第5章1環(huán)境工程課件

第5章污水的好氧生物處理法

——活性污泥法主講：王藝.第一節(jié)、活性污泥法的基本原理一、活性污泥法的工藝流程回流污泥二次沉淀池污水曝氣池初次沉淀池出水空氣剩余活性污泥.活性污泥系統(tǒng)的主要組成曝氣池：反應(yīng)的主體，有機(jī)物被降解，微生物得以增殖；二沉池：1）泥水分離，保證出水水質(zhì)；

2）濃縮污泥，保證污泥回流，維持曝氣池內(nèi)的污泥濃度?；亓飨到y(tǒng)：1）維持曝氣池內(nèi)的污泥濃度；

2）回流比的改變，可調(diào)整曝氣池的運(yùn)行工況。剩余污泥：1）去除有機(jī)物的途徑之一；

2）維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行供氧系統(tǒng)：為微生物提供溶解氧；攪拌。.生活污水或城市廢水的處理流程北京高碑店污水處理廠的工藝流程圖活性污泥系統(tǒng).高碑店污水處理廠的工藝流程與平面布置初沉池曝氣池二沉池二期曝氣池二沉池初沉池.正在運(yùn)行的曝氣池.曝氣池中的曝氣頭的布置.活性污泥系統(tǒng)有效運(yùn)行的基本條件是：廢水中含有足夠的可溶性易降解有機(jī)物；混合液含有足夠的溶解氧；活性污泥在池內(nèi)呈懸浮狀態(tài)；活性污泥連續(xù)回流，剩余污泥及時(shí)排放，維持曝氣池內(nèi)穩(wěn)定的活性污泥濃度；進(jìn)水中不含有對(duì)微生物有毒有害的物質(zhì).二、活性污泥的形態(tài)、性質(zhì)及活性污泥微生物1、物理性質(zhì)：——“菌膠團(tuán)”——“生物絮凝體”顏色：褐色、（土）黃色、鐵紅色氣味：泥土味（城市污水）比重：略大于1（1.0021.006）粒徑：0.020.2mm比表面積：20100cm2/ml.2、生化性能：

活性污泥的含水率：99.299.8%其中固體物質(zhì)的組成：1）具有活性的微生物（Ma）：2）微生物內(nèi)源代謝的殘留物（Me）：3）吸附的原廢水中難于生物降解的有機(jī)物（Mi）：4）無(wú)機(jī)物質(zhì)（Mii）：有機(jī)物75~85%.3、活性污泥中的微生物：

A．細(xì)菌：是活性污泥凈化功能最活躍的成分

主要菌種有：動(dòng)膠桿菌屬、假單胞菌屬、微球菌屬、黃桿菌屬、芽胞桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、無(wú)色桿菌屬等特征：1）絕大多數(shù)是好氧和兼性異養(yǎng)型的原核細(xì)菌；2）在好氧條件下，具有很強(qiáng)的分解有機(jī)物的功能；3）具有很高的增殖速率，其世代時(shí)間僅為2030分鐘；4）動(dòng)膠桿菌具有將大量細(xì)菌結(jié)成為“菌膠團(tuán)”的功能。.B．真菌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種類(lèi)繁多活性污泥中主要為腐生或寄生的絲狀菌具有較強(qiáng)的降解功能絲狀菌異常增殖——污泥膨脹.0.1mmC、原生動(dòng)物----在活性污泥中大約為103個(gè)/ml鐘蟲(chóng)小口鐘蟲(chóng)草履蟲(chóng)蓋纖蟲(chóng)腎形蟲(chóng)變形蟲(chóng).D、后生動(dòng)物線蟲(chóng)輪蟲(chóng).原（后）生動(dòng)物作為“指示性生物”數(shù)量.活性污泥中幾種常見(jiàn)微生物.活性污泥中幾種常見(jiàn)微生物.4、活性污泥微生物的增殖與活性污泥增長(zhǎng)活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝氣池內(nèi)發(fā)生反應(yīng)、有機(jī)物被降解的必然結(jié)果，而微生物增殖的結(jié)果則是活性污泥的增長(zhǎng)?；钚晕勰嗟脑鲋城€.微生物量時(shí)間活性污泥的增殖曲線注意：1）間歇靜態(tài)培養(yǎng)；2）底物是一次投加對(duì)數(shù)增殖期減速增殖期內(nèi)源呼吸期氧利用速率曲線微生物增殖曲線(M)BOD變化曲線(F)適應(yīng)期.有關(guān)概念F/M值:在溫度適宜、DO充足、且不存在抑制物質(zhì)的條件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取決于微生物與有機(jī)基質(zhì)的相對(duì)數(shù)量，即有機(jī)基質(zhì)(Food)與微生物(Microorganism)的比值，即F/M值。

F/M值是影響有機(jī)物去除速率、氧利用速率的重要因素。實(shí)際上，F(xiàn)/M值就是以BOD5表示的進(jìn)水污泥負(fù)荷，即：.活性污泥的增殖曲線的分區(qū)可將增殖曲線分為四個(gè)時(shí)期：1)適應(yīng)期2)對(duì)數(shù)增殖期3)減速增殖期4)內(nèi)源呼吸期.適應(yīng)期1）定義：微生物對(duì)于新的環(huán)境條件、污水中不同種類(lèi)的有機(jī)物污染物等的短暫的適應(yīng)過(guò)程；2）活性污泥微生物的變化：數(shù)量基本沒(méi)有變化；菌體體積增大；酶系統(tǒng)相應(yīng)調(diào)整；新的變異。3）水質(zhì)指標(biāo)基本無(wú)變化。.對(duì)數(shù)增殖期F/M值高(2.2kgBOD/kgVSS.d)，有機(jī)物豐富，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不是微生物增殖的控制因素；微生物的增值速率與基質(zhì)濃度無(wú)關(guān)，呈零級(jí)反應(yīng)，僅由微生物本身特有的最小世代時(shí)間所控制，即只受微生物自身生理機(jī)能的限制；微生物以最高速率對(duì)有機(jī)物進(jìn)行攝取，以最高速率增殖，合成新細(xì)胞；活性污泥具有高的能量水平，微生物的活動(dòng)能力很強(qiáng)，污泥質(zhì)地松散，不易形成較好的絮凝體，沉淀性能不佳；活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；一般不采用此階段作為運(yùn)行工況。（但也有，如高負(fù)荷活性污泥法）.減速增長(zhǎng)期F/M值下降到一定水平后，有機(jī)物的濃度成為微生物增殖的控制因素；微生物的增殖速率與殘存的有機(jī)物呈正比，為一級(jí)反應(yīng)；有機(jī)底物的降解速率也開(kāi)始下降；微生物的增殖速率在逐漸下降，直至最終下降為零，但活性污泥的量仍持續(xù)增長(zhǎng)并最終達(dá)到最高；絮凝體開(kāi)始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均較好；出水水質(zhì)有較大改善，且整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；大多數(shù)污水廠曝氣池的運(yùn)行工況。.微生物量時(shí)間活性污泥的增殖曲線對(duì)數(shù)增殖期減速增殖期內(nèi)源呼吸期氧利用速率曲線微生物增殖曲線(M)BOD變化曲線(F)適應(yīng)期.內(nèi)源呼吸期內(nèi)源呼吸的速率在本期之初首次超過(guò)了合成速率，因此從整體上來(lái)說(shuō)，活性污泥的量在減少，最終所有的活細(xì)胞將消亡，而僅殘留下內(nèi)源呼吸的殘留物，而這些物質(zhì)多是難于降解的細(xì)胞壁等；污泥的無(wú)機(jī)化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較差；有機(jī)物基本消耗殆盡，處理水質(zhì)良好；一般不采用這一階段作為運(yùn)行工況，但也有采用，如延時(shí)曝氣法。.活性污泥增殖規(guī)律的應(yīng)用：1）活性污泥的增殖狀況，主要是由F/M值所控制；2）不同增殖期的活性污泥，性能不同，出水水質(zhì)也不同；3）通過(guò)調(diào)整F/M值，可調(diào)控曝氣池的運(yùn)行工況，以達(dá)到所要求的出水水質(zhì)和活性污泥的良好性能；4）推流式活性污泥法：一段線段；完全混合式活性污泥法：一個(gè)點(diǎn)5）盡量縮短適應(yīng)期6）使用對(duì)數(shù)期細(xì)菌進(jìn)行接種.微生物量時(shí)間活性污泥的增殖曲線對(duì)數(shù)增殖減速增殖內(nèi)源呼吸適應(yīng)期.三、活性污泥凈化反應(yīng)過(guò)程同時(shí)也是曝氣池內(nèi)活性污泥降解有機(jī)物的過(guò)程1、初期吸附去除1）污泥與污水混合接觸（傳質(zhì)反應(yīng)）；2）污泥吸附有機(jī)物。.特點(diǎn)：1）過(guò)程較快：30分鐘內(nèi)完成（取決于微生物活性、傳質(zhì)條件）；2）效率較高：可達(dá)70%（取決于有機(jī)物存在狀態(tài)，即溶解性有機(jī)物含量）；3）去除效率有一定的限量（取決于微生物表面積、吸附容量、有機(jī)物含量及狀態(tài)）；4）屬于表觀去除：水中BOD含量下降，但未被降解。.三、活性污泥凈化反應(yīng)過(guò)程2、微生物的降解代謝

微生物降解過(guò)程：C、H、O、N、S+O2

CO2+H2O+NH3+SO42-++能量(有機(jī)物)內(nèi)源呼吸（也稱細(xì)胞物質(zhì)的自身氧化）C、H、O、N、S+能量C5H7NO2

合成反應(yīng)（也稱合成代謝、同化作用）

分解反應(yīng)（又稱氧化反應(yīng)、異化代謝、分解代謝）.內(nèi)源呼吸產(chǎn)物+能量(CO2、H2O、NH3、SO42-…)污水中的可降解有機(jī)物新細(xì)胞物質(zhì)（C5H7NO2）代謝產(chǎn)物(CO2、H2O、NH3、SO42-…)(1/3)分解代謝(2/3)合成代謝+異養(yǎng)微生物O2＋能量?jī)粼黾?xì)胞物質(zhì)內(nèi)源呼吸～80%～20%內(nèi)源呼吸殘留物O2無(wú)機(jī)代謝產(chǎn)物少量能量剩余污泥.分解與合成的相互關(guān)系：1）二者相互依賴，不可分：a）分解過(guò)程為合成提供能量和前體物，而合成則給分解提供物質(zhì)基礎(chǔ)；b）分解過(guò)程是一個(gè)產(chǎn)能過(guò)程，合成過(guò)程則是一個(gè)耗能過(guò)程。能量能量ATPADP+Pi分解合成分解代謝能量ATPADP+PiATPADP+Pi2)對(duì)廢水中有機(jī)物的去除，二者都有重要貢獻(xiàn)；3）合成量的大小，對(duì)于后續(xù)污泥的處理有直接影響

（污泥的處理費(fèi)用約占整個(gè)城市污水處理廠的4050%）。.第二節(jié)、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)一、活性污泥凈化反應(yīng)影響因素1)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：細(xì)胞組成中，C、H、O、N約占9097%，其余310%為無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素，其中主要的有P生活污水一般不需再投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；某些工業(yè)廢水需要投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：好氧生物處理，應(yīng)按BOD5

NP=10051投加N和P厭氧生物處理，應(yīng)按CODNP=20051投加N和P

其它無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Co、Ni、Mo等；.2）溶解氧（DO）：

出口處≥2mg/L；進(jìn)口處≥1mg/L一、活性污泥凈化反應(yīng)影響因素3）pH值：

影響細(xì)胞質(zhì)膜上的電荷性質(zhì)吸附吸收;

多數(shù)微生物的最適宜pH為6.58.5；

pH4.5時(shí),真菌將占優(yōu)勢(shì),易引起污泥膨脹；微生物的活動(dòng)也會(huì)影響混合液的pH值。.4）水溫：在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，反應(yīng)、增殖速率加快；一般，溫度每升高10C，反應(yīng)速率會(huì)增高1倍細(xì)胞內(nèi)的如蛋白質(zhì)、核酸等對(duì)溫度很敏感，溫度突升或突降并超過(guò)一定限度時(shí)，會(huì)有不可逆的破壞；最適宜溫度1530C；40C或10C，會(huì)有不利影響。一、活性污泥凈化反應(yīng)影響因素.溫度與細(xì)菌生物活性之間的關(guān)系注：圖中的縱標(biāo)為相對(duì)活性，以25C為基準(zhǔn)。中溫帶好氧細(xì)菌厭氧細(xì)菌厭氧細(xì)菌溫度（C）高溫帶相對(duì)活性.

5）有毒物質(zhì)（抑制物質(zhì)）

重金屬：蛋白質(zhì)的沉淀劑（變性；與-SH結(jié)合而失活）

氰化物：H2S或硫化物：

鹵族元素及其化合物：

酚、醇、醛：使蛋白質(zhì)變性或脫水染料。

※

有毒物質(zhì)的毒性與濃度相關(guān)一、活性污泥凈化反應(yīng)影響因素.活性污泥系統(tǒng)中有毒物質(zhì)的最高允許濃度：有毒物質(zhì)允許濃度(mg/l)有毒物質(zhì)允許濃度(mg/l)銅化合物(以Cu計(jì))0.51.0苯10鋅化合物(以Zn計(jì))513氯苯10鎳化合物(以Ni計(jì))2對(duì)苯二酚15鉛化合物(以Pb計(jì))1.0間苯二酚450銻化合物(以Sb計(jì))0.2鄰苯二酚100鎘化合物(以Cd計(jì))15間苯三酚100釩化合物(以V計(jì))5鄰苯三酚100銀化合物(以Ag計(jì))0.25苯胺100鉻化合物(以Cr計(jì))25二硝基甲苯12(以Cr3+計(jì))2.7甲醛160(以Cr6+計(jì))0.5乙醛1000硫化物(以S2-計(jì))525二甲苯7(以H2S計(jì))20甲苯7氫氰酸氰化鉀18氯苯10硫氰化物36吡啶400砷化合物(以As3+計(jì))0.72.0烷基苯磺酸鹽15汞化合物(以Hg計(jì))0.5甘油5

.

二、活性污泥的性能指標(biāo)、設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)1、活性污泥微生物量的指標(biāo)（1）混合液懸浮固體濃度（MLSS）

全部污泥：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii

一般情況下，MLSS≥3000mg/L

最常用、重要的指標(biāo)，但不能準(zhǔn)確反映Ma。

（2）混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）

MLVSS=Ma+Me+Mi

相對(duì)準(zhǔn)確，但難以測(cè)量。在條件一定時(shí)，較穩(wěn)定；對(duì)于處理城市污水的活性污泥系統(tǒng)，一般為0.75~0.85.2、活性污泥的沉降性能指標(biāo)：（1）污泥沉降比（SV）（SludgeVolume）定義：將曝氣池中的混合液在量筒中靜置30分鐘，其沉淀污泥與原混合液的體積比，一般以%表示；功能：a、相對(duì)簡(jiǎn)單的反映出污泥量的大小，通過(guò)剩余污泥的排放控制MLSS。b、能相對(duì)地反映污泥的凝聚、沉降性能，可用以早期監(jiān)測(cè)和控制污泥膨脹；正常范圍：2030%非常實(shí)用、重要的指標(biāo)參數(shù)。.SV的測(cè)定0min15min30minSV=40%.（2）污泥體積指數(shù)（SVI）定義：曝氣池出口處混合液經(jīng)30分鐘靜沉后，1g干污泥所形成的污泥體積，(ml/g)功能：能更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)污泥的凝聚性能和沉降性能，