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1、第三章 制浆造纸废水的厂外治理,第一节概述1.需要进行厂外治理的废水性质,碳水化合物降解产生的低聚糖类和有机酸类，这是废水中形成BOD的主要因素；木素在化学药品下的降解产物，以及多种无机盐类，这是废水中形成COD的主要因素；悬浮于废水中的细小纤维、填料、涂料类固形物；由木素降解产物、颜料和染料等产生的色度；由有机硫化物等产生的臭气等；漂白废水中的含氯有机化合物是形成AOX的主要因素,2.废水厂外治理应遵从的原则,（一）基本原则实行清洁生产加强污染物的回收利用对最终排放的废水进行处理（二）废水处理的一般原则“三同时”原则：同时设计、同时施工、同时投产先大块垃圾漂浮物悬浮物胶体物和溶解物。含病原体
2、的废水须经消毒合格后方可排放。重污染和轻污染分开处理，避免冲击深处理设备。据有关法规、标准及受纳水体情况，经预实验，比较技术、经济、效益，择优方案。,3.废水处理方法及选择,（1）按作用原理划分：物理法、化学法、物理化学法、生物法。（2）按处理程度划分：一级处理、二级处理、三级处理。,（1）按作用原理的分类物理处理（Physical Treatment）,定义：应用物理作用，没有改变废水成分的处理方法称为物理处理法。操作单元（Operating Units）：调节（Adjust）、离心分离（Centrifugal Separation）、除油（Oil Elimination）、过滤（Filtr
3、ation）、沉降（Sedimentation）、气浮（Floatation）等。废水经过物理处理过程后并没有改变污染物的化学本性，而仅使污染物和水分离。常用于废水的一级处理或预处理,它既可作为独立的处理方法,也可用作化学处理、生物处理的预处理方法。物理法简单经济,但往往不能达到理想的处理效果,还需要配合使用其他方法。,化学处理（Chemical Treatment）,定义：应用化学原理和化学作用以去除或回收废水中溶解物或胶体物质的方法,可达到回收有用物质,降低废水中的酸、碱度,去除金属离子,氧化某些有机物等目的。操作单元（Operating Units）：混凝（Coagulation）、中和
4、（Neutralization）、化学沉淀（Chemical Precipitation）、药剂氧化还原（Chemical Oxidation Reduction）、臭氧氧化(Ozone Oxidation)、电解(Electrolysis)、光氧化法(Photo-Oxidation)等。污染物在经过化学处理过程后改变了化学本性，处理过程中总是伴随着化学变化。由于化学处理法常需采用化学药剂和材料,处理费用较高。,生物处理（Biological Treatment）,定义：是利用微生物的代谢作用氧化、分解、吸附废水中可溶性的有机物及部分不溶性有机物，并使其转化为无害的稳定物质从而使水得到净化的方
5、法称为生物处理。操作单元（Operating Units）：好氧生物处理(Aerobic Biological Treatment)、厌氧生物处理(Anaerobic Biological Treatment)。生物处理过程的实质是一种由微生物参与进行的有机物分解过程，分解有机物的微生物主要是细菌，其它微生物如藻类和原生动物也参与该过程，但作用较小。,物理化学处理（Physic-chemical Treatment）,定义：废水中的污染物在处理过程中是通过相转移的变化而达到去除的目的的处理方法称为物理化学处理。操作单元（Operating Units）：吸附(Adsorption)、离子交换(
6、Ion Exchange)、电渗析(Electro-dialysis)、扩散渗析(Diffusion Dialysis)、反渗透(Reverse Osmosis)、超滤(Ultra Filtrate)等污染物在物化过程中可以不参与化学变化或化学反应，直接从一相转移到另一相，也可以经过化学反应后再转移。,（2）按废水处理程度的分类,废水,预处理,一级处理,二级处理,三级处理,消毒,处理水,（混凝剂）,沉渣,生物污泥,包含物理作用和一般化学作用。去除漂浮物和部分悬浮物，调节废水pH。悬浮固体去除约70-80%，BOD去除约30%，达不到排放标准，一般作为预处理。主要的作用有：筛滤、水质水量调节、沉
7、淀、上浮、预曝气（10-20分钟）。调节池有调节水量、水质（pH）作用，还有预曝气作用。,一级处理(Primary treatment),二级处理(Secondary treatment),即生物处理，去除大量有机物。BOD去除75-95%，出水浓度20mg/l-30mg/l，一般可排放。（1）好氧处理活性污泥法：传统法、阶段曝气法、渐减曝气法、生物吸附法、延时曝气法、完全混合法等。生物膜法：普通生物滤池、生物滤塔、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床等。自然生物处理法：氧化塘（好氧塘、兼性好氧塘、厌氧塘、曝气塘）、土地处理（灌溉、渗滤、漫流、毛细管净化等）。（2）厌氧处理：即生物还原处理法，主
8、要用于处理高浓度有机废水和污泥，主要构筑物是消化池，或沼气池、三格化粪发酵池。,三级处理(Tertiary treatment),即高级处理、深度处理。进一步去除二级处理未能去除的污染物。如未能降解的有机物、可溶性无机物以及氮、磷等。所使用的方法有生物脱氮法、活性炭过滤法、离子交换法等。三级处理只是在严重缺水地区,要求工业废水闭路循环或接纳废水的水体作为水源时才考虑。,第二节 废水的物理处理,物理法处理技术：不改变污染物的化学形式而将其从水中分离。物理法设备简单、运行费用低、工艺成熟，主要用于去除水中难溶解的大颗粒污染物，为污水一级处理的首选技术。物理法包括过滤、沉降、气浮等。制浆废水中含有树
9、皮、纤维、纤维碎屑、填料、涂料、油墨粒子等悬浮物，还有泥、砂等非原料杂物。常采用三类简明的方法对这些杂物进行分离。对于比重较大的可用重力沉降法；对于比重较轻的采用气浮法；对形状较大的可采用过滤法。为提高分离效率常采取措施加大与水之间比重差，如气浮、离心沉降、絮凝沉降等。,（一）废水的预处理,格栅井,混合池,一沉池,均质池,曝气池,二沉池,中和池,冷却塔,事故池,污泥浓缩池,储泥池,脱水机,酸性废水,中性废水,碱性废水,排放,漂白硫酸盐浆厂废水处理系统流程简图,预处理调节装置的功能：,主要作用：调节水量；均和水质。辅助作用：调整PH值（中和池）；降低水温（冷却塔）；临时贮存事故排水（事故池）；生
10、物预处理（如预曝气）设置位置：一般设在一级处理（如格栅、沉砂池）之后，二级处理之前。,均质池利用外加动力（如叶轮搅拌、空气搅拌、水泵循环）而进行的强制调节，它设备较简单，效果好，但运行费用高,曝气均和池,利用差流方式使不同时间和不同浓度的废水进行自身水力混合，基本没有运行费，但设备结构复杂。,差流均质池,不同时间不同地点的进水,在同一时间同一地点出水,差流调节方式,折流均质池,差流调节方式,几种废水处理物理方法,（二）过滤法,当悬浮液流经多孔介质或滤网时，尺寸大于孔眼的悬浮物颗粒被截留，当使用一段时间滤水阻力增大时，用反冲洗或机械方法将截留物从过滤介质中除去。,1.格栅,作用：阻截粗大的漂浮物
11、和悬浮物。目的：防止管道及处理设备阻塞；保护抽水机刮泥机等 设备；便于后续之处理,1.1 格栅的结构,格栅的隙缝：,进水泵站前50 mm,沉砂池或沉淀池前1530mm，最大为40mm,若水泵前格栅隙缝不大于 25 mm，则处理系统前不再设格栅。,1.2 格栅的分类,简单格栅,水头损失,机械格栅,XG型旋转式格栅除污机,螺旋压榨细格栅,阶梯式细格栅,1.3 格栅设计安装要求,通过格栅的水流速度应保持在0.61.0ms之间，一般可取0.7ms(平均流量时)。一般当通过格栅时的水头损失达1015cm时应予清捞。为了避免造成壅水现象，栅后的渠底应比栅前低1015cm。如果只安装一套格栅时，应设置溢流旁
12、通道。旁通道进口处设有间距为75一l00m的垂直栅条。,2、多圆盘白水过滤机,多圆盘白水过滤机,主要特点：过滤过程连续，稳定，对抄造工艺没有负面影响；适应性好，对各种白水中纤维和填料的回收都具有良好的效果；设备占地面积小，对老厂改造具有良好的适应性和灵活性；运行费用低，除非特殊情况，一般可不用真空泵；纤维和填料的回收率高，可达95以上；清滤液的固形物含量低，小于50mg/l，过滤后的尾浆和水可直接进入抄纸工艺过程中。,（三）沉淀法,1）原理 利用废水中悬浮颗粒或液滴密度比水大，借助重力作用产生下沉而实现固液分离的一种处理方法（一般适用于去除20100m以上的颗粒）。,2）根据水中悬浮颗粒的凝聚
13、性能和浓度，沉淀可分成四种类型,自由沉降 絮凝沉降 区域沉降 压缩沉降,沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。,沉淀处理工艺的四种用法,3）沉淀装置的作用,4）沉淀池的类型,平流式沉淀池,平流式沉淀池的进水区整流措施,基本要求：使污水尽可能地在沉淀区各个断面均匀分布，既有利于沉降，又要使出水中不携带过多的悬浮物。入流区：挡板需高出水面0.150.2m，淹没深度不小于0.2m，距离进水口0.51.0m。为了减弱射流对沉降的干扰，整流墙的开孔率应在1015%，孔口的边长或直径应为50150mm，最上一排孔口的上缘应在水面以下0.120.15m处，
14、最末一排的下缘应在污泥层以上0.30.5m处.,平流式沉淀池的出流装置,出流区：出流堰前若设挡板，可用以稳流和阻挡浮渣，挡板淹没深度为0.30.4m，距溢流堰0.25 0.5 m；,平流式沉淀池设计,竖流式沉淀池,辐流式沉淀池,辐流式沉淀池的构造及特点,辐流式沉淀池剖面,沉淀池特点及适用条件,5）沉淀池池型的选择,废水量大小：量大，采用平流式、辐流式；量小，采用竖流式。悬浮物质的沉降性能与泥渣性能：流动性差、相对密度大的污泥，不宜采用竖流式，可采用平流式，辐流式。总体布置与地质条件：用地紧张的地区，宜用竖流式。地下水位高、施工困难的地区，宜用平流式。造价高低与运行管理水平：平流式造价低，竖流式
15、造价较高。,（四）气浮,1）原理：在水中通过或产生大量微细气泡，水中的悬浮粒子与气泡吸附在一起，形成密度小于水的“气泡颗粒”复合体，靠气泡的浮力一起浮升至水面，形成浮渣，从而将杂质从水中分离出去。作用：去除比重和水差不多的悬浮物质。基本条件：必须在水中产生足够量的微小气泡；必须使待分离物质形成不溶性的固态或液态悬浮体，必要时可采用混凝剂；必须使气泡与杂质颗粒产生粘附作用，否则应采用表面活性剂等对颗粒进行改性。,气浮原理,900，疏水性物质，易于气浮900，亲水性物质，不易气浮，可加浮选剂，将其转换成疏水性物质,必要条件：污染物必须黏附在气泡上。水中悬浮颗粒的疏水性是气浮的最基本条件。接触角,2
16、）气浮分类（1）加压气浮,2）气浮分类(2)射流气浮,超效浅层气浮法,（1）工艺流程,（2）特点,强制布水，进、出水都呈静态，消除横向干扰溶气罐设计独特，体积小，停留时间短，溶气效率高。废水在池内停留时间很短，仅35min（传统气浮池1520min）浮渣瞬时清除，隔离排除，水体扰动小，浮渣浓度高（35%）表面负荷高812m3/(m2.h)传统气浮池25 m3/(m2.h)气浮池池深不超过650mm（传统气浮池2.02.5m）SS去除率高达99%，出水SS30mg/l设备轻巧，结构合理，便于运输安装。,（3）主要工艺条件,处理水量：3050m3/h槽深：600650mm有效水深：400mm停留时
17、间：35min表面负荷：10m3/(m2.h)水气比：1：（56）溶气水压力：0.5MPa回流比：2530转速：0.20.3r/min絮凝剂：PAM(14mg/l),（4）实际运行情况,（5）影响因素,白水性质：化学浆机械浆；草浆木浆；不含填料含填料白水浓度：8.5；温度500C絮凝剂的应用：处理效率可提高510,应用案例：再生纸板厂的废水处理,以废纸为原料生产瓦楞原纸等产品。处理水量12000m3/d，系统进水CODCr2000mg/L，SS 2500mg/L，BOD5 350mg/L；系统出水CODCr200mg/L，SS 250mg/L，BOD5 80mg/L。处理后出水可回用90，吨废
18、水运行成本为0.15元。,再生纸板厂的废水处理工艺流程图,收浆网,集水池,生物接触氧化池,水池,超效浅层气浮,沉淀池,清水池,污泥浓缩,集泥池,中段废水,泥饼外运,污泥,上清液,外排,循环回用,废水处理设施监测数字,第三节 废水的化学处理,化学法处理技术：利用化学反应原理及方法分离废水中的污染物，或改变其性质，使之无害化的处理方法。处理对象：可溶解的无机物 难以生物降解的有机物 胶体物质化学法处理技术包括：pH调整化学混凝浓缩燃烧法化学氧化法光催化氧化化学沉淀化学中和氧化、还原,（一）混凝法,对于制浆造纸废水中溶解性的胶体或木质素、糖类大分子物质等颗粒较小的污物，可采用添加絮凝剂与助凝剂的方法
19、，使废水中污物颗粒变大、同时提高其疏水性，创造与水分离的条件。这类方法称混凝法。混凝法通常依靠混凝剂在反应池中或反应管道或反应罐（器）中完成。,1.混凝法基础1.1 废水中胶体微粒及其稳定性悬浮粒子(粒径大于1m)粒径大于10m 为可沉降胶体(colloid)(粒径介于110-3m)溶解性物质(小于10-3m),胶体结构示意图,胶体结构及其电位示意图1电位离子；2反离子；3滑动面；4胶团边界；5胶粒；6吸附层；7扩散层,a电性中和作用机理 电性中和作用机理包括压缩双电层与吸附电中和作用机理。（1）压缩双电层 电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产生压缩双电层作用，使电位降低，从而胶体颗粒失去稳
20、定性，产生凝聚作用。该机理认为电位最多可降至0。因而不能解释以下两种现象：混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。,1.2 混凝作用机理,（2）吸附电性中和 这种现象在水处理中出现的较多。指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低电位。其特点是：当药剂投加量过多时，电位可反号。b吸附架桥 吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥，架桥模型示意见图。高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；但投加过多，会出现“胶体保护”现象。,c网捕或卷扫 金属氢氧化物在形成过程中对胶
21、粒的网捕与卷扫。所需混凝剂量与原水杂质含量成反比，即当原水胶体含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。,例如：硫酸铝的混凝机理 不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理不同。何种作用机理为主，决定于铝盐的投加量、pH、温度等。实际上，几种可能同时存在。pH3 简单的水合铝离子起压缩双电层作用；pH=45 多核羟基络合物起吸附电性中和；pH=6.5-7.5 氢氧化铝起吸附架桥；,2、常用混凝剂,助凝剂助凝剂：凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可称为助凝剂。助凝剂可以参加混凝，也可不参加混凝。广义上可分为以下几类：酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等；加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸（SiO2 nH
22、2O）、骨胶、高分子絮凝剂；氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl2、O3等。,3.影响因素,污水水质：胶体杂质浓度、PH值、水温、共存杂质混凝剂的影响：混凝剂的分子形态、混凝剂的投加量、混凝剂的投加顺序水利条件的影响：搅拌,4.混凝法在制浆造纸废水处理中的应用,应用实例1：再生纸板厂废水处理,应用实例2：混凝法脱色工艺,生化出水,混凝剂,絮凝剂,空气,气浮分离,混凝剂回收,混凝剂返回,去黑液碱回收工段,Stone法脱色工艺流程,出水,漂白化学木浆废水的脱色处理,废水处理系统的各级废水特性,（二）高级氧化技术,高级氧化技术（Advanced Oxidation Technology
23、，简称AOT)是指在水处理过程中可产生氢氧自由基（.OH），使水体中的大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解成为CO2 和H20，接近完全矿化。,废水处理中的高级氧化技术,化学氧化O3，H2O2，ClO2Fenton氧化电化学氧化湿式空气氧化超临界水氧化光催化氧化几种方法的联用,高级氧化技术-光催化氧化法,光催化氧化以n型半导体为催化剂，利用紫外光照射半导体催化剂（如：TiO2），在水中产生氢氧自由基，氧化水中的污染物。而作为催化剂的n型半导体中，以TiO2性质最优。而且TiO2的化学性质，光化学性质均十分稳定，且无毒廉价，货源充足。催化剂作为光的吸收剂，在光照后产生电子
24、-空穴e-h)对，诱发水分子被氧化产生氧化能力极强的活性基团OH。,TiO2的光催化反应机理,TiO2 hv e-+h+h+H2O OH+H+e-+O2 O2-H+HO2 2HO2 O2+H2O2H2O2+O2-OH+HO-+O2,高级氧化技术-光催化氧化法,TiO2半导体在溶液中的基本反应式,光催化氧化特点：设备结构简单，反应条件温和，操作条件容易控制氧化还原性强，COD去除率高，无二次污染可利用太阳光TiO2化学稳定性高、无毒、价廉,高级氧化技术-光催化氧化法,光催化氧化的应用有机污染物废水,光催化氧化的应用有机污染物废水,光催化氧化的应用有机污染物废水,催化氧化法-芬顿（Fenton）试
25、剂 UV-Fe2+-H2O2系统：Fe2+在UV光照下，部分转化为三价铁离子，它在pH=5条件下可以水解生成Fe(OH)2+，它在紫外线作用下又可转化为Fe2+，同时产生OH。产生的.OH可和有机物发生反应，氧气或空气的加入可大大降低H2O2的用量。UV-Fe2+-H2O2系统具有明显的优势:降低了Fe 2+的用量，保持H2O2较高的利用率;紫外光和亚铁离子对工业化取得催化分解存在协同效应，即:过氧化氢的分解速率远大于亚铁离子或紫外催化过氧化氢的分解速率的简单加和。这主要是由于铁的某些络合物可发生反应生成HO等自由基。但该系统存在问题:Fe2+浓度大，处理后的水可能带有颜色;Fe2+与过氧化氢
26、反应降低了过氧化氢的利用率;该系统对pH有较高的要求，故对某些废水处理存在难度;该系统难用于饮用水的处理。,第四节 废水的生物处理,（一）生物处理废水基础知识,1.生物处理中常见的微生物,微生物,植物藻类,动物,原生动物单细胞动物：肉足虫类、鞭毛虫类、纤毛虫类,后生动物多细胞动物：轮虫、线虫,菌类,细 菌,放线菌,酵母菌,霉 菌,病 毒,原核生物,真核生物（真菌）,一组活性污泥图片（细菌）,菌胶团,污泥细碎,菌胶团,菌胶团,肉足虫（变形虫）,游泳型纤毛虫,固着型纤毛虫（累枝虫）,一组活性污泥图片（原生动物）,游泳型纤毛虫（草履虫）,轮虫,轮虫,一组活性污泥图片（后生动物）,原生动物和后生动物可
27、以作为指示微生物,2.细菌的新陈代谢,1）营养物及作用,2）营养类型,3）微生物的呼吸类型,异养型微生物：有机物为底物，终点产物是无机物C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+2817.3KJ自养型微生物：无机物为底物，终点产物是无机物H2S+2O2=H2SO4+能量NH4+2O2=NO3-+2H+H2O+能量,（1）好氧呼吸,（2）厌氧呼吸,发酵：供氢体和受氢体都是有机物C6H12O6=2CH3COCOOH+4H2CH3COCOOH=2CO2+2CH3CHO4H+2CH3CHO=2CH3CH2OH总反应式：C6H12O6=2CH3CH2OH+2CO2+92KJ无氧呼吸：受氢体是无机氧化物
28、C6H12O6+6H2O=6CO2+24H24H+4NO3-=2N2+12H2O总反应式：C6H12O6+4NO3-=6CO2+6H2O+2N2+1755.6KJ,3.微生物的生长规律,（1）AB段：停滞期（2）BC段：对数期（3）CD段：静止期（4）DE段：衰老期,活细菌数对数,停滞期,对数期,静止期,衰老期,培养时间,微生物的生长曲线,D,B,C,A,0,E,4.微生物的生长环境,（1）微生物的营养：碳源、氮、磷营养，BOD:N:P=100:5:1。（2）温度：,微生物生长的温度范围 单位：0C,（3）pH值：,微生物生长的pH范围,（4）毒物：重金属、硫化物、氰氢酸、木材提取物等,废水生
29、物处理的毒物容许浓度,5.废水的生物处理,5.1 废水的好氧生物处理,有机物氧微生物（C.O.H.N.S.P）,原生质（微生物的增长）,CO2.H2O.NH3SO42-.PO43-,能,热,合成,分解,2/3,1/3,.,随水排出,好氧生物处理过程中有机物转化示意图,5.废水的生物处理,5.2 废水的厌氧生物处理,有机物微生物（C.O.H.N.S.P）,原生质（微生物的增长）,有机酸、醇、CO2、NH3、H2S等,能,原生质（微生物的增长）,CH4、CO2、NH3、H2S,能,产气阶段,产酸阶段,厌氧生物处理过程中有机物转化示意图,合成,合成,分解,分解,好氧处理与厌氧处理的区别,5.3 厌氧
30、与好氧比较之优点,(1)不需设置曝气装置这样既节省能量，又减少设备投资；厌氧废水处理技术在废水处理成本上比好氧处理便宜得多；(2)降解单位质量有机污染物，产生的生物固体量较少，仅相当于好氧处理法中的1/31/5；厌氧方法产生的剩余污泥量比好氧法少得多；(3)厌氧生物质中约有11N与20的P，生物质产量较少，厌氧方法对营养物的需求量小；(4)每降解1kg的COD，产CH4约为0.35m3；既消除污染，又回收了能源，一举两得；(5)厌氧方法的菌种（例如厌氧颗粒污泥）可以在中止供给废水和营养的情况下保留其生物活性与良好的沉淀性能至少一年以上；(6)厌氧法具有较强的耐有机物冲击负荷能力。可处理高浓度的
31、有机废水，当废水浓度较高时，不需要大量稀释水。,5.4 厌氧与好氧比较之缺点,(1)相对每单位生物质的基质去除率较低，为同一基质好氧处理时的1/41/10；出水COD浓度高于好氧处理，原则上仍需要后处理才能达到较高的排水标准；(2)污泥增长慢，去除1kg的COD，产生0.040.08kg的悬浮固体。因此厌氧反应器初次启动缓慢，一般需要812周时间，而且在正常运行时，突然废水流量下降时，维持系统生物污泥量是十分重要的问题。(3)厌氧过程中会产生硫化氢、有机酸、醛类等化学物质，其中有的物质既有恶臭又有腐蚀性；(4)某些氧化性的物质对厌氧微生物有一定的毒性和抑制作用。,好氧生物处理技术及其设备,活性
32、污泥法,生物膜法,普通活性污泥法阶段曝气法渐减曝气法吸附再生活性污泥法完全混合活性污泥法序批式活性污泥法,生物滤池生物转盘生物接触氧化生物流化床,好氧生物处理技术,生物膜法与活性污泥法均属于好氧生物处理技术。共同特点：是在有氧的条件下，利用好氧微生物来氧化分解污水中可生物降解的有机物。不同之处：微生物在处理构筑物中的生存方式有所不同。,微生物生存方式：,活性污泥法：曝气池中微生物以絮状体形式，悬浮于曝气池混合液中不断生长繁殖（悬浮生长）。生物膜法：反应器中微生物附着在载体的表面上形成一种生物膜，当废水流经其表面时，生物膜、水和空气相互接触，发生生物化学反应（附着生长）。固着于固体表面上的微生物
33、对废水水质、水量的变化有较强的适应性；和活性污泥法相比，管理较方便；由于微生物固着于固体表面，即使增殖速度较慢的微生物也能生息，从而构成了稳定的生态系。,(二)生物膜法,1 生物膜法基本原理,依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物（附着生长反应器）,碎石卵石焦炭塑料材料,1.1 生物膜法的净化原理,膜的表面吸取营养和溶解氧容易，微生物生长繁殖迅速，形成了好氧微生物和兼性微生物组成的好氧层（12mm）。内部营养和溶解氧的供应条件差，生长繁殖受到限制，好氧微生物难以生活，形成了厌氧微生物和兼性微生物组成的厌氧层。,1.2 生物膜法的流程,1.3 生物膜法的特点,1）微生物固着于固体表面，对废水水
34、质、水量的变化有较强的适应性；2）管理较方便；3）由于微生物固着于固体表面，即使增殖速度慢的微生物也能生息，从而构成稳定的生态系。高营养级的微生物越多，污泥量自然就越少。,生物膜法分为以下三类：1）润壁型生物膜法废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过，如生物滤池和生物转盘等；2）浸没型生物膜法接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，如生物接触氧化；3）流动床型生物膜法使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池中，如生物流化床。,2 生物滤池,生物滤池于1889年在劳伦斯实验厂首先开始研究，1910年后期在美国开始了大规模的应用，20世纪70年代逐步被好
35、氧法代替，随着新型滤料的不断诞生，生物滤池又得到了的改进，应用范围不断扩大。,典型的生物滤池的构造,自然通风,不设曝气系统.,2.1 生物滤池的构造,建设中的生物滤池,滤 床,滤床由池体和滤料组成。滤料是微生物生长栖息的场所，理想的滤料应具备下述特性：单位体积滤料的表面积要大；能为微生物附着提供大量的表面积：使污水以液膜状态流过生物膜；有足够的空隙率，保证通风（即保证氧的供给）和使脱落的生物膜能随水流出滤池；物理化学性质稳定，对微生物的增殖无危害作用不被微生物分解，也不抑制微生物生长；有一定机械强度，不易变形和破碎；价格低廉。,几种常见滤料,比表面积在98340m2/m3，孔隙率为9395,比
36、表面积在81195m2/m3，孔隙率为9395,比表面积65100m2/m3，孔隙率4550,塑料滤料 比重小，孔隙率高，滤床高度不但可以提高，而且可以采用双层或多层构造。国外一般采用双层滤床，高7m左右；国内常采用多层的“塔式”结构，高度在10m以上。,石质拳状滤料 滤床高度：12.5m。孔隙率低，滤床过高会影响通风；太重,过高会影响排水系统和滤池基础结构。,滤床高度同滤料种类的关系,布水设备,为了使污水能均匀地分布在整个滤床表面上布水设备有固定式和移动式两种。固定式布水装置由虹吸装置、馈水池、布水管道和喷嘴组成，喷水是间隙的，所以布水不均匀，配水的水头要高，配水池也较高（配水面高0.92.
37、1m），故目前应用较少。,移动式布水器组成及重要参数：水竖管和可旋转的布水横管组成，横管可以是多根，布水小孔的直径1015mm，布水横管距滤料表面的高度0.150.25m，喷水旋转所需的水头0.61.5m，布水器在水压反推动力下旋转。旋转布水器的特点：布水比较均匀，淋水周期短，水力冲刷作用强；缺点时喷水孔易堵，低温时要采用防冻措施，仅适用于圆形池。,排水系统,排水系统的作用：收集滤床流出的污水与生物膜；保证通风；支撑滤料 排水系统组成：池子底面及开设于其上的沟渠。重要参数：池子底面坡度(0.010.03)；排水沟坡度0.0050.02。排水总渠坡度0.0030.005。重要提示：要保证不积淤流
38、速(通常采用0.6ms)，排水渠穿过池壁的地方，应设排水和通风孔洞，通风面积应不小于过水断面。排水口可设于池壁的一侧或数侧，但通风口必须均匀分布于池壁的两对边或四周。,2.2 生物滤池的工艺类型,生物滤池分为普通生物滤池、高负荷生物滤池和超负荷生物滤池（塔式生物滤池）。,优点：处理效果好，BOD5去除率可达90%以上，出水BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸盐含量在10mg/L左右，出水水质稳定。缺点：占地面积大，易于堵塞，影响环境卫生。,普通生物滤池,第一代工艺滤料粒径较小(2570mm)，滤料层高度通常只有23m左右，多不采用回流措施；,高负荷生物滤池,第二代工艺,处理水回流：（1）可以
39、均化与稳定进水水质；（2）加大水力负荷及时地冲刷过厚和老化的生物膜，加速生物膜更新，抑制厌氧层发育，使生物膜保持较高的活性；（3）抑制滤池蝇的过度滋长，减轻臭味。,通过限制进水BOD5和采取处理水回流等技术措施，大幅度地提高了滤池的负荷率,塔式生物滤池,工艺特点：（1）内部形成较强的拔风状态，通风良好，污水、空气、滤料接触充分，充氧效果良好，传质速度快；（2）高负荷率，水力负荷为高负荷生物滤池210倍，生物膜活性高，净化效率也较高；（3）滤层内部的分层，能够承受较高的有机污染物的冲击负荷。,第三代生物滤池高度达20m之多，常采用回流措施。采用塑料滤料。,塔式生物滤池,2.3 工艺流程,初次沉淀
40、池,生物滤池,二次沉淀池,初次沉淀池,生物滤池,二次沉淀池,初次沉淀池,一级滤池,二级滤池,二次沉淀池,初次沉淀池,一级滤池,二级滤池,二次沉淀池,A 增加生物膜的量,B 稀释进水,C,D,2.4 影响生物滤池功能的主要因素,滤床的比表面积和孔隙率：越大越好。滤床的高度：有机物的去除率随高度的增加而提高，但不能太高。负荷：有机负荷和水力负荷回流：提高滤率；改善水质，提供营养元素和降低毒物浓度；调节和稳定进水作用等供氧：自然通风供氧。影响因素主要有池内温度和气温之差，滤池高度，滤料孔隙率，风力等。,2.5 生物滤池的特点,生物滤池的滤料是固定的，废水自上而下流过滤料层。上层以细菌为主，中下层细菌
41、量逐渐减少，原生动物和微型后生动物逐渐增多。生物链较长，污泥量少，运行简易。依靠自然通风供氧，运行费用低。,生物转盘是在生物滤池的基础上发展起来的。净化效率相同，但构造却不同。广泛应用于生活污水及有机工业废水中小型水量和中低浓度的处理。,3.生物转盘,3.1 生物转盘的构造,3.2 生物转盘法的净化原理,去除废水中有机物的机理和生物滤池基本相同。,节能：不需曝气；转盘转动搅拌水流，悬浮物不沉淀，不需要回流污泥，运行动力费用低生物量多，净化率高，适应性强。食物链长，污泥产量少。维护管理简单，功能稳定可靠，没有噪声。占地面积大，建设投资高，寒冷地区需作保温处理。,3.3 生物转盘的特点,空气驱动的
42、生物转盘与沉淀池共建的生物转盘与曝气池相组合的生物转盘,3.4 生物转盘的新进展,4.生物接触氧化法,也称作浸没式生物滤池，它是指在反应池中设置惰性填料，已经预先充氧曝气的污水浸没并流经全部填料，污水中的有机物与填料上的生物膜广泛接触，在微生物的新陈代谢作用下污染物得到去除。,接触氧化池构造示例,4.1生物接触氧化池的构造,酚醛树脂蜂窝填料,4.2常用填料的类型,聚乙烯蜂窝填料,软性填料,半软性填料,4.3生物接触氧化法的特点,(1)填料的比表面积大，池内的充氧条件良好，生物固体量较高，具有较高的容积负荷；(2)一部分微生物附着生长在填料表面，不需污泥回流，没有污泥膨胀的问题，运行管理简便；(
43、3)生物固体量多，水流完全混合，具有较强的耐冲击负荷能力；(4)生物膜具有丰富的生物相，污泥产量低。,缺点：填料易堵塞和更换，运行费用较高。,三种处理工艺主要运行参数的比较,生物膜法处理造纸废水,废水,沉砂池,出水,格栅,一沉池,氧化池,二沉池,鼓风机,营养盐,加药,泥浆泵,泥浆泵,浓缩池,污泥池,混合池,污泥池,带式脱水机,离心脱水机,泥饼,泥饼,加药,流化床是以砂、活性炭、焦炭一类的较小的惰性颗粒为载体充填在床内，载体表面被覆着生物膜，其质变轻，污水以一定流速从下向上流动，使载体处于流化状态。,5.1 工作原理,5 生物流化床,5.2 流化床的类型,根据生物流化床的供氧、脱膜和床体结构的不
44、同，好氧生物流化床主要有两种类型：,两相生物流化床,三相生物流化床,（1）两相生物流化床,（2）三相生物流化床,三相流化床设备较简单，操作亦较容易，此外，能耗也较二相流化床低。,三相生物流化床是气、液、固三相直接在流化床体内进行生化反应，不另设充氧设备和脱膜设备，载体表面的生物膜依靠气体的搅动作用，使颗粒之间剧烈摩擦而脱落。,三相生物流化床的设计应注意防止气泡在床内合并成大气泡而影响充氧效率。,充氧方式,减压释放空气充氧,射流曝气充氧,5.3 生物流化床的特点,生物固体浓度高，水力停留时间可缩短，容积负荷相应提高，基建费用相应减小不存在活性污泥发中常发生的污泥膨胀和其它生物膜法中存在的污泥堵塞
45、现象适应不同浓度范围的废水，适应较大冲击负荷由于容积负荷和床体高度大，占地面积小,（三）活性污泥法（Activated Sludge Process）,活性污泥：废水的好氧处理过程中，因微生物的大量繁殖和吸附作用而形成的含有大量微生物的絮状体，是由多种微生物与废水中的悬浮物构成的。活性污泥法：有氧存在的条件下，活性污泥吸附吸收氧化降解废水中的有机污染物，一部分转化为无机物并提供微生物生长所需的能源，另一部分转化为微生物自身，通过沉降分离，使有机污染负荷高的废水得到净化。,1、基本流程,活性污泥系统组成,曝气池,剩余污泥排放系统,污泥回流系统,二沉池,曝气系统,生物反应器,泥水分离,供氧，搅拌,
46、保持曝气池微生物浓度,排放增殖污泥，保持系统稳定,曝气池,曝气池出水堰,活性污泥混合液,活性污泥的形态,2.活性污泥中的微生物,细菌、真菌、原生动物、后生动物等。,3 活性污泥的净化原理,（1）絮凝、吸附作用生物聚合物是带有电荷的电解质。具有生物、物理、化学吸附作用和凝聚沉淀作用。污水与活性污泥接触1540min，污水中大部分有机物(70%以上的BOD，75%以上COD)迅速被去除。此时的去除并非降解，而是被污泥吸附，粘着在生物絮体的表面。,（2）微生物的代谢 被吸附的有机物粘附在絮体表面，与微生物细胞接触，在渗透膜的作用下，进入细胞体内，并在酶的作用下要不被降解，要不被同化成细胞本身。,（3
47、）活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩污泥浓度（mixed liquor suspended solids,MLSS）：1L混合液内所含的悬浮固体的质量，单位g/L或mg/L。间接反映废水中所含微生物的浓度。污泥沉降比(setting velocity，SV)：一定量的曝气池混合液静置30min后，沉淀污泥与废水的体积比，以表示。反映了污泥的沉淀和凝聚性能的好坏。一般可达1530。污泥容积指数(sludge volume index，SVI)：一定量的曝气池混合液经30min沉淀后，1g干污泥所占沉淀污泥容积的体积，也称污泥指数，单位mL/g。反映活性污泥的松散程度。一般控制在50150 mL/g。,曝
48、气方式1.鼓风曝气系统2.机械曝气装置3.鼓风+机械曝气系统,曝气作用1.充氧2.搅拌、混合,4 曝气设备,鼓风曝气（扩散曝气）：将空气分散成空气泡，增大空气和混合液的接触界面，把空气中的氧溶解于水。机械曝气（表面曝气）：把大量的混合液水滴和膜状水抛向空气中，然后挟带空气形成水气混合物回到曝气池中，由于气水接触界面大，使空气中的氧很快溶入水中。,（1).鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,鼓风机供应压缩空气,风量要满足生化反应所需的氧量和能保持
49、混合液悬浮固体呈悬浮状态。,风压要满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压。,罗茨鼓风机：适用于中小型污水厂，噪声大，必须采取消音、隔音措施,离心式鼓风机：噪声小，效率高，适用于大中型污水厂,三叶式罗茨鼓风机,常用鼓风机形式,多极离心风机,多级风机,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,扩 散 器,空气输配管系统,负责将空气输送到空气扩散器。要求沿程阻力损失小,曝气设备各点压力均衡,空气干管和支管流速符合设计要求，配备必要的手动阀和电动调节阀门。,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,扩 散 器,扩散器的作用是将空气分散成小气泡,增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。
50、,空气输配管系统,小气泡扩散器,中气泡扩散器,大气泡扩散器,微气泡扩散器,扩散器的类型,（1）小气泡扩散装置：微孔材料制成的扩散板和扩散管等，其特点是气泡小（直径在1.5mm以下），氧利用率15%-20%，但阻力大，易阻塞；（2）中气泡扩散装置：常用穿孔管，孔直径为23mm，孔眼气体流速不小于10m/s,以防堵塞，其特点是氧利用率8%-12%，但空气压力损失较小；（3）大气泡扩散装置：常用曝气竖管，直径为15mm左右，底口敞开，其特点是气泡大（直径3mm以上），分布不匀，氧利用率4%-6%，不易堵塞；竖管，气泡直径15mm。（4）微气泡扩散装置：气泡直径100um左右，与混合液充分接触混合，促
