污水生物处理技术

第四节水环境污染控制及管理一。水体污染的防治和管理1。制定水环境质量规范：水质规范：水环境中污染物的允许含量，污染源排放污染物的数量和浓度等的技术规范。按照水体类型：地面水水质规范，海水水质规范，地下水水质规范。按水的用途：生活饮用水水质规范，渔业用水水质规范，农业灌溉水质规范，文娱用水水质规范，工业用水水质规范。工业废水排放规范：规范中将排放的污染物按其性质分为两类：1。第一类污染物是指能在动植物体内蓄积，对人体安康产生长久不良影响的。2。第二类污染物指其长久影响小于第一类污染物质。两类污染物的允许排放浓度见附表11〔1〕，11〔2〕水环境污染防治对策：1。减少耗水量2。建立城市污水处置系统3。调整工业规划4。加强水资源的规划管理为了有效控制水污染，在管理上应冲浓度管理逐渐向总量控制管理过渡。二。废水处置方法废水处置目的：对废水中的污染物以某种方式分别出来，或者将其分解转化为无害稳定物质，从而使污水得到净化。废水处置方法选择：废水水质和水量，废水处置后的用途等；取决于废水中污染物的性质，组成，形状及对水质的要求。分类：物理法，化学法及生物法物理法：利用物理作用途置，分别和回收废水中污染物。沉淀法，浮选法，过滤法，蒸发法。化学法：利用化学反响或物理化学作用途置回收可溶性废物或胶状物质。中和法，萃取法，氧化复原法。生物法：利用微生物的生化作用途置废水中的有机污染物。生物过滤法，活性污泥法。城市污水处置步骤划分为：一级，二级和三级处置。一级处置：筛滤，重力沉淀和浮选，处置后的污水达不到排放规范。二级处置：生物法和絮凝法。有机物，无机悬浮物和胶体颗粒物极低浓度有机物。三级处置：曝气，吸附，化学凝聚，电渗析等。控制富营养化或到达使废水可以重新回用。

1。生物处置的根本概念2。生物处置法在废水处置中的位置3。生物处置法的分类1

生物处置的根本概念1.1生物处置的目的和重要性

一、废水生物处置的目的：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去除营养元素氮和磷1

生物处置的根本概念二、废水生物处置的重要性：城市污水中约有60%以上的有机物只需用生物法去除才最经济；废水中氮的去除普通来说只需依托生物法；目前世界上已建成的城市污水处置厂有90%以上是生物处置法；大多数工业废水处置厂也是以生物法为主体的。1.2

微生物在废水生物处置中的作用

去除有机物〔以COD或BOD5表示〕，去除其它无机营养元素如N、P等絮凝沉淀和降解胶体状固体物稳定有机物1.3废水生物处置中的重要微生物微生物非细胞形状的微生物细胞形状的微生物病毒、噬菌体真核生物酵母菌原生动物后生动物原核生物细菌放线菌蓝藻〔蓝细菌〕真菌霉菌藻类1.3生物处置中的重要微生物细菌：——是废水生物处置工程中最主要的微生物

真细菌(eubacteria)、古细菌(archaebacteria)

根据需氧情况不同：好氧细菌、兼性细菌、厌氧细菌；

根据能源碳源利用情况的不同： 光合细菌——光能自养菌、光能异养菌； 非光合细菌——化能自养菌、化能异养菌

根据生长温度的不同：低温菌(10~15ºC)、中温菌(15~45ºC)、高温菌(>45ºC)真菌：特点：1)能在低温暖低pH值的条件生长2)在生长过程中对氮的要求较低〔1/2〕3)能降解纤维素。运用：1)处置某些特殊工业废水2)固体废弃物的堆肥处置原生动物：原生动物主要以细菌作为食物；种属与数量的变化，与出水水质相关，可作为指示生物。后生动物：后生动物以原生动物和细菌作为食物；也可作为指示生物。2

生物处置法在废水处置中的位置2.1有机物在废水中的存在方式及其主要去除方法颗粒状有机物(>1m)：可采用机械沉淀法去除胶体状有机物(1nm~100nm)：不能用机械沉淀法去除溶解性有机物(<1nm)：以分散的分子形状存在于水中2.2废水处置程度的分级

一级处置——预处置或前处置；

二级处置——生物处置；

三级处置——深度处置城市污水处置厂的典型流程北京市酒仙桥污水处置厂一级处置二级处置城市污水处置厂的典型流程污泥回流原废水粗细格栅进水泵房沉砂池初沉池曝气池二沉池接触池出水泥饼外运集泥井污泥回流泵房污泥浓缩池一级消化池二级消化池污泥脱水机房空气CL2或其它消毒剂絮凝剂上清液回流二级处置一级处置三级处置2.2废水处置程度的分级一级处置：去除效果：EBOD30

功能：1〕去除大颗粒状有机物，以减轻后续生物处置的负担；2〕调理水量、水质、水温等，有利于后续的生物处置。主要方法：物化法，沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调理、加热或冷却等2.2废水处置程度的分级二级处置：去除效果：EBOD85~90%功能：大量去除胶体状和溶解状有机物，保证出水达标排放方法：各种方式的生物处置工艺2.2废水处置程度的分级三级处置：目的：去除二级处置出水中残存的SS、有机物，或脱色、杀菌，或脱氮、除磷——防止水体富营养化方法：物化法——超滤、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；生物法——生物脱氮除磷、生物陶粒、生物活性炭、曝气生物滤池等2.3我国水环境中有机物污染现状废水排放量宏大——总废水量达400亿m3(1.1108m3/d)，其中工业废水和城市生活污水近各50%，处置率低主要污染物是有机物和氮磷营养盐我国城市污水处置概略

年份污水厂处置才干处置率1921

上海北区污水厂4104m3/d

1926上海东、西区污水厂到1980全国238个城市,仅有16个建有39个污水厂

85104m3/d1.7%其中二级处置厂19.3万m3/d0.39%到1985年底33个城市，63个污水厂220104m3/d2.2%其中一级处置厂20个73104m3/d0.66%二级处置厂43个147104m3/d1.54%到1996年底全国640多个城市,共建有160多个污水厂812104m3/d6.7%

目前，在全国范围内曾经建成很多城市废水处置厂，估计目前我国的城市废水处置率曾经到达近20%。我国已有的大型污水处置厂年份污水厂处置才干1985天津纪庄子污水厂26104m3/d1990北京高碑店污水厂50104m3/d(一期，90～93)100104m3/d(二期，95～99)1994天津东郊污水厂34104m3/d其它西安大白杨污水厂32104m3/d南京污水厂26104m3/d上海天山污水厂10.5104m3/d杭州四堡污水厂20104m3/d郑州污水厂12104m3/d污染物的主要来源：生活污水：COD=400~500mg/l,BOD5=200~300mg/l工业废水：轻工、食品、石油化工等

啤酒废水：8~20m3废水/m3酒,COD=2000~3500mg/l

酒精废水：12~15m3废水/m3酒,COD=3~6万mg/l

味精废水：25~35m3废水/吨味精,COD=6~10万mg/l

造纸黑液：120~600m3废水/吨纸浆,COD=10~15万mg/l

生物处置法的分类生物处置法天然生物处置人工生物处置生物稳定塘土地处置系统好氧生物处置厌氧生物处置活性污泥法生物膜法传统厌氧消化现代高速厌氧反响器例1：生活污水或城市污水的处置进水水质：COD400mg/lBOD200mg/l出水水质：COD40mg/lBOD15mg/l排放规范：COD100mg/lBOD30mg/l例1：生活污水或城市污水的处置高碑店污水处置厂的工艺流程图污泥的厌氧消化活性污泥系统高碑店污水处置厂的工艺流程图初沉池曝气池二沉池一期二期污泥处置曝气池活性污泥好氧微生物曝气池0.1mm钟虫小口钟虫草履虫盖纤虫肾形虫变形虫活性污泥中的后生动物轮虫线虫第三章复习1。水体环境概述2。污染物在水体中的分散3。污染物在水体中的转化4。水环境污染控制及管理目前世界各国每年耗费的淡水为2088km3/a,连同可循环用水，总量为3300km3/a，约占全球全年总径流量的90％，其他10％流入海洋，总体看来水量丰富。世界人口添加和工农业消费开展，水量需求添加；淡水资源分布不均，水源和人口分布不成比例；水污染加剧，水资源供应缺乏称为世界各国面临的严重问题。天然水化学组成天然水中几乎包括化学元素周期表中一切化学元素

溶解气体：主要气体O2,N2等，微量气体：CH4，H2等主要离子：阴离子：Cl-,SO42-等,阳离子：K+,Na+等微量元素：I，F－等胶体：无机胶体，有机胶体固体悬浮物质：砂砾，粘土等水体概念及水体污染水体：水体是地表水圈的重要组成部分，指的是以相对稳定的陆地为边境的天然水域，包括一定流速的河渠，江河和相对静止的塘堰，水库，湖泊，沼泽，以及受潮汐影响的三角洲与海洋。包括：水中悬浮物质，溶解物质，底泥和水生生物等水体分类：按类型分：海洋水体陆地水体：地表水体，地下水体区域：某一详细的被水覆盖的地段，如太湖，洞庭湖等。概念判别：水质：水相的质量，经过水体的物理，化学和生物特征及组成情况，反映了水体环境自然演化过程和人类活动影响的程度。水体：包括除水相以外的其他固相物质，内容广泛。水体污染及污染源水污染目的:悬浮物生物化学需氧量(BOD)化学需氧量(COD)总有机碳(TOC)pH值大肠菌群数有毒物质在人工控制的条件下，使水样中的有机物在微生物作用下进展生物氧化，在一定时间内所耗费的溶解氧的数量，可以间接反映出有机物的含量，以每升水〔所含的污染物〕所耗费的氧的毫克数来表示(mg/L)，简称生化需氧量(BOD)。BOD越高，表示水中需氧有机物质越多。20℃条件下培育5天→BOD5用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量，以每升水所耗费的氧的毫克数来表示(mg/L)，简称化学耗氧量(COD)。。COD越高，表示水中有机污染物污染越重。常用的氧化剂:高锰酸钾(KMnO4)高锰酸盐指数重铬酸钾(K2Cr2O7)COD水体污染源工业污染源生活污染源乡村污水和灌溉水船舶废水点源非点源水体污染物呵斥水体的水质、底质、生物质等质量恶化或构成水体污染的各种物质或能量均能够成为水体污染物。无机无毒物无机有毒物有机无毒物有机有毒物放射性污染物热污染物病原体污染物水体的自净所谓水体的自净作用，是指受污染的各种水体在物理、化学和生物等作用下，水中污染物浓度自然降低的过程。水体自净作用往往需求一定的时间，一定范围的水域以及适当的水文条件，另外还决议于污染物的性质、浓度以及排放方式等。包括:(1)物理自净(2)化学自净(3)生物自净污染物在水体中的运动特征污染物在水体的运动方式有三种：①推移迁移；②分散；③衰减。三种运动的作用使污染物浓度降低，称水体“自净作用〞。综上所述可知：①推移作用：总量不变，分布形状也不变；②推移+分散：总量不变，分布形状发生变化；③推移+分散+衰减：总量变化，分布形状变化。1、一维稳态模型

Dx2c/x2－uxc/x－Kc=0(1)其特征方程为：Dx2－ux－k=0特征根为：1,2=ux/2Dx(1+m)式中：m=当x=0，c=c0时，上式的解为〔取负值〕

C=c0exp{uxx/2Dx[1－(1+4kDx/ux2)1/2]}弥散项忽略，那么一维稳态模型解为：c=c0exp(-Kxx/ux)式中c0=(Qc1+qc2)/(Q+q)

Q为河流流量；c1为河流中污染物的本底浓度；q为排入河流的污水的流量；c2为无水中的某污染物浓度；c为污染物的浓度；Dx纵向弥散系数；ux断面平均流速；K污染物的衰减速度常数2、二维稳态模型：Dx2c/x2+Dy2c/y2－uxc/x－uyc/y－kc=0(2)在均匀流场中其解析解为：C(x,y)=Q/4h(x/ux)2√(DxDy))*[exp(y-uyx/ux)2/4Dyx/ux)]*exp(-kx/ux)(2-1)忽略Dx,ux:C(x,y)=Q/(ux*h√(4Dxx/ux))*exp(-uxy2/4Dyx)*exp(-kx/ux)(2-2)

在河流有边境条件下：才用镜像法：C(x,y)=2*Q/(ux*h√(4Dxx/ux))*[exp(-uxy2/4Dyx)+∑exp(-ux(2nB-y)2/4Dyx+∑exp(-ux(2nB+y)2/4Dyx]*exp(-kx/ux)(2-3)

h—水深；B—河宽；其它符号同前。河流中的水质问题一、污染物与河水的混合污染物排入河流后，从污水排放口到污染物在河流横断面上到达均匀分布，通常需阅历竖向混合和横向混合两个阶段。竖向混合——污染物进入河流后，在较短间隔内即到达竖向的均匀分布横向混合——污染物到达竖向均匀分布到污染物在整个断面上到达均匀分布的过程

注：直道中，主要动力为横向弥散作用;弯道中，横向环流大大加速了横向分散二、生物化学分解1.河流中的有机物经过生物降解所产生的浓度变化，可由一级反响式表示：L=L0e-Kc*t

L－t时辰有机物的剩余生物化学需氧量L0－初始时辰有机物的总生物化学需氧量Kc—含碳有机物的降解速度常数，为温度的函数实验室测定Kc值：经过实验室中测定生化需氧量〔BOD〕和时间的关系2.1961年，托马斯〔H·Thomas〕提出了河流中BOD衰减的另一个缘由—沉淀，假设反映生化作用和沉淀作用的BOD衰减速度常数分别为Kd和Ks，那么Kc＝Kd+Ks3.1966年，K·Bosko研讨了河流中生化作用的BOD衰减速度常数Kd和实验室的数值Kc之间的关系：η为河床活度常数，综合反映河流对有机物生化降解作用的影响。4.稳态河流中BOD的变化规律满足下式：5.含氮有机物排入河流后，同样发生生物化学氧化过程：Kd＝Kc+ηuxHLc=L0〔exp〔-Kcxux〕〕LN=LN0〔exp〔-KNxux〕〕三、大气复氧水中溶解氧的主要来源是大气。氧气由大气进入水中的质量传送速度：

C-河流水中溶解氧的浓度Cs-河流水中饱和溶解氧的浓度KL-质量传送系数A-气体分散的外表积V-水的体积

dtdC=KLAV(Cs-C)欧康奈尔〔D.O’·Conner〕和多宾斯〔W·Dobbins〕在1958年提出根据河流的流速、水深计算大气复氧速度常数的方法：

饱和溶解氧浓度Cs是温度、盐度和大气压力的函数。在760mmHg压力下，淡水中的饱和溶解氧浓度为

T为0cKL=CuxnHmCs=46831.6+T四、光协作用水生植物的光协作用是河流溶解氧的另一个重要来源。欧康奈尔假定光协作用的速度随着光照强度的变化而变化。中午光照强度最大时，产氧速度最快，夜晚没有光照时，产氧速度为零。五、藻类的呼吸作用藻类的呼吸作用要耗费河水中的溶解氧，通常把藻类呼吸耗氧速度看作是常数.六、底栖动物和沉淀物的耗氧底泥耗氧的主要缘由是由于底泥中的耗氧物前往到水中和底泥顶层耗氧物质的氧化分解.单一河段水质模型定义：在所研讨的河段内只需一个排放口时称该河段为单一河段坐标：在研讨单一河段时，普通把排放口置于河段的起点，即定义排放口处的纵向坐标x＝0.S-P模型—描画河流水质的第一个模型，由斯特里特〔H•Streeter〕和菲而普斯〔E•Phelps〕在1925年建立。根本假设：河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反响，反响速度为常数；河流中的耗氧是由BOD衰减引起的，而河流中的溶解氧来源那么是大气复氧。生物降解反响的类别微生物参与的生物化学反响，属于生物降解反响的主要有这样一些根本反响：氧化、水解、脱水、脱氢、脱氨基、脱羧基等.水体中耗氧有机物的降解含氮有机物的降解有机氮化合物降解的最终产物是氨，所以这个过程也被称作氨化作用〔或无机化作用〕。在自然环境中，这类作用大多属于有微生物介入的生物降解过程。含氮有机物:蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、硝基化合物等等。它们的元素组成，除氮外还含有碳、氢、氧、硫、磷等。含氮有机物生物降解较不含氮有机物更难，其产物污染性强；同时，它的降解产物与不含氮有机物的降解产物会发生相互作用，影响整个降解过程。硝化作用由固氮作用生成的氨或由蛋白质等高分子含氮化合物经降解作用后产生的氨，都能够在有氧条件下，经细菌作用而硝化硝化作用对土壤中的植物有特殊意义:1.普通植物容易吸收NO3-形状的氮，不易吸收NH3或NH4+形状的氮。2.硝酸盐有极大可溶性，不易为土壤所阻留，这又是对植物不利的。反硝化作用又称脱氮作用。在土壤中以及在水体的底泥或中间水层环境介质中都能够发生这种作用。反硝化过程可简单地表示如下：其中N2和N2O是反硝化作用的主要产物，但普通情况下，在生成过量N2O条件下才干产生N2。2.水体中富营养污染物

水体富营养化问题湖泊、水库、河口、港湾等水流较缓的区域，最容易发生富营养化问题。这是一种由磷和氮的化合物过多排入水体后引起的二次污染景象。主要表现为水体中藻类大量繁衍，严重影响了水质。在适宜的光照、温度、pH值和具备充分营养物质的条件下，天然水体中藻类进展光协作用，合本钱身的原生质，其总反响式可写为:

藻类繁衍所需求各成分,控制性要素是磷和氮，藻类繁衍的程度主要决议于水体中这两种成分的含量，并且曾经知道能为藻类吸收的是无机形状的含磷、氮的营养物。湖水的营养化程度在湖泊水体中，凡消费者、复原者、消费者到达生态平衡者是属调和型的湖泊.根据湖水营养化程度:贫营养化湖、低营养化湖、中营养化湖和富营养化湖。调和型湖泊的营养化程度可用总磷含量、总氮含量、叶绿素a含量和透明度等目的来度量。详细数值见表1。表1湖水的营养化程度表2水体富营养化防治的各种方法

水体富营养化营养物质负荷模型湖泊富营养化相关模型：P作为自变量，湖泊营养情况作为因变量湖泊、水库完全混合箱式水质模型：沃伦威德尔，70年代初研讨北美大湖。

模型从宏观上研讨湖泊、水库中营养物质平衡的输入－产出关系的模型。模型建立了输入湖泊的某一水质组份的总量，湖泊中该水质组份的浓度与湖泊的自然特征，如：平均水深，水流停留时间等的关系。模型不描画发生在湖泊内的物理，化学和生物学过程，同时也不思索湖泊和水库的热分层。1.沃伦威德尔模型停留时间很长，水质根本处于稳定形状的湖泊和水库，可作为一个均匀混合的水体进展研讨。沃伦威德尔假设：湖泊中某中营养物的浓度随时间的变化率，是输入，输出和在湖泊内堆积的该种营养物质的量的函数。V-湖泊水库的容积〔m3)；c－某中营养物质的浓度(g/m3)；Ic－某中营养物质的总负荷(g/a);S－营养物在湖泊或水库中的堆积速度常数(l/a)；Q－湖泊出流的流量(m3/a)2.吉柯奈尔－迪龙模型针对上一模型中营养物质在水库中的堆积速度常数S难于确定而建立。吉柯奈尔－迪龙：1975年，引入滞留系数Rc－营养物在湖泊和水库中的滞留分数。式中：Rc－营养物在湖泊和水库中的滞留分数。t=0,c=c0,方程解析解为:J出－湖泊输出的总P量J入－湖泊输入的总P量迪龙经过多次回归分析，得出：Rc与面积水负荷qs相关。〔Q输出水量，A湖泊外表积〕由迪龙模型绘制总P负荷图。h(g)Lp(1-RP)/r(g/m2)允许界限危险界限过渡区富营养区贫营养区重金属在水体中的迁移转化一。重金属元素在水环境中的污染特征1。在自然界中的分布:分布广,含量低,危害明显2。属于过渡性元素:化学性质由电子层构造决议,价态变化较多,配位络合才干强3。在水环境中的迁移转化:机械迁移,物理化学迁移,生物迁移4。毒性效应:易与蛋白质和酶高分子化物质结合,产生不可逆变性,使生理或代谢过程妨碍,或与脱氧核糖核酸等相互作用而致突变二.重金属在水体中的迁移转化1.重金属化合物的沉淀-溶解作用重金属化合物在水中的溶解度可以直观地表示其在水体中的迁移才干，溶解度大者迁移才干大，溶解度小者迁移才干小。水作为一种溶剂对许多物质都有很强的溶解才干。2.重金属的氧化复原转化重金属的迁移转化趋势和污染效应均与此有亲密关系天然水具有相应的Pε，故有能够使水中重金属元素进展氧化——复原转化，产生价态的变化。普通说来，重金属元素在高Pε水中，将从低价态氧化成高价态或较高价态。而在低Pε的水中将被复原成低价态，或与其中硫化氢反响构成难溶硫化物。3.重金属元素络协作用在水环境中存在着多种多样的天然和人工合成的配位体，它们能与重金属离子构成稳定度不同的络合物或螯合物，对重金属元素在水环境中的迁移在很大影响。

4.重金属的胶体化学吸附迁移转化在水体中的悬浮颗粒物和底泥中含有丰富的胶体，可以剧烈地吸附各种分子和离子