水污染防治实验技术指导书-环境科学.doc

实验三 废水好氧可生物降解性实验一、实验目的和原理：采用生物接触氧化塔，塔内设有填料（聚氯乙烯），污水及空气从塔底进入，污水自下而上流过，填料上长满生物膜、，在污水与生物膜接触过程中，水中有机物被微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜。随着时间推移，填料上老化的生物膜脱落，随水流到二沉池后进行分离，污水得到净化。通过本实验，希望达到以下目的：1、 掌握生物接触氧化实验的基本操作过程。2、 加深理解生物接触氧化的基本流程和原理。一、 生物接触氧化工艺流程与特点：1.工艺流程生物接触氧化法的工艺形式相当于在曝气池中充满微生物栖息的填料，是一种介于活性污泥法和生物膜法之间，兼有两者优势；在工程得到广泛应用，比如城市污水、食品、印染、化工废水。生物接触氧化法可分为一段法、二段法、多段法和推流式运行方式。二段法和多段法更能适应原水水质的变化，使出水水质趋于稳定，氧化池的流态基本上属于完全混合型，可以提高生化效率，缩短生物氧化时间。2. 特点： 生物接触氧化法由于填料比表面积大，充氧条件好，微生物量大，可达10g/L以上；无需污泥回流，也不存在污泥膨胀；水流属于完全混合型，对水质水量有较强的适应性；出水水质较好。生物接触氧化法的主要缺点是填料易于堵塞，布气、布水不均匀。 3.生物接触池构造： 生物接触池是生物接触氧化处理系统的核心处理构筑物，生物接触池一般为圆形或矩形，由池体、填料及其支架、曝气装置和进出水装置等组成。 目前在我国使用的填料有硬、软两种类型。硬填料主要制成蜂窝状，简称蜂窝填料，所用材料有聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料、环氧玻璃钢和环氧纸蜂窝等。软填料是近几年出现的新型填料，一般用尼龙、维纶、填料涤纶、晴纶等化学纤维编结成束，成绳状连接，因此又称为纤维填料。纤维填料质轻、高强，物理和化学性能稳定；纤维束呈立体结构，比表面积大，生物膜附着能力强，污水与生物膜接触效率高；纤维束随水漂动，不宜为生物膜所堵塞。纤维填料近年来已广泛用于化纤、印染、绢纺等工业废水处理中，实践证明，他特别适宜用于有机物浓度较高的污水处理。三、实验操作步骤：1. 引入污泥菌种与挂膜阶段。 从污水厂二沉池取来30L活性污泥，稀释后倒入配水箱内，开启泵，打入塔内，让污泥循环流动，并开动风机进行曝气挂膜，每天曝气12-18h，（曝气有三大作用，充氧、搅拌、防止填料堵塞）曝气量慢慢加大，防止量大易导致膜脱落。有条件可加少量琼脂、葡萄糖，使营养维持C:N:P=100:5:1;使微生物繁殖的更好。这个过程微生物生长缓慢，系统对有机物降解能力弱。12周后，用显微镜观察柱内的生物膜生长如何？当出现薄博一层黄褐色生物膜，表面生物膜具有一定生化功能，认为已生长大量微生物，就进行下一步微生物驯化。2. 微生物驯化阶段。 此阶段主要是淘汰无用微生物，根据进水水质情况筛选菌种。打开进入沉淀池阀门，让整套设备进行运转。逐渐进水，但进水中SS不能过高，水量应逐步加大。此阶段分为间歇进水阶段与连续进水阶段。1）间歇进水阶段：此阶段污水在氧化池内停留24h，每天曝气22h，停2h，DO控制2-4mg/L,间歇段排除一定量废水（10-20%左右），同时补充新鲜污水；逐步减少营养物加入量，直至停止。此过程填料中出现一些变形虫、漫游虫、鞭毛虫、线虫等原生动物后生动物（显微镜观察）。此时标志能适应废水水质的生物膜已形成。2）连续进水阶段：连续小水量进水，直至满负荷，达到设计流量为止，进行稳定处理废水。大约16-20d，约1/4Q设，21-25d，0.5Q设；35d，达Q设。3. 连续处理废水，工艺稳定运行。处理时间越长, 微生物对有机物的吸着、吸附、降解作用越彻底, 处理水BOD 残留率愈小, 处理效果较好，一般3-5h。4. 填料反冲洗与排泥。 一方面, 加强氧化池内填料的反冲洗: 氧化池每运行8 h就对池内填料进行一次反冲洗。反冲洗时开大风机的供风量反冲洗填料, 使填料上沉积的悬浮颗粒物质和衰老的生物膜脱离填料。反冲洗曝气量为正常曝气量的两倍, 即水汽比为1: 20, 反冲洗时间为10 15m in。通过填料的反冲洗不但有效地防止了填料发生堵塞, 还促进了生物膜的更新, 确保了氧化池的正常运行。另一方面, 每天早班对氧化池进行排泥, 防止污泥在斗底长时间沉积会发生厌氧分解产生硫化氢等有毒害气体影响生物膜的活性和悬浮颗粒堵塞填料。四实验技术要求：1、环境温度：5402、设计进、出水水质（参考）：BOD5 进水：250500mg/L 出水：6080mg/L CODcr 350700mg/L 7090mg/L SS 150400mg/L 3040mg/L PH 6.58.5 进水BOD5浓度大于500mg/l时，可考虑处理水回流稀释。3、填料层总高度一般取3m，当采用蜂窝填料时，应分层装填，每层1m，蜂窝内切孔径不易小于25mm。超高为0.51.0 m；填料层上部的稳定层水深为0.40.5 m；填料层间隙高为0.20.3m；配水区高度，当不需进入检修时为0.5 m，当考虑检修时为1.5 m。4、生物接触氧化池中的溶解氧含量一般应维持在2.53.5mg/l之间，城市污水水气比1：35；一般工业废水水气比为1：（15-20）。5、 为了保证布气、布水均匀，每格生物接触氧化池的面积一般应在25m2以内。五.实验注意事项：1空压机、水泵等设备是否正常运行；2水箱水位是否正常；不用时水箱水池一定要排放出水3流量计显示是否处于合理范围4池体水位是否正常4.及时排放氧化接触池与二沉池污泥仔细观察沉淀池工况, 如发现沉淀池水面的色度大、悬浮物含量多、浊度大等情况, 因立即采取措施调整。 六. 思考题：1. 生物膜是如何形成的？2.生物膜法净化污水的原理与特点？实验四 UASB上流式发酵实验一、实验目的：厌氧生物处理技术不仅用于有机污泥、高浓度有机废水，而且还能够处理低浓度污水，与好氧生物处理技术相比较，厌氧生物处理具有有机物负荷高、污泥产量低、能耗低等一系列明显的优点。升流式厌氧污泥床(UASB)是厌氧生物处理的一种主要构筑物，它集厌氧生物反应与沉淀分离于一体，有机负荷和去除效率高，不需要搅拌设备。本模型是升流式厌氧污泥床的教学实验设备。通过本实验希望达到以下目的：1、了解UASB的内部构造；2、掌握UASB的启动方法，颗粒污泥的形成机理；3、就某种污水进行动态试验，以确定工艺参数和处理水的水质。二 UASB反应器示意图与工艺原理UASB反应器克服厌氧生物滤池的填料易发生堵塞缺点。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器，在反应器下部形成一层厌氧活性污泥层，成为截留 吸附和降解有机物场所。这种反应器是目前应用最为广泛的一种厌氧生物处理装置。用于工业废水处理，反应器内一般均能形成厌氧颗粒污泥。污水从底部引入，通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。在厌氧状态下，污水在与污泥颗粒接触过程中发生厌氧反应产生沼气（主要是甲烷和二氧化碳），在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没附着的气体向反应器顶部上升。升到顶部颗粒与气体反射板碰击释放气体，释放的气体被收集在气室，污泥和液体经过三相分离器缝隙进入沉降区，在重力作用下，水和泥分离，上清液从沉淀区上部排出，沉淀区下部的污泥沿着斜壁返回到反应区内。三UASB反应器组成与特点（一）组成 UASB反应器的主要组成部分包括：进水配水系统、反应区、三相分离器、出水系统、气室、排泥系统等。1) 进水配水系统：其功能主要有两个方面： 将废水均匀地分配到整个反应器的底部，使污水与微生物充分接触； 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) 反应区与沉降区：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生物颗粒污泥（主要特征），是有机物的主要降解场所；由于气泡上升产生较强烈的搅动，在污泥床上部形成浓度较低的悬浮污泥层，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： 将气体(沼气)、固体(污泥)、和液体(出水)分开； 保证出水水质； 保证反应器内污泥量； 有利于污泥颗粒化，直接影响反应器的处理效果。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)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。（二）UASB反应器主要工艺特征： 污泥的颗粒化使反应器内的污泥平均浓度50gVSS/l以上，具有很高的容积负荷，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右； 反应器的水力停留时间相应较短，SRT大，可达30d， HRT小； 反应器内的污泥能形成颗粒污泥，所谓的颗粒污泥的特点是：直径为0.10.5cm，湿比重为1.041.08；具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。 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； UASB反应器集生物反应和沉淀分离于一体，结构紧凑； 无需设置填料，节省了费用，提高了消化池容积利用率； 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；主要缺点是： 进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/l以下； 耐冲击力稍差。四 UASB反应器的启动短期内培养出活性高，沉降性能优良并适于待处理污水水质的厌氧污泥是UASB成功启动的标志。颗粒污泥形成是启动成功标志。（一） UASB反应器的初次启动（间接启动）一般按以下步骤进行：1.投加接种污泥：接种的过程是相当简单的，由于水中的溶解氧会很快被种泥中的兼性厌氧菌消耗并形成严格的厌氧条件，所以启动时不需要严格的厌氧条件。当没有现成的颗粒污泥时，应用最多的种泥是污水处理厂消化池的消化污泥，污泥的接种质量浓度至少不低于10kgVSS/m3反应器容积。接种污泥的填充量应不超过反应器容积的60。添加部分颗粒污泥或破碎的颗粒污泥，也可提高颗粒化过程。2.启动的阶段一般把UASB的初次启动和颗粒化过程分为三个阶段，分别为启动与提高污泥活性阶段、形成颗粒污泥阶段、逐渐形成颗粒污泥床阶段。阶段1启动的初始阶段。这一阶段是指反应器负荷低于2kgCOD/(m3d)的阶段。这一阶段反应器由0.51.5 kgCOD/(m3d)或污泥负荷0.050.1 kgCOD/(kgVSSd)开始。阶段2反应器负荷上升至25 kgCOD/(m3d)的启动阶段。（一般要求溶解性COD去除率大于80%，及时提高负荷）在这一阶段污泥的洗出量增大，其中大多为絮状的污泥。般在从开始启动到40d左右，可以在反应器底部观察到颗粒污泥。阶段3这一阶段指反应器负荷超过5 kgCOD/(m3d)。在这一阶段里，絮状污泥变得迅速减少，而颗粒污泥加速形成，直到反应器内不再有絮状污泥存在。在这一阶段反应器负荷可以增加到很高，当反应器大部分被颗粒污泥充满时，其最大负荷可以超过50 kgCOD/(m3d)。（二） UASB反应器的二次启动二次启动是指使用颗粒污泥作为种泥对UASB反应器的启动。颗粒污泥是UASB启动的理想的种泥，使用颗粒污泥的二次启动大大缩短了启动时间。五 启动注意事宜：1. 在UASB的启动初期，特别是第一阶段，不能够片面追求反应器的处理效率、产气率的改进和出水的质量等。在颗粒污泥出现前的这一阶段可能相对较长，这一阶段里不可能有较大的反应器负荷。2. 进液的浓度废水质量浓度低于5000mgCOD/L时，一般不需要稀释可直接进液，除非废水中含高浓度的有毒物质。当废水浓度过高时，最好将废水稀释到大约5000mgCOD/L。在没有低浓度的其它稀释水时，可以简单地采用反应器出水的循环。但出水循环在启动阶段也应谨慎从事，因为启动阶段的出水有时仍会有相当浓度的未降解的COD，以这种出水不能有效稀释进水有时反而会引起过负荷。3. 负荷增加的操作方法，一般要求溶解性COD去除率大于80%，及时提高负荷。启动的最初负荷可以从0.51 kgCOD/(m3d)开始，当可生物降解的COD去除率达到80后再逐步增大负荷。4保证一定的水力上升流速，一般要求大于1m3/m2d，当大于0.25时就会产生水力分级作用；5.碱度是衡量缓冲能力的一个参数，对碱度特别小的废水，可以加入Na2CO3提高其碱度，厌氧发酵过程，尤其是产甲烷菌活性受PH影响大，严控PH7.5-8.0,维持碱度，保持缓冲作用，确保反应器内6.5-7.5范围。6.废水中维持细菌生长必需的营养7 温度：高温，加速污泥颗粒化过程；但温度过高过低不利培养颗粒污泥，合理升温2-3度/d，加速启动过程。六UASB反应器启动后的运行与检测指标在实际运行中，进出液的COD浓度、进液流量，进水与出水的pH值、反应器内的pH值，产气量及其组成，出水VFA浓度及其组成，反应器内的温度都是被监测的指标。对于进液和出液要测定以下参数：a. COD浓度；BOD浓度或可生物降解的COD浓度；b. VFA浓度与组成；c. 温度；d. pH值和碳酸氢盐碱度；e. 流量；f. TSS和VSS浓度，悬浮物的沉降性能；g. 废水中的氮、磷等营养物质；h. SO42-、SO32-、S2-的浓度；i. 有毒物质和抑制物质的存在。关于产气量和组成可以测定以下参数：a. 产气量（m3/h）；b. 产气组成，包括CH4含量、CO2含量、H2S含量、H2含量、N2含量等。以上测量可以计算出COD转化为CH4的转化率。七、定期检查与维护1恒流水泵、循环水泵等设备是否正常运行，要定期维护；2水箱水位是否正常，不用时水箱及曝气柱一定要排放出水；3湿式气体流量计显示是否处于合理范围，流量计透明体的定期擦洗；4有机玻璃圆柱曝气池水位是否正常 思考题：1.UASB启动过程中应该注意哪些事宜？2. UASB启动方式有几种？实验五 SBR法水处理工艺实验一、实验目的：间歇式活性污泥处理系统又称序批式活性污泥处理系统，英文简称SBR工艺（Sequencing Batch Reactor）。本工艺最主要的特征是集有机污染物降解与混合液沉淀于一体，与连接式活性污泥法相比较，工艺组成简单，勿需设污泥回流设备，不设二次沉淀池，一般情况下，不产生污泥膨胀现象，在单一的曝气池内能够进行脱氮和除磷反应，易于自动控制，处理水水质好。本装置是SBR工艺的教学演示和动态实验设备。通过本实验，希望达到下述目的：1、 了解SBR法系统的特点；2、 加深对SBR法工艺及运行过程的认识。二、实验原理： 间歇式活性污泥法，又称序批式活性污泥法（Sequencing Bath Reactor Activat-ed Sludge Process，简称SBR）是一种不同于传统的连续流活性污泥法的活性污泥处理工艺。SBR法实际上并不是一种新工艺，1914年英国的Alden和Lockett首创活性污泥法时，采用的就是间歇式。当时由于曝气器和自控设备的限制，该法未能广泛应用。随着计算机的发展和自动控制仪表、阀门的广泛应用，近年来该法又得到重视和应用。SBR工艺作为活性污泥法的一种，其去除有机物的机理与传统的活性污泥法相同，即都是通过活性污泥的絮凝、吸附、沉淀等过程来实现有机污染物的去除；所不同的只是其运行方式。SBR法具有工艺简单、运行方式也较灵活、脱氮除磷效果好、SVI值较低、污泥易于沉淀、可防止污泥膨胀、耐冲击负荷和所需费用较低、不需要二沉池和污泥回流设备等优点。SBR系统包含预处理池、一个或几个反应池及污泥处理设施。反应池兼有调节池和沉淀池的功能。该工艺被称为序批间歇式，它有两个含义：其运行操作在空间上按序排列；每个SBR的运行操作在时间上也是按序进行。SBR工作过程通常包括5个阶段：进水阶段（加入基质）；反应阶段（基质降解）；沉淀阶段（泥水分离）；排放阶段（排上清液）；闲置阶段（恢复活性）。这5个阶段都是在曝气池内完成，从第一次进水开始到第二次进水开始称为一个工作周期。每一个工作周期中的各阶段的运行时间、运行状态可根据污水性质、排放规律和出水要求等进行调整。对各阶段若采用一些特殊的手段，又可以达到脱氮、除磷、抑制污泥膨胀等目的。SBR法典型的运行模式见下图。 SBR法典型运行模式 进水 反应 沉淀 排水 闲置加入基质 基质降解 泥水分离 排上清液 恢复、排泥三、工艺流程： 空压机污水泵流量计间歇式反应池出水外排 注：多设二沉池及污泥回流泵，可以停止使用。如果使用效果又如何？在实验中将得出结论。4、 SBR法实验装置，如图所示；SBR法实验装置示意图 3 6 5 2 1 2 41、水箱、2、水泵、3、进水管、4、空气管、5、曝气头、 6、电机搅拌 五、实验步骤及记录：1、 打开可编程时间控制器并设置各阶段控制时间，启动控制程序；2、 水泵将原水送入反应器，达到设计水位后停泵3、 打开气阀开始曝气，达到设定时间后停止曝气，关闭气阀；4、 反应器内的混合液开始静沉，达到设定静沉时间后，阀I打开滗水器开始工作，关闭阀I打开阀II，排出反应器内的上清液；5、 准备开始进行下一个工作周期。6、处理水量 ： 26L/h（平均）7、SBR：停留时间：4、614h8、二沉池：停留时间：41h六、实验预习及报告要求1、 简述SBR法与传统活性污泥法的同异？2、 SBR法工艺上的特点及滗水器的作用。3、 如果对脱氮除磷有要求，应怎样调整各阶段的控制时间？4、 时间控制器如何设置？（要求进行操作）5、 SBR的变形工艺及其特点实验六 A2/O工艺城市污水处理模拟实验按照国家 污水综合排放标准（）规定，氨氮最高容许排放浓度二级标准是，磷酸盐（以计）最高容许排放浓度二级标准是。厌氧缺氧好氧（A2O）工艺是污水除磷脱氮技术的主流工艺，同常规活性污泥相比，不仅仅能生物去除，而且能去除氮和磷，这对于防止水体富营养化的加剧有重要的作用。本装置是A2O工艺的教学演示和动态实验设备。通过装置实验希望达到以下目的：一、实验目的与要求：1掌握A2O工艺的组成与工艺原理；2 熟悉实验装置的组成与实际操作。二 实验装置的工艺流程三、A-A-O工艺原理与特点（一）原理首段厌氧池，此段溶解氧和氧化态氮均接近零(DO0.3mg/L)，流入原污水及同步进入的从二沉池回流的含磷污泥，在兼性厌氧发酵菌的作用下，将部分大分子有机物转化成小分子的发酵产物VFA,聚磷菌吸收这些小分子有机物合成PHB并将体内存贮的聚磷酸盐以 P043-P的形式释放出来，有利于下一步充分吸磷。本池主要功能为释放磷，有机物氨化。使污水中P的浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中BOD浓度下降；另外，NH3-N因细胞的合成而被去除一部分，使污水中NH3-N浓度下降，但NO3-N含量没有变化。 在缺氧池中DO24200厌氧池有机玻璃2.235缺氧池有机玻璃3.658好氧池有机玻璃7.3117二沉池有机玻璃2.439正常启动约需2-3月，污泥负荷0.1-0.180.25kgBOD5/kgMLSSd，容积负荷0.4kgBOD5/m3d，污泥浓度X3g/L,HRT总=16.5h，Q