水污染控制工程复习提要(1).doc

第九章、污水水质和污水出路
1. 污水的水质（水质参数:水中污染物程度的表示）
水质指标是水中杂质共同表现的综合特征。水中杂质具体衡量的尺度称为水质指标。它是对水体进行监测、评价、利用和污染处理的主要根据。它水质指标项目繁多，主要可分为三类：
第一类：物理性水质指标：温度、色度、臭味、浊度、悬浮固体等；
第二类：化学性水质指标：pH值、硬度、各种阴阳离子等；
第三类：生物学水质指标：细菌总数、大肠菌群数、各种病原菌数、病毒数等。
2. 水污染控制
指控制废水对环境的污染，防止水资源的破坏和环境质量的下降，将“防”、“治”、“管”结合起来。
3. 环境标准
地面水环境质量标准
⑴该标准分为五类：
I 类 主要适用于源头水、国家自然保护区；
II类 主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵区
III类 主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区
IV 类 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区
V 类 主要适用于农业用水区及一般景观要求区域
⑵污水综合排放标准
本标准按照地面水域使用要求和污水排放去向，对排放的污水分别执行一、二、三级标准。
特殊保护水域：城镇集中式生活饮用水源地一级保护区、国家划定的重点风景名胜区水体、珍贵鱼类保护区及其它有特殊经济文化价值的水体保护区，以及海水浴场等水体，不得新建排污口，现有的排污单位有地方环保部门从严控制，以保证收纳水体符合规定用途的水质标准。
重点保护水域：城镇集中式生活饮用水源地二级保护区、一般经济鱼业水区等，对排入本区水域的污水执行一级标准。
一般保护水域：一般工业用水区、景观用水区及农业用水区、港口和海洋开发作业区，对排入本区水域的污水执行二级标准，
对排入城镇下水道并进入二级处理区进行生物处理的污水执行三级标准(二级标准以下的污水不能直接排放）。
对排入未设置二级污水处理厂的城镇下水道的污水，必须根据下水道出水受纳水体的功能要求，分别执行一级及二级标准。
⑶第一类污染物：指能在环境或动植物体内积累，对人体健康产生长远不良影响的污染物。对含有此类污染物的污水，不分行业和污水排放方式，也不分受纳水体的功能类别，一律在车间或车间处理设施排出口取样，其最高允许排放浓度必须符合表2-3的规定。
第二类污染物：指其长期影响小于第一的污染物，在排放单位排除口取样，其最高排放浓度要按地面水使用功能的要求和污水排放去向，分别执行表1－5中的一、二、三级标准。
4. 污水处理的分级
①一级处理（Primary Treatment）(预处理)
主要分离水中的悬浮固体物、胶体物、浮油等，调节pH值、减轻废水的腐化程度和后续处理工艺的处理方法。可以采用水质调节、自然沉降、上浮、隔油、筛滤和预曝气等。
对城市污水，一级处理的ＢＯＤ去除率为20－40％ ， SS去除率 50－70％。
经一级处理后，一般不到排放标准，特别是除去溶解性的和呈胶体状态的有机污染物。所以一般以一级处理为预处理，以二级处理为主体，必要时再进行三级处理，即深度处理, 使污水达到排放标准或补充工业用水和城市供水。
②二级处理（Second Treatment）
主要是去除可生物降解的可溶性有机和部分胶体污染物，用以减少废水中的BOD和部分COD，通常采用生物化学方法处理。近年来，有采用化学或生物处理法作为二级处理主体工艺的趋势，并随着化学药剂品种的不断增加，处理设备和工艺的不断改进而得到推广，如含磷酸盐废水和含胶体物质的废水须用化学混凝沉淀法处理。因此，二级处理作为生化处理的同义词已经失去意义。
对城市污水，二级处理的ＢＯＤ去除率为75－95 ％ ， SS去除率 75－95 ％。
③污水的三级处理（Tertiary Treatment）(深度处理 Advanced Treatment)
主要是去除生物难降解的有机物（BOD和COD）和废水中溶解的无机污染物、颜色和异味，特别是除磷和氮等。一个完善的三级处理往往以废水回收和回用为目的。它由处除磷、除氮和除生物难降解有机物、除病毒和病原菌等单元过程。常用的方法有生物硝化和反硝化，活性碳吸附，化学氧化，离子交换或膜分离技术等。
5. 城市废水处理的一般流程
废水
格栅
沉砂池
沉淀池
生物
处理
二次
沉淀池
三级
处理

污泥处理
垃圾
处理
沉渣
处理
污泥
浓缩
一级处理出水
沉渣
处理
二级处理出水
部分污泥回流
三级处理出水
一级处理
二级处理
三级处理

第十章、污水的物理处理
1. 格栅和筛网
⑴格栅
①定义：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。
②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。
③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。
④格栅的清渣方法
人工清除：与水平面倾角：45º~60º；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：60º~70º；过水面积一般应不小于进水管渠的有效面积的1.2倍。
⑵筛网
①作用：用于废水处理或短小纤维的回收
②形式：振动筛网；水力筛网
⑶格栅、筛网截留的污染物的处置方法：
填埋；焚烧（820℃以上）；堆肥；将栅渣粉碎后再返回废水中，作为可沉固体进入初沉池。
2. 沉淀的基础理论

⑴定义：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程。
⑵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。
⑶沉淀类型
根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，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（5000mg/L以上）；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。
⑷沉淀池的工作原理
理想沉淀池分为：进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域四个部分
3. 沉砂池
⑴基本概念
沉砂池的作用：从污水中去除砂子、煤渣等密度较大的无机颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行；
沉砂池的工作原理：以重力或离心力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能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。
沉砂池的几种形式：平流式、竖流式、曝气沉砂池、旋流式沉砂池、Doer沉砂池等。
⑵沉砂池工程设计中的设计原则与主要参数
①城市污水厂一般均设置沉砂池，并且沉砂池的个数或分格数应不 小于2；工业污水是否要设置沉砂池，应根据水质情况而定。
②设计流量应按分期建设考虑：最大时流量、最大组合流量、合流制流量。
③沉砂池去除的砂粒相对密度为2.65，粒径为0.2mm以上。
④城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算，其含水率约为60%，容重约1500kg/m3。
⑤贮砂斗的容积应按2d沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于55º,排砂管直径不应小于200mm。
⑥沉砂池的超高不宜小于0.3m。
⑶主要沉砂池
①平流式沉砂池

Ⅰ.平流式沉砂池的系统参数 ：
污水在池内的最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s；
最大流量时，污水在池内的停留时间不少于30s，一般为30~60s；
有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25~1.0m，池宽不小于0.6m；
池底坡度一般为0.01~0.02，当设置除砂设备时，可根据除砂设备的要求，考虑池底形状。
Ⅱ.平流式沉砂池的计算公式 ：
长度L：
式中：v——最大设计流量时的速度，m/s；t——最大设计流量时的停留时间, s。
水流断面面积A：
式中：qvmax——最大设计流
池总宽度b：
式中： h2——设计有效水深。
贮砂斗所需容积V：

式中: X——城市污水的沉砂量, 一般采用30m3/ (106m3污水）; T——排砂时间的间隔,d; kz ——生活污水流量的总变化系数。
贮砂斗个部分尺寸计算：
设贮砂斗底宽b1=0.5m；斗壁与水平面的倾角为60º；则贮砂斗的上口宽b2为：

贮砂斗的容积V1：
式中:h’3 ——贮砂斗高度，m；S1，S2 ——贮砂斗上口和下口 的面积。
贮砂室的高度h3：
设采用重力排砂，池底坡度i=6%，坡向砂斗，则

池总高度h：
式中: h1——超高，m；h2——有效水深,m; h3——贮砂斗高度,m。
核算最小流速vmin ：

式中:qvmin ——设计最小流量，m3/s；n1——最小流量时工作 的沉砂池数目;Amin——最小流量时沉砂池中的水流断面面积，m2。
②曝气沉砂池
Ⅰ.曝气沉砂池的特点：沉砂中含有机物的量低于5%；由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡以及加速污水中油类的分离等作用。
Ⅱ.曝气沉砂池的构造：
曝气沉砂池是一个长形渠道，沿渠道壁一侧的整个长度上，距池底约60~90cm处设置曝气装置；
在池底设置沉砂斗，池底有i=0.1~0.5的 坡度，以保证砂粒滑入砂槽；
为了使曝气能起到池内回流作用，在必要时可在设置曝气装置的一侧装设挡板。
Ⅲ.曝气沉砂池的工作原理
污水在池中存在着两种运动形式，其一为水平流动（一般流速0.1m/s），同时在池的横断面上产生旋转流动（旋转流速0.4m/s ），整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。
由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦，并受到气泡上升时的冲刷作用，使粘附在砂粒上的有机污染物得以去除，沉于池底的砂粒较为纯净，有机物含量只有5%左右，长期搁置也不至于腐化。
Ⅳ. 曝气沉砂池的设计参数
水平流速一般取0.08~0.12m/s;
污水在池内的停留时间为4~6min；雨天最大流量时间为1~3 min。如作为预曝气，停留时间为10~30min;
池的有效水深为2~3m，池宽与池深比为1~1.5，池的长宽比可达5，当池长宽比大于5时，应考虑设置横向挡板;
曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为2.5~6.0mm，距池底约为0.6~0.9m，并应有调节阀门;
曝气沉砂池的形状应尽可能不产生偏流和死角，在砂槽上方宜安装纵向挡板，进出口布置，应防止产生短流。
4. 沉淀池
⑴沉淀池的分类
①按使用功能分
初次沉淀池：生物处理法中的预处理，去除约30%的BOD5，55%的悬浮物；
二次沉淀池：生物处理构筑物后，是生物处理工艺的组成部分。
②按水流方向分
平流式：池型：长方形一端进水,另一端出水；贮泥斗在池进口。
竖流式：池内水流由下向上；池型:多为圆形, 有方形或多角形；池中央进水，池四周出水；贮泥斗在池中央。
辐流式：池内水流向四周辐流；池型:多为圆形, 有方形或多角形；池中央进水，池四周出水；贮泥斗在池中央。
⑵沉淀池特点与适用条件
池型
池型
缺点
适用条件
平流式
1. 对冲击负荷和温度变化的适应能力较强；
2. 施工简单，造价低
采用多斗排泥，每个泥斗需单独设排泥管各自排泥，操作工作量大，采用机械排泥，机件设备和驱动件均浸于水中，易锈蚀
1. 适用地下水位较高及地质较差的地区；
2. 适用于大、中、小型污水处理厂
竖流式
1. 排泥方便，管理简单；
2. 占地面积较小
1. 池深度大，施工困难；
2. 对冲击负荷和温度变化的适应能力较差；
3. 造价较高；
4. 池径不宜太大
适用于处理水量不大的小型污水处理厂
辐流式
1. 采用机械排泥，运行较好，管理较简单；
2. 排泥设备已有定型产品
1. 池水水流速度不稳定；
2. 机械排泥设备复杂，对施工质量要求较高
1. 适用于地下水位较高的地区；
2. 适用于大、中型污水处理厂
⑶沉淀池的组成
沉淀池由五部分组成：
进水区、出水区的功能是使水流的进入与流出保持平稳，以提高沉淀效率。
沉淀区是沉淀进行的主要场所。
贮泥区贮存、浓缩与排放污泥。
缓冲区避免水流带走沉在池底的污泥。
⑷沉淀池的运行方式
①间歇式
工作过程：进水、静止、沉淀、排水。
污水中可沉淀的悬浮物在静止时完成沉淀过程，由设置在沉淀池壁不同高度的排水管排出
②连续式
工作过程：污水连续不断地流入与排出。
污水中可沉颗粒的沉淀在流过水池时完成，这时可沉颗粒受到重力所造成的沉速与水流流动的速度两方面的作用。
⑸沉淀池的一般设计原则及参数
①设计流量
沉淀池的设计流量与沉砂池的设计流量相同。在合流制的污水处理系统中，当废水是自流进入沉淀池时，应按最大流量作为设计流量；当用水泵提升时，应按水泵的最大组合流量作为设计流量。在合流制系统中,应按降雨时的设计流量校核，但沉淀时间应不小于30min。
②沉淀池的只数
对于城市污水厂，沉淀池的个数不应少于2只。
③沉淀池的经验设计参数
对于城市污水处理厂，如无污水沉淀性能的实测资料时，可参照教材表10-8的经验参数选用。
④沉淀池的有效水深、沉淀时间与表面水力负荷的相互关系
见教材表10-9。
⑤沉淀池的几何尺寸
池超高不少于0.3m；缓冲层高采用0.3~0.5m；贮泥斗斜壁的倾角，方斗不宜小于60º，圆斗不宜小于55º；排泥管直径不小于200mm。
⑥沉淀池出水部分
一般采用堰流, 在堰口保持水平。出水堰的负荷:对初沉池, 应不大于2.9L/(s·m); 对二次沉淀池, 一般取1.5~2.9 L/(s·m)。亦可采用多槽出水布置，以提高出水水质。
⑦贮泥斗的容积
一般按不大于2d的污泥量计算。对二次沉淀池，按贮泥时间不超过2h计。
⑧排泥部分
沉淀池一般采用静水压力排泥，静水压力数值如下：初次沉淀池不应小于14.71kPa（1.5mH2O）；活性污泥法的二沉池应不小于8.83 kPa（0.9mH2O）；生物膜法的二沉池应不小于11.77 kPa（1.2mH2O）。
5. 平流式沉淀池
平流式沉淀池的构造及工作特点：
①进水区有整流措施，保证入流污水均匀稳定地进入沉淀池。
②出水区设出水堰，控制沉淀池内的水面高度，保证沉淀池内水流的均匀分布。
③沉淀池应沿整个出流堰的单位长度溢流量相等，对于初沉池一般为250m3/（m·d），二沉池为130~250 m3/（m·d）。
④锯齿形三角堰应用最普遍，水面宜位于齿高的1/2处。
⑤为适应水流的变化或构筑物的不均匀沉降，在堰口处需要设置能使堰板上下移动的调节装置，使出口堰口尽可能水平。
⑥堰前应设置挡板，以阻拦漂浮物，或设置浮渣收集和排除装置。
⑦多斗式沉淀池，不设置机械刮泥设备。每个贮泥斗单独设置排泥管，各自独立排泥，互不干扰，保证沉泥的浓度。
平流式沉淀池的设计：
①沉淀池的表面积A：

式中：qvmax ——最大设计流量；m3/s；q ——表面水力负荷, m3/(m2·h)，初沉池一般取1.5~3 m3/(m2·h)，二沉池一般取1~2m3/(m2·h)。
②沉淀区有效水深h2：

式中：t ——沉淀时间,h,初沉池一般取1~2h,二沉池一般取1.5~2.5h。淀区有效水深h2通常取2~3m。
③沉淀区有效容积V1： 或
④沉淀池长度L：
式中：v ——最大设计流量时的水平流速, mm/s; 一般不大于5mm/s。
⑤沉淀池总宽度b：

⑥沉淀池的个数n：
式中: b′——每个沉淀池宽度。平流式沉淀池的长度一般为30~50m，为了保证污水在池内分布均匀，池长与池宽比不小于4，以4~5为宜。
⑦污泥区容积：
对于生活污水，污泥区的总容积V：
式中：S ——每人每日的污泥量，L/(d·人),可参考教材表10-8；N ——设计人口数，人；T ——污泥贮存时间，d。
⑧沉淀池的总高度h：

式中：h1 ——沉淀池超高, m;一般取0.3m；h2 ——沉淀区的有效深度，m；h3 ——缓冲层高度，m；无机械刮泥设备时,取0.5m；有机械刮泥设备时，其上缘应高出刮板0.3m； h4 ——污泥区高度，m；h4′——泥斗高度，m；h4″——梯形的高度，m。
⑨污泥斗的容积V1：

式中:S1 ——污泥斗的上口面积,m2；S2 ——污泥斗的下口面积，m2。

⑩污泥斗以上梯形部分污泥容积V2：

式中：L1 ——梯形上底边长, m；L2 ——梯形上底边长，m。
6. 竖流式沉淀池
⑴竖流式沉淀池的工作原理
在竖流式沉淀池中，污水是从下向上以流速v做竖向流动，废水中的悬浮颗粒有以下三种运动状态：
当颗粒属于自由沉淀类型时，其沉淀效果（在相同的表面水力负荷条件下）竖流式沉淀池的去除率要比平流式沉淀池低。
当颗粒属于絮凝沉淀类型时，由于在池中的流动存在着各自相反的状态，就会出现上升着的颗粒与下降着的颗粒，上升颗粒与上升颗粒之间、下沉颗粒与下沉颗粒之间的相互接触、碰撞，致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒的沉淀。
⑵竖流式沉淀池的构造
竖流式沉淀池的平面可为圆形、正方形或多角形。
竖流式沉淀池的深、宽（径）比一般不大于3，通常取2。
7. 辐流式沉淀池
⑴辐流式沉淀池的构造及特点
①辐流式沉淀池是一种大型沉淀池，池径可达100m,池周水深1.5~3.0m。
②有中心进水、周边进水、周进周出、旋转臂配水等几种形式。
③沉淀与池底的污泥一般采用刮泥机刮除，对辐流式沉淀池而言，目前常用的刮泥机械有中心传动式刮泥机和吸泥机以及周边传动式的刮泥机与吸泥机等。
⑵周边进水辐流式沉淀池的入流区在构造上的特点
①进水槽断面较大，而槽底的孔口较小，布水时的水头损失集中在孔口上，故布水比较均匀。
②进水挡板的下沿深入水面下约2/3深度处，距进水孔口有一段较长的距离，这有助于进一步把水流均匀地分布在整个入流渠的过水断面上，而且废水进入沉淀区的流速要小得多，有利于悬浮颗粒的沉淀。
8. 斜流式沉淀池
⑴斜流式沉淀池的构造
斜流式沉淀池是根据浅池理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管而构成。它由斜板（管）沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成。
按斜板或斜管间水流域污泥的相对运动方向来区分，斜流式沉淀池有同向流和异向流两种。污水处理中常采用升流式异向流斜流沉淀池。
异向斜流式沉淀池中，斜板（管）于水平面呈60º角，长度通常为1.0m左右，斜板净距（或斜管孔径）一般为80~100mm。斜板（管）区上部清水区水深为0.7~1.0m，底部缓冲层高度为1.0m。
⑵斜流式沉淀池在废水处理中的应用
斜流式沉淀池具有沉淀效率高、停留时间短、占地少等优点，在给水处理中得到比较广泛的应用，在废水处理中应用不普遍。在选矿水尾矿浆的浓缩、炼油厂含油废水的隔油等方面已有较成功的经验，在印染废水处理和城市污水处理中也有应用。
9. 隔油和破乳
⑴含油废水的来源：纺织工业中的洗毛废水；轻工业中的制革废水；石油开采及加工工业；铁路及交通运输工业；屠宰及食品加工；固体燃料热加工；机械工业中车削工艺中的乳化液。
⑵油的状态
①呈悬浮状态的可浮油：油滴的粒径较大，可以依靠油水密度差而从水中分离出来，对于石油炼厂废水而言，这种状态的油一般占废水中含油量的60%~80%左右。粒径：60μm以上平流分离100～150μm；斜板60μm以上；
②呈乳化状态的乳化油：非常细小的油滴，由于其表面有一层由乳化剂形成的稳定薄膜，阻碍油滴合并，故不能用静沉法从废水中分离出来；若能消除乳化剂的作用，乳化油剂可转化为可浮油，称为破乳。乳化油经过破乳之后，就能用沉淀法分离。细分散油粒： 10～60μm，乳化油：粒径< 10μm；
③呈溶解状态的溶解油：油品在水中的溶解度非常低，只有几个毫克每升。溶解油：5～15mg/L。
⑶油污染对环境的危害
①土壤：含油废水侵入土壤孔隙间形成油膜，产生堵塞作用，致使空气、水分及肥料均不能渗入土中，破坏土层结构，不利于农作物的生长,甚至导致农作物枯死。
②水体：含油废水排入水体后将在水面上产生油膜，阻碍大气中的氧向水体转移，使水生生物处于严重缺氧状态而死亡。在滩涂上还会影响养殖和利用。
③沟道：含油废水排入城市沟道，对沟道、附属设备及城市污水处理厂都会造成不良影响。
⑷乳化油及破乳方法
当油和水相混，又有乳化剂存在时，乳化剂会在油滴与水滴表面上形成一层稳定的薄膜，这时油和水就不会分层，而呈一种不透明的乳状液。当分散相是油滴时，称水包油乳状液；
当分散相是水滴时，则称为油包水乳状液。
破乳方法简介：
破乳的基本原理：破坏液滴界面上的稳定薄膜，使油、水得以分离。
①投加换型乳化剂：投入适量“换型剂”后，在水包油（或油包水）乳状液转型为油包水（或水包油）乳状液过程中，存在着一个转化点，这时的乳状液非常不稳定，油水可能形成分层。
②投加盐类、酸类：可使乳化剂失去乳化作用。
③投加某种本身不能成为乳化剂的表面活性剂：如异戊醇，从两相界面上挤掉乳化剂而使其失去乳化作用。
④搅拌、振荡、转动：通过剧烈的搅拌、振荡或转动，使乳化的液滴猛烈相碰撞而合并。
过滤：如以粉末为乳化剂的乳状液，可以用过滤法拦截被固体粉末包围的油滴。
⑤改变温度：改变乳化液的温度来破坏乳化液的稳定。
⑥某些乳化液必须投加化学药剂破乳，如钙、镁、铁、铝的盐类或无机酸、碱、混凝剂等。
10. 气浮法
⑴基本概念
在水处理工程采用的气浮法是从液相中去除固体颗粒最常用和有效的净水方法之一。
定义：利用高度的微小气泡（〈0.1mm〉)作为载体去粘附废水中的污染物，并使其随气泡浮升到以实现固液分离的技术。
⑵气浮法的类型
①按生产细微气泡的方法分
分散空气气浮法：微气泡曝气浮法、剪切气泡气浮法；
电解气浮法；
溶解空气浮法：真空气浮法、加压溶气气浮法。
第十一章、污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础
1. 废水的好氧生物处理
好氧生物处理是在有游离氧（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。微生物利用废水中存在的有机污染物（以溶解状与胶体状的为主），作为营养源进行好氧代谢。这些高能位的有机物质经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物质稳定下来，达到无害化的要求，以便返回自然环境或进一步处置。
好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，故处理构筑物容积较小。且处理过程中散发的臭气较少。所以，目前对中、低浓度的有机废水，或者说BOD5浓度小于500mg/L的有机废水，基本上采用好氧生物处理法。
在废水处理工程中，好氧生物处理法有活性污泥法和生物膜法两大类。
2. 废水的厌氧生物处理
废水的厌氧生物处理是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。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、转化为简单的化合物，同时释放能量。
在这个过程中，有机物的转化分为三部分进行：部分转化为CH4，这是一种可燃气体，可回收利用；还有部分被分解为CO2、H2O、NH3、H2S等无机物，并为细胞合成提供能量；少量有机物被转化、合成为新的原生质的组成部分。由于仅少量有机物用于合成，故相对于好氧生物处理法，其污泥增长率小得多。
由于废水厌氧生物处理过程不需另加氧源，故运行费用低。此外，它还具有剩余污泥量少、可回收能量（CH4）等优点。
其主要缺点是反应速度较慢，反应时间较长，处理构筑物容积大等。为维持较高的反应速度，需维持较高的温度，就要消耗能源。
对于有机污泥和高浓度有机废水（一般BOD5≥2000mg/L）可采用厌氧生物处理法。
3. 微生物的生长规律和生长环境
⑴微生物的生长规律一般是以生长曲线来反映。
按微生物生长速率，其生长可分为四个生长期：停滞期（调整期）；对数期（生长旺盛期）；静止期（平衡期）；衰老期（衰亡期）。
⑵影响微生物生长的环境因素
①微生物的营养：
微生物要求的营养物质必须包括组成细胞的各种原料和产生能量的物质，主要有：水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生长因素。
②温度：
各类微生物所生长的温度范围不同，约为5℃ ～80℃ 。此温度范围，可分为最低生长温度、最高生长温度和最适生长温度（是指微生物生长速度最快时温度）。
依微生物适应的温度范围，微生物可以分为中温性（20～45℃ ） 、好热性（高温性）（45℃以上）和好冷性（低温性）（20℃以下）三类。
当温度超过最高生长温度时，会使微生物的蛋白质迅速变性及酶系统遭到破坏而失活，严重者可使微生物死亡。低温会使微生物代谢活力降低，进而处于生长繁殖停止状态，但仍保存其生命力。
③pH：
不同的微生物有不同的pH适应范围。
细菌、放线菌、藻类和原生动物的pH适应范围是在4～10之间。
大多数细菌适宜中性和偏碱性（pH＝6.5～7.5）的环境。
废水生物处理过程中应保持最适pH范围。当废水的pH变化较大时，应设置调节池，使进入反应器（如曝气池）的废水，保持在合适的pH范围。
④溶解氧
溶解氧是影响生物处理效果的重要因素。
好氧微生物处理的溶解氧一般以2～4mg/L为宜。
⑤有毒物质
在工业废水中，有时存在着对微生物具有抑制和杀害作用的化学物质，这类物质我们称之为有毒物质。其毒害作用主要表现在细胞的正常结构遭到破坏以及菌体内的酶变质，并失去活性。在废水生物处理时，对这些有毒物质应严加控制，但毒物浓度的允许范围，需要具体分析。
第十二章、活性污泥法
1.基本概念
⑴定义：由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。
⑵活性污泥的性质：颜色－黄褐色；味道－土腥味；状态－似矾花絮绒颗粒；相对密度－曝气池混合液：1.002～1.003，回流污泥：1.004～1.006；粒经－0.02～0.2mm；比表面积－20～100cm2/mL。
⑶活性污泥的组成
①按栖息着的微生物分：大量的细菌；真菌；原生动物；后生动物。
除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主，是一个以细菌为主体的群体，除细菌外,还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物。
活性污泥中细菌含量一般在107～108个/mL；原生动物103个/mL，原生动物中以纤毛虫居多数，固着型纤毛虫可作为指示生物，固着型纤毛虫如钟虫、等枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时，说明培养成熟且活性良好。
②干固体和水分
含水98％~99％；干固体1％~2%：MLSS（MLVSS与NVSS）
③按有机性和无机性成分：
MLSS表示悬浮固体物质总量，MLVSS挥发性固体成分表示有机物含量，MLNVSS灼烧残量，表示无机物含量。
MLVSS包含了微生物量，但不仅是微生物的量，由于测定方便，目前还是近似用于表示微生物的量。
⑷活性污泥的沉降浓缩性能
①污泥沉降比SV：取混合液至1000mL或100mL量筒，静止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的体积，以占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比。
②污泥体积指数SVI：SV不能确切表示污泥沉降性能，故人们想起用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能，简称污泥指数，单位为mL/g。
2.活性污泥法的基本流程

3. 活性污泥降解污水中有机物的过程
活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段：
①吸附阶段：由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。
②稳定阶段：主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。
4.废水中的有机物

中的有机物

残留在废水中的有机物

从废水中去除的有机物
微生物不能利用的有机物

微生物能利用的有机物

微生物能利用而尚未利用的有机物

微生物不能利用的有机物
微生物已利用的有机物（氧化和合成）

（吸附量）
增殖的微生物体
氧化产物

5.
曲线①反映污水中有机物的去除规律；
曲线②反映活性污泥利用有机物的规律；
曲线③反映了活性污泥吸附有机物的规律。

在曝气过程中：
①污水中有机物的去除在较短时间内就基本完成了；
②污水中的有机物先是转移到(吸附)污泥上，然后逐渐为微生物所利用；
③吸附作用在相当短的时间内就基本完成了；
④微生物利用有机物的过程比较缓慢。
6. 气体传递和曝气池
⑴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。
⑵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。
⑶曝气作用
好氧微生物的需氧代谢；兼性微生物酶的好氧合成；混合液的搅拌作用（厌氧、缺氧池另加搅拌器）。
⑷曝气方式
①鼓风曝气系统
②机械曝气装置：纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器
③鼓风+机械曝气系统
④其他：富氧曝气、纯氧曝气
⑸曝气设备性能指标
①氧转移率：单位为mg（O2）/（L·h）。
②充氧能力（或动力效率）：即每消耗1kW·h动力能传递到水中的氧量（或氧传递速率）,单位为kg（O2）/（kW·h）。
③氧利用率：通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的比例，单位为％。
7.曝气池
⑴推流式曝气池
推流式曝气池的长宽比一般为5～10；水方式不限；出水用溢流堰。
推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为1～2。
根据横断面上的水流情况，可分为平流推移式和旋转推移式。
⑵完全混合曝气池
池形：圆形、方形、矩形。
根据和沉淀池的关系，可分为分建式与合建式。
8. 活性污泥法的多种运行方式
⑴渐减曝气
在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的。实际情况是：前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要。
渐减曝气的目的就是合理地布置扩散器，使布气沿程变化，而总的空气量不变，这样可以提高处理效率。
⑵分步曝气
把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水。

⑶完全混合法
在分步曝气的基础上，进一步大大增加进水点，同时相应增加回流污泥并使其在曝气池中迅速混合，长条形池子中也能做到完全混合状态。

完全混合法的特征：
①池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，生活环境也基本相同。
②入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小，因为骤然增加的负荷可为全池混合液所分担，而不是像推流中仅仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种意义上来讲，是一个大的缓冲器和均和池，在工业污水的处理中有一定优点。
③池液里各个部分的需氧量比较均匀。
⑷浅层曝气
特点：气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率是最大的。在水的浅层处用大量空气进行曝气，就可以获得较高的氧传递速率。
⑸深层曝气
⑹高负荷曝气或变形曝气
部分污水厂只需要部分处理，因此产生了高负荷曝气法。
曝气池中的MLSS约为300～500mg/L，曝气时间比较短，约为2～3h，处理效率仅约65％左右，有别于传统的活性污泥法，故常称变形曝气。
⑺克劳斯法
克劳斯工程师把厌氧消化的上清液加到回流污泥中一起曝气，然后再进入曝气池，克服了高碳水化合物的污泥膨胀问题，这个方法称为克劳斯法。
消化池上清液中富有氨氮，可以供应大量碳水化合物代谢所需的氮。
消化池上清液夹带的消化污泥相对密度较大，有改善混合液沉淀性能的功效。
⑻延时曝气
延时曝气的特点：
①曝气时间很长，达24h甚至更长，MLSS较高，达到3000～6000mg/L；
②活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态，剩余污泥少而稳定，无需消化，可直接排放；
③适用于污水量很小的场合，近年来，国内小型污水处理系统多有使用。
⑼接触稳定法
混合液曝气过程中第一阶段BOD5的下降是由于吸附作用造成的，对于溶解的有机物，吸附作用不大或没有，因此，把这种方法称为接触稳定法，也叫吸附再生法。混合液的曝气完成了吸附作用，回流污泥的曝气完成稳定作用。
直接用于原污水的处理比用于初沉池的出流处理效果好；可省去初沉池；此方法剩余污泥量增加。
⑽氧化沟
氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，它的池体狭长，池深较浅，在沟槽中设有表面曝气装置。
曝气装置的转动，推动沟内液体迅速流动，具有曝气和搅拌两个作用，沟中混合液流速约为0.3～0.6m/s，使活性污泥呈悬浮状态。
⑾纯氧曝气
纯氧代替空气，可以提高生物处理的速度。
在密闭的容器中，溶解氧的饱和度可提高，氧溶解的推动力也随着提高，氧传递速率增加了，因而处理效果好，污泥的沉淀性也好。纯氧曝气并没有改变活性污泥或微生物的性质，但使微生物充分发挥了作用。
纯氧曝气的缺点是纯氧发生器容易出现故障，装置复杂，运转管理较麻烦。
⑿活性污泥生物滤池（ABF工艺）
在通常的活性污泥过程之前设置一个塔式滤池，它同曝气池可以是串联或并联的。
塔式滤池滤料表面附着很多的活性污泥，因此滤料的材质和构造不同于一般生物滤池。
滤池也可以看作采用表面曝气特殊形式的曝气池，塔是一外置的强烈充氧器。因而ABF可以认为是一种复合式活性污泥法。
⒀吸附－生物降解工艺（AB法）

A级以高负荷或超高负荷运行，B级以低负荷运行，A级曝气池停留时间短，30～60min，B级停留时间2～4h。
该系统不设初沉池，A级曝气池是一个开放性的生物系统。A、B两级各自有独立的污泥回流系统，两级的污泥互不相混。
处理效果稳定，具有抗冲击负荷和pH变化的能力。该工艺还可以根据经济实力进行分期建设。
⒁序批式活性污泥法（SBR法）
SBR工艺的基本运行模式由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的。
SBR工艺与连续流活性污泥工艺相比的优点：
①工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无