第1頁 水質(zhì)凈化與水污染控制工程引言目前，水污染是環(huán)境污染問題中最為迫在眉睫的嚴重事件，直接威脅到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)甚至人類的生存。因此，水環(huán)境工程學(xué)的發(fā)展最為各國重視，技術(shù)發(fā)展也最為迅速，可以說，它帶動了其他各項技術(shù)的迅猛發(fā)展，使各學(xué)科發(fā)展成為一個科學(xué)整體。在我國，環(huán)境專業(yè)的高等教育中，水質(zhì)凈化與水污染治理是最為重要的教學(xué)內(nèi)容。問題的引入水質(zhì)如何凈化，借助何種力量？凈化到何種程度？水污染治理的技術(shù)是否有針對性？可有萬能的水處理技術(shù)？水處理技術(shù)有哪幾種？第1篇教學(xué)內(nèi)容：水的物理化學(xué)處理方法★水的生物化學(xué)處理方法★水的深度處理與回用第1章水質(zhì)與水體自凈（2學(xué)時）本章教學(xué)內(nèi)容：水循環(huán)與水污染，水質(zhì)指標，廢水的成分與性質(zhì)，水體自凈，水處理的基本方法本章教學(xué)要求：了解地球水資源狀況，了解常用的水質(zhì)標準，掌握常用的水質(zhì)指標；掌握水體自凈的原理，了解水環(huán)境容量；掌握水和廢水處理的基本原則和基本方法。本章教學(xué)重點：水污染的分類、水質(zhì)指標、水體自凈、水處理的基本原則與方法本章習(xí)題:P611,19,20,221.1水環(huán)境1.1.1地球的水循環(huán)我們生活的地球表面積的大約3/4都是水域，陸地面積僅占1/4左右，分布在歐亞大陸、非洲、北美洲、南美洲、澳洲等主要陸地和無數(shù)島嶼上。因此，水環(huán)境是我們生存環(huán)境中最重要的組成部分，研究水環(huán)境的意義也就不言而喻了。地球上水的總量為1.386x109km3，這一龐大的數(shù)字說明，水是地球及其豐富的自然資源。水能夠以氣態(tài)、固態(tài)和液態(tài)這三種基本形態(tài)存在于自然界之中，形成了地球水圈（Globalhydrosphere），其儲量分布情況如表1.1所示。表1.1地球水圈中的水儲量分布水體水儲量咸水淡水103km3%103km3%103km3%海洋1,338,000.096.53791,338,000.096.5379冰川與永久積雪24,064.11.736224,064.11.7362地下水23,400.01.688312,870.00.928610,5300.7597水凍層中冰300.00.02163000.0216湖泊水176.40.012785.40.0062910.0066土壤水16.50.001216.50.0012大氣水12.90.000912.90.0009沼澤水11.50.000811.50.0008河流水2.120.00022.120.0002生物水1.120.00011.120.0001總計1,385,984.61001,350,955.497.472635,029.242.5274由此可見，地球上水儲量的約97.5％是咸水，淡水儲量僅占2.53％，其中相當(dāng)大的一部分，如冰川與永久積雪、埋藏過深的地下水、沼澤水等很難作為淡水資源供人們?nèi)∮?。這樣，我們可能從地球水圈中得到的水資源實際上不足總水儲量的0.3％。地球水圈中的水并不是靜止不變的，而是處于不斷的運動之中，存在著明顯的水文循環(huán)（Hydrologicalcycle）現(xiàn)象。圖1.1為水文循環(huán)過程的示意圖。在太陽能的作用下，水分從水體（海洋、河流等）水面蒸發(fā)（Evaporation），同時從土地和植被表面也會發(fā)生蒸騰（Transpiration），成為空氣中的水分。濕空氣在高空冷卻凝結(jié)后，又以雨、雪的形式降落下來，一部分被土壤和植被吸收，一部分在地表形成徑流，最終匯入水體。降落到地表的水（包括土壤吸收的水和匯入水體的水）同時又通過滲透對地下水進行補充，在地下含水層中形成地下水流。這樣就形成了以蒸發(fā)→降水→徑流→蒸發(fā)為主的水文循環(huán)過程。在這個過程中參與循環(huán)的水分都是淡水，海水和其他水體中的鹽分不參與循環(huán)而滯留于水體中。蒸發(fā)蒸發(fā)圖1.1地球范圍的水文循環(huán)在上述水文循環(huán)過程中，主要涉及到的水體包括大氣水、陸地水、海水這三大類。(1)大氣水大氣中的水量通常通過單位面積氣柱中所含水蒸氣的量來計算。(2)陸地水圖1-2水蒸氣的收支平衡概念圖陸地水包括河流、湖泊、地下水等，通常為與人類生活密切相關(guān)的淡水資源，它的循環(huán)往往受一個流域內(nèi)的降雨情況、匯水面積、地形和地貌等自然條件的制約，圖1.3為某一流域內(nèi)水循環(huán)情況的示意圖。圖1-2水蒸氣的收支平衡概念圖圖1.3流域內(nèi)的水循環(huán)(3)海水地球上總水量的將近97％是海水，考慮地球半徑為6,371.22km的話，海水沿地球表面的平均水深為3.79km。循環(huán)周期長達120年之久，深海區(qū)的循環(huán)周期則長達3000年。海水的平均含鹽量為35000mg/L左右，因而很難作為常規(guī)水源加以利用。1.1.2人類聚居區(qū)域的水環(huán)境代謝自古以來人類聚居地都選擇在水資源相對豐富的流域內(nèi)。上一節(jié)中我們講了流域內(nèi)的水循環(huán)，這主要是指流域內(nèi)自然水循環(huán)（Naturalwatercycle）的過程。然而，在人類聚居的流域內(nèi)，除了上述的自然水循環(huán)，還存在一個與人類生活和生產(chǎn)活動有關(guān)的人為水循環(huán)（Humanrelatedwatercycle）過程，這兩種循環(huán)過程密切相關(guān)，可統(tǒng)稱為人類聚居區(qū)域的水環(huán)境代謝（Watermetabolism）。圖2.4是這種水代謝過程的示意圖。圖中的水體（Waterbody）泛指流域內(nèi)可供取用的水源，包括地表水（河流、湖泊、水庫）和地下水。圖1.4人類聚居區(qū)域水環(huán)境代謝示意圖下面我們來討論一下圖1.4所示的水環(huán)境代謝過程的各個環(huán)節(jié)。(1)人為循環(huán)的各個環(huán)節(jié)取水（Waterintake）：從水體取得原水，以供給各種用水的設(shè)施或構(gòu)筑物。給水處理（Watertreatment）：對原水進行必要的處理，以滿足各種用水對水質(zhì)要求的設(shè)施或構(gòu)筑物。生活用水（Domesticwater）：供給居民生活的用水量，它取決于城市人口、每人每日平均生活用水量和城市給水普及率等因素。這些因素隨城市規(guī)模的大小而變化。通常，住房條件較好、給水排水設(shè)備較完善、居民生活水平相對較高的大城市，生活用水量定額也較高。市政用水有時也包含在生活用水之中。工業(yè)用水（Industrialwater）：供給工業(yè)企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)用水，一般是指工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中，用于冷卻、空調(diào)、制造、加工、凈化和洗滌方面的用水，也包括工業(yè)企業(yè)內(nèi)工作人員的生活用水。農(nóng)業(yè)用水（Irrigationwater）：供給農(nóng)業(yè)灌溉的用水量，它取決于農(nóng)作物品種、耕作與灌溉方法。排水處理（Wastewatertreatment）：包括城市污水處理（Municipalwastewatertreatment）和工業(yè)廢水處理（Industrialwastewatertreatment），以去除排水中的污染物，減輕排放后對水體的污染。(2)人為循環(huán)過程所伴隨的水質(zhì)變化在圖1.4所示的人為循環(huán)過程中，人們從水體取水，經(jīng)過各個用水環(huán)節(jié)后，這些水又排回了水體。在這個過程中，除了用水環(huán)節(jié)中的蒸發(fā)耗散外，水量基本上沒有大的變化。也就是說，人們從水體取用的水量經(jīng)使用后，基本上又全部回到了水體，構(gòu)成了一個循環(huán)。但是，這一循環(huán)過程中水質(zhì)卻發(fā)生了較大的變化。以農(nóng)業(yè)灌溉用水為例，取用的水多數(shù)情況下無須任何處理用于灌溉，經(jīng)土壤吸收滲透等一系列過程，大量的水（除農(nóng)作物吸收和蒸發(fā)散失的水量外）最終以灌溉排水或地下滲流的形式又回到水體。在這一過程中，大量的土壤鹽分和營養(yǎng)物質(zhì)會溶入水中，成為流入水體的污染物。生活用水和工業(yè)用水在使用前經(jīng)過了給水處理，在使用過程中也同樣溶入了各種各樣的污染物，因此在排放前必須進行排水處理。但是，即使是100％的污水和廢水都進行了排水處理，處理水的污染物濃度通常也大大高于原水濃度。因此，從水體的角度來說，取水和排水兩個環(huán)節(jié)的污染物量是不平衡的，人為循環(huán)過程必然帶來水體水質(zhì)的下降（當(dāng)然水體具有一定的自凈能力，這將在1.3節(jié)中進行討論）。(3)天然循環(huán)對水代謝過程的影響在圖1.4所示的水代謝過程中，天然循環(huán)包括降雨、徑流、蒸發(fā)等環(huán)節(jié)。降雨過程有可能將大氣中的污染物帶到地面，通過徑流進入水體（例如酸雨）；徑流過程也會將地面的污染物帶入水體；但蒸發(fā)過程中帶走的只是水分，而將污染物成分留在水體中。從這個意義上說，天然循環(huán)過程會對水體水質(zhì)產(chǎn)生不良影響。但是，在降雨和徑流過程中帶入水體的污染物的最初來源還是人為活動造成的，不能歸結(jié)為自然的原因。從水量的角度來說，天然循環(huán)過程中大致存在著以下的水量收支關(guān)系：水體水量的變化=降雨量－蒸發(fā)量 (1-1)當(dāng)流域內(nèi)降雨量和蒸發(fā)量基本保持平衡時，水體水量（水資源總量）能夠保持恒定；降雨量大于蒸發(fā)量時，水體水量始終得到充分補充，可能達到飽和容量；而當(dāng)蒸發(fā)量大于降雨量時，水體水量將不斷減少。(4)維持良性水環(huán)境代謝的條件從以上討論可知，維持人類聚居區(qū)域良性水環(huán)境代謝的條件一是水量的收支平衡，二是污染物的收支平衡。這里我們用“代謝”這個詞，是將區(qū)域的水環(huán)境系統(tǒng)與生物體的代謝系統(tǒng)相比擬。例如一個人體，良好的體內(nèi)代謝是保持健康體質(zhì)的前提。人體從外界攝入水分、食物、氧氣等，通過各個器官的加工和轉(zhuǎn)換，向身體各個部分提供養(yǎng)分和能量，同時產(chǎn)生廢棄物。如果這些廢棄物不能及時排出體外，廢棄物中所含的有毒有害物（類似于水環(huán)境中的污染物）就會在體內(nèi)積蓄，最終導(dǎo)致人體的衰竭。人類聚居區(qū)域的水環(huán)境體系也是這樣，只有在良好的代謝條件下，維持體系內(nèi)的水量平衡、污染物總量平衡，才能保證區(qū)域的良好水環(huán)境條件，使人類能從水環(huán)境中獲取“量”和“質(zhì)”都能滿足生活要求的水資源。3.2水污染3.2.1污染指標(1)有機污染指標有機物是水中最常見的污染物，它是一類不穩(wěn)定的物質(zhì)，隨時隨地都在向穩(wěn)定的無機物轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)化過程通常是一個氧化過程，在微生物的作用下，隨著水中有機物的氧化分解，水中的溶解氧被消耗，嚴重的情況下將造成缺氧狀態(tài)，水體不再清澈透明，水中魚類等動物難以生存。同時有機物將發(fā)生厭氧分解，產(chǎn)生惡臭氣體，水的顏色變黑。根據(jù)有機物分解過程消耗氧氣的特點，人們通常用生化需氧量（BOD）、化學(xué)需氧量（COD）、溶解氧（DO）作為評價有機污染的指標。BOD（Biochemicaloxygendemand）：有機物在微生物作用下進行好氧分解所消耗的氧的量，以此表示水中能被生物氧化的有機物總量。通常以20oC的條件下進行5日生物氧化的耗氧量作為代表值，稱之為五日生化需氧量（BOD5）。COD（Chemicaloxygendemand）：COD是指對水樣用強氧化劑進行氧化分解，所消耗的氧化劑換算成氧的量。在氧化分解的過程中，不僅是水樣中的有機物，而且所有的還原性無機物都有可能被氧化，因此，嚴格地說COD所代表的不完全是水中的有機物。DO（Dissilvedoxygen）：水中的溶解氧量受大氣中氧氣溶入水中的溶氧速度和水中有機物分解的耗氧速度的影響。一般來說，溶氧量受水溫和氧的分壓的制約，存在一個飽和值。水中DO濃度與飽和值相差越大，說明水中耗氧量越大，水的有機污染情況越嚴重。其它指標：除BOD、COD外，總有機碳（TOC）和紫外消光度（UV）也作為水中有機物濃度的指標。TOC是用水中有機物所含的碳原子的總量表示的有機物濃度，能更精確地表示有機物的總量。在254nm波長下測得的UV消光度往往受水中中對紫外光具有吸收性的有機物（具有非飽和構(gòu)造的官能團）的影響，也能表示水中有機物。(2)重金屬污染指標水環(huán)境標準中重金屬污染物共包含6種：硒（Se）、砷（As）、汞（Hg）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）。硒元素長期攝取會引起貧血、肝臟病變等。慢性砷中毒主要引起皮膚黑斑和肌肉組織破壞。人體汞中毒后主要發(fā)生“水俁病”，直接影響中樞神經(jīng)，發(fā)生運動障礙。鎘具有很強的急性毒性和慢性毒性，過量攝取會引起急性胃炎，長期少量攝取后會在肝臟、腎臟等器官內(nèi)積蓄，并侵入骨骼。人體接觸6價鉻后，會刺激皮膚粘膜，引起皮膚炎，另外攝入體內(nèi)后會引起腸道功能紊亂，發(fā)生尿毒癥等。水中存在的鉛所引起的通常是慢性中毒，攝取的鉛在骨骼內(nèi)積蓄，引起貧血和肌肉麻痹。(3)營養(yǎng)鹽類污染指標氮和磷是農(nóng)業(yè)肥料的元素，屬于植物生長的營養(yǎng)鹽類。地表水體中（尤其是湖泊、水庫等封閉水域）營養(yǎng)鹽濃度過高，會引起水中藻類等低等植物的過量繁殖，造成水華、赤潮的發(fā)生，引起水環(huán)境惡化，這種現(xiàn)象稱之為富營養(yǎng)化（Eutrophication）。富營養(yǎng)化帶來的危害包括：=1\*GB3①發(fā)生水的惡臭，影響水的觀感；=2\*GB3②作為原水使用時，引起濾池堵塞、產(chǎn)生異臭味；=3\*GB3③造成水中魚類窒息死亡；=4\*GB3④造成水中有機物含量增高，溶解氧濃度降低，同時未分解的有機物在水體底部積蓄，發(fā)生厭氧分解。通常存在于水中的營養(yǎng)鹽類指氮和磷的鹽類。氮類營養(yǎng)物質(zhì)主要包括氨氮（NH4-N）、亞硝酸鹽氮（NO2-N）和硝酸鹽氮（NO3-N）。除上述三種氮的無機形態(tài)外，還有以有機形態(tài)存在的氮，稱之為有機氮。磷的存在形態(tài)有無機磷（磷酸鹽）和有機磷。(4)引起廣泛關(guān)注的微量污染物引起廣泛關(guān)注的微量污染物主要有氰化物、PCB（聚氯聯(lián)苯，PolycholorinatedBiphenyl）、苯和多環(huán)芳烴PAH（PolyaromaticHydrocarbon）、有機氯化物、THM（三鹵甲烷，Trihalomethane）等有機化合物。(5)其它污染物水中的其它污染物還包括致病微生物、感官污染物（如色度、混濁度、泡沫、惡臭等）和酸堿污染物。3.2.2污染源與污染負荷量對于河流、湖泊這樣的水體，在流域水循環(huán)和水環(huán)境代謝的過程中都會受到不同程度的污染，從水環(huán)境保護的角度出發(fā)，將排入水體的污染物總量控制在環(huán)境可容納的界限（環(huán)境容量）之內(nèi)是保證良好水環(huán)境代謝條件的前提。因此，流域污染源和污染負荷的分析非常重要。污染源包括點源（Pointsource）和面源（Non-pointsource）兩大類。所謂點源，是指集中產(chǎn)生、并有可能集中排入水體的污染源，例如工廠廢水、城鎮(zhèn)生活污水都具有點源的性質(zhì)。所謂面源，是指非集中產(chǎn)生、不可能集中排入水體的污染源，例如人煙稀少的山區(qū)、曠野、農(nóng)村地帶也有自然污染產(chǎn)生，降雨時污染物會隨地面徑流進入水體，這樣的污染就具有面源的性質(zhì)。一般來說，點源是水環(huán)境治理的重點，工業(yè)廢水處理、城鎮(zhèn)生活污水處理都是通過點源治理降低排入水體的污染物總量的重要措施。污染物產(chǎn)生的單位量稱之為污染負荷量（Pollutantload）。以下就不同污染源說明污染負荷量的計算原理。(1)生活污水的污染負荷量生活污水的污染負荷通常按每人每天的污染物發(fā)生量（單位負荷量）來計算。污染物的發(fā)生與生活方式、氣候條件、飲食結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般應(yīng)通過實際調(diào)查或參考條件相近地區(qū)的經(jīng)驗來確定。表根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗，在集中給水排水且衛(wèi)生設(shè)備健全的情況下，生活污水單位污染負荷量的大致范圍如表3.2所示。確定了單位污染負荷量之后，就可以按人口推算出生活污水的總污染負荷。表3.2生活污水的單位污染負荷量污水種類排水量（L/人·日）單位污染負荷（g/人·日）SSCODBODTNTP洗滌污水90～25010~308~2010~351~2.50.2~1.1糞便污水50～7020~228~1015~176~80.6~0.8總生活污水150～30015~6015~3020~604~120.8~1.7(2)工業(yè)廢水的污染負荷量工業(yè)廢水的污染負荷量因產(chǎn)業(yè)種類和生產(chǎn)過程而異，其單位污染負荷量一般可表示為單位產(chǎn)量（或單位產(chǎn)值）的污染物發(fā)生量。根據(jù)國家的環(huán)境標準，工業(yè)廢水必須在工業(yè)企業(yè)內(nèi)部進行廢水處理，達到排水標準之后在能排出廠外。因此對工業(yè)廢水的污染負荷量一般是按實際排水量和排水水質(zhì)來進行計算。SS和COD是計算工業(yè)廢水污染負荷量的常用指標，此外，根據(jù)工廠排水的性質(zhì)，有時也計算總氮、總磷和其它污染物的總量。(3)家畜排水的污染負荷量飼養(yǎng)場等集中飼養(yǎng)家畜的地方，產(chǎn)生的污染負荷量也不容忽視。除單位污染負荷有別外，其計算原理與生活污水的污染負荷量計算是完全相同的。根據(jù)國外的研究，家畜排水中豬的單位污染負荷量可高達BOD200g、COD130g、SS700g、TN40g、TP25g/頭·日，而牛的單位污染負荷量可高達BOD640g、COD530g、SS3000g、TN370g、TP50g/頭·日，必須要求按工業(yè)廢水進行專門處理才能外排。(4)其它人為的污染負荷量屠宰場、醫(yī)院、大型洗染店等排出的污水廢水也是重要的污染源，其污染負荷量的計算方法與工業(yè)廢水相類似。(5)自然污染負荷量山區(qū)、林地、農(nóng)田（大型灌溉系統(tǒng)除外）等產(chǎn)生的自然污染負荷都屬于非點源，一般很難專門治理，但作為環(huán)境背景值在水環(huán)境容量的計算中也不能忽視。根據(jù)國外的經(jīng)驗，自然污染的單位負荷量按0.5~1.0kg/日·km2來計算比較合適。1.2.3水環(huán)境容量環(huán)境容量（Environmentalcapacity）或環(huán)境承載力是指一個環(huán)境系統(tǒng)能承受外界干擾的最大能力。對于一個區(qū)域的水環(huán)境系統(tǒng)，其水環(huán)境容量是指系統(tǒng)容納污染的最大能力。在圖1-4所示的水環(huán)境代謝系統(tǒng)中，水體處于系統(tǒng)的中心位置，既是人類耐以生存的水資源，又是污染物的接受體。1.3水體的自凈作用1.3.1水體對污染物的自凈過程污染物在進入水體后，通過物理、化學(xué)和生物因素的共同作用，使污染物的濃度降低，曾受污染的水體部分地和完全地恢復(fù)原狀。這種現(xiàn)象稱之為水體對污染物的自凈作用。前面所述水體的環(huán)境容量就包含了水體的自凈作用。如果排入水體的污染物超過水體的凈化能力，就會導(dǎo)致水體的污染。水體自凈過程很復(fù)雜，按其作用機理可分為3類：（1）污染物通過稀釋、擴散、混合、沉淀和揮發(fā)等作用，濃度得到降低，屬于物理自凈；（2）通過水體的氧化還原、酸堿中和、分解化合、吸附與凝聚等作用，使污染物的存在形態(tài)發(fā)生變化、濃度降低，屬于化學(xué)或物理化學(xué)自凈；（3）通過水體中的水生生物、微生物的生命活動，使污染物的存在狀態(tài)發(fā)生變化，總量和濃度降低，屬于生物化學(xué)自凈。圖3.5以河流為例，描述了水體自凈作用中與上述機理有關(guān)的主要現(xiàn)象。在上述自凈過程中，對水中有機物而言最重要的是在溶解氧存在的條件下，好氧性微生物對有機物的氧化分解過程。在這一過程中，有機物被分解為無機物、二氧化碳和水，其總量得以降低。例如，當(dāng)有機物的主體為蛋白質(zhì)時，氧化分解的最終產(chǎn)物為二氧化碳、水和氨氮。圖1.5河流自凈作用的主要現(xiàn)象好氧性微生物蛋白質(zhì)（C,H,O,N）+O2 NH3+CO2+H2O (1-7)有機物的分解將不斷消耗水中的溶解氧，為了維持水體的自凈作用，必須保持水中足夠的溶解氧量，使水體始終處于好氧性環(huán)境狀態(tài)。但是如果排入水體的有機物過多，溶解氧消耗量過大，水體就會變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)，出現(xiàn)厭氧性細菌。厭氧菌利用有機物內(nèi)部所含的氧進行有機物分解，生成硫化氫、甲烷、碳酸等氣體。即使在水體整體處于好氧狀態(tài)的條件下，底部也會因局部缺氧而發(fā)生厭氧反應(yīng)。這種厭氧反應(yīng)雖然也是一種自凈作用，但所需時間較長，且有有害氣體產(chǎn)生，同時在厭氧條件下魚類難以生存。因此不是一種好的水環(huán)境條件。水體的自凈作用與當(dāng)?shù)氐乃牡乩項l件密切相關(guān)。對于河流來說，相對穩(wěn)定的水流有利于微生物的生存，能較好地發(fā)揮生物自凈作用。而坡度大、流程短的河流往往是物理稀釋等起主要作用。1.3.2復(fù)氧過程影響水中溶氧的因素有壓力、水文、鹽分濃度等，在一定條件下，水中溶氧飽和濃度是一定值。在大氣和水的界面附近，水中溶解氧被消耗時，大氣就會向水中補充氧氣，這一現(xiàn)象稱之為復(fù)氧（Re-aeration）。復(fù)氧伴隨著氣相和液相間的物質(zhì)交換，其速度與兩相間的濃度差和界面面積成比例。 (1-8)式中，O：溶解氧濃度；Os：溶解氧飽和濃度；K2：復(fù)氧系數(shù)。設(shè)D=Os－O為虧氧量（溶解氧濃度與飽和濃度的差值），則上式可改寫為： (1-9)復(fù)氧系數(shù)K2的值與水的紊流狀態(tài)有關(guān)，河流的K2多在0.2~10（1/日）之間，水流越急K2值一般越大。復(fù)氧過程對水體自凈起重要作用。1.3.3Streeter-Phelps方程水體中有機物在消耗溶解氧的條件下得到氧化分解，其速度與有機物量成比例，符合下列1級反應(yīng)方程。 (1-10)式中，L：有機物濃度（BOD）；K1：耗氧系數(shù)。對上式進行積分，可得到BOD隨時間變化的關(guān)系式： (1-11)這里，L：t天后的BOD；L0：t=0時的BOD。BOD本身就是以需氧量表示的有機物量，將式（1-10）改寫為虧氧量D的形式，可得到： (1-12)式（1-9）所示的復(fù)氧過程與式（1-12）所示的耗氧過程是同時進行的，將二式合并，可得到式（1-13），稱之為Streeter-Phelps方程： (1-13)運用式（1-13）可以進行污染物排放入河流后，水中溶解氧變化過程的解析。這時，耗氧系數(shù)K1和復(fù)氧系數(shù)K2的確定非常重要，通常需要進行實驗室和河流現(xiàn)場測試。實際上，河流中由于生物自凈作用對有機物的去除效果和由于沉淀等物理作用對有機物的去除效果很難明確區(qū)別，因此可定義一個包含沉淀等作用的BOD去除系數(shù)Kd來代替式（1-13）中的耗氧系數(shù)K1： (1-14)式中，Kd：河流的BOD去除系數(shù)（通常實測得到）；K3：沉淀等物理作用下的BOD去除系數(shù)。另外，除純水條件下氣液界面的復(fù)氧作用外，污染河水中好氧微生物的大量存在也會使復(fù)氧系數(shù)增大。因此可用一個綜合復(fù)氧系數(shù)Kr來代替K2。這時式（1-13）變?yōu)椋? (1-15)1.3.4氧垂曲線圖1.5為式（1-13）所示的有機物氧化分解和復(fù)氧過程同時進行時，河水的虧氧量的變化模式圖。如圖所示，當(dāng)有機物排入后，初期氧化分解反應(yīng)的耗氧速度大于復(fù)氧速度，DO濃度急劇下降，在時刻tc，DO濃度達到最小值，虧氧量達到最大值Dc。隨著有機物的氧化分解去除，耗氧速度變慢，DO濃度逐漸恢復(fù)，最終達到飽和濃度。圖1.6所示的曲線稱之為氧垂曲線（DOsagcurve）。將式（1-11）代入式（1-13）并積分解出D，可得到： (1-16)式（1-16）則為氧垂曲線的數(shù)學(xué)表達式，式中，D0：t＝0時的虧氧量。氧垂曲線的最低點對應(yīng)的虧氧量Dc和到達該點的時間tc非常重要。該點對應(yīng)的DO濃度的大小表征著河流自凈作用能否保持在良好的好氧狀態(tài)下，該濃度值一般不應(yīng)低于4mg/L。設(shè)dD/dt＝0，由式（3-16）可求出Dc和tc如下： (1-17) (1-18)氧垂曲線兩式中，比值K2/K1顯然很重要，被稱之為自凈系數(shù)F。湖泊的自凈系數(shù)一般為0.5~1.5，流動緩慢的河流F值多在1.5~2.0之間，急流河道的F值可達到3.0~5.0，瀑布的F值則在5.0以上。流速越大，自凈系數(shù)越大。引入F值后，式（3-17）和式（3-18）可分別改寫為： (1-19) (1-20)1.4水處理方法的分類1.4.1污染物分類及其可處理性水中污染物按其來源來分，可分為：天然污染物（Naturalpollutants），來源于天然降水、降塵等過程；生活污染物（Domesticpollutants），來源于生活排水；工業(yè)污染物（Industrialpollutants），來源于工業(yè)排水；農(nóng)業(yè)污染物（Agriculturalpollutants），來源于農(nóng)田灌溉排水；畜產(chǎn)污染物（Livestockpollutants），來源于畜產(chǎn)或家禽養(yǎng)殖排水。此外，水產(chǎn)養(yǎng)殖、航運、水上娛樂運動等也都會引起水中污染物的增加，這里不再一一贅述。這種分類是按照污染源的分類，不便于區(qū)分污染物的性質(zhì)，也不便于研究污染物的處理方法。因此，一般對污染物的分類是按照其物理化學(xué)性質(zhì)來進行的。根據(jù)污染物的物理性質(zhì)，一種最直接的方法是按照污染物的尺度來進行分類，從而可得到圖4.1所示的污染物尺度分布。如圖所示，尺度在微米（μm）量級以上的污染物屬于懸浮物的范疇；尺度在1nm（10-9m）至數(shù)μm的污染物通常具有膠體的性質(zhì)；而尺度在10nm以下的污染物可認為屬于溶解物的范疇。懸浮物、膠體和溶解物的尺度有一定重疊，這是因為分類的尺度界限并不是唯一的，例如尺度在1nm至10nm之間的污染物既可以看作處于膠體下限尺度的物質(zhì)，也可以看作是處于溶解物上限尺度（或分子量）的物質(zhì)。這樣按尺度范圍的分類沒有涉及污染物的化學(xué)性質(zhì)，例如同屬于膠體范疇的污染物既包括粘土顆粒這樣的污泥物，又包括腐殖質(zhì)這樣的有機物，還包括細菌等微生物。然而，污染物的尺度在很大程度上決定了其處理性，這樣的分類方法對選擇水處理方法具有重要參考價值。圖4.1污染物尺度分布根據(jù)污染物的化學(xué)性質(zhì)，又可將其分為無機物和有機物兩大類。然而，這樣的分類很難和其處理性直接掛鉤，例如屬于無機物的砂粒、粘土等顯然與同屬于無機物的溶解鹽類具有完全不同的處理性。對于有機物，又可根據(jù)其生化降解性分為生化可降解有機物和生化難降解有機物，兩類污染物很難用同樣的方法處理去除。為了合理地選擇污染物的去除方法，有時也需要將上述幾種分類方法結(jié)合起來考慮。以下將介紹幾類污染物的一般去除方法。1.4.2懸浮污染物的去除方法對于懸浮污染物，不論是無機物還是有機物，由于均具有較大的尺度或粒徑，一般都可以利用重力的作用將其與水分離。對于密度大于水的懸浮污染物可采用沉淀（Sedimentation）的方法，對于密度小于水的懸浮污染物則可采用氣浮（Floatation）的方法。同時過濾（Filtration）也是去除懸浮污染物的主要方法，包括粒狀介質(zhì)過濾和分離界限為10-1μm尺度的膜過濾，即微濾（Micro-filtration）。1.4.3膠體污染物的去除方法屬于膠體范疇的污染物，包括無機物和有機物，均可采用凝聚和絮凝（Coagulationandflocculation）的方法使其脫穩(wěn)并相互結(jié)合成長為較為粗大的絮狀體，然后通過沉淀、氣浮和過濾的方法加以去除。利用膜過濾，即分離界限為10-2μm尺度的超濾（Ultra-filtration）或分離界限為nm尺度的納濾（Nano-filtration），則可直接去除水中的膠體污染物。1.4.4溶解性有機物的去除方法溶解性有機物包括生化可降解有機物和生化難降解有機物兩種類型。對于前者，通常是利用微生物的作用進行生物化學(xué)降解，以活性污泥法（Activatedsludgeprocess）為代表的好氧生物處理是最常用的生化處理法。而對于后者，由于生化處理法很難奏效，需要考慮采用化學(xué)氧化（Chemicaloxidation）、活性炭吸附（Activatedcarbonadsorption），或二者相結(jié)合的方法對其進行去除。對于具有揮發(fā)性的有機物，曝氣吹脫（Aeration）是有效去除的方法之一。1.4.5溶解性無機物的去除方法屬于溶解性無機物的污染物很多，包括分子態(tài)無機物、離子態(tài)無機物、鹽類、重金屬離子等。去除這些污染物的常用方法有：（1）化學(xué)沉淀（Chemicalprecipitation）主要針對能與某些化學(xué)藥劑發(fā)生反應(yīng)，生成沉淀物（難溶固體）的金屬離子，利用化學(xué)反應(yīng)加沉淀分離的方法對其進行去除。氫氧化物、硫化物等都是常用的化學(xué)沉淀劑。此外，對于水中的磷，則可用投加金屬鹽的方法來產(chǎn)生磷酸鹽沉淀，從而加以去除。（2）離子交換（Ionexchange）利用不溶性離子化合物上的可交換離子（陽離子或陰離子）與溶液中的其它同性離子之間的交換反應(yīng)，去除水中的離子態(tài)無機污染物。（3）電滲析（Electrodialysis）在直流電場的作用下，利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性，使溶液中的溶質(zhì)與水分離。電滲析屬于膜處理方法的一種，主要用于水的除鹽。（4）反滲透（Reverseosmosis）利用半透膜只能允許水分子通過，而不能允許溶質(zhì)通過的性質(zhì)，在溶液一方施加高壓，使溶液中的水分子透過半透膜，從而實現(xiàn)溶質(zhì)與水的分離。反滲透也是膜處理方法的一種，同樣主要用于水的除鹽。1.4.6給水處理系統(tǒng)1.4.6.1常規(guī)給水處理系統(tǒng)以地表水為水源的給水處理通常采用快濾處理系統(tǒng)，處理的對象主要是水中的濁度和細菌病毒等微生物，其系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示。常規(guī)快濾處理流程在圖中，快濾池是處理流程的中心環(huán)節(jié)。其它處理環(huán)節(jié)的作用可簡要歸納如下：混合池（Mixingbasin）：運用水力或機械攪拌條件使投加到水中的混凝劑均勻混合，水中以粘土為代表的膠體顆粒充分脫穩(wěn)。絮凝池（Flocculationbasin）：通過水力或機械攪拌提供脫穩(wěn)膠體顆粒間碰撞結(jié)合的能量，形成可沉淀或過濾去除的絮凝體（Flocs）?；旌虾托跄^程又統(tǒng)稱為混凝（Coagulation）。沉淀池（Sedimentationbasin）：提供平穩(wěn)的水流，使水中粗大絮凝體在重力所用下沉于池底，得以分離。澄清池（Clarifier）：在一個構(gòu)筑物中完成絮凝和沉淀兩個過程的處理單元，可利用池中高濃度粗大絮凝體懸浮層促進顆粒絮凝和沉淀分離。該方法又稱之為接觸絮凝法（Contactflocculation）。直接過濾（Directfiltration）：混凝（混合+絮凝）后的原水不經(jīng)沉淀而直接進入快濾池的處理工藝，一般適用于原水濁度較低的情況。接觸過濾（Contactfiltration）：原水加藥混合后直接進入快濾池，利用脫穩(wěn)顆粒和濾料顆粒之間的接觸絮凝作用進行過濾處理的工藝，也適用于原水濁度較低的情況。清水池（Filteredwaterreservoir）：貯存濾后水的構(gòu)筑物，一般在進入清水池之前進行加氯，并利用清水池的容量提供足夠的消毒接觸時間。對于輕度污染的原水，如達到國家地表水環(huán)境質(zhì)量II類標準的原水，通過上述常規(guī)快濾處理即可滿足飲用水的水質(zhì)要求。1.4.6.2預(yù)處理和深度給水處理所述的常規(guī)給水處理系統(tǒng)主要去除水中濁度和微生物，對于水中色度和有機物雖也有一定的去效果，但去除率較低。因此對于有機污染比較嚴重的原水，必須考慮增加其它處理單元，以提高這些雜質(zhì)的去除率，滿足飲用水的水質(zhì)要求。這些附加的處理若置于常規(guī)處理流程之前，即稱之為預(yù)處理（Pre-treatment）；置于常規(guī)處理之后則稱之為深度給水處理（Advancedwatertreatment）。預(yù)處理方法主要包括，=1\*GB3①粉末活性炭吸附法：通常將粉末活性炭投加到原水中，吸附水中的有機物，然后通過后續(xù)的混凝沉淀加以去除；=2\*GB3②化學(xué)預(yù)氧化法：用氯、臭氧、高錳酸鉀等作為氧化劑，投加在原水中，以氧化水中的有機物或改變有機物的性質(zhì)，使之在后續(xù)工藝中得到有效去除；=3\*GB3③生物預(yù)氧化法：對原水進行曝氣或其它生物處理，去除水中氨氮和生物可降解有機物。上述各種預(yù)處理法處理去除水中有機污染物外，也具有除味、除臭和除色作用。深度處理的主要方法包括，=1\*GB3①粒狀活性炭吸附法：以粒狀活性炭作為濾料，常規(guī)處理后的水通過濾池過濾，水中殘余有機物得到吸附去除；=2\*GB3②臭氧-活性炭處理法：水通過臭氧氧化后，再通過粒狀活性炭濾池進行吸附處理，由于臭氧能大幅度提高有機物的生化降解性，后續(xù)活性炭濾池中極易形成生物膜，這種情況下粒狀活性炭主要成為生物載體，稱之為生物活性炭；=3\*GB3③高級氧化法：使用化學(xué)氧化劑（臭氧、過氧化氫等）或運用光催化、超聲波、紫外線等與化學(xué)氧化組合進行水的氧化處理，去除水中有機污染物；=4\*GB3④膜處理法：運用微濾、超濾、納濾、反滲透等膜技術(shù)，可有效去除水中各種雜質(zhì)，膜處理既是深度處理技術(shù)，由可單獨形成處理系統(tǒng)，代替水的常規(guī)處理和其它深度處理流程。1.4.7城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)1.4.7.1污水處理系統(tǒng)下圖是城鎮(zhèn)污水處理中得到廣泛應(yīng)用的典型流程，處理對象是污水中的懸浮物（SS）和有機物（BOD或COD）。城鎮(zhèn)污水處理的典型流程（未包括污泥處理）流程中各處理單元的作用可歸納如下：格柵格網(wǎng)（Screeningdevice）：去除污水進水中的粗大懸浮物和漂浮物。沉砂池（Sandchamber）：類似于沉淀池，但通常容積較小，用于去除水中粒徑大、比重大的粗大顆粒。一沉池（Primarysedimentationbasin）：沉淀處理單元，通過重力沉降去除水中懸浮性無機物和部分有機物，以降低后續(xù)曝氣池的SS負荷。一級處理（Primarytreatment）：到一沉池為止的處理流程稱之為污水一級處理流程，通過物理處理達到懸浮物和有機物的部分去除。曝氣池（Aerationtank）：向污水中注入空氣進行曝氣，提供生化反應(yīng)所需的氧氣，曝氣池是活性污泥處理系統(tǒng)的生物反應(yīng)器。二沉池（Secondarysedimentationbasin）：對來自曝氣池的活性污泥混合液進行沉淀處理，處理水經(jīng)消毒后排放，沉淀污泥一部分回到曝氣池始端，提供生化反應(yīng)所需的生物絮體，以保證曝氣池中有足夠的生物量；另一部分作為剩余污泥排出。二級處理（Secondarytreatment）：由曝氣池、二沉池和污泥回流設(shè)備構(gòu)成處理系統(tǒng)中的二級處理部分，即污水的生物處理部分。由一級處理和二級處理構(gòu)成了典型的城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)。1.4.7.2污水深度處理和回用二級處理的后續(xù)處理稱之為污水的深度處理或三級處理（Tertiarytreatment）。污水深度處理方法與給水處理方法基本相同?；炷?沉淀-過濾是最常用的深度處理方法，活性炭吸附、臭氧氧化和其它高級氧化方法、膜處理和膜生物反應(yīng)器等有時也用于污水深度處理，以達到更高的水質(zhì)要求。1.4.8工業(yè)廢水處理系統(tǒng)1.4.8.1工業(yè)廢水的分類和水質(zhì)特點工業(yè)企業(yè)各行業(yè)生產(chǎn)過程中排出的廢水，統(tǒng)稱為工業(yè)廢水，其中包括生產(chǎn)廢水、冷卻廢水和生活污水3種。生產(chǎn)廢水的水質(zhì)遠比冷卻廢水復(fù)雜，生活污水的水質(zhì)與城鎮(zhèn)污水相類似。為了區(qū)分工業(yè)廢水的種類，了解其水質(zhì)特點，研究其處理措施，應(yīng)當(dāng)對廢水進行分類，一般有3種分類方法。(1)按行業(yè)的產(chǎn)品加工對象分類。如冶金廢水、造紙廢水、煉焦煤氣廢水、金屬酸洗廢水、紡織印染廢水、制革廢水、農(nóng)藥廢水、化學(xué)肥料廢水等。(2)按工業(yè)廢水中所含主要污染物的性質(zhì)分類。含無機污染物為主的稱之為無機廢水，含有機污染物為主的為有機廢水。例如，電鍍和礦物加工過程的廢水是無機廢水，食品和石油加工過程的廢水是有機廢水。這種分類方法比較簡單，對考慮處理方法有利。如對易生物降解的有機廢水一般采用生物處理法，對無機廢水一般采用物理、化學(xué)和物理化學(xué)法處理。不過，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，一種廢水往往既含無機物，也含有機物。(3)按廢水中所含污染物的主要成分分類。如酸性廢水、堿性廢水、含酚廢水、含鎘廢水、含鉻廢水、含鋅廢水、含汞廢水、含氟廢水、放射性廢水等。這種分類方法的優(yōu)點是突出了廢水的主要污染成分，可有針對性地考慮處理方法和進行回收利用。此外，還可以根據(jù)工業(yè)廢水處理地難易程度和廢水的危害性進行分類。例如生產(chǎn)過程中產(chǎn)生對熱排水和冷卻水，對其稍加處理即可排放或回用；對易生物降解無明顯毒性的廢水，可采用生物處理法處理；對難生物降解又有毒性的廢水，則必須考慮專門的處理方法。應(yīng)當(dāng)注意的是，一種工業(yè)可能排出幾種不同性質(zhì)的廢水，而一種廢水又可能含有多種不同的污染物。例如燃料工業(yè)，既可排出酸性廢水，又可排出堿性廢水。印染紡織廢水由于織物和染料的不同，所含污染物的種類和濃度往往有很大差別。1.4.8.2工業(yè)廢水處理方法由于工業(yè)廢水的復(fù)雜性，不可能給出一個典型的工業(yè)廢水處理流程，而應(yīng)當(dāng)根據(jù)廢水的水質(zhì)考慮相應(yīng)的處理方法。工業(yè)廢水的處理方法大體上可分為4種：物理處理法、化學(xué)處理法、物理化學(xué)處理法和生物處理法。(1)物理處理法物理處理法通常包括：=1\*GB3①調(diào)節(jié)：設(shè)置調(diào)節(jié)池，使水量和水質(zhì)達到均衡；=2\*GB3②離心分離：利用高速旋轉(zhuǎn)的離心力對水中污染物進行分離；=3\*GB3③沉淀：污染物的重力沉淀分離；=4\*GB3④除油：利用油和水的比重之差進行油水分離；=5\*GB3⑤過濾：污染物的過濾分離。(2)化學(xué)處理法化學(xué)處理法通常包括：=1\*GB3①中和：用調(diào)節(jié)酸堿度的方法對酸性和堿性廢水進行中和；=2\*GB3②化學(xué)沉淀：投加某種化學(xué)物質(zhì)，使它和廢水種溶解物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成難溶鹽沉淀；=3\*GB3③氧化還原：利用污染物在氧化還原反應(yīng)中能被氧化或還原的性質(zhì)，把它們轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)。(3)物理化學(xué)處理法物理化學(xué)處理法包括：=1\*GB3①混凝：通過混凝的方法使廢水中所含微粒粗?；?，然后通過后續(xù)的沉淀等過程進行分離；=2\*GB3②氣?。和ㄟ^某種方式產(chǎn)生大量的微氣泡，使其與廢水中的微粒粘附，形成密度小于水的氣浮體，在浮力的作用下上浮到水面，得以分離；=3\*GB3③吸附：利用活性炭等多孔性物質(zhì)，使廢水中的污染物被吸附在固體表面而去除；=4\*GB3④；離子交換：利用離子交換樹脂置換廢水中的陰離子或陽離子，使之分離；=5\*GB3⑤膜分離：用微濾、超濾、反滲透、電滲析等膜處理方法進行廢水中污染物的分離。第2章水的物理化學(xué)處理方法（4學(xué)時）本章教學(xué)內(nèi)容：粗大顆粒物質(zhì)的去除，懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)的去除，溶解物質(zhì)的去除，消毒本章教學(xué)要求：（1）了解物化處理的主要方法，掌握粗大顆粒去除的原理，掌握懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)去除的基本原理和常用方法；（2）了解溶解物質(zhì)的處理方法，掌握幾種重要方法的去除機理，掌握消毒原理，熟悉常用的幾種消毒方法；（3）了解水的其他物理化學(xué)處理方法。本章教學(xué)重點：格柵、沉砂池、沉淀與混凝、軟化、消毒本章習(xí)題:P2001,7,9,18，302.1粗大顆粒物的去粗格柵：去除污水中懸浮物，保證泵正常的工作，減輕提升水位，對于減少土方的開挖量有效。設(shè)施：截流構(gòu)筑物。截流構(gòu)筑物的種類如：格柵，篩網(wǎng)，濾池。重力分離——沉砂池，沉淀池，隔油池2.１.1格柵一、格柵的作用與分類：1、定義（definition）:由一系列平行的柵條，2．去除大顆粒懸浮物，3．保證有序進行。按形狀分為：(1)平面格柵（2）曲面格柵格柵按照間距來分：粗格柵；中格柵；細格柵按清渣的方式來分：人工清渣：W≤0.2m3/d；可采用人工清渣，安裝角度為30°－45°機械清渣：分為（1）固定式（2）活動式（3）回轉(zhuǎn)耙式2.格柵的安裝平面格柵的有關(guān)參數(shù)：L,B,S,e,b組成：柵條和框架型號：PGA-L×B-e二、設(shè)計格柵的步驟：設(shè)計尺寸；清渣方式；柵渣量計算1、格柵尺寸的設(shè)計（１）計算柵間隙數(shù)量（２）格柵寬度的設(shè)計（３）水頭損失的計算（４）柵槽總高度的計算（５）柵槽總長度的計算（６）柵渣量的計算2.1.2沉砂池作用：去除無機砂，并非有機砂。分類：（1）平流式沉砂池（2）曝氣沉砂池（3）多爾沉砂池（4）鐘式沉砂池?

平流沉砂池1、構(gòu)造見課本71頁2、平流沉沙池的優(yōu)點與缺點：優(yōu)點：平流沉沙池的適應(yīng)性強，效果穩(wěn)定缺點：占地面積大，沉沙池中含有15%的有機物，為后續(xù)處理增加困難。?

曝氣沉砂池50年代以后，主要以曝氣沉沙池為主，優(yōu)點為：特點：①沉砂中有機物含量小于5%②具有預(yù)曝氣、除臭、防止厭氧分解，除泡和加速分離作用構(gòu)造和工作原理?

構(gòu)造：①形狀：矩形②有I＝0.1－0.5坡度，坡向集砂槽③集砂槽側(cè)有曝氣裝置，距池底0.6－0.9m?

工作原理：水平運動，旋流運動?

設(shè)計：?

設(shè)計參數(shù)①水平流速V：0.06－0.12m/s一般取0.1m/s旋流流速0.25－0.3m/s②停留時間1－3min③有效水深2－3m寬深比1－1.5長寬比≤0.1m/s④曝氣量0.1－0.2m3空氣/m3污水⑤曝氣裝置距池底距離0.6－0.9m計算公式P73①②③④⑤⑥池總高度H0＝h1+H+h2+h3↓↓超高0.3m有效水深h2→沉砂槽高度0.6~1.0m⑦核算tmax=V/(60Qmax)≤3min2.2懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)的去除（混凝、澄清和過濾部分自學(xué)）2.2.1基礎(chǔ)理論（1）單個顆粒在水中的沉降單個顆粒在稀懸浮液中的沉淀，不受周圍顆粒的影響，其沉降速度僅僅是液體性質(zhì)及顆粒本身特性的函數(shù)。任何一個靜水中的固體顆粒，都受到兩種基本力的作用，即重力Fg和浮力Ff。顆粒在水中的合力F為這兩種力之差，即： (2-1)式中：Vp——顆粒體積；ρp和ρl——分別為顆粒和水的密度；g——重力加速度。當(dāng)ρp>ρl時，F(xiàn)g>Ff，顆粒在合力F的作用下作加速下沉運動。這時，顆粒便受到第三種力，即水的阻力的作用。根據(jù)因次分析和實驗驗證，阻力Fd可按下式計算： (2-2)式中：Cd——牛頓無因次阻力系數(shù)；Ap——顆粒在垂直于運動方向上的投影面積；u——顆粒的沉降速度。顆粒在下沉運動過程中，凈重F不變，而阻力Fd則隨沉速u的平方增大。因次，經(jīng)過某一短暫時間后，阻力Fd會增加到與凈重F相平衡，即Fd＝F。此時顆粒的加速度為零，沉速為常數(shù)。由此可以得到自由沉降的沉降速度表達式為： (2-3)設(shè)顆粒是直徑為d的球形顆粒，則有，帶入公式2-3，可以得到：(2-4)公式2-4稱為牛頓定律，u稱為單個顆粒的穩(wěn)定沉降速度或最終沉降速度。阻力系數(shù)Cd是顆粒沉降時周圍液體繞流的雷諾數(shù)Re的函數(shù)，二者的關(guān)系如圖2.1所示。根據(jù)雷諾數(shù)的大小，流態(tài)分為層流區(qū)（Stokes區(qū)，斯托克斯區(qū)）、過渡區(qū)（Allen區(qū)，艾倫區(qū)）和紊流區(qū)（Newton區(qū)，牛頓區(qū)）三個區(qū)域。在層流區(qū)和紊流區(qū)，阻力系數(shù)Cd和雷諾數(shù)Re呈線性關(guān)系：Stokes區(qū)（Re≤2）：Cd=24/ReNewton區(qū)（500<Re≤105）：Cd=0.4在過渡區(qū)則呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系：Allen區(qū)（2<Re≤500）：Cd=10/Re0.5另外，雷諾數(shù)。將雷諾數(shù)Re以及上述不同流態(tài)下的阻力系數(shù)Cd帶入公式5-4，即可得到固體顆粒在三種流態(tài)區(qū)域的穩(wěn)定沉降速度表達式：在Re≤2的層流區(qū)域，(2-5)在2<Re≤500的過渡區(qū)域，(2-6)在500<Re≤105的紊流區(qū)域，(2-7)公式2-5、2-6、2-7分別稱為斯托克斯公式、艾倫公式以及牛頓公式。圖2.1阻力系數(shù)與雷諾數(shù)之間的關(guān)系圖2.2理想平流沉淀池示意圖（2）理想沉淀池為了分析懸浮顆粒在沉淀池內(nèi)的運動規(guī)律和沉淀效果，提出了理想沉淀池概念。理想沉淀池的假定條件是：水在池內(nèi)沿水平方向作等速流動，水平流速為v，從入口到出口的流動時間為t。在流入?yún)^(qū)，顆粒沿截面均勻分布并處于自由沉淀狀態(tài)，顆粒的水平分速等于水平流速v。顆粒沉到池底即認為被去除。圖2.2是理想平流沉淀池示意圖。理想沉淀池分為流入?yún)^(qū)、流出區(qū)、沉淀區(qū)和污泥區(qū)。從點A進入的顆粒，它們的運動軌跡是水平流速v和顆粒沉速u的矢量和。這些顆粒中，必存在著某一粒徑的顆粒，其沉速為uo，剛巧能沉至池底。故可得關(guān)系式：(2-8)式中：uo——顆粒沉速；v——污水的水平流速，即顆粒的水平分速；H——沉淀區(qū)水深；L——沉淀區(qū)長度。從圖2.2可知，沉速utuo的顆粒，都可在D點前沉淀掉，可見軌跡Ⅰ所代表的顆粒。沉速ut<uo的那些顆粒，視其在流入?yún)^(qū)所處在的位置而定，若處在靠近水面處，則不能被去除，見軌跡Ⅱ?qū)嵕€所代表的顆粒；同樣的顆粒若處在靠近池底的位置，就能被去除，見軌跡Ⅱ虛線所代表的顆粒。若沉速ut<uo的顆粒的重量，占全部顆粒重量的dP%，可被沉淀去除的量應(yīng)為因h=utt，H=uot，所以，，積分得?？梢?，沉速小于u0的顆粒被沉淀去除的量為。理想沉淀池總?cè)コ繛椋海?－Po）+，Po為沉速小于uo的顆粒占全部懸浮顆粒的重量百分數(shù)。用去除率表示，可改寫為：(2-9)如果處理水量為Q(m3/s)，沉淀池的寬度為B，水面面積為A=BL(m2)，故顆粒在池內(nèi)的沉淀時間為：t=(2-10)而沉淀池的容積為：V=Qt=HBL，因Q=，所以(2-11)圖2.3不同懸浮顆粒與水的潤濕的物理意義是：在單位時間內(nèi)通過沉淀池單位面積的流量，稱為表面負荷或溢流率，量綱是m3/m2s或m3/m2h，也可簡化為m/s和m/h。表面負荷的數(shù)值等于顆粒沉速。若需要去除的顆粒的沉速uo確定后，則沉淀池的表面負荷q值同時被確定。圖2.3不同懸浮顆粒與水的潤濕（3）氣浮理論氣浮法是固——液分離或液——液分離的一種方法，它是通過某種方式產(chǎn)生大量的微氣泡，使其與廢水中密度接近于水的固體或液體微粒粘附，形成密度小于水的氣浮體，在浮力的作用下，上浮至水面，進行固——液或液——液分離。實現(xiàn)氣浮法的必要條件有兩個：第一，必須向水中提供足夠數(shù)量的微細氣泡，氣泡理想尺寸為15~30μm；第二，必須使目的物呈懸浮狀態(tài)或具有疏水性性質(zhì)，從而附著于氣泡上浮升。氣泡能否與懸浮顆粒發(fā)生有效附著主要取決于顆粒的表面性質(zhì)。如果顆粒易被水潤濕，則稱該顆粒為親水性的，如顆粒不易被水潤濕，則是疏水性的。顆粒的潤濕性程度常用氣液固相間的接觸角的大小來解釋。在靜止狀態(tài)下，當(dāng)氣、液、固三相接觸時，在氣-液界面張力線和固液界面張力線之間的夾角（對著液相的）稱為平衡接觸角，用θ表示。θ＜900者為親水性物質(zhì)，θ＞900者為疏水性物質(zhì)（如圖2.3所示）。當(dāng)顆粒完全被水潤濕時，θ→00，cosθ→1，?W→0，顆粒不能與氣泡相粘附，因此也就不能用氣浮法處理。當(dāng)顆粒完全不被水潤濕時，θ→1800，cosθ→1，?W→2σLG，顆粒與氣泡粘附緊密，最易于用氣浮法去除。對σLG值很小的體系，雖然有利于形成氣泡，但?W很小，不利于氣泡與顆粒的粘附。（4）斜管斜板沉淀理論圖2.4淺層沉降原理示意斜板、斜管沉淀池是根據(jù)淺層沉降原理設(shè)計的新型沉淀池。與普通沉淀池比較，它有容積利用率高和沉降效率高的明顯優(yōu)點。圖2.4淺層沉降原理示意設(shè)有一理想沉淀池，其沉降區(qū)的長、寬、深分別為L、B和H，表面積為A，處理水量為Q，表面負荷為q，顆粒沉速為uo，則由公式2-11，可得Q=uoA。由此可見，在A一定的條件下，若增大Q，則uo成正比增大，從而使uuo的顆粒所占分率（1－po）和u<uo的顆粒中能被去除的分率u/uo都減小，總沉降效率ET相應(yīng)降低；反之，要提高沉降效率，則必須減小uo，結(jié)果Q成正比減小。以上分析說明，在普通沉淀池中提高沉降效率和增大處理能力相互矛盾，二者之間呈此長彼落的負相關(guān)系。但是，如果象圖2.4那樣，將沉降區(qū)高度分隔為n層，即n個高度為h=H/n的淺層沉降單元，那么在Q不變的條件下，顆粒的沉降深度由H減小到H/n，可被完全除去的顆粒沉速范圍由原來的uuo擴大到uuo/n，沉速u<uo的顆粒中能被除去的分率也由u/uo增大到nu/uo，從而使ET值大幅度提高；反之，在ET值不變，即沉速為uo的顆粒在下沉了距離h后恰好運動到淺層的右下端點，那么由和可得v′=nv，即n個淺層的處理水量Q′=HBnv=nQ，比原來增大了n倍。顯然，分隔的淺層數(shù)愈多，ET值提高愈多或Q′值增加愈多。2.2.2沉淀與氣浮設(shè)備概述（1）沉淀設(shè)備平流式沉淀池的工藝見圖2.5，由流入裝置、流出裝置、沉淀區(qū)、緩沖層、污泥區(qū)及排泥裝置等組成。流入裝置由設(shè)有側(cè)向或槽底潛孔的配水槽、擋流板組成，起均勻布水與消能作用。擋流板入水深不小于0.25米，水面以上0.15~0.20米，距流入槽0.50米。流出裝置由流出槽與擋板組成。流出槽設(shè)有自由溢流堰，溢流堰嚴格水平，既可保持水流均勻，又可控制沉淀池水位。為此，溢流堰常采用鋸齒形堰。溢流堰最大負荷2.9L/m·s（初次沉淀池），2.0L/m·s（二沉池）。為了減少符合、改善出水水質(zhì)，溢流堰可采用多槽沿程布置，如需阻擋浮渣隨水流走，流出堰可用潛孔出流。出流擋板入水深0.3~0.4米，距溢流堰0.25~0.5米。緩沖層底作用是避免已沉污泥被水流攪起以及緩沖沖擊負荷。污泥區(qū)起貯存、濃縮污泥以及排除污泥的作用，其排泥方法一般可通過靜水壓力和機械排泥方法予以排除。斜管（板）沉淀池的構(gòu)造形式如圖2.6所示。圖2.6中，安裝斜板或斜管的區(qū)域為沉降區(qū)，沉降區(qū)以下依次為入流區(qū)和污泥區(qū)，沉降區(qū)上面為出流區(qū)。沉淀池工作時，水從斜板之間和斜管內(nèi)流過，沉落在斜板、斜管底面上的泥渣靠重力自動滑入泥斗。這種沉淀池常用穿孔整流墻布水，以穿孔管或淹沒孔口集水，也可在池面上增設(shè)潛孔式中途集水槽使集水更趨均勻。集泥常采用多斗式，以穿孔管靠靜壓或泥泵排泥。除了上述兩種形式的沉淀設(shè)備外，還有輻流式沉淀池和豎流式沉淀池。輻流式和豎流式沉淀池一般呈圓形或正方形，輻流式沉淀池多用于大中型水廠，而豎流式沉淀池由于池深較大，一般適用于中小型污水處理廠。（2）氣浮設(shè)備水處理氣浮工藝一般采用分散氣浮法(Dispersed-AirFlotation)和溶氣氣浮法(Dissolved-AirFlotation)。由于溶氣氣浮工藝應(yīng)用較多，這里著重介紹溶氣氣浮工藝及其相關(guān)設(shè)備(1)溶氣氣浮法溶氣氣浮是使空氣在一定壓力下溶于水中并呈飽和狀態(tài)，然后使廢水壓力驟然降低，這時溶解的空氣便以微小的氣泡從水中析出并進行氣浮，用這種方法產(chǎn)生氣泡直徑約為20~100μm，并且可人為地控制氣泡與廢水的接觸時間，因而分離效果比分散空氣法好，應(yīng)用廣泛。根據(jù)氣泡從水中析出時所處的壓力不同，溶氣氣浮又可分為兩種方式：一種是空氣在常壓或高壓下溶于水中，在負壓下析出，稱為溶氣真空氣?。涣硪环N是空氣在高壓下溶入水中，在常壓下析出，稱為加壓溶氣氣浮。溶氣真空氣浮的主要特點是氣浮池在負壓下運行，空氣在水中易呈過飽和狀態(tài)，析出的空氣量取決于溶解空氣量和真空度。這種方法的優(yōu)點是溶氣壓力比加壓溶氣法低，能耗較小，但其最大缺點是氣浮池構(gòu)造復(fù)雜，運行維護有困難，因此在生產(chǎn)中應(yīng)用不多。加壓溶氣氣浮法的操作原理是在加壓情況下，將空氣溶解在廢水中達飽和狀態(tài)，然后突然減至常壓，這時溶解在水中的空氣就成了過飽和狀態(tài)，以極微小的氣泡釋放出來，乳化油和懸浮顆粒就粘附于氣泡周圍而隨其上浮，在水面上形成泡沫然后由刮泡器清除使廢水得到凈化。加壓溶氣氣浮按溶氣水不同有全流程溶氣氣浮、部分溶氣氣浮和部分回流式壓力溶氣氣浮三種基本流程。(2)溶氣氣浮設(shè)備不論何種溶氣氣浮流程，其主要設(shè)備有加壓泵、溶氣罐、減壓閥和氣浮分離設(shè)備。1)加壓泵加壓泵的作用一是提升廢水，二是對水氣混合物加壓，受壓空氣按享利定律溶于水中?？諝馔ㄈ胨械姆椒ㄓ袃煞N，當(dāng)空氣吸入量小于某溫度下廢水中空氣的飽和溶解量時，在泵前設(shè)水射器吸入。這種方式的氣水混合好，但水泵必須采用自吸式進入，而且要保持1m以上的水頭，此外，空氣最大吸入量不能大于吸水量的10%。當(dāng)空氣吸入量大于空氣在廢水中的飽和溶解量時，可用空壓機在水泵出水管上將空氣壓入，但其量不宜大于吸水量的20%。2)溶氣罐溶氣罐是一個密封的鋼罐。溶氣罐的作用是實施水和空氣的充分接觸，加速空氣的溶解，使水、氣良好混合。為了防止短路，使水氣充分接觸，罐內(nèi)常設(shè)水平或垂直的隔板若干塊，或在罐內(nèi)填充瓷環(huán)。罐頂設(shè)排氣閥排除多余的空氣。罐底設(shè)放空閥，用來排空溶氣罐。水氣混合物在罐內(nèi)的停留時間通常為2~3分鐘。3)減壓釋放器減壓釋放設(shè)備是將壓力溶氣水減壓后迅速將溶于水中的空氣以極為細小的氣泡形式釋放出來，要求微氣泡的直徑在20~100μm。目前生產(chǎn)中采用的減壓釋放設(shè)備分兩類：一是減壓閥，一是釋放器。4)溶氣水與原廢水混合設(shè)備壓力溶氣水經(jīng)減壓釋放設(shè)備后，可獲得質(zhì)量較高的微氣泡。微氣泡與懸浮的粘附，并不取決于它們之間接觸時間的長短和相互之間流速的大小，而主要取決于微氣泡能否及時均勻地彌散在懸浮顆粒中，并且微氣泡能機會均等地與每個懸浮顆粒碰撞粘附。為此經(jīng)減壓釋放后的溶氣水可考慮與原水（如需加藥時，應(yīng)與加藥后的廢水）在某一固定的混合設(shè)備（或在一段管道中）立即進行充分混合然后將挾氣絮凝體均勻地分配在整個氣浮池的寬度上，從而達到提高氣浮分離效果與降低溶氣水量的目的。5)氣浮分離設(shè)備目前采用的氣浮池均為敞開式水池。池子的形狀有圓形和矩形兩種。近年來，平流式矩形氣浮池應(yīng)用比較廣泛，它具有可按比例擴大，構(gòu)造簡單易于設(shè)計與施工，經(jīng)加藥反應(yīng)后的原水容易進入，排泥方便，占地較少等優(yōu)點。2.3溶解物質(zhì)的去除（自學(xué)）2.4有害微生物的去除[消毒(disinfection)]（2學(xué)時）概述一、消毒定義：將水體中的病原微生物(pathogenicorganisms)滅活，使之減少到可以接受的程度。人體內(nèi)致病微生物主要包括：病菌(bacteria)、原生動物胞囊（protozoanoocystsandcysts）、病毒（viruses）（如傳染性肝炎病毒、腦膜炎病毒）等。消毒與滅菌(sterilization)不同：滅菌是消滅所有活的生物。評價指標：（生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范，衛(wèi)生部,2001.6）細菌總數(shù)：<100個/mL總大腸菌群：每100mL水樣中不得檢出糞大腸菌群：每100mL水樣中不得檢出二、消毒簡史1854年JohnSnow在倫敦發(fā)現(xiàn)霍亂（cholera）與飲用水密切相關(guān)1881年Koch發(fā)現(xiàn)氯可以殺死細菌1902年比利時的Middleheike市首次在公共水處理中采用氯消毒三、消毒方法：化學(xué)藥劑（氧化劑等）物理法（熱和光）機械法（格網(wǎng)、膜）輻射（射線、電子束）四、消毒機理可能有以下幾個方面的作用：(1)破壞細胞壁；(2)改變細胞通透性：（3）改變微生物的DNA或RNA；(4)抑制酶的活性氯消毒氯化作用（chlorination）常用作消毒的同義詞。一、氯消毒原理氯易溶于水中，在清水中，發(fā)生下列反應(yīng)：Cl2+H2OHOCl+H++Cl-HOClH++OCl-HOCl和OCl-的比例與水中溫度和pH有關(guān)。pH高時，OCl-較多。pH>9，OCl-接近100%。pH<6，HOCl接近100%。pH=7.54,[HOCl]=[OCl-]HOCl和OCl-都有氧化能力，但細菌是帶負電的，所以一般認為主要是通過HOCl的作用來消毒的。只有它才能擴散到細菌表面，并穿透細胞壁到細菌內(nèi)部，破壞細菌酶系統(tǒng)。實踐也表明pH越低，消毒作用越強。有關(guān)氯消毒理論仍有待研究。如果有氨存在：NH3+HOClNH2Cl+H2ONH2Cl+HOClNHCl2+H2ONHCl2+HOClNCl3+H2O其比例與pH有關(guān)。pH>9，一氯胺占優(yōu)勢pH為7時，一氯胺和二氯胺同時存在。pH<6.5時，二氯胺pH<4.5時，三氯胺氯氨的消毒也是依靠HOCl。只有HOCl消耗得差不多時，反應(yīng)才會向左移動。因此，有氯胺存在時，消毒作用比較緩慢。如氯消毒5分鐘，殺滅細菌99％以上，而用氯胺消毒，相同條件下僅殺滅50％。三種氯胺中，二氯胺消毒效果最好，但有嗅味。三氯胺消毒作用極差，且有惡嗅味。自由性或游離性氯（freeavailablechlorine）：HOCl、OCl－化合性氯或結(jié)合性氯（combinedavailablechlorine）：二、消毒動力學(xué)1.接觸時間的影響：在一定消毒劑的濃度下，消毒速度可用Chick定律（1908年）表示：-dN/dt＝kN，N：t時刻活的微生物數(shù)目；k：反應(yīng)速率常數(shù)；t：反應(yīng)時間，2.濃度的影響（modifiedChick/WatsonEquation）k’：比反應(yīng)速率常數(shù)在給定的滅活率條件下，在log-log坐標上，作C和t之間的關(guān)系，可求得n：n=1濃度和時間都同等影響；n>1濃度影響大；n<1時間影響大，在一般情況下，可以視n=1。CT值作為消毒劑消毒能力的判斷指標。三、加氯量加氯量＝需氯量＋余氯需氯量：滅活水中微生物、氧化有機物和還原性物質(zhì)所消耗的部分。余氯：出廠水接觸30分后余氯不低于0.3mg/L；在管網(wǎng)末梢不應(yīng)低于0.05mg/L。加氯曲線：水中無任何微生物、有機物等，加氯量＝余氯，圖18－2中的=1\*GB3①水中有機物較少時，需氯量滿足以后就是余氯。圖18－2中的=2\*GB3②當(dāng)水中的污染物主要是氨和氮化合物時，情況復(fù)雜。見圖18－3。H：峰點，B：折點OA段：水中雜質(zhì)把氯消耗光。AH段：氯與氨反應(yīng)，有余氯存在，有一定消毒效果，但余氯為化合性氯，其主要成分是一氯氨。HB段：仍然是化合性余氯，加氯量繼續(xù)增加，氯氨被氧化成不起消毒作用的化合物，余氯反而減少。BC段：B點以后，出現(xiàn)自由性余氯。加氯量超過折點需要量：折點氯化當(dāng)原水游離氨<0.3mg/L時→→加氯量控制在折點后當(dāng)原水游離氨>0.5mg/L時→→加氯量控制在峰點前四、加氯點：濾后加氯濾前加氯――混凝劑投加時加氯，提高混凝效果。管網(wǎng)中途加氯五、加氯設(shè)備與工藝1.加氯設(shè)備一般用氯氣：有毒氣體，在6－8氣壓下變成液氯使用時采用氯瓶。干燥氯氣和液氯對鋼瓶無腐蝕作用，但遇水或受潮則會嚴重腐蝕金屬。因此，必須嚴格防止水和潮氣進入氯瓶。加氯機：轉(zhuǎn)子加氯機2.加氯工藝六、氯化消毒副產(chǎn)物有機物與氯生成有機氯化物，三鹵甲烷。我國新標準規(guī)定了三鹵甲烷(THMs)濃度，包括：氯仿、溴仿、二溴一氯甲烷和一溴二氯甲烷四種物質(zhì)。1993年美國制訂的消毒劑－消毒副產(chǎn)物方案中建議：THMs80g/L，鹵乙酸（HAAS）：一共五種（一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸），五種之和在1997年低于60g/L，2000年低于30g/L。其它消毒法一、氯氨消毒優(yōu)點：水中含有有機物和酚時，氯氨消毒不會產(chǎn)生氯臭和氯酚臭，大大減少了THMs的產(chǎn)生，能保持水中余氯較久。但作用緩慢，殺菌能力比自由氯弱。單獨使用的情況較少。人工投加氨可以是液氨、硫酸氨或氯化氨。氯和氨的投加量視水質(zhì)不同而有所不同。一般采用氯：氨＝3：1～6：1采用氯氨消毒時，一般先加氨，再加氯。二、二氧化氯消毒ClO2在常溫下是一種黃綠色氣體，具有刺激性。溶解度是氯的5倍。極不穩(wěn)定，氣態(tài)和液態(tài)ClO2均易爆炸。故必須以水溶液的形式現(xiàn)場制取。制取方法：亞氯酸鈉和氯制?。篊l2+H2O→HOCl+HClHOCl+HCl+2NaClO2→2ClO2+2NaCl+H2O用酸與亞氯酸鈉制取:5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2OClO2既是消毒劑又是氧化能力很強的氧化劑。對細菌的細胞具有較強的吸附和穿透能力，滅活能力強。不會與水中有機物作用生成有機氯化物。甚至本身的氧化能力能去除THMs前驅(qū)體。ClO2消毒能力比氯強。ClO2不水解，消毒受pH影響較小。ClO2余量能在管網(wǎng)中保持很長的時間。作為氧化劑，能去除或降低水的色度等。但ClO2本身和副產(chǎn)物ClO2－對人體血紅細胞有損害。有報道認為還對人的神經(jīng)系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)有損害。三、臭氧消毒作用：既是氧化劑，又是消毒劑，滲入細胞壁。作為消毒劑，不會產(chǎn)生三鹵甲烷副產(chǎn)物，殺菌和氧化能力比氯強。但由于臭氧在水中不穩(wěn)定，易散失，因此在O3之后，往往需要投加少量的氯等。歐洲普遍用臭氧處理飲用水，在美國也逐漸流行。但近年來臭氧化的副作用也開始引起人們的關(guān)注。水中大分子物質(zhì)變成分子較小的中間產(chǎn)物，可能有毒性?；蛘咧虚g產(chǎn)物和氯作用后致突變反而增強。四、其它次氯酸鈉消毒：次氯酸鈉發(fā)生器食鹽電解：NaCl+H2ONaOCl+H2紫外線消毒：消毒速度快，幾十秒鐘即能殺菌；不影響水的物理和化學(xué)性質(zhì)；操作簡單電化學(xué)消毒：消毒效率高污水消毒污水經(jīng)一級或二級處理以后，水質(zhì)大大改善，細菌含量也幅度降低，但細菌的絕對值仍很高，并存在有病原菌的可能。因此在排放之前或回用之前，應(yīng)進行消毒。一般采用氯消毒：Cl2污水→混合池→接觸池→排放加氯量：一般城市污水二級處理出水：加5－10mg/L接觸時間：30分，余氯量：>0.5mg/L

第3章水的生物化學(xué)處理方法（12學(xué)時）本章教學(xué)內(nèi)容：廢水處理的微生物學(xué)基礎(chǔ)，活性污泥法，生物膜法，厭氧生物技術(shù)，污泥處理技術(shù)本章教學(xué)要求：理解微生物處理廢水的基本原理，掌握活性污泥法的原理與常用的幾種工藝流程，掌握生物膜法的原理與幾種典型處理工藝；掌握厭氧生物處理技術(shù)的機理與影響因素以及處理工藝；熟悉污泥的性質(zhì)和常見的處理技術(shù)。本章教學(xué)重點：活性污泥法、生物膜法、厭氧生物處理技術(shù)、污泥的處理本章習(xí)題:P2901,2,3,5，7，13，143.1廢水處理微生物學(xué)基礎(chǔ)（2學(xué)時）一、廢水處理中的微生物凈化污水的微生物主要有細菌、真菌、藻類、原生動物和小型的后生動物等。從利用碳源的角度來說，可分為自養(yǎng)型微生物和異養(yǎng)型微生物。從利用氧氣的角度來分，有好氧、厭氧和兼性三類。針對單細胞的細菌，從形體來分，有球菌、桿菌和螺旋菌三類。凈化污水中，微生物增長與遞變的模式，祥教材205頁。二、微生物的生理學(xué)特性生物酶與代謝過程祥教材206頁。三、細菌生長曲線及莫諾公式對數(shù)增殖減速增殖對數(shù)增殖減速增殖內(nèi)源呼吸氧利用速率曲線微生物增殖曲線BOD降解曲線時間Xa01、活性污泥的增殖曲線注意：1)間歇靜態(tài)培養(yǎng)；2)底物是一次投加；3)圖中同時還表示了有機底物降解和氧的消耗曲線。①適應(yīng)期：是活性污泥微生物對于新的環(huán)境條件、污水中有機物污染物的種類等的一個短暫的適應(yīng)過程；經(jīng)過適應(yīng)期后，微生物從數(shù)量上可能沒有增殖，但發(fā)生了一些質(zhì)的變化：a.菌體體積有所增大；b.酶系統(tǒng)也已做了相應(yīng)調(diào)整；c.產(chǎn)生了一些適應(yīng)新環(huán)境的變異；等等。BOD5、COD等各項污染指標可能并無較大變化。②對數(shù)增長期：F/M值高(2.2)，所以有機底物非常豐富，營養(yǎng)物質(zhì)不是微生物增殖的控制因素；微生物的增長速率與基質(zhì)濃度無關(guān)，呈零級反應(yīng)，它僅由微生物本身所特有的最小世代時間所控制，即只受微生物自身的生理機能的限制；微生物以最高速率對有機物進行攝取，也以最高速率增殖，而合成新細胞；此時的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活動能力很強，導(dǎo)致污泥質(zhì)地松散，不能形成較好的絮凝體，污泥的沉淀性能不佳；活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；一般不采用此階段作為運行工況，但也有采用的，如高負荷活性污泥法。③減速增長期：F/M值下降到一定水平后，有機底物的濃度成為微生物增殖的控制因素；微生物的增殖速率與殘存的有機底物呈正比，為一級反應(yīng)；有機底物的降解速率也開始下降；微生物的增殖速率在逐漸下降，直至在本期的最后階段下降為零，但微生物的量還在增長；活性污泥的能量水平已下降，絮凝體開始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均較好；由于殘存的有機物濃度較低，出水水質(zhì)有較大改善，并且整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定；一般來說，大多數(shù)活性污泥處理廠是將曝氣池的運行工況控制在這一范圍內(nèi)的。④內(nèi)源呼吸期：內(nèi)源呼吸的速率在本期之初首次超過了合成速率，因此從整體上來說，活性污泥的量在減少，最終所有的活細胞將消亡，而僅殘留下內(nèi)源呼吸的殘留物，而這些物質(zhì)多是難于降解的細胞壁等；污泥的無機化程度較