同濟(jì)環(huán)工水控教案

第九章污水水質(zhì)與污水出路國(guó)際通用三大類指標(biāo)：物理性指標(biāo)、化學(xué)性指標(biāo)、生物性指標(biāo)(一)生化需氧量(BOD)biologicaloxygendemand反映了在有氧的條件下，水中可生物降解的有機(jī)物的量主要污染特性(以物氧化需要20~100d完成。實(shí)際中，常以5d作為測(cè)定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，稱5日生化需氧量式中：K—反應(yīng)速率常數(shù)，d-1從而求得經(jīng)t時(shí)間反應(yīng)消耗的溶解氧BODt為：②反應(yīng)速度常數(shù)k與溫度的關(guān)系利用阿累尼烏斯經(jīng)驗(yàn)公式可求得：K(t)=k(20)θ(T-20)式中：K(t)—T℃時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)，d-1k(20)—20℃時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)，d-1(二)化學(xué)需氧量(COD)chemicaloxygendemand用化學(xué)方法氧化水中有機(jī)物過(guò)程中所消耗的氧化劑量折合成的氧量(0)酸性條件下，硫酸銀作為催化劑，氧化性最強(qiáng)。廢水中無(wú)機(jī)的還原性物質(zhì)同樣被氧化。如果廢水中有機(jī)物的組成相對(duì)穩(wěn)定，則化學(xué)需氧量和生化需氧量之間應(yīng)有一定的比例關(guān)系：生活污水通常在0.4~0.5。當(dāng)前測(cè)定COD常用的方法有：劑，加入水樣，加熱回流兩小時(shí)，然后將重鉻酸鉀的消耗量折算成每升水樣耗氧的毫克數(shù)。此法氧化程度高，用于污染嚴(yán)重的水和工業(yè)廢水的測(cè)定。煮沸10分鐘(水浴為30分鐘),然后將高錳酸鉀的消耗量折算成每升水樣耗氧的毫克數(shù)。此法用于較清潔的水樣。測(cè)試時(shí)間代表性耗時(shí)短2小時(shí)時(shí)間長(zhǎng)5天缺點(diǎn)：完成全部檢驗(yàn)需時(shí)5天，對(duì)于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐不夠迅速、及時(shí)，且毒(三)總有機(jī)碳(TOC)和總需氧量(TOD)TOC:totalorganismcarbon在950℃高溫下，以鉑作為催化劑，使水樣TOD:totaloxygendemand在900~950℃高溫下，將污水中能被氧化的物質(zhì)(主要是有機(jī)物，包括難分解的有機(jī)物及部分無(wú)機(jī)還原物質(zhì)),燃燒氧化成穩(wěn)(四)油類污染物(五)酚類污染物標(biāo)準(zhǔn)0.5mg/L)。(六)無(wú)機(jī)物性質(zhì)指標(biāo)pH和堿度：一般要求處理后污水的pH在6～9之間。當(dāng)天然水體遭受酸堿(七)含氮化合物(八)含磷化合物生物性指標(biāo)飲用水：<3個(gè)/L城市排水：<10000個(gè)/L游泳池：<1000個(gè)/L第二節(jié)污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化水體的自凈作用河流的自凈作用是指河水中的污染物質(zhì)在河水向下游流動(dòng)中濃度自然降低的現(xiàn)象。1.根據(jù)凈化機(jī)制分為三類物理凈化：稀釋、擴(kuò)散、沉淀化學(xué)凈化：氧化、還原、分解生物凈化：水中微生物對(duì)有機(jī)物的氧化分解作用2.污水排入河流的混合過(guò)程豎向混合階段：污染物排入河流后因分子擴(kuò)散、湍流擴(kuò)散、彌散作用逐步向河水中分散，由于一般河流的深度與寬度相比較小，所以首先在深度方向上達(dá)到濃度分布均勻，從排放口到深度上達(dá)到濃度分布均勻的階段稱為豎向混合階段，同時(shí)也存在橫向混合作用。橫向混合階段：當(dāng)深度上達(dá)到濃度分布均勻后，在橫向上還存在混合過(guò)程。經(jīng)過(guò)一定距離后污染物在整個(gè)橫斷面上達(dá)到濃度分布均勻，這一過(guò)程稱為橫向混合階段。斷面充分混合后階段：在橫向混合階段后，污染物濃度在橫斷面上處處相等。河水向下游流動(dòng)的過(guò)程中，持久性污染物的濃度將不再變化，非持久性污染物濃度將不斷減少。3.持久污染物的稀釋擴(kuò)散當(dāng)持久性污染物隨污水穩(wěn)態(tài)排入河流后，經(jīng)過(guò)混合過(guò)程達(dá)到充分混合階段時(shí)，污染物濃度可由質(zhì)量守恒原理得出河流完全混合模式：式中：p——排放口下游河水的污染物濃度；4.非持久性污染物的稀釋擴(kuò)散和降解河斷面達(dá)到充分混合后，污染物濃度受到縱向分散作用和污染物的自身分解作用不斷減小。根據(jù)質(zhì)量守恒原理，其變化過(guò)程可用下式描述：式中：u——河水流速；x——初始點(diǎn)至下游x斷面處的距離；Mx——縱向分散系數(shù)；K——污染物分解速度常數(shù)；p0——初始點(diǎn)的污染物濃度；p——x斷面處的污染物濃度。5.水體污染與恢復(fù)水體受到污染后，水體中溶解氧逐漸被消耗，到臨界點(diǎn)后又逐步回升的變化過(guò)程，稱氧垂曲線。有機(jī)物降解：氧垂曲線的求解：35、某點(diǎn)處的氧不足量變化速率是該處耗氧速率和復(fù)氧速率之和：求解得某點(diǎn)的虧氧量：某點(diǎn)的溶解氧①氧垂曲線反映：廢水排入河流后溶解氧的變化，表示河流的自凈過(guò)程；最缺氧點(diǎn)的位置及其溶解氧含量②溶解氧的來(lái)源：原有水中的氧；大氣復(fù)氧；水生植物光合作用。③氧的消耗：有機(jī)物的生物氧化；硝化作用；水底沉泥的分解；水生6.污染物在不同水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律1.污水的最終出路：排放水體工農(nóng)業(yè)利用處理后回用二、廢水處理的分級(jí)和處理程度去除率為70%-80%,BOD去除率為25%-40%,廢水凈化程度不高。去除率為80%-90%混合系數(shù)取a=0.75,計(jì)算此生產(chǎn)廢水排入河道前，C—廢水排放口上游河水中的揮發(fā)酚濃度mg/LC一水體中揮發(fā)酚最大容許濃度mg/LC=(0.75×5+0.028)×0.01-0.75×5×0.005/0.028=0.68E=(C-C)/C×100%=(200-0.5)/2第一節(jié)格柵和篩網(wǎng)格柵由一組(或多組)相平行的金屬柵條與框架組成，傾斜安裝在進(jìn)水的柵渣的含水率約為80%,密度約為960kg/m3。二、格柵的清渣方法設(shè)計(jì)面積應(yīng)采用較大的安全系數(shù)，一般不小于進(jìn)水渠道面積的2倍，以免過(guò)水面積一般應(yīng)不小于進(jìn)水管渠的有效面積的1.2倍。齒耙式格柵除污機(jī)GL型格柵除污機(jī)階梯式細(xì)格柵曝氣沉砂池前細(xì)格柵格柵的液位差自動(dòng)控制格柵柵條斷面形狀：圓形、矩形、方形圓形的水力條件較方形好，但剛度較差。目前多采用斷面形狀為矩形的柵條四、格柵的設(shè)計(jì)與計(jì)算通過(guò)格柵的水頭損失h2的計(jì)算：式中：h0——計(jì)算水頭損失，m;v——污水流經(jīng)格柵的速度，m/s;ξ——阻力系數(shù)，其值與柵條斷面的幾何形狀有關(guān)；k——考慮到格柵受污染物堵塞后阻力增大的系數(shù)，可用式：k=3.36v-1.32求定，一般采用k=3。格柵的建筑尺寸1.格柵的間隙數(shù)量n格柵的建筑寬度b式中：b——格柵的建筑寬度；s——柵條寬度，m。3.柵后槽的總高度h總：2.格柵的總建筑長(zhǎng)度L3.每日柵渣量W作用：用于廢水處理或短小纖維的回收形式：振動(dòng)篩網(wǎng)、水力篩網(wǎng)格柵、篩網(wǎng)截留的污染物的處置方法：填埋、焚燒(820℃以上)、堆肥、將柵渣粉碎后再返回廢水中，作為可沉固體進(jìn)入初沉池第二節(jié)沉淀的基礎(chǔ)理論沉淀法是利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，在重力作用下產(chǎn)生下沉作用，以達(dá)到固液分離的一種過(guò)程。一、沉淀處理工藝的四種用法沉砂池：用以去除污水中的無(wú)機(jī)易沉物。初次沉淀池：較經(jīng)濟(jì)地去除，減輕后續(xù)生物處理構(gòu)筑物的有機(jī)負(fù)荷。二次沉淀池：用來(lái)分離生物處理工藝中產(chǎn)生的生物膜、活性污泥等，使處理后的水得以澄清。污泥濃縮池：將來(lái)自初沉池及二沉池的污泥進(jìn)一步濃縮，以減小體積，降低后續(xù)構(gòu)筑物的尺寸及處理費(fèi)用等。二、根據(jù)水中懸浮顆粒的凝聚性能和濃度，沉淀可分成四種類型：1.自由沉淀：懸浮顆粒濃度不高；沉淀過(guò)程中懸浮固體之間互不干擾，顆2.絮凝沉淀：懸浮顆粒濃度不高；沉淀過(guò)程中懸浮顆粒之間有互相絮凝作用，顆粒因相互聚集增大而加快沉降，沉淀軌跡呈曲線。沉淀過(guò)程中，顆粒的質(zhì)量、形狀、沉速是變化的?；瘜W(xué)絮凝沉淀屬于這種類型。3.區(qū)域沉淀或成層沉淀：懸浮顆粒濃度較高(5000mg/L以上);顆粒的沉降受到周圍其他顆粒的影響，顆粒間相對(duì)位置保持不變，形成一個(gè)整體共同下沉，與澄清水之間有清晰的泥水界面。二次沉淀池與污泥濃縮池中發(fā)生。4.壓縮沉淀：懸浮顆粒濃度很高；顆粒相互之間已擠壓成團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，互相接觸，互相支撐，下層顆粒間的水在上層顆粒的重力作用下被擠出，使污泥得到濃縮。二沉池污泥斗中及濃縮池中污泥的濃縮過(guò)程存在壓縮沉淀。三、自由沉淀及其理論基礎(chǔ)分析的假定：顆粒為球形沉淀過(guò)程中顆粒的大小、形狀、質(zhì)量等不變顆粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他顆粒影響靜水中懸浮顆粒開始沉淀時(shí)，因受重力作用產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)很短的時(shí)間后，顆粒的重力與水對(duì)其產(chǎn)生的阻力平衡時(shí)，顆粒即等速下沉懸浮顆粒在水中的受力：重力、浮力重力大于浮力時(shí)，下沉；重力等于浮力時(shí)，相對(duì)靜止；重力小于浮力時(shí)，上浮。四、懸浮顆粒在水中的受力分析1.懸浮顆粒在水中受到的力FgFg是促使沉淀的作用力，是顆粒的重力與水的浮力之差：式中：Fg——水中顆粒受到的作用力；Ps——顆粒的密度；PL——水的密度；8——重力加速度。2.水對(duì)自由顆粒的阻力五、球狀顆粒自由沉淀的沉速公式當(dāng)顆粒所受外力平衡時(shí)，F(xiàn)=F即,因得球狀顆粒自由沉淀的沉速公式：34、阻力系數(shù)λ′與雷諾數(shù)(Re)有關(guān)λ′=f(Re)從流體力學(xué)可知，雷諾數(shù)可用下式表示：d---水流的特征尺寸，這里為球狀自由顆粒的直徑，cm“s—顆粒沉速--水的運(yùn)動(dòng)粘度cm2/s,=/PL(:水的動(dòng)力粘滯度g/cm秒)當(dāng)顆粒粒徑較小、沉速小、顆粒沉降過(guò)程中其周圍的繞流速度亦小時(shí)，顆粒主要受水的黏滯阻力作用，慣性力可以忽略不計(jì)，顆粒運(yùn)動(dòng)是處于層流狀態(tài)。在層流狀態(tài)下，λ′=24/Re,帶入式中，整理得自由顆粒在靜水中的運(yùn)動(dòng)公式(亦稱斯托克斯定律):略討論：1、以上公式的推導(dǎo)考慮顆粒的形狀為球狀，但實(shí)際中，顆粒是不規(guī)則的，下沉?xí)r水的阻力要比規(guī)則的大.為此須考慮顆粒的形狀系數(shù)此時(shí)，λ′=242/Re)一般卵石=1.17,類角石=1.5-1.67,無(wú)煙煤=1.5-2.52.2、Stokes公式雖然是表示出根據(jù)顆粒粒徑去計(jì)算顆粒的速度，但實(shí)際中，往往不是這樣應(yīng)用公式，因?yàn)闇y(cè)量這些微小粒徑比觀察它們下沉的速度還麻煩，有時(shí)幾乎不可能.實(shí)際工作中，觀察它們的下沉速度，然后用Stokes公式求粒徑，它變成了間接測(cè)量細(xì)小顆粒粒徑(d小于0.1mm)的工具.水文資料中泥砂顆粒的分析就是這樣得來(lái)的，在泥砂粒徑分析時(shí)，常加一種分散劑(氨水)防止砂粒3、當(dāng)s小于L時(shí)，顆粒在水中受到的是浮力的作用，此時(shí)得出的Stokes公式為u上浮=(1/18)·(L-s)/·gds?4、Stokes公式同樣可以應(yīng)用于在水以外的其它流體中，計(jì)算顆粒的沉或浮升速度，但要注意必須小于2。例：在水溫20℃,觀察到砂粒的沉降高度為60mm,沉降時(shí)間30秒，計(jì)算砂粒直徑?(=0.0101g/cm.s,s=2.65g/cms)解：砂的沉速u=60/30=2mm/s=0.2cm/s水的絕對(duì)粘度=0.0101g/cm.s水的運(yùn)動(dòng)粘度=/L=0.0101cm2/s砂的密度s=2.65g/cm30.2=(1/18)×((2.65-1.Re=us·d/=0.2×0.00475÷0.0Re2,符合Stokes公式應(yīng)用范圍.us與顆粒直徑d的平方成正比，因此增加顆粒直徑有助于提高沉淀速度(或上浮速度),提高去除效果。us與“成反比，μ隨水溫上升而下降；即沉速受水溫影響，水溫上升，沉速增大。六、沉淀池的工作原理理想沉淀池分為：進(jìn)口區(qū)域、沉淀區(qū)域、出口區(qū)域、污泥區(qū)域四個(gè)部分沉淀區(qū)過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的水流速度均相同，水平流速為v;懸浮顆粒在沉淀區(qū)等速下沉，下沉速度為u;在沉淀池的進(jìn)口區(qū)域，水流中的懸浮顆粒均勻分布在整個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嫔希划?dāng)某一顆粒進(jìn)入沉淀池后一方面隨著水流在水平方向流動(dòng)，其水平流速v等于水流速度式中：v——顆粒的水平分速；9——進(jìn)水流量；A'——沉淀區(qū)過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，H×b;H——沉淀區(qū)的水深；b——沉淀區(qū)寬度。另一方面，顆粒在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是顆粒的自由沉降速度u顆粒運(yùn)動(dòng)的軌跡為其水平分速v和沉速u的矢量和，在沉淀過(guò)程中，是一組傾斜的直線，其坡度i=u/v設(shè)沉速為ul的顆粒占全部顆粒的dP,其中的顆粒將會(huì)從水中沉到池底而去除。故對(duì)于沉速為“(u<“。)的全部懸浮顆粒，可被沉淀于池底的總量為：去除率為：上頁(yè)圖的運(yùn)動(dòng)跡線中的相似三角形存在著如下的關(guān)系：將上式帶入式中并簡(jiǎn)化后得出q、/A——反映沉淀池效力的參數(shù)，一般稱為沉淀池的表面負(fù)荷率，或稱沉淀池的過(guò)流率，用符號(hào)q表示：理想沉淀池中，“0與q在數(shù)值上相同，但它們的物理概念不同：“。的單位是m/h;q表示單位面積的沉淀池在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的流量，單位是m3/(m2·h)。故只要確定顆粒的最小沉速“0,就可以求得理想沉淀池的過(guò)流率或表面負(fù)荷率。理想沉淀池的沉淀效率與池的水面面積A有關(guān)，與池深H無(wú)關(guān)，即與池的體積V無(wú)關(guān)。公式說(shuō)明：(1)表面負(fù)荷q在數(shù)值上等于可從廢水中全部分離的最小顆粒的沉速值u0。q小，具有uu0的顆粒占懸浮物固體總數(shù)的百分率就大，即總?cè)コ矢摺?2)由于u0=f(1/A),在自由沉淀型的沉淀池中，沉淀效率E=f(u0)僅為沉淀池表面積的函數(shù)，而與水深無(wú)關(guān)，當(dāng)容積一定(Q),池子越淺(A越大),沉淀效率就越高。沉淀池設(shè)計(jì)一定的深度，僅僅是為了滿足安裝刮泥機(jī)械所需要的深度和防止水平分速過(guò)大而將已沉淀的泥渣沖起。V=Q/HB第三節(jié)沉砂池一、沉砂池的作用：從污水中去除砂子、煤渣等密度較大的無(wú)機(jī)顆粒，以免這些雜質(zhì)影響后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行二、沉砂池的工作原理：以重力或離心力分離為基礎(chǔ)，即將進(jìn)入沉砂池的污水流速控制在只能使相對(duì)密度大的無(wú)機(jī)顆粒下沉，而有機(jī)懸浮顆粒則隨水流帶走沉砂池的幾種形式：平流式、豎流式、曝氣沉砂池、旋流式沉砂池、Doer沉砂池等三、沉砂池工程設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)原則與主要參數(shù)城市污水廠一般均設(shè)置沉砂池，并且沉砂池的個(gè)數(shù)或分格數(shù)應(yīng)不小于2(并聯(lián));工業(yè)污水是否要設(shè)置沉砂池，應(yīng)根據(jù)水質(zhì)情況而定。設(shè)計(jì)流量應(yīng)按分期建設(shè)考慮：最大時(shí)流量(自流)、最大組合流量(泵)、合流制流量(雨)沉砂池去除的砂粒相對(duì)密度為2.65,粒徑為0.2mm以上。城市污水的沉砂量可按每106m?污水沉砂30m?計(jì)算，其含水率約為60%,容重約1500kg/m?。貯砂斗的容積應(yīng)按2d沉砂量計(jì)算，貯砂斗壁的傾角不應(yīng)小于55°,排砂管直徑不應(yīng)小于200mm。沉砂池的超高不宜小于0.3m。平流式沉砂池平流式沉砂池是一種最傳統(tǒng)的沉砂池，它構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定。1.平流式沉砂池的系統(tǒng)參數(shù)污水在池內(nèi)的最大流速為0.3m/s,最小流速為0.15m/s;最大流量時(shí)，污水在池內(nèi)的停留時(shí)間不少于30s,一般為30~60s;有效水深應(yīng)不大于1.2m,一般采用0.25~1.0m,池寬不小于0.6m;池底坡度一般為0.01~0.02,當(dāng)設(shè)置除砂設(shè)備時(shí)，可根據(jù)除砂設(shè)備的要求，考慮池底形狀。2.平流式沉砂池的計(jì)算公式L=vt1.長(zhǎng)度L式中：v—最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的速度，m/s;t—最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的停留時(shí)間，S2.水流斷面面積A3.池總寬度bb=A/h?式中：h2——設(shè)計(jì)有效水深。4.貯砂斗所需容積V式中：X——城市污水的沉砂量，一般采用30m?/(106m3污水);5.貯砂斗個(gè)部分尺寸計(jì)算設(shè)貯砂斗底寬bl=0.5m;斗壁與水平面的傾角為60°;則貯砂斗的上口設(shè)采用重力排砂，池底坡度i=6%,坡向砂斗，則7.池總高度hh=h+h?+h?m;h——8.核算最小流速min例：已知某城市污水處理廠的最大設(shè)計(jì)流量為Qmax=0.17m?/s,最小Qmin=0.087m?/s,總變化系數(shù)k=1.60.設(shè)計(jì)一座平流式沉砂池。曝氣沉砂池特點(diǎn)：沉砂中含有機(jī)物的量低于5%;由于池中設(shè)有曝氣設(shè)備，它還具有預(yù)曝氣、脫臭、防止污水厭氧分解、除泡以及加速污水中油類的分離等作用。曝氣沉砂池的構(gòu)造：曝氣沉砂池是一個(gè)長(zhǎng)形渠道，沿渠道壁一側(cè)的整個(gè)長(zhǎng)度上，距池底約60~90cm處設(shè)置曝氣裝置；在池底設(shè)置沉砂斗，池底有i=0.1~0.5的坡度，以保證砂?；肷安?；污水在池中存在著兩種運(yùn)動(dòng)形式，其一為水平流動(dòng)(一般流速0.1m/s),同時(shí)在池的橫斷面上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)(旋轉(zhuǎn)流速0.4m/s),整個(gè)池內(nèi)水流產(chǎn)生螺旋水平流速一般取0.08~0.12m/s。污水在池內(nèi)的停留時(shí)間為4~6min;雨天最大流量時(shí)為1~3min。如作為預(yù)池的有效水深為2~3m,池寬與池深比為1~1.5,池的長(zhǎng)寬比可達(dá)5,當(dāng)池長(zhǎng)寬比大于5時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置橫向擋板。第十一章廢水生物處理的基本概念和生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)>30%可生物處理，<30%較難生物處理上述方法，由于比較簡(jiǎn)單，人們較常采用，不過(guò)按此法判斷廢水可生化性，并確定是否可以采用生物處理工藝，嚴(yán)格來(lái)講，還是很粗糙的(如營(yíng)養(yǎng)配比，有毒物等)。一般再通過(guò)生物處理實(shí)驗(yàn)，去確定該工藝廢水是否可以采用生化處理工藝較為妥當(dāng)。2、測(cè)定微生物的呼吸耗氧過(guò)程法當(dāng)廢水與微生物接觸后，微生物進(jìn)行新陳代謝，同時(shí)呼吸耗氧。用瓦勃呼吸儀或溶氧測(cè)定儀，測(cè)得不同時(shí)間的耗氧量累計(jì)值或耗氧速率，繪制成微生物的呼吸過(guò)程線(02-T或d02/dt-T),通過(guò)微生物的內(nèi)源呼吸過(guò)程線以及廢水接觸后呼吸過(guò)程線的比較，去確定廢水的可生化性。這個(gè)呼吸耗氧過(guò)程隨底物性質(zhì)而異，反映了底物被氧化分解的規(guī)律。a呼吸耗氧過(guò)程線b內(nèi)源呼吸線c呼吸耗氧過(guò)程線a線位于b線之上，說(shuō)明廢水量底物可被生物降解，相距越大，可生化性越好。a線位于b線之下，說(shuō)明廢水底物對(duì)微生物有抑制作用，相距越大，抑制越大，與內(nèi)源呼吸線重合，則說(shuō)明廢水中的底物是難降解的，但不是有害物。能量循環(huán)：三磷酸腺苷ATP(adenosinetriphosphate)AMP+~P→ADP+~P→ATPADP磷酸化生成ATP;ATP水解產(chǎn)生能量。ADP磷酸化氧化磷酸化底物水平磷酸化電子傳遞磷酸化光合磷酸化一切生物時(shí)刻都在進(jìn)行著呼吸，沒有呼吸就沒有生命。呼吸作用的生物現(xiàn)象：呼吸作用中發(fā)生能量轉(zhuǎn)換：供細(xì)胞合成、其他生命活動(dòng)，多余的能量以熱量形式釋放。通過(guò)呼吸作用，復(fù)雜有機(jī)物逐步轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單物質(zhì)。呼吸作用過(guò)程中吸收和同化各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。微生物的呼吸指微生物獲取能量的生理功能好氧呼吸、厭氧呼吸好氧呼吸是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入好氧微生物細(xì)胞后，通過(guò)一系列氧化還原反應(yīng)獲得能量的過(guò)程。有分子氧參與的生物氧化，反應(yīng)的最終受氫體是分子氧。底物中的氫被脫氫酶活化，并從底物中脫出交給輔酶(遞氫體),同時(shí)放出電子，氧化酶利用底物放出的電子激活游離氧，活化氧和從底物中脫出的氫結(jié)NAD(P)?NAD(P)H+H+NAD(P)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(磷酸)好氧呼吸過(guò)程實(shí)質(zhì)上是脫氫和氧活化相結(jié)合的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，同時(shí)放出能量。依好氧微生物的類型不同，被其氧化的底物不同，氧化產(chǎn)物也不同。好氧呼吸有異養(yǎng)型微生物呼吸和自養(yǎng)型微生物呼吸兩種。異養(yǎng)型微生物：異養(yǎng)型微生物以有機(jī)物為底物(電子供體),其終點(diǎn)產(chǎn)物為二氧化碳、氨和水等無(wú)機(jī)物，同時(shí)放出能量。如下式所示：異氧微生物又可分為化能異氧微生物和光能異氧微生物?；墚愌跷⑸铮貉趸袡C(jī)物產(chǎn)生化學(xué)能而獲得能量的微生物。光能異氧微生物：以光為能源，以有機(jī)物為供氫體還原C02,合成有機(jī)物的一類厭氧微生物。有機(jī)廢水的好氧生物處理，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消化等屬于這種類型的呼吸。自養(yǎng)型微生物：以無(wú)機(jī)物為底物(電子供體),其終點(diǎn)產(chǎn)物也是無(wú)機(jī)物，同時(shí)放出能量。光能自養(yǎng)微生物：需要陽(yáng)光或燈光作能源，依靠體內(nèi)的光合作用色素合成有機(jī)物。光葉綠素化能自養(yǎng)微生物：化能自養(yǎng)微生物不具備色素，不能進(jìn)行光合作用，合成大型合流污水溝道和污水溝道存在該式所示的生化反應(yīng)生物脫氮工藝中的生物硝化過(guò)程厭氧微生物只有脫氫酶系統(tǒng)，沒有氧化酶系統(tǒng)。在呼吸過(guò)程中，底物中的氫被脫氫酶活化，從底物中脫下來(lái)的氫經(jīng)輔酶?jìng)鬟f給除氧以外的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物，使其還原。厭氧呼吸的受氫體不是分子氧。在厭氧呼吸過(guò)程中，底物氧化不徹底，最終產(chǎn)物不是二氧化碳和水，而是一些較原來(lái)底物簡(jiǎn)單的化合物。這種化合物還含有相當(dāng)?shù)哪芰?，故釋放能量較少。如有機(jī)污泥的厭氧消化過(guò)程中產(chǎn)生的甲烷，是含有相當(dāng)能量的可燃?xì)怏w。厭氧呼吸按反應(yīng)過(guò)程中的最終受氫體的不同，可分為發(fā)酵和無(wú)氧呼吸。指供氫體和受氫體都參與有機(jī)化合物的生物氧化作用，最終受氫體無(wú)需外加，就是供氫體的分解產(chǎn)物(有機(jī)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(lái)底物簡(jiǎn)單的有機(jī)物，在反應(yīng)過(guò)程中，釋放的自由能較少，故厭氧微生物在進(jìn)行生命活動(dòng)過(guò)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。例如，葡萄糖的發(fā)酵過(guò)程：略4.無(wú)氧呼吸是指以無(wú)機(jī)氧化物，如N03-,N02-,S042-,S2032-,C02等代替分子氧，作為最終受氫體的生物氧化作用。在反硝化作用中，受氫體為N03-,可用下式所示：略在無(wú)氧呼吸過(guò)程中，供氫體和受氫體之間也需要細(xì)胞色素等中間電子傳遞體，并伴隨有磷酸化作用，底物可被徹底氧化，能量得以分級(jí)釋放，故無(wú)氧呼吸也產(chǎn)生較多的能量用于生命活動(dòng)。但由于有些能量隨著電子轉(zhuǎn)移至最終受氫體中，故釋放的能量不如好氧呼吸的多。好氧呼吸、無(wú)氧呼吸、發(fā)酵三種呼吸方式，獲得的能量水平不同，如下表好氧生物處理是在有游離氧(分子氧)存在的條件下，好氧微生物降解有有剩余污泥量少、可回收能量(CH4)等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于有機(jī)污泥和高濃度有機(jī)廢水(一般BOD5≥2000mg/L)可采用厭氧生物第二節(jié)微生物的生長(zhǎng)規(guī)律和生長(zhǎng)環(huán)境衰老期④影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素:各類微生物所生長(zhǎng)的溫度范圍不同，約為5℃~80℃。好熱性(高溫性)(45℃以上)、好冷性(低溫性)(20℃以下)pH:細(xì)菌、放線菌、藻類和原生動(dòng)物的pH適應(yīng)范圍是在4～10之間。大多數(shù)細(xì)菌適宜中性和偏堿性(pH=6.5～7.5)的環(huán)境。廢水生物處理過(guò)程中應(yīng)保持最適pH范圍。當(dāng)廢水的pH變化較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池，使進(jìn)入反應(yīng)器(如曝氣池)的廢水，保持在合適的pH范圍。PH值突起，活性污泥呆滯；PH值突落，活性污泥結(jié)構(gòu)惡化，引起污泥澎脹⑤溶解氧：是影響生物處理效果的重要因素。好氧微生物處理的溶解氧一般以2～4mg/L為宜。溶解氧不足，好氧微生物活性受到影響，代謝降低，有機(jī)物的處理下降。嚴(yán)重缺氧，厭氧微生物大量繁殖，好氧微生物大量死亡.供氧過(guò)多，經(jīng)濟(jì)上一不合算在工業(yè)廢水中，有時(shí)存在著對(duì)微生物具有抑制和殺害作用的化學(xué)物質(zhì)，這類物質(zhì)我們稱之為有毒物質(zhì)。其毒害作用主要表現(xiàn)在細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)遭到破壞以及菌體內(nèi)的酶變質(zhì)，并失去活性。在廢水生物處理時(shí)，對(duì)這些有毒物質(zhì)應(yīng)嚴(yán)加控制，但毒物濃度的允許范圍，需要具體分析。第三節(jié)反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)生物化學(xué)反應(yīng)是一種以生物酶為催化劑的化學(xué)反應(yīng)。污水生物處理中，人們總是創(chuàng)造合適的環(huán)境條件去得到希望的反應(yīng)速度。生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)目前的研究?jī)?nèi)容：(1)底物降解速率與底物濃度、生物量、環(huán)境因素等方面的關(guān)系；(2)微生物增長(zhǎng)速率與底物濃度、生物量、環(huán)境因素等方面的關(guān)系；(3)反應(yīng)機(jī)理研究，從反應(yīng)物過(guò)渡到產(chǎn)物所經(jīng)歷的途徑。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)間里底物的減少或細(xì)胞的增加來(lái)表示生化反應(yīng)速度。圖中的生化反應(yīng)可以用下式表示：即式中：反應(yīng)系數(shù)解的底物)。該式反映了底物減少速率和細(xì)胞增長(zhǎng)速率之間的關(guān)系，是廢水生物處理中研究生化反應(yīng)過(guò)程的一個(gè)重要規(guī)律。實(shí)驗(yàn)表明反應(yīng)速度與一種反應(yīng)物A的濃度pA成正比時(shí)，稱這種反應(yīng)對(duì)這種反應(yīng)物是一級(jí)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明反應(yīng)速度與二種反應(yīng)物A、B的濃度pA、pB成正比時(shí)，或與一種反應(yīng)物A的濃度pA的平方pA2成正比時(shí)，稱這種反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明反應(yīng)速度與pA·pB2成正比時(shí)，稱這種反應(yīng)為三級(jí)反應(yīng)；也可稱這種反應(yīng)是A的一級(jí)反應(yīng)或B的二級(jí)反應(yīng)。在生化反應(yīng)過(guò)程中，底物的降解速度和反應(yīng)器中的底物濃度有關(guān)。一般地：aA+bB→gG+hH如果測(cè)得反應(yīng)速度：v=dcA/dt=kcAa·cBba+b=n,n為反應(yīng)級(jí)數(shù)。36、設(shè)生化反應(yīng)方程式為：S→y.X+z·P現(xiàn)底物濃度pS以[S]表示，則生化反應(yīng)速度：式中：k——反應(yīng)速度常數(shù)，隨溫度而異；n——反應(yīng)級(jí)數(shù)。該式可用圖表示，圖中直線的斜率即為反應(yīng)級(jí)數(shù)n。1、反應(yīng)速度不受反應(yīng)物濃度的影響時(shí)，稱這種反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)。在溫度不變的情況下，零級(jí)反應(yīng)的反應(yīng)速度是常數(shù)。對(duì)反應(yīng)物A而言，零級(jí)反應(yīng)(相對(duì)于微生物的生長(zhǎng)期?)t——反應(yīng)時(shí)間；k——反應(yīng)速度常數(shù)受溫度影響。在反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)物A的量增加時(shí)，k為正值；在廢水生物處理中，有機(jī)污染物逐漸減少，反應(yīng)常數(shù)為負(fù)值。38、2、反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度的一次方成正比關(guān)系，稱這種反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。對(duì)反應(yīng)物A而言，一級(jí)反應(yīng)：(相對(duì)于微生物的生長(zhǎng)期?)式中：v——反應(yīng)速度；t——反應(yīng)時(shí)間；k——反應(yīng)速度常在反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)物A的量增加時(shí)，k為正值；在廢水生物處理中，有機(jī)污染物逐漸減少，反應(yīng)常數(shù)為負(fù)值。反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度的二次方成正比，稱這種反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)。(相對(duì)于微生物的生長(zhǎng)期?)對(duì)反應(yīng)物A而言，二級(jí)反應(yīng)：式中：v——反應(yīng)速度；t——反應(yīng)時(shí)間；k——反應(yīng)受溫度影響。在反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)物A的量增加時(shí)，k為正值；在廢水生物處理中，有機(jī)污染物逐漸減少，反應(yīng)常數(shù)為負(fù)值。第四節(jié)米歇里斯-門坦(Michaelis-Menten)方程式底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響一切生化反應(yīng)都是在酶的催化下進(jìn)行的。這種反應(yīng)亦可以說(shuō)是一種酶促反應(yīng)或酶反應(yīng)。酶促反應(yīng)速度受酶濃度、底物濃度、pH、溫度、反應(yīng)產(chǎn)物、活化劑和抑制劑等因素的影響。在有足夠底物又不受其他因素影響時(shí)，則酶促反應(yīng)速度與酶濃度成正比。當(dāng)?shù)孜餄舛仍谳^低范圍內(nèi)，而其他因素恒定時(shí)，這個(gè)反應(yīng)速度與底物濃度成正比，是一級(jí)反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜餄舛仍黾拥揭欢ㄏ薅葧r(shí)，所有的酶全部與底物結(jié)合后，酶反應(yīng)速度達(dá)到最大值，此時(shí)再增加底物的濃度對(duì)速度就無(wú)影響，是零級(jí)反應(yīng)，但各自達(dá)到飽和時(shí)所需的底物濃度并不相同，甚至差異有時(shí)很大。中間產(chǎn)物假說(shuō)：酶促反應(yīng)分兩步進(jìn)行，即酶與底物先絡(luò)合成一個(gè)絡(luò)合物(中間產(chǎn)物),這個(gè)絡(luò)合物再進(jìn)一步分解成產(chǎn)物和游離態(tài)酶，以下式表示：一產(chǎn)物中間產(chǎn)物(絡(luò)合物),P代表產(chǎn)物。從上式可以看出，當(dāng)?shù)孜颯濃度較低時(shí)，只有一部分酶E和底物S形成酶-底物中間產(chǎn)物ES。此時(shí)，若增加底物濃度，則將有更多的中間產(chǎn)物形成，因而反應(yīng)速度亦隨之增加。當(dāng)?shù)孜餄舛群艽髸r(shí)，反應(yīng)體系中的酶分子已基本全部和底物結(jié)合成ES絡(luò)合此時(shí)，底物濃度雖再增加，但無(wú)剩余的酶與之結(jié)合，故無(wú)更多的ES絡(luò)合物生成，因而反應(yīng)速度維持不變。1913年前后，米歇里斯和門坦提出了表示整個(gè)反應(yīng)中底物濃度與酶促反應(yīng)速度之間關(guān)系的式子，稱為米歇里斯一門坦方程式，簡(jiǎn)稱米氏方程式，即：系。由上式得：的底物濃度，故又稱半速度常數(shù)。(1)當(dāng)?shù)孜餄舛萷S很大時(shí)，pS>Km,Km+pS≈pS,酶反應(yīng)速度達(dá)到最大值，即v=vmax,呈零級(jí)反應(yīng)，在這種情況下，只有增大酶濃度，才有可能提高反應(yīng)速酶反應(yīng)速度和底物濃度成正比例關(guān)系，即呈一級(jí)反應(yīng)。此時(shí)，增加底度可以提高酶反應(yīng)的速度。但隨著底物濃度的增加，酶反應(yīng)速度不再按正比例關(guān)系上升，呈混合級(jí)反應(yīng)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，我們采用了微生物濃度cx代替酶濃度cE。通過(guò)試驗(yàn)，得出底物降解速度和底物濃度之間的關(guān)系式，類同米氏方程式，如下：式中：Ks為飽和常數(shù)，即當(dāng)時(shí)的底物的濃度，故又稱半速度常數(shù)。米氏常數(shù)Km是酶反應(yīng)處于動(dòng)態(tài)平衡即穩(wěn)態(tài)時(shí)的平衡常數(shù)。具有重要物理意Km值是酶的特征常數(shù)之一，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶的濃度無(wú)關(guān)。不同的酶，Km值不同。如果一個(gè)酶有幾種底物，則對(duì)每一種底物，各有一個(gè)特定的底物、pH及溫度條件而言。測(cè)定酶的Km值，可以作為鑒別酶的一種手段，但必須在指定的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行。同一種酶有幾種底物就有幾個(gè)Km值。其Km值最小的底物，一般稱為該酶的最適底物或天然底物。如蔗糖是蔗糖酶的天然底物。1/Km可以近似地反映酶對(duì)底物親和力的大小，1/Km愈大，表明親和力越大，最適底物與酶的親和力最大，不需很高的底物濃度，就可較易地達(dá)到v。對(duì)于一個(gè)酶促反應(yīng)，Km值的確定方法很多。實(shí)驗(yàn)中即使使用很高的底物濃度，也只能得到近似的v值，而達(dá)不到真正的v值，因而也測(cè)不到準(zhǔn)確的Km值。為了得到準(zhǔn)確的Km值，可以把米氏方程的形式加以改變，使它成為直線方程式的形式，然后用圖解法定出Km值。目前，一般用的圖解求Km值法為蘭微福一布克作圖法或稱雙倒數(shù)作圖法。此法先將米氏方程改寫成如下的形式，即：實(shí)驗(yàn)時(shí)，選擇不同的pS,測(cè)定對(duì)應(yīng)的v。求出兩者的倒數(shù)，作圖即可得出微生物增長(zhǎng)速度和微生物本身的濃度、底物濃度之間的關(guān)系是廢水生物處理中的一個(gè)重要課題。有多種模式反映這一關(guān)系。當(dāng)前公認(rèn)的是莫諾特方程式：μ——微生物比增長(zhǎng)速度，即單位生物量的增長(zhǎng)速度。μmax——μ的最大值，底物濃度很大，不再影響微生物的增長(zhǎng)速度時(shí)的μ值；微生物增長(zhǎng)速度和底物濃度關(guān)系圖在一切生化反應(yīng)中，微生物的增長(zhǎng)是底物降解的結(jié)果，彼此之間存在著一個(gè)定量關(guān)系。現(xiàn)如以dpS(微反應(yīng)時(shí)段dt內(nèi)的底物消耗量)和dpX(dt內(nèi)的微生物增長(zhǎng)量)之間的比例關(guān)系值，通過(guò)下式表示之：或或式中：Y——產(chǎn)率系數(shù)；pX——微生物濃度；微生物增長(zhǎng)速度:底物降解速度:微生物比增長(zhǎng)速度；底物比降解速度。以及u=Y·qumax=Y·qmax代入式式中：q和qmax為底物的比降解速度及其最大值；ps為底物濃飽和常數(shù)。例：設(shè)在完全混合反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行了連續(xù)流微生物生長(zhǎng)試驗(yàn)，反應(yīng)溫度為20℃,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：試根據(jù)右式實(shí)驗(yàn)結(jié)果定出Ks和μmax值，以及μ—pS關(guān)系式?；驌?jù)以上整理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作關(guān)系圖，得：圖中直線方程為：第六節(jié)廢水生物處理工程的基本數(shù)學(xué)模式在廢水生物處理中，廢水中的有機(jī)污染物質(zhì)(即底物、基質(zhì))正是需要去除的對(duì)象；生物處理的主體是微生物；而溶解氧則是保證好氧微生物正?；顒?dòng)所必需的。因此，可以把有機(jī)質(zhì)、微生物、溶解氧之間的數(shù)量關(guān)系用數(shù)學(xué)公式表達(dá)?，F(xiàn)在，廢水生物處理工程實(shí)踐中，人們已經(jīng)把前述的米-門方程式和莫諾特方程式引用進(jìn)來(lái)，結(jié)合處理系統(tǒng)的物料衡算，提出了所需的生物處理的數(shù)學(xué)模式，供廢水生物處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行之用。推導(dǎo)廢水生物處理工程數(shù)學(xué)模式的幾點(diǎn)假定(1)整個(gè)處理系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)反應(yīng)器中的微生物濃度和底物濃度不隨及時(shí)間變化，維持一個(gè)常數(shù)。即：及式中：pX——反應(yīng)器中微生物的平均濃度；的平均濃度。(2)反應(yīng)器中的物質(zhì)按完全混合及均布的情況考慮pS——反應(yīng)器中底物整個(gè)反應(yīng)器中的微生物濃度和底物濃度不隨位置變化維持一個(gè)常數(shù)。而且，底物是溶解性的。即：和(3)整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，氧的供應(yīng)是充分的(對(duì)于好氧處理)。微生物增長(zhǎng)與底物降解的基本關(guān)系式1951年由霍克來(lái)金(Heukelekian)等人提出了：式中：微生物凈增長(zhǎng)速度；-底物利用(或降解)速Y——產(chǎn)率系數(shù)；Kd——內(nèi)源呼吸(或衰減)系數(shù)；pX——反應(yīng)器中微生物濃度。在實(shí)際工程中，產(chǎn)率系數(shù)(微生物增長(zhǎng)系數(shù))Y常以實(shí)際測(cè)得的觀測(cè)產(chǎn)率系數(shù)(微生物凈增長(zhǎng)系數(shù))Yobs代替。故式式中：μ′為微生物比凈增長(zhǎng)速度。同理，從式得：上列諸式表達(dá)了生物反應(yīng)處理器內(nèi)，微生物的凈增長(zhǎng)和底物降解之間的基本關(guān)系，亦可稱廢水微生物處理工程基本數(shù)學(xué)模式。補(bǔ)充內(nèi)容：微生物在降解有機(jī)物的過(guò)程中，不斷耗氧，同時(shí)微生物的正?；顒?dòng)也需耗氧，如圖示r→原生質(zhì)(耗氧)L→產(chǎn)物(耗氧)需氧量可以用下式表示02=ASr+BX式中：02--需氧量Sr--降解有機(jī)物量A--有機(jī)物用于產(chǎn)生能量的比值(02/BOD)B--生物自身氧化率X--微生物量02/X=ASr/X+B(單位污泥需氧量)上述反映了生物反應(yīng)器內(nèi)，需氧量與降解底物的關(guān)系，也是廢水生物處理工程的基本數(shù)學(xué)模式。第十二章穩(wěn)定塘和污水的土地理穩(wěn)定塘的分類：按塘內(nèi)的微生物類型、供氧方式和功能等劃分①好氧塘：深度較淺，一般小于1米，陽(yáng)光能透至塘底，整個(gè)水塘維持②兼性塘：深度較大，池深在1--2米之間，上層是好氧區(qū)(大氣復(fù)氧、穩(wěn)定塘的缺點(diǎn)：占地面積大沒有空閑余地時(shí)不宜采用。處理效果受氣候(1)高負(fù)荷好氧塘這類塘設(shè)置在處理系統(tǒng)的前部，目的是處理污水和(2)普通好氧塘這類塘用于處理污水，起二級(jí)處理作用。特點(diǎn)是有機(jī)(3)深度處理好氧塘深度處理好氧塘設(shè)置在塘處理系統(tǒng)的后部或二級(jí)污染物并合成本身的細(xì)胞質(zhì)(細(xì)胞增殖),其代謝產(chǎn)物C02則是藻類光合作用的菌類主要是生存在水深0.5m的上層，濃度為1×108～5×109個(gè)/mL,主(1)好氧塘多采用矩形，表面的長(zhǎng)寬比為3:1~4:1,一般以塘深的1/2處水平);(3)好氧塘的座數(shù)一般不少于3座，規(guī)模很小時(shí)不少于2座。兼性塘工作原理超高為0.6~1.0m,儲(chǔ)泥區(qū)高度應(yīng)大于0.3(2)兼性塘的堤壩的內(nèi)坡坡度為1:2~1:3(垂直：水平),外坡坡度為總面積的30%~60%,單塘面積應(yīng)少于4km?,以避免布水不均勻或波浪較大等問雜的有機(jī)物水解、轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的有機(jī)物(如有機(jī)酸、醇、醛等),再由絕對(duì)厭氧菌(甲烷菌)將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等。應(yīng)控制塘內(nèi)的有機(jī)酸濃度在3000mg/L以下，pH為6.5～7.5,進(jìn)水的BOD:N:P=100:2.5:1,硫酸鹽濃度應(yīng)小于500mg/L,以使厭氧塘能 水有效深度一般為2.0~4.5m,儲(chǔ)泥深度大于0.5m,超高為0.6~1.0m。完全混合曝氣塘中曝氣裝置的強(qiáng)度應(yīng)能使塘內(nèi)的全部固體呈懸浮狀態(tài)，部分混合曝氣塘不要求保持全部固體呈懸浮狀態(tài)，部分固體沉淀并進(jìn)行曝氣塘的水力停留時(shí)間為3～10d,有效水深2～6m。曝氣塘一般不少于3塘的位置穩(wěn)定塘應(yīng)設(shè)在居民區(qū)下風(fēng)向200m以外，以防止塘散發(fā)的臭氣影響居民區(qū)。此外，塘不應(yīng)設(shè)在距機(jī)場(chǎng)2km以內(nèi)的地方，以防止鳥類(如水鷗)防止塘體損害為防止浪的沖刷，塘的襯砌應(yīng)在設(shè)計(jì)水位上下各0.5m以上。塘的進(jìn)出口進(jìn)出口的形式對(duì)穩(wěn)定塘的處理效果有較大影響。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注的方法主要有以下幾種：自然沉淀法、混凝沉淀法、氣浮、過(guò)濾控制水污染，其設(shè)計(jì)參數(shù)(如負(fù)荷率)需通過(guò)試驗(yàn)研究確定。 去除率可達(dá)92%～97%。其去除率與選用的土地處理系統(tǒng)工藝有關(guān)，其中地表慢速滲濾系統(tǒng)：地表漫流系統(tǒng)適用于滲透性的黏土或亞黏土，地面的最佳坡度為2%~8%。廢水以噴灌法或漫灌法有控制地在地面上均勻地漫流，流向設(shè)在坡腳的集漫流系統(tǒng)濕地處理系統(tǒng)天然濕底系統(tǒng)地下污水處理系統(tǒng)是將污水投配到距地面約0.5m深、有良第十四章污水的好氧生物處理(二)——活性污泥法第一節(jié)基本概念按棲息著的微生物分：大量的細(xì)菌真菌原動(dòng)物活性污泥中細(xì)菌含量一般在107～108個(gè)/mL;原生動(dòng)物103個(gè)/mL,原生動(dòng)似用于表示微生物的量。處理生活污水的活性污泥MLVSS:70%NVSS:30%MLVSS:一般范圍為55%~75%NVSS:一般范圍為25%~45%活性污泥的沉降濃縮性能污泥沉降比：SV取混合液至1000mL或100mL量筒，靜止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的體積，以占混合液體積的比例(%)表示污泥沉降比。泥形成濕泥時(shí)的體積來(lái)表示污泥沉降性能，簡(jiǎn)稱污泥指數(shù)，單位為mL/g。SV(mL/L)1L混合液沉淀30min的活性污泥體積(mL)MLSS(g/L)1升混合液中懸浮固體干重(g)活性污泥降解污水中有機(jī)物的過(guò)程活性污泥在曝氣過(guò)程中，對(duì)有機(jī)物的降解(去除)過(guò)程可分為兩個(gè)階段：吸附階段、穩(wěn)定階段污水與污泥混合曝氣后BOD的變化曲線對(duì)活性污泥法曝氣過(guò)程中污水中有機(jī)物的變化分析得到結(jié)論：第二節(jié)氣體傳遞和曝氣池一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥；二是廢水中的有機(jī)物，它是處理對(duì)象，也是微生物的食料；三是溶解氧，沒有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能發(fā)揮氧化分解作用。雙膜理論的基點(diǎn)是認(rèn)為在氣液界面存在著二層膜(即氣膜和液膜)這一物這兩層薄膜使氣體分子從一相進(jìn)入另一相時(shí)受到了阻力。當(dāng)氣體分子從氣相向液相傳遞時(shí)，若氣體的溶解度低，則阻力主要來(lái)自液膜。在廢水生物處理系統(tǒng)中，氧的傳遞速率可用下式表示：通過(guò)的面積；ps0——?dú)怏w在溶液中的飽和濃度；p0——?dú)怏w在溶液中的濃度。而dm=Vdp0,則上式可改寫成：將上式進(jìn)行積分，可求得總的傳質(zhì)系數(shù)：KLa值受污水水質(zhì)的影響，把用于清水測(cè)出的值用于污水，要采用修正系數(shù)a,同樣清水的ps0值要用于污水要乘以系數(shù)β,因而上式變?yōu)椋河绊慘La值的因素溶解在水中的憎水性有機(jī)物影響KLa值；水中溶解的無(wú)機(jī)物影響ps0值；溶解的有機(jī)物影響KLa值；溫度也影響KLa和ps0值。曝氣的作用與曝氣方式1.好氧微生物的需氧代謝2.兼性微生物酶的好氧合成3.混合液的攪拌作用(厭氧、缺氧池另加攪拌器)曝氣方式：1.鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)2.機(jī)械曝氣裝置：縱軸表面曝氣機(jī)、橫軸表面曝氣器3.鼓風(fēng)+機(jī)械曝氣系統(tǒng)4.其他：富氧曝氣、純氧曝氣高速單級(jí)鼓風(fēng)機(jī)曝氣系統(tǒng)的組成鼓風(fēng)曝氣空氣凈化器空氣凈化器的目的是改善整個(gè)曝氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和防止擴(kuò)散器阻塞?？諝廨斉涔芟到y(tǒng)負(fù)責(zé)將空氣輸送到空氣擴(kuò)散器。要求沿程阻力損失小，曝氣設(shè)備各點(diǎn)壓力均衡，空氣干管和支管流速符合設(shè)計(jì)要求，配備必要的手動(dòng)閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。擴(kuò)散器的作用是將空氣分散成空氣泡，增大空氣和混合液之間的接觸界面，把空氣中的氧溶解于水中。70、可變微孔曝氣器安裝71、機(jī)械曝氣：表面曝氣機(jī)表面曝氣機(jī)充氧原(1)曝氣設(shè)備的提水和輸水作用，使曝氣池內(nèi)液體不斷循環(huán)流動(dòng)，從而不斷更新氣液接觸面，不斷吸氧；(2)曝氣設(shè)備旋轉(zhuǎn)時(shí)在周圍形成水躍，并把液體拋向空中，劇烈攪動(dòng)而卷進(jìn)(3)曝氣設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在后側(cè)形成負(fù)壓區(qū)而吸入空氣。、曝氣設(shè)備性能指標(biāo)比較各種曝氣設(shè)備性能的主要指標(biāo)氧轉(zhuǎn)移率：?jiǎn)挝粸閙g(02)/(L·h)。充氧能力(或動(dòng)力效率):即每消耗1kW·h動(dòng)力能傳遞到水中的氧量(或氧傳遞速率),單位為kg(02)/(kW·h)。氧利用率：通過(guò)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧的比例，單位為%。曝氣設(shè)備性能曝氣池的三種池型：推流式曝氣池、完全混合式曝氣池、兩種池型結(jié)合式推流式曝氣池根據(jù)橫斷面上的水流情況，可分為平面推移式、旋轉(zhuǎn)推流式推流式曝氣池、完全混合曝氣池三種池型原理：最通用的方法是用還原劑亞硫酸鈉消氧。為了加快消氧過(guò)程，可用氯化鈷作為催化劑。然后測(cè)出復(fù)氧過(guò)程，計(jì)算總傳質(zhì)系數(shù)KLa和氧的傳遞速率。步驟：一邊曝氣，一邊加入Na2S03(同時(shí)利用CoC12作催化劑)進(jìn)行還原反應(yīng)，使測(cè)試在全池均勻進(jìn)行當(dāng)溶解氧濃度逐漸趨近于零時(shí)，開始測(cè)定，由于曝氣，水中溶解氧開始上升，按一定的時(shí)間間隔測(cè)定氧濃度，測(cè)得的數(shù)據(jù)取平均值重復(fù)測(cè)定多次同時(shí)測(cè)定水溫、氣壓，水中溶解氧的飽和值、曝氣機(jī)功率結(jié)果分析測(cè)定KLa求氧傳遞速率和動(dòng)力效率以t,1n(ps0-p0)為變量，利用測(cè)得的數(shù)據(jù)在方格紙上得到一直線，斜率即為KLa。也可用半對(duì)數(shù)線求KLa值，見教材中圖14—15。結(jié)果分析——系數(shù)修正(1)水溫的修正：測(cè)定不在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)20℃時(shí)，可按此式修正。(2)氣壓的修正：大氣壓力的影響，可按此式修動(dòng)力效率：?jiǎn)挝粸閗g(02)/(kW·h)表面曝氣機(jī)葉輪的輸出功率的計(jì)算：曝氣設(shè)備的動(dòng)力效率=0C(kg02/h)/葉輪輸出功率(kW)氧利用率：通過(guò)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧的比例，單在運(yùn)行條件下的測(cè)試1.非穩(wěn)定狀態(tài)的測(cè)定所謂非穩(wěn)定狀態(tài)，是指混合液中的溶解氧是隨時(shí)間變化的。式中：pswO——污水中的溶解氧飽和濃r——微生物的需氧速率，mg(02)/(L·h);2.穩(wěn)定狀態(tài)的測(cè)定穩(wěn)定狀態(tài)，是指混合液中的溶解氧不隨時(shí)間而變化。麥金尼(Ross.E.Mckinney)方法對(duì)于推流式曝氣池，可以用測(cè)定混合液需氧速率的方法來(lái)推算氧的傳遞速第十五章污水的厭氧生物處理人們有目的地利用厭氧生物處理法已有近百年的歷史。由于傳統(tǒng)的厭氧法存在水力停留時(shí)間長(zhǎng)、有機(jī)負(fù)荷率低等缺點(diǎn)，在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，沒有得第一節(jié)厭氧生物處理的基本原理最顯著的特征是液態(tài)污泥的pH值迅速下降，不到10d,降到最低值(即使在室溫已經(jīng)證實(shí)的已有80多種。以上的過(guò)程可以用圖15—1表示。有可能維持在6.8之上，酸化和甲烷化兩大類細(xì)菌就有可能共存，從而消除分從液溫看，消化可在中溫(35℃~38℃)進(jìn)行(稱中溫消化),也可在高溫乙酸放出H2,然后M.OH.利用產(chǎn)生的H2還原C02產(chǎn)存在時(shí)，它將優(yōu)先還原S042-和S032-,產(chǎn)生H2S,形成與甲烷細(xì)菌對(duì)基質(zhì)的競(jìng)反應(yīng)所決定的。與好氧法相比，厭氧法的降解較不徹底，放出熱量少，反應(yīng)速度低第二節(jié)污水的厭氧生物處理方法圖15—2示化糞池的一種構(gòu)造方式。污水進(jìn)入第一室，水中懸浮物或沉于厭氧生物濾池是密封的水池，池內(nèi)放置填料，如圖15—3所示，污水從池根據(jù)對(duì)一些有機(jī)廢水的試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)溫度在25℃~35℃時(shí)，在使用拳狀濾達(dá)到3～10kgCOD/m3·d。表15—1是某制藥廢水小型試驗(yàn)的結(jié)果。廢水在進(jìn)人流人沉淀池。接觸池中的污泥濃度要求很高，在12000～15000mg/L左右，類加工廢水(BOD5約1000～1800mg/L)在中溫消化時(shí)，經(jīng)過(guò)6～12h(以廢水人上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)是由荷蘭的Lettinga教授等在1972年研制，于1977年開發(fā)的。如圖15—5,廢水自下而上地通過(guò)厭氧污泥床反應(yīng)器。荷率可達(dá)10～20kg(COD)/m3·d。對(duì)懸浮物高的工業(yè)廢水，采用厭氧接觸法與上流式厭氧污泥床反應(yīng)器串聯(lián)的組合已經(jīng)有成功的經(jīng)驗(yàn)，其流程如圖化階段反應(yīng)器進(jìn)行了比較試驗(yàn)。酸化階段的溫度為30℃,甲烷化階段的溫度為35℃~37℃。接種用的污泥是城市污水廠消化污泥。試驗(yàn)結(jié)果見表15—3。率為25～50kgCOD/m3·d。酸化出水可不經(jīng)中和直接進(jìn)入第二段甲烷化。作為甲烷化反應(yīng)器的厭氧濾池有兩個(gè)，一個(gè)用塑料填料填充75%,填料的比表面積為150m2/m3;另一個(gè)僅用塑料填料填充上部25%。經(jīng)過(guò)四個(gè)月的運(yùn)行，厭氧第三節(jié)厭氧生物處理法的設(shè)計(jì)第四節(jié)厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用就是pH值，用堿或堿性物質(zhì)中和酸性廢水時(shí)，把廢水的pH值調(diào)升到7;用酸或驗(yàn)。例如堿性藥劑的用量可按p217的公式計(jì)算。2.過(guò)濾法為濾料時(shí)，廢水的硫酸濃度一般不應(yīng)超過(guò)1—2g/L。如硫酸濃度過(guò)高，可以回了中和目的。所用濾池的直徑為1.2m,深度為2.9m;石灰石濾床高1～1.2m,出水pH值接近4.5,曝氣后因CO2逸出，pH值上升到6以上。廢水和煙道氣都得到了凈化，使廢水中和，煙塵消除。有資料表明，含12%~14%C02的煙道氣與硫化物含量為30mg/L,pH值為11的印染廠硫化染料廢水在噴淋塔接觸20min,廢水的pH值可降至6.4,硫化物去除率達(dá)98%。但用煙第三節(jié)化學(xué)沉淀法淀法(ChemicalPrecipitation化工上用沉降settling一詞，而不用沉淀化為N2和C02。(CN—:C12=1:2.7)加氯，攪拌混合數(shù)分鐘。然后調(diào)整pH值到8.5,再按計(jì)算量(CN—:Cl2=1:4.1)的110%第二次加氯，攪拌1小時(shí)以上完成反應(yīng)，其反應(yīng)陰極反應(yīng)2H+2e——H?第十八章城市污水的深度處理前中國(guó)的某些湖泊，如昆明滇池，江蘇太湖，安徽巢湖等都已出現(xiàn)不同程度的白質(zhì)。新鮮生活污水含氮中有機(jī)氮約占總氮的60%,氨氮約占40%。當(dāng)污水中(1)吹脫法(2)折點(diǎn)加氯法(3)離子交換法生物法脫氮(1)生物脫氮機(jī)理生物脫氮是在微生物的作用下，將有機(jī)氮和氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化硝化反應(yīng)的適宜溫度為20℃~30℃。低于15℃時(shí)，反應(yīng)速度迅速下降，5硝化反應(yīng)對(duì)溶解氧有較高的要求，處理系統(tǒng)中的溶解氧量最好保持在2mg pH值的影響很敏感，為了保持適宜的pH值7～8,應(yīng)在廢水中保持足夠的堿度，進(jìn)行好氧呼吸；在無(wú)氧而有N03-或N02-存在時(shí)，則以N從以上的過(guò)程可知，約96%的N03-N經(jīng)異化過(guò)程還原，4%經(jīng)同化過(guò)程合成醇，因?yàn)榧状急环纸夂蟮漠a(chǎn)物為C02,H20,不產(chǎn)生其它難降解的中反硝化反應(yīng)的適宜pH值為6.5—7.5。pH值高于8或低于6時(shí)，反硝反硝化反應(yīng)的溫度范圍較寬，在5℃~40℃范圍內(nèi)都可以進(jìn)行。但溫度低于15℃時(shí)，反硝化速率明顯下降。(2)生物脫氮工藝生物脫氮技術(shù)的開發(fā)是在30年代發(fā)現(xiàn)生物濾床中的硝化、反硝化反應(yīng)開始的。但其應(yīng)用還是在1969年美國(guó)的Barth提出三段生物脫氮工藝后?，F(xiàn)對(duì)幾種典型的生物脫氮工藝進(jìn)行討論。①三段生物脫氮工藝。該工藝是將有機(jī)物氧化，硝化及反硝化段獨(dú)立開來(lái)，每一部分都有其自己的沉淀池和各自獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)。使除碳、硝化和反硝化在各自的反應(yīng)器中進(jìn)行，并分別控制在適宜的條件下運(yùn)行，處理效其流程如圖18-4所示。由于反硝化段設(shè)置在有機(jī)物氧化和硝化段之后，主要靠?jī)?nèi)源呼吸碳源進(jìn)行反硝化，效率很低，所以必須在反硝化段投加外加碳源來(lái)保證高效穩(wěn)定的反硝化反應(yīng)。隨著對(duì)硝化反應(yīng)機(jī)理認(rèn)識(shí)的加深，將有機(jī)物氧化和硝化合并成一個(gè)系統(tǒng)以簡(jiǎn)化工藝，從而形成二段生物脫氮工藝成為現(xiàn)實(shí)。各段同樣有其自己的沉淀及污泥回流系統(tǒng)。除碳和硝化作用在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，設(shè)計(jì)的污泥負(fù)荷率要低，水力停留時(shí)間和泥齡要長(zhǎng)，否則，硝化作用要降低。在反硝化段仍需要外加碳源來(lái)維持反硝化的順利進(jìn)行。②Bardenpho生物脫氮工藝。該工藝圖18—5所示。該工藝設(shè)立了兩個(gè)缺氧段，第一段利用原水中的有機(jī)物為碳源和第一好氧池中回流的含有硝態(tài)氮的混合液進(jìn)行反硝化反應(yīng)。經(jīng)第一段處理，脫氮已基本完成。為進(jìn)一步提高脫氮效率，廢水進(jìn)入第二段反硝化反應(yīng)器，利用內(nèi)源呼吸碳源進(jìn)行反硝化。最后的曝氣池用于吹脫廢水中的氮?dú)?，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池發(fā)生污泥上浮現(xiàn)象。這一工藝比三段脫氮工藝減少③缺氧一好氧生物脫氮工藝。該工藝于80年代初開發(fā)，其工藝流程如圖18—6所示。該工藝將反硝化段設(shè)置在系統(tǒng)的前面，因此又稱為前置式反硝化生物脫氮系統(tǒng)，是目前較為廣泛采用的一種脫氮工藝。反硝化反應(yīng)以污水中的有機(jī)物為碳源，曝氣池中含有大量硝酸鹽的回流混合液，在缺氧池中進(jìn)行反硝化脫氮。在反硝化反應(yīng)中產(chǎn)生的堿度可補(bǔ)償硝化反應(yīng)中所消耗的堿度的50%左右。該工藝流程簡(jiǎn)單，無(wú)需外加碳源，因而基建費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用較低，脫氮效率一般在70%左右；但由于出水中含有一定濃度的硝酸鹽，在二沉池中，有可能進(jìn)行反硝化反應(yīng)，造成污泥上浮，影響出水水質(zhì)。隨著生物脫氮技術(shù)的發(fā)展，新的工藝不斷被開發(fā)出來(lái)，如氧化溝、序批溫度從10℃上升到30℃時(shí)，放磷速率可提高5倍。磷的處理系統(tǒng)，其流程如圖18—7所示。報(bào)道，如果這一比值大于10:1,出水中磷的濃度可在1mg/L左右。由于微生物(2)Phostrip中去除磷工藝流程見圖18—8?！?中列出了A/0法和Phostrip法的典型設(shè)計(jì)參數(shù)。工藝。它們的流程如圖18—9所示，典型的設(shè)計(jì)參數(shù)見表18—4。該處理系統(tǒng)出水中磷濃度基本可在1mg/L以下，氨氮也可在15mg/L以第二節(jié)城市污水的三級(jí)處理三、化學(xué)氧化法第二十章污泥的處理和處置城市污水處理廠所產(chǎn)生的污泥約為處理的水的體積的0.5%~1.0%左第一節(jié)污泥的來(lái)源、性質(zhì)和數(shù)量一、污泥的來(lái)源、性質(zhì)及主要指標(biāo)城市污水和工業(yè)廢水在污水處理廠(站)進(jìn)行處理的過(guò)程中都將產(chǎn)生各種污泥。污泥中的固體有的是截留下來(lái)的懸浮物質(zhì)；有的是由生物處理系統(tǒng)排出的生物污泥；有的則是因投加藥劑而形成的化學(xué)污泥。城市污水廠的污泥主要有：柵渣、沉砂池沉渣、初沉池污泥和二沉池生物污泥等。柵渣呈垃圾狀，沉砂池沉渣中比重較大的無(wú)機(jī)顆粒含量較高，所以這兩者一般作為垃圾處置。初沉池污泥和二沉池生物污泥，因富含有機(jī)物，容易腐化、破壞環(huán)境，必須妥善處置。初沉池污泥還含有病原體和重金屬化合物等。二沉池污泥基本上是微生物機(jī)體，含水率高，數(shù)量多，更需注意。這兩者在處置前常需處理。處理的目的在于：①降低含水率，使其變流態(tài)為固態(tài)，同時(shí)減少數(shù)量；②穩(wěn)定有機(jī)物，使其不易腐化，避免對(duì)環(huán)境造成二次污染。工業(yè)廢水處理后產(chǎn)生的污泥，有的和城市污水廠相同，有的不同，有些特殊的工業(yè)污泥有可能作為資源利用。表征污泥性質(zhì)的主要參數(shù)或項(xiàng)目有：含水率與含固率、揮發(fā)性固體、有毒有害物含量以及脫水性能等。1.含水率與含固率含水率是污泥中水含量的百分?jǐn)?shù)，含固率則是污泥中固體或干泥含量的百分?jǐn)?shù)。濕泥量與含固率的乘積就是干污泥量。含水率降低(即含固量的提高)將大大地降低濕泥量。在含水率高、污泥呈流態(tài)時(shí)，污泥的體積與含固量基本上呈反比關(guān)系。通常含水率在85%以上時(shí)，污泥呈流態(tài)，65%～85%時(shí)呈塑態(tài)；低于60%時(shí)，則呈固態(tài)。表20—1所列舉的是城市污水處理廠污泥的數(shù)量、含水率和比重。當(dāng)含水率變化時(shí)，可近似地用下式計(jì)算濕污泥的體積：2.揮發(fā)性固體揮發(fā)性固體(用VSS表示),是指污泥中在600℃的燃燒爐中能被燃燒，并以氣體逸出的那部分固體。它通常用于表示污泥中的有機(jī)物的量，常用mg/L表示，有時(shí)也用重量百分?jǐn)?shù)表示。VSS也反映污泥的穩(wěn)定化程度。城市污水處理廠的污泥中含有相當(dāng)數(shù)量的氮(約含污泥于重的4%)、磷(約含2.5%)和鉀(約含0.5%),有一定肥效，可用于改善土壤。但其中也含有病菌、病毒、寄生蟲卵等，在施用之前應(yīng)采取必要的處理措施(如污泥消化)。污泥中的重金屬是主要的有害物質(zhì)，重金屬含量超過(guò)規(guī)定的污泥不能用作農(nóng)肥。工業(yè)廢水處理廠(站)的污泥的性質(zhì)隨廢水的性質(zhì)變化很大。4.污泥的脫水性能用過(guò)濾法分離污泥的水份時(shí)，常用指數(shù)比抗阻值(r)或毛細(xì)吸水時(shí)間(CST)評(píng)價(jià)污泥脫水性能(詳見本章第五節(jié))。計(jì)算城市污水廠的污泥量時(shí)，一般以表20—1所列的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)。在已知污泥性能參數(shù)的情況下，可用公式如下估算：1.初沉污泥量2.剩余活性污泥量(活性污泥法)可依據(jù)第十一章和第十四章中所學(xué)的知識(shí)，采用下列公式進(jìn)行計(jì)算：(1)剩余活性污泥量以VSS(揮發(fā)性固體)計(jì)：一般采用0.5~0.6;so——曝氣池人流的BOD5,kg/m3;qv——曝氣池設(shè)計(jì)流量，m3/d;K——內(nèi)源代謝系數(shù)，一般采用0.06～0.1d-1;(2)剩余活性污泥量以SS(懸浮固體)計(jì)：f——一般采用0.6～0.75。(3)剩余活性污泥量以體積計(jì)：P產(chǎn)生的懸浮固體kgSS/d;P——污泥密度，以1000kg/m3計(jì)。三.污泥中的水分及其對(duì)污泥處理的影響1.污泥中的水分如圖20—1,污泥中水的存在形式大致有三種：(1)游離水存在于污泥顆粒間隙中的水，稱為間隙水或游離水，約占污泥水分的70%左右。這部分水一般借助外力可與泥粒分離。(2)毛細(xì)水存在于污泥顆粒間的毛細(xì)管中，稱為毛細(xì)水，約占污泥水分的20%左右。也有可能用物理方法分離出來(lái)。(3)內(nèi)部水粘附于污泥顆粒表面的附著水和存在于其內(nèi)部(包括生物細(xì)胞內(nèi)的水)的內(nèi)部水，約占污泥中水分的10%左右。只有干化才能分離，但也不完通常，污泥濃縮只能去除游離水中的一部分。2.污泥中的水分對(duì)污泥處理的影響污泥處理的方法常取決于污泥的含水率和最終的處置方式。例如，含水率大于98%的污泥，一般要考慮濃縮，使含水率降至96%左右，以減少污泥體積，有利于后續(xù)處理。為了便于污泥處置時(shí)的運(yùn)輸，污泥要脫水，使含水率降至80%以下，失去流態(tài)。某些國(guó)家規(guī)定，若污泥進(jìn)行填埋其含水率要在60%以下；這就決定了要用板框壓濾機(jī)進(jìn)行污泥脫水。污泥含水率與污泥狀態(tài)的關(guān)系，可參見圖20—2。第二節(jié)污泥的處置及其前處理表20—2所列舉的是我國(guó)和德國(guó)對(duì)農(nóng)用污泥中幾種重金屬最高含量的2.填埋3.焚燒焚燒可使污泥體積大幅度減小，且可滅菌。污泥灰量大約是含水率75%的4.投放海洋在60%～80%左右，需進(jìn)一步干化，以降低其重量。干化污泥的含水率一般低第三節(jié)污泥濃縮/(m2.h)或kg/(m2·d)];(m?·h)或ms/(m?·d)];對(duì)于新建廠，無(wú)法通過(guò)試驗(yàn)求得上述設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，可參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表20取其大值。初沉污泥最大水力負(fù)荷可取1.2～1.6ms/(m?·h),剩余活性污泥取濃縮池的有效水深一般采用4m,當(dāng)采用豎流式濃縮池時(shí)，其水深按沉淀部分的上升流速不大于0.1nuI/s計(jì)算。濃水物。污泥在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間只有3min左右，出泥含固率可達(dá)4%以上。由于工(>4%)和固體回收率(>90%),一般需要添加PFS(聚合硫酸鐵)、PAM(聚丙烯酰達(dá)到出泥含固率大于4%、出水(分離液)的SS≤100mg/L的效果。這是與氣浮氣浮法的10倍。第四節(jié)污泥的穩(wěn)定量減少(通常厭氧消化使25%～50%的污泥固體被分解),減少了后續(xù)污泥處理(ThemophilicDigestion)等。高溫消化運(yùn)行的能耗大大高于中溫消化，只有當(dāng)條件非常有利于高溫消化或要求特殊時(shí)才會(huì)采用。根據(jù)負(fù)荷率，又可分為低負(fù)荷率和高負(fù)荷率兩低負(fù)荷率消化池是一個(gè)不設(shè)加熱，攪拌設(shè)備的密閉的池子，池液分層，見圖20—7。它的負(fù)荷率低，一般為0.5～1.6kgV5S/m?長(zhǎng)，停留時(shí)間30～60d。污泥間歇進(jìn)入，在池內(nèi)經(jīng)歷了產(chǎn)酸、產(chǎn)氣、濃縮和上清液分離等所有過(guò)程。產(chǎn)生的沼氣(消化氣)氣泡的上升有一定的攪拌作用。池內(nèi)形成三個(gè)區(qū)——上部浮渣區(qū)、中間為上清液、下部污泥區(qū)。頂部匯集消化產(chǎn)生的沼氣并導(dǎo)出。經(jīng)消化的污泥在池底濃縮并定期排出。上清液回流到處理廠前端，與進(jìn)廠污水混合。高負(fù)荷率消化池的負(fù)荷率達(dá)1.6～6.4kgVSS/m·d或更高，與低負(fù)荷率池的區(qū)別在于連續(xù)運(yùn)行，設(shè)有加熱、攪拌設(shè)備；連續(xù)進(jìn)料和出料；最少停留10~15d;整個(gè)池液處于混合狀態(tài)，不分層；濃度比人流污泥低。高負(fù)荷率消化池常設(shè)兩級(jí)，第二級(jí)不設(shè)攪拌設(shè)備，作泥水分離和縮減泥量之用。參見圖20—8。隨著工藝的發(fā)展，又出現(xiàn)了兩相消化工藝。它根據(jù)厭氧分解的兩階段理論，把產(chǎn)酸和產(chǎn)沼氣階段分開、使之分別在兩個(gè)池子內(nèi)完成見圖20—9。該工藝的關(guān)鍵是如何使兩階段分開，方法有投加相應(yīng)的菌種抑制劑、調(diào)節(jié)和控制停留時(shí)間、1.pH值和堿度厭氧消化首先產(chǎn)生有機(jī)酸，使污泥的pH值下降，隨著甲烷菌分解有機(jī)酸時(shí)產(chǎn)生的重碳酸鹽不斷增加，使消化液的pH值得以保持在一個(gè)較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)。由于酸化菌對(duì)pH值的適應(yīng)范