废水处理微生物基础水的生物化学处理方法PPT课件

1、生物化学处理原理生物化学处理原理污染物污染物水体的自净作用稀释水解光解氧化微生物的降解净化主要作用O2第1页/共124页废水生物处理的目的和重要性 废水生物处理的主要目的有以下3点： 絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物； 稳定和去除废水中的有机物； 去除营养元素氮和磷。 废水生物处理的重要性 第2页/共124页生物处理在废水处理中的地位颗粒状有机物(1 m)胶体状有机物(1nm100nm)溶解性有机物(1nm)沉淀过滤分离法机械分离去除效率低分子状态存在于水中氧化法（生物法氧化法（生物法)处理的主要对象处理的主要对象氧化：化学氧化和生物氧化第3页/共124页生物化学处理工艺自然过程及其

2、强化应用面广阔应用面广阔城市污水城市污水6060以上以上世界上世界上9090生活污水用生物处理生活污水用生物处理大多数工业废水大多数工业废水废水中氮的去除废水中氮的去除第4页/共124页我国水体中有机物污染状况 1、我国水环境污染特点 废水排放量巨大； 我国水环境中量大面广的污染物是有机物； N、P的污染也日益严重x地表水：地表水： 全国全国532532条河流中条河流中80%80%以上已受严以上已受严重污染重污染 “ “三河三河”： 即海河、即海河、 淮河、辽河；淮河、辽河；“三三湖湖”：即太湖、巢湖、滇池：即太湖、巢湖、滇池x近海海域：近海海域： 赤潮逐年增多赤潮逐年增多x地下水：地下水：第

3、5页/共124页2、水环境中有机污染的主要来源 生活污水：COD = 400500mg/l，BOD5 = 200300mg/l； 工业废水：主要有石油化工、轻工、食品等行业，如：啤酒废水：820m3废水/m3酒，COD = 20003500mg/l；酒精废水：1215 m3废水/m3酒，COD = 36 万mg/l；味精废水：2535 m3废水/吨味精，COD = 610 万mg/l；造纸黑液：120600 m3废水/吨纸浆，COD = 1015万mg/l3、水处理概况第6页/共124页有毒 直接危害水生生物及人类慢性中毒 直接危害水生生物及人类三致 致癌、致畸、致突变等，严重危害人类的健康危

4、害有机物污染的危害消耗水中的溶解氧DO 水生生物受害 水质变差无毒的有机物有毒的有机物污水的危害第7页/共124页污水的来源及危害危害有机物污染的危害有机污染的三个层次影响观感、灌溉、农渔业生产影响观感、灌溉、农渔业生产污染水源地，造成生活用水危机污染水源地，造成生活用水危机地下水水质也会受到影响地下水水质也会受到影响第8页/共124页生活污水：家庭生活污水 医院污水（经过消毒处理后） 公共设施污水（如电影院、办公楼、餐厅等）工业废水经过一定预处理之后初雨径流当排水系统为合流制时其它废水生化处理理论基础城市污水的定义城市污水的定义城市污水一般是指通过城市下水道收集到的所有污水城市污水的组成城市

5、污水的组成第9页/共124页我国城市污水处理的发展及现状始于二十世纪始于二十世纪7070年代年代利用郊区的坑塘洼地、废河道、沼泽地等稍加整修或围堤筑坝，建成稳定塘，对城市污水进行净化处理在全国已建成各种类型的稳定塘有38座，日处理城市污水约173万m3。其中生活污水量占一半，其余包括石油、化工、造纸、印染等多种工业废水。8080年代，日益重视，有了较快发展年代，日益重视，有了较快发展国家适时调整政策，推动了一大批城市污水处理设施的兴建。我国第一座大型城市污水处理厂天津市纪庄子污水处理厂于1982年破土动工，1984年4月28日竣工投产运行，处理规模为26万m3/d。在此成功经验的带动下，北京、

6、上海、广东、广西、陕西、山西、河北、江苏、浙江、湖北、湖南等省市根据各自的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂几十座。第10页/共124页“八五八五”期间，发展高潮时期间，发展高潮时期期l排水系统配套：到1995年，我国城市排水系统排水管道长度约为110062km，按服务面积计算，城市排水管网普及率为64.8%。l处理厂建设 ：城市污水处理厂169座(其中二级生化处理厂116座)，日处理污水479万m3，处理率8.69%。与1990年相比，城市污水处理厂增加89座(其中有北京高碑店、天津东郊、石家庄桥西、广州大坦沙、无锡芦村、济南等大中型城市污水处理厂)，平均每年建污水处理厂17座。 u国家

7、给予相应资金和技术上的支持。19961999年竣工投入运行的城市污水处理项目有22个，投资亿元，日处理规模万m3；在建项目109个，计划投资亿元，日处理规模万m3。 u据统计，到2000年底，全国已建设城市污水处理厂427座，其中二级处理厂282座，二级处理率约为15%。2000年用于城市污水处理工程建设的总投资约为150亿元。但目前绝大多数小城镇尚未建污水处理设施。“九五九五”期间，期间， “ “三河三河” ” 、“三湖三湖”、 “ “环渤海环渤海” ” 水水污染治理污染治理第11页/共124页发展规划根据我国国民经济发展计划和水污染防治规划中城市污水处理规划要求：到2010年，我国城市化率

8、将达40，城镇人口总量将从现在的亿增加到亿，城镇需水量将从目前的858亿m3增加到1290亿m3。污水处理率建制镇不低于50，设市城市不低于60，重点城市不低于70。“十五十五”期间，期间，“三河三湖三河三湖”流域规划新建城市污水处理工程流域规划新建城市污水处理工程城市污水处理系统的规划在我国正受到越来越多的重视。规划目标主要包括：水源保护目标水环境质量控制目标污水再生利用目标第12页/共124页废水处理程度的分级 1、一级处理：去除效果：BOD 30%, SS 50%；主要功能： 去除颗粒状有机物，减轻后续生物处理的负担； 调节水量、水质、水温等，有利于后续的生物处理。主要方法：物化法，如：

9、沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等2、二级处理：去除效果：BOD 8590%，SS 90%；主要功能：大量去除胶体状和溶解状有机物，保证出水达标排放；主要方法：各种形式的生物处理工艺3、三级处理：主要目的： 去除二级处理出水中残存的SS、有机物，或脱色、杀菌， 脱氮、除磷防止水体富营养化；方法：主要方法： 物化法超滤、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等； 生物法生物法脱氮除磷，等第13页/共124页废水生物处理工艺的分类 一、人工强化废水处理系统 主要包括好氧生物处理工艺和厌氧生物处理工艺，将是本课程重点介绍内容。二、天然废水生物处理系统 主要包括生物稳定塘系统和土地处理系统

10、，其中生物稳定塘系统是在河流自净功能的基础上发展起来的；而土地处理系统则是在污水的土地灌溉技术的基础上发展起来的。第14页/共124页生物处理法分类生物处理法天然生物处理人工生物处理生物稳定塘土地处理系统好氧生物处理厌氧生物处理活性污泥法生物膜法传统厌氧消化现代高速厌氧反应器第15页/共124页废水生物处理中的微生物 细菌 单细胞原生生物，以可溶性有机物为食。 包括真细菌(eubacteria)和古细菌(archaebacteria) 是废水生物处理工程中最主要的微生物；根据需氧情况不同： 好氧细菌、兼性细菌和厌氧细菌；根据能源碳源利用情况的不同： 光合细菌光能自养菌、光能异养菌； 非光合细菌

11、化能自养菌、化能异养菌根据生长温度的不同： 低温菌、常温菌、中温菌和高温菌一、微生物及其特性（一）微生物的分类第16页/共124页真菌主要特点： 能在低温和低pH值的条件生长； 在生长过程中对氮的要求较低（是一般细菌的1/2）； 能降解纤维素。真菌在废水处理中的应用： 处理某些特殊工业废水； 固体废弃物的堆肥处理原生动物和后生动物第17页/共124页微生物与微生物反应（二）微生物的特性1菌体成分（水分含量、元素组成）2细菌细胞的物理性质（大小与大小分布、密度）3微生物培养液的性质 第18页/共124页二、微生物反应及其在污染防治中的利用（一）微生物反应的特点 复杂反应体系基质、营养物、活细胞、

12、非活性细胞、分泌产物等。参与微生物反应的主要组分微生物反应的总反应式（概括式）碳源氮源其它营养物质氧细胞代谢产物CO2H2O 第19页/共124页微生物代谢过程简介 微生物代谢的基本要素能源、碳源、营养元素（无机营养物和有机营养物） 有机物微生物新的细胞物质CO2、H2O生物残渣内源呼吸分解合成第20页/共124页生物处理涉及的微生物代谢过程 化能异养型代谢：在废水生物处理中最主要的代谢形式，主要用于对废水中有机物的去除，包括主要的好氧细菌和厌氧细菌； 化能自养型代谢：也是废水生物处理中常见的一种代谢形式，主要包括硝化细菌（将氨氮氧化为亚硝酸盐，或进一步氧化为硝酸盐）、氢细菌（对其的应用还处在

13、研究阶段）、铁细菌等； 光合异养型代谢：利用光合细菌以高浓度有机废水为基质生产菌体蛋白； 光合自养型代谢：在废水生物处理中少有应用。第21页/共124页第1章绪论基质利用细胞生长细胞死亡/溶化产物生成。 微生物反应的类型类似于化学反应中的自催化反应第一类产物：基质水平磷酸化产生的产物( (如乙醇、乳酸，柠檬酸) )。第二类产物：由合成代谢生成较复杂的物质（如胞外酶、多糖、抗生素、激素、维生素、生物碱等）第三类产物：一般指在碳源过量、氮源等受到限制的条件下产生的一类物质（蓄能化合物，如多糖、储存于细胞内的糖原、脂肪等。) ) 底物内部分子能量重排，并底物内部分子能量重排，并且伴有且伴有ADPAD

14、P转化为转化为ATPATP的作用，的作用，它与呼吸链的电子传导无关它与呼吸链的电子传导无关。第22页/共124页第1章绪论基质分解所产生的能量及其消耗途径维持能（不用于细胞合成以及第二和第三类产物的生成）合成反应维持细胞的活性保持细胞内外的浓度梯度用于细胞内各类转化反应ATP热能（释放到环境）第23页/共124页第1章绪论（二）微生物反应的影响因素微生物的种类基质的种类和浓度( (注意抑制作用) )环境条件共存物质（注意刺激效应、抑制作用）第24页/共124页第1章绪论（三）微生物反应在环境领域中的应用 污染水体、土壤的修复 城市污水及工业废水的生物处理 有机废气、挥发性有机物(VOC)(VO

15、C)及还原性无机气体的生物处理 有机废弃物的堆肥处理工业微生物反应与环境微生物反应器的不同目的、微生物种类、规模污染物的生物分解与转化第25页/共124页微生物反应的计量关系一、微生物反应综合方程（一）微生物浓度的表达方式活性污泥： C5H7O2NC60H87O23N12PC118H170O51N17PC7H10O3N大肠杆菌: : CH8ON在一定条件下，同一类微生物的细胞元素组成可以视为相对稳定。（二）微生物细胞的组成式一般用重量浓度表示：单位体积培养液中所含细胞的干燥重量来表示（g gdry cell/Ldry cell/L）。第26页/共124页好氧微生物反应：CHmOna NH3bO

16、2 = Yx/cCHxOyNzYp/cCHuOvNw（1-Yx/c-Yp/c）CO2cH2Oa=zYx/c+wYp/cb=(1-Yx/c-Yp/c+m/4-n/2)+(Yp/c/4)(-u+2v+3w)+(Yx/c/4)(-x+2y+3z) c=m/2+( Yp/c/2)(-u+3w)+ (Yx/c/2)(-x+3z) S SY Yx xX XY Yp pP P （三）微生物反应的综合计量式产物产率系数（product yieldproduct yield）。细胞产率系数（cell yieldcell yield）第27页/共124页计量学限制性物质：细胞生长过程中首先完全消耗掉的物质生长速率

17、限制性基质：在一定的环境条件下，向反应系统中加入某一基质，能使微生物生长速率增加，则该基质被称生长速率限制性基质。 （富营养化湖泊的营养限制因子）第28页/共124页反应系统中细胞的生长量（细胞干燥重量）与反应消耗掉的基质的重量之比( (单位：g-dry cell formed/g-g-dry cell formed/g-substrate consumed) substrate consumed) 二、细胞产率系数（一）以基质重量为基准的细胞产率系数Yx/sSX/反应消耗的基质量细胞的生长量sxYY Yx/sx/s值的大小：可能小于1 1，也可能大于1 1第29页/共124页表 细菌的细胞产

18、率系数微生物基质Y x/s gg-1S a c c h a ro m y c e s cereviside葡萄糖（好氧）0.53S a c c h a ro m y c e s cereviside葡萄糖（厌氧）0.14Aerobacter aerogenes葡萄糖（好氧）0.40Aerobacter aerogenes乳酸0.18Aerobacter aerogenes丙酮酸0.20Escherichia ColiNH4+3.5Candida utilisNH4+1022第30页/共124页间歇培养过程中的细胞产率总细胞数培养时间细胞个数ttsxSSXXY00/总产率系数（overall c

19、ell yield）dSdXYsx/微分产率系数（differental cell yielddifferental cell yield）第31页/共124页（二）以碳元素为基准的细胞产率系数（二）以碳元素为基准的细胞产率系数ssxscxYYx/x/SX碳源的含碳率碳源消耗量细胞的含碳率细胞生长量Yx/c值的大小：只能小于1，一般在之间。（三）以氧消耗量为基准的细胞产率系数2/OXYox第32页/共124页好氧微生物对有机物氧化分解过程有机物的降解速率，微生物的存在方式、增殖规律，溶解氧的提供方式是好氧生物处理工艺的关键第三节第三节 废水的好氧生物处理废水的好氧生物处理可代谢有机物、微生物、

20、02无机物（CO2, NH3, H2O）合成细胞物质能量无机物残留物分解代谢合成代谢内源呼吸内源呼吸02能量1/32/380%20%第33页/共124页 废水的好氧生物处理方法根据生物反应器中微生物存在状态(悬浮，附着)可将污水生物处理技术分为活性污泥法(悬浮的有活性的生物絮体)和生物膜法(附着的有活性的生物膜)，及后来的复合式(悬浮，附着)生物处理、技术。 活性污泥法（Activated Sludge Process） 生物膜法（Biofilm）第34页/共124页活性污泥基本概念和原理1912年英国人Clark and Cage发现对废水长时间曝气会产生污泥并使水质明显改善，其 后Arde

21、n and Lackett研究发现由于实验容器洗不干净，瓶壁留下残渣反而使处理效果提高，从而发现活性微生物菌胶团，定名为活性污泥。 1916年英国建成第一座污水处 理厂，下图为活性污泥处理工艺基本流程。 第35页/共124页 目前，活性污泥法是生活污水、城市污水以及有机性工业废水处理中最常用的工艺1.1 活性污泥法的理论基础 1.1.1 基本概念与流程 活性污泥 污水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧菌为主体 的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是 活性污泥。活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物所组成的活性 微生物为主体，此外还有一些无机物，未被微生物分解的有机物和

22、 微生物自身代谢的残留物。第36页/共124页活性污泥的形态和组成 形态 多为黄色或褐色絮体，含水率超过99 ，比表面积大。 组成 活性污泥由四部分组成（1） Ma活性污泥微生物；（2） Me活性污泥代谢产物；（3） Mi活性污泥吸附的难降解惰性有机物；（4） Mii活性污泥吸附的无机物。 微生物组成 细菌（9095，甚至100）、真菌、原生动物、后生动物第37页/共124页1.1.3 活性污泥微生物的作用活性污泥中的有机物、细菌、原生动物与后生动物组成了小型的相对活性污泥中的有机物、细菌、原生动物与后生动物组成了小型的相对稳定的生态系统和食物链。稳定的生态系统和食物链。活性污泥中的细菌以异养

23、型细菌为主。活性污泥中的细菌以异养型细菌为主。菌胶团细菌菌胶团细菌构成活性污泥絮凝体的主要成分，有很强的吸附、氧构成活性污泥絮凝体的主要成分，有很强的吸附、氧化分解有机物能力。也可防止被微型动物所吞噬，并在一定程度上可化分解有机物能力。也可防止被微型动物所吞噬，并在一定程度上可免受毒物的影响，沉降性好。免受毒物的影响，沉降性好。丝状菌丝状菌 形成活性污泥的骨架，增强沉降性，保持高的净化效率，形成活性污泥的骨架，增强沉降性，保持高的净化效率，但是大量会引起污泥膨胀。但是大量会引起污泥膨胀。净化污水的第一承担者净化污水的第一承担者细菌细菌净化污水的第二承担者净化污水的第二承担者原生动物原生动物指示

24、性动物指示性动物原生动物，通过显微镜镜检是对活性污泥质量评价的原生动物，通过显微镜镜检是对活性污泥质量评价的重要手段之一重要手段之一第38页/共124页 活性污泥法 以活性污泥为主体的污水生物处理技术 活性污泥法来源 河流自净启示人工强化第39页/共124页基本流程 污水格栅泵间沉砂池初沉池活性污泥曝气池二沉池消毒1.曝气池：微生物降解有机 物的反应场所2.二沉池：泥水分离3.污泥回流：确保曝气池内 生物量稳定4.曝气：为微生物提供溶解 氧，同时起到搅拌 混合的作用。曝气系统与空气扩散装置活性污泥反应器来自空压机的空气剩余污泥污泥井混合液回流污泥系统二沉池处理水进水第40页/共124页1.1.

25、污水中有足够的可溶解性易降解有机物污水中有足够的可溶解性易降解有机物2.2.混合液中含有足够的溶解氧混合液中含有足够的溶解氧3.3.没有对微生物有毒害作用的物质进入没有对微生物有毒害作用的物质进入4.4.活性污泥再曝气池中呈悬浮状态活性污泥再曝气池中呈悬浮状态5.5.活性污泥连续回流活性污泥连续回流6.6.及时排除剩余污泥及时排除剩余污泥有效运行的基本条件第41页/共124页活性污泥法基本特征 生物絮体为反应主体生物絮体为反应主体 曝气设备提供氧源曝气设备提供氧源 混合搅拌加速反应混合搅拌加速反应 沉淀降低固体含量沉淀降低固体含量 回流生物絮体再利用回流生物絮体再利用第42页/共124页 活性

26、污泥微生物的增殖曲线 1.在温度适宜，溶解氧充足、营养物 质一次充分投加，微生物种群随时间以量表示增殖和衰减动态。 2.在这样的环境下，不存在抑制物质的条件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取决于有机物(F)与微生物量(M)的比值，它也是有机物降解速率、氧利用速率和活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影响因素活性污泥微生物的增殖规律第43页/共124页1.1.适应期: 在未充分适应基质条件时，开始 会经历一个适应、迟缓期或调整期。 长短取决于污水的主要成分和微生 物对它的适应。 2.2.对数增长期: F/M较大，营养充分，氧利用最大，微 生物增殖速率和有机物降解速率最大。 污泥活动力强，污泥松散，不易

27、沉降(利 用有机物不足) 活性污泥增长曲线的四个阶段第44页/共124页3.减速期 F/M减小，有机物量成为增殖的限 制因素，微生物增殖速率和有机物降 解速率下降，污泥沉降性好，出水效 果好。4.衰减期 F/M最小，(内源呼吸期)微生物活 动能力低，絮凝体，沉降性好，此时 污泥量出现下降，出水水质较好。第45页/共124页在活性污泥混合液中，如果营养与污泥之间的比值（常用F/M表 示）高，F/M大于，微生物处于对数增长期，能量水平高，污泥凝聚性能差； F/M小于，营养与污泥微生物比值下降，致使微生物增长处于增长率缓慢降段； F/M小于，营养物很少，营养相对不足和能量水平较低，细菌活力低，运动能

28、力弱，致使微生物增长处于增长率下降段或其后期，彼此结合成絮凝体，故易于凝聚。2. 当有机营养物质和氧气充足时，活性污泥以合成为主。在新细胞合成的同时，还进行着部分老细胞物质的氧化分解。在有机营养缺乏时，这种自身分解则成为主要的获能方式，生物处理的内源呼吸也就是指的这种情况。 活性污泥絮凝体的形成：第46页/共124页活性污泥净化污水的过程 活性污泥净化污水的作用是由吸附和氧化两个阶段完成的，活性污泥在与废水初期接触的2030min内，就可以去除75%以上的BOD，在于活性污泥具有巨大的表面积（200010000m2/m3）,且其表面具有多糖类粘液层。氧化分解在吸附阶段之后，所需时间比吸附时间长

29、的多，可见暴气池的大部分容积是在进行有机物的氧化和微生物的合成。可降解有机物氧化合成1/32/3无机物能量新细胞物质无机物能量残留物质8020内源代谢第47页/共124页 构成活性污泥三要素构成活性污泥三要素 微生物微生物 吸附氧化分解作用吸附氧化分解作用( (污泥污泥) ) 有机物有机物 废水的处理对象废水的处理对象 微生物底物微生物底物( (营养营养) ) 充足氧气、充分接触充足氧气、充分接触好氧处理的条件好氧处理的条件 生物絮体形成机理生物絮体形成机理 目前认为絮体是由细菌目前认为絮体是由细菌内源代谢分泌的聚合物内源代谢分泌的聚合物在微生物之间起粘在微生物之间起粘 胶剂的作用，因此胶剂的

30、作用，因此只有当内源代谢分泌聚合物与微生物成适当比例只有当内源代谢分泌聚合物与微生物成适当比例 才能形成良好的生物絮体才能形成良好的生物絮体。如果微生物增殖率过高，内源代谢分泌。如果微生物增殖率过高，内源代谢分泌 的聚合物不足以粘连吸附新增殖的微生物，就不可能形成良好的絮的聚合物不足以粘连吸附新增殖的微生物，就不可能形成良好的絮 体。如果有机物浓度过低，内源代谢产生的聚合物质被微生物当成体。如果有机物浓度过低，内源代谢产生的聚合物质被微生物当成 食物消耗，则絮体也难以形成。食物消耗，则絮体也难以形成。第48页/共124页 污泥净化反应过程 对有机物的降解可分两个阶段： a.吸附阶段巨大的比表面

31、积 b.微生物降解作用有机物合成H HO OH HC CO O) )N NO OH H( (C CO ON NH HO OH HC C2 22 2n n2 27 75 5酶酶2 23 3z zy yx x H H（呼呼吸吸作作用用）C CO OO OO OH HC CH H( (内内源源呼呼吸吸）O OH HC CO OO ON NO OH HC C2 22 2z zy yx x2 22 2酶酶2 22 27 75 5 HH胞胞外外，新新的的合合成成 HH胞胞内内，分分解解为为C COO2 2有机固形物胶体有机物溶解性有机物微生物分解影响水处理微生物生长的主要因素？第49页/共124页环境因素

32、对活性污泥微生物的影响 BOD负荷率（污泥负荷） Ns过低，丝状菌膨胀 Ns过高，絮体活性高，不易沉降 Ns ， （污泥增长） ， （底物降解） ，Se ，c Ns， （污泥增长）， ， Se，c BOD负荷在1.50.5kg/kgd范围内时，SVI控制在100左右比较合适。 X XV VQ QS SN N0 0S S 第50页/共124页 营养物质：营养物质： 平衡用平衡用BOD5:N:P的关系来表示，一般需求为的关系来表示，一般需求为100:5:1 生活污水和城市污水含足够的各种营养物质，但工业废水含量低。生活污水和城市污水含足够的各种营养物质，但工业废水含量低。 溶解氧：溶解氧： DO

33、， ， Se 运行费用高运行费用高 对于活性污泥的絮凝体应保持在对于活性污泥的絮凝体应保持在2mg/L，不低于，不低于1mg/L pH值值 ： PH6.5 PH9 PH9时，时， 菌胶易解体活性污泥凝体遭到破坏。菌胶易解体活性污泥凝体遭到破坏。第51页/共124页 温度：温度： 最适宜温度：在这一温度下，微生物的生理活动强劲、旺盛，表现最适宜温度：在这一温度下，微生物的生理活动强劲、旺盛，表现 在增殖方面则是裂殖速率快，世代时间短。在增殖方面则是裂殖速率快，世代时间短。 活性污泥微生物多为嗜温菌，其适宜温度活性污泥微生物多为嗜温菌，其适宜温度1530。 小型工业污水和城市污水应保温。小型工业污

34、水和城市污水应保温。 水温过高的工业废水要降温。水温过高的工业废水要降温。 有毒物质（抑制物质）：有毒物质（抑制物质）： 重金属、氰化物、重金属、氰化物、H2S等无机物，酚、醇、醛、燃料等有机物。等无机物，酚、醇、醛、燃料等有机物。 但是毒害作用也是当有毒物质在环境中达到某一浓度时才能显露出但是毒害作用也是当有毒物质在环境中达到某一浓度时才能显露出 来，这个浓度叫做来，这个浓度叫做有毒物质的极限允许浓度有毒物质的极限允许浓度。 有毒物质的毒害作用还与有毒物质的毒害作用还与pH值、水温、溶解氧、有无其他有毒物值、水温、溶解氧、有无其他有毒物 质、微生物数量以及是否驯化等因素有关。质、微生物数量以

35、及是否驯化等因素有关。第52页/共124页1.2 活性污泥法的性能指标及有关参数活性污泥法的性能指标 混合液中活性污泥微生物的指标 1.混合液悬浮固体浓度(mg/L) 混合液悬浮固体是指曝气池中废水和活性污泥共同的混合液体的 悬浮固体浓度。用MLSS表示。 MLSS=Ma+Me+Mi+Mii 2.混合液挥发性悬浮固体浓度(mg/L) 混合液悬浮固体中的有机物量称为混合液体挥发性悬浮固体 （MLVSS），用它表示活性污泥微生物量比用MLSS更为切合实际。 MLVSS=Ma+Me+Mi MLVSS与MLSS有一定的比值，例如生活污水的比值为左右。第53页/共124页 沉降性与浓缩性评价指标沉降性与

36、浓缩性评价指标 1.1.污泥沉降比：污泥沉降比：SV% 又称又称30min30min沉降比、混合液在量筒内静置沉降比、混合液在量筒内静置30min30min后所形成沉淀物后所形成沉淀物 容积占混合液容积的百分比，容积占混合液容积的百分比，SV值在值在1530%左右左右 。 2.污泥容积指数：污泥容积指数：SVI 静置静置30min30min后，后，1g1g干污泥所占的容积，（干污泥所占的容积，（ml/gml/g）这这些些污污泥泥的的干干重重沉沉后后的的污污泥泥容容积积 混混合合液液经经3 30 0m mi in n静静S SV VI I ( (m ml l/ /g g干干污污泥泥) )M Ml

37、 ls ss s( (g g/ /l l) )1 10 0( (m ml l/ /l l) )S SV V% % 一般为7070150(ml/g)150(ml/g)时沉降性能较好 ，过低无机物含量过高， 污泥活性不好，过高易出现污泥膨胀。第54页/共124页 活性污泥的活性评定指标 活性污泥的比耗氧速率（SOUR一般用OUR）：单位重量的活性污 泥在单位时间内所能消耗的溶解氧量，其单位mgO2/(gMLVSSh)或mgO2/(gMLSSh) OUR在运行中的作用在于反映有机物降解速率，以及活性污泥是否中毒，将用于系统的自动报警。 活性污泥的OUR一般为820 mgO2/(gMLVSSh)，温度

38、对OUR的影响很大，不同温度的OUR没有可比性，一般在20测OUROUR第55页/共124页分类分类方法方法方法要点方法要点方法评价方法评价 根据氧化所耗氧量水质指标法采用BOD5/COD作为有机物评价指标。方法改进：日本通产省测试法，以ThOD代替COD，采用BOD自动测定仪测定有机物28天的生化需氧量，并以BOD28/ThOD来评价有机物的生物降解性能；比较简单，但精度不高，可粗略反映有机物的降解性能；瓦呼仪法根据有机物的生化呼吸线与内源呼吸线的比较来判断有机物的生物降解性能。测试时，接种物可采用活性污泥，接种量为1 3 gSS/l；较好地反应微生物氧化分解特性，但试验水量少，对结果有影响

39、； 根据有机物的去除效果静置烧瓶筛选试验以10ml沉淀后的生活污水上清液作为接种物，90ml含有5mg酵母膏和5mg受试物的BOD标准稀释水作为反应液，两者混合，室温下培养，1周后测受试物浓度，并以该培养液作为下周培养的接种物，如此连续4周，同时进行已知降解化合物的对照试验；操作简单，但在静态条件下混合及充氧不好；振荡培养试验法在烧瓶中加入接种物、营养液及受试物等，在一定温度下振荡培养，在不同的反应时间内测定反应液中受试物含量，以评价受试物的生物降解性；生物作用条件好，但吸附对测定有影响；半连续活性污泥法测试时，采用试验组及对照组二套反应器间歇运行，测定反应器内COD、TOD或DOC的变化，通

40、过二套反应器结果的比较来评价；试验结果可靠，但仍不能模拟处理厂实际运行条件；活性污泥模型试验模拟连续流活性污泥法生物处理工艺，采用试验组与对照组，通过两套系统对比和分析来评价；结果最为可靠，但方法较复杂；根据CO2量斯特姆测试法采用活性污泥上清液作为接种液，反应时间28天，温度25 C，有机物降解以CO2产量占理论CO2产量的百分率来判断；系统复杂，可反映有机物的无机化程度；根据微生物生理生化指标主要有：ATP测试法、脱氢酶测试法、细菌标准平板计数测试法等试验结果可靠，但测试程序较为复杂。确定有机物生物降解性能的方法第56页/共124页1.2.2 活性污泥法的设计与运行参数 BOD负荷负荷 B

41、OD负荷有污泥负荷和容积负荷负荷有污泥负荷和容积负荷 1.污泥负荷污泥负荷Ns（Ls）：指单位重量活性污泥在单位时间内所承受的有）：指单位重量活性污泥在单位时间内所承受的有 机污染物量，污泥负荷的实质是机污染物量，污泥负荷的实质是F/MF/M。 2. 容积负荷容积负荷Nv （LV）：指单位暴气池有效容积在单位时间内所承受的）：指单位暴气池有效容积在单位时间内所承受的 有机污染物量，单位是有机污染物量，单位是kg（BOD5）/m3D dkgkg./5MLSSBOD X XV VQ QS SN N0 0S Sdkgv.m/53BODV VQSQSN N0 0第57页/共124页 污泥龄污泥龄 c

42、c（t ts s） 污泥在曝气池内的平均停留时间污泥在曝气池内的平均停留时间 XretwwQ Q) )X XQ Q- -( (Q QV VX XS S XrtwQ QV VX XS S 式中QW剩余污泥排除量（m3/d） Xe净化水的污泥浓度（mg/L） Xr剩余污泥浓度（mg/L）。 由于随着净化水排出的Xe很小，所以： 第58页/共124页 污泥回流比（污泥回流比（R R） 从二沉池返回到曝气池的回流污泥量从二沉池返回到曝气池的回流污泥量QR 与污水流量与污水流量Q之比，之比， 常用表示。常用表示。 曝气时间曝气时间 污水进入曝气池后，在曝气池中的平均停留时间，也称水力停留污水进入曝气池后

43、，在曝气池中的平均停留时间，也称水力停留 时间。时间。Q QQ QR R RQtV V 第59页/共124页1.3 活性污泥法反应动力学及其应用活性污泥动力学研究的假定条件 曝气池为完全混合式； 在稳定状态下； 进水和出水中没有微生物； 二沉池中不发生微生物对有机物的降解； 底物浓度用可降解的有机物浓度表示； 温度不变，进水有机物成分性质不变。第60页/共124页1.3.1 反应动力学的基本理论 有机物降解与微生物增殖1. 微生物增殖基本方程 活性污泥法处理过程中，微生物量的增加是同化合成和内源分 解两种作用的共同结果 e es sg gd dt td dX Xd dt td dX Xd dt

44、 td dX X 活性污泥微生物净增殖速率活性污泥微生物合成速率活性污泥微生物内源代谢速率第61页/共124页则“净增=合成-内源”得：e es sg gd dt td dX Xd dt td dX Xd dt td dX X V Vd dM Mg gX XK KdtdtdXdXY YdtdtdXdX V Vd de e0 0V VX XK K) )Q QS SY Y( (S SX XM MS Sd dt td dS SY Yd dt td dX X V Vd de eX XK Kd dt td dX X 积分因为有有机机物物利利用用速速率率d dt td dS SM M Y产率系数，kgML

45、VSS/kgBODKd自身氧化率，d-1 其中：第62页/共124页V Vd de e0 0V VX XK K) )Q QS SY Y( (S SX X d dd dV Ve e0 0C CK KY YK KV VX X) )S SQ Q( (S SY Y1 1qVX XK Kd dt td dX XY YV VX XV VX XK KV VX X) )Q QS SY Y( (S SV VX XX Xd dM MV VV Vd dV Ve e0 0V V V V d dM MV VV Vd dV Ve e 0 0V VX X K Kd dt td dX XY YV VX XV VX XK KV

46、 VX X) )Q QS S Y Y( (S SV VX XX X 处理转换成污泥龄的计算式其中：Se出水中残留的有机物浓度 qBOD比降解速率，量纲与污泥负荷相同，单位劳伦斯麦卡蒂方程式d dC CK KY Y1 1 q第63页/共124页 有机物降解与需氧量微生物的总需氧速率微生物的总需氧速率=降解底物耗氧速率降解底物耗氧速率+自身氧化需氧速率自身氧化需氧速率V Vr r2 2V VX Xb bQ QS Sa aO O 2 2O Oa a b b 式中 曝气池中的微生物需氧速率(kgO2/d) 去除单位底物的需氧量(kgO2/kgBOD.d) 单位污泥自身氧化的需氧量(kgO2/kgMLS

47、S.d) 剩余污泥量计算V Vd de e0 0V VX XK K) )Q QS SY Y( (S SX X 微生物静增长量=微生物增长量微生物衰减量第64页/共124页S SK KS Su uu us sm ma ax x u um ma ax xu u1.3.2 莫诺（monod）方程及其推广 莫诺（monodmonod）方程 s sk k 单位质量微生物的增殖速率(kg/kgd)d-1 微生物最大比增殖速度 饱和常数，半速率常数，即um时得基质浓度(mg/L) S反应器曝气池中的底物浓度(mg/L)S SK KX XS Sv vd dt td dS SX Xd dt tS S) )d d

48、( (S SX Xd dt td dS Sv vS SK KS Sv vv vS Sm ma ax x0 0S Sm ma ax x 微生物的增殖速率正比于底物降解速率，底物降解速率第65页/共124页城市污水一般有机物浓度低，常用 描述，符合一级反应. Monod 方程式的推论 ) )K Kv v( (K KX XS S, ,K KX XS SK Kv vd dt td dS SS S，低低底底物物浓浓度度，K Kv v，v vK K高高底底物物浓浓度度，S SS Sm ma ax x2 22 2S Sm ma ax xS Sm ma ax xS SXtXtk k0 02 2e eS SS

49、S S SK Kv v2 2 第66页/共124页0 0d dt td dS SV VR RQ Q) )S S( (Q QR RQ QS SQ QS Se ee e0 0V V) )S SQ(SQ(SdtdtdSdSe e0 0 V V) )S SQ Q( (S Sd dt td dS SX XS SK Kd dt td dS Se e0 02 2 完全混合曝气池中底物降解速率及动力学常数确定 在完全混合曝气池内的活性污泥处于减速增长期1. .有机物物料平衡 S Sk kX Xt tS SS SX XV V) )S SQ Q( (S S2 2e e0 0e e0 0第67页/共124页S Sk

50、 kXtXtS SS SXVXV) )S SQ(SQ(S2 2e e0 0e e0 0e es se em ma ax xS Sk kX XS Sv vd dt td dS S e es se em ma ax xe e0 0e e0 0S Sk kS Sv vX Xt tS SS SX XV V) )S SQ Q( (S S X Xt tS SS SX XV VQ QS SM MF FN Ne e0 0s se es se em ma ax x2 2e e0 0S SS Sk kS Sv vS Sk kX Xt tS SS SN NXtXtk k1 1XtXtk kS SS SS S2 22

51、 20 0e e0 0 VSSQdtdSe)(0与上面的联立得：根据污泥负荷率与上式联立得到：化简对一定污水， 、 、 是常数skmaxv2k完全混合 S=Se第68页/共124页2 2k ke e2 2e e0 0S Sk kX Xt tS SS Sk kx xy y 2.动力学常数的计算方法m ma ax xv vs sk ke ee em ma ax xe e0 0S SK Ks sS SV VV VX X) )S SQ Q( (S S 求 形如 求 、形如 y=kx+b 两边取倒数：m ma ax xm ma ax xm ma ax xe e0 0v v1 1S Se e1 1) )v

52、 vK Ks s( (S Se ev vS Se eK Ks s) )S SQ Q( (S SV VX X第69页/共124页1.4 活性污泥法的各种演变及应用1.4.1 传统活性污泥法 （推流式）曝气池内污水与污泥混合后呈推流式从池首向池尾流动，活性污 泥微生物在此过程中连续完成吸附和代谢过程。曝气池混合液在二 沉池去除活性污泥悬浮固体后，澄清液作为净化水流出。 沉淀的污泥一部分以回流形式返回曝气池，再起净化作用：另一 部分作为剩余污泥排出。传统活性污泥法的BOD负荷是 0.5kg/kgd，一般在左右净化效果和沉降性能均甚好。第70页/共124页 运行 水流一端进，另一端出， 沿途曝气，推流

53、前进。 特点 1.1.吸附减速增长内源呼吸，BODBOD降解曲线是呈缓慢下降曲线 2.2.耐冲击负荷能力差( (尤其对有毒或高浓度工业废水) ) 3. 3.不易污泥膨胀 4.4.供氧与需氧不平衡 5.5.处理效果好第71页/共124页1.4.2 渐减曝气活性污泥法 需氧量 定常供氧速率渐减供养速率变化曲线供需氧量曝气过程（曝气池长度） 针对传统活性污泥法中由于沿曝气池池长均匀供氧，在池末端供氧与需氧量之间的差距较大，严重浪费能量，而提出的一种能使供氧量和混合液需氧量相适应的运行方式。目前的活性污泥法一般都采用这种供氧方式。第72页/共124页1.4.3 分段进水（阶段曝气）活性污泥法传统活性污

54、泥法的BOD负荷在池首过高，需氧率沿池长逐渐降低， 而氧气却沿池长均匀供给，造成了浪费。阶段曝气活性污泥法将废水 沿曝气池长分数处注入， 即形成阶段进水方法，这种方法除了能平衡 曝气池供气量外，还能使微生物营养供应均匀。 另一个特点是BOD浓度沿池长是变化的，曝气池出流混合液浓度降 低，对二沉池工作有利。第73页/共124页 型式 廊道式 流态 推流式( (多点进水) ) 特点： 1.需氧和供氧较平衡 2.耐冲击负荷力强 3.处理效果好 4. BOD降解曲线是呈 锯齿缓慢下降曲线第74页/共124页1.4.4 吸附再生活性污泥法 普通活性污泥法把活性污泥对基质的吸附凝聚和氧化分解混在同一曝 气

55、池内进行，适于处理溶解的BOD。对含有大量胶体的和悬浮性的混合 基质的废水，因初期吸附量大，以及吸附的有机固体物在生物酶作用下 变成可溶性物质再向水中扩散，遂产生了把吸附凝聚和氧化分解分别在 两个曝气池中进行的构想，从而出现了吸附再生法。 由于再生池仅对回流污泥进行曝气(剩余污泥不必再生)，故节约空气 量，且可缩小池容。经过再生的活性污泥处于营养不足状态，因而吸附 活性高。再则，再生池的污泥微生物很快在池末端遇到营养不足环境， 丝状菌不适应这样的空曝环境，所以其繁殖受到限制，有利于防止污泥 膨胀。在使用上，吸附再生法具有很大的灵活性。第75页/共124页 型式： 廊道式(吸附池和再生池可合建)

56、 流态：中间进水，推流 特点： 处理质量较差 耐冲击负荷强 适合处理胶体物质含量高的工业废水 BOD降解曲线是呈急剧下降、缓慢下降曲线 第76页/共124页1.4.5 完全混合活性污泥法 完全混合法中的入流废水进 入曝气池后,即与池内废水完 全混合，曝气池内营养物和 需氧率都是均匀的，微生物 接触的是浓度与出水浓度一 样的废水，故可承受一定的 冲击负荷。 完全混合法曝气池与沉淀池有分建与合建两种类型。 完全混合法的工作点可以处 于微生物对数增长期也可处于 衰减增长期或内源呼吸期。第77页/共124页 SBR法第78页/共124页1.5 曝气及曝气系统曝气的作用是向活性污泥法系统的液相供给溶解氧

57、，并起搅拌和曝气的作用是向活性污泥法系统的液相供给溶解氧，并起搅拌和混合作用。混合作用。通常采用的曝气方法有鼓风曝气，机械曝气以及二者联合使用的通常采用的曝气方法有鼓风曝气，机械曝气以及二者联合使用的混合曝气，某些情况下也采用射流曝气。混合曝气，某些情况下也采用射流曝气。鼓风曝气是将压缩空气通过管道系统送入池内的散气设备，以气鼓风曝气是将压缩空气通过管道系统送入池内的散气设备，以气泡形式分散进入混合液。泡形式分散进入混合液。机械曝气则利用装设在曝气池内的叶轮的转动，剧烈地搅动水面，机械曝气则利用装设在曝气池内的叶轮的转动，剧烈地搅动水面，使液体循环流动，不断更新液面并产生剧烈水跃，从而使空气中

58、使液体循环流动，不断更新液面并产生剧烈水跃，从而使空气中的氧与水滴或水气的界面充分接触，转入液相中去。的氧与水滴或水气的界面充分接触，转入液相中去。射流曝气则是利用水射流泵将空气吸入，使空气与水充分混合并射流曝气则是利用水射流泵将空气吸入，使空气与水充分混合并溶解的曝气方式。溶解的曝气方式。 第79页/共124页曝气系统的重要性 鼓风曝气系统电耗一般占全厂电耗的鼓风曝气系统电耗一般占全厂电耗的60%60%左右，是全厂节能的关键。最根左右，是全厂节能的关键。最根本的节能措施是提高曝气控制效率，降低氧的浪费，从而减小风量。本的节能措施是提高曝气控制效率，降低氧的浪费，从而减小风量。 曝气系统如果操

59、作不当，曝气系统如果操作不当，曝气量过小曝气量过小，二次沉淀池可能由于缺氧而发生，二次沉淀池可能由于缺氧而发生污污泥腐化泥腐化，即池底污泥厌氧分解，产生大量气体，促使污泥上浮。，即池底污泥厌氧分解，产生大量气体，促使污泥上浮。曝气时间曝气时间长或曝气量过大长或曝气量过大时，在曝气池中将发生时，在曝气池中将发生高度硝化作用高度硝化作用，使混合液中硝酸盐，使混合液中硝酸盐浓度较高。在沉淀池中可能由于反硝化而产生大量浓度较高。在沉淀池中可能由于反硝化而产生大量N2 N2 或或NH3NH3，而使污泥，而使污泥上浮。上浮。 曝气量的分布是否均衡和稳定也是影响处理效果和能耗的一个重要原因。曝气量的分布是否

60、均衡和稳定也是影响处理效果和能耗的一个重要原因。造成生物反应不平衡，处理质量下降。造成生物反应不平衡，处理质量下降。第80页/共124页 常用曝气方式常用曝气方式 a.a.曝气曝气 b.b.机械曝气机械曝气 c.c.鼓风曝气鼓风曝气 d.d.射流曝气射流曝气 曝气作用曝气作用 a.a.充氧充氧-生化反应生化反应 b.b.搅拌搅拌, ,使水使水, ,气气, ,液三相良好接触提高氧利用率液三相良好接触提高氧利用率 c.c.维持液体的足够速度以使水中固体物悬浮维持液体的足够速度以使水中固体物悬浮1.5.0 曝气方式和曝气作用 第81页/共124页 dxdxdcdcD Dv vL Ld dd dv v