水污染控制工程复习

1、水污染控制工程第十一章：污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础1、污水生物处理：微生物在酶的催化作用下，利用微生物的新陈代谢功能，对污水中的污染物质进行分解和转化。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。微生物代谢由分解代谢（异化）和合成代谢（同化）组成：分解代谢：是微生物在利用底物的过程中，一部分底物在酶的催化作用下降解并同时释放出能量的过程，这个过程也称为生物氧化；合成代谢：是微生物利用另一部分底物或分解代谢过程中产生的中间产物，在合成酶的作用下合成微生物细胞的过程，合成代谢所需的能量由分解代谢提供。2、根据氧化还

2、原反应中最终电子受体的不同，分解代谢可分为发酵和呼吸两种类型。呼吸又分为好氧呼吸和缺氧呼吸两种方式。发酵：微生物将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某中间产物，同时释放能量并产生不同代谢产物。即指供氢体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用，最终受氢体无需外加，就是供氢体的分解产物（有机物）（这种生物氧化作用不彻底，最终形成的还原性产物，是比原来底物简单的有机物，在反应过程中，释放的自由能较少，故厌氧微生物在进行生命活动过程中，为了满足能量的需要，消耗的底物要比好氧微生物的多。）呼吸：微生物在降解底物的过程中，将释放出的电子交给NAD（P）（辅酶）、FAD、FMN等电子载体，再经电

3、子传递系统，传给外源电子受体，从而生成水或其他还原型产物并释放能量的过程。（好氧呼吸：以分子氧作为最终电子受体；缺氧呼吸：以氧化型化合物作为最终电子受体。好氧呼吸反应的电子供体根据微生物不同而异，异养微生物为有机物自养微生物为无机物。）3、好氧生物处理：污水中有分子氧存在的条件下，利用好氧微生物包括兼养微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方式。缺氧生物处理：是在水中无分子氧存在，但存在如硝酸盐等化合态氧的条件下进行的生物处理过程。厌氧生物处理：在没有分子氧及化合态氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。4、脱氮除磷基础理论生物脱氮：生物脱氮是含氮化合物经过氨化、硝

4、化和反硝化后，转变为N2而被去除的过程。其中氨化可在好氧或厌氧条件下进行，硝化作用是在好氧条件下进行，反硝化作用在缺氧条件下进行。氨化反应：微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化反应。硝化反应：在亚硝化菌和硝化菌的作用下，将氨态氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程。反硝化反应：在缺氧条件下，亚硝酸根离子和硝酸根离子在反硝化菌的作用下被还原为氮气的过程。同化作用：污水中的一部分氮被同化成微生物细胞的组成部分，并以剩余活性污泥的形式得以从污水中去除的过程。生物除磷：最基本的原理即是在厌氧好氧或厌氧缺氧交替运行的系统中，利用聚磷微生物具有厌氧释磷及好氧超量吸磷的特性，使好氧或缺氧段中混合液磷的浓度大量

5、降低，最终通过排放含有大量富磷污泥而达到从污水中除磷的目的。5、微生物的生长规律：延迟期、对数增长期、稳定期、衰亡期A、延迟期：这是微生物细胞刚进入新环境的时期，由于细胞需要适应新的环境，细胞便开始吸收营养物质，合成新的酶系。一般不繁殖，活细胞数目不会增加，甚至由于不适应新的环境，接种活细胞可能有所减少，但细胞体积显著增大。B、对数增长期：开始以基本恒定的生长速率进行繁殖，细胞的形态特征与生理特征比较一致（即细胞的大小、形态及生理生化反应比较一致）从生长曲线上可看出细胞增殖数量与培养时间基本上呈直线关系。大量消耗了限制性的底物，同时细胞内代谢物质也丰富积累。C、稳定期（减速增长期）：营养物质不

6、断消耗，代谢物质不断累积，环境条件的改变不利于微生物的生长，这就是出现了所谓的稳定期。微生物细胞生长速率下降，死亡速率上升，新增加的细胞数与死亡细胞数趋于平衡，从生长曲线看，在一定的培养时间内，细菌生长对数值几乎不变，由于营养物质减少，微生物活动能力降低，菌胶团细菌之间易于相互粘附，分泌物增多，活性污泥絮体开始形成。D、衰亡期（内源呼吸期）：营养物质已耗尽，微生物细胞靠内源呼吸代谢以维持生存。生长速率为零，而死亡速率随时间延长而加快，细胞形态呈衰退型，许多细胞出现自溶。此时由于能量水平低，絮凝体吸附有机物的能力显著，但污泥活性降低，污泥较松散。第十二章：活性污泥法1、活性污泥：向生活污水注入空

7、气进行曝气，并持续一段时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它有巨大的表面积和很强的吸附性能，称为活性污泥。活性污泥组成：有活性的微生物Ma、微生物自身氧化残留物Me、吸附在活性污泥上不能被微生物所降解的有机物Mi、无机悬浮固体Mii。2、活性污泥评价方法：生物相观察：利用光学显微镜或电子显微镜，观察活性污泥中的细菌、真菌、原生动物及后生动物等微生物的种类、数量、优势度及其代谢活动等等状况，在一定程度上可反映整个系统的运行状况。混合液悬浮固体浓度（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）：MLSS：曝气池中单位体积混合液中活性污泥悬浮固体的质

8、量，也称为污泥浓度，包括Ma、Me、Mi、Mii。MLVSS：混合液悬浮固体中有机物的质量，包括Ma、Me、Mi。污泥沉降比SV：曝气池混合液在l00mL量筒中，静置沉降30min后，沉降污泥所占的体积与混合液总体积之比的百分数。所以也常称为30 min沉降比。 污泥体积指数SVI：曝气池出口处混合液，静置沉降30min后，每单位质量干泥形成的湿污泥的体积，常用单位为mL/g。其测定方法：在曝气池出口处取混合液样品测定MLSS测定样品的SV%，读取沉淀污泥体积按下式计算SVI=沉淀污泥的体积/MLSS3、活性污泥法的基本流程：曝气池、沉淀池、污泥回流及剩余污泥排除系统。污水和回流的活性污泥在一

9、起进入曝气池形成混合液。曝气池是一个生物反应器，通过曝气设备冲入空气，空气中的氧气溶入污水使活性污泥混合液产生好氧代谢反应。曝气设备不仅传递氧气进入混合液，同时起搅拌作用而使混合液呈悬浮状态，这样，污水中的有机物、氧气与微生物能充分进行传质和反应，随后混合液流入沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中进行固液分流，流出沉淀池的就是净化水。沉淀池中的污泥大部分回流至曝气池，称为回流污泥，回流污泥的目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度。曝气池中的生化反应导致微生物的增值，增值的微生物通常从沉淀池底泥中排出，以维持活性污泥系统的稳定运行，从系统中排出的污泥叫剩余污泥。剩余污

10、泥中含有大量的微生物，排放环境前应进行有效处理和处置，防止污染环境。4、活性污泥降解污水中有机物的过程：活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解过程可分为两个阶段：吸附阶段和稳定阶段。在吸附阶段，主要是污水中的有机物转移到活性上去，这是由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上又含有多糖类的粘性物质所致。在稳定阶段，住傲视转移到活性污泥上的有机物被微生物所利用。吸附阶段很短，一般在1545分钟左右就可完成吸附过程，而稳定阶段较长，污水中处于悬浮状态和胶体状态的有机物浓度越高，吸附效果越明显。5、污泥龄：在处理系统（曝气池）中微生物的平均停留时间。其实质就是曝气池中的活性污泥全部更新一次所需要的时间。6

11、、气体传递原理：传质过程：物质从一相传递到另一相的过程，称之为物质的传递过程。传质原因：相界面两侧物质存在浓度差值，这个差值作为推动力，使物质分之由浓度较高的一侧向着较低一侧扩散。7、双膜理论的基本论点：气、液两相接触的自由界面附近，分别存在着作层流流动的气膜和液膜。在其外侧则分别为气相主体和液相主体，两个主体均处于紊流状态，紊流程度越高，对应的层流膜的厚度就越薄。在两膜以外的气、液相主体中，由于流体的充分湍动（紊流），组分物质的浓度基本上是均匀分布的，不存在浓度差。在气膜中存在着氧的分压梯度，在液膜中存在着氧的浓度梯度，它们是氧转移的推动力。氧是一种难溶气体，溶解度很小，故传质的阻力主要在于

12、液膜上，因此，通过液膜的传质速率是氧转移过程的控制速率。8、曝气设备主要分为：鼓风曝气和机械曝气9、曝气池容积设计计算：有机物负荷法和污泥泥龄法有机物负荷有两种表示方法：活性污泥负荷和曝气池容积负荷。活性污泥负荷：基于对活性污泥法中微生物生长曲线的理解，认为微生物所处的生长阶段决定于基质的量F与微生物总量M的比例。容积负荷：单位容积曝气池在单位时间内所能接纳的BOD5量。10、生物脱氮工艺：三段生物脱氮工艺 、前置缺氧一好氧生物脱氮工艺 、后置缺氧一好氧生物脱氮工艺、Bardenpho生物脱氮工艺11、脱氮、除磷组合工艺：SBR工艺：SBR工艺是将除磷脱氮的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同

13、一反应器中完成。如进水后进行一定时间的缺氧搅拌，好氧菌将利用进水中携带的有机物和溶解氧进行好氧分解，此时水中的溶解氧将迅速降低甚至达到零，这时厌氧发酵菌进行厌氧发酵，反硝化菌进行脱氮；然后停止搅拌一段时间，使污泥处于厌氧状态，聚磷菌放磷；接着进行曝气，硝化菌进行硝化反应，聚磷菌吸磷，经一定反应时间后，停止曝气，进行静止沉淀，当污泥沉淀下来后，撇出上部清水而后再放人原水，如此周而复始。研究表明，SBR工艺可取得很好的脱氮除磷效果。自动控制系统的完善，为SBR的应用提供了物质基础。SBR是间歇运行的，为了连续进水，至少需设置二套SBR设施，进行切换。 第十三章：生物膜法1、生物膜法是一大类生物处理

14、法的统称，包括：生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池、曝气生物滤池、生物流化床等工艺形式。共同特点是微生物附着生长在滤料或填料表面上，形成生物膜。生物膜法的基本原理：生物膜法利用固着生长的微生物生物膜的代谢作用去除有机物有厌氧和好氧两种，主要适于处理溶解性有机物。污水同生物膜接触后，溶解性有机物和少量悬浮物被生物膜吸附并降解为稳定的无机物（CO2、H2O等）2、生物滤池的构成：滤床及池体、布水设备、排水系统。生物转盘的构成：转动轴、转盘、废水处理槽和驱动装置等。生物接触氧化池的构成：池体，填料和进水布气装置。第十五章：污水的厌氧生物处理1、污水厌氧处理的基本原理：厌氧消化机理：废水厌氧生物处理是

15、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。 与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。 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。厌氧消化过程：水解发酵阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。 第一阶段为水解酸化阶段。复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。 第二阶段

16、为产氢产乙酸阶段。在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的除乙酸、甲烷、甲醇以外的有机酸被分解转化成乙酸和H2。第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化为甲烷。 2、厌氧消化的影响因素：pH、温度、生物固体停留时间、搅拌和混合、营养与C/N比、有毒物质一类是基础因素，包括微生物量 (污泥浓度)、营养比、混合接触状况、有机负荷等； 一类是环境因素，如温度、pH值、氧化还原电位、有毒物质等。 温度控制要求：各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌的温度范围为5-60。 在35和53上下可以分别获得较高的消化效率，温度为40-45时，厌氧消化效率较低。 据产甲烷

17、菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为常温消化、中温消化和高温消化三种类型。 第十六章：污水的化学与物理化学处理1、化学混凝原理：化学混凝的机理涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度，水温，水的pH，碱度以及混凝剂的性质和混凝条件等。归结起来主要有三方面的作用：压缩双电层作用：混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层, 使电位降低。当电位为零时, 称为等电状态。此时胶体间斥力消失, 胶粒最易发生聚结。实际上，电位电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚结，这时的电位称为临界电位。胶粒因电位电位降低或消除以至失去稳定性的过程，称为胶体脱稳。脱稳的

18、胶粒相互聚结，称为凝聚。吸附架桥作用：由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程。网捕作用：沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。2、影响混凝效果的主要因素：水温；pH；水中杂质的成分、性质和浓度；水力条件。计算题：1、曝气池容积和需氧量的计算处理污水量为21600m3/d，经沉淀后的BOD5为200mg/L,希望处理后的出水BOD5为20mg/L。该地区大气压为1.013105Pa，要求确定曝气池的体积、排泥量和需氧量。相关参数按下列选取： （1）污水温度为20； （2）曝气池中混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）同混合液悬浮固体（MLSS）之比为0.8； （3）回流污泥SS浓度为10000mg/L； （4