污水生物处理技术

第四节水环境污染控制及管理一。水体污染的防治和管理1。制定水环境质量标准：水质标准：水环境中污染物的允许含量，污染源排放污染物的数量和浓度等的技术规范。按照水体类型：地面水水质标准，海水水质标准，地下水水质标准。按水的用途：生活饮用水水质标准，渔业用水水质标准，农业灌溉水质标准，娱乐用水水质标准，工业用水水质标准。工业废水排放标准：标准中将排放的污染物按其性质分为两类：1。第一类污染物是指能在动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响的。2。第二类污染物指其长远影响小于第一类污染物质。两类污染物的允许排放浓度见附表11（1），11（2）水环境污染防治对策：1。减少耗水量2。建立城市污水处理系统3。调整工业布局4。加强水资源的规划管理为了有效控制水污染，在管理上应冲浓度管理逐步向总量控制管理过渡。二。废水处理方法废水处理目的：对废水中的污染物以某种方式分离出来，或者将其分解转化为无害稳定物质，从而使污水得到净化。废水处理方法选择：废水水质和水量，废水处理后的用途等；取决于废水中污染物的性质，组成，状态及对水质的要求。分类：物理法，化学法及生物法物理法：利用物理作用处理，分离和回收废水中污染物。沉淀法，浮选法，过滤法，蒸发法。化学法：利用化学反应或物理化学作用处理回收可溶性废物或胶状物质。中和法，萃取法，氧化还原法。生物法：利用微生物的生化作用处理废水中的有机污染物。生物过滤法，活性污泥法。城市污水处理步骤划分为：一级，二级和三级处理。一级处理：筛滤，重力沉淀和浮选，处理后的污水达不到排放标准。二级处理：生物法和絮凝法。有机物，无机悬浮物和胶体颗粒物极低浓度有机物。三级处理：曝气，吸附，化学凝聚，电渗析等。控制富营养化或达到使废水能够重新回用。1。生物处理的基本概念2。生物处理法在废水处理中的地位3。生物处理法的分类1生物处理的基本概念1.1生物处理的目的和重要性一、废水生物处理的目的：絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物稳定和去除废水中的有机物去除营养元素氮和磷1生物处理的基本概念二、废水生物处理的重要性：城市污水中约有60%以上的有机物只有用生物法去除才最经济；废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法；目前世界上已建成的城市污水处理厂有90%以上是生物处理法；大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的。1.2微生物在废水生物处理中的作用去除有机物（以COD或BOD5表示），去除其它无机营养元素如N、P等絮凝沉淀和降解胶体状固体物稳定有机物1.3废水生物处理中的重要微生物微生物非细胞形态的微生物细胞形态的微生物病毒、噬菌体真核生物酵母菌原生动物后生动物原核生物细菌放线菌蓝藻（蓝细菌）真菌霉菌藻类1.3生物处理中的重要微生物细菌：——是废水生物处理工程中最主要的微生物真细菌(eubacteria)、古细菌(archaebacteria)根据需氧情况不同：好氧细菌、兼性细菌、厌氧细菌；根据能源碳源利用情况的不同：光合细菌——光能自养菌、光能异养菌；非光合细菌——化能自养菌、化能异养菌根据生长温度的不同：低温菌(10~15ºC)、中温菌(15~45ºC)、高温菌(45ºC)真菌：特点：1)能在低温和低pH值的条件生长2)在生长过程中对氮的要求较低（1/2）3)能降解纤维素。应用：1)处理某些特殊工业废水2)固体废弃物的堆肥处理原生动物：原生动物主要以细菌作为食物；种属与数量的变化，与出水水质相关，可作为指示生物。后生动物：后生动物以原生动物和细菌作为食物；也可作为指示生物。2生物处理法在废水处理中的地位2.1有机物在废水中的存在形式及其主要去除方法颗粒状有机物(1m)：可采用机械沉淀法去除胶体状有机物(1nm~100nm)：不能用机械沉淀法去除溶解性有机物(1nm)：以分散的分子状态存在于水中2.2废水处理程度的分级一级处理——预处理或前处理；二级处理——生物处理；三级处理——深度处理城市污水处理厂的典型流程北京市酒仙桥污水处理厂一级处理二级处理城市污水处理厂的典型流程污泥回流原废水粗细格栅进水泵房沉砂池初沉池曝气池二沉池接触池出水泥饼外运集泥井污泥回流泵房污泥浓缩池一级消化池二级消化池污泥脱水机房空气CL2或其它消毒剂絮凝剂上清液回流二级处理一级处理三级处理2.2废水处理程度的分级一级处理：去除效果：EBOD30功能：1）去除大颗粒状有机物，以减轻后续生物处理的负担；2）调节水量、水质、水温等，有利于后续的生物处理。主要方法：物化法，沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等2.2废水处理程度的分级二级处理：去除效果：EBOD85~90%功能：大量去除胶体状和溶解状有机物，保证出水达标排放方法：各种形式的生物处理工艺2.2废水处理程度的分级三级处理：目的：去除二级处理出水中残存的SS、有机物，或脱色、杀菌，或脱氮、除磷——防止水体富营养化方法：物化法——超滤、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；生物法——生物脱氮除磷、生物陶粒、生物活性炭、曝气生物滤池等2.3我国水环境中有机物污染现状废水排放量巨大——总废水量达400亿m3(1.1108m3/d)，其中工业废水和城市生活污水近各50%，处理率低主要污染物是有机物和氮磷营养盐我国城市污水处理概况年份污水厂处理能力处理率1921上海北区污水厂4104m3/d1926上海东、西区污水厂到1980全国238个城市,仅有16个建有39个污水厂85104m3/d1.7%其中二级处理厂19.3万m3/d0.39%到1985年底33个城市，63个污水厂220104m3/d2.2%其中一级处理厂20个73104m3/d0.66%二级处理厂43个147104m3/d1.54%到1996年底全国640多个城市,共建有160多个污水厂812104m3/d6.7%目前，在全国范围内已经建成很多城市废水处理厂，估计目前我国的城市废水处理率已经达到近20%。我国已有的大型污水处理厂年份污水厂处理能力1985天津纪庄子污水厂26104m3/d1990北京高碑店污水厂50104m3/d(一期，90～93)100104m3/d(二期，95～99)1994天津东郊污水厂34104m3/d其它西安大白杨污水厂32104m3/d南京污水厂26104m3/d上海天山污水厂10.5104m3/d杭州四堡污水厂20104m3/d郑州污水厂12104m3/d污染物的主要来源：生活污水：COD=400~500mg/l,BOD5=200~300mg/l工业废水：轻工、食品、石油化工等啤酒废水：8~20m3废水/m3酒,COD=2000~3500mg/l酒精废水：12~15m3废水/m3酒,COD=3~6万mg/l味精废水：25~35m3废水/吨味精,COD=6~10万mg/l造纸黑液：120~600m3废水/吨纸浆,COD=10~15万mg/l3生物处理法的分类生物处理法天然生物处理人工生物处理生物稳定塘土地处理系统好氧生物处理厌氧生物处理活性污泥法生物膜法传统厌氧消化现代高速厌氧反应器例1：生活污水或城市污水的处理进水水质：COD400mg/lBOD200mg/l出水水质：COD40mg/lBOD15mg/l排放标准：COD100mg/lBOD30mg/l例1：生活污水或城市污水的处理高碑店污水处理厂的工艺流程图污泥的厌氧消化活性污泥系统高碑店污水处理厂的工艺流程图初沉池曝气池二沉池一期二期污泥处理曝气池活性污泥好氧微生物曝气池0.1mm钟虫小口钟虫草履虫盖纤虫肾形虫变形虫活性污泥中的后生动物轮虫线虫第三章复习1。水体环境概述2。污染物在水体中的扩散3。污染物在水体中的转化4。水环境污染控制及管理目前世界各国每年消耗的淡水为2088km3/a,连同可循环用水，总量为3300km3/a，约占全球全年总径流量的90％，其余10％流入海洋，总体看来水量丰富。世界人口增加和工农业生产发展，水量需求增加；淡水资源分布不均，水源和人口分布不成比例；水污染加剧，水资源供应不足称为世界各国面临的严重问题。天然水化学组成天然水中几乎包括化学元素周期表中所有化学元素溶解气体：主要气体O2,N2等，微量气体：CH4，H2等主要离子：阴离子：Cl-,SO42-等,阳离子：K+,Na+等微量元素：I，F－等胶体：无机胶体，有机胶体固体悬浮物质：砂砾，粘土等水体概念及水体污染水体：水体是地表水圈的重要组成部分，指的是以相对稳定的陆地为边界的天然水域，包括一定流速的河渠，江河和相对静止的塘堰，水库，湖泊，沼泽，以及受潮汐影响的三角洲与海洋。包括：水中悬浮物质，溶解物质，底泥和水生生物等水体分类：按类型分：海洋水体陆地水体：地表水体，地下水体区域：某一具体的被水覆盖的地段，如太湖，洞庭湖等。概念判别：水质：水相的质量，通过水体的物理，化学和生物特征及组成状况，反映了水体环境自然演化过程和人类活动影响的程度。水体：包括除水相以外的其他固相物质，内容广泛。水体污染及污染源水污染指标:•悬浮物•生物化学需氧量(BOD)•化学需氧量(COD)•总有机碳(TOC)•pH值•大肠菌群数•有毒物质在人工控制的条件下，使水样中的有机物在微生物作用下进行生物氧化，在一定时间内所消耗的溶解氧的数量，可以间接反映出有机物的含量，以每升水（所含的污染物）所消耗的氧的毫克数来表示(mg/L)，简称生化需氧量(BOD)。BOD越高，表示水中需氧有机物质越多。20℃条件下培养5天→BOD5用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量，以每升水所消耗的氧的毫克数来表示(mg/L)，简称化学耗氧量(COD)。。COD越高，表示水中有机污染物污染越重。常用的氧化剂:高锰酸钾(KMnO4)高锰酸盐指数重铬酸钾(K2Cr2O7)COD水体污染源工业污染源生活污染源农村污水和灌溉水船舶废水点源非点源水体污染物造成水体的水质、底质、生物质等质量恶化或形成水体污染的各种物质或能量均可能成为水体污染物。无机无毒物无机有毒物有机无毒物有机有毒物放射性污染物热污染物病原体污染物水体的自净所谓水体的自净作用，是指受污染的各种水体在物理、化学和生物等作用下，水中污染物浓度自然降低的过程。水体自净作用往往需要一定的时间，一定范围的水域以及适当的水文条件，另外还决定于污染物的性质、浓度以及排放方式等。包括:(1)物理自净(2)化学自净(3)生物自净污染物在水体中的运动特征污染物在水体的运动形式有三种：①推移迁移；②扩散；③衰减。三种运动的作用使污染物浓度降低，称水体“自净作用”。综上所述可知：①推移作用：总量不变，分布状态也不变；②推移+分散：总量不变，分布状态发生变化；③推移+分散+衰减：总量变化，分布状态变化。1、一维稳态模型Dx2c/x2－uxc/x－Kc=0(1)其特征方程为：Dx2－ux－k=0特征根为：1,2=ux/2Dx(1+m)式中：m=xXuKD241当x=0，c=c0时，上式的解为（取负值）C=c0exp{uxx/2Dx[1－(1+4kDx/ux2)1/2]}弥散项忽略，则一维稳态模型解为：c=c0exp(-Kxx/ux)式中c0=(Qc1+qc2)/(Q+q)Q为河流流量；c1为河流中污染物的本底浓度；q为排入河流的污水的流量；c2为无水中的某污染物浓度；c为污染物的浓度；Dx纵向弥散系数；ux断面平均流速；K污染物的衰减速度常数2、二维稳态模型：Dx2c/x2+Dy2c/y2－uxc/x－uyc/y－kc=0(2)在均匀流场中其解析解为：C(x,y)=Q/4h(x/ux)2√(DxDy))*[exp(y-uyx/ux)2/4Dyx/ux)]*exp(-kx/ux)(2-1)忽略Dx,ux:C(x,y)=Q/(ux*h√(4Dxx/ux))*exp(-uxy2/4Dyx)*exp(-kx/ux)(2-2)在河流有边界条件下：才用镜像法：C(x,y)=2