水污染控制工程 高廷耀 (下冊(cè)) 課后答案.doc

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【習(xí)題答案】水污染控制工程（下冊(cè)）.高廷耀，顧國維，周琪.高等教 第九章、污水水質(zhì)和污水出路（總論） 1． 簡(jiǎn)述水質(zhì)指標(biāo)在水體污染控制、污水處理工程設(shè)計(jì)中的作用。 答：水質(zhì)污染指標(biāo)是評(píng)價(jià)水質(zhì)污染程度、進(jìn)行污水處理工程設(shè)計(jì)、反映污水處理廠處理效果、開展水污染控制的基本依據(jù)。 污水的水質(zhì)污染指標(biāo)一般可分為物理指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)、生物指標(biāo)。 物理指標(biāo)包括：（1）水溫 （2）色度 （3） 臭味 （4）固體含量， 化學(xué)指標(biāo)包括： 有機(jī)指標(biāo)包括： (1)BOD：在水溫為20度的條件下,水中有機(jī)物被好養(yǎng)微生物分解時(shí)所需的氧量。 (2) COD：用化學(xué)氧化劑氧化水中有機(jī)污染物時(shí)所消耗的氧化劑量。 (3) TOD：由于有機(jī)物的主要元素是C、H、O、N、S等。被氧化后，分別產(chǎn)生CO2、H2O、NO2和SO2，所消耗的氧量稱為總需氧量。 (4) TOC：表示有機(jī)物濃度的綜合指標(biāo)。水樣中所有有機(jī)物的含碳量。 （5）油類污染物（6）酚類污染物（7）表面活性劑（8）有機(jī)酸堿（9）有機(jī)農(nóng)藥（10）苯類化合物 無機(jī)物及其指標(biāo)包括（1）酸堿度（2）氮、磷 （3）重金屬（4）無機(jī)性非金屬有害毒物 生物指標(biāo)包括：（1）細(xì)菌總數(shù)（2）大腸菌群（3）病毒 2． 分析總固體、溶解性固體、懸浮性固體及揮發(fā)性固體指標(biāo)之間的相互聯(lián)系，畫出這些指標(biāo)的關(guān)系圖。 答：水中所有殘?jiān)目偤头Q為總固體（TS），總固體包括溶解性固體（DS）和懸浮性固體（SS）。水樣經(jīng)過濾后，濾液蒸干所得的固體即為溶解性固體（DS），濾渣脫水烘干后即是懸浮固體（SS）。固體殘?jiān)鶕?jù)揮發(fā)性能可分為揮發(fā)性固體（VS）和固定性固體（FS）。將固體在600℃的溫度下灼燒，揮發(fā)掉的即市是揮發(fā)性固體（VS），灼燒殘?jiān)鼊t是固定性固體（FS）。溶解性固體一般表示鹽類的含量，懸浮固體表示水中不溶解的固態(tài)物質(zhì)含量，揮發(fā)性固體反映固體的有機(jī)成分含量。 關(guān)系圖：總固體=溶解性固體+懸浮固體=揮發(fā)性固體+固定性固體 3．生化需氧量、化學(xué)需氧量、總有機(jī)碳和總需氧量指標(biāo)的含義是什么？分析這些指標(biāo)之間的聯(lián)系與區(qū)別。 答：生化需氧量（BOD）：水中有機(jī)污染物被好氧微生物分解時(shí)所需的氧量稱為生化需氧量。 化學(xué)需氧量（COD）：在酸性條件下，用強(qiáng)氧化劑將有機(jī)物氧化為CO2、H2O所消耗的氧量。 總有機(jī)碳（TOC）：水樣中所有有機(jī)污染物的含碳量。 總需氧量（TOD）：有機(jī)物除碳外，還含有氫、氮、硫等元素，當(dāng)有機(jī)物全都被氧化時(shí)，碳被氧化為二氧化碳，氫、氮及硫則被氧化為水、一氧化氮、二氧化硫等，此時(shí)需氧量稱為總需氧量。 這些指標(biāo)都是用來評(píng)價(jià)水樣中有機(jī)污染物的參數(shù)。生化需氧量間接反映了水中可生物降解的有機(jī)物量?；瘜W(xué)需氧量不能表示可被微生物氧化的有機(jī)物量，此外廢水中的還原性無機(jī)物也能消耗部分氧?？傆袡C(jī)碳和總需氧量的測(cè)定都是燃燒化學(xué)法，前者測(cè)定以碳表示，后者以氧表示。TOC、TOD的耗氧過程與BOD 的耗氧過程有本質(zhì)不同，而且由于各種水樣中有機(jī)物質(zhì)的成分不同，生化過程差別也大。各種水質(zhì)之間TOC或TOD與BOD不存在固定關(guān)系。在水質(zhì)條件基本相同的條件下，BOD與TOD或TOC之間存在一定的相關(guān)關(guān)系。 它們之間的相互關(guān)系為：TOD > COD >BOD20>BOD5>OC 生物化學(xué)需氧量或生化需氧量（BOD）反映出微生物氧化有機(jī)物、直接地從衛(wèi)生學(xué)角度闡明被污染的程度?；瘜W(xué)需氧量COD的優(yōu)點(diǎn)是比較精確地表示污水中有機(jī)物的含量，測(cè)定時(shí)間僅僅需要數(shù)小時(shí)，并且不受水質(zhì)的影響。而化學(xué)需氧量COD則不能象BOD反映出微生物氧化有機(jī)物、直接地從衛(wèi)生學(xué)角度闡明被污染的程度。此外，污水中存在的還原性無機(jī)物（如硫化物）被氧化也需要消耗氧，以COD表示也存在一定的誤差。 兩者的差值大致等于難生物降解的有機(jī)物量。差值越大，難生物降解的有機(jī)物含量越多，越不宜采用生物處理法。兩者的比值可作為該污水是否適宜于采用生物處理的判別標(biāo)準(zhǔn)，比值越大，越容易被生物處理。 4．水體自凈有哪幾種類型？氧垂曲線的特點(diǎn)和使用范圍是什么？ 答：污染物隨污水排入水體后，經(jīng)過物理的、化學(xué)的與生物化學(xué)的作用，使污染的濃度降低或總量減少，受污染的水體部分地或完全地恢復(fù)原狀，這種現(xiàn)象稱為水體自凈或水體凈化。包括物理凈化、化學(xué)凈化和生物凈化。物理凈化指污染物質(zhì)由于稀釋、擴(kuò)散、沉淀或揮發(fā)等作用使河水污染物質(zhì)濃度降低的過程?；瘜W(xué)凈化指污染物質(zhì)由于氧化、還原、分解等作用使河水污染物質(zhì)濃度降低的過程。生物凈化指由于水中生物活動(dòng)，尤其是水中微生物對(duì)有機(jī)物的氧化分解作用而引起的污染物質(zhì)濃度降低的過程。 有機(jī)物排入河流后，經(jīng)微生物降解而大量消耗水中的溶解氧，使河水虧氧；另一方面，空氣中的氧通過河流水面不斷地溶入水中，使溶解氧逐步得到恢復(fù)。耗氧與虧氧是同時(shí)存在的， DO曲線呈懸索狀下垂，稱為氧垂直曲線。適用于一維河流和不考慮擴(kuò)散的情況下。 5．試論排放標(biāo)準(zhǔn)、水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)、環(huán)境容量之間的聯(lián)系。 答：環(huán)境容量是水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指定的基本依據(jù)，而水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)則是排放標(biāo)準(zhǔn)指定的依據(jù)。 排放標(biāo)準(zhǔn)是指最高允許的排放濃度,污水的排放標(biāo)準(zhǔn)分為一,二,三級(jí)標(biāo)準(zhǔn),而水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是用來評(píng)估水體的質(zhì)量和污染情況的,有地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),海洋水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)等,環(huán)境容量則是指環(huán)境在其自凈范圍類所能容納的污染物的最大量. 排放標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)自然界對(duì)于污染物自凈能力而定的，和環(huán)境容量有很大關(guān)系，環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)純生態(tài)環(huán)境為參照，根據(jù)各地情況不同而制定的。排水標(biāo)準(zhǔn)是排到環(huán)境中的污染物濃度、速率的控制標(biāo)準(zhǔn)；環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是水環(huán)境本身要求達(dá)到的指標(biāo)。水環(huán)境容量越大，環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)越低，排放標(biāo)準(zhǔn)越松，反之越嚴(yán)格。各類標(biāo)準(zhǔn)一般都是以濃度來衡量的，即某一時(shí)間取樣時(shí)符合標(biāo)準(zhǔn)則認(rèn)為合格達(dá)標(biāo)， 而環(huán)境容量是就某一區(qū)域內(nèi)一定時(shí)間內(nèi)可以容納的污染物總量而言的，他們是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的評(píng)價(jià)方法，某些時(shí)候，雖然達(dá)到了環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或是排水等標(biāo)準(zhǔn)，但可能事實(shí)上已經(jīng)超過了該區(qū)域的環(huán)境容量。 6．我國現(xiàn)行的排放標(biāo)準(zhǔn)有哪幾種？各標(biāo)準(zhǔn)的使用范圍及相互關(guān)系是什么？ 答：污水排放標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)控制形式可分為濃度標(biāo)準(zhǔn)和總量控制標(biāo)準(zhǔn)。 根據(jù)地域管理權(quán)限可分為國家排放標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)、地方排放標(biāo)準(zhǔn)。 濃度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了排出口向水體排放污染物的濃度限值，我國現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)都是濃度標(biāo)準(zhǔn)。總量控制標(biāo)準(zhǔn)是以水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)的水環(huán)境容量為依據(jù)而設(shè)定的，水體的環(huán)境質(zhì)量要求高，則環(huán)境容量小。國家排放標(biāo)準(zhǔn)按照污水去向，規(guī)定了水污染物最高允許排放濃度，適用于排污單位水污染物的排放管理，以及建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)、建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)設(shè)施設(shè)計(jì)、竣工驗(yàn)收以及投產(chǎn)后的排放管理。行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)各行業(yè)排放廢水的特點(diǎn)和治理技術(shù)水平制定的國家行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。地方標(biāo)準(zhǔn)是各省直轄市根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和管轄地水體污染控制需要制定的標(biāo)準(zhǔn)，地方標(biāo)準(zhǔn)可以增加污染物控制指標(biāo)數(shù)，但不能減少，可以提高對(duì)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，但不能降低標(biāo)準(zhǔn)。 第十章、污水的物理處理 1．試說明沉淀有哪幾種類型？各有何特點(diǎn)？并討論各種類型的內(nèi)在聯(lián)系與區(qū)別，各適用在哪些場(chǎng)合？ 自由沉淀：懸浮顆粒濃度不高；沉淀過程中懸浮固體之間互不干擾，顆粒各自單獨(dú)進(jìn)行沉淀, 顆粒沉淀軌跡呈直線。沉淀過程中,顆粒的物理性質(zhì)不變。發(fā)生在沉砂池中。 絮凝沉淀：懸浮顆粒濃度不高；沉淀過程中懸浮顆粒之間有互相絮凝作用，顆粒因相互聚集增大而加快沉降，沉淀軌跡呈曲線。沉淀過程中，顆粒的質(zhì)量、形狀、沉速是變化的?；瘜W(xué)絮凝沉淀屬于這種類型。 區(qū)域沉淀或成層沉淀：懸浮顆粒濃度較高（5000mg/L以上）；顆粒的沉降受到周圍其他顆粒的影響，顆粒間相對(duì)位置保持不變，形成一個(gè)整體共同下沉，與澄清水之間有清晰的泥水界面。二次沉淀池與污泥濃縮池中發(fā)生。 壓縮沉淀：懸浮顆粒濃度很高；顆粒相互之間已擠壓成團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，互相接觸，互相支撐，下層顆粒間的水在上層顆粒的重力作用下被擠出，使污泥得到濃縮。二沉池污泥斗中及濃縮池中污泥的濃縮過程存在壓縮沉淀。 聯(lián)系和區(qū)別：自由沉淀，絮凝沉淀，區(qū)域沉淀或成層沉淀，壓縮沉淀懸浮顆粒的濃度依次增大，顆粒間的相互影響也依次加強(qiáng)。 2．設(shè)置沉砂池的目的是什么？曝氣沉砂池的工作原理與平流式沉砂池有何區(qū)別？ 答：設(shè)置沉砂池的目的和作用：以重力或離心力分離為基礎(chǔ)，即將進(jìn)入沉砂池的污水流速控制在只能使相對(duì)密度大的無機(jī)顆粒下沉，而有機(jī)懸浮顆粒則隨水流帶走，從而能從污水中去除砂子、煤渣等密度較大的無機(jī)顆粒，以免這些雜質(zhì)影響后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行。 平流式沉砂池是一種最傳統(tǒng)的沉砂池，它構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，將進(jìn)入沉砂池的污水流速控制在只能使相對(duì)密度大的無機(jī)顆粒下沉，而有機(jī)懸浮顆粒則隨水流帶走，從而能從污水中去除砂子、煤渣等密度較大的無機(jī)顆粒。 曝氣沉砂池的工作原理：由曝氣以及水流的螺旋旋轉(zhuǎn)作用，污水中懸浮顆粒相互碰撞、摩擦，并受到氣泡上升時(shí)的沖刷作用，使粘附在砂粒上的有機(jī)污染物得以去除。曝氣沉砂池沉砂中含有機(jī)物的量低于5%；由于池中設(shè)有曝氣設(shè)備，它還具有預(yù)曝氣、脫臭、防止污水厭氧分解、除泡以及加速污水中油類的分離等作用。 3．水的沉淀法處理的基本原理是什么？試分析球形顆粒的靜水自由沉降（或上?。┑幕疽?guī)律，影響沉淀或上浮的因素有哪些？ 答：水的沉淀處理的基本原理是利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，水中懸浮顆粒的密度比水大，在重力作用下，懸浮物下沉而實(shí)現(xiàn)懸浮物與廢水分離?；疽?guī)律：靜水中懸浮顆粒開始沉降（或上?。r(shí),會(huì)受到重力、浮力、摩擦力的作用。剛開始沉降（或上?。r(shí)，因受重力作用產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng),經(jīng)過很短的時(shí)間后,顆粒的重力與水對(duì)其產(chǎn)生的阻力平衡時(shí), 顆粒即等速下沉。影響因素：顆粒密度，水流速度，池的表面積。 斯托克斯公式表明：（1）顆粒與水的密度差（ρs-ρ）愈大，沉速愈快，成正比關(guān)系。當(dāng)ρs＞ρ時(shí)，顆粒下沉；當(dāng)ρs＜ρ時(shí)，顆粒上??；當(dāng)ρs=ρ時(shí)，顆粒既不上浮也不下沉；（2）顆粒直徑愈大，沉速愈快，成正比的平方關(guān)系；（3）水的黏度愈小，沉速愈快，成反比關(guān)系。因水的黏度與水溫成反比，故提高水溫有利于加速沉淀。 5．已知某城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)平均流量為Q=20000m3/d，服務(wù)人口100000人，初沉污泥量按25g/（人?日），污泥含水率按97%計(jì)算，試為該處理站設(shè)計(jì)曝氣沉砂池和平流式沉淀池。 解：Qmax=20000/(24*3600)=0.23M3/S=833.3M3/H 曝氣式沉砂池：總有效容積：V=60*Qmax*t=60*0.23*2=27.6m3 池?cái)嗝婷娣e：A=Qmax/Vmin=0.23/0.08=2.88m2 池總寬度：B=A/Hmin=池長L=V/A=27.6/2.88=9.58m 所需曝氣量：q=60D*Qmax=60*0.23*0.2=2.76m3/min 平流式沉淀池：沉淀區(qū)表面積：A=Q(max)/q=833.3/2.5=333.3m2 沉淀區(qū)有效水深:h2=q*t=2.5*1=2.5m 沉淀區(qū)有效容積：V=A*h2=333.3/3=111.1m3 沉淀池長度：L=3.6*v*t=3.6*0.0005*3600=6.48m 沉淀區(qū)總寬度：B=A/L=333.3/6.48=51.44m 沉淀池?cái)?shù)量：n=B/b=51.44/40>1,取2 污泥區(qū)容積V=(S*N*T)/1000=(20000*1000*4*3%)/24*1000=100m2 沉淀池總高度：H=h1+h2+h3+h4=0.3+2.5+0.3+2.1=5.2m (S1=25m2? S2=1m2? h4’=0.35m? h4’’=1.75m? L1=1.5m? L2=0.3m) 貯泥池容積：V=1/3*h4’(S1+S2+ )=3.61m3 貯泥池以上梯形部分污泥容積：V=(L1/2+L2/2)*h4’’*b=63m3 6．加壓溶氣氣浮的基本原理是什么？有哪幾種基本流程與溶氣方式？各有何特點(diǎn)？ 加壓溶氣氣浮法的基本原理是空氣在加壓條件下溶于水中，再使壓力降至常壓，把溶解的過飽和空氣以微氣泡的形式釋放出來。 其工藝流程有全溶氣流程、部分溶氣流程和回流加壓溶氣流程3種；溶氣方式可分為水泵吸水管吸氣溶氣方式、水泵壓水管射流溶氣方式和水泵－空壓機(jī)溶氣方式。 全溶氣流程是將全部廢水進(jìn)行加壓溶氣，再經(jīng)減壓釋放裝置進(jìn)入氣浮池進(jìn)行固液分離，與其它兩流程相比，其電耗高，但因不另加溶氣水，所以氣浮池容積??；部分溶氣流程是將部分廢水進(jìn)行加壓溶氣，其余廢水直接送入氣浮池，該流程比全溶氣流程省電，另外因部分廢水經(jīng)溶氣罐，所以溶氣罐的容積比較小，但因部分廢水加壓溶氣所能提供的空氣量較少，因此，若想提供同樣的空氣量，必須加大溶氣罐的壓力；回流加壓溶氣流程將部分出水進(jìn)行回流加壓，廢水直接送入氣浮池，該法適用于含懸浮物濃度高的廢水的固液分離，但氣浮池的容積較前兩者大。 水泵吸水管吸氣溶氣方式設(shè)備簡(jiǎn)單，不需空壓機(jī)，沒有空壓機(jī)帶來的噪聲；水泵壓水管射流溶氣方式是利用在水泵壓水管上安裝的射流器抽吸空氣，其缺點(diǎn)是射流器本身能量損失大一般約30％，若采用空氣內(nèi)循環(huán)和水內(nèi)循環(huán)，可以大大降低能耗，達(dá)到水泵－空壓機(jī)溶氣方式的能耗水平；水泵－空壓機(jī)溶氣方式溶解的空氣由空壓機(jī)提供，壓力水可以分別進(jìn)入溶氣罐，也有將壓縮空氣管接在水泵壓入泵上一起進(jìn)入溶氣罐的。 目前常用的溶氣方式是水泵－空壓機(jī)溶氣方式。 7．微氣泡與懸浮顆粒相黏附的基本條件是什么？有哪些影響因素？如何改善微氣泡與顆粒的黏附性能？ 答：微氣泡與懸浮顆粒相粘附的基本條件是水中顆粒的潤濕接觸角大于90度，即為疏水表面，易于為氣泡粘附或者水的表面張力較大，接觸即角較大，也有利于氣粒結(jié)合。 影響微氣泡與懸浮顆粒相粘附的因素有：界面張力、接觸角和體系界面自由能，氣－粒氣浮體的親水吸附和疏水吸附，泡沫的穩(wěn)定性等。 在含表面活性物質(zhì)很少的廢水中加入起泡劑，可以保證氣浮操作中泡沫的穩(wěn)定性，從而增強(qiáng)微氣泡和顆粒的粘附性能。 8．氣固比的定義是什么？如何確定適當(dāng)?shù)臍夤瘫龋? 答：氣固比（а）的定義是溶解空氣量（A）與原水中懸浮固體含量（S）的比值，可用下式表示： 氣固比即溶解空氣量與原水中懸浮固體含量的比值。 氣固比的選用涉及到出水水質(zhì)、設(shè)備、動(dòng)力等因素。從節(jié)能考慮并達(dá)到理想的氣浮分離效果，應(yīng)對(duì)所處理的廢水進(jìn)行氣浮試驗(yàn)來確定氣固比，如無資料或無實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，一般取用0.005～0.006，廢水懸浮固體含量高時(shí)，可選用上限，低時(shí)選用下限。剩余污泥氣浮濃縮使氣固比一般采用0.03～0.04。 9．在廢水處理中，氣浮法與沉淀法相比較，各有何缺點(diǎn)？ 氣浮法：能夠分離那些顆粒密度接近或者小于水的細(xì)小顆粒，適用于活性污泥絮體不易沉淀或易于產(chǎn)生膨脹的情況，但是產(chǎn)生微細(xì)氣泡需要能量，經(jīng)濟(jì)成本較高。 沉淀法：能夠分離那些顆粒密度大于水能沉降的顆粒，而且固液的分離一般不需要能量，但是一般沉淀池的占地面積較大。 沉淀法它是利用水中懸浮顆粒的可沉淀性能在重力場(chǎng)的作用下，以達(dá)到固液分離的一種過程。主要去除污水中的無機(jī)物，以及某些比重較大的顆粒物質(zhì)。浮上法是一種有效的固—液和液—液分離方法，特別對(duì)那些顆粒密度或接近或小于水的以及非常細(xì)小顆粒，更具有特殊優(yōu)點(diǎn)。與氣浮法相比較，沉淀法的優(yōu)點(diǎn)是這一物理過程簡(jiǎn)便易行，設(shè)備簡(jiǎn)單，固液分離效果良好。與沉淀法相比較氣浮法的優(yōu)點(diǎn)：1）氣浮時(shí)間短，一般只需要15分鐘左右，去除率高；2）對(duì)去除廢水中的纖維物質(zhì)特別有效，有利于提高資源利用率，效益好；3）應(yīng)用范圍廣。它們?nèi)秉c(diǎn)是都有局限性，單一化。 11．如何改進(jìn)及提高沉淀或氣浮分離效果？ 答：由式 可知，通過采取相應(yīng)的措施，增大懸浮顆粒的直徑，減小流體的黏度等都能提高沉淀或氣浮分離效果。如：通過混凝處理增大顆粒粒徑，提高水溫以減小水的黏度。另外，也可以減小氣泡直徑來提高氣浮分離效果。 為了提高氣浮的分離效果，要保持水中表面活性物質(zhì)的含量適度，對(duì)含有細(xì)分散親水性顆粒雜質(zhì)的工業(yè)廢水，采用氣浮法處理時(shí)，除應(yīng)用投加電解質(zhì)混凝劑進(jìn)行電中和方法外，還可用向水中投加浮選劑，使顆粒的親水性表面改變?yōu)槭杷?，使其能與氣泡粘附。 影響沉淀分離效果的因素有沿沉淀池寬度方向水流速度分布的不均勻性和紊流對(duì)去除率的影響，其中寬度方向水流速度分布的不均勻性起主要作用。所以為了提高沉淀的分離效果，在沉淀池的設(shè)計(jì)過程中，為了使水流均勻分布，應(yīng)嚴(yán)格控制沉淀區(qū)長度，長寬比，長深比。 第十一章、污水的生物處理基本概念 1．簡(jiǎn)述好氧和厭氧生物處理有機(jī)污水的原理和使用條件。 答：好氧生物處理：在有游離氧（分子氧）存在的條件下，好氧微生物降解有機(jī)物，使其穩(wěn)定、無害化的處理方法。微生物利用廢水中存在的有機(jī)污染物（以溶解狀與膠體狀的為主），作為營養(yǎng)源進(jìn)行好氧代謝。這些高能位的有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過一系列的生化反應(yīng)，逐級(jí)釋放能量，最終以低能位的無機(jī)物質(zhì)穩(wěn)定下來，達(dá)到無害化的要求，以便返回自然環(huán)境或進(jìn)一步處置。適用于中、低濃度的有機(jī)廢水，或者說BOD5濃度小于500mg/L的有機(jī)廢水。 厭氧生物處理：在沒有游離氧存在的條件下，兼性細(xì)菌與厭氧細(xì)菌降解和穩(wěn)定有機(jī)物的生物處理方法。在厭氧生物處理過程中，復(fù)雜的有機(jī)化合物被降解、轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的化合物，同時(shí)釋放能量。適用于有機(jī)污泥和高濃度有機(jī)廢水（一般BOD5≥2000mg/L）。? 2．某種污水在一連續(xù)進(jìn)水和完全均勻混合的反應(yīng)器進(jìn)行處理，假設(shè)反應(yīng)是不可逆的，且符合一級(jí)反應(yīng)（v=kSA），反應(yīng)速率常數(shù)k為0.5d-1,求解當(dāng)反應(yīng)池容積為20 m3、反應(yīng)效率為98%時(shí)，該反應(yīng)器能夠處理的污水流量為多大？ 解：設(shè)Q為污水流量，S為底物濃度：則Q*S=20*v=k*S*20 則:Q=20k=0.15*20=3m3/d??? Q(實(shí))=Q/98%=3.06m3/d 3．簡(jiǎn)述城鎮(zhèn)污水生物脫氮過程的基本步驟。 答：微生物經(jīng)氨化反應(yīng)分解有機(jī)氮化合物生成NH3,再在亞硝化菌和硝化菌的作用下，經(jīng)硝化反應(yīng)生成（亞）硝酸鹽，最后經(jīng)反硝化反應(yīng)將（亞）硝酸鹽還原為氮?dú)?。?dāng)進(jìn)水氨氮濃度較低時(shí)，同化作用也可能成為脫氮的主要途徑。 污水生物脫氮過程氮的轉(zhuǎn)化主要包括氨化、硝化和反硝化作用。 （1）氨化：微生物分解有機(jī)氮化合物產(chǎn)生氨的過程稱為氨化反應(yīng)。在氨化微生物作用下，有機(jī)氮化合物在好氧或厭氧條件下分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮。 （2）硝化反應(yīng)：在亞硝化菌和硝化菌的作用下，將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽（NO2-—）和硝酸鹽（NO3-）。 （3）反硝化反應(yīng)：在缺氧條件下，NO2-和NO3-在反硝化菌的作用下被還原為氮?dú)狻? 4．簡(jiǎn)述生物除磷的原理。 答：在厭氧－好氧交替運(yùn)行的系統(tǒng)中，得用聚磷微生物具有的厭氧釋磷及好氧超量吸磷的特性，使好氧段中混合液磷的濃度大量降低，最終通過排放含有大量富磷污泥而達(dá)到從污水中除磷的目的。 第十二章、活性污泥法 1．活性污泥法的基本概念和基本流程是什么？ 答：活性污泥是指由細(xì)菌、菌膠團(tuán)、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等微生物群體及吸附的污水中有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)組成的、有一定活力的、具有良好的凈化污水功能的絮絨狀污泥。 活性污泥法是利用懸浮生長的微生物絮體處理有機(jī)廢水一類好氧生物的處理方法。 活性污泥法處理流程包括曝氣池、沉淀池、污泥回流及剩余污泥排除系統(tǒng)等基本組成部分。 活性污泥法處理流程具體流程見下圖： 廢水經(jīng)過預(yù)處理后，進(jìn)入曝氣池與池內(nèi)的活性污泥混合成混合液，并在池內(nèi)充分曝氣，一方面使活性污泥處于懸浮狀態(tài)，廢水與活性污泥充分接觸；另一方面，通過曝氣，向活性污泥供氧，保持好氧條件，保證微生物的正常生長。廢水中有機(jī)物在曝氣池內(nèi)被活性污泥吸附、吸收和氧化分解后，混合液進(jìn)入二次沉淀池，進(jìn)行固液分離，凈化的廢水排出。大部分二沉池的沉淀污泥回流到曝氣池進(jìn)口，與進(jìn)入曝氣池的廢水混合。 2．常用的活性污泥法曝氣池的基本形式有哪些？ 答：曝氣池實(shí)質(zhì)上是一個(gè)反應(yīng)器，它的池型與所需的水力特征及反應(yīng)要求密切相關(guān)，主要分為推流式、完全混合式、封閉環(huán)流式及續(xù)批式四大類。 推流式曝氣池：污水及回流污泥一般從池體的一端進(jìn)入，水流呈推流型，底物濃度在進(jìn)口端最高，沿池長逐漸降低，至池出口端最低。 完全混合式曝氣池：污水一進(jìn)入曝氣反應(yīng)池，在曝氣攪拌作用下立即和全池混合，曝氣池內(nèi)各點(diǎn)的底物濃度、微生物濃度、需氧速率完全一致。 封閉環(huán)流式反應(yīng)池：結(jié)合了推流和完全混合兩種流態(tài)的特點(diǎn)，污水進(jìn)入反應(yīng)池后，在曝氣設(shè)備的作用下被快速、均勻地與反應(yīng)器中混合液進(jìn)行混合，混合后的水在封閉的溝渠中循環(huán)流動(dòng)。封閉環(huán)流式反應(yīng)池在短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)推流式，而在長時(shí)間內(nèi)則呈現(xiàn)完全混合特征。 序批式反應(yīng)池（SBR）：屬于“注水--反應(yīng)—排水”類型 的反應(yīng)器，在流態(tài)上屬于完全混合，但有機(jī)污染物卻是隨著反應(yīng)時(shí)間的推移而被降解的。其操作流程由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置五個(gè)基本過程組成，從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個(gè)周期，所有處理過程都是在同一個(gè)設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行，混合液始終留在池中，從而不需另外設(shè)置沉淀池。 3．活性污泥法有哪些主要運(yùn)行方式？各運(yùn)行方式有何特點(diǎn)？ 答：傳統(tǒng)推流式：污水和回流污泥在曝氣池的前端進(jìn)入，在池內(nèi)呈推流式流動(dòng)至池的末端，充氧設(shè)備沿池長均勻布置，會(huì)出現(xiàn)前半段供氧不足，后半段供氧超過需要的現(xiàn)象。 漸減曝氣法：漸減曝氣布置擴(kuò)散器，使布?xì)庋爻踢f減，而總的空氣量有所減少，這樣可以節(jié)省能量，提高處理效率。 分步曝氣：采用分點(diǎn)進(jìn)水方式，入流污水在曝氣池中分3—4點(diǎn)進(jìn)入，均衡了曝氣池內(nèi)有機(jī)污染物負(fù)荷及需氧率，提高了曝氣池對(duì)水質(zhì)、水量沖擊負(fù)荷的能力。 完全混合法：進(jìn)入曝氣池的污水很快被池內(nèi)已存在的混合液所稀釋、均化，入流出現(xiàn)沖擊負(fù)荷時(shí)，池液的組成變化較小，即該工藝對(duì)沖擊負(fù)荷具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力；污水在曝氣池內(nèi)分布均勻，F(xiàn)/M值均等，各部位有機(jī)污染物降解工況相同，微生物群體的組成和數(shù)量幾近一致；曝氣池內(nèi)混合液的需氧速率均衡。 淺層曝氣法：其特點(diǎn)為氣泡形成和破裂瞬間的氧傳遞速率是最大的。在水的淺層處用大量空氣進(jìn)行曝氣，就可以獲得較高的氧傳遞速率。 深層曝氣法：在深井中可利用空氣作為動(dòng)力，促使液流循環(huán)。并且深井曝氣池內(nèi)，氣液紊流大，液膜更新快，促使KLa值增大，同時(shí)氣液接觸時(shí)間延長，溶解氧的飽和度也由深度的增加而增加。 高負(fù)荷曝氣法：在系統(tǒng)與曝氣池構(gòu)造方面與傳統(tǒng)推流式活性污泥方相同，但曝氣停留時(shí)間公1.5－3.0小時(shí)，曝氣池活性污泥外于生長旺盛期。主要特點(diǎn)是有機(jī)容積負(fù)荷或污泥負(fù)荷高，但處理效果低。 克勞斯法：把厭氧消化的上清液加到回流污泥中一起曝氣，然后再進(jìn)入曝氣池，克服了高碳水化合物的污泥膨脹問題。而且消化池上清液中富有氨氮，可以供應(yīng)大量碳水化合物代謝所需的氮。消化池上清液夾帶的消化污泥相對(duì)密度較大，有改善混合液沉淀性能的功效。 延時(shí)曝氣法：曝氣時(shí)間很長，活性污泥在時(shí)間和空間上部分處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)，剩余污泥少而穩(wěn)定，無需消化，可直接排放。本工藝還具有處理過程穩(wěn)定性高，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)、水量變化適應(yīng)性強(qiáng)，不需要初沉池等優(yōu)點(diǎn)。 接觸穩(wěn)定法：混合液的曝氣完成了吸附作用，回流污泥的曝氣完成穩(wěn)定作用。本工藝特點(diǎn)是污水與活性污泥在吸附池內(nèi)吸附時(shí)間較短，吸附池容積較小，再生池的容積也較小，另外其也具有一定的抗沖擊負(fù)荷能力。 氧化溝：氧化溝是延時(shí)曝氣法的一種特殊形式，它的池體狹長，池深較淺，在溝槽中設(shè)有表面曝氣裝置。曝氣裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)溝內(nèi)液體迅速流動(dòng)，具有曝氣和攪拌兩個(gè)作用， 使活性污泥呈懸浮狀態(tài)。 純氧曝氣法：純氧代替空氣，可以提高生物處理的速度。在密閉的容器中，溶解氧的飽和度可提高，氧溶解的推動(dòng)力也隨著提高，氧傳遞速率增加了，因而處理效果好，污泥的沉淀性也好。 吸附－生物降解工藝；處理效果穩(wěn)定，具有抗沖擊負(fù)荷和pH變化的能力。該工藝還可以根據(jù)經(jīng)濟(jì)實(shí)力進(jìn)行分期建設(shè)。 序批式活性污泥法:工藝系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，不設(shè)二沉池，曝氣池兼具二沉池的功能，無污泥回流設(shè)備；耐沖擊負(fù)荷，在一般情況下（包括工業(yè)污水處理）無需設(shè)置調(diào)節(jié)池；反應(yīng)推動(dòng)力大,易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質(zhì)；運(yùn)行操作靈活，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)各單元操作的狀態(tài)可達(dá)到脫氮除磷的效果；污泥沉淀性能好,SVI值較低,能有效地防止絲狀菌膨脹；該工藝的各操作階段及各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)可通過計(jì)算機(jī)加以控制，便于自控運(yùn)行，易于維護(hù)管理。 4．解釋污泥泥齡的概念，說明它在污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理中的作用。 答：污泥泥齡即生物固體停留時(shí)間，其定義為在處理系統(tǒng)（曝氣池）中微生物的平均停留時(shí)間。在工程上，就是指反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)微生物總量與每日排出的剩余微生物量的比值?；钚晕勰嗄帻g是活性污泥處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)\運(yùn)行的重要參數(shù)。在曝氣池設(shè)計(jì)中的活性污泥法，即是因?yàn)槌鏊|(zhì)、曝氣池混合液污泥濃度、污泥回流比等都與污泥泥齡存在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，由活性污泥泥齡即可計(jì)算出曝氣池的容積。而在剩余污泥的計(jì)算中也可根據(jù)污泥泥齡直接計(jì)算每天的剩余污泥。而在活性污泥處理系統(tǒng)運(yùn)行管理過程中，污泥泥齡也會(huì)影響到污泥絮凝的效果。另外污泥泥齡也有助于進(jìn)步了解活性污泥法的某些機(jī)理，而且還有助于說明活性污泥中微生物的組成。 5．從氣體傳遞的雙膜理論，分析氧傳遞的主要影響因素。 答：氣體傳遞的雙膜理論的基點(diǎn)是認(rèn)為在氣液界面存在著二層膜（即氣膜和液膜）這一物理現(xiàn)象。這兩層薄膜使氣體分子從一相進(jìn)入另一相時(shí)受到了阻力。當(dāng)氣體分子從氣相向液相傳遞時(shí)，若氣體的溶解度低，則阻力主要來自液膜。 影響氧傳遞的因素主要有如下： 污水水質(zhì)：水中各種雜質(zhì)如某些表面活性物質(zhì)會(huì)在氣液界面處集中，形成一層分子膜，增加了氧傳遞的陰力，影響了氧分子的擴(kuò)散。 水溫：水溫對(duì)氧的轉(zhuǎn)移影響較大，水溫上升，水的黏度降低，液膜厚度減小，擴(kuò)散系數(shù)提高，反之，擴(kuò)散系數(shù)降低。 氧分壓：氣相中的氧分壓直接影響到氧傳遞的速率。氣相中氧分壓增大，則傳遞速率加快，反之，則速率降低。 總的來說，氣相中氧分壓、液相中氧的濃度梯度、氣液間的接觸面積和接觸時(shí)間、水溫、污水的性質(zhì)、水流的紊流程度等因素都影響著氧的轉(zhuǎn)移速率。 6．生物脫氮、除磷的環(huán)境條件要求和主要影響因素是什么？說明主要生物脫氮、除磷工藝的特點(diǎn)。 答：生物脫氮、除磷影響因素有：（1）環(huán)境因素，如溫度、pH、DO；（2）工藝因素，如污泥泥齡、各反應(yīng)區(qū)的水力停留時(shí)間、二沉池的沉淀效果；（3）污水成分，如污水中易降解有機(jī)物濃度，BOD5與N、P的比值等。 生物脫氮流程中必須設(shè)置氨氮硝化的好氧區(qū)，好氧區(qū)的水力停留時(shí)間和污泥齡必須滿足氨氮硝化的要求，，污泥齡通常大于6d，同時(shí)還應(yīng)具備缺氧區(qū)或缺氧時(shí)間段以完成生物反硝化過程，在缺氧區(qū)不僅需要供給硝酸鹽溶液，還需要提供碳源作為反硝化過程的電子供體，常用的作為電子供體的有機(jī)物為入流污水中的有機(jī)物。碳源不足時(shí)需另外投加碳源。 硝化過程的影響因素： （a）好氧環(huán)境條件，并保持一定的堿度：硝化菌為了獲得足夠的能量用于生長，必須氧化大量的NH3和NO2-，氧是硝化反應(yīng)的電子受體，反應(yīng)器內(nèi)溶解氧含量的高低，必將影響硝化反應(yīng)的進(jìn)程，在硝化反應(yīng)的曝氣池內(nèi)，溶解氧含量不得低于1mg/L，多數(shù)學(xué)者建議溶解氧應(yīng)保持在1.2~2.0mg/L。 在硝化反應(yīng)過程中，釋放H+，使pH下降，硝化菌對(duì)pH的變化十分敏感，為保持適宜的pH，應(yīng)當(dāng)在污水中保持足夠的堿度，以調(diào)節(jié)pH的變化，lg氨態(tài)氮（以N計(jì)）完全硝化，需堿度（以CaCO3計(jì)）7.14g。對(duì)硝化菌的適宜的pH為8.0~8.4。 （b）混合液中有機(jī)物含量不應(yīng)過高：硝化菌是自養(yǎng)菌，有機(jī)基質(zhì)濃度并不是它的增殖限制因素，若BOD值過高，將使增殖速度較快的異養(yǎng)型細(xì)菌迅速增殖，從而使硝化菌不能成為優(yōu)勢(shì)種屬。 （c）硝化反應(yīng)的適宜溫度是20~30℃，15℃以下時(shí)，硝化反應(yīng)速度下降，5℃時(shí)完全停止。 （d）硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，即生物固體平均停留時(shí)間（污泥齡）SRTn，必須大于其最小的世代時(shí)間，否則將使硝化菌從系統(tǒng)中流失殆盡，一般認(rèn)為硝化菌最小世代時(shí)間在適宜的溫度條件下為3d。SRTn值與溫度密切相關(guān)，溫度低，SRTn取值應(yīng)相應(yīng)明顯提高。 （e）除有毒有害物質(zhì)及重金屬外，對(duì)硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用的物質(zhì)還有高濃度的NH4-N、高濃度的NOx-N、高濃度的有機(jī)基質(zhì)、部分有機(jī)物以及絡(luò)合陽離子等。 反硝化反應(yīng)： 反硝化過程的影響因素： （a）碳源：能為反硝化菌所利用的碳源較多，從污水生物脫氮考慮，可有下列三類：一是原污水中所含碳源，對(duì)于城市污水，當(dāng)原污水BOD5/TKN>3~5時(shí),即可認(rèn)為碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），因?yàn)榧状急环纸夂蟮漠a(chǎn)物為CO2和H2O，不留任何難降解的中間產(chǎn)物；三是利用微生物組織進(jìn)行內(nèi)源反硝化。 （b）pH：對(duì)反硝化反應(yīng)，最適宜的pH是6.5~7.5。pH高于8或低于6，反硝化速率將大為下降。 （c）溶解氧濃度：反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在無分子氧同時(shí)存在硝酸根離子和亞硝酸根離子的條件下，它們能夠利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，使硝酸鹽還原。另一方面，反硝化菌體內(nèi)的某些酶系統(tǒng)組分，只有在有氧條件下，才能夠合成。這樣，反硝化反應(yīng)宜于在缺氧、好氧條件交替的條件下進(jìn)行，溶解氧應(yīng)控制在0.5 mg/L以下。 （d）溫度：反硝化反應(yīng)的最適宜溫度是20~40℃，低于15℃反硝化反應(yīng)速率最低。為了保持一定的反硝化速率，在冬季低溫季節(jié)，可采用如下措施：提高生物固體平均停留時(shí)間；降低負(fù)荷率；提高污水的水力停留時(shí)間。 (2) 生物脫氮工藝 （a）三段生物脫氮工藝： 將有機(jī)物氧化、硝化以及反硝化段獨(dú)立開來，每一部分都有其自己的沉淀池和各自獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)。 （b）Bardenpho生物脫氮工藝： 設(shè)立兩個(gè)缺氧段，第一段利用原水中的有機(jī)物為碳源和第一好氧池中回流的含有硝態(tài)氮的混合液進(jìn)行反硝化反應(yīng)。為進(jìn)一步提高脫氮效率，廢水進(jìn)入第二段反硝化反應(yīng)器，利用內(nèi)源呼吸碳源進(jìn)行反硝化。曝氣池用于吹脫廢水中的氮?dú)猓岣呶勰嗟某两敌阅?，防止在二沉池發(fā)生污泥上浮現(xiàn)象。 （c）缺氧——好氧生物脫氮工藝： 該工藝將反硝化段設(shè)置在系統(tǒng)的前面，又稱前置式反硝化生物脫氮系統(tǒng)。反硝化反應(yīng)以水中的有機(jī)物為碳源，曝氣池中含有大量的硝酸鹽的回流混合液，在缺氧池中進(jìn)行反硝化脫氮。 生物除磷過程需設(shè)置厭氧區(qū)和好氧區(qū)，同時(shí)活性污泥需要不斷經(jīng)過厭氧區(qū)磷釋放和好氧區(qū)磷吸收，通過排除進(jìn)過以后富含磷的污泥使污水中磷得以去除。生物除磷的厭氧過程對(duì)污水中碳源的品質(zhì)和數(shù)量有更高的要求，最理想的碳源為揮發(fā)性脂肪酸，其次為易發(fā)酵的有機(jī)物。 生物除磷影響因素： （1）厭氧環(huán)境條件： （a）氧化還原電位：Barnard、Shapiro等人研究發(fā)現(xiàn)，在批式試驗(yàn)中，反硝化完成后，ORP突然下降，隨后開始放磷，放磷時(shí)ORP一般小于100mV； （b）溶解氧濃度：厭氧區(qū)如存在溶解氧，兼性厭氧菌就不會(huì)啟動(dòng)其發(fā)酵代謝，不會(huì)產(chǎn)生脂肪酸，也不會(huì)誘導(dǎo)放磷，好氧呼吸會(huì)消耗易降解有機(jī)質(zhì)； （c）NOx-濃度：產(chǎn)酸菌利用NOx- 作為電子受體，抑制厭氧發(fā)酵過程，反硝化時(shí)消耗易生物降解有機(jī)質(zhì)。 （2）有機(jī)物濃度及可利用性：碳源的性質(zhì)對(duì)吸放磷及其速率影響極大，傳統(tǒng)水質(zhì)指標(biāo)很難反映有機(jī)物組成和性質(zhì)，ASM模型對(duì)其進(jìn)一步劃分為： （a）1987年發(fā)展的ASM1: CODtot=SS+SI+XS+XI （b）1995年發(fā)展的ASM2: 溶解性與顆粒性：SA+SF+SI+XS＋XI S表示溶解性組分，X表示顆粒性組分；下標(biāo)S溶解性，I惰性，A發(fā)酵產(chǎn)物，F(xiàn)可發(fā)酵的易生物降解的。 （3）污泥齡：污泥齡影響著污泥排放量及污泥含磷量，污泥齡越長，污泥含磷量越低，去除單位質(zhì)量的磷須同時(shí)耗用更多的BOD。 Rensink和Ermel研究了污泥齡對(duì)除磷的影響，結(jié)果表明：SRT=30d時(shí)，除磷效果40%；SRT=17d時(shí)，除磷效果50%；SRT=5d天時(shí)，除磷效果87%。 同時(shí)脫氮除磷系統(tǒng)應(yīng)處理好泥齡的矛盾。 （4）pH：與常規(guī)生物處理相同，生物除磷系統(tǒng)合適的pH為中性和微堿性，不合適時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)。 （5）溫度：在適宜溫度范圍內(nèi)，溫度越高釋磷速度越快；溫度低時(shí)應(yīng)適當(dāng)延長厭氧區(qū)的停留時(shí)間或投加外源VFA。 （6）其他：影響系統(tǒng)除磷效果的還有污泥沉降性能和剩余污泥處置方法等。 常用脫氮除磷工藝性能特點(diǎn) 工藝名稱 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) AN/O 在好氧前去除BOD，節(jié)能；硝化前產(chǎn)生堿度；前缺氧具有選擇池的作用 脫氮效果受內(nèi)循環(huán)比影響；可能存在諾卡氏菌的問題；需要控制循環(huán)混合液的DO AP/O 工藝過程簡(jiǎn)單；水力停留時(shí)間短；污泥沉降性能好；聚磷菌碳源豐富，除磷效果好 如有硝化發(fā)生除磷效果會(huì)降低；工藝靈活性差 A2/O 同時(shí)脫氮除磷；反硝化過程為硝化提供堿度；水力停留時(shí)間短；反硝化過程同時(shí)除去有機(jī)物；污泥沉降性能好 回流污泥含有硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，對(duì)除磷效果有影響；脫氮受回流比影響；聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有機(jī)物 倒置A2/O 同時(shí)脫氮除磷；厭氧區(qū)釋磷無硝酸鹽的影響；無混合液回流，流程簡(jiǎn)單，節(jié)能；反硝化過程同時(shí)除去有機(jī)物；好氧吸磷充分；污泥沉降性能好； 厭氧釋磷得不到優(yōu)質(zhì)降解碳源；無混合液回流時(shí)總氮去除效果不高 UCT 減少了進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的硝酸鹽量，提高了除磷效率；對(duì)有機(jī)物濃度偏低的污水，除磷效率有所改善；脫氮效果好 操作較為復(fù)雜；需增加附加回流系統(tǒng) 改良Bardenpho 脫氮效果優(yōu)秀；污泥沉降性能好 池體分隔較多；池體容積較大 PhoStrip 易于與現(xiàn)有設(shè)施結(jié)合及改造；過程靈活性好；除磷性能不受進(jìn)水有機(jī)物濃度限制；加藥量比采用化學(xué)沉淀法小很多；出水磷酸鹽濃度可穩(wěn)定小于1mg/L 需要投加化學(xué)藥劑；混合液需保持較高DO濃度，以防止磷在二沉池中釋放；需附加的池體用于磷的解吸；如使用石灰可能存在結(jié)垢問題 SBR及變形工藝 可同時(shí)脫氮除磷；靜置沉淀可獲得低SS出水；耐受水力沖擊負(fù)荷；操作靈活性好 同時(shí)脫氮除磷時(shí)操作復(fù)雜；潷水設(shè)施的可靠性對(duì)出水水質(zhì)影響大；設(shè)計(jì)過程復(fù)雜；維護(hù)要求高，運(yùn)行對(duì)自動(dòng)控制依賴性強(qiáng)；池體容積較大 9．仔細(xì)分析污水中COD的組成，并說明它們?cè)谖鬯幚硐到y(tǒng)中的去除途徑。 污水中COD其中可生物降解的大多數(shù)被微生物降解；不可生物降解的溶解態(tài)COD隨出水流走，顆粒態(tài)COD進(jìn)入剩余污泥。 10．二沉池的功能和構(gòu)造與一般沉淀池有什么不同？在二沉池中設(shè)置斜板為什么不能取得理想效果？ 二沉池的功能要考慮固液分離和污泥濃縮的要求； 活性污泥法中的二沉池在功能上要同時(shí)滿足澄清和污泥濃縮兩個(gè)方面的要求，他的工作效果將直接影響系統(tǒng)的 和回流污泥濃度，二沉池中發(fā)生的沉淀為絮凝沉淀和壓縮沉淀，和一般沉淀池中發(fā)生的沉淀不同，故結(jié)構(gòu)也不同。 在二沉池中沉淀形式主要是成層沉淀而非自由沉淀，在二沉池中設(shè)置斜板后，實(shí)踐上可以適當(dāng)提高池子的澄清能力，這是由于斜板的設(shè)置可以改善布水的有效性和提高斜板間的弗勞德數(shù)，而不屬于淺池理論原理。而且假設(shè)斜板既增加了二沉池基建投資，且會(huì)由于斜板上積存污泥，造成運(yùn)行上的麻煩。 二沉池的構(gòu)造可與污水處理廠的初沉池類似，可以采用平流式、豎流式和輻流式。但在構(gòu)造上要注意以下幾點(diǎn)： （1）二沉池的進(jìn)水部分要仔細(xì)考慮，應(yīng)使布水均勻并造成有利于絮凝的條件，使污泥絮凝結(jié)大。 （2）二沉池中污泥絮凝體較輕，容易被水挾走，因此要限制出流堰處的流速，可在池面設(shè)置更多的出水堰槽，使單位堰長的出水量符合規(guī)范要求，一般二沉池出水堰最大負(fù)荷不大于1.17L/(s?m)。 （3）污泥斗的容積，要考慮污泥濃縮的要求。 （4）二沉池應(yīng)設(shè)置浮渣的收集、撇除、輸送和處置裝置。 斜板可以提高沉淀效能的原理主要適用于自由沉淀，但在二沉池中，沉淀形式主要屬于成層沉淀而非自由沉淀。 第十三章、生物膜法 1．什么是生物膜法？生物膜法有哪些特點(diǎn)？ 答：污水的生物膜處理法是與活性污泥法并列的一種污水好氧生物處理技術(shù)。這種處理法的實(shí)質(zhì)是細(xì)菌一類的生物和原生動(dòng)物、后生動(dòng)物一類的微型動(dòng)物附著在濾料或某些載體上生長繁育，并在其上形成膜狀生物污泥——生物膜。污水與生物膜接觸，污水中的有機(jī)污染物，作為營養(yǎng)物質(zhì)，為生物膜上的微生物所攝取，污水得到凈化，微生物自身也得到繁衍增殖。 特點(diǎn)： 微生物相方面的特點(diǎn)：參與凈化反應(yīng)的微生物多樣化；生物的食物鏈長；能夠存活世代時(shí)間較長的微生物；分段運(yùn)行和優(yōu)占種屬； 處理工藝方面的特點(diǎn)：對(duì)水質(zhì)、水量變動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性；污泥沉降性能好，宜于固液分離；能夠處理低濃度的污水；易于維護(hù)運(yùn)行、節(jié)能； 生物膜法處理廢水就是使廢水與生物膜接觸，進(jìn)行固、液相的物質(zhì)交換，利用膜內(nèi)微生物將有機(jī)物氧化，使廢水獲得凈化，同時(shí)，生物膜內(nèi)的微生物不斷生長與繁殖。 生物膜法具有以下特點(diǎn)： （1）固著于固體表面的生物膜對(duì)廢水水質(zhì)、水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性，操作穩(wěn)定性好。 （2）不會(huì)發(fā)生污泥膨脹，運(yùn)轉(zhuǎn)管理較方便。 （3）由于微生物固著于固體表面，即使增殖速度慢的微生物也能生長繁殖。 （4）因高營養(yǎng)級(jí)的微生物存在，有機(jī)物代謝時(shí)較多的轉(zhuǎn)化為能量，合成新細(xì)胞即剩余污泥量較少。 （5）多采用自然通風(fēng)供氧。 （6）活性生物量難以人為控制，因而在運(yùn)行方面靈活性較差。 （7）由于載體材料的比表面積小，故設(shè)備容積負(fù)荷有限，空間效率較低。 2．試述生物膜法處理污水的基本原理？ 生物膜法是使細(xì)菌和菌類一類的微生物和原生動(dòng)物、后生動(dòng)物一類的微型動(dòng)物附著在濾料或某些載體上生長繁殖，并在其上形成膜狀生物污泥—生物膜。污水與生物膜接觸，污水中的有機(jī)物，作為營養(yǎng)物質(zhì)，為生物膜上的微生物所攝取，污水得到凈化，微生物自身也得到繁衍增殖。 3．比較生物膜法和活性污泥法的優(yōu)缺點(diǎn)。 答：普通活性污泥法工作流程 優(yōu)點(diǎn):BOD和SS去除率高,可達(dá)90%-95%,適于處理要求高,水質(zhì)穩(wěn)的廢水. 缺點(diǎn):對(duì)水質(zhì)變化適應(yīng)差;實(shí)際需氧前大后小,使前段氧少,后段氧余;曝氣池容積負(fù)荷低,占地面積大,基建費(fèi)高. 改進(jìn): 階段曝氣:克服前段氧少,后段氧余缺點(diǎn),曝氣池容積減少30%.完全混合:承受沖擊負(fù)荷強(qiáng),適應(yīng)工業(yè)廢水特點(diǎn),可處理高濃度有機(jī)廢水;污泥負(fù)荷高,需氧均勻,動(dòng)力省;但連續(xù)出水時(shí),水質(zhì)不理想,污泥膨脹.延時(shí)曝氣:低負(fù)荷運(yùn)行,池容積大,耗時(shí)長,積污水和污泥處理于一體,污泥氧化徹底,脫水迅速,無臭,水質(zhì)穩(wěn)定,受低溫影響小.但池容積大,曝氣量大,部分污泥老 化.適于處理要求高,不便于污泥處理的小城鎮(zhèn)污水和工業(yè)廢水. 廢水→ 初沉池 → 二沉池 → 生物濾池 →出水 生物膜法工作流程 2.生物膜法 優(yōu)點(diǎn) ★生物膜對(duì)水質(zhì),水量變化適應(yīng)性強(qiáng),穩(wěn)定性好;★無污泥膨脹,運(yùn)轉(zhuǎn)管理方便;★生物膜中生物相豐富,生物種群呈一定分布; ★有高營養(yǎng)級(jí)別微生物存在,產(chǎn)能多,剩余污泥少;★自然通風(fēng)供氧,省能耗. 缺點(diǎn) ★運(yùn)行靈活性差,難以人為控制;★載體比表面積小,設(shè)備容積負(fù)荷小,空間效率低;★處理效率差,BOD去除率約80%左右,出水BOD 28mg/l(活性污泥法BOD >90%,出水14mg/l). 4．生物膜的形成一般有哪幾個(gè)過程？與活性污泥相比有什么區(qū)別？ 答：1潛伏期或適應(yīng)期 微生物在經(jīng)歷不可逆附著過程后，開始逐漸適應(yīng)生存環(huán)境，并在載體表面逐漸形成小的，分散的微生物。這些初始菌落首先在載體表面不規(guī)則處形成。這一階段的持續(xù)時(shí)間取決于進(jìn)水第五濃度以及載體表面特性。在實(shí)際生物膜反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)，要控制這一階段是很困難的。 2對(duì)數(shù)期或動(dòng)力學(xué)增長期 在適應(yīng)期形成的分散菌落開始迅速增長，逐漸覆蓋載體表面。生物膜厚度可以達(dá)到幾十μm。多聚糖及蛋白質(zhì)產(chǎn)率增加，大量消耗溶解氧，后期氧成為限制因素，此階段結(jié)束時(shí)，生物膜反應(yīng)器的出水底物濃度基本達(dá)到穩(wěn)定值，這個(gè)階段決定了生物膜反應(yīng)器內(nèi)底物的去除效率及生物膜自身增長代謝的功能。 3線性增長期 生物膜在載體表面以恒速率增長，出水底物濃度不隨生物量的積累而顯著變化；其好氧速率保持不變；此階段生物膜總量的積累主要源于非活性物質(zhì)。此時(shí)生物膜活性生物量所占比例很小，且隨生物膜總量的增長呈下降趨勢(shì)。原因是：可剩余有效載體表面飽和；禁錮作用明顯，有毒或抑制性物質(zhì)的積累。這個(gè)階段對(duì)底物的去除沒有明顯的貢獻(xiàn)，但在流化床反應(yīng)器內(nèi)，這個(gè)階段可以改變生物顆粒的體積特性。 4減數(shù)增長期 由于生存環(huán)境質(zhì)量的改變以及誰理學(xué)的作用，出現(xiàn)了生物膜增長速率變慢，這一階段是生物膜在某一質(zhì)量和膜厚上達(dá)到的穩(wěn)定的過渡期。此時(shí)生物膜對(duì)水力學(xué)剪切作用極為敏感。生物膜結(jié)構(gòu)疏松，出水中懸浮物的濃度明顯增高，末期，生物膜質(zhì)量及厚度都趨于穩(wěn)定，運(yùn)行系統(tǒng)也接近穩(wěn)定。 5生物膜穩(wěn)定期 生物膜新生細(xì)胞與由于各種物理力所造成的生物膜損失達(dá)到平衡。次階段，生物膜相及液相均已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在生物膜反應(yīng)器運(yùn)行中，生物膜穩(wěn)定期的維持一直認(rèn)為是過程穩(wěn)定性的必要保證，而在三相流化床等生物反應(yīng)器中，在高底物濃度、高剪切力作用下，這一階段時(shí)間很短，甚至不出現(xiàn)。 6脫落期 隨著生物膜的成熟，部分生物膜發(fā)生脫落。生物膜內(nèi)微生物自身氧化、內(nèi)部厭氧層過厚以及生物膜與載體表面間相互作用等因素可加速生物膜脫落。另外，某些物理作用也可以導(dǎo)致生物膜脫落。此階段中，出水懸浮物濃度增高，直接影響出水水質(zhì)；底物降解過程受到影響，其結(jié)果是底物去除率降低，而我們?cè)谶\(yùn)行生物膜反應(yīng)器的時(shí)候應(yīng)該盡量避免生物膜同時(shí)大量脫落。 5．生物膜法有哪幾種形式？試比較它們的特點(diǎn)。 生物濾池：處理效果好，BOD5的去除率可達(dá)90％以上，出水 BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸鹽含量在10mg/L左右，出水水質(zhì)穩(wěn)定。 優(yōu)點(diǎn)：（1）處理效果好（2）運(yùn)行穩(wěn)定、易于管理、節(jié)省能源 缺點(diǎn)：（1）占地面積大、不適于處理量大的污水；（2）濾料易于堵塞；（3）產(chǎn)生濾池蠅，惡化環(huán)境衛(wèi)生（4）噴嘴噴灑污水，散發(fā)臭味。 生物轉(zhuǎn)盤：（1）不需曝氣和回流，運(yùn)行時(shí)動(dòng)力消耗和費(fèi)用低；（2）運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，技術(shù)要求不高；（3）工作穩(wěn)定，適應(yīng)能力強(qiáng)；（4）適應(yīng)不同濃度、不同水質(zhì)的污水；（5）剩余污泥量少，易于沉淀脫水；（6）沒有濾池蠅、惡臭、堵塞、泡沫、噪音等問題；（7）可多層立體布置；（8）一般需加開孔防護(hù)罩保護(hù)、保溫。 優(yōu)點(diǎn)：（1）不需曝氣和回流，運(yùn)行時(shí)動(dòng)力消耗和費(fèi)用低；（2）運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，技術(shù)要求不高；（3）工作穩(wěn)定，適應(yīng)能力強(qiáng)；（4）適應(yīng)不同濃度、不同水質(zhì)的污水；（5）剩余污泥量少，易于沉淀脫水；（6）沒有濾池蠅、惡臭、堵塞、泡沫、噪音等問題；（7）可多層立體布置； 缺點(diǎn)：（1）占地面積大（2）散發(fā)臭氣（3）寒冷地區(qū)需加保溫裝置。 生物接觸氧化法：一種浸沒曝氣式生物濾池，是曝氣池和生物濾池綜合在一起的處理構(gòu)筑物，兼有兩者優(yōu)點(diǎn)：(1)具有較高的微生物濃度，一般可達(dá)10~20g/L；(2)生物膜具有豐富的生物相，含有大量絲狀菌，形成了穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，污泥產(chǎn)量低；(3)具有較高的氧利用率；(4)具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力； (5)生物膜活性高；(6)沒有污泥膨脹的問題。 優(yōu)點(diǎn)：(1)具有較高的微生物濃度，一般可達(dá)10~20g/L；(2)生物膜具有豐富的生物相，含有大量絲狀菌，形成了穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，污泥產(chǎn)量低；(3)具有較高的氧利用率；(4)具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力；(5)生物膜活性高；(6)沒有污泥膨脹的問題。 缺點(diǎn)：濾床易堵塞和更換，運(yùn)行費(fèi)用較高。 生物流化床：濾床具有巨大的表面積容積負(fù)荷高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，生物流化床每單位體積表面積比其他生物膜大，單位床體的生物量很高（10～14g/L），傳質(zhì)速度快，廢水一進(jìn)入床內(nèi)，很快被混合稀釋。?? 微生物活性強(qiáng)，對(duì)同類廢水，在相同處理?xiàng)l件下，其生物膜的呼吸速率約為活性污泥的兩倍，可見其反應(yīng)速率快，微生物的活性較強(qiáng)。??? 傳質(zhì)效果好，由于載體顆粒在床體內(nèi)處于劇烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，氣－固－液界面不斷更新，因此傳質(zhì)效果好，這有利于微生物隨污染物的吸附和降解，加快了生化反應(yīng)速率。 優(yōu)點(diǎn)：（1）容積負(fù)荷高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)（2）微生物活性高（3）傳質(zhì)效果好 缺點(diǎn)：設(shè)備磨損較固定床嚴(yán)重，生產(chǎn)運(yùn)行過程中設(shè)備堵塞，曝氣方法、進(jìn)水配水系統(tǒng)選用及生物顆粒流失等問題。 6．試述各種生物膜法處理構(gòu)筑物的基本構(gòu)造及其功能。 普通生物濾池 普通生物濾池由池體、濾料、布水裝置和排水系統(tǒng)等四個(gè)部分所組成 池體 普通生物濾池在平面上多呈方形或矩形。四周筑墻稱之為池壁，池壁具有維護(hù)濾料的作用，應(yīng)當(dāng)能夠承受濾料的壓力，一般多用磚石構(gòu)造。池壁可構(gòu)成帶孔洞的和不帶孔洞的兩種形式，有孔洞的赤壁有利于濾料內(nèi)部的通風(fēng)，但在低溫季節(jié)，易受低溫的影響，使凈化功能降低。為了防止風(fēng)力對(duì)池表面均勻布水的影響，池壁一般應(yīng)高出濾料表面0.5～0.9m。 池體底部為池底，它的作用是支撐濾料和排除處理后的污水。 濾料 濾料是生物濾池的主體，它對(duì)生物濾池的凈化功能有直接影響。 布水裝置 生物濾池布水裝置的首要任務(wù)是向?yàn)V池表面均勻的散布污水。此外，還應(yīng)具有：適應(yīng)水量的變化；不易堵塞和易于清通以及不受風(fēng)、雪的 影響等特征。 排水系統(tǒng) 生物濾池的排水系統(tǒng)設(shè)于池的底部，它的作用有二：一是排除處理后的污水；二是保證濾池的良好通風(fēng)。 高負(fù)荷生物濾池： 在構(gòu)造上，高負(fù)荷生物濾池與普通生物濾池基本相同，但也有不同之處，其中主要有以下各項(xiàng)。 高負(fù)荷生物濾池在表面上多為圓形。 高負(fù)荷生物濾池多使用旋轉(zhuǎn)式的布水裝置，即旋轉(zhuǎn)布水器。 塔式生物濾池： 在構(gòu)造上由塔身、濾料、布水系統(tǒng)以及通風(fēng)及排水裝置所組成。 塔身 塔身主要起圍擋濾料的作用。 濾料 宜采用輕質(zhì)濾料。 布水裝置 通風(fēng) 一般采用自然通風(fēng) 曝氣生物濾池： 設(shè)備與給水處理的快濾池相類似。池類底部設(shè)承托層，其上部則是作為濾料的填料。在承托層設(shè)置曝啟用的空氣管及空氣擴(kuò)散裝置，處理水集水管兼作反沖洗水管也設(shè)置在承托層內(nèi)。 生物轉(zhuǎn)盤： 生物轉(zhuǎn)盤設(shè)備是由盤片、轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動(dòng)裝置以及接觸反應(yīng)槽3部分組成。 盤片 是生物轉(zhuǎn)盤的主要部件，應(yīng)具有輕質(zhì)高強(qiáng)，耐腐蝕、耐老化、抑郁掛膜、不變形，比表面積大，易于取材、便于加工安裝等性質(zhì)。 接觸反應(yīng)槽 轉(zhuǎn)軸 驅(qū)動(dòng)裝置，提供動(dòng)力 7．生物濾池有幾種形式？各適用于什么具體條件？ 答：低負(fù)荷生物濾池（現(xiàn)在已經(jīng)基本上不常用）：僅在污水量小、地區(qū)比較偏僻、石料不貴的場(chǎng)合尚有可能使用。 高負(fù)荷生物濾池（大多采用）：適用于大部分污水處理過程，水力負(fù)荷及有機(jī)負(fù)荷都比較高。 8．影響生物濾池處理效率的因素有哪些？它們?nèi)绾斡绊懱幚硇Ч模? 答：影響生物濾池處理效率的因素有： （1）濾池高度：濾床上層，污水中有機(jī)物濃度較高，微生物繁殖速率高，種屬較低級(jí)，以細(xì)菌為主，生物膜量較多，有機(jī)物去除速率較高。隨著濾床深度增加，微生物從低級(jí)趨向高級(jí)，種類逐漸增多，生物膜兩從多到少。研究表明，生物濾池的處理效率，在一定條件下是隨著濾床高度的增加而增加的，在濾床高度超過某一數(shù)值后，處理效率的提高微不足道，是不經(jīng)濟(jì)的。 （2）負(fù)荷：負(fù)荷是影響生物濾池性能的主要參數(shù)，通常分為有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷。 （3）處理水回流：回流對(duì)生物濾池性能有下述影響：①回流可提高生物濾池的濾速，它是使生物濾池由低負(fù)荷變?yōu)楦哓?fù)荷的方法之一②提高濾率有利于防止灰蠅和減少惡臭；③當(dāng)進(jìn)水缺氧、腐化、缺少營養(yǎng)元素或含有有毒有害物質(zhì)時(shí)，回流可改善進(jìn)水的腐化狀況，提供營養(yǎng)元素和降低毒物濃度；④進(jìn)水的水質(zhì)水量有波動(dòng)說，回流有調(diào)節(jié)和穩(wěn)定進(jìn)水的作用。 （4）供氧：向生物濾池供給充足的氧是保證生物膜正常工作的必要條件，也有利于排除代謝產(chǎn)物。 9．影響生物轉(zhuǎn)盤處理效率的因素有哪些？它們?nèi)绾斡绊懱幚硇Ч模? 答：影響生物轉(zhuǎn)盤處理效率的因素有：水力負(fù)荷、轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速、級(jí)數(shù)、水溫和溶解氧等。水力負(fù)荷對(duì)出水水質(zhì)和BOD5去除率有明顯的影響；生物轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速也是影響處理效果的重要因素