eA污水的生物處理課件

1、 教學(xué)要求1、掌握活性污泥法的基本原理及其反應(yīng)機(jī)理。 2、理解活性污泥法的重要概念與指標(biāo)參數(shù)。3、理解活性污泥反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用。4、掌握曝氣理論。5、熟練掌握活性污泥系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)。 時(shí)間安排 20h（其中機(jī)動(dòng)2h）第四章 污水的生物處理一、活性污泥法的基本原理1. 基本概念與流程活性污泥(activated sludge)：是由多種好氧微生物、某些兼性或厭氧微生物以及廢水中的固體物質(zhì)、膠體等交織在一起的呈黃褐色絮體?；钚晕勰喾ǎ菏且曰钚晕勰酁橹黧w的污水生物處理技術(shù)。實(shí)質(zhì)：人工強(qiáng)化下微生物的新陳代謝(包括分解和合成)，活性污泥法的工藝流程：(p123圖416） a.預(yù)處理設(shè)施：包括初次

2、池、調(diào)節(jié)池和水解酸化池，主要作用是去除SS、調(diào)節(jié)水質(zhì)，使有機(jī)氮和有機(jī)磷變成NH+4或正磷酸鹽、大分子變成小分子，同時(shí)去除部分有機(jī)物。 b.曝氣池：工藝主體，其通過(guò)充氧、攪拌、混合、傳質(zhì)實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的降解和硝化反應(yīng)、反硝化反應(yīng)。 c.二次沉淀池：泥水分離,澄清凈化、初步濃縮活性污泥。 生物處理系統(tǒng)：微生物或活性污泥降解有機(jī)物，使污水凈化，但同時(shí)增殖。為控制反應(yīng)器微生物總量與活性，需要回流部分活性污泥，排出部分剩余污泥；回流污泥是為了接種，排放剩余污泥是為了維持活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定或MLSS恒定。2、活性污泥的特征與微生物特征 a、形態(tài):在顯微鏡下呈不規(guī)則橢圓狀,在水中呈“絮狀”。 b、顏色：正常呈黃

3、褐色，但會(huì)隨進(jìn)水顏色、曝氣程度而變（如發(fā)黑為曝氣不足，發(fā)黃為曝氣過(guò)度）。 c、理化性質(zhì)：=1.0021.006，含水率99%，直徑大小 0.020.2mm，表面積20100cm2/ml，pH值約6.7，有較強(qiáng)的緩沖能力。其固相組分約有7585%有機(jī)物。 d、生物特性：具有一定的沉降性能和生物活性。（理解：自我繁殖、生物吸附與生物氧化）。 e、組成：由微生物群體Ma，微生物殘?bào)wMe，難降解有機(jī)物Mi，無(wú)機(jī)物Mii四部分組成。微生物組成及其作用組成：包括細(xì)菌真菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物及其食物鏈。細(xì)菌：以異養(yǎng)型原核生物(細(xì)菌)為主,數(shù)量107108個(gè)/ml，自養(yǎng)菌數(shù)量略低。其優(yōu)勢(shì)菌種：產(chǎn)堿桿菌屬等，它

4、是降解污染物質(zhì)的主體，具有分解有機(jī)物的能力。真菌：由細(xì)小的腐生或寄生菌組成，具分解碳水化合物，脂肪、蛋白質(zhì)的功能,但絲狀菌大量增殖會(huì)引發(fā)污泥膨脹。原生動(dòng)物：肉足蟲，鞭毛蟲和纖毛蟲3類、捕食游離細(xì)菌。其出現(xiàn)的順序反映了處理水質(zhì)的好壞（這里的好壞是指有機(jī)物的去除），最初是肉足蟲，繼之鞭毛蟲和游泳型纖毛蟲；當(dāng)處理水質(zhì)良好時(shí)出現(xiàn)固著型纖毛蟲，如鐘蟲、等枝蟲、獨(dú)縮蟲、聚縮蟲、蓋纖蟲等。 6 后生動(dòng)物(主要指輪蟲），捕食菌膠團(tuán)和原生動(dòng)物，是水質(zhì)穩(wěn)定的標(biāo)志。因而利用鏡檢生物相評(píng)價(jià)活性污泥質(zhì)量與污水處理的質(zhì)量。思考題：后生動(dòng)物的出現(xiàn)反映了處理水質(zhì)較好，因此能否說(shuō)明出水氨氮較低，氨氮在生物處理過(guò)程中被硝化？微生

5、物增殖與活性污泥的增長(zhǎng)： a、微生物增值：在污水處理系統(tǒng)或曝氣池內(nèi)微生物的增殖規(guī)律與純菌種的增殖規(guī)律相同，即停滯期（適應(yīng)期），對(duì)數(shù)期，靜止期（也減速增殖期）和衰亡期（內(nèi)源呼吸期）。 b、從時(shí)間上看：停帶期：污泥馴化培養(yǎng)的最初階段，即細(xì)胞內(nèi)各種酶系統(tǒng)的適應(yīng)期。此時(shí)菌體不裂殖、菌數(shù)不增加。對(duì)數(shù)期：細(xì)胞以最快速度進(jìn)行裂殖，細(xì)菌生長(zhǎng)速度最大，此時(shí)微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，生物生長(zhǎng)繁殖不受底物或基質(zhì)限制。如A段；在此階段微生物增長(zhǎng)的對(duì)數(shù)值與時(shí)間呈直線關(guān)系。其微生物數(shù)量大，但個(gè)體小，其凈化速度快，但效果較差，只能用于前段處理 （相當(dāng)于生物一級(jí)強(qiáng)化工藝）。減速增殖期：由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被大量耗消，此時(shí)細(xì)胞增殖速度與死

6、亡速度相當(dāng)。活菌數(shù)量多且超于穩(wěn)定，個(gè)體趨于成熟。如B段（相當(dāng)于二級(jí)處理）。衰亡期：營(yíng)養(yǎng)物基本耗盡，微生物只能利用菌體內(nèi)貯存物質(zhì)，大多數(shù)細(xì)胞出現(xiàn)自溶現(xiàn)象，細(xì)菌死亡多，增殖少，但細(xì)胞個(gè)體最大、凈化效果強(qiáng)（對(duì)有機(jī)物而言）。同時(shí)，自養(yǎng)菌比例上升，硝化作用加強(qiáng)。如氧化溝或硝化段（相當(dāng)于二級(jí)半或延時(shí)曝氣工藝）。 可見(jiàn)不同增殖期對(duì)應(yīng)于不同微生物組合，對(duì)應(yīng)于不同生物處理工藝。C、從空間看： 由前至后污染物濃度不斷降低，微生物數(shù)量由對(duì)數(shù)期逐步過(guò)渡至衰亡期，微生物組成由細(xì)菌逐步過(guò)度為輪蟲等，水質(zhì)逐步變好類似于水體自凈這一污水處理的原型。絮體形成：活性污泥的核心菌膠團(tuán)，它是成千上萬(wàn)細(xì)菌相互粘附形成的生物絮體。其在對(duì)

7、數(shù)增長(zhǎng)期，個(gè)體處于旺盛生長(zhǎng)，其運(yùn)動(dòng)活性大于范性華力，菌體不能結(jié)合；但到了衰亡期，動(dòng)能低微，范過(guò)華力大，菌體相互粘附，形成生物絮體，因此靜止期與衰亡期個(gè)體是活性污泥的重要微生物。3、活性污泥反應(yīng)（凈化）機(jī)理：反應(yīng)或凈化：指有機(jī)污染物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被微生物攝取、代謝與利用的過(guò)程，是物理、化學(xué)、生物化學(xué)作用的綜合，其機(jī)理如下：1）初期吸附去除：污水與活性污泥接觸510min，污水中大部分有機(jī)物(70%以上的BOD，75%以上COD)迅速被去除。此時(shí)的去除并非降解,而是被污泥吸附,粘著在生物絮體的表面，這種由物理吸附和生物吸附交織在一起的初期高速去除現(xiàn)象叫初期吸附。思考題：為什么說(shuō)是吸附？ 其吸附速度取

8、決于 ： 微生物的活性程度饑餓程度，衰亡期最強(qiáng)； 水動(dòng)力學(xué)條件：泥水接觸或混合越迅速、越均勻、液膜更新越快，接觸時(shí)間越長(zhǎng)則越好；泥水接觸水力學(xué)狀態(tài)以湍流或紊流為好，但過(guò)大會(huì)擊碎絮體。2）微生物的代射被吸附的有機(jī)物粘附在絮體表面，與微生物細(xì)胞接觸，在滲透膜的作用下，進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，并在酶的作用下要不被降解，要不被同化成細(xì)胞本身。a、分解代謝： CXHYOZ(X0.25Y0.5Z)O2 酶 XCO2 0.5H2OQb、合成代謝： nCXHYOZnNH3n(X0.25Y0.5Z)O2酶 (C5H7NO2 ) nn(X5) CO2 0.5n(Y4) H2O其代謝產(chǎn)物的模式如下圖：具體代謝產(chǎn)物的數(shù)量關(guān)系如

9、下圖：即1/3被氧化分解，802/3=53%左右通過(guò)內(nèi)源呼吸降解,14%左右變成了殘物。從上述結(jié)果可以看出，污染物的降解主要是通過(guò)靜止期、衰亡期微生物的內(nèi)源呼吸進(jìn)行,并非直接的生物氧化(僅33)。引申出的問(wèn)題：在利用對(duì)數(shù)期微生物進(jìn)行污水凈化的裝置中加大曝氣強(qiáng)度，能否提高處理效果？二、活性污泥凈化反應(yīng)影響因素與主要設(shè)計(jì)、運(yùn)行參數(shù) 1、影響因素 a、營(yíng)養(yǎng)物組分：有機(jī)物、N、P、以及Na、K、Ca、Mg、Fe、Co、Ni等（營(yíng)養(yǎng)物和污染物只是以數(shù)量及其比例相對(duì)而言）。 比例：進(jìn)水BOD：N：P100:5:1；初次池出水，100:20:2.5 (為什么？）；對(duì)工業(yè)廢水，上述營(yíng)養(yǎng)比例一般不滿足，甚至缺乏

10、某些微量元素，此時(shí)需補(bǔ)充相應(yīng)組分，尤其是在做小試研究中。 b、DO：據(jù)研究當(dāng)DO高于0.10.3mg/L時(shí)，單個(gè)懸浮細(xì)菌的好氧化謝不受DO影響，但對(duì)成千上萬(wàn)個(gè)細(xì)菌粘結(jié)而成的絮體，要使其內(nèi)部DO達(dá)到0.10.3mg/L時(shí)，其混合液中DO濃度應(yīng)保持不低于2mg/L。 c、pH值：pH值在6.57.5適宜，馴化后以6.58.5為宜。 d、t（水溫）：以20-30為宜，超過(guò)35或低于10時(shí)，處理效果下降。故宜控制在1535，對(duì)北方溫度低，應(yīng)考慮將曝氣池建于室內(nèi)。 e、有毒物質(zhì)：重金屬、酚、氰等對(duì)微生物有抑制作用，(前面已述)。Na、Al鹽，氨等含量超過(guò)一定濃度也會(huì)有抑制作用。 2、活性污泥處理系統(tǒng)的控

11、制指標(biāo)與設(shè)計(jì)，運(yùn)行操作參數(shù)活性污泥處理系統(tǒng)是一個(gè)人工強(qiáng)化與控制的系統(tǒng)，其必須控制進(jìn)水水量，水質(zhì)，維持池內(nèi)活性污泥泥量穩(wěn)定，保持足夠的DO，并充分混合與傳質(zhì)，以維持其穩(wěn)定運(yùn)行，具體評(píng)價(jià)指標(biāo)如下： 微生物量的指標(biāo) a、混合液懸浮固體濃度（MLSS），由Ma+Me+Mi+Mii組成 b、混合液揮發(fā)固體濃度（MLVSS） MLVSS=Ma+Me+Mi c、MLVSS/MLSS在0.70左右，過(guò)高過(guò)低能反映其好氧程度，但不同工藝有所差異。如吸附再生工藝0.70.75，而A/O工藝0.670.70。 活性污泥的沉降性能及其評(píng)定指標(biāo)：污泥沉降比SV（%）(settling velocity):混合液在量筒內(nèi)

12、靜置30mm后所形成沉淀污泥的容積占原混合液容積的百分比。污泥容積指數(shù)SVI：SVI=SV/MLSS。對(duì)于生活污水處理廠，一般介于70100之間。當(dāng)SVI值過(guò)低時(shí)，說(shuō)明絮體細(xì)小，無(wú)機(jī)質(zhì)含量高，缺乏活性；反之污泥沉降性能不好。為使曝氣池混合液污泥濃度和SVI保持在一定范圍，需要控制污泥的回流比。此外，活性污泥法SVI值還與BOD污泥負(fù)荷有關(guān)。當(dāng)BOD污泥負(fù)荷處于0.51.5kg/（kg MSS.d）之間時(shí)，污泥SVI值過(guò)高，沉降性能不好，此時(shí)應(yīng)注意避免。 泥齡（Sludge age）Qc：生物固體平均停留時(shí)間或活性污泥在曝氣池的平均停留時(shí)間，即曝氣池內(nèi)活性污泥總量與每日排放污泥量之比， 用公式表

13、示：cVX/XVX/QwXr 。式中： X為曝氣池內(nèi)每日增長(zhǎng)活性污泥量，即排放活性污泥量。 Qw為排放的剩余污泥體積。 Xr為剩余污泥濃度。其與SVI的關(guān)系為(Xr) max106 /SVIQc是活性污混處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行的重要參數(shù)，在理論上也具重要意義。因?yàn)椴煌帻g代表不同微生物的組成，泥齡越長(zhǎng)，微生物世代長(zhǎng)，則微生物增殖慢，但其個(gè)體大；反之，增長(zhǎng)速度快，個(gè)體小，出水水質(zhì)相對(duì)差。 Qc長(zhǎng)短與工藝組合密切相關(guān)，不同的工藝微生物的組合、比例、個(gè)體特征有所不同。污水處理就是通過(guò)控制泥齡或排泥，優(yōu)選或馴化微生物的組合，實(shí)現(xiàn)污染物的降解和轉(zhuǎn)化。負(fù)荷： a、BOD污泥負(fù)荷：NsQSa/XV=F/M ，即

14、單位重量活性污泥在單位時(shí)間內(nèi)降解到預(yù)定程度的有機(jī)物量。 b、BOD容積負(fù)荷：NvQSa/V ，指單位曝氣池容積在單位時(shí)間內(nèi)降解到預(yù)定程度的有機(jī)物量。 C、BOD污泥負(fù)荷和BOD容積負(fù)荷的關(guān)系式：NvNsX。 BOD污泥負(fù)荷是活性污泥法設(shè)計(jì)、運(yùn)行的一個(gè)重要參數(shù)。因?yàn)樨?fù)荷與污水處理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性有關(guān)。負(fù)荷高則有機(jī)物降解速度與污泥增殖量加大，曝氣池容積小，投資省，但其泥齡短，處理出水水質(zhì)不高，難以滿足環(huán)境要求；反之若過(guò)低則曝氣池容積加大，投資加大，曝氣量加大，經(jīng)濟(jì)性能降低。故應(yīng)選擇適宜的負(fù)荷，同時(shí)還要避開(kāi)0.51.5kgBOD/kgMLSS.d負(fù)荷區(qū)間。思考題 能否通過(guò)增加污泥濃度，減少構(gòu)筑物的體積，

15、節(jié)省投資？污泥產(chǎn)率： a、實(shí)際測(cè)試：污水中有機(jī)污染物的降解帶來(lái)微生物的增殖與活性污泥的增長(zhǎng)，活性污泥微生物的增殖是生物合成與內(nèi)源呼吸的差值，即 X=aSabX。 式中 X：活性污泥微生物凈增殖量，kg/d； Sr：在活性污泥微生物作用下，污水中被降解、去除 的有機(jī)污染物量，SrSaSe； Sa：進(jìn)入曝氣池污水含有的有機(jī)污染物量，kgBOD/d。 Se: 活性污泥處理后出水的有機(jī)污染物量，kgBOD/d。 X：混合液活性污泥量，kg。 a、污泥產(chǎn)率（降解單位有機(jī)污染物的污染量）。 b、微生物內(nèi)源代謝的自力氧化率。 對(duì)于不同污水、廢水，因有機(jī)污染物組成不同，其a、b值不同（見(jiàn)P110-111表4-

16、5、4-6） 。b、理論推導(dǎo)（由試驗(yàn)配水研究） 由于細(xì)胞合成與內(nèi)源代謝同步進(jìn)行，單位曝氣池內(nèi)活性污泥凈增殖速度為： (dx/dt) g (dx/dt)s (dx/dt)e 式中 (dx/dt)g為凈增殖速度； (dx/dt)s為合成速度； (dx/dt)e為微生物內(nèi)源代謝速度。 其中： (dx/dt)s Y (dx/dt) u Y為產(chǎn)率系數(shù)，每代謝1kgBOD合成的MLVSS量。 (dx/dt) u為微生物對(duì)有機(jī)物的降解速度。 其中： (dx/dt)e Kd Xv Kd微生物自身氧化率d-1，并稱衰減系數(shù)； Xv為MLVSS含量。 代入得： (dx/dt) g Y (dx/dt) uKd Xv

17、 X Y(SaSe)QKd VXv X為日污泥排放量； (SaSe)Q為日有機(jī)物降解量； Kd VXv 為 池內(nèi)總MLVSS量。 等式兩邊除以VXv得X/VXv=Y(SaSe)Q/VXvKd 由于X/VXv=1/Qc;(SaSe)Q/VXvNs 1/QcY NsKd C、 二者的區(qū)別：從物理意義上講，a與y、b與Kd是一回事，但前者是實(shí)測(cè)值（a、b）。由于進(jìn)水水質(zhì)和進(jìn)水SS多變，因此a、b是一個(gè)實(shí)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)值。而Y、Kd為理論研究或配水研究的結(jié)果，配水試驗(yàn)不僅水質(zhì)可以恒定，且無(wú)SS，當(dāng)控制Qc和NS進(jìn)行同時(shí)多組實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以通過(guò)作圖求出Y、Kd（P112圖4-9）。 有機(jī)污染物降解與需氧； 微生物

18、對(duì)有機(jī)污染物的降解包括1/3的直接氧化分解，2/380%需合成后再內(nèi)源呼吸降解，故其需氧量為： O2aQSabVXv 式中：a為微生物每代謝1kgBOD所需要的氧量。 b為每kg活性污染自身氧化所需要的氧量。 兩邊同除以VXv 得 O2 / VXv = a Ns b 兩邊同除以QSa 得 O2 / QSa ab1/ Ns 可以看出：a上式為單位容積曝氣池的需氧量或單位微生物量的好氧量，其只與NS有關(guān)。NS高則單位容積或污泥量需氧量大。b下式為降解1kgBOD的需氧量，其與NS的倒數(shù)有關(guān)。NS負(fù)荷越高，泥齡越短，則降解單位BOD需氧量就越低。三、活性污泥反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 1、概述：微生物的增殖、代

19、謝與有機(jī)底物濃度、Qc以及生化反應(yīng)速度等密切相關(guān)。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)則是從生化角度來(lái)研究以提高我們理論認(rèn)識(shí)水平，并指導(dǎo)我們優(yōu)化工藝與設(shè)備。 2、莫諾特(Monod)方程式 法國(guó)學(xué)者M(jìn)onod于1942年采用純菌種在培養(yǎng)基稀溶液中進(jìn)行了微生物生長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)研究，并提出了微生物生長(zhǎng)速度和底物濃度間的關(guān)系式： =maxS/Ks+S 微生物在對(duì)數(shù)期和靜止期的典型生長(zhǎng)模式。 式中： 為微生物比增長(zhǎng)速度，即單位生物量的增長(zhǎng)速度. max為微生物最大比增長(zhǎng)速度； Ks：飽和常數(shù),為的底物濃度,故又稱半速度常數(shù). S：底物濃度。 a、當(dāng)?shù)孜镞^(guò)量存在時(shí)，微生物生長(zhǎng)不受底物限制。處于對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期，速度達(dá)到最大值,為一常數(shù)。 S

20、Ks、Ks+SS =umax。 此時(shí)反應(yīng)速度和底物濃度無(wú)關(guān)，呈零級(jí)反應(yīng)，即n=0。 b、當(dāng)?shù)孜餄舛容^小時(shí)，微生物生長(zhǎng)受到限制，處于靜止增長(zhǎng)期，微生物增長(zhǎng)速度與底物濃度成正比。此時(shí)，S，與底物濃度或正，呈一級(jí)反應(yīng)。 c、隨著底物濃度逐步增加，微生物增長(zhǎng)速度和底物濃度呈=maxS/Ks+S，即不成正比關(guān)系，此時(shí)0n1呈混合反應(yīng)區(qū)的生化反應(yīng)。上述研究結(jié)果，與米門方程式十分相近。 米門方程式為:VVmaxS/Ks+S；monod方程的結(jié)論使米門方程式引入了廢水工程的理論中。具體推導(dǎo)如下： Ydx/ds=(dx/dt)/(ds/dt)=r/q=(r/x)/(q/x)= /V。 式中：dx為微生物增長(zhǎng)量；

21、 dx/dt為微生物增長(zhǎng)速率（即r）； r/x ，即微生物比增長(zhǎng)速度； ds為底物消耗量； q ds/dt，為底物降解速度； v q/x，為底物比降解速度。 Y.V；maxY. Vmax； 帶入=maxS/Ks+S 得： VVmaxS/Ks+S，即米門方程式。 V(ds/dt)/X， ds/dt= VmaxSX/Ks+S，即p115432式。將monod方程倒裝： 得：1/1/max .( ks/s+1)= ks/max.(1/s)+1/max。根據(jù)monod方程與米一門方程的相關(guān)性，前面已推導(dǎo)Y.V；maxY. Vmax。 代入得：1/V= ks/Vmax.(1/s)+1/Vmax。 由于

22、V=(ds/dt)/X，1/V=Xdt/ds=Xt/(Sa-Se) 即Xt/(Sa-Se)= ks/Vmax.(1/s)+1/Vmax 即p1184-4式 當(dāng)我們以1/V為縱坐標(biāo)，以1/Se為 橫坐標(biāo)；對(duì)一組實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng) 計(jì)(p118圖4-15)則可求出1/Vmax 和= ks/Vmax。 3、勞倫斯麥卡蒂(LawrenceMcCarty)方程式1）基礎(chǔ)概念 a、微生物比增殖速率 =(dx/dt)/X b、單位基質(zhì)利用率 q=(ds/dt)/X c、生物固體平均停留時(shí)間 Qc=VX/X; 2）基本方程 第1方程：dx/dt=Y(ds/dt)u-KdXa； 1/Qc=YqKd； 第2方程VVm

23、axS/(Ks+S) ： 有機(jī)質(zhì)降解速率等于其被微生物利用速率，即V=q, Vmax=qmax (ds/dt)u = VmaxSXa/(Ks+S) 3）方程的應(yīng)用 a、確立處理水有機(jī)底物濃度（Se）與生物固體平均停留時(shí)間（Qc）之間的關(guān)系 對(duì)完全混合式：SeKs(1/Qc+Kd)/Y(Sa-Se)-(1/Qc+Kd) 對(duì)推流式：1/Qc=YVmax(Sa-Se)/(Sa-Se)+ KsSa/SeKd b、確立微生物濃度（X）與Qc間的關(guān)系。 對(duì)完全混合式： XQcY(Sa-Se)/t(1+KdQc) 對(duì)推流式： XQcY(Sa-Se)/t(1+KdQc) 說(shuō)明反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度(X)是Qc的函

24、數(shù)。c、確立了污泥回流比(R)與Qc的關(guān)系。 1/Qc=Q1+R-R(Xr/Xa)/V 式中：Xr為回流污泥濃度，(Xr)max=106/SVI 。d、總產(chǎn)率系數(shù)（Y）與表觀產(chǎn)率系數(shù)（Yobs）間的關(guān)系. YobsY/(1+KdQc) 即實(shí)測(cè)污泥產(chǎn)率系數(shù)較理論總降低。c、確立了污泥回流比(R)與Qc的關(guān)系。 1/Qc=Q1+R-R(Xr/Xa)/V 。 式中：Xr為回流污泥濃度，(Xr)max=106/SVI 。d、總產(chǎn)率系數(shù)（Y）與表觀產(chǎn)率系數(shù)（Yobs）間的關(guān)系 YobsY/(1+KdQc) 即實(shí)測(cè)污泥產(chǎn)率系數(shù)較理論總降低。e、在污水處理系統(tǒng)中（低基質(zhì)濃度）中，對(duì)VVmaxS/(Ks+S)

25、 的推論：VVmaxS/(Ks+S)，Vq； q VmaxS/(Ks+S)由于KsS（低基質(zhì)濃度）， q VmaxS/KsK.S。V(ds/dt)u/Xa=Ks , (ds/dt)u =(Ks)max而(ds/dt)u(Sa-Se)/tQ(Sa-Se)/V， KSeQ(Sa-Se)/XaV， 由此可以求定曝所池體積。例題 p121 例4-1四、活性污泥處理系統(tǒng)的運(yùn)行方式與曝氣池的工藝參數(shù)1、傳統(tǒng)活性污泥法（activated sludge process） 工藝特征： a、經(jīng)歷了起端的吸附和不斷的代謝過(guò)程。 b.微生物經(jīng)歷了由對(duì)數(shù)期至內(nèi)源呼吸期。 c.有機(jī)物，迅速降低,但之后變化不大,總?cè)コ?/p>

26、90左右。 d.需氧量由大逐步越少。存在不足：曝氣池首端有機(jī)負(fù)荷大，需氧量大，實(shí)際供氧難于滿足此要求（平均供氧）。使首端供氧不足，末端供氧出現(xiàn)富裕，需采用漸減試供氧。2、階段曝氣活性污泥法（step aeration activated sludge process ）（分階段進(jìn)水或多階段進(jìn)水） 工藝特點(diǎn)： a、污水均勻分散地進(jìn)入，使負(fù)荷及需氧趨于均衡，利于生 物降解，降低能耗。 b、混合液中Xa濃度降低,減輕二次池負(fù)荷,利于固液分離。 C、污水均勻分散地進(jìn)入，增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)、水量沖擊負(fù) 荷的適應(yīng)能力。3、再生曝氣活性污泥法（即傳統(tǒng)活性污泥法的前端先設(shè)置污泥再生）工藝特點(diǎn)： a、提高污泥活性

27、，使其充分代謝。 b、再生池不另行設(shè)置,而是將曝氣池的一部分在再生池。 曝氣池一般3或6廊道，1/3或1/6作再生段。 C、效果與傳統(tǒng)活性污泥法相近,BOD去除率90以上.4、吸附再生活性污泥法工藝特點(diǎn)： a、將吸附與代謝過(guò)程分二個(gè)池或二段。其初期吸附現(xiàn)象見(jiàn) p125126及圖422。b、由于再生池只對(duì)活性污泥曝氣，減小了池容。c、由于吸附段池容較小（部分為再生池容積），泥水接觸時(shí) 間短(3060min)，出水BOD去除率一般小于90。5、延時(shí)曝氣活性污泥法（extended aeration activated sludge process） 適宜對(duì)出水水質(zhì)要求高的場(chǎng)合。如氧化溝、A/O法和

28、A2/O工藝等。工藝特點(diǎn)：負(fù)荷低，曝氣時(shí)間長(zhǎng)（24h以上），活性污泥處于內(nèi)源呼吸期，剩余污泥少且穩(wěn)定，污泥不需要消化處理，工藝也不需要設(shè)初沉池。不足：池容大、負(fù)荷小、曝氣量大、投資與運(yùn)行費(fèi)用高。6、高負(fù)荷活性污泥法（又叫短時(shí)曝氣活性污泥法）工藝特點(diǎn)：構(gòu)筑物與普通活性污泥法以及吸附再生工藝相同，但其停留時(shí)間短，BOD負(fù)荷高、曝氣時(shí)間短。不足： BOD去除率不高（7075%），出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。7、完全混合（complete-mixing）活性污泥法：工藝特點(diǎn)： a、污水進(jìn)入曝氣池后迅速被稀釋混 勻，水質(zhì)水量變化對(duì)系統(tǒng)影響小。 b、由于水質(zhì)在各處相同，因而各處 微生物群體與組成相同，降解工 況相同。

29、 c、需氧速度均衡，動(dòng)力消耗略省。不足：池內(nèi)未有污染物濃度、微生物濃度與種群的梯度或鏈群，導(dǎo)致微生物的有機(jī)物降解動(dòng)力低下，易出現(xiàn)污泥膨脹。類型：按構(gòu)筑物形狀分合建式與分建式。8、多級(jí)活性污泥法：當(dāng)進(jìn)水有機(jī)污染濃度很高時(shí)采用此工藝工藝特點(diǎn)： a、污水處理單元串聯(lián)。 b、負(fù)荷高（一級(jí)），且賴沖擊負(fù)荷，二級(jí)負(fù)荷低。 c、各級(jí)污泥Qc不同，微生物種群各異. 不足：投資與運(yùn)行費(fèi)用高，管理麻煩（各種設(shè)備多）。 9、深水曝氣活性污泥法工藝特點(diǎn)： a、由于水壓加大，提高了飽和溶解氧濃度以及降低氣泡直徑，提高氣泡的表面積，進(jìn)而提高了氧的傳遞速率，從而利于微生物的增殖與有機(jī)污染物的降解。 b、向深部發(fā)展，節(jié)省占地

30、。按機(jī)械（曝氣）設(shè)備的利用情況，分中層曝氣和底層曝氣，前者可以利用常用風(fēng)機(jī)（5m風(fēng)機(jī)），對(duì)10m深井曝氣；后者需用高壓風(fēng)機(jī)（10m風(fēng)機(jī)）。10、深井曝氣活性污泥法：工藝特點(diǎn)： a、由于水壓很大（井深50-100m） ，明顯提高了飽和溶解氧濃度以及降低氣泡直徑，提高氣泡的表面積，進(jìn)而顯著提高氧的傳遞速率，從而利于微生物的增殖與有機(jī)污染物的降解。 b、向深部發(fā)展，節(jié)省占地， 并利用進(jìn)出水位差以及曝 氣提升力循環(huán)。 不足之處:施工難度大,對(duì) 地質(zhì)條件和防滲要求高。 11、淺層曝氣活性污泥法：理論基礎(chǔ)：氣泡只是在形成與破碎瞬間，有著最高的氧轉(zhuǎn)移率，而與水深無(wú)關(guān)。工藝特點(diǎn)：曝氣器安裝深度0.60.8m,

31、適宜低壓水機(jī)曝氣。12、純氧曝氣活性污泥法。原理：提高氧的分壓，強(qiáng)化氧的傳質(zhì)能力，增加MLSS濃度和容積負(fù)荷，提高生化反應(yīng)速率。不足之處：要密閉運(yùn)行，工藝運(yùn)行管理復(fù)雜。具體各種工藝的設(shè)計(jì)與參數(shù)見(jiàn)P131表4-7 ,具體總結(jié)如下：a、BOD負(fù)荷：一般BOD污泥負(fù)荷0.20.4，延時(shí)曝氣法低（1.5，按p108圖47設(shè)計(jì)；而對(duì)特殊的深井曝氣和純氧曝氣因氧的傳質(zhì)改善，可以把BOD負(fù)荷設(shè)計(jì)在0.51.5之間。b、泥齡：對(duì)一般的活性污泥法工藝以及深井曝氣和純氧曝氣工藝，其泥齡一般在515d，多數(shù)68d；高負(fù)荷活性污泥法泥齡2.5d以下；而延時(shí)曝氣則一般在20d以上。c、曝氣池混合液濃度（X）：一般在30

32、00mg/L左右。延時(shí)曝氣、合建式完全混合活性污泥法以及深井曝氣略高。d、污泥回流比：一般在100以下,多數(shù)在50左右；而延時(shí)曝氣、合建式完全混合活性污泥法回流比在100以上。e、曝氣時(shí)間：一般在8h以下，多數(shù)為46h。但延時(shí)曝氣一般在20h以上;高負(fù)荷工藝和深井曝氣工藝曝氣時(shí)間很短。各種工藝技術(shù)的著重點(diǎn)包括：強(qiáng)化不同微生物的作用（群落），如高負(fù)荷、多級(jí)、延時(shí)曝氣等工藝。提高氧的傳質(zhì)，降低能耗（純氧曝氣、深水曝氣、深井曝氣以及淺層曝氣等）。節(jié)省占地（深井）。保證出水水質(zhì)（延時(shí)曝氣、多級(jí)曝氣等）?；钚晕勰嗵匦?收附再生、再生以及高負(fù)荷活性污泥法等)。易管理與構(gòu)筑物單元少，如合建式完全混合活性污泥

33、法與SBR等。利于污泥處置，延時(shí)曝氣以及A2/0等。 教學(xué)要求了解其自然生物處理的主要類型，凈化機(jī)理，生態(tài)系統(tǒng)特征。教學(xué)時(shí)數(shù)：2h第六章 污水的自然生物處理污水自然生物處理的回顧與前瞻污水的自然生物處理已有300多年的歷史，但隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，生活污水和工業(yè)廢水的水質(zhì)水量發(fā)生了很大的變化，“經(jīng)典式”生態(tài)系統(tǒng)的自然凈化能力承受不了越來(lái)越沉重的污染負(fù)荷。為了解決日益嚴(yán)重的水環(huán)境污染問(wèn)題，出現(xiàn)了以普通活性污泥法、生物膜法等高效的人工凈化技術(shù)。但進(jìn)入20世紀(jì)70年代，嚴(yán)重的世界能源危機(jī)，迫使人們又轉(zhuǎn)向研究節(jié)省能源、資源和投資的處理方法。污水的自然生物處理作為“替代技術(shù)”之一將受到重視。在我國(guó)，國(guó)家

34、環(huán)保局組織了“七五”、“八五”城市廢水生物穩(wěn)定塘技術(shù)和廢水的土地處理技術(shù)攻關(guān)，使污水的自然生物處理向規(guī)范化、資源化和系統(tǒng)化邁進(jìn)了一步。目前，我國(guó)還在人工濕地方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究。一、穩(wěn)定塘（生物塘）1、概述 穩(wěn)定塘：又叫生物穩(wěn)定塘(biological stabilization pond)俗稱氧化塘（oxidation pond）。1)工作原理：依靠自然生態(tài)系統(tǒng)的凈化作用使污水凈化。2)供氧方式：通過(guò)大氣復(fù)氧和藻類的光合作用供氧，或人工曝氣（曝氣塘）。3)分類：按DO濃度高低分好氧穩(wěn)定塘,兼性塘,厭氧塘,曝氣塘。 按處理程度分一級(jí)、二級(jí)和深度處理塘。 按出水方式又可分連續(xù)出水塘、控制性水塘、貯

35、存塘。4)適宜條件：要求有廢河道、沼澤地、峽谷、荒地且地質(zhì)條件良好的地形；要考慮氣溫、光照和風(fēng)力。5)優(yōu)缺點(diǎn)：工程簡(jiǎn)單，建設(shè)投資少，能耗少，成本低廉，利于農(nóng)業(yè)灌溉，能實(shí)現(xiàn)污水資源化。但占地面積大，凈化效果受季節(jié)(含光照、氣溫)影響,易造成地下水污染,周邊環(huán)境條件較差。生物塘照片2、凈化機(jī)理：1）生態(tài)系統(tǒng)的組成a.細(xì)菌：好氧菌、兼性菌、產(chǎn)酸菌、厭氧菌、硝化菌、光合細(xì)菌等。b.藻類：綠藻、藍(lán)綠藻等。c.原生動(dòng)物和后生動(dòng)物：不同類型穩(wěn)定塘數(shù)量變化較大，不宜作為指示生物。 d.水生植物（耐污耐水植物） 浮水植物：水葫蘆、浮萍等，可作為青貯飼料，其它處理方 式困難(因?yàn)楹试?5左右，堆肥、厭氧發(fā)酵、

36、脫水均困難)，易影響水體景觀及水質(zhì)，需定期打撈。 沉水植物：馬來(lái)眼子菜、葉狀眼子菜等（需定期收割）。 挺水植物：水蔥、蘆葦、蒲草等。e.高等水生動(dòng)物：魚、鴨、鵝等。思考題：生物塘的生態(tài)系統(tǒng)與活性污泥法、生物膜法有什么異同？是否什么植物均可用于生物塘？2）生態(tài)系統(tǒng)菌藻共生體系及其作用。藻類在光合作用放出氧，細(xì)菌則利用藻類提供的氧降解有機(jī)污染物，其它僅起輔助作用。具體機(jī)理見(jiàn)P263圖6-1。a、生態(tài)系統(tǒng)：由細(xì)菌、藻類、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物、水生植物、高等水生動(dòng)物組成，但懸浮生物總量不高。b、不同水層存在分區(qū)：上方因復(fù)氧、光合作用成好氧區(qū)，下部兼性區(qū)，底部（泥）厭氧區(qū)。c、表層藻類放氧： 106CO2

37、16NO3HPO42122H2O18H C106H263O110N16P138O2d、上層異氧菌降解： C11H29O714O2H11CO213H2ONH4 e、底層厭氧水解：大分子小分子揮發(fā)酸甲烷。f. C、N、P的遷移與轉(zhuǎn)化 碳的轉(zhuǎn)化：改變水體碳酸鹽的緩沖平衡(p265)。 氮的轉(zhuǎn)化：有機(jī)氮氨氮（少部分揮發(fā)和被生物同化）亞硝酸氮硝酸氮氮?dú)狻?磷的轉(zhuǎn)化：進(jìn)水中的磷有有機(jī)磷、聚磷酸鹽和正磷酸鹽(預(yù)處理沉淀約10的不溶解性磷)正磷酸鹽、偏磷酸鹽生物和化學(xué)沉淀。 由于C、N、P的轉(zhuǎn)化以及日晝光合作用與否，導(dǎo)致水體pH變化，日間升高、夜間降低；硝化作用時(shí)降低、反硝化時(shí)升高，并引起磷酸鹽(日間易于沉淀

38、、夜間溶解)、重金屬等沉淀和溶解。g.其它有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化：生物降解(難降解有機(jī)物)、吸附與吸收重金屬(植物)，鰲合與沉淀(底泥)。3）凈化作用：a、稀釋作用：在風(fēng)力、水流與濃度差的作用下，與塘內(nèi)污水混合。b、沉淀與絮凝作用：水力作用降低而沉淀；微生物及其分泌物與污染物質(zhì)絮凝。c、好氧微生物的代謝：主要是細(xì)菌，但隨負(fù)荷降低細(xì)菌作用降低。d、厭氧微生物的代謝：能經(jīng)歷厭氧水解，產(chǎn)氫產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷的全過(guò)程。e、浮游生物：光合作用與降解作用。f、水生植物：吸收與產(chǎn)氧作用。思考題：生物塘的污染降解作用與活性污泥法、生物膜法有何區(qū)別？其對(duì)污染控制工程有何影響？4）影響因素A、溫度：穩(wěn)定塘運(yùn)行的主要影響因素之一。溫度每增高10 微生物的代謝速度將提高一倍。生物塘表面水溫高，但晝夜溫差大；底層溫度低，但較穩(wěn)定。溫度影響水力停留時(shí)間。B、光照：提供能量，使藻、植物進(jìn)行光