《水污染控制工程》PPT課件

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1、水 污 染 控 制 工 程 （ 下 ）主 講 ： 成 官 文 教學(xué)要求：1、掌握生物膜法的微生物學(xué)特征和工藝特征2、掌握高負(fù)荷生物濾池、曝氣生物濾池、塔式生物濾池以及生物轉(zhuǎn)盤三相傳質(zhì)和工藝運(yùn)行特點(diǎn)。3、掌握生物接觸氧化特點(diǎn)及其工藝設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)數(shù)： 8h第 五 章 污 水 的 生 理 處 理 生 物 膜 法 一 、 概 述 生 物 膜 是 使 細(xì) 菌 、 放 線 菌 、 藍(lán) 綠 細(xì) 菌 一類 的 微 生 物 和 原 生 動(dòng) 物 、 后 生 動(dòng) 物 、 藻 類 、真 菌 一 類 的 真 核 微 生 物 附 著 在 濾 料 或 某 些 載體 上 生 長(zhǎng) 繁 殖 ， 并 在 其 上 形 成 膜 狀 生

2、物 污 泥 。 生 物 膜 法 ： 污 水 經(jīng) 過 從 前 往 后 具 有 細(xì) 菌 原生 動(dòng) 物 后 生 動(dòng) 物 、 從 表 至 里 具 好 氧 間 氧厭 氧 的 生 物 處 理系統(tǒng)而得到凈化的生物處理技術(shù)。 1、 生 物 構(gòu) 造 及 其 對(duì) 有 機(jī) 物 的 降 解 構(gòu) 造 ： 生 物 膜 (好 氧 層 兼 氧 層 厭 氧 層 ) 附 著 水 層 (高 親 水性 )。 微 生 物 ： 沿 水 流 方 向 為 細(xì) 菌 原 生 動(dòng) 物 后 生 動(dòng) 物 的 食物 鏈 或 生 態(tài) 系 統(tǒng) 。 具 體 生 物 以 菌 膠 團(tuán) 為 主 、 輔 以 球 衣 菌 、 藻類 等 ， 含 有 大 量 固 著 型

3、纖 毛 蟲 （ 鐘 蟲 、 等 枝 蟲 、 獨(dú) 縮 蟲 等 ）和 游 泳 型 纖 毛 蟲 （ 楯 纖 蟲 、 豆 形 蟲 、 斜 管 蟲 等 ） ， 它 們 起 到了 污 染 物 凈 化 和 清 除 池 內(nèi) 生 物 （ 防 堵 塞 ） 作 用 。 污 染 物 ： 重 輕 (相 當(dāng) 多 污 帶 中 污 帶 中 污 帶 寡 污 帶 ). 供 氧 ： 借 助 流 動(dòng) 水 層 厚 薄 變 化 以 及 氣 水 逆 向 流 動(dòng) ， 向 生 物 膜表 面 供 氧 。 傳 質(zhì) 與 降 解 ： 有 機(jī) 物 降 解 主 要 是 在 好 氧 層 進(jìn) 行 ， 部 分 難 降 解有 機(jī) 物 經(jīng) 兼 氧 層 和 厭 氧

4、層 分 解 ， 分 解 后 產(chǎn) 生 的 H2S， NH3等 以 及 代 謝 產(chǎn) 物 由 內(nèi) 向 外 傳 遞 而 進(jìn) 入 空 氣 中 ， 好 氧 層 形 成 的NO3 N、 NO2 N等 經(jīng) 厭 氧 層 發(fā) 生 反 硝 化 ， 產(chǎn) 生 的N2也 向 外 而 散 入 大 氣 中 。 生 物 膜 更 新 ： 經(jīng) 水 力 沖 刷 ， 使 膜 表 面 不 斷 更 新 （ DO及 污 染物 ） ， 維 持 生 物 活 性 （ 老 化 膜 固 著 不 緊 ） 。 2、 生 物 膜 的 主 要 特 征 ：1） 微 生 物 相 方 面 的 特 征 ： a、 參 與 凈 化 反 應(yīng) 微 生 物 多 樣 化 。 與

5、 活 性 污 泥 法 相 比 ， 膜法 具 有 更 好 的 生 物 多 樣 性 ， 生 物 膜 固 著 在 載 體 上 時(shí) 間 長(zhǎng) 或 生物 平 均 停 留 時(shí) 間 （ 泥 齡 ） 長(zhǎng) ， 其 除 細(xì) 菌 廣 泛 存 在 外 ， 世 代 時(shí)間 長(zhǎng) 、 比 增 殖 速 度 小 的 微 生 物 ， 如 硝 化 菌 等 也 大 量 存 在 ， 此外 ， 絲 狀 菌 ， 藻 類 眾 多 ， 線 蟲 、 纖 毛 蟲 、 輪 蟲 以 及 昆 蟲 等 也都 較 廣 泛 地 存 在 （ 見 P200表 5-1） 。 b、 食 物 鏈 長(zhǎng) ， 污 泥 產(chǎn) 率 低 。 生 物 膜 的 生 物 中 動(dòng) 物 性 營(yíng)

6、養(yǎng) 所占 比 例 較 大 ， 能 棲 息 高 營(yíng) 養(yǎng) 水 平 的 生 物 ， 其 在 捕 食 性 纖 毛 蟲 ，線 蟲 之 上 還 棲 息 有 寡 毛 類 和 昆 蟲 ， 因 而 污 泥 少 。 c、 能 夠 存 活 世 代 較 長(zhǎng) 的 微 生 物 ， 在 生 物 膜 法 中 ， Qc與 污 水的 停 留 時(shí) 間 無 關(guān) ， 因 此 硝 化 細(xì) 菌 等 可 以 增 值 （ 特 別 是 在 冬 季低 溫 ） 。 d、 可 分 段 運(yùn) 行 ， 形 成 優(yōu) 勢(shì) 微 生 物 種 群 ， 提 高 降 解 能 力 。 2） 工 藝 方 面 的 特 征 ： a、 對(duì) 水 質(zhì) 水 量 變 動(dòng) 有 較 強(qiáng) 適

7、應(yīng) 性 順 水 流 方 向 形 成 了 微生 態(tài) 系 統(tǒng) 。 b、 污 泥 沉 降 性 能 好 ， 宜 于 固 液 分 離 。 膜 法 污 泥 的 生 物 組 分中 動(dòng) 物 所 占 比 重 較 大 ， 含 水 率 相 對(duì) 低 ， 且 剝 落 泥 塊 體 積 較 大 ，故 沉 降 性 能 好 ， 宜 固 液 分 離 。 但 若 厭 養(yǎng) 層 過 厚 ， 剝 落 污 泥 中有 輕 散 顆 粒 ， 影 響 出 水 水 質(zhì) 。 c、 能 處 理 低 濃 度 污 水 。 生 物 膜 能 處 理 活 性 污 泥 法 不 能 處 理的 低 濃 度 污 水 和 微 污 染 的 原 水 ， 使 B0D5降 至 5

8、-10mg/L。 d、 易 于 維 護(hù) 管 理 、 節(jié) 能 。 無 污 泥 回 系 統(tǒng) ， 甚 至 無 曝 氣 系 統(tǒng) ，節(jié) 能 并 易 運(yùn) 行 管 理 。與 活 性 污 泥 法 相 比 ： 活 性 污 泥 法 系 人 工 強(qiáng) 化 生 物 處 理 系 統(tǒng) ， 生 物 量 大 ， 處 理 能力 強(qiáng) ， 而 膜 法 更 趨 于 自 然 凈 化 原 理 。 活 性 污 泥 法 為 人 工 強(qiáng) 化 三 相 傳 質(zhì) ， 膜 法 趨 向 濃 度 差 擴(kuò) 散 傳質(zhì) ， 傳 質(zhì) 效 果 較 活 性 污 泥 差 ， 處 理 效 率 較 活 性 污 泥 差 。 適 于 工 業(yè) 廢 水 處 理 站 和 小 規(guī) 模

9、生 活 污 理 廠 。 二 、 生 物 濾 池 1、 概 述 ； 原 理 ： 土 壤 自 然 凈 化 原 理 進(jìn) 展 ： 早 期 濾 料 為 石 頭 ， 磚 塊 、 陶 料 等 。 其 掛 膜 后 易 堵 塞 ，且 負(fù) 荷 低 ； 隨 著 濾 料 輕 質(zhì) 化 ， 濾 料 可 以 高 架 與 濾 料 層 變 厚 ，因 而 可 以 增 加 水 力 負(fù) 荷 ， 改 善 氣 液 傳 質(zhì) ， 提 高 負(fù) 荷 （ 形 成 高負(fù) 荷 生 物 濾 池 ） ； 也 可 以 通 過 曝 氣 傳 質(zhì) 、 提 高 負(fù) 荷 （ 接 觸 氧化 ） 。 2、 普 通 生 物 濾 池 ： (現(xiàn) 在 少 見 ， 只 需 要 了

10、 解 ） 構(gòu) 造 ： 池 體 、 濾 料 、 布 水 裝 置 和 排 水 系 統(tǒng) (P204 圖 5-2)。 a、 池 體 、 一 般 深 2 2.5m， 池 壁 超 高 0.5 0.9m(防 風(fēng) ),其底 部 為 承 托 層 (排 水 系 統(tǒng) 和 大 塊 濾 料 (起 支 撐 、 排 水 以 及 通 水 )中 部 為 工 作 層 （ 掛 膜 ） ， 上 部 為 配 水 系 統(tǒng) ， 壁 可 設(shè) 孔 也 可 不開 孔 ， 開 孔 在 冬 季 有 影 響 。 b、 濾 料 ： 碎 石 、 卵 石 、 爐 渣 、 焦 炭 等 ， 總 厚 度 1.5 2.0m,其中 工 作 層 1.3-1.8m,粒

11、徑 20-40mm;承 托 層 0.2m,粒 徑 70-100mm。 這 種 濾 料 比 表 面 積 較 大 ,且 較 粗 糙 ,易 掛 膜 ,孔 隙 率一 般 ,利 于 供 氧 與 傳 質(zhì) ,且 易 就 地 取 材 ,但 材 料 比 重 大 ,荷 載 重 ,工 作 層 不 厚 ,工 作 效 率 不 變 ,占 地 大 。c、 布 水 裝 置 ： 固 定 噴 咀 式 布 水 系 統(tǒng) 即 投 配 池 、 布 水 管 、噴 咀 組 成 。 污 水 流 入 投 配 池 是 連 續(xù) 的 ， 但 布 水 是 間 歇 式 ，噴 水 周 期 5-8min。 投 配 池 內(nèi) 設(shè) 虹 吸 裝 置 (間 歇 供 水

12、 ， 使 濾 料 排 水 后 間 歇 充 氧 ，生 物 膜 再 生 )。 排 水 干 管 布 設(shè) 在 濾 池 表 面 下 0.5-0.8m， 支(豎 )管 依 據(jù) 噴 咀 服 務(wù) 半 徑 設(shè) 置 ,高 出 濾 料 之 上 0.15-0.2m，豎 管 上 安 裝 噴 咀 ， 通 過 噴 咀 均 勻 布 水 。d、 排 水 系 統(tǒng) ： 包 括 滲 水 裝 置 、 匯 水 溝 、 總 排 水 溝 (或 集 水 槽 ),見 圖 5-2， 匯 水 溝 i=0.01-0.02(橫 向 )、 集 水 槽 i=0.05-0.01(縱 向 書 中 出 錯(cuò) )。 作 用 ： 排 放 處 理 后 出 水 ， 保 證

13、 間 歇階 段 的 通 風(fēng) (底 部 h 0.6m)； 匯 水 溝 寬 0.15m， 間 距 2.5-4.0m(與 布 水 間 距 一 致 )； 排 水 溝 內(nèi) 流 速 0.7m/s； 滲 水 裝 置 可 以 是 大 塊 濾 料 ,也 可 以 是 圖 5-4混 凝 土 板 ,滲 水 裝 置 排 水 口 面 積 占 濾 池 總 面 積 的 20%以 上 。 3、 高 負(fù) 荷 生 物 濾 池 ：1） 特 征 ： 通 過 限 制 進(jìn) 水 BOD值 ( 200mg/L)或 采 用 處 理 水 回流 ， 均 化 水 質(zhì) ， 提 高 或 加 大 水 力 負(fù) 荷 (10倍 )， 及 時(shí) 沖 刷 和 更新 過

14、 厚 生 物 膜 ， 保 持 較 高 生 物 活 性 ， 改 善 處 理 環(huán) 境 狀 況 （ 抑制 厭 氧 、 減 少 臭 味 散 發(fā) ） 。 設(shè) 原 污 水 量 Q、 回 流 水 量 QR、 則 回 流 比 R QR/Q， 噴 總 水量 （ 1+R） Q， 進(jìn) 水 BOD濃 度 Sa (S0 RSe） /(1+R)， 具體 工 藝 回 流 比 R建 議 值 見 P207表 5-3， 城 市 生 活 污 水 一 般 一段 1.5， 二 段 各 段 1.0； 對(duì) 工 業(yè) 廢 水 可 參 照 選 取 。 2） 工 藝 流 程a、 一 段 法 （ 見 P207圖 5-5共 5種 典 型 流 程 ）

15、部 分 污 泥 回 流 ，圖 中 排 剩 余 污 泥 無 。 工 藝 1： 污 泥 回 流 初 沉 池 ， 濾 池 出 水 回 流 濾 池 ， 利 于 改 善 水力 負(fù) 荷 ， 減 輕 二 沉 池 負(fù) 荷 。 工 藝 2： 污 泥 回 流 初 沉 池 ， 二 沉 池 出 水 回 流 過 濾 池 ， （ 較 工藝 1比 ， 二 沉 池 負(fù) 荷 略 重 ） 。 工 藝 3： 污 泥 與 二 沉 池 出 水 同 時(shí) 回 流 初 沉 池 ， 加 大 初 沉 池 負(fù)荷 （ 二 者 回 流 量 大 ） 。 工 藝 4： 具 有 吸 附 再 生 工 藝 特 點(diǎn) ， 但 出 水 水 質(zhì) 差 ， 初 沉 水 力

16、負(fù) 荷 大 。 工 藝 5： 濾 池 出 水 與 污 泥 均 回 流 到 初 沉 池 ， 初 沉 水 力 負(fù) 荷 大 b、 當(dāng) 污 水 濃 度 較 高 時(shí) 或 對(duì) 處 理 出 水 要 求 較 高 時(shí) ， 建 議 考 慮 二段 法 （ 見 P208圖 5-6、 7） 。 二 段 法 強(qiáng) 化 了 優(yōu) 勢(shì) 生 物 種 群 ， 但 第 二 段 因 污 染 物 少 或 負(fù) 荷 率低 ， 生 物 膜 生 長(zhǎng) 差 ， 其 容 積 負(fù) 荷 未 充 分 發(fā) 揮 。 但 二 段 法 能 很好 解 決 一 段 法 生 物 膜 積 存 與 堵 塞 現(xiàn) 象 。 為 充 分 發(fā) 揮 二 段 法 工藝 效 果 與 作 用

17、， 建 議 采 用 圖 5-7的 交 替 出 水 工 藝 。 。 3） 構(gòu) 造 特 點(diǎn) ： 構(gòu) 造 與 普 通 生 物 濾 池 同 （ 池 體 、 濾 料 、 出 水 與 排 水 系 統(tǒng) ） ，不 同 之 處 如 下 ： a、 池 形 .圓 形 （ P210圖 5-9） b、 濾 料 ： 聚 氯 乙 烯 、 聚 苯 乙 烯 和 聚 酰 胺 等 制 成 的 人 工 濾 料 ，濾 料 質(zhì) 輕 、 耐 蝕 、 高 強(qiáng) ， 呈 波 狀 、 管 狀 和 蜂 窩 狀 ， 使 濾 料 表面 積 大 ， 空 隙 率 高 （ 具 體 見 P209表 5-4） 。 當(dāng) 采 用 自 然 通 風(fēng)時(shí) ， 濾 層 厚 度

18、 2m， 其 中 工 作 層 1.8m， 承 托 層 0.2m； 當(dāng)采 用 人 工 通 風(fēng) 時(shí) ， 濾 層 厚 度 2 4m。 c、 施 轉(zhuǎn) 式 排 水 器 （ 見 P216圖 5-10） ， 在 橫 管 的 同 一 側(cè) 開有 一 系 列 間 距 不 等 的 孔 口 ， 中 心 疏 ， 二 頭 密 ， 使 污 水 從 孔 口噴 出 時(shí) 產(chǎn) 生 反 作 用 力 ， 從 而 反 向 自 由 旋 轉(zhuǎn) 布 水 （ 間 歇 或 周期 ） 。 豎 管 連 接 裝 置 具 體 見 P210圖 5-8。 4） 裝 置 的 需 氧 與 供 氧a、 生 物 膜 量 ： 由 于 在 不 同 厚 度 的 污 水 濃

19、度 不 一 樣 ，其 微 生 物 量 不 一 樣 ， 進(jìn) 水 端 生 物 膜 厚 ， 出 水 端 生 物膜 薄 ， 故 生 物 量 計(jì) 算 困 難 。 生 物 膜 量 計(jì) 算 有 二 種 方 法 。 一 種 是 測(cè) 膜 的 厚 度 （ 不同 深 度 ） 用 顯 微 鏡 ， 后 按 表 面 積 計(jì) 算 ； 另 一 種 方法 是 稱 重 法 ， 先 取 定 量 的 濾 料 或 一 定 面 積 的 膜 稱 重 ，掛 膜 后 再 取 一 定 量 濾 料 或 一 定 面 積 的 濾 料 稱 重 （ 烘干 ） ， 得 出 單 個(gè) 濾 料 或 單 位 面 積 的 生 物 量 。b、 需 氧 量 O2 a B

20、ODr b P a Sa b Pa （ S0 Se） b P式 中 ：a ： 降 解 1KgBOD5所 需 氧 量 。 對(duì) 城 市 污 水 取 1.46.b ： 單 位 重 量 生 物 膜 的 所 需 氧 量 ， 取 值 ： 對(duì) 城 市 污水 0.18kg/kg.P： 每 m3濾 料 上 的 生 物 膜 量 。 C、 濾 池 供 氧 ： 生 物 濾 池 供 氧 是 通 過 氣 水 逆 向 運(yùn) 動(dòng) ， 由 污 水 或 膜 表面 擴(kuò) 散 傳 質(zhì) 的 。 其 通 風(fēng) 傳 質(zhì) 的 影 響 因 素 有 ： 濾 池 內(nèi) 外 的 溫 差 、 風(fēng) 力 、濾 料 類 型 、 水 力 負(fù) 荷 （ 布 水 量 ）

21、， 其 中 主 要 是 溫 差 。由 于 濾 池 內(nèi) 部 溫 度 較 水 溫 略 高 （ 冬 季 ） ， 空 氣 向 上流 動(dòng) ； 夏 季 濾 池 內(nèi) 溫 度 低 于 池 外 氣 溫 ， 空 氣 下 向 流動(dòng) 。 溫 差 與 空 氣 流 速 的 關(guān) 系 為 ： V 0.075 T-0.15(m/min)， 當(dāng) 溫 差 =2 時(shí) ，V=O， 供 氧 效 果 不 好 。 一 般 情 況 下 溫 差 在 6 左 右 ，V=0.3m/min=432m/d.， 即 每 m3濾 料 通 過 氣 量432m3， 總 供 氧 量 432 0.28=120.96kg。 盡 管 其氧 的 利 用 率 低 （ 5%

22、左 右 ） ， 但 供 氣 富 裕 ， 實(shí) 際 可 利用 氧 量 6kg/m3。 故 采 用 BOD負(fù) 荷 1.2kg/m3d時(shí) ， 供 氧 是 沒 問 題 的 。 池 體 ： 一 般 采 用 負(fù) 荷 法 計(jì) 算 。 取 值 ： 容 積 負(fù) 荷 1.2kgBOD5/（ m3濾 料 .d） ； 表面 面 積 負(fù) 荷 1.1 2kgBOD5/（ m3濾 料 .d） ； 水 力負(fù) 荷 10 30m3/（ m3.d） ， 其 主 要 取 決 于 污 水 濃度 或 回 流 比 ：a、 進(jìn) 水 濃 度 （ BOD） Sa Se （ Se為 出 水 濃 度 ） ，見 表 5-5的 取 值 ， 它 反 映 了

23、 其 可 降 解 的 能 力 （ 1）Se。b、 回 流 稀 釋 倍 數(shù) n （ S0 Sa） /(Sa-Se) c、 濾 料 容 積 V=Q(n+1)Sa/NV 為 容 積 負(fù) 荷 .d、 濾 池 表 面 積 A=V/D D為 濾 料 層 高 度 。 或 按 表 面 負(fù) 荷 計(jì) 算 A= Q(n+1)Sa/NA NA面 積 負(fù) 荷 或 按 水 力 負(fù) 荷 計(jì) 算 A= Q(n+1)/ Nq Nq 水 力 負(fù) 荷 例 題 見 213 例 5-2 旋 轉(zhuǎn) 布 水 器 計(jì) 算 與 設(shè) 計(jì) 。 a、 旋 轉(zhuǎn) 布 水 器 的 直 徑 D =D-200mm （ D濾 池 直 徑 ） b、 布 水 橫 管

24、 的 數(shù) 目 及 其 管 徑 D ， 橫 管 數(shù) 目 一 般 2-4根 選 擇 數(shù) 目 依 據(jù) 管 中 流 速 v 0.5 1.0m/s D （ q/4 v）0.5 q設(shè) 計(jì) 流 量 。 c、 布 水 橫 管 的 出 水 孔 口 數(shù) （ m） 、 孔 口 直 徑 （ d） 及 每 個(gè) 孔口 距 池 中 心 的 距 離 (ri) 設(shè) 計(jì) 依 據(jù) ： V 0.5m/s以 及 每 個(gè) 孔 口 的 噴 灑 面 積 基 本 相 等 。 則 m 1/1-(1-a/ D ) a為 最 末 端 2個(gè) 出 流 孔 口 間 距 的 2倍 ， 取 0.08m； 出 口 孔 徑 一 般 10-15mm， 不 得 小

25、于 10mm。 每 個(gè) 出 流 孔 口 距 濾 池 中 心 的 距 離 (ri) ri R（ i/m） 0.5 （ 中 間 間 距 大 、 外 側(cè) 小 ） R為 布 水 半 徑 （ D /2） ， i為 從 池中 心 算 起 ， 每 個(gè) 孔 口 的 排 列 順 序 ， 一 般 從 300mm， 開 始 逐步 減 少 到 40mm。 d.每 分 鐘 的 施 轉(zhuǎn) 周 數(shù) n 34.78 106/m d2 D e.工 作 水 頭 （ 包 括 沿 程 水 程 、 局 部 水 損 ， 而 局 部 水 損 又 含 孔口 阻 力 ， 管 口 降 速 水 頭 ） H h1 h2 h3 ， 其 中 h1 294

26、D q2/103k2式 中 ：h1 294 Dq2/103k2 （ 沿 程 ） h2 256 106q2/m2d4（ 孔 口 局 部 水 損 ） h3 81 106q2/ D 4（ 流 速 恢 復(fù) 水 頭 ） （ 孔 口 局 部 水 損 ） （ 流 速 恢 復(fù) 水 頭 ） k的 取 值 見 表 5-6 C阻 力 系 數(shù) =式 中 n為 粗 糙 系 數(shù) 。 R為 水 力 強(qiáng) 。 書 中 已 降 K的 經(jīng) 驗(yàn) 值 編 成 表 5-6， 直 接 查 閱 按 上 式 計(jì) 算 ， 所 需 H一 般 為 0.2 1.0m， 水 頭 較 小 （ 布 水器 的 優(yōu) 點(diǎn) ） ， 實(shí) 踐 證 明 ， 上 述 計(jì) 算 結(jié) 果 偏 小 （ 實(shí) 際 水頭 ） ， 工 程 設(shè) 計(jì) 中 應(yīng) 在 計(jì) 算 結(jié) 果 上 放 大 50 -100%。