水质工程学电子课件 第章 部分 XXXX

现代污废水处理理论与技术电子教案辽宁工程技术大学建工学院市政系生物处理理论与技术微生物：分解者，具有降解有机物并将其转化

为无机物的巨大功能。

生物处理法：利用微生物的降解作用，并采取一

定的人工强化措施，创造有利于微

生物生长、繁殖的环境，使微生物

大量繁殖，从而提高微生物降解有

机物效率的一种污水处理方法。

通过微生物的新陈代谢作用,将污水中有机物的一部分转化为微生物的细胞物质,另一部分转化为比较稳定物质，实现对污水的净化。主要作用者：微生物（好氧菌、兼性菌、厌氧菌）

1)好氧生物处理法：主要依赖好氧菌和兼性菌的生化作用来完成处理过程的工艺。

2)厌氧生物处理法：主要依赖厌氧菌和兼性菌的生化作用来完成处理过程的工艺。

主要去除对象：溶解态、胶体状态的可生化性有机物

好氧生物处理法：活性污泥法：（悬浮生长）多种运行方式生物膜法：（附着生长）生物滤池、转盘、接触氧化池、流化床自然处理法：氧化塘、土地处理适用于：城市污水、生活污水、中等以下浓度的有机工业废水厌氧生物处理法：厌氧活性污泥法:厌氧消化池、厌氧污泥床、化粪池厌氧生物膜法：

厌氧生物滤池、厌氧流化床、厌氧转盘厌氧自然处理法：厌氧塘、高温堆肥

适用于：高浓度的有机生产污水、污泥等第4章污水的生物处理（一）——活性污泥法

重点：活性污泥法基本概念与流程、活性污泥法的净化机理与影响因素、活性污泥法的动力学基础、曝气池的需氧与供氧、活性污泥法的运行方式、新工艺、活性污泥处理系统的工艺设计。2.难点：活性污泥法的净化机理、活性污泥法的反应动力学、曝气理论、活性污泥法的发展新工艺。4.6曝气的理论基础及曝气系统4.7活性污泥反应器——曝气池

4.8活性污泥处理系统的工艺设计4.0概述4.1活性污泥法的基本原理4.2活性污泥净化反应影响因素及其有关参数4.3活性污泥反应动力学基础4.4活性污泥法的运行方式与曝气池的工艺参数4.5

活性污泥处理系统的新工艺

4.9活性污泥系统的维护管理

活性污泥法的重要地位我国河流97%以上都受到有机物污染

1.应用的普遍性：95%以上的城市污水35%以上工业废水

2.高效性：SS，COD，BOD90%以上

3.灵活性：大，中，小水厂高，中，低负荷

4.连续运行，可自动化

5.工艺(运行方式)多样化，功能多样性，可脱氮，除磷4.0概述

活性污泥法研究及应用的现状和发展1914年：英国曼彻斯特建成实验厂1916年：美国正式建立了第一座污水处理厂1921年：上海北区污水处理厂1.超大型化(集中化)、微型化2.高效快速(高负荷，节省体积)3.节能，减少运行费用4.深度净化功能，多功能化(N，P)5.自动化控制管理6.提高氧利用率7.减少占地面积

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4.1.1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黄褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，可氧化分解污水中的有机物，并易于沉淀分离，使处理水澄清，这种污泥絮体就是活性污泥。活性污泥是以细菌、真菌、原生动物和后生动物所组成的活性微生物为主体，此外还吸附一些无机物、未被微生物分解的有机物和微生物自身代谢的残留物。4.1活性污泥法的基本原理什么是活性污污泥？由细菌、菌胶团团、真菌、原原生动物、后后生动物等微生物群体体及吸附的污污水中有机和和无机物质组组成的、有一定活力的的、具有吸附附、氧化分解解有机物、并并易于沉淀与与水分离，使污水得到净净化的絮绒状污泥。一组活性污泥泥图片活性污泥法：：以活性污泥为为主体的污水水生物处理技技术活性污泥法来来源：水体自净→启启示→人工强强化命名：根据生物反应应器中微生物生长方方式(悬浮，附着)可将污水生物物处理技术分分为:活性污泥法(悬浮的有活活性的生物絮絮体);生物膜法(附着的有活活性的生物膜膜);复合式(悬浮，附着着)生物处理技术术。活性污泥法的三个要素构成

一是具有吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥；

二是废水中的有机物，它是处理对象，也是微生物的营养食料；

三是溶解氧，没有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能发挥氧化分解作用。活性污泥法的的基本流程活性污泥法处处理系统的组组成：1.曝气池：微生物物降解有机物物的反应场所所2.二沉池：泥水分分离3.污泥回流流系统：确保曝气气池内生物量量稳定4.曝气系统统：为微生物物提供溶解氧氧，同时起到到搅拌混合的作作用。活性污泥法处处理系统有效效运行的基本本条件1.污水中中有足够的可可溶解性易降降解有机物2.混合液液中含有足够够的溶解氧3.活性污污泥在曝气池池中呈悬浮状状态4.活性污污泥连续回流流5.及时排排除剩余污泥泥6.没有对对微生物有毒毒害作用的物物质进入曝气池曝气池出水堰堰曝气池混合液液配水进入二二沉池二次沉淀池二次沉淀池出出水堰鼓风机房污泥回流泵房房城市污水处理理工艺基本流流程：污水→格栅→→沉砂池→初初沉池→活性污泥曝曝气池→二沉沉池→消毒1.活性污泥泥的形态颜色黄色或褐色状态似矾花絮绒颗颗粒状味道土腥味相对密度曝气池混合液液：1.002～1.003回流污泥：1.004～～1.006粒径0.02～0.2mm20～100cm2/mL比表面积4.1.2活活性污泥的的形态与活性性污泥微生物物含水率99%以上固体物质1%以下活性污泥由四四部分组成：：（1）Ma——活性污污泥微生物；；（2）Me——活性污污泥代谢产物物；（3）Mi——活性污污泥吸附的难难降解惰性有有机物；（4）Mii——活性性污泥吸附的的无机物。1）微生物组组成：细菌（90％－95％，甚至至100％））、真菌、原生动动物、后生动动物活性污泥的组组成：2.活性污泥泥微生物及其其在活性污泥反应应中的作用2）活性污泥泥微生物及其其作用复习《水处理理微生物》活性污泥中的的有机物、细菌菌、真菌、原原生动物与后后生动物组成了小型的的相对稳定的的生态系统和食食物链。活性污泥中的的细菌以异养型原核细细菌为主，107～108个/mL活性污泥。。菌胶团细菌－－构成活性污泥泥絮凝体的主主要成分，有有很强的吸附附、氧化分解解有机物能力力。也可防止止被微型动物物所吞噬，并并在一定程度度上可免受毒毒物的影响，，沉降性好。。丝状菌－－形成活性污泥泥的骨架，增增强沉降性，，保持高的净净化效率，但但是大量会引引起污泥膨胀胀。净化污水的主主要的、第一一的承担者－－细菌净化污水的第第二承担者－－原生动物指示性生物－－－原生动物物，通过显微镜镜镜检是对活活性污泥质量量评价的重要要手段之一活性污泥微生生物的增殖曲曲线1.在温度适适宜，溶解氧氧充足、营养养物质一次充充分投加，微微生物种群随随时间以量表表示增殖和衰衰减动态。2.在这样的的环境下，不不存在抑制物物质的条件下下，活性污泥微生生物的增殖速速率主要取决于有机物(F)与微生物量量(M)的比比值，它也是有机物降解速速率、氧利用用速率和活性污泥的凝凝聚、吸附性性能的重要影响因因素3.活性污泥泥微生物的增增殖与活性污污泥的增长微生物的增殖殖规律一般是是以增殖曲线线来反映。活性污泥增长长曲线的四个个阶段1.适应期期:在未充分适应应基质条件时时，开始会经经历一个适应、迟缓期期或调整期。长短取决于于污水的主要要成分和微生生物对它的适适应。2.对数增增殖期:F/M较大（F/M大于于2.2），，营养充分，氧氧利用最大，，微生物增殖殖速率和有机机物降解速率率最大。污泥活动力强强，污泥松散散，不易沉降降。3.减速增殖殖期F/M减小（F/M小于于2.2）），有机物量成为为增殖的限制制因素，微生生物增殖速率率和有机物降降解速率下降降，氧的利用用速率下降。。污泥沉降性好好，出水效果果较好。4.内源呼吸吸期F/M最小（F/M小于于0.1）），(内源呼吸期期)微生物活活动能力低，，絮凝体沉降降性好，此时时污泥量出现现下降，出水水质很好好。在活性污泥混混合液中，如如果营养与污污泥之间的比比值（用F/M表示）高，F/M大于2.2，微生物处于于对数增长期期，能量水平平高，污泥凝聚性能能差；F/M小于2.2，营养与污泥泥微生物比值值下降，致使使微生物增长长处于增长率率缓慢阶段，，能量水平降降低，污泥开始凝聚聚；F/M小于0.1，营养物很少，，营养相对不不足和能量水水平较低，细细菌活力低，，运动能力弱弱，致使微生生物增长处于于增长率下降降段或其后期期，彼此结合成絮凝体体，故易于凝凝聚。2.当有机机营养物质和和氧气充足时时，活性污泥泥以合成为主主。在新细胞胞合成的同时时，还进行着着部分老细胞胞物质的氧化化分解。在有有机营养缺乏乏时，这种自自身分解则成成为主要的获获能方式，生生物处理的内内源呼吸也就就是指的这种种情况。活性污泥絮凝凝体的形成：：在污水生物处处理过程中，，如果条件适适宜，活性污污泥的增长过过程与纯种单单细胞微生物物的增殖过程程大体相仿。。但由于活性性污泥是多种种微生物的混混合群体,其其生长受废废水性质、浓浓度、水温、、pH、溶解解氧等多种环环境因素的影影响，因此，，在处理构筑筑物中通常仅仅出现生长曲曲线中的某一一两个阶段。。处于不同阶阶段时的污泥泥，其特性又又有很大的区区别。在废水生物处处理中，微生生物是一个混混合群体，它它们也有一定定的生长规律律。有机物多多时,以有机机物为食料的的细菌占优势势,数量最多多；当细菌很很多时，出现现以细菌为食食料的原生动动物;而后出出现以细菌及及原生动物为为食料的后生生动物，如右右图所示。4.1.3活活性污泥泥净化污水反反应过程活性污泥在曝曝气过程中，，对有机物的的降解（去除除）过程可分分为两个阶段段：初期吸附去除除阶段微生物代谢阶阶段

由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。初期接触的20～30min内，就可以去除70%以上的BOD转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。活性污泥降解解污水中有机机物的过程污水与污泥混混合曝气后BOD的变化化曲线合成代谢有机固形物胶体有机物溶解性有机物分解代谢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80％20％内源代谢微生物增殖对活性污泥法法曝气过程中中污水中有机机物的变化分分析得到结论论：废水中的有机机物残留在废水中的有机物从废水中去除的有机物微生物不能利用的有机物微生物能利用的有机物微生物能利用而尚未利用的有机物微生物不能利用的有机物微生物已利用的有机物（氧化和合成）（吸附量）增殖的微生物体氧化产物曲线①反映污污水中有机物物的去除规律律；曲线②反映活活性污泥利用用有机物的规规律；曲线③反映了了活性污泥吸吸附有机物的的规律。这三条曲线反反映出，在曝曝气过程中：：污水中有机物物的去除在较较短时间(图图中是5h左右)内就就基本完成了了(见曲线①①)；污水中的有机机物先是转移移到(吸附)污泥上(见见曲线③),然后逐渐为为微生物所利利用(见曲线线②)；吸附作用在相相当短的时间间(图中是45min左左右)内就基基本完成了(见曲线③)；微生物利用有有机物的过程程比较缓慢(见曲线②)。活性污泥的沉沉淀分离泥水分离，使使处理水澄清清剩余污泥进入入污泥处理系系统4.2活活性污泥净化化反应影响因因素与主要设计、、运行参数微生物要求的的营养物质必必须包括组成成细胞的各种种原料和产生生能量的物质质，主要有：：水、碳素营营养源、氮素素营养源、无无机盐及生长长因素。影响微生物生长的环境因素微生物的营养养温度pH溶解氧有毒物质质4.2.1活活性污泥泥净化反应影影响因素微生物的组成成微生物组成水80％干物质20％无机质10％有机物90％C53.1%,O28.3%,N12.4%,H6.2%P50%,S15%,Na11%,Ca9%,Mg8%,K6%,Fe1%等细胞分子式：：C5H7O2N(有机部分分)细胞分子式：：C60H87O23N12P(考虑磷)一般估算营养养比例：BOD∶N∶∶P＝100∶5∶∶1(1)水：组成部分，代代谢过程的溶溶剂。细菌约约80%的成成分为水分。。(2)碳源：：碳素含量占细细胞干物质的的50％左右右，碳源主要要构成微生物物细胞的含碳碳物质和供给给微生物生长长、繁殖和运运动所需要的的能量，一般般污水中含有有足够碳源。。(3)氮源：：提供微生物合合成细胞蛋白白质的物质。。(4)无机元元素：主要有磷、硫硫、钾、钙、、镁等及微量量元素。作用用：构成细胞胞成分，酶的的组成成分,维持酶的活活性，调节渗渗透压，提供供自养型微生生物的能源。。磷：核酸、磷磷脂、ATP转化。硫：：蛋白质组成成部分，好氧氧硫细菌能源源。钾：激活活酶。钙：稳稳定细胞壁，，激活酶。镁镁：激活酶，，叶绿素的重重要组成部分分(5)生长因因素：氨基酸、蛋白白质、维生素素等。微生物的营养养各类微生物所所生长的温度度范围不同，，约为5℃～80℃。温度范围，分分为最低、最最高和最适生生长温度（是是指微生物生生长速度最快快时温度）。。依微生物适应应的温度范围围，微生物可可以分为中温性（20～45℃）、好热性（高高温性）（45℃以上）和好冷性（低低温性）（20℃以下）三类。当温度超过最最高生长温度度时，会使微微生物的蛋白白质迅速变性性及酶系统遭遭到破坏而失失活，严重者者可使微生物物死亡。低温温会会使使微微生生物物代代谢谢活活力力降降低低，，进进而而处处于于生生长长繁繁殖殖停停止止状状态态，，但但仍仍保保存存其其生生命命力力。。城市市污污水水活活性性污污泥泥法法：：最最适适温温度度15～～30℃，，限限制制10～～35℃℃微生生物物的的生生长长环环境境影响微生物生长的环境因素微生生物物的的营营养养温度度pH溶解解氧氧有毒毒物物质质不同的微生物有不同的pH适应范围。细菌、放线菌、藻类和原生动物的pH适应范围是在4～10之间。大多数细菌适宜中性和偏碱性（pH＝6.5～8.5）的环境。废水生物处理过程中应保持最适pH范围。当废水的pH变化较大时，应设置调节池，使进入反应器（如曝气池）的废水，保持在合适的pH范围。微生生物物的的生生长长环环境境影响微生物生长的环境因素微生生物物的的营营养养温度度pH溶解解氧氧有毒毒物物质质微生生物物的的生生长长环环境境影响微生物生长的环境因素溶解氧是影响生物处理效果的重要因素。好氧微生物处理的溶解氧一般以2～4mg/L为宜。溶解氧过高，耗能大，不经济。溶解氧过低，丝状菌异常繁殖，诱发污泥膨胀。微生生物物的的营营养养温度度pH溶解解氧氧有毒毒物物质质微生生物物的的生生长长环环境境影响微生物生长的环境因素在工业废水中，有时存在着对微生物具有抑制和杀害作用的化学物质，这类物质我们称之为有毒物质。其毒害作用主要表现在细胞的正常结构遭到破坏以及菌体内的酶变质，并失去活性。在废水生物处理时，对这些有毒物质应严加控制，但毒物浓度的允许范围，需要具体分析。微生生物物的的营营养养温度度pH值值溶解解氧氧有毒毒物物质质有办办法法知知道道确确切切的的生生物物量量吗吗？？有人人曾曾企企图图通通过过直直接接测测定定污污泥泥中中细细胞胞的的DNA量量、、有有机机氮氮量量、、三三磷磷酸酸腺腺苷苷（（ATP））量量、、脱脱氢氢酶酶活活力力等等指指标标去去反反映映活活性性污污泥泥的的活活力力，，这这种种方方法法既既复复杂杂又又不不准准确确，，且且微微生生物物含含量量不不断断变变化化。。按McKinney的的分分析析：：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii式中中：：Ma———具具备备活活性性细细胞胞成成分分；；Me———内内源源代代谢谢残残留留的的微微生生物物有有机机体体；；Mi———未未代代谢谢的的不不可可生生化化的的有有机机悬悬浮浮固固体体；；Mii———吸吸附附的的无无机机悬悬浮浮固固体体。。4.2.2活活性性污污泥泥处处理理系系统统的的控控制制指指标标与与设设计、、运运行行操操作作参参数数（1））混混合合液液悬悬浮浮固固体体浓浓度度(mg/L)混合合液液悬悬浮浮固固体体是是指指曝曝气气池池中中废废水水和和活活性性污污泥泥共共同同的的混混合合液液体体的的悬浮浮固固体体浓浓度度。。用用MLSS表表示示。。MLSS=Ma+Me+Mi+Mii（2））混混合合液液挥挥发发性性悬悬浮浮固固体体浓浓度度(mg/L)混合合液液悬悬浮浮固固体体中中的的有有机机物物量量称称为为混混合合液液体体挥挥发发性性悬悬浮浮固固体体（MLVSS）），，用用它它表表示示活活性性污污泥泥微微生生物物量量比比用用MLSS更更为为切切合合实实际际。。MLVSS=Ma+Me+MiMLVSS与与MLSS有有一一定定的的比比值值，，例例如如生生活活污污水水的的比比值值为为0.75左左右右。。1.混混合合液液中中活活性性污污泥泥微微生生物物量量的的指指标标按有有机机性性和和无无机机性性成成分分：：处理生活污水的活性污泥MLVSS:75%NVSS:25%MLSS表示悬浮固体物质总量，MLVSS挥发性固体成分表示有机物含量，MLNVSS灼烧残量，表示无机物含量。MLVSS包含了微生物量，但不仅是微生物的量，由于测定方便，目前还是近似用于表示微生物的量。MLVSS:一般范围为55％~75％NVSS:一般范围为25％~45％污泥泥沉沉降降比比：：SV取混混合合液液至至1000mL量量筒筒，，静静止止沉沉淀淀30min后后，，度度量量沉沉淀淀活活性性污污泥泥的的体体积积，，以以占占混混合合液液体体积积的的比比例例（（%））表表示示污污泥泥沉沉降降比比。。SV值值在在15~30%左左右右。。污泥泥容容积积指指数数：：SVISV不能能确切表表示污泥泥沉降性性能，故故人们想想起用单单位干泥泥形成湿湿泥时的的体积来来表示污污泥沉降降性能，，简称污污泥指数数，单位位为mL/g。。1L混合合液沉淀淀30min的的活性污污泥体积积（mL）SV(mL/L)SVI=1升混合合液中悬悬浮固体体干重（（g）)MLSS(g/LSVI一般为70～150(ml/g)时时沉降性性能较好好，过过低无机机物含量量过高，，污泥活活性不好好，过高高易出现现污泥膨膨胀。2.活活性污泥泥的沉降降性能及及其评价价指标污泥在曝曝气池内内的平均均停留时时间,又称固固体平均均停留时时间（SRT））式中———净净增剩余余污泥量量（m3/d））QW——剩余余污泥排排除量（（m3/d）Xe———净化水水的污泥泥浓度（（mg/L）Xr———剩余污污泥浓度度（mg/L））。由于随着着净化水水排出的的Xe很很小，所所以：3.污污泥龄θc（ts）BOD负负荷：污污泥负荷荷和容积积负荷（1）BOD—污泥泥负荷Ns（Ls）：：指单位重重量活性性污泥在在单位时时间内所所承受的的有机污污染物量量，并将将其降解解到预定定的程度度，污泥泥负荷的的实质是是F/M。。单位是kgBOD5/kgMLSS··d（2）BOD—容积积负荷Nv（（Lv））：指单位曝曝气池有有效容积积在单位位时间内内所承受受的有机机污染物物量，并并将其降降解到预预定的程程度，单单位是kg（BOD5）/m3·d4.BOD污污泥负荷荷率与BOD容容积负荷荷率从二沉池池返回到到曝气池池的回流流污泥量量QR与污水流流量Q之之比，常用％表表示。则曝气池池内混合合液满足足：污水进入入曝气池池后，在在曝气池池中的平平均停留留时间，，也称水水力停留留时间。。5.污泥泥回流比比（R））6.曝气气时间(t)4.3活活性性污泥反反应动力力学基础础生物化学学反应是是一种以以生物酶酶为催化化剂的化化学反应应。污水生物物处理中中，人们们总是创创造合适适的环境境条件去去得到希希望的反反应速度度。生化反应应动力学学目前的的研究内内容：(1)底底物降解解速率与与底物浓浓度、生生物量、、环境因因素等方方面的关关系；(2)微微生物增增长速率率与底物物浓度、、生物量量、环境境因素等等方面的的关系；；(3)反反应机理理研究，，从反应应物过渡渡到产物物所经历历的途径径。生化反应应动力学学活性污泥泥反应动动力学研研究的假假定条件件①曝气池池为完全全混合式式；②在稳定定状态下下；③进水和和出水中中没有