水污染控制工程復(fù)習(xí)

1、水污染控制工程第十一章：污水生物處理的基本概念和生化反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)1、污水生物處理：微生物在酶的催化作用下，利用微生物的新陳代謝功能，對污水中的污染物質(zhì)進(jìn)行分解和轉(zhuǎn)化。新陳代謝：微生物不斷從外界環(huán)境中攝取營養(yǎng)物質(zhì)，通過生物酶催化的復(fù)雜生化反應(yīng)，在體內(nèi)不斷進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化和交換的過程。微生物代謝由分解代謝（異化）和合成代謝（同化）組成：分解代謝：是微生物在利用底物的過程中，一部分底物在酶的催化作用下降解并同時釋放出能量的過程，這個過程也稱為生物氧化；合成代謝：是微生物利用另一部分底物或分解代謝過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，在合成酶的作用下合成微生物細(xì)胞的過程，合成代謝所需的能量由分解代謝提供。2、根據(jù)氧化還

2、原反應(yīng)中最終電子受體的不同，分解代謝可分為發(fā)酵和呼吸兩種類型。呼吸又分為好氧呼吸和缺氧呼吸兩種方式。發(fā)酵：微生物將有機物氧化釋放的電子直接交給底物本身未完全氧化的某中間產(chǎn)物，同時釋放能量并產(chǎn)生不同代謝產(chǎn)物。即指供氫體和受氫體都是有機化合物的生物氧化作用，最終受氫體無需外加，就是供氫體的分解產(chǎn)物（有機物）（這種生物氧化作用不徹底，最終形成的還原性產(chǎn)物，是比原來底物簡單的有機物，在反應(yīng)過程中，釋放的自由能較少，故厭氧微生物在進(jìn)行生命活動過程中，為了滿足能量的需要，消耗的底物要比好氧微生物的多。）呼吸：微生物在降解底物的過程中，將釋放出的電子交給NAD（P）（輔酶）、FAD、FMN等電子載體，再經(jīng)電

3、子傳遞系統(tǒng)，傳給外源電子受體，從而生成水或其他還原型產(chǎn)物并釋放能量的過程。（好氧呼吸：以分子氧作為最終電子受體；缺氧呼吸：以氧化型化合物作為最終電子受體。好氧呼吸反應(yīng)的電子供體根據(jù)微生物不同而異，異養(yǎng)微生物為有機物自養(yǎng)微生物為無機物。）3、好氧生物處理：污水中有分子氧存在的條件下，利用好氧微生物包括兼養(yǎng)微生物降解有機物，使其穩(wěn)定、無害化的處理方式。缺氧生物處理：是在水中無分子氧存在，但存在如硝酸鹽等化合態(tài)氧的條件下進(jìn)行的生物處理過程。厭氧生物處理：在沒有分子氧及化合態(tài)氧存在的條件下，兼性細(xì)菌與厭氧細(xì)菌降解和穩(wěn)定有機物的生物處理方法。4、脫氮除磷基礎(chǔ)理論生物脫氮：生物脫氮是含氮化合物經(jīng)過氨化、硝

4、化和反硝化后，轉(zhuǎn)變?yōu)镹2而被去除的過程。其中氨化可在好氧或厭氧條件下進(jìn)行，硝化作用是在好氧條件下進(jìn)行，反硝化作用在缺氧條件下進(jìn)行。氨化反應(yīng)：微生物分解有機氮化合物產(chǎn)生氨的過程稱為氨化反應(yīng)。硝化反應(yīng)：在亞硝化菌和硝化菌的作用下，將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程。反硝化反應(yīng)：在缺氧條件下，亞硝酸根離子和硝酸根離子在反硝化菌的作用下被還原為氮氣的過程。同化作用：污水中的一部分氮被同化成微生物細(xì)胞的組成部分，并以剩余活性污泥的形式得以從污水中去除的過程。生物除磷：最基本的原理即是在厭氧好氧或厭氧缺氧交替運行的系統(tǒng)中，利用聚磷微生物具有厭氧釋磷及好氧超量吸磷的特性，使好氧或缺氧段中混合液磷的濃度大量

5、降低，最終通過排放含有大量富磷污泥而達(dá)到從污水中除磷的目的。5、微生物的生長規(guī)律：延遲期、對數(shù)增長期、穩(wěn)定期、衰亡期A、延遲期：這是微生物細(xì)胞剛進(jìn)入新環(huán)境的時期，由于細(xì)胞需要適應(yīng)新的環(huán)境，細(xì)胞便開始吸收營養(yǎng)物質(zhì)，合成新的酶系。一般不繁殖，活細(xì)胞數(shù)目不會增加，甚至由于不適應(yīng)新的環(huán)境，接種活細(xì)胞可能有所減少，但細(xì)胞體積顯著增大。B、對數(shù)增長期：開始以基本恒定的生長速率進(jìn)行繁殖，細(xì)胞的形態(tài)特征與生理特征比較一致（即細(xì)胞的大小、形態(tài)及生理生化反應(yīng)比較一致）從生長曲線上可看出細(xì)胞增殖數(shù)量與培養(yǎng)時間基本上呈直線關(guān)系。大量消耗了限制性的底物，同時細(xì)胞內(nèi)代謝物質(zhì)也豐富積累。C、穩(wěn)定期（減速增長期）：營養(yǎng)物質(zhì)不

6、斷消耗，代謝物質(zhì)不斷累積，環(huán)境條件的改變不利于微生物的生長，這就是出現(xiàn)了所謂的穩(wěn)定期。微生物細(xì)胞生長速率下降，死亡速率上升，新增加的細(xì)胞數(shù)與死亡細(xì)胞數(shù)趨于平衡，從生長曲線看，在一定的培養(yǎng)時間內(nèi)，細(xì)菌生長對數(shù)值幾乎不變，由于營養(yǎng)物質(zhì)減少，微生物活動能力降低，菌膠團細(xì)菌之間易于相互粘附，分泌物增多，活性污泥絮體開始形成。D、衰亡期（內(nèi)源呼吸期）：營養(yǎng)物質(zhì)已耗盡，微生物細(xì)胞靠內(nèi)源呼吸代謝以維持生存。生長速率為零，而死亡速率隨時間延長而加快，細(xì)胞形態(tài)呈衰退型，許多細(xì)胞出現(xiàn)自溶。此時由于能量水平低，絮凝體吸附有機物的能力顯著，但污泥活性降低，污泥較松散。第十二章：活性污泥法1、活性污泥：向生活污水注入空

7、氣進(jìn)行曝氣，并持續(xù)一段時間以后，污水中即生成一種絮凝體。這種絮凝體主要是由大量繁殖的微生物群體所構(gòu)成，它有巨大的表面積和很強的吸附性能，稱為活性污泥?；钚晕勰嘟M成：有活性的微生物Ma、微生物自身氧化殘留物Me、吸附在活性污泥上不能被微生物所降解的有機物Mi、無機懸浮固體Mii。2、活性污泥評價方法：生物相觀察：利用光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡，觀察活性污泥中的細(xì)菌、真菌、原生動物及后生動物等微生物的種類、數(shù)量、優(yōu)勢度及其代謝活動等等狀況，在一定程度上可反映整個系統(tǒng)的運行狀況?；旌弦簯腋」腆w濃度（MLSS）、混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）：MLSS：曝氣池中單位體積混合液中活性污泥懸浮固體的質(zhì)

8、量，也稱為污泥濃度，包括Ma、Me、Mi、Mii。MLVSS：混合液懸浮固體中有機物的質(zhì)量，包括Ma、Me、Mi。污泥沉降比SV：曝氣池混合液在l00mL量筒中，靜置沉降30min后，沉降污泥所占的體積與混合液總體積之比的百分?jǐn)?shù)。所以也常稱為30 min沉降比。 污泥體積指數(shù)SVI：曝氣池出口處混合液，靜置沉降30min后，每單位質(zhì)量干泥形成的濕污泥的體積，常用單位為mL/g。其測定方法：在曝氣池出口處取混合液樣品測定MLSS測定樣品的SV%，讀取沉淀污泥體積按下式計算SVI=沉淀污泥的體積/MLSS3、活性污泥法的基本流程：曝氣池、沉淀池、污泥回流及剩余污泥排除系統(tǒng)。污水和回流的活性污泥在一

9、起進(jìn)入曝氣池形成混合液。曝氣池是一個生物反應(yīng)器，通過曝氣設(shè)備沖入空氣，空氣中的氧氣溶入污水使活性污泥混合液產(chǎn)生好氧代謝反應(yīng)。曝氣設(shè)備不僅傳遞氧氣進(jìn)入混合液，同時起攪拌作用而使混合液呈懸浮狀態(tài)，這樣，污水中的有機物、氧氣與微生物能充分進(jìn)行傳質(zhì)和反應(yīng)，隨后混合液流入沉淀池，混合液中的懸浮固體在沉淀池中進(jìn)行固液分流，流出沉淀池的就是凈化水。沉淀池中的污泥大部分回流至曝氣池，稱為回流污泥，回流污泥的目的是使曝氣池內(nèi)保持一定的懸浮固體濃度，也就是保持一定的微生物濃度。曝氣池中的生化反應(yīng)導(dǎo)致微生物的增值，增值的微生物通常從沉淀池底泥中排出，以維持活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，從系統(tǒng)中排出的污泥叫剩余污泥。剩余污

10、泥中含有大量的微生物，排放環(huán)境前應(yīng)進(jìn)行有效處理和處置，防止污染環(huán)境。4、活性污泥降解污水中有機物的過程：活性污泥在曝氣過程中，對有機物的降解過程可分為兩個階段：吸附階段和穩(wěn)定階段。在吸附階段，主要是污水中的有機物轉(zhuǎn)移到活性上去，這是由于活性污泥具有巨大的表面積，而表面上又含有多糖類的粘性物質(zhì)所致。在穩(wěn)定階段，住傲視轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機物被微生物所利用。吸附階段很短，一般在1545分鐘左右就可完成吸附過程，而穩(wěn)定階段較長，污水中處于懸浮狀態(tài)和膠體狀態(tài)的有機物濃度越高，吸附效果越明顯。5、污泥齡：在處理系統(tǒng)（曝氣池）中微生物的平均停留時間。其實質(zhì)就是曝氣池中的活性污泥全部更新一次所需要的時間。6

11、、氣體傳遞原理：傳質(zhì)過程：物質(zhì)從一相傳遞到另一相的過程，稱之為物質(zhì)的傳遞過程。傳質(zhì)原因：相界面兩側(cè)物質(zhì)存在濃度差值，這個差值作為推動力，使物質(zhì)分之由濃度較高的一側(cè)向著較低一側(cè)擴散。7、雙膜理論的基本論點：氣、液兩相接觸的自由界面附近，分別存在著作層流流動的氣膜和液膜。在其外側(cè)則分別為氣相主體和液相主體，兩個主體均處于紊流狀態(tài)，紊流程度越高，對應(yīng)的層流膜的厚度就越薄。在兩膜以外的氣、液相主體中，由于流體的充分湍動（紊流），組分物質(zhì)的濃度基本上是均勻分布的，不存在濃度差。在氣膜中存在著氧的分壓梯度，在液膜中存在著氧的濃度梯度，它們是氧轉(zhuǎn)移的推動力。氧是一種難溶氣體，溶解度很小，故傳質(zhì)的阻力主要在于

12、液膜上，因此，通過液膜的傳質(zhì)速率是氧轉(zhuǎn)移過程的控制速率。8、曝氣設(shè)備主要分為：鼓風(fēng)曝氣和機械曝氣9、曝氣池容積設(shè)計計算：有機物負(fù)荷法和污泥泥齡法有機物負(fù)荷有兩種表示方法：活性污泥負(fù)荷和曝氣池容積負(fù)荷?；钚晕勰嘭?fù)荷：基于對活性污泥法中微生物生長曲線的理解，認(rèn)為微生物所處的生長階段決定于基質(zhì)的量F與微生物總量M的比例。容積負(fù)荷：單位容積曝氣池在單位時間內(nèi)所能接納的BOD5量。10、生物脫氮工藝：三段生物脫氮工藝 、前置缺氧一好氧生物脫氮工藝 、后置缺氧一好氧生物脫氮工藝、Bardenpho生物脫氮工藝11、脫氮、除磷組合工藝：SBR工藝：SBR工藝是將除磷脫氮的各種反應(yīng)，通過時間順序上的控制，在同

13、一反應(yīng)器中完成。如進(jìn)水后進(jìn)行一定時間的缺氧攪拌，好氧菌將利用進(jìn)水中攜帶的有機物和溶解氧進(jìn)行好氧分解，此時水中的溶解氧將迅速降低甚至達(dá)到零，這時厭氧發(fā)酵菌進(jìn)行厭氧發(fā)酵，反硝化菌進(jìn)行脫氮；然后停止攪拌一段時間，使污泥處于厭氧狀態(tài)，聚磷菌放磷；接著進(jìn)行曝氣，硝化菌進(jìn)行硝化反應(yīng)，聚磷菌吸磷，經(jīng)一定反應(yīng)時間后，停止曝氣，進(jìn)行靜止沉淀，當(dāng)污泥沉淀下來后，撇出上部清水而后再放人原水，如此周而復(fù)始。研究表明，SBR工藝可取得很好的脫氮除磷效果。自動控制系統(tǒng)的完善，為SBR的應(yīng)用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。SBR是間歇運行的，為了連續(xù)進(jìn)水，至少需設(shè)置二套SBR設(shè)施，進(jìn)行切換。 第十三章：生物膜法1、生物膜法是一大類生物處理

14、法的統(tǒng)稱，包括：生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化池、曝氣生物濾池、生物流化床等工藝形式。共同特點是微生物附著生長在濾料或填料表面上，形成生物膜。生物膜法的基本原理：生物膜法利用固著生長的微生物生物膜的代謝作用去除有機物有厭氧和好氧兩種，主要適于處理溶解性有機物。污水同生物膜接觸后，溶解性有機物和少量懸浮物被生物膜吸附并降解為穩(wěn)定的無機物（CO2、H2O等）2、生物濾池的構(gòu)成：濾床及池體、布水設(shè)備、排水系統(tǒng)。生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)成：轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)盤、廢水處理槽和驅(qū)動裝置等。生物接觸氧化池的構(gòu)成：池體，填料和進(jìn)水布?xì)庋b置。第十五章：污水的厭氧生物處理1、污水厭氧處理的基本原理：厭氧消化機理：廢水厭氧生物處理是

15、指在無分子氧條件下通過厭氧微生物 (包括兼氧微生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程，也稱為厭氧消化。 與好氧過程的根本區(qū)別在于不以分子態(tài)氧作為受氫體，而以化合態(tài)氧、碳、硫、氮等作為受氫體。 厭氧生物處理是一個復(fù)雜的微生物化學(xué)過程，依靠三大主要類群的細(xì)菌，即水解產(chǎn)酸細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌的聯(lián)合作用完成。厭氧消化過程：水解發(fā)酵階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。 第一階段為水解酸化階段。復(fù)雜的大分子、不溶性有機物先在細(xì)胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機物，然后滲入細(xì)胞體內(nèi)，分解產(chǎn)生揮發(fā)性有機酸、醇類、醛類等。這個階段主要產(chǎn)生較高級脂肪酸。 第二階段

16、為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段。在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌的作用下，第一階段產(chǎn)生的除乙酸、甲烷、甲醇以外的有機酸被分解轉(zhuǎn)化成乙酸和H2。第三階段為產(chǎn)甲烷階段。產(chǎn)甲烷細(xì)菌將乙酸、乙酸鹽、CO2和H2等轉(zhuǎn)化為甲烷。 2、厭氧消化的影響因素：pH、溫度、生物固體停留時間、攪拌和混合、營養(yǎng)與C/N比、有毒物質(zhì)一類是基礎(chǔ)因素，包括微生物量 (污泥濃度)、營養(yǎng)比、混合接觸狀況、有機負(fù)荷等； 一類是環(huán)境因素，如溫度、pH值、氧化還原電位、有毒物質(zhì)等。 溫度控制要求：各類微生物適宜的溫度范圍是不同的，一般認(rèn)為，產(chǎn)甲烷菌的溫度范圍為5-60。 在35和53上下可以分別獲得較高的消化效率，溫度為40-45時，厭氧消化效率較低。 據(jù)產(chǎn)甲烷

17、菌適宜溫度條件的不同，厭氧法可分為常溫消化、中溫消化和高溫消化三種類型。 第十六章：污水的化學(xué)與物理化學(xué)處理1、化學(xué)混凝原理：化學(xué)混凝的機理涉及的因素很多，如水中雜質(zhì)的成分和濃度，水溫，水的pH，堿度以及混凝劑的性質(zhì)和混凝條件等。歸結(jié)起來主要有三方面的作用：壓縮雙電層作用：混凝劑提供大量正離子會涌入膠體擴散層甚至吸附層, 使電位降低。當(dāng)電位為零時, 稱為等電狀態(tài)。此時膠體間斥力消失, 膠粒最易發(fā)生聚結(jié)。實際上，電位電位只要降至某一程度而使膠粒間排斥的能量小于膠粒布朗運動的動能時，膠粒就開始產(chǎn)生明顯的聚結(jié)，這時的電位稱為臨界電位。膠粒因電位電位降低或消除以至失去穩(wěn)定性的過程，稱為膠體脫穩(wěn)。脫穩(wěn)的

18、膠粒相互聚結(jié)，稱為凝聚。吸附架橋作用：由高分子物質(zhì)吸附架橋作用而使微粒相互粘結(jié)的過程。網(wǎng)捕作用：沉淀物在自身沉降過程中，能集卷、網(wǎng)捕水中的膠體等微粒，使膠體粘結(jié)。2、影響混凝效果的主要因素：水溫；pH；水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度；水力條件。計算題：1、曝氣池容積和需氧量的計算處理污水量為21600m3/d，經(jīng)沉淀后的BOD5為200mg/L,希望處理后的出水BOD5為20mg/L。該地區(qū)大氣壓為1.013105Pa，要求確定曝氣池的體積、排泥量和需氧量。相關(guān)參數(shù)按下列選?。?（1）污水溫度為20； （2）曝氣池中混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）同混合液懸浮固體（MLSS）之比為0.8； （3）回流污泥SS濃度為10000mg/L； （4