水污染控制工程11-基本概念

TongjiTongji

第一節(jié)概lunchlunchforuslunchforthebugs,Letusservethebugsbeforebugsserveusbetter.Tongji

第一節(jié)概活性污泥：由細(xì)菌、菌膠團(tuán)、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等微生物群體及吸附著的污水中有機(jī)性及無機(jī)性物質(zhì)組成的、有一定生命 的、具有良好凈化污水功能的絮絨狀污泥。Tongji

第一節(jié)概Tongji

第一節(jié)概

Tongji

第一節(jié)概Tongji

第一節(jié)概

根據(jù)微生物的生長環(huán)境和生化反應(yīng)的最終電子

Tongji

第一節(jié)概

Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理

Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理能量循環(huán)：三磷酸腺苷ATP(AdenosineAMP+￣P→ADP+￣P

Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理微生物的呼 第二節(jié)污水生物處理基本原理Tongji

好氧呼 缺氧呼

NO3－NO2－SO42-Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理C6H12O6 2CH3COCOOH4[H2CH3 2CO22CH34[H]2CH3 2CH3CH2 C6H12O6 2CH3CH2 2CO292.0第二節(jié)污水生物處理基本原理TongjiNAD(P)

HTongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理CC6H12O66O26CO26H2OC11H29O7N14O2H11CO13HONH 第二節(jié)污水生物處理基本原理Tongji

NH+、H H2S2O2H2SO4

NH2ONO2HHO能量 第二節(jié)污水生物處理基本原理Tongji 是指以無機(jī)氧化物，如NO-，NO-，SO C6H12O66H2O6CO224[H24[H]4NO2N12H CHO4NO6CO6HO2N 12 Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理C6H12O6+6O2→ C6H12O6+4NO3-→ C6H12O6Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理降解有機(jī)污染物，氧化無機(jī)底物，使其穩(wěn)定、的處理方法。微生物利用污水物質(zhì)穩(wěn)定下來，達(dá)到的要求，以便返回自然環(huán)境或進(jìn)一步處置。Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理4其主要缺點(diǎn)是反應(yīng)速度較慢，反應(yīng)時(shí)間較長，微生物對環(huán)境條件要求較高，處理構(gòu)筑物容積大等。為維持較高的反應(yīng)速度，一般需維持較高的溫度，反應(yīng)器本身會(huì)消耗能源。對于有機(jī)污泥和高濃度有機(jī)廢水（一般OD5mL）可采Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理第二節(jié)污水生物處理基本原理Tongji有少數(shù)的氨態(tài)氮如NH及NH+等。4生氨的過程稱為氨化作用，很多RCHNHRCHNH2COOHH2ORCOHCOOHNHRCHNH2COOHO2RCOCOOHCO2NHTongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理硝化反應(yīng)是在好氧條件下，將NH+轉(zhuǎn)化為NO-和NO- 42NH3O4

菌2NO4H22

2NO2O22NO 2 323 NH2O 化菌NO2HH

NH2HCO 硝化菌NO 3H NH1.863O0.098CO化細(xì)菌0.0196CHNO+0.98NO0.0941H Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理2硝化菌為了獲得足夠的能量用于生長，必須氧化大量的NH4+和NO-，氧是硝化反應(yīng)的電子受體，反應(yīng)器內(nèi)溶解氧含量的高低，必將影響硝化反應(yīng)的進(jìn)程，在硝化反應(yīng)的曝氣池內(nèi)，溶解氧含量不得低于1mg/L，多數(shù)學(xué)者建議溶解氧應(yīng)保持在1.2￣2.0mg/l。2在硝化反應(yīng)過程中，釋放H+離子，使pH值下降，硝化菌對pH值的變化十分敏感，為保持適宜的pH值，應(yīng)當(dāng)在污水中保持足夠的堿度，以調(diào)節(jié)值的變化，lg氨態(tài)氮（以N計(jì)）完全硝化，需堿度（以CaCO3計(jì)）7.14g。pH控制：硝化反應(yīng)的pH范圍為5.5～10.0，適宜pH為6.5～9.0，其中，亞硝酸細(xì)菌適宜pH范圍7.0～8.5，在pH8.0附近活性最高，硝酸細(xì)菌適宜pH為6.5～7.5，在pH7.0附近硝酸鹽產(chǎn)生速率最大。pH大于7.4時(shí)，亞硝酸鹽的占產(chǎn)物的比例可以高于90%。NH2HCO2ONO2CO3H Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理物質(zhì)還有：高濃度的NH+-N、高濃度的NO-N Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理(NO-)和亞硝酸鹽氮(NO-

3HO

5CO27HO NONONONO -，在有氧存在時(shí)，它會(huì)以O(shè)2-呼吸；在無氧而有NO或NO存在時(shí)，則以NO或 Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理335

NO1.08CHOHH0.065CHON0.47N20.76CO2 5原，5％經(jīng)同化過程合成微生物。Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理 22NH2OH2H2

2NH -32H32H22H

2H Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理O，不留任何難降解的中間產(chǎn)物，三是利用微生物組第二節(jié)污水生物處理基本原理TongjiUniversity5反硝化菌屬兼性異養(yǎng)菌，在無分子氧同時(shí)存在硝酸和亞硝酸離子的條件下，它們能夠利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，只有在有氧條件下，才能夠合成。這樣，反硝化反應(yīng)宜于在缺氧、好氧條件交替的條件下進(jìn)行，溶解氧應(yīng)控制在0.5Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理 Tongji城市污水作為碳源時(shí)得到三種反硝三種速率hTongjiTongji

同時(shí)硝化-反硝化 現(xiàn) Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理

（NH4-

好氧1氮1.5

1氮2氧產(chǎn)

（-

厭氧氨氧化節(jié)省氧氣62.5%，堿度50%，碳源

（（、（-

Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理氧化狀氧化狀

NONO

NH3，Org-Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理氧化狀氧化狀

NH3，Org-Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理氧化狀氧化狀

2NO20

NH3，Org-

Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理荷蘭Delft大學(xué)發(fā)現(xiàn)，可與中 硝化聯(lián)用，或Demon、SNAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)：厭氧氨氧化（ANAMMOX:ANaerobicAMMoniumOXidation）指在厭氧或缺氧條件下，氨氮以亞硝酸鹽氮作為電子受體直接被氧化為氮?dú)獾倪^程：4222423232050152 硝化（SHARON:SinglereactorforHighactivityAmmoniumRemovalOverNitrite）主要利用了溫度高有利于亞硝化細(xì)菌增殖這一特Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理Anammoxprocessisoneofthehigh-efficient forammoniumremoval.NH4++0.75O2→0.5NO2- NH4++2.0O2→NO3-+H2O+ Savingoxygenandalkalinityby62.5%and6NO2-+6NH4+→ Savingmethanolby第二節(jié)污水生物處理基本原理Tongji+TKN(NH4-Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理FirstclassFirstclassSecond3Third—5Water5Dry—5—3Class3Class4/68DrinkingDetailsfor106items(106項(xiàng)指標(biāo)Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理 Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理

0.015

工藝可以使得系統(tǒng)排除的剩余污泥中磷含量占到干重5％～Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理 Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理厭氧環(huán) 好氧環(huán)境：好氧吸有機(jī)基 缺氧環(huán)境：反硝化除P 聚聚 聚 聚 Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理③NOx-濃度：產(chǎn)酸菌利用NOx-作為電子受體，抑制厭氧發(fā)Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理1995年發(fā)展的Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理

Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理 Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理出水PO4—P濃度80Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理第二節(jié)污水生物處理基本原理Tongji第二節(jié)污水生物處理基本原理TongjiTongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理Al3PO3AlPO Al33OH

PO3FePO Fe33OH a a3PO3OHCa(PO OH 4Tongji

第二節(jié)污水生物處理基本原理一級(jí)處 二級(jí)處

Tongji

Tongji

停滯對數(shù)Tongji

靜止衰老Tongji

個(gè)混合群體，它們也有一定的生長規(guī)律。有機(jī)物多時(shí)，以有機(jī)物為食料的細(xì)菌占優(yōu)勢，數(shù)量最多；當(dāng)細(xì)菌很多時(shí)，出現(xiàn)以細(xì)菌為食料的原生動(dòng)物；而后出現(xiàn)以細(xì)菌及原生動(dòng)物為食料的后生動(dòng)物，如圖所示。Tongji

Tongji

境境Tongji

Tongji

Tongji

pH 溶解氧因 有毒物

Tongji

2一般估算營養(yǎng)比例：BOD∶N∶P＝100∶5Tongji

Tongji

微生物的生長環(huán)

約為5℃～80℃。 pH 溶解氧因 有毒物

此溫度范圍，可分為最低生長溫度、最高生長溫度和最適生長溫度（生物生長速度最高時(shí)溫度）。。依微生物適應(yīng)的溫度范圍，微生物可以分為中溫性（20℃～）、嗜熱性（高溫性）（℃以上）冷性（低溫性）（20℃以下）當(dāng)溫度超過最高生長溫度時(shí)，會(huì)使微生物的蛋白質(zhì)迅速變性及酶系統(tǒng)遭到破壞而失活，嚴(yán)重者可使微生物。低溫會(huì)使微生物代謝 降低，進(jìn)而 處于生長繁殖停止?fàn)顟B(tài)，但仍保存其生命力。Tongji

微生物的生長環(huán) pH 溶解氧因 有毒物

當(dāng)廢水的pH值變化較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置調(diào)Tongji

微生物的生長環(huán) pH 溶解

1v/v/ v

KS 有毒物

0

Tongji

微生物的生長環(huán) pH 溶解氧因 有毒物

Tongji

Tongji

ingBatch 型SequencingBatchTongji

型Tongji

Tongji

Tongji

反應(yīng)器類Tongji

反應(yīng)器類 TongjiBiologicalAeratedTongji

Tongji

反應(yīng)器類Tongji流化床反應(yīng)器（FluidizedBedReactor,FBR）Tongji反應(yīng)器類封閉環(huán)流式（CloseLoopReactor，CLR）封閉環(huán)流式反應(yīng)池結(jié)合了推流和完全混合兩種流態(tài)的特點(diǎn)，污水進(jìn)入反應(yīng)池后，在曝氣設(shè)備的作用下被快速、均勻地與反應(yīng)器中混合液進(jìn)行混合，混合后的水在封閉的溝渠中循環(huán)流動(dòng)。循環(huán)流動(dòng)流速一般為0.25～0.35m/s，Tongji（ClosedLoopReactor,CLRTongji

Tongji

反應(yīng)速度在生化反應(yīng)中，反應(yīng)速度是指單位時(shí)間里底物的減少量、最終產(chǎn)物的增加量或細(xì)胞的增加量。在廢水生物處理中，是以單位時(shí)間里底物的減少或微生物的增加量來表示生化反應(yīng)速度。SYXZ dXYdS dS1dX dt 式中：反應(yīng)系數(shù)Y

dX-dS-

Tongji

反應(yīng)級(jí)數(shù)AB的濃度A的平AS2成正比時(shí)，稱這種反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)。B反應(yīng)速度與A2B aA+bB→如果測得反應(yīng)速度ASA· Tongji

SYXZv-d[S][S

v-d[S

k[Slgvnlg[S]lgTongji

零級(jí)反應(yīng)（Zero-ordervkS0 -dSA Tongji

一級(jí)反應(yīng)（First-orderv

-

SS lg lg k

Tongji

二級(jí)反應(yīng)（Second-ordervkS

-

kS

1

Tongji

kkt2k=Be Tongji

第五節(jié)（Tongji

v

SKm

Sks單一底物的降解與污泥增長：q KS Y(dS)K maxk Tongji

X

r qrS

Yd YdX/dt YrX/ dS/ rs/ Tongji

污泥泥齡c或稱生物固體停留時(shí)間（SolidsRetentionTime, (X/Tc

(QQw)XeQwTongji

v

Km

KSSTongji

dX

X dX dS

dtXY dS1

SKs

qqq

dtS

q

Sks另外常用有：Eckenfelder(1955年)、Mckinny(1961Tongji

ksSTongji

MonodMonod方程S（m）？mamaSSMonodS值。 1

1 kks

圖中的直線。量取直線在兩坐標(biāo)軸上的截距1/μmax和-1/KS，就可以求出KSTongji

MonodTongji

dX

dSX0Tongji

理）dX

dSTongji

2物料衡算就是根據(jù)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行反應(yīng)器系統(tǒng)各種物質(zhì)

Tongji

Qw,X, X,

X,

Q-Xe,0rQ,Xr,

Tongji

增長=出流Tongji

dX YdS Kdt dt 1dX Y1dSXdt

Xdt dXVdXVdt QXQQXdXVdXVwedt dtdXV=QXQQXdtw edX dXdXdt QXQQX=dX dtdXYdSdtdtdXKdt(QQw)XeQwXr1dXXdtTongji

(QQw)XeQwXrY1dS d 1

dtS q K KS

d1Yqd

Tongji

d1Yqd1 q 1 max dt max Tongji

1YqdCTongji

(QQw)XeQw

Y1dS

dS (S0Sedt YQ(SS

Vbs0X

V 1 1 KS(1KdcK)1YQ(S0Se)dc

X(1KdcTongji

dtddt

二沉池運(yùn)行正常時(shí)（mL/g換算為6XR

10

Tongji

11dX dt X1Q1rrXXX1rQXr1rrrXrTongji

q

KSSdSdt dSq qmax

qmaxTongji

合成產(chǎn)率Y、表觀產(chǎn)率ob(dX

uu

Kd(dX

YdS K dt Tongji

合成產(chǎn)率Y、表觀產(chǎn)率ob與污泥齡的關(guān)

YdS K dt q Y dt q

d 1Yq q11 Y dC

1

Tongji

1dS Q(S0Se Xdt q

KSSe YdS Q(S0SedtVQ(S0