【環(huán)境課件】水污染控制工程

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1、水污染控制工程目 錄第一篇 污水的物理化學(xué)處理方法第一章 緒論第二章 水體的自?xún)艏八廴究刂频幕痉椒?、工藝流程第三?混凝第四章 沉淀與澄清第五章 過(guò)濾第六章 消毒第七章 氣浮第八章 氧化還原第九章 膜分離第十章 其他物化方法第十一章 水的軟化與除鹽第十二章 循環(huán)水的冷卻和穩(wěn)定第二篇 污水的生物處理方法第一章 概述第二章 好氧生物處理（原理與工藝）第三章 厭氧生物處理第四章 營(yíng)養(yǎng)元素的生物去除第五章 天然條件下的生物處理第六章 污泥的處理與處置主要參考書(shū)目：1）水處理工程，第一版，顧夏聲等，清華大學(xué)出版社，19852)現(xiàn)代廢水生物處理新技術(shù)，錢(qián)易等，中國(guó)科技出版社，19933）排水工程，第三

2、版，張自杰等，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，19964）水污染治理工程，黃銘榮、胡紀(jì)萃，高教出版社，19955）廢水生物處理數(shù)學(xué)模型，第二版，顧夏聲，清華大學(xué)出版社，19956）水處理微生物學(xué)，第三版，顧夏聲等，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998第一章 概述1.1 生物處理的目的和重要性廢水生物處理的目的：1) 絮凝和去除廢水中不可自然沉淀的膠體狀固體物；2) 穩(wěn)定和去除廢水中的有機(jī)物；3) 去除營(yíng)養(yǎng)元素氮和磷。廢水生物處理的重要性：1)城市污水中約有60%以上的有機(jī)物只有用生物法去除才最經(jīng)濟(jì)；2)廢水中氮的去除一般來(lái)說(shuō)只有依靠生物法；3)目前世界上已建成的城市污水處理廠有90%以上是生物處理法；4)大多數(shù)工

3、業(yè)廢水處理廠也是以生物法為主體的。微生物在廢水生物處理中主要有三個(gè)作用：1)去除有機(jī)物（以COD或BOD5表示），去除其它無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素如N、P等；2)絮凝沉淀和降解膠體狀固體物；3)穩(wěn)定有機(jī)物。微生物代謝過(guò)程簡(jiǎn)介：有機(jī)物微生物新的細(xì)胞物質(zhì)CO2、H2O生物殘?jiān)鼉?nèi)源呼吸分解合成微生物代謝所需要的幾個(gè)基本要素：能源；碳源；無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素N、P、S、K、Ca、Mg等；有時(shí)還需要一些特殊的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物（也稱(chēng)生長(zhǎng)因子，如維生素、生物素等）廢水生物處理中涉及的微生物代謝過(guò)程主要有：化能異養(yǎng)型代謝；化能自養(yǎng)型代謝；光合異養(yǎng)型代謝；光合自養(yǎng)型代謝。生物處理中的重要微生物細(xì)菌：細(xì)菌包括了真細(xì)菌(eubacteria

4、)和古細(xì)菌(archaebacteria)；是廢水生物處理工程中最主要的微生物；根據(jù)需氧情況不同：好氧細(xì)菌、兼性細(xì)菌和厭氧細(xì)菌；根據(jù)能源碳源利用情況的不同：光合細(xì)菌光能自養(yǎng)菌、光能異養(yǎng)菌；非光合細(xì)菌化能自養(yǎng)菌、化能異養(yǎng)菌；根據(jù)生長(zhǎng)溫度的不同：低溫菌(-10C15 C)、中溫菌(15 C 45 C)和高溫菌(45 C)真菌：真菌的三個(gè)主要特點(diǎn)：1)能在低溫和低pH值的條件生長(zhǎng)；2)在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)氮的要求較低（是一般細(xì)菌的1/2）；3)能降解纖維素。真菌在廢水處理中的應(yīng)用：1)處理某些特殊工業(yè)廢水；2)固體廢棄物的堆肥處理原生動(dòng)物、后生動(dòng)物：原生動(dòng)物主要以細(xì)菌為食；其種屬和數(shù)量隨處理出水的水質(zhì)而變

5、化，可作為指示生物。后生動(dòng)物以原生動(dòng)物為食；也可作為指示生物。1.2 生物處理法在廢水處理中的地位有機(jī)物在廢水中的存在形式及其主要去除方法：顆粒狀有機(jī)物(1mm)：可以采用機(jī)械沉淀法進(jìn)行去除的顆粒物；膠體狀有機(jī)物(1nm100nm)：不能采用機(jī)械沉淀法進(jìn)行去除的較小的有機(jī)顆粒物；溶解性有機(jī)物(40C 或 10C后，會(huì)有不利影響。3)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：細(xì)胞組成中，C、H、O、N約占9097%其余310%為無(wú)機(jī)元素，主要的是P。生活污水一般不需再投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；而某些工業(yè)廢水則需要， 一般對(duì)于好氧生物處理工藝，應(yīng)按BOD : N : P = 100 : 5 : 1 投加N和P。其它無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素：K、Mg、C

6、a、S、Na等；微量元素： Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；4) pH值：一般好氧微生物的最適宜pH在6.58.5之間；pH 4.5時(shí)，真菌將占優(yōu)勢(shì)，引起污泥膨脹；另一方面，微生物的活動(dòng)也會(huì)影響混合液的pH值。5)有毒物質(zhì)（抑制物質(zhì)）主要有：重金屬 蛋白質(zhì)的沉淀劑（變性；與-SH結(jié)合而失活） 氰化物； H2S； 鹵族元素及其化合物 酚、醇、醛 使蛋白質(zhì)變性或脫水 染料等；活性污泥系統(tǒng)中有毒物質(zhì)的最高允許濃度：有毒物質(zhì)允許濃度有毒物質(zhì)允許濃度銅化合物(以Cu計(jì))0.51.0苯10鋅化合物(以Zn計(jì))513氯苯10鎳化合物(以Ni計(jì))2對(duì)苯二酚15鉛化合物(以Pb計(jì))1.0間苯二酚450銻化合

7、物(以Sb計(jì))0.2鄰苯二酚100鎘化合物(以Cd計(jì))15間苯三酚100釩化合物(以V計(jì))5鄰苯三酚100銀化合物(以Ag計(jì))0.25苯胺100鉻化合物(以Cr計(jì))25二硝基甲苯12 (以Cr3+計(jì))2.7甲醛160 (以Cr6+計(jì))0.5乙醛1000硫化物(以S2-計(jì))525二甲苯7 (以H2S計(jì))20甲苯7氫氰酸氰化鉀18氯苯10硫氰化物36吡啶400砷化合物(以As3+計(jì))0.72.0烷基苯磺酸鹽15汞化合物(以Hg計(jì))0.5甘油56）有機(jī)負(fù)荷率：污水中的有機(jī)物本來(lái)是微生物的食物，但太多時(shí)，也會(huì)不利于微生物。7）氧化還原電位：好氧細(xì)菌： +300 400 mV， 至少要求大于+100 m

8、V。 厭氧細(xì)菌： 要求小于+100 mV，對(duì)于嚴(yán)格厭氧細(xì)菌，則-100 mV，甚至2.2)，所以有機(jī)底物非常豐富，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不是微生物增殖的控制因素；(1) 微生物的增長(zhǎng)速率與基質(zhì)濃度無(wú)關(guān)，呈零級(jí)反應(yīng)，它僅由微生物本身所特有的最小世代時(shí)間所控制，即只受微生物自身的生理機(jī)能的限制；(2) 微生物以最高速率對(duì)有機(jī)物進(jìn)行攝取，也以最高速率增殖，而合成新細(xì)胞；(3) 此時(shí)的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活動(dòng)能力很強(qiáng)，導(dǎo)致污泥質(zhì)地松散，不能形成較好的絮凝體，污泥的沉淀性能不佳；(4) 活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；(5) 一般不采用此階段作為運(yùn)行工況，但也有采用的，如高負(fù)荷活性污泥法。l 減

9、速增長(zhǎng)期:(1) F/M值下降到一定水平后，有機(jī)底物的濃度成為微生物增殖的控制因素；(2) 微生物的增殖速率與殘存的有機(jī)底物呈正比，為一級(jí)反應(yīng)；(3) 有機(jī)底物的降解速率也開(kāi)始下降；(4) 微生物的增殖速率在逐漸下降，直至在本期的最后階段下降為零，但微生物的量還在增長(zhǎng)；(5) 活性污泥的能量水平已下降，絮凝體開(kāi)始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均較好；(6) 由于殘存的有機(jī)物濃度較低，出水水質(zhì)有較大改善，并且整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；(7) 一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)活性污泥處理廠是將曝氣池的運(yùn)行工況控制在這一范圍內(nèi)的。l 內(nèi)源呼吸期:（1）內(nèi)源呼吸的速率在本期之初首次超過(guò)了合成速率，因此從整體上來(lái)說(shuō)，活

10、性污泥的量在減少，最終所有的活細(xì)胞將消亡，而僅殘留下內(nèi)源呼吸的殘留物，而這些物質(zhì)多是難于降解的細(xì)胞壁等；（2）污泥的無(wú)機(jī)化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較差；有機(jī)物基本消耗殆盡，處理水質(zhì)良好；（3）一般不采用這一階段作為運(yùn)行工況，但也有采用，如延時(shí)曝氣法。4、活性污泥增殖規(guī)律的應(yīng)用：(1) 活性污泥的增殖狀況，主要是由F/M值所控制；(2) 處于不同增長(zhǎng)期的活性污泥，其性能不同，處理出水的水質(zhì)也不同；(3) 可以通過(guò)調(diào)整F/M值，來(lái)調(diào)控曝氣池的運(yùn)行工況，以達(dá)到所要求的出水水質(zhì)和活性污泥的良好性能；(4) 推流式： 一段線段； 完全混合式： 一個(gè)點(diǎn)5、有機(jī)物降解與微生物增殖： 活性污泥微生物增

11、殖是微生物增殖和自身氧化(內(nèi)源呼吸)兩項(xiàng)作用的綜合結(jié)果，所以，微生物的凈增殖速率為： 式中：活性污泥微生物的凈增殖速率（）； 活性污泥微生物的合成速率； 降解每所產(chǎn)生的值，即產(chǎn)率系數(shù)（）； 活性污泥微生物自身氧化速率； 每每日自身氧化的數(shù)，即自身氧化系數(shù)（）； 。因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式: 積分后，得出活性污泥微生物在曝氣池內(nèi)每日得凈增長(zhǎng)量為: 式中: 每日污泥增長(zhǎng)量(),； ； 每日處理廢水量()； 進(jìn)水濃度(或)； 出水濃度(或)。l 的經(jīng)驗(yàn)值：(1) 對(duì)于生活污水活與之性質(zhì)相近的工業(yè)廢水，；(2) 幾種工業(yè)廢水的值:廢水合成纖維廢水0.380.10含酚廢水0.550.13制漿

12、與造紙廢水0.760.016制藥廢水0.77釀造廢水0.93亞硫酸漿粕廢水0.550.13l 通過(guò)小試求得：將上式改寫(xiě)為: 6、有機(jī)物降解與需氧: 微生物的代謝需要氧：(1)需要將一部分有機(jī)物氧化分解； (2)也需要對(duì)自身細(xì)胞的一部分物質(zhì)進(jìn)行自身氧化。 需氧量: 式中曝氣池混合液的需氧量，； 代謝每所需的氧量，； 每每天進(jìn)行自身氧化所需的氧量，。 上式可改寫(xiě)成: 或 其中: 單位重量污泥的需氧量，； 去除每的需氧量，。l 值的確定:(1) 活性污泥法處理城市污水時(shí)的和值:運(yùn)行方式DO2ab完全混合式0.71.10.420.11生物吸附法0.71.1傳統(tǒng)曝氣法0.81.1延時(shí)曝氣法1.41.80

13、.530.188(2)幾種工業(yè)廢水的值:廢水a(chǎn)b石油化工廢水0.750.16合成纖維廢水0.550.142含酚廢水0.56制漿與造紙廢水0.380.092制藥廢水0.350.354釀造廢水0.93漂染廢水0.50.60.065煉油廢水0.550.12亞硫酸漿粕廢水0.400.185(3)試驗(yàn)法:將上述方程式改寫(xiě)成: 7、活性污泥凈化反應(yīng)過(guò)程:BOD吸附降解曝氣過(guò)程在活性污泥處理系統(tǒng)中，有機(jī)底物從廢水中被去除的實(shí)質(zhì)就是有機(jī)底物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被活性污泥微生物攝取、代謝與利用的過(guò)程，這一過(guò)程的結(jié)果是污水得到了凈化，微生物獲得了能量而合成新的細(xì)胞，活性污泥得到了增長(zhǎng)。 一般將這整個(gè)凈化反應(yīng)過(guò)程分為三個(gè)階

14、段：初期吸附；微生物代謝；活性污泥的凝聚、沉淀與濃縮初期吸附: 在活性污泥系統(tǒng)內(nèi)，在污水開(kāi)始與活性污泥接觸后的較短時(shí)間(1030min)內(nèi)，由于活性污泥具有很大的表面積因而具有很強(qiáng)的吸附能力，因此在這很短的時(shí)間內(nèi)，就能夠去除廢水中大量的呈懸浮和膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物，使廢水的BOD5值(或COD值)大幅度下降。但這并不是真正的降解，隨著時(shí)間的推移，混合液的BOD5值會(huì)回升（由于胞外水解酶將吸附的非溶解狀態(tài)的有機(jī)物水解成為溶解性小分子后，部分有機(jī)物又進(jìn)入污水中使BOD值上升。此時(shí)，活性污泥微生物進(jìn)入營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩的對(duì)數(shù)增殖期，能量水平很高，微生物處于分散狀態(tài)，污水中存活著大量的游離細(xì)菌，也進(jìn)一步促使BO

15、D值上升 ），再之后，BOD5值才會(huì)逐漸下降（活性污泥微生物進(jìn)入減速增殖期和內(nèi)源呼吸期，BOD值又行緩慢下降）?；钚晕勰辔阶饔玫拇笮∨c很多因素有關(guān):1）廢水的性質(zhì)、特性：對(duì)于含有較高濃度呈懸浮或膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物的廢水，具有較好的效果；2)活性污泥的狀態(tài)：在吸附飽和后應(yīng)給以充分的再生曝氣，使其吸附功能得到恢復(fù)和增強(qiáng)，一般應(yīng)使活性污泥微生物進(jìn)入內(nèi)源代謝期。2.2.1.4 活性污泥系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式迄今為止，在活性污泥法工程領(lǐng)域，應(yīng)用著多種各具特色的運(yùn)行方式。主要有以下幾種：（一）傳統(tǒng)活性污泥法：1)主要優(yōu)點(diǎn)：a.處理效果好：BOD5的去除率可達(dá)90-95%；b.對(duì)廢水的處理程度比較靈活，可根

16、據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。2)主要問(wèn)題：a.為了避免池首端形成厭氧狀態(tài)，不宜采用過(guò)高的有機(jī)負(fù)荷，因而池容較大，占地面積較大；b.在池末端可能出現(xiàn)供氧速率高于需氧速率的現(xiàn)象，會(huì)浪費(fèi)了動(dòng)力費(fèi)用；c.對(duì)沖擊負(fù)荷的適應(yīng)性較弱。（二）完全混合活性污泥法1）主要特點(diǎn)：a.可以方便地通過(guò)對(duì)F/M的調(diào)節(jié)，使反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物降解反應(yīng)控制在最佳狀態(tài)；b.進(jìn)水一進(jìn)入曝氣池，就立即被大量混合液所稀釋?zhuān)詫?duì)沖擊負(fù)荷有一定的抵抗能力；c.適合于處理較高濃度的有機(jī)工業(yè)廢水。d.問(wèn)題：微生物對(duì)有機(jī)物的降解動(dòng)力低，易產(chǎn)生污泥膨脹；處理水水質(zhì)較差。2）主要結(jié)構(gòu)形式：a.合建式（曝氣沉淀池）：b.分建式（三）階段曝氣活性污泥法又稱(chēng)分段進(jìn)水

17、活性污泥法或多點(diǎn)進(jìn)水活性污泥法 工藝流程主要特點(diǎn)：a.廢水沿池長(zhǎng)分段注入曝氣池，有機(jī)物負(fù)荷分布較均衡，改善了供養(yǎng)速率與需氧速率間的矛盾，有利于降低能耗；b.廢水分段注入，提高了曝氣池對(duì)沖擊負(fù)荷的適應(yīng)能力。c.混合液中的活性污泥濃度沿池長(zhǎng)逐步降低，出流混合液的污泥較低，減輕二次沉淀池的負(fù)荷，有利于提高二次沉淀池固、液分離效果。（四）吸附再生活性污泥法又稱(chēng)生物吸附法或接觸穩(wěn)定法。主要特點(diǎn)是將活性污泥法對(duì)有機(jī)污染物降解的兩個(gè)過(guò)程吸附、代謝穩(wěn)定，分別在各自的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。1)主要優(yōu)點(diǎn)：a.廢水與活性污泥在吸附池的接觸時(shí)間較短，吸附池容積較小，再生池接納的僅是濃度較高的回流污泥，因此，再生池的容積也是小

18、的。吸附池與再生池容積只和仍低于傳統(tǒng)法曝氣池的容積，建筑費(fèi)用較低；b.具有一定的承受沖擊負(fù)荷的能力，當(dāng)吸附池的活性污泥遭到破壞時(shí)，可由再生池的污泥予以補(bǔ)充。2)主要缺點(diǎn)：對(duì)廢水的處理效果低于傳統(tǒng)法；對(duì)溶解性有機(jī)物含量較高的廢水，處理效果更差。（五）延時(shí)曝氣活性污泥法完全氧化活性污泥法1)主要特點(diǎn)：a.有機(jī)負(fù)荷率非常低，污泥持續(xù)處于內(nèi)源代謝狀態(tài)，剩余污泥少且穩(wěn)定，勿需再進(jìn)行處理；b.處理出水出水水質(zhì)穩(wěn)定性較好，對(duì)廢水沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性；c.在某些情況下，可以不設(shè)初次沉淀池。2)主要缺點(diǎn)：池容大、曝氣時(shí)間長(zhǎng)，建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都較高，而且占地大；一般適用于處理水質(zhì)要求高的小型城鎮(zhèn)污水和工業(yè)污水

19、，水量一般在1000m3/d以下。（六）高負(fù)荷活性污泥法又稱(chēng)短時(shí)曝氣法或不完全曝氣活性污泥法主要特點(diǎn)：有機(jī)負(fù)荷率高，曝氣時(shí)間短，對(duì)廢水的處理效果較低；在系統(tǒng)和曝氣池的構(gòu)造等方面與傳統(tǒng)法相同。（七）純氧曝氣活性污泥法主要特點(diǎn)：a.純氧中氧的分壓比空氣約高5倍，純氧曝氣可大大提高氧的轉(zhuǎn)移效率；b.氧的轉(zhuǎn)移率可提高到80-90%，而一般的鼓風(fēng)曝氣僅為10%左右；c.可使曝氣池內(nèi)活性污泥濃度高達(dá)40007000mg/l，能夠大大提高曝氣池的容積負(fù)荷；d.剩余污泥產(chǎn)量少，SVI值也低，一般無(wú)污泥膨脹之慮。（八）淺層低壓曝氣法又稱(chēng)Inka曝氣法1)理論基礎(chǔ)：只有在氣泡形成和破碎的瞬間，氧的轉(zhuǎn)移率最高，因此

20、，沒(méi)有必要延長(zhǎng)氣泡在水中的上升距離；2)其曝氣裝置一般安裝在水下0.80.9米處，因此可以采用風(fēng)壓在1米以下的低壓風(fēng)機(jī)，動(dòng)力效率較高，可達(dá)1.802.60kgO2/kw.h；3)其氧轉(zhuǎn)移率較低，一般只有2.5%；4)池中設(shè)有導(dǎo)流板，可使混合液呈循環(huán)流動(dòng)狀態(tài)。（九）深水曝氣活性污泥法1)主要特點(diǎn)：a.曝氣池水深在78m以上，b.由于水壓較大，氧的轉(zhuǎn)移率可以提高，相應(yīng)也能加快有機(jī)物的降解速率；c.占地面積較小。2)一般有兩種形式：a.深水中層曝氣法（空氣擴(kuò)散裝置設(shè)在深4m左右處）； b.深水深層曝氣法（空氣擴(kuò)散裝置仍設(shè)于池底部）。（十）深井曝氣活性污泥法又稱(chēng)超深水曝氣法1)工藝流程：一般平面呈圓形

21、，直徑約介于16m，深度一般為50150m。2)主要特點(diǎn)：a.氧轉(zhuǎn)移率高，約為常規(guī)法的10倍以上；b.動(dòng)力效率高，占地少，易于維護(hù)運(yùn)行；c.耐沖擊負(fù)荷，產(chǎn)泥量少；d.一般可以不建初次沉淀池；e.但受地質(zhì)條件的限制。各種活性污泥法的設(shè)計(jì)參數(shù)(處理城市污水,僅為參考值)設(shè)計(jì)參數(shù)傳統(tǒng)活性污泥法完全混合活性污泥法階段曝氣活性污泥法BOD5SS負(fù)荷(kgBOD5/kgMLSS.d)0.20.40.20.60.20.4容積負(fù)荷(kgBOD5/m3.d)0.30.6082.00.61.0污泥齡(d)515515515MLSS(mg/l)150030003000600020003500MLVSS(mg/l)1

22、20024002400480016002800回流比(%)2550251002575曝氣時(shí)間HRT(h)483538BOD5去除率(%)859585908590設(shè)計(jì)參數(shù)吸附再生活性污泥法延時(shí)曝氣活性污泥法高負(fù)荷活性污泥法BOD5SS負(fù)荷(kgBOD5/kgMLSS.d)0.20.60.050.151.55.0容積負(fù)荷(kgBOD5/m3.d)1.01.20.10.41.22.4污泥齡(d)51520300.252.5MLSS(mg/l)吸附池10003000再生池40001000030006000200500MLVSS(mg/l)吸附池8002400再生池3200800024004800160

23、400回流比(%)2510075100515曝氣時(shí)間HRT(h)吸附池0.51.0再生池3618481.53.0BOD5去除率(%)8090956075設(shè)計(jì)參數(shù)純氧曝氣活性污泥法深井曝氣活性污泥法BOD5SS負(fù)荷(kgBOD5/kgMLSS.d)0.41.01.01.2容積負(fù)荷(kgBOD5/m3.d)2.03.23.03.6污泥齡(d)5155MLSS(mg/l)60001000030005000MLVSS(mg/l)4000650024004000回流比(%)25504080曝氣時(shí)間HRT(h)1.53.01.02.0溶解氧濃度DO(mg/l)610SVI(ml/g)3050BOD5去除率

24、(%)759585902.2.1.5 活性污泥系統(tǒng)的曝氣一、曝氣池的型式與構(gòu)造(一)曝氣池的分類(lèi)：根據(jù)混合液在曝氣池內(nèi)的流態(tài)，可分為推流式、完全混合式和循環(huán)混合式三種；根據(jù)曝氣方式，可分為鼓風(fēng)曝氣池、機(jī)械曝氣池以及二者聯(lián)合使用的機(jī)械鼓風(fēng)曝氣池；根據(jù)曝氣池的形狀，可分為長(zhǎng)方廊道形、圓形、方形以及環(huán)狀跑道形等四種；根據(jù)曝氣池與二沉池之間的關(guān)系，可分為合建式（即曝氣沉淀池）和分建式兩種。(二)曝氣池的流態(tài)推流式、完全混合式、循環(huán)混合式1、推流式曝氣池2、完全混合式曝氣池3、循環(huán)混合式曝氣池：氧化溝(三)曝氣池的構(gòu)造 曝氣池在構(gòu)造上應(yīng)滿(mǎn)足曝氣充氧、混合的要求，因此，曝氣池的構(gòu)造首先取決于曝氣方式和所采

25、用的曝氣裝置。二、曝氣的原理、方法及設(shè)備(一)曝氣的原理1.曝氣的作用：充氧：向活性污泥微生物提供足夠的溶解氧，以滿(mǎn)足其在代謝過(guò)程中所需的氧量。攪動(dòng)混合：使活性污泥在曝氣池內(nèi)處于劇烈攪動(dòng)的懸浮狀態(tài)能夠與廢水充分接觸。2.氧轉(zhuǎn)移的理論基礎(chǔ)： 雙膜理論模型的示意圖：(或稱(chēng)氧轉(zhuǎn)移模式圖（雙膜理論）)邊界層紊流紊流層流層流ygyiCLCiPiPg液膜氣膜氣相主體液相主體 （1） 式中：氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)，h-1，此值表示在曝氣過(guò)程中氧的總傳遞性，當(dāng)傳遞過(guò)程中阻力大，則值低，反之則值高。的倒數(shù)1/KLa的單位為（h），它所表示的是曝氣池中溶解氧濃度從提高到Cs所需要的時(shí)間。為了提高dC/dt值，可以從兩方面考

26、慮：提高值加強(qiáng)液相主體的紊流程度，降低液膜厚度，加速氣、液界面的更新，增大氣、液接觸面積等。提高Cs值提高氣相中的氧分壓，如采用純氧曝氣、深井曝氣等。氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（）的求定：氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（）是計(jì)算氧轉(zhuǎn)移速率的基本參數(shù)，一般通過(guò)試驗(yàn)求得。將式（1）整理，得： （2），積分后得： （3），換成的以10為底，則 (4)，式中：C0當(dāng)t=0時(shí)，液體主體中的溶解氧濃度(mg/l)；Ct當(dāng)t=t時(shí)，液體主體中的溶解濃度(mg/l)；Cs是在實(shí)際水溫、當(dāng)?shù)貧鈮合氯芙庋踉谝合嘀黧w中飽和濃度(mg/l)。由式（4）可見(jiàn)與t之間存在著直線關(guān)系，直線的斜率即為KLa/2.3。測(cè)定值的方法與步驟如下：向受試清水中投加

27、Na2SO3和CoCl2，以脫除水中的氧；當(dāng)水中溶解氧完全脫除后，開(kāi)始曝氣充氧，一般每隔10分鐘取樣一次，取610次，測(cè)定水樣的溶解氧；計(jì)算值，繪制與t之間的關(guān)系曲線，直線的斜率即為KLa/2.3。3.氧轉(zhuǎn)移速率的影響因素： 標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速率指脫氧清水在20C和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下測(cè)得的氧轉(zhuǎn)移速率，一般以R0表示（kgO2/h）； 實(shí)際氧轉(zhuǎn)移速率以城市廢水或工業(yè)廢水為對(duì)象，按當(dāng)?shù)貙?shí)際情況（指水溫、氣壓等）進(jìn)行測(cè)定，所得到的為實(shí)際氧轉(zhuǎn)移速率，以R表示，單位為kgO2/h。影響氧轉(zhuǎn)移速率的主要因素：廢水水質(zhì)、水溫、氣壓等a. 水質(zhì)對(duì)氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLa）值的影響：廢水中的污染物質(zhì)將增加氧分子轉(zhuǎn)移的阻力，

28、使KLa值降低；為此引入系數(shù)a，對(duì)KLa值進(jìn)行修正： 式中 KLaw廢水中的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；a值可以通過(guò)試驗(yàn)確定，一般a = 0.80.85b. 水質(zhì)對(duì)飽和溶解氧濃度（Cs）的影響：廢水中含有的鹽分將使其飽溶解氧濃度降低，對(duì)此，以系數(shù)b加以修正：，式中Csw廢水的飽和溶解氧濃度，mg/l；b值一般介于0.90.97之間。c.水溫對(duì)氧總轉(zhuǎn)移系（KLa）的影響：水溫升高，液體的粘滯度會(huì)降低，有利于氧分子的轉(zhuǎn)移，因此KLa值將提高；水溫降低，則相反。溫度對(duì)KLa值的影響以下式表示： 式中 KLa（T）和KLa（20）分別為水溫TC和20C時(shí)的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；T設(shè)計(jì)水溫 C；d.水溫對(duì)水的飽和溶解氧化濃度

29、（Cs）的影響：水溫升高，Cs值就會(huì)下降，在不同溫度下，蒸餾水中的飽和溶解氧濃度可以從表中查出。e壓力對(duì)水中飽和溶解氧濃度（Cs）值的影響：壓力增高，Cs值提高，Cs值與壓力(P)之間存在著如下關(guān)系： ， 其中 ，對(duì)于鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，曝氣裝置是被安裝在水面以下，其Cs值以擴(kuò)散裝置出口和混合液表面兩處飽和溶解氧濃度的平均值Csm計(jì)算，如下所示：， 式中Ot從曝氣池逸出氣體中含氧量的百分率，%； 其中EA氧利用率，%，一般在6%12%之間；Pb安裝曝氣裝置處的絕對(duì)壓力，可以按下式計(jì)算：，P曝氣池水面的大氣壓力，P1.013105 Pa；H曝氣裝置距水面的距離，m。4. 氧轉(zhuǎn)移速率與供氣量的計(jì)算：A氧

30、轉(zhuǎn)移速率的計(jì)算：標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速度（R0）為： ，式中 CL水中的溶解氧濃度，對(duì)于脫氧清水CL=0; V曝氣池的體積，（m3）；為求得水溫為T(mén)，壓力為P條件下的廢水中的實(shí)際氧轉(zhuǎn)移速率（R），則需對(duì)上式加以修正，需引入各項(xiàng)修正系數(shù)，即：，因此，R0/R為： ，一般來(lái)說(shuō)：R0/R = 1.331.61。將上式重寫(xiě)： (24)，式中CL曝氣池混合液中的溶解氧濃度，一般按2mg/l來(lái)考慮。B.氧轉(zhuǎn)移效率與供氣量的計(jì)算：氧轉(zhuǎn)移效率：，式中 EA氧轉(zhuǎn)移效率，一般的百分比表示；OC供氧量，kgO2/h；，21%氧在容氣中的占的百分比； 1.33120C時(shí)氧的容重，kg/m3；Gs 供氧量，m3/h。供氣量Gs：

31、 （27） 對(duì)于鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，各種曝氣裝置的EA值是制造廠家通過(guò)清水試驗(yàn)測(cè)出的，隨產(chǎn)品向用戶(hù)提供； 對(duì)于機(jī)械曝氣系統(tǒng)，先求出的R0值，又稱(chēng)為充氧能力，廠家也會(huì)向用戶(hù)提供其設(shè)備的R0值。需氧量：活性污泥系統(tǒng)中的供氧速率與耗氧速率應(yīng)保持平衡，因此，曝氣池混合液的需氧量應(yīng)等于供氧量。需氧量是可以根據(jù)下式求得： (28)5曝氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般程序：A.鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)：求風(fēng)量即供氣量： 由式(28)求得需氧速率O2 根據(jù)供氧速率 =需氧速率，則有：R=O2，根據(jù)式（24）求得標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速率R0：，根據(jù)式（27）求得供氣量（m3/d） Gs (m3/min)；求要求的風(fēng)壓（風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓）：根據(jù)管路系統(tǒng)的沿程阻

32、力、局部阻力、靜水壓力再加上一定的余量，得到所要求的最小風(fēng)壓。根據(jù)風(fēng)量與風(fēng)壓選擇合適的風(fēng)機(jī)。 B.機(jī)械曝氣系統(tǒng)：充氧能力R0的計(jì)算：根據(jù)式（28）求得需氧量O2；R=O2；，進(jìn)而根據(jù)R0值選配合適的機(jī)械曝氣設(shè)備。(二)曝氣方法與設(shè)備1曝氣裝置的分類(lèi)：曝氣裝置，又稱(chēng)為空氣擴(kuò)散裝置，是活性污泥處理系統(tǒng)的重要設(shè)備，按曝氣方式可以將其分為鼓風(fēng)曝氣裝置和表面曝氣裝置兩種。技術(shù)性能指標(biāo)：動(dòng)力效率（Ep）：每消耗1度電轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量（kgO2/kw.h）；氧的利用率（EA）：又稱(chēng)氧轉(zhuǎn)移效率，是指通過(guò)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧量的百分比（%）；充氧能力（R0）：通過(guò)表面機(jī)械曝氣裝置在單位時(shí)

33、間內(nèi)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量（kgO2/h）。2鼓風(fēng)曝氣裝置：鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)、空氣輸送管道以及曝氣裝置所組成。鼓風(fēng)曝氣裝置可分為：（微）小氣泡型、中氣泡型、大氣泡型、水力剪切型、水力沖擊型等a. （微）小氣泡型曝氣裝置：由微孔透氣材料（陶土、氧化鋁、氧化硅或尼龍等）制成的擴(kuò)散板、擴(kuò)散盤(pán)和擴(kuò)散管等；氣泡直徑在2mm以下（氣泡在200mm以下者，為微孔）；氧的利用率較高，EA=1525%，動(dòng)力效率在2 kgO2/kw.h以上；缺點(diǎn)：易堵塞，空氣需經(jīng)過(guò)濾處理凈化，擴(kuò)散阻力大。b.中氣泡型曝氣裝置：氣泡直徑為26mm。穿孔管：新型中氣泡型曝氣裝置：c.水力剪切型空氣擴(kuò)散裝置：利用裝置本身的構(gòu)造特點(diǎn)，

34、產(chǎn)生水力剪切作用，將大氣泡切割成小氣泡，增加氣液接觸面積，達(dá)到提高效率的目的。固定螺旋曝氣器 d.水力沖擊型曝氣器：射流曝氣：分為自吸式和供氣式自吸式射流曝氣器由壓力管、噴嘴、吸氣管、混合室和出水管等組成；EA = 20%；噪音小，無(wú)需鼓風(fēng)機(jī)房；一般適用于小規(guī)模污水廠。3機(jī)械曝氣裝置，又稱(chēng)表面曝氣裝置a. 曝氣的原理：水躍曝氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，表面的混合液不斷地從周邊被拋向四周，形成水躍，液面被強(qiáng)烈攪動(dòng)而卷入空氣；提升曝氣機(jī)具有提升作用，使混合液連續(xù)地上下循環(huán)流動(dòng)，不斷更新氣液接觸界面，強(qiáng)化氣、液接觸；負(fù)壓吸氣曝氣器的轉(zhuǎn)動(dòng)，使其在一定部位形成負(fù)壓區(qū)，而吸入空氣。分類(lèi)：按轉(zhuǎn)動(dòng)軸的安裝形式，可分為豎軸式和

35、橫軸式兩大類(lèi)。豎軸式機(jī)械曝氣裝置：在我國(guó)常用的這類(lèi)曝氣裝置有：泵型葉輪曝氣器、K型葉輪曝氣器、倒傘型葉輪曝氣器和平板型葉輪曝氣器等四種。 例題1某城鎮(zhèn)污水量Q10000m3d，原污水經(jīng)初次沉淀池處理后BOD5值Sa 150mg/L，要求處理水BOD5值 Se1515mg/L，去除率90，求定鼓風(fēng)曝氣時(shí)的供氣量和采用機(jī)械曝氣時(shí)所需的充氧量。有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)為： 混合液活性污泥濃度(揮發(fā)性)Xv2000mg/L；曝氣池出口處溶解氧濃度 C=2mg/L；計(jì)算水溫25。 有關(guān)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)系數(shù)為：a0.5，b0.1；=0.85；=0.95；=1；EA=10。 經(jīng)計(jì)算曝氣池有效容積V3000m3，空氣擴(kuò)散裝置

36、安設(shè)在水下4.5m處。解(1)求定需氧量代入各值(2)計(jì)算曝氣池內(nèi)平均溶解氧飽和度，按公式計(jì)算，為此，確定式中各參數(shù)值：1)求定空氣擴(kuò)散裝置出口處的絕對(duì)壓力 Pb值，2)求定氣泡離開(kāi)池表面時(shí)，氧的百分比Ot值， 3)確定計(jì)算水溫20和25條件下的氧的飽和度、查表得： Cs(20)9.17mg/L Cs(25)=8.4mg/L 代入各值，得： (3)計(jì)算20時(shí)脫氧清水的需氧量，按公式 (4)計(jì)算供氣量，按公式 (5)求定采用表面機(jī)械曝氣時(shí)，所需的充氧量。1)計(jì)算20時(shí)脫氧清水的需氧量，按公式代人各值，得： 注意：表面機(jī)械曝氣時(shí)：C sm(T) =C s(T) ，不需要換算。 2）充氧量：充氧量=

37、需氧量 Qos=87.43Kg/h2.2.1.6 活性污泥法反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用l 活性污泥法反應(yīng)動(dòng)力學(xué):可以定量或半定量地揭示系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)物降解、污泥增長(zhǎng)、耗氧等作用與各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)以及環(huán)境因素之間的關(guān)系；它主要包括:(1) 基質(zhì)降解的動(dòng)力學(xué)，涉及基質(zhì)降解與基質(zhì)濃度、生物量等因素的關(guān)系；(2) 微生物增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，涉及微生物增長(zhǎng)與基質(zhì)濃度、生物量、增長(zhǎng)常數(shù)等因素的關(guān)系；(3) 還研究底物降解與生物量增長(zhǎng)、底物降解與需氧、營(yíng)養(yǎng)要求等的關(guān)系。在建立活性污泥法反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型時(shí),有以下假設(shè):(1) 除特別說(shuō)明外，都認(rèn)為反應(yīng)器內(nèi)物料是完全混合的，對(duì)于推流式曝氣系統(tǒng)，則是在此基礎(chǔ)上加以修正；(2) 活

38、性污泥系統(tǒng)的運(yùn)行條件絕對(duì)穩(wěn)定；(3) 二次沉淀池內(nèi)無(wú)微生物活動(dòng)，也無(wú)污泥累積并且水與固體分離良好；(4) 進(jìn)水基質(zhì)均為溶解性的，并且濃度不變，也不含微生物；(5) 系統(tǒng)中不含有毒物質(zhì)和抑制物質(zhì)。主要介紹： 勞倫斯麥卡蒂（LawrenceMcCarty）模式莫諾德（Monod）模式酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式（米門(mén)公式）（MichaelisMenton）(一)活性污泥反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)米門(mén)公式與莫諾德模式A.米門(mén)公式 MichaelisMenton提出酶的“中間產(chǎn)物”學(xué)說(shuō)，通過(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出了含單一基質(zhì)單一反應(yīng)的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式，即米門(mén)公式：式中：酶促反應(yīng)中產(chǎn)物生成的反應(yīng)速率； 產(chǎn)物生成的最高速率； 米氏常數(shù)（又稱(chēng)飽和常數(shù)，半速常數(shù)）； 基質(zhì)濃度。中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)：vmaxv=v