第四次作業(yè)情況,當(dāng)kr=kd時(shí)，下式的準(zhǔn)確性？,第四章廢水處理,4.1廢水中的微生物4.1.1微生物的作用不同種類的微生物都具有分解有機(jī)物質(zhì)的能力。微生物將膠體的和溶解性的含碳有機(jī)物轉(zhuǎn)化成CO2并合成新的微生物菌體。微生物菌體的密度稍微大于水，可以利用重力沉降法將其從處理過(guò)的水中去除。微生物菌體本身即為有機(jī)物，以BOD的形式存在于出水中。因此如果被處理過(guò)的水中微生物菌體未被去除，則未達(dá)到完全處理。,4.1.2微生物的分類：（1）以界劃分：動(dòng)物（輪蟲、甲殼生物）、植物（苔蘚、藻類）、真菌（蘑菇、酵母）、原生生物（阿米巴蟲）和細(xì)菌（沙門氏桿菌）。（2）以能源和碳源劃分：異養(yǎng)型微生物（以有機(jī)物為碳源）、自養(yǎng)型微生物（僅以CO2為碳源）。光能型微生物（利用陽(yáng)光作為能源）?；苄臀⑸铮◤挠袡C(jī)物或無(wú)機(jī)物的氧化還原反應(yīng)中獲得能源）。有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物利用有機(jī)物，而無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物則氧化無(wú)機(jī)物質(zhì)。（3）以與氧的關(guān)系劃分：專性好氧菌、專性厭氧菌、兼性厭氧菌和反硝化菌。（4）以生長(zhǎng)溫度劃分：嗜冷性微生物（Ks時(shí)，m=，菌體的生長(zhǎng)速率為一級(jí)反應(yīng)；當(dāng)S85%的BOD5和懸浮固體物質(zhì)，但無(wú)法顯著地降低氮、磷或重金屬。難以完全去除病原菌和病毒。當(dāng)二級(jí)處理無(wú)法滿足要求時(shí)，需進(jìn)行三級(jí)處理，可能使用化學(xué)處理或過(guò)濾方法（就象在二級(jí)處理的末端加上一個(gè)水處理廠），或?qū)⒍?jí)處理的出水灌入土壤中，利用土壤-作物系統(tǒng)去除污染物?？梢匀コ?9%的BOD5、磷懸浮固體和細(xì)菌，以及95%的含氮物質(zhì)。,三級(jí)處理過(guò)程和土壤處理系統(tǒng)除常用于進(jìn)一步處理二級(jí)處理出水外，也可用于取代傳統(tǒng)的二級(jí)處理過(guò)程。廢水中的污染物一部分被分解成無(wú)害的二氧化碳和水，而另一部分從廢水中去除后成為固體物，即污泥。因此，為控制污染將不得不對(duì)污泥進(jìn)行進(jìn)一步的處理與處置。工業(yè)廢水預(yù)處理：城市或工業(yè)廢水中可能含有有毒物質(zhì)，而廢水的收集與處理系統(tǒng)并不是針對(duì)這些物質(zhì)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。當(dāng)這些物質(zhì)未被去除時(shí)則影響出水水質(zhì)，若被去除則沉積在污泥中，使污泥成為了有害固體廢物，影響污泥的進(jìn)一步處理或資源化利用。,廢水預(yù)處理的目的：防止污染物干擾廢水處理廠的運(yùn)行，包括影響污泥的利用與處置；防止污染物直接通過(guò)處理設(shè)備或使這些設(shè)備無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)；增加城市與工業(yè)廢水及污泥再循環(huán)與利用的機(jī)會(huì)。4.5預(yù)處理單元操作為保護(hù)廢水處理廠的設(shè)備，將一些設(shè)施與構(gòu)造物放在一級(jí)處理操作前，由于通過(guò)這些設(shè)施降低BOD5的效果很有限，因此稱其為預(yù)處理。4.5.1格柵廢水進(jìn)入處理廠遇到的第一個(gè)設(shè)施通常就是格柵。目的：去除會(huì)阻塞或卡住泵、閥及其它機(jī)械設(shè)備的大顆粒物質(zhì)，下水道廢水中的破布、木材及其它顆粒較大的物質(zhì)被格柵去除。以機(jī)械方式清除格柵上的攔截物。定期填埋。,4.5.1格柵廢水進(jìn)入處理廠遇到的第一個(gè)設(shè)施通常就是格柵。目的：去除會(huì)阻塞或卡住泵、閥及其它機(jī)械設(shè)備的大顆粒物質(zhì)，下水道廢水中的破布、木材及其它顆粒較大的物質(zhì)被格柵去除。以機(jī)械方式清除格柵上的攔截物。定期填埋。格柵的種類有粗柵、人工清渣格柵與機(jī)械清渣格柵。粗柵有40150mm的較大間隙，防止木材等非常巨大的物質(zhì)進(jìn)入水處理廠。后面一般還有較小間隙的格柵。人工清渣格柵的間隙為2550mm，流過(guò)渠道的設(shè)計(jì)速率在0.30.6m/s，人工清渣格柵很少使用。機(jī)械清渣格柵的間隙范圍在540mm，流過(guò)渠道的最大速度在0.61.2m/s，最小速度在0.30.6m/s，以避免沙礫累積。為方便格柵清淤或修理時(shí)備用，一般至少設(shè)置2個(gè)。,4.5.2沉砂池作用：去除惰性的、較重的物質(zhì)，如沙子、碎玻璃、淤泥及卵石。若這些物質(zhì)在廢水中未被去除，將會(huì)磨損泵及其它機(jī)械設(shè)備。沉砂池有三種基本類型：平流沉砂池、曝氣沉砂池與恒水位快速沉砂池。（1）平流沉砂池也稱為流速控制型沉砂池，可由傳統(tǒng)沉淀理論分析其中不可凝聚顆粒的行為（第一型沉淀）假設(shè)水平流速保持在0.3m/s時(shí)，可用STOKES定律分析并進(jìn)行設(shè)計(jì)。流體流速可由渠道末端的特殊堰加以控制。平流沉砂池最少需要設(shè)計(jì)兩個(gè)渠道以備用。,Example:長(zhǎng)13.5米，寬0.56m的平流沉砂池，當(dāng)其平均流量為0.15m3/s，水平流速為0.25m/s時(shí)，是否可以收集相對(duì)密度為2.65，半徑為0.10mm的沙礫？已知廢水溫度為22C。Solution:22C時(shí)，水的密度為997.774kg/m3，粘度為0.995mPa.s，利用STOKES公式計(jì)算最終沉淀速度：代入各數(shù)值，得到vs=36mm/s。顆粒的密度由其相對(duì)密度乘以水的密度。計(jì)算處理面積：Ac=0.15m3/s0.25m/s=0.60m2。渠道水深：h=0.60m2/0.56m=1.07m。,當(dāng)沙礫從沉砂池的液面流入，則到達(dá)底部所需時(shí)間t為：t=h/vs=1.07m/0.036m/s=29.6s；當(dāng)池子長(zhǎng)度為13.5m，水平流速為0.25m/s時(shí)，液體在池中的停留時(shí)間為13.5/0.25=54s。因此，上述顆?？稍诔辽俺刂腥コ?。普通平流沉砂池的主要缺點(diǎn)是：沉砂中含有15%的有機(jī)物，使沉砂的后續(xù)處理難度增加，采用曝氣沉砂池可以克服這一缺點(diǎn)。（2）曝氣沉砂池在曝氣沉砂池內(nèi)液體以螺旋滾動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)，較重的顆粒被甩向外層而下沉，較輕的顆粒被水流帶走。氣泡的剪切作用可剝除粘附在沙礫表面的有機(jī)物質(zhì)。,曝氣沉砂池的操作受滾動(dòng)速度和水力停留時(shí)間的影響。滾動(dòng)速度可通過(guò)調(diào)整注入空氣的速率來(lái)控制，沉砂池長(zhǎng)度方向上空氣速率的范圍為0.150.45m3/(min.m)，最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的水力停留時(shí)間約為3min。長(zhǎng)寬比為2.5：15：1，深度為25m。,曝氣沉砂池的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)調(diào)節(jié)曝氣量，可以控制污水的旋流速度使除砂效率較穩(wěn)定，受流量變化的影響較小，同時(shí)還對(duì)污水起預(yù)曝氣作用。1m3污水的曝氣量為0.2m3空氣。曝氣沉砂池設(shè)計(jì)公式：,（3）破碎機(jī)用旋轉(zhuǎn)切割棒破碎機(jī)破碎水中的固體物質(zhì)（破布、紙張、塑料等）破碎，破碎機(jī)置于沉砂池之后，以避免切割棒的磨損。（4）調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)池并不是一種處理過(guò)程，但是可提高二級(jí)與三級(jí)廢水處理的效率。由于廢水不是以固定速率進(jìn)入污水處理廠，其濃度也在不斷變化，使得廢水處理操作難于有效進(jìn)行。因此很多廢水處理單元必須按最大流速設(shè)計(jì)，結(jié)果導(dǎo)致這些設(shè)施在平均流速情況下過(guò)大。因此，流量調(diào)節(jié)池的任務(wù)就是減少水量波動(dòng)。使廢水以幾乎固定的流速進(jìn)入廢水處理廠?？娠@著改善水處理廠的運(yùn)行，提高處理能力。調(diào)節(jié)池體積，可根據(jù)按平均流量設(shè)計(jì)的質(zhì)量平衡估算。,（3）破碎機(jī)用旋轉(zhuǎn)切割棒破碎機(jī)破碎水中的固體物質(zhì)（破布、紙張、塑料等）破碎，破碎機(jī)置于沉砂池之后，以避免切割棒的磨損。（4）調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)池并不是一種處理過(guò)程，但是可提高二級(jí)與三級(jí)廢水處理的效率。由于廢水不是以固定速率進(jìn)入污水處理廠，其濃度也在不斷變化，使得廢水處理操作難于有效進(jìn)行。因此很多廢水處理單元必須按最大流速設(shè)計(jì)，結(jié)果導(dǎo)致這些設(shè)施在平均流速情況下過(guò)大。因此，流量調(diào)節(jié)池的任務(wù)就是減少水量波動(dòng)。使廢水以幾乎固定的流速進(jìn)入廢水處理廠?？娠@著改善水處理廠的運(yùn)行，提高處理能力。調(diào)節(jié)池體積，可根據(jù)按平均流量設(shè)計(jì)的質(zhì)量平衡估算。,流出調(diào)節(jié)池的BOD5的量為平均流出量（Qavg）、池中平均濃度（Savg）及時(shí)間（t）的乘積：平均濃度濃度Savg為：式中，Vi-在時(shí)間間隔t內(nèi)流入的體積，m3；S0-在時(shí)間間隔t內(nèi)的平均BOD5濃度，g/m3；Vs-前一時(shí)間間隔末端池中廢水的體積，m3；Sprev-前一時(shí)間間隔末端池中BOD5濃度，它等于前一個(gè)Savg，g/m3。注意:由于調(diào)節(jié)池進(jìn)出水流的差異，一般情況下，MBOD-in與MBOD-out是不相同的。,4.6一級(jí)處理經(jīng)過(guò)格柵與沉砂池后，廢水中仍含有較輕的有機(jī)懸浮固體，其中一部分可在沉淀池中通過(guò)重力沉降除去，沉淀下來(lái)的固體稱為初污泥（rawsludge）?？衫脵C(jī)械刮除器或泵從沉淀池中去除，再進(jìn)一步處理。,初沉池中的沉淀屬于第二類的絮凝沉淀。其大小、形狀、密度及絮體中的水分會(huì)連續(xù)地改變，因此無(wú)法利用STOKES公式描述。需要通過(guò)沉降實(shí)驗(yàn)來(lái)求得設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。一般初沉池的長(zhǎng)度為15100m，寬度324m。沉淀池的長(zhǎng)寬比一般為3：15：1。池壁水深為25m。典型深度為3m。圓形沉淀池直徑為390m，池壁水深為2.45m。初沉池的設(shè)計(jì)參數(shù)為溢流率。按平均流量設(shè)計(jì)時(shí)典型的溢流率范圍為2560m3/m2d，若有火星污泥回流到初沉池，則溢流率的范圍為2535m3/m2d。平均流量時(shí)，沉淀池的水力停留時(shí)間為1.52.5h,典型值為2.0h。,堰的設(shè)計(jì)有兩種意見：長(zhǎng)堰，約為沉淀池長(zhǎng)度的33%50%；短堰，置于沉淀池末端的池寬方向上，堰的寬度為2.56m。處理廠的平均流量小于0.04m3/d時(shí)，堰負(fù)荷率（通過(guò)堰的水流）為每米堰長(zhǎng)不超過(guò)120m3/d；當(dāng)流量較大時(shí)，其建議流速為190m3/(dm)。若池壁水深大于3.5m，堰負(fù)荷率的影響較小。,Example,用停留時(shí)間、溢流率及堰負(fù)荷率設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)初沉池。設(shè)計(jì)資料：流量=0.150m3/s;進(jìn)水SS=280mg/L；污泥含量=6.0%；處理效率=60%；長(zhǎng)度=40.0m（有效長(zhǎng)度）；寬度=10.0m；水位深度=-2.0m；堰長(zhǎng)度=75.0m。,Solution:停留時(shí)間t=沉淀池體積V/流量Q=40102.0/0.15=1.5h，該停留時(shí)間合理。溢流率等于流量除以表面積：v0=0.15/(4010.0)=3.7510-4m/s86400=32m/d，溢流率在正常范圍以內(nèi)，可以接受。堰負(fù)荷率WL等于流量除以堰的長(zhǎng)度：WL=(0.15m3/s)/75.0m86400=172.8m3/(dm)。堰的負(fù)荷率也很合理。,Questions,在15C靜止水中的顆粒，其最終沉降速率為0.0950cm/s。設(shè)顆粒密度為2.05g/cm3，水的密度為1000kg/m3，試計(jì)算該顆粒的直徑？設(shè)一初沉池進(jìn)水最大時(shí)流量為0.570m3/s，溢流率為60.0m/d，試計(jì)算初沉池表面積。假設(shè)初沉池有效水深為3.0m，試計(jì)算其停留時(shí)間。,第五次作業(yè)情況,作業(yè)問(wèn)題,計(jì)算所得到的虧氧值是根據(jù)污染物的排放條件、運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)或理論公式“計(jì)算出來(lái)的”，即在此排污條件下其理論虧氧值是多少？當(dāng)此計(jì)算值比飽和溶解氧還高時(shí)，說(shuō)明污染物的排放已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了水體的自凈能力，污染會(huì)十分嚴(yán)重。此時(shí)的DO值可以認(rèn)為是“零”。,第四章廢水處理,4.7二級(jí)處理單元過(guò)程4.7.1概述二級(jí)處理主要目的是去除一級(jí)處理出水中的溶解性BOD及懸浮固體。進(jìn)行傳統(tǒng)的好氧二級(jí)生物處理的條件是：有大量微生物；微生物與有機(jī)物之間接觸良好；有提供充足的氧和維持其它需要的設(shè)施?？衫酶鞣N不同的方法來(lái)滿足這些條件。其中最常用的方法有：滴濾池法；活性污泥法和氧化塘法。另一種應(yīng)用原理同于滴濾池法和活性污泥法的方法：生物轉(zhuǎn)盤法。,4.7.2滴濾池法滴濾池是由石頭、條板或塑料材料（介質(zhì)）構(gòu)成的濾床。廢水由上向下流過(guò)濾床。最常設(shè)計(jì)的是13m深的簡(jiǎn)單礫石床。利用旋轉(zhuǎn)布水器將水分散到石頭表面。濾床直徑可高達(dá)60m。廢水滴流進(jìn)入濾床時(shí)，微生物生長(zhǎng)于石頭表面形成一層固定生物膜。廢水經(jīng)過(guò)生物膜時(shí)其中的有機(jī)物與微生物接觸，從而被去除。滴濾池并不是簡(jiǎn)單的過(guò)濾裝置。礫石直徑為5100mm，它們之間的空隙太大無(wú)法截留固體物質(zhì)。它們有巨大的表面積供微生物附著，通過(guò)利用水中有機(jī)物質(zhì)使微生物在介質(zhì)上生長(zhǎng)并形成生物膜，以去除有機(jī)物。,過(guò)度生長(zhǎng)的微生物會(huì)從石頭表面脫落，并從其縫間洗出，因此滴濾池出水需要經(jīng)過(guò)沉淀池以將這些固體去除。這種沉淀池稱為二沉池或最終沉淀池，以區(qū)別于一級(jí)處理的初沉池。在高有機(jī)負(fù)荷下，生物膜生長(zhǎng)很快，已致于堵塞石頭間的縫隙，造成溢流或整個(gè)系統(tǒng)失敗。此外，因?yàn)V床中的空隙體積有限，限制了空氣的流通和微生物所需的氧氣供應(yīng)量，使滴濾池的處理量受到限制。其它材料（如塑料波紋板，90m2/m3）已被廣泛用做濾床的介質(zhì)，以克服石頭比表面積較小的缺點(diǎn)。一般石頭濾池只有3m深，塑料介質(zhì)濾池可達(dá)12m。,滴濾池按水力負(fù)荷及有機(jī)負(fù)荷分類。水力負(fù)荷為每天每平方米濾池表面積所承受的廢水體積（m3/dm2）；有機(jī)負(fù)荷定義為每天每立方米濾池所承受的BOD5質(zhì)量數(shù)kg/dm3。滴濾池設(shè)計(jì)中最重要的是將部分出水返回濾池，稱為回流?；亓魉c進(jìn)水的比例稱為回流率。對(duì)于石頭介質(zhì)，回流的作用主要有：（1）使廢水再次接觸微生物，以提高有機(jī)污染物的去除率；（2）減少24小時(shí)內(nèi)的負(fù)荷變化；（3）提高進(jìn)水DO；（4）改善濾床表面分布；（5）防止在夜間廢水流入量很低時(shí)濾床上生物膜干化或微生物死亡。,回流也應(yīng)用于塑料介質(zhì)滴濾池中，以提供微生物生存所需的潤(rùn)濕率。一般使水力負(fù)荷提高到最低潤(rùn)濕率以上時(shí)并不會(huì)增加BOD5的去除率。最小潤(rùn)濕率通常在2560m/d范圍內(nèi)。二級(jí)滴濾池可以改善滴濾池性能，使一級(jí)出水中的污染物有更多時(shí)間接觸微生物，從而使處理效果更好。,在單級(jí)濾池或二級(jí)濾池系統(tǒng)中，廢水經(jīng)過(guò)第一級(jí)濾池的效率為：式中E1-經(jīng)過(guò)第一級(jí)濾池，在20C下的BOD5去除部分，包括回流和沉淀；Q-廢水流量，m3/s；Cin-進(jìn)水BOD5，mg/L。；V-濾池體積，m3；F-回流因子?；亓饕蜃拥扔冢菏街蠷-回流率，Qr/Q；Qr-回流液流量；Q-廢水流量。二級(jí)濾池的處理效率為：,E2-經(jīng)過(guò)第一級(jí)濾池，在20C下的BOD5去除部分，包括回流和沉淀；E1-一級(jí)濾池BOD5去除部分；Ce-一級(jí)出水中BOD5濃度。,NRC公式,溫度對(duì)處理效率的影響可用下式表示：Schulze方程：滴濾池中廢水與微生物的接觸時(shí)間與濾池深度成正比，而與水力負(fù)荷成反比：?jiǎn)挝惑w積的平均生物膜量可近似表示為：C1/Dm其中m是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，表示生物膜分布的指標(biāo)。通常假設(shè)分布均勻，因此，m=0，C=1。,=1.053T：C,C：?jiǎn)挝惑w積的平均生物膜量D：濾池深度，mQ：水力負(fù)荷A：廢水接觸的濾池面積n：與濾池介質(zhì)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù),Schulze-Velz方程，求得BOD去除率：不同溫度下，K值可以用下列公式校正：Example:試求一直徑35.0m，深1.5m滴濾池的出水BOD5。設(shè)水力負(fù)荷為150.0mg/L，速率常數(shù)為2.3(m/d)n/m，且n=0.67。Solution：首先計(jì)算滴濾池面積：A=(35.0)2/4=962.11m2水力負(fù)荷：Q/A=1900/962.11=1.97m3/(dm2),K：經(jīng)驗(yàn)速率常數(shù)，(m/d)n/mS0,St分別為進(jìn)水和出水的BOD,mg/L,用Schulze-Velz方程計(jì)算出水BOD5：將各數(shù)據(jù)代入方程之中，得到出水BOD5=16.8mg/L。4.7.3活性污泥法將廢水與活性污泥（微生物）混合攪拌并曝氣，使廢水中的有機(jī)污染物分解，生物固體隨后從已處理廢水中分離，并可根據(jù)需要將部分污泥回流到曝氣池中。微生物與有機(jī)物完全混合，微生物利用有機(jī)物為食物而生長(zhǎng)。當(dāng)微生物隨空氣的攪拌而混合在一起時(shí)，單個(gè)微生物就會(huì)凝聚而形成微生物團(tuán)塊（生物絮體），稱謂活性污泥。實(shí)際上，廢水不斷流入曝氣池，空氣被注入池中以使活性污泥和廢水混合，并向微生物提供氧氣以去除有機(jī)物。,曝氣池中活性污泥和廢水的混合物稱為混合液?；旌弦簭钠貧獬亓鞯蕉纬恋沓?，以使活性污泥沉降下來(lái)。二次沉淀池中大部分的沉淀污泥又回流到曝氣池中，以維持較高的微生物濃度，快速去除有機(jī)物。該工藝中污泥產(chǎn)生量通常多于需要量，多余的污泥排放到污泥處理系統(tǒng)中被進(jìn)一步處置或利用。傳統(tǒng)的活性污泥系統(tǒng)中，空氣由曝氣系統(tǒng)從曝氣池底部注入?；亓鞯狡貧獬刂械奈勰囿w積通常是廢水流量的20%30%。,在活性污泥處理工藝中，每天需排出部分污泥量（稱為廢棄活性污泥）。如果排出過(guò)多的污泥，則混合液中微生物的濃度太低，無(wú)法有效處理廢水；如果排出量太少，微生物就會(huì)累積到很高濃度，以致于從二次沉淀池中溢流出去，并最終進(jìn)入到受納水體中。微生物停留在系統(tǒng)中的平均時(shí)間，稱為細(xì)胞停留時(shí)間（固體停留時(shí)間、污泥齡）。為了適應(yīng)某些特殊的處理需要，人們提出了許多改進(jìn)的活性污泥法。,著重介紹完全混合式和傳統(tǒng)推流式活性污泥法。（1）完全混合式活性污泥法其設(shè)計(jì)公式是應(yīng)用質(zhì)量平衡理論建立的方程式和描述微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的方程式。反應(yīng)器的設(shè)計(jì)需要兩個(gè)質(zhì)量平衡：生物量和食物量（溶解性BOD5）。,在穩(wěn)定狀態(tài)下，生物量的質(zhì)量平衡方程為：進(jìn)水生物量-出水生物量-廢棄生物量=累積生物量進(jìn)水中的生物量是進(jìn)水中微生物濃度（X0：用懸浮固體濃度表示）和流量（Q）的乘積。累積在曝氣池中的生物量是池體積與描述微生物質(zhì)量生長(zhǎng)的Monod方程式的乘積：出水中的生物量是離開廢水處理廠的已處理水的流量（Q-Qw）與二次沉淀池中未沉淀的微生物濃度（Xe）的乘積。離廠廢水量并不等于進(jìn)廠廢水量，因?yàn)橛胁糠治⑸锉慌艞壍?。廢棄的生物量是廢棄活性污泥中微生物濃度（Xr）和流量Qr的乘積。整個(gè)系統(tǒng)對(duì)于生物量的質(zhì)量平衡方程為：,式中X0-進(jìn)入曝氣池的微生物濃度（揮發(fā)性懸浮固體VSS），mg/L;V-曝氣池體積，m3；S-曝氣池和出水中溶解性BOD5濃度，mg/L；X-曝氣池中微生物濃度（混合液揮發(fā)性懸浮固體MLVSS），mg/L；Qw-排棄污泥量，m3/d；Xe-二次沉淀池出水中微生物濃度（VSS），mg/L；Xr-排棄污泥中微生物濃度（VSS），mg/L。在穩(wěn)定狀態(tài)下，食物（溶解性BOD5）的質(zhì)量平衡方程可寫為：進(jìn)水食物量-出水食物量-食物消耗量-廢棄污泥中食物量=0進(jìn)水食物量是進(jìn)水中溶解性BOD5濃度S0與廢水流量Q的乘積。曝氣池中食物消耗量是曝氣池體積V與食物利用率的乘積：出水食物量是離廠處理水流量（Q-Qw）與出水溶解性BOD5濃度（S）的成績(jī)。S與曝氣池中的濃度相同。,因BOD5是溶解性的，所以不會(huì)在二沉池因沉降而減少，因此流入沉淀池和流出沉淀池的水中BOD5濃度也是相同的。廢棄污泥中的食物量是進(jìn)水中溶解性BOD5濃度（S）與廢棄污泥流量（Qr）的乘積。系統(tǒng)的食物量平衡方程在穩(wěn)定狀態(tài)下可表示為：為了推導(dǎo)實(shí)用的設(shè)計(jì)方程式，做如下假設(shè)：（1）與曝氣池中的生物濃度相比，進(jìn)水與出水中的生物濃度可以忽略，即X0和Xe都比X小得多；（2）根據(jù)完全混合系統(tǒng)的定義，進(jìn)水食物濃度立即被稀釋為曝氣池中的濃度；（3）所有反應(yīng)均在完全混合系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生。,由第一條假設(shè)可以將生物量平衡方程簡(jiǎn)化為：將該方程重排為Monod方程的形式：系統(tǒng)的食物量平衡方程也化為Monod方程的形式：由以上兩式得到：公式的物理意義：V/Q=水力停留時(shí)間；VX/QwXr=c平均細(xì)胞停留時(shí)間。,如果出水中生物濃度不能忽略，則必須對(duì)上面的c表達(dá)式進(jìn)行校正：只要知道c就可以得到出水中溶解性BOD5濃度（S）：典型的微生物生長(zhǎng)系數(shù)值列于下表：,值得注意的是：離開系統(tǒng)的溶解性BOD5濃度只受平均細(xì)胞停留時(shí)間的影響而不受進(jìn)入曝氣池中的BOD5量或水力停留時(shí)間的影響。強(qiáng)調(diào)：S為溶解性BOD5的濃度，部分在二沉池中未沉降的懸浮固體也會(huì)增加受納水體的BOD5。因此在下式中：求解S及c之前應(yīng)先估算懸浮固體的BOD5量，從出水總BOD5量中減去懸浮固體的BOD5量，得到S：S=出水總BOD5量-懸浮固體的BOD5量從可以簡(jiǎn)化得到：因此，曝氣池中微生物濃度是平均細(xì)胞停留時(shí)間、水利停留時(shí)間及進(jìn)水與出水濃度差的函數(shù)。,（2）帶循環(huán)的推流式反應(yīng)器,推流式反應(yīng)器可看作一系列串聯(lián)的反應(yīng)器。雖然理想的推流很難實(shí)現(xiàn)，但許多長(zhǎng)而窄的曝氣池用推流模型來(lái)分析比用完全混流模型更合適。推流系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型很難從基本的質(zhì)量平衡方程導(dǎo)出。利用兩個(gè)簡(jiǎn)化假設(shè)，Lawrencem=2.5d-1;kd=0.050d-1;Y=0.50mgVSS/mgBOD5。,根據(jù)二次沉淀池的出水條件，估算出水的BOD5：S=出水中總的BOD5-SS中的BOD5=30-0.63*30=11.1mg/L；由計(jì)算c：c=5.00d。假設(shè)混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）濃度為2000mg/L，可求得水力停留時(shí)間：代入各數(shù)據(jù)，得到=1.8h。曝氣池體積可以由V/Q=算出：V=1.8*0.15*3600=972m3。,食物對(duì)微生物的比例食微比（F/M）：F/M通過(guò)廢棄微生物量來(lái)控制，因此會(huì)減少M(fèi)LVSS。廢棄量大會(huì)使F/M升高，微生物量會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，結(jié)果使處理效率降低。低廢棄量使F/M降低，微生物呈饑餓狀態(tài)，廢水中微生物更完全地被分解掉。高c值（低F/M值）不常采用。因?yàn)樗馕吨枰蟮钠貧獬?，從而需要更多的供氧量，因此空壓機(jī)的功率必須增大，能源消耗增大。此外，c太大時(shí)，污泥在二次沉淀池的沉降能力就會(huì)降低。低F/M下，有機(jī)物幾乎完全被分解且很少轉(zhuǎn)變成微生物細(xì)胞，所以最后產(chǎn)生的污泥也很少。,單位：mg/(mgd),F/M和c都受到廢棄污泥量的影響。高F/M代表短c，而低F/M代表長(zhǎng)c值。各種活性污泥改進(jìn)工藝的典型F/M值在0.11.0mg/(mgd)范圍。（3）回流污泥目的：維持反應(yīng)器中有足夠的污泥濃度。控制污泥回流率方法的根據(jù)是經(jīng)驗(yàn)觀測(cè)值SVI，稱為污泥體積指數(shù)。從曝氣池末端取出1L的混合液。污泥沉降性能測(cè)量是將標(biāo)準(zhǔn)的1L帶刻度的量筒裝滿該水樣，靜置30min后讀取沉降污泥所占有的體積。MLSS是混合液過(guò)濾、干燥稱重后所得到的固體的量。SVI定義為混合液靜置30min，每1g沉降污泥所占的體積（ml）：,SVI=SV/MLSS1000mg/g式中SVI-污泥體積指數(shù)，ml/g；SV-1L量筒中30min沉降污泥所占體積，ml/g；MLSS-混合液懸浮固體量。SVI可用做衡量污泥沉降性能的指標(biāo)，因此影響到回流率和MLSS?；钚晕勰鄰S在MLSS濃度為20003500mg/范圍內(nèi)操作時(shí)，典型的SVI值為80150mL/g。當(dāng)污泥濃度增加到30005000mg/L時(shí)，沉淀池的固體負(fù)荷升高，因此需要較低的SVI或較大的沉淀池，以避免固體物質(zhì)被洗出。SVI是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要因子，因?yàn)镾VI控制著沉淀池的底流濃度，間接地限制著反應(yīng)器中MLSS濃度。,所以在已知SVI及回流率的情況下，MLSS及MLVSS的最大值會(huì)固定在較窄的范圍內(nèi)。在沒有運(yùn)行數(shù)據(jù)的情況下，即使SVI可能很低，MLSS仍應(yīng)限制在5000mg/L以下（當(dāng)溫度低于20C時(shí)，此值應(yīng)更?。?。超過(guò)5000mg/L的設(shè)計(jì)值會(huì)導(dǎo)致過(guò)低的停留時(shí)間，除非有緩沖控制，否則污泥將被洗出。MLSS設(shè)計(jì)值不應(yīng)高出所要求的值，因?yàn)樘叩腗LSS會(huì)造成二沉池操作上的困難。假設(shè)二次沉淀池的污泥量保持不變（即穩(wěn)定狀態(tài)），且出水懸浮固體（Xe）可以忽略，則質(zhì)量平衡為：污泥累積量=污泥流入量-污泥流出量,MLSS是SVI和污泥回流率（Qr/Q）的函數(shù)。采用快速的污泥去除方式，并用30min污泥沉降試驗(yàn)的污泥濃度作為沉淀池底流濃度所得到的結(jié)果。,污泥質(zhì)量平衡方程可寫為:(Q+Qr)X=QrXr+QwXr因此污泥回流量為:通常出水中污泥不可忽略，則質(zhì)量平衡式為:(Q+Qr)X=QrXr+QwXr+（Q-Qw)Xe此時(shí)回流量：注意：Xr與X包含揮發(fā)性固體和惰性固體兩部分，因此它們與Xr及X相差一個(gè)系數(shù)。,Qr:污泥回流量,m3/dX:MLSS,g/m3Xr:最大回流污泥濃度,g/m3Qw:廢棄污泥量,m3/d,最大回流污泥濃度與SVI有關(guān)：Xr=106/SVImg/L最大底流濃度是溫度的函數(shù)。溫度影響區(qū)域沉淀速率及SVI。天冷時(shí)，SVI因沉降不好而升高。美國(guó)聯(lián)合工作委員會(huì)建議建議將混合液設(shè)計(jì)濃度作為反應(yīng)器設(shè)計(jì)最小溫度的函數(shù)。對(duì)于不同的SVI值，其結(jié)果見圖。,圖中SVI在反應(yīng)器內(nèi)的溫度下測(cè)得。,Example:某廠計(jì)劃將其一級(jí)水處理廠升級(jí)為二級(jí)水處理廠，以達(dá)到30.0mg/LBOD5及30.0mg/LSS的出水標(biāo)準(zhǔn)。選擇完全混合式活性污泥系統(tǒng)。曝氣池體積970m3，c=5d。利用如下數(shù)據(jù)考慮污泥回流的設(shè)計(jì)問(wèn)題：流量=0.15m3/s，MLVSS（X）=2000mg/L，MLSS（X）=1.43MLVSS，出水SS=30mg/L，廢水溫度=18.0C。Solution:從MLSS開始計(jì)算：MLSS=1.43*2000mg/L=2860mg/L雖然不能預(yù)知SVI，但是可以在上圖（建議的最大MLSS設(shè)計(jì)值與溫度、SVI的關(guān)系圖）的合理范圍內(nèi)假設(shè)一個(gè)值（然后回頭驗(yàn)證該值的合理性），也可假設(shè)回流污泥濃度。,根據(jù)計(jì)算的MLSS及反應(yīng)器溫度選定SVI=175。利用Xr=106/SVImg/L計(jì)算回流污泥濃度：Xr=106/SVI=5700mg/L污泥回流率可由公式VX/QwXr=c和計(jì)算求得。Xr=Xr/1.43=5700/1.43=3986mg/L，得到：Qw=VX/Xrc=97.3m3/d=0.0011m3/s如果忽略出水的SS，則污泥回流量為：如果忽略出水的SS，則污泥回流量為：可以用“圖5-23”來(lái)檢查結(jié)果的合理性（是否處于正常運(yùn)行范圍）。,（4）污泥產(chǎn)生量活性污泥工藝可去除基質(zhì)，在食物基質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樾录?xì)胞時(shí)需要氧，而細(xì)胞被分解時(shí)則產(chǎn)生能量。細(xì)胞物質(zhì)最終成為待處理的污泥。有研究者提出完全溶解性有機(jī)物質(zhì)可以產(chǎn)生0.5kgMLVSS/kgBOD5。大部分研究者也在不同的惰性固體含量和不同的SRT下，觀測(cè)到0.40.6kgMLVSS/kgBOD5的產(chǎn)生量。每天必須廢棄的污泥量是污泥增加量與出水SS量之差：廢棄量=MLSS增量-出水SS量。每天的活性污泥凈生產(chǎn)量可用下列公式計(jì)算：和,Px：每天活性污泥凈產(chǎn)生量，用VSS表示，kg/d；Yobs:觀測(cè)產(chǎn)量，kgMLVSS/kgBOD5。,假設(shè)VSS為MLSS的一部分來(lái)計(jì)算MLSS的增加量。一般假設(shè)VSS=60%80%MLVSS。MLSS的增量可以用Px除以某一因子（介于0.60.8之間）。出水中SS的量是流量（Q-Qw）和SS濃度（Xe）的乘積。（5）需氧量廢水的好氧分解過(guò)程中，必須有氧的參與。微生物利用氧分解有機(jī)物以產(chǎn)生高能量化合物供新細(xì)胞合成和進(jìn)行呼吸作用。反應(yīng)器中常保持的最小DO值在0.52mg/L之間，以防止缺氧而限制基質(zhì)的去除率。需氧量可以從廢水的BOD5及每天廢棄的活性污泥量來(lái)進(jìn)行估算。假設(shè)所有BOD5最后都轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，總需氧量便可以由BOD5轉(zhuǎn)換成BODL算出。由于部分BOD5轉(zhuǎn)變?yōu)閺U棄污泥中的新細(xì)胞，所以廢棄污泥的BODL必須從總需氧量中扣除。,廢棄污泥的需氧量可以由下式表示的細(xì)胞氧化反應(yīng)來(lái)計(jì)算：其摩爾質(zhì)量比為5*32/113=1.42，因此廢棄活性污泥的需要量為1.42Px。所需氧氣的質(zhì)量可由下式計(jì)算：注意：計(jì)算空氣供應(yīng)量必須考慮氧在空氣中所占的比例及溶解氧進(jìn)入廢水中的轉(zhuǎn)移效率。,Q:進(jìn)入曝氣池的廢水流量；f:BOD5轉(zhuǎn)換成BODL的轉(zhuǎn)換因子。,（6）工藝設(shè)計(jì)的考慮SRT（固體停留時(shí)間，c）是廢水處理程度的函數(shù)。高STR（或長(zhǎng)污泥齡）會(huì)使系統(tǒng)中污泥濃度高，并獲得較好的廢水處理效果。長(zhǎng)SRT也會(huì)導(dǎo)致污泥產(chǎn)生量減少。碳BOD5去除率與SRT值和反應(yīng)器最低操作溫度之間的關(guān)系繪于下圖：,SRT值是根據(jù)通常的生活污水而得到的。預(yù)計(jì)曝氣系統(tǒng)出水中溶解性BOD5為48mg/L。如果工業(yè)廢水排入生活污水系統(tǒng)，就必須考慮其它一些因素的影響。生活污水通常含有足夠的氮和磷可供微生物生長(zhǎng)，大量的工業(yè)廢水中缺少這兩種營(yíng)養(yǎng)元素會(huì)使處理效率降低，因此需要加入額外的氮和磷。氮與BOD5的比例應(yīng)為1:32，磷與BOD5的比例應(yīng)為1:150。通過(guò)一級(jí)處理系統(tǒng)的油脂會(huì)浮在曝氣池表面形成油滴，水中微生物接觸不到而無(wú)法分解。因此在二次沉淀池設(shè)計(jì)中應(yīng)特別考慮使用除油設(shè)備以清除油滴。,二沉池外觀和截面圖,（7）二沉池設(shè)計(jì)雖然二次沉淀池是滴濾池法和活性污泥法中不可缺少的部分，但更被關(guān)注的是用于活性污泥工藝的二次沉淀池?；钚晕勰嗌镄躞w的松軟性質(zhì)及高固體負(fù)荷使得二次沉淀池非常重要。此外，人們還希望污泥在二次沉淀池中被濃縮壓實(shí)，減小體積?；钚晕勰嘣诙脸刂谐恋砭哂械谌惓恋淼奶卣?。在常規(guī)工藝和平均流量下，溢流率為2034m/d時(shí)，可以得到很好的液體/SS分離效果。二次沉淀池池壁水深（SWD）及固體負(fù)荷的推薦值見下表和“圖5-27”：,（8）污泥問(wèn)題污泥膨脹是造成污泥沉降性和壓實(shí)性差的原因之一。原因有兩類：一類是由絲狀微生物的生長(zhǎng)所造成的；另一類是由積累在細(xì)胞絮體內(nèi)的水所造成的，它會(huì)降低絮體密度，導(dǎo)致沉降性很差。,絲狀菌是引起活性污泥膨脹的主要原因。正常情況下，多細(xì)胞的真菌無(wú)法和細(xì)菌進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。經(jīng)過(guò)沉降之后仍然浮在水面的污泥稱為上浮污泥，是由反硝化作用引起的。4.7.4氧化塘氧化塘特別適合于處理小型社區(qū)產(chǎn)生的廢水。廢水穩(wěn)定塘是指所有的以生物和物理過(guò)程處理有機(jī)廢水的塘。氧化塘分類：好氧塘：深度1m以下的淺層塘，因?yàn)楣夂献饔檬沟谜麄€(gè)塘都存在溶解氧；兼性塘：深度12.5m，其底部為厭氧區(qū)，中間是兼性區(qū)，上層是好氧區(qū)；厭氧塘：承受高有機(jī)負(fù)荷的深塘。整個(gè)塘都處于厭氧環(huán)境。熟化塘/三級(jí)塘：用于處理來(lái)自其他處理過(guò)程出水的塘，因光合作用和表面復(fù)氧作用致使整個(gè)塘中存在溶解氧。曝氣塘：利用表層曝氣或機(jī)械擴(kuò)散曝氣進(jìn)行充氧的廢水塘。,兼性塘的作用原理,廢水從塘的中央進(jìn)入，其中的懸浮固體沉降到塘底部，形成厭氧層，發(fā)生酸性發(fā)酵和甲烷發(fā)酵過(guò)程。緊鄰厭氧層的上方為兼氧層，該區(qū)域中并不總是存在分子氧。兼氧層上方存在一個(gè)好氧層，其中一直存在分子氧。氧來(lái)自表層的擴(kuò)散作用和藻類的光合作用。,Questions,有500張病床的某醫(yī)院有一座小型污水處理廠。每張病床的平均污水量為1200L/d，初沉池出水的溶解性BOD5平均為500mg/L。曝氣池長(zhǎng)10m，寬10m，有效水深為4.5m，試確定曝氣時(shí)間，食微比，SVI，回流污泥固體含量及回流污泥流量。已知污水處理廠的操作參數(shù)為：MLVSS=2000mg/L；MLSS=1.20(MLVSS)；SV30=200mL/L。在上題中，假設(shè)出水SS=30.0mg/L，回流污泥中廢棄污泥產(chǎn)率系數(shù)為0.60，微生物衰減率為0.060d-1，惰性SS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為66.67%，出水容許BOD5=30.0mg/L（溶解性），試計(jì)算污泥固體停留時(shí)間與廢棄污泥流量。,4.9廢水三級(jí)處理,雖然二級(jí)處理加上消毒工藝可去除85%以上的BOD5和懸浮固體以及幾乎所有的致病菌,但對(duì)氮、磷、溶解性COD、重金屬等污染物的去除較少。在許多情況下，這些污染物可能更令人關(guān)心。無(wú)法在二級(jí)處理中去除的污染物可以通過(guò)三級(jí)廢水處理或高級(jí)廢水處理過(guò)程去除。這些工藝除了可以解決不易處理的污染問(wèn)題外，還可改善出水水質(zhì)，以滿足許多回用的目的，將廢水轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍倮玫馁Y源。,4.9.1過(guò)濾二級(jí)處理工藝，如活性污泥法，可有效地去除生物可降解的膠體性和溶解性有機(jī)物，但是經(jīng)過(guò)處理的出水，其BOD5值會(huì)高于理論計(jì)算值。典型的BOD5值約為2050mg/L。這主要是由于二沉池?zé)o法有效地將生物處理所產(chǎn)生的微生物完全沉淀去除。這些微生物細(xì)胞死亡后分解需消耗氧從而產(chǎn)生懸浮固體與BOD5。利用與水處理廠相似的過(guò)濾工藝可以去除殘留的懸浮固體，包括未被沉淀的微生物。去除微生物也可降低殘留的BOD5。應(yīng)用于水處理廠的傳統(tǒng)砂濾池通常會(huì)很快地被堵塞，因此經(jīng)常需要反沖洗。,為了延長(zhǎng)濾池的使用時(shí)間，減少反沖洗次數(shù)，可在濾池上端采用粒徑較大的砂礫，這種安排可使一些大顆粒生物絮體不能滲入濾池深處而在表面即被捕獲。多介質(zhì)濾床由大顆粒低密度的煤炭、中顆粒中密度的砂和小顆粒高密度的石榴石組合而成。在反沖洗時(shí)，由于較大顆粒的密度較小，因此，煤炭仍然在上面，砂維持在中間，而石榴石在底部。4.9.2活性炭吸附一些生物無(wú)法分解的溶解性有機(jī)物質(zhì)仍存在于經(jīng)過(guò)二級(jí)處理、混凝、沉淀及過(guò)濾等工藝處理后的出水中，這些物質(zhì)稱為難分解有機(jī)物(refractoryorganics)。出水中的難分解有機(jī)物表現(xiàn)為溶解性COD，二級(jí)處理出水的COD值經(jīng)常在3060mgL,去除難分解有機(jī)物實(shí)際可行的方法是用活性炭(activatedcarbon)吸附。吸附是物質(zhì)在其界面(interface)上的積累，吸附是一種表面現(xiàn)象，活性炭的表面積越大，其對(duì)有機(jī)物質(zhì)的吸附量就越多?？紫兜木薮蟊砻娣e占活性炭顆?？偙砻娣e的絕大部分，這就是活性炭可有效去除有機(jī)物的原因。當(dāng)活性炭達(dá)到吸附飽和后，可以在高溫爐中加熱，將吸附的有機(jī)物驅(qū)出而獲得再生。爐內(nèi)的氧量必須很低以避免碳燃燒。驅(qū)出的有機(jī)物需通過(guò)后燃室以避免造成空氣污染。小處理廠因成本原因而無(wú)法設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)再生爐，用過(guò)的活性炭可運(yùn)送到再生中心處理。,4.9.3除磷所有的聚磷酸鹽(分子間脫水的磷酸鹽)在水中逐漸水解形成正磷酸鹽(PO43-)。在廢水中以含一個(gè)氫的磷酸鹽(HPO42-)為主。防止或降低富營(yíng)養(yǎng)化，通?？衫孟铝腥N化學(xué)試劑之一，現(xiàn)給出每一種沉降反應(yīng)。,利用氯化鐵：利用明礬：利用石灰：應(yīng)該注意氯化鐵和明礬會(huì)降低pH值，石灰則會(huì)提高pH。使用氯化鐵和明礬的有效pH范圍是5.57。若系統(tǒng)中沒有足夠的堿度緩沖pH到上述范圍，則需要添加石灰以抵消形成的H+。磷的沉淀需要一個(gè)反應(yīng)池和一個(gè)沉淀池。若使用氯化鐵和明礬，則可以直接加到活性污泥系統(tǒng)的曝氣池中，此時(shí)曝氣池便可作為反應(yīng)池，而沉淀物可在二沉池中去除。,若使用石灰，因形成沉淀物所需的pH值較高，對(duì)活性污泥微生物有害而不能使用上述做法。在一些廢水處理廠中，廢水流入初沉池之前即添加氯化鐵和明礬，這樣可提高初沉池的效率，但也可能除去生物處理所需的營(yíng)養(yǎng)物。Example:若廢水中含有4.00mg/L的溶解性正磷酸鹽(以P計(jì))，計(jì)算將其完全去除所需的氯化鐵的理論需要量。Solution:從FeCl3去除磷的反應(yīng)式可知，去除1mol的磷需要lmol的氯化鐵，F(xiàn)eCl3的摩爾質(zhì)量為162.21g/mol，P的摩爾質(zhì)量為30.97g/mol。當(dāng)PO43-P為4.00mgL時(shí)，氯化鐵的理論需要量為：4.00*162.21/30.97=21.0mg/L,4.9.4脫氮氮的任何一種形式(NH3、NH4+、NO2-及NO3-，但不包括N2氣)均可作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為控制受納水體中藻類生長(zhǎng)，需從廢水中將其去除。此外，氨態(tài)氮會(huì)消耗氧，并且對(duì)魚類有毒性。氮的去除方法有生物法和化學(xué)法。生物工藝稱為硝化反硝化(nitrification/denitrification)，而化學(xué)過(guò)程稱為氨氣提(ammoniastripping)。,（1）硝化/反硝化自然的硝化過(guò)程可由活性污泥系統(tǒng)完成，在溫和氣候下需維持細(xì)胞停留時(shí)間(c)達(dá)15d，而在寒冷氣候時(shí)則需20d，硝化步驟的化學(xué)反應(yīng)式如下：當(dāng)然，必須有細(xì)菌存在才能發(fā)生反應(yīng)。此步驟需滿足氨離子對(duì)氧的需求。若硝酸鹽氮可被受納水體接受，廢水經(jīng)沉淀后即可排放。否則必須進(jìn)行進(jìn)一步處理，即后接缺氧反硝化步驟：,反硝化時(shí)需要有機(jī)物作為細(xì)菌的能源。細(xì)菌可從胞內(nèi)或胞外獲取有機(jī)物。在多階段除氮系統(tǒng)中，由于反硝化工藝中廢水的BOD5濃度相當(dāng)?shù)?這是因?yàn)橄惹耙堰M(jìn)行過(guò)含碳BOD的去除及硝化過(guò)程)，為了進(jìn)行反硝化作用，需添加有機(jī)碳源。有機(jī)物質(zhì)可從原廢水或已沉淀過(guò)的廢水中獲得，也可添加合成物質(zhì)如甲醇(CH3OH)。若利用原廢水或已沉淀過(guò)的廢水，可能會(huì)增加出水BOD5及氨氮含量，因而對(duì)水質(zhì)有不利的影響。（2）氨氣提當(dāng)?shù)饕园钡男问酱嬖跁r(shí)，可用化學(xué)方法提高水中pH值，使銨離子轉(zhuǎn)變成氨，然后在水中通人大量空氣，以氣提方式將氨從水中去除。,該方法對(duì)硝酸鹽無(wú)去除效果，因此在活性污泥工藝操作時(shí)應(yīng)維持較短的細(xì)胞停留時(shí)間，以避免發(fā)生硝化作用。氨氣提的化學(xué)反應(yīng)式如下：通常添加石灰以提供氫氧根離子。石灰也會(huì)與空氣和水中的CO2反應(yīng)形成碳酸鈣沉淀，在水中必須定期清除。低溫會(huì)增加氨在水中的溶解度，降低氣提能力。4.10土地處理AWT（advancedwastewatertreatment）工藝可獲得相當(dāng)好的出水水質(zhì)。土地處理(1andtreatment)可用來(lái)代替AWT工藝。土地處理經(jīng)常設(shè)置于二級(jí)處理之后，將出水以一種傳統(tǒng)灌注方式注入土壤中。,土地處理將廢水常含有的營(yíng)養(yǎng)鹽作為資源，而不是考慮如何進(jìn)行處置。廢水通過(guò)土壤及植物所提供的天然濾床而得到處理。廢水會(huì)因蒸發(fā)而部分損失，剩余部分可通過(guò)地表水流或地下水體系進(jìn)入水循環(huán)系統(tǒng)。大部分地下水最后會(huì)直接或間接回到地表水系統(tǒng)。廢水土地處理可提供農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在傳統(tǒng)二級(jí)處理中主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(氮、磷及鉀)去除很少，因此這些元素大部分均會(huì)存在于二級(jí)處理出水中。土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)因每年農(nóng)作物生長(zhǎng)及土壤侵蝕而消耗，而這些損失可從廢水中得到補(bǔ)充。,土地處理可采用下述三種方法中的任何一種：（1）慢速率；（2）地表水流；（3）快速滲入。右圖以圖解方式顯示出每一種方法。根據(jù)不同的場(chǎng)址條件，能產(chǎn)生不同的出水水質(zhì)，可滿足不同的使用目的。,4.10.1慢速流現(xiàn)在利用的主要的土地處理方法是灌溉法，它利用土地處理廢水并提供植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)。其目的有：(1)避免營(yíng)養(yǎng)物的表面排放；(2)利用水及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生產(chǎn)有價(jià)值的農(nóng)作物，以獲得經(jīng)濟(jì)效益；(3)灌溉草坪、公園及高爾夫球場(chǎng)以節(jié)約水資源；(4)維護(hù)并擴(kuò)大綠化地帶與開放空間。,當(dāng)出水用于灌溉價(jià)值很低時(shí)，可使水力負(fù)荷達(dá)到最大(假設(shè)符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))，從而使系統(tǒng)操作成本降至最低。在用高速率灌溉時(shí)(1015mm/d)，農(nóng)作物主要是去除高含量營(yíng)養(yǎng)鹽的耐水植物。4.10.2地表水流地表水流是一種生物處理過(guò)程。水在具有坡度場(chǎng)地的上端供給，允許其通過(guò)植物表面，流至徑流收集溝渠。水流在通過(guò)較不透水的斜坡時(shí)，通過(guò)物理、化學(xué)與生物作用使水質(zhì)得到恢復(fù)。地表水流可作為二級(jí)處理工藝，使硝化出水的BOD低至可接受的程度，或作為高級(jí)廢水處理工藝。用于高級(jí)廢水處理時(shí)可允許有較高的應(yīng)用速率（18mm/d或更高），這要根據(jù)所需的高級(jí)廢水處理程度而定。,4.10.3快速滲入在滲入-過(guò)濾系統(tǒng)中，廢水在處理區(qū)域以較高速率被分散或噴淋到土壤中，廢水通過(guò)土壤層時(shí)被處理。這種處理系統(tǒng)的目的有：(1)補(bǔ)充地下水；(2)用泵抽取或利用地下水道來(lái)回收處理水；(3)以垂直與側(cè)面方式通過(guò)土壤的處理水，可補(bǔ)充到地表水系。當(dāng)?shù)叵滤星秩臌}分使水質(zhì)下降時(shí)，補(bǔ)充地下水可以改變水力梯度并保護(hù)現(xiàn)有的地下水。若現(xiàn)有的地下水水質(zhì)與期望恢復(fù)的水質(zhì)不同，或利用地點(diǎn)與現(xiàn)有排放位置不同時(shí)，可利用泵抽取、地下水道或自然排水系統(tǒng)將處理水回流到地表水中。,4.11污泥處理污泥處理是污水凈化過(guò)程中所產(chǎn)生的另一個(gè)問(wèn)題。污水處理程度越高，就會(huì)產(chǎn)生越多的污泥殘余物需要加以處理。除非是利用土地處理或污水塘處理污水，否則一般的污水處理廠必須設(shè)有污泥處理設(shè)施。對(duì)現(xiàn)代化的污水處理廠而言，污泥的處理與處置已成為污水處理系統(tǒng)運(yùn)行中最復(fù)雜、且花費(fèi)最高的一部分。污泥是由原廢水中的固體物質(zhì)和在廢水處理過(guò)程中所產(chǎn)生的固體物質(zhì)組成的。,一級(jí)處理所產(chǎn)生的污泥，其體積約為處理水量的0.250.35；活性污泥法二級(jí)處理所產(chǎn)生的污泥量為處理水量的1.52.0；若用化學(xué)沉淀法除磷，則產(chǎn)生的污泥體積會(huì)再增加1.0。前述各污水處理單元中排出的污泥，仍含有高達(dá)97的水。因此，污泥處理就是將污泥中的水分與殘余固體物分離，并將分離所得的水回流至污水處理廠進(jìn)行處理。污泥處理的基本流程如下：(1)濃縮(thickening)利用重力或氣浮方法盡可能多地分離出污泥中的水分。(2)穩(wěn)定(stabilization)利用“消化”(digestion)，即生物氧化方法將污泥中的有機(jī)固體物質(zhì)轉(zhuǎn)化為其他惰性物質(zhì)，以避免在用作土壤改良劑或用于其他用途時(shí)，產(chǎn)生臭味和危害健康。,(3)調(diào)理(conditioning)利用加熱或化學(xué)試劑處理污泥，使污泥中的水分容易分離。(4)脫水(dewatering)用真空、加壓或干燥方法使污泥中的水分進(jìn)一步分離。(5)減量(reduction)利用濕式氧化或焚燒等化學(xué)氧化方法將污泥固體物質(zhì)轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的物質(zhì)，由于減少了污泥的體積，故稱為減量。雖然污泥處理有各種各樣的流程和設(shè)備的組合，但其基本方法很有限。污泥的最后處置，是將污泥所含的各種物質(zhì)移轉(zhuǎn)至土壤、大氣或水體中。目前的政策不鼓勵(lì)污泥排海。污泥焚燒必須設(shè)置空氣污染控制設(shè)備，以避免造成空氣污染。,污泥處理工藝的基本流程,4.11.1污泥來(lái)源與特性在討論各種污泥處理工藝之前，先扼要概述一下污泥的來(lái)源及特性。(1)砂礫(grit)在沉砂池中所收集的砂、碎玻璃渣等較重物質(zhì)，并非真正的污泥，但仍需加以處置。由于砂礫易于脫水，且不可生物分解，一般不需進(jìn)一步處理，可直接用卡車運(yùn)至填埋場(chǎng)作進(jìn)一步處理。(2)初沉污泥(primaryorrawsludge)從初沉池底排出的初沉污泥含有的固體物質(zhì)濃度約為38(1固體物質(zhì)濃度相當(dāng)于100mL體積的污泥中含有1g的固體物)。初沉污泥固體物質(zhì)中有機(jī)物約占70，因此初沉污泥極易變成厭氧狀態(tài)并產(chǎn)生臭味。,(3)二沉污泥(secondarysludge)二級(jí)生物處理系統(tǒng)中廢棄排出的二沉污泥，含有大量微生物和其他惰性物質(zhì)。一般二沉污泥固體中有機(jī)物約占90。當(dāng)停止供氣時(shí)，如不及時(shí)處理則會(huì)出現(xiàn)厭氧狀態(tài)而產(chǎn)生臭味。污泥中固體物質(zhì)濃度與處理工藝有關(guān)：廢棄活性污泥為0.52；滴濾池污泥約為2一5?；瘜W(xué)法除磷是在曝氣池中加入化學(xué)藥劑使磷沉淀，這將使二沉污泥中化學(xué)沉淀物含量顯著增加。(4)三級(jí)處理污泥(tertiarysludge)三級(jí)處理產(chǎn)生的污泥，其特性依處理工藝而定。如使用化學(xué)法除磷，所產(chǎn)生的化學(xué)污泥不易處理；若將化學(xué)沉淀除磷與活性污泥工藝合并，使化學(xué)污泥與生物污泥混合，則更增加了處理難度。反硝化脫氮產(chǎn)生的生物污泥與廢棄活性污泥十分相似。,4.11.2污泥固體含量的計(jì)算（1）體積質(zhì)量關(guān)系污泥體積為含水率的函數(shù)。廢水污泥中固體物質(zhì)一般包括灰分（無(wú)機(jī)物）及揮發(fā)分（有機(jī)物）兩部分。固體物質(zhì)總體積可表示如下：Vs=Ms/Ss；式中Ms為固體物質(zhì)質(zhì)量，kg；Ss為固體物質(zhì)的相對(duì)密度；為水的密度，1000kg/m3。由于固體物質(zhì)可以分為灰分和揮發(fā)分兩部分，因此Vs可以改寫為：而污泥固體的相對(duì)密度為：,下標(biāo)f表示灰分，而v表示揮發(fā)分。,污泥由固體物質(zhì)與水組成，因此污泥相對(duì)密度Ss1可由下式計(jì)算：污泥中固體物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為固體含量，表示為：污泥中所含水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為污泥含水率，表示為：由于Ms+Mw=Ms1，所以將上式兩端同時(shí)除以該式：污泥相對(duì)密度計(jì)算：,Ms1：污泥質(zhì)量，kgMw：水質(zhì)量，kgSs1：污泥相對(duì)密度；Sw：水的相對(duì)密度。,Sw：取1.0000。,污泥體積（Vs1）可用下式計(jì)算：EXAMPLE：利用下列初沉池?cái)?shù)據(jù)，確定每日污泥產(chǎn)量：流量=0.15m3/s；進(jìn)水SS=280.0mg/L；去除率=59.0%；污泥濃度=5.00%；揮發(fā)性固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)=60%；揮發(fā)性固體相對(duì)密度=0.990；灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=40%；灰分相對(duì)密度=2.65。SOLUTION：計(jì)算污泥中固體物質(zhì)的相對(duì)密度：計(jì)算污泥相對(duì)密度：由初沉池進(jìn)水SS濃度及去除率計(jì)算日產(chǎn)污泥量：Ms=0.59*280*0.15*86400/1000=2.14*103kg/d,計(jì)算日產(chǎn)污泥體積：（2）質(zhì)量平衡廢水處理廠的質(zhì)量平衡：dS/dt=Min-MoutMin和Mout分別用來(lái)代表進(jìn)入和離開處理工藝的各種物質(zhì)，包括溶解性化合物、固體物質(zhì)、氣體等。在穩(wěn)定狀態(tài)下可假設(shè)dS/dt=0。因此Min=Mout。對(duì)于一些一些相關(guān)聯(lián)的處理流程單元，可以用如下圖所示的流程來(lái)確定單元間的質(zhì)量進(jìn)出關(guān)系。當(dāng)流程圖上表明所有進(jìn)出物質(zhì)的數(shù)量時(shí)，稱為定量流程圖。,以下為質(zhì)量平衡計(jì)算的主要步驟：（1）畫出處理流程圖（如上圖）；（2）鑒別所有的流線，如流線A內(nèi)的固體物質(zhì)，包括原污水中的固體