生物处理+概论+活性污泥法

世界最早发现的猿人化石,，是1891年印度尼西亚爪哇岛上发现的爪哇猿人，距今60至80万年。爪哇猿人同1927年在我国周口店发现的北京猿人，一度被世界公认为“最早”的人类。当时人们认为，人类历史不超过数10万年，最早出现人类的是亚洲。1981年我国发现的山东沂源猿人，与北京猿人属同一时代。然而，这一人类最早起源之说为我国两起考古发现所推翻。解放后，考古工作者先后在陕西蓝田和云南元谋发现猿人化石。蓝田猿人距今100万年，元谋猿人距今170万年

历史上，人类的生活垃圾到哪里去了？现代社会它们还会不会自然消失？6.1

生物化学法概论

6.1.1污染治理的生化法模仿自然界自净的规律，通过工程学的措施为污染物的分解者－微生物提供合适的环境（温度、pH值、营养、溶解氧等）以强化微生物对污染物的降解和转化，达到消除环境污染的目的.因此，生化法染治理也是一个污染控制微生物工程的问题。

微生物：一些微小生物的总称6.1.2微生物的特点及与环境工程的关系

(1)微生物：一般用微米级量度、它既包括细菌、放线菌、支原体、衣原体等原核微生物，也包括酵母菌、霉菌、原生动物、微型藻类等真核微生物，还包括非细胞型的病毒.一些微小生物的总称。因此,微生物不是分类学上的概念而是一切微小生物的总称。前苏联微生物学家伊姆舍耶夫斯基曾估计我们目前所了解的微生物总数只占自然界中微生物的10％。但近年来由于分离培养方法的改进，微生物新种发现的速度在日益增加将来的某一天，微生物的总数可能会超过目前动植物的总和。(2)微生物的特点

种类多

已知10万

未知在生物界中，微生物具有最高的繁殖速度。例如大肠杆菌20min便可繁殖一代，在最适合的条件下，??细菌48h可产生2.2X1043个后代.假设一个细菌的重量为10－12g，那么其总重量将达到2.2X1025t,相当于4000个地球的重量。

繁殖快国外找工作20min48h2.2X1043地球重的4000倍大肠杆菌cell＝10－12gWT＝2.2X1025t为什么这种情况没有出现？数量多土壤是微生物的大本营，其中细菌数量达几亿/g人体肠道内细菌的总数达100万亿个左右每张长期使用的人民币上的细菌数可达900万个人的一个喷嚏约含细菌4500－1500个，感冒患者的一个喷嚏含细菌多达8500万个代谢强度大有人估计乳酸杆菌1h内产生的乳酸约为其体重的1000－10000倍，但一个人要产生相当其体重1000倍的代谢物则需要40多年。微生物的个体一般是单细胞或接近于单细胞，它们与外界环境直接触，因此具有易变异的特点。加之它们繁殖快，数量多，这样即使变异率很低，也可能在短时间内出现大量变异的后代，但这种变异有利于废水处理。易变异

青霉素的使用剂量：1940年:10万元单位/次1980年:输液80万单位/次2000年:输液800万-1000

万单位/次0.02μg/ml200μg/ml青霉素对金黄色葡萄球菌最低抑制浓度单位：um(10-6m)或nm(10-9m)2μm0.5μm杆菌80个杆菌肩并肩总宽度=1根头发丝的宽度1500个杆菌首尾相连总长度=1粒芝麻的长度微生物的体积大小体积小，比表面积大设球菌半径r=0.5μm球菌表面积(S)＝4πｒ2＝3.1416μｍ2

球菌体积(V)＝4／3πｒ3＝0.236μｍ3

比表面=S/V＝3.1416/0.5236=6设球菌半径ｒ＝2μｍ

球菌面积(S)＝50.3μｍ2

球菌体积(V)＝33.5μｍ3

比表面=S/V＝50.3/33.5＝1.5设定：人的比表面积=1则：(与人等重)大肠杆菌比表面积=30万比表面积：个体的表面积与体积之比。

种类多

繁殖快

数量多

代谢强度大

易变异

比表面积大6.1.3水中主要微生物

按形态可分为：球菌、杆菌和螺旋菌。6.1.3.1细菌它是一类原核单细胞生物，不含具体的细胞核。大小:0.5－5um，传代时间:约几十分钟，多数细菌对pH和温度变化十分敏感一般喜欢中性自养菌：能利用各种无机物合成自身所需有机物，它包括化能自养菌和光能自养菌。前者在转化无机物的过程中获得能量，废水处理中的硝化菌就属于此类；或者通过光化学反应获得所需的能量，光能自养菌很少。异氧菌：必须依赖自然界的有机物作为碳源而氮源可以是无机氮也可以是有机氮。在废水处理主要依靠各种异氧菌使有机污染物降解。它按照呼吸方式的不同分为三类：营养的摄取方式可分为：好氧（或气）菌：需要溶解氧才能维持生长。厌氧（或气）菌：生活在无氧的环境中。兼氧（或气）菌：在有氧和无氧的环境中均能生活。

6.1.3.2

真菌

真菌是一种真核生物，广泛存在自然界中。现在已经发现了七万多种真菌,有些可用以生产工业原料（柠檬酸等），进行食品加工（酿造酱油等），制造抗菌素（如青霉素、灰黄霉素）但产品发霉变质。另有一小部分霉菌可引起病害，如头癣、脚癣等。6.1.3.2

真菌

霉菌酵母菌属于多细胞的，能产生纤细的菌丝单细胞不能形成菌丝都以有机碳为碳源.

在好氧条件下生存，但对氧的要求很低，只有细菌需氧量的1/2左右。在活性污泥中真菌的菌丝起到活性污泥凝聚骨架的作用，但多了会引起污泥膨胀。水中主要6.1.3.3藻类

它是一大群能进行光合作用的自养型低等植物，在自然水体中藻类能产生不愉快的气味和颜色，所以,不希望其生长，但藻类能进行光合作用，放出氧气，对氧化塘的生物净化有帮助。它们主要裸藻、绿藻、金藻、甲藻和红藻等。（赤潮就是甲藻引起的）

藻类是从原始的光合细菌发展而来的原生动物是动物中最原始的、最低等的单细胞动物，它生活在有氧的环境中，其大小在10－100微米之间。它们虽然个体小，但是一个完整的有机体，它们具备动物所必须的摄取营养、呼吸、排泄和生殖等功能。它们能够捕食水中的有机物和细菌等。生物处理中常见的原生动物有：肉足虫、鞭毛虫、纤毛虫等，它们对营养和环境条件的变化比较敏感，它的存在与否能反映活性污泥的工作状态是否正常。6.1.3.4原生动物

6.1.3.5后生动物

后生动物为多细胞动物,它们的结构比前述四种微生物均要复杂，体内有各种器官，对污水有一定的净化作用，常与原生动物一起成为指示生物的重要成员。废水处理中常见的后生动物有轮虫、甲壳虫和线虫等。

轮虫：以细菌、原生动物和有机颗粒为食，需氧程度比较高，常生活在比较干净的水中，在活性污泥里它的多少往往是处理效果的标志。但太多可能破坏污泥的结构，使污泥松散，是生物处理中微生物老化的反映。线虫：可以以固体有机物为食，好氧。在活性污泥和生物膜中均有发现。甲壳类动物：以细菌和藻类为食。在藻类较多的氧化塘中可用甲壳类动物去净化，生活在有氧的条件下，在缺氧条件下只能生活几个小时。甲壳类动物的存在表明水中有机物很少，溶氧浓度较高.6－7ppm，2-4ppmO2变形虫（阿米巴)，对人有害，痢疾草履虫节毛虫，象小乌龟轮虫太阳虫

寡毛虫线虫钟形虫11吸管虫纤毛虫菌胶团是细菌及其分泌的胶质物质组成的细小颗粒，是活性污泥的主体，污泥的吸附性能、氧化分解能力及凝聚沉降等性能均与菌胶团有关。丝状菌6.1.3水中主要微生物微生物原生动物植物型动物型细菌，真菌藻类后生动物定义：在有氧的情况下，利用好氧和兼氧微生物分解溶解性有机物，大部分转化为CO2和水的方法6.4生物处理方法6.4.1好氧生物处理法(Aerobictreatment)

2）有机物的好氧分解过程

3)好氧生物处理法的分类

6.7.2厌氧生物处理法(Anaerobictreatment)生化反应：

第一阶段（产酸阶段）：有机物降解为有机酸（蚁酸、乙酸、丁酸和氨基酸）和醇类及氨、硫化物，二氧化碳等无机物并放出能量。第二阶段（产气阶段或碱性分解阶段）：甲烷菌利用第一阶段产生的有机酸和醇等为营养源，产生甲烷、CO2、NH3、H2等气体，其中甲烷占50%以上。此阶段pH上升，可达7以上，最适宜pH值在6.8-7.2之间2）有机物的厌氧分解过程

3）厌氧生物处理法的分类

自然条件下－高温堆肥，厌氧塘6.2活性污泥法(Activatedsludgeprocess)

6.2.1活性污泥有机废水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种污泥状絮体,这种污泥状的絮体就是活性污泥。根据废水水质的不同，活性污泥有着不同的颜色，如褐色、黄色等。

食品工业废水处理活性污泥法处理食品工业废水活性污泥法处理印染工业废水处活性污泥法处理造纸工业废水16.2.2活性污泥的组成：

它们组成了一个特有的生态系统,故活性污泥实际上是一群经过专门驯化的好氧微生物群体。它们中最重要的是细菌和原生动物两种。

多种细菌真菌原生动物后生动物有一些无机物和未被分解的有机物6.2.3活性污泥的特性结构疏松，表面积大，对有机物有着强烈的吸附和氧化分解能力。在条件适当的时候，活性污泥又具有自身凝聚和沉降性能。从废水处理的角度来看，这些特点都是十分可贵的.具沉降性具生物活性絮体大小为0.02—0.2mm具一定pH缓冲能力6.2.3

活性污泥法是一种好氧生物处理废水的重要方法，它是利用悬浮在废水中人工培养的微生物群体－活性污泥，对废水中的有机物和某些无机毒素产生吸附、氧化分解而使废水得到净化的方法。悬浮6.2.4活性污泥法的基本流程它是以存在于污水中的各种有机污染物为营养，在溶解氧存在的条件下，对混合微生物群体进行连续的培养，并通过凝聚、吸附氧化分解和沉淀等作用以除去有机物的一种污水处理方法。活性污泥法在形式上有多种，但它们的流程基本相同：

（ActivatedSludgeProcess）

普通活性污泥法基本流程→→→→出水回流污泥剩余污泥废水初沉池曝气池二沉池初次沉淀：主要除去泥沙及大颗粒悬浮物，根据废水的特性的不同，有时可以省去这一步曝气：核心步骤，通过一定的设备向曝气池内分散空气，为生物氧化作用提供充足的氧气并使污水得到搅拌处于悬浮状态。这一状态有利于微生物和废水中有机物、溶解氧的充分接触和反应二次沉淀池(二沉淀池):对活性污泥和已处理的水进行固液分离。活性污泥有较好的沉降性能，一般无需絮凝剂污泥回流：一部分污泥将作为菌种与污水混合，回流到曝气池。活性污泥法处理的关键在于具有数量和活性污泥的活性高低。通常用下列几个指标来评价活性污泥的优劣：

6.2.6评价活性污泥性能的指标1)污泥浓度

3)污泥体积指数2)沉降比

4)污泥负荷(BOD

负荷)

5)泥龄1）

污泥浓度（也称混合悬浮物Mixedliquorsuspendedsolid,MLSS）:

指曝气区内1升混合液所含悬浮物的量,用mg/L

表示,

利用光吸收测量,也可烘干称重。它反映活性污泥所含微生物的多少。然而，实际测得的MLSS是混合液的过滤残渣，它包括具有活性的微生物群体、自身氧化的残留物、微生物不能氧化的有机物和无机物等四部分它只能大致反映活性污泥处理有机物能力的强弱指曝气区内1升混合液所含悬浮物的量,用mg/L表示,

利用光吸收测量,也可烘干称重。实际测得的MLSS是混合液的过滤残渣，它包括具有活性的微生物群体、自身氧化的残留物、微生物不能氧化的有机物和无机物等四部分。它不能完全反映活性污泥所含微生物的多少。只能大致反映活性污泥处理有机物能力的强弱。1）

污泥浓度（也称混合悬浮物Mixedliquorsuspendedsolid,MLSS）:在设计中，考虑到经济因素，希望维持较高的污泥浓度，以缩小曝气池的容积，但浓度也不能过高，否则会影响O2

的扩散及其吸收速率。最适宜的浓度应根据具体的情况确定，一般废水处理可取2－6g/L.一般的城市污水处理：3-4g/L工业废水处理：3g/L左右高浓度的工业废水生物处理：3-5g/L。2)沉降比（Settlingvelocity,SV％）：

在废水处理站中以它为依据来控制排泥时间和排泥的次数。对一般城市污水来说,污泥沉降比常在15－30％左右。当污泥沉降比超过废水处理站正常运行范围时，就排放一部分污泥，以免曝气池由于污泥多，耗氧快而造成缺氧，影响处理效果。但有时污泥沉降比大，不是污泥量多而是由于污泥的凝聚、沉降性能差，因此难于沉淀。这是曝气池的工作不正常的表现。这是就要结合其它污泥指标如污泥浓度等查明原因，采取措施，总之，因为污泥沉降比的测定比较简单，也能说明一定的问题，因此在废水处理站往往一天测一次。1L混合液静置沉降30min后，沉淀污泥占混合液的体积百分比。凝聚－沉降性能污泥量3）污泥体积指数(Sludgevolumeindex,SVI,

简称为污泥指数SI）

指曝气池混合液经30min沉淀后1克污泥所占地体积,以ml

计。

SVI＝(SV)/(MLSS)(ml/g)判断标准:污泥指数反映活性污泥的松散程度和凝聚、沉降性能。污泥指数过低，说明泥粒细小、紧密，无机物多，缺乏活性和吸附能力；指数过高，说明污泥将要膨胀，或已膨胀，污泥不易沉淀，影响对污水的处理效果。对于一般城市污水，在正常情况下污泥指数控制在50-150ml/g为宜。对有机物含量高的工业废水，污泥指数可能远超过上列数值。上述三个活性污泥的指标是相互联系:沉降比的测定比较容易，但测定结果受污泥量的限制，不能全面反映污泥的性质，也受污泥性质的限制，不能正确反映污泥的数量；污泥浓度能反映污泥的数量但不能反映性质；污泥体积指数则能较好地反映污泥的凝聚和沉降的性能。4）污泥负荷(BOD负荷)

单位重量或单位体积的活性污泥在单位时间内所能去除有机物的量（kgBOD/kgMLSSd或kgBOD/m3d）

Lw=QS/(VX)Q:废水的流量（m3/d）,S:废水中有机污染物的浓度（kgBOD/m3d,V:曝气池的容积(m3),X:曝气池活性污泥的浓度（kgMLSS/m3）:

Lv=QS/V

(kgBOD/m3d)(容积负荷)化学：BOD去除速度活性污泥法，污泥负荷接近0.4-2gBOD/gMLSSd5)

泥龄ts活性污泥在曝气池中的平均停留时间，即曝气池的活性污泥全部更新遍地时间。对于间歇式实验装置，其污泥龄与水力停留时间相同，但对于实际的连续流动活性污泥系统，由于存在着回流污泥,因此其污泥龄大于水力停留时间.

普通活性污泥法基本流程→→→→出水回流污泥剩余污泥废水初沉池曝气池二沉池V:曝气池的体积（m3），X：曝气池活性污泥的浓度（kgMLSS/m3）；Q：废水的流量（m3/d）;Xi:排出水中污泥的浓度（kgMLSS/m3）Ts＝曝气池中活性污泥的总量每天流出活性污泥的总量

＝VX

＝(m3)(kg/m3)(m3/d)

(kg/m3)

＝

活性污泥在曝气池中的平均停留时间,其计算公式：QXid泥龄长，污泥量也少；但太长，则将使污泥老化，影响沉淀。普通活性污泥的泥龄一般为3-4天之间，对于高负荷活性污泥法，污泥泥龄为0.2-0.4天。如脱氮工艺要求泥龄大于10天，脱氮除磷工艺一般15-20天。活性污泥法处理的关键在于具有数量和活性污泥的活性高低。通常用下列几个指标来评价活性污泥的优劣：

6.2.6评价活性污泥性能的指标1)污泥浓度

3)污泥体积指数2)沉降比

4)污泥负荷(BOD

负荷)

5)泥龄6.2.7活性污泥法的工艺

自从1914年英国建成活性污泥污水处理试验厂以来，活性污泥法已有近百年的历史。为了适应不同的处理要求，降低费用，经过不断改进，已开发出了多种工艺流程。6.2.7.1普通活性污泥法（传统活性污泥法）6.2.7.2氧化沟（OxidationDitch）

6.2.7.3序批式活性污泥法(SBR）

6.2.7.1

普通活性污泥法（传统活性污泥法）

1)流程：（最早使用的活性污泥形式）

2)特点：曝气池为推流式。污水的吸附阶段和氧化阶段在同一池内完成。水中有机物的浓度沿池长方向逐渐降低。出口端污泥一般已进入内源代谢期，此时污泥易于混凝和沉淀。同时此污泥处于‘饥饿’状态，对有机物有较强的吸附性和氧化性。(泡曝气装置)该法的BOD和悬浮物除去率高，可达90－95％，且水质稳定污泥少。缺点是曝气时间长（4－8h）故所需曝气池溶积大；需氧量是沿池长逐渐减少，而供氧量是均匀的，造成供养不合理，前段不足，后段过量。一般对于好处理的废水，一般生活污水，气水可以取8:1-20:1,一般对于难度降解的废水，一般取低负荷，气水比可以高达40:1-60:1。

污泥混合液在该反应池中以一条闭合式曝气沟中连续循环。它是由荷兰卫生工程研究所在20世纪50年代研制成功的。自从它诞生就好评如潮。60年起这项技术在欧州，北美等各国得到了迅速的推广和应用。6.2.7.2

氧化沟（OxidationDitch）

1)流程：它是一个连续环形反应池。2)特点：

氧化沟通常在延时曝气条件下进行，污水停留时间长，污泥负荷低。一般情况能耗较高。在用转刷曝气时，动力消耗小，噪声小。由于曝气装置只设置在氧化沟的局部区段，离曝气机不同处形成好氧、缺氧以及厌氧区段，故具有硝化反硝化脱氮的功能。进水回流污泥二沉池图7－卡罗塞尔氧化沟Carrousel氧化沟是60年代末由荷兰DHV公司研制成功的，当时开发这一工艺的主要目的是寻求一种渠道更深、效率更高和机械性能更好的系统设备，来改善和弥补当时流行的转刷式氧化沟的技术弱点。采用垂直安装的低速表面曝气器。氧化沟工艺的演变6.2.7.2

序批式活性污泥法（SequencingBatchReactor,简称SBR）

1）

SBR的特点是将曝气池与沉淀池合二为一，生化反应分批进行，基本工作周期可由进水、反应、沉淀、排水和闲置。废水进水期反应期沉降期排水期闲置期图7－SBR排泥SBR工作过程SBR(国内外近年来新开发的一种活性污泥法,错)，早在1914年Arden和Lockett发明活性污泥法时，首先采用的就是这种系统，但由于当时的自动监控技术水平较