水处理重点.doc

水处理重点
三阶段四类群
三阶段：水解、发酵阶段；产氢产乙酸阶段；产甲烷阶段
四类群：发酵性细菌；产氢产乙酸细菌；同型产乙酸菌；产甲烷菌

营养物质
好养 C:N:P=100:5:1
厌氧 C:N:P=200:5:1

生长规律
停滞期（适应期）；对数期；静止期（减速增长期）；衰老期（内源呼吸期）
其中对数期微生物活动能力很强，但污泥的沉淀性能不佳
静止期沉淀性能很好（污水处理多用此范围的微生物）

活性污泥性能指标
名称
简写
备注
混合液悬浮固体浓度
MLSS

混合液挥发性悬浮固体浓度
MLVSS
MLVSS/MLSS=0.75~0.85
污泥沉降比
SV
一般SV30
污泥体积指数
SVI
SVI=10*SV/MLSS(一般70~100ml/g)表示1g干污泥所形成的污泥体积
污泥龄
θC

污泥有机负荷
F/M
表示曝气池单位重量（Kg）活性污泥，在单位时间内（1d）能够接受并将其降解到预定程度的有机污染物量（KgBOD/KgMLSS·d）
容积负荷
Nv
表示曝气池单位容积（m3），在单位时间内（1d）能够接受并将其降解到预定程度的有机污染物量（KgBOD/m3·d）
曝气池的水力停留时间
HRT
HRT=V/Q

活性污泥法
名称
工艺特称
污泥负荷
容积负荷
MLSS
MLVSS
HRT（h）
污泥龄（d）
传统活性污泥法
池首可能出现溶氧不足，池尾可能出现溶氧富裕，对冲击负荷的适应性较弱
0.2~0.4
0.3~0.6
1500~3000
1200~2400
4~8
5~15
阶段曝气
活性污泥法
废水沿池长分段注入曝气池，改善了供氧速率与需氧速率之间的矛盾，提高了对冲击负荷的适应能力
0.2~0.4
0.6~1.0
2000~3500
1600~2800
3~8
5~15
吸附再生
活性污泥法
将吸附、降解两个过程分别控制在不同的反应器内进行，具有一定的抗冲击负荷能力；对可溶性有机物含量高的废水处理效果差
0.2~0.6
1.0~1.2
吸附池：1000~3000
800~2400
吸附池：0.5~1.0
5~15
再生池：4000~10000
3200~8000
再生池：
3~6
5~15
延时曝气（完全氧化）活性污泥法
有机负荷率非常低，污泥持续处于内源代谢状态，剩余污泥少且稳定；处理出水出水水质稳定性较好，对废水冲击负荷有较强的适应性；
0.05~0.15
0.1~0.4
3000~6000
2400~4800
18~48
20~30
高负荷活性污泥法（短时曝气法）
BOD-SS负荷率高，曝气时间短，
对废水的处理效果较低
1.5~5.0
1.2~2.4
200~500
160~400
1.5~3
0.25~0.5
完全混合
活性污泥法
对冲击负荷有一定的抵抗能力，可以方便地通过对F/M的调节，曝气池内混合液的需氧速度均衡，动力消耗低于推流式曝气池。容易发生污泥膨胀
0.2~0.6
0.8~2.0
3000~6000
2400~4800
3~5
5~10
纯氧曝气
活性污泥法
纯氧曝气可大大提高氧的转移效率；能够大大提高曝气池的容积负荷；剩余污泥产量少，污泥膨胀较少发生。
0.4~1.0
2.0~3.2
6000~10000
4000~6500
1.5~3.0
5~15
浅层低压曝气法
理论基础：只有在气泡形成和破碎的瞬间，氧的转移率最高，因此，没有必要延长气泡在水中的上升距离。其曝气装置一般安装在水下0.8∼0.9米

深水曝气
活性污泥法
曝气池水深在7∼8m以上，由于水压较大，氧的转移率可以提高，相应也能加快有机物的降解速率；占地面积较小

深井曝气
活性污泥法
深度为50~150m，氧转移效率高，耐冲击负荷，产泥量少
1.0~1.2
3.0~3.6
3000~5000
2400~4000
1.0~2.0
5

反应动力学

米-门方程

其中Km只与酶的性质有关，与其浓度无关；Km还受pH和温度影响；Km最小的物质叫最适底物
莫诺特方程

第一基本方程

第二基本方程

曝气理论
Fick定律：扩散过程的推动力是物质在界面两侧的浓度差
双膜理论：气液接触界面存在层流的气膜和液膜，只有其中存在浓度差，气液两相主体不存在浓度差，传质阻力只存在于两层层流膜中。（氧分子进入水中的控速步骤是通过液膜）

提高充氧速率的途径：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
增大气、液接触面积
提高气相中的氧分压
影响氧转移速率的主要因素：水质、水温、气压

曝气设备
分类：鼓风曝气装置、表面（机械）曝气装置

性能指标
名称
简写
含义
氧的利用率
EA
指通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比（%）
充氧能力
RO
通过表面机械曝气装置在单位时间内转移到混合液中的氧量（kgO2/h）
动力效率
EP
每消耗1度电转移到混合液中的氧量（kgO2/kw.h）

鼓风曝气装置
名称
EA
%
EP
kgO2/kw.h
气泡直径mm
特点
主要类型
小气泡型曝气装置
15~25
>2
<2
易堵塞，空气需经过滤处理净化，扩散阻力大
扩散板、扩散管、固定钟罩、膜片式
中气泡型曝气装置
4~6
1~2
2~6
不易堵塞，构造简单，阻力小；一般用于浅层曝气曝气池
穿孔管、
网状膜片式
水力剪切型
空气扩散装置
6~9
1.5~2.5

利用装置本身的构造特点，产生水力剪切作用，将大气泡切割成小气泡，增加气液接触面积
倒盆型、
固定螺旋式
水力冲击型
曝气器
20

噪音小，无需鼓风机房
自吸式
供气式
水下空气
扩散器

无堵塞，同时用于充氧和搅拌，可兼用于好氧处理和厌氧处理；在确定范围内调解空气量，对负荷变化有一定适应性。

机械曝气装置
（1） 竖轴式
泵型叶轮曝气器
K型叶轮曝气器
倒伞形叶轮曝气器
平板型叶轮曝气器
（2） 卧轴式
曝气转刷
曝气转盘

曝气池
分类：按流态：推流式、完全混合式、循环混合式
按曝气方式：鼓风曝气池、机械曝气池、鼓风—机械曝气池

体积计算

污泥常见问题
问题
现象
原因
对策
污泥腐化
活性污泥呈灰黑色、污泥发生厌氧反应，污泥中出现硫细菌，出水水质恶化
①混合液DO不足，负荷量增高；②曝气不足；③工业废水的流入等
①控制负荷量；②增大曝气量；③切断或控制工业废水的流入
污泥上浮
污泥沉淀30∼60分钟后呈层状上浮，且多发生在夏季
硝化作用导致在二沉池中被还原成N2，引起污泥上浮
①减少污泥在二沉池中的停留时间；②减少曝气量。
污泥解体
在沉淀后的上清液中含有大量的悬浮微小絮体，出水透明度下降
曝气过度；负荷下降，活性污泥自身氧化过度；
减少曝气；增大负荷量
泥水界面不清
污泥可以下沉，但泥水界面不清晰
高浓度有机废水的流入，使微生物处于对数增长期；污泥形成的絮体性能较差
降低负荷；增大回流量以提高曝气池中的MLSS，降低F/M值
污泥膨胀
丝状菌性污泥膨胀
污泥结构松散，体积膨胀，絮凝和沉降性恶化
由于活性污泥絮体中丝状菌过度繁殖而导致的污泥膨胀
①低溶解氧浓度
②有机负荷过高
③进水水质影响
①临时控制措施：污泥助沉法、灭菌法
②工艺运行调节措施：加强曝气、调节运行条件
③永久性控制措施：增设生物选择器
非丝状菌污泥膨胀
粘性膨胀：处理效果良好，但污泥难于沉淀，大量污泥随出水流
①进水中溶解性有机物浓度高，F/M值太高；②氮、磷缺乏，或溶解氧不足；③细菌大量吸附有机物，但不能及时降解，分泌出过量的胶状的多糖类物质；这些物质具有很高亲水性，导致污泥中含有大量结合水，泥水分离困难。
降低负荷，调整工况，加强曝气等。
低粘性膨胀
进水中含有毒性物质，使污泥中毒，使细菌不能分泌出足够的粘性物质，从而不能有效形成絮凝体，导致泥水分离困难；
控制进水水质，加强上游工业废水的预处理。

名称
英文全称
工艺特点
HRT
污泥龄
适用对象
AB两段活性污泥法
Adsorption Biodegradation
①未设初沉池，由吸附池和中间沉淀池组成的A段为一级处理系统；②B段由曝气池和二沉池组成；③A、B两段各自拥有独立的污泥回流系统，两段完全分开，各自有独特的微生物群体，有利于功能稳定。
A:0.5
B:2~3
A:0.3~0.5
B:15~20
水质变化大;
难降解污染物较多
批序式活性污泥法
SBR
Sequence batch reactor
①从时间角度来看，是一种较理想的推流式曝气池；从空间上看，是完全混合流态；②工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池具备二沉池的功能，无污泥回流设备；③耐负荷冲击，在一般情况下无需设置调节池；④ 反应推动力大，易于得到优于连续流系统的出水水质⑤运行操作灵活，通过适当调节各单元的状态达到脱氮除磷的效果⑥污泥沉降性能好，SVI值较低，能有效防止丝状菌膨胀；⑦调节SBR运行方式,可同时具有去除BOD和脱氮除磷功能;⑧便于自动控制，易于维护管理
沉淀期：
1~2

排水期：
1~2
较长
水质变化大；
用地紧张
中、小处理厂
氧化沟
oxidation ditch
分为：Orbal
Carrousel
交替式工作氧化沟
一体化氧化沟
①氧化沟呈完全混合-推流式；沟内的混合液呈推流式快速流动（0.4∼0.5m/s），由于流速高，原废水很快就与沟内混合液相混合，因此氧化沟又是完全混合的；②BOD负荷低，类似于活性污泥法的延时曝气法，处理出水水质良好；③对水温、水质和水量的变动有较强的适应性；④污泥龄长，可达15∼30d，为传统活性污泥法的3∼6倍,世代时间很长的细菌如硝化细菌能在反应器内得以生存，从而使氧化沟具有脱氮的功能。⑤污泥产率低，剩余污泥产量少
10~24
15~30

膜生物反应器
MBR
Membrane Biological Reactor
膜生物反应器是由膜分离技术与生物反应器相结合的生化反应系统；以膜组件代替传统活性污泥法中的二沉池，起到分离活性污泥混合液中的固体微生物和大分子溶解性物质的作用。
①SRT与HRT完全分开，在维持较短HRT的同时，又可保持极长的SRT；②膜截流的高效性可使世代时间长的硝化菌等在生物反应器内生长，因此脱氮效果较好；③可维持很高的MLSS；曝气池中的活性污泥浓度可达10～20g/L; ④膜分离可使大分子颗粒状难降解物质在反应器内停留较长时间，最终得以去除；⑤可溶性大分子化合物也可被截留下来，不会影响出水水质，最终也可被降解；⑥膜的高效截留作用可使出水悬浮物浓度极低。

生物膜法
生物滤池
第一代：普通生物滤池
第二代：高负荷生物滤池 （即在普通生物滤池的基础上增加回流，并且可两套装置串联）
第三代：塔式生物滤池（大量回流）
曝气生物滤池（滤料下方有曝气系统）

生物转盘
空气驱动生物转盘
藻类生物转盘
生物转盘与其他装置合用

生物接触氧化（一种介于活性污泥法和生物滤池之间生物处理技术，在反应池内填充填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速经过填料，填料上布满生物膜，污水与生物膜接触，有机物被生物膜的上的微生物氧化分解）

好氧生物流化床（两相、三相）

厌氧生物处理
第一代厌氧生物反应器（化粪池）
第二代厌氧生物反应器（厌氧接触法、厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床反应器、厌氧流化床、厌氧膨胀床、厌氧挡板反应器、两相厌氧生物处理工艺）
升流式厌氧污泥床反应器（upflow anaerobic sludge blanket ，UASB）
进水分配系统
反应区（由污泥床和悬浮污泥层构成）
气、固、液三相分离器；（由沉淀区、集气室和气封构成）
出水系统
排泥系统
颗粒污泥
污泥颗粒化提高其沉降性能，防止污泥流失，保持反应器内高污泥浓度；
颗粒污泥能长期滞留在反应器内，具有很长的SRT,可缩短水力停留时间，使反应器具有很高的处理效能；
污泥颗粒形成，产甲烷菌主要集中颗粒的内部，水解发酵和产甲烷菌在表层，这种结构为产甲烷菌提供了一个保护层和缓冲层，提高污泥抗pH,温度变化、有害物质的能力，提高耐负荷冲击能力。
颗粒污泥是各种厌氧菌聚集形成的微小生态系统，各类细菌距离相对较近，可提高种间氢的转移速率。
颗粒污泥的形成，使膨胀颗粒污泥床（EGSB)和内循环反应器（IC）的开发成为可能。
形成机理：晶格假说、电荷中和假说、胞外多聚物假说、Spaghetti理论
第三代厌氧生物器（内循环Internal cyclic reactor，IC、厌氧膨胀颗粒污泥床Expanded granular sludge blanket,EGSB）

生物脱氮除磷
生物脱氮
原理：1.氨化过程（好氧或厌氧异养微生物）
2.硝化过程（好养自养硝化菌）
强烈好氧，不能在酸性条件下生长（自身反应会生成H+）
3.反硝化过程（兼性厌氧菌，缺氧条件，异养反硝化菌）
兼性厌氧菌，反应会生成OH—

主要工艺：A/O工艺、氧化沟脱氮
A/O工艺

l 硝化反应器的硝化液部分回来至反硝化反应器，反硝化菌以原污水中有机物作为碳源，以回流液中硝酸盐作为电子受体，不需外加碳源。
l 在反硝化反应过程中产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右；
l 硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机物得以进一步去除，无需增建后曝气池。

生物除磷
机理：（1）厌氧环境中
污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB(聚β-羟基丁酸)的形态储藏于体内。聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。
ATP+H2O→ADP+H3PO4+能量
（2）好氧环境
进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是从污水中去除的含磷物质。
ADP+H3PO4+能量→ATP+H2O

影响因素：
①溶解氧：
厌氧池内：绝对的厌氧，即使是NO3-等也不允许存在；
好氧池内：充足的溶解氧。
②污泥龄：
剩余污泥对脱磷效果有很大影响，泥龄短的系统产生的剩余污泥多，可以取得较好的除磷效果；有报道称：污泥龄为30d，除磷率为40%；污泥龄为17d，除磷率为50%；而污泥龄为5d时，除磷率高达87%

主要工艺：A/O工艺

同步脱氮除磷工艺
A2/O工艺

特点：厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌生长，污泥膨胀较少发生；
无需投药，运行费用低。

Bardenpho工艺、Phoredox工艺、MUCT工艺

新工艺：
SHARON工艺：让NH4+只氧化到NO2—
ANAMMOX工艺：在厌氧或缺氧条件下,厌氧氨氧细菌以NO2-为电子受体,将NH4+直接氧化为N2的过程。
Canon工艺：即SHARON工艺+ANAMMOX工艺（由亚硝酸细菌和厌氧氨氧化菌协同作用）
氧限制自养型硝化－反硝化脱氮（Oland）：由亚硝酸细菌单独作用，以氧作为电子受体，把部分氨氧化成亚硝酸盐；再以氨作为电子供体，把亚硝酸盐还原为氮气

自然生物处理
稳定塘：好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘、深度处理塘、综合生物塘

好氧塘：高负荷好氧塘（前）、普通好氧塘（中）、深度处理好氧塘（后）
兼性塘：塘内分层
厌氧塘：有机负荷高，常置于系统首端
曝气塘：完全混合曝气塘（可污泥回流）、部分混合曝气塘。都需要沉淀
深度处理塘：多采用好氧塘或曝气塘

污水的土地处理系统
组成：废水的预处理设施；
废水的调节与贮存设施；
废水的输送、布水及控制系统；
土地净化田；
净化出水的收集与利用系统

机理：物理过滤
物理吸附和物理沉淀
化学反应与沉淀
微生物的代谢与分解

分类：
慢滤系统：适用于渗透性良好的土壤。废水经面灌或喷灌后垂直向下缓慢渗滤，其上种有农作物。废水投配负荷一般较低，由于渗滤速度慢，废水在表层土壤（含大量微生物)中的停留时间长，废水净化效率高，出水水质好，使用寿命长。
快速渗滤系统：净化机理类似于间歇“生物砂滤器”；适用于透水性非常良好的土壤；废水周期性地布水(投配或灌入)和落干(休灌)，使快速渗滤池的表层土壤处于厌氧、好氧交替运行的状态，对污染物去除率高。可将净化水补给地下水；可藉井或地下排回收净化水；可将净化水贮存在地下含水层。
地表漫流系统：将废水投配到多年生牧草、坡度和缓、土壤渗透性差的坡面上，废水在沿坡面缓慢流动的过程中得到净化；其净化机制类似于固定膜生物处理法；适用于土壤渗透性低的粘土、亚粘土。废水要求预处理(如格栅、筛滤)后进入系统，出水水质相当于传统生物处理后的出水；对BOD、SS、N的去除率较高；在处理废水的同时，可收获作物。
湿地系统：湿地处理系统是将污水投放到土壤经常处于饱和状态且生长有芦苇、香蒲等耐水性植物的沼泽地上，污水沿一定方向流动，在流动过程中，在耐水性植物和土壤的联合作用下，污水得到净化的一种土地处理工艺。分为天然湿地系统；自由水面人工湿地；人工潜流湿地系统；
地下渗滤系统：将废水投配到具有一定构造、距地面约0.5m深，有良好渗透性土地层中，藉毛管浸润和土壤渗滤作用，使废水向四周扩散，通过过滤、沉淀、吸附、生物降解等过程使废水得到净化； 适用于分散的居民点。处理效果稳定；基建投资省、运行费低。

污泥的处理与处置工艺
污泥性质的指标

含水率和含固率
V1/V2=(100-p2)/(100-p1)
挥发性固体（有机物含量越高，污泥的稳定性就更差）
有毒有害物质
脱水性能
污泥过滤比阻抗值（r）（其值越大，越难过滤，其脱水性能越差）
污泥毛细管吸水时间（CST）

污泥中的水分
游离水
毛细水
内部水
附着水

污泥处置方法
污泥利用
填埋
焚烧
投放

污泥处置前的处理工艺
浓缩（重力浓缩法、气浮浓缩法、离心浓缩法）处理后含固率8~10%
稳定（厌氧消化、好氧稳定、加热稳定）
↓
传统消化池、高速消化池、两级消化池
调理（加药调理法：铁盐、铝盐）
脱水或干化（真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机、离心脱水机，自然干化法）处理后含固率70~90%