《環(huán)境工程學(xué)》第三章---水的生物化學(xué)處理方法-課件1

1、第三章 水的生物化學(xué)處理方法水的生物化學(xué)處理方法： 在人工創(chuàng)造的有利于微生物生命活動的環(huán)境中，使微生物大量繁殖，提高微生物氧化分解有機物效率的一種水處理方法。作用：主要用于去除水中溶解性和膠體性有機物，降低水中氮、磷等營養(yǎng)物的含量。優(yōu)點：投資省，運轉(zhuǎn)費用低，處理效果好，操作簡單等，廣泛應(yīng)用于城市污水和工業(yè)廢水的處理?？煞譃椋汉醚醴▍捬醴ɑ蚍譃椋簯腋∩L系統(tǒng)附著生長系統(tǒng)第一節(jié) 廢水處理微生物學(xué)基礎(chǔ)微生物分類：自養(yǎng)型、異養(yǎng)型微生物；好氧、厭氧、兼性微生物；微生物的代謝過程：P225異化作用：能量的生產(chǎn)和獲取的生物過程；同化作用：細胞組織生產(chǎn)的生物過程。一、活性污泥法（Activated-Sludg

2、e Process）（一）基本原理活性污泥：由好氧菌（兼性菌）及其所吸附的有機物和代謝產(chǎn)物等組成的絮凝體?；钚晕勰喾ǎ阂詰腋≡谒械幕钚晕勰酁橹黧w，在有利于微生物生長的環(huán)境條件下和污水充分接觸，使污水凈化的一種方法。第二節(jié) 好氧懸浮生長處理技術(shù)主體構(gòu)筑物1、活性污泥法的凈化過程與機理 P228 活性污泥去除水中有機物，主要經(jīng)歷三個階段： 吸附階段 短時間內(nèi)（約1020min），水中有機物迅速降低，BOD、COD約去除8590。絮狀活性污泥比表面積約2000-10000m2/m3(混合液)。初期吸附性能取決于污泥的活性。 氧化階段 在有氧條件下，通過微生物的代謝過程，將部分有機物轉(zhuǎn)化為小分子無機

3、物，部分合成新的細胞質(zhì)。這一階段比吸附階段慢得多。 絮凝體形成與凝聚沉降階段 氧化階段合成的菌體有機體絮凝形成絮凝體，通過重力沉降作用從水中分離出來。2、影響活性污泥增長的因素 溶解氧 活性污泥混合液中DO濃度以2mg/L左右為宜。 若供氧不足，易造成絲狀菌等耐低溶解氧環(huán)境的微生物滋長，使污泥不易沉淀，導(dǎo)致污泥膨脹發(fā)生。 營養(yǎng)物 C、N、P、S、K、Mg、Ca、Fe及各種微量元素。 C元素的需要量一般以BOD5負(fù)荷率表示。一般BOD5:N:P100:5:1。 pH和溫度 pH一般為6.59.0； 溫度以2030為宜。 控制毒物濃度 重金屬、氰化物、H2S、鹵族元素及其化合物、酚、醇、醛等。3、

4、評價活性污泥性能的指標(biāo) 活性污泥是由細菌、真菌、原生動物（鐘蟲）、少量后生動物（輪蟲）等生物群體共同組成。（1）混合液懸浮固體（MLSS） 指混合液懸浮固體數(shù)量，mg/L； 計量曝氣池中活性污泥數(shù)量的指標(biāo)，mg/L. MLSS = Ma + Me + Mi + Mii Ma：具有活性的微生物； Me：微生物自身氧化的殘留物； Mi：吸附在污泥上而未被生物降解的有機物； Mii：無機物。（2）混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS） 混合液懸浮固體中有機物的數(shù)量，mg/L； MLVSS = Ma + Me + Mi（4）污泥(容積)指數(shù)（SVI） 曝氣池出口處混合液經(jīng)30min沉淀后，1g干污泥所占的

5、容積，以mL計； 反映活性污泥的松散程度（活性）和絮凝、沉降性能；一般城市污水，SVI在50150左右。（5）污泥齡（C） 指曝氣池中工作的活性污泥總量與每日排放的剩余污泥量的比值，d； 表示新增長的污泥在曝氣池中的平均停留時間； 可反映出細菌的增長處于何種階段。3、評價活性污泥性能的指標(biāo)（3）污泥沉降比（SV） 指曝氣池混合液在100mL量筒中靜置沉淀30min后，沉淀污泥占混合液的體積分?jǐn)?shù)，； 反映曝氣池正常運行時的污泥量，用以控制剩余污泥的排放； 還能及時反映出污泥膨脹等異常情況。（二）活性污泥系統(tǒng)生物過程動力學(xué)1、完全混合式進水一流入曝氣池即得到完全混合。Q水量；S有機物濃度；X污泥濃

6、度.2、推流式 水和回流污泥只發(fā)生橫向混合，不發(fā)生縱向混合?；?X00, Xe0)（三）曝氣方法與曝氣池的構(gòu)造 P2331、曝氣過程的機理曝氣的目的：將空氣中的氧強制溶解到曝氣池混合液中去，同時提供適宜的攪拌，保持活性污泥處于懸浮狀態(tài)。曝氣池內(nèi)氧轉(zhuǎn)移速率： KLa氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù)，h-1； s液體的飽和溶解氧濃度，mg/L； L液體的實際溶解氧濃度，mg/L.KLa的大小因空氣量、水溫、攪拌方法、水質(zhì)等條件而變化，可通過實驗測定；縮小氣泡直徑，延長氣液接觸時間，更新液界膜并減少界膜厚度，都能增大KLa，從而增大氧轉(zhuǎn)移速率。加大水深，增加空氣中氧含量（甚至純氧）等，都有助于加大s，提高氧轉(zhuǎn)移速率。

7、mg/(L.h)2、曝氣方法鼓風(fēng)曝氣：常用的曝氣方法，由加壓設(shè)備、管道系統(tǒng)和擴散裝置三部分組成。加壓設(shè)備：一般是回轉(zhuǎn)式或離心式鼓風(fēng)機。擴散裝置：小氣泡、中氣泡、大氣泡、水力剪切、機械剪切等；微氣泡曝氣器：擴散板、擴散管、擴散罩；中氣泡曝氣器：穿孔管擴散器；水力剪切擴散裝置：倒盆式、射流式、固定螺旋式；機械曝氣：利用葉輪或轉(zhuǎn)刷等設(shè)備的轉(zhuǎn)動，劇烈攪動水面，使空氣中的氧迅速溶入水中。曝氣葉輪：可分為泵型、倒傘型、平板型。表面曝氣將葉輪安裝在水表面。葉輪充氧的三種作用過程：葉輪的提水與輸水作用，使池內(nèi)液體流動，促進氣-液接觸，更新和吸入氧氣；葉輪旋轉(zhuǎn)帶動水飛濺形成水躍而夾帶進空氣；葉片背面形成負(fù)壓，吸

8、入空氣。穿孔管曝氣轉(zhuǎn)刷曝氣設(shè)備轉(zhuǎn)盤曝氣設(shè)備(美國US Filter產(chǎn)品) 轉(zhuǎn)碟曝氣設(shè)備荷蘭DHV公司表曝機倒傘表面曝氣機3、曝氣池的類型與構(gòu)造 P234推流式曝氣池 長方廊道形池子，常采用鼓風(fēng)曝氣。 擴散裝置設(shè)在池子的一側(cè)，使水流在池子中呈螺旋狀前進，前段水流與后段水流不發(fā)生混合。 為防止短流，廊道長、寬比應(yīng)大于46。完全混合式曝氣池 多為圓形、方形或多邊形池子，常采用葉輪式機械曝氣。 廢水進入反應(yīng)池與池中混合液充分混合，池內(nèi)廢水完全均勻一致。 池子多為圓形、 方形、多邊形循環(huán)混合式曝氣池（氧化溝） 其平面形狀像跑道，多采用轉(zhuǎn)刷曝氣。 轉(zhuǎn)刷轉(zhuǎn)動使混合液曝氣并在池內(nèi)循環(huán)流動，使活性污泥保持懸浮狀

9、態(tài)。 整體而言，流體是完全混合的，但局部又具有推流的特征。 連續(xù)運行時，需另設(shè)二次沉淀池和污泥回流系統(tǒng)； 間歇運行時，可省去二沉池。 流程簡單，施工方便，曝氣轉(zhuǎn)刷易制作，布置緊湊，有應(yīng)用前景。運行中的曝氣池（四）活性污泥法的運行方式1、傳統(tǒng)活性污泥法（普通活性污泥法）曝氣池為推流式，吸附階段和氧化階段在一個曝氣池中完成：進口處有機物濃度高，沿池長逐漸降低，需氧量亦降低；對有機物和懸浮物去除率高達8595，特別適用于處理要求高、水質(zhì)比較穩(wěn)定的廢水。缺點：不能適應(yīng)沖擊負(fù)荷；需氧量沿池長前大后小，造成前段氧量不足，后段氧量過剩；曝氣時間長，曝氣池體積大，占地面積和基建費用高。2、階段曝氣法（逐步曝氣

10、法）污水沿池長分段多點進入，有機物負(fù)荷分布較為均勻，需氧量亦較為均勻，有利于微生物對有機物的充分分解；污泥濃度沿池長逐步降低，出流污泥濃度低，利于二沉池運行；可提高空氣利用率和曝氣池的工作能力，減輕二沉池負(fù)荷；適用于大型曝氣池及高濃度廢水。污水加速曝氣法曝氣時間短，僅24h，BOD去除率達90；利用處于對數(shù)增長階段的微生物來處理廢水；微生物活力強，絮凝性能較差，出水中有機物含量較多；延時曝氣法曝氣時間長，約1-3d；微生物處于內(nèi)源代謝階段，基本上無污泥外排，省去污泥處理設(shè)施；曝氣池容積大，曝氣時間長，基建費和動力費較高。適用于要求高，又不便于污泥處理的中小城鎮(zhèn)或工業(yè)廢水處理。3、完全混合法污水

11、污泥4、生物吸附法（接觸穩(wěn)定法）污水和活性污泥在吸附池內(nèi)混合接觸0.51h，完成大部分懸浮物、膠體狀物質(zhì)和溶解有機物的吸附過程；進入二沉池進行分離，回流污泥先在再生池內(nèi)曝氣23h，恢復(fù)活性后再回到吸附池；總?cè)莘e小，可大大降低建筑費用；但處理效果稍差，不適用于含溶解性有機物多的廢水。曝氣23h5、氧化溝（循環(huán)混合曝氣池） 卡魯塞爾(Carrousel)氧化溝又稱平行多渠形氧化溝，由荷蘭DHV公司開發(fā)。應(yīng)用立式低速表面曝氣供氧并推動水流前進，溝深較大，一般為4.04.5m，占地面積小。在進水區(qū)設(shè)置了缺氧區(qū)，約占氧化溝體積的15%，具有脫氮、除磷功能。BOD5、氮、磷去除率分別達95%、90%和50

12、%以上。 奧貝爾(Orbal)氧化溝又稱同心溝式氧化溝，有多條溝渠，污水依次從外溝流向內(nèi)溝，從內(nèi)溝流出，進入二沉池；可減少水流短路，提高去除效率。常用三溝型，三條溝的容積比為(67)：(23)：1。各溝內(nèi)DO和有機物濃度均不相同，可實現(xiàn)脫氮、除磷。6、序批式活性污泥法（SBR，sequencing batch reactor）是一種間歇運行的活性污泥法；一個周期共五個操作步驟：進水、反應(yīng)、沉淀、排水、待機；所有操作均在設(shè)有曝氣或攪拌裝置的同一設(shè)備中完成，不需沉淀池和污泥回流裝置；操作靈活，耐沖擊負(fù)荷，運行管理自動化，占地面積和基建投資小，適用于中小水量的污水處理。7、膜生物反應(yīng)器（membra

13、ne bioreactor）是一種將生物反應(yīng)器與膜過濾相結(jié)合的污水處理工藝，利用微生物對水中有機物進行生物轉(zhuǎn)化，然后用膜組件過濾分離生物處理產(chǎn)生的污泥。出水水質(zhì)好，結(jié)構(gòu)緊湊，容積負(fù)荷高，剩余污泥產(chǎn)量少；應(yīng)用：生活污水處理；化工、醫(yī)藥、電子、金屬處理、汽車制造等工業(yè)廢水；屠宰場廢水、糞便水、醫(yī)院廢水和垃圾滲濾液的處理。分置式：運行穩(wěn)定，操作簡便，膜的清洗和更換方便； 動力消耗大，微生物菌體容易失活；一體式：運行動力費用低，布置緊湊，占地??； 膜的清洗與更換不方便。3-5下表列出幾種活性污泥法的運行參數(shù)，供參考。（五）活性污泥法運行中的監(jiān)測項目 P255為使活性污泥法正常運轉(zhuǎn)，需對運轉(zhuǎn)情況進行定期

14、監(jiān)測，主要項目包括：（1）反映處理效果的指標(biāo)：進、出水的BOD5、COD，進出水總SS和揮發(fā)性SS，進出水有毒有害物質(zhì)濃度等。（2）反映污泥狀況的指標(biāo)：曝氣池混合液中的各種指標(biāo)，包括SV、SVI、MLSS、MLVSS，溶解氧，微生物觀察等。（3）反映污泥營養(yǎng)和環(huán)境條件的指標(biāo)：氮、磷、水溫、pH等。 一般SV和DO每24h測定1次，微生物觀察每班1次，其他各項每天1次。其他項目：（4）反映處理流量的指標(biāo)：進水量、回流污泥量和剩余污泥量。（5）反映設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況的項目：水泵、泥泵、鼓風(fēng)機、曝氣機等主要工藝設(shè)備的運行參數(shù)，如壓力、流量、電流、電壓等。（六）活性污泥法處理系統(tǒng)工藝設(shè)計基礎(chǔ) P251一個完整的工藝設(shè)計應(yīng)當(dāng)包括： 流程的選擇； 曝氣池容積計算和工藝設(shè)計； 曝氣設(shè)備的計算與設(shè)計； 回流污泥設(shè)備的設(shè)計與計算； 二沉池的計算和設(shè)計。 生活污水或性質(zhì)相近的工業(yè)廢水：可采用較為成熟的設(shè)計數(shù)據(jù)作為參考或使用； 其他類型廢水：往往需進行試驗研究，以獲得關(guān)鍵參數(shù)。 有時還需進行多方案的比較和優(yōu)化分析。1、曝氣池的容積最常用的兩個設(shè)計參數(shù)： 污泥齡：污泥平均停留時間，即曝氣池活性污泥總量/每日排放的剩余污泥量； 食物/微生物（F/M）：BOD5與曝氣池混合液（揮發(fā)性）懸浮固體的比值污泥負(fù)荷Fw（六）活性污泥法處理系統(tǒng)工藝設(shè)計基礎(chǔ) BOD污泥負(fù)荷 kg(BOD5)/k