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第十五章污水的厌氧生物处理1．厌氧生物处理的基本原理是什么？答：废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。2、厌氧发酵分为哪个阶段？为什么厌氧生物处理有中温消化和高温消化之分？污水的厌氧生物处理有什么优势，又有哪些不足之处？答：通常厌氧发酵分为三个阶段：第一阶段为水解发酵阶段：复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解为简单的有机物。继而简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等。第二阶段为产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌把第一阶段中产生的中间产物转化为乙酸和氢，并有二氧化碳生成。第三阶段为产甲烷阶段：产甲烷菌把第一阶段和第二阶阶段产生的乙酸、氢气和二氧化碳等转化为甲烷。厌氧生物处理可以在中温（35℃一38℃）进行（称中温消化），也可在高温（52℃一55℃）进行（称高温消化）。因为在厌氧生物处理过程中需考虑到各项因素对产甲烷菌的影响，因为产甲烷菌在两个温度段（即35℃一38℃和52℃一55℃）时，活性最高，处理的效果最好。厌氧生物处理优势在于：应用范围广，能耗低，负荷高，剩余污泥量少，其浓缩性、脱水性良好，处理及处置简单。另外，氮、磷营养需要量较少，污泥可以长期贮存，厌氧反应器可间歇性或季节性运转。其不足之处：厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长；出水达不到要求，需进一步进行处理；处理系统操作控制因素较复杂；过程中产生的异味与气体对空气有一定影响。3、影响厌氧生物处理的主要因素有哪些？提高厌氧处理的效能主要从哪些方面考虑？答：影响厌氧生物处理的主要因素有如下：pH、温度、生物固体停留时间、搅拌和混合、营养与C/N比、氧化还原电位、有机负荷、厌氧活性污泥、有毒物质等。提高厌氧生物处理的效能可考虑：1.pH维持在6.8~7.2之间,2.温度可以维持在中温（35℃一38℃），也可以是高温（52℃一55℃）3.保持较长的生物固体停留时间4.系统内避免进行连续的剧烈搅拌5.碳:氮:磷控制为200-300:5:1为宜。6.需控制有毒物质的浓度，以防止有毒物质影响微生物的生存而使效果降低。4、试比较现有几种厌氧处理方法和构筑物的优缺点和适用条件。答：几种厌氧处理方法和构筑物的优缺点和适用条件如下表：方法或反应器适用条件优点缺点传统消化法在一个消化池内进行酸化，甲烷化和固液分离。适用于小型，低投入系统。设备简单反应时间长，池容积大；污泥易随水流带走厌氧生物滤池微生物固着生长在滤料表面，适用于悬浮固体量低的污水设备简单，能承受较高负荷，出水悬浮固体低，能耗小底部易发生堵塞，填料费用较贵厌氧接触法用沉淀池分离污泥并进行回流，消化池中进行适当搅拦，池内呈完全混合，能适应高有机物浓度和高悬浮固体的污水能承受较高负荷，有一定抗冲坝子负荷能力，运行较稳定，不受进水悬浮固体的影响；出水悬浮固体低负荷高时污泥会流失，设备较多，操作要求较高上流式厌氧污泥床反应器消化和固液分离在一个池内，微生物量很高，适用于高负荷污水负荷高；总容积小，能耗低，不需搅拌如设计不善，污泥会大量消失，池的构造复杂两相厌氧处理法酸化和甲烷化在两个反应器进行，两个反应器可以采用不同反应温度能承受较高负荷，耐冲击，运行稳定设备较多，运行操作较复杂5试述UASB反应器的构造和高效运行的特点。答：构造1)进水配水系统：其功能主要有两个方面：①将废水均匀地分配到整个反应器的底部；②水力搅拌；一个有效的进水配水系统是保证UASB反应器高效运行的关键之一。2)反应区：反应区是UASB反应器中生化反应发生的主要场所，又分为污泥床区和污泥悬浮区，其中的污泥床区主要集中了大部分高活性的颗粒污泥，是有机物的主要降解场所；而污泥悬浮区则是絮状污泥集中的区域。3)三相分离器：三相分离器由沉淀区、回流缝和气封等组成；其主要功能有：①将气体(沼气)、固体(污泥)、和液体(出水)分开；②保证出水水质；③保证反应器内污泥量；④有利于污泥颗粒化。4)出水系统：出水系统的主要作用是将经过沉淀区后的出水均匀收集，并排出反应器。5)气室：气室也称集气罩，其主要作用是收集沼气。6)浮渣收集系统：浮渣收集系统的主要功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣。7)排泥系统：排泥系统的主要功能是均匀地排除反应器内的剩余污泥。特点：①污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度50gVSS/l以上，污泥龄一般为30天以上；②反应器的水力停留时间相应较短；③反应器具有很高的容积负荷；④不仅适合于处理高、中浓度的有机工业废水，也适合于处理低浓度的城市污水；⑤UASB反应器集生物反应和沉淀分离于一体，结构紧凑；⑥无需设置填料，节省了费用，提高了容积利用率；⑦一般也无需设置搅拌设备，上升水流和沼气产生的上升气流起到搅拌的作用；⑧构造简单，操作运行方便。6、某地区设计人口为80000人，人均日污水量为100L，污泥含水率为95％，试估算完全混合污泥消化池的有效容积。解：设采用厌氧消化法，消化时间为0.5天，则V=Qt=80000*0.1*0.5=4000m3第十六章污水的化学与物理化学处理1、化学处理的对象主要是水中的哪类杂质？它与生物处理相比有什么特点（成本、运行管理、占地、污泥等）？答：化学处理的对象主要是水中的无机的或有机的（难于生物降解的）溶解物质或胶体物质。与生物处理相比：成本较高；运行管理较容易，占地较小，污泥较难脱水处理。2、化学处理所产生的污泥，与生物处理相比，在数量（质量及体积）上、最后处理、处置上有什么不同？答：化学处理所产生的污泥生物处理所产生的污泥数量较多较少质量各种有机无机物质微生物，N,P等体积较小较大最后处理处置较麻烦，处理流程为：储存－浓缩－调理－脱水－最终处置较简单，处理流程为：储存－调理－脱水浓缩－最终处置3、化学混凝法的原理和适用条件是什么？城镇污水的处理是否可以用化学混凝法，为什么？答：原理：混凝是通过向废水中投加混凝剂(coagulant)，破坏胶体的稳定性，通过压缩双电层作用、吸附架桥作用及网捕作用使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集(aggregation)成较粗大的颗粒而沉降与水分离，使废水得到净化。适用条件：废水中有细小悬浮颗粒和胶体微粒，这些颗粒用自然沉降法很难从水中分离出去。城镇污水处理不适合用化学混凝法，因为要不断向废水中投药，经常性运行费用较高，沉渣量大，且脱水较困难。4、化学混凝剂在投加时为什么必须立即与处理水充分混合、剧烈搅拌？答：废水与混凝剂和助凝剂进行充分混合，是进行反应和混凝沉淀的前提。要立即与处理水充分混合、剧烈搅拌以创造良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。5、化学沉淀法与化学混凝法在原理上有何不同？使用的药剂有何不同？答：化学沉淀法是向废水中投加化学物质，使与废水中的一些离子发生反应，生成难溶的沉淀物而从水中析出，以达到降低水中溶解污染物的目的。而混凝法是通过混凝剂使小颗粒及胶体聚集成大颗粒而沉降，不一定有化学反应发生。化学混凝法使用的药剂主要是混凝效果好；对人类健康无害；价廉易得；使用方便的无机盐类和有机高分子类混凝剂或助凝剂。而化学沉淀法主要是投加有氢氧根、硫化物、钡盐等能与废水中一些离子反应生成沉淀物的化学物质。6、氧化和还原法有何特点？是否废水中的杂质必须是氧化剂或还原剂才能用此方法？答：特点是：通过氧化还原反应改变水中一些有毒有害化合物中元素的化合价以及改变化合物分子的结构，使剧毒的化合物变为微毒或无毒的化合物，使难于降解的有机物转化为可以生物降解的有机物。废水中的杂质不用一定是氧化剂或还原剂才能用此方法，但是投加的药要一定是氧化剂或还原剂。7、物理化学处理与化学处理相比，在原理上有何不同？处理的对象有什么不同？在处理成本和运行管理方面又有什么特点？答：物理化学处理化学处理原理利用物理化学反应的原理来去除污水中溶解的有害物质，回收有用组分，并使污水得到深度净化的方法。利用化学反应的作用去除水中的杂质处理的对象与化学处理相似，尤其适于杂质浓度很高的污水或是杂质浓度很低的污水水中的无机的或有机的（难于生物降解的）溶解物质或胶体物质处理成本较高较高，但相对物化处理法较低运行管理较方便，但比化学处理法复杂较为方便8．用吸附法处理废水，可以达到使出水极为洁净。那么，是否对处理要求高，出水要求高的废水，原则上都可以考虑采用吸附法?为什么?答：吸附法对进水的预处理要求高，吸附剂价格昂贵，因此在废水处理过程中，吸附法主要用来去除废水中的微量污染物，达到深度净化的目的，或是从高浓度的废水中吸附某些物质达到资源回收和治理的目的。吸附法处理的主要对象是废水中用生化法难于降解的有机物或用一般氧化法难于氧化的溶解性有机物。包括木质素、氯或硝基取代的芳烃化合物、杂环化合物、洗涤剂、合成染料、除莠剂、DDT等。9．电镀车间的含铬废水，可以用氧化还原法．化学沉淀法和离子交换法等加以处理。那么，在什么条件下，用离子交换法进行处理是比较合宜的?答:1FeSO4-石灰法FeSO4-石灰法处理含铬废水是一种成熟的方法,适用于含铬浓度大的废水.优点是药剂来源容易,方法简单,处理效果好;缺点是占地面积大,污泥体积大,出水色度高,适用于小厂.其反应原理为:(1)酸化还原(pH2~3)6FeSO4+2H2Cr2O7+6H2SO4=3Fe2(SO4)3+Cr2(SO4)3+7H2O.(2)碱化沉淀(pH8.5~9.0)Cr2(SO4)3+3Ca(OH)2=2Cr(OH)3↓+3CaSO42电解法用电解法处理含铬废水,优点是效果稳定可靠,操作管理简单,设备占地面积小,废水中的重金属离子也能通过电解有所降低.缺点是耗电量较大,消耗钢板,运行费用较高,沉渣综合利用等问题有待进一步决。.其电解反应为:Fe-2e=Fe2+,Cr2O72-+6Fe2++4H+=2Cr3++6Fe3++7H2O,CrO42-+3Fe2++8H+=Cr3++3Fe3++4H2O.随着废水中H+的消耗,[OH-]升高,pH升高,Cr(OH)3沉淀析出.3离子交换法该法适于处理浓度不太高的含铬废水,处理效果好,废水可回用,并可回收铬酸.但工艺较为复杂,且使用的树脂不同,工艺也不同.一次投资较大,占地面积大,运行费用高,适于大厂.原理为:用阴离子交换树脂去除Cr2O72-或CrO42-:2ROH+CrO42-R2CrO4+2OH-,2ROH+Cr2O72-R2Cr2O7+2OH-.10从水中去除某些离子(例如汞盐)，可以用离子交换法和膜分离法。您认为，当含盐浓度较高时，应该用离子交换法还是膜分离法，为什么？答：膜析法好些。关于离子交换和膜法处理高盐度废水问题，事实上当含盐量超过一定浓度范围时，两者都不是较好的选择，因为当浓度较高时，渗透压过高，反渗透操作压力过高，同时容易造成膜污染破坏；若采用电渗析则能好过高；而离子交换则会造成树脂用量太大或反洗操作过于频繁，不能应用。11有机酚的去除可以用萃取法。那么，废水中的无机物的去除是否可以用萃取法，为什么？答：利用溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把溶质从另一溶剂所组成的溶液里提取出来的操作方法．例如，用四氯化碳从碘水中萃取碘，就是采用萃取的方法．因此在条件允许的情况下当然是可以的。无机物也可以采取萃取法进行分离，如采用络合萃取分离重金属离子等，或离子对萃取分离酸根等