水污染控制工程培訓(xùn)課件

1、水污染控制工程下主講：成官文 教學(xué)要求 了解其自然生物處理的主要類型，凈化機理，生態(tài)系統(tǒng)特征。 教學(xué)時數(shù)：2h六、污水的自然生物處理六、污水的自然生物處理污水自然生物處理的回憶與前瞻污水的自然生物處理已有300多年的歷史，但隨著經(jīng)濟和社會的開展，生活污水和工業(yè)廢水的水質(zhì)水量發(fā)生了很大的變化，“經(jīng)典式生態(tài)系統(tǒng)的自然凈化能力承受不了越來越沉重的污染負荷。為了解決日益嚴(yán)重的水環(huán)境污染問題，出現(xiàn)了以普通活性污泥法、生物膜法等高效的人工凈化技術(shù)。但進入20世紀(jì)70年代，嚴(yán)重的世界能源危機，迫使人們又轉(zhuǎn)向研究節(jié)省能源、資源和投資的處理方法。污水的自然生物處理作為“替代技術(shù)之一將受到重視。在我國，國家環(huán)保局

2、組織了“七五、“八五城市廢水生物穩(wěn)定塘技術(shù)和廢水的土地處理技術(shù)攻關(guān)，使污水的自然生物處理向標(biāo)準(zhǔn)化、資源化和系統(tǒng)化邁進了一步。目前，我國還在人工濕地方面進行了系統(tǒng)研究。一、穩(wěn)定塘生物塘1、概述穩(wěn)定塘：又叫生物穩(wěn)定塘biological stabilization pond，俗稱氧化塘oxidation pond。1)工作原理：依靠自然生態(tài)系統(tǒng)的凈化作用使污水凈化。2)供氧方式：通過大氣復(fù)氧和藻類的光合作用供氧，或人工曝氣曝氣塘。3)分類：按DO濃度上下分好氧穩(wěn)定塘,兼性塘,厭氧塘,曝氣塘。 按處理程度分一級、二級和深度處理塘。 按出水方式又可分連續(xù)出水塘、控制性水塘、貯存塘。4)適宜條件：要求有

3、廢河道、沼澤地、峽谷、荒地且地質(zhì)條件良好的地形；要考慮氣溫、光照和風(fēng)力。5)優(yōu)缺點：工程簡單，建設(shè)投資少，能耗少，本錢低廉，利于農(nóng)業(yè)灌溉，能實現(xiàn)污水資源化。但占地面積大，凈化效果受季節(jié)含光照、氣溫影響，易造成地下水污染，周邊環(huán)境條件較差。2、凈化機理：1生態(tài)系統(tǒng)的組成a.細菌：好氧菌、兼性菌、產(chǎn)酸菌、厭氧菌、硝化菌、光合細菌等。b.藻類：綠藻、藍綠藻等。c.原生動物和后生動物：不同類型穩(wěn)定塘數(shù)量變化較大，不宜作為指示生物。 d.水生植物耐污耐水植物 浮水植物：水葫蘆、浮萍等，可作為青貯飼料，其它處理方 式困難(因為含水率在95左右，堆肥、厭氧發(fā)酵、脫 水均困難)，易影響水體景觀及水質(zhì)，需定期打

4、撈。 沉水植物：馬來眼子菜、葉狀眼子菜等需定期收割。 挺水植物：水蔥、蘆葦、蒲草等。e.高等水生動物：魚、鴨、鵝等。思考題：生物塘的生態(tài)系統(tǒng)與活性污泥法、生物膜法有什么異同？是否什么植物均可用于生物塘？2生態(tài)系統(tǒng)菌藻共生體系及其作用。藻類在光合作用放出氧，細菌那么利用藻類提供的氧降解有機污染物，其它僅起輔助作用。具體機理見P263圖6-1。a、生態(tài)系統(tǒng)：由細菌、藻類、原生動物、后生動物、水生植物、高等水生動物組成，但懸浮生物總量不高。b、不同水層存在分區(qū)：上方因復(fù)氧、光合作用成好氧區(qū)，下部兼性區(qū)，底部泥厭氧區(qū)。c、表層藻類放氧： 106CO216NO3HPO42122H2O18H C106H2

5、63O110N16P138O2d、上層異氧菌降解： C11H29O714O2H11CO213H2ONH4 e、底層厭氧水解：大分子小分子揮發(fā)酸甲烷。f.C、N、P的遷移與轉(zhuǎn)化 碳的轉(zhuǎn)化：改變水體碳酸鹽的緩沖平衡(p265)。 氮的轉(zhuǎn)化：有機氮氨氮少局部揮發(fā)和被生物同化亞硝酸氮硝酸氮氮氣。 磷的轉(zhuǎn)化：進水中的磷有有機磷、聚磷酸鹽和正磷酸鹽(預(yù)處理沉淀約10的不溶解性磷)正磷酸鹽、偏磷酸鹽生物和化學(xué)沉淀。 由于C、N、P的轉(zhuǎn)化以及日晝光合作用與否，導(dǎo)致水體pH變化，日間升高、夜間降低；硝化作用時降低、反硝化時升高，并引起磷酸鹽(日間易于沉淀、夜間溶解)、重金屬等沉淀和溶解。g.其它有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化：生

6、物降解(難降解有機物)、吸附與吸收重金屬(植物)，鰲合與沉淀(底泥)。3凈化作用：a、稀釋作用：在風(fēng)力、水流與濃度差的作用下，與塘內(nèi)污水混合。b、沉淀與絮凝作用：水力作用降低而沉淀；微生物及其分泌物與污染物質(zhì)絮凝。c、好氧微生物的代謝：主要是細菌，但隨負荷降低細菌作用降低。d、厭氧微生物的代謝：能經(jīng)歷厭氧水解，產(chǎn)氫產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷的全過程。e、浮游生物：光合作用與降解作用。f、水生植物：吸收與產(chǎn)氧作用。思考題：生物塘的污染降解作用與活性污泥法、生物膜法有何區(qū)別？其對污染控制工程有何影響？4影響因素a、溫度：穩(wěn)定塘運行的主要影響因素之一。溫度每增高10微生物的代謝速度將提高一倍。生物塘外表水溫高，但

7、晝夜溫差大；底層溫度低，但較穩(wěn)定。溫度影響水力停留時間。b、光照：提供能量，使藻、植物進行光合作用，對有機物的降解和藻類供氧有重要影響。c、風(fēng)力：風(fēng)力大且四季分布均勻，利于產(chǎn)生良好的水力條件，利于DO、污水的傳質(zhì)。d、營養(yǎng)比例：C、N、P、K、Fe、S等。e、進出水水質(zhì)與有機負荷：濃度高和難降解有機物多或高負荷，采用厭氧或兼氧塘；水質(zhì)濃度低、出水水質(zhì)要求高或低負荷，采用深度處理等。f、蒸發(fā)量與降雨量：降雨稀釋、蒸發(fā)濃縮。g、污水的預(yù)處理：去除可沉SS和油脂；調(diào)節(jié)pH值，去除有毒有害物質(zhì)。3、好氧塘、兼性塘、厭氧塘、曝氧塘、深度處理塘，控制出水塘見補充材料。 二、污水的土地處理系統(tǒng) 1.概念：在

8、人工控制條件下,將污水投配在土地上，通過土壤微生物植物的生態(tài)系統(tǒng)，進行物理、化學(xué)、物理化學(xué)和生物化學(xué)的凈化過程，使污水得到凈化的一種污水處理工藝。2.工作原理：利用土壤微生物植物生態(tài)系統(tǒng),進行物理、化學(xué)、物化和生化作用過程，使污水得到凈化。其中土壤膠體和土壤微生物是土壤能夠容納、緩沖和分解微生物的關(guān)鍵。物理過濾：土壤顆?？紫兜慕亓?。物理吸附：黏土等硅酸鹽類物質(zhì)具有離子交換和吸附作用。物理化學(xué)吸附：重金屬離子與土壤膠體、腐植酸等的鰲合作用.化學(xué)反響和化學(xué)沉淀：與土壤中的某些組分形成難溶性化合物或因pH、Eh改變而沉淀、揮發(fā)。如與土壤中的鐵、鋁、鈣、磷、碳酸鹽等發(fā)生反響，氨氮在堿性條件下?lián)]發(fā)等。微

9、生物代謝：通過各種微生物的相互依存、協(xié)同作用，降解各種有機物和氮磷等污染物質(zhì)。植物代謝：植物的吸收、降解和蒸騰作用。 4、組成：預(yù)處理設(shè)備，調(diào)節(jié)與貯存設(shè)備，污水輸送、配水控制系統(tǒng)，土地凈化田、凈化水的收集、利用系統(tǒng)。5、工藝a、慢速滲濾處理系統(tǒng)：利用草場、林地、荒地以及農(nóng)田、蔗地等土壤微生物與植物，不考慮處理水的流出。 b、快速滲濾處理系統(tǒng)：在專門的處理地上間歇處理(利用土壤微生物進行交替厭氧與好氧)，下設(shè)專門回收處理水系統(tǒng)。c、地表漫流處理系統(tǒng)：利用緩坡草地緩慢流動要求土地滲透性差，并以地表徑流聚集、排放和利用處理水。思考題:土地處理與已學(xué)的生物處理方法的降解機理有何區(qū)別.三、濕地處理系統(tǒng)：

10、利用沼澤土壤的物理化學(xué)作用和微生物的生物化學(xué)作用、以及耐水植物蘆葦、香蒲、燈心草等的協(xié)同凈化作用使污水得到凈化的一種土地處理工藝。a、分類：天然濕地，人工濕地和人工潛流濕地系統(tǒng)(見附圖)。b、生態(tài)系統(tǒng)：耐水植物蘆葦、香蒲等、土壤粘土礦物及其微生物聯(lián)合作用。c、供氧：植物光合作用在植物根際周圍形成“含氧區(qū)，為好氧微生物供氧(見附圖。d、凈化機理：物理沉降，根際截留，化學(xué)沉淀，土壤及其微生物、植物的吸附吸收與生物代謝，陽光及其植物分泌物的滅活作用等。e、設(shè)計運行： 對天然濕地，水深一般0.3-0.8m，不超過1m。 對人工濕地：有機負荷NA2d,Nq150-200m3/ha.d。 對人工潛流(蘆葦

11、石料/或水草蘆葦系統(tǒng))，在滲濾和毛細管作用下通過過濾、沉淀、吸附和微生物作用降解污染物。 思考題：人工濕地系 統(tǒng)建設(shè)和使用過程中 應(yīng)重點注意那些環(huán)節(jié) ？ 教學(xué)要求： 2. 初步掌握污水的脫氮除磷技術(shù) 教學(xué)時數(shù):6h七、污水的深度處理與回用 一、問題提出 經(jīng) 二 級 生 物 處 理 后 ， 其 出 水 一 般 含 有 ：BOD30mg/L左右，COD60mg/L左右，NH315-25mg/L，P3-8mg/L，SS30mg/L左右，以及細菌、重金屬等，必須經(jīng)過處理，否那么易導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，并對魚類，農(nóng)作物、淡水水質(zhì)及處理本錢等帶來影響。而與此同時，很多地方如淮河以北地區(qū)水資源缺乏，城市綠化等市

12、政用水本錢高，迫切需要水的回用與污水資源化。所以，污水的深度處理與回用被得到重視。 思考題：為什么對二級生物處理出水進行深度處理？二、局部深度處理工藝概述 1、懸浮物的去除1顆粒粒徑：二級出水SS是以1um1mm的生物絮凝體和未被絮凝的膠體物質(zhì)。一般通過混凝、砂濾、微濾和反滲透去除見p293圖71。2混凝沉淀：通過投加混凝劑，并經(jīng)快速攪拌混凝，慢速攪拌絮凝，使微小顆粒和膠體物質(zhì)脫穩(wěn)而凝聚，成為較大顆粒絮體而沉淀去除。a.混凝機理：壓縮雙電層(高價聚合鹽)、吸附電中和、吸附架橋、卷掃網(wǎng)捕。b.投加藥劑：Fe、Al鹽、聚合Fe、Al鹽，聚丙烯酰胺等。投加量要通過實驗確定為什么？，金屬鹽一般2010

13、0mg/L，聚合Fe、Al鹽一般小于50mg/L，聚丙烯酰胺5左右。c.水動力學(xué)：G值和GT值，一般多級串聯(lián)G值逐步減少，907050S-1考慮混凝與絮凝。思考題：混凝過程如何攪拌？為什么？3過濾技術(shù)：通過濾料和濾膜截留、過濾。a.作用機理：直接截留，并逐步形成濾泥層，截留更小的粒子20um顆粒。b.運行：隨著外表截污層變厚，過濾阻力加大，過濾水量減少，此時需反沖洗最好是氣液反沖洗，為什么？。2、溶解性有機物去除1活性碳吸附：活性碳具有區(qū)大的外表積和細小的孔隙，能吸附有機物，重金屬離子等?；钚蕴挤诸悾毫罨钚蕴己头勰┗钚蕴肌Ｎ搅浚涸跍囟纫欢l件下，發(fā)生等溫吸附具有一定的吸附容量。接觸方式：多

14、級串聯(lián)，依次吸附，依次穿透，依次再生。接觸時間：15-30min。生物活性炭2O3氧化處理目的任務(wù)：對二級處理水進行以回用為目的的處理，力求去除污水中存在的有機物、色度和殺菌、消毒。工藝要求：最好砂濾前處理+臭氧。其效果好，減少O3使用量，提高O3效率。 動力學(xué)要求：進行混合反響，加速O3與水的混合，改善傳質(zhì)、提高或強化氣液接觸?；旌戏错懫鳎簲U散板式、噴射式，機械攪拌類似曝氣。3雙氧水作用類似O3氧化。3、溶解性性無機鹽的去除危害：具有腐蝕性，易結(jié)垢，SO42復(fù)原產(chǎn)生H2S，造成土地板結(jié)和鹽堿化。因而出水回用和農(nóng)用前要求脫鹽。脫鹽技術(shù)：反滲透、電滲析、離子交換。a.反滲透：利用半滲透膜，當(dāng)對高

15、濃度一側(cè)施加高于滲透壓的壓力時，水分子通過滲透膜，從而使水得到凈化。b.電滲析：在電流作用下，陽、陰離子分別通過陽、陰離子交換膜而在局部富集，使水得到凈化，從而脫鹽。c. 離子交換：帶離子水經(jīng)過交換樹脂、沸石等時，無機鹽通過交換吸附反響而被去除。 4、污水的消毒處理原因：無論什么工藝，出水細菌均會超標(biāo)，從而帶來危害。使用場合：污水農(nóng)灌、排放水源地上游、旅游景區(qū)，以及流行病流行季節(jié)。消毒方法：液氯、臭氧、次氯酸鈉和紫外線，其優(yōu)缺點及適宜范圍見p304表7-3。1液氯消毒原理：Cl2H2OHOClHCl工藝參數(shù)：投加量：一級20-30mg/L、一級半處理10-15mg/L、二級處理5-10mg/L

16、。3/m3.min。水力混合：V0.6m/s。接觸時間：30min。為什么？。 2)O3消毒原理：O3O2O，由于O3溶解度低(僅10mg/L左右)，工藝要求水深加達5-6m，或接觸池密閉，以提高利用率。接觸時間：15min，但由于O3有腐蝕性，出水必須進行消除處理。3次氯酸鈉消毒原理：Cl22NaOHNaOCl+NaCl+H2O NaOCl+H2OHOClNaOH HOClOCl+H+接觸時間：同臭氧法4紫外線消毒原理：紫外線穿透細胞壁并與細胞質(zhì)反響而到達消毒目的。方法：浸水式和水面式高壓石英水銀燈。2。污水深度：0.651.0m。缺點：不能解決消毒后管網(wǎng)的再污染問題，電耗大，水中懸浮雜質(zhì)和

17、色度對紫外線透射有影響。三、脫氮技術(shù)1、問題提出：污水中氮一般是過量的，經(jīng)二級生物處理后的出水氨氮或總氮往往超標(biāo),帶來較大危害：導(dǎo)致水體營養(yǎng)化，降低水體DO濃度，使水有異味，增加水處理本錢； 當(dāng)農(nóng)灌時，TN超過1mg/L，作物因過量吸收氨氮而瘋長，不結(jié)果； 硝態(tài)氮會演變?yōu)橹掳┪?。必需進行污染防治。措施或?qū)Σ撸何锢砘瘜W(xué)脫氮和生物脫氮。2、氨的吹脫去除 1原理：NH3+H2ONH4+OH 。根據(jù)p307圖7-12，當(dāng)pH11時，以NH3的形式存在，以曝氣形式使NH3從水中逸出，從而脫氮。裝置：脫除塔。采用NaOH或石灰預(yù)處理調(diào)節(jié)pH至10.5以上；后進入脫除塔，水從上方噴淋，氣從塔底進入，氣液逆向

18、接觸，風(fēng)扇排氣。設(shè)計參數(shù)：pH10.5；水力負荷180m3/m2.d；氣液比2200-2300；氣速1600m/min。適宜范圍：中高濃度的含NH3廢水。對于城市生活污水和二級城市生活污水處理廠出水采用此法處理后，NH3濃度仍在數(shù)mg/L，冬季會超過10mg/L，很不經(jīng)濟，工程上少采用。因而一般用于含高氨氮的工業(yè)廢水處理。思考題：吹脫氨氮會帶來那些環(huán)境問題？3、生物脫氮1污水中的含氮化合物有有機氮蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類化合物等和氨態(tài)氮等。在初沉池前，其形態(tài)以前者為主為什么？；經(jīng)初沉池水解后以NH4為主為什么？ 。具體反響如下：氨化反響：以氨基酸為例，RCHNH2COOHO2RCOOHCO2

19、NH32當(dāng)初沉池出水進入曝氣池后，由于C/N比高，微生物以異氧菌為主，對有機物進行降解，此時對氨氮的降解以同化代謝為主；當(dāng)BOD5/N3時開始進行硝化反響為什么？，第一步由亞硝酸菌將氨氮(NH4和NH3)轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽(NO2-N)；第二步再由硝酸菌將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽NO3N。具體反響如下： NH43/2O2 NO2-H2O2H NO2-1/2 O2 NO3- 假設(shè)考慮硝化細菌新細胞的合成，那么反響式為： 55NH476O2109HCO3 C5H7NO254 NO2-57H2O104H2CO3 400NO2-NH44H2CO3HCO3195O2 C 5 H 7 N O 2 3 H 2 O

20、400NO3- 將兩式合并，得： NH423 5H7NO223-2CO3 硝化反響過程中氮元素的轉(zhuǎn)化過程如下： NH4 NH2OH NOH (NO2. NHOH) NO2- NO3- NH4氧化為NO2-經(jīng)歷了3個步驟6個電子變化，這說明亞硝酸菌的酶系統(tǒng)十分復(fù)雜，而硝酸反響只經(jīng)歷了1步和2個電子變化，相對簡單些。 影響生物硝化的因素有：溫度、溶解氧、pH、有毒物質(zhì)和C/N比。 3硝化反響的條件與工藝參數(shù)：微生物：硝化菌、亞硝化菌、光合細菌。碳氮比：C/N3或=2.86不是書中所提的BOD20mg/L.DO：根據(jù)反響方程式摩爾氮變成NO3，需2mol分子氧，即需要O24.57g(硝化需氧量)，在曝氣池中DO須維持在1.52.0mg/L。pH：高硝化速度出現(xiàn)在pH=7.8-8.4，當(dāng)pH6或9時，硝化反響將停止；生活污水pH值穩(wěn)定，要維持pH穩(wěn)定，必須要有足夠的堿度，每硝化1gN，需堿度7.1g。水溫t：適應(yīng)溫度30-35，當(dāng)t3。 c、DO0.5mg/L。 d、pH值：適宜pH為6.57.5，過高過低8或6都將受到影響。 e、溫度：適宜20-38，當(dāng)t15明顯下降、3停止。 f、HRT：由于反硝化速度快，510min根本完成，30min能到達85-90%左右。故缺氧段或反硝化段HRT11.5h。 其它可參見P311表7-4。5同時硝