第四章生物处理.ppt

1、第四章污水的生物处理biological sewage treatment,第一节概述,一、污水生物处理的概念 1.生物降解作用 2.生物化学法的定义 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。 简单讲就是利用微生物来氧化分解废水中的有毒有害物质的方法。 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。 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，

2、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。,3.生物法的优点： 基建投资省，处理费用低 去除效果好 不产生二次污染，不加药剂 过程稳定，简单 二、污水生物处理的对象 呈溶解状态和胶体状态的有机物 并附带除去大部分的悬浮物 N、P营养元素 少量无机物 三、污水生物处理的类型 对溶解氧的需求不同： 好氧生物处理 缺氧生物处理 厌氧生物处理 微生物的生长方式不同： 悬浮生长型活性污泥法 附着生长型生物膜法 自然、人工,四、微生物基本知识 1.微生物

3、的定义 2.微生物的分类 非细胞结构生物病毒界 细胞结构生物： 原核细胞生物：细菌、放线菌、蓝绿细菌、克立次氏体、粘细菌、螺旋体、枝原体及衣原体等 真核细胞生物：酵母菌、霉菌、除蓝藻以外的藻类、原生动物、高低等动物和植物等,3.微生物的特点： 体积小，面积大 生长旺，繁殖快 分布广，种类多 吸收多，转化快 适应强，易变异,4.微生物的代谢作用 分解代谢 合成代谢 5.微生物的营养及培养基 水 碳源和能源 氮源 无机盐：磷、硫、镁、铁、钙、钾、微量元素 生长因素,五、生物处理的原理 （一）微生物的分解代谢过程 污水生物处理就是利用微生物的代谢功能，代谢由分解代谢（异化）和合成代谢（同化）两个过程

4、组成，是物质在微生物细胞内发生的各种化学反应的总称，这些反应都是在酶的催化作用下进行，被酶催化的物质称为底物，不同微生物底物不同，异氧微生物利用有机物，自养微生物利用无机物。 生物体在生命活动中所需要的能量是通过代谢物在体内的氧化而获得的，称为生物氧化。 1.发酵 条件：厌氧 C6H12O62CH3CH2OH+2CO2+92.0kJ,2.呼吸作用 生物体在生命活动中所需要的能量是通过代谢物在体内的氧化而获得的，称为生物氧化，因为这一过程通常消耗氧，生成二氧化碳和水，又称为呼吸作用。 （1）有氧呼吸 自养微生物: C6H12O6+6O26CO26H2O+2817.3 kJ 异氧微生物: NH4+

5、2O2 NO3-+2H+H2O+能量 （2）无氧呼吸 以含氧化合物代替分子氧。 C6H12O64 NO3- 6CO26H2O2N2+1755.6 kJ,（二）污水的好氧生物处理（aerobic biological treatment） 1.原理 是污水中有分子氧存在的条件下，利用好氧微生物（主要是好氧细菌和兼性细菌）降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法 2.特点： 反应速度较快 处理效果好，能达到排放标准。 不足：能耗高 适用：中低浓度的有机废水 应用：活性污泥法 、生物膜法,（三）污水的厌氧生物处理（anaerobic biological treatment） 1.原理 是在没有游离氧

6、的条件下。兼性细菌与厌氧细菌降解有机物的处理方法 2.特点 运行费用低 回收能量 不足：反应速度慢 难达标排放,（四）好氧生物处理与厌氧生物处理的区别 （1）起作用的微生物群种不同 （2）产物不同 （3）反应速度不同 好氧分解提供O2作H的受体，有机物转化速度快，用较小设备处理较多的水。厌氧分解不需供O2 ，无O2作H的受体，转化速度慢，效率低，时间长，副产物多。 （4）对环境条件要求不同 好氧生物处理要求充足供氧，对其它环境条件要求不太严格；厌氧生物处理要求绝对厌氧环境，对其它环境条件（如pH值，温度等）要求甚严，一般要求有机物浓度1000mg/l。,六、工业废水的可生化性的评价: 可生化的

7、、难生化的、不可生化无毒、不可生化有毒 1.测定不同有机物浓度下微生物的相对耗氧速率,2.测定工业废水的生化呼吸线,3.测定有关水质指标,第二节 微生物的生长和动力学基础 一、微生物的生长规律 延迟期（适用期） 对数期 静止期 衰老期 最先担当净化任务的是异氧菌和腐生性真菌，细菌特别是球状细菌起者最关键的作用，优良运转的活性污泥，是以丝状菌为骨架由球状菌组成的菌胶团。沉降性好，随着活性污泥的正常运行，细菌大量繁殖，开始生长原生动物，是细菌一次捕食者。活性污泥常见的原生动物有鞭毛虫、肉毛虫、纤毛虫和吸管虫。活性污泥成熟时固着型的纤毛虫、种虫占优势；后生动物是细菌的二次捕食者，如轮虫、线虫等只能在

8、溶解氧充足时才出现，所以当出现后生动物时说明处理水质好转标志。,二、微生物的生长环境 微生物的营养 温度 PH值 溶解氧 有毒物质,三、微生物生长动力学 （一）微生物群体的增长速率,onod公式：,（二）底物利用速率 劳伦斯-麦卡蒂方程： 产率系数：Y=dX/dS r= /Y,第六节莫诺特方程式,（三）微生物增长基本方程 底物分解： 微生物增长： 微生物增长的基本方程：微生物增长速率和底物利用速率的关系,第三节活性污泥法,一.活性污泥法的基本概念 向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它有巨大的表面积和很强的吸附性

9、能，称为活性污泥(activated sludge)。,轮虫捕食,二、活性污泥法的基本流程,初沉池,曝气池,二沉池,废水,空气,回流污泥,处理水,三、活性污泥的形态、组成及性能指标 （一）活性污泥的形态与组成： 活性的微生物 : 细菌 放线菌 真菌 原生动物：鞭毛类；肉足类；纤毛类：钟虫；吸管类 后生动物：轮虫、线虫、浮游甲壳动物等 其中以各种细菌和原生动物为主，细菌是活性污泥组成和净化功能的中心，是微生物的最主要部分，活性污泥中的原生动物以细菌未摄食对象，在促进活性污泥的絮凝、澄清和提高出水水质方面有重要作用。在种属和数量上是随处理水的水质和细菌的状态变化而变化的。 原生动物和后生动物出现的

10、顺序：细菌植物型鞭毛虫肉足类动物型鞭毛虫游泳性纤毛虫、吸管虫固着性纤毛虫轮虫 原生动物和微型后生动物的演替判断水质和污水处理程度，还可以判断污泥培养成熟程度； 根据原生动物的种类判断活性污泥和处理水质的好坏； 根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题。 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。,菌胶团是以细菌、原生动物和后生动物所组成的活性微生物Ma为主体、惰性无机物Mii、未被微生物分解的有机物Mi和微生物自身代谢的残留物Me Ma-25-50% Me-0-17% Mi-5-65% Mii-20-30% 其中微生物是

11、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0.022mm，含水率一般为99.299.8，密度因含水率不同而异，一般为1.0021.006g/cm3。 细菌是活性污泥组成和净化功能的中心，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。,（二）活性污泥的性能指标 1.混合液悬浮固体(mixed liquor suspension solid, MLSS) 混合液是曝气池中污水和活性污泥混合后的混合悬浮液。 混合液固体悬浮物数量是指单位体积混合液中干固体的含

12、量，单位为mg/L或g/L，工程上还常用kg/m3，也称混合液污泥浓度（一般用X表示）。 它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。一般活性污泥法中，MLSS浓度一般为24g/L。,2.混合液挥发性悬浮固体 (mixed liquor volatile suspension solid, MLVSS) 指混合液悬浮固体中的有机物的重量，单位为mg/L、g/L或kg/m3。 把混合液悬浮固体在600焙烧，能挥发的部分即是挥发性悬浮固体，剩下的部分称为非挥发性悬浮固体（MLNVSS）。 一般在活性污泥法中用MLVSS表示活性污泥中微生物的含量。在一般情况下，MLVSS/MLSS的比值较固定，对于生活

13、污水，常在0.75左右。对于工业废水，其比值视水质不同而异。,3.污泥沉降比(settling volume, sludge sedimentation ratio, SV) 污泥沉降比是指曝气池混合液在l00mL量筒中，静置沉降30min后，沉降污泥所占的体积与混合液总体积之比的百分数。所以也常称为30 min沉降比SV 30。一般城市污水的 SV 30值在15-30%. 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。 污泥沉降比测定比较简单，并

14、能说明一定问题，因此它成为评定活性污泥的重要指标之一。,4.体积指数也称污泥容积指数，是指曝气池出口处混合液，经30min静置沉降后，沉降污泥体积中1g干污泥所占的容积的毫升数，单位为mL/g，但一般不标出。 它与污泥沉降比有如下关系： SVI=(SV10)/X 式中：X的单位为g/L，SVI以百分数代入。 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(sludge bulking)，导致污泥流失等后果。 一般认为，处理生活污水时

15、SVI200时，沉降性能不好。 一般控制SVI为50150之间较好。,某曝气池污泥沉降比SV=30%，混合液悬浮固体浓度为X=3000mg/l，则,5.活性污泥的生物相(organism culture) 活性污泥中出现的是普通的微生物。 主要是细菌、放线菌、真菌、原生动物（如钟虫、盖纤虫）和少数其他微型动物。 在正常情况下，细菌主要以菌胶团形式存在，游离细菌仅出现在未成熟的活性污泥中，也可能出现在废水处理条件变化 (如毒物浓度升高、pH值过高或过低等)，使菌胶团解体时。 游离细菌多是活性污泥处于不正常状态的特征。,四、活性污泥的增值规律 活性污泥的增长： 延迟期 对数增长期 稳定期 衰亡期

16、污泥负荷：有机底物量F与微生物量M的比值F/M,是活性污泥微生物增殖速率的重要影响因素。,五、活性污泥净化过程与机理 1.初期去除与吸附作用 在很多活性污泥系统里，当污水与活性污泥接触后很短的时间（1045 min)内就出现了很高的有机物(BOD)去除率。 这种初期高速去除现象是吸附作用所引起的。由于污泥表面积很大(可达200010000m2/m3混合液)，且表面具有多糖类粘质层，因此，污水中悬浮的和胶体的物质是被絮凝和吸附去除的。 2.微生物的代谢作用 活性污泥中的微生物以污水中各种有机物作为营养，在有氧的条件下，将其中一部分有机物合成新的细胞物质(原生质)，对另一部分有机物则进行分解代谢，

17、即氧化分解以获得合成新细胞所需要的能量，并最终形成CO2和H2O等稳定物质。,3.絮凝体的形成与凝聚沉降 如果形成菌体的有机物不从污水中分离出去，这样的净化不能算结束。 为了使菌体从水中分离出来，现多采用重力沉降法。如果每个菌体都处于松散状态，由于其大小与胶体颗粒大体相同，它们将保持稳定悬浮状态，沉降分离是不可能的。为此，必须使菌体凝聚成为易于沉降的絮凝体。 絮凝体的形成是通过丝状细菌来实现的。,六、曝气原理与方法 （一）曝气的作用和要求 1.曝气作用 （1）供氧 （2）搅拌混合作用，使活性污泥在混合液中保持悬浮状态，与废水充分接触混合 2.曝气的要求 （1）达到处理效果 （2）能耗低 良好的

18、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。,（二）气体传递原理 1.双膜理论 2.氧的传递速率方程 影响因素： 加强液相主体的紊流程度，降低液膜厚度，加速气液界面的更新，克服液膜障碍的最有效的方法是快速变换气-水界面，曝气搅拌正是如此，增大气液接触面积 提高气相中的氧分压，增大液相中的s ,以提高氧转移速率。,（三）KLa的测定 KLa氧总转移系数是评价空气扩散装置共氧能力的重要参数。 充氧实验： 1.脱除清水中

19、的溶解氧 2.曝气 （四）氧转移的影响因素 1.污水水质 KLa（污水）= KLa s（污水）= s 2.温度影响 KLa（T）= KLa（20) 1.024（T-20） 3.氧分压,（五）曝气方法和设备 1.曝气设备的性能指标 （1）动力效率Ep：每消耗1kWh电能转移到混合液中的氧量。 （2）氧的利用效率EA：通过鼓风曝气转移到混合溶液中的氧量占总供氧的百分比。 （3）氧的转移效率EL（充氧能力）通过机械曝气装置，在单位时间内转移到混合液中的氧量。 2.曝气的基本方法： 鼓风曝气 机械爆气 鼓风机械曝气联合,3.鼓风曝气 鼓风曝气是传统的曝气方法，它由加压设备、扩散装置和管道系统三部分组成

20、。 加压设备一般采用回转式鼓风机，也有采用离心式鼓风机的，为了净化空气，其进气管上常装设空气过滤器，在寒冷地区，还常在进气管前设空气预热器。,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； 微气泡：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。,1）扩散板、扩散管、扩散盘 扩散板是用多孔性材料制成的薄板，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

21、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。,扩散板及其安装方式,扩散管示意图,扩散管是由陶质多孔管组成，其内径4475mm，壁厚614mm，长60Omm，每l0根为一组，通气率为1215m3/根h。 目前用软管代替陶质多孔管,圆帽盖型扩散器,网状膜扩散器,该曝气器采用网状膜代替曝气盘用的各种曝气板材，其网很薄，网上的孔径笔直，滤水透气效果均优于微孔板材，不易发生堵塞。 网膜采用聚醋酸纤维制成的。网状膜曝气器采用底部供气，

22、空气经分配器第一次切割后均匀分布到气室内，高速气流经切割分配到网状膜的各个部位受到阻挡，然后通过特制网膜微孔的第二次切割形成微小气泡(直径23mm)匀地分布扩散到水中。,膜片微孔曝气器 曝气器的气体扩散装置采用微孔合成橡胶膜片，膜片上开有150200m的同心圆布置的5000个自闭式孔眼。 当充气时空气通过布气管道，并通过底座上的孔眼进入膜片和底座之间，在空气的压力作用下，使膜片微微鼓起，孔眼张开，达到布气扩散的目的。 优点：不堵塞，可以省去空气滤清装置。,穿孔管曝气器及布置方式,浅层曝气池,3)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

23、右。 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,竖管扩散器及其布置形式,4）水力剪切扩散装置 属于水力剪切扩散装置的有倒盆式、射流式、固定螺旋式和撞击式等右图是倒盆式扩散器 倒盆式扩散器,射流式曝气器,金山l型曝气喷头和SX-l型曝气喷头,散流式曝气器,固定螺旋式曝气器： 国内外开始使用一种称为固定螺旋式曝气器(也称静态曝气器)的装置。 它是由35节筒体组成的，每节为 300 (450) 300，每节内安装着90度或180度转动的固定螺旋叶片，相邻两节螺旋叶片旋转方向相反

24、，相错90度，空气从筒底部进入曝气筒形成气水混合液。混合液在筒内反复与器壁碰撞，迂回上升，空气泡在上升的过程中被螺旋叶片反复切割，形成小气泡。,固定螺旋曝气器,4.机械曝气 机械曝气设备的式样较多，大致可归纳为叶轮和转刷两大类。 曝气叶轮有安装在池中与鼓风曝气联合使用的，也有安装在池面的，后者称“表面曝气”。表面曝气具有构造简单，动力消耗小，运行管理方便，氧吸收率高的优点，故应用较多。常用的表面曝气叶轮有泵型，倒伞型和平板型。,几种叶轮曝气器,不同的转刷曝气器,曝气器的选择原则： 对于较小的曝气池，采用机械曝气器能减少动力费用，并省去鼓风曝气所需的管道系统和鼓风机等设备，维护管理也比较方便。

25、这类曝气器的缺点是，转速高，其动力消耗随曝气池的增大而迅速增大，所以曝气池不能太大。 这种曝气器需要较大的表面积，因此曝气池的深度也受到限制。还有，如果曝气池中产生泡沫，将严重降低充氧能力。 鼓风曝气供应空气的伸缩性较大，曝气效果也较好，一般用于较大的曝气池。 鼓风曝气的缺点是需要鼓风机和管道系统。曝气头易堵塞。,七、曝气池的类型与构造 从混合液流型可分为推流式、完全混合式和循环混合式三种； 从平面形状可分为长方廊道形、圆形或方形、环形跑道形三种； 从采用的曝气方法可分为鼓风曝气式、机械曝气式以及两者联合使用的联合式三种； 从曝气池与二次沉淀池的关系可分为分建式和合建式两种。,1.推流式曝气池

26、 推流式曝气池为长方廊道形池子，常采用鼓风曝气，扩散装置排放在池子的一侧，见下图。这样布置可使水流在池中呈螺旋状前进，增加气泡和水的接触时间。 曝气池的数目随污水厂大小和流量而定，在结构上可以分成若干单元，每个单元包括几个池子，每个池子常由一至四个折流的廊道组成。,推流式曝气池结构示意图,曝气池的池长可达100m。为了防止短流，廊道长度和宽度之比应大于5，甚至大于10。 为了使水流更好的旋转前进，宽深比不大于2，常在1.52之间。池深常在35m。 曝气池进水口一般淹没在水面以下，以免污水进入曝气池后沿水面扩散，造成短流，影响处理效果。 曝气池出水设备可用溢流堰或出水孔。通过出水孔的水流流速一般

27、较小(0.10.2m/s)，以免污泥受到破坏。,2.完全混合式曝气池 完全混合式曝气池常采用叶轮供氧，多以圆形、方形或多边形池子作单元，主要是因为需要和叶轮所能作用的范围相适应。 改变叶轮的直径可以适应不同直径(边长)、不同深度的池子需要。长方形曝气池可以分成一系列相互衔接的方形单元，每个单元设置一个叶轮。 使用完全混合式曝气池时，为了节约占地面积，常常是把曝气池和沉淀池合建。,圆形曝气沉淀池,方形曝气沉淀池,长方形曝气沉淀池,分建式完全混合系统,3.循环混合式曝气池 循环混合式曝气池多采用转刷供氧，其平面形状如环形跑道，如下图所示。循环混合式曝气池也称氧化渠或氧化沟（oxidation di

28、tch)，是一种简易的活性污泥系统，属于延时曝气法。 氧化沟的平面图像跑道一样，转刷设置在氧化渠的直段上，转刷旋转时混合液在池内循环流动，流速保持在0.3m/s以上，使活性污泥呈悬浮状态。,氧化渠的典型布置,氧化渠的流型为环状循环混合式，污水从环的一端进入，从另一端流出。 一般混合液的环流量为进水量的数百倍以上，接近于完全混合，具备完全混合曝气池的若干特点。 氧化沟的特点： （a）简化了预处理，氧化沟水力停留时间和污泥龄比一般生物处理法长，悬浮有机物可与溶解性有机物同时得到较彻底的去除，排出的剩余污泥已得到高度稳定，因此氧化沟可以不设初次沉淀池，污泥也不需要进行厌氧消化；,（b）占地面积少，因

29、在流程中省略了初次沉淀池、污泥消化池，有时还可省略二次沉淀池和污泥回流装置，使污水厂总占地面积不仅没有增大，相反还可缩小； （c）从溶解氧的分布看，氧化沟具有推流特性，溶解氧浓度在沿池长方向形成浓度梯度，形成好氧、缺氧和厌氧条件。通过对系统合理的设计与控制，可以取得最好的除磷脱氮效果。 另外，氧化沟的曝气方式也不限于转刷一种，也可以用其它方法曝气。氧化沟的构造形式也是多种多样的，根据不同的目的可以设计多种形式的氧化沟。 氧化沟技术是近年来发展较快的生物水处理技术之一。,八、活性污泥法的工艺类型 （一）传统活性污泥法 传统的活性污泥法具有处理效率高，出水水质好，剩余污泥量较少的优点。 优点： （

30、1）一般呈推流式。池起始端易进入对数生长期。末端微生物进入内源呼吸，池的率效 （2）曝气时间长，吸附量大，去除率高9095%。 （3）污泥颗粒大，易沉降。 （4）污泥量少，剩余污泥量占不到回流的10%。 缺点： （1）耐冲击负荷差，不适于水质变化大的水质。 （2）长廊式供氧利用率低，能耗较高。 （3）处理时间长，曝气48h 供氧与需氧间存在着不可克服的矛盾、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,（二） 渐减曝气 （三）阶段曝气：多点进水 优点：（1）有机场分配均匀，需氧量均匀。 （2）活性污泥浓度不均匀，前端浓，后端稀，有利于提高曝气池利用率，出流混合液浓度降低。 （3）在

31、相同的BOD负荷条件下，逐步曝气法的BOD容积负荷可明显增大，去除一定量的BOD，曝气池容积仅为普通法的一半，减少占地面积。 缺点：（1）工艺复杂，运行管理要求高。 （2）渐减曝气或多点进水管线，阀门增多。,（四）吸附再生活性污泥法（接触稳定法） 优点： （1）吸附和污泥活化（再生）分别在两个系统中进行，省去初沉池，有利于提高吸附氧化有机物的能力。有利于活性污泥的活化，缩短吸附和活化时间，吸附的曝气时间短（1030分）。（2）回流污泥量大，对废水适应性大，调济平衡能力强，回流比大50100%。缺点：（1）吸附时间短，处理效率低8590%；（2）污泥回流量多，增加回流污泥泵的容量。（五）完全混合

32、法 优点：（1）完全混合法进水与池内废水完全混合，营养物和需氧率都均匀，微生物接触的浓度进出水相同。故承受负荷高，污泥负荷率高于其它活性污泥法。（2）微生物的工作点面宽，可以在对数生长期，也可以在衰减增长期。缺点：（1）池结构复杂，管理要求高；（2）池合建一体，进出水、排泥、回流系统复杂，工艺难度大。,（六）延时曝气（氧化沟 ） （1）曝气时间长，负荷低，控制微生物生长在内源呼吸，排泥量少，适合于处理高浓度废水，水量少的系统；（2）低负荷，处理效果好，高于9095%；（3）自动化程度高，管理方便。缺点：（1）曝气时间长，能耗高；（2）自动化程度高，基建投资大。（七）纯氧曝气 （八）浅层曝气 气

33、泡形成和破裂瞬间的氧传递速率最大、还可以节省动力费用。 适宜范围：0.6-0.8米 （九）深层曝气：深井曝气10-20米 大大节约用地面积，深度增加可促进氧传递速率。 （十）高负荷曝气或变型曝气 曝气时间短、部分处理 （十一）克劳斯法 引入厌氧消化的上清液，补充氨氮 、防止污泥膨胀,（十二）氧化沟 转刷曝气 鼓风曝气 与沉淀池分建式 合建式 （十三）吸附生物降解工艺（AB法） A段：高负荷运行 B段：低负荷运行 AB法即两段活性污泥法，A段高负荷，污泥负荷达26kg/kgd， 为普通法的1020倍，污泥平均停留时间短(0.30.5d)，水力停留时间约为30min。DO控制0.20.7mg/L，

34、接近兼性好氧方式进行，污泥产率高。B段低负荷，污泥负荷为0.150.3kg/kgd，污泥平均停留时间为1520d，水力停留时间为23h，DO=l2mg/L。AB法的基本特点是：(1)A段高负荷，抗冲击负荷能力强，经A段后有机大分子降为小分子，提高B段可生化性，提高处理效果；(2)原水连续流入A段，水力停留时间和污泥停留时间短，使短世代原核微生物稳定繁殖，工艺稳定性提高，除P效果好，为B段硝化创造条件。,（十四）序批式活性污泥法SBR法 进水 曝气 沉淀 排水 闲置,九、活性污泥法的设计计算 活性污泥法系统的工艺设计包括：（1）流程选择； （2）曝气池容积的确定； （3）供氧设备的设计； （4）

35、二次沉淀池澄清区与污泥区容积的选择的确定； （5）剩余污泥量的计算 （一）计算方法 1.经验负荷法 污泥负荷Ns= 一般0.30.5 容积负荷Nv= 2.动力学计算法：劳伦斯和麦卡蒂法,（二）工艺流程的选择 （三）曝气池容积 经验负荷法： 工艺运行中几个应注意的问题：(1)、NS要考虑处理水的要求和污泥的沉降性能。一般欲得90以上的去除率，SVI若在80150范围内，污泥负荷应在0.20.5kgkgd范围内. (2)不同的工艺NS值不一样(3)、采用较高的污泥浓度可以缩小曝气池容积，但污泥浓度的提高将相应地提高氧的供应量，此外，曝气池的悬浮固体不可能高于回流污泥的悬浮固体，若两者愈接近，回流比

36、就愈大。X（混合液悬浮固体）浓度过高，氧的利用率下降，使悬浮颗粒微细而分散，吸附力小，不易沉降。,（三）供氧设备的设计 1.需氧量 O2=aqvSr+bVXv 说明： a- 氧化每KgBOD需氧千克数，Kgo2 /KgBOD，一般0.42-0.53 -污泥自身氧化需氧率， Kgo2 /KgMLVSS.d，一般为0.188-0.11 挥发性悬浮固体浓度MLVSS，Xv=Fx=0.75x qv-设计流量 Sr-有机物基质降解量,2.供氧量Ra 供氧量Ra =需氧量1.2（富裕系数） 供氧量Ra -标准状态供氧量R0 3.供气量Gs Gs=（R0/0.3EA）100 4.风压的计算 5.风机选择,（

37、四）二次沉淀池澄清区与污泥区容积的选择的确定 （五）剩余污泥量的计算 1.污泥产量 干污泥： XV=a1QSr-b1Vxv a1;污泥增殖系数0.5-0.7 b1:污泥自身氧化率0.04-0.1 Xv:挥发性悬浮固体浓度0.75X,2.污泥回流率r式中 X0、Xr、X-分别为流入曝气池的废水、回流污泥和曝气池混合液的悬浮固体浓度，(mg/l)。 X-Xo为实际回流污泥SS浓度； Xr-X净增回流污泥SS浓度。,某曝气池污泥浓度为2000mg/L，混合液在100mL量筒内经30分钟沉淀量为20mL（其沉淀污泥的性能与二沉池回流污泥的性能相同），计算： （1）污泥沉降比SV30。 （2）污泥体积指

38、数SVI。 （3）回流污泥浓度。 （4）回流比。,十、活性污泥法系统的运行管理 （一）系统的投产与活性污泥的培养驯化 1.活性污泥的培养驯化 （1）引生活污水调节BOD5至200300mgL，在曝气池内进行连续曝气，一般在1520下经一周，出现活性污泥絮体，掌握换水和排放剩余污泥，以补充营养和排除代谢产物。当出现大量絮体时停止曝气，静止沉淀1l.5h，排放约占总体积6070，调节生活污水进水量，继续曝气，当沉降比接近30时，说明池中混合液污泥浓度已满足要求。从引水曝气曝气污泥成熟具良好凝聚和沉降性。一般710天为周期，BOD5去除率达95%左右。（2）扩大培养。连续换水曝气投入使用，回流50%

39、，两周成熟，投入正常运行。2、活性污泥的驯化如果进行工业废水处理，则在培养成熟的活性污泥中逐渐增加工业废水的比例，直到满负荷，活性污泥正常运行为正。,2.试运行 确定最佳的运行条件 （二）运行效果的检测 1.反映处理效果的项目 2.反映污泥情况的项目 3.反映污泥营养和环境条件的项目,（三）活性污泥运行的异常情况 1.污泥膨胀 正常的活性污泥沉降性能好，其SVI约为50150之间，含水率在99%左右，当污泥变质时，污泥不易沉淀，SVI值增高，污泥的结构松散和体积膨胀，含水率上升，澄清液稀少，颜色也有异变，这种现象称为污泥膨胀。,1）丝状菌繁殖引起的膨胀原因：污泥中丝状菌过渡增长繁殖的结果，丝状

40、菌作为菌胶团的骨架，细菌分泌的外酶通过丝状菌的架桥作用将千万个细菌凝结成菌胶团吸附有机物形成活性污泥的生态系统。但当丝状菌大量生长繁殖，活性菌胶团结构受到破坏，形成大量絮体而漂浮于水面，难于沉降。这种现象称为丝状菌繁殖膨胀。丝状菌增长过快的原因：a、溶解氧过低，0.72.0mg/lb、冲击负荷有机物超出正常负荷，引起污泥膨胀c、进水化学条件变化：是营养条件变化，一般细菌在营养为BOD5：N：P100：5：1的条件下生长，但若磷含量不足，CN升高，这种营养情况适宜丝状菌生活。是硫化物的影响，过多的化粪池的腐化水及粪便废水进入活性污泥设备，会造成污泥膨胀。含硫化物的造纸废水，也会产生同样的问题。一

41、般是加510mL/L氯加以控制或者用预曝气的方法将硫化物氧化成硫酸盐。是碳水化合物过多会造成膨胀。是pH值和水温的影响，pH过低，温度高于35度易引起丝状菌生长。,解决办法：针对引起膨胀的原因采取措施a、加大曝气量或闷曝、降低进水量 b、控制F/M（污泥负荷） 调节进水和回流污泥c、添加营养物质、调节PH值 d、投加漂白粉或液氯，抑制丝状菌繁殖 e、污泥膨胀严重时投加铁盐絮凝剂或有机阳离子凝聚剂。,（2）非丝状菌膨胀 非丝状菌膨胀原因是污泥含有大量表面附着水，水质含有很高的碳水化合物而含N量低，当这些碳水化合物被细菌降解时形成多糖类物质，使代谢产物表面吸附表面水，说明C/N比失调或水温过低。解

42、决办法：增加N的比例，引进生活污水以增加蛋白质的成分，调节水温不低于5度。,2.污泥解体 处理水质混浊，污泥絮凝体微细化，处理效果变坏 原因：运行不稳定，有毒物质 3.污泥腐化 在沉淀池内污泥由于缺氧而引起厌氧分解，产生甲烷及二氧化碳气体，污泥吸附气体上浮。解决办法：加大曝气池供氧量，提高出水溶解氧，减少污泥在二沉池中的停留时间，及时排走剩余污泥。,4.污泥上浮 污水在二沉池中经过长时间造成缺氧(DO在0.5mgL以下)，则反硝化菌会使硝酸盐转化成氨和氮气，在氨和氮逸出时，污泥吸附氨和氮而上浮使污泥沉降性降低。解决办法：减少在二沉池中的停留时间，及时排泥，增加回流比。5.泡沫问题 废水中含洗涤

43、剂等表面活性物质解决办法：曝气池安喷洒清水管网或适当喷洒酸、碱等除泡剂。,第四节生物膜法,一、生物膜法概述 生物膜法分为以下三类： 1。润壁型生物膜法废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过，如生物滤池和生物转盘等； 2。浸没型生物膜法接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，如接触氧化法； 3。流动床型生物膜法使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池中。,（一）生物膜的概念和形成过程 1.定义： 生物膜：附着在构筑物挂膜介质上，并在其上生长和繁殖，由细胞内向外伸展的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维装的缠结结构，生物膜通常具有空状结构，具有很强的吸附能力。

44、 2.生物膜的形成： 随着微生物的不断繁殖增长，废水中悬浮物和微生物的不断沉积，生物膜的厚度不断增加，使生物膜的结构发生变化。膜的表面和废水接触，吸取营养和溶解氧容易，微生物生长繁殖迅速，形成了由好氧和兼性微生物组成的好氧层（12mm）。在其内部和介质接触的部分，营养和溶解氧的供应条件差，微生物生长繁殖受到限制，好氧微生物难以生活，兼性微生物转化为厌氧代谢方式，某些厌氧微生物恢复了活性，从而形成了由厌氧微生物和兼性微生物组成的厌氧层。厌氧层是在生物膜达到一定厚度时才出现的，随着生物膜的增厚和外伸，厌氧层也随着变厚。,（二）生物膜的生物相 生物膜的生物组成：细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以

45、及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫组成。,（三）生物膜净化废水的原理 生物膜呈蓬松的絮状结构，微孔多表面积大，具有很强的吸附能力。生物膜微生物以及吸附和沉积于膜上的有机物为营养料。增殖的生物膜脱落后进入废水，在二次沉淀池中被截留下来，成为污泥。如果有机物负荷比较高，生物膜对吸附的有机物来不及氧化分解时，能形成不稳定的污泥，这类污泥需要进行再处理，其处理水NO3-可在2mg/L左右，BOD5去除率为6090%。若负荷低，废水经过处理后，BOD5可以降到25mg/L以下，硝酸盐（NO3-）含量在10mg/L以上。,（四）生物膜法的特点 1.附着于固体介质表面上的微生物对水量，水质的变化有较强的适应性

46、。 2.能够处理低浓度废水 3.污泥沉降性能好，易于分离，不存在污泥膨胀问题 4.固体介质有利于微生物形成稳定的生态体系，栖息微生物的种类较多，处理效率高。 5.降解产物污泥量少。 6.管理方便，能耗低缺点：1.处理效果不如活性污泥法 2.容易堵塞 3.卫生条件差 4.附着于固体表面的微生物量较难控制，操作伸缩性差。5.靠自然通风供氧，不如活性污泥供氧充足，容易产生厌氧。,二、生物滤池,生物滤池于1889年在劳伦斯实验厂首先开始研究，1910后期在美国开始了大规模的应用，20实际70年代逐步被好氧法代替，随着新型滤料的不断诞生，生物滤池有再度复活的趋势 普通生物滤池（低负荷生物滤池） 高负荷生

47、物滤池 超高负荷滤池（塔式生物滤池）,（一）普通生物滤池,1.普通生物滤池 水力负荷15m3/m2d;BOD负荷0.15-0.3 kg/m3d 池体 滤料 布水设备： 布水设备有固定式和可动式两种 排水系统 排水系统的作用：收集滤床流出的污水与生物膜；保证通风；支撑滤料 排水系统组成：池子底面及开设于其上的沟渠。,旋转式布水器,旋转布水器,2.普通生物滤池的设计计算 （1）滤池的设计计算 负荷法、动力学法 水力负荷q：单位体积滤料或单位面积的滤料每天可以处理的水量 有机负荷N：单位体积滤料每天所能承受的有机物的量 V=S0 qv/N A=V/H H一般采用经验或试验确定。低负荷生物滤池2m，两

48、级回流生物滤池1.0-1.8m，塔式生物滤池8m以上。 其参数见表4-6 P276 （2）布水装置系统设计,（二）高负荷生物滤池 高负荷生物滤池 水力负荷10-30m3/m2d；BOD负荷0.8-1.2kg/m3d1.构造与特征 BOD负荷高的滤池，要求通风条件好，在采用自然通风的条件下，就要求滤料的孔隙率大和阻力小。所以，低负荷滤池的滤料粒径较小(2570mm)，高负荷滤池的滤料粒径较大(40100mm)，对于塔式生物滤池，最好采用塑料滤料。 回流：回流比R：回流水量与进水量之比。 优点： （1）增大水力负荷，促进生物膜的更新代谢。形成良性循环的生态系统； （2）废水得到稀释，降低基质浓度，

49、防止堵塞； （3）有利于连续接种促进生物膜生长； （4）提高DO，防止滤池滋生蚊蝇； （5）水量大可使用旋转布水器。 缺点： （1）缩短废水在池中停留时间； （2）洒水量增大，降低生物膜吸附有机物的速度； （3）回流水中积累难降解物质； （4）降低水温。多级 供氧,2.典型的工艺流程 初沉池、生物滤池、二次沉淀池组合而成， 其组合型式有单级运行系统、多级运行系统和交替运行系统。,二级交替运行图二级交流运行系统的每一生物滤池可交替作为一级和二级使用，循环往复，负荷率比一般二级系统提高23倍。,3.需氧与供氧 qd=a1BOD+b1P 普通生物滤池是靠自然通风方式供氧，曝气生物滤池（接触氧化）才是

50、采取曝气方式供氧。滤池的空气阻力愈小通气量也愈大。池内温度池外温度，池内气流由下朝上 池内温度池外温度，池内气流由上朝下空气流动速度u0.075T0.1（m/min）T-温度差 4.设计与计算 （三）塔式生物滤池 水力负荷80-200m3/m2d；BOD负荷1-2kg/m3d,生物滤池重要参数比较,五、生物滤池的运行 1.挂膜 培养出适合待处理废水的活性污泥；将活性污泥置于滤床中，将池底部的活性污泥抽入上方的布水器淋下，使污泥在滤池内反复循环，当已有少量微生物黏附在填料上时开始进水，水量由小到大（设计水量20-80），当已达到运行所需的生物量时，系统可以进入正常运行。,2.生物膜的指标性生物

51、（1）高负荷生物膜 生物膜呈黑色到灰色，溶解氧多在1mg/L以下。 （2）负荷适当生物膜 线虫和寡毛虫类较多，也出现丝状菌和真菌类，灰褐色。 （ 3）低负荷生物膜 生物膜为褐色 （4）更新快的生物膜：生物大量生长 （5）后生动物异常增长的生物膜：红色 （6）发生恶臭的生物膜：溶解氧下降出现恶臭,3.生物膜系统运行应特别注意的问题 （1）防止生物膜过厚 加大回流，借助水力冲脱过厚的生物膜；二级滤池串连交替进水；低频加水，使布水器转数减慢。 （2）维持较高的DO 曝气池的DO4mg/L处理效果明显下降。 DO增加可以减少厌氧层厚度，增大好氧层的比例，同时改善系统的传质条件。 （3）减少ESS（生物

52、悬浮物） 设计二沉池，并且表面负荷要小。（ESS粒径不均匀）,4.运行管理 （1）生物滤池主要构筑物的管理 （2）运转方式管理 回流 二级生物滤池 滤池蝇 气味 滤料表面冻结 滤池泥穴及蜗牛,三、 生物转盘,一、 生物转盘构造 与特征 主要构造部分 基本形状及材料 重要特征参数 浸没率：45-50 转轴高于水面10-25cm 生物膜厚度0.5-2.0mm 降解机理,生物转盘运行示意图,（二）典型工艺流程 单级或多级 （三）生物转盘的设计计算,生物转盘布置,四、生物接触氧化法,一、 生物接触氧化法概述 定义：生物接触氧化法又称淹没式生物滤池，在反应器内设置填料，经过充氧的废水与长满生物膜的填料接

53、触，在生物膜的作用下，废水的到净化。 特点： 填料的比表面积大，池内的充氧条件良好。 无需回流污泥、无污泥膨胀，运行管理简便。 较强的适应能力 有机负荷高、污泥产量少,分流式接触氧化池,表面曝气接触氧化池,（二） 生物接触氧化池的构造 1.主要组成：池体、填料床、曝气装置、进出水装置 2.填料 填料技术要求 国内常见的填料：蜂窝填料、立体波纹填料、软性纤维状填料、半软性填料、不规则粒状填料 填料的安装：格栅支架、悬挂支架、框式支架 （三）生物接触氧化池的池型 1.底部进水、进气式 2.侧部进气、上部进水式 3.表曝充氧式 4.射流曝气充氧式,（四）生物接触氧化的典型工艺流程 （五）生物接触氧化

54、法的设计计算 1.有效容积：容积负荷法 容积负荷NW：每立方米的填料每天能接受的BOD值 V=qvS0/NW 2.池深：一般3米 3.总面积和座数 A=V/H 一般每个池子的面积不超过25M2 4.有效停留时间:大于2小时 T=V/qv 5.空气量D和管道计算 D=D0qv D0-1M3污水需气量，一般15-20M3/M3,第五节 生物流化床,以沙、活性炭、焦炭等颗粒微载体充填于生物反应器内，由于载体表面附着生长着生物膜而使质量变轻；当污水以一定流速从下向上流动时，载体便 处于流动状态。 载体颗粒小、表面积大，为微生物生长提供了充足的场所，极大的提高了反应器内的微生物量：10-14g/L 颗粒

55、处于流态化状态极大的提高了有机污染物由污水向微生物细胞膜内的传质速度。,（一）两相生物流化床 1.构造与特征 2.典型工艺流程 （二）三相生物流化床 （三）生物流化床优缺点 1.容积负荷高，抗冲击负荷能力强 2.微生物活性强 3.传质效果好,机械搅动流化床,第五节污水的厌氧生物处理（anaerobic biologicatreatment）,厌氧处理往往用于污泥处理，称为污泥消化，由于厌氧处理面对的是固态有机物，所以称为消化。 一、污水厌氧生物处理的原理 （一）厌氧生化法的特点： 1.应用范围广 因供氧限制，好氧法一般只适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法既适用于高浓度有机废水，又适用于中

56、、低浓度有机废水。 有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。,2.能耗低 好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。 废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿消耗能量。研究表明，当原水BOD5达到1500mg/L时，采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。 一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。,3.负荷高 通常好氧法的有机容积负荷为2-4 kgBOD/(m3d)，而厌氧法为2-10 kgCOD/(m3d)，高的可达50 kgCOD

57、/(m3d) 4.剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好 好氧法每去除l kgCOD将产生0.4-O.6 kg生物量，而厌氧出去除l kgCOD只产生0.02-0.l kg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5-20。 同时，消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定的。因此，剩余污泥处理和处置简单、运行费用低，甚至可作为肥料、饲料或饵料利用。 5.氮、磷营养需要量较少 好氧法一般要求BOD:N:P为l00:5:1，而厌氧法的BOD:N:P为l00:2.5:0.5，对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。 6.有杀菌作用 厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等,7.污泥易

58、贮存 厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运转。 8.厌氧生物处理法也存在下列缺点: （1）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长； （2）出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，故一般在厌氧处理后串联好氧处理； （3）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。 （4）厌氧过程会产生气味对空气有污染。,（二）厌氧法的基本原理 废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(anaerobic microbes)(包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷(methane)和二氧化碳(carbon dioxide)等物质的过程，也称为厌氧

59、消化 (anaerobic digestion) 。 与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。 厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌的联合作用完成： 水解产酸细菌(fermentative bacteria) 产氢产乙酸细菌(acetogenic bacteria) 产甲烷细菌(methanogenic bacteria) 。,厌氧消化过程划分为三个连续的阶段： 第一阶段为水解酸化阶段。复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。 第二阶段为产氢产乙酸阶段。在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2，在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2。 第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化为甲烷。,厌氧消化的三个阶段和COD转化率,此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的l/3后者约占2/3。 上述三个阶