第三章、废水的生物处理

1、一、微生物的呼吸类型一、微生物的呼吸类型n 微生物的呼吸指微生物利用营养物质获取能量的生理功能。n 微生物的呼吸按呼吸过程与氧的关系分为好氧呼吸和厌氧呼吸。1.好氧呼吸好氧呼吸（1）异养微生物的好氧呼吸：以有机物为底物，最终产物为二氧化碳、氨和水等无机物，同时释放能量。 C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+2817.3KJ C11H29O7N+14O2+H+ 11CO2+13H20+NH4+能量（2）自养微生物好氧呼吸：以无机物为底物，其最终产物也是无机物，同时释放能量。 H2S+2O2 H2SO4+能量 NH4+2O2 NO3-+2H+H2O+能量2.厌氧呼吸厌氧呼吸（1）发酵：指供

2、氢体和受氢体都是有机物的生物氧化作用，最终受氢体无需外加，就是供氢体的分解产物。（大分子小分子） C6H12O6 2CH3COCOOH+4H 2CH3COCOOH 2CO2+2CH3CHO 4H+2CH3CHO 2CH3CH2OH 总反应式： C6H12O6 2CH3CH2OH+2CO2+92.0KJ （2）无氧呼吸：指以无机氧化物，如NO3-、 NO2-、SO42-等代替分子氧，作为最终受氢体的生物氧化作用。如反硝化作用：C6H12O6+6H2O 6CO2+24H 24H+4NO3- 2N2+12H20总反应式： C6H12O6+4NO3- 6CO2+6H2O+ 2N2+1755.6KJ 同

3、一种底物：通过呼吸释放的能量：好氧呼吸无氧呼吸发酵二、微生物的代谢与废水的生物处二、微生物的代谢与废水的生物处理理n好氧生物处理好氧生物处理指有分子氧存在的条件下，好氧微生物降解有机物为无机物，使其稳定、无害化的处理方法。n处理对象：以胶体或溶解态存在的有机物。n适用范围：中、低浓度有机废水，或BOD5小于500mg/l的有机废水。n特点：反应速度较快，所需反应时间较短，故处理构筑物容积小，处理过程散发臭气较少图图3-1 好氧生物处理过程中有机物转化示意图好氧生物处理过程中有机物转化示意图 好氧生物处理是利用微生物的新陈代谢功能，好氧生物处理是利用微生物的新陈代谢功能，把把1/3有机物分解为无

4、机物，把有机物分解为无机物，把2/3有机物合成为微有机物合成为微生物自身，当活性污泥进入二沉池时，作为剩余污生物自身，当活性污泥进入二沉池时，作为剩余污泥排放，达到了有机物的稳定化和无害化。泥排放，达到了有机物的稳定化和无害化。有机物+氧 M分解代谢合成代谢原生质H2O、CO2、NH3+ 能量内源呼吸净增细胞物质M、O2H2O、CO2、NH3、SO42-、PO43- +能量（有氧呼吸）1/32/3放热合成代谢方程式：CXHYOZ+NH3+O2 C5H7NO2+CO2+H2O-能量2、废水的厌氧生物处理、废水的厌氧生物处理n在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有

5、机物进行生物降解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。n厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。n适用范围：有机污泥和高浓度有机废水（一般BOD52000mg/l）n特点：不需加氧，故运行费用低，剩余污泥少，可回收能量。缺点反应速度慢，反应时间长，处理构筑物容积大。 I类类产产物物甲酸甲酸甲醇甲醇甲胺甲胺乙酸等乙酸等 通过不同通过不同途径转化途径转化为为CHCH4 4、COCO2 2等等 废水或污泥废水或污泥中不溶态大中不溶态大分子有机物分子有机物 蛋白质蛋白质多糖多糖脂类脂类 氨基酸氨基酸C C6 6H H1212O O6 6甘油甘油脂肪酸脂肪酸

6、 II类类产产物物 丙酸丙酸丁酸丁酸乳酸乳酸乙醇等乙醇等 水解酸化水解酸化产氢产乙酸产氢产乙酸 产甲烷产甲烷 发发酵酵菌菌 甲甲烷烷菌菌 产氢产氢产乙产乙酸菌酸菌 CO2 H乙酸乙酸发发酵酵菌菌图图3-2 厌氧生物处理过程中有机物转化示意图厌氧生物处理过程中有机物转化示意图 废水的厌氧生物处理可分为三个阶段，大分子有废水的厌氧生物处理可分为三个阶段，大分子有机物（不溶性）机物（不溶性）小分子有机物（溶解性）小分子有机物（溶解性） 、无机物、无机物有机酸、无机物有机酸、无机物CH4、CO2、NH3、H2S，使有机，使有机物得以降解和稳定。物得以降解和稳定。三、三、 微生物的生长规律和生长环境微生

7、物的生长规律和生长环境1、微生物的生长规律、微生物的生长规律 按微生物的生长速度，其生长可分为四个期：n停滞期、n对数期、n静止期、n衰老期。n停滞期：微生物的生长速度从零逐渐开始增加，细菌总数增加。出现于污泥培养驯化阶段，或水质发生变化、停产后又生产阶段。n对数期：微生物以最大速度增长，细菌总数快速增加。当废水中有机物浓度高，且培养条件适宜，可能处于对数期。处于对数期的微生物降解有机物速度快，但沉降性能差。n静止期：微生物生长速度开始下降，细菌总数达到平衡。当废水中有机物浓度降低，污泥浓度较高时，微生物可能处于静止期。此时污泥絮凝性好，二沉池出水水质最好。n衰老期：微生物生长速度变为负值，细

8、菌总数下降。当有机物浓度低，营养物明显不足，则可能处于衰老期。此时污泥较松散，沉降性能好，出水中有细小泥花。2、微生物的生长环境、微生物的生长环境1）.微生物的营养：碳源、氮源、磷源是微生物生长所需的必要营养物质，其比例一般为BOD5：N：P=100：5：1。2）.温度：按温度可把微生物分为低温性（5-20）、中温性（20-45）、高温性（45-80 ）三类。好氧生物处理中，以中温性微生物为主，所以适宜温度为25-40 。厌氧生物处理甲烷菌为中温菌，其它阶段为高温菌，所以厌氧生物处理如果产甲烷温度控制在33-38 ，如果不产甲烷，只是发酵产酸温度控制在52-57 比较适宜。3）.PH值：活性污

9、泥最适宜的PH值范围是6.5-8.5。4）.溶解氧：是影响生物处理效果的重要因素。好氧生物处理溶解氧一般以2-3mg/L为宜。厌氧生物处理不能有氧。5）.有毒物质：重金属等有毒物质能使微生物细胞结构遭到破坏以及生物酶变性，失去活性。四、米歇里斯四、米歇里斯-门坦（门坦（Michaelis-Menten）方程式）方程式 米氏在一切生化反应都是在酶催化进行的前提下，提出微生物分解代谢的酶反应方程式：米氏方程式：式中：酶反应速度 max最大酶反应速度 CS底物浓度 Km米氏常数（半速度常数）SmSmaxCKC图图3-3酶反应速度与底物浓度的关系酶反应速度与底物浓度的关系底物浓度底物浓度CSKm酶酶反

10、反应应速速度度1/2maxmax0混合级反应区混合级反应区（0n1）零级反应区零级反应区（n=0）一级反应区一级反应区（n=1）SmSmaxCKC分析米氏方程式分析米氏方程式n当CS很大时，即 CSKm时，= max，呈零级反应，此时酶与底物全部结合为，所以增加底物浓度，对酶反应速度无任何影响。n当CS很小时， 即CSKm时， ，呈一级反应， 与CS 成正比，此时部分酶与底物结合，所以增加底物浓度，可提高反应速度。n当CS介于上述二者之间，由小到大增加时， 与CS 呈混合级反应，即n=0-1，增加CS， 缓慢增加。SmmaxCK五、五、 莫诺特（莫诺特（Monod）方程式）方程式 莫诺特（莫诺

11、特（Monod）方程式是）方程式是Monod于1942年以纯菌种对单一底物的分批培养实验基础上提出了描述微生物增长的动力学方程。式中：微生物的比增长速度， max微生物的比增长速度； CS底物浓度；CX微生物浓度 kS饱和系数（半增长速度常数） q、qmax底物的比降解速度及最大值。SSSmaxCkCXXCdt/dCSSSmaxCkCqq或XSCdt/dCq第二节第二节 活性污泥法活性污泥法一、 基本概念二、 气体传递原理和曝气池三、 活性污泥法的发展和演变四、 活性污泥法的设计计算五、 活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题六、 二次沉淀池曝气池是一个生物反应器，通过曝气设备充入空气，空气

12、中的氧融入污水使活性污泥混合液产生好氧代谢反应。沉淀池中的污泥大部分回流，称为回流污泥。回流污泥的目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度。菌胶团是由细菌分泌的多糖类将细菌包裹成的粘性团块，使细菌具有抵御外界不利因素的性能。菌胶团是活性污泥絮凝的主要组成部分。活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程中可分为两个阶段，吸附阶段和稳定阶段。1升混合液沉淀30分钟所对应的活性污泥的体积（ml）1升混合液中SS的干重（g）SV(ml/L)MLSS(g/L)SVI= =SV 污泥沉降比MLSS 混合液的悬浮固体双膜理论：1.存在两个膜，在气液相界面附近分别存在着层流运动

13、的气膜和液膜，O2在两个膜内做分子扩散，在膜外做对流扩散。2.氧从气相主体传递液相主体，所有的传质阻力，仅存在于两层膜当中。3.氧是难溶气体，传递阻力在液膜而不在气膜。膜后g 1层流气体液体紊流气膜液膜分压或浓度内表面c1cpg pidm/dt=KgA(c1 c0)而而dm=Vdc所以所以dc0/ dt= KgA(c1 c0)/v KLa= KgA/v 因此因此dc0/ dt= KLa(c1 c0)KLa=2.3 logc0c1c0c21t2-t1KLa的影响因素：1.水质修正系数a2. 水的温度 温暖上升 ，KLa随着上升，c0值下降3. 压力压力上升， c0值增加。二二.曝气设备曝气设备曝

14、气设备主要分为鼓风曝气和机械曝气。1.鼓风曝气扩散器是整个鼓风曝气系统的关键部件，它的作用是将空气分散成空气泡，增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。扩散器根据分散气泡的大小，扩散器又可分为：a.小气泡扩散器b.中气泡扩散器c.大气泡扩散器d.微气泡扩散器2.机械曝气鼓风曝气是水下曝气，机械曝气是表面曝气。机械曝气是用安装于曝气池表面的表面曝气机来实现的。表面曝气机分竖式曝气机和卧式两类。3.曝气设备性能指标a.氧转移率b.充氧能力c.氧利用率三三. 曝气池类型曝气池类型1.推流曝气池2.完全混合曝气池四四. 曝气设备的性能测试曝气设备的性能测试1. 在清水中的测试2. 在运

15、行条件下的测试3. 麦金尼方法 3）分布曝气 4).浅层曝气 5). 深层曝气吸附池沉淀池再生池剩余污泥出水污泥回流进水6、吸附生物降解工艺（AB法）格栅沉砂吸附沉淀曝气沉淀A级B级出水污水剩余污泥回流污泥剩余污泥7、序批式活性污泥法（SBR法）格 栅沉砂池初 沉 池间歇式曝气池出水原废水8、连续进水周期循环延时曝气活性污泥法 方法一：活性污泥负荷率（简称污泥负荷）方法一：活性污泥负荷率（简称污泥负荷） 污泥负荷率是指单位重量活性污泥在单位时间内所能承受的BOD5量。 V=QSa/XNS 式中：Q与曝气时间相当的平均进水流量，m3/d； Sa曝气池进水的平均BOD5值，mg/L; X曝气池中的

16、污泥浓度，mg/L； NS污泥负荷率，（kg BOD5/kgMLSSd） 方法二：曝气区容积负荷率法（简称容积负荷）方法二：曝气区容积负荷率法（简称容积负荷） 容积负荷是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受的BOD5量，即 Nv= QSa/V=XNS V=QSa/Nv式中：Nv容积负荷率，kg BOD5/ m3 Q与曝气时间相当的平均进水流量，m3/d； Sa曝气池进水的平均BOD5值，mg/L; 方法三：污泥龄法（方法三：污泥龄法（C）法法 微生物平均逗留时间，又称为污泥龄，是指： a.新生的微生物在反应器中平均逗留时间； b.反应系统中，工作着的微生物总量被全部更新一次所需时间； c.反应

17、系统中,工作着的微生物总量同每日排放的剩余微生物量的比值 V=CQy(S0-Se)/ Xa(1+KdC) 式中：Kd内源代谢系数h-1 y合成系数，mgVSS/mgBOD5; s0曝气池进水的平均BOD5值，mg/L; se曝气池出水的平均BOD5值，mg/L; Xa曝气池中的污泥浓度，mg/L； C微生物平均逗留时间，d。 剩余污泥的计算：剩余污泥的计算： 根据yobs 定义以及物料平衡式有： Yobs= y/1+KdC Yobs 是扣除了内源代谢后的净合成系数，称为表观合成系数。 剩余污泥量剩余污泥量PX为：为： PX=yobsQ(S0-Se)注意： PX是以挥发悬浮固体表示的剩余活性污泥

18、量。 污泥上浮的原因：污泥上浮的原因： 1.因污泥被破碎,沉速减小而不能下沉,随水飘浮而流失:一些是由于污泥颗料夹带气体油滴,密度减小而上浮. 2.操作不当,曝气量过小,二次沉淀池可能由于缺氧而发生的污泥腐化,即池底污泥压氧分解,产生大量气体,促使污泥上浮. 3.当曝气时间才或曝气量大时,在曝气池中将发生高度硝化作用,使混合液中硝酸盐浓度较高,这时,在沉淀池中可能由于反硝化而产生大量N或N气而使污泥上浮. 4.当废水中含油量过大时,污泥可能夹油上浮,当废水温度较高,在沉定池中形成温差异重流时,将导致污泥无法下沉而流失.。 污泥上浮的污泥上浮的 处理办法处理办法: 应暂停进水,打碎或清除浮沉,判

19、明原因,调整操作： 1.如污泥沉降性差,可适当投力口混凝挤或惰性物质,改善沉淀性. 2.如进水负荷过大应减小进水量或加大回流量； 3.如污泥颗粒细小可降低曝气机转速； 4.如发现反硝化,应减小曝气量,增大污泥回流量或排泥量； 5.如发现污泥腐化,应加大曝气量,消除积泥,并设法改善池内水力条件.污泥膨胀污泥膨胀 的原因：的原因： 污水水质；运行条件；工艺方法污泥膨胀的措施：污泥膨胀的措施：1.控制曝气量,使曝气池保持溶解1-42.调整PH值3.如营养比失调,可造量投加含N.P化合物4.投加一些化学药剂.5.调整污泥负荷,通常用处理后的水稀释进水6.短期内间易曝气(闷曝) 二沉池中普通存在四个区,

20、清水区,絮凝区,成层沉降区,压缩区. 二次沉淀池的容积计算方法与一般沉淀池并无不同，但由于水质和功能不同，采用的设计参数也有差异。其计算的方法可简明地用下列两公式反映： A= qv/ V=rqvt 式中：A澄清区表面积，m2; qv废水设计流量，用最大时流量，m3/h; 沉淀效应参数，m3/ m2h或m/h; V污泥区容积，m3； R最大污泥回流比； t污泥在二次沉淀池中的浓缩时间，h. 二沉池与初沉池的比较二沉池与初沉池的比较: 二次沉淀池在功能上要同时满足澄清(固液分离)和污泥浓缩(使回流污泥的含水率降低,回流污泥的体积减少)两方面的要求) 两者都是利用是悬浮物与污水的密度差达到液固分子离

21、的原理 不同点: a.功能不同,二沉淀功能上要满足澄清和污泥浓缩的要求初沉池的功能是分离废水中较大的无机物悬浮物颗粒与部分大分子有机悬浮颗粒 b.二沉池的沉降利用成层沉降原理,而初沉池利用的是自由沉降原理. c.两者在构造上要注意以下N个方面:a:二沉池的进小部分要考虑布小均匀的情况和出小情况:进水要有利于絮凝条件而出水要防止污泥 d.污泥斗的容积与设计 沉淀池由五个疗分组成:进水区,出水区,沉淀区,污泥区,缓冲区 二沉池中普通存在四个区,清水区,絮凝区,成层沉降区,压缩区. 因为: 1.首先从提高二沉池的澄清能力来看, 斜板池可以提高沉淀效能的原理主要适用于自由沉淀,在二沉池中属于成层成沉.

22、当然,在二沉池中设斜板后,实际上可以提高布水的有效性,而不属于浅池理论的原理 2.提高二沉池的澄清能力,这是由于斜板对提高浓缩能力毫无效果. 加设斜板的方法不妥当加设斜板的方法不妥当:第三节第三节 污水的好氧生物处理污水的好氧生物处理-生物膜法生物膜法一、一、 生物滤池生物滤池二、二、 生物转盘生物转盘三、三、 生物接触氧化法生物接触氧化法四、四、 生物硫化床生物硫化床qv入流进水井污泥回流（需要时）二次沉淀池生物滤池污泥初沉池馈水池qvqv初流生物膜法基本流程图2)负负荷荷率率负荷率的单位是m(水)m.d或m(水)m.d,后一单位相当于m/d,又称平均滤率.以流量为准的负荷率常称为水力负荷率

23、,水力负荷率采用滤率为单位时,又称为表面水力负荷率.以BOD为准的负荷率常称有机负荷率.在高负荷条件下,随着滤率的提高,污水在生物滤池中的停留时间缩短,出水水质将相应下降.为此,可以利用污水厂出水回流(回流滤池),或提高滤高度(塔式生物滤池)来改善进水水质,从而提高滤率和保证出水水质.(3)回回流流利用污水厂的出水,或生物滤池出水稀释进水的做法称回流,回流水量与进水量之比叫回流比.回流对生物滤池性能有下述影响:a稀释进水浓度,降低进水水质b增大水力力负荷c有调节和稳定进水的作用d提高出口水质e抑制臭味,防止产生蚊蝇串联:提高出水水质；避免单个滤池高度过；提出来高耐冲击负荷率。(4)供供氧氧 有

24、人建议滤池进水COD应小于400mg/g。 计算时，应注意下述几个问题：计算时，应注意下述几个问题： 1、计算时采用的负荷率应与设计处理效率相应。通常，负荷率是影响处理效率的主要因素，两者常相体并论。下表所示数据是城市污水一般经验的概括： 2、影响处理效率的因素很多，除负荷之外，主要的还有污水的浓度、水质、温度、滤料特性和滤床高度。对于回流滤池，则还有回流比。 3、没有经验可以援用的工业废水，应经过实验，确定其设计的负荷率。生物滤池类型B O D5负 荷 率 /（kgm3d-1）水 力 负 荷 率 /（m3m-2d-1）处理效率/%低负荷率0.15-0.301-385-95回流式1.210-3

25、075-90塔滤1.0-3.080-20065-85 滤床高度的确定滤床高度的确定 一般是根据经验或实验结果确定。例如低负荷率滤池用2m左右，两级回流生物滤池的滤床用1.01.8m，塔式生物滤池用8m以上。 最后应该核算滤率，最后应该核算滤率，看它是否合理。回流生物滤池池深浅，滤池一般不超过30m/d，其滤率的确定与进水BOD5有关。进水BOD5/ mgL-1120150200滤率/（m3m2d-1）252015 一一 机理机理: 吸附-吸氧-氧化 硝化,脱氮,除磷. 特性特性: 1.生物转盘动力消耗低及运行资用低 2.维护管理简单 3.在短期内其净化能力高耐冲击负荷大 4.生物转盘产生的污泥

26、量少,易沉降,易脱水 5.生物转盘是多动能的,即处理落小比较广,从(BOD 5mg/l 4000 mg/l) 6.灵活性大 7.不会产生蚊蝇,不会产生滤床堵塞 二二.结构组成结构组成: 1盘面,提供巨大的表面积(比表面积大),轻,耐腐,聚苯乙烯泡沫塑料玻璃钢) 盘片直径 2-3m 2.转轴及传动机构 转轴,钢管和钢棍 3.接触反应槽,要求40%浸入水中 三.工艺流程及选择 1.布置方式 串联多级 多轴多级 2.工艺流程 生物转盘的设计计算生物转盘的设计计算 1.生物转盘的设计计算方法：生物转盘的设计计算方法： 1)通过实验求得需要的设计参数 设计参数如有机负荷、水利负荷、停留时间等可通过实验求

27、得，然后进行生产规模的生物转盘设计。威尔逊等人根据生活污水作的实验研究，建议当采用0.5m直径转盘作实验，所得参数进行设计时，转盘面积宜比计算值增加25%；当实验采用的转盘直径为2m时，则宜增加10%的面积。 2) 用经验图表或经验值计算 2.按负荷率进行计算按负荷率进行计算 1)转盘总面积A= qvc0/N 或A=Q/q A=Q（S0Se）/Na式中：qv处理水量，m3/d; C0进水BOD5，mg/L； N生物转盘的BOD5负荷率，g/m2d。2） 转盘盘片数 m=4A/2D23）长度 L=m(a+b)K 式中：a盘片间间距，m,一般进水端为2535mm,出水端为1020mm; b盘片厚度

28、，视材料强度决定，m; K系数，一般取1.2。4）废水处理槽有效容积（V） V=（0.2940.335）（D+2）2 L 净有效容积 V1=（0.2940.335）（D+2）2（Lmb） 当 r/D=0.1,系数取0.294； 当 r/D=0.06，系数取0.335。 式中：r中心轴与槽内水面的距离，m; 盘片边缘与处理槽内壁的间距，m，一般取2040mm。(5) 转盘的转速n0 n0=6.37(0.9V1/qv1)/D (rpm)(6) 容积面积比 G=V1/A103 （L/m2）(7) 平均逗留时间 T= V1/Q20 h三、生物转盘的进展和应用三、生物转盘的进展和应用1.生物转盘法的进展

29、 空气驱动的生物转盘 与沉淀池合建的生物转盘 与曝气池组合的生物转盘2.生物转盘的应用在我国，生物转盘主要用于处理工业废水。在化学纤维、石油化工、印染、皮革和煤气发生站等行业的工业废水处理方面均得到应用，效果良好。三三 池型的构造池型的构造 1.布水布气：布水布气：底部进气进水式、旁边进气顶部进水式、表面曝底部进气进水式、旁边进气顶部进水式、表面曝气式。气式。 底部进气进水式：底部进气进水式： 水和滤料直接接触,搅动能度大,加速生物膜脱落和更新,有利于有机物的氧化分解,有助于防止堵塞。 旁边进气顶部进水式：旁边进气顶部进水式： 搅动程度低,水当中的溶解饼高,有助于好氧生物降解反应。 表面曝气式

30、：表面曝气式： 能量消耗低,但防止堵塞,加快反应不及前两种 2.填料填料 填料要求比表面积大、空隙率大、水力阻力小、强度大、化学和生物稳定性好、能经久耐用、价格便宜。 目前常用的填料是聚氯乙烯塑料、 三、生物接触氧化池的设计计算三、生物接触氧化池的设计计算 生物接触氧化池工艺设计的主要内容是计算池子的有效容积和尺寸，空气量和空气管道系统计算。目前一般是根据有机负荷率计算池子容积。对于工业废水，最好通过实验确定有机负荷率，也可审慎地采用经验数据。 1.生物接触氧化池的有效容积（即填料体积） V=Q（S0Se）/Nv 式中：qv平均日设计污水量，m3/d; S0，Se分别为进水、出水BOD5，mg

31、/L； Nv有机容积负荷率，kg BOD5/m3d（城市污水可 用1.01.8）。2.生物接触氧化池的总面积A和座数nA=V/h0 N=A/A1 式中：h0填料高度，一般采用3.0m， A1每座池子的面积，m2,一般25 m2。 3） 池深h h=h0+h1+h2+h3 式中：h1超高，0.40.5m h2填料层上水深，0.40.5 m h3填料至池底的高度，0.51.5m。 4）有效停留时间t t=v/qv5）空气量D和空气管系统计算 D=D0 qv式中：D01m3污水需气量，m3/ m3，一般 为1520 m3/ m3。uhabclgVminlgVmaxlg pabc 在这阶段，流化层的高

32、度是随上升而增大，床层压力降 p则基本不随流速改变。如上图所示。 b点流速Vmin是达到流态化的起始速度，称临界流态化速度。 膨胀率 K=（Ve /V1） 100% 式中： V、 Ve 分别为固定床层和流化床层体积 膨胀比 R= he /h 式中：h 、 he 分别为固定床层和流化床层高度 3.液体输送阶段液体输送阶段 当液体流速提高至超过c点后，床层不再保持流化，床层上部的界面消失，载体随液体从流化床带出，这种阶段称液体输送阶段。在水处理工艺中，这种床称“移动床”或“流动床”。C 点的流速Vmax称颗粒带出速度或最大流化速度。 流化床的正常操作应控制在Vmin与Vmax之间。 二、生物流化床

33、的类型二、生物流化床的类型 1.两相生物流化床 这类流化床是在流化床体外设置充氧设备与脱膜装置，以为微生物充氧并脱除载体表面的生物膜。 2.三相生物流化床 三相生物流化床是气、液、固三相直接在流化床进行生化反应，不另设充氧设备和拖膜设备，载体表面的生物膜依靠气体的搅拌作用，使颗粒之间激烈磨檫而脱落。其工艺流程为：三、生化流化床的优缺点三、生化流化床的优缺点 主要优点如下： 1.容积负荷高，高冲击负荷能力强 2.微生物活性强 3.传质效果好 缺点： 设备的磨损较固定床严重，载体颗粒在湍流过程中会被磨损变小。此外，设计时还存在着生产放大方面的问题，如防堵塞、曝气方法、进水配水系统的选用和生物颗粒流

34、失等。四、生物流化床的进展载体的研究 研究认为，生物流化床工作性能的提高，关键在于载体的革新。 创造一种比重小于水而耐磨的粒状或近于粒状（即体积小）的载体。目前开发了一种空心塑料（聚乙烯、聚丙烯等）体（球状或柱体），其比重小于1。第四节第四节 污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理一、一、 厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理的基本原理二、二、 污水的厌氧生物处理方法污水的厌氧生物处理方法三、三、 厌氧生物处理法的设计厌氧生物处理法的设计四、四、 厌氧和好氧技术的联合运用厌氧和好氧技术的联合运用一、一、 厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理的基本原理 传统上，污泥在脱水作最后处置前进行厌氧处理，称污

35、泥消化，“消化”也常称作为厌氧处理的简称。早期的厌氧处理研究都针对污泥消化。 污泥的厌氧处理面对的是固态有机物，所以简称消化。对批量污泥静置考察，可以见到污泥的消化过程明显分为两个阶段。固态有机物先是液化，称液化阶段；接着降解产物气化，称气化阶段；整个过程历时半年以上。 消化分为四个阶段：先是水解阶段，固态有机物被细菌的胞外酶所水解；第二阶段是酸化；在进入甲烷化阶段之前，代谢中间液态产物都要乙酸化，称乙酸化阶段；第四阶段是甲烷化阶段。然而甲烷化效率很高的甲烷八叠球菌能够代谢甲醇，乙酸和CO2甲烷。 大分子有机物（碳水化合物，蛋白质，脂肪等）水解细菌的胞外酶水解的和溶解的有机物酸化产酸细菌有机酸

36、醇 类醛 类乙酸化乙酸细菌乙 酸甲烷化甲烷细菌 CH4CH4甲烷细菌 厌 氧 发 酵 的 几 个 阶 段 PH值和温度是影响甲烷细菌生长的两个重要环境因素。PH值应在6.87.2之间。在350C！380C和520C550C各有一个最适温度。 厌氧法为什么有机负荷率低，需要的停留时间长？厌氧法为什么有机负荷率低，需要的停留时间长？这是由有机物厌氧分解的反应所决定的。与好氧相比，厌氧法的降解教不彻底，放出热量少，反映速度低（与好氧相比，在相同时，要相差一个数量级）。要克服这些缺点，最主要的方法应是增加参加反应的微生物数量（浓度）和提高反应时的温度。但要提高反应温度，就要消耗能量（而水的比热又很大）

37、。因此，厌氧生物处理法目前还主要用于污泥的消化、高浓度有机废水和温度教高的有机工业废水的处理。二、二、 污水的厌氧生物处理方法污水的厌氧生物处理方法 最早的厌氧生物处理构筑物是化粪池，近年开发的有厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器，分段消化法等。 一、化粪池一、化粪池 化粪池用于处理来自厕所的粪便污水。曾广泛用于不设污水厂的合流制排水系统。尚可用于郊区的别墅建筑。 二、厌氧生物滤池二、厌氧生物滤池 厌氧生物滤池的主要优点是：处理能力高；滤池内可以保持很高的微生物浓度；不需另设泥水分离设备，出水SS较低，设备简单、操作方便等。它的主要 缺点是：滤料容易堵塞，尤其是夏布，生物膜很厚。

38、堵塞后，没有简单有效的清洗方法。因此，悬浮物高的废水不适用。填 料出水进水消化气厌 氧 生 物 滤 池 三、三、 厌氧接触法厌氧接触法 厌氧接触法实质上是厌氧活性法，不需要曝气而需要脱气。 其工艺流程为：（见下图） 厌厌 氧氧 接接 触触 法法 工工 艺艺 流流 程程 上流式厌氧污泥反应器（UASB）是由荷兰的Lettinga教授等在1972年研制，于1977年开发的。结构如图。四、四、 上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器污泥层悬浮污泥层澄清区出水消化气进水上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器 在反应器的的底部有一个高浓度（可达6080g/l）、高活性的污泥层，大部分的有机物

39、在这里被转化为CH4和CO2。由于气态产物（消化气）的搅动和气泡黏附污泥，在污泥层之上形成一个污泥悬浮层。反应器上部设有三相分离器，完成气、液、固三相的分离。被分离的消化气从商部导出，被分离的污泥则自动滑落到悬浮污泥层。出水则从澄清区流出。由于在反应器内保留了大量厌氧污泥，使反应器的负荷能力很大。对一般的高浓度有机废水，当水温在300C左右时，负荷率可达1020kg(COD)/m3d。 试验表明，良好的污泥床，有机负荷率和去除率高，不需要搅拌，能适应负荷冲击和温度与PH的变化。它是一种有发展前途的厌氧处理设备。 五、五、 分段厌氧处理法分段厌氧处理法 根据消化可分阶段的事实，研究开发了二段式厌

40、氧处理法，将水解酸化过程和甲烷化过程分开在两个反应器内进行，以使两类微生物都能在各自的最适条件下生长繁殖。第一段的功能是：水解和液化固态有机物为有机酸；缓冲和稀释负荷冲击与有害物质，并将截留难降解的固态物质。第二段的功能是：保持严格的厌氧条件和PH值，以利于甲烷菌的生长；降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气，并截留悬浮固体，以改善出水水质。 二段式厌氧处理法的流程尚无定式，可以采用不同构筑物予以组合。三、三、 厌氧生物处理法的设计厌氧生物处理法的设计 厌氧生物处理系统的设计包括：流程和设备的选择；反应器和构筑物的构造和容积的确定；需热量的计算和搅拌设备的设计等。 一、流程和设备的选择 流程

41、和设备的选择包括：处理工艺和设备的选择；消化温度；采用单级或两级（段）消化等。 二、厌氧反应器的设计 前面所讨论的生化反应动力学和基本方程式，同样适用于厌氧生物处理，但一些动力学常数的数值则有显著的差别。厌痒反应的速率显著地低于好氧反应；另一方面，厌氧反应大体可分为酸化和甲烷化阶段，甲烷化阶段的反应速率明显低于酸化阶段的反应速率。因此，整个厌氧反应的总速率主要决定于甲烷化阶段。反应器的设计：反应器的设计： 计算确定反应器容积的常用参数是负荷率N和消化时间t,公式为： V=qv t 或 V= qv /N 式中：V反应（消化）区的容积，m3; qv废水的设计流量，m3/d; t消化时间，d; 废水

42、有机物的浓度，g(BOD5)/L或g(COD) /L; N反应区的设计负荷率，Kg(BOD5)/ m3d或Kg(COD) / m3d。 采用中温消化时，对于传统消化法，消化时间在1-5d，负荷率在1-3kg COD) / m3d，BOD5去除率可达50%-90%。对于厌氧生物滤池和厌氧接触法，消化时间可缩短至0。5-3d ,负荷率可提高到3-10kg kg COD) / m3d。对于上流式厌氧污泥床反应器，有时甚至可采用更高的负荷率，但上部的三相分离器应慎密设计，避免上升的消化气影响固液分离，造成污泥流失。 消化气的产气量可按04-0.5N m3 /Kg(COD)进行估算。三、消化池的热量计算

43、三、消化池的热量计算 厌氧生物处理特别是甲烷化，需要较高的反应温度。一般需要对投加的废水加温和对反应池保温。消化池所需的热量包括：将废水提高到池温所需的热量和补偿池壁、池盖散失的热量。 提高废水温度所需的热量为Q1： Q1= qv C（t2-t1） 式中：qv废水投加量，m3/h; C废水的比热，约为4200KJ/ m30C(实验值)； t2消化池温度，0C； t1废水温度，0C。 消化池温度高于周围环境，一般采用中温。通过池壁、池盖等散失的热量Q2与池子构造和材料有关，可用下式估算； Q2=KA（t2-t1） 式中：A散热面积，m2; K传热系数，KJ/(hm20C); t2消化池内壁温度，

44、0C； t1消化池外壁温度，0C。对于一般的钢筋混凝土池子，外面加设绝缘层，K值约为20-25 KJ/(hm20C)。 四、四、 厌氧和好氧技术的联合运用厌氧和好氧技术的联合运用 近年，水处理工作者打破传统，联合好氧和厌氧技术以处理废水，取得了很突出的效果。 采用缺氧与好氧工艺相结全的流程，可以达到生物脱氮的目的（A/O法）。产实践中，发现有些采用A/O法的污水厂同时有脱磷效果，于是，各种联合运用厌氧缺氧好氧反应器的研究广泛开展，出现了厌氧缺氧-好氧法（A/O法）和缺氧厌氧好氧法（倒置A/A/O法），可以在去除BOD、COD的同时，达到脱氮、除磷的效果。好氧处理与厌氧处理的区别好氧处理与厌氧处

45、理的区别: 1.作用的微生物群不同.好氧处理是由好氧微生物积及性微生物起作用的而厌氧处理是两大类群的微生物起作用,光是厌氧菌和兼性菌,后是另一类厌氧菌. 2.产物不同,好氧处理中,有机物被转化为CO.HO.NH或NO.NO.PO.5O等,且基本无害处理后废水无异臭,厌氧处理中,有机物被转化为CH.NH胺化物或氮气HS等.产物复杂,出水有弄臭. 3.反应速率不同,好氧处理由于有氧作为受氢体,有机物分解比较彻底释放,能量多,故有机物转化速度慢,需要时间长,浓各体积大. 4.对环境要求条件不同,好氧处理要求充分供氧,对环境条件要求不严格,厌氧处理要求绝对厌氧的环境条件(PH值,温度)要求甚佳严.第五

46、节 废水脱氮除磷课程内容n一、生物脱氮原理n二、生物脱氮工艺n三、生物除磷原理n四、生物除磷工艺n五、同步脱氮除磷工艺谢谢！结束结束一、生物脱氮原理n氮在水中的存在形态与分类 n 氨化与硝化反应过程 n硝化反应的条件 n反硝化 n硝化、反硝化反应中氮的转化 返回返回氮在水中的存在形态与分类N 无机NNOx-N(硝态氮)T K N(凯氏氮)总N(TN)NO3-NNH3-NNO2-N有机N （尿素、氨基酸、蛋白质）返回返回氨化与硝化反应过程HOHNO3/2ONH2-223亚硝化菌硝化-3-2NO1/2ONO硝酸菌HOHNO2ONH2-323硝化菌 3222NHCORCOOHO)COOHRCH(NH

47、 氨化菌氨化-2223-36OHO7H3N5COOH5CH6NO 反硝化菌反硝化返回返回硝化反应的条件（1）好氧状态：DO2mg/L；1gNH3-N完全硝化需氧4.57g硝化需氧量。（2）消耗废水中的碱度：1gNH3-N完全硝化需碱度7.1g（以CaCO3计），废水中应有足够的碱度，以维持PH值不变。（3）污泥龄C（10-15）d。（4）BOD520mg/L。 返回返回反硝化-1 反硝化包括异化反消化和同化反消化，以异化反消化为主。 反硝化菌在DO浓度很低的环境中，利用硝酸盐中的氧（NOX-O）作为电子受体，有机物作为碳源及电子供体而得到降解。当利用的碳源为甲醇时：NO3-+1.08CH3OH

48、+0.24H2CO30.056C5H7NO2+0.47N2+1.68H2O+HCO3-NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO30.04C5H7NO2+0.48N2+1.23H2O+HCO3- 反硝化反应可使有机物得到分解氧化，实际是利用了硝酸盐中的氧，每还原1gNO3N所利用的氧量约2.6g。 反硝化-2 当缺乏有机物时，则无机物如氢、Na2S等也可作为反硝化反应的电子供体。 （1）反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌，在缺氧条件下，进行厌氧呼吸，以NO3-O为电子受体，以有机物的氢为电子供体。 （2）反硝化过程中，硝酸态氮有二种转化途径同化反硝化（合成细胞）和异化反硝化（还原为N2），但以异

49、化反硝化为主。 （3）反硝化反应的条件 反硝化反应的条件nDO0.5mg/L，一般为0.20.3mg/L（处于缺氧状态），如果DO较高，反硝化菌利用氧进行呼吸，氧成为电子受体，阻碍NO3-O成为电子受体而使N难还原成N2。但是反硝化菌体内的某些酶系统组分只有在有氧条件下，才能合成。反硝硝化菌以在缺氧好氧交替的环境中生活为宜。nBOD5/TN35，否则需另投加有机碳源，现多采用CH3OH，其分解产物为CO2+H2O，不留任何难降解的中间产物，且反硝化速率高。 n目前反硝化投加有机碳源一般利用原污水中的有机物。 n还原1g硝态氮能产生3.57g碱度（以CaCO3计），而在硝化反应中，1gNH3N氧

50、化为NO3-N要消耗7.14g碱度，在缺氧好氧中，反硝化产生的碱度可补偿硝化消耗碱度的一半左右。 内源反硝化 n微生物还可通过消耗自身的原生质进行所谓的内源反硝化 C5H7NO2+4NO3-5CO2+NH3+2H2+4OH- n内源反硝化的结果是细胞物质减少，并会有NH3的生成。废水处理中不希望此种反应占主导地位，而应提供必要的碳源。 返回返回硝化、反硝化反应中氮的转化n表21-1 硝化过程中氮的转化 n表24-2 反硝化反应中氮的转化 氮的氧化还原态氨离子NH4+羟胺NH2OH0+硝酰基NOH+亚硝酸根NO2+硝酸根NO3氮的氧化还原态氨离子NH4+羟胺NH2OH0N2+硝酰基NOH+亚硝酸

51、根NO2+硝酸根NO3返回返回二、生物脱氮工艺n传统活性污泥法脱氮工艺 n缺氧好氧活性污泥法（A1/O工艺） nA1/O工艺的影响因素 nA1/O工艺设计 返回返回传统活性污泥法脱氮工艺n二级活性污泥生物脱氮工艺n三级活性污泥生物脱氮工艺处理水回流污泥反硝化反应器BOD去除硝化氨化沉淀池碱N3(好氧)III回流污泥CH2OH 剩余污泥 剩余污泥回流污泥图 21-1 两级生物脱氮系统返回返回缺氧好氧活性污泥法（A1/O工艺）n分建式缺氧好氧活性污泥生物脱氮（前置反硝化生物脱氮工艺） n合建式A1/O工艺 nA1/O工艺的优缺点 返回返回分建式缺氧好氧活性污泥生物脱氮（前置反硝化生物脱氮工艺） 硝

52、化液一部分回流至反硝化池，池内的反硝化脱氮菌以原污水中的有机物作碳源，以硝化液中NOX-中的氧作为电子受体，将NOX-N还原成N2，不需外加碳源。 反硝化池还原1gNOX-N产生3.57g碱度，可补偿硝化池中氧化1gNH3N所需碱度（7.14g）的一半，所以对含N浓度不高的废水，不必另行投碱调PH值。 反硝化池残留的有机物可在好氧硝化池中进一步去除。 回流污泥回流污泥处理水内循环（硝化液回流）回流污泥反硝化反应器BOD去除、硝化反应反应器(缺氧)沉淀池碱N2(好氧)图 21-3 分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统返回返回合建式A1/O工艺硝化BOD去除回流污泥反硝化沉淀池处理水内循环N2内循环原

53、污水空气图 21- 4 合建式缺氧-好氧活性污泥法脱氮系统返回返回A1/O工艺的优缺点n优点： 同时去除有机物和氮，流程简单，构筑物少，只有一个污泥回流系统和混合液回流系统，节省基建费用。 反硝化缺氧池不需外加有机碳源，降低了运行费用。 因为好氧池在缺氧池后，可使反硝化残留的有机物得到进一步去除，提高了出水水质（残留有机物进一步去除）。 缺氧池中污水的有机物被反硝化菌所利用，减轻了其它好氧池的有机物负荷，同时缺氧池中反硝化产生的碱度可弥补好氧池中硝化需要碱度的一半。（减轻了好氧池的有机物负荷，碱度可弥补需要的一半）。 n缺点： 脱氮效率不高，一般N=（7080）% 好氧池出水含有一定浓度的硝酸

54、盐，如二沉池运行不当，则会发生反硝化反应，造成污泥上浮，使处理水水质恶化。 返回返回A1/O工艺的影响因素-11. 水力停留时间t t反硝化2h，t硝化6h，t硝化：t反硝化=3：1，N达到（70-80）%，否则N2. 进入硝化好氧池中BOD580mg/L3. 硝化好氧池中DO=2mg/L4. 反硝化缺氧池污水中溶解氧性BOD5/NO3-N的比值应大于4，以保证反硝化过程中有充足的有机碳源。5. 混合液回流比RN：RN不仅影响脱氮效率，而且影响动力消耗。 A1/O工艺的影响因素-26. MLSS3000mg/L，否则N 。7. 污泥龄C（ts）应为30d。8. 硝化段的污泥负荷率：BOD5/M

55、LSS 负荷率0.18kgBOD5/（kgMLSSd）；硝化段的TKN/MLSS负荷率0.05kgTKN/KgMLSS.d。9. 温度：硝化最适宜的温度2030。 反硝化最适宜的温度2040。10. PH值：硝化最佳PH=88.4。 反硝化最佳PH=6.57.5。11. 原污水总氮浓度TN30mg/L。 返回返回A1/O工艺设计n设计要点 （1）BOD5/MLSS负荷率0.18kg BOD5/kgMLSSdTKN/MLSS负荷率0.05kg TKN/kgMLSSd（2）反硝化池进水溶解性BOD5浓度与NOX-N浓度之比值，即S-BOD5/NOX-N4。（3）水力停留时间t。t缺氧：t好氧=1：

56、（34）一般t好氧6h，t缺氧2h。（4）污泥回流比R=（50100）% 混合液回流比RN=（300400）%（5）MISS3000mg/L（6）C（tS）30d（7）氧化1gNH4-N需氧4.57g，并消耗7.14g碱度；而反硝化1g NOX-N生成3.57g碱度，并消耗1.72gBOD5，同时还提供2.6gO2。（8）需氧量： O2=aSr+bNr-bND-CXW n设计计算 返回返回A1/O工艺设计计算-1（1）选定FS（BOD污泥负荷率）SVI回流污泥浓度XR，r=1 （2）确定污泥回流比R算出曝气池混合液污泥浓度X （3）混合液回流比 （4）生化反应池总有效容积V （5）按推流式设计

57、，确定反应池主要尺寸 a. 取有效水深H1，一般为3.56m； b. 反应池总表面积； c. 每组反应池表面积S=S总/n，式中：n分组数； d. 确定廊道宽(b)和廊道数m 使b/H1=12，算出单组曝气池长度L1=S/b 使L1/b10 rSVI10X6R)L/mg(XR1RXR%100TNiTNTNeiTK)m(XFKQLV3sa)m(HVS21总A1/O工艺设计计算-2（6）污水停留时间 （7）取A1:O段停留时间比为1:(34)，分别求出A1、O段的停留时间，从而算出A1、O段的有效容积。 （8）每日产生的剩余污泥干量W（kg/d）及其容积量q（m3/d） a. 每日产生的剩余污泥干

58、量W（kg/d） b. 剩余污泥容积量q（m3/d） （9）污泥龄 （10）曝气系统需氧量O2=aSr+bNr-bNd-cXw（kg/d）（11）曝气系统其它部分计算同普通活性污泥法（12）缺氧段A1宜分成几个串联的方格，每格内设置一台水下推进式搅拌器或水下叶片式浆扳搅拌器，其功率按35W/m3计算。 )d(WVX)d(ts)d/m(100)P1 (Wq3)d/kg(10050)SS(BVX)CC(aWe0ve0)h(KQVt 返回返回三、生物除磷原理1. 聚磷菌（小型革兰式阴性短杆菌）：该菌在好氧环境中竞争能力很差，然而它却能在细胞内贮存聚羟基丁酸（PHB）和聚磷酸菌（Ploy-P）。2.

59、聚磷菌在厌氧环境中，它可成为优势菌种，吸收低分子的有机酸，并将贮存于细胞中的聚合磷酸盐中的磷水解释放出来。3. 聚磷酸菌在其后的好氧池中，它将吸收的有机物氧化分解，同时能从污水中变本加厉地、过量地摄取磷，在数量上远远超过其细胞合成所需磷量，降磷以聚合磷酸盐的形式贮藏在菌体内而形成高磷污泥，通过剩余污泥排出。所以除磷效果较好。 返回返回四、生物除磷工艺nA2/O除磷工艺除磷工艺 n弗斯特利普（弗斯特利普（Phostrip）除磷工）除磷工艺艺 返回返回A2/O除磷工艺除磷工艺n工艺流程n工艺特点n影响因素n工艺设计 返回返回A2/O除磷工艺流程除磷工艺流程 回流污泥中的聚磷菌在厌氧池可吸收去除一部

60、分有机物，同时释放出大量磷，然后混合液流入后段好氧池，污水中的有机物得到氧化分解，同时聚磷菌将变本加厉地、超量地摄取污水中的磷，通过排放高磷污泥而使污水中的磷得到有效去除。污泥中磷的含量2.5以上。 BOD590；P（7080）；磷的出水浓度1.0mg/L ATP+H2OADP+H3PO2+能量 ADP+ H3PO4+能量ATP+H2O（H3PO4用于合成聚磷酸盐） 发酵产酸菌将废水中的大分子物质降解为低分子脂肪酸类有机物，聚磷菌才能加以利用以合成PHB或通过PHB的降解来过量摄取磷，当发酵产酸菌的作用受到抑制时（如NO3存在），则P降低。 PHB-聚羟基丁酸（PHB）聚磷菌在厌氧条件下，能够