水污染控制工程下册期末复习整合版

水污染控制工程下册期末复习整合版一、活性污泥法1.基本原理活性污泥是由细菌、真菌、原生动物和后生动物等微生物群体与污水中悬浮有机物、溶解性有机物以及微生物自身代谢产物所形成的一种絮状体。在有氧的条件下，活性污泥中的微生物分解污水中的有机物，将其转化为二氧化碳、水等无机物，并合成新的微生物细胞物质。活性污泥法的运行过程包括曝气、混合、沉淀等环节。曝气使活性污泥与污水充分混合，为微生物提供氧气进行呼吸代谢，同时搅拌污水防止污泥沉淀。沉淀则是使混合液中的污泥与处理后的水分离，污泥回流至曝气池前端继续参与处理过程。2.主要运行参数污泥浓度（MLSS）：指曝气池中单位体积混合液所含活性污泥的重量，一般控制在15003000mg/L之间。较高的污泥浓度可以提高处理效果，但过高可能导致曝气能耗增加、污泥膨胀等问题。污泥龄（θc）：指活性污泥在曝气池中平均停留的时间，计算公式为：θc=VX/(QwXw+(QQw)Xe)，其中V为曝气池容积，X为MLSS，Q为进水流量，Qw为排泥流量，Xw为排泥浓度，Xe为出水中的污泥浓度。污泥龄对活性污泥系统的处理效果和微生物群落结构有重要影响，一般根据处理水质要求和活性污泥特性确定，范围在几天到几十天不等。曝气强度：通常用曝气头的数量、曝气器的类型及曝气时间等表示。合适的曝气强度应保证曝气池中溶解氧浓度在24mg/L左右，以满足微生物的需氧要求，同时避免过度曝气造成能源浪费和对微生物的冲击。3.活性污泥法的主要类型传统活性污泥法特点：污水和回流污泥从曝气池前端进入，在曝气池中沿池长方向推流前进，混合液在池末端流出进入二次沉淀池。这种方法处理效果好，BOD去除率可达90%以上，但曝气池容积较大，占地面积广，能耗较高。适用范围：适用于处理对水质要求较高、水量较小且水质较稳定的污水。完全混合活性污泥法特点：污水进入曝气池后，立即与池内的活性污泥充分混合，池内各点的水质和微生物浓度基本均匀。其优点是抗冲击负荷能力强，能适应水质、水量的变化；缺点是处理效果相对传统活性污泥法略差，曝气池容积也较大。适用范围：适用于处理工业废水等水质水量波动较大的污水。阶段曝气活性污泥法特点：污水沿曝气池长度方向多点进入，使曝气池内有机负荷分布较均匀，有利于提高曝气池的处理效率，降低能耗。同时，能改善污泥的沉降性能，减少污泥膨胀的发生。适用范围：广泛应用于城市污水处理及一些工业废水处理。吸附再生活性污泥法特点：污水先进入吸附池与活性污泥接触，在较短时间内（1560分钟）吸附大部分有机物，然后混合液进入二次沉淀池进行泥水分离，沉淀后的污泥部分回流至吸附池，部分进入再生池进行曝气再生，恢复活性后再回到吸附池。该方法能减小曝气池容积，降低建设成本，但处理效果相对传统活性污泥法稍低。适用范围：适用于处理溶解性有机物含量较高、对处理效果要求不是特别高的污水。

二、生物膜法1.基本原理生物膜法是使微生物附着在载体表面生长形成生物膜，污水与生物膜接触时，污水中的有机物被生物膜上的微生物分解转化。生物膜的形成过程：首先，污水中的微生物在载体表面附着、繁殖，逐渐形成一层薄的生物膜。随着时间推移，生物膜不断增厚，微生物种类和数量逐渐增加，形成具有多种微生物群落的稳定结构。生物膜中的微生物包括细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物等，它们在不同的层次上发挥着分解有机物、去除污染物的作用。生物膜法的运行过程：污水通过生物膜反应器时，与生物膜充分接触，有机物通过扩散作用进入生物膜内部，被微生物分解利用。处理后的水流出反应器，而生物膜则不断更新，老化的生物膜会部分脱落，随水流排出，同时新的生物膜不断生长补充。2.主要类型及特点生物滤池特点：由滤床、布水系统和排水系统组成。滤床内填充有滤料，如碎石、炉渣等。污水通过布水系统均匀地喷洒在滤床上，在重力作用下自上而下流经滤料层，与生物膜接触进行有机物分解。生物滤池处理效果较好，运行稳定，但占地面积较大，容易堵塞，需要定期反冲洗。适用范围：适用于处理水量较小、水质较稳定的污水，常用于处理生活污水和一些工业废水的预处理。生物转盘特点：由盘片、转轴和驱动装置等组成。盘片固定在转轴上，部分盘片浸没在污水中，部分暴露在空气中。转轴带动盘片缓慢转动，盘片上的生物膜交替与污水和空气接触，进行有机物分解和氧气吸收。生物转盘具有处理效果好、能耗低、操作简单等优点，但设备占地面积较大，盘片易受磨损。适用范围：适用于处理水量较小、有机负荷较低的污水，常用于生活污水、食品工业废水等的处理。生物接触氧化法特点：在曝气池中设置填料，填料表面生长生物膜。污水在曝气作用下，与生物膜充分接触，进行有机物分解。该方法具有处理效率高、占地面积小、抗冲击负荷能力强等优点，是目前应用较广泛的生物膜法之一。适用范围：适用于处理各种有机污水，尤其适用于处理水量较大、水质较复杂的工业废水和城市污水。曝气生物滤池特点：集生物氧化和截留悬浮物于一体，具有较高的生物浓度和处理效率。污水通过滤池时，在滤料表面的生物膜作用下分解有机物，同时滤料还能截留悬浮物。曝气生物滤池占地面积小、运行费用低，但滤料容易堵塞，需要定期反冲洗。适用范围：可用于污水处理的各个阶段，如预处理、二级处理和深度处理等，适用于处理城市污水、工业废水及中水回用等。

三、厌氧生物处理1.基本原理厌氧生物处理是在无氧条件下，利用厌氧微生物（如厌氧菌、兼性厌氧菌等）的代谢作用，将污水中的有机物分解转化为甲烷、二氧化碳等气体的过程。厌氧消化过程可分为水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。水解酸化阶段：复杂的有机物（如多糖、蛋白质、脂肪等）在水解酶的作用下，分解为简单的有机物，如糖类、氨基酸、脂肪酸等。产氢产乙酸阶段：水解酸化产物进一步被产氢产乙酸菌分解为乙酸、氢气和二氧化碳等。产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸、氢气和二氧化碳等底物，产生甲烷。2.厌氧生物处理的特点优点能耗低：不需要曝气，运行费用低。污泥产量少：厌氧微生物代谢过程中产生的污泥量比好氧处理少得多，可减少污泥处理费用。能处理高浓度有机污水：对COD浓度较高的污水有较好的处理效果，一般进水COD浓度可高达数千甚至上万mg/L。产生沼气：可将有机物转化为沼气，实现能源回收利用。缺点处理时间长：厌氧反应速度较慢，一般需要较长的水力停留时间，反应器体积较大。对环境条件要求严格：如温度、pH值、有毒有害物质等对厌氧处理效果影响较大，需要严格控制运行条件。出水水质较差：一般不能达到直接排放的标准，常需后续好氧处理进一步改善水质。3.主要厌氧处理工艺普通厌氧消化池特点：结构简单，污水和污泥在池内混合，在厌氧条件下进行消化反应。消化池一般设有搅拌装置，以保证池内物料均匀分布。普通厌氧消化池的水力停留时间较长，处理效果相对较低，但投资和运行成本较低。适用范围：适用于处理中低浓度有机污水，如小型养殖场废水、食品加工废水等。厌氧接触工艺特点：在普通厌氧消化池后增加了沉淀池和污泥回流系统。通过污泥回流，提高了消化池内的污泥浓度，从而提高了处理效果。厌氧接触工艺的水力停留时间较短，处理效率较高，但需要注意污泥回流系统的运行管理，防止污泥流失。适用范围：适用于处理各种有机污水，尤其是处理水量较大、有机负荷较高的污水。升流式厌氧污泥床（UASB）特点：污水自下而上通过厌氧污泥床，在污泥床内形成厌氧颗粒污泥。颗粒污泥具有良好的沉降性能和较高的活性，能高效地去除污水中的有机物。UASB反应器具有处理效率高、容积负荷大、占地面积小等优点，是目前应用最广泛的厌氧处理工艺之一。适用范围：适用于处理各种高浓度有机污水，如酿造废水、造纸废水、印染废水等。厌氧流化床特点：以砂、焦炭等作为载体，通过曝气使载体在反应器内处于流化状态。污水与载体上的厌氧生物膜充分接触，进行有机物分解。厌氧流化床具有较高的生物浓度和传质效率，处理效果好，但设备结构复杂，运行管理要求高。适用范围：适用于处理高浓度有机污水和有毒有害污水，对水质水量波动有较好的适应性。

四、污水深度处理与回用1.污水深度处理的目的和方法目的：进一步去除污水中的悬浮物、溶解性有机物、营养物质（氮、磷等）、重金属等污染物，使处理后的水质达到更高的标准，满足回用或排放要求。方法物理化学法混凝沉淀：通过投加混凝剂，使污水中的细小悬浮物和胶体物质凝聚成较大的颗粒，然后通过沉淀去除。常用的混凝剂有铝盐、铁盐等。过滤：采用砂滤、活性炭过滤、膜过滤等方法，进一步去除水中的悬浮物和溶解性有机物。砂滤主要去除较大颗粒的悬浮物，活性炭过滤可去除部分溶解性有机物和异味，膜过滤如超滤、反渗透等能更有效地截留污染物，达到较高的水质净化效果。吸附：利用活性炭、离子交换树脂等吸附剂吸附污水中的溶解性有机物、重金属离子等。活性炭具有较大的比表面积，能吸附多种有机物；离子交换树脂可用于去除水中的特定离子，如去除硬度离子等。生物法生物脱氮除磷：通过硝化和反硝化作用去除污水中的氮，通过聚磷菌的作用去除磷。硝化作用是将氨氮氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，反硝化作用是将硝酸盐氮还原为氮气。聚磷菌在厌氧条件下吸收污水中的磷，在好氧条件下过量释放磷，从而达到除磷目的。生物活性炭法：将生物处理与活性炭吸附相结合，在活性炭表面生长生物膜，利用生物膜的分解作用和活性炭的吸附作用，进一步去除污水中的有机物。2.污水回用的意义和途径意义水资源节约：实现污水的资源化利用，减少对新鲜水资源的取用量，缓解水资源短缺问题。环境保护：减少污水排放对水环境的污染，改善水体质量。经济效益：降低污水处理成本，同时为企业提供新的水资源来源，节约水费支出，还可产生一定的经济效益，如中水回用用于工业生产等。途径农业回用：可用于农田灌溉、绿地灌溉等。但需注意污水中可能含有的有害物质对农作物的影响，要进行适当的处理和水质监测，确保灌溉用水安全。工业回用：如用于工业冷却、生产工艺用水等。不同工业对回用水质有不同要求，需要根据工业需求进行相应的深度处理，以满足工业生产的要求。城市杂用：包括道路喷洒、洗车、冲厕等。城市杂用水对水质要求相对较低，经过适当处理后的污水可满足其使用要求，可有效节约城市供水。

五、污泥处理与处置1.污泥的性质与来源性质成分复杂：污泥中含有大量的有机物、微生物、悬浮物、重金属等，还可能含有一些难降解的化学物质。含水率高：一般污泥的含水率在95%以上，呈流体状，不利于运输和处理。易腐败发臭：污泥中的有机物在厌氧条件下容易分解产生恶臭气体，污染环境。含有病原体：污泥中可能含有细菌、病毒、寄生虫卵等病原体，对环境和人体健康存在潜在威胁。来源：主要来自污水处理过程中的沉淀污泥、生物处理产生的剩余污泥等。在城市污水处理厂，污泥是污水处理的必然产物；在工业废水处理过程中，也会产生各种性质的污泥。2.污泥处理方法浓缩：通过重力沉降、气浮等方法降低污泥的含水率，减少污泥体积。重力沉降是利用污泥中固体颗粒的重力作用，使其沉淀在底部，分离出上清液；气浮则是通过向污泥中通入气体，使污泥颗粒附着在气泡上上浮，实现固液分离。消化：包括好氧消化和厌氧消化。好氧消化是在有氧条件下，利用微生物分解污泥中的有机物；厌氧消化如前面所述，在无氧条件下将有机物转化为沼气和稳定的污泥。消化可减少污泥中的有机物含量，降低污泥的体积和臭味，同时还能回收能源（沼气）。脱水：进一步降低污泥含水率，使其便于运输和后续处理。常用的脱水方法有机械脱水（如压滤机、离心机等）和自然干化。机械脱水通过施加压力或离心力将污泥中的水分挤出；自然干化是将污泥置于自然环境中，通过蒸发等方式使污泥干燥。3.污泥处置途径填埋：将脱水后的污泥填埋于指定的填埋场。填埋是目前污泥处置的主要方式之一，但需要注意防止污泥中的有害物质对土壤和地下水造成污染，要采取防渗等措施。焚烧：将污泥在高温下燃烧，使污泥中的有机物分解，减少污泥体积，同时可回收部分热量。焚烧适用于污泥中有机物含量较高、热值较高的情况，但焚烧过程中可能会产生二噁英等有害物质，需要严格控制焚烧条件和尾气处理。土地利用：经过处理后的污泥可用于土地改良、园林绿化等。污泥中含有丰富的氮、磷、钾等营养元素和有机物质，可改善土壤结构和肥力，但要确保污泥中有害物质含量符合相关标准，防止对土壤和农作物造成危害。建材利用：将污泥制成建筑材料，如砖、瓦、水泥等。这不仅可以实现污泥的资源化利用，减少污泥处置量，还能降低建筑材料生产对自然资源的依赖，具有较好的环境和经济效益。

六、例题分析1.活性污泥法相关例题例题：某城市污水处理厂采用传统活性污泥法处理污水，曝气池容积为5000m³，进水流量Q=10000m³/d，进水BOD₅浓度为300mg/L，要求出水BOD₅浓度降至30mg/L。已知曝气池中MLSS=2000mg/L，污泥回流比R=0.5，试计算该活性污泥法的污泥龄θc。解答：首先计算曝气池的水力停留时间t：t=V/Q=5000m³/10000m³/d=0.5d然后计算出水中的污