污水的生物处理法

1、· 污水的生物处理法 生物处理法概述 在自然界中微生物种类繁多，分布极广。在水中常见的徽生物大部分是单细胞的简单生物，只有后生动物和一部分藻类、细菌和霉菌是多细胞的，水中常见的后生动物有轮虫。甲壳类、线虫等。 微生物的特点是：（1）个体微小，其大小要用微米来量测，因此一般用肉眼是看不见的，只有在显微镜下才能看到；（2）种类繁多；（3）分布广；（4）繁殖快，大多数微生物在几十分钟内可繁殖一代，即由一个分裂为两个。如果条件适宜，经过十小时就可繁殖为数亿个；（5）容易发生变异，这一特点使微生物较能适应外界环境条件的变化。 在各类徽生物中，细菌与废水处理关系最为密切。 酶是生物细胞

2、中自己制成的一种催化剂（生物催化剂），其基本成分是蛋白质，催化效率比一般的无机催化剂高得多，一般高达千、万倍，乃至千万倍。 酶具有高度的专一性，一种酶只能催化一种反应或一类相似的反应。酶不仅能推动分解作用，而且也可以推动相应的合成作用，也就是说，酶的作用是可逆的。但在实际情况下，作用常趋向个方向。热力学条件是影响反应方向的重要因素。 在某些情况下，例如受到了各种持续的物理、化学影响，微生物会在其体内产生出适应新环境的酶。这种酶则称为适应酶。适应酶的产生在废水生物处理中具有重要意义。 废水中的有机物质受徽生物作用的影响而分解，在有氧情况下进行的分解，叫做好氧分解，是好氧微生物活动的结果；在无氧情

3、况下进行的分解，叫做厌氦分解，是厌氧微生物活动的结果。 工业废水的成分随工业性质的不同而有很大差异，其中可能存在的有机物有蛋白质、碳水化合物。油脂，有机酸，醇类、醛类、酮类、酚类、铵类等化合物，生活污水中的有机物则主要是蛋白质。碳水化合物和脂肪。这些有机物主要是由碳、氢、氧、氮。硫、磷等几种元素构成的，它们好氧分解的最终产物是稳定而无臭的物质，包括二氧化碳、水。硝酸盐。硫酸盐、磷酸盐等。 有机物厌氧分解的最终产物主要是甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢等。由于散发了硫化氢等物质，所以废水会产生臭气，由于硫化氢与铁作用形成硫化铁，所以通过厌氧分解的水呈现黑色。  6.2活性污泥法 （一）活性污

4、泥法的基本原理 1、基本流程 向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它易于沉淀分离，并使污水得到澄清，这就是“活性污泥”。活性污泥法则是以活性污泥为主体的生物处理方法，它的主要构筑物是曝气池和二次沉淀池。如图14-1所示，需处理的污水与回流的活性污泥同时进入曝气池，成为混合液，沿着曝气池注入压缩空气进行曝气，使污水与活性污泥充分混合接触，并供给混合液以足够的溶解氧。在好氧状态下，污水中的有机物被活性污泥中的微生物群体分解而得到稳定，然后混合液流入二次沉淀池，在其中，活性污泥与澄清水分离后一部分不断回流到曝气池，象接

5、种一样与进入的污水进行混合，澄清水则溢流排放。在处理过程中，活性污泥不断增长，有一部分剩余污泥需要从系统中排除。   图6-1 活性污泥法基本流程  活性污泥法的实质是以存在于污水中的有机物作为培养基（底物），在有氧的条件下，对各种微生物群体进行混合连续培养，通过凝聚、吸附、氧化分解、沉淀等过程主除有机物的一种方法。 2、活性污泥的组成 在活性污泥法中起主要作用的是活性污泥。活性污泥是由具有活性的微生物、微生物自身氧化的残留物、吸附在活性污泥上不能为生物所降解的有机物和无机物组成。其中微生物是活牲污泥的主要组成部分。 活性污泥微生物又是由细菌、真菌、原生动物、后生

6、动物等多种微生物群体相结合所组成的一个生态系。 细菌是活性污泥在组成和净化功能上的中心，是微生物的最主要成分。污水中有机物的性质决定哪些种属的细菌占优势，含蛋白质的污水有利于产碱杆菌属和芽孢杆菌属，而醣类污水或烃类污水则有利于假单孢菌属，在一定的能量水平（即细菌的活动能力）下，大部分细菌构成了活性污泥的絮凝体，并形成菌胶团，具有良好的自身凝聚和沉淀性能。 在活性污泥法处理过程中，净化污水的第一和主要承担者是细菌，其次出现原生动物，是细菌的首次捕食者；继之出现后生动物，是细菌的第二次捕食者。 3、净化过程与机理 活性污泥微生物能够连续从污水中去除有机物，是由以下几个过程完成的。 （1）初期去除与

7、吸附作用 在很多活性污泥系统里，当污水与活性污泥接触后很短的时间（35分钟）内就出现了很高的有机物（BOD）去除率。这种初期高速去除现象是吸附作用所引起的。由于污泥表面积很大（介于200010000m2m3混合液），且表面具有多糖类粘质层，因此，污水中悬浮的和胶体的物质是被絮凝和吸附去除的，初期被去除的BOD象一种备用的食物源一样，贮存在微生物细胞的表面，经过几小时的曝气后，才会相继摄入代谢，在初期，被单位污泥去除的有机物数量是有一定限度的，它取决于污水的类型以及与污水接触时的污泥性能。例如，污水中呈悬浮的和胶体的有机物多，则初期去除率大；反之如溶解性有机物多，则初期去除率就小，又如，回流的污

8、泥末经足够地曝气，预先贮存在污泥里的有机物将代谢不充分，污泥未得到再生，活性不能很好恢复，因而必将降低初期去除率；但是，如回流污泥经过长时间的曝气，则会使污泥长期处于内源呼吸阶段，由于过分自身氧化而失去活性，同样也会降低初期去除率。 （2）微生物的代谢作用 活性污泥微生物以污水中各种有机物作为营养，在有氧的条件下，将其中一部分有机物合成新的细胞物质（原生质）；对另一部分有机物则进行分解代谢，即氧化分解以获得合成新细胞所需要的能量，并最终形成CO2和H2O等稳定物质。在新细胞合成与徽生物增长的过程中，除氧化一部分有机物以获得能量外，还有一部分微生物细胞物质也在进行氧化分解，并供应能量。 活性污泥

9、微生物从污水中去除有机物的代谢过程，主要是由微生物细胞物质的合成（活性污泥增长），有机物（包括一部分细胞物质）的氧化分解和氧的消耗所组成。当氧供应充足时，活性污泥的增长与有机物的去除是并行的；污泥增长的旺盛时期，也就是有机物去除的快速时期。 （3）絮凝体的形成与凝聚沉淀 污水中有机物通过生物降解，一部分氧化分解形成二氧化碳和水，一部分合成细胞物质成为菌体。如果形成菌体的有机物不从污水中分离出去，这样的净化不能算结束。为了使菌体从水中分离出来，现多使用重力沉淀法。如果每个菌体都处于松散状态，由于其大小与胶体颗粒大体相同，那么将保持稳定悬浮状态，沉淀分离是不可能的，为此，必须使菌体凝聚成为易于沉淀

10、的絮凝体。 易于形成絮凝体的细菌有动胶菌属、产碱杆菌、无色杆菌、黄杆菌。假单孢菌等。但无论哪一种细菌又都是在一定条件下才能够凝聚的。 4、活性污泥的评价指标 评价活性污泥，除对活性污泥微生物组成的生物相进行观察外还使用以下指标。 （1）混合液悬浮固体（MLSS） 混合液悬浮固体是指曝气池中污水和活性污泥混合后的混合悬浮固体数量，单位为mg/L，也称混合液污泥浓度。它是计量曝气池活性污泥数量多少的指标。活性污泥法中，MLSS一般为24 mg/L。 （2）混合液挥发性悬浮固体（MLVSS） 混合液挥发性悬浮固体是指混合液悬浮固体中有机物的重量，单位为mg/L。在一般情况下， MLVSSMLSS的比

11、值较固定，对于生活污水，常在0.75左右。对于工业废水，其比值现水质不同而异。 （3）污泥沉降比（SV） 污泥沉降比是指曝气池混合液在100mL量筒中，静置沉淀30min后，沉淀污泥与混合液之体积比（）。由于正常的活性污泥在静沉30min后，一般可以接近它的最大密度，故污泥沉降比可以反映曝气池正常运行时的污泥量，可用于控制剩余污泥的排放。它还能及时反映出污泥膨胀等异常情况，便于及早查明原因，采取措施。污泥沉降比测定比较简单，并能说明一定问题，因此它成为评定活性污泥的重要指标之一。 （4）污泥指教（SVI） 污泥指数全称污泥容积指数，是指曝气池出口处混合液经30min静沉后， 1g干活泥所占的容

12、积以ml计。 SVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度（活性）和凝聚、沉淀性能，SVI值过低，说明泥粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附能力。 SVI值过高，说明污泥难于沉淀分离，并使回流污泥的浓度降低，甚至出现“污泥膨胀”，导致污泥流失等后果。一般认为，生活污水的SVI100时，沉淀性能良好； SVI为100200时，沉淀性能一般；SVI200时，沉淀性能不好。 （5）污泥龄（ts） 污泥龄是曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量之比值，单位是日，在运行稳定时，剩余污泥量也就是新增长的污泥量，因此污泥龄也就是新增长的污泥在曝气池中平均停留时间，或污泥增长倍平均所需要的时间。 5、

13、活性污泥增长规律 活性污泥微生物是多菌种混合群体，其生长繁殖规律比较复杂，但也可用其增长曲线表示一般规律。图62所示为活性污泥微生物增长曲线（x）。  图6-2 活性污泥微生物生长曲线 活性污泥的增长分为对数增长期、减速增长期和内源呼吸期，在每个阶段，有机物（BOD）去除速率、氧利用速率及活性污泥特征等都各不相同。实践表明，活性污泥的能量含量，亦即营养物或有机物（F）与微生物（M）的比值（F： M），是活性污泥增长速率。有机物去除速率、氧利用速率、污泥的凝聚吸附性能等的重要影响因素。 活性污泥微生物的对数增长期是在营养物（BOD）与微生物的比值很高（F：M22）时出现的。这时，微生物

14、处在营养过剩中，混合液中的有机物以最大的速率进行氧化和转换成新的微生物细胞而被去除。活性污泥的增长速率与其生物量（MLVSS）呈一级反应，与有机物浓度无关。这期间，活性污泥具有很高的能量水平，微生物处于完全松散状态，污泥的絮凝性和沉淀性很差。此时，由于急剧的代谢作用，需氧量很大。 在营养物不断消耗和新细胞不断合成后，F：M值就会急剧降低，直到营养物不再过剩而且成为微生物进一步生长的限制因素时，污泥便从对数增长期过渡到减速增长期，污泥的增长速率将直接与剩下的营养物浓度成比例，有机物主除速率与残存有机物浓度呈一级反应式。由于营养降低，能量减少，细菌与细菌接触后由于缺乏能量而不再互相分离了，于是，很

15、快两个、三个、四个结合在一起，污泥絮凝体开始形成，污泥的沉降性能也提高了。 进一步曝气，混合液中营养物继续降低，近乎耗尽，当F：M值达到最小并维持常数时，污泥即进入内源呼吸期，这时细菌已不能从其周围获得营养物维持其生命，于是开始代谢自己细胞内的营养物质。随后，细菌在维持其生命中逐渐死亡，并且死亡速率大于生长速率，致使污泥量减少。由于能量水平低，絮凝体形成速率增高，吸附有机物的能力显著，游离的细菌被栖息于污泥表面的原生动物所捕食，处理水显著澄清。 由此可见，由于F： M值的不同，因而使活性污泥处于不同的增长期，并使污泥增长速率，有机物去除速率、氧利用速率、污泥特性等发生变化。在实际应用上，F：M

16、值是以BOD污泥负荷率（NS）来表示。 6、环境因素的影响 （1）溶解氧 活性污泥法是需氧的好氧过程，对于传统活性污泥法，氧的最大需要出现在污水与污泥开始混合的曝气池首端，常供氧不足。供氧不足会出现厌氧状态，妨碍正常的代谢过程，滋长丝状菌。供氧多少一般用混合液溶解氧的浓度控制。由于活性污泥絮凝体的大小不同，所需要的最小溶解氧浓度也就不一样，絮凝体越小，与污水的接触面积越大，也越宜于对氧的摄取，所需要的溶解氧浓度就小；反之絮凝体大，则所需的溶解氧浓度就大。为了使沉淀分离性能良好，较大的絮凝体是所期望的，因此。溶解氧浓度以2 mg/L左右为宜。 （2）营养物 在活件污泥系统里，微生物的代谢需要一定

17、比例的营养物，除以BOD表示的碳源外，还需要氮、磷和其他微量元素。生活污水含有微生物所需要的各种元素，但某些工业废水却缺乏一些关键的元素-氮，磷等。对氮、磷的需要量应满足以下比例，即BOD：N ： P100 ：5：1。 （3） pH值 对于好氧生物处理，pH值一般以6.59.0为宜。pH值低于6.5，真菌即开始与细菌竞争，降低到4.5时，真菌则将完全占优势，严重影响沉淀分离； pH值超过9.0时，代谢速度受到障碍。 对于活性污泥法，其pH值是指混合液而言。对于碱性废水，生化反应可以起缓冲作用；对于以有机酸为主的酸性废水，生化反应也可起缓冲作用。而且如果在驯化过程中将pH值因素考虑进去，活性污泥

18、也可以逐渐适应。对于出现冲击负荷，pH值急变时，则将给活性污泥以严重打击，净化效果将急剧恶化。在这种情况下，完全混合活性污泥法则有较大的忧越性。为了使污水处理装置稳定运行，应避免pH值急变冲击，酸碱废水在进行生化处理前应进行预处理，将pH调节到适宜范围。 （4）水温 水温是影响微生物生长活动的重要因素。城市污水在夏季易于进行生物处理，而在冬季净化效果则降低，水温的下降是其主要原因。在微生物酶系统不受变性影响的温度范围内，水温上升就会使微生物活动旺盛，就能够提高反应速度。此外，水温上升还有利于混合、搅拌、沉淀等物理过程，但不利氧的转移。对于生化过程，一般认为水温在2030时效果最好，30以上和1

19、0以下净化效果即行降低。因此，对高温工业废水要采取降温措施；对寒冷地区的污水，则应采取必要的保温措施。目前对于小型生物处理装置，一般采取建在室内的措施加以保温；对于大型污水处理厂，如水温能维持67，采取提高污泥浓度和降低污泥负荷率等措施，活性污泥仍能有效地发挥其净化功能。 （5）有毒物质 对生物处理有毒害作用的物质很多。毒物大致可分为重金属、H2S等无机物质和氰、酚等有机物质。这些物质对细菌的毒害作用，或是破坏细菌细胞某些必要的生理结构，或是抑制细菌的代谢进程。毒物的毒害作用还与pH值、水温、溶解氧、有无其他毒物及微生物的数量和是否驯化等有很大关系。  （二）活性污泥法的运行方式 活

20、性污泥法的运行方式很多，主要有：传统活性污泥法，阶段曝气法，生物吸附法，完全混合法，延时曝气法，渐减曝气法等。各种运行方式的特征主要集中在以下几个方面： （1）污泥负荷范围； （2）曝气池进水点位置； （3）曝气池流型及混合特征； （4）曝气技术的改进等。 在污泥负荷方面，传统活性污泥法常在0.20.3 kgBOD（kgMLSSd）左右。有的活性污泥法负荷率很低，有低于0.1的；有的则很高，在2以上甚至高达45。因此，活性污泥法有低负荷率法，常负荷率法和高负荷率法之分。低负荷率法因负荷率很低，污泥龄长，故BOD去除率很高，而剩余污泥量低，甚至仅有极少量剩余污泥随出水排走，这便是完全氧化法或延时

21、曝气法。高负荷率法则相反，因负荷率很高，污泥龄短，故BOD去除率低而剩余污泥量则高。 在进水点位置方面传统活性污泥法采用长方廊道式曝气池，进水点均设在池首：阶段曝气法的进水点设在池子的段数处，为多点进水；生物吸附法则集中在池中间某一点进水。 在曝气池流型和混合特征方面，有推流式和完全混合式。 在曝气技术方面，有渐减曝气和纯氧曝气。纯氧曝气是用氧气代替空气，以提高混合液的溶解氧浓度，渐减曝气则是将空气量沿曝气池廊道的流向逐渐降低，这是一种节约空气量的办法。 下面介绍几种常用的运行方式。 1传统活性污泥法 传统活性污泥法是活性污泥法最早的形式，又称普通活性污泥法。其工艺流程图如41所示，污水和回流

22、污泥从池首端流入，呈推流式至池末端流出。污水净化过程的第一阶段吸附和第二阶段的微生物代谢是在一个统一的曝气池中连续进行的，进口有机物浓度高，沿池长逐渐降低，需氧率也是沿池长降低的。活性污泥几乎经历了一个生长周期，处理效果很高，特别适用于处理要求高而水质较稳定的污水，其缺点：（1）进水浓度尤其是有抑制物质的浓度不能高，不适应冲击负荷。这是因为其流型呈推流式，进入池中的污水与回流污泥在理论上是不与池中原有的混合液相混合，进水水质的变化对活性污泥的影响较大，容易损害活性污泥，因此限制了对某些工业废水的应用。（2）需氧量前大后小，而空气的供应往往是均匀分布，这就形成前无足够的溶解氧，后段氧的供应大大超

23、过需要，造成氧过剩浪费。（3）曝气池的容积负荷率低，曝气池容积大。占地面积也大，基建费用高。（4）排放的剩余污泥在曝气池中已完成了恢复活性的再生过程，造成动力浪费。 2阶段曝气法 阶段曝气法又称逐步负荷法，是除传统法以外使用较为广泛的一种活性污泥法。污水沿曝气池地长分段多点进水，使有机物负荷分布较均匀，从而均化了需氧量，避免了前段供氧不足，后段供氧过剩的缺点；同时，微生物在食物比较均匀的条件下，能充分发挥氧化分解有机物的能力。阶段曝气法的另一特点是污泥浓度沿池长逐步降低，前段高于平均浓度，后段低于平均浓度，曝气池出流的混合液浓度较低，这样可减轻二次沉淀池的负荷，对二次沉淀池的运行有利。实践证明

24、，阶段曝气法可以提高空气利用率和曝气池的工作能力，并且能够根据需要改变各进水点的流量，运行上有较大的灵活性。阶段曝气法适用了大型曝气池及浓厚较高的废水。传统法易于改造成阶段曝气法，以解决超负荷的问题。 3生物吸附法 生物吸附法又称接触稳定法或吸附再生法。污水与活性污泥在吸附池内混合接触1560分钟，使污泥吸附大部分的呈悬浮、胶体状的有机物和一部分溶解性有机物，然后混合液流入二次沉淀池。从沉淀池分离出的回流污泥则先在再生池里进行生物代谢，充分恢复活性，再引入吸附池，吸附池和再生池在结构上可分建，也可合建。合建时，有机物的吸附和污泥的再生是在同一个池内的两部分进行的，即前部为再生段，后部为吸附段，

25、废水由吸附段进入池内。 生物吸附法也是推流式，与传统法相比，它有两个特点。 （1）污水的吸附和污泥的再生（代谢）是分别在两个池子里或在一个池子的两部分进行的，二次沉淀池设在两者之中。 （2）再生池的污泥浓度高，因此吸附池污泥的平均浓度也高，同时回流污泥量大，回流比在50100左右。 生物吸附法具有以下特点： （l）由于污水的吸附时间短，而污泥的代谢是在与水分离后，并在排除了剩余污泥的情况下单独在再生池内进行的，以及污泥平均浓度高等，因此在污泥负荷率变化不大的情况下，容积负荷率可成倍增加，节省了基建费用。 （2）由于生物吸附法需氧率较均匀，空气用量也较节省。 （3）由于生物吸附法的回流污泥量大，

26、且大量污泥集中在再生池，当吸附池内污泥一旦遭到破坏，可迅速由再生池的污泥代替，因此具有一定承受冲击负荷的能力。 （4）“空曝”使丝状细菌的繁殖受到抑制，防止了污泥膨胀。 （5）传统法易于改造成生物吸附法系统，以适应负荷的增加。 生物吸附法由于污水与污泥接触的曝气时间比传统法短得多，故处理效果不如传统法， BOD去除率一般在90左右，特别是对溶解性较多的有机工业废水，处理效果更差。水质不稳定（悬浮胶体性有机物与溶解性有机物的成分经常变化）也会影响处理效果。 4完全混合法 完全混合法是目前采用较多的新型活性污泥法，它与传统法的主要区别在于：混合液在池内充分混合循环流动，因而污水与回流污泥进入曝气池

27、后立即与池内原有混合液充分混合，进行吸附和代谢活动，并顶替等量的混合液至二次沉淀池。可以认为，池内的混合液是已经处理而未经泥水分离的处理水。完全混合法的特点如下。 （1）进入曝气池的污水能得到搅拌，使波动的进水水质得到均化，因此进水水质的变化对活性污泥的影响将降低到很小的程度，能较好的承受冲击负荷，适应工业废水的处理要求。 （2）能够处理高浓度有机污水而不需要稀释，仅随浓度的高低程度在一定污泥负荷率范围内适当延长曝气时间即可。 （3）池内各点水质均匀致，F：M值在池内各点几乎相等，因此微生物群体的性质和数量基本相同，池内各部分工作情况几乎完全一致。而推流式曝气池从池首到池尾的F：M值和微生物都

28、是不断变化的。所以完全混合法有可能把整个池子工作情况控制在良好的同一条件下进行，微生物的活性能够充分发挥。故在处理效果相同的情况下，它的污泥负荷率将高于其他活性污泥法。与此同时，由于池内需氧均匀，能节省动力费。 （4）是一种灵活的污水处理方法。可以通过改变F：M值，得到所期望的某种出水水质。 完全混合法有曝气池和沉淀池两者合在一起的合建式和两者分开的分建式两种。表面加速曝气池和曝气沉淀池是合建式完全混合法的一种池型。 完全混合法的主要缺点是连续进出水，可能产生短流，出水水质不及传统法理想，易发生污泥膨胀等。 5延时曝气法 此法又称完全氧化法，其特点是负荷率低，所需要的池容积大，其工作长期处于内

29、源呼吸阶段，不但去除了水中的污染物，而且氧化了合成的细胞物质，实际上它是污水处理和污泥好氧处理的综合构筑物。此法剩余污泥量理论上接近于零，但仍有一部分细胞物质不能被氧化，或随出水排走，或需另行处理，由于污泥氧化较彻底，故其脱水迅速且无臭气，出水稳定性也较高，延时曝气法的细胞物质氧化时释放出的氮、磷，有利于缺少氮、磷的工业废水的处理。另外，由于池容积爱猫扑.爱生活比较能够适应进水水量和水质的变化，低温的影响进小，但池容积大，污泥龄长，基建费和动力费都较高，占地厢积也较大。所以它只适用于要求较高而又不便于污泥处理的小型城镇污水和工业废水的处理。延时曝气法一般采用完全混合式的流型，氧化渠也属此类。

30、6渐减曝气法 此法是为改进传统法中前部供氧不足及后部供氧过剩问题而提出来的。它的的工艺流程与传统法一样，只是供气量沿池长方向递臧，使供气量主需氧量基本一致，具体措施是从池首端到末端所安装的空气扩散设备逐渐减少这种供气形式使通入池内的空气得到了有效利用。  （三）曝气方法与原理 1、曝气方法 活性污泥的正常运行，除有良好的活性污泥外，还必须有充足的溶解氧。通常氧的供应是将空气中的氧强制溶解到混合液中去的曝气过程。曝气的过程除供氧外，还起搅拌混合作用，使活性污泥在混合掖中保持悬浮状态，与污水充分接触混合。常用的曝气方法有鼓风曝气、机械曝气和两者联合使用的鼓风机械曝气。鼓风曝气的过程是将压

31、缩空气通过管道系统送入池底的空气扩散装置，并以气泡的形式扩散到混合液，使气泡中的氧迅速转移到液相供微生物需要。机械曝气则是利用安装在曝气池水面的叶轮的转动，剧烈地搅动水面，使液体循环流动，不断更新液面并产生强烈水跃，从而使空气中的氧与水滴或水跃的界面充分接触而转移到液相中去。 2、曝气原理 空气中的氧向水中转移，通常以双膜理论为理论基础。双膜理论的论点是：当气、液两相作相对运动时，其接触界面两侧分别存在气体边界层（气膜）和液体边界层（液膜），气膜和液膜均属层流，氧的转移就是在气、液双膜进行分子扩散和压膜外进行对流扩散的过程。 3、曝气设备 曝气设备的任务是将空气中的氧有效地转移到混合液中去。不

32、同的曝气设备，其充氧效能是不同的。衡量曝气设备效能的指标有动力效率（Ep）和氧转移效率（EA）或充氧能力。动力效率是指1kWh电所能转移到液体中去的氧量（kg（kWh）。氧转移效率（EA）也称氧利用率是指鼓风曝气转移到液体中的氧占供给的氧的百分率。 对于鼓风曝气，各种扩散装置在标准状态下的EA值是事先通过脱氧清水的曝气试验测定出的，般为515左右。 充氧能力是指叶轮或转刷在单位时间内转移到液体中的氧量，kgh。 良好的曝气设备应当具有较高的动力效率和氧转移效率（充氧能力）。 （一）鼓风曝气 鼓风曝气是传统的曝气方法，它由加压设备、扩散装置和管道系统三部分组成。加压设备一般采用回转式鼓风机，也有

33、采用离心式鼓风机，为了净化空气，其进气管上常装设空气过滤器，在寒冷地区，还常在进气管前设空气预热器；扩散装置一般分为小气泡、中气泡、大气泡、水力剪切和机械剪切等类型。扩散板、扩散管或扩散盘属小气泡扩散装置，穿孔管属中气泡扩散装置，竖管曝气属大气泡扩散装置。倒盆式、撞走式和射流式属水力剪切扩散装置，涡轮式属机械剪切扩散装置。 （二）机械曝气 机械曝气设备的式样较多，可归纳为叶轮和转刷两类。 l曝气叶轮 曝气叶轮有安装在池中与鼓风曝气联合使用的，也有安装在池面的，后者称“表面曝气。表面曝气具有构造简单，动力消耗小，运行管理方便，氧吸收率高的优点，故应用较多。表面曝气吸氧率为方15一25，充氧动力效

34、率为2.53.5 kgO2（kW.h），常用的表面曝气叶轮有泵型，倒伞型和平板型三种。 2曝气转刷 曝气转刷是一个附有不锈钢丝或板条的横轴（图6）。用电机带动，转速通常为4060rmin，转刷贴近液面，部分浸在池液中。转动时，钢丝或板条把大量液体抛向空中，并使液面剧烈波动，促进氧的溶解；同时推动混合液在池内循环流动，促进溶解扩散转移。  图6-1 曝气转刷 下图是污水处理厂正在曝气：   （四）活性方泥法的运行管理 、活性污泥法系统的投产与活性污泥的培养驯化 活性污泥法处理系统在工程完工之后和投产之前，需进行验收工作，在验收工作中，用清水进行试运行是必要的，这样可

35、以提高验收质量，对发现的问题可作最后修整；同时，还可以作一次脱氧清水的曝气设备性能测定，为运行提供资料。 在处理系统开始准备投产运行时运行管理人员不仅要熟悉处理设备的构造和功能，还要深入掌握设计内容与设计意图。对于城市污水和性质与其相类似的工业废水，投产时首先需要进行的是培养活性污泥，对于其他工业废水，除培养活性污泥外，还需要使活性污泥适应所处理污水的特点，对其进行驯化。 当活性污泥的培养和驯化结束后，还应进行以确定最佳条件为目的的试运行工作。 ）活性污泥的培养与驯化 培养活性污泥需要有菌种和菌种所需要的营养物。对于城市污水。其中菌种和营养物都具备，因此直接用城市污水进入培养，即所谓直接培养法

36、，此法是将污水引入曝气池进行允许曝气，并开动污泥回流设备，供曝气池和二次沉淀池接通循环。经l2天曝气后，曝气池内就会出现模糊不清的絮凝体。为补充营养和排除对微生物增长有害的代谢产物，要及时换水，即将污水再次引入曝气池，并顶替原有的一部分培养液，经二次沉淀池沉淀后排走，换水可间歇进行，也可以连续进行。 间歇换水一般适用于生活污水所占比重不太大的城市污水，每天换水12次。将污水引入曝气池，引入污水量相当工曝气池容积的5070，达到数量后停止进水，然后重复上述操作曝气和回流这祥一直持续到混合液30min沉降比达到1520时为止。在一般的污水浓废和水温在15以上的条件下，经过了710日便大致达到上述状

37、态。成熟的活性污泥具有良好的凝聚沉淀性能，污泥内含有大量的菌胶团和纤毛类原生动物，如钟虫，等枝虫、盖纤虫等，并可使BOD的去除率达90左右，当进水浓度很低时，为使培养期不致过长，可将初次沉淀池的污泥引入曝气池或不经初次沉淀池将污水直接引入曝气池。对于性质类似的工业废水，也可按上述方法培养，不过在开始培养时，宜投入一部分作为菌种的粪便水。 连续换水适用于以生活污水为主的城市污水或纯生活污水，连续换水是指边进水、边出水、边回流的方式培养活性污泥。 对于工业废水或以工业废水为主的城市污水，由于其中缺乏专性菌种和足够的营养，因此在投产时除用一般菌种和所需要营养培养足量的活性污泥外，还应对所培养的活性污

38、泥进行驯化，使活性污泥微生物群体逐渐形成具有代谢特定工业废水的酶系统，具有某种专性。 活性污泥的培养和驯化可归纳为异步培养法、同步培养法和接种培养法三种。异步培养法即先培养后驯化；同步培养法则培养和驯化同时进行或交替进行；接种法利用其他污水厂的剩余污泥，再进行适当培驯。 对于工业废水，先可用粪便水或生活污水培养活性污泥。因为这类污水中细菌种类繁多，本身所含营养世丰富，细菌易于繁殖。当缺乏这类污水时，可用化粪池和排泥沟的污泥、初次沉淀池或消化池的污泥等。采用粪便水培养时，先将浓粪便水过滤后投入曝气池，再用清水稀释，使BOD5，浓度控制在500mgL左右，进行静态（闷曝）培养。同样经过12天后，为

39、补充营养和排除代谢产物，需及时换水。对于生产性曝气池，由于培养液量大，收集比较困难，一般均采用间歇换水方式，或先间歇换水，后连续换水。而间歇换水又以静态操作为宜。即当第一次加料曝气并出现模糊的絮凝体后，就可停止曝气，使混合液静沉，经过11.5小时后排除上清液，排出体积约占总体积的5070，然后再往曝气池内投加新的粪便水和稀释水，粪便水的投加量应根据曝气池内已有的污泥量在适当的NS值范围内进行调节，即随污泥量的增加而相成增加粪便水量。在每次换水时，从停止曝气。沉淀到重新曝气，总时间以不超过2小时为宜。开始换水时，宜每天换水一次，以后可增加到两次，以便及时补充营养。 连续换水适用于有生活污水条件的

40、情况，在第一次投料曝气后或经数次闷曝而间歇换水后，就不断地往曝气池投加生活污水，并不断将出水排入二次沉淀池，将污泥回流至曝气池。随着污泥培养的进展，成逐渐增加生活污水量，使Ns值在适宜的范围内。此外，污泥回流量应比设计值稍大些。 当活性污泥培养成熟，即可在进水中加入并逐渐增加工业废水的比重，使微生物在逐渐适应新的生活条件下得到驯化。开始时，工业废水可按设计流量的1020加入，达到较好的处理效果后，再继续增加其比重，每次增加的百分比以设计流量的1020为宜，并待微生物适应巩固后再继续增加，直至满负荷为止。在驯化过程中，能分解工业废水的微生物得到发展繁殖，不能适应的微生物则逐渐淘汰，从而使驯化过的

41、活性污泥具有处理该种工业废水的能力。 上述先培养后驯化的方法即所谓异步培养法。为了缩短培养和驯化的时间，世可以把培养和驯化这两个阶段合并进行，即在培养开始就加入少量工业废水，并在培养过程中逐渐增加比重，使活性污泥在增长的过程中，逐渐适应工业废水并具有处理它的能力。这就是所谓“同步培养法”，这种做法需要操作人员有较丰富的经验，否则难以判断培养驯化过程中异常现象的起因，甚至导致失败。 在有条件的地方，可直接从其他污水厂引来剩余污泥，作为种污泥进行曝气培养，这可以缩短培养时间；如能从性质类似的污水处理厂引来剩余污泥，这更能提高驯化效果，缩短培驯时间。这种方法即所谓接种培驯法。 在倍养和驯化过程中，应

42、保证有良好的微生物生存条件，如温度、溶解氧、pH值、营养比等应加以调节，使培驯能快速进行。工业废水中。如缺乏氮、磷等养料，在驯化过程中应把这些物质逐渐加入曝气池中 实际上，培养和驯化这两个阶段不能截然分开，间歇换水与连续换水经常结合进行，具体倍养驯化时应依据净化机理和实际情况灵活进行。 （）试运行 活性污泥培驯成熟后，就开始试运行，试运行的目的是为了确定最佳的运行条件。在活性污泥系统的运行中，作为变数考虑的因素有混合液污泥浓度（MLSS）、空气量、污水注入的方式等；如采用生物吸附法，则还有污泥再生时间和吸附时间之比值；如采用曝气沉淀池还有回流窗孔开启高度；如工业废水养料不足，还有氨。磷的用量等

43、。将这些变数组合成几种运行条件分阶段进行试验，观察各种条件的处理效果，并确定最佳的运行条件，这就是试运行的任务。 活性污泥法要求在曝气池内保持适宜的营养物与微生物的比值；供给所需要的氧，使微生物很好的和有机物相接触；气体均匀地保持适当的接触时间等。如前所述，营养物与微生物的比值一般用污泥负荷率加以控制，其中营养物数量由流入污水量和浓度所定，因此应通过控制活性污泥的数量来维持适宜的污泥负荷率，不同的运行方式有不同的污泥负荷率，运行时的混合液污泥浓度就是以其运行方式的适宜污泥负荷率作为基础规定的，并在试运行过程中获得最佳条件下的NS值和MLSS值。 MLSS值最好每人都能够测定，如SVI值较稳定时

44、，也可用污泥沉降比暂时代替MLSS值的测定。根据测定的MLSS值或污泥沉降比，便可控制污泥回流比和剩余污泥量，并获得这方面的运行规律，此外，剩余污泥量也对以通过相应的污泥龄加以控制。 关于空气量，应满足供氧和搅拌这两者的要求。在供氧上应使最高负荷时混合液溶解氧含量保持在l2mg/L左右，搅拌的作用是使污水和污泥充分混合，因此搅拌程度应通过测定曝气池表面，中间和池底各点的污泥浓度是否均匀而定。 活性污泥系统的进水方式，一般设计得比较灵活，即可以按传统法，也可以按阶段曝气法或生物吸附法运行，在这种情况下，必须通过试运行加以比较观察，然后得出最佳效果的运行方式。如按生物吸附法运行，还应得出吸附和再生

45、时间的最佳比值。 、活性污泥法处理系统运行效果的检测 试运行确定最佳条件后，即可转入正常运行，为了经常保持良好的处理效果，积累经验，需要对处理情况定期进行检测。检测项目如下。 （1）反映处理效果的项目：进出水总的和溶解性的BOD、COD，进出水总的和挥发性的SS，进出水的有毒物质（对应工业废水）； （2）反映污泥情况的项目：污泥沉降比（SV）、MLSS。MLVSS、SVI、DO、微生物相等； （3）反映污泥营养和环境条件的项目：氮、磷、pH、水温等。一般SV和DO最好24小时测定一次，至少每班一次，以便及时调节回流污泥量和空气量。微生物观察最好每班一次，以预示污泥异常现象。除氮、磷、MLSS、

46、MLVSS、SVI可定期测定外，其他各项应每天测定一次。水样除测溶解氧外，均取混合水样。 此外，每天要记录进水量、回流污泥量和剩余污泥量，还要记录剩余污泥的排放规律、曝气设备的工作情况以及空气量和电耗等。剩余污泥（或回流污泥）浓度也要定期测定。 、活性污泥法运行中的异常情况 在运行，有时会出现异常情况，使污泥流失，处理效果降低。下面介绍运行中可能出现的几种主要异常现象和对其采取的措施。 （）污泥膨胀 正常的活性污泥沉降性能良好，含水率在99左右。当污泥变质时，污泥不易沉淀， SVI值增高，污泥的结构松散和体积膨胀，含水率上升，澄清液稀少（但较清澈），颜色也有异变，这就是污泥膨胀。污泥膨胀的原因

47、主要是丝状菌大量繁殖所引起，也有由于污泥中结合水异常增多导致的污泥膨胀。一般污水中碳水化合物较多，缺乏氮、磷、铁等养料，溶解氧不足，水温高或pH值较低等都容易引起丝状菌大量繁殖，导致污泥膨胀。此外，超负荷、污泥龄过长或有机物浓度梯度小等，也会引起污泥膨胀。排泥不通畅则引起结合水性污泥膨胀。 为防止污泥膨胀，首先应加强操作管理，经常检测污水水质、曝气池内溶解氧、污泥沉降比、污泥指数和进行显微镜观察等，如发现不正常规象，就需采取预防措施。般可调整，加大空气量，及时排泥，有可能时采取分段进水，以减轻二次沉淀池的负荷。 当污泥发生膨胀后，解决的办法可针对引起膨胀的原因采取措施。如缺氧、水温高等可加大曝

48、气量，或降低进水量以减轻负荷，或适当降低MLSS值，使需氧量减少等，如污泥负荷率过高，可适当提高MLSS值，以调整负荷。必要时还要停止进水，“闷曝”一段时间。如缺氮、磷、铁养料，可投加硝化污泥或氮、磷等成分。如pH过低，可投加石灰等调节pH。若污泥大量流失，可投加510mgL氯化铁，帮助凝聚，刺激菌胶团生长；也可投加漂白粉或液氯（按干污泥的0.30.6投加），抑制丝状菌繁殖，特别能控制结合水性污泥膨胀。也可投加石棉粉末、硅藻土、粘土等惰性物质，降低污泥指数。污泥膨胀的原因很多，以上只是污泥膨胀的一般处理措施。 （）污泥解体 处理水质浑浊，污泥絮凝体微细化，处理效果变坏等则是污泥解体现象。导致这

49、种异常规象的原因有运行中的问题，也有由于污水中混入了有毒物质。 运行不当，如曝气过量，会使活性污泥生物营养的平衡遭到破坏，使微生物量减少而失去活性，吸附能力降低，絮凝体缩小质密，一部分则成为不易沉淀的羽毛状污泥，处理水质浑浊，SVI值降低等。当污水中存在有毒物质时，微生物会受到抑制或伤害，净化能力下降或完全停止，从而使污泥失去活性。一般可通过显微镜观察来判别产生的原因。当鉴别出是运行方面的问题时，应对污水量、回流污泥量。空气量和排泥状态以及SV、MLSS、DO、NS，等多项指标进行检查，加以调整。当确定是污水中混入有毒物质时，需查明来源，采取相应对策。 （）污泥脱氮（反硝化 污泥在二次沉淀池呈

50、块状上浮的现象，并不是由于腐败所造成的，而是由于在曝气池内污泥泥龄过长，硝化进程较高（一般硝酸铵5mg/L以上），在沉淀池内产生反硝化，硝酸盐的氧被利用，氮即呈气体脱出附于污泥上，从而使污泥比重降低，整块上浮。所谓反硝化是指硝酸盐被反硝化菌还原成氨和氮的作用，反硝化作用一般在溶解氧低于0.5mg/L时发生，并在试验室静沉3090分钟以后发生。因此为防止这一异常规象发生，应增加污泥回流量或及时排除剩余污泥，在脱氮之前即将污泥排除；或降低混合液污泥浓度，缩短污泥龄和降低溶解氧等，使之不进行到硝化阶段。 （）污泥腐化 在二次沉淀池有可能由于污泥长期滞留而进行厌气发酵生成气体（H2S、CH4等），从而

51、使大块污泥上浮的现象。它与污泥脱氮上浮不同，污泥腐化变黑，产生恶臭。此时也不是全部污泥上浮，大部分污泥都是正常地排出或回流。只有沉积在死角长期滞留的污泥才腐化上浮。防止措施有：（1）安设不便污泥外溢的浮渣清除设备； （2）消除沉淀池的死角区； （3）加大池底坡度或改进池底刮泥设备，不使污泥滞留于池底。 此外，如曝气池内曝气过度，使污泥搅拌过于激烈，生成大量小气泡附聚于絮凝体上，也可能引起污泥上浮，这种情况机械曝气较鼓风曝气为多。另外，当流入大量脂肪和油时，也容易产生这种现象。防止措施是将供气控制在搅拌所需要的限度内，而脂肪和油则应在进入曝气池之前加以去除。 （）泡沫 曝气池中产生泡沫，主要原因

52、是污水中存在大量合成洗涤剂或其他起泡物质。泡沫可给生产操作带来一定困难，如影响操作环境，带走大量污泥。当采用机械曝气时，还能影响叶轮的充氧能力。消除泡沫的措施有：分段注水以提高混合液浓度；进行喷水或投加除沫剂（如机油、煤油等，投量约为0.5l.5mgL）等。 采用机械表面曝气时，如果池内混合液循环不良，曝气机浸没深度不足，仅停留在表面层混合液曝气，也会使池的表面积累泡沫，此时应调整曝气叶轮的浸没深度和改善池内混合液的循环。  （五）活性污泥法的发展 活性污泥法是废水生物处理的主要方法，为了进一步提高活性污泥法的处理效果，简化设备构造和方便运转。丰富净化功能，活性污泥法技术在近年来有了

53、不少改进，出现了一些新型的处理设备和技术。 、纯氧曝气法 纯氧曝气法是活性污泥法的重要变法，简单他说，就是用氧气代替空气的活性污泥法。其目的是通过提高供氧能力，增加混合液污泥浓度，加强代谢过程，达到提高废水处理的效能。纯氧曝气能使曝气池内溶解氧维持在610mgL之间，在这种高浓度的溶解氧状态下，能产生密实易沉的活性污泥，即使BOD污泥负荷达10kgBOD（kgMLSSd），也不会发生污泥膨胀现象，所以能承受较高负荷。由于污泥密度大，SVI值较小，沉淀性能好，易于沉淀浓缩，在曝气池内，污泥浓度可达57g/L从而增大了容积负荷（约26倍）缩短了曝气时间。此外还具有可能缩小二次沉淀池容积，不需浓缩池

54、，剩余污泥量少，剩余污泥浓度高，容易脱水，尾气排放量少，只有空气法的12，减少二次污染，占地少等优点。因此在国内外，纯氧曝气法得到了越来越多的应用。国内较大型石化废水处理装置都采用了纯氧曝气法。 纯氧曝气法的构造形式有多种，目前应用较多的是多段加盖式和推流式等。 （1）多段加盖式 多段加盖式是工业化最早形式，也是当前普遍采用的纯氧曝气法的主要形式，常又称之为“碳联法”（为美国碳化物联合公司所开发）。依其曝气方式旬分为两种。 A.联合曝气法（见图6-26）：本法一般可分为三段或四段，也有采用五段或六段等。每段均为加盖密闭的完全混合池，各段之间串联，因此从整体看来，又是推流式的。每段池中没有带中空

55、轴的水下叶轮，以打碎氧气泡，并搅拌和提升混合液，另在池盖上设空压机，将池中液面上与池盖下的混合气体压入中空轴，通过轮下的喷嘴装置，进入液中循环。  图6-26 多段加盖式氧气法（联合曝氧） 1一搅拌饥；2循环气体用空压机；3中空轴；4撞拌叶轮；5喷气器 池中氧气（挟带废水中释放出的气体）系由一段流向末端，与废水流向相同，且供氧量也大体与沿程废水的需氧量相适应。进氧压力只需比常压略高即可，约2501000Pa，以保证外面空气不致渗入，池中废气得以排出。到末湍的排气口处时，由于氧的消耗及处理过程中产生二氧化碳等气体，混合气体的流量减小为进气流量的1020，其中含氧纯度降低到50左右，因此

56、，氧的利用率可达90以上。 一般第一阶段的空压机转速可以调节，进氧的阀门可根据检测废气中含氧浓度的大小来关闭或开启以调节供氧量的大小。 B.表面曝氧法（见图627）：本洁将曝氧装置改用表面曝气器，或表面曝气器下再加一层叶轮，其他与上述联合式相同，此法设备较简单、应用较广。   图6-27 多段加盖式氧气法（表面曝气） 1电机；2表面曝气器；3辅助叶轮 (2)推流式 推流式采用联合曝氧方式，池加盖密闭，废水从一端进入，经多次折流后，从另一端流出，每一廊道设有苦干个中空轴，水下叶轮搅拌，喷嘴充氧，并用空压机循环氧气。 2、深水曝气法 根据亨利定律，气体在水中的溶解氧与水压有关，

57、深水曝气可使氧的转移率和水中溶解氧浓度大幅度提高，美国帝国化学公司（ICI）认为，在水深100m的条件下，氧利用率可达90，（一般仅为10）动力效率可达6kgO2（kWh）（纯氧曝气法仅为15 kgO2（kWh）大大节约了动力消耗，使处理成本降低。由于溶解氧浓度高，可缩短曝气时间，提高容积负荷率，减少剩余污泥量等。常规曝气池的水深由于受到曝气装置和鼓风机械等设备的限制，一般深为25m，很少达到67m。凡曝气池水深达7m以上者均属于深水曝气范围。 3、粉末碳活性污泥法 该方法是一种以活性污泥形式的活性炭吸附，生物氧化的综合处理法。其特点是向曝气池内投加粉末活性炭，使混合液内的活性炭保持一定浓度。

58、这种措施能够提高活性污泥法的净化功能，改善出水水质，提高对有毒物质和重金属等冲击负荷稳定性；并具有较好的脱色。除臭、消泡沫的效果，能改善污泥的凝聚沉淀性能，提高二次沉淀池和污泥脱水设备的能力。避免产生污泥膨胀现象等。 投入活性炭后，使活性污泥法具有上述效果的原因，大致可归纳为以下几种。 （1）活性炭的巨大比表面积和富集作用，将有机物和溶解氧浓缩在其周围，为微生物代谢活动创造了良好的条件，加快了BOD的去除过程。 （2）活性炭吸附了难以降解的物质（如色素、洗涤剂等），延长了微生物与这些物质的接触时间（相当于延长污泥龄，并不是废水的停留时间），提供了更大的生物降解机会。 （3）具有高度微粒密度的活

59、性炭作为生物絮凝的载体和加重剂能够大大地改善活性污泥的凝聚沉淀性能。 4、两级活性污泥法 两级活性污泥法简称AB法（吸附传统活性污泥法），第一级（A级）为高负荷的吸附级，污泥负荷2kgBOD（kgMLSSd）；第二级（B级）为常负荷吸附级，污泥负荷为0.150.3kgBOD（kgMLSSd）。A、B级串联运行，独立回流形成二种各自与其水质和运行条件对应的完全不同的微生物群落，A级负荷高，停留时间短（0.5h），污泥龄短（0.30.5d），限制了高级微生物的生长，因此，在A级内仅有活性高的细菌，B级相反，一方面A级的调节和缓冲作用，使B级进水相当稳定，另一方面B级负荷比较低，因此，许多原生动物可以在B级内良好地生长繁殖。A、B法的优点： （1）A级细菌具有极高繁殖和变异能力，A级能很好地忍受水质、水量、pH值的冲击和毒物影响，使B级进水非常稳定；（2）A级内半小时的曝气时间能去除60左右的BOD5，并且这个去除主要是通过絮凝、吸附、沉淀等物理化学过程实现的，能量消耗低。加上B级2h，总的曝气时间仅为2.5h，因此设备体积小，可节省基建费用1520，节省能耗2025；（3）出水水质好；（4）运行稳定可靠，A级SVI60，B级SVI100。A、B法的缺点是多一个回