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1第十章污水的物理处理第一节污水预处理一、格栅组成：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。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。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。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。二、调节池（★）（一）调节池的作用1、水量调节1）线内调节：进水用重力流，出水用泵提升。2）线外调节：q高，进池；q低，出池2、水质调节1）利用外加动力而进行的强制调节：设备较简单，效果较好，但运行费用高。2）利用差流方式：基本没有运行费，但设备结构较复杂。（二）调节池的形式结构1）方池：主要用来调节水量2）对角线调节池：只调节水质，不能调节水量，对角线开槽。3）折流式调节池三、调节池的设计（★★）1、废水经过一定调节时间后平均浓度为：c=∑qiciti/∑qiti2、调节池体积V=∑qiti难点：∑ti的确定第二节沉淀的基础理论一、概述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。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。2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；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。二、沉淀的基本理论（一）自由沉淀及其理论基础球状颗粒自由沉淀的沉速公式(★)：斯托克斯定律(★★)在层流状态下，λ=24/Re，带入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式由上式可知，颗粒沉降速度us与下述因素有关：us正比于颗粒与水的密度差（ρs-ρL）；us正比于d²；us反比于μ（μ取决于水温和水质）3（二）絮凝沉淀颗粒碰撞→絮状体→尺寸增大→us增大沉降特性由絮凝沉降实验确定（三）成层沉淀和压缩沉淀在沉淀初期，沿沉淀深度从上至下依次存在清水层、受阻沉淀层、过渡层和压缩层。后期，分为清水层和压缩层。三、沉淀池的工作原理理想沉淀池分为四部分：进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域理想沉淀池的几个假定(★★)：1.沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v；2.悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；3.在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上；4.颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。颗粒完全去除颗粒不能完全去除最小沉降速度（u0）反映沉淀池效率的参数，一般称为沉淀池的表面负荷率。沉淀池按水流方向分（★）：平流式、竖流式、辐流式沉淀池（1）平流式沉淀池污水从池的一端流入，水平方向流过池子，从池的另一端流出。（溢流堰）（2）竖流式沉淀池（絮凝沉淀）中心管、喇叭口、反射板（降低流速、改变水流方向）（3）普通辐流式沉淀池(中间进水，周边出水)向心辐流式沉淀池(周边进水，周边出水)（4）斜板（管）沉淀池异向流、同向流、侧向流Aqv4第三节沉砂池工作原理：以重力分离或离心分离为基础，即控制进入沉砂池的污水流速，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。形式：平流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流式沉砂池等。一、平流式沉砂池平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池，它构造简单，工作稳定易于排砂。平流式沉砂池的系统参数：（1）最大流速0.3m/s，最小流速0.15m/s；（2）最大流量时，污水停留时间30-60s；（3）有效水深不大于1.2m，一般0.25-1.0m，池宽不小于0.6m；（4）池底坡度一般为0.01-0.02，设沉砂设备时根据沉砂设备要求考虑池底形状。浮上法浮上法：利用水的浮力作用，使不溶于水的污染物浮到水面上，再通过机械刮除分离的水处理方法。1）自然浮上法粒径较粗且密度接近或小于水的强疏水性物质，可以依靠浮力的作用自然上浮于水分离，这种方法称为自然浮上法。2）气浮法弱疏水性悬浮固体或乳化油，可利用高度分散的微小气泡为载体去黏附，并使其随气泡浮升到水面得以分离，这种方法称为气泡浮升法，简称气浮。破乳：破坏液滴界面上的稳定薄膜，使油、水得以分离。方法：投加换型乳化剂：搅拌、振荡、转动：过滤：改变温度：5浮上法基本条件（★）：必须向水中提供足够量的细微气泡；必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态；必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。按产生微细气泡的方法分类：电解气浮法、分散空气法(微孔曝气浮上法、剪切气泡浮上法)、溶解空气法（真空浮上法、加压溶气浮上法）加压溶气浮上法的基本原理（★）.先在加压条件下，将空气溶于水中并达到饱和状态，然后突然将操作压力降至常压，使压溶于水中的空气处于过饱和状态，并以微小气泡型式释放出过饱和部分的空气量。加压溶气气浮流程（★）1、全溶气流程溶气量大，气浮池体积较小（可节省基建投资）压力泵功率和溶气罐容积较大，故动力消耗较大。2、部分溶气流程所需的压力泵功率和溶气罐容积较小，故设备紧凑、动力消耗低，但溶气系统提供的空气量也少。3、回流溶气流程溶气水量少且水质较优、动力消耗省、溶气效率高、混凝过程不受废水输送设备影响、形成的絮体性能较好。但气浮池的容积比前两种流程大压力溶气气浮法系统组成：压力溶气系统、空气释放系统、气浮池6第十一章废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础第一节废水的好氧生物处理和厌氧生物处理一、微生物的新陈代谢新陈代谢：微生物不断从外界环境中摄取营养物质，通过生物酶催化的复杂生化反应，在体内不断进行物质转化和交换的过程。分解代谢：分解复杂营养物质，降解高能化合物，获得能量。合成代谢：通过一系列的生化反应，将营养物质转化为复杂的细胞成分，机体制造自身。底物降解：污水中可被微生物通过酶的催化作用而进行生物化学变化的物质称为底物或基质。可生物降解有机物量：可通过生物的降解转化的量。可生物降解底物量：包括有机的和无机的可生物利用二、微生物的呼吸类型1、好氧呼吸：---有分子氧参与的情况下进行的生物氧化，反应的最终受氢体是分子氧。2、厌氧呼吸---无分子氧的情况下进行的生物氧化。1）发酵：最终受氢体是有机物分解的中间产物2）无氧呼吸：最终受氢体是一些无机氧化物三、废水的好氧生物处理(★)好氧生物处理：在有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。有机物分解的最终产物:CO2、H2O注意:保持溶解氧、营养物和微生物三者的平衡。适用中低浓度有机物废水:500mg/L四、废水的厌氧生物处理(★)厌氧生物处理：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。适用有机污泥和高浓度有机污水（BOD2000mg/L）7第二节微生物的生长规律和生长环境一、微生物的生长环境微生物的营养：水、碳源、氮源、无机元素好氧微生物BOD5∶N∶P＝100∶5∶1厌氧微生物BOD5∶N∶P＝200∶5∶1二、微生物的生长规律(生长曲线表示)生长期(★)停滞期、对数期、静止期、衰亡期当有机物多时，以有机物为食料的细菌数量较多，当细菌很多时，出现以细菌为食料的原生动物，而后出现以细菌和原生动物为食料的后生动物。第三节反应速度和反应级数在生化反应中，反应速度是指单位时间里底物的减少量、最终产物的增加量或细胞的增加量。反应级数(★)反应速度与一种反应物A的浓度ρA成正比时，称这种反应对这种反应物是一级反应。反应速度与二种反应物A、B的浓度ρA、ρB成正比时，或与一种反应物A的浓度ρA的平方ρA2成正比时，称这种反应为二级反应。反应速率不受反应底物浓度影响时，称为零级反应。n=0零级反应，v==k→[S]=[S0]-ktn=1一级反应，v=＝k[S]→lg[S]=lg[S0]–t/2.3dtSd][dtSd][8第四节米歇里斯-门坦方程式一、中间产物学说(★)中间产物学说：根据此学说，酶促反应分两步进行。第一步，酶（E）与底物（S）作用形成中间产物（ES），此中间产物被看作稳定的络合物；第二步，络合物被进一步分解为产物（P）和游离态的酶（E）。二、米氏方程式(★★)式中:v——酶促反应速度；vmax——最大酶反应速度；ρS——底物浓度；Km——米氏常数。（1）当ρSKm时，Km＋ρS≈ρS，v=vmax，呈零级反应，酶促反应速度达到最大值。（2）当ρSKm时，Km＋ρS≈Km，呈一级反应，酶促反应速度和底物浓度呈正比关系1、物理意义（1）Km值只与酶的性质有关，而与酶浓度无关。（2）如果一个酶有几种底物，则对每一种底物，各有一个特定的Km（3）同一种酶有几种底物，就有几个Km值，Km值最小的底物，称为该酶的最适合底物。第十二章活性污泥法第一节基本概念一、活性污泥法（★）采用人工曝气的手段，使栖息有大量微生物群的絮状泥粒（即活性污泥）均匀分散并悬浮于反应器（即曝气池）中，与废水充分接触；在有溶解氧的条件下，微生物利用废水中的有机物，进行同化合成和异化分解的代谢活动。二、活性污泥法的基本流程（★）活性污泥系统：以曝气池和二沉池为主体组成的整体回流污泥的作用：使曝气池内保持一定的微生物浓度（以悬浮固体浓度为表征）。曝气过程：供氧；搅拌，防沉淀。SmSmaxSmSmaxKvKvvmax(1)mSvKv9第二节活性污泥一、活性污泥的性质和组成由细菌、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。1、基本性质颜色：黄褐色味道：土腥味状态：似矾花絮绒颗粒等2、活性污泥的组成（1）有机物：a:生物：细菌、放线菌、真菌等类群。b:有机悬浮物颗粒（2）无机物：无机盐等二、活性污泥的增长规律1、营养丰富→对数增长阶段2、有机物基本被去除→减速增长阶段（静止期）污泥活性大，沉降性能好。3、基本无营养物质→内源呼吸阶段（衰亡期）污泥质地紧密，无机物高，沉降性能好。活性污泥一般要求：（1）活性大，吸附能力强；（2）沉降性能好。三、活性污泥对废水净化作用（★）1、吸附阶段比表面积大，部分微生物为多糖类黏性物质。第一阶段：有机物吸附在污泥表面2、微生物的代谢（稳定阶段）第二阶段：蛋白质→氨基酸；糖类→二、单糖→溶于水→分解净化水的方式：（1）有机物被吸附后直接出（2）有机物被真正降解后出水。3、凝聚和沉淀活性污泥的基本结构为絮凝体沉淀是混合液中固相活性污泥颗粒同废水分离的过程四、活性污泥的性能指标、相关参数（★）1、污泥浓度（★★）（1）MLSS（g/L，mg/L）－－指1L混合液中所含的悬浮固体的重量。一般在活性污泥曝气池内：MLSS＝2－6g/L（2）MLVSS（g/L，mg/L）－－指1L混合液中所含的挥发性悬浮固体的重量。2、污泥沉降比（SV）（★★）－－指一定量的曝气池混合液静置30min后，沉淀污泥与原混合液体积比SV＝V污泥/V混合液×100％通常，曝气池