污水处理技术培训(第1-2章)pdf 54页

'污水处理技术培训重庆大学城环学院胡澄2010年11月 推荐书籍《排水工程》下册《废水生化处理》《微生物与水处理工程》《水污染控制工程》《水和废水监测分析方法（第四版）》 第1章污水的性质与污染指标1.1污水污水是生活污水、工业废水、被污染的雨水的总称。生活污水是人类在口常生活中使用过的，并被生活废料所污染的水。工业废水是在工矿企业生产活动中用过的水。 1.2城市污水的性质与污染指标城市污水的性质特征主要与下列各因素有关：人们的生活习惯；气候条件；生活污水与生产污水所占的比例以及所采用的排水体制（分流制、合流制、半分流制等）。 1.2.1污水的物理性质及指标表示污水物理性质的主要指标是水温、色度、臭味、固体含量及泡沫等。1.水温污水的水温，对污水的物理性质、化学性质及生物性质有自接的影响。所以水温是污水水质的重要物理性质指标之一。2.色度生活污水的颜色常呈灰色。但当污水中的溶解氧降低至零，污水所含有机物腐烂，则水色转呈黑褐色并有臭味。生产污水的色度视工矿企业的性质而异，差别极大，如印染、造纸、农药、焦化、冶金及化工等的生产污水，都有各自的特殊颜色。故色度往往给人以感观不悦。色度可由悬浮固体、胶体或溶解物质形成。悬浮固体形成的色度称为表色:胶体或溶解物质形成的色度称为真色。水的颜色用色度作为指标。 3.臭味生活污水的臭味主要由有机物腐败产生的气体造成。工业废水的臭味主要由挥发性化合物造成。臭味给人以感观不悦，甚至会危及人体生理，呼吸困难，倒胃胸闷，呕吐等。故臭味也是物理性质的主要指标。4．固体含量固体物质按存在形态的不同可分为:悬浮的、胶体的和溶解的三种;按性质的不同可分为:有机物、无机物与生物体三种。固体含量用总固体量作为指标(英文缩写为TS)。把一定量水样在105-110℃烘箱中烘干至恒重，所得的重量即为总固体量。悬浮固体(英文缩写为SS)或叫悬浮物。把水样用滤纸过滤后，被滤纸截留的滤渣，在105-110℃烘箱中烘干至恒重，所得重量称为悬浮固体;悬浮固体也由有机物和无机物组成。故又可分为挥发性悬浮固体(英文缩写为VSS)或称为灼烧减重;非挥发性悬浮固体(英文缩写为NVSS)或称为灰分两种。把悬浮固体，在马福炉中灼烧(温度为600℃)，所失去的重量称为挥发性悬浮固体；残留的重量称为非挥发性悬浮固体.生活污水中，前者约占70%，后者约占30%。 1.2.2污水的化学性质及指标污水中的污染物质，按化学性质可分为无机物与有机物;按存在的形态可分为悬浮状态与溶解状态。1.无机物及指标无机物包括酸碱度，氮，磷，无机盐类及重金属离子等。(1)酸碱度酸碱度用pH值表示。pH值等于氢离子浓度的负对数。pH=7时，污水呈中性;pH<7时，数值越小，酸性越强;pH>7时，数值越大，碱性越强:pH值是污水化学性质的重要指标。 (2)氮、磷污水中含氮化合物有四种:有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮与硝酸盐氮。四种含氮化合物的总量称为总氮(英文缩写为TN，以N计)。有机氮很不稳定，容易在微生物的作用下，分解成其他三种。在无氧的条件下，分解为氨氮;在有氧的条件下，分解为氨氮，再分解为亚硝酸盐氮与硝酸盐氮。凯氏氮(英文缩写为KN)是有机氮与氨氮之和。凯氏氮指标可以用来判断污水在进行生物法处理时，氮营养是否充足的依据。生活污水中凯氏氮含量约40mg/L(其中有机氮约15mg/L，氨氮约25mg/L)。磷及其化合物，污水中含磷化合物可分为有机磷与无机磷两类。有机磷的存在形式主要有:葡萄糖-6-磷酸，2-磷酸-甘油酸及磷肌酸等;无机磷都以磷酸盐形式存在，包括正磷酸盐、偏磷酸盐，磷酸氢盐，磷酸二氢盐等。 (3)硫酸盐与硫化物生活污水的硫酸盐主要来源于人类排泄物(4)氯化物生活污水中的氯化物主要来自人类排泄物，每人每日排出的氯化物约5-9g。(5)非重金属无机有毒物质非重金属无机有毒物质主要是氰化物(CN)与砷(As).(6)重金属离子重金属指原子序数在21-83之间的金属或相对密度大于4的金属。污水中重金属主要有汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)、锡(Sn)、铁(Fe)、锰(Mn)等。生活污水中的重金属离子主要来源十人类排泄物;冶金、电镀、陶瓷、玻璃、氯碱、电池、制革、照相器材、造纸、塑料及颜料等工业废水，都含有不同的重金属子。 2.有机物生活污水所含有机物主要来源于人类排泄物及生活活动产生的废弃物、动植物残片等，主要成分是碳水化合物、蛋白质与尿素及脂肪。组成元素是碳、氢、氧、氮和少量的硫、磷、铁等。有机物按被生物降解的难易程度，可分为两类4种:第一类是可生物降解有机物，可分为两种:①可生物降解有机物，对微生物无毒害或抑制作用;②可生物降解有机物，但对微生物有毒害或抑制作用。第二类是难生物降解有机物，也可分为两种:③难生物降解有机物，对微生物无毒害或抑制作用;④难生物降解有机物，并对微生物有毒害或抑制作用。 (1)碳水化合物污水中的碳水化合物包括糖、淀粉、纤维素和木质素等(2)蛋白质与尿素[CO(NH2)2]蛋白质与尿素是生活污水中氮的主要来源。(3)脂肪和油类脂肪和油类是乙醇或甘油.与脂肪酸形成的化合物，主要成分是碳、氢、氧。生活污水中的脂肪与油类来源于人类排泄物及餐饮业的洗涤水包括动物油与植物油。(4)酚炼油、石油化工、焦化、合成树脂、合成纤维等工业废水都含有酚。(5)有机酸、碱有机酸上业废水含有短链脂肪酸、甲酸、乙酸和乳酸。 (6)表面活性剂生活污水与表面活性剂制造工业废水，含有人量表面活性剂。表面活性剂有两类:①烷基苯磺酸盐，俗称硬性洗涤剂(英文缩写为ABS)含有磷并易产生大量泡沫，属于难生物降解有机物，60年代前常用;②烷基芳基磺酸盐俗称软性洗涤剂(英文缩写为LAS)，属于可生物降解有机物，代替了ABS，泡沫大大减少但仍然含有磷。磷是导致水体富营养化的主要元素之一。(7)有机农药有机农药有两大类，即有机氯农药与有机磷农药。(8)取代苯类化合物 3.有机物污染指标生物化学需氧量或生化需氧量(Bio-ChemicalOxygenDemand，英文缩写为,BOD)化学需氧量(ChemicalOxygenDemand，英文缩写为COD).总需氧量(TotalOxygenDemand，英文缩写为TOD).总有机碳(TotalOrganicCarbon,英文缩写为TOC). (1)生物化学需氧量或生化需氧量BOD在水温为20℃的条件下，由于微生物〔主要是细菌)的生活活动，将有机物氧化成无机物所消耗的溶解氧量，称为生物化学需氧量或生化需氧量。生物化学需氧量代表了第一类有机物，即可生物降解有机物的数量。图l-2所示为可生物降解有机物的降解及微生物新细胞的合成过程示意图。在工程实用上，采用用5d生化需氧量BOD5作为可生物降解有机物的综合浓度指标。 (2)化学需氧量CODCOD的测定原理是用强氧化剂(我国法定用重铬酸钾)，在酸性条件下，将有机物氧化成CO2与H2O所消耗的氧量，即称为化学需氧量，用CODcr表示，一般简写为COD。由于重铬酸钾的氧化能力极强，可较完全地氧化水中各种性质的有机物，如对低直链化合物的氧化率可达80%-90%。此外，也可用高锰酸钾作为氧化剂，但其氧化能力较重铬酸钾弱，测出的耗氧量也较低，故称为耗氧量，用CODMn或OC表示。COD的数值大于BOD20。，两者的差值大致等于难生物降解有机物量。差值越大，难生物降解的有机物含量越多，越不宜采用生物处理法。因此把BOD5/COD比值称为可生化性指标，比值越大，越容易被生物处理。一般认为此比值大于0.3的污水，才适于采用生物处理。 (3)总需氧量TOD由于有机物的主要组成元素是C,H,O,N,S等。被氧化后，分别产生CO2H2ONO2SO2所消耗的氧量称为总需氧量TOD。TOD测定原理是将一定数量的水样，注人含氧量已知的氧气流中，再通过以铂钢为触媒的燃烧管，在900℃高温下燃烧，使水样中含有的有机物被燃烧氧化，消耗掉氧气流的氧，剩余的氧量用电极测定并自动记录。氧气流原有含氧量减去剩余含氧量即等于总需氧量TOD，测定时间仅需几分钟。由于在高温下燃烧，有机物可被彻底氧化，故TOD值大于COD值。(4)理论需氧量ThOD如果有机物的化学分子式已知，则可根据化学氧化反应方程式，计算出理论需氧量ThOD 1.2.3污水的生物性质及指标1.大肠菌群数(大肠菌群值)与大肠菌群指数大肠菌群数(大肠菌群值)是每升水样中所含有的大肠菌群的数目，以个/L计;2.病毒3.细菌总数细菌总数是大肠菌群数，病原菌，病毒及其他细菌数的总和，以每毫升水样中的细菌菌落总数表示。细菌总数愈多，表示病原菌与病毒存在的可能性愈大。 补充概念：1.水力停留时间池容与进水流量之比就是水力停留时间。水力停留时间（HydrolicRetentionTime）简写作HRT，水处理工艺名词，水力停留时间是指待处理污水在反应器内的平均停留时间，也就是污水与生物反应器内微生物作用的平均反应时间。因此，如果反应器的有效容积为V（立方米），则：HRT=V/Q(h)如果反应器高度为H(米)，则：因为Q=uA，V=HA所以HRT也可表示为：HRT=H/u(h)即水力停留时间等于反应器高度与上流速度之比。 2.溶解氧DOmg/LDO空气中的分子态氧溶解在水中成为溶解氧。水中的溶解氧的含量与空气中氧的分压、水的温度都有密切关系。在自然情况下，空气中的含氧量变动不大，故水温是主要的因素，水温愈低，水中溶解氧的含量愈高。溶解氧是指溶解在水里氧的量，通常记作DO，用每升水里氧气的毫克数表示。水中溶解氧的多少是衡量水体自净能力的一个指标。它跟空气里氧的分压、大气压、水温和水质有密切的关系。在20℃、100kPa下，纯水里大约溶解氧9mg／L。 第2章污水处理基本方法及原理1.现代污水处理技术现代污水处理技术，按原理可分为物理处理法，化学处理法和生物化学处理法3类。物理处理法:利用物理作用分离污水中呈悬浮状态的固体污染物质。方法有:筛滤法，沉淀法，上浮法，气浮法，过滤法和反渗透法等。化学处理法:利用化学反应的作用，分离回收污水中处于各种形态的污染物质(包括悬浮的、溶解的、胶体的等)。主要方法有中和、混凝、电解、氧化还原、汽提、萃取、吸附、离子交换和电渗析等。化学处理法多用干处理生产污水。 生物化学处理法:是利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质。主要方法可分为两大类，即利用好氧微生物作用的好氧法〔好氧氧化法)和利用厌氧微生物作用的厌氧法(厌氧还原法)。前者广泛用于处理城市污水及有机性生产污水，其中有活性污泥法和生物膜法两种;后者多用于处理高浓度有机污水与污水处理过程中产生的污泥，现在也开始用于处理城市污水与低浓度有机污水。 向生活污水注人空气进行曝气，每天保留沉淀物，更换新鲜污水，这样，在持续一段时间后，在污水中即将形成一种呈黄褐色的絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它易于沉淀与水分离，并使污水得到净化、澄清。这种絮凝体就是称为“活性污泥”的生物污泥。活性污泥法处理系统，实质上是白然界水体自净的人工模拟，不是简单的模拟，而是经过人工强化的模拟。 现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理后的污水，BOD一般可去除30%左右，达不到排放标准。一级级处理属于二级处理的预处理。二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质〔即BOD，COD物质)，去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。 三级处理，是在一级、二级处理后，进一步处理难降解的有机物、磷和氮等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法等。三级处理是深度处理的同义语。但两者又不完全相同，三级处理常用于二级处理之后。而深度处理则以污水回收、再用为目的，在一级或二级处理后增加的处理工艺。污水再用的范围很广，从工业上的重复利用、水体的补给水源到成为生活用水等。 污泥是污水处理过程中的产物。污泥处理的主要方法是减量处理(如浓缩法、脱水等)，稳定处理(如厌氧消化法、好氧消化法等)，综合利用(如消化气利用，污泥农业利用等)，最终处置(如干燥焚烧、填地投海、建筑材料等)。 2.活性污泥法基本原理（1）基本工艺向生活污水注人空气进行曝气，每天保留沉淀物，更换新鲜污水，这样，在持续一段时间后，在污水中即将形成一种呈黄褐色的絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它易于沉淀与水分离，并使污水得到净化、澄清。这种絮凝体就是称为“活性污泥”的生物污泥。 由污水、回流污泥和空气互相混合形成的液体，称为混合液。活性污泥系统主要由活性污泥反应器—曝气池、曝气系统、二沉池、污泥回流系统和剩余污泥排放系统组成。活性污泥法处理系统，实质上是白然界水体自净的人工模拟，不是简单的模拟，而是经过人工强化的模拟。 （2）活性污泥的形态与组成活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。污水曝气后，形成一种黄褐色的生物絮凝体(0.02---0.2mm），这种絮凝体由大量繁殖的微生物群体所构成，易于沉淀和分离，可将水中有机物氧化分解成无机物并合成新的细胞，是一种称为“活性污泥”的生物污泥;含水率99%以上，比水略重，比重介于1.002-1.006之间。污水、回流污泥，空气混合形成的液体称作混合液。 活性污泥微生物是由细菌类、真菌类、原生动物、后生动物等异种群体所组成的混合培养体。这些微生物群体在活性污泥上形成食物链和相对稳定的小小生态系。活性污泥微生物中的细菌以异养型的原核细菌为主，在正常成熟的活性污泥上的细菌数量大致介于107-108个/mL活性污泥之间。经多数检测，现已基本判明，可能在活性污泥上形成优势的细菌：产碱杆菌属，芽孢杆菌属，黄杆菌属、动胶杆菌届、假单胞菌属、丛毛单胞菌属、大肠埃希氏杆菌等 在活性污泥中存活的原生动物有肉足虫、鞭毛虫和纤毛虫等3类。活性污泥系统启动的初期，活性污泥尚未得到良好的培育，混合液中游离细菌居多，处理水水质欠佳，此时出现的原生动物，最初为肉足虫类(如变形虫)占优势；继之出现的则是游泳型的纤毛虫，如豆形虫、肾形虫、草履虫等。而当活性污泥菌胶团培育成熟，结构良好，活性较强，混合液中的细菌多已“聚居”在活性污泥上，处理水水质良好，此时出现的原生动物则将以带柄固着(着生)型的纤毛虫，如钟虫、等技虫、独缩虫、聚缩虫和盖纤虫等为主。 通过显微镜的镜检，能够观察到出现在活性污泥中的原生动物，并辨别认定其种属，据此能够判断处理水质的优劣，因此，将原生动物称之为活性污泥系统中的指示性生物。 （3）活性污泥微生物的增殖与活性污泥的增长在活性污泥处理系统中，净化污水的第一承担者，也是主要承担者是细菌，而摄食处理水中游离细菌，使污水进一步净化的原生动物则是污水净化的第二承担者。将活性污泥微生物在污水中接种，并在温度适宜、溶解氧充足的条件下进行培养，按时取样计量，即可得出微生物数量与培养时间之间具有一定规律性的增殖曲线。 适应期，亦称延迟期或调整期。这是微生物培养的最初阶段，是微生物细胞内各种酶系统对新培养基环境的适应过程。对数培殖期,又称增殖旺盛期。本期内一项必备的条件是营养物质(有机污染物)非常充分，不成为微生物增殖的控制因素。微生物以最高速度摄取营养物质，也以最高速度增殖。微生物细胞数按几何级数增加。 减速培殖期，称稳定期和平衡期。经对数增殖期，微生物大量繁衍、增殖，培养液(污水)中的营养物质也被大量耗用，营养物质逐步成为微生物增殖的控制因素，微生物增殖速度减慢，增殖速度几乎和细胞衰亡速度相等，微生物活体数达到最高水平，仅却也趋于稳定。内源呼吸(代谢)期又称衰亡期。培养液(污水)个营养物质继续下降，并达到近乎耗尽的程度。微生物由于得不到充足的营养物质，而开始利用自身体内储存的物质或衰死菌体，进行内源代谢以营生理活动。 （4）活性污泥絮凝体的形成当曝气他内有机营养物质充沛，能的含量高，细菌增殖处于对数增殖期，即处了“壮龄”阶段，运动性能活泼。动能大于范德华引力，菌体不能结合，活性污泥絮凝体不能很好的形成。当曝气池内存机营养物质，即能的含量降到某种程度，细菌增殖速度低下或停止．处于内源呼吸期或减哀增殖期后段，即处于“老龄”阶段，运动性能做弱．动能很低，不能与范德华力抗衡，并且在布朗运动作用下，菌体互相碰撞，互相结合，活性污泥絮凝体形成，初步形成的凝聚体又与其他的细菌相结合，絮凝体之间也相互粘结，凝聚速度加快，最终能够形成颗粒较大的活性污泥絮凝体。另外，活性污泥中的一些微生物，分泌出具有粘着性的胶体物质，不仅使细菌互相粘接，形成菌胶团、并对微小颗粒及可溶性有机物也有着一定的吸附与粘接性能。这种作用促进了活性行泥絮凝体的形成。 3表示及控制混合液中活性污泥微生物量的指标(1)混合液悬浮固体浓度(mixedliquorsuspendedsolid)简写为MLSS.又称混合液污泥浓度，它表示的是在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总重量.。混合液悬浮固体浓度(MLSS)，是活性污泥处理系统重要的设计、运行参数。单位mg/L混合液或g/L混合液g/m3混合液kg/m3混合液 (2)混合液挥发性悬浮固体浓度(mixedliquorvolatilesuspendedsolids)简写MLVSS本项指标所表示的是混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度。MLVSS与MLSS的比值以f表示，即:f=MLVSS/MLSS在一般情况下，f值比较固定，对生活污水，f值为0.75左右。以生括污水为主体的城市污水也同此值。 4.活性污泥的沉降性能及其评定指标良好的沉降性能是发育正常的活性污泥所应具有的特性之一。发育良好，并有一定浓度的活性污泥，其沉降要经历絮凝沉淀、成层沉淀和压缩等全部过程，最后能够形成浓度很高的浓缩污泥层。正常的活性污泥在30min内即可完成絮凝沉淀和成层沉淀过程，并进入压缩。压缩(浓缩)的进程比较缓慢，需时较长，达到完全浓缩需时更长。 污泥沉降比（SV）又称30min沉降率。混合液在量简内静置30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率，以%表示。污泥沉降比能够反映曝气池运行过程的活性污泥量，用以控制、调节剩余污泥的排放量，还能通过它及时地发现污泥膨胀等异常现象的发生。有一定的实用价值，是活性污泥处理系统重要的运行参数，也是评定活性污泥数量和质量的重要指标。 污泥容积指数（SVI）简称“污泥指数”:本项指标的物理意义是在曝气池出口处的混合液，在经过30min静沉后，每g干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容积，以mL计。 SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能，对生活污水及城市污水，此值以介于70-100之间为宜。SVI值过低，说明泥粒细小，无机质含量高，缺乏活性;过高，说明污泥的沉降性能不好，并且已有产生膨胀现象的可能。在MLSS一定的条件下，SVI值越高，所应采用的污泥回流比也越大。 5、污泥龄(sludgeage)称“生物固体平均停留时间”活性污泥处理系统保持正常、稳定运行的一项重要条件，是必须在曝气池内保持相对稳定的悬浮固体(MLSS)量。但是，活性污泥反应的结果，使曝气池内的活性污泥在量上有所增长，这样，每天必须从系统中排出相当于增长量的活性污泥量（剩余污泥）。 曝气池内活性污泥总量(VX即池容*污泥浓度)与每日排放污泥量之比，称之为污泥龄，即活性污泥在曝气池内的平均停留时间，因之又称为“生物固体平均停留时间”， 6.BOD-污泥负荷与BOD-容积负荷BOD-污泥负荷所表示的是曝气池内单位重量(kg)活性污泥，在单位时间(ld)内能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物量(BOD)。 BOD-污泥负荷值还与活性污泥的膨胀现象有直接关系。可参看图4-7，从图可见，在(0.5kgBOD/kgMLSS.d)以下的低负荷区和1.5kgBOD/(kgMLSSd)的高负荷区,SVI值都在150以下，都不会出现污泥膨胀现象。而BOD污泥负荷介于(0.5-1.5kgBOD/(kgMLSSd)之间的区域，SVI值很高，属污泥膨胀高发区。 7.回流污泥的确定(1)回流污泥量的设计计算由上式可见，回流比R值取决于混合液污泥浓度(X)和回流污泥浓度〔Xr〕而Xr值又与SVI值有关。经推算得出随SVI值、X值和Xr值的三者的关系。 补充知识污泥含水率：污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的百分数称为污泥含水率。污泥中水的存在形式有：空隙水，颗粒间隙中的游离水，约70%，可通过重力沉淀（浓缩压密）而分离；毛细水，是在高度密集的细小污泥颗粒周围的水，由毛细管现象而形成的，约20%，可通过施加离心力、负压力等外力，破坏毛细管表面张力和凝聚力的作用力而分离；颗粒表面吸附水和内部结合水，约10%。表面吸附水是在污泥颗粒表面附着的水分，起附着力较强，常在胶体状颗粒，生物污泥等固体表面上出现，采用混凝方法，通过胶体颗粒相互絮凝，排除附着表面的水分；内部结合水，是污泥颗粒内部结合的水分，如生物污泥中细胞内部水分，无机污泥中金属化合物所带的结晶水等，可通过生物分离或热力方法去除。'