸、丙酸、丁酸；醇、氨、硫化氢、二氧化碳、及氢气等，可使pH值下降至5以下;3可适应宽泛的pH值和生态位，数分钟即可繁殖一代.乙醇型发酵类型产物组成:乙酸、丙酸、丁酸；醇、氨、硫化氢、二氧化碳、及氢气等，可使pH值下降至5以下.1.2碱性发酵 为严格厌氧菌，包括： 产甲烷菌， 硫酸盐还原菌等严格厌氧菌. 特点：1. 专一性很强，每种菌只能代谢特定的基质; 2 适宜的pH范围为6.87.8，最佳范围为6.87.2; 3. 温度适应性差; 4.繁殖速度慢，一般46天繁殖一代.在不同反应器内实现相分离正常的厌氧消化过程应保持酸的形成与消耗速度(甲烷的形成)平衡，采用分段式反应器可解决2类微生物生长不平衡的矛盾.碱性消化阶段控制着整个系统的反应速度，处理构筑物设计应以碱性消化阶段各参数为依据2 影响厌氧生物处理的主要因素2.1 温度2.2 酸碱度甲烷细菌生长最适宜的pH范围是6.87.2; 若pH低于6或高于8，正常消化过程会遭到破坏; 消化系统必须存在足够的缓冲物质，如重碳酸盐; 保持碱度在20003000mg/L2.3 氧化还原电位（ORP）1.产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感，这是因为它不象好氧菌那样具有过氧化氢酶 ；2.产甲烷菌初始繁殖的环境条件是氧化还原电位不能高于330 mV， 相当于2.361056 L水中有1 mol氧气。 2.4 容积负荷投配率：每日加入消化池的新鲜污泥体积或高浓度污水容积与消化池容积的比率,中温污泥消化投配率6%8%.投配率高，产酸速度大于甲烷菌的好酸速度，挥发酸积累使pH下降，破坏碱性消化，产气率降低. 投配率过低，可提高产气率，消化完全，但设备容积大，基建投资高.2.5 碳氮比指COD与硝酸根质量比，过高，组成细菌的氮量不足，消化液的缓冲能力较低，pH值易下降；太低，pH值可能上升到8.0以上，脂肪酸的铵盐积累，对甲烷菌产生毒害作用；一般碳氮比为（1020）：1 消化效果较好。3 升流式厌氧污泥床反应器及发展 UASB EGSB IC 两相厌氧工艺3.1 UASB Upflow anaerobic sludge blanket，升流式厌氧污泥床 UASB的来源：1971年荷兰瓦格宁根（Wageningen）农业大学拉丁格（Lettinga）教授通过物理结构设计，利用重力场对不同密度物质作用的差异，发明了三相分离器。 1974年荷兰CSM公司在其6m3反应器处理甜菜制糖废水时，发现了活性污泥自身固定化机制形成的生物聚体结构，即颗粒污泥（granular sludge）。 UASB工作原理 反应器主体分为上下两个区域，即反应区和气、液、固三相分离区，在下部的反应区内是沉淀性能良好的厌氧污泥床；高浓度有机废水通过布水系统进入反应器底部，向上流过厌氧污泥床，与厌氧污泥充分接触反应，有机物被转化为甲烷和二氧化碳，气、液、固由顶部三相分离器分离。优点 厌氧污泥浓度高，平均污泥浓度为2040gMLVSS/L； 有机负荷高，水力停留时间短，容积负荷一般为10 kg COD/（m3.d）左右； 无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动； 污泥床不设载体，节省造价及避免因填料发生堵塞问题； UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备，运行动力较小。 缺点 进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/l以下； 污泥床内有短流现象，影响处理能力； 对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。3.2 UASB反应器的发展 EGSB， Expanded Granular Sludge Bed膨胀颗粒污泥床 结构特点： 具有很大的高径比，一般可达35 ； 设有专门的出水回流系统 ； 优点：容积负荷率高，水力停留时间短 ，生物量大（可达到60g/L），污泥龄长。改善了废水中有机物与微生物之间的接触，强化了传质效果，提高了反应器的生化反应速度，从而大大提高了反应器的处理效能。 内循环厌氧反应器(Internal Circulation，IC) 结构特点： 由 2 层 UASB 反应器串联而成。按功能划分，反应器由下而上共分为 5 个区：混合区、第 1 厌氧区、第 2 厌氧区、沉淀区和气液分离区。 混合区：反应器底部进水、颗粒污泥和气液分离区回流的泥水混合物有效地在此区混合。 第五节 生物脱氮除磷技术 5.1 水体中氮磷引起的富营养化 天然水体中由于过量营养物质（主要是指氮、磷等）的排入，引起各种水生生物、植物异常繁殖和生长，这种现象称作水体富营养化。总磷和无机氮分别为20mg/L和300mg/L，就可以认为水体已处于富营养化的状态。 赤潮( red tide，red water， discolored water): 随着浮游生物的骤然大量增殖而直接或间接发生的现象。海水富营养化是赤潮发生的物质基础和首要条件。 水华(water blooms):是淡水中的一种自然生态现象，只是仅由藻类引起的，如蓝藻、绿藻、硅藻等，也就是水的富营养化。当总磷浓度超过0.1mg/l（如果磷是限制因素）或总氮浓度超过0.3mg/l（如果氮是限制因素）时，藻类会过量繁殖. 经济合作与发展组织（OECD）提出富营养湖的几项指标量为：平均总磷浓度大于0.035mg/l；平均叶绿素浓度大于0.008mg/l；平均透明度小于3m. 赤潮的危害与分布 1.赤潮对海洋生态平衡的破坏 ；2.赤潮对海洋渔业和水产资源的破坏； 3.赤潮对人类健康的危害 。 常规的二级生物处理出水水质 BOD5: 2030mg/L COD : 60100mg/L SS : 2030mg/L NH3-N : 1525mg/L P :610mg/L 此外，还含有细菌和重金属等有毒有害物质. 什么是污水一级，二级，三级处理？ 按处理程度，污水处理一般可分为：一级处理、二级处理和三级处理。一级处理是以物理处理为主体的处理工艺。指去除污水中的漂浮物和悬浮物的净化过程，主要为沉淀;二级处理是以生物处理为主体的处理工艺。指污水经一级处理后，用生物处理方法继续去除污水中胶体和溶解性有机物的净化过程;三级处理是进一步去除二级处理所不能完全去除的污水中的污染物的处理工艺。三级处理也称高级处理或深度处理。 什么是富营养化？ 水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。 水体出现富营养化现象时，由于浮游生物大量繁殖，往往使水体呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等，这种现象在江河湖泊中叫水华（水花），在海中叫赤潮。 1）氨化 定义：微生物分解有机氮化物产生氨的过程称为氨化作用2）硝化 定义：在亚硝化菌、硝化菌的作用下，NH4+被氧化成NO2-，然后再进一步氧化成NO3-的过程。 总反应式为： NH4+ 2O2 NO3- + 2H+ + H2O