北师大 水处理

1、第一章 概述1. 发展第一阶段（1881-1915）早期阶段Moris 池（1881）、生物滤池（1893）和活性污泥法（1914）第二阶段（1915-1960）普及阶段化粪池、生物滤池、活性污泥法、污泥消化池普及应用，同时出现改进活性污泥法，如阶段曝气、生物接触稳定、完全混合曝气、延时曝气、纯氧曝气；普通生物滤池的发展，出现高负荷生物滤池、生物转盘、生物接触氧化；厌氧生物处理技术从低率消化池到高率消化池、二级消化池、两相消化等。 第三阶段 （1961-至今）废水生物处理发展新时期AB、A/O，A/O/O、氧化沟、SBR、好氧生物流化床；厌氧方面出现厌氧接触、厌氧生物滤池、厌氧附着膜膨胀床、升

2、流式厌氧污泥层、厌氧流化床；废水稳定塘处理系统；废水土地处理系统。2. 生物处理的目的和作用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（以COD或BOD5表示）；去除营养元素氮和磷。3. 分级1）一级处理预处理或前处理；物化法去除效果：EBOD 30%, ESS 50%；功能：去除颗粒状有机物，调节水量、水质、水温，利于后续生物处理2）二级处理生物处理；去除效果：EBOD 8590%，ESS 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；3）三级处理深度处理；物化法、生物法目的：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

3、富营养化；第二章 废水生物处理的基本概念及原理1. 呼吸类型：按照最终电子受体（或最终氢受体）的不同划分为好氧和厌氧呼吸。1）好氧呼吸是在有分子氧（O2)参与的生物氧化，反应的最终氢受体是分子氧。A. 异养型微生物以有机物为底物，其最终产物为二氧化碳、氨和水等无机物，同时释放能量B. 自养型微生物是以无机物为底物（电子供体），其终点产物为无机物，同时放出能量。2）厌氧呼吸是在无分子氧（O2)的情况下进行生物氧化。厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统，底物氧化不彻底，最终产物是比原来底物简单的化合物。按照最终氢受体的不同，分为发酵和无氧呼吸2. 三阶段四类群三阶段：水解、发酵阶段；产氢产乙酸

4、阶段；产甲烷阶段四类群：发酵性细菌；产氢产乙酸细菌；同型产乙酸菌；产甲烷菌3. 好氧厌氧比较好氧厌氧微生物好氧厌氧+兼性营养物质100:5:1，500BOD200:5:1，2000BOD基建费用低高运行费用高低反应速率快慢4. 主要微生物细菌：最主要真菌：丝状菌膨胀原后生动物：指示生物5. 微生物生长影响因素：营养、溶解氧、温度、pH、有毒物质6. 微生物生长规律停滞期对数期静止期内源呼吸期增殖速率0最大降低0变化体积增大；酶系统调整；适应环境变异沉降性能不佳；需氧量大；水质差凝聚、吸附、沉淀性能好；残存有机物低沉降性能好；凝聚性能差；无有机物，水质好工艺高负荷活性污泥法大多数延时曝气法第三章

5、 活性污泥法1. 活性污泥构成1）具有代谢功能的微生物群体活细胞（Ma）2）微生物内源代谢、自身氧化的残留物（Me）3）吸附的原废水中难于生物降解的有机物（Mi）4）由污水携入的无机物质（Mii）2. 活性污泥性能指标名称简写正常范围公式混合液悬浮固体浓度MLSS混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSSMLVSS/MLSS=0.750.85污泥沉降比SV20-30%污泥体积指数SVI70-100ml/gSVI=10*SV/MLSS污泥龄C污泥有机负荷F/MF/M=QS/XV（XMLSSMLVSS？）容积负荷Nv曝气池的水力停留时间HRTHRT=V/Q3. 运行方式名称工艺特称抗冲击负荷污泥负荷容积负

6、荷HRT（h）污泥龄（d）传统活性污泥法池首可能出现溶氧不足，池尾可能出现溶氧富裕弱0.20.4正常0.30.648正常515正常阶段曝气活性污泥法废水沿池长分段注入曝气池，改善了供氧速率与需氧速率之间的矛盾，高0.20.40.61.038515吸附再生活性污泥法将吸附、降解两个过程分别控制在不同的反应器内进行；对可溶性有机物含量高废水处理效果差高0.20.61.01.2吸附池：0.51.0515再生池：36515延时曝气（完全氧化）活性污泥法有机负荷率非常低，污泥持续处于内源代谢状态，剩余污泥少且稳定；处理出水出水水质好强0.050.15低0.10.41848高2030高高负荷活性污泥法（短

7、时曝气法）BOD-SS负荷率高，曝气时间短，对废水的处理效果较低强1.55.0高1.22.41.53低0.250.5低完全混合活性污泥法可以方便地通过对F/M的调节，曝气池内混合液的需氧速度均衡。容易发生污泥膨胀强0.20.60.82.035510纯氧曝气活性污泥法纯氧曝气可大大提高氧的转移效率；能够大大提高曝气池的容积负荷；剩余污泥产量少，污泥膨胀较少发生。0.41.02.03.2高1.53.0515浅层低压曝气法只有在气泡形成和破碎的瞬间，氧的转移率最高，因此，没有必要延长气泡在水中的上升距离。深水曝气活性污泥法曝气池水深在78m以上，由于水压较大，氧的转移率可以提高，相应也能加快有机物的

8、降解速率；占地面积较小深井曝气活性污泥法深度为50150m，氧转移效率高，耐冲击负荷，产泥量少高1.01.23.03.6高1.02.05传统活性污泥法阶段曝气活性污泥法吸附再生活性污泥法延时曝气完全混合活性污泥法4. 反应动力学4.1莫诺特方程微生物比增长基质比去除高浓度零级反应低浓度一级反应4.2第一基本方程4.3第二基本方程5. 曝气理论Fick定律：扩散过程的推动力是物质在界面两侧的浓度差双膜理论：气液接触界面存在层流的气膜和液膜，只有其中存在浓度差，气液两相主体不存在浓度差，传质阻力只存在于两层层流膜中, 在气膜中存在氧的分压梯度，在液膜中存在氧的浓度梯度，它们是氧转移的推动力。（氧分

9、子进入水中的控速步骤是通过液膜）提高充氧速率的途径：加强液相主体的紊流程度，降低液膜厚度yL 加速气、液界面的更新DL 增大气、液接触面积A 提高气相中的氧分压Cs影响氧转移速率的主要因素：水质、水温、气压6. 曝气设备性能指标名称简写含义氧的利用率EA指通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比（%）充氧能力RO通过表面机械曝气装置在单位时间内转移到混合液中的氧量（kgO2/h）动力效率EP每消耗1度电转移到混合液中的氧量（kgO2/kw.h）机械曝气原理：水跃、提升、负压。7. 曝气池分类：按流态：推流式、完全混合式、循环混合式 按曝气方式：鼓风曝气池、机械曝气池、鼓风机械曝气

10、池 根据曝气池与二沉池之间的关系，可分为合建式（即曝气沉淀池）和分建式8. 工艺设计内容选定工艺流程；曝气池工艺计算与设计；需氧量、供氧量及曝气系统的算与设计；计算污泥回流量、剩余污泥量污泥回流系统的设计；二沉池的计算与设计9. 污泥常见问题问题现象原因对策污泥腐化活性污泥呈灰黑色、污泥发生厌氧反应，污泥中出现硫细菌，出水水质恶化混合液DO不足，负荷量增高；曝气不足；工业废水的流入等控制负荷量；增大曝气量；切断或控制工业废水的流入污泥上浮污泥沉淀3060分钟后呈层状上浮，且多发生在夏季硝化作用导致在二沉池中被还原成N2，引起污泥上浮减少污泥在二沉池中的停留时间；减少曝气量。污泥解体在沉淀后的上

11、清液中含有大量的悬浮微小絮体，出水透明度下降曝气过度；负荷下降，活性污泥自身氧化过度；减少曝气；增大负荷量泥水界面不清污泥可以下沉，但泥水界面不清晰高浓度有机废水的流入，使微生物处于对数增长期；污泥形成的絮体性能较差降低负荷；增大回流量以提高曝气池中的MLSS，降低F/M值污泥膨胀丝状菌性污泥膨胀污泥结构松散，体积膨胀，絮凝和沉降性恶化由于活性污泥絮体中丝状菌过度繁殖而导致的污泥膨胀低溶解氧浓度有机负荷过高进水水质影响临时控制措施：污泥助沉法、灭菌法工艺运行调节措施：加强曝气、调节运行条件永久性控制措施：增设生物选择器非丝状菌污泥膨胀粘性膨胀：处理效果良好，但污泥难于沉淀，大量污泥随出水流进水

12、中溶解性有机物浓度高，F/M值太高；氮、磷缺乏，或溶解氧不足；细菌大量吸附有机物，但不能及时降解，分泌出过量的胶状的多糖类物质；这些物质具有很高亲水性，导致污泥中含有大量结合水，泥水分离困难。降低负荷，调整工况，加强曝气等。低粘性膨胀进水中含有毒性物质，使污泥中毒，使细菌不能分泌出足够的粘性物质，从而不能有效形成絮凝体，导致泥水分离困难；控制进水水质，加强上游工业废水的预处理。泡沫化学泡沫洗涤剂或工业用表面活性物质等引起，呈乳白色水冲消泡消泡剂生物泡沫诺卡氏菌属的一类丝状菌引起水冲或消泡剂无效；加氯；排泥，缩短SRT第四章 活性污泥新工艺名称工艺特点HRT污泥龄AB两段活性污泥法未设初沉池，由

13、吸附池和中间沉淀池组成的A段为一级处理系统；B段由曝气池和二沉池组成；A、B两段各自拥有独立的污泥回流系统，两段完全分开，各自有独特的微生物群体，有利于功能稳定。A:0.5h短B:23hA:0.30.5d短B:1520d长序批式活性污泥法SBR从时间角度来看，是一种较理想的推流式曝气池；从空间上看，是完全混合流态；工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池具备二沉池的功能，无污泥回流设备；耐负荷冲击，在一般情况下无需设置调节池； 反应推动力大，易于得到优于连续流系统的出水水质运行操作灵活，通过适当调节各单元的状态达到脱氮除磷的效果污泥沉降性能好，SVI值较低，能有效防止丝状菌膨胀；调节SBR运行方式

14、,可同时具有去除BOD和脱氮除磷功能;沉淀期：12h排水期：12h较长氧化沟氧化沟呈完全混合-推流式；沟内的混合液呈推流式快速流动（0.40.5m/s），由于流速高，原废水很快就与沟内混合液相混合，因此氧化沟又是完全混合的；BOD负荷低，类似于活性污泥法的延时曝气法，处理出水水质良好；对水温、水质和水量的变动有较强的适应性；污泥龄长，可达1530d，为传统活性污泥法的36倍,世代时间很长的细菌如硝化细菌能在反应器内得以生存，从而使氧化沟具有脱氮的功能。污泥产率低，剩余污泥产量少1024h1530d长膜生物反应器MBR膜生物反应器是由膜分离技术与生物反应器相结合的生化反应系统；以膜组件代替传统活

15、性污泥法中的二沉池，起到分离活性污泥混合液中的固体微生物和大分子溶解性物质的作用。SRT与HRT完全分开，在维持较短HRT的同时，又可保持极长的SRT；膜截流的高效性可使世代时间长的硝化菌等在生物反应器内生长，因此脱氮效果较好；可维持很高的MLSS；曝气池中的活性污泥浓度可达1020g/L; 膜分离可使大分子颗粒状难降解物质在反应器内停留较长时间，最终得以去除；可溶性大分子化合物也可被截留下来，不会影响出水水质，最终也可被降解；膜的高效截留作用可使出水悬浮物浓度极低。AB活性污泥法的A段与吸附再生工艺的吸附段有何相同与不同：吸附再生法中的吸附段是把污水中的大多数呈悬浮状的有机物吸附，然后出水进

16、入二沉池沉淀后澄清水即排放。所以吸附再生法主要用于含胶体和悬浮有机物多的污水，对于含溶解性有机物多的污水不适合。吸附段的有机负荷不高。AB法中的A段虽然也是靠微生物吸附把一部分有机物去除，但该段有机负荷很高，大约为吸附再生法的有机负荷的十倍左右，所以去除的并不如吸附再生法吸附段去除的多。所以AB法中A段只是预处理，而吸附再生法中的吸附段对污水来说是最终处理。第五章 生物膜法1. 结构厌氧膜：除氮好氧膜：主要场所2. 特征有利于世代周期长微生物：硝化细菌有丝状菌但不会污泥膨胀处理低浓度废水3. 生物滤池第一代：普通生物滤池 0.1-0.4kg BOD滤料性能要求：比表面积大，有利于微生物的附着；

17、能使废水以液膜状均匀分布于其表面；孔隙率大，使脱落的生物膜能随水流到池底，同时保证通风良好；适于生物膜形成与粘附，且应该既不被微生物分解，又不抑制微生物的生长；有较好的机械强度，不易变形和破碎。第二代：高负荷生物滤池 0.2-2.5kg BOD 即在普通生物滤池的基础上增加回流，并且可两套装置串联）第三代：塔式生物滤池（大量回流） 1-3kg BOD曝气生物滤池（滤料下方有曝气系统）4. 生物转盘5. 生物接触氧化一种介于活性污泥法和生物滤池之间生物处理技术，在反应池内填充填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速经过填料，填料上布满生物膜，污水与生物膜接触，有机物被生物膜的上的微生物氧

18、化分解好氧生物流化床两相三相第六章 厌氧生物处理1. 第一代厌氧生物反应器化粪池、双层沉淀池2. 第二代厌氧生物反应器厌氧接触法：0.5-2.5kg BOD厌氧生物滤池：0.2-16kg COD升流式厌氧污泥床反应器（UASB）：开敞式UASB反应器和封闭式UASB反应器厌氧流化床、厌氧膨胀床：出水回流厌氧挡板反应器：不设三相分离器两相厌氧生物处理工艺：将厌氧消化过程分为产酸和产甲烷两阶段的工艺 物理化学分离方法：产酸反应器抑制剂、提高氧气、降低pH、有机酸选择性透过膜 动力学控制分离：产酸反应器短水力停留时间3. 第三代厌氧生物器内循环IC厌氧膨胀颗粒污泥床EGSB4. 颗粒污泥污泥颗粒化提

19、高其沉降性能，防止污泥流失，保持反应器内高污泥浓度；颗粒污泥能长期滞留在反应器内，具有很长的SRT,可缩短水力停留时间，使反应器具有很高的处理效能；污泥颗粒形成，产甲烷菌主要集中颗粒的内部，水解发酵和产甲烷菌在表层，这种结构为产甲烷菌提供了一个保护层和缓冲层，提高污泥抗pH,温度变化、有害物质的能力，提高耐负荷冲击能力。颗粒污泥是各种厌氧菌聚集形成的微小生态系统，各类细菌距离相对较近，可提高种间氢的转移速率。颗粒污泥的形成，使膨胀颗粒污泥床（EGSB)和内循环反应器（IC）的开发成为可能。生物脱氮除磷1. 脱氮原理1.氨化过程（好氧或厌氧异养微生物）：含氮有机物氨态氮 2.硝化过程（好养自养硝

20、化菌）：氨氮NO2、NO3 强烈好氧，不能在酸性条件下生长（自身反应会生成H+），污泥龄长 3.反硝化过程（异养反硝化菌）：NO2、NO3N2、含氮有机物2. 脱氮工艺A/O（缺氧好氧）工艺、氧化沟生物脱氮l 硝化反应器的硝化液部分回来至反硝化反应器，反硝化菌以原污水中有机物作为碳源，以回流液中硝酸盐作为电子受体，不需外加碳源。l 在反硝化反应过程中产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右；l 硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机物得以进一步去除，无需增建后曝气池。3. 除磷原理（1）厌氧释磷聚磷菌将聚磷分解形成的无机磷释放回污水中。ATP+H2OADP+H3PO4+能量。绝对厌氧，无硝酸根

21、（2）好氧吸磷聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内。ADP+H3PO4+能量ATP+H2O 污泥龄短，硝态氮抑制4. 除磷工艺An-O（厌氧好氧）工艺5. 同步脱氮除磷工艺A2/O工艺特点：厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌生长，污泥膨胀较少发生；无需投药，运行费用低。6. 新工艺SHARON工艺：将氨氧化控制在亚硝化阶段，同时进行间歇曝气，达到反硝化ANAMMOX工艺：在厌氧或缺氧条件下,将NH4+直接氧化为N2的过程。Canon工艺：即SHARON工艺+ANAMMOX工艺（由亚硝酸细菌和厌氧氨

22、氧化菌协同作用）自然生物处理1. 稳定塘特点（1）优点：能够充分利用地形，工程简单，建设投资省；能够实现污水资源化，使污水处理与利用相结污水处理能耗少，维护方便，成本低廉（2）缺点：占地面积大；污水处理效果受季节、气温、光照等自然因素影响；防渗不当会使地下水受到污染；卫生条件差，易发生臭气或滋生蚊蝇。2. 稳定塘分类好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘、深度处理塘、综合生物塘好氧塘：高负荷好氧塘（前）、普通好氧塘（中）、深度处理好氧塘（后）兼性塘：塘内分层厌氧塘：有机负荷高，常置于系统首端曝气塘：完全混合曝气塘（可污泥回流）、部分混合曝气塘。都需要沉淀深度处理塘：多采用好氧塘或曝气塘3. 污水的土地处理系统原理物理过滤 物理吸附和物理沉淀 化学反应与沉淀 微生物的代谢与分解4. 土地处理分类慢滤系统：适