水污染防治工程基础课件

水污染防治工程基礎與實踐

第一章污水物理化學處理工程基礎基本要求：掌握混凝、沉澱和氣浮的技術和方法。掌握過濾的過程和方法。熟悉吸附的過程和方法，瞭解主要吸附劑的性能與影響因素。熟悉離子交換的技術與方法，瞭解主要離子交換劑的性能。熟悉膜分離的技術和方法，瞭解膜及膜組件的分類和性能。熟悉中和及化學沉澱的技術和方法。瞭解氧化還原處理技術；熟悉消毒機理和方法。瞭解萃取、吹脫和汽提的技術要點。1.1混凝1.定義

通過投加混凝劑使水中難以自然沉澱的膠體物質以及細小的懸浮物聚集成較大的顆粒，使之能與水分離的過程稱為混凝。凝聚、絮凝、混凝的區分圖1-1膠體雙電層結構示意圖膠核表面膠團表面混凝過程的控制參數為：混合池：G＝500～1000s-1T＝10～60s（若需要延長攪拌時間，但一般均小於2min）

GT＝（1～3）×104絮凝池：G＝20～70s-1T＝15～20minGT＝104～1052.原理1)基本原理膠體的基本性質（雙電層結構、表面電荷、穩定性）混凝動力學布朗運動和流體運動；異向絮凝和同向絮凝。

2)混凝機理電性中和吸附架橋沉澱物的卷掃（網捕）3.主要影響因素

水溫pH值水中雜質的性質、組成和濃度鹼度

[CaO]＝3[a]－[X]＋[δ]式中：[CaO]——純石灰投量，mmol/L；[a]——混凝劑投量，mmol/L；[X]——原水鹼度，CaOmmol/L計；[δ]——剩餘鹼度，一般0.25～0.5CaOmmol/L。4.混凝劑的配製與投加凝聚劑的投配方式可採用濕投法或幹投法，一般多採用濕式投加。整個系統包括藥劑溶解、配製、計量、投加和混合等。當採用液體混凝劑時可不設溶解池，藥劑儲存於儲液池後直接進入溶液池。5.混合和絮凝的基本要求和方式

1.定義利用某些懸浮顆粒的密度大於水的特性，將其從水中去除的過程稱為沉澱。2.分類自由沉澱絮凝沉澱擁擠沉澱（分層沉澱）壓縮沉澱1.2.1沉澱3.沉降試驗自由沉澱試驗

圖1-2顆粒沉速累計頻率分配曲線

絮凝沉澱（干擾沉澱）試驗

圖1-3絮凝沉澱的等效率曲線擁擠沉澱試驗礬花濃度超過2-3g/L時，或活性污泥的濃度超過1g/L時，將產生擁擠沉澱的現象。

圖1-4擁擠沉澱試驗圖圖1-5擁擠沉澱試驗中介面高度的變化3.沉澱池分類及分類標準：1)按池內水流方向的不同，可分為平流式沉澱池，輻流式沉澱池和豎流式沉澱池。2)按在工藝流程中位置不同，可分為初次沉澱池和二次沉澱池兩種。3)按截除顆粒沉降距離不同，可分為一般沉澱和淺層沉澱。斜管沉澱池和斜板沉澱池為典型的淺層沉澱。4.典型沉澱池1)平流式沉澱池

優缺點：優點是構造簡單，造價較低，操作管理方便，平面佈置緊湊，施工較簡單，沉澱效果穩定，對原水適應性強，機械排泥設施的安裝維修較方便，大、中和小型污水處理廠均可採用。主要缺點是占地面積較大。

圖2-1-15平流式沉澱池圖1-6平流式沉澱池相關計算水區計算理論：實際：污泥區計算：泥區容積

1)輻流式沉澱池優缺點

優點:多為機械排泥，運行可靠，管理簡單；排泥設備已定型；適用大、中型污水處理廠。

缺點：機械排泥設備複雜，對施工品質要求高。

設計要求和參數選擇①表面水力負荷、沉澱時間和出水堰口負荷的要求均與平流式沉澱池相同。②池徑不宜小於16m。③池子直徑（或正方形的一邊）與有效水深的比值宜為6～12。④池底坡度，一般採用0.05。⑤沉澱污泥的機械排出方式，有只刮不吸和邊刮邊吸之分，後者靠靜水壓或空氣提升，將所刮沉澱匯入排泥管。

3)豎流式沉澱池豎流式沉澱池的優缺點優點：排泥方便，管理簡單，占地面積小。缺點：池深大，施工困難；對衝擊負荷和溫度變化適應能力較差；池直徑過大時布水不均勻。只適用於小型污水處理廠。設計要求和參數選擇①表面水力負荷、沉澱時間以及出水堰口負荷與平流式沉澱池相同。②水池直徑（或正方形的一邊）與有效水深之比不大於3。池子直徑不大於8m，一般為4～7m。③中心管內流速不大於30mm/s。④中心管下口應設有喇叭口和反射板；喇叭口和反射板的設計要符合有關規定。⑤污泥鬥和排泥管均按有關要求設計。4)斜板(管)沉澱池分類按水流方向與顆粒的沉澱方向之間的相對關係，可分為：①側向流斜板(管)沉澱池，水流方向與顆粒沉澱方向互相垂直；②同向流斜板(管)沉澱池，水流方向與顆粒沉澱方向相同；③逆或異向流斜板(管)沉澱池，水流方向與顆粒沉澱方向相反。

應用條件①受占地面積限制的小型污水處理站，作為初沉池使用。②已建污水處理廠挖潛或擴大處理能力時採用。③不宜作為二沉池使用，主要原因是活性污泥粘度大，易因污泥的粘附而影響沉澱效果，甚至發生堵塞斜板(管)的現象；若二沉池底部發生厭氧反應，產生的氣體上升會干擾或破壞污泥的沉澱。設計要求和參數選擇①異向流斜板(管)沉澱池的表面水力負荷一般為普通沉澱池的2倍。②斜板垂直淨距應為80～100mm，斜管直徑應為50～80mm。③斜板(管)長為1.0～1.2m。④斜板(管)的傾角為60°。⑤斜板(管)底部緩衝層的厚度為0.5～1.0m。⑥斜板(管)上部水深為0.5～1.0m。⑦用作初沉池時池內水力停留時間不大於30min。⑧進(出)水方式及沖洗措施應符合要求。1.2.2澄清池1.澄清池原理2.澄清池的類型與特點澄清池按池中水與泥渣的接觸情況，分為迴圈(回流)泥渣型和懸浮泥渣(泥渣過濾)型兩大類。

圖1-7機械攪拌澄清池

圖1-8水力迴圈澄清池

機械攪拌澄清池

圖1-9懸浮澄清池圖1-10脈衝澄清池

污泥濃縮工藝主要有重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮三種方式，國內目前應用較多的是重力濃縮。

1.濃縮的目的

2.重力濃縮池的分類1.2.3濃縮1.沉砂目的及原理

2.沉砂池的類型及特點1)平流沉砂池2)曝氣沉砂池1.3沉砂

圖1-11曝氣沉砂池剖面圖3)鐘式沉砂池

圖1-12懸浮澄清池1.4隔油1.原理ρW，ρ0——分別為水與油珠的密度，g／cm3；d——可上浮最小油珠的粒徑，cm；μ——水的絕對粘滯性係數，Pa·s；g——重力加速度，cm／s2；β——考慮廢水懸浮物引起的顆粒碰撞的阻力係數，

β值可取0.95；u——靜止水中直徑為d的油珠的上浮速度，cm/s；φ——廢水油珠非圓形的修正係數，一般為1.0。2.

隔油池構造和工作原理

圖1-13斜板隔油池3.

隔油池的設計參數1)平流隔油池平流隔油池宜用於去除粒徑不小於150µm的油珠，設計應符合下列要求：①污水在池內的停留時間應為1.5～2h；②污水在池內的水準流速應為2～5mm/s；③單格池寬不應大於6m，長寬比不應小於4；④有效水深不應大於2m，超高不應小於0.4ｍ；⑤刮油刮泥機，刮板移動速度不大於2m/min；⑥排泥管直徑不應小於200mm，管端可接壓力水管沖洗排泥管；⑦集油管直徑宜為200～300mm，當池寬在4.5m以上時，集油管串聯不應超過4條；⑧在寒冷地區，集油管及油層內宜設加熱設施；⑨隔油池宜設非燃燒材料製成的蓋板，並宜設置滅火設施。2)斜板隔油池斜板隔油池宜用於去除粒徑不小於80µm的油珠，斜板隔油池的設計應符合下列要求：(1)表面水力負荷宜為0.6～0.8m3/m2·h；(2)斜板淨距宜採用40mm，傾角不應小於45°；(3)池內應設收油、清洗斜板和排泥等設施；(4)斜板材料應耐腐蝕、不沾油和光潔度好。1.5氣浮1.氣浮原理

ΔW＝σ1，2(1－cosθ)

圖1-14斜板隔油池2.氣浮的影響因素及提高氣浮效果的措施

1)氣泡直徑；

2)溶解性無機鹽類；

3)懸浮物質的親、疏水性3.氣浮法的分類電解氣浮法、散氣氣浮法、溶氣氣浮法

4.氣浮法的優缺點5.加壓溶氣氣浮法

1)全溶氣流程1－原進水；2－加壓泵；3－空氣加入；4－壓力溶氣罐(含填料層)；5－減壓閥；6－氣浮池；7－放氣閥；8－刮渣機；9－集水系統；10－化學藥劑

圖1-15全溶氣加壓溶氣氣浮流程2)部分溶氣流程1－原水進入；2－加壓泵；3－空氣進入；4－壓力溶氣罐(含填料層)；5－減壓閥；6－氣浮池；7－放氣閥；8－刮渣機；9－集水系統；10－化學藥劑

圖1-16部分加壓溶氣氣浮流程3)回流加壓溶氣流程

1－原水進入；2－加壓泵；3－空氣進入；4－壓力溶氣罐(含填料層)；5－減壓閥；6－氣浮池；7－放氣閥；8－刮渣機；9－集水管及回流清水管

圖1-17回流加壓溶氣氣浮流程6.氣浮池形式

平流式氣浮池

1－溶氣水管；2－減壓釋放及混合設備；3－原水管；4－接觸區；5－分離區；6－集水管；7－刮渣設備；8－回流管；9－集渣槽；10－出水管

圖1-18有回流的平流式氣浮池豎流式氣浮池

1－溶氣水管；2－減壓釋器；3－原水管；4－接觸區；5－分離區；6-集水管；7-刮渣機；8-水位調節器；9-排渣管

圖1-19豎流式氣浮池7.氣浮法的應用

在石油化工、紡織、印染、機械化工、拆船和食品等行業獲得廣泛應用。

圖1-20油輪洗艙廢水處理流程1.6過濾1.過濾原理2.過濾週期及反沖洗3.濾池的基本構造4.濾池的分類5.城市污水三級處理中過濾單元的設計要點6.濾池的反沖洗7.濾池池型8.濾池的設計參數

濾池池型1)壓力濾池

2)微孔篩濾機

圖1-22微孔篩濾機構造圖1-21壓力濾池構造濾池的設計參數

1)濾層單層濾料：石英砂有效粒徑1.2-2.4mm；濾層厚度1200-1600mm

不均勻係數為1.2-1.8。雙層濾料：①石英砂有效粒徑0.6-1.2mm；濾層厚度600-800mm；不均勻係數為＜1.4。②無煙煤有效粒徑1.2-2.4mm；濾層厚度600-800mm；不均勻係數為＜1.8。濾池的設計參數2)濾速：6-10m3/m2·h。3)反沖洗：氣水聯合沖洗：氣13-17L/m2·s，水6-8L/m2·s，歷時4-8min；水沖洗：6-8L/m2·s，歷時3-5min；表面沖洗：0.5-2.0L/m2·s，歷時4-6min。4)工作週期：≤12h。1.7吸附過程和方法1.吸附原理

吉布斯（Gibbs）方程式表示：

2)吸附的類型

3)吸附等溫線和等溫式

圖1-22吸附等溫線形式I型：朗格謬爾公式：弗蘭德利希經驗公式：

Ⅱ型：BET公式

：

2.吸附操作方式（靜態和動態）3.吸附床的設計

1)吸附試驗確定吸附容量、吸附速率、裝置2)主要設計參數3.常用吸附劑及影響吸附的主要因素

1)常用吸附劑活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、矽藻土等2)影響吸附因素（以活性炭為例）活性炭吸附劑的性質、吸附質的性質、廢水pH值、共存物質、溫度、接觸時間1.8離子交換1.離子交換的基本原理

1)離子交換樹脂的構造

2)離子交換樹脂的性能

①交換容量（全交換容量、工作交換容量）②離子交換樹脂的選擇性強酸陽離子樹脂：

Fe3+>Cr3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+=NH4+>Na+>H+>Li+

弱鹼陰離子樹脂：

OH－>SO42－

>NO3－

>Cl－

>F－

>HCO3－

>HSiO3

③離子交換平衡以RH與水中Na＋的交換反應式為例：

平衡常數為：

式中：

[RH]、[RNa]——反應平衡時，樹脂中H＋、

Na＋的濃度，mmol/g(幹樹脂)；

[H+]、[Na+]——反應平衡時，水中H＋、Na＋的濃度，mmol/L。2.離子交換裝置運行方式

按運行方式不同，離子交換裝置可分為固定床和連續床兩大類。固定床又分為單層床、雙層床和混合床；連續床又分為移動床和流動床。（a）順流再生；（b）逆流再生圖

圖1-23固定床交換器再生方式

圖1-24雙塔式移動床系統3.離子交換工藝的設計

1)離子交換器的進水預處理預處理的對象包括離子交換器進水的水溫、pH值、懸浮物、油類、有機物、引起樹脂中毒的高價離子和氧化劑等。2)離子交換樹脂的選用交換容量、進水水質、離子交換器的運行方式

3)離子交換樹脂工藝設計參數參閱《給水排水設計手冊》第四冊“工業給水處理”

4.離子交換法在廢水處理中的應用

例：含鋅廢水的處理

交換及再生反應式：

酸性廢水芒硝軟水離子交換罐排入地溝(中和處理後排放)用於軟化罐離子交換劑再生重複使用砂濾器洗脫液罐集水池溶解槽再生液貯槽酸站集液池

圖1-25某化纖廠處理含鋅廢水流程1.9膜分離的技術與方法1.膜分離法的原理及分類

利用膜的選擇透過性能將離子或分子或某些微粒從水中分離出來的過程稱為膜分離過程。用膜分離溶液時，使溶質通過膜的方法稱為滲析，使溶劑通過膜的方法稱為滲透。

推動力膜種類分離對象電滲析ED電位差離子交換膜離子反滲透RO壓力差非對稱膜或複合膜離子、小分子超濾UF壓力差非對稱膜大分子、微粒微濾MF壓力差對稱膜微粒表1-1水處理中常用膜分離法分類2.電滲析

1)電滲析的原理

圖1-26含鎳廢水電滲析原理圖2)離子交換膜和電滲析裝置離子交換膜主要性能指標①離子選擇透過性高，實用離子交換膜要求離子遷移數在90％以上；②膜電阻低、導電性能好；③具有較高的交換容量，一般為1.0～2.5摩爾／千克(幹)。④尺寸穩定，膨脹和收縮性應儘量地減小而且均勻；⑤有足夠的機械強度，一般要求膜的爆破強度大於

0.3兆帕；⑥有良好的化學穩定性，耐酸、堿及抗氧化的能力強；⑦離子的反擴散和水的滲透量要小。電滲析離子交換膜分類：①按膜的結構形式分為異相膜、均相膜和半均相膜；②按膜上活性基團不同分為陽膜、陰膜和特種膜；③按膜材料不同分為有機膜和無機膜。3)電滲析器運行的工藝參數①電流效率②電流密度電滲析器工作時，單位膜面積上通過的電流稱為電流密度J。運行電滲析器時，當電流密度達到一定值，介面層離子遷移速度遠低於膜內離子遷移速度，迫使膜介面處水分子發生電離，依靠氫離子和氫氧根離子來傳遞電流，這種膜介面現象稱為濃差極化。此時的電流密度稱為極限電流密度。

③極化由實驗得出的極限電流密度簡化公式如下：式中：Jlim——極限電流密度，mA／cm2；v——淡水室中的水流平均速度，cm／s；Cp——淡室中的離子濃度的對數平均值，mol/L；k——電滲析器的水力特性係數，與膜性能、隔板厚度、隔網形式、水的離子組成和水溫等因素有關；n——流速指數，一般為0.5～0.9；E——物質的化學當量；M——物質的分子量。4)處理廢水的電滲析器的特點①在給水處理中應用的電滲析器，只回收淡水和只關注淡水水質，水的回收率一般為50～70％；而應用電滲析處理廢水時，有時淡水和濃水均可回收利用，水的回收率高；有時濃水的利用價值高於淡水。②在給水處理中應用的電滲析器同時並只含有陽膜和陰膜，並以膜對形式存在；而在廢水處理中，電滲析器用膜的種類較多，有陽膜、陰膜、中性膜和複合膜等，根據處理對象組成和處理目的不同而有不同的膜組合形式。③在給水處理中，關注電滲析電極反應多半是為了防止電極反應的負面影響，而在廢水處理中，有時是利用電極反應來達到處理廢水和回收有用物質的目的。5)電滲析在廢水處理中的應用電鍍車間應用電滲析處理電鍍廢水取得了較好的效果。有的車間既回收了重金屬，又使水的重複利用率有較大提高。

3.反滲透1)反滲透的原理①溶解擴散理論該理論假定反滲透膜是無缺陷的緻密無孔膜，溶劑與溶質都能在膜中溶解，然後在濃度或壓力造成的化學位差推動下，水從膜一側向另一側進行擴散，直到透過膜。溶質和溶劑在膜中的溶解擴散過程服從菲克定律。

②優先吸附—毛細孔流理論該理論假定膜有微孔，膜層有優先吸附水而排斥鹽的化學特性，使膜表面及膜孔內形成一幾乎為純水的溶劑層，該層優先吸附的水在壓力作用下，連續通過膜。③氫鍵理論該理論認為，作為反滲透的膜材料必須是親水性的，並能與水形成氫鍵。水在膜中的遷移主要是擴散。2)反滲透膜及反滲透裝置反滲透膜反滲透膜是—種只允許水分子通過的半透膜(選擇透過性膜)。分為酸纖維素膜(CA膜)、芳香聚醯胺複合膜、複合膜反滲透裝置反滲透裝置主要有板框式、管式、卷式和中空纖維式四大類，近年來國外又開發出盤式或碟式裝置。3)反滲透處理的工藝參數①原液狀態參數包括總含鹽量、各組分含量、pH值、溫度、懸浮物、粘度和微生物量等。②膜性能參數包括膜的脫鹽性能、機械強度、pH值穩定範圍和耐熱性等。③化學工程參數包括產水量、產水水質、操作壓力、原液流速、膜清洗、膜更換和能耗等。4)反滲透在廢水處理中的應用電鍍廢水（鍍鎳、鍍鉻廢水）、食品加工廢水如制糖廢水、水產品加工廢水以及某些污水的深度處理等4.超濾1)超濾原理

超濾和反滲析和微濾都是在靜壓差推動力作用下進行水和其中的溶質分離的膜過程。這三種膜分離過程去除微粒的粒徑從大到小依次為微濾、超濾和反滲透。

圖1-27超濾原理示意圖2)超濾膜與超濾裝置超濾膜:5～100納米3)超濾工藝參數膜通量、膜清洗和膜壽命。4)超濾在廢水處理中的應用噴漆廢水、金屬加工廢水和食品工業廢水的處理和有用物質的回收5.微濾

1)微濾原理2)微濾膜和微濾裝置3)微濾的應用電子行業、醫藥衛生行業、海水淡化、水處理等4)特性

1.10中和1.酸堿中和及pH調節的基本原理

酸性廢水的中和方法可分為：（1）與鹼性廢水互相中和，（2）藥劑中和及（3）過濾中和；鹼性廢水的中和方法可分為：（1）與酸性廢水互相中和或（2）藥劑中和。酸性廢水中和處理採用的中和劑有石灰、石灰石、白雲石、蘇打、苛性鈉等。鹼性廢水中和處理則通常採用鹽酸和硫酸。2.酸堿廢水中和法1)中和能力的計算酸堿廢水互相中和，中和能力遵守等當量定律，

Q1C1=Q2C2

式中：Q1——酸性廢水流量，L／h；

C1——酸性廢水酸的當量濃度，克當量／升；

Q2——鹼性廢水流量，L／h；

C2——鹼性廢水堿的當量濃度，克當量／升。3.藥劑中和法(藥劑的選擇)

4.過濾中和法

酸性廢水流過鹼性濾料時與濾料進行中和反應的方法稱為過濾中和法，過濾中和法僅用於酸性廢水的中和處理。鹼性濾料主要有石灰石、大理石、白雲石等。中和濾池分普通中和濾池、升流式膨脹中和濾池和過濾中和滾筒三類。

優點：操作簡單，出水pH值比較穩定，沉渣量少

缺點：廢水的酸濃度不能太高

1.11化學沉澱1.基本原理

2.沉澱法分類1)氫氧化物沉澱法2)硫化物沉澱法3)碳酸鹽沉澱法

3.實際應用堿鋅酸鹽鍍鋅廢水處理在反應池中用H2SO4將廢水pH值調至8.5～9.0，廢水中鋅很快轉化為Zn(OH)2白色沉澱，而分離出的Zn(OH)2再遇到NaOH溶液又溶解。

可返回鍍槽再利用。沉澱池上清液中Zn2＋濃度很低，可作為鍍前清洗水再利用。

圖1-28鍍鋅廢水處理流程1.12氧化還原1.原理通過氧化還原反應將廢水中溶解性的污染物質去除的方法稱為廢水氧化還原法處理。在化學反應中，失去電子的過程叫做氧化，得到電子的過程叫做還原。2.氧化法

分類：氯氧化法、臭氧氧化法、過氧化氫氧化法光氧化法、濕式氧化法、電解法3)還原法例：臭氧處理含氰廢水

接觸柱1234

圖1-29臭氧處理含氰廢水工藝流程1.13萃取、吹脫和汽提1.萃取法

1)基本原理2)萃取工藝流程生產實際中應用的萃取工藝有單級萃取、多級錯流萃取和連續逆流萃取3)萃取法處理廢水的應用多種重金屬廢水可以用萃取法處理。

混合器分層器萃取相分離設備萃餘相分離設備圖2-1-60單級萃取流程示意圖圖1-30多級錯流萃取流程示意圖

圖1-31連續逆流萃取

2.吹脫法

1)基本原理2)吹脫法處理廢水的工藝組成3)吹脫法處理廢的應用吹脫除氮

圖1-32水中NH4+

和NH3的存在比例圖1-33NH3吹脫塔

3.汽提法

1)基本原理2)分類3)汽提塔4)汽提法處理廢水的應用例：汽提法處理含氰廢水某焦化廠終冷器排出的廢水中含氰達150～200mg/L。廢水經預熱後在汽提塔內與蒸氣逆流相遇。塔內裝有12～15塊浮閥塔板，藉以強化傳質過程，使氰化氫迅速解吸出來。由塔低排出的廢水中仍含有30mg／L的氰化氫，需進一步處理。

塔頂出來的蒸汽中含氰化氯達5g/L左右，加熱後送入吸收塔，與濃度為8％-10％的熱堿液(Na2CO3)逆流相遇，進行吸收。吸收塔內裝有4m高的鐵刨花，既作為傳質填料，又參與化學反應，生成黃血鹽鈉[Na4Fe(CN)6]。當堿液濃度降至6％以下，黃血鹽濃度增至200～300g／L時，將其抽出，依次通過篩檢程式、結晶罐和離心機而制得黃血鹽鈉。1.14消毒消毒機理

Cl2＋H2O

HOCl+HClHOCl

OCl-+H+

圖1-34不同pH和水溫時，水中HOCl與OCl-的比例

名稱優點缺點適用條件液氯效果可靠，投配設備簡單，投量準確，價格便宜氯化形成的餘氯及某些含氯化合物低濃度時對水生物有毒害；當污水含工業廢水比例大時，氯化可能生成致癌物質適用於大、中型污水處理廠臭氧消毒效率高並能有效地降解污水中殘留的有機物、色、味等，污水pH值與溫度對消毒效果影響很小，不產生難處理的或生物積累性投資大、成本高，設備管理較複雜適用於出廠水質較好，排入水體的衛生條件要求高的污水處理廠二氧化氯消毒效果好，剩餘量穩定，並能有效的控制水的色度、嗅和味，不產生有機毒副產物需現場製備，不宜儲存運輸。有無機副產物產生。適用於中、小型污水處理廠，醫院等污水處理設施次氯酸鈉用海水或濃鹽水作為原料，生產次氯酸鈉，可以在污水廠現場生產並直接投配，使用方便，投量容易控制需要有次氯酸鈉發生器與投配設備適用於中、小型污水處理廠紫外線具有紫外線照射與氯化共同作用功能，消毒效率高，有發展前景紫外線照射燈更換頻率高，電耗能量較多適用於各種規模污水廠表1-2主要消毒方法的優缺點及適用條件第二章污水生物處理工程基礎基本要求：掌握活性污泥法、生物膜、生物脫氮除磷厭氧生物處理的機理、影響因素及典型工藝。熟悉污泥的特性掌握污泥處理技術和方法。瞭解污泥的最終處置方法。熟悉水體污染的主要來源、特性及其危害。瞭解流域水污染防治的基本原則和方法。瞭解污染水體的淨化和生態修復的基本方法。熟悉穩定塘處理的技術方法及類型。瞭解土地處理技術方法及類型。2.1活性污泥法1.活性污泥法的基本概念把含有多種微生物的絮狀體稱為“活性污泥”，以活性污泥為主體的污水生物處理工藝稱為活性污泥法。2.活性污泥法的基本工藝流程經過前處理的來水二沉池出水剩餘污泥回流污泥空氣曝氣池圖2-1活性污泥法基本工藝流程圖2.1活性污泥法3.活性污泥形態和活性污泥組成形態：活性污泥的絮體形態與微生物組成、數量、汙水中污染物的特性以及外部條件（如水溫、運行操作條件等）相關，絮體一般介於0.02～

0.2mm，呈不定形狀，微具土壤味。組成：①具有代謝功能的活性微生物群體；②微生物內源呼吸、自身氧化的殘留物；③被污泥絮體吸附的難降解有機物；④被污泥絮體吸附的無機物。2.1活性污泥法4.活性污泥增長曲線及其應用停滯期對數增殖期減速增殖期內源呼吸期0微生物量變化曲線有機物量變化曲線量培養時間X0溶解氧消耗變化曲線AB圖2-2活性污泥中微生物的增殖、有機物的降解和溶解氧的消耗曲線示意圖

2.1活性污泥法5.活性污泥法性能指標1)混合液懸浮固體（MLSS）

該指標用來表示活性污泥量，指標中包含具有代謝功能的活性微生物群體（Ma）；微生物內源呼吸、自身氧化的殘留物（Me）；原污水含有的微生物難以降解有機物（Mi）；原污水含有的無機物（Mii）等四部分。可表示為：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii。2.1活性污泥法2)混合液揮發性懸浮固體（MLVSS）

指標中包含具有代謝功能的活性微生物群體（Ma）；微生物內源呼吸、自身氧化的殘留物（Me）；原污水含有的微生物難以降解有機物等三部分（Mi）。

MLVSS表示“活”的微生物的數量的精確程度要比MLSS有所提高。可表示為：MLVSS=Ma+Me+MiMLVSS仍然只能夠表示“活”的微生物的相對數量，活性污泥中活的異氧微生物只占MLVSS的10%～20%。2.1活性污泥法3)污泥沉降比（SV）

SV是指一定量的曝氣中的混合液（通常為1L）在量筒中靜置30min後，沉降的污泥體積與靜置前混合液體積之比，一般以百分數表示。

4)污泥容積指數（SVI）

SVI是指曝氣中的混合液靜置30min後，每克幹汙泥形成的沉澱污泥所占的容積，其單位為mL/g。

2.1活性污泥法5)污泥泥齡（θc）它是活性污泥在曝氣池中的平均停留時間，有時也稱為生物固體的平均停留時間（SRT），單位為，d（日）。污泥泥齡運算式見下式：式中：θc——污泥齡，d；

X——曝氣池中的MLSS，kg/m3；

V——曝氣池的體積，m3；

ΔX——每日排出處理系統的活性污泥量，也即曝氣池中每日增長的活性污泥量，kg/d。2.1活性污泥法6)污泥負荷和曝氣池容積負荷有機物量與活性污泥量的比值，這一比值就是曝氣池進水BOD5（或CODCr）污泥負荷，以BOD5表徵進水有機物濃度的污泥負荷的關係式見下式：式中：Us——曝氣池進水BOD5污泥負荷，kgBOD5/kgMLSS·d；

Q——曝氣池的設計流量，m3/d；

So——曝氣池進水BOD5濃度，mg/L；

XV——曝氣池內混合液懸浮固體平均濃度，

mgMLSS/L；

V——曝氣池的容積，m3。2.1活性污泥法6.活性污泥淨化機理、過程及影響因素1)活性污泥淨化污水機理與過程①初期的吸附去除②有機物通過微生物代謝的去除③活性污泥絮體的分離沉澱初期吸附的有機物去除段時間有機物量0通過微生物代謝的有機物去除段圖2-3活性污泥淨化過程示意圖2.1活性污泥法2)活性污泥法淨化污水的影響因素①營養物質的平衡營養物質的平衡對微生物生長至關重要，當某些元素不足或缺少時會影響活性污泥的正常功能發揮。當碳源不足時會使得活性污泥生長不良，污泥鬆散、絮凝性不好。②溶解氧的含量在污水好氧生物處理中，為維持好氧微生物的代謝要求，需向曝氣池補充氧氣，以保證曝氣池混合液溶解氧濃度不小於2mg/L。2.1活性污泥法③pH值曝氣池中不利的pH值可引起細胞膜電荷的變化，從而影響微生物對營養物質的吸收以及代謝過程中酶的活性；改變營養物質的供給性和有害物質的毒性。此外，不利的pH值條件不僅影響微生物的生長，甚至影響微生物的形態。④水溫水溫改變，影響在生物體內所進行的許多生化反應，因而影響生物的代謝活動。此外，水中溫度改變可引起其他環境因數變化，從而影響微生物的生命活動。⑤有毒物質等2.1活性污泥法7.活性污泥法的工藝流程和運行方式1)傳統活性污泥法進水出水圖2-4推流式曝氣池廊道佈置形式2.1活性污泥法2)階段曝氣活性污泥法經過前處理的來水曝氣池二沉池出水剩餘污泥回流污泥空氣圖2-5階段曝氣活性污泥法工藝流程2.1活性污泥法3)吸附再生活性污泥法

（a）合建式（b）分建式經過前處理的來水二沉池剩餘污泥回流污泥空氣吸附段再生段出水出水經過前處理的來水空氣空氣再生池吸附池二沉池剩餘污泥回流污泥（a）（b）圖2-6吸附再生活性污泥法工藝流程示意圖2.1活性污泥法4)完全混合式活性污泥法5)生物吸附-降解活性污泥法（AB法）

沉砂池來水剩餘污泥回流污泥空氣曝氣池出水中沉池剩餘污泥回流污泥空氣曝氣池圖2-7AB法工藝流程終沉池A段B段2.1活性污泥法6)序批式活性污泥法(SBR)進水粗細格柵沉砂池出水SBR池污水貯存池（如需要）剩餘污泥出水井SBR池圖2-8典型的SBR處理系統工藝流程6)序批式活性污泥法(SBR)圖2-8典型的SBR處理系統工藝流程7)氧化溝活性污泥法2.2生物膜法1.生物膜法的基本原理

生物膜法是通過細菌等微生物附著在載體或介質表面上，生長繁殖，形成膜狀活性生物污泥——生物膜。生物膜中的微生物以污水中的有機污染物為營養物質，在新陳代謝過程中將有機物降解，同時微生物自身也得到增殖的。2.2生物膜法1)生物膜結構及其降解有機物的機理載體表面生物膜水層厭氧膜好氧膜附著水層流動水層O2水層以外的污水、空氣有機物、營養物代謝產物圖2-10生物膜結構和有機物降解的示意圖2.2生物膜法2)生物膜法的主要特點①生物膜中微生物種群豐富；②生物膜法中優勢菌種分層生長，傳質條件好，可處理低濃度進水；③生物膜法工藝過程穩定，適應性強；④生物膜法動力消耗少，運行管理方便；2.2生物膜法2.影響生物膜法的主要因素1)水力負荷①水力負荷對生物膜法處理效果的影響水力負荷越小，污水與生物膜接觸的時間越長，處理效果越好；水力負荷越大，污水與生物膜接觸的時間越短，處理效果就可能變差。

②水力負荷對生物膜厚度和傳質改善的影響高的水力負荷對生物膜厚度的控制及傳質改善有利，但水力負荷應控制在一定的限度內，以免過高的水力負荷產生過強的沖刷力，造成生物膜的流失，影響反應器的穩定運行。2.2生物膜法2)載體表面結構和性質

載體表面呈正電位越高、親水性越大，細菌越容易附著在載體上形成生物膜。高的載體表面的粗糙度有利於細菌在其表面附著，粗糙的表面增加了微生物與載體之間的有效接觸面積，載體中的孔、裂隙增加了比表面積，同時對附著在上面的微生物起到了保護屏障的作用，使微生物免受水力剪切作用影響，通常理想的載體表面形成的孔徑大小應為細菌大小的4～5倍。

2.2生物膜法3)生物膜量及其活性

膜的生物降解活性與生物量成正相關性。當厭氧膜厚度在一定範圍時，膜的生物降解活性就與生物膜的厚度無關，有時還會出現單位重量生物膜生物降解活性下降的現象。過厚的生物膜並不能提高反應器的處理能力，反而會造成脫落的生物膜過多，堵塞載體空隙。2.2生物膜法3.生物膜法主要類型和工藝流程

1)普通生物濾池生物濾池進水出水圖2-11普通生物濾池基本工藝流程剩餘污泥污泥排放初沉池二沉池2.2生物膜法2)高負荷生物濾池初沉池一級濾池進水出水（a）二沉池回流一級濾池出水回流污泥污泥排放二級濾池回流二級濾池出水初沉池一級濾池進水出水（b）二沉池回流一級濾池出水回流污泥污泥排放二級濾池回流二級濾池出水初沉池出水初沉池一級濾池進水出水（c）二沉池回流二級濾池出水回流污泥污泥排放二級濾池圖2-12二級高負荷單池生物濾池流程2.2生物膜法3)塔式生物濾池圖2-13塔式生物濾池示意圖2.2生物膜法4)生物接觸氧化法接觸氧化池初沉池二沉池出水污泥排除進水一段式生物接觸氧化法工藝流程空氣出水一段氧化池初沉池中沉池污泥排除進水二段式生物接觸氧化法工藝流程二段氧化池二沉池圖2-14生物接觸氧化法工藝流程2.2生物膜法5)生物轉盤生物轉盤初沉池二沉池出水污泥排除進水圖2-15生物轉盤基本流程示意2.2生物膜法6)曝氣生物濾池曝氣生物濾池（BiologicalAeratedFilter—BAF）是由浸沒式接觸氧化與過濾相結合的生物處理工藝。它是一種新型高負荷淹沒式三相反應器，兼有活性污泥法和生物膜法兩者優點，並將生化反應與吸附過濾兩種處理過程合併在同一構築物中完成。

曝氣生物濾池沉砂池接觸消毒池（兼反沖洗水池）出水污泥排出進水初沉池或絮凝沉澱池反沖洗排水池反沖洗空氣消毒劑圖2-17曝氣生物濾池工藝流程2.2生物膜法7)生物流化床按照供氧方式、生物膜脫膜方式以及流化床床體結構，好氧生物流化床主要分為二相生物流化床工藝和三相生物流化床工藝。充氧設備出水脫膜後的載體進水生物流化床脫膜設備回流（滿足膨脹）空氣帶膜的載體脫除的生物膜二沉池回流（為滿足氧量）圖2-18生物流化床工藝流程2.2生物膜法8)生物移動床移動床生物膜反應器（Moving-bedBiofilmReactor,MBBR）是在生物濾池和流化床的工藝基礎上發展起來的。它既具有生物膜法耐衝擊負荷、泥齡長、剩餘污泥量少的特點，又具有活性污泥法的高效性和運轉靈活性。生物移動床反應器初沉池二沉池出水污泥排除進水加藥（考慮營養物去除）空氣圖2-19生物移動床工藝流程2.3污水生物脫氮除磷1.污水生物脫氮1)生物脫氮基本原理①氨化反應未經處理的城市污水中氮存在主要形式是有機氮化合物（蛋白質和氨基酸）和氨氮等。在氨化菌作用下，有機氮被分解轉化為氨態氮，這一過程稱為氨化過程，氨化過程很容易進行。

②硝化反應硝化過程可以分成兩個階段。第一階段是由亞硝化菌將氨氮轉化為亞硝酸鹽，第二階段由硝化菌將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽。

2.3污水生物脫氮除磷2.3污水生物脫氮除磷③反硝化反應

反硝化反應是在缺氧狀態下，反硝化菌將亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮還原成氣態氮(N2)的過程。2.3污水生物脫氮除磷2)生物脫氮過程的主要影響因素①溫度生物硝化反應適宜的溫度範圍為20～30℃，15℃以下硝化反應速率下降，5℃時基本停止。反硝化適宜的溫度範圍為20～40℃，15℃以下反硝化反應速率下降。②溶解氧生物硝化反應器內宜保持溶解氧濃度在2.0mg/L以上，溶解氧濃度的增加可以提高硝化反應速率。溶解氧對反硝化有抑制作用，一般控制溶解氧濃度小於0.5mg/L。2.3污水生物脫氮除磷③pH值硝化菌對pH值變化十分敏感，pH值在7.0～7.8時，亞硝酸菌的活性最好；而硝酸菌在pH值為7.7～8.1時活性最好。反硝化最適宜的pH值在7.0～7.5。④碳氮比對於硝化過程，碳氮比影響活性污泥中硝化細菌所占的比例，過高的碳氮比將降低污泥中硝化細菌的比例。2.3污水生物脫氮除磷⑤泥齡硝化過程的泥齡一般為硝化菌最小世代時間的2倍以上。當冬季溫度低於10℃，應適當提高泥齡。⑥有毒物質硝化與反硝化過程都受有毒物質的影響，硝化菌更易受到影響。對硝化菌有抑制作用的有毒物質有Zn、Cu、Hg、Cr、Ni、Pb、CN-、HCN等。2.3污水生物脫氮除磷3)生物脫氮的典型工藝好氧池缺氧池二沉池出水剩餘污泥進水混合液回流污泥回流空氣圖2-20A/O生物脫氮工藝流程2.3污水生物脫氮除磷2.污水生物除磷

1)生物除磷基本原理

厭氧好氧溶解性有機物能量H3PO4CO2+H2O能量H3PO4O2剩餘污泥（除磷）污水排水含碳物質聚磷酸鹽微粒異染粒沉澱（混合液）（污泥回流）圖2-21生物除磷基本過程示意圖2.3污水生物脫氮除磷2)生物除磷的主要影響因素①溫度生物除磷的溫度宜大於10℃，聚磷菌在低溫時生長速率減慢。②pH值生物除磷系統合適的pH範圍與常規生物處理相同，為中性和弱鹼性。③碳源的數量和性質碳源的數量是影響生物除磷效果的一個重要因素。有機物濃度越高，污泥放磷越早，越快。碳源的性質對磷的吸收也非常重要。污水中的有機物對厭氧放磷的影響情況比較複雜，存在大量不能夠被直接利用的大分子有機物。

2.3污水生物脫氮除磷④

溶解氧生物除磷的厭氧環境要求既沒有溶解氧也沒有硝態氮。實際中應控制溶解氧濃度小於0.2mg/L。通常存在硝酸鹽時，微生物進行吸磷，磷濃度緩慢地減少，只有當硝酸鹽經反硝化全部耗完後才開始放磷。好氧池是好氧微生物生化活動的場所，溶解氧濃度通常要求保持在2.0mg/L以上。⑤泥齡在生物污泥含磷量一定時，污泥排放的越多系統去除的磷的量就越多。剩餘污泥的排放量直接與系統的泥齡相關，剩餘污泥排泥量大，則泥齡就小。生物除磷系統的泥齡宜控制3.5～7d的範圍內。2.3污水生物脫氮除磷3)生物除磷的典型工藝圖2-22A/O法生物脫磷工藝流程2.3污水生物脫氮除磷3.同時生物脫氮除磷典型工藝缺氧池好氧池沉澱池出水進水回流污泥R剩餘污泥厭氧池混合液回流Ri圖2-23典型的同時生物脫氮除磷A2/O工藝出水進水剩餘污泥污泥回流（a）流程1混合液回流厭氧池缺氧池好氧池二沉池出水進水剩餘污泥污泥回流（b）流程2混合液回流厭氧池缺氧池好氧池二沉池前置缺氧池圖2-24同時生物脫氮除磷A2/O的變形工藝2.4厭氧生物處理1.厭氧生物處理原理氫（H2）甲烷（CH4）較高級有機酸乙酸複雜有機物24%28%4%76%52%72%20%第三階段：產甲烷階段第二階段：產氫和乙酸階段第一階段：水解發酵階段圖2-25厭氧分解過程的三階段示意圖2.4厭氧生物處理2.影響厭氧生物處理的主要因素①pH和鹼度厭氧處理中產甲烷菌對pH值的變化很敏感，其最適pH值的範圍為6.8～7.2；對於厭氧反應器，一般控制pH值在6.6～7.6的範圍內，超過這一範圍會影響產甲烷菌的活性。②溫度厭氧微生物有兩個較佳的工作溫度段，即中溫段（30～38℃）和高溫段（50～55℃），在這兩個溫度段之間，厭氧微生物的反應速度反而有所下降。③營養物質2.4厭氧生物處理④氧化還原電位產甲烷菌最適的氧化還原電位為－150～－400mV，在培養產甲烷菌初期，氧化還原電位不能高於－300mV。⑤有毒物質抑制厭氧微生物活性的有毒物質包括各種離子和有機毒物。如高濃度的鉀、鈉、鈣、鎂離子將改變細胞的滲透壓，進而影響微生物的活性。2.4厭氧生物處理3.厭氧生物處理反應器

1)厭氧接觸法真空脫氣裝置污泥回流預處理後進水出水排泥沉澱池消化池沼氣圖2-26厭氧分解接觸法工藝流程2.4厭氧生物處理2)兩相厭氧消化工藝出水（通常需後處理）沼氣預處理後進水產酸相反應器產甲烷相反應器排泥圖2-27兩相厭氧消化工藝典型工藝流程2.4厭氧生物處理3)厭氧濾池填料填料填料懸浮污泥層進水進水進水出水出水出水沼氣沼氣沼氣a.升流式

b.降流式

c.升流式混合型圖2-28常用的厭氧生物濾池形式2.4厭氧生物處理4)升流式厭氧污泥床（UpflowAnaerobicSludgeBlanket——UASB）反應器出水進水排泥沼氣出水堰氣封集氣室沉澱區污泥床污泥懸浮區配水系統圖2-29厭氧升流式污泥床（UASB）反應器構造示意圖2.4厭氧生物處理5)厭氧膨脹顆粒污泥床（ExpandedGranularSludgeBed——EGSB）反應器沼氣進水出水反應區迴圈水(出水迴圈部分)污泥床沉澱區三相分離器配水系統圖2-30厭氧膨脹顆粒污泥床反應器結構示意圖2.4厭氧生物處理6)厭氧內迴圈（InternalCirculation——IC）反應器出水進水氣封集氣管沉澱區回流管（或降流管）集氣罩氣封第二反應室第一反應室集氣罩配水系統氣液分離器沼氣沼氣提升管圖2-31厭氧內迴圈反應器構造圖2.4厭氧生物處理7)厭氧膨脹床和厭氧流化床

厭氧膨脹床和流化床都是填有比表面積很大的惰性載體顆粒的厭氧生物處理反應器，待處理水從反應器底部進入，向上流動，床內載體附著生長的微生物與進水混合進行生化反應，處理後的水由上部排出。

2.4厭氧生物處理4.水解酸化-好氧生物處理工藝1)水解酸化-好氧處理工藝的原理水解酸化-好氧生物處理工藝是針對厭氧產甲烷階段對環境條件要求嚴格以及傳統活性污泥法投資大、能耗高、運轉費用高等缺點，而開發的一種厭氧-好氧組合生物處理工藝。水解酸化池好氧池污泥回流進水出水剩餘污泥剩餘污泥沉澱池沉砂池粗細格柵泵房圖2-32城市污水水解酸化-好氧生物處理典型流程2.4厭氧生物處理2)水解酸化-好氧處理工藝技術特徵①水解酸化與完全厭氧工藝的比較比較專案氧化還原電位（mV）pH溫度優勢菌種最終產物水解酸化<505.5-6.5範圍寬兼性菌及部分厭氧菌溶解性易降解的有機物完全厭氧<－3006.8-7.2控制嚴格厭氧菌CO2、CH4表2-1水解酸化與完全厭氧工藝的比較2.4厭氧生物處理②水解酸化過程的技術特徵污水經水解酸化過程處理後污水可生化性提高，使得後續好氧生物處理的難度減小，好氧的水力停留時間可以縮短。由於水解酸化池中的污泥濃度高，耐進水衝擊負荷能力強。水解酸化過程可大幅度地去除廢水中懸浮物或有機物，減輕後續好氧處理工藝負擔。水解酸化－好氧工藝的好氧處理所產生的剩餘污泥，必要時可回流至水解酸化段。水解酸化階段的微生物多為兼性菌，種類多、生長快及對環境條件適應性強、要求的環境條件寬鬆、易於管理和控制。2.4厭氧生物處理③水解酸化池的結構、啟動和運行④水解酸化-好氧處理工藝設計參數例:處理某企業的印染廢水，處理水量6000m3/d，採用水解酸化-好氧處理工藝，主要設計參數如下：設計進水水質，CODCr：1000mg/L，BOD5：300mg/L，SS：850mg/L。水解酸化池主要設計參數，水力停留時間：8h，容積負荷2.9kgCODCr/m3·d。2.4厭氧生物處理設計出水水質，CODCr：750mg/L，BOD5：240mg/L，SS：340mg/L。設計水解酸化池兩座，每座1000m3，有效水深6.0米，池內安裝2.5米高填料，用作附著生物載體。好氧處理工藝主要設計參數，曝氣池容積負荷：1.0kgCODCr/m3·d，水力停留時間：12h，污泥濃度4000mg/L，設計曝氣池兩座，每座1500m3。2.5污泥處理與處置1.污泥的分類及基本特性1)污泥的種類和性質①污泥可分為以下幾類：初沉污泥、腐殖污泥與剩餘活性污泥、消化污泥、化學污泥。2.5污泥處理與處置②污泥的基本特性污泥固體：污泥中的總固體包括溶解物質和不溶解物質兩部分。含水率：污泥中水的百分含量叫含水率。固體百分含量和含水率的關係：固體（%）+水量（%）=100（%）2.5污泥處理與處置污泥比重：指污泥的重量與同體積水重量的比值。污泥比重S可按下式計算：式中：Wi——污泥中第i項組分的百分含量；

Si——污泥中第i項組分的比重。

2.5污泥處理與處置污泥體積與含水率的關係

含水率為P0的污泥，其體積為V0，若含水率變為P，則其體積公式可按下式計算：2.5污泥處理與處置2)污泥的產量廢水處理中產生的污泥量因廢水水質和處理工藝而異。3)污泥的處理污泥處理的主要內容包括穩定處理（生物穩定、化學穩定），去水處理（濃縮、脫水）和最終處置與利用（衛生填埋、幹化、排海、焚燒、濕式氧化及綜合利用等）。污泥處理與污水處理相比設備複雜、管理麻煩、費用昂貴。2.5污泥處理與處置2.污泥的濃縮原理及應用

1)污泥水的分類和去除方法

按存在狀態的不同，污泥水可分為四種：游離水、絮體水、毛細水、粒子水。通過各種去水方法降低污泥含水率，能大大減少污泥體積，並能改變其物理狀態以便進一步處置利用。

2.5污泥處理與處置2)污泥濃縮濃縮有間歇式和連續式兩種操作方式。濃縮方法分重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮，其中重力濃縮應用最廣。①重力濃縮法圖2-33分層沉降過程示意圖2.5污泥處理與處置②氣浮濃縮法重力濃縮法最適於重質污泥（如初沉污泥），對於比重接近於1的輕質污泥，如活性污泥或發生膨脹的污泥則效果不佳，在此情況下可採用氣浮濃縮法。氣浮濃縮是依靠微小氣泡與污泥顆粒產生粘附作用，使污泥顆粒的密度小於水而上浮得到濃縮。氣浮濃縮的工藝流程如下：澄清水從池底引出，一部分排走，另一部分用水泵回流。通過水射流器或空壓機將空氣引入，然後在溶氣罐內溶入水中。溶氣水經減壓閥進入混合池，與流入該池的新污泥混合。減壓析出的空氣泡攜帶固體上浮，形成浮渣層，用刮板刮出便得到分離。2.5污泥處理與處置3.污泥消化原理及應用

1)污泥好氧消化①好氧消化原理：污泥好氧消化是對二級處理的剩餘污泥或一、二級處理的混合污泥進行持續曝氣，促使生物細胞（包括一部分構成BOD的有機物）分解，從而降低揮發性懸浮固體的含量的方法。在好氧消化過程中，有機污泥經氧化轉化成CO2、NH3、H2等氣體產物，其氧化作用可以用下式表示：C5H7NO2+5O2→5CO2+NH3+2H2O

2.5污泥處理與處置②好氧消化分類

好氧消化過程分為普通好氧消化和自熱高溫好氧消化兩類。後者與前者的區別是能利用微生物氧化有機物時所釋放的熱量對污泥加熱，可以使污泥達到自熱高溫消化的目的。2.5污泥處理與處置2)污泥厭氧消化①厭氧消化原理污泥厭氧消化是利用兼性菌和厭氧菌進行生化反應，分解污泥中有機物質的一種處理工藝。常見的厭氧消化法有傳統消化法和高速消化法，二者的主要區別在於後者要求攪拌，由此產生了完全不同的運行工況。

2.5污泥處理與處置②影響因素溫度污泥厭氧消化受溫度影響很大。溫度不同，優勢菌種不同，反應速率和產氣速率都不同。負荷如果負荷過高會超過系統的消化能力，降低消化效果。如果負荷過低，雖然能保證消化效果，但污泥處理量將大大降低，造成消化能力的浪費。2.5污泥處理與處置pH值和鹼度厭氧消化過程對pH值很敏感。厭氧消化池正常運行時產酸菌和產甲烷菌會自動保持平衡，如果產酸階段和產甲烷階段失去平衡，甲烷菌會逐漸失去活性，不再產生甲烷，直至消化系統被完全破壞。消化池的攪拌厭氧消化池的攪拌方式有三種：機械攪拌，污泥泵迴圈抽送，沼氣攪拌。有毒物質

2.5污泥處理與處置4.污泥脫水原理及應用

1)幹化場幹化場也叫幹化床或曬泥場，是一種自然脫水設施。幹化場的脫水作用包括：上部蒸發、底部滲透、中部放泄。根據自然條件和滲水層特徵，幹化期由數周至數月，幹化污泥的含水率可降至65～75%。2.5污泥處理與處置2)過濾機過濾機是應用最廣泛的污泥機械脫水設備。過濾脫水時，在外力作用下，污泥中的水分透過濾布與固體分離。分離的污泥水送回廢水處理設備，截留的固體剝落後運走。

2.5污泥處理與處置兩種主要的過濾方法是真空過濾和壓力過濾。①真空過濾機真空過濾機的特點是適應性強、連續運行、操作平穩、全過程機械化。②板框壓濾機板框壓濾機的特點是作用壓力要比真空抽力大，濾餅含水率低（最低達50%）。③帶式壓濾機這種設備的特點是把壓力直接施加在濾布上，用濾布的壓力或張力使污泥脫水，而不需要真空或加壓設備，因此消耗動力小，並可連續運行。④離心脫水機2.5污泥處理與處置5.污泥的最終處置方法1)污泥的綜合利用①污泥堆肥②其他用途從工業廢水泥渣中可以回收工業原料；由電鍍廢水的沉渣可提煉鐵氧體；從污泥中可以提取維生素B12；低溫幹餾有機污泥能獲得可燃氣體、氨及焦油。利用污泥還可以製造生化纖維板，製造水泥和其他建材。2.5污泥處理與處置2)污泥的最終處置①衛生填埋污泥衛生填埋（填墊、堆置、與城市生活垃圾一起填埋）前，必須先將其含水率降低至85%以下。②幹化污泥幹化是將脫水污泥通過處理，使污泥中的毛細水和吸附水大部分或全部去除的方法。污泥幹化後含水率可從60～80%降低至10～30%左右。污泥幹化常用的設施為回轉式圓筒乾燥爐。2.5污泥處理與處置③

焚燒污泥焚燒是一種常用的處置方法，即借助輔助燃料引火，使焚燒爐內溫度升至燃點以上，令其自燒，所產生的廢氣（CO2、SO2等）和爐灰，再分別進行處理。④濕式氧化濕式氧化是將濕污泥在高溫高壓下分解其中有機物的一種處理方法。2.6流域水污染防治1.水體的主要污染物及其危害

水體污染是指排入水體的污染物在數量上超過該物質在水體中的本底含量，從而導致水的物理、化學及生物性質和數量上的變化，使水體固有的生態系統和功能受到破壞。造成水體污染的原因主要有點源污染與面源污染兩類。2.6流域水污染防治1)水體的物理性污染及危害①熱污染

水體的熱污染主要來自火力發電廠、核電站、金屬冶煉廠、石油化工廠等。熱污染有如下後果：水溫升高使飽和溶解氧降低，造成水生生物的窒息死亡。水溫升高導致水體中的化學反應速率加快，細菌繁殖加速，藻類繁殖加速，水體感官指標變差，增加了水處理過程所需藥劑。2.6流域水污染防治②色度

色度污染使水體色度加深，透光性減弱，引起人們感官不悅，同時影響水生生物的光合作用，抑制其生長繁殖，妨礙水體的自淨作用。色度污染主要來源於城市污水和某些工業廢水，特別是有色工業廢水如印染、造紙、農藥、焦化及有機化工廢水等。2.6流域水污染防治③固體物質

固體物質包括懸浮性固體與溶解性固體。固體物質污染的危害主要包括：懸浮性固體可能堵塞魚鰓，導致魚類窒息死亡。懸浮性固體會消耗掉水體中的溶解氧並沉積於水體底部，造成底泥積累與腐化，使水體水質惡化。溶解性固體可使水體溶解性無機鹽濃度增加。懸浮性固體與溶解性固體均會影響水體的感官指標。2.6流域水污染防治2)無機物污染及危害①酸、堿及無機鹽酸、堿及無機鹽污染的表現如下：使水體的pH值發生變化，微生物生長受到抑制，水體的自淨能力受到影響。漁業用水、農業灌溉用水的pH均有較嚴格的限制。使水體硬度增加，造成溶解性固體的污染。2.6流域水污染防治②氮、磷氮、磷污染的主要危害是引起水體的富營養化。水體中氮、磷的污染等營養物質會引起有毒藻類和其他浮游生物的迅速繁殖，呈膠質狀藻類覆蓋水面，呈暗紅色。同時水體溶解氧迅速降低，魚類大量死亡。氮、磷的污染主要來源於含磷洗滌劑及皮革、造紙、食品、化肥等工業廢水、糞便污水及地面徑流等。另外，農業廢物（植物秸杆、牲畜糞便等）也是氮、磷污染的重要來源。

2.6流域水污染防治③硫酸鹽與硫化物飲用水中含少量硫酸鹽對人體無甚影響，但超過250mg/L後會引起腹瀉。如果水體缺氧，則SO42—在反硫化菌的作用下產生反硫化反應生成H2S和S2—。當水體pH值低時，以H2S形式存在為主；當pH值高時以S2—形式存在為主。H2S濃度達0.5mg/L時即有強烈臭味，濃度50～100mg/L時60min以上會致人殘疾，濃度600～1000mg/L時30min內會致人死亡。S2—可與鐵錳等離子化合使水色變黑。④重金屬2.6流域水污染防治3)有機物污染及危害①油脂油脂包括動植物油和礦物油兩大類。油脂主要來自煉油廠、沿海、河口的石油開採及事故洩漏產生的廢水，屠宰場，食品加工廠的廢水及生活污水。水體受油脂類物質污染後，會呈現出五顏六色，感官性狀很差。油脂濃度高時，水面上結成油膜，膜厚達到10—6m時，能隔絕水面與大氣接觸，水面複氧停止，影響水生生物的生長與繁殖。油脂還會堵塞魚鰓，使其呼吸困難直至死亡。2.6流域水污染防治②酚酚主要來自煉油、化工、炸藥、焦化等工業廢水。酚污染主要來自揮發酚，它對水生生物（魚類、貝類及海帶等）有較大毒性。揮發酚濃度超過0.002mg/L的水體，若作為飲用水源，加氯消毒時氯與酚結合成氯酚，產生臭味。酚濃度超過5mg/L的水體，若灌溉農田會導致作物減產甚至枯死。4)病原微生物污染及危害水體中的病原微生物主要來自生活污水、醫院污水以及屠宰、制革、洗毛等工業廢水。

2.6流域水污染防治2.河流水體自淨機理1)河流水體的自淨過程①物理淨化稀釋混合沉澱與揮發②化學淨化氧化還原酸堿反應吸附與凝聚③生物化學淨化

2.6流域水污染防治2）河流水體的自淨模型

河流水體的自淨模型主要包括混合稀釋模型與氧垂曲線模型。二者相比，氧垂曲線模型更為複雜。該模型描述了河流有機物降解和溶解氧變化規律，是河流水體自淨模型用的最早也是最普遍的一個。

2.6流域水污染防治圖2-34耗氧、複氧累計過程和氧垂曲線2.6流域水污染防治3.流域水污染防治的基本方法1)流域水污染防治的內容①水體水質評價通過對水體的水質評價能夠判斷水體被污染的程度，為制定流域水污染防治方案提供科學依據。②水體水質預測水體水質預測可為流域水污染防治的規劃與控制提供科學的決策依據，從而為優化污染防治的資金投入服務。2.6流域水污染防治③污染物總量控制首先要調查流域內的污染現狀和規律，計算出水體的自淨容量，即水體對某一污染物在相應水質標準限值時的極限容納量，進而確定各種污染物的容許排放總量。然後對流域內的污染源通過不同治理方案技術、經濟的比較，確定出最優的治理方案。④綜合管理措施流域水污染防治是一種系統工程，技術只是解決問題的一個先決條件，更重要的是依靠管理，從法律、行政、經濟和宣傳4方面著手，做好全流域的水污染防治工作。2.6流域水污染防治4.水體生態修復的基本原理

水體生態修復是指利用生態學的原理，使污染水體恢復到未污染狀態所採用的技術。根據其處理原理的不同，水體生態修復技術可分為物理淨化法、化學淨化法、生物淨化法及自然淨化法4類。

2.6流域水污染防治物理淨化法底泥疏浚引水稀釋化學淨化法投菌法生物試劑添加技術固定化酶和固定化細胞生物淨化法礫石接觸氧化法人工材料接觸氧化法接觸氧化法生物膜法薄層流法伏流淨化法生物活性炭法曝氣充氧技術自然淨化法穩定塘與水生植物塘人工濕地淨化技術土地處理技術人工生態（浮）島魚類控制技術人工淨化技術2.6流域水污染防治1）物理淨化法物理淨化法採用物理的、機械的方法對污染水體進行人工淨化。該類方法工藝設備簡單、易於操作。①引水稀釋引水稀釋就是通過工程調水對污染水體進行稀釋，使水體在短