污水处理(排水工程)下

污水处理水污染控制Wastewater EngineeringProf. Ji Min季民 and Guo Jing教材：(排水工程)下第3、4版主要参考书目REFERENCES:1 -高庭耀等：水污染控制工程下，高教2 -水处理工程理论与应用，译著，建工3 -废水生物处理过程设计，译著，建工4 - 废水处理概论，译著，建工5 -沈耀良等：废水生物处理新技术，中国环境6 - George T. and F.L.Burton: Wastewater Engineering: treatment, Disposal, Reuse.7 -环境工程手册水污染卷，高教第1篇 总论(Introduction)第1章污水的性质与污染指标Wastewater Characteristics 1.1 污水Wastewater,生活污水：家庭、公共建筑物、医院等。污水工业废水：生产废水和生产污水城市污水生活污水+工业废水初期雨水排放水体 污水最终出路：J灌溉农田J重复使用最终排放之前需要进展处理、去除或减少水中的 污染物质。1. 2城市污水的性质与指标Wastewater Characteristics/measurements/parameters 污水中污染物的分类：1 -按物理形态：非溶解性的污染物质 悬浮固体，Suspended solid0.1pm -1mm胶体性的污染物质Colloidal matter，0.001 四-0.1四溶解性的污染物质matter in solution， 0.001四2 -按化学组成：无机性污染物 :Inorganic j 酸、碱、重金属、沙砾、无机毒物、盐等有机性污染物 :(Organic)J 植物性：纤维水果、蔬菜等碳水化合物动物性：脂肪、蛋白质粪便、动物组织等含氮的物质人工合成：各种高分子化学物质酚、醛、苯、氨基化合物，有机磷，涂料、染料等溶解：生物易降解/生物难降解有机污染物：非溶解性：生物可吸附：Y生物易降解/生物难降解生物不可吸附水解1.2.1污水的物理性质与指标中水温Temperature 中色度Color冬臭味Odors*固体含量悬浮固体 SS，挥发性悬浮固体 Volatile SS-VSS1.2.2污水的化学性质与指标1. 无机物与指标*酸碱度-PH* 氮、磷Nitrogen，Phosphorus总氮TN：有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮与硝酸盐氮有机氮一分解氨氮-亚硝酸盐氮一硝酸盐氮凯氏氮KN：有机氮+氨氮氨氮：NH3+NH+4磷：有机磷+无机磷P O43-一般城市污水中：TN=30-60，NH-N=5-40mg/L ；污水排放标准要求处3理后污水：NH-NV15-25,磷酸盐0.5-1 3*硫酸盐SO42-与硫化物COD : Chemical Oxygen DemendTOD : Total Oxygen DemendThOD : Theory Oxygen DemendTOC : Total Organic Carbon呼吸氧化 co2，h2o，能，nh3SO2缺氧以及硫酸还原菌反硫化菌S2- + H + pHM6.5 H S42弟氯化物盐弟非重金属无机有毒物：氰化物，石申化物As弟重金属离子：Hg，Cd，Cr，Pb，Zn，2. 有机物碳水化合物：糖、淀粉、纤维素和木质素等蛋白质与尿素脂肪和油类酚、有机酸、碱、外表活性剂、有机农药、各种人工合成高分子有机化合物等3. 有机物污染指标BOD : Biochemical Oxygen Demend 生物化学需氧量化学需氧量总需氧量理论需氧量总有机碳合成k新细胞自氧菌doc.有机物可生物降解H2O，NO2-，能异养菌合成新细胞残存物质新no3-CO2，H2O，能，NH3BODu5 10 15 20 25 30 35 d两阶段生化需氧量曲线BOD的限制：1) 测定时间太长；2) 难降解有机物高时，测定结果误差大；3) 当含有抑制微生物生长的有毒有害物质时，影响测定结果。COD的优点:准确表示污水中有机物含量；测定时间短，不受水质限制。COD的缺点:难于象BOD那样反映出微生物氧化的有机物，包括不能被微生物氧化的有机物，难于生物降解的有机物。COD :生物可降解COD ；生物难降解COD ；不可生物降解COD ；慢速可生物降解COD ；溶解性COD ；颗粒性COD。理论需氧量ThOD：有机物-CO2+H2O，计算需氧CHNHCOOH+3/2 O rNH +2CO +H O 2、22322NH3+3/2 O2tHNO2+H2OHNO2+1/2 O2tHNO3总需氧量TOD : 900oC下燃烧有机物消耗氧量。总有机碳TOC :在900oC高温下燃烧，把有机物所含的碳氧化 成CO2，用红外气体分析仪记录CO2的数量折算成含碳量即等于总 有机碳TOC值。各参数之间的关系:ThODCOD BODBODTOCcr u 5BOD/COD的关系与废水可生物降解性能的判断指标。BOD/COD0.3可生化，2HNO h (NOH) NO 割 N 个322 -H2O 2-H2O 2NO2-NNDay水体中不同形态氮随时间的变化4) 磷在水体中的存在形式无机磷：磷酸盐形式：PO43-，HPO42-，H2PO4-聚合磷酸盐：P2O74-，P3O105-有机磷：葡萄糖-6-磷酸，2-磷酸-甘油酸等形式磷+金属离子Ca2+，Fe3+，A13+ 一可沉物次生污染源水流运动使磷再度释放到水中。5) 氮磷污染以与水体富营养化的危害藻类过量繁殖；藻类种类减少；水体溶解氧下降；降低水的透明度；水有腥臭味；向水体释放毒素赤潮；影响供水水质，增加制水本钱；破坏水生生态；影响污水回用6) 水体富营养化防治措施：一般认为总磷和无机氮分别为0.02mg/L和0.3mg/L时，就可以认为水体已处于富营养 化状态。减少N、P排放量控制污染源污水深度处理去除底泥清藻2.2水体自净的根本规律2.2.1水体的自净作用1) 物理净化：稀释、扩散、混合、沉淀、挥发一位置的迁移2) 化学净化：氧化复原、酸碱反响、分解吸附与凝聚一形态变化3) 生物净化：微生物对有机污染物的氧化分解物理净化：稀释与扩散：稀释一污水排入水体，浓度降低；扩散一从高浓度区向低浓度区的迁移对流与分子扩散混合:混合状态，混合程度，混合距离 完全混合断面污染物平均浓度计算公式：C = Cwq + Cr 以 Q-以 Q + qC 污水中某污染物浓度，q污水流量；C 河水中该污染物浓度，WRQ河水流量，a-混合系数二1沉淀化学净化：氧化复原由溶解氧的反响：重金属被氧化成沉淀物酸碱反响：PH的变化吸附与凝聚：水中胶体微粒对污染物的吸附和凝聚生物化学净化：水生生态系统对有机污染物的分解转化一无机化，无有氧条件H2SCH4O2O2 O2O2O2O2O2 O2河流含氮有机物好氧菌nh+4H2Onh3亚硝化菌 NO2-A硝化菌CO2害化 污水可沉有机物有机底泥缺氧_厌氧细菌nh3, ch4，h2s天然水体中含氮有机物生物净化示意图细菌污水原生动物人类水生动物天然水体有机物循环示意图2.2河流氧垂曲线方程一Streeter-Phelps equationDissolved oxygen variation in a streamOBOD2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10*河流流下时间d污水河流中的BOD和DO的变化222氧垂曲线方程The DO concentration variation in a stream depends on many factors.The classical development of Streeter and Phelps(1925) considers the two main influences: oxygen decrease resulting from the exertion of BOD and oxygen replenishment by natural reaeration from the atmosphere. Flow in the stream is assumed to be inthe PF regime and steady state conditions are also assumed to exist（假定：推流，河水和污水流量不变，河水温度恒定）河水中有机物生化降解的耗氧速率rL与河水中有机物浓度L成正比一级反响动力学：rL= k1 L k1耗氧速率常数大气复氧速率r 与亏氧量C-C成正比：I k2复氧速率常数，Cs水中饱和溶解氧，mg/L假定河流为狭长形，断面浓度处于完全混合，即一维河流。取一微元进展分析：12AxThe equation for the mass balance is:QC - Q(C+ dC Ax) + rA V = dC AVdxSt输入 输出增加或减少 积累量假定稳态：acQAx = rAVSxQ a C A A V_ A x = r等式两边同乘以1/ a : A axAdxv =dta c A Av A x = r A xa xx因为：令 Axr0dC dx dC=rdxdt dr河水中DO的变化是由BOD降解和大气复氧两个过程的综合结果断定：r = -k1 L + k (C - C)dC= -kL + k (C - C):.定义氧亏量：D= CS-CdC _-k L + k D也可以写成：dD = kL - k Ddr i 2初始条件：t=0， D=D0， L=L0初始 BODdL ，r =-k L n L = L e - kt由BOD降解方程：Ldt10将L的表示式代入上式，在初始和边界条件下：kL d=d0，l=l0 ； t=t D=DtD = 1 0 (ek e-k2t)+D e-k2t t -0积分后：21Dt-某时刻或下游某点的亏氧量D 二 kiL0 (10-IE/) + D 10-k2tor： t kT0氧垂曲线方程的工程意义：1分析河水中溶解氧变化，推算环境容量；2推算最大缺氧点即氧垂点的位置与到达时间，即dD/dt=0 :,1 k尸LT也I k211卜 D0(k2 - k1)k/也可以求Dc.以上两个公式推导假定和适用条件：1）只考虑生化耗氧和大气复氧2) 污水与河水完全混合3) k1，k2必须与温度相适应4) 如沿河有几个排放点，应逐段计算。2.3污水处理的根本方法中物理处理法：别离：过滤、沉淀、气浮、格栅中化学处理：化学反响；中和、混凝、氧化复原、电解、 吸附、离子交换等。*生物处理：微生物好氧、厌氧；附着生物膜、 悬浮生物活性污泥*城市污水的3级处理技术一级处理：物理处理二级处理：生物处理三级处理：深度处理处理方法和工艺流程的选择考虑：处理对象、水质、水量、污染物特性、排放要 求，经济建设投资能力等作业：某河段AD上，在A和C点有废水排入邙点有一支流，如下图。 废水和河水的流量、溶解氧含量和BOD5均示在图中。本河段平均水温 为200C，水流速度稳定在0.3m/s，k1为0.1d-1，k2为0.35 d-，假定废 水与河水在排放口即完全混合。试估算D点的亏氧量；确定AB河段的 最大亏氧点与最大亏氧量。思考题：1. 废水水质指标有那些？2. 说明生化需氧量的根本概念。3. 什么叫做第一阶段和第二阶段生化需氧量？4. 水体自净包括那些过程？5. k1，k2的数值和什么因素有关？6. 如何合理地选择污水处理方法和工艺流程？