水污染控制工程重點整理

第九章第一節(jié)1.物理性指標(biāo)：溫度色度嗅和味固體物質(zhì)（溶解性固體和懸浮固體）2.化學(xué)性指標(biāo)：有機物指標(biāo)（1）化學(xué)需氧量(COD):用化學(xué)方法氧化分解廢水水樣中有機物過程中所消耗的氧化劑量折合成氧量(O2)(mg/L)常用氧化劑:重鉻酸鉀CODCr(COD)和高錳酸鉀CODMn(OC)。（2）生化需氧量(BOD):水中有機污染物被好氧微生物分解時所需的氧量稱為生化需氧量(mg/l)。BOD5：(20℃)5天作為測定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時間。有機物被好氧微生物分解分兩個階段：第一階段有機物被氧化為二氧化碳、水和氨；第二階段氨被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。生化需氧量指第一階段。（3）總有機碳（TOC）所有有機物的含碳量，評價水樣中有機污染物的綜合參數(shù)。（4）總需氧量（TOD）在900~950℃高溫下,將污水中能被氧化的物質(zhì)（主要是有機物,包括難分解的有機物及部分無機還原物質(zhì)C、H、O、N、S）,燃燒氧化成穩(wěn)定的氧化物二氧化碳、水、一氧化氮、二氧化硫后,測量載氣中氧的減少量，稱為總需氧量（TOD）。（5）油類污染物（6）表面活性劑（7）有機酸堿（8）有機農(nóng)藥（9）苯類化合物無機物指標(biāo)：pH植物營養(yǎng)元素重金屬無機性非金屬有害有毒物3.生物指標(biāo)：細菌總數(shù)大腸菌群病毒4水體污染源分類(1)按造成水體污染的原因:天然污染源和人為污染源.(2)按受納水體分:地面水污染源、地下水污染源和海洋污染源(3)按污染源所釋放的有害物質(zhì)的種類:物理(熱、懸浮物、放射性物質(zhì)等)、化學(xué)(如無機、有機化合物)、生物(病原菌、病毒、寄生蟲卵等)等污染源.(4)按污染源的分布特征:點污染源(集中在一點或可當(dāng)作一點的小范圍排放污染源)、非點污染源(在一個較大的面積范圍內(nèi)排放的污染源)。此分類方法較常見。第二節(jié)1水體的自凈概念:受污染的河流經(jīng)一段時間,由于物理、化學(xué)、生物等方面作用,使污染物濃度降低,水體恢復(fù)到原有狀態(tài),或從最初的超過水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)到最后降低到等于或低于水質(zhì)標(biāo),這種現(xiàn)象稱為水體自凈.水體幾種自凈作用(1)物理凈化—稀釋、擴散、沉淀(2)化學(xué)凈化—氧化、還原、分解(3)生物凈化—微生物分解有機物2水體的氧平衡氧垂曲線:水體受到污染后，水體中溶解氧逐漸被消耗，到臨界點又逐步回升的過程。污水排入河流處定為基點0，向上游的距離取負值，向下游去距離取正值。上游未受污染區(qū)域，BOD5很低，DO接近飽和，O點有污水排入。溶解氧與BOD5有關(guān)，未排入污水前，DO很高，污水排入后因分解作用耗氧，有機物耗氧速率大于大氣復(fù)氧速率，DO從0點開始向下游逐漸減低。從0點流下2.5日，降至最低點，稱為臨界點(耗氧速率等于復(fù)氧速率)。臨界點后，耗氧速率因有機物濃度降低而小于復(fù)氧速率，溶解氧逐漸回升，最后恢復(fù)到近于污水注入前的狀態(tài)。在污染河流中溶解氧曲線呈下垂?fàn)?，稱為溶解氧下垂曲線。第十章污水的物理處理第一節(jié)組成和安裝：由一組或多組平行的金屬柵條與框架組成,傾斜裝在進水渠道或進水泵站集水井進口處。格柵的作用：攔截污水中較粗大懸浮物及雜質(zhì),去除可能堵塞水泵機組及管道閥門的較粗大懸浮物,保證后續(xù)處理設(shè)施正常運行.種類：按間隙分:粗格柵(50-100mm)、中格柵(10-40mm)、細格柵(1.5-10mm)三種。 按形狀分：平面和曲目格柵。曲目格柵包括固定曲面格柵和旋轉(zhuǎn)鼓式格柵。 按清渣方式分：人工清理格柵:機械格柵篩網(wǎng)作用 課件內(nèi)容：格柵柵條間隙一般不應(yīng)小于12mm。在需要去除細小殘渣時,可用旋轉(zhuǎn)筒或轉(zhuǎn)鼓篩網(wǎng),以獲得好的效果。 污水排入大的河道、河口或海灣等地時，可用篩網(wǎng)用去除影響外觀的漂浮物和提高加氯消毒效果。 能成功去除肉類加工、罐頭食品工業(yè)(在發(fā)酵過程中引起過量的浮渣)、羊毛和紡織工業(yè)廢水中的纖維污物。采用脫氮處磷工藝處理城鎮(zhèn)污水存在碳源不足問題，采用篩網(wǎng)或格網(wǎng)代替初次沉淀池既可以節(jié)省占地又可以保留有效的碳源。 如用在生物濾池之前用，可減少投配器噴嘴的阻塞現(xiàn)象系課本上：應(yīng)用于小型污水處理系統(tǒng)，主要用于短小纖維回收；可代替初沉池。第二節(jié)沉淀類型包括：自由沉淀絮凝沉淀區(qū)域沉淀壓縮沉淀1、自由沉淀:懸浮固體濃度不高,沉淀過程懸浮固體之間互不干擾,顆粒各自單獨進行沉淀,顆粒的沉淀軌跡呈直線。沉淀過程中,顆粒的物理性質(zhì)(形狀,大小及比重等)不發(fā)生變化,(沉砂池)。2、絮凝沉淀:懸浮顆粒濃度不高,有絮凝性。沉淀過程中顆粒因互相凝聚增大而沉速加快。沉淀軌跡呈曲線(圖10-16)。沉淀過程中,顆粒的質(zhì)量、形狀和沉速變化，實際沉速需通過試驗測定。(化學(xué)混凝沉淀及二沉池中污泥沉淀)。3、成層沉淀（區(qū)域沉淀）：懸浮物濃度較高(5000mg/L以上)，每個顆粒下沉都受周圍其他顆粒的干擾，顆?；ハ酄砍缎纬删W(wǎng)狀“絮毯”整體下沉，在顆粒群與澄清水層間存在明顯清晰的泥水界面。沉淀速度就是界面下移速度。二次沉淀池與污泥濃縮池中均有區(qū)域沉淀發(fā)生。4、壓縮沉淀：高濃度懸浮顆粒沉降過程中,顆粒相互之間擠集成團塊結(jié)構(gòu),互相接觸,互相支承,下層顆粒間的水在上層顆粒重力作用下被擠出,使污泥得到濃縮。二沉池污泥斗中的濃縮過程以及在濃縮池中污泥的濃縮過程存在壓縮沉淀。理想沉淀池分為四個區(qū)，即進口區(qū)、沉淀區(qū)、出口區(qū)及污泥區(qū)，并作下述假定：(1)沉淀區(qū)過水?dāng)喽细鼽c水流速度均相同,水平流速為v；(2)懸浮顆粒在沉淀區(qū)等速下沉,下沉速度為u。(3)在沉淀池進口區(qū)，懸浮顆粒均勻分布在整個過水?dāng)嗝嫔希?4)顆粒一經(jīng)沉到池底，即認為已被去除。 ①沉降線為未被去除顆粒；②為剛好100%去除顆粒③為可部分去除顆粒④為可全部去除顆粒表面負荷q：①q在數(shù)值上等于最小沉降速度；②q↓，η↑；③A↑，q↓，則η↑。理想沉淀池的沉淀效率與池的水面面積A有關(guān)，與池深H無關(guān)，即與池的體積v無關(guān)在實際沉淀池，理想沉淀池的假設(shè)是不存在的，顆粒的運動是不規(guī)則運動。

t=（1.5~2.0）t0第三節(jié)沉砂池1.作用：從污水中分離比重較大的無機顆粒(砂、爐灰渣、煤屑等)。一般設(shè)在泵站、沉淀池之前，保護水泵和管道免受磨損；還能使沉淀池中的污泥具有良好的流動性，防止排放與輸送管道被堵塞；還可提高污泥有機組分含率，提高其作為肥料的價值2.原理：以重力分離為基礎(chǔ)(一般屬自由沉淀類型)，將沉砂池內(nèi)的污水流速控制到只能使比重大的無機顆粒沉淀，而有機顆粒隨水流出的程度。3..分類按池內(nèi)水流方向不同可分為：平流式、曝氣式、旋流式、豎流式、離心式等沉沙池曝氣沉沙池作用：使有機物處于懸??；砂粒摩擦及在氣體剪切力和紊動條件下，去除其附著的有機污染物；防止腐敗發(fā)臭。曝氣沉沙池的特點①沉砂中含有機物的量低于5％；②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對后續(xù)沉淀、曝氣、污泥消化池正常運行以及對沉砂的干燥脫水提供有利條件第四節(jié)沉淀池作用初沉池：①去除飄浮物；②使細小的固體絮凝成較大的顆粒并予以去除②去除被較大顆粒吸附的部分膠體物質(zhì)。④具一定的緩沖調(diào)節(jié)作用，由于初沉池體積較大，對成分不斷有變化的廢水起一定的調(diào)節(jié)作用，以免對后道生化處理造成沖擊。二沉池：維持前道生化處理所產(chǎn)生的廢水水質(zhì)；排除剩余污泥和回流污泥。為達到這一目的，須防止二沉池污泥成厭氧，不然會使固體物升至表面，增加出水的BOD和SS，降低了出水水質(zhì)。此外須從二沉池中連續(xù)或至少以較短的時間間隔排走污泥，以保證二沉池污泥具正常的生物活性.沉淀池分類：平流式沉淀池豎流式沉淀池輻流式沉淀池斜流式沉淀池（可對照課本）平流式沉淀池構(gòu)造及工作特點配水：平流式沉淀池的配水可采用進水擋板或進水穿孔墻等；出水：一般采用三角堰；集水：平流式沉淀池的集水采用多重集水渠；水力計算；超高、緩沖區(qū)2平流式沉淀池設(shè)計計算（參考課本及）輻流式沉淀池設(shè)計參數(shù)①污水的流量及沉淀時間生活污水處理用輻流式沉淀池的流量，按最大時流量考慮，沉淀時間一般取1.2～2.0h。②表面負荷應(yīng)當(dāng)通過沉淀試驗確定表面負荷。對生活污水，負荷可定為2～3.6m3/m2?h，若無資料，可按規(guī)范選定停留時間進行設(shè)計。③整流扳上開孔面積為了使水在池內(nèi)得以均勻流動，進水處設(shè)置的整流板上開孔面積的總和應(yīng)為池斷面積的10～20%。輻流式沉淀池的設(shè)計（參考課本及課后作業(yè)）斜流式沉淀池1.淺層沉淀理論根據(jù)Qmax=q·(V/H)，有效容積一定，池身淺，增加沉淀面積，可使去除率提高即為淺層沉淀理論。L與V值不變，池深H越淺，可截留顆粒的下沉速度u0亦越小，成正比關(guān)系。如在池中增設(shè)水平隔扳，將H分為多層，例如分成三層,每層深H/3。水平流速ν不變，最小顆粒沉速u0不變，由于深度減小到H/3,每層隔板間流動距離L亦縮短為L/3。若池長L不變,顆粒沉速仍為u0,由于沉降深度減少到原來的1/3，則水平流速ν增大三倍為3ν,仍可將沉速為u0的顆粒截留到池底。因而，如能將深度為H的沉淀池分隔成平行工作的三個格間，即可使過水能力提高三倍，并保證原來的處理效果。實際過程中，為了便于排除沉淀污泥，把平行薄板或蜂窩管，按形成的淺層沉淀區(qū)傾斜60?設(shè)置，以使污泥順利滑下，稱斜板沉淀池或斜管沉淀池。⒉斜板(管)沉淀池工作特征：(1)顆粒的沉降距離遠小于普通平流式沉淀池(一股僅為3～15cm)，獲得同樣效果時，所需沉淀時間遠小于平流式沉淀池(2)單位池面積的投影底板面積大為增加，因而表面負荷率有較大提高。(3)管內(nèi)、板間水流的雷諾數(shù)，一般均在臨界雷諾數(shù)以下，如Re＜200，弗勞德數(shù)Fr一般在10-3～10-1，斜管Fr更大，因而水流狀態(tài)屬層流，沒有紊流的混合擴散現(xiàn)象。(4)斜板(管)沉淀池的沉淀性較接近于理想沉淀池的假設(shè)。⒊類型異向流：同向流：橫向流：第五節(jié)隔油和破乳2.廢水中油存在形式：(1)呈懸浮狀態(tài)的可浮油在水中靜沉，油滴會慢慢浮到水面，油滴的顆粒大于100微米，依靠油水比重差而從水中分離，可采用普通隔油池去除。(2))細分散油：粒徑10-100微米，以微小油滴分散于水中，長時間靜置后可以形成可浮油，采用斜板隔油池去除。(3)呈乳化狀態(tài)的乳化油乳狀油粒徑一般在10um以下如果能消除乳化劑的作用，乳化油即可轉(zhuǎn)化為可浮油，這叫破乳。乳化油經(jīng)過破乳之后能用沉淀法分離。(4)呈溶解狀態(tài)的溶解油。常用破乳方法投加換型乳化劑投加鹽類、酸類投加某種本身不能成為乳化劑的表面活性劑攪拌、振蕩、轉(zhuǎn)動，使乳化的液滴猛烈相碰撞而合并過濾；改變溫度隔油池的構(gòu)造隔油池的進水端一般采用穿孔墻進水，在出水端采用溢流堰。為了保證隔油池的正常工作，池表面應(yīng)加蓋，以防火、防雨、保溫及防止油氣散發(fā)，污染大氣。在寒冷地區(qū)或季節(jié)，為了增大油的流動性，隔油池內(nèi)應(yīng)采取加溫措施，在池內(nèi)每隔—定距離，加設(shè)蒸氣管，提高廢水溫度。水平隔油池構(gòu)造簡單，工作穩(wěn)定性好，但池容積較大，占地面積也大。鑒于目前國內(nèi)生產(chǎn)的刮油機規(guī)格，在隔油池設(shè)計中，每單格寬度應(yīng)與刮油機跨度相適應(yīng)，常米采用6.0、4.5、3.0、2.5、2.0m幾種。若是人工清油，一般單格寬度不宜超過3.0m。隔油池的作用在含油廢水產(chǎn)生的地點立即用隔油池進行油水分離，可以避免油分乳化，而且還可以就地回收油品，降低含油廢水的處理費用。如果隔油后，廢水中仍含有乳化油，可就地破乳。此時，廢水的成分比較單純，比較容易收到較好的效果第六節(jié)氣浮法原理：將空氣以微小氣泡形式通入水中，使微小氣泡與懸浮顆粒粘附，形成水-氣-顆粒混合體系，顆粒粘附上氣泡后，密度小于水浮出水面，從水中分離，形成浮渣層，然后刮除浮渣層，以此實現(xiàn)固液分離處理工藝條件①必須向水中提供足夠量的細微氣泡②必須使污水中的污染物質(zhì)能形成懸浮狀態(tài)③必須使氣泡與懸浮的物質(zhì)產(chǎn)生粘附作用滿足上述三個基本條件，才能完成浮上處理過程。分類1、電解浮上法2、分散空氣浮上法3．溶解空氣浮上法溶解空氣氣浮法類型：真空氣浮法加壓溶氣氣浮法壓力溶氣氣浮法系統(tǒng)組成：壓力溶氣系統(tǒng)空氣釋放系統(tǒng)氣浮池氣固比：溶解空氣量與原水中懸浮固體含量的比值溶氣罐為何要加入填料：填料容氣罐中設(shè)置有較大比表面積的填料，使空氣與水能得以充分接觸，在一定工作壓力下，可提高空氣在水中的溶氣效率-十一章呼吸及微生物生長動力學(xué)微生物的呼吸類型：好氧呼吸和缺氧呼吸1概述好氧呼吸好氧呼吸是營養(yǎng)物質(zhì)進入好氧微生物細胞后，通過一系列氧化還原反應(yīng)獲得能量的過程.好氧呼吸有分子氧參與，反應(yīng)的最終受氫體是分子氧。底物中的氫被脫氫酶活化，并從底物中脫出交給輔酶（遞氫體），同時放出電子，氧化酶利用底物放出的電子激活游離氧，活化氧和從底物脫出的氫結(jié)合成水。實質(zhì)是脫氫和氧活化相結(jié)合過程，同時放出能量。依好氧微生物類型不同，被其氧化的底物不同，氧化產(chǎn)物也不同。好氧呼吸微生物分為異養(yǎng)型微生物和自養(yǎng)型微生物。①異養(yǎng)型微生物異養(yǎng)型微生物以有機物為底物（電子供體），其終點產(chǎn)物為二氧化碳和水等無機物，同時放出能量:有機廢水好氧生物處理，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消化等。②自養(yǎng)型微生物以無機物為呼吸底物，呼吸過程中可以氧化H2S、鐵等，同時放出能量。大型合流污水溝道和污水溝道存在的生化反應(yīng)；生物脫氮工藝中的生物消化過程。厭氧呼吸①概念:是在無游離氧(O2)情況下進行的生物氧化作用。厭氧微生物只有脫氫酶系統(tǒng)，沒有氧化酶系統(tǒng)。呼吸過程中，底物中的氫被脫氫酶活化，從底物中脫下來的氫經(jīng)輔酶傳遞給除氧以外的有機物或無機物，使其還原。因此,厭氧呼吸的受氫體不是游離氧。厭氧呼吸過程中,底物氧化不徹底,釋放能量較少,最終產(chǎn)物不是CO2和H2O，而是一些較原來底物簡單的化合物。厭氧呼吸釋放能量較好氧呼吸中少。厭氧呼吸按最終受氫(電子)體不同，分為發(fā)酵和缺氧呼吸。發(fā)酵供氫體和受氫體都是有機化合物,最終受氫體是供氫體的分解產(chǎn)物(有機物)。最終產(chǎn)物是比原來底物簡單的有機物,氧化作用不徹底。釋放的自由能較少，在進行生命活動過程中，為滿足能量需要，消耗的底物比好氧微生物多。缺氧呼吸以無機氧化物如NO3-,NO2-,SO42-,CO2等代替分子氧作為受氫體。缺氧呼吸過程中供氫體和受氫體之間也需要細胞色素等中間電子傳遞體，底物可被徹底氧化,能量分級釋放,故無氧呼吸也產(chǎn)生較多的能量用于生命活動。但由于有些能量隨著電子轉(zhuǎn)移至最終受氫體中,釋放的能量不如好氧呼吸多。好氧呼吸、缺氧呼吸、發(fā)酵三種呼吸方式，獲得的能量水平不同，如下表所示微生物的生長規(guī)律和生長曲線微生物的生長規(guī)律：微生物生長曲線反映微生物生長規(guī)律。它表示微生物在不同培養(yǎng)環(huán)境下的生長情況以及微生物的整個生長過程。按微生物生長速度情況，整個生長規(guī)律可劃分為四個時期①停滯期②對數(shù)期③靜止期④衰老期停滯期又稱調(diào)整期，是微生物培養(yǎng)的最初階段。微生物剛接入新鮮培養(yǎng)液,細胞內(nèi)各種酶系有一個適應(yīng)過程。開始時，菌體不裂殖，菌數(shù)不增加。經(jīng)過一定時期，到了停滯期的后期時，酶系有了一定適應(yīng)性，菌體生長發(fā)育到了一定程度，便開始進行細胞分裂，微生物的生長速度開始增長。對數(shù)期又稱生長旺盛期。細胞經(jīng)過停滯期調(diào)整適應(yīng)后，就以最快的速度進行裂殖，細胞的生長進入生長旺盛期。在此時期，細菌以幾何級數(shù)增加。細菌數(shù)的對數(shù)和培養(yǎng)時間成直線關(guān)系。細菌生長速度為d(lgB)/dt=k即直線的斜率，為一個常數(shù)。故有時亦稱對數(shù)期為等速生長期，在該期間內(nèi)，微生物周圍的營養(yǎng)物質(zhì)較豐富，生物體的生長、繁殖不受底物限制,細菌的生長速度最大，死菌數(shù)相對較小，實際工程中可略去不計。靜止期又稱平衡期。細胞經(jīng)對數(shù)期大量繁殖后，營養(yǎng)物質(zhì)逐漸被消耗、減少，細胞繁殖速度漸慢，故有時亦稱靜止期為減速生長期。在此期間，細胞繁殖速度幾乎和細胞死亡速度相等，活菌數(shù)趨于穩(wěn)定。這主要是由于環(huán)境中的養(yǎng)料減少，代謝產(chǎn)物積累過多所致。如果在此期間，繼續(xù)增加營養(yǎng)物質(zhì)，并排出代謝產(chǎn)物，那么，菌體細胞又可恢復(fù)過去對數(shù)期的生長速度。衰老期又稱衰亡期。在靜止期后，培養(yǎng)液中的營養(yǎng)物質(zhì)近乎耗盡，細菌因得不到營養(yǎng)而只能利用菌體內(nèi)貯存物質(zhì)或以死菌體作為養(yǎng)料，進行內(nèi)源呼吸，維持生命，有時亦稱衰老期為內(nèi)源呼吸期。在此期間，培養(yǎng)液中的活細胞數(shù)目急劇下降，只有少數(shù)細胞能繼續(xù)分裂，大多數(shù)細胞出現(xiàn)自溶現(xiàn)象并死亡。菌體細胞的死亡速度超過分裂速度，生長曲線顯著下降。在細菌形態(tài)方面，此時呈退化型較多，有些細菌在這個時期亦往往產(chǎn)生芽胞。影響微生物生長的環(huán)境因素①微生物的營養(yǎng)②溫度③pH④溶解氧⑤有毒物質(zhì)微生物的營養(yǎng)碳源：含碳量低的廢水應(yīng)另加碳源(如生活污水、米泔水、淀料漿料等)以滿足微生物需要(活性污泥和生物膜中的微生物主要是細菌，需要碳源量較大，BOD5不低于100mg/L左右)。缺少碳源會出現(xiàn)污泥松散，絮凝性不足現(xiàn)象。。氮源：一般細菌較易利用氨態(tài)氮，生活污水中含有糞便，氨態(tài)氮較多。如廢水含氮量低需另加氮營養(yǎng)(尿素、硫酸銨、糞水等)。氮源不足易引起絲狀菌繁殖而產(chǎn)生污泥膨脹。磷源：磷是微生物所需的最主要礦物元素，細胞組成元素中約占全部礦物元素的50％。生活污水中含磷較高，不必另加營養(yǎng)。廢水缺磷應(yīng)另加磷營養(yǎng)(如磷酸鉀、磷酸鈉、生活污水等)。磷源不足將影響酶的活性。其余礦物元素：如硫、鉀、鈣、鎂等需要量較少，營養(yǎng)配比主要考慮碳、氮、磷比，一般BOD5:N:P＝100:5:1。溫度微生物生長溫度范圍5～80℃，該范圍內(nèi)包括最低生長溫度、最高生長溫度和最適生長溫度。根據(jù)微生物適應(yīng)的溫度范圍,分為中溫性(20～45℃)、好熱性(高溫性)(45℃以上)和好冷性(低溫性)(20℃以下)微生物。好氧生物處理最適溫度20～37℃，以中溫性細菌為主，溫度過高使微生物蛋白質(zhì)變性、酶系統(tǒng)遭到破壞而失去活性,甚至使微生物死亡。低溫對微生物往往不會致死,只會降低代謝活力而處于生長繁殖停止?fàn)顟B(tài)。因而廢水生物處理中要控制水溫。厭氧處理中，甲烷菌有中溫性(25～40℃)和高溫性(50～60℃)，目前在厭氧生物處理反應(yīng)器內(nèi)采用的反應(yīng)溫度有中溫33～38℃和高溫52～57℃。pH細菌、放線菌、藻類和原生動物pH范圍在4～10,氧化硫桿菌，最適pH為3，也可在pH＝1.5環(huán)境中生活。酵母菌和霉菌在酸性或偏酸性環(huán)環(huán)境中生活，最適pH3.0～6.0，適應(yīng)范圍為1.5～10。廢水生物處理中應(yīng)保持微生物的最適pH?；钚晕勰喾ㄆ貧獬豴H值一般為6.5～8.5，活性污泥中主體菌膠團細菌在此pH值下會產(chǎn)生較多粘性物質(zhì)，形成結(jié)構(gòu)較好的絮狀物。pH值突然升高(如達到9.0時)，原生動物由活躍轉(zhuǎn)為呆滯，菌膠閉粘性物質(zhì)解體，活性污泥結(jié)構(gòu)遭到破壞，處理效果下降。pH突然降低,活性污泥結(jié)構(gòu)亦會惡化，二次沉淀池中將出現(xiàn)大量浮泥。活性污泥法PH低于6.5對細菌、放線菌、藻類和原生動物的生長不利，而對霉菌生長有利。霉菌不能象細菌一樣分泌粘性物質(zhì)，使活性污泥結(jié)構(gòu)遭到破環(huán)，引起污促膨脹)。溶解氧好氧生物處理中環(huán)境中應(yīng)有足夠的溶解氧。溶解氧不足，好氧微生物正常生長規(guī)律受影響。輕則活性、新陳代謝能力降低，同時對溶氧要求較低的微生物應(yīng)運而生，有機物氧化不徹底，處理效果下降。重則厭氧微生物大量繁殖，好氧微生物受到抑制而死亡，導(dǎo)致活性污泥或生物膜惡化變質(zhì)，出水水質(zhì)下降?；钚晕勰嗷蛏锬しㄒ话?mg(O2)／L左右，最低不低于2mg(O2)/L。氧供應(yīng)過多造成浪費，也會因代謝活動增強，營養(yǎng)供應(yīng)不上而使污泥(或生物膜)自身氧化，促使污泥老化。故在運轉(zhuǎn)過程中，測定溶解氧，使溶解氧控制在一個正常的水平，保證好氧微生物的正常生長，取得較好的處理效果。有毒物質(zhì)工業(yè)廢水中對微生物具有抑制和毒害作用的化學(xué)物質(zhì)，稱之為有毒物質(zhì)(如重金屬離子、酚、氰等)。對微生物的毒害作用，表現(xiàn)為細胞正常結(jié)構(gòu)遭到破壞以及菌體內(nèi)的酶變質(zhì)，并失去活性。如重金屬離子(砷、鉛、鎘、鉻、鐵、銅、鋅等)能與細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)結(jié)合，使它變質(zhì)，致酶失去活性。在廢水生物處理中應(yīng)對有毒物質(zhì)應(yīng)嚴加控制。不過，它們對微生物的毒害和抑制作用，有一個量的概念。微生物生長動力學(xué)三個方程區(qū)別與聯(lián)系詳看課本P94---P991微生物群體增長速率-monod方程微生物增長速率與現(xiàn)有微生物濃度成正比：莫諾特(monod)在1942年得出比增長速率與底物濃度的關(guān)系：μ——-比增長速率，單位生物量的增長速度，即：μmax-——μ在限制增長的底物達到飽和濃度時的最大值；Ks-——飽和常數(shù)，即μ=μmax/2時底物濃度。Monod公式形式上與米-門公式相似。作圖法求解詳看P952底物利用速率-Lawrence和McCarty方程(1)M-C公式推導(dǎo)是Lawrence和McCarty根據(jù)monod方程提出的底物利用速率與微生物濃度之間動力學(xué)關(guān)系，又稱勞-麥方程。rmax及Ks可采用圖解法求算。3微生物增長的基本方程需要說明的問題：凈增長速率要求從理論產(chǎn)量中減去維持生命所需要的消耗量，而是考慮了總的能量需要量之后的實際(觀測)產(chǎn)量。12章活性污泥法第一節(jié)1.活性污泥是由細菌、菌膠團、原生動物、后生動物等微生物群體及吸附的污水中有機物和無機物質(zhì)組成的，有一定活力、具有良好凈化污水功能的絮絨狀污泥。2.活性污泥包括：活性微生物(Ma)；微生物自身氧化殘留物(Me)；吸附的不能被降解的有機物(Mi);無機懸浮固體(Mii).活性微生物主要為呈菌膠團狀的細菌、真菌。菌膠團是由細菌分泌的多糖類物質(zhì)等包覆的黏性團塊，使微生物具有抵御外界不利因素的性能；游離狀的細菌不易沉淀，而原生動物捕食游離細菌，這樣沉淀的出水更清澈，故原生動物利于提高出水水質(zhì)。3.活性污泥評價方法（1）生物相觀察:細菌、真菌、原生動物及后生動物種類、數(shù)量、優(yōu)勢度及其代謝活動等。（2）混合液懸浮固體濃度(MLSS):單位體積混合液中活性污泥懸浮物固體的質(zhì)量(Ma+Me+Mi+Mii)，（3）揮發(fā)性懸浮固體濃度(MLVSS):混合液懸浮固體中有機物的質(zhì)量(Ma+Me+Mi)。一般MLVSS/MLSS=0.7～0.8;（4）污泥沉降比(SV%):曝氣池中混合液靜沉30min后污泥的體積分數(shù)，采用1L量筒測定。與水質(zhì)、污泥濃度、絮體顆粒大小及污泥性狀有關(guān)，MLSS為3000mg/L時，SV約為30%。（5）污泥體積指數(shù)(SVI):混合液靜沉30min后，單位質(zhì)量干泥形成的濕污泥體積，ml/g。SVI測定方法：①在曝氣池出口處取樣，②測定MLSS，③測定樣品SV%，讀取沉淀污泥體積(mL)。SVI=沉淀污泥體積(ml/L)/MLSS(g/L)4.活性污泥法基本流程由曝氣池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系統(tǒng)組成5.活性污泥有機物的降解機理、過程：分兩個階段，吸附階段：由于活性污泥具有巨大的表面積，且表面上含有多糖類粘性物質(zhì)，導(dǎo)致污水中的有機物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去。穩(wěn)定階段：轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機物為微生物所利用。這部分從課本和課件上自行總結(jié)第二節(jié)1活性污泥法曝氣反應(yīng)池的基本形式:(1)推流式(2)完全混合式曝氣池(3)封閉環(huán)流式反應(yīng)池(4)續(xù)批式反應(yīng)池2活性污泥法的發(fā)展和演變：漸減曝氣針對普通曝氣法有機物濃度和需氧量沿池長減小特點而改進。漸減曝氣目的是合理布置擴散器，使布氣沿程變化而總用氣量不變，提高處理效率。階段曝氣針對普通曝氣法進口負荷過大而改進。廢水沿池長多點進入(一般進口為3～4個)，均衡池內(nèi)有機負荷，克服池前段供氧不足，后段供氧過剩的缺點，單位池容積的處理能力提高。同普通曝氣法相比，處理相同廢水時，所需池容積可減小30％，BOD去除率達90％。由于分散進水廢水在池內(nèi)稀釋程度較高，污泥濃度也沿池長降低，從而有利于二次沉淀池的泥水分離。持別適用于容積較大的池子。延時曝氣法也稱完全氧化法。污泥負荷很低，約0.05～0.2kgBOD5／kgMLSS·d，曝氣時間長(20～30h)，SRT在20-30天。該法多采用完全混合曝氣池，不需初沉池。曝氣池中污泥濃度高達3000～6000mg/L，微生物處于內(nèi)源呼吸階段，剩余污泥少，主要為微生物殘留物，顆粒細小不易沉淀，因此二次沉淀池停留時間長。BOD去除率75％～90%。運行時對氮磷的要求低，適應(yīng)水質(zhì)水量沖擊的能力強。但曝氣池容積大，處理單位廢水所消耗的空氣量較多，基建及運行費用也較高，適用于廢水流量較小的場合。吸附-生物降解工藝(AB法)。分兩個處理階段，A段為高負荷吸附段，B段為低負荷生物氧化再生段。吸附-生物降解法的特點：①A段可在高負荷條件下運行,有機負荷大于2kgBOD5／kgMLSS·d，可不設(shè)初次沉淀池,只設(shè)格柵、沉砂池等。②不設(shè)初次沉淀池，原污水中生物群落直接進入高負荷曝氣池，隨原污水進入A段的微生物量相當(dāng)于該段微生物量的15%左右，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。③A、B兩段各生長著與本段適應(yīng)的生物群體，利于提高凈化效率；④A段可根據(jù)進水水質(zhì)情況采用好氧或兼性運行，具有較大靈活性⑤A段由吸附池和中間沉淀池組成，B段由曝氣池和二次沉淀池組成，具有各自獨立的污泥回流系統(tǒng)。⑥兩段工藝系統(tǒng)比單段系統(tǒng)穩(wěn)定耐沖擊。序批式活性污泥法(SequencingBatchReactor，簡稱SBR)是新開發(fā)的一種活性污泥法。工藝特點是將曝氣池和沉淀池合而為一，流態(tài)上屬完全混合，有機物降解上是時間上的推流，有機物隨時間推移而被降解，生化反應(yīng)呈分批進行，基本工作周期由進水、反應(yīng)、沉降、排水和閑置五個階段組成。SBR的特點：①構(gòu)造簡單、投資節(jié)省：②控制靈活，可滿足各種處理要求。③活性污泥性狀好、污泥產(chǎn)率低④脫氮效果好⑤)耐沖擊負荷，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⑥反應(yīng)推動力大，易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質(zhì)氧化溝是延時曝氣法的一種特殊型式，平面象跑道，溝槽中設(shè)置機械曝氣和推進裝置(曝氣轉(zhuǎn)刷(盤)或表面曝氣機、射流器等曝氣裝置)。曝氣推動溝液迅速流動，實現(xiàn)供氧和攪拌作用。深度決定于曝氣設(shè)備，當(dāng)用轉(zhuǎn)刷時，水深不超過2.5m，溝中混合液流速0.25～0.3m／s,使活性污泥呈懸浮狀。一般有機負荷0.05～0.15kgBOD5／kgVSS·d；容積負荷0.2～0.4kgBOD5／m3·d；污泥濃度2000～6000mg／L；污泥回流比50％～150％；曝氣時間10～30h；泥齡10～30d，BOD和SS去除率＞90％，具有較好的脫N、P作用。處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)好，污泥產(chǎn)量少，適應(yīng)負荷沖擊能力強。底物基本上都用于能量代謝，產(chǎn)生剩余污泥量較少。一般設(shè)二沉池，有些在廊道內(nèi)進行泥水分離。第三節(jié)完全混合活性污泥法系統(tǒng)典型流程微生物平均停留時間(污泥齡d):反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)微生物全部更新一次所需要的時間，即系統(tǒng)內(nèi)微生物總量與每日排出的剩余污泥量的比值，以θc表示。勞倫斯麥卡蒂模型（1）對系統(tǒng)進行微生物的物料橫算：或通過控制污泥齡可以控制微生物的比增長速率及系統(tǒng)中微生物的生理狀態(tài)活性污泥法系統(tǒng)的出水有機物濃度僅是污泥齡和動力學(xué)參數(shù)的函數(shù)，與進水有機物濃度無關(guān)。曝氣池中的污泥濃度與進出水水質(zhì)、泥齡和動力學(xué)參數(shù)有關(guān)。（2）在穩(wěn)態(tài)條件下對曝氣池底物作物料橫算在穩(wěn)態(tài)條件下，對進入和離開曝氣池的微生物建立物料平衡方程,可以推導(dǎo)R和θc的關(guān)系第四節(jié)1.雙膜理論氣體分子從氣象轉(zhuǎn)移到液相，經(jīng)過氣、液相界面。雙膜理論的基本論點：(1)氣液兩相界面附近存在做層流運動的氣膜和液膜，主體湍動情況影響膜的厚度。(2)兩膜以外的氣、液相主體中流體充處于湍動，物質(zhì)濃度均勻，不存在濃度差，沒有傳質(zhì)阻力，傳質(zhì)阻力僅存在于氣液兩層層流膜。(3)氣液兩相界面上物質(zhì)濃度相平衡，界面上無阻力。(4)氣體分子從氣相向液相傳遞時，若氣體溶解度低，阻力主要來自液膜。氧是難溶氣體，溶解度小，傳質(zhì)阻力主要在于液膜。2.氧轉(zhuǎn)移的影響因素參數(shù)1.污水水質(zhì)廢水含有污染物，飽和溶解氧與清水中的不同，還會在界面處形成一層分子膜。另外,混合液中含有大量活性污泥顆粒,氧擴散阻力比清水大。2.溫度溫度影響KLa和cs值。溫度上升，黏度下降，膜厚度減小，KLa上升；溫度上升,cs值卻下降,KLa上升,因而溫度對氧轉(zhuǎn)移有兩種相反的影響,二者不能完全抵消。總的來看，溫度降低利于氧傳遞，活性污泥法溫度多在10～30℃。3.氧分壓水中溶解氧飽和度與水中鹽含量、溫度及氧分壓有關(guān)。分壓增大cs增加，氣壓不是標(biāo)準(zhǔn)壓力時，cs應(yīng)乘以修正系數(shù)ρ。4.液體紊流程度液體紊流程度越大,氣液界面膜越薄，越有利于氧轉(zhuǎn)移。3.鼓風(fēng)機工作壓力計算應(yīng)根據(jù)擴散設(shè)備的淹沒水深、擴散設(shè)備風(fēng)壓損失、風(fēng)管的壓力損失、管道中調(diào)節(jié)閥門等配件的局部壓力損失確定：p-鼓風(fēng)機出口風(fēng)壓，kpa；H-擴散設(shè)備淹沒深度，1m水柱相當(dāng)于9.8kpa;hd-擴散設(shè)備的風(fēng)壓損失，與充氧設(shè)備形式有關(guān)，一般3-5kpa;hf-輸氣管道的總風(fēng)壓，包括沿程風(fēng)壓損失和局部風(fēng)壓損失，由計算確定。此外根據(jù)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)和設(shè)備具體情況尚需考慮2-3kpa的富余安全壓力。4.曝氣設(shè)備分類：鼓風(fēng)曝氣和機械曝氣鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)組成：鼓風(fēng)機、空氣過濾器、空氣輸送配管、擴散器擴散器的種類：①小氣泡擴散器②中氣泡擴散器③大氣泡擴散器④微氣泡擴散器第五節(jié)（看145頁例12-1）一、曝氣池容積設(shè)計計算（參看課本140頁）第六節(jié)1.生物脫氮原理生物處理過程中，有機氮通過微生物的分解和水解轉(zhuǎn)化成氨氮，即氨化作用；通過硝化反應(yīng)將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮，再通過反硝化反應(yīng)將硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮還原成氣態(tài)氮逸出，達到脫氮目的。氨化反應(yīng)（2）硝化反應(yīng)（3）反硝化作用2．脫氮工藝流程（1）三段生物脫氮工藝(巴茨(Barth)開創(chuàng))曝氣池：氨化，使有機氮轉(zhuǎn)化為NH3、NH4，去除BOD、COD。硝化池：氨態(tài)氮氧化為NO-3-N，投堿以防止pH值下降。反硝化反應(yīng)器：采取厭氧-缺氧交替運行方式?？赏都覥H3OH(甲醇)，或引入原廢水作為碳源兩級生物脫氮工藝：BOD去除和硝化兩個反應(yīng)過程放在一起(3)前置缺氧-好氧生物脫氮工藝反硝化反應(yīng)器在前，BOD去除、硝化二項反應(yīng)的綜合反應(yīng)器在后。反硝化以原廢水中的有機物為碳源，無需外加碳源。反硝化過程中產(chǎn)生的堿度可補償硝化反應(yīng)消耗堿度的50%硝化曝氣池在后，使反硝化殘留的有機污染物得以進一步去除，勿需增建后曝氣池。硝化反應(yīng)器內(nèi)的含有大量硝酸鹽的硝化液回流反硝化反應(yīng)器，進行反硝化脫氮反應(yīng)反硝化反應(yīng)器反硝化反應(yīng)器BOD去除，硝化反應(yīng)反應(yīng)器（好氧）原廢水（缺氧）（回流污泥）沉淀池（剩余污泥）內(nèi)循環(huán)（硝化液回流）堿(4)后置缺氧-好氧生物脫氮工藝出水二沉池好氧/硝化缺氧污泥出水二沉池好氧/硝化缺氧污泥回流污泥進水3.生物除磷原理利用好氧微生物中聚磷菌在好氧條件下對污水中溶解性磷酸鹽過量吸收作用，然后沉淀分離而除磷。厭氧環(huán)境：污水中有機物在厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸菌作用下轉(zhuǎn)化為乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厭氧的不利狀態(tài)下，將體內(nèi)積聚的聚磷分解，產(chǎn)生的能量一部分供聚磷菌生存，一部分供聚磷菌主動吸收乙酸苷轉(zhuǎn)化為PHB(聚羥基丁酸)的形態(tài)貯存于體內(nèi)。聚磷分解形成的無機磷釋放回污水中—厭氧釋磷。4．生物除磷工藝(1)厭氧-好氧除磷工藝：Ap-O法釋放磷釋放磷曝氣池BOD去除，吸收磷原廢水（厭氧）回流污泥（含磷污泥）沉淀池（剩余污泥）（好氧）含磷污泥用作肥料(2)弗斯特利普除磷工藝（Phostrip）(將生物除磷和化學(xué)除磷結(jié)合，在污泥回流過程中增設(shè)厭氧釋磷池和上清液的化學(xué)沉淀處理系統(tǒng)，稱為旁路。)曝氣池：含磷污水進入，還有由除磷池回流的已經(jīng)釋放磷但含有聚磷菌的污泥。使聚磷菌過量攝取磷，去除有機物（BOD和COD）,可能還有一定的硝化作用。沉淀池(I)：泥水分離，含磷污泥沉淀，已除磷的上清液作為處理水排放。沉淀池(II)：混凝沉淀，磷酸鈣沉淀分離，除磷上清液回流曝氣池，含有大量磷酸鈣的污泥排出，適宜作肥料?；旌铣兀和都邮胰椋旌虾筮M入攪拌反應(yīng)池，磷與石灰反應(yīng)形成固體磷酸鈣--化學(xué)法除磷。除磷池：保持厭氧狀態(tài)，DO≈0,NOX-≈0,含磷污泥釋放磷，并投加沖洗水，使磷充分釋放，已釋放磷的污泥回流曝氣池，再次用于吸收污水中的磷。上清液進入混合池注：162頁的表大家可以看一下第八節(jié)二次沉淀池與一般沉淀池的比較：.從固液分離原理來看，二沉池與一般沉淀池并無不同。兩種沉淀池均可按照池內(nèi)水流方向的不同分為平流式、豎流式與輻流式。二沉池功能要求不同，沉淀類型不同，因此，二沉池的設(shè)計原理和構(gòu)造都與一般沉淀池有所不同。二沉池的功能要求：①澄清（固液分離）；②污泥濃縮（使回流污泥的含水率降低，回流污泥的體積減少）。初沉池的功能要求：①去除懸浮物；②去除20%—30%的BOD。二沉池的設(shè)計原理：①沉淀試驗?zāi)茌^好的反映二沉池的沉淀情況，試驗數(shù)據(jù)可作為設(shè)計依據(jù)。②二沉池要同時考慮澄清和濃縮的要求。③靜止沉淀時，成層沉降速度取決于固體初始濃度，它決定了二沉池的澄清能力，據(jù)此可計算滿足澄清要求的面積。④二沉池濃縮能力取決于所要求的底流濃度（從二沉池排出的回流活性污泥的濃度）。根據(jù)沉速是固體濃度的函數(shù)及物料平衡原理，可按要求的底流濃度推算二沉池的表面積。⑤根據(jù)③、④算得的兩個表面面積，選擇大的數(shù)值作為設(shè)計面積。二沉池的構(gòu)造：二沉池構(gòu)造與初沉池一樣，可采用平流式、豎流式和幅流式沉淀池，但在構(gòu)造上要注意以下特點：①二次沉淀池的進水應(yīng)使布水均勻并造成有利于絮凝的條件，使泥花結(jié)大。②限制出流堰處的流速，防止較輕污泥絮體被出流水挾走，可在池面布置較多出水堰槽，使單位堰長的出水量不超過1.7L/(s·m)。③泥污斗的容積，要考慮污泥濃縮的要求。缺氧時間過長影響活性污泥中微生物的活力，并可能因反硝化而使污泥上浮，濃縮時間一般不超過2h。④二沉池應(yīng)設(shè)置浮渣的收集、撇除、輸送與處置裝置。第九節(jié)水力負荷：在單位時間內(nèi)通過沉淀池單位表面積的污水流量。其變化影響曝氣池和二次沉淀池的運行。流量增加，污水在曝氣池內(nèi)停留時間縮短，影響出水質(zhì)量，同時影響曝氣池的水位。若為機械表面曝氣機，水位變化，運行不穩(wěn)定。水力負荷對二沉池影響較大。有機負荷（Ls）：單位時間內(nèi)單位體積的池子所去除的有機物量。污泥負荷（Ns）：單位時間內(nèi)單位質(zhì)量的活性污泥所去除的有機物量。設(shè)計的污泥負荷一般不宜大于0.5kgBOD5/(kgMLSS·d)。如果要求進入硝化階段，一般采用0.15左右。在1.0以上為高污泥負荷，采用高的污泥負荷雖可減小曝氣池的容積，但出水水質(zhì)要降低，而且剩余污泥量增多，增加了污泥處置的費用與困難。在0.1以下為低污泥負荷，采用低的污泥負荷，曝氣池容積很大，池中的污泥濃度維持較高，基本上沒有剩余污泥排放，這就是延時曝氣法。污泥泥齡（SRT）：曝氣池中微生物細胞的平均停留時間。對于有回流的活性污泥法，污泥泥齡就是指曝氣池內(nèi)污泥全部更新一次所需的時間（以天計）。SRT至少等于水力停留時間（HRT），此時池內(nèi)微生物濃度很低，營養(yǎng)物質(zhì)相對豐富，細菌具有較高的能量水平，運動性強，絮凝沉淀性差，大部分微生物處于分散狀態(tài)，不易沉淀。用回流使SRT高于HRT，微生物濃度增加，改善了微生物絮凝條件，提高了微生物在二沉池中的固液分離性能。但過長的泥齡使微生物老化，絮凝條件惡化，并增加了惰性物質(zhì)引起的濁度?；钚晕勰嘞到y(tǒng)SRT約為HRT的20倍。延時曝氣系統(tǒng)的比例為30-40:1。高負荷系統(tǒng)，接近10:1。污泥膨脹：正常的活性污泥沉降性能良好，污泥體積指數(shù)SVI在50～150，活性污泥不正常時，污泥不易沉淀，SVI升高，混合液在1000mL量筒中沉淀30min后，污泥體積膨脹，上層清夜減少，這種現(xiàn)象稱污泥膨脹。分為絲狀菌膨脹與非絲狀菌膨脹。污泥膨脹的抑制措施：①控制曝氣量，使曝氣池中保持適量的溶解氧（不低于1～2mg/L，不超過4mg/L）；②調(diào)整pH值；③如氮、磷比例失調(diào)，適量投加氮和磷的化合物；④投加化學(xué)藥劑（如鐵鹽凝聚劑、有機陽離子凝聚劑、漂白粉、液氯等）。但投加藥劑費用較貴，停止加藥后又會恢復(fù)膨脹，而且并不是對各類膨脹都是有效的；⑤城市污水廠的污水在經(jīng)過沉砂池后，跳越初沉池，直接進入曝氣池。⑥短期內(nèi)間歇曝氣(悶曝)。⑦調(diào)整污泥負荷，通常用處理后水稀釋進水。泡沫問題工業(yè)廢水中常含有各種表面活性物質(zhì)，在采用活性污泥法時，曝氣池面常出現(xiàn)大量泡沫。泡沫過多時將從池面逸出，影響操作環(huán)境，帶走大量污泥。當(dāng)采用機械曝氣時，泡沫阻隔空氣，妨礙充氧。因此，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)南荽胧?，主要包括表面噴淋水或除沫劑。常用除沫劑為機油、煤油、硅油等，投量為0.5～1.5mg／L。通過增加曝氣池污泥濃度或適當(dāng)減小曝氣量，也能有效控制泡沫產(chǎn)生。當(dāng)廢水中含表面活性物質(zhì)較多時，宜預(yù)先用泡沫分離法或其他方法去除。第13章生物膜法一、生物濾池構(gòu)造1.濾床及池體濾床：生物濾池主要組成部分，微生物生長棲息場所，廢水通過濾床，污染物被去除，得到凈化，又稱為濾池的凈化區(qū)。濾床內(nèi)填充濾料(填料)，固定生物膜的介質(zhì)。濾料的基本要求:①提供大量的表面積；②使污水以液膜狀態(tài)流過生物膜；③有足夠的空隙率，保證通風(fēng)(即保證氧的供給)和使脫落的生物膜能隨水流出濾池；④不被微生物分解，也不抑制微生物生長，有較好的化學(xué)穩(wěn)定性；⑤有一定機械強度；⑥價格低廉2.布水設(shè)備布水設(shè)備是生物濾池投料(廢水)部分，又稱為投料區(qū)(或進水區(qū))。要求：廢水均勻噴灑在濾料上。其次，它應(yīng)不受風(fēng)力的影響，不易堵塞和易于清除。布水設(shè)備分為兩類：移動式（常用于回轉(zhuǎn)式）布水器，固定式噴嘴系統(tǒng)3.排水系統(tǒng)(出水區(qū))作用：收集及排出處理水和生物膜；保證通風(fēng)；支撐濾料。生物濾池機理：在生物膜法中，微生物附著在固體（濾科）表面上生長，并形成生物膜層。當(dāng)廢水流經(jīng)濾床，和生物膜接觸過程中，其中有機污染物既被微生物吸附、穩(wěn)定，廢水得到了無害化處理。這個處理過程得以正常進行的關(guān)鍵是培養(yǎng)好生物膜。影響生物濾池性能的主要因素：廢水水質(zhì)，溫度，濾床高度，負荷率，回流，供氧。第三節(jié)生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造：生物轉(zhuǎn)盤是由一系列平行的旋轉(zhuǎn)圓盤、轉(zhuǎn)動中心軸、動力及減速裝置、氧化槽等組成。①盤片：高強度、輕質(zhì)、耐腐蝕，受材料、污水與膜的接觸均勻性、外緣膜易脫落等影響，直徑2～3m，最大達5m，厚度1～10mm，盤片凈距進水端25-35mm，出水端10-20mm②盤轉(zhuǎn)動軸：具有足夠的強度和鋼度，承載盤體自重及附加荷重，防止斷裂和扭曲。直徑50mm以上，軸中心應(yīng)高出水為150mm，軸長小于7.6m。③處理槽：與盤片相吻合的半圓形或多邊形，設(shè)排泥和放空管。用鋼筋混凝土或鋼板制作，斷面直徑比轉(zhuǎn)盤略大(一般為20～40mm)，使轉(zhuǎn)盤既可在槽內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，脫落殘膜又不致留在槽內(nèi)。④驅(qū)動裝置：機械驅(qū)動裝置；空氣驅(qū)動裝置；水輪驅(qū)動裝置。應(yīng)設(shè)置在房屋或雨篷內(nèi)或用罩覆蓋，防止風(fēng)吹雨打日曬，但罩上應(yīng)開孔促進空氣流通。生物轉(zhuǎn)盤的作用：在印染、造紙、皮革和石油化工等行業(yè)的工業(yè)廢水中得到應(yīng)用，效果較好生物轉(zhuǎn)盤的凈化機理：生物膜的形成、生長及降解有機物的機理與生物濾池相同。它以一系列轉(zhuǎn)動的盤體代替固定濾料，生物膜生長在轉(zhuǎn)盤上。生物膜交替與空氣和污水接觸，使吸附的有機污染物被生物膜中的微生物所分解，脫落的生物膜隨污水流入下一級轉(zhuǎn)盤，最終被二次沉淀池截留。生物轉(zhuǎn)盤一般還具有硝化、脫氮和除磷的功能,處理程度較深。生物轉(zhuǎn)盤的影響因素：①轉(zhuǎn)盤材料②轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速③轉(zhuǎn)盤浸沒百分比④水力停留時間第四節(jié)生物接觸氧化法概念：在池內(nèi)設(shè)置填料，污水浸沒全部填料，采用與曝氣池相同的曝氣方法，提供微生物所需的氧量，又稱‘浸沒曝氣式生物濾池’。2工作原理見圖：3.特點①填料比表面積大，充氧條件好，池內(nèi)單位容積的生物量高于活性污泥法法及生物濾池。因此生物接觸氧化池具有較高的容積負荷。②生物接觸氧化法不需要污泥回流，不存在污泥膨脹問題，運行管理簡便。③生物固體量多，水流屬完全混合型，對水質(zhì)水量適應(yīng)能力強。④容積負荷較高時，其F/M保持在較低水平，污泥產(chǎn)量較低。接觸氧化池構(gòu)造1.池體用于設(shè)置填料、布水布氣裝置、支承填料支架，為鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。池中水流速度低，脫落的殘膜會有一部分沉積在池底，池底可做成多斗式或設(shè)置集泥設(shè)備，也可設(shè)置排泥和放空設(shè)施。2.填料要求：比表面積大、空隙率大、水力阻力小、強度大、化學(xué)和生物穩(wěn)定性好、經(jīng)久耐用、無毒、易掛膜、質(zhì)輕。常采用聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料、環(huán)氧玻璃鋼等做成的蜂窩狀和波紋板狀填科料，纖維組合填料等。3.布水曝氣系統(tǒng)及填料的布置方式①接觸池填料可全池布置，底部進水，整個池底安裝布氣設(shè)施，管子相互正交，全池曝氣；②填料兩側(cè)布置，底部進水，布氣管置于池中心，中心曝氣;③填料單側(cè)，上面進水，側(cè)面曝氣。全池曝氣應(yīng)用較多，不論那種形式，填料均分層安裝。第五節(jié)生物流化床1.流態(tài)化原理借助流體(液體、氣體)使表面生長著微生物的固體顆粒(沙、焦炭、活性炭等生物顆粒)呈流態(tài)化，進行降解有機污染物的生物膜處理技術(shù)。流化床①底部，裝多孔液體分布板②，其上堆放顆粒載體(砂、活性碳)，液體從床底進口③流入，經(jīng)分布板均勻向上流動，通過固體床層由頂部出口管④流出。流化床上裝壓差計⑤，測量液體流經(jīng)床層的壓力降。液體流過床層時，隨流體流速不同，床層出現(xiàn)三種狀態(tài)。①固定床階段液體以很小的速度流經(jīng)床層時，固體顆粒處于靜止不動狀態(tài)，床層高度基本維持不變，這時的床層稱固定床。這一階段，液體通過床層的壓力降Δp隨空塔速度ν的上升而增加，呈冪函數(shù)關(guān)系，在雙對數(shù)坐標(biāo)圖紙上呈直線。圖13-40中的ab段。圖13-40中的b點：液體流速增大到壓力降Δp等于單位面積床層重量時，固體顆粒間相對位置略有變化，床層開始膨脹，固體顆粒仍保持接觸且不流態(tài)化。②流化床階段液體流速大于b點流速，顆粒被液體托起呈懸浮狀態(tài)，在床層內(nèi)各個方向流動，但床層上部有一水平界面，此時床層完全處于流態(tài)化狀態(tài)，這類床層稱流化床。這階段，流化層高度h隨流速上升而增大，床層壓力降Δp則基本上不隨流速改變。b點流速νmin是達到流態(tài)化的起始速度，稱臨界流態(tài)化速度，其值隨顆粒大小、密度和液體物理性質(zhì)而異。由于生物流化床中載體顆粒表面有一層微生物膜，其流化特性與普通流化床不同。流化床床層的膨脹程度可以用膨脹率k或膨脹比R表示，一般K取50-200%。Ve、V-分別為固定床層和流化床層體積h、he-分別為固定床層和流化床層高度相同流速下生物流化床膨脹率K隨膜厚度增大而增大③液體輸送階段液體流速提高至超過c點后，床層不再保持流化，床層上部界面消失，載體隨液體從流化床帶出，這階段稱液體輸送階段。在水處理工藝中，這種床稱“移動床”或“流動床”。c點流速νmax稱顆粒帶出速度或最大流化速度。流化床正常操作應(yīng)控制在νmin與νmax之間。第15章厭氧生物處理厭氧生物處理是指在無分子氧條件下通過專性厭氧微生物及兼性微生物作用，將廢水中有機物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程。與好氧過程的根本區(qū)別：不以分子氧作為受氫體，而以化合態(tài)氧、碳、硫、氮等為受氫體。兩階段理論液化（酸化）階段：兼性厭氧菌作用，大量氫氣產(chǎn)生，也稱氫發(fā)酵階段，有機酸積累，pH下降，有機物轉(zhuǎn)化為有機酸、醇、醛、水分子等液態(tài)產(chǎn)物和CO2、H2、NH3、H2S等氣體分子。污泥有粘性，灰黃色，發(fā)出惡臭，污泥稱為酸性消化污泥。氣化（甲烷化）階段：又稱甲烷發(fā)酵階段、堿性發(fā)酵階段，專性厭氧菌作用，隔絕空氣，產(chǎn)物以甲烷為主。污泥呈黑色，穩(wěn)定不易腐化，無甚惡臭，易于脫水，這種污泥成為熟污泥或消化污泥。2、三階段理論水解階段：大分子、不溶性有機物在胞外酶作用下水解為小分子、溶解性有機物，然后滲入細胞體內(nèi)，分解產(chǎn)生揮發(fā)性有機酸、醇、醛等，主要產(chǎn)生較高級脂肪酸。產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將第一階段產(chǎn)生的有機酸轉(zhuǎn)化成乙酸和H2，降解奇數(shù)碳有機物還形成CO2。產(chǎn)甲烷階段：產(chǎn)甲烷細菌將乙酸、乙酸鹽、和H2等轉(zhuǎn)化為甲烷。由兩組生理不同的產(chǎn)甲烷菌完成。一組把氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷，另一組從乙酸或乙酸鹽脫羧產(chǎn)生甲烷，前者約占總量的1/3，后者約占2/3。各階段反應(yīng)速度依廢水性質(zhì)而異，以纖維素、半纖維素、果膠和脂類等為主的廢水中，水解為限速步驟；簡單的糖類、淀粉、氨基酸和一般蛋白質(zhì)均能被微生物迅速分解，以這類有機物為主的廢水，產(chǎn)甲烷為限速階段。二、厭氧消化影響因素基礎(chǔ)因素：微生物量(污泥濃度)、營養(yǎng)比、混合接觸狀況、有機負荷等。環(huán)境因素：溫度、pH值、氧化還原電位、有毒物質(zhì)等。1、pH值：每種微生物可在一定的pH值范圍內(nèi)活動，產(chǎn)酸細菌適宜的pH值范圍在4.5-8.0之間。產(chǎn)甲烷菌最適宜pH值6.8～7.2，pH6.6～7.4較適宜。污水堿度及產(chǎn)物氨氮可以中和有機酸。2、溫度根據(jù)甲烷菌適宜溫度條件不同，厭氧法分為常溫厭氧消化，適宜溫度范圍10～30℃。中溫厭氧消化，適宜溫度35～38℃，若低于32℃或者高于40℃，厭氧消化的效率即趨向明顯地降低。高溫厭氧消化，適宜溫度為52～55℃。一定溫度范圍內(nèi)，溫度提高，有機物去除率提高，產(chǎn)氣量提高。溫度急劇變化不利于厭氧消化。在設(shè)計時常采取一定的控溫措施，使溫度變化幅度不超過2～3℃/h。3、生物固體停留時間：消化池水力停留時間等于污泥齡。4、攪拌和混合：通過攪拌可消除池內(nèi)梯度，增加食料與微生物之間的接觸,避免產(chǎn)生分層，促近沼氣分離。連續(xù)攪拌會破壞產(chǎn)乙酸菌和甲烷菌之間的共生關(guān)系。攪拌方法:機械攪拌器攪拌法；消化液循環(huán)攪拌法；沼氣循環(huán)攪拌法沼氣循環(huán)攪拌，還有利于使沼氣中的CO2作為產(chǎn)甲烷的底物被細菌利用,提高甲烷的產(chǎn)量。5、營養(yǎng)比：工程上主要控制進料的碳、氮、磷比例。厭氧法中COD:氮:磷控制為800:5:1為宜。碳氮比例對厭氧消化的影響更為重要，C/N為10～18:1。氮源不足，厭氧菌增殖緩慢，消化液的緩沖能力降低，pH值容易下降。氮源過剩，氮不能被充分利用，系統(tǒng)中氨過分積累，pH值升至8.0以上，抑制產(chǎn)甲烷茵的生長繁殖，使消化效率降低。合適的C/N比還有利于提高反應(yīng)器的緩沖能力。6、有毒物質(zhì)：厭氧系統(tǒng)中的有毒物質(zhì)會不同程度地對過程產(chǎn)生抑制作用，這些物質(zhì)可能是進水中所含成分，或是厭氧菌代謝的副產(chǎn)物。包括有毒有機物、重金屬離子和一些陽離子等。15-2污水的厭氧生物處理工藝普通厭氧消化池二、厭氧接觸法優(yōu)點：由于污泥回流，反應(yīng)器內(nèi)維持了較高的污泥濃度，降低了水力停留時間，使反應(yīng)器具有一定的抗沖擊負荷能力。缺點：反應(yīng)器中排出的混合液中附著大量氣泡，在沉淀池中易于上浮隨出水流出。沉淀池污泥中仍有甲烷菌，產(chǎn)生沼氣，污泥上翻，固液分離效果差，使回流污泥濃度降低。對沉淀池沉淀效果差采取的措施方法：(1)反應(yīng)池與沉淀池之間設(shè)脫氣器。但不能抑制產(chǎn)甲烷菌在沉淀池產(chǎn)氣。(2)反應(yīng)池與沉淀池之間設(shè)冷卻器，使溫度降至15，抑制產(chǎn)甲烷菌活性，脫氣器與冷卻器連用效果最佳。(3)投加混凝劑，提高沉淀效率；(4)用膜過濾代替沉淀池。三、厭氧生物濾池四、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器五、分段厭氧處理法六、厭氧膨脹床和厭氧流化床七、厭氧生物轉(zhuǎn)盤和厭氧擋板反應(yīng)器八、兩相厭氧法16章污水的化學(xué)與物理化學(xué)處理第一節(jié)1)酸性廢水的中和方法①利用堿性廢水或堿性廢渣(如電石渣、石灰石、石灰、白云石)中和,達到以廢治廢目的。②投加堿性藥劑—中和劑能制成溶液或漿料時。③通過有中和性能的濾料過濾—中和劑為粒料或塊料時。④接觸中和法—用煙道氣中合堿性廢水時。(2)堿性廢水處理①堿性廢水與酸性廢水相互中和②藥劑中和投加的藥劑包括石灰、苛性鈉、碳酸鈉、石灰石、電石渣等。常用石灰(CaO)。藥劑選用應(yīng)考慮藥劑供應(yīng)情況、溶解性、反應(yīng)速度、成本、二次污染等因素膠體的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性第二節(jié)膠體的結(jié)構(gòu)膠核:位于膠體中心,數(shù)個不溶于水的膠體分子聚合而成.電位離子:校核表面選擇吸附的一層帶同號電荷的離子(膠核表層分子離解產(chǎn)生或水中的H+、Na+或OH-等)。雙電層結(jié)構(gòu):電位離子決定膠粒電荷多少和符號,構(gòu)成雙電層的內(nèi)層,由于電位離子的靜電引力,在其周圍的溶液里吸引眾多異號離子,形成反離子層,構(gòu)成雙電層外層。吸附層:反離子層中緊靠電位離子的離子被電位離子牢固地吸引著,膠核運動時,也隨著一起運動,組成了吸附層,它和電位離子一起組成膠團的固定層。擴散層:固定層以外的反離子,由于熱運動和液體的溶劑化作用而向外擴散,受電位離子的引力較弱,不隨膠核一起運動,它們圍著吸附層形成了擴散層?；瑒用?固定層與擴散層之間的交界面稱為滑動面,滑動面以內(nèi)的部分稱為膠粒,它是帶電微粒。膠團:膠粒與擴散層一起構(gòu)成電中性的膠團;Al(OH)3膠體微粒穩(wěn)定性的主要原因①顆粒的布朗運動；②膠體顆粒間的靜電斥力③顆粒表面的溶劑化作用膠粒在水中受力狀況：①帶相同電荷的膠粒產(chǎn)生靜電斥力,且ξ電位逾高,靜電斥力愈大；②受水分子熱運動的撞擊,微粒在水中作不規(guī)則運動,即“布朗運動”；③膠粒之間的范德華引力,引力大小與膠粒間距2次方成反比,間距較大時,引力不計。布朗運動的動能不能將膠粒推近到范氏力發(fā)揮作用的距離,故膠粒不能相互聚結(jié)而保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。膠體水化作用,使膠粒表面形成水化膜造成膠體的穩(wěn)定.天然水中粘土類膠體屬憎水膠體,水化膜與膠體雙電層結(jié)構(gòu)有關(guān),消除ξ電位,水化膜亦消失。但廢水中膠體表面水化膜,多數(shù)情況下并非由膠體電荷引起。例如,高分子物質(zhì)由于極性基團吸引大量水分子而形成水化膜。混凝原理壓縮雙電層作用①等電狀態(tài)在水中投加電解質(zhì)—混凝劑可達此目的。例如天然水中帶負電荷的粘土膠粒，在投人鐵鹽或鋁鹽等混凝劑后，混凝劑提供的大量正離子會擁入膠體擴散層甚至吸附層。因為膠核表面的總電位不變，增加擴散層及吸附層中的正離子濃度，就使擴散層減薄，ξ電位降低。當(dāng)大量正離子涌入吸附層以致擴散層完全消失時，ξ電位為零，稱為等電狀態(tài)。②臨界電位在等電狀態(tài)下，膠粒間靜電斥力消失，膠粒最易發(fā)生聚結(jié)。實際上，ξ電位只要降至某一程度而使膠粒間排斥的能量小于膠粒布朗運動的動能時，膠粒就開始產(chǎn)生明顯的聚結(jié)，這時的ξ電位稱為臨界電位。③膠粒脫穩(wěn):膠粒因ξ電位降低或消除以致失去穩(wěn)定性的過程,稱為膠粒脫穩(wěn)。吸附架橋作用:三價鋁鹽或鐵鹽及其他高分子混凝劑經(jīng)水解和縮聚形成具有線性結(jié)構(gòu)高分子聚合物,可被膠體微粒強烈吸附,當(dāng)一端吸附某一膠粒后,另一端又吸附另一膠粒,在兩膠粒間吸附架橋,顆粒結(jié)大,形成絮凝體.網(wǎng)捕作用:三價鋁鹽或鐵鹽等水解而生成沉淀物,這些沉淀物在沉降過程中,能集卷、網(wǎng)捕水中的膠體等微粒,使膠體粘結(jié)?；炷齽?為使懸浮微顆?；蚰z體變成易于去除的大絮凝體而投加的主要化學(xué)藥劑稱為混凝劑。通過混凝劑或水解產(chǎn)物對膠體壓縮其雙電層、中和電性及吸附、架橋等作用完成混凝。常用混凝劑:無機多價金屬鹽類(鋁鹽、鐵鹽)和高分子聚合物(聚丙烯酰胺等)兩大類。無機鹽類混凝劑有鋁鹽混凝劑:硫酸鋁、明礬和聚合氯化鋁;鐵鹽混凝劑:硫酸亞鐵、三氯化鐵和聚合硫酸鐵;影響混凝效果的主要因素1．溫度的影響①影響藥劑化學(xué)反應(yīng)的速度;對金屬鹽類影響較大,因其水解吸熱,如硫酸鋁,水溫低于5℃時,水解速率非常慢。②③水溫低時水的粘度大,布朗運動強度減弱,不利于脫穩(wěn)膠粒相互凝聚,水流剪力也增大,影響絮凝體的成長。溫度主要影響鹽類混凝劑,對高分子混凝劑影響較小。2.pH值pH對混凝的影響程度因混凝劑而異。對金屬鹽類,混凝過程中水解產(chǎn)生大量H＋,pH值下降,要使pH保持在最佳絮凝范圍內(nèi),應(yīng)有堿性物質(zhì)與其中和,當(dāng)原水中堿度不足或混凝劑投量較大時,pH下降幅度大,影響混凝效果,應(yīng)投加石灰或重碳酸鈉等。對高分子混凝劑,因其作用并非靠大量水解來實現(xiàn),且水中均會保持有一定的堿度,固對其最佳投加量影響不大;對人工合成的高分子混凝劑,pH影響活性基團性質(zhì)。3.水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度都對混凝效果有明顯的影響。不同的水樣中的成分不同,同一種混凝劑的處理效果可能相差很大。在生產(chǎn)和使用上,主要靠混凝試驗來選擇合適的混凝劑品種和最佳投量。4.水力條件混凝過程中水力條件對絮凝體的形成影響極大?；炷^程分為兩個階段：混合階段和反應(yīng)階段?；旌想A段要求使藥劑迅速均勻擴散,創(chuàng)造水解和聚合條件,使膠體脫穩(wěn)并借顆粒的布朗運動和水流紊動進行凝聚,不要求形成大絮體?；旌弦罂焖俸蛣×覕嚢?在幾秒或一分鐘內(nèi)完成。反應(yīng)階段攪拌強度或水流速度應(yīng)隨絮體結(jié)大而逐漸降低,以免絮凝體被打碎?；瘜W(xué)混凝的設(shè)備混凝劑的溶解配制和投加設(shè)備混凝劑投加方法：干投法和濕投法干投法:將固體藥劑(如硫酸鋁)破碎成粉末后定量投加,使用較少。濕投法:將混凝劑先溶解,再配制成一定濃度的溶液后定量地投加。(1)混凝劑的溶解配制溶解:在溶解池中采用攪拌促進藥劑的溶解。攪拌方法:機械攪拌、壓縮空氣攪拌和水泵攪拌。溶液池：藥劑溶解完全后，在溶液池內(nèi)以清水稀釋到一定濃度備用。無機混凝劑溶液濃度10％～20％。有機高分子混凝劑溶液的濃度0.5％～1.0％。(2)混凝劑溶液的投加藥劑投加必須有計量(轉(zhuǎn)子流量計,電磁流量計)及定量設(shè)備,并能隨時調(diào)節(jié)投加量。(3)混凝劑溶液投加方式泵前重力投加；水射器投加或直接用計量泵投加2.混合設(shè)備(1)水泵混合利用提升泵葉輪中水流產(chǎn)生的局部渦流進行混合。(2)隔板混合混合池內(nèi)設(shè)有數(shù)塊隔板,水流通過隔板孔道時產(chǎn)生急劇收縮和擴散,形成渦流,使藥劑與原水充分混合。(3)機械混合電動機帶動槳板或螺旋槳進行強烈攪拌3.反應(yīng)設(shè)備①水力攪拌反應(yīng)池(水流的紊動進行攪拌)—隔板反應(yīng)池機械反應(yīng)池-槳板式機械反應(yīng)池常見的沉淀劑：金屬的氫氧化物或硫化物、碳酸鹽常用的氧化劑有：空氣中的氧、臭氧、純氧、氯氣、漂白粉、次氯酸鈉、二氧化氯、過氧化氫和高錳酸鉀等常用的還原劑有：硫酸亞鐵、氯化亞鐵、鐵屑、鋅粉、二氧化硫、硼氫化鈉等含鉻廢水的處理方法：①投加FeSO4和石灰②電解法直流電流通過電解質(zhì)溶液時，在兩個電極上引起的化學(xué)變化稱電解。陰離子在陽極失去電子而被氧化；陽離子在陰極得到電子而被還原。有時，陽極材料會被氧化成陽離子電解法處理含CrO42－根的廢水，以鐵板為電極。Cr(Ⅵ)被還原成Cr3+，與(OH)－結(jié)合成Cr(OH)3。陽極反應(yīng)陰極反應(yīng)電解法也可去除廢水中的汞，用銅板做陽極，鋅板做陰極。Hg+或Hg在陰極還原成單質(zhì)Hg2+，與極板鋅結(jié)合成汞齊。利用電解法氧化還原上述廢水，效果穩(wěn)定可靠，操作管理簡單，但需要消耗電能和鋼材，運轉(zhuǎn)費用較高第五節(jié)吸附法：概念：流體與多孔固體接觸時,流體中某一組分或多個組分在固體表面處產(chǎn)生積蓄的現(xiàn)象。這里的固體稱吸附劑。被吸附的物質(zhì)稱吸附質(zhì)。產(chǎn)生吸附原因：固體表面分子或原子因受力不均衡而具有剩余表面能，物質(zhì)碰撞固體表面時，受到不平衡力的吸引而停留在固體表面上，產(chǎn)生吸附。吸附的結(jié)果是吸附質(zhì)在吸附劑上濃集，吸附劑的表面能降低。吸附種類：1.物理吸附：溶質(zhì)與吸附劑間靠分子間力產(chǎn)生的吸附。特點是沒有選擇性，吸附質(zhì)不固定在吸附劑表面的特定位置，能在界面范圍內(nèi)自由移動，吸附牢固程度不如化學(xué)吸附。物理吸附主要發(fā)生在低溫狀態(tài)下，過程放熱較小，可以是單分子層或多分子層吸附。影響物理吸附的主要因素是吸附劑比表面積和細孔分布?；瘜W(xué)吸附：溶質(zhì)與吸附劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的吸附化學(xué)鍵和表面絡(luò)合物，吸附質(zhì)分子不能在表面自由移動。吸附放熱較大，類似化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)吸附有選擇性，一種吸附劑只對某種或特定幾種物質(zhì)有吸附作用，一般為單分子層吸附。通常需要一定的活化能，低溫時，吸附速度較小?；瘜W(xué)吸附與吸附劑的表面化學(xué)性質(zhì)和吸附質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。物系及操作條件一定時，吸附過程包括以下三個步驟：(1)吸附質(zhì)從流體主體以對流擴散的形式傳遞到固體吸附劑的外表面，稱為外擴散（顆粒外部擴散階段）。(2)吸附質(zhì)從吸附劑的外表面進入吸附劑的微孔內(nèi)，然后擴散到固體的內(nèi)表面，稱為內(nèi)擴散（空隙擴散）。(3)吸附質(zhì)在固體內(nèi)表面上被吸附劑所吸附，稱為表面吸附過程（擴散反應(yīng)階段）。影響吸附的因素吸附是溶劑、溶質(zhì)和固體吸附劑三者之間的作用，溶質(zhì)、吸附劑和溶液性質(zhì)都對吸附過程產(chǎn)生影響。(1)溶質(zhì)(吸附質(zhì))的性質(zhì)①溶質(zhì)和溶劑之間的作用力：溶質(zhì)在水中溶解度愈大，溶質(zhì)對水的親和力愈強，不易轉(zhuǎn)向吸附劑界面而被吸附。溶解度與分子結(jié)構(gòu)、大小有關(guān)。如苯甲醛在活性炭上的吸附量是丁醛的2倍。②溶質(zhì)分子大?。捍蟪叽缡杷肿拥某饬υ黾恿怂?水間的鍵合，隨吸附質(zhì)相對分子量增加，吸附量增加；但吸附速率受顆粒內(nèi)擴散速率控制時，吸附速率隨相對分子量增加而降低，低分子量的有機物反而容易被除去。③電離和極性：簡單化合物，非解離的分子較離子化合物的吸附量大，但隨著化合物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，電離對吸附的影響減小。溶質(zhì)極性對吸附的影響服從相似相容原理，極性吸附劑能強烈地從非極性溶劑中將極性溶質(zhì)吸附。極性溶質(zhì)在水中的吸附量雖溶質(zhì)極性增強，吸附作用減小。羥基、羧基、硝基、氰基、磺基、氨基等能增加分子的極性，對吸附是不利的。(2)吸附劑的性質(zhì)①比表面積：吸附量歲吸附劑比表面積增大而增加；顆粒外部擴散速度與溶液濃度成正比，也與吸附劑的比表面積的大小成正比。吸附劑顆粒直徑越小，外部擴散速度越快。同時，增加溶液與顆粒間的相對運動速度，也可以提高外部擴散速度②孔結(jié)構(gòu)：孔隙擴散速度與吸附劑孔隙的大小、結(jié)構(gòu)和吸附質(zhì)顆粒的大小和結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。一般，吸附劑顆粒越小，孔隙擴散速度越快，吸附量越大。③吸附劑表面化學(xué)性質(zhì)：極性分子(或離子)型的吸附劑容易吸附極性分子(或離子)型的吸附質(zhì)；非極性分子型的吸附型容易吸附非極性的吸附質(zhì)。(3)溶液的性質(zhì)①pH值：pH對吸附質(zhì)在溶液的存在形態(tài)(電離、絡(luò)合)和溶解度均有影響，因而對吸附性能也有影響，水中的有機物一般在低pH時電離度較小，吸附去除率高?；钚蕴恳话阍谒嵝詶l件下比在堿性條件下有較高的吸附量。②溫度：吸附反應(yīng)通常是放熱反應(yīng)，低溫低對吸附反應(yīng)有利。但在水處理中溫度變化不大，溫度的影響很小，可以忽略不計。③共存物質(zhì)：影響較復(fù)雜，有的可以相互誘發(fā)吸附，有的能獨立地被吸附，有的相互起干擾作用。水溶液中有相當(dāng)于天然量的無機離子共存時，對有機物的吸附幾乎沒影響。當(dāng)有汞、鉻、鐵等金屬離子在活性炭表面氧化還原發(fā)生沉積時，會使活性炭孔徑標(biāo)校，妨礙有機物擴散。懸浮物會堵塞吸附劑孔隙，油類物質(zhì)會在吸附劑表面形成油膜，對吸附有很多影響。吸附劑的性能(1)密度②表觀密度P（又稱顆粒密度）定義為單位體積吸附劑顆粒本身的質(zhì)量。③真實密度t是指扣除顆粒內(nèi)細孔體積后單位體積吸附劑的質(zhì)量。(2)吸附劑的比表面積吸附劑的比表面積是指單位質(zhì)量的吸附劑所具有的吸附表面積，㎡／g。吸附劑孔隙的孔徑大小直接影響吸附劑的比表面積，孔徑的大小可分三類：大孔、過渡孔、微孔。吸附劑的比表面積以微孔提供的表面積為主，常采用氣相吸附法測定。(3)吸附容量吸附容量是指吸附劑吸滿吸附質(zhì)時的吸附量（單位質(zhì)量的吸附劑所吸附吸附質(zhì)的質(zhì)量），它反映了吸附劑吸附能力的大小。吸附量可以通過觀察吸附前后吸附質(zhì)體積或質(zhì)量的變化測得。也可用電子顯微鏡等觀察吸附劑固體表面的變化測得離子交換法：水處理中離子交換劑主要有：磺化煤和離子交換樹脂。離子交換樹脂是人工合成的高分子聚合物，由樹脂本體〔母體或骨架〕和活性基團組成。離子交換樹脂的選用：1.離子交換樹脂的交換容量交換容量是樹脂最重要的性能指標(biāo)。由于樹脂的交換容量與離子交換反應(yīng)條件有關(guān)，因此有不同的交換容量概念：（1）理論交換容量（總交換容量）理論交換容量是指單位（質(zhì)量或體積）離子交換樹脂中能進行離子交換反應(yīng)的交換基團的總數(shù)，它實際是樹脂交換容量的理論值或最大值。mol/kg(干樹脂)或mol/L(濕樹脂)。（2）工作交換容量指在一定工作條件下，離子交換樹脂對離子的交換吸附能力。分為穿透交換容量、飽和交換容量和再生交換容量。穿透交換容量：柱式操作中，被吸附離子在流出液總的濃度達到規(guī)定的穿透濃度時，樹脂所達到的交換容量。不僅與具體操作條件和離子交換反應(yīng)速度有關(guān)，而且與穿透濃度的規(guī)定值有關(guān)。飽和交換容量：柱式操作中，被吸附離子在流出液中的濃度與流入液中濃度相等時，樹脂達到的交換容量。與具體的操作條件和離子交換反應(yīng)速度有關(guān)。再生交換容量：在指定的再生劑用量相同條件下測定的樹脂交換容量。再生交換容量與再生劑用量有關(guān)，實際使用，從經(jīng)濟原因考慮一般不要求樹脂達到完全再生，所以樹脂的再生交換容量一般小于新樹脂的交換容量。2.離子交換勢離子交換是可逆反應(yīng)，可利用質(zhì)量作用定律解釋離子交換平衡規(guī)律。對同一種交換樹脂RH，交換平衡常數(shù)K隨交換離子M而異；K值愈大，交換離子愈易取代樹脂上的可交換離子，也就表明交換離子與樹脂之間的親和力愈大，這種離子的交換勢大；反之，K愈小，交換勢小。含多種離子的廢水同離子交換樹脂接觸時，交換勢大的離子最先同樹脂上的離子進行交換。亦即粒子樹脂對離子有選擇性，先交換交換勢大的離子，后交換交換勢小的離子。離子交換樹脂的受離子交換樹脂的膠聯(lián)度、官能團性質(zhì)、外部溶液的離子濃度和組成等因素的影響離子交換樹脂的選擇性與反離子的原子序數(shù)、電荷數(shù)、離子（或配合離子）的半徑有關(guān)，以下經(jīng)驗規(guī)則可供參考：（1）在室溫和低濃度水溶液中，陽離子氧化數(shù)越高，交換勢越大。Th4+﹥Al3+﹥Ca2+﹥K+﹥NH4+﹥Na+﹥H+﹥Li+。（2）.在水溶液中離子濃度相同條件下，樹脂對電荷數(shù)相同的選擇性隨原子序數(shù)的增加而增加，這是因為水合離子的半徑隨原子序數(shù)的增加而減小。Li+﹤Na+﹤K+﹤Rb+﹤Cs+Mg2+﹤Ca2+﹤Sr2+﹤Ba2+F-﹤Cl-﹤Br-﹤I-（3）.如果反離子與樹脂官能團之間有較強的相互作用，則該反離子將優(yōu)先被選擇，例如：羧酸官能團的樹脂優(yōu)先選擇H+；（4）.增加樹脂的交聯(lián)度，或降低外部溶液的濃度，可以增加樹脂的選擇性（5）.樹脂的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對離子在樹脂內(nèi)部的擴散有一定程度的影響，大孔樹脂的選擇性一般比凝膠態(tài)樹脂低在有機溶劑或水-有機溶劑混合體系中，樹脂的選擇性與單純水溶劑體系相比有很大的提高，這不僅是因為溶劑極性減小，造成樹脂溶脹程度減少，更重要的是因為能與被吸附離子形成配合物的有機溶劑，使被吸附離子的電荷符號和離子半徑都發(fā)生了變化的緣故，因此，用有機配位劑與被吸附離子形成配合物的方法，是提高樹脂選擇性的有效方法。3.交聯(lián)、交聯(lián)度和交聯(lián)劑交聯(lián)是指線型結(jié)構(gòu)分子因本身含有多功能團，與具有多功能團的物質(zhì)作用或受高能輻射等作用而形成具有橋鍵的體型結(jié)構(gòu)分子的過程。表示交聯(lián)程度（膠聯(lián)劑的百分數(shù)）的物理量稱為交聯(lián)度。交聯(lián)劑是指能在線型結(jié)構(gòu)分子縮聚時起架橋作用而使其分子中的基團互相鍵合成為不溶網(wǎng)狀體的物質(zhì)。交聯(lián)度對樹脂的許多性能具有決定性的影響。交聯(lián)度較高的樹脂，孔隙度較低，密度較大，離子擴散速度較低，對半徑較大的離子和水合離子的交換量較小，浸泡在水中時，水化度較低，形變較小，也就比較穩(wěn)定，不易碎裂。水處理中使用的離子交換樹脂，交聯(lián)度為7％-10％。離子交換過程1.交換步驟：（1）外部溶液中的可交換離子穿過樹脂顆粒表面的液膜，到達樹脂表面。（2）可交換離子在樹脂顆粒內(nèi)部擴散，到達樹脂交換基團附近的交換位置-內(nèi)擴散。（3）可交換離子與樹脂交換基團的反離子發(fā)生離子交換反應(yīng)。。（4）反離子在樹脂顆粒內(nèi)部擴散，到達樹脂表面。（5)反離子穿過樹脂顆粒表面的液膜，進入外部溶液。離子交換反應(yīng)（步驟3）速度很快的，離子的擴散速度比較慢，尤其是離子在樹脂顆?？p隙的擴散速度比在水溶液中慢1～2個數(shù)量級，這是離子交換反應(yīng)比水溶液中的離子互換反應(yīng)速度慢的主要原因。2.樹脂內(nèi)部溶液在離子交換過程中的作用：(1)樹脂內(nèi)部溶液的存在是進行離子交換的必要條件，也就是說沒有樹脂內(nèi)部溶液就不能進行離子交換反應(yīng)。樹脂具備離子交換性能的前提是：（a）樹脂內(nèi)部有足夠大的孔道，使外部溶液的離子能進入樹脂內(nèi)部（b）樹脂的交換基團能發(fā)生電離，形成可以自由移動的反離子。要滿足這兩個條件，樹脂必須溶脹，同時形成樹脂的內(nèi)部溶液。當(dāng)外部溶液是水溶液時，干燥的樹脂一旦接觸水，立即被水溶脹，樹脂的交換基團能在水中發(fā)生電離，自然形成樹脂內(nèi)部溶液。但是，當(dāng)外部溶液是非極性的有機溶劑時，干燥的樹脂不能溶脹，也就不可能形成樹脂內(nèi)部溶液，離子交換反應(yīng)就不能進行。2）樹脂內(nèi)部溶液的組成和PH值對離子交換反應(yīng)有一定的影響，通過改變樹脂內(nèi)部溶液的組成和PH值可以改善樹脂的性能，使一些難以進行的反應(yīng)可以進行。例如：對于吸附在陰離子交換樹脂上的硫酸鈾酰，用TBP的煤油溶液是不能解吸的，但是如果用硝酸處理含鉑樹脂，使樹脂內(nèi)部溶液中有一定量的NO3-存在，就可以用TBP的煤油溶液把鉑從樹脂上解吸下來。離子交換的運行操作步驟：交換、反洗、再生、清洗。1．交換操作時，開啟進水閥①和出水閥②，其余閥門關(guān)閉(見圖)，交換過程主要與樹脂層高度、水流速度、原水濃度，樹脂性能以及再生程度等因素有關(guān)。出水中的離子濃度達到限值時，應(yīng)進行再生。2．反洗反洗的目的在于松動樹脂層，以便下一步再生時注入的再生液分布均勻，也及時地清除積存在樹脂層內(nèi)的雜質(zhì)、碎粒和氣泡。反洗前先關(guān)閉閥門①和②，打