华东理工大学学报(自然科学版)
Journal of East China University of Science and Technology (Natural Science Edition )
Vol.35No.12009202
收稿日期:2008201207
基金项目:国家自然科学基金项目(50478068);上海市重点学科建设项目(B506)
作者简介:黄光团(19682),男,福建长乐人,教授,博士,主要从事水污染治理与控制研究。E 2mail :gt huang @https://www.doczj.com/doc/dd257286.html,
文章编号:100623080(2009)0120066205
好氧完全混合式反应器中水力停留时间
对溶解性微生物产物的影响
黄光团, 杨艳琼, 张留 , 刘勇弟
(华东理工大学资源与环境工程学院,上海200237)
摘要:以葡萄糖为底物,采用10L 完全混合式反应器研究了进水COD 为1000、1500和2000mg/L 条件下水力停留时间对出水中溶解性微生物产物(SM P )的量、分子量分布和组成成分的影响。在进水COD 相同条件下,溶解性微生物产物的量随着水力停留时间延长呈下降趋势。水力停留时间相同时,进水COD 越高产生的溶解性微生物产物的量越多。随水力停留时间的延长,小分子量(M r <1×103)部分溶解性微生物产物所占百分比呈现先减小后增加的趋势;中间分子量(1×103
关键词:溶解性微生物产物;水力停留时间;完全混合式反应器;分子量分布;多聚糖;蛋白质;DNA
中图分类号:X703文献标志码:A
E ffect of H ydraulic R etention Time on the Form ation of Soluble Microbial Products in Aerobic Completely Stirred T ank R eactor
H UA N G Guan g 2t uan , YA N G Yan 2qiong , Z H A N G L i u 2li , L I U Yon g 2di (S chool of Resource an d Envi ronment al Engi neeri ng ,East Chi na U ni versit y of
S cience and Technolog y ,S hang hai 200237,Chi na )
Abstract :In 10L aerobic completely stirred tank reactor ,t he effect of hydraulic retention time (HR T )on t he amount ,molecular weight (M r )dist ribution and component s of soluble microbial p roduct s (SM P )in effluent was investigated under t he t hree co ncent rations of influent COD of 1000,1500and 2000mg/L for t he subst rate of gluco se.The amount of SM P manifested t he t rend of reduction wit h t he p rolo ngation of HR T at t he same concent ration of influent COD ,and increased wit h t he concentration of
influent COD at t he same HR T.Wit h t he longer HR T ,t he percentage of t he low M r f raction (M r <1×103)of SM P increased initially and t hen decreased ,t hat of t he medium M r f raction (1×103
K ey w ords :soluble microbial product s ;hydraulic retention time ;completely stirred tank reactor ;dis 2t ribution of molecular weight ;polysaccharide ;p rotein ;DNA
6
6
废水生物处理出水中总是残留有溶解性有机物。有机物主要来源于微生物降解污染物的生长与衰减过程中释放的溶解性微生物产物(Soluble Mi2 crobial Product s,SM P)[125]。早在1961年Gaff ney 等[6]就已指出废水生物处理出水中存在溶解性微生物产物。Namkung等[7]根据微生物的生长阶段把SM P分成底物利用相关产物(Substrate2utilization Associated Product s,UA P)和生物质相关产物(Bi2 omass Associated Product s,BA P)两类。UA P是微生物在分解底物产生能量、进行自身生长繁殖时释放出的产物,与底物降解和微生物生长相关。而BA P是微生物在内源呼吸过程中,伴随细胞解体释放出来的,与微生物细胞内源呼吸相关。
SM P的组成很复杂,一般为腐殖酸、黄腐酸、多聚糖、蛋白质、核酸、有机酸、氨基酸、抗生素、类固醇、胞外酶、铁载体、细胞组织成分和能量代谢产物的混合物[8]。SM P的可生物降解性较差,可能还有一定的毒性,会影响废水生物处理的出水达标排放、后续深度处理工艺的选择以及出水对环境的最终影响。因此,在废水生物处理过程中,需优化各种工艺条件尽量减少SM P的产生。水力停留时间(HR T)是废水生物处理的重要运行参数,直接影响到生物处理的效果和出水水质。目前国内外研究HR T对于出水中SM P影响的文献很少,只是在厌氧生物处理方面有些报导。Schiener等[2]和Alette等[9]发现在厌氧折流板反应器(Anaero bic Baffled Reac2 tor,ABR)出水中SM P的量随HR T缩短而增加。Duncan等[10]研究了低进水底物浓度条件下ABR 中SM P的产生情况,发现随HR T延长,SM P的量将增加;认为进水底物浓度较低时,较长的HR T导致微生物处于饥饿状态而促进BA P的量增加。Feng等[11]发现在厌氧填料折流板反应器中不同温度条件下HR T对SM P的影响情况不同。本文在好氧完全混合式反应器中,以葡萄糖为底物考察了水力停留时间对SM P总量、分子量分布及其组成中多聚糖、蛋白质和DNA含量的影响。研究了水力停留时间对SMP形成的影响规律,为废水处理工艺设计与运行优化提供指导。
1 实验部分
1.1 实验药品
牛血清蛋白,求德生物化工有限公司,进口分装;考马斯亮蓝G2250,上海化学试剂公司;小牛胸腺DNA钠盐,SIGMA公司;葡萄糖氧化酶,AM2 RESCO公司;辣根过氧化物酶,求德生物化工有限公司,进口分装。其他分析试剂均为分析纯或优级纯。
1.2 实验装置
实验装置示意图如图1所示。原水从进水槽经蠕动泵控制流量进入完全混合式反应器(10L),经反应后从底部进入沉淀池,沉淀后上清液排出,污泥从沉淀池底部狭缝回流。反应器温度由加热棒、触点温度计和电子继电器控制,采用隔膜式气泵和砂芯曝气头进行曝气
。
图1 实验装置示意图
Fig.1 Schematic diagram of experimental installation 1—CSTR;2—Heating bar;3—Contact t hermometer;4—Electronic relay;5—Diaphragm air pump;6—Aerator;7—Influent tank;8—Peristaltic pump;9—Effluent tank
1.3 反应器运行
进水以葡萄糖为碳源,确保碳源为唯一的限制性底物,同时投加氯化铵、磷酸氢二钠为氮、磷营养元素,进水COD、N、P质量比为100∶5∶1。进水采用自来水配制,不再投加其他微量元素,采用碳酸氢钠溶液控制反应器p H。控制污泥停留时间(SR T)为5d,p H为6～8,溶解氧(DO)为4～7mg/L。并行运行3个反应器,进水COD浓度分别为1000、1500和2000mg/L。每个反应器分别改变水力停留时间(HR T)12、24和48h。每次HR T改变后需持续运行3至4倍污泥停留时间后,连续3～4d取样分析出水COD和ML SS确定反应器运行是否稳定。待反应器运行稳定,即取得较理想的、稳定的去除效率且出水状况良好以后进行出水水样分析。1.4 分析方法
反应器出水分子量分布参照文献[12]。多聚糖测定方法采用硫酸2酚法[13]。蛋白质测定采用考马斯亮蓝法(Bradford法)[14]。DNA测定采用二苯胺法[15]。葡萄糖测定采用氧化酶法[16]。
76
第1期黄光团,等:好氧完全混合式反应器中水力停留时间对溶解性微生物产物的影响
2 结果与讨论
2.1 水力停留时间对溶解性微生物产物量的影响
水力停留时间长短不仅对进水底物的降解程度产生影响,而且随着水力停留时间的延长,形成的溶解性微生物产物中可生物降解的组分会进一步降解而减少。从图2可见,水力停留时间相同时,进水COD 浓度越高产生的溶解性微生物产物的量越多;在进水COD 浓度相同条件下,随着水力停留时间延长,出水中溶解性微生物产物量呈下降趋势。在水力停留时间较短时,由于有机负荷率和底物利用率高,底物降解和微生物生长速度快,与底物利用率相关的UA P 组分的量增加,因此会导致出水中溶解性微生物产物的量增加。水力停留时间从12h 延长到24h 时,出水中溶解性微生物产物的量大幅度下降,这是由于溶解性微生物产物中易降解的组分随水力停留时间的延长产生降解的缘故;水力停留时间从24h 延长到48h ,溶解性微生物产物下降较为缓慢,且进水COD 浓度高时溶解性微生物产物的减少较明显,这是由于对于一定的进水有机负荷率,存在一个合适的水力停留时间,超过这一时间形成的溶解性微生物产物中可继续降解的组分已降解完全,因此随着水力停留时间的继续延长,产生的溶解性微生物产物的量将趋于稳定
。
图2 出水中溶解性微生物产物的量与
水力停留时间的关系
Fig.2 Relationship of amount of SMP as TOC
in effluent with HR T
2.2 水力停留时间对溶解性微生物产物分子量分
布的影响
随水力停留时间延长,溶解性微生物产物中大分子量的组分会进一步降解生成小分子量的组分,而小分子量的组分则可能完全降解,因此水力停留时间变化会改变溶解性微生物产物中组分的分子量分布情况。图3给出了不同进水COD 浓度和HR T
条件下(a )M r <1×103(小分子量)、(b )1×103<
M r <1×104(中间分子量)和(c )M r >1×104(大分子量)范围部分的TOC (分别记为TOC A ,TOC B ,TOC C )占SM P 总量的百分数情况
。
图3 不同进水COD 浓度和HRT 时出水SMP 中(a )M r <
1×103,(b )1×103
的TOC 百分数
Fig.3 Percentage of f raction of (a )M r <1×103,(b )1×
103
T
由图3可见,随着水力停留时间的延长,TOC A 所占百分比呈现先减小后增加的趋势,TOC B 所占百分比先增加后减小,TOC C 所占百分比则逐渐减小。分析原因可能是:在水力停留时间较长时,溶解性微生物产物中较难被降解的大分子量组分会部分被降解,故大分子量部分所占百分比则逐渐减小。图3c 中进水COD 浓度为2000mg/L 时,随水力停留时间延长,大分子量部分的比例降低的幅度很小,可能是由于进水负荷高时微生物的营养比较充足,
86华东理工大学学报(自然科学版)第35卷
对于可降解的溶解性微生物产物组分的利用程度下降。
水力停留时间较短时,由于有机负荷率和底物利用率高,与底物利用率相关的溶解性微生物产物小分子量组分的量增加;但随水力停留时间的延长,易降解的小分子量组分会被降解,小分子量部分的比例会减少;随水力停留时间的进一步延长,部分可降解的大分子量组分也会被降解为小分子化合物,小分子量组分的比例又会增加,故小分子量溶解性微生物产物所占百分比呈现先减小后增加的趋势。随水力停留时间的延长,大分子量组分会逐渐被降解,但水力停留时间不足够长,大分子量组分可能没有彻底降解,仅降解到中间分子量大小的化合物,故中间分子量部分所占百分比呈现先增加后减小的趋势。
2.3 水力停留时间对溶解性微生物产物中多聚糖、
蛋白质和D NA含量的影响
多聚糖、蛋白质和DNA是构成溶解性微生物产物的重要组成成分,它们可以从微生物污泥的胞外聚合物、微生物细胞的破裂死亡等途径成为出水的溶解性微生物产物。表1给出了不同进水COD 浓度和HR T条件下出水溶解性微生物产物中多聚糖、蛋白质和DNA含量的情况。
表1 不同进水COD浓度和HR T时出水SMP中多聚糖、蛋白质和DNA含量
T able1 Content of polysaccharide,protein and DNA in effluent SMP at different concentrations of influent COD and HR T
Influent COD/(mg?L-1)ρ(Polysaccharide)/(mg?L-1)
12h24h48h
ρ(Protein)/(mg?L-1)
12h24h48h
ρ(DNA)/(mg?L-1)
12h24h48h
1000 6.69 3.34 3.4112.57 6.63 6.48 4.63 4.43 4.92 15008.10 3.55 3.6210.50 5.57 5.30 6.70 3.97 3.62 200012.00 5.38 4.2414.48 6.819.6312.30 6.81 5.81
从表1可以看到,水力停留时间较短时溶解性微生物产物中的多聚糖、蛋白质和DNA的含量较高,但随着水力停留时间的延长,三者并没有明显的变化规律。对表1数据进行无交互作用的双因子方差分析,在显著水平α=0.05时,检验进水COD浓度和水力停留时间对多聚糖、蛋白质和DNA含量是否有显著影响。进水COD浓度(A)实验数据点为3个,临界值F1-α(a-1,n-a-b+1)=F0.95(2, 4)=6.94,水力停留时间(B)实验数据点为3个,临界值F1-α(a-1,n-a-b+1)=F0.95(2,4)=6.94,检验统计量数据列于表2。
表2 进水COD浓度和水力停留时间双因子下多聚糖、蛋白质、DNA的检验统计量
T able2 Two2factor analysis of variance for content of poly2 saccharide,protein and DNA with concentration of
influent COD and HR T
Statistical Value
F A F B F0.95(2,4) Polysaccharide 4.3017.58 6.94 Protein8.2436.20 6.94
DNA 3.72 1.83 6.94
从表2可以看到,进水COD浓度对多聚糖、蛋白质和DNA含量的统计检验结果中蛋白质的统计量F A大于临界值F0.95(2,4)=6.94,故进水COD 浓度对出水溶解性微生物产物中蛋白质含量有显著影响。水力停留时间对多聚糖、蛋白质和DNA含量的统计检验结果中多聚糖和蛋白质的统计量F B 大于临界值F0.95(2,4)=6.94,所以可以认为水力停留时间对出水溶解性微生物产物中多聚糖和蛋白质有显著影响,即随着水力停留时间的延长,出水中溶解性微生物产物中所含多聚糖和蛋白质的含量降低。据文献[2,17]报道,溶解性微生物产物是可生物降解的,只是降解率较低,因此可以认为溶解性微生物产物中多聚糖和蛋白质随水力停留时间的延长能够逐渐被降解。
3 结 论
(1)水力停留时间相同时进水COD浓度越高产生的溶解性微生物产物的量越多。在进水COD 浓度相同条件下,随着水力停留时间延长,出水中溶解性微生物产物量呈下降趋势,且水力停留时间越长下降越缓慢,进水COD浓度高时溶解性微生物产物的减少越明显。
(2)随水力停留时间的延长,小分子量(M r< 1×103)溶解性微生物产物所占百分比呈现先减小后增加的趋势,中间分子量(1×103 96 第1期黄光团,等:好氧完全混合式反应器中水力停留时间对溶解性微生物产物的影响 量(M r>1×104)部分所占百分比则逐渐减小。 (3)水力停留时间对出水溶解性微生物产物中的多聚糖和蛋白质含量有显著影响,对DNA含量没有显著影响。随着水力停留时间的延长,溶解性微生物产物中多聚糖和蛋白质逐渐降解,多聚糖和蛋白质的含量逐渐降低。 参考文献: [1] Noguera D R,Araki N,Ritt mann B E.Soluble microbial product s(SMP)in anaerobic chemostat s[J].Biotech Bio2 eng,1994,44(9):104021047. [2] Schiener P,Nachaiyasit S,Stuckey D C.Production of solu2 ble microbial product s(SMP)in an anaerobic baffled reactor: Composition,biodegradability and t he effect of process parameters[J].Environ Technol,1998,19(4):3912400. [3] Lu S G,Imai T,U kita M,et al.Modeling prediction of membrane bioreactor process wit h t he concept of soluble microbial product[J].Water Sci Technol,2002,46(11212): 63269. [4] Aquino S F,Stuckey D C.The effect of organic and hydraulic shock loads on t he production of soluble microbial product s in anaerobic digesters[J].Water Environ Res,2004,76(6): 262822636. [5] Holakoo L,Nakhla G,Yanful E K,et al.Chelating proper2 ties and molecular weight distribution of soluble microbial product s from an aerobic membrane bioreactor[J].Water Res,2006,40(8):153121538. [6] Gaffney P E,Heudelekian H.Biochemical oxidation of t he lower fatty acids[J].J Water Pollut Control Fed,1961,24 (11):116921184. [7] Namkung E,Ritt mann B E.Soluble microbial product s (SMP)formation kinetics by biofilms[J].Water Res,1986, 20(6):7952806. [8] Barker D J,Stuckey D C.A review of soluble microbial prod2 uct s(SMP)in wastewater treat ment systems[J].Water Res,1999,33(14):306323082. [9] Langenhoff A A M,Intrachandra N,Stuckey D C.Treat2 ment of dilute soluble and colloidal wastewater using an anae2 robic baffled reactor:Influence of hydraulic retention time [J].Water Res,2000,34(4):130721317. [10] Barker D J,Salvi S M L,Langenhoff A A M,et al.Soluble microbial product s in ABR treating low2strengt h wastewater [J].J Environ Eng,2000,126(3):2392249. [11] Feng H J,Hu L F,Shan D,et al.Effect s of operational factors on soluble microbial product s in a carrier anaerobic baffled reactor treating dilute wastewater[J].J Environ Sci2 China,2008,20(6):6902695. [12] 黄光团,金刚,吴景辉,等.铬离子对序批式好氧生物反应器 出水中溶解性微生物产物的影响[J].环境化学,2007,26 (1):66269. [13] Dubois M.Colorimetric met hod for determination of sugars and related substances[J].Anal Chem,1956,28(3):3502 356. [14] Holme D J,Peck H.Analytical Biochemistry[M].3rd ed. England:Addison Wesley Longman Limited,1998:3932395. [15] Burton K.A study of t he conditions and mechanism of t he diphenylamine reaction for t he colorimetric estimation of deoxyribonucleic acid[J].Biochem J,1956,62(2):3152 323. [16] Salomon L L,Johnson J E.Enzymatic microdetermination of glucose in blood and urine[J].Anal Chem,1959,31(3): 4532456. [17] Barker D J,Mannucchi G A,Salvi S M L,et al.Characteri2 sation of soluble residual chemical oxygen demand(COD)in anaerobic wastewater treat ment effluent s[J].Water Res, 1999,33(11):249922510. 07华东理工大学学报(自然科学版)第35卷 第四章 微生物反应器操作 1．请用简图分别给出分批操作、流加操作和连续操作中反应器内培养液体积随时间的变化曲线。 2．用简图给出分批培养中初始基质浓度与最大菌体浓度之间的相互关系。 3．请给出分批培养、反复分批培养、流加培养、反复流加培养和连续培养中产物生成速率，并进行比较。 4. 何为连续培养的稳定状态？当0][][===dt P d dt S d dt dX 时，一定是稳定状态吗？ 5. 在微生物分批培养的诱导期中，细胞接种量X 0 ，生成的细胞量为X A 0 ，此间死亡细胞量为X DO ，已知A A f X X =00X 。生成的细胞在接种t l 时间后开始指数型繁殖， t l 以后的细胞量为X，请推导出的关系式。f A 分别等于0，0.2，0.4，0.6，0.8，并作图表示出。 )(l t f X =6.一定的培养体系中细胞以一定的比生长速率进行生长繁殖，如果计划流加新鲜培养基，同时保证细胞的生长速率不变，请问如何确定新鲜培养基的流加速度。 7. 试比较微生物分批培养与连续培养两种操作中的细胞生长速率。微生物的生长可采用Monod方程表达。 8. 面包酵母连续培养中，菌体浓度为10kg/m 3，菌体生成速度为10kg/h，求流加培养基中基质（乙醇）浓度及培养液的量。稀释率1.0=D h-1,Y X/S =0.5kg/kg （以细胞/基质计），可采用Monod 方程，已知μ max = 0.15h -1,K S = 0.05kg /m 3。 9．恒化器进行具有抑制作用的连续培养，比生长速率可由式S i i S C K C K S ++=)1(max μμ 给出，其中g g Y L g C L g K S X i S /1.0,/05.0,/0.1===（ 以细胞/ 基质计）， L g X L g C S /05.0,/0.100==,，求菌体的最大生产速率与相应的稀释率D max ，并与没有抑制时相比较。 10. 一种细菌连续（恒化器）培养中获得如下数据。μ 为比生长速率，S 为限制性基质浓 度，若反应适用Monod 方程，求 和 。 11. 以碳源为限制基质的连续发酵过程中，有一位研究者在研究温度对细胞得率的影响时，发现当温度高于最适生长温度时，细胞得率下降。对此现象一般的解释是因为细胞内为维持细胞活力所消耗的能量增加的缘故。但是，有些研究者研究提出细胞得率在稳态下下降是因为细胞本身活力降低。这一解释也有道理，因为细胞的死亡率是温度的函数。（1）请你利用关于连续培养理论，解释上述温度对细胞得率影响的两种理由。（2）如何设计一些实验来证明在（1）中所导出的方程式的真实性？实验设计应包括实验步骤、所需的分析方法及 调节池的水力停留时间 Hessen was revised in January 2021 调节池的水力停留时间：经验值4-12h，一般取8（连续进水取4，间断取12）调节池容积： 1.小时流量*日最大变化系数（）*停留时间 2.水量的30-40%，最多40-50% =QT 调节池的计算[2] 3.3.1体积计算 由于啤酒厂工人为四班轮班制，则取一天中6小时为一个周期，那么调节池容积为： （3-9） 选择长方体：高h=3m，长a=50m，宽b=25m SS去除率为30﹪，则出水SS浓度为： 取超高0.4m，则总高H=3.4m。 污泥量的计算 产生的干污泥量为: （3-10） 其中：S0—进水SS浓度 S—出水SS浓度 E—SS去除率 产泥体积，含水率为97﹪ （3-11） 排泥系统 沿池宽方向设置泥斗，污泥斗为长四棱台形，斗壁倾角为45°。上部方形面积为 ,底部方形面积为 ,高为2m， , 泥斗容积 工业废水调节池的设计计算 工业废水其水质水量随时变化，波动较大，废水水质水量的变化对排水及废水处理设备，特别是对净化设备正常发挥其净化功能是不利的，甚至有可能损坏设备，为解决这一矛盾，废水处理前一般要设调节池，以调节水量和水质。 设备类型：对角线出水调节池 优点：出水槽沿对角线方向设置，同一时间流入池内的废水，由池的左、右两侧经过不同时间流到出水槽，达到自动调节的目的。数量：一座 池子构筑材料：钢筋混凝土 参数计算： 废水在池内一般停留3—4小时 1．池子的实际容积 设废水在池内停留时间为 T=4小时 根据流量 Q T=4小时=300m3/d T=4小时 则池内废水量Q1=Q/24×T=300/24×4=50 （m3） 得出池的有效容积为 50 m3 设计用调节池的实际容积为V=有效=×50=70 m3 取 V有效=72 m3 2．取池子的有效水深为h1=1.8m 纵向隔板间距 1m 则调节池的平面面积是S=== 40（m2） 取宽为 B=5（m），则长L===8（m） 纵向隔板间距为 1 m，所以隔板数为 4 取调节池超高为h=（m） 为适应水质的变化，设置沉渣斗，由于电镀废水的悬浮物较少，所以按长度方向设置沉渣斗一个，共两个沉渣斗，沉渣斗倾角为45。 第二节调节 发布时间：2005-6-12 一、调节的作用 工业企业由于生产工艺的原因，在不同工段、不同时间所排放的污水差别很大，尤其是操作不正常或设备产生泄漏时，污水的水质就会急剧恶化，水量也大大增加，往往会超出污水处理设备的正常处理能力；城市污水，尤其是学校、居民小区等人员集中的地方，由于用水量和排入污水中杂质的不均匀性，也会使得其污水流量或浓度在一昼夜内有较大的变化。这些问题都会给处理操作带来很大的麻烦，使污水处理设施难以维持正常操作。因此，对于特征上波动比较大的污水，有必要在污水进入处理主体之前，先将污水导入调节池进行均和调节处理，使其水量和水质都比较稳定，这样就可为后续的水处理系统提供一个稳定和优化的操作条件。 具体说来，调节的作用主要体现在以下几个方面： 1.提供对污水处理负荷的缓冲能力，防止处理系统负荷的急剧变化； 2.减少进入处理系统污水流量的波动，使处理污水时所用化学品的加料 第三章给水排水管道系统水力计算基础 本章内容： 1、水头损失计算 2、无压圆管的水力计算 3、水力等效简化 本章难点：无压圆管的水力计算 第一节基本概念 一、管道内水流特征 进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。 对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑 紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。 二、有压流与无压流 水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。 从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多 三、恒定流与非恒定流 给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。 四、均匀流与非均匀流 液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。 对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。 对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。 第6卷第3期 环境工程学报 Vol ．6，No ．32012年3月 Chinese Journal of Environmental Engineering Mar ．2012 2种人工湿地的水力停留时间及净化效果 靳同霞 1 张永静 1 王程丽 1 代克岩 1 郭萌 1 徐婷婷 1 马剑敏 1，2* (1．河南师范大学生命科学学院，新乡453007;2．河南省环境污染控制重点实验室，新乡453007) 摘要以复合垂直流人工湿地(IVCW )和水平潜流人工湿地(HSCW )为研究对象，研究了2种湿地运行的季节性最 佳水力停留时间(HRT )参数，并监测了2种湿地在最佳HRT 参数下运行时对污水的净化效果。结果显示:(1)在IVCW 中，最佳HRT 在春、秋季为8 10h ;夏季为6h ;冬季为12h 。在HSCW 中，最佳HRT 在春、秋季为10 12h ;夏季为6 8h ;冬季为24 36h 。(2)2种湿地对COD 的去除率均无显著的季节性差异;湿地进水中NH +4-N /TN 比值与TN 去除率显著 负相关;不同季节下IVCW 对TN 的去除效果均高于HSCW 。(3)水温对TN 、 TP 去除率的影响在IVCW 中比HSCW 中的明显;水温高时，2种湿地中的TN 去除率较高，IVCW 中的TP 去除率也较高，但HSCW 中的TP 去除率则较低，它们间均未达 到显著的相关性。 关键词 复合垂直流人工湿地 水平潜流人工湿地 水力停留时间 污水净化 中图分类号 X703 文献标识码 A 文章编号1673- 9108(2012)03-0883-08Hydraulic retention time and purification effect of two kinds of constructed wetlands Jin Tongxia 1 Zhang Yongjing 1 Wang Chengli 1 Dai Keyan 1 Guo Meng 1 Xu Tingting 1 Ma Jianmin 1， 2 (1．College of Life Sciences ，Henan Normal University ，Xinxiang 453007，China ;2．Henan Key Laboratory for Environmental Pollution Control ，Xinxiang 453007，China ) Abstract Two kinds of constructed wetlands were as the research objects ，integrated vertical flow construc-ted wetland (IVCW )and horizontal subsurface flow constructed wetland (HSCW )．The optimum hydraulic re-tention time (HRT )was studied in the two constructed wetlands in different seasons．The effects of wastewater purification were got when the two constructed wetlands were with the best HRT respectively．The results showed that :(1)The best HRT in IVCW was eight to ten hours in spring and autumn ，six hours in summer ，twelve hours in winter．The best HRT in HSCW was ten to twelve hours in spring and autumn ，six to eight hours in summer ，twenty four hours to thirty six hours in winter．(2)The removal efficiency of COD were no significant seasonal variations in the two kinds of constructed wetlands．Between the proportion of NH +4-N /TN (total nitro-gen )in the two wetlands ’influent sewerage and TN removal efficiency there was a significant negative correla-tion．TN removal efficiency in IVCW was higher than that in HSCW in four seasons．(3)The effects of water temperature on removal efficiency of TN and TP in IVCW were more obvious than those in HSCW．When the wa-ter temperature of the wetland was high ，the TN removal efficiency in the two wetlands and TP removal efficiency in the IVCW were high ，whereas the TP removal efficiency in the HSCW was low．There was not obvious correla-tion between the water temperature and the removal efficiency of TN or TP． Key words integrated vertical flow constructed wetland ;horizontal subsurface flow constructed wetland ;hydraulic retention time ;wastewater purification 基金项目:河南省教育厅科技攻关计划项目(2009A180010);河南省 科技攻关计划项目(0624440039);新乡市科技攻关计划项目(08S045) 收稿日期:2010－07－21;修订日期:2010－10－02 作者简介:靳同霞(1964 )，女，硕士，主要从事环境生物学方面的 研究工作。E-mail :569071823@qq．com *通讯联系人，E-mail :mjm6495@sina．com 水力停留时间(HRT )被认为是人工湿地污水处理系统中重要的设计参数之一 ［1，2］ ，对其深入研 究可以为人工湿地的高效运行提供有力保障。研究发现，适当的延长HRT 可以提高湿地系统中有机物 ［3］ 、含氮化合物［4，5］ 的去除率，选用不同的HRT 参数可直接影响人工湿地的运行效率。HRT 理论上可以利用平均流量、系统几何形状、操作水位和初 1．高压、中压燃气管道水力计算公式： Z T T d Q L P P 0 5 210 2 2 2 110 27.1ρ λ ?=- 式中：P 1 — 燃气管道起点的压力（绝对压力，kPa ）； P 2 — 燃气管道终点的压力（绝对压力，kPa ）； Q — 燃气管道的计算流量（m 3/h ）； L — 燃气管道的计算长度（km ）； d — 管道内径（mm ）； ρ — 燃气的密度（kg/m 3）；标准状态下天然气的密度一般取0.716 kg/m 3。 Ｚ — 压缩因子，燃气压力小于1.2MPa （表压）时取1； Ｔ — 设计中所采用的燃气温度（K ）； Ｔ0 — 273.15（K ）。 λ— 燃气管道的摩擦阻力系数； 其中燃气管道的摩擦阻力系数λ的计算公式： 25 .06811.0??? ? ??+ =e R d K λ K — 管道内表面的当量绝对粗糙度（mm ）；对于钢管，输送天然 气和液化石油气时取0.1mm ，输送人工煤气时取0.15mm 。 R e — 雷诺数（无量纲）。流体流动时的惯性力Fg 和粘性力(内摩擦 力)Fm 之比称为雷诺数。用符号Re 表示。层流状态，R e ≤ 2100；临界状态，R e =2100～3500；紊流状态，R e >3500。 在该公式中，燃气管道起点的压力1P ，燃气管道的计算长度L ，燃气密度ρ，燃气温度T ，压缩因子Z 为已知量，燃气管道终点的压力2P ，燃气管道的计算流量Q ，燃气管道内径d 为参量，知道其中任意两个，都可计算其中一个未知量。 如燃气管道终点的压力2P 的计算公式为： ZL T T d Q P P 0 5 210 2 1210 27.1ρ ?-= 某DN100中压输气管道长0.19km ，起点压力0.3MPa ，最大流量1060 m 3/h ，输气温度为20℃,应用此公式计算，管道末端压力2P =0.29MPa 。 1．厌氧生物处理的基本原理是什么？ 答：废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物 (包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。 2、厌氧发酵分为哪个阶段？为什么厌氧生物处理有中温消化和高温消化之分？污水的厌氧生物处理有什么优势，又有哪些不足之处？ 答：通常厌氧发酵分为三个阶段： 第一阶段为水解发酵阶段：复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解为简单的有机物。继而简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等。第二阶段为产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌把第一阶段中产生的中间产物转化为乙酸和氢，并有二氧化碳生成。第三阶段为产甲烷阶段：产甲烷菌把第一阶段和第二阶阶段产生的乙酸、氢气和二氧化碳等转化为甲烷。 厌氧生物处理可以在中温（35℃一38℃）进行（称中温消化），也可在高温（52℃一55℃）进行（称高温消化）。因为在厌氧生物处理过程中需考虑到各项因素对产甲烷菌的影响，因为产甲烷菌在两个温度段（即35℃一38℃和52℃一55℃）时，活性最高，处理的效果最好。 厌氧生物处理优势在于：应用范围广，能耗低，负荷高，剩余污泥量少，其浓缩性、脱水性良好，处理及处置简单。另外，氮、磷营养需要量较少，污泥可以长期贮存，厌氧反应器可间歇性或季节性运转。其不足之处：厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长；出水达不到要求，需进一步进行处理；处理系统操作控制因素较复杂；过程中产生的异味与气体对空气有一定影响。 3、影响厌氧生物处理的主要因素有哪些？提高厌氧处理的效能主要从哪些方面考虑？ 答：影响厌氧生物处理的主要因素有如下：pH、温度、生物固体停留时间、搅拌和混合、营养与C/N比、氧化还原电位、有机负荷、厌氧活性污泥、有毒物质等。 提高厌氧生物处理的效能可考虑：1 .pH维持在~之间, 2.温度可以维持在中温（35℃一38℃），也可以是高温（52℃一55℃） 3.保持较长的生物固体停留时间 4.系统内避免进行连续的剧烈搅拌 5.碳:氮:磷控制为200-300:5:1为宜。 6.需控制有毒物质的浓度，以防止有毒物质影响微生物的生存而使效果降低。 室内热水供暖系统的水力计算 本章重点 ? 热水供热系统水力计算基本原理。 ? 重力循环热水供热系统水力计算基本原理。 ? 机械循环热水供热系统水力计算基本原理。 本章难点 ? 水力计算方法。 ? 最不利循环。 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 一、热水供暖系统管路水力计算的基本公式 当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其与管壁间的摩擦，就要损失能量；而当流体流过管道的一些附件 ( 如阀门、弯头、三通、散热器等 ) 时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也要损失能量。前者称为沿程损失，后者称为局部损失。因此，热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示： Δ P ＝Δ P y + Δ P i ＝R l + Δ P i Pa 〔 4 — 1 〕 式中Δ P ——计算管段的压力损失， Pa ； Δ P y ——计算管段的沿程损失， Pa ； Δ P i ——计算管段的局部损失， Pa ； R ——每米管长的沿程损失， Pa ／ m ； l ——管段长度， m 。 在管路的水力计算中，通常把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。任何一个热水供暖系统的管路都是由许多串联或并联的计算管段组成的。 每米管长的沿程损失 ( 比摩阻 ) ，可用流体力学的达西．维斯巴赫公式进行计算 Pa/m （ 4 — 2 ） 式中一一管段的摩擦阻力系数； d ——管子内径， m ； ——热媒在管道内的流速， m ／ s ； 一热媒的密度， kg ／ m 3 。 在热水供暖系统中推荐使用的一些计算摩擦阻力系数值的公式如下： ( — ) 层流流动 当 Re ＜ 2320 时，可按下式计算； 教学基本内容： 讲授微生物反应器的操作方式，包括分批式操作、连续式操作、流加式操作。连续式操作的定义、数学模型，连续稳态操作条件，连续操作的优缺点，在生产上和科研中的应用；流加式操作的定义、数学模型，定流量流加、指数流加的概念，流加式操作的控制优化问题。分批式操作下微生物生长曲线。 5.1 微生物反应器操作基础 5.2连续式操作 5.3 流加式操作 5.4 分批式操作 授课重点： 1. 三种基本操作方式的比较。 2. 单级连续式操作的数学模型，连续稳态操作条件，冲出现象。 3. 连续操作的优缺点及在生产上和科研领域的应用。 4 流加式操作的数学模型，指数流加和定流量流加的概念。 5. 流加操作的控制与优化。 6. 分批式操作下微生物的生长曲线。 难点： 1. 连续式操作的数学模型。 2. 多级连续培养的数学模型。 3. 流加式操作的数学模型。 本章主要教学要求： 1. 理解微生物反应器操作方式的概念。注意连续式操作、流加式操作和分批式操作的区别。 2. 理解和掌握连续式操作的数学模型及连续稳态操作条件。 3. 理解指数流加和定流量流加的区别。 4. 了解连续式操作的优缺点和应用。 5. 了解流加式操作的优化和控制。 5.1微生物反应器操作基础 5.1.1 微生物反应器操作方式 分批式操作：是指基质一次性加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入，反应完成后将全部反应物料取出的操作方式。 连续式操作：是指分批操作进行到一定阶段，一方面将基质连续不断地加入反应器内，另一方面又把反应物料连续不断的取出，使反应条件不随时间变 化的操作方式。 流加式操作：是指先将一定量基质加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入反应器中，反应开始，反应过程中将特定的限制性基质按照一定要求 加入到反应器内，以控制限制性基质浓度保持一定，当反应终止时取 出反应物料的操作方式。 V V V 图5－3连续式操作 第四章微生物反应器操作习题答案 4．答：连续培养的稳定状态，是指菌体的生长与反应液的排放、基质的流加与反应消耗及 反应液排放、产物的生成与反应液排放达到了动态平衡，因此菌体浓度、基质浓度、产物浓 度保持恒定，即，并不一定是稳定状态。如菌体因生长环境不利出现了死亡时，也满足，但不能 说是稳定状态，此时是一种静止状态，而不是动态平衡。 5．解：诱导期结束时的菌体量： X = X0 + X AO □ X DO = X0 + f A X0 □ X DO = (1+ f A )X0-X DO 菌体在t l 时间后开始指数型繁殖，因此 边界条件： t = t l , X = (1+ f A )X0 □ X DO 积分，得 X = [(1+ f A )X0 □ X DO ]exp[μ (t □ t l )]，如图所示。 当f A = 0, X = (X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )] ； 当f A = 0.2, X = (1.2X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )] 当f A = 0.4, X = (1.4X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )] 当f A = 0.6, X = (1.6X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )] 当f A = 0.8, X = (1.8X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )] 6．答：设菌体生长比速为μ，菌体浓度为X，则菌体生长速率为μX。为保证菌体生长速率 不变，应采取指数流加方式，控制稀释率D = μ ，此时流加操作可达到拟稳态， 菌体生长速率DX = uX 。 7．答：微生物的生长可用莫诺方程表达，即 分批培养中菌体生长速率 连续培养中菌体生长速率： 调节池容积： 1.小时流量*日最大变化系数（）*停留时间 2.水量的30-40%，最多40-50% =QT 调节池的计算[2] 3.3.1体积计算 由于啤酒厂工人为四班轮班制，则取一天中6小时为一个周期，那么调节池容积为： （3-9） 选择长方体：高h=3m，长a=50m，宽b=25m SS去除率为30﹪，则出水SS浓度为： 取超高0.4m，则总高H=3.4m。 污泥量的计算 产生的干污泥量为: （3-10） 其中：S0—进水SS浓度 S—出水SS浓度 E—SS去除率 产泥体积，含水率为97﹪ （3-11）排泥系统 沿池宽方向设置泥斗，污泥斗为长四棱台形，斗壁倾角为45°。上部方形面积为 ,底部方形面积为 ,高为2m， , 泥斗容积 工业废水调节池的设计计算 工业废水其水质水量随时变化，波动较大，废水水质水量的变化对排水及废水处理设备，特别是对净化设备正常发挥其净化功能是不利的，甚至有可能损坏设备，为解决这一矛盾，废水处理前一般要设调节池，以调节水量和水质。 设备类型：对角线出水调节池 优点：出水槽沿对角线方向设置，同一时间流入池内的废水，由池的左、右两侧经过不同时间流到出水槽，达到自动调节的目的。 数量：一座 池子构筑材料：钢筋混凝土 参数计算： 废水在池内一般停留3—4小时 1．池子的实际容积 设废水在池内停留时间为 T=4小时 根据流量 Q T=4小时=300m3/d T=4小时 则池内废水量Q1=Q/24×T=300/24×4=50 （m3） 得出池的有效容积为 50 m3 设计用调节池的实际容积为V=有效=×50=70 m3 取 V有效=72 m3 2．取池子的有效水深为h1=1.8m 纵向隔板间距 1m 则调节池的平面面积是S= = = 40（m2） 取宽为 B=5（m），则长L===8（m） 纵向隔板间距为 1 m，所以隔板数为 4 取调节池超高为h=（m） 为适应水质的变化，设置沉渣斗，由于电镀废水的悬浮物较少，所以按长度方向设置沉渣斗一个，共两个沉渣斗，沉渣斗倾角为45。 第二节调节 发布时间：2005-6-12 一、调节的作用 工业企业由于生产工艺的原因，在不同工段、不同时间所排放的污水差别很大，尤其是操作不正常或设备产生泄漏时，污水的水质就会急剧恶化，水量也大大增加，往往会超出污水处理设备的正常处理能力；城市污水，尤其是学校、居民小区等人员集中的地方，由于用水量和排入污水中杂质的不均匀性，也会使得其污水流量或浓度在一昼夜内有较大的变化。这些问题都会给处理操作带来很大的麻烦，使污水处理设施难以维持正常操作。因此，对于特征上波动比较大的污水，有必要在污水进入处理主体之前，先将污水导入调节池进行均和调节处理，使其水量和水质都比较稳定，这样就可为后续的水处理系统提供一个稳定和优化的操作条件。 流量与管径、压力、流速的一般关系 一般工程上计算时，水管路，压力常见为0.1--0.6MPa，水在水管中流速在1--3米/秒，常取1.5米/秒。 流量=管截面积X流速=0.002827X管内径的平方X流速(立方米/小时)。 其中，管内径单位：mm ，流速单位：米/秒，饱和蒸汽的公式与水相同，只是流速一般取20--40米/秒。 水头损失计算Chezy 公式 这里： Q ——断面水流量（m3/s） C ——Chezy糙率系数（m1/2/s） A ——断面面积（m2） R ——水力半径（m） S ——水力坡度（m/m） 根据需要也可以变换为其它表示方法: Darcy-Weisbach公式 由于 这里： h f——沿程水头损失（mm3/s） f ——Darcy-Weisbach水头损失系数（无量纲） l ——管道长度（m） d ——管道内径（mm） v ——管道流速（m/s） g ——重力加速度（m/s2） 水力计算是输配水管道设计的核心，其实质就是在保证用户水量、水压安全的条件下，通过水力计算优化设计方案，选择合适的管材和确经济管径。输配水管道水力计算包含沿程水头损失和局部水头损失，而局部水头损失一般仅为沿程水头损失的5~10%，因此本文主要研究、探讨管道沿程水头损失的计算方法。 1.1 管道常用沿程水头损失计算公式及适用条件 管道沿程水头损失是水流摩阻做功消耗的能量，不同的水流流态，遵循不同的规律，计算方法也不一样。输配水管道水流流态都处在紊流区，紊流区水流的阻力是水的粘滞力及水流速度与压强脉动的结果。紊流又根据阻力特征划分为水力光滑区、过渡区、粗糙区。管道沿程水头损失计算公式都有适用范围和条件，一般都以水流阻力特征区划分。 水流阻力特征区的判别方法，工程设计宜采用数值做 第十五章污水的厌氧生物处理 1．厌氧生物处理的基本原理是什么？ 答：废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。 2、厌氧发酵分为哪个阶段？为什么厌氧生物处理有中温消化和高温消化之分？污水的厌氧生物处理有什么优势，又有哪些不足之处？ 答：通常厌氧发酵分为三个阶段： 第一阶段为水解发酵阶段：复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解为简单的有机物。继而简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等。第二阶段为产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌把第一阶段中产生的中间产物转化为乙酸和氢，并有二氧化碳生成。第三阶段为产甲烷阶段：产甲烷菌把第一阶段和第二阶阶段产生的乙酸、氢气和二氧化碳等转化为甲烷。 厌氧生物处理可以在中温（35℃一38℃）进行（称中温消化），也可在高温（52℃一55℃）进行（称高温消化）。因为在厌氧生物处理过程中需考虑到各项因素对产甲烷菌的影响，因为产甲烷菌在两个温度段（即35℃一38℃和52℃一55℃）时，活性最高，处理的效果最好。 厌氧生物处理优势在于：应用范围广，能耗低，负荷高，剩余污泥量少，其浓缩性、脱水性良好，处理及处置简单。另外，氮、磷营养需要量较少，污泥可以长期贮存，厌氧反应器可间歇性或季节性运转。其不足之处：厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长；出水达不到要求，需进一步进行处理；处理系统操作控制因素较复杂；过程中产生的异味与气体对空气有一定影响。 3、影响厌氧生物处理的主要因素有哪些？提高厌氧处理的效能主要从哪些方面考虑？ 答：影响厌氧生物处理的主要因素有如下：pH、温度、生物固体停留时间、搅拌和混合、营养与C/N比、氧化还原电位、有机负荷、厌氧活性污泥、有毒物质等。 提高厌氧生物处理的效能可考虑：1 .pH维持在6.8~7.2之间, 2.温度可以维持在中温（35℃一38℃），也可以是高温（52℃一55℃） 3.保持较长的生物固体停留时间 4.系统内避免 水力停留时间对脱氮除磷工艺的效能的影响 姓名：孙辉学号：15S127189 摘要：为遏制水体富营养化的恶化，氮、磷的排放标准日趋严格，而应用生物脱氮除磷能有效地去除水体中的氮、磷，因此，生物脱氮除磷工艺广泛应用于污水处理厂中。但是，传统的生物脱氮除磷技术（如A2/O工艺、UCT工艺等）效率低下, 导致氮、磷去除率不达标，这是造成水体的富营养化的原因之一。目前，研究者们通过对生物脱氮除磷机理更深入的研究，开发出新的生物脱氮除磷工艺，如反硝化除磷、同时硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等工艺，能有效克服传统工艺的不足。水力停留时间(HRT)是制约生物脱氮除磷工艺的关键因素，直接影响系统的脱氮除磷效率。本文主要介绍了不同HRT对工艺有机物的去除率、脱氮效能及除磷效能的影响。 关键词：生物脱氮除磷工艺HRT 有机物转化脱氮效能除磷效能 1前言 近年来，随着污水排放量的增加，化肥、合成洗涤剂及农药的广泛使用，水体中的营养物质浓度不断升高，由氮磷污染物引发的水体富营养化现象已经对水体安全造成严重的威胁[1-2]，而且新的污水处理排放标准对氮磷等营养元素的控制要求越来越严格，因此一些新的脱氮除磷工艺被不断开发出来，如如反硝化除磷、同时硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等工艺，生物脱氮除磷工艺得到广泛的应用[3-4]。制约生物脱氮处理工艺的因素有很多，如pH、温度、HRT、DO等，其中HRT是关键因素之一，本文主要介绍了不同HRT 对不同生物脱氮除磷工艺（如A2/O工艺、SBR工艺、厌氧氨氧化工艺等）的COD去除率、脱氮效能及除磷效能的影响。 2基本原理 污水生物脱氮的基本原理就是在将有机氮转化为氨态氮的基础上，利用硝化菌和反硝化菌的作用，在好氧条件下将氨氮通过反硝化作用转化为亚硝态氮、硝态氮。在缺氧条件下通过反硝化作用将硝氮转化为氮气，达到从废水中脱氮的目的。废水中氮的去除还包括靠微生物的同化作用将氮转化为细胞原生质成分。主要过程如下：氨化作用是有机氮在氨化菌的作用下转化为氨氮。硝化作用是在硝化菌的作用下进一步转化为硝酸盐氮。其中亚硝酸菌和硝酸菌为好氧自养菌，以无机碳化合物为碳源，从NH4+或NO2-的氧化反应中获取能量[5]。污水中磷的去除主要由聚磷菌等微生物来完成：在好氧条件下，聚磷菌不断摄取并氧化分解有机物，产生的能量一部分用于磷的吸收和聚磷的合成，一部分则使ADP与H3PO4结合，转化为ATP而储存起来。细菌以聚磷(一种高能无机化合物)的形式在细胞中储存磷，其能量可以超过生长所需，这一过程称为聚磷菌磷的摄取。处理过程中，通过从系统中排除高磷污泥以达到去除磷的目的[6]。在厌氧和无氮氧化物存在的条件下，聚磷菌体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量，形成ADP，这一过程为聚磷菌磷的释放。 在生物处理工艺中，水力停留时间（hydraulic retention time，HRT）是一个非常重要的参数，不同的HRT直接影响微生物与基质底物的接触时间以及传质过程，进而影响工艺对污水的处理效能，停留时间过短，反应器内不能保持足够的生物量，影响反应器的运行稳定性和处理效果；而停留时间过长，会使反应器处理能力过剩，造成浪费。而且，它不仅影响整个系统的处理效能，还直接决定了反应器容积的大小，从而影响了系统的基建费用[7]。因此，确定合理的HRT对于保证系统的处理效能及节省工程投资都具有十分重要的意义。 3不同HRT对COD去除率的影响 丛岩等[8]通过对UAFB-EGSB反应器的研究指出，在HRT为6h条件下，进水COD为408.4mg/L，出水COD可以稳定在50mg/L以下，随着HRT的缩短，UAFB出水的COD浓度有增大的趋势。观察工艺后段EGSB反应器的出水变化可以看出，HRT越小，EGSB消耗 输水管道水力计算公式 1．常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式： g d v l h f 22 **=λ （1） 谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2） 海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式： 87 .4852.1852.167.10d C l Q h h f ***= （3） 式中 h f -----------沿程损失，m λ----------沿程阻力系数 l -----------管段长度，m d-----------管道计算内径，m g-----------重力加速度，m/s 2 C-----------谢才系数 i------------水力坡降； R-----------水力半径，m Q-----------管道流量m/s 2 v------------流速 m/s C n -----------海澄―威廉系数 其中达西公式、谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中 ，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐 采用的水力计算公式也有所差异，见表1： 表1 各规范推荐采用的水力计算公式 3．1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计算得出。舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。 舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m 2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用较广. 柯列勃洛可公式)Re 51.27.3lg(21 λ λ+?*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式，该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合，适用范围为4000 长距离输水管道水力计算公式的选用 1． 常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式： g d v l h f 22 **=λ （1） 谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2） 海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式： 87 .4852 .1852.167.10d C l Q h h f ***= （3） 式中h f ------------沿程损失，m λ―――沿程阻力系数 l ――管段长度，m d-----管道计算内径，m g----重力加速度，m/s 2 C----谢才系数 i----水力坡降； R ―――水力半径，m Q ―――管道流量m/s 2 v----流速 m/s C n ----海澄――威廉系数 其中大西公式，谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力计算公式也有所差异，见表1： 表1 各规范推荐采用的水力计算公式 4． 公式的适用范围： 3．1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ）公式均是 针对工业管道条件计算λ值的着名经验公式。 舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m 2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用教广. 柯列勃洛可公式 )Re 51 .27.3lg( 21 λ λ +?*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式,该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合,适用范围为4000 调节池的水力停留时间：经验值4-12h，一般取8（连续进水取4，间断取12）调节池容积： 1.小时流量*日最大变化系数（1.4）*停留时间 2.水量的30-40%，最多40-50% 3.V=QT 3.3调节池的计算[2] 3.3.1体积计算 由于啤酒厂工人为四班轮班制，则取一天中6小时为一个周期，那么调节池容积为： （3-9） 选择长方体：高h=3m，长a=50m，宽b=25m SS去除率为30﹪，则出水SS浓度为： 取超高0.4m，则总高H=3.4m。 3.3.2污泥量的计算 产生的干污泥量为: （3-10） 其中：S0—进水SS浓度 S—出水SS浓度 word 编辑版． E—SS去除率 产泥体积，含水率为97﹪ （3-11） 3.3.3排泥系统 沿池宽方向设置泥斗，污泥斗为长四棱台形，斗壁倾角为45°。上 部方形面积为,底部方形面积为,高为2m，, 泥斗容积 工业废水调节池的设计计算 工业废水其水质水量随时变化，波动较大，废水水质水量的变化对排水及废水处理设备，特别是对净化设备正常发挥其净化功能是不利的，甚至有可能损坏设备，为解决这一矛盾，废水处理前一般要设调节池，以调节水量和水质。 设备类型：对角线出水调节池 优点：出水槽沿对角线方向设置，同一时间流入池内的废水，由池的左、右两侧经过不同时间流到出水槽，达到自动调节的目的。 数量：一座 池子构筑材料：钢筋混凝土 参数计算： 废水在池内一般停留3—4小时 word 编辑版． 1．池子的实际容积 设废水在池内停留时间为T=4小时 根据流量Q T=4小时=300m3/d T=4小时 则池内废水量Q1=Q/24×T=300/24×4=50 （m3） 得出池的有效容积为50 m3 设计用调节池的实际容积为V=1.4V有效=1.4×50=70 m3 取V有效=72 m3 2．取池子的有效水深为h1=1.8m 纵向隔板间距1m 则调节池的平面面积是S= = = 40（m2） 取宽为B=5（m），则长L===8（m） 纵向隔板间距为1 m，所以隔板数为4 取调节池超高为h=0.3（m） 为适应水质的变化，设置沉渣斗，由于电镀废水的悬浮物较少，所以按长度方向设置沉渣斗一个，共两个沉渣斗，沉渣斗倾角为45。 第二节调节 发布时间：2005-6-12 一、调节的作用 工业企业由于生产工艺的原因，在不同工段、不同时间所排放的污水差别很大，尤其是操作不正常或设备产生泄漏时，污水的水质就会急剧恶化，水量也大大增加，往往会超出污水处理设备的正常处理能力；城市污水，尤其是学校、居民小区等人员集中的地方，由于用水量和排入污水中杂质的不均 匀性，也会使得其污水流量或浓度在一昼夜内有较大的变化。这些问题都会给处理操作带来很大的麻烦，使污水处理设施难以维持正常操作。因此，对于特征上波动比较大的污水，有必要在污水进入处理主体之前，先将污水导word 编辑版． 入调节池进行均和调节处理，使其水量和水质都比较稳定，这样就可为后续的水处理系统提供一个稳定和优化的操作条件。第四章 微生物反应器操作习题
调节池的水力停留时间
第三章给水排水管道系统水力计算础
2种人工湿地的水力停留时间及净化效果
燃气管道水力计算
水污染控制工程第15章答案
(完整版)水力计算
5微生物反应器操作
第四章 微生物反应器操作习题答案
调节池的水力停留时间
流量与管径、力、流速之间关系计算公式
水污染控制工程第15章答案
水力停留时间对脱氮除磷工艺的效能的影响
输水管道水力计算公式
水力计算公式选用
调节池的水力停留时间
相关主题
文本预览