污水的生物处理一

第四章污水的生物处理（一）教学要求掌握活性污泥法的基本原理及其反应机理；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、θc、容积负荷、污泥产率等；理解活性污泥反应动力学基础及其应用；掌握活性污泥的工艺技术或运行方式；掌握曝气理论；熟练掌握活性污泥系统的计算与设计。活性污泥法的基本原理原理流程活性污泥的特征与微生物形态在显微镜下呈不规则椭圆状，在水中呈“絮状”。颜色

正常呈黄褐色，但会随进水颜色、曝气程度而变（如发黑为曝气不足，发黄为曝气过度）。理化性质

ρ=1.002～1.006，含水率99%，直径大小0.02～0.2mm，表面积20～100cm2/ml，pH值约6.7，有较强的缓冲能力。其固相组分主要为有机物，约占75～85%。过度）。生物特性具有一定的沉降性能和生物活性。组成

由微生物群体Ma，微生物残体Me，难降解有机物Mi，无机物Mii四部分组成。活性污泥的特征与微生物组成细菌：以异养型原核生物(细菌)为主，数量107～108个/ml，自养菌数量略低。其优势菌种：产碱杆菌属等，它是降解污染物质的主体，具有分解有机物的能力。真菌：由细小的腐生或寄生菌组成，具分解碳水化合物，脂肪、蛋白质的功能，但丝状菌大量增殖会引发污泥膨胀。

原生动物：肉足虫，鞭毛虫和纤毛虫3类、捕食游离细菌。其出现的顺序反映了处理水质的好坏（这里的好坏是指有机物的去除），最初是肉足虫，继之鞭毛虫和游泳型纤毛虫；当处理水质良好时出现固着型纤毛虫，如钟虫、等枝虫、独缩虫、聚缩虫、盖纤虫等。

后生动物(主要指轮虫），捕食菌胶团和原生动物，是水质稳定的标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处理的质量。微生物增殖与活性污泥的增长活性污泥净化化反应的机理理初期吸附去除除污水与活性污污泥接触5～～10min，污水中大大部分有机物(70%以上的BOD，75%以上COD)迅速被被去除。此时的去去除并非降解解，而是被污污泥吸附，粘粘着在生物絮体的的表面，这种种由物理吸附附和生物吸附附交织在一起的初初期高速去除除现象叫初期期吸附。微生物的代射射被吸附的有机机物粘附在絮絮体表面，与与微生物细胞胞接触，在渗渗透膜的作用用下，进入细细胞体内，并并在酶的作用用下要不被降降解，要不被被同化成细胞胞本身。活性污泥净化化反应影响因因素与主要设设计、运行参参数影响因素微生物量的指指标混合液悬浮固固体浓度（MLSS），，其由Ma+Me+Mi+Mii组组成混合液挥发固固体浓度（MLVSS）），由MLVSS=Ma+Me+Mi组成设计指标与运运行参数MLVSS/MLSS在在0.70左左右，过高过过低能反映其其好氧程度，，但不同工艺艺有所差异。。如吸附再生生工艺0.7～0.75，而A/O工艺0.67～0.70。活性污泥的沉沉降性能及其其评定指标：污泥沉降比SV（%）：：混合液在量量筒内静置30mm后所所形成沉淀污污泥的容积占占原混合液容容积的百分比比。污泥容积指数数SVI：SVI=SV/MLSS。对于生活活污水处理厂厂，一般介于于70～100之间。当当SVI值过过低时，说明明絮体细小，，无机质含量量高，缺乏活活性；反之污污泥沉降性能能不好。泥龄（Sludgeage）Qc生物固体平均均停留时间或或活性污泥在在曝气池的平平均停留时间间，即曝气池池内活性污泥泥总量与每日日排放污泥量量之比，用公公式表示：θθc＝VX/⊿X＝VX/QwXr。式中：：⊿X为曝气池池内每日增长长的活性污泥泥量，即要排排放的活性污污泥量。Qw为排放的的剩余污泥体体积。Xr为剩余污污泥浓度。其其与SVI的的关系为(Xr)max＝106/SVI负荷BOD污泥负负荷：Ns＝QSa/XV=F/M指单位重量活活性污泥在单单位时间内降降解到预定程程度的有机物物量。BOD容积负负荷：Nv＝QSa/V指单位曝气池池容积在单位位时间内降解解到预定程度度的有机物量量。BOD污泥负负荷和BOD容积负荷的的关系式：Nv＝NsX。污泥产率：污水中有机污污染物的降解解带来微生物物的增殖与活活性污泥的增增长，活性污污泥微生物的的增殖是生物物合成与内源源呼吸的差值值，即⊿X=aSa——bX。式中⊿X：活活性污泥微生生物净增殖量量，kg/d；Sr：在在活性污污泥微生生物作用用下，污污水中被被降解、、去除的的有有机污染染物量，，Sr＝＝Sa－－Se；；Sa：进进入曝气气池污水水含有的的有机污污染物量量，kgBOD/d。。Se：经经活性污污泥处理理后出水水的有机机污染物物量，kgBOD/d。X：混合合液活性性污泥量量，kg。a、污泥泥产率（（降解单单位有机机污染物物的污染染量）。。b、微生生物内源源代谢的的自力氧氧化率。。由于细胞胞合成与与内源代代谢同步步进行，，单位曝曝气池内内活性污污泥净增增殖速度度为：(dx/dt)g＝(dx/dt)s－－(dx/dt)e式中(dx/dt)g为净增增殖速度度；(dx/dt)s为合合成速度度；(dx/dt)e为微微生物内内源代谢谢速度。。其中：(dx/dt)s＝＝Y(dx/dt)uY为产率率系数，，每代谢谢1kgBOD合成的的MLVSS量量。(dx/dt)u为为微生物物对有机机物的降降解速度度。其中：(dx/dt)e＝＝KdXvKd微生生物自身身氧化率率d-1，并称衰衰减系数数；Xv为MLVSS含量量。代入得：：(dx/dt)g＝Y(dx/dt)u－－KdXv∴⊿X＝Y(Sa－Se)Q－－KdVXv⊿X为日日污泥排排放量；；(Sa－Se)Q为日有有机物降降解量；；KdVXv为为池池内总MLVSS量。。等式两边边除以VXv得得⊿X/VXv=Y(Sa－－Se)Q/VXv－－Kd由于⊿⊿X/VXv=1/Qc；；(Sa－Se)Q/VXv＝Ns（（书中中写成NrS））∴1/Qc＝YNs－Kd有机污染染物降解解与需氧氧微生物对对有机污污染物的的降解包包括1/3的直直接氧化化分解，，2/3×80%需合合成后再再内源呼呼吸降解解，故其其需氧量量为：O2＝a′QSa＋b′VXv式中：a′为微微生物每每代谢1kgBOD所所需要的的氧量。。b′为每每kg活活性污染染自身氧氧化所需需要的氧氧量。两边同除除以VXv得得O2/VXv=a′′Ns＋b′两边同除除以QSa得得O2/QSa＝a′＋＋b′1/Ns活性污泥泥反应动动力学基基础莫诺特(Monod)方程式式微生物生生长速度度和底物物浓度间间的关系系式：μ=μmaxS/Ks+S式中：µµ为微生生物比增增长速度度，即单单位生物物量的增增长速度度.µmax为微生生物最大大比增长长速度；；Ks：饱饱和常数数，为的的底物浓浓度，故故又称半半速度常常数。S：底物物浓度。。当底物过过量存在在时，微微生物生生长不受受底物限限制。处处于对数数增长期期，速度度达到最最大值,为一常常数。∵S>>Ks、、Ks+S≈S∴∴μ=umax。此时反应应速度和和底物浓浓度无关关，呈零零级反应应，即n=0。。当底物浓浓度较小小时，微微生物生生长受到到限制，，处于静静止增长长期，微微生物增增长速度度与底物物浓度成成正比。。∵∵S＜＜Ks、Ks+S≈Ks∴∴μ=μμmaxS/Ks=K.S此时，μμ∝S，，与底物物浓度或或正，呈呈一级反反应。随着底物物浓度逐逐步增加加，微生生物增长长速度和和底物浓浓度呈μμ=μmaxS/Ks+S，，即不成成正比关关系，此此时0＜＜n＜1呈混合合反应区区的生化化反应。。monod方程程的结论论使米一一门方程程式引入入了废水水工程的的理论中中。具体体推导如如下：Y＝dx/ds=(dx/dt)/(ds/dt)=r/q=(r/x)/(q/x)=µ/V。式中：dx为微微生物增增长量；；dx/dt为微微生物增增长速率率（即r）；r/x＝＝µ，，即微生生物比增增长速度度；ds为底底物消耗耗量；q＝ds/dt，为为底物降降解速度度；v＝q/x，，为底物物比降解解速度。。µ＝Y.V；µµmax＝Y.Vmax；；带入μ=μmaxS/Ks+S得得：V＝VmaxS/Ks+SV＝(ds/dt)/X，ds/dt=VmaxSX/Ks+S劳伦斯———麦卡卡蒂(Lawrence———McCarty)方程式式第1方程程dx/dt=Y(ds/dt)u-KdXa；1/Qc=Yq－－Kd第2方程程V＝VmaxS/(Ks+S)有机质降降解速率率等于其其被微生生物利用用速率，，即V=q,Vmax=qmax(ds/dt)u=VmaxSXa/(Ks+S)方程的应应用确立处理理水有机机底物浓浓度（Se）与与生物固固体平均均停留时时间（Qc）之间间的的关系对完全混混合式Se＝Ks(1/Qc+Kd)/[Y(Sa-Se)-(1/Qc+Kd)]对推流式式1/Qc=YVmax(Sa-Se)/[(Sa-Se)+Ks㏑Sa/Se]－－Kd欲提高处处理效果果，降低低Se值值，就必必须适当当提高Qc。确立微生生物浓度度（X））与Qc间的关关系对完全混混合式X＝QcY(Sa-Se)/t(1+KdQc)对推流式式X＝QcY(Sa-Se)/t(1+KdQc)说明反应应器内微微生物浓浓度(X)是Qc的函函数。说明反应应器内微微生物浓浓度(X)是Qc的函函数确立了污污泥回流流比(R)与Qc的关关系。1/Qc=Q[1+R-R(Xr/Xa)]/V式中：Xr为回回流污泥泥浓度(Xr)max=106/SVI。。总产率系系数（Y）与表表观产率率系数（（Yobs）间的关系系.Yobs＝Y/(1+KdQc)即实测污污泥产率率系数较较理论总总降低。。说明即实实测污泥泥产率系系数较理理论总降降低活性污泥泥处理系系统的运运行方式式与曝气气池的工工艺参数数传统活性性污泥法法阶段曝气气活性污污泥法再生曝气气活性污污泥法吸附再生生曝气活活性污泥泥法AB法SBR法法氧化沟完全混合合活性污污泥法多级活性性污泥法法深水曝气气活性污污泥法深井曝气气活性污污泥法浅层曝气气活性污污泥法曝气的理理论基础础扩散过程程的基本本规律双膜理论论两边同除除以V：：O2在气膜、、液膜中中进行分分子扩散散，而在在气相和和液相主主体中进进行对流流扩散传质的阻阻力集中中在双膜膜，但因因O2是难溶气气体，∴∴氧转移移的决定定性阻力又集集中在液液膜内O2通过液膜膜的转移移速率是是氧扩散散转移全全过程的的控制速速率二、氧转转移的影影响因素素1污污水水质质（1）表表面活性性物质：：修正系系数α=污水中中的KLa'/清水中中的KLa