考研笔记 《水污染控制工程》（第4版）（下册）笔记和课后习题（含考研真题）详解

1.高廷耀《水污染控制工程》(第4版)(上册)笔记和课后习题(含考研真题)详解2.高廷耀《水污染控制工程》(第4版)(下册)笔记和课后习题(含考研真题)详解3.高廷耀《水污染控制工程》(第4版)(下册)配套题库【名校考研真题+课后习题+章节题库+模拟试题】本书是高廷耀主编的《水污染控制工程》(第4版)(下册)的配套电子书，主要包括以下()为公司旗下的主营业务网站，主要销售公司的10万种电子书(视频、题库、直播);第9章污水水质和污水出路第10章污水的物理处理第11章污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础第12章活性污泥法第13章生物膜法污水水质和污水出路污水水质和污水出路第14章稳定塘和污水的土地处理14.1复习笔记14.2课后习题详解第15章污水的厌氧生物处理15.1复习笔记15.2课后习题详解15.3考研真题详解第16章污水的化学与物理化学处理16.2课后习题详解16.3考研真题详解第17章城市污水回用17.2课后习题详解17.3考研真题详解第18章污泥的处理与处置18.2课后习题详解18.3考研真题详解第19章工业废水处理19.2课后习题详解19.3考研真题详解第20章污水处理厂设计20.1复习笔记第9章污水水质和污水出路【知识框架】污染物在水体中的自净过程水环境质量标准污水排放标准污水排放标准【重点难点归纳】1.污水的类型与特征(见表9-1)表9-1污水来源及特点2.污水的性质与污染指标(1)污水的物理性质与污染指标(见表9-2)表9-2污水的物理性质与污染指标(2)污水的化学性质与污染指标有机物的主要危害是消耗水中溶解氧。在工程中一般采用生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD或OC)、总有机碳(TOC)、总需氧量(TOD)等指标来反映水中有机物的含a.生化需氧量(BOD)水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量称为生化需氧量(以mg/L为单位),间接以5d作为测定生化需氧量的标准时间，简称5日生化需氧量(用BOD₅表示)。b.化学需氧量(COD)化学氧化剂氧化水中有机污染物时所消耗的氧化剂量称为化学需氧量(以mg/L为单位)。高锰酸钾作氧化剂时，测得的值称CODMn或简称OC;以重铬酸钾作氧化剂时，测得的值称CODcr,或简称COD。在污水处理中，通常采用重铬酸钾法。c.总有机碳(TOC)与总需氧量(TOD)总有机碳(TOC)包括水样中所有有机污染物的含碳量，也是评价水样中有机污染物的一个除此之外，其他有机污染物类别如表9-3所示。表9-3表9-3其他有机污染物指标②无机物主要指示水样的酸碱性。一般要求处理后污水的pH在6～9之间。天然水体的pH一般近中b.植物营养元素c.重金属d.无机性非金属有害有毒物(见表9-4)表9-4无机性非金属有害有毒物(3)污水的生物性质与污染指标接表明有肠道病菌(伤寒、痢疾、霍乱等)存在的可能性。③病毒1.污染物对不同水体自净过程的影响(1)河流(2)湖泊、水库(3)海洋(4)地下水2.河流的自净作用(1)净化机制(见表9-5)表9-5河流净化机制(2)重点研究内容①污水排入河流的混合过程(见表9-6)表9-6污水排入河流的混合过程④水体的氧平衡(氧垂曲线)图9-1被污染河流中生化需氧量和溶解氧的变化曲线将污水排入河流处定为基点0。在上游未受污染的区域，BODs很低，溶解氧(DO)接近饱和值，在0点有污水排入。图中斜线部分表示DO受污染后低于正常值，黑影部分表示DOa.在污水未排入前，河水中DO很高，污水排入后因有机物分解作用耗氧，耗氧速率大于大气复氧速率，DO从0点开始向下游逐渐减低；b.从0点流经2.5d,DO降至最低点，此点称为临界点，该点处耗氧速率等于复氧速率；c.临界点后，耗氧速率因有机物浓度降低而小于复氧速率，DO又逐渐回升，最后恢复到在污染河流中DO曲线呈下垂状，称为溶解氧下垂曲线(简称氧垂曲线)。1.污水出路(1)污水经处理后排放水体(2)污水的再生利用2.污水排放标准(1)水环境质量标准我国目前水环境质量标准主要有《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)、《海水水质表9-7地表水水环境质量分类表9-8海水水环境质量分类国家《污水综合排放标准》(GB8978—1996)规定地表水I、Ⅱ类水域、Ⅲ类水域中划定(2)污水排放标准表9-9污水排放标准分类(1)表9-10表9-10污水排放标准分类(2)3.污水处理基本方法(1)污水的处理方法表9-11污水处理技术(2)污水的处理程度(见表9-12)表9-12污水的处理程度1.简述水质污染指标在水体污染控制、污水处理工程设计中的作用。2.分析总固体、溶解性固体、悬浮固体及挥发性固体、固定性固体指标之间的相互关系，答：水中所有残渣的总和称为总固体(TS),总固体包括溶解性固体(DS)和悬浮性固体 (SS)。水样经过滤后，滤液蒸干所得的固体即为溶解性固体(DS),滤渣脱水烘干后即是悬浮固体(SS)。固体残渣根据挥发性能可分为挥发性固体(VS)和固定性固体(FS)。将固体在600℃的温度下灼烧，挥发掉的即是挥发性固体(VS),灼烧残渣则是固定性固体 (FS)。溶解性固体一般表示盐类的含量，悬浮固体表示水中不溶解的固态物质含量，挥关系图：总固体(TS)=溶解性固体(DS)+悬浮性固体(SS)=挥发性固体(VS)+固定性固体(FS)3.生化需氧量、化学需氧量、总有机碳和总需氧量指标的含义是什么?分析这些指标之间答：(1)生化需氧量、化学需氧量、总有机碳和总需氧量指标的含义①生化需氧量(BOD)是指水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量称为生化需氧量(以mg/L为单位)。②化学需氧量(COD)是用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所消耗的氧化剂量(以mg/L为单位)。③总有机碳(TOC)包括水样中所有有机污染物的含碳量，也是评价水样中有机污染物的一④总需氧量(TOD),有机物中除含有碳外，还含有氧、氮、硫等元素，当有机物全都被(2)四者之间的联系与区别TOC、TOD的耗氧过程与BOD的耗氧过程有本质不同，而且由于各种水样④污水中存在的还原性无机物(如硫化物)被氧化也需要消耗氧，以COD表示存在一定的⑤BOD₅/COD的比值可作为该污水是否适宜于采用生物处4.水体自净有哪几种类型?氧垂曲线的特点和适用范围是什么?答：(1)污染物随污水排入水体后，经过物理的、化学的与生物化学的作用，使污染的浓5.试论述排放标准、水环境质量标准、环境容量之间的关系。6.我国现行的排放标准有哪几种?各种标准的适用范围及相互关系是什么?答：(1)我国现行的污水排放标准根据控制形式可分为浓度标准和总量控制标准，根据地(2)各种标准的适用范围及相互关系7.污水的主要处理方法有哪些?各有什么特点?(1)物理处理法，利用物理原理和方法，分离污水中的污染物，在处理过程中一般不改变(2)化学及物理化学处理法，利用化学反应的原理和方法，分离回收污水中的污染物，使(3)生物法，利用微生物的新陈代谢功能，使污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降8.污水的处理程度有哪几个?各在什么场合使用?答：污水处理程度一般可分为一级处理、二级处理和三级处理(深度处理)。(1)一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物，主要技术为物理法。城镇污水处理厂中，一级处理对BOD₅去除率一般为20%～30%,故一级处理一般作为二级处理的前(2)二级处理，污水经过一级处理后，再用生物方法进一步去除污水中的胶体和溶解性污染物的过程，其BOD₅去除率在90%以上，主要采用生物法。(3)三级处理，又称深度处理，一般以更高的处理与排放要求，或以污水的回用为目的，9.3考研真题详解关于氧垂曲线，下列说法不正确的是()。[中国地质大学(武汉)2009年研]A.受污点即亏氧量最大点B.曲线下降阶段，耗氧速率>复氧速率C.曲线上升阶段，耗氧速率<复氧速率D.曲线末端溶解氧恢复到初始状态【答案】A查看答案DO开始逐渐回升，并最终恢复初始水平。A项，亏氧量最大点应为氧垂曲线的临界点处。1.一河流某点上游不远处有生活污染源正在排污，则该点水样测得的各类含氮化合物中，【答案】有机氮查看答案【答案】物理指标；化学指标；生物指标查看答案3.氧垂曲线的最低点称为,该点处耗氧速率复氧速率。[中国地质大学(武汉)2011年研]【答案】临界点；等于查看答案【解析】DO与BOD₅有非常密切的关系。在污水未排入前，河水中DO很高，污水排入后因有机物分解作用耗氧，耗氧速率大于大气复氧速率，DO从0点(将污水排入河流处定为基点0)开始向下游逐渐减低，经2.5d,降至最低点，此点称为临界点。该点处耗氧速率等4.所有各种杂质，按它们在水中的存在状态可分为三类：和。[中国地质大学(武汉)2009年研]【答案】悬浮物；胶体；溶解物查看答案5.国家污水排放标准主要有和等。[宁波大学2015年研]【答案】《污水综合排放标准》;《城镇污水处理厂污染物排放标准》;《污水排入城市下准。国家污水排放标准主要有《污水综合排放标准》(GB8798—1996)、《城镇污水处理6.《污水综合排放标准》(GB8978—1996)规定地表水_,禁止新建排排污口应按水体功能要求，实行。[中国地质大学(武汉)2011年研]【答案】I、Ⅱ类水域、Ⅲ类水域中划定的保护区和海洋水体中第一类海域；污染物总量控【答案】五；工业用水；娱乐用水查看答案用水区；⑤V类主要适用于农业用水区及一[广东工业大学2015年研]【答案】分解查看答案在合流制排水系统中，还包括_。[中国地质大学(武汉)2009年研；宁波大学2014【答案】生活污水；工业废水；部分城镇地表径流；【解析】城镇污水是指由城镇排水系统收集的生活污水、工业废水和部分城镇地表径流(雨雪水)等组成的一种综合污水，成分性质比较复杂。在1.一般情况下，同一种水的BOD₅<CODcr<TOD。()[中国地质大学(武汉)2011【答案】正确查看答案【解析】各种水质之间TOC或TOD与BOD不存在固定关2.BOD是碳化所需氧量和硝化所需氧量之和。()[中国地质大学(武汉)2010年研]【答案】错误查看答案化需氧量(BOD)通常只指第一阶段有机物生物氧化所需的氧量，即碳化所需氧量。1.COD及TOD[中国地质大学(武汉)2013年研]mg/L为单位。化学需氧量愈高，表示水中有机污染物愈多。常用的氧化剂主要是重铬酸钾和高锰酸钾。以高锰酸钾作氧化剂时，测得的值称CODMn或简称OC。以重铬酸钾作氧化剂时，测得的值称CODcr,或简称COD。TOD即总需氧量，是指当有机物全都被氧化，碳被氧化为二氧化碳，氢、氮及硫则被氧化2.悬浮物含量[中国科学技术大学2012年研]答：悬浮物含量(SS)是指滤渣脱水烘干后得到的固体含量。水中所有残渣的总和称为总固体(TS),总固体包括溶解性固体(DS)和悬浮固体(又称悬浮物，SS)。固体残渣根据挥发性能可分为挥发性固体(VS)和固定性固体(又称灰分，FS)。溶解性固体一般表3.生物需氧量[中国科学技术大学2015年研]答：生物需氧量(BOD)是指水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量，以mg/L为愈多。测定生化需氧量时以20℃作为测定的标准温度，以5d作为测定生化需氧量的标准时间，简称5日生化需氧量(用BOD₅表示)。4.氧垂曲线[中国地质大学(武汉)2012年研]1.污水中表示有机物含量的指标有哪些?各自有什么含义?四者之间有什么区别和联系?[宁波大学2015年研]答：(1)污水中表示有机物含量的指标及其含义①化学需氧量(COD),是指化学氧化剂氧化水中有机物时所消耗的氧化剂量(以mg/L为单位)。②生化需氧量(BOD),是指水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量(以mg/L为单位),间接反映了水中可生物降解的有机物量。③总有机碳(TOC),包括水样中所有有机污染物的含碳量，是评价水样中有机污染物的一④总需氧量(TOD),有机物中除含有碳外，还含有氧、氮、硫等元素，当有机物全都被(2)四者之间的区别与关系与TOD或TOC之间存在一定的相关关系。它们之间的相互关系为：TOD>COD④污水中存在的还原性无机物(如硫化物)被氧化也需要消耗氧，以COD表示存在一定的误差。⑤BOD₅/COD的比值可作为该污水是否适宜于采用生物处理判别标准，比值越大，2.简述水体自净。[中国地质大学(武汉)2013年研](2)自净机制3.污水按来源分为哪几种类型?说明各类特征及影响因素。[中国海洋大学2011年研](1)生活污水a.生活污水主要来自家庭、商业、机关、学校、医院、城镇公共设施及工厂的餐饮、卫生b.生活污水的主要成分为纤维素、淀粉、糖类、脂肪和蛋白质等有机物质，以及氮、磷、(2)工业废水a.工业废水主要是在工业生产过程中被生产原料、中间产品或成品等物料所污染的水；b.种类繁多，污染物成分及性质随生产过程而异，变化复杂；c.工业废水污染比较严重，往往含有有毒有害物质，有的含有易燃、易爆和腐蚀性强的污来源。(3)初期污染雨水a.初期雨水是雨雪降至地面形成的初期地表径流，将大气和地表中的污染物带入水中，形b.初期雨水的水质水量随区域环境、季节和时间变化，成分比较复杂；c.个别地区，初期雨水污染物浓度超过生活污水。某些工业废渣或城镇垃圾堆放场地经雨(4)城镇污水a.城镇污水包括生活污水、工业废水等，在合流制排水系统中包括雨水，在半分流制排水b.城镇污水成分性质比较复杂，不仅各城镇间不同，同一城市中的不同区域也有差异。六、计算题现有100.0mL水样，用H₂SO₄酸化后，加入25.00mL0.01677mol.L⁻¹K₂Cr₂O7溶液，以Ag盐为催化剂，回流。待水样中还原性物质氧化完全后，用0.1000mol-L⁻¹FeSO₄滴定过量的K₂Cr₂O7,用去18.20mL。计算水中的COD含量(O₂,MW=32.00)。[中国科学技术大学2013年研]氧化同一还原物质，3molO₂相当于2molK₂Cr₂O₇,即：n(O₂)=1.5n(K₂Cr₂O₇)用FeSO₄滴定剩余，滴定反应为：第10章污水的物理处理【重点难点归纳】1.格栅的作用(1)作用(2)设计原则a.栅条间隙宽度；b.栅条间隙宽度与处理规模；c.污水的性质及后续处理设备选择。一般以不堵塞水泵和污水处理厂(站)的处理设备，保证整个污水处理系统能正常运行为原③栅渣被格栅截留的物质称为栅渣，栅渣的含水率约为80%,密度约为960kg/m³。2.格栅的种类(见表10-1)表10-1格栅的种类3.格栅的设计与计算布置方式多样，都可通过简图10-1进行格栅计算。图10-1格栅水力计算简图(1)格栅槽总宽度栅的速度，一般取0.6～1.0m/s;α为格栅安装倾角，(°);一E为经验修正系数。格栅间隙数n确定以后，则格栅框架内的栅条的数目为n-1。(2)过栅水头损失几何形状有关，可按表10-2计算；g为重力加速度，9.81m/s²;k为系数，格栅受过栅水头损失一般为0.08～0.15m,为避免格栅前涌水，故将栅后槽底下降h₂作为补偿。表10-2格栅阻力系数ξ计算公式(3)栅后槽的总高度h₂为过栅水头损失，由式(10-3)计算确定。(4)格栅槽的总长度,,(5)每日栅渣量式中，W为每日栅渣量，m³/d;W₁为单位体积污水栅渣量，m³/(10³m³污水),一般取0.1~栅渣的最终处置方法，包括与城市垃圾一道填埋、焚烧(820℃以上)以及堆肥等。4.筛网(1)特点(2)分类上截留的纤维等杂质卸到固定筛网上，进一步滤去附在纤维上的水滴。如图10-2所示。图10-2振动筛网示意图步滤去水滴。如图10-3所示。图10-3水力筛网构造示意图5.破碎机初级处理(初次沉淀池，简称初沉池);③生物处理后的固液分离(二次沉淀池，简称二沉池);④污泥处理阶段的污泥浓缩。2.沉淀类型表10-3沉淀的分类3.自由沉淀与絮凝沉淀分析(1)自由沉淀理论基础a.颗粒为球形；b.沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量等不变；c.式中，4=为颗粒密度，kg/m³;pL为液体的密度，kg/m³;u为颗粒沉速，m/s与pL相等时，u=0,颗粒在水中呈随机悬浮状态，这类颗粒b.u与颗粒直径d的平方成正比。因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度(或上浮速度),(2)絮凝沉淀分析a.试验方法絮凝沉淀试验柱直径一般取150～200mm,高度上应与拟建沉淀池相同。取样口的位置约间隔0.5m,在不同的时间间隔取样分析悬浮固体浓度，对每个分析样品计算去除百分率，然后像绘制等高线一样绘制等百分率去除曲线，如图10-4所示。b.计算与分析絮凝沉淀速度u可以用下式计算：式中，u为沉淀速度，m/s;H为沉淀柱高度，m;t为达到给定去除率所需时间，s。对于指定的沉淀时间和沉淀高度，总沉淀效率η可用下式计算：式中，η为总沉淀效率，%;i为等百分率去除曲线号；△h;为等百分率去除曲线之间的距离，m;H为沉降柱总高度，m;R;为曲线号i的等百分去除率，%;Ri+1为曲线号i+1的等百分去除率，%。图10-4絮凝沉淀试验分析4.沉淀池的工作原理(1)沉淀池结构理想沉淀池可划分为五个区域，即进口区、沉淀区、出口区、缓冲区及污泥区。(2)假定前提①沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v;②悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u;(3)颗粒沉淀运动根据上述的假定，悬浮颗粒自由沉淀的迹线可用图10-5表示。另一方面，颗粒在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是颗粒的自由沉降速度u。颗粒运图10-5平流理想沉淀池示意图(4)沉淀分析①从沉淀区顶部x点进入的颗粒中，必存在着某一粒径的颗粒，其沉速为uo,到达沉淀区②当颗粒沉速u₁≥uo时，无论这种颗粒处于进口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除，即图10-5a中的轨迹线xy与x'y';③当颗粒沉速u₁<uo时，从沉淀区顶端进入的颗粒不能沉淀到池底，会随水流排出，如图去除，如图中轨迹线x'y所示，说明对于沉速u₁小于指定颗粒沉速uo的颗粒，有一部分会(5)沉淀效率①设沉速为u₁的颗粒占全部颗粒的dP(%),其中的的颗粒将会从水中沉淀到②沉淀池的表面水力负荷(又称溢流率)q可表示为：式(10-13)表明，理想沉淀池的沉淀效率与池的表面面积A有关，与池深H、沉淀时间t、池的体积V等无关。三、沉砂池1.沉砂池的工作原理与设计原则(1)沉砂池的工作原理②工作原理(2)沉砂池的设计原则而定。城镇污水处理厂的沉砂池的只数或分格数应不少于2。a.当污水自流进入时，应按每期的最大设计b.当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算；c.在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。③城镇污水的沉砂量可按每立方污水沉砂0.03L计算，其含水率约为60%,容重约为1500kg/m³。沉砂池应设置砂水分离器进行洗砂和砂水分离，分离器溢流上④贮砂斗的容积不应大于2日沉砂量，贮砂斗壁的倾角不应小于55°,沉砂池排砂宜采用机械方式，并经砂水分离后贮存或外运。人工排砂时，排砂管直径不应小于200mm,同时考2.沉砂池的分类(1)平流式沉砂池a.优点：截留无机颗粒效果较好、构造较简单；b.缺点：流速不易控制、沉砂中有机性颗粒含量较高、排砂常需要洗砂处理等。a.污水在池内的最大流速为0.3m/s,最小流速应不小于0.15m/s;b.最高流量时，污水在池内的停留时间不应小于30s,一般取30～60s;c.有效水深不应大于1.2m,一般采用0.25～1.0m,每格宽度不宜小于0.6m;d.池底坡度一般为0.01～0.02,当设置除砂设备时，可根据除砂设备的要求，确定池底的a.沉砂部分的长度Lb.水流断面面积Ac.池总宽度Bd.贮砂斗所需容积Ve.贮砂斗各部分尺寸计算设贮砂斗底宽b₁=0.5m;斗壁与水平面的倾角为60°;则贮砂斗的上口宽b₂为：贮砂斗的容积V₁为：f.贮砂室的高度h₃假设采用重力排砂，池底设0.06坡度坡向砂斗假设采用重力排砂，池底设0.06坡度坡向砂斗g.池总高度H(2)曝气沉砂池a.沉砂中含有机物的量低于5%;b.由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、除泡作用以及加速污水中油类和c.曝气作用要消耗能量，对生物脱氮除磷系统的厌氧段或缺氧段的曝气沉砂池的剖面如图10-6所示。图10-6曝气沉砂池剖面图b.工作原理悬浮起来随出水带走。沉于池底的砂粒较为纯净，有机物含量只有5%左右，便于沉砂的处a.水平流速一般可取0.08～0.12m/s,一般取0.1m/s;b.最大流量时污水在池内的停留时间为4～6min,处理雨天合流污水时为1~3min,如同时作为预曝气池使用，停留时间可取10～30min;c.池的有效水深宜为2.0～3.0m。池宽与池深比为1~1.5,池的长宽比可达5,当池的长宽比大于5时，可考虑设置横向挡板；d.曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，穿孔孔径为2.5～6.0mm,距池底约0.6～0.9m,每组穿e.每立方米污水所需曝气量宜为0.1～0.2m³(空气)或每平方米池表面积曝气量3～5m³/h。a.总有效容积Vb.池断面积Ac.池总宽度Be.所需曝气量q式中，q为所需曝气量，m³/min;D为单位污水需要曝气量，m³/((3)旋流沉砂池旋流沉砂池最高设计流量时的停留时间不应小于30s,设计水力表面负荷宜为150～200m3/1.沉淀池概况(1)沉淀池的分类a.初沉池，其去除对象是悬浮固体。b.二沉池，设在生物处理构筑物后面，用于沉淀分离活性污泥或去除生物膜法中脱落的生表10-4沉淀池的类型图10-7为三种形式沉淀池的示意图。图10-7三种形式沉淀池示意图(2)沉淀池的组成及功能(见表10-5)表10-5沉淀池的组成及功能(3)沉淀池的运行方式(4)三种形式沉淀池的特点及适用条件(见表10-6)表10-6三种形式沉淀池的特点及适用条件2.沉淀池的一般设计原则及设计参数(1)设计原则②对于城镇污水处理厂，沉淀池应不少于2座，并考虑1座发生故障时，其余工作的沉淀池表10-7沉淀池经验设计参数(2)沉淀池的构造尺寸③缓冲层高度，非机械排泥时宜采用0.5m,机械排泥时，应根据刮泥板高度确定，且缓冲⑤坡向泥斗的底板坡度，平流式沉淀池不宜小于0.01,辐流式沉淀池不宜小于0.05。(3)沉淀池出水部分(4)贮泥斗的容积①初沉池一般按不大于2d的污泥量计算，采用机械排泥的污泥斗可按4h污泥量计算；②活性污泥法处理后二沉池的污泥区体积，宜按不超过2h贮泥时间计算，并应有连续排泥③生物膜法处理后二沉池的污泥区体积，宜按4h的污泥量计算。(5)排泥部分④排泥管直径不应小于200mm。3.平流式沉淀池(1)平流式沉淀池的构造及工作特点设有行车刮泥机的平流式沉淀池剖面如图10-8所示。图10-8设有行车刮泥机的平流式沉淀池图10-9,入流处的挡流板，一般高出池水水面0.15～0.2m,挡流板的浸没深度应不少于0.25m,一般用0.5～1.0m,挡流板距流入槽0.5～1.0m。图10-9平流式沉淀池的进水整流措施平流式沉淀池排泥可以采用带刮泥机的单斗排泥或多斗排泥，见图10-10,多斗式沉淀池可以不设置机械刮泥设备，每个贮泥斗单独设置排泥管，各自独立排泥，互不干扰，保证污泥的浓度。在池的宽度方向污泥斗一般不多于两排。图10-10平流式沉淀池的单斗与多斗排泥(2)平流式沉淀池的设计平流沉淀池设计的内容包括确定沉淀池的数量，入流、出流装置设计，沉淀区和污泥区尺寸计算，排泥和排渣设备选择等。目前常按照表面水力负荷、沉淀时间和水平流速进行设计计算。①沉淀区的表面积A通过沉淀试验取得，或参照表10-7选取。③沉淀区有效容积V或④沉淀池长度L式中，L为沉淀池长度，m;v为最大设计流量时的水平流速，⑤沉淀区的总宽度B⑥沉淀池的数量n平流式沉淀池的长度一般为30～50m,不宜大于60m,为了保证污水在池内分布均匀，池长与池宽比不宜小于4,长度与有效水深比不宜小于8。⑦污泥区的容积V为两次排泥的时间间隔，d,初沉池按2d考虑，活性污泥法后二沉池按2h考虑，机械排泥初沉池和生物膜法后二沉池按4h设计计算。在95%以上时，可取1000kg/m³:po为污泥含水率，%;T为两次排泥时间间隔，同上。⑧沉淀池的总高度Hm;h₃为缓冲层高度，m,无机械刮泥设备时为0.5m,有机械刮泥设备时，其上缘应高出刮⑨贮泥斗的容积V₁⑩贮泥斗以上梯形部分污泥容积V₂4.竖流式沉淀池(1)竖流式沉淀池的工作原理a.当颗粒沉速u>v时，则颗粒将以u-v的差值向下沉淀，颗粒得以去除；a.当可沉颗粒属于自由沉淀类型时，其沉淀效果(在相同的表面水力负荷条件下)竖流式b.当可沉颗粒属于絮凝沉淀类型时，一方面，由于在池中颗粒存在相反方向的运动，就会出现上升着的颗粒与下降着的颗粒，同时还存在着上升颗粒与上升颗粒之间、下降颗粒与下降颗粒之间的相互接触、碰撞，致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒的沉淀；另一方面，絮凝颗粒在上升水流的顶托和自身重力作用下，会在沉淀区内形成一个絮凝污泥层，这一层可以网捕拦截污水中的待沉颗粒。(2)竖流式沉淀池的设计①中心管截面积f₁与中心管直径do式中，Qmax为每组沉淀池最大设计流量，m³/s;f₁为中心管截面积，m²;vo为中心管内流速，m/s;do为中心管直径，m。②中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度h₃式中，h₃为间隙高度，m;v₁为间隙流出速度，m/s;d₁为喇叭口直径③沉淀池面积f₂和池径D式中，f₂为沉淀区面积，m²;q为表面水力负荷，m³/(m²·h);A为沉淀池面积(含中心管其余各部分的设计与平流沉淀池相似。5.辐流式沉淀池(1)辐流式沉淀池的构造辐流式沉淀池是一种大型沉淀池，有中心进水与周边进水两种形式。进水方式如表10-8所示。表10-8沉淀池进水方式(2)辐流式沉淀池设计①每座沉淀池的表面积A₁和池径D②沉淀池有效水深h₂沉淀池直径(或正方形的一边)与有效水深之比宜为6～12。③沉淀池总高度H6.斜板(管)沉淀池(1)斜板(管)沉淀池的构造(见图10-11)包括：①斜板(管)沉淀区；②进水配水区；③清水出水区；④缓冲区；⑤污泥区。图10-11升流式斜板沉淀池(2)斜板(管)沉淀池设计①沉淀池表面积A式中，A为斜板(管)沉淀池表面积，m²;Qmax为最大设计流量，m³/h;n为池数；0.91为斜板(管)面积利用系数；q₀为表面水力负荷，m³/(m²h),可按普通沉淀池表面水力负荷的2倍计。②池内停留时间t式中，t为池内停留时间，h;h₂为斜板(管)上部清水区高度，m,一般取0.7～1.0m;h₃为斜板(管)自身垂直高度，m,一般为0.866～1.0m。(3)斜板(管)沉淀池在污水处理中的应用斜板(管)沉淀池具有去除效率高、停留时间短、占地面积小等优点。②应用b.当污水处理厂的占地受到限制时，可考虑作为初沉池使用；c.生物处理后续深度处理时，进一步去除悬浮固体。7.提高沉淀池沉淀效果的有效途径①在沉淀区增设斜板(管);②对污水进行曝气搅动；③回流部分活性污泥。1.含油废水的来源与危害(1)含油废水来源(2)废水中油的存在形态(见表10-9)表10-9废水中油的存在状态(3)含油废水对环境的危害2.隔油池(1)平流式隔油池平流式隔油池按表面负荷设计时，一般采用1.2m³/(m²·h);按停留时间设计时，一般采用仅仅依靠油滴与水的密度差产生上浮而进行油、水分离，油的去除效率一般为70%～80%左气浮法分离油、水的效果较好，出水中含油量一般可低于20mg/L。(2)斜板式隔油池对于细分散油同样可以利用浅池理论来提高分离效果，通常采用波纹形斜板，板间距约40mm,倾角不小于45°,废水沿板面向下流动，从出水堰排出，水中油滴沿板的下表面向上3.乳化油及破乳方法(1)乳化油的主要来源③含油(可浮油)废水在管道中与含乳化剂的废水相混合，受水流搅动而形成。在含油废水产生的地点立即用隔油池进行油水分离，可以避免油的乳化，而且还可以就地回收油品，降低含油废水的处理费用。(2)破乳方法简介破乳的基本原理是破坏油滴界面上的稳定薄膜，使油、水得以分离。破乳途径有下述几种：①投加换型乳化剂，例如氯化钙；②投加盐类、酸类物质；③投加某种本身不能成为乳化剂的表面活性剂，例如异戊醇剂；④通过剧烈的搅拌、震荡或转动，使乳化的液滴猛烈相碰撞而合并；⑤如以粉末为乳化剂的乳状液，可用过滤法拦截油滴；⑥改变乳化液的温度(加热或冷冻);⑦投加水处理中常用的混凝剂。1.气浮法的基本条件及应用(1)基本条件气浮法是一种有效的固—液和液—液分离方法，常用于对那些颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离。气浮法处理工艺必须满足下述基本条件：①必须向水中提供足够量的细微气泡；②必须使废水中的污染物质能形成悬浮状态；③必须使气泡与悬浮的物质产生黏附作用。(2)应用方面①石油、化工及机械制造业中的含油(包括乳化油)废水的油水分离；②废水中有用物质的回收，如造纸废水中的纸浆纤维及填料的回收；③含悬浮固体相对密度接近1的工业废水的预处理；④取代二沉池进行泥水分离，特别适用于活性污泥絮体不易沉淀或易于产生膨胀的情况；⑤剩余污泥的浓缩。2.气浮法的类型(见表10-10)表10-10气浮法的类型3.加压溶气气浮法的基本原理(1)空气在水中的溶解度与压力及温度的关系(2)水中的悬浮颗粒与微小气泡相黏附的原理生表面张力(或称界面张力),即具有表面能(或称界面能)。图10-12不同悬浮颗粒与水接触的润湿情况水中悬浮颗粒是否能与气泡黏附，与气、水、颗粒间的界面能有关。当三者相对稳定时，三相界面张力的关系如图10-12所示，其关系式为：式中，θ为接触角(又称湿润角)。进一步可得当气泡与悬浮颗粒黏附后，黏附面上单位面积的界面能减小值△E为：当θ→0时，cosθ→1,△E→0,这类物质亲水性强(称为亲水性物质),无力排开水膜，不易与气泡黏附，不能用气浮法去除。当θ→180°时，cosθ→-1,△E→2σ水-气，这类物质疏水性强(称为疏水性物质),易与气泡黏附，宜用气浮法去除。②“颗粒—气泡”复合体(简称带气絮体)的上浮速度③气浮池(3)投加化学药剂提高气浮效果4.加压溶气气浮法系统的组成及设计(1)加压溶气气浮法系统的组成与主要工艺参数浮池)。a.加压水泵b.压力溶气罐吸水管吸气溶气式、水泵出水管射流溶气式和空压机供气式，如表10-11所示。表10-11溶气方式c.空气供给设备(空压机或射流器)及其他附属设备附，并使带气絮体与水分离。目前应用较为广泛的有平流式和竖流式两种，见表10-12气浮池类型(2)设计计算①气浮所需空气量QG与原水中悬浮固体含量(S)的比值，可用下式表示：在溶气压力P下溶解的空气，经减压释放后，理论上释放空气量A为：为在一定温度下，一个大气压时的空气溶解度，mL/L;P为溶气压力(绝对压力),大气压atm;P₀为当地气压(绝对压力),大气压atm;f为加压溶气系统的溶气效率，为实际空气溶解度与理论溶解度之比，与溶气罐等因素有关，通常取0.5～0.8,参见表10-14;QR表10-13空气的密度及其在水中的溶解度表10-14阶梯环填料罐(层高1m)的水温、压力与溶气效率关系下的释气量，L/m³;k为水温校正系数，取1.1～1.3(主要考虑水的黏度影响，试验时水温与冬季水温相差大者取高值)。选定过流密度I后，溶气罐直径Da按下式计算：一般对于空罐I选用1000～2000m³/(m²·d);对填料罐，I选用2500～5000m³/(m²·d)。溶气罐高h:h₃为贮水区高度，一般取10m;h₄为填料层高度，一般取10～1.3m。a.接触室的表面积Acb.分离室的表面积Asm³/(m²·h),一般取6～8m³/(m²·h)。(3)区别与联系2.设置沉砂池的目的和作用是什么?曝气沉砂池的工作原理与平流式沉砂池有何区别?答：(1)设置沉砂池的目的和作用(2)曝气沉砂池和平流式沉砂池工作原理的区别机物的量低于5%;由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、3.水的沉淀法处理的基本原理是什么?试分析球形颗粒的静水自由沉降(或上浮)的基本规律，影响沉淀或上浮的因素有哪些?答：(1)水的沉淀法处理基本原理(2)球形颗粒的静水自由沉降(或上浮)的基本规律静水中悬浮颗粒开始沉降(或上浮)时，会受到重力、浮力、摩擦力的作用。刚开始沉降(或上浮)时，因受重力作用产生加速运动，经过很短的时间后，颗粒(3)影响沉淀或上浮的因素影响沉淀或上浮的因素有水中悬浮颗粒的性质(密度、大小)、水的黏度、水流速度、池的①颗粒与水的密度差(ps-PL)愈大，沉速愈快，成正比关系。当ps>pL时，颗粒下沉；当<pL时，颗粒上浮；当ps=pL时，颗粒既不上浮也不下沉；4.已知某小型污水处理站设计流量Q=400m³/h,悬浮固体浓度SS=250mg/L。设沉淀效率为55%。根据性能曲线查得uo=2.8m/h,污泥的含水率为98%,试为该处理站设计竖流式表面水力负荷q=uo=2.8m³/(m²·h)(1)估算竖流沉淀池直径，确定池数。设计沉淀池数为四只，池型为圆形，估算单池的直径约为7m,符合要求。(2)中心管的截面积和直径(3)喇叭口直径：d₁=1.35d=1.35×1.1=1.5m;(4)反射板直径=1.3d₁=2.0m;(5)中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度h₃:(6)沉淀区面积：(7)沉淀池直径：(8)沉淀区的深度：h₂=vt=2.8×1.3=3.64≈3.7m(设沉淀时间为1.3h),D/h₂=7/3.7=1.89<3,符合要求。(9)污泥斗的高度和体积取下部截圆锥底直径为0.4m,贮泥斗倾角为55°,则：hs=(7/2-0.4/2)tg55°=V₁=(R₂+Rr+r₂)πhs/3=(3.52+3.5×0.2+0.22)π×4.7(10)沉淀池的总高度H:H=h₁+h₂+h₃+h₄+hs=0.3+3.7+0.3+0.3+(11)污泥区的容积排泥周期按2d设计，则污泥区容积：在工程设计中还包括进水槽、出水槽、出水堰、排泥管等设计内容。5.已知某城镇污水处理厂设计平均流量Q=20000m³/d,服务人口100000人，初沉污泥量按25g/(人d),污泥含水率按97%计算，试为该厂设计曝气沉砂池和平流式沉淀池。答：由题意知：(1)曝气式沉砂池总有效容积：池断面面积：池总宽度：所需曝气量：q=60D×Qmax=60×0.23×0.2=2(2)平流式沉淀池沉淀区表面积：沉淀区有效水深：沉淀区有效容积：沉淀池长度：6.加压溶气气浮法的基本原理是什么?有哪几种基本流程?各有何特点?答：(1)加压溶气气浮法的基本原理(2)基本流程(3)各流程的特点7.微气泡与悬浮颗粒相黏附的基本条件是什么?有哪些影响因素?如何改善微气泡与颗粒答：(1)微气泡与悬浮颗粒相黏附的基本条件有关。微气泡与悬浮颗粒相黏附的基本条件是黏附角θ→180°,这性物质),易与气泡黏附。(2)影响因素(3)改善措施8.气固比的定义是什么?如何确定适当的气固比?答：(1)气固比的定义气固比是指溶解空气量(A)与原水中悬浮固体含量(S)的比值。(2)确定适当的气固比的方法用0.005～0.006,废水悬浮固体含量高时，可选用上限，低时选用9.在废水处理中，气浮法与沉淀法相比较，各有何优缺点?②缺点(2)沉淀法(3)气浮法与沉淀法比较去除废水中的纤维物质特别有效，有利于提高资源利用率，效益好；c.应用范围广。10.某工业废水水量为1200m³/d,水中悬浮固体浓度为800mg/L,需要进行气浮法预处理，反应室反应时间：5～15min,取15min;接触室水流上升速度：15mm/s,水力停留时间=2min分离室停留时间：10～20min;下流速度：1.5～3.0mm/s;长：宽=1～2:1。(1)溶气水量设计溶气压力：p=0.3MPa,水温20℃,溶气效率f取0.9;(2)分离室表面积：(3)分离室的水力停留时间：(符合要求)(4)分离室的长与宽长：L=A/B=12/3=4m;(分离室的宽度取3m)L/B=1.33(符合要求);分离室的下流速度：(符合要求)(5)接触室容积校核：。(符合要求)接触室宽度b:(6)反应室容积：(7)溶气罐在工程设计中还包括气浮池的进水(潜孔)、出水(集水管)、设计、除渣系统设计、溶气11.如何改进及提高沉淀或气浮分离效果?答：(1)提高沉淀分离效果的方法①在沉淀区增设斜板(管)以提高沉淀池的分离效果和处理能力；(2)提高气浮分离效果的方法①疏水性很强的物质(如植物纤维、油滴及炭粉末等),不投加化学药剂即可获得满意的固(液)—液分离效果。1.沉淀池积泥区和澄清池污泥浓缩室(斗)的容积，应根据进出水的()含量、处理水量、排泥周期和浓度等因素通过计算确定。[中国地质大学(武汉)2011年研]A.浊度B.悬浮物C.含砂量D.有机物【答案】B查看答案【解析】由沉淀池污泥量的计算方法可知，确定沉淀池积泥区和澄清池污泥浓缩室(斗)的2.曝气沉砂池的主要作用是()。[中国地质大学(武汉)2011年研]A.去除有机物B.减少沉砂池体积C.提高沉砂效率D.有利于反硝化【答案】C查看答案对密度较轻的有机颗粒悬浮起来随出水带走。沉于池底的砂粒较为纯5%左右，便于沉砂的处置，从而提高沉砂效率。1.为了防止格栅前渠道,一般在设置格栅的渠道与栅前渠[中国地质大学(武汉)2011年研]【答案】出现阻流回水现象查看答案图10-1格栅水力计算简图2011年研]【答案】平流式沉淀池；竖流式沉淀池；辐流式沉淀池查看答案向可分为平流式、竖流式和辐流式三种。絮凝(flocculation)是指由高分子物质吸附架桥作4.絮凝沉淀过程中悬浮颗粒之间有相互絮凝聚集增大的作用，沉淀过程中，颗粒的质量、 【答案】形状；沉速查看答案之间有互相絮凝作用，颗粒因互相聚集增大而加快沉降5.根据水流和泥流的相对方向，可将斜板(管)沉淀池分为和三种类型。[中国地质大学(武汉)2009年研]【答案】异向流；同向流；侧向流查看答案【解析】斜板(管)沉淀池由斜板(管)沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成，按斜板或斜管间水流与污泥的相对运动方向来区分，斜板(管)沉淀池可分为异向流、同向流和侧向流三种。在污水处理中常采用升流式异向流斜板(管)沉淀池。6.按产生微细气泡的方法，气浮法有。[中国地质大学(武汉)2010【答案】电解气浮法；分散空气气浮法；溶解空气气浮法查看答案7.加压溶气气浮法有三种基本流程。[中国地质大学(武汉)2011年研；广东工业大学2015年研]【答案】全加压溶气流程；部分加压溶气流程；部分回流加压溶气流程查看答案8.油类在水中的存在状态有。[中国地质大学(武汉)2011年研]【答案】悬浮状态；乳化状态；溶解状态查看答案【解析】含油废水中的油类污染物，其相对密度一般都小于1,但焦化厂或煤气发生站排出的重质焦油的相对密度可高达1.1。废水中的油通常由于其油滴粒径的不同而呈悬浮状态、9.普通隔油池去除的主要是。[中国地质大学(武汉)2010年研]【答案】悬浮油查看答案【解析】普通隔油池主要为平流式隔油池和斜板隔油池，平流式隔油池可以去除的最小油滴直径为100～150μm,斜板隔油池可分离油滴的最小粒径约为80μm,因此可去除悬浮油中全部的可浮油(粒径大于100μm)和部分细分散油(粒径一般为10～100μm)。三、判断题1.格栅的水头损失主要在于自身阻力大。()[中国地质大学(武汉)2010年研]【答案】错误查看答案【解析】格栅自身阻力导致的水头损失很小，其阻力主要是截留物阻塞造成的。2.沉淀、隔油、沉砂的工作原理都是相同的，隔油不仅能去除浮油，也能去除乳化油。()[中国地质大学(武汉)2011年研]【答案】错误查看答案【解析】沉淀、隔油和沉砂都是利用重力分离原理进行污水的物理处理。仅仅靠油滴与水的密度差产生上浮而进行油水分离的隔油法，油的去除效率一般为70%～80%左右，隔油池的出水仍含有一定数量的乳化油和附着在悬浮固体上的油分。3.根据理想沉淀条件，沉淀效率与池子深度、长度无关，与表面积成反比。()[中国地质大学(武汉)2011年研]【答案】正确查看答案【解析】沉淀池的表面水力负荷是反应沉淀池效率的参数，是指单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量，根据沉淀池的表面水力负荷q的表达式：可知，理想沉淀池的沉淀效率与池的表面积A成反比，与池深H、沉淀时间t、池的体积V等无关。4.憎水性强的物质易与气泡粘附，更宜用气浮法去除。()[中国地质大学(武汉)2011年研]【答案】正确查看答案【解析】水中污染物能否与气泡黏附取决于该物质的接触角θ的大小。当θ>90°时，为憎水性物质，颗粒容易被气泡吸附；当0<θ<90°,为亲水性物质，颗粒与气泡的吸附不牢，容易在水流的作用下脱附；当θ=0时，固体颗粒完全被润湿，而不能被吸附。5.通常，颗粒在沉砂池中的沉淀可以看作自由沉淀，而二沉池泥斗中的污泥浓缩过程可以看作拥挤沉淀。()[中国地质大学(武汉)2011年研]【答案】错误查看答案【解析】自由沉淀在水中悬浮固体浓度不高时发生，沉淀过程悬浮颗粒各自独立完成沉淀，颗粒的沉淀轨迹呈直线，颗粒的物理性质，不发生变化，因此颗粒在沉砂池中的沉淀为自由沉淀。而二沉池泥斗中的污泥浓缩过程中，悬浮颗粒浓度高，且颗粒之间相互接触在重力作用下挤出颗粒间的水，沉淀特征符合压缩沉淀。自由沉淀[中国地质大学(武汉)2013年研]答：自由沉淀是发生在水中悬浮固体浓度不高时的一种沉淀类型。沉淀过程中悬浮颗粒之间互不干扰，颗粒各自独立完成沉淀过程，颗粒的沉淀轨迹呈直线。整个沉淀过程中，颗粒的物理性质，如形状、大小及相对密度等不发生变化。砂粒在沉砂池中的沉淀就属于自由沉淀。1.污水物理处理方法有几种?各种方法常用的处理构筑物是什么?去除对象?[中国海洋大学2011年研](1)筛滤截留法用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物，如纤维、碎皮(2)重力分离法a.初沉池b.沉砂池d.气浮池(3)离心分离法①处理构筑物2.颗粒在水中的沉淀类型及其特征如何?[中国地质大学(武汉)2009年研](1)自由沉淀(2)絮凝沉淀(3)区域沉淀(又称拥挤沉淀、成层沉淀)区域沉淀的悬浮颗粒浓度较高(5000mg/L以上),颗粒的沉降受到周围其他颗粒影响，颗(4)压缩沉淀2010年研]3.自由沉淀的概念和特征，分析沉速的影响因素。[中国海洋大学2011年研]答：(1)概念与特征(2)影响因素②u与颗粒直径d的平方成正比，因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度(或上浮速度),4.二沉池的功能和构造与一般沉淀池有什么不同?在二沉池中设置斜板为什么不能取得理想效果?[宁波大学2015年研]答：(1)二沉池与一般沉淀池的不同①功能a.二沉池的进水部分应使布水分布均匀并造成有利于b.二沉池中污泥絮凝较轻，容易被水挟走，因此要限制出流堰处的流速；c.污泥斗的容积，要考虑污泥浓缩的要求；d.二沉池应设置浮渣的收集、撇除、输送和处置。(2)在二沉池中设置斜板不能取得理想效果的原因5.如何从理想沉淀池的理论分析得出斜板(管)沉淀池产生依据?[中国地质大学(武汉)答：通过理想沉淀池的理论分析存在H/u=L/v,即u/v=H/L,如果将水深为H的沉淀池分隔成为n个水深为H/n的沉淀池，则当沉淀池长度为原沉淀区长度的1/n时，就可处理与原6.沉淀池表面负荷和颗粒截留沉速关系如何?两者涵义有何区别?[中国地质大学(武汉)2011年研]答：(1)沉淀池表面负荷q与颗粒截留沉速uo关系(2)两者涵义的区别①沉淀池表面水力负荷q单位面积的流量，单位是m³/(m²·h)或m³/(m²·s),可简化为m/h或m/s。②颗粒截留沉速uo7.简述沉砂池的类型和各自特点。[中国海洋大学2012年研](1)平流式沉砂池(2)曝气沉砂池沉砂中含有机物的量低于5%,由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、除泡作用(3)旋流沉砂池1.某城市污水处理厂日处理水量Q=150000m³/d,原污水中悬浮物浓度为265mg/L,初次沉淀池效率为65%,污泥含水率95%,污泥密度为1000kg/m³,试计算初沉池每天产生的污泥体积。[中国科学技术大学2015年研]2.某活性污泥曝气池混和液浓度MLSS=2500mg/L。取该混和液100mL于量筒中，静置[中国科学技术大学2015年研]解：(1)100mL混合液中对应的污泥容积为30mL,则1L混合液对应的污泥容积为300mL。而活性污泥的密度为1g/mL,1mL活性污泥质量为1g。则含水率为：(1-0.0083)/1×100%=99.17%3.已知污水设计流量为3000m³/h,悬浮固体浓度为300mg/L。设沉淀效率为75%,表面水力负荷qo=1.5m³/(m²-h),每座沉淀池直径、有效水深和一天(24小时)的产泥量。[广东工业大学2015年研]解：(1)沉淀池直径D每座辐流式沉淀池的面积A₁为：(2)有效水深h₂:(3)一天产泥量Vw第11章污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础【知识框架】【重点难点归纳】一、污水生物处理技术分类(见表11-1及表11-2)二、污水生物处理基本原理(1)污水生物处理污水生物处理是指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。(2)微生物代谢微生物代谢由分解代谢(异化)和合成代谢(同化)两个过程组成，是物质在微生物细胞内发生的一系列复杂生化反应的总称。①分解代谢，是指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，又称生物氧化。②合成代谢，是指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。污水生物处理过程中有机物的生物降解实际上就是微生物将有机物作为底物进行分解代谢获取能量的过程。2.发酵与呼吸有机底物的生物氧化主要以脱氢(包括失电子)方式实现，底物氧化后脱下的氢可表示为：根据氧化还原反应中最终电子受体的不同，分解代谢可分成发酵和呼吸两种类型，呼吸又可分成好氧呼吸和缺氧呼吸两种方式。(1)发酵①概念发酵是指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种中间产物，同时释放能量并产生不同的代谢产物的过程。②特点a.有机物部分氧化，释放少量能量，合成少量的ATP;b.不需要外界提供电子受体。①概念呼吸是指微生物在降解底物的过程中，将释放出的电子交给电子载体，再经电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。②分类a.好氧呼吸以分子氧作为最终电子受体，反应的电子供体(底物)则根据微生物的不同而异，异养微生物的电子供体是有机物，自养微生物的电子供体是无机物。异养微生物进行好氧呼吸时，有机物最终被分解成CO₂、氨和水等无机物，同时释放出能量。自养微生物进行好氧呼吸时，其最终产物也是无机物，同时释放出能量。b.缺氧呼吸以氧化型化合物作为最终电子受体，也需要细胞色素等电子传递体，也能产生能量用于生命活动。但由于部分能量随电子传递给最终电子受体，故生成的能量少于好氧呼吸。(3)二者的区别呼吸作用与发酵作用的根本区别在于呼吸作用中电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体。3.好氧生物处理(1)概念污水中有分子氧存在的条件下，利用好氧微生物(包括兼性微生物，但主要是好氧细菌)降(2)处理过程(见图11-1)图11-1好氧生物处理过程中有机物转化示意图(3)特点(4)适用范围4.厌氧生物处理(1)概念有机物的生物处理方法。其处理过程见图11-2。图11-2厌氧生物处理过程有机物转化示意图(2)特点可回收能量(甲烷)。(3)适用范围5.脱氮除磷基础理论(1)生物脱氮生物脱氮是指含氮化合物经过氨化、硝化、反硝化后，转变为N₂而被去除的过程。其(2)生物除磷表11-3生物脱氮反应类型在厌氧—好氧或厌氧—缺氧交替运行的系统中，利用聚磷微生物(PAOs)具有厌氧释磷及好氧(或缺氧)超量吸磷的特性，使好氧或缺氧段中混合液磷的浓度大量降低，最终通过排1.微生物的生长曲线培养液中进行培养，在培养过程中营养物质(即底物)随时间的延长而消耗，据此可绘出如图11-3所示的生长曲线。图11-3微生物的生长曲线按微生物生长速率，其生长过程可分为四个时期，如表11-4所示。表11-4微生物生长过程2.微生物的生长环境(1)微生物的营养生物来讲，碳、氮、磷营养有一定的比例，一般为BODs:N:P=100:5:1。(2)温度一般好氧生物处理中的微生物多属中温微生物，其生长繁殖的最适温度范围为20～37℃。②厌氧生物处理厌氧生物处理中，常利用中温和高温两种类型的微生物，中温厌氧菌40℃,高温厌氧菌的最适温度范围为50～60℃。酵母菌和霉菌要求在酸性或偏酸性的环境中生活，最适pH为3.0～6.0。在污水生物处理过程中，保持最适pH范围是十分必要的。当污水的pH变化较大时，应设置调节池，以保持(4)溶解氧(5)有毒物质1.反应速率过程可以用图11-4表示。图11-4生化反应过程底物变化示意图又称产率系数，g(生物量)/g(降解的底物)。式(11-2)反映了底物减少速率和细胞增长速率之间的关系，是污水生物处理中研究生化反2.反应级数程式见式(11-1),生化反应速率可由下式表示：或式(11-4)又可改写为：式(11-5)可以用图11-5来表示，图中直线的斜率即为反应级数n的数值。图11-5lgv与lgS之间的关系1.微生物的增长速率(1)增长速率以dX表示反应时段dt内的微生物增长量，则微生物的增长速率表示为：(2)比增长速率关系式(莫诺特方程)见下式：试验时，选择不同的底物浓度S,测定对应的比增长速率μ,求出两者的倒数，并以一对日2.底物利用速率(1)底物利用速率与现存微生物群体浓度X成正比，即：(2)劳—麦方程上式表明了比底物利用速率与底物浓度之间的关系式在整个浓度区间上都是连续的。①当S远大于Ks的情况下，可忽略式(11-11)中的Ks,方程变为：a.式(11-12)表明，在高有机物浓度条件下，有机底物以最大速率降解，与底物的浓度无关，呈零级反应关系。这是因为在高浓度有机物条件下，微生物处于对数增长期，其酶系统的活性部位都为有机底物所饱和。b.式(11-13)表明，在高有机物浓度条件下，底物的降解速率仅与微生物的浓度有关，呈一级反应关系。②当Ks远大于S的情况下，可忽略式(11-11)中的S,方程变为：式(11-14)表明，此时的底物降解速率与底物浓度呈一级反应关系，在这种条件下，微生物增长处于稳定期或衰亡期，微生物的酶系统多未被饱和。式(11-13)和式(11-15)是式(11-11)的两种极端情况，这两个式子一般合称为“关于底3.微生物增长与底物降解对于异养微生物来说，底物既可起营养源作用，又可起能源作用。用于提供能量的底物又可分为用于合成作用提供能量的底物和用于维持生命提供能量两部分。微生物净增长速率和底物利用速率之间的关系可用“微生物增长的基本方程”进行描述：谢系数，表示每单位微生物体每单位时间内由于内源呼吸而消耗的微生物量；Y为被利用的单位底物量转换成微生物量的系数，这一产率没有将内源代谢造成的微生物减少量计算在内。根据式(11-8),式(11-16)可改写成：1.简述好氧和厌氧生物处理有机污水的原理和适用条件。答：(1)好氧生物处理①原理在有游离氧(分子氧)存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化。微生物利用废水中存在的有机污染物(以溶解状与胶体状的为主),作为营养源进行好氧代谢。这中、低浓度的有机废水，或者BOD₅浓度小于500mg/L的有机废水。(2)厌氧生物处理①原理有机污泥和高浓度有机废水(一般BOD₅≥2000mg/L)。2.某种污水在一连续进水和完全均匀混合的反应器里进行处理，假设反应是不可逆的，且符合一级反应(v=-kSA),反应速率常数k为0.15d⁻¹,求解当反应池容积为20m³、反应效率为98%时，该反应器能够处理的污水流量为多大?3.简述城填污水生物脱氮过程的基本步骤。(1)氨化(2)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(NO₂)和硝酸盐(NO₃-)。(3)反硝化反应4.简述生物除磷的原理。制在()。[中国地质大学(武汉)2011年研]A.延迟期末期B.对数增长期末期C.稳定期末期D.衰亡期末期【答案】C查看答案二、填空题【答案】Enhancedbiologicalphosphorusremoval;厌氧释磷；好氧吸磷查看答案释磷及好氧(或缺氧)超量吸磷的特性，使好氧或缺氧段中混合液磷的浓度大量降低，最终2013年研] (CO₂)产最很少，甚至无气体产生，主要发酵末端产物为丙酸和乙酸。丁酸型发酵参与的在反硝化细菌的作用下被还原为氮气的过程。三、判断题好氧微生物对氮、磷的需要量为BODs:N:P=200:5:1。()[中国地质大学(武汉)2009对微生物来讲，碳、氮、磷营养有一定的比例，一般为BODs:N:P=10内源呼吸[中国科学技术大学2015年研]细胞出现自溶。此时由于能量水平低，微生物絮凝体吸附有机物的能力显著,但活性降低，1.画图说明好氧生物处理中有机物的转化。[中国海洋大学2011年研]答：好氧生物处理中有机物的转化如图11-1所示。图11-1好氧生物处理中有机物的转化图有机物被微生物摄取后，通过代谢活动，约有1/3被分解、稳定，并能量，约有2/3被转化，合成新的细胞物质，即进行2.试比较厌氧法与好氧法处理的优缺点。[中国科学技术大学2015年研]答：厌氧法和好氧法的优缺点如表11-1所示。表11-1厌氧法和好氧法的优缺点3.说明微生物生长速率的四个时期，各自特点。污水处理中微生物生长应该控制在什么时期?为什么?[中国海洋大学2012年研]答：(1)微生物生长速率的四个时期及各自的特点如下：①适应期(延滞期)细胞需要适应新的环境；细胞不繁殖，活细胞数目不会增加，甚至可能死亡而减少；对不良条件的抵抗能力较弱。②对数增长期细胞以基本恒定的生长速率进行繁殖；细胞的大小、形态及生理生化反应比较一致；细胞增殖数量(对数)与培养时间基本上呈直线关系；细胞内代谢物质丰富积累。③稳定期(减速增长期)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；细胞之间易于相互黏附，分泌物增多，开始形成菌胶团(絮凝体);微生物不但具有一定的氧化有机物的能力，而且还具有良好的沉降性能。④衰亡期(内源呼吸期)营养物质已耗尽，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，细胞形态多呈衰退型，许多细胞出现自溶。微生物絮凝体吸附有机物的能力显著,但活性降低，絮凝体较松散。(2)污水处理微生物生长应该控制在稳定期末期和衰亡期初期，原因如下：①在这个时期可以获得既具有较强的氧化和吸附有机物的能力，又具有良好的沉降性能的活②若要维持较高的生物活性，就需要有充足的营养物质，当选择对数增长期时，含有高浓度有机物的进水容易造成出水有机物超标，使出水达不到排放要求；③对数增长期的微生物活力强，使活性污泥不易凝聚和沉降，给泥水分离造成一定困难；④如果将微生物维持在衰亡期末期，此时处理过的污水中含有的有机物浓度固然很低，但由于微生物氧化分解有机物能力很差，所需反应时间较长，因此，在实际工作中是不可行的。4.从麦—劳方程解释影响污水中有机物降解速率的因素。分析有机物浓度是很高和很低时有机物的降解速率。[中国海洋大学2012年研]答：(1)有机物降解速率的影响因素从麦—劳方程可知，比底物利用速率与底物浓度之间的关系式在整个浓度区间上都是连续的，而且影响有机物降解的主要是这两个因素。(2)有机物降解速率的分析①当S远大于Ks,即在高有机物浓度条件下，有机底物以最大速率降解，与底物的浓度无关，呈零级反应关系。这是因为在高浓度有机物条件下，微生物处于对数增长期，其酶系统的活性部位都为有机底物所饱和，此时，底物的降解速率仅与微生物的浓度有关，呈一级反应关系。②当Ks远大于S,即在低有机物浓度条件下，底物降解速率与底物浓度呈一级反应关系，在这种条件下，微生物增长处于稳定期或衰亡期，微生物的酶系统多未被饱和。12.1复习笔记【知识框架】【重点难点归纳】1.活性污泥(1)活性污泥组成①有活性的微生物(Ma),如以菌胶团形式存在的细菌、真菌等；②微生物自身氧化残留物(Me);③吸附在活性污泥上没有被微生物所降解的有机物(Mi);④无机悬浮固体(Mii),主要来自入流的污水，也包括细胞物质中的一些无机物质。(2)活性污泥性状(3)活性污泥的评价方法a.混合液悬浮固体浓度(MLSS),是指曝气池中单位体积混合液中活性污泥悬浮固体的b.混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS),是指混合液悬浮固体中有机物的质量。它包括MLSS测定简便，工程上往往以它作为评价活性污泥量的指标。MLVSS代表混合液悬浮固体中有机物的含量，比MLSS更接近活性微生物的浓度，测定也较为方便。对某一特定的③污泥沉降比(SV%)污泥沉降比是指曝气池混合液静止30min后沉淀污泥的体积分数，标准采用1L的量筒测定污泥沉降比。通常使用污泥沉降比(SV%)和污泥体积指数来表示活性污泥的沉降性能。④污泥体积指数(SVI)污泥体积指数(SVI)是指曝气池混合液沉淀30min后，每单位质量干泥形成的湿污泥的体SVI表示沉淀后单位干泥所占体积，比SV%能更准确反映污泥的沉降性能。通常认为SVI50,污泥絮体细小紧密，含无机物较多，污泥活性差。如图12-1所示。图12-1活性污泥法基本流程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增设有搅拌设备)。生物)浓度。③曝气池中的生化反应导致微生物的增殖，增殖的微生物(剩余污泥)通常从沉淀池底泥中排除。剩余污泥中含有大量的微生物，排放环境前应3.活性污泥降解污水中有机物的过程(1)吸附阶段和稳定阶段水中的有机物被活性污泥所吸附。吸附阶段很短，一般在15～45min左右就可完成。(2)有机物去除情况活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化，如图12-2所示。图12-2污水中有机物的变化1.活性污泥法曝气反应池的基本形式(1)推流式曝气池推流式曝气池的工艺流程如图12-3所示。图12-3推流式曝气池工艺流程平面布置，长宽比一般为5～10;横断面布置，池宽和有效水深之比一般为1～2。(2)完全混合曝气池(3)封闭环流式反应池封闭环流式反应池(CLR)结合了推流和完全混合两种流态的特点，污水进入反应池后，在循环流动，如图12-5所示。封闭环流式反应池在短时间内呈现推流式，而在长时间内则呈图12-5封闭环流式处理系统流程(4)序批式反应池有机污染物却是随着反应时间的推移而被逐步降解的。图12-6为序批式反应池的基本运行图12-6序批式反应工艺的操作过程2.活性污泥法的发展和演变(见表12-1)表12-1活性污泥法的类型3.活性污泥法生物脱氮除磷(1)生物脱氮①生物脱氮过程一般要完成从NH₄+-N氧化为NOx-N及将NOx-N还原为N₂的过程。②在流程中必须具备氨氮硝化的好氧区或好氧时间段，同时还应具备缺氧区或缺氧时间段以完成生物反硝化过程。③反硝化时作为电子供体的有机物为入流污水中有机物，当碳源不足时，可外加碳源。(2)生物除磷①生物除磷过程需要设置厌氧区和好氧区，同时活性污泥需要不断经过厌氧区磷释放和好氧区磷吸收，通过排除经过好氧区以后富含磷的污泥使污水中磷得以有效去除。②生物除磷最理想的碳源为挥发性脂肪酸，其次为易发酵的有机物。同时考虑生物脱氮除磷问题，活性污泥法流程中需要同时设置厌氧区、缺氧区和好氧区，典型的工艺为AAO工艺。4.膜生物反应器(1)概念及类型膜生物反应器(MBR)是指用微滤膜或超滤膜代替二沉池进行污泥固液分离的污水处理装置，在很多情况下出水可以作为再生水直接回用。类型可分为内置浸没膜组件的内置式膜生物反应器和外置膜分离单元的外置式膜生物反应器。(2)优点①容积负荷率高，水力停留时间短；②污泥龄较长，剩余污泥量减少；③混合液污泥浓度高，避免影响曝气反应区的MLSS