du36废水的生物处理法

1、第四章、污水的生物处理教学要求1、掌握活性污泥法的基本原理及其反应机理 2、理解活性污泥法的重要概念与指标参数：如活性污泥、剩余污泥、MLSS、MLVSS、SV、SVI、Qc、容积负荷、污泥产率等。3、理解活性污泥反应动力学基础及其应用。4、掌握活性污泥的工艺技术或运行方式；5、掌握曝气理论。6、熟练掌握活性污泥系统的计算与设计；9/4/20221废水的生物处理方法简介废水的生物处理方法是利用生物的新陈代谢作用，对废水中的污染物质进行转化和稳定、使之无害化的处理方法。 对污染物进行转化和稳定的主体是微生物。由于微生物具有来源广、易培养、繁殖快、对环境适应性强、易变异等特性，因此在使用上能较容易

2、地采集菌种进行培养增殖，并在特定条件下进行驯化使之适应有毒工业废水的水质条件。9/4/20222微生物的生存条件温和，新陈代谢过程中不需高温高压，它是不需投加催化剂的催化反应，用生化法促使污染物的转化过程与一般化学法相比优越得多。 处理废水的费用低廉，运行管理较方便，所以生化处理是废水处理系统中最重要的过程之一，目前，这种方法已广泛用作生活污水及工业有机废水的二级处理。9/4/20223第五章 废水的生物化学处理法第一节 废水处理中微生物学基础第二节 生物化学法概述第三节 活性污泥法第四节 生物膜法第五节 生物塘法第六节 厌氧处理法9/4/20224第一节 废水处理中微生物学基础一微生物的种类

3、二微生物的生长规律9/4/20225一微生物的种类在水处理中涉及的微生物主要有两类： （一）植物型：藻类 菌类：细菌真菌 （二）动物型：原生动物 后生动物在水的生物处理中，净化污水的第一和主要担者是细菌，其次是原生动物，它是细菌的首次捕食者；后生动物是细菌的第二次捕食者。 9/4/20226细 菌细菌是废水处理中最重要的一类微生物。分为下等细菌和高等细菌两类。下等细菌简称为细菌，是单细胞的，氧化分解有机物的能力较大，在废水处理中起的作用最主要。下等细菌中有很多种，其中假单孢菌属是最具有代表性的污水处理细菌之一，它能利用有机物作为氮源和碳源，该菌属有多种细菌，可以分解不同种类的有机物。高等细菌中

4、有单细胞的放线菌，也有多细胞的，是由单个细胞连成的丝状体，称为丝状细菌，有些丝状菌非常有利于有机物的去除，但大量繁殖会引起污泥膨胀，影响处理效果，因此在废水处理中要控制丝状菌的数量。9/4/20227微杆菌属 发酵单胞杆菌属 脱硫杆菌属 脱硫杆菌属与脱硫丝菌属 9/4/20228微球菌及葡萄球菌微球菌葡萄球菌9/4/20229甲烷八叠球菌9/4/202210真 菌真菌是一种丝状无叶绿素的微生物，不能进行光合作用，大多数真菌为好氧菌，对氮素营养要求较低，约为细菌需氮量的一半，在水处理中常见的有酵母菌和霉菌两种。酵母菌是单细胞的真菌，培养条件要求不高，广泛用于高浓度有机废水的处理。霉菌大量繁殖也会

5、引起污泥的膨胀，但能有效地分解无机氰化物，因此可利用霉菌处理含氰废水。9/4/202211酵母菌9/4/202212污泥膨胀9/4/202213藻 类藻类都是具有光合作用的自养型微生物，能利用光能CO2 PO4 3NH3等产生新细胞并放出氧气增加水中的溶解氧。细菌分解有机物时的最终产物如（CO2）可被藻类利用并释放出氧气，这又有利于细菌的增殖，因此二者起着协同的作用。由于光在废水中的透过性能差，因此不利于藻类的光合作用，所以在废水处理中藻类所起的作用是有限的。9/4/202214藻 类9/4/202215原 生 动 物原生动物是极微小的能运动的微生物，大多属于好氧的异养型，少数为厌氧型。在废水

6、处理中它主要是吞食细菌，吞食部分有机物，因此能起到净化水质的作用，同时控制细菌的增长速度，保持了生物群体的生态平衡。有些原生动物能分泌粘液，可促进生物污泥的絮凝。运行条件和水质发生变化时，原生动物的种类也发生变化，因此它能起指示生物的作用。9/4/202216草履虫钟虫9/4/202217后 生 动 物后生动物在水处理设备中一般不常见，轮虫是后生动物典型代表，是好氧生物净化过程高度有效的指标。后生动物多数存在于活性污泥和生物膜中。思考题：后生动物的出现反映了处理水质较好，因此能否说明出水氨氮较低，氨氮在生物处理过程中被硝化？9/4/202218轮虫9/4/202219二微生物的生长规律（一）停

7、滞期（二）对数增长期（三）稳定期（四）衰退期（五）结论9/4/2022209/4/202221（一）停滞期 停滞期也称为迟缓期，表示细菌适应新环境需要的时间，此阶段细菌正在合成新的原生质，并没有分裂增殖。有些细菌因不适应新的环境而死亡，故细菌总数略有减少。9/4/202222（二）对数增长期 在对数增长期，细菌经停滞期的调整适应后，活力增强，由于营养物浓度超过细菌的需要量，生长不受限制，细菌的分裂增殖速度迅速提高，生物量以对数速度增加。9/4/202223（三）稳定期经过对数增长期，细菌总数大大增加，到稳定期繁殖率与死亡率最终达到平衡，达到最大值。营养物的浓度随细菌消耗而下降，细菌繁殖世代增长

8、，同时细菌的有毒代谢产物逐渐积累，会对细菌产生抑制和毒害作用，使细菌繁殖速率减慢，并开始有细菌死亡。9/4/202224（四）衰退期 衰退期又称内源呼吸期，在此阶段，营养物耗尽，迫使细菌代谢自身的原生质来维持生命，大多数细菌死亡或进入休眠状态；同时，有毒代谢产物的积累也会造成细菌的大量死亡，因此细菌数大大降低。9/4/202225（五）结 论在对数增长期，细菌对废水处理速率最快，若将细菌生长稳定在这一时期，则装置效率高，可缩短处理时间和减小装置体积。但此时细菌需要较多的营养食料，要求进水有机物含量高，因此出水中有机物也会增多，出水水质差，而且排出污泥量也大。在稳定期细菌数量较高，但对营养物要求

9、低，运行稳定，水中有机物消耗较彻底，去除高，产生泥量也相对不大，但处理时间长，设备容积大。因此，要根据不同的处理方式和水质要求人为地将细菌生长控制在某个时期。9/4/202226第二节 生物化学法概述一生物化学法概念二生物化学法的特点三生物化学法基本原理四生物化学法的主要类型五生物化学法对处理水质的要求9/4/202227一生物化学法概念 生物化学处理法简称生化法。它是利用自然环境中的微生物，并通过体内的生物化学作用来氧化分解废水中的溶解性和胶体性有机物和某些无机毒物，使 之转化为稳定无毒物质的一种水处理方法。9/4/202228二生物化学法的特点优点：去除溶解的和胶体的有机物的效率较高； 比

10、化学法经济； 出水水质较好，基本能达到排放要求； 污泥的沉降性能好。缺点：运行管理较复杂，会产生污泥膨胀现象，影 响处理效果，因此需一定的运行经验； 对原水水质有要求，不能妨碍微生物的生长； 如不采取特殊措施，在严寒地带将难以适用； 一般占地面积较大。9/4/202229三生物化学法基本原理（）（一）生化法是利用微生物对废水中某些物质的氧化分 解作用，分解作用是在细胞产生的催化剂酶 的作用下完成的。（二）根据酶的作用位置可把酶分为两类：细胞内酶和 细胞外酶。（三）在处理过程中，细菌吸附有机物，其中较小分子 量可溶于水的有机物透过细胞壁进入细菌体内， 在内酶的作用下完成生化反应，较大分子量不 溶

11、性物质吸附在细菌细胞壁上，细菌分泌细胞外 酶，将不溶性物质分解成水溶性物质，再渗入细 胞内，在内酶的作用下进行生化反应；9/4/202230三生物化学法基本原理（）（四）细菌在分解有机物的过程中获得了能量， 其中一部分作为细胞的构成材料来进行 自身的生长和繁殖，叫同化作用，大部 分作为废物排出体外，叫异化作用； （五）通过同化作用，保证了废水处理的“原 料”，通过异化作用使废水中有机物变 成简单无机物，废水得到净化。9/4/202231生物化学法基本原理9/4/202232好氧生物处理的基本反应（1）氧化与合成反应（2）内源呼吸反应 微生物对自身的细胞物质进行氧化分解，并提供能量即内源呼吸。内

12、源呼吸反应式如下：（3）有机物在微生物作用下的好氧代谢的总反应为：9/4/202233生物化学法主要类型生物处理法 好氧生物法 自然条件下 水体自净天然水体和氧 化塘 土壤净化污水灌溉 人工条件下 悬浮生物法活性污泥法 及其变种、 氧化 塘、氧化沟 固着生物法生物滤池、生物 转盘、接触氧化 、 好氧生物流化床 厌氧生物法 自然条件下 高温堆肥 厌氧塘 人工条件下 悬浮生物法厌氧消化、上流 式厌氧污泥床、 高温堆肥、化粪池 固着生物法厌氧滤池、厌 氧流化床9/4/202234好氧生物处理法一些菌只能在有氧存在的环境中生存和繁殖，这种菌称为好氧菌；利用好氧菌的作用来处理废水的方法称为好氧生物处理法

13、。典型的好氧生物处理法有：活性污泥法氧化塘生物滤池生物转盘生物接触氧化等。9/4/202235厌氧生物处理法一些菌只能在无氧存在的环境中生存和繁 殖，这种菌称为厌氧菌；利用厌氧菌的作用来处理废水的方法称为 厌氧生物处理法。典型的厌氧生物处理法有：厌氧流化床 厌氧消化池厌氧滤池化粪 池等。9/4/202236悬浮生长系统悬浮生长系统是使微生物群体在处理设备内呈悬浮状态生长，并和污水接触使之净化的方法；典型的悬浮生长系统有：活性污泥法氧化塘厌氧消化及化粪池等。9/4/202237附着生长系统附着生长系统是使微生物附着在某些惰性介质上呈膜状生长，污水通过膜的表面得到净化的方法；典型的附着生长系统有：

14、生物滤池生物转盘生物接触氧化厌氧滤池厌氧流化床。9/4/202238五生物化学法对处理水质的要求（一）废水中污染物浓度（二）营养物质（三）溶解氧（四）水的值（五）水温9/4/202239（一）废水中污染物浓度对好氧生化处理，一般要求处理废水的BOD500-1000mg/L,BOD过高，不经济，应采用厌氧处理法，过低则不能满足微生物生长繁殖所需的养料，一般不低于100mg/L；9/4/202240BOD负荷率(FM)在活性污泥法中，一般将有机物（BOD5）与活性污泥(MLSS)的重量比值(food to biomass, F:M)，称为污泥负荷，一般用N表示。 污泥负荷又分为重量负荷和容积负荷。

15、 重量负荷(organic loading rate, NS）即单位重量活性污泥在单位时间内所承受的BOD5量，单位为kgBOD5 /(kgMLSSd)。 容积负荷（volumetric loading rate, NV）是曝气池单位有效容积在单位时间内所承受的BOD5量，单位为kgBOD5/(m3d)。9/4/202241：a、BOD污泥负荷：NsQSa/XV=F/M ，即单位重量活性污泥在单位时间内降解到预定程度的有机物量。b、BOD容积负荷：NvQSa/V ，指单位曝气池容积在单位时间内降解到预定程度的有机物量。C、BOD污泥负荷和BOD容积负荷的关系式：NvNsX。BOD污泥负荷是活性

16、污泥法设计、运行的一个重要参数。因为负荷与污水处理的技术经济性有关。负荷高则有机物降解速度与污泥增殖量加大，曝气池容积小，投资省，但其泥龄短，处理出水水质不高，难以满足环境要求；反之若过低则曝气池容积加大，投资加大，曝气量加大，经济性能降低。故应选择适宜的负荷，同时还要避开0.51.5kgBOD/kgMLSS.d负荷区间。思考题 能否通过增加污泥浓度，减少构筑物的体积，节省投资？9/4/202242如果在运行时负荷波动进入高SVI负荷区，污泥沉降性差，将会出现污泥膨胀。 一般在高负荷时应选择在1.5-2.0kgBOD /kgMLSSd范围内，中负荷时为0.2-0.4kg BOD/kgMLSSd

17、，低负荷时为0.030.05kgBOD/kgMLSSd9/4/202243（二）营养物质微生物生长需要各种营养物，包括碳源氮源无机盐和维生素，而且需要一定的比例。生活污水般能满足微生物所需的营养物，但工业废水却不能，因此工业废水若采用生物处理法时，可注入一些生活污水来满足其对营养物的要求。9/4/202244好氧微生物对碳，氮，磷的需求比BoD5：N：P=100：5：1初沉池100：20：2.55(为什么？）对于生活污水和城市污水而言，水中碳，氮，磷含量一般是比较充足的，而对于部分工业废水，就需要补充氮和磷。 其它无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素： Fe、Cu、Mn、Mo、S

18、i、硼等；9/4/202245注意事项9/4/202246（三）溶解氧溶解氧是好氧生物处理所必需的；溶解氧过低，会影响好氧微生物的活性，从而影响处理效果；溶解氧过高，会增加曝气的不经济性，同时，溶解氧过多，营养物质相对不足，微生物就会氧化分解自身物质来提供能量（内源呼吸），也会影响微生物的生长，影响处理效果；因此溶解氧应控制在2-4mg/L；DO0.5mgL时，DO对底物降解速率影响不大。DO过高，耗电量大，运行成本高厌氧处理过程中，如有溶解氧存在，会使厌氧微生物死亡，因此应在隔绝空气的条件下才能进行。9/4/202247（四）水的值不同种类微生物最适宜值范围不同，但大多数最适宜范围在6.5-

19、8.5之间；对于好氧生物处理，值一般控制在6.5-8.5之间。对于厌氧生物处理，值一般控制在6.5-8之间。9/4/202248当PH65时，有利于真茵的繁殖，若pH45时，真菌将完全占优势，活性污泥絮体遭到破坏，产生真菌性污泥膨胀，原生动物完全消失，出水水质恶化。当pH9时，菌胶团可能解体，活性污泥絮体被破坏。9/4/202249（五）水 温温度明显地影响着微生物的生长速率和代谢过程；温度高于微生物生存的最高极限，会使微生物死亡，低于其适宜的最低极限，会使微生物暂时失去活性，生长繁殖处于停止状态。不同微生物的适宜生存温度是不同的。好氧处理一般控制在20-35摄氏度，在此范围内，酶的催化能力最

20、强，微中物的生理活性旺盛。水温升高有利于提高传质速率，但不利于增加氧的溶解度。水温处于283l时，好氧异养菌代谢活性最高；进水溶解性COD比例越大，水温对絮状菌生长速率影响越大。水温过高，絮状茵的酶活性下降、自身氧化加快(35.5)，微型动物消失40)，嗜高温的丝状菌大量繁殖，污泥结构松散(43.3)出水悬浮物增多；水温过低，出水悬浮物也会增多而对于厌氧处理则有低温中温和高温三种温度。9/4/2022509/4/202251细菌可分为 嗜冷菌，嗜温菌和嗜热菌三大类。 1. 嗜冷菌 最佳温度410度 2. 嗜温菌 最佳温度2040度 3.嗜热菌 最佳温度5055度 实践表明：废水好氧生物处理的适

21、宜温度范围为1540度，而2030度效果最佳。工业排除的高温废水？9/4/202252（六）有毒物质所谓“有毒物质”是指对微生物生理活动具有毒害和抑制作用的某些有机物质。 如：无机物重金属离子；铅，镉，铁，铜，锌，氰等 有机物酚类（对细胞蛋白有凝固作用） 吡啶（对脱氢酶和氧化酶产生抑制作用）所以，在好氧生物处理系统中，应该对有毒物质浓度加以控制。 书P123表5-1列出了部分有毒物质的容许浓度 9/4/202253第三节 活性污泥法一、有关活性污泥法的基本概念二、活性污泥法的净化机理与工 艺流程三、有关活性污泥的参数及生长动力学四、氧传递理论五、活性污泥法的运行方式六、活性污泥法的新发展七、活

22、性污泥法的应用9/4/202254一有关活性污泥法的基本概念（一）活性污泥法起源与发展（二）什么是活性污泥（三）评价活性污泥性能的指标（四）活性污泥的培养和驯化9/4/202255（一）活性污泥法起源与发展1882年前后，人们曾进行了向污水中鼓入空气的实验，探讨通入空气后对水质的改善情况；1912年美国的Lawlence研究所开始进行活性污泥实验， 1914年，活性污泥法诞生；1917年在英国的曼彻斯特和美国的休斯顿分别建造了活性污泥法污水处理厂，并开始投入运行；1942年由Gould提出了阶段曝气法，1944年Setter提出了改进型曝气法；1945年Krauss为了控制污泥膨胀提出了Kra

23、uss法；1951年Ulrich等又提出了吸附再生法。此后，高负荷活性污泥法、延时曝气法、氧化构等方法相继问世并得到发展。9/4/202256（二）什么是活性污泥 活性污泥通常由以下几部分组成: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被生物降解的有机物和无机物组成。 其中微生物是活性污泥的主要组成部分。活性污泥中的微生物又是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等多种微生物群体相结合所组成的一个生态系。 活性污泥通常为黄褐色絮状颗粒，其直径一般为0.02-2mm，含水率一般为99.2-99.8，密度因含水率不同而异，一般为1.002-1.006g/cm3。 细菌是活性污泥组成和净化

24、功能的中心，是微生物的最主要部分。 污水中有机物的性质决定那些种属的细菌占优势。9/4/202257（三）评价活性污泥性能的指标混合液悬浮固体混合液挥发性悬浮固体污泥沉降比污泥指数污泥龄9/4/202258混合液悬浮固体（MLSS）MLSS是指曝气池中升混合液中所含悬 浮固体的数量，单位为mg/L；它是计量曝气池中活性污泥数量的指标，因此可表示出处理有机物能力的强弱；一般废水处理可取2103-4103mg/L。9/4/2022599/4/202260混合液挥发性悬浮固体 (MLVSS)指活性污泥中有机固体物质的浓度，单位为mg/L或g/L。把混合液悬浮固体在600焙烧，能挥发的部分即是挥发性悬

25、浮固体，剩下的部分称为非挥发性悬浮固体（MLVSS）。 一般在活性污泥法中用MLVSS表示活性污泥中生物的含量。在一般情况下，MLVSS/MLSS的比值较固定，对于生活污水，常在0.75-0.85左右。对于工业废水，其比值视水质不同而异。9/4/202261污泥沉降比（SV）污泥沉降比是指1L混合液静置沉降30分钟后，沉淀污泥占混合液的体积百分比。正常的活性污泥在沉降30min后，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。一般废水处理取值为15-40。9/4/2022629/4

26、/202263污泥指数（SVI）污泥指数是指曝气池中混合液经30分钟 沉淀后，1克干污泥在湿时所占的体积，单位为ml/g。SVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚、沉降性能。SVl值过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附力； SVI值过高，说明污泥难于沉降分离，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，处理生活污水时SVI100时，沉降性能良好；SVI为100-200时，沉降性能一般；SVI 200时，沉降性能不好。 一般控制SVI为50-150之间较好。9/4/202264泥龄（Sludge age） SRT c ：生物固体平均停留

27、时间或活性污泥在曝气池的平均停留时间，即曝气池全部活性污泥平均更新一次所需要的时间，即曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量之比，单位：d。用公式表示：cVX/XVX/QwXr 。式中： X为曝气池内每日增长的活性污泥量，即要排放的活性污泥量。 Qw为排放的剩余污泥体积。 Xr为剩余污泥浓度。其与SVI的关系为(Xr) max106 /SVIc是活性污混处理系统设计、运行的重要参数，在理论上也具重要意义。因为不同泥龄代表不同微生物的组成，泥龄越长，微生物世代长，则微生物增殖慢，但其个体大；反之，增长速度快，个体小，出水水质相对差。 c 长短与工艺组合密切相关，不同的工艺微生物的组合、比例、个体特

28、征有所不同。污水处理就是通过控制泥龄或排泥，优选或驯化微生物的组合，实现污染物的降解和转化。9/4/202265污泥龄一般地，最使絮体形成和TSS最大去除在20度时，出现在SRT大于2.5-3.0d时，而在10度时出现在SRT大于35d时。坐落在气候温暖地区的废水处理厂，其SRT通常小于l-1.5。过长的SRT如大于20d不可取，？世代时间长于污泥龄的微生物在曝气池内不可能繁衍成优势菌种属，如硝化菌在20时，其世代时间为3d，当c3d时，硝化菌就不可能在曝气池内大量增殖，不能成为优势种属，就不能在曝气池内产生硝化反应。9/4/202266（四）活性污泥的培养和驯化（1）污水中本身含有的微生物并

29、不是针对要处理的有机物的，而是自然存在的，因此不能直接用来处理废水；具有相当数量和处理某种废水能力的特定污泥是活性污泥法的关键；此污泥最简便的来源是同类型废水处理厂成熟的活性污泥直接培养使用；9/4/202267（四）活性污泥的培养和驯化（2）污泥培养所需的菌种可从粪便或河流底泥中提取，培养成熟的污泥具有良好的凝聚沉淀性能，污水中含有大量菌胶团，可用于生活污水的处理；污泥的驯化是针对工业废水，其目的是繁殖特定物质的分解菌并淘汰不适应菌，产生和增多该种菌所适应的酶；对于含特殊毒物的工业废水，一般细菌不能适应，必须筛选出对此种毒物有氧化分解能力的特殊菌种，这类菌种一般在该种废水长期流过的地方提取污

30、泥然后加以驯化而成。9/4/202268 二活性污泥法 的净化机理与工艺流程（一）净化机理（二）工艺流程9/4/202269（一）净化机理活性污泥法在曝气过程中，对有机物的去除分两个阶段，吸附阶段和稳定阶段。（1）吸附阶段思考题：为什么说是吸附？其吸附速度取决于 ： 微生物的活性程度饥饿程度，衰亡期最强； 水动力学条件：泥水接触或混合越迅速、越均匀、从图可看出，在泥水混和曝气30min内，废水中BOD5的去除率可达70，在其后有一个BOD5的回升阶段，随着曝气时间的延长，BOD5再逐渐降低。BOD5吸附降解曝气过程9/4/202270其吸附速度取决于 ： 微生物的活性程度饥饿程度，衰亡期最强；

31、 水动力学条件：泥水接触或混合越迅速、越均匀、液膜更新越快，接触时间越长则越好；泥水接触水力学状态以湍流或紊流为好，但过大会击碎絮体。9/4/202271（2）稳定阶段 吸附阶段结束后，微生物要对大量被吸附的有机物进行氧化分解，并利用有机物合成细胞自身物质，进行细胞的更新、增殖，同时也继续吸附废水中的残余的有机物。 经过稳定阶段后，废水中的有机物发生了质的变化，一部分被氧化为无机物，另一部分变为微生物细胞体即活性污泥。絮凝体形成和沉淀阶段：氧化阶段合成的菌体形成絮凝体，通过重力沉淀从水中分离出来，使水得到净化。9/4/202272具体代谢产物的数量关系如下图：即1/3被氧化分解，802/3=5

32、3%左右通过内源呼吸降解，14%左右变成了残物。从上述结果可以看出，污染物的降解主要是通过静止期、衰亡期微生物的内源呼吸进行，并非直接的生物氧化(仅33)。引申出的问题：在利用对数期微生物进行污水净化的装置中加大曝气强度，能否提高处理效果？9/4/202273（二）工艺流程9/4/202274三、相关参数及生长动力学生物量产率Y9/4/202275由化学计量式估算生物量产率在工程实际中，COD与vss分别用来表示有机底物和新细胞物质。9/4/2022769/4/202277需氧量9/4/202278生长动力学可溶性底物的利用速率9/4/2022799/4/2022809/4/2022819/4

33、/202282Kd内源呼吸衰减系数9/4/202283四氧传递理论活性污泥法是采取人工措施，创造适宜条件，强化活性污泥微生物的新陈代谢功能，加速污水中有机污染物降解的污水生物处理技术。重要的人工措施之一是向活性污泥反应器-曝气池中的混合液提供足够的溶解氧和使混合液中的活性污泥与污水充分接触，这两项任务是通过曝气这一手段实现的。现在通行的曝气法有：鼓风曝气、机械曝气和两者联合的鼓风-机械曝气9/4/202284通过曝气，空气中的氧，从气相传递到混合液的液相中，这是一个传质过程，也是一个物质扩散过程。扩散过程的推动力是物质在界面两侧的浓度差。物质的分子从浓度较高的一侧向着较低的一侧扩散、转移。9/

34、4/202285双膜理论9/4/202286(1)在气、液两相接触的界面两侧存在着处于层流状态的气膜和液膜，在其外侧则分别为气相主体和液相主体，两个主体均处于紊流状态。气体分子以分子扩散方式从气相主体通过气膜与液膜而进入液相主体。(2)由于气、液两相的主体均处于紊流状态，其中物质浓度基本上是均匀的，不存在浓度差，也不存在传质阻力，气体分子从气体主体传递到液相主体，阻力仅存在于气、液两层层流膜中。9/4/202287(3)在气膜中存在着氧的分压梯度，在液膜中存在着氧的浓度梯度，它们是氧转移的推动力。(4)氧难溶于水，因此，氧转移决定性的阻力又集中在液膜上，因此，氧分子通过液膜是氧转移过程的控制步

35、骤，通过液膜的转移速度是氧转移过程的控制速度。9/4/202288氧转移的影响因素1污水水质: 原废水中含有多种杂质，它们对氧的转移有一定的影响。特别是某些表面活性物质，如短链脂肪酸和乙醇等，它们具有亲水端和疏水端，聚集在气液界面上并形成一层分子膜，阻碍了氧分子的扩散，使得转移系数下降。 2水温 水温对氧的转移影响较大粘滞性：水温上升，水的粘滞性降低，扩散系数提高，液膜厚度随之降低，氧的总转移系数值增高，反之，则氧的总转移系数值降低。溶解氧饱和度值：因温度上升而降低。总的来说，水温降低有利于氧的转移。3氧分压溶解氧饱和度值受氧分压或气压的影响。气压降低，溶解氧饱和度值也随之下降；反之则提高。氧

36、的转移还与气泡的大小、液体的紊流程度和气泡与液体的接触时间有关。9/4/2022899/4/202290由于氧气在废水中的转移情况不同于清水，它受水温、混合程度、废水的性质、氧分压或气压的影响，所以公式需要修正。 水温的影响9/4/202291 混合强度的影响。 废水水质的影响。9/4/202292 气压或氧分压的影响。9/4/2022939/4/2022949/4/2022959/4/202296三活性污泥法的运行方式（一）传统活性污泥法（二）阶段曝气法（三）完全混合法（四）生物吸附法9/4/2022971传统活性污泥法(推流曝气池）(1)平面布置 推流曝气池的长宽比一般为5-10。为了便于

37、布置，长池可以两折或多折。污水从一端进，另一端出。进水方式不限；出水都用溢流堰。 推流曝气池一般采用鼓风曝气。 (2)横断面布置 推流曝气池的池宽和有效水深之比一般为1-2。有效水深最小为3m，最大为9m。根据横断面上的水流情况，又可分为平移推流和旋转推流。9/4/202298平移推流是曝气池底铺满扩散器，池中的水流只有沿池长方向的流动。这种池型的横断面宽深比可以大些，见图9/4/202299旋转推流是在这种曝气池中，扩散器装于横断面的一侧。由于气泡形成的密度差，池水产生旋流。池中的水沿池长方向流动外，还有侧向旋流，形成了旋转推流。9/4/2022100优点曝气池采用长方形，水流为推流式，污水

38、的吸附和氧化阶段均在曝气中完成，由于回流污泥处于饥饿状态，因此回流后有较高的活性，因此对BOD去除效率较高，可达90%-95%；需氧量沿池长降低，有机物的量也沿池长降低，池中微生物的量先升高至最大值，然后再降低；池起始端易进入对数生长期。末端微生物进入内源呼吸，池的效率高。 曝气时间长，曝气48h，吸附量大。污泥颗粒大，易沉降。 污泥量少，剩余污泥量占不到回流的10%。9/4/2022101缺点该法不耐冲击负荷，出水水质不稳定；因均匀曝气，若保证前段供氧充足，则后段氧量过剩，若保证后段供氧不浪费，则前段供氧则不足。普通活性污泥法有体积负荷小，曝气池体积相当庞大，占地面积大，基建投资高等9/4/

39、20221029/4/2022103(二)渐减曝气法 为了解决普通活性污泥法供氧与需氧之间的矛盾可沿曝气池长的供氧按需氧量的要求分几段提供，即前段多供氧，后段少供氧，可使供氧与需氧基本一致。 渐减曝气池由于解决了供氧与需氧的矛盾，改善了运行条件在供氧相同的情况下，改善了曝气池溶解氧的分布，提高了氧的利用率，从而可节省运行费用，提高处理效率。9/4/20221049/4/2022105三、阶段曝气法(多点进水或逐步活性污泥法) 在阶段曝气法中，污水沿池长分段多点进入，使有机物负荷分布较为均匀，对氧的需求变得较为均匀，解决了传统法供氧浪费和微生物功能发挥不充分的缺点。此种方法特别是适合大型曝气池及

40、高深度的废水处理。工艺特点： a、污水均匀分散地进入，使负荷及需氧趋于均衡，利于生 物降解，降低能耗。 b、混合液中Xa浓度逐步降低，减轻二次池负荷，利于固液 分离。 C、污水均匀分散地进入，增强了系统对水质、水量冲击负 荷的适应能力。9/4/20221069/4/20221079/4/2022108（四）完全混合法完全混合曝气池的池型可以为圆型也可以为方型或矩型。曝气设备可采用表面曝气机，置于池的表层中心，污水进入池的底部中心。污水一进池，在表面曝气机的搅拌下，立即和全池混合，水质均匀，不象推流那样前后段有明显的区别。完全混合曝气池可以和沉淀池分建和合建，即分建式和合建式。9/4/20221

41、091)分建式 表面曝气机的充氧和混性能同池型关系密切，因而表面曝气机的选用应和池型配合，以达到好的效果。不如合建式用地紧凑，且需专设的污泥回流设备，运行上便于调节控制。2)合建式 合建式表面曝气池，我国定名为曝气沉淀池，国外称为加速曝气池。这种池型结构紧凑，沉淀池与曝气池合建于一个园型池中。由于曝气池和沉淀池合建于一个构筑物，难于分别控制和调节，运行不灵活，出水水质难于保证，池型见图9/4/20221109/4/20221113两种池型的结合在推流曝气池中，也可以用多个表曝机充氧和搅拌，对于每一个表曝机所影响的范围内，则为完全混合，而对全池而言，又近似推流，相邻的表曝机旋转方向应相反，否则两

42、机间的水流会互相冲突。也可用横向挡板在机与机之间隔开，避免互相干扰。这种池型各池可以独立，就成为完全混合；也可以各池串联，成为近似推流，运行灵活。9/4/20221129/4/2022113特点进入曝气池的污水即与池内原有混合液混合，因此抗冲击负荷能力强；池内各点有机物浓度均匀，微生物活性能充分发挥；但由于连续出水，可能会出现短流现象，因此影响出水水质，因此去除率不及传统法。9/4/20221149/4/2022115（五）生物吸附法（吸附再生或接触稳定）活性污泥法净化水质的第一阶段是吸附阶段，这就是生物吸附法原理的基础；污水和活性污泥在吸附池内混合0.5-1小时，使污泥吸附大部分悬浮物胶体及

43、部分溶解性有机物，然后在二沉池中分离，分离出的回流污泥先在再生池内进行曝气，充分恢复活性再回到吸附池；9/4/20221169/4/2022117工艺特点：A、由于再生池只对活性污泥曝气，减小了池容。B、由于吸附段池容较小（部分为再生池容积），泥水接触时间短（3060min），出水BOD去除率一般小于90。9/4/2022118（六）氧化沟 氧化沟是一个具有封闭沟渠的活性污泥曝气池，故称为氧化沟或氧化渠。其水流特征是混合液在沟内不断循环流动，由于废水在氧化沟内停留时间一般很长(15-40h)，氧化沟实际上是一种有机负荷率低、停留时间长的活性污泥法处理系统。其运行状态更接近延时曝气活性污泥法。9

44、/4/2022119 氧化沟去除有机物的效率很高，BOD的去除率一般可达95以上。处理生活污水时，出水的BOD为10-20mgL，SS为10-20mgL，氨氮为0-2mgL。氧化沟不但能去除含碳有机物，而且能脱氮和除磷。9/4/20221209/4/20221219/4/20221229/4/2022123A圆形b椭圆形c马蹄形d同心圆形e平行多渠形f以侧渠为二沉池合建型9/4/2022124四活性污泥法的新发展延时曝气法纯氧曝气法深水曝气法粉末炭活性污泥法投菌活性污泥法9/4/2022125延时曝气法 延时曝气活性污泥法的特征:曝气时间很长，一般为24h左右，微生物生长处在内源代谢阶段，不但

45、能几乎完全氧化去除废水中的有机物，出水水质很好，而且还能氧化合成的细胞物质，剩余污泥量很少，甚至可长期不排泥，排出的污泥的稳定性很好，不必再进行厌氧处理(即厌氧消化)。9/4/2022126由于延时曝气的曝气时间很长，所以曝气池的体积很大，曝气池的建造费用和用于曝气的电耗很高。在国外，延时曝气法一般适用于规模较小且出水水质要求较高的的污水处理系统，如氧化沟、A2/O、A/O其优点是管理十分方便，正常情况下平时不需要人去管理，只要定期巡视即可；而且出水水质较好，污泥也不必专门处理。9/4/2022127高负荷活性污泥法 又称短时曝气活性污泥法。本工艺的特点时BOD负荷高，曝气时间短，处理效率低，

46、一般BOD去除率为7075%，因此称之为不完全处理活性污泥法。9/4/2022128纯氧曝气活性污泥法纯氧中氧的分压比空气约高5倍，纯氧曝气可大大提高氧的转移效率；曝气时间较短，约1.5-3.0h，氧的转移率可提高到8090%，而一般的鼓风曝气仅为10%左右；可使曝气池内活性污泥浓度高达40007000mg/l，能够大大提高曝气池的容积负荷；剩余污泥产量少，SVI值也低，一般无污泥膨胀之虑。特点：提高氧的分压，强化氧的传质能力，增加MLSS浓度和容积负荷，提高生化反应速率。不足之处：要密闭运行，工艺运行管理复杂。9/4/2022129纯氧曝气法曝气池构造9/4/2022130深井曝气活性污泥法

47、：工艺特点： a、由于水压很大（井深50-100m） ，明显提高了饱和溶解氧浓度以及降低气泡直径，提高气泡的表面积，进而显著提高氧的传递速率，从而利于微生物的增殖与有机污染物的降解。 b、向深部发展，节省占地，并利用进出水位差以及曝气提升力循环。 不足之处：施工难度大，对地质 条件和防渗要求高。9/4/2022131深井曝气活性污泥法工艺流程： 一般平面呈圆形，直径约介于16m，深度一般为50150m。主要特点： a. 氧转移率高，约为常规法的10倍以上； b. 动力效率高，占地少，易于维护运行； c. 耐冲击负荷，产泥量少； d. 一般可以不建初次沉淀池 e. 但受地质条件的限制。9/4/2

48、02213211、浅层曝气活性污泥法：理论基础：气泡只是在形成与破碎瞬间，有着最高的氧转移率，而与水深无关。工艺特点：曝气器安装深度0.60.8m，适宜低压水机曝气。9/4/2022133具体各种工艺的设计与参数见有关书籍，具体总结如下：a、 BOD负荷：一般BOD污泥负荷0.20.4，延时曝气法低（1.5，而对特殊的深井曝气和纯氧曝气因氧的传质改善，可以把BOD负荷设计在0.51.5之间。b、泥龄：对一般的活性污泥法工艺以及深井曝气和纯氧曝气工艺，其泥龄一般在515d，多数68d；高负荷活性污泥法泥龄2.5d以下；而延时曝气则一般在20d以上。c、 曝气池混合液浓度（X）：一般在3000mg

49、/L左右。延时曝气、合建式完全混合活性污泥法以及深井曝气略高。d、污泥回流比：一般在100以下，多数在50左右；而延时曝气、合建式完全混合活性污泥法回流比在100以上。e、 曝气时间：一般在8h以下，多数为46h。但延时曝气一般在20h以上；高负荷工艺以及深井曝气工艺曝气时间很短。9/4/2022134各种工艺技术的着重点包括：强化不同微生物的作用（群落），如高负荷、多级、延时曝气等工艺。提高氧的传质，降低能耗（纯氧曝气、深水曝气、深井曝气以及浅层曝气等）。节省占地（深井）。保证出水水质（延时曝气、多级曝气等）。活性污泥特性（收附再生、再生以及高负荷活性污泥法等）。易管理与构筑物单元少，如合建

50、式完全混合活性污泥法与SBR等。利于污泥处置，延时曝气以及A2/0等。 9/4/2022135五曝气方法活性污泥系统的正常运行，除需要有良好的活性污泥外，还必须提供足够的氧气。通常氧气供给是通过空气中的氧被强制地溶解到曝气池的混合液中而实现的。曝气的作用除了供给必要的氧气外，还起搅拌作用，使活性污泥在曝气地中保持悬浮状态，使废水中的有机物、活性污泥和溶解氧三者能均匀混合。曝气的方法可分为鼓风曝气和机械曝气二大类。9/4/2022136 活性污泥系统的曝气设备分鼓风曝气和机械曝气两大类。 表示曝气设备技术性能的主要指标是： 动力效率（EP）：每消耗1kWh电能转移到清水中的氧量，以kgO2/kW

51、h计。 氧的利用率(EA)：通过鼓风曝气转移到清水中的氧量占总供氧量的百分比。 充氧能力（EL）：通过机械曝气装置，在单位时间内转移到清水中的氧量，以kgO2/h计。9/4/2022137对曝气设备的要求： 良好的曝气设备除应当具有较高的动力效率和氧转移效率外，还应尽可能满足下列要求： （a）搅拌均匀；（b）构造简单； （c）能耗少；（d）价格低； （e）性能稳定，故障少； （f）不产生噪音及其它公害； （g）对某些工业废水耐腐蚀性强。9/4/2022138曝气方法和设备 (1)鼓风曝气法 鼓风曝气亦称压缩空气曝气。鼓风曝气法系统包括风机，风管和曝气装置。鼓风机 国产的鼓风机有罗茨鼓风机和离心

52、式鼓风机。中小型污水广常采用罗茨鼓风机。风管 风管指的是从风机出口至充氧装置的管道，起输送和配气作用，一般采用焊接钢管。 曝气装置 曝气装置即空气扩散设备。按气泡直径大小可分为小、中、大气泡型三大类；按曝气装置布置的水深，又可分为浅层、中层和深层曝气三种。9/4/2022139扩散装置的分类：小气泡扩散装置：扩散板、扩散管或扩散盘属小气泡扩散装置中气泡扩散装置：穿孔管属中气泡扩散装置； 大气泡扩散装置：竖管曝气属大气泡扩散装置； 水力剪切扩散装置：倒盆式、撞击式和射流式属水力剪切扩散装置 机械剪切扩散装置：涡轮式属机械剪切扩散装置。9/4/20221401）扩散板、扩散管、扩散盘扩散板是用多孔

53、性材料制成的薄板，有陶土制、塑料制或其他材料制成的，其形状可做成方形或长方形，方形扩散板尺寸通常为300300（2540)mm，扩散板安装在池底一侧的预留槽上，空气由竖管进入槽内，然后通过扩散板进入混合液。 扩散板的通气率一般为l1.5m3/m2min，氧利用率约10，充氧动力效率约为2kgO2/kWh。 缺点是板的孔隙小、空气通过时压力损失大、容易堵塞。 9/4/2022141扩散板9/4/2022142扩散管 扩散盘9/4/20221439/4/20221449/4/20221459/4/2022146扩散器的气体扩散板由弹性合成橡胶膜片制造，膜片上均匀布置着孔径为150一200微米的小孔

54、5000个，膜片上的微孔随着充气压力的产生和停止自动张开和闭合，避免孔眼堵塞。产生的空气泡直径为1.5-3.0mm9/4/2022147由主体、螺盖、网状膜、分配器和密封圈组成。主体采用工程塑料注塑成型，网状膜则由聚酯纤维制成。不易堵塞、布气均匀、便于管理9/4/20221482）中气泡空气扩散装置扩散装置释放的气泡直径1.53mm，常用的是穿孔管空气扩散装置。9/4/20221499/4/20221509/4/20221513）大气泡空气扩散装置大气泡空气扩散装置释放气泡大于3mm，常用竖管。竖管曝气是在曝气池的一侧布置以横管分支成梳形的竖管，竖管直径在l5mm以上，离池底150mm左右。

55、下图所示为一种竖管扩散器及其布置的示意图。竖管属于大气泡扩散器，由于大气泡在上升时形成较强的紊流并能够剧烈地翻动水面，从而加强了气泡液膜层的更新和从大气中吸氧的过程 。9/4/20221524）水力剪切扩散装置 属于水力剪切扩散装置的有倒盆式、散流式、固定螺旋式和撞击式等。9/4/20221539/4/20221549/4/2022155由高压聚乙烯注塑成型，构造简单，便于管理，但氧利用率低，适用于中小型污水处理厂9/4/2022156由圆形外壳和固定在壳体内部的螺旋叶片组成，每个螺旋叶片的旋转角度为180。两个相邻叶片的旋转方向相反。空气由布气管从底部进入装置内，向上流动，由于壳体内外混合液

56、的密度差产生提升作用，使混合液在壳体内不断循环流动，空气泡在上升过程中，被螺旋叶片反复切割，形成小气泡。目前生产的类型有：固定单螺旋、固定双螺旋和固定三螺旋等三种。9/4/20221575）水力冲击式空气扩散装置（射流式空气扩散装置） 利用水泵射入的泥、水混和液的高速水流的动能，吸入大量的空气，泥水气混和在喉管内强烈混和搅动，使气泡粉碎成雾状，继而在扩散管内，由于速头变为压头，细微气泡进一步压缩，氧迅速转移倒混和液中从而强化了氧的转移过程，氧的转移率可高达20以上，单动力效率不高。 9/4/2022158利用水泵高速流的动能，吸入(或压入)大量空气，形成气、水混合液在喉管中强烈混合搅动，使气泡

57、粉碎成雾状，继而在扩散管对细微气泡进一步压缩，强化氧转移过程，氧的转移率可高达20以上，但动力效率不高。9/4/20221599/4/20221609/4/2022161(2)机械曝气法 鼓风曝气是水下曝气，机械曝气则是表面曝气。由于氧在水中的溶解度很小，采用鼓风曝气法时，压入曝气池的空气大部分是用于维持活性污泥在水中的悬浮，而只有一小部分溶于废水中用于氧化有机物，所以，为了节省动力费用，发展了机械曝气。机械曝气一股是利用装设在曝气池内的叶轮或转刷的搅动，剧烈地翻动液面，使空气中的氧溶入水中。由于叶轮或转刷常装在曝气池表面进行曝气，常称“表面曝气”。表面曝气机分竖式和卧式两类。(1)竖式曝气机

58、9/4/20221629/4/2022163这类表曝机的转动轴与水面垂直，装有叶轮，叶轮转动，使曝气池表面产生水跃，把大量的混合液水滴和膜状水抛向空气中，挟带空气形成水气混合物回到曝气池中，由于气水接触界面大，从而使空气中的氧很快溶入水中。随着曝气机的不断转动，表面水层不断更新，氧气不断地溶入，池底含氧量小的混合液向上环流和表面充氧区发生交换，从而提高了整个曝气池混合液的溶解氧含量。池液的流动状态同池形有密切的关系，曝气的效率不仅决定于曝气机的性能，还同曝气池的池形有密切关系。9/4/2022164表曝机叶轮的淹没深度一般在10-100mm，可以调节。我国目前应用的这类表曝机有泵型、倒伞型和平

59、板型9/4/2022165(2)卧式曝气刷 这类曝气机的转动轴与水面平行，主要用于氧化沟。在垂直于转动轴的方向装有不锈钢丝(转刷)或板条，用电机带动，转速在50-70rmin，淹没深度为(13-14)转刷直径。转动时，钢丝或板条把大量液滴抛向空中，并位液面剧烈波动，促进氧的溶解；同时推动混合液在池内回流，促进溶解氧的扩散。9/4/20221669/4/2022167转碟曝气机转刷曝气机9/4/2022168活性污泥法的设计计算曝气池的设计计算曝气池的设计计算，主要是根据进水情况和出水的要求，选择曝气池的类型，即推流式还是完全混合式，计算曝气池的体积，所需的供氧量和排除的剩余活性污泥量等。9/4

60、/2022169曝气池的选型，从理论上分析，推流优于完全混合，但由于充氧设备能力的限制，以及纵向混合的存在，实际上推流和完全混合的处理效果差不多。完全混合抗冲击负荷的能力强。究竞选择哪一类型，要根据进水的负荷变化情况，曝气设备的选择，场地布置，以及设计者的经验，综合确定。在可能条件下，曝气池的设计要既能按推流方式运行，也能按完全混合方式运行，或者两种运行方式的结合，以增加运行的灵活性，在运行过程中探索恰当的运行方式。9/4/20221701有机物负荷率法有机物负荷率通常有两种表示方法：(1)活性污泥负荷率(简称污泥负荷)(2)曝气区容积负荷率(简称容积负荷)。污泥负荷率是指单位重量活性污泥在单