水質(zhì)工程學(xué)電子 部分

現(xiàn)代污廢水處理理論與技術(shù)電子教案遼寧工程技術(shù)大學(xué)建工學(xué)院市政系生物處理理論與技術(shù)微生物：分解者，具有降解有機物并將其轉(zhuǎn)化

為無機物的巨大功能。

生物處理法：利用微生物的降解作用，并采取一

定的人工強化措施，創(chuàng)造有利于微

生物生長、繁殖的環(huán)境，使微生物

大量繁殖，從而提高微生物降解有

機物效率的一種污水處理方法。

通過微生物的新陳代謝作用,將污水中有機物的一部分轉(zhuǎn)化為微生物的細(xì)胞物質(zhì),另一部分轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定物質(zhì)，實現(xiàn)對污水的凈化。主要作用者：微生物（好氧菌、兼性菌、厭氧菌）

1)好氧生物處理法：主要依賴好氧菌和兼性菌的生化作用來完成處理過程的工藝。

2)厭氧生物處理法：主要依賴厭氧菌和兼性菌的生化作用來完成處理過程的工藝。

主要去除對象：溶解態(tài)、膠體狀態(tài)的可生化性有機物

好氧生物處理法：活性污泥法：（懸浮生長）多種運行方式生物膜法：（附著生長）生物濾池、轉(zhuǎn)盤、接觸氧化池、流化床自然處理法：氧化塘、土地處理適用于：城市污水、生活污水、中等以下濃度的有機工業(yè)廢水厭氧生物處理法：厭氧活性污泥法:厭氧消化池、厭氧污泥床、化糞池厭氧生物膜法：

厭氧生物濾池、厭氧流化床、厭氧轉(zhuǎn)盤厭氧自然處理法：厭氧塘、高溫堆肥

適用于：高濃度的有機生產(chǎn)污水、污泥等第4章污水的生物處理（一）——活性污泥法

重點：活性污泥法基本概念與流程、活性污泥法的凈化機理與影響因素、活性污泥法的動力學(xué)基礎(chǔ)、曝氣池的需氧與供氧、活性污泥法的運行方式、新工藝、活性污泥處理系統(tǒng)的工藝設(shè)計。

2.難點：活性污泥法的凈化機理、活性污泥法的反應(yīng)動力學(xué)、曝氣理論、活性污泥法的發(fā)展新工藝。4.6曝氣的理論基礎(chǔ)及曝氣系統(tǒng)4.7活性污泥反應(yīng)器——曝氣池

4.8活性污泥處理系統(tǒng)的工藝設(shè)計4.0概述4.1活性污泥法的基本原理4.2活性污泥凈化反應(yīng)影響因素及其有關(guān)參數(shù)4.3活性污泥反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)4.4活性污泥法的運行方式與曝氣池的工藝參數(shù)4.5

活性污泥處理系統(tǒng)的新工藝

4.9活性污泥系統(tǒng)的維護(hù)管理

活性污泥法的重要地位我國河流97%以上都受到有機物污染

1.應(yīng)用的普遍性：

95%以上的城市污水

35%以上工業(yè)廢水

2.高效性：

SS，COD，BOD90%以上

3.靈活性：大，中，小水廠高，中，低負(fù)荷

4.連續(xù)運行，可自動化

5.工藝(運行方式)多樣化，功能多樣性，可脫氮，除磷4.0概述

活性污泥法研究及應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展1914年：英國曼徹斯特建成實驗廠1916年：美國正式建立了第一座污水處理廠1921年：上海北區(qū)污水處理廠

1.超大型化(集中化)、微型化

2.高效快速(高負(fù)荷，節(jié)省體積)3.節(jié)能，減少運行費用

4.深度凈化功能，多功能化(N，P)5.自動化控制管理

6.提高氧利用率

7.減少占地面積

目前，活性污泥法是生活污水、城市污水以及有機性工業(yè)廢水處理中最常用的工藝4.1.1基本概念與流程

活性污泥：

污水經(jīng)過一段時間的曝氣后，水中會產(chǎn)生一種以好氧菌為主體的黃褐色絮凝體，其中含有大量的活性微生物，可氧化分解污水中的有機物，并易于沉淀分離，使處理水澄清，這種污泥絮體就是活性污泥?；钚晕勰嗍且约?xì)菌、真菌、原生動物和后生動物所組成的活性微生物為主體，此外還吸附一些無機物、未被微生物分解的有機物和微生物自身代謝的殘留物。4.1活性污泥法的基本原理什么是活性污泥？

由細(xì)菌、菌膠團(tuán)、真菌、原生動物、后生動物等微生物群體及吸附的污水中有機和無機物質(zhì)組成的、有一定活力的、具有吸附、氧化分解有機物、并易于沉淀與水分離，使污水得到凈化的絮絨狀污泥。一組活性污泥圖片

活性污泥法：

以活性污泥為主體的污水生物處理技術(shù)

活性污泥法來源：

水體自凈→啟示→人工強化

命名：

根據(jù)生物反應(yīng)器中微生物生長方式(懸浮，附著)可將污水生物處理技術(shù)分為:活性污泥法(懸浮的有活性的生物絮體);生物膜法(附著的有活性的生物膜);復(fù)合式(懸浮，附著)生物處理技術(shù)。活性污泥法的三個要素構(gòu)成

一是具有吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥；

二是廢水中的有機物，它是處理對象，也是微生物的營養(yǎng)食料；

三是溶解氧，沒有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能發(fā)揮氧化分解作用?；钚晕勰喾ǖ幕玖鞒?/p>

活性污泥法處理系統(tǒng)的組成：1.曝氣池：微生物降解有機物的反應(yīng)場所2.二沉池：泥水分離3.污泥回流系統(tǒng)：確保曝氣池內(nèi)生物量穩(wěn)定4.曝氣系統(tǒng)：為微生物提供溶解氧，同時起到攪拌混合的作用。

活性污泥法處理系統(tǒng)有效運行的基本條件

1.污水中有足夠的可溶解性易降解有機物

2.混合液中含有足夠的溶解氧

3.活性污泥在曝氣池中呈懸浮狀態(tài)

4.活性污泥連續(xù)回流

5.及時排除剩余污泥

6.沒有對微生物有毒害作用的物質(zhì)進(jìn)入曝氣池曝氣池出水堰曝氣池混合液配水進(jìn)入二沉池

二次沉淀池

二次沉淀池出水堰

鼓風(fēng)機房

污泥回流泵房

城市污水處理工藝基本流程：

污水→格柵→沉砂池→初沉池→活性污泥曝氣池→二沉池→消毒1.活性污泥的形態(tài)顏色黃色或褐色狀態(tài)似礬花絮絨顆粒狀味道土腥味相對密度曝氣池混合液：1.002～1.003回流污泥：1.004～1.006粒徑0.02～0.2mm20～100cm2/mL比表面積4.1.2活性污泥的形態(tài)與活性污泥微生物含水率99%以上固體物質(zhì)1%以下

活性污泥由四部分組成：（1）Ma——活性污泥微生物；（2）Me——活性污泥代謝產(chǎn)物；（3）Mi——活性污泥吸附的難降解惰性有機物；（4）Mii——活性污泥吸附的無機物。

1）微生物組成：

細(xì)菌（90％－95％，甚至100％）、真菌、原生動物、后生動物活性污泥的組成：2.活性污泥微生物及其在活性污泥反應(yīng)中的作用2）活性污泥微生物及其作用復(fù)習(xí)《水處理微生物》活性污泥中的有機物、細(xì)菌、真菌、原生動物與后生動物組成了小型的相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)和食物鏈?；钚晕勰嘀械募?xì)菌以異養(yǎng)型原核細(xì)菌為主，107～108個/mL活性污泥。菌膠團(tuán)細(xì)菌－－構(gòu)成活性污泥絮凝體的主要成分，有很強的吸附、氧化分解有機物能力。也可防止被微型動物所吞噬，并在一定程度上可免受毒物的影響，沉降性好。絲狀菌－－形成活性污泥的骨架，增強沉降性，保持高的凈化效率，但是大量會引起污泥膨脹。凈化污水的主要的、第一的承擔(dān)者－－細(xì)菌凈化污水的第二承擔(dān)者－－原生動物指示性生物－－原生動物，通過顯微鏡鏡檢是對活性污泥質(zhì)量評價的重要手段之一

活性污泥微生物的增殖曲線

1.在溫度適宜，溶解氧充足、營養(yǎng)物質(zhì)一次充分投加，微生物種群隨時間以量表示增殖和衰減動態(tài)。

2.在這樣的環(huán)境下，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有機物(F)與微生物量(M)的比值，它也是有機物降解速率、氧利用速率和活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影響因素3.活性污泥微生物的增殖與活性污泥的增長

微生物的增殖規(guī)律一般是以增殖曲線來反映。

活性污泥增長曲線的四個階段1.適應(yīng)期:

在未充分適應(yīng)基質(zhì)條件時，開始會經(jīng)歷一個適應(yīng)、遲緩期或調(diào)整期。長短取決于污水的主要成分和微生物對它的適應(yīng)。

2.對數(shù)增殖期:

F/M較大（F/M大于2.2），營養(yǎng)充分，氧利用最大，微生物增殖速率和有機物降解速率最大。

污泥活動力強，污泥松散，不易沉降。3.減速增殖期

F/M減小（F/M小于2.2），有機物量成為增殖的限制因素，微生物增殖速率和有機物降解速率下降，氧的利用速率下降。

污泥沉降性好，出水效果較好。4.內(nèi)源呼吸期

F/M最小（F/M小于0.1），(內(nèi)源呼吸期)微生物活動能力低，絮凝體沉降性好，此時污泥量出現(xiàn)下降，出水水質(zhì)很好。在活性污泥混合液中，如果營養(yǎng)與污泥之間的比值（用F/M表示）高，

F/M大于2.2，微生物處于對數(shù)增長期，能量水平高，污泥凝聚性能差；

F/M小于2.2，營養(yǎng)與污泥微生物比值下降，致使微生物增長處于增長率緩慢階段，能量水平降低，污泥開始凝聚；

F/M小于0.1，營養(yǎng)物很少，營養(yǎng)相對不足和能量水平較低，細(xì)菌活力低，運動能力弱，致使微生物增長處于增長率下降段或其后期，彼此結(jié)合成絮凝體，故易于凝聚。2.當(dāng)有機營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣充足時，活性污泥以合成為主。在新細(xì)胞合成的同時，還進(jìn)行著部分老細(xì)胞物質(zhì)的氧化分解。在有機營養(yǎng)缺乏時，這種自身分解則成為主要的獲能方式，生物處理的內(nèi)源呼吸也就是指的這種情況。

活性污泥絮凝體的形成：

在污水生物處理過程中，如果條件適宜，活性污泥的增長過程與純種單細(xì)胞微生物的增殖過程大體相仿。但由于活性污泥是多種微生物的混合群體,其生長受廢水性質(zhì)、濃度、水溫、pH、溶解氧等多種環(huán)境因素的影響，因此，在處理構(gòu)筑物中通常僅出現(xiàn)生長曲線中的某一兩個階段。處于不同階段時的污泥，其特性又有很大的區(qū)別。

在廢水生物處理中，微生物是一個混合群體，它們也有一定的生長規(guī)律。有機物多時,以有機物為食料的細(xì)菌占優(yōu)勢,數(shù)量最多；當(dāng)細(xì)菌很多時，出現(xiàn)以細(xì)菌為食料的原生動物;而后出現(xiàn)以細(xì)菌及原生動物為食料的后生動物，如右圖所示。4.1.3活性污泥凈化污水反應(yīng)過程

活性污泥在曝氣過程中，對有機物的降解（去除）過程可分為兩個階段：初期吸附去除階段微生物代謝階段

由于活性污泥具有巨大的表面積，而表面上含有多糖類的黏性物質(zhì)，導(dǎo)致污水中的有機物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去。初期接觸的20～30min內(nèi)，就可以去除70%以上的BOD轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機物為微生物所利用?；钚晕勰嘟到馕鬯杏袡C物的過程污水與污泥混合曝氣后BOD的變化曲線合成代謝有機固形物膠體有機物溶解性有機物分解代謝可降解有機物氧化合成1/32/3無機物＋能量新細(xì)胞物質(zhì)無機物＋能量殘留物質(zhì)80％20％內(nèi)源代謝微生物增殖對活性污泥法曝氣過程中污水中有機物的變化分析得到結(jié)論：廢水中的有機物殘留在廢水中的有機物從廢水中去除的有機物微生物不能利用的有機物微生物能利用的有機物微生物能利用而尚未利用的有機物微生物不能利用的有機物微生物已利用的有機物（氧化和合成）（吸附量）增殖的微生物體氧化產(chǎn)物

曲線①反映污水中有機物的去除規(guī)律；曲線②反映活性污泥利用有機物的規(guī)律；曲線③反映了活性污泥吸附有機物的規(guī)律。

這三條曲線反映出，在曝氣過程中：污水中有機物的去除在較短時間(圖中是5h左右)內(nèi)就基本完成了(見曲線①)；污水中的有機物先是轉(zhuǎn)移到(吸附)污泥上(見曲線③),然后逐漸為微生物所利用(見曲線②)；吸附作用在相當(dāng)短的時間(圖中是45min左右)內(nèi)就基本完成了(見曲線③)；微生物利用有機物的過程比較緩慢(見曲線②)?；钚晕勰嗟某恋矸蛛x泥水分離，使處理水澄清剩余污泥進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)

4.2活性污泥凈化反應(yīng)影響因素與主要設(shè)計、運行參數(shù)微生物要求的營養(yǎng)物質(zhì)必須包括組成細(xì)胞的各種原料和產(chǎn)生能量的物質(zhì)，主要有：水、碳素營養(yǎng)源、氮素營養(yǎng)源、無機鹽及生長因素。影響微生物生長的環(huán)境因素微生物的營養(yǎng)溫度pH溶解氧有毒物質(zhì)

4.2.1活性污泥凈化反應(yīng)影響因素微生物的組成微生物組成水80％干物質(zhì)20％無機質(zhì)10％有機物90％C53.1%,O28.3%,N12.4%,H6.2%P50%,S15%,Na11%,Ca9%,Mg8%,K6%,Fe1%等細(xì)胞分子式：C5H7O2N(有機部分)細(xì)胞分子式：C60H87O23N12P(考慮磷)一般估算營養(yǎng)比例：BOD∶N∶P＝100∶5∶1

(1)水：組成部分，代謝過程的溶劑。細(xì)菌約80%的成分為水分。

(2)碳源：碳素含量占細(xì)胞干物質(zhì)的50％左右，碳源主要構(gòu)成微生物細(xì)胞的含碳物質(zhì)和供給微生物生長、繁殖和運動所需要的能量，一般污水中含有足夠碳源。

(3)氮源：提供微生物合成細(xì)胞蛋白質(zhì)的物質(zhì)。

(4)無機元素：主要有磷、硫、鉀、鈣、鎂等及微量元素。作用：構(gòu)成細(xì)胞成分，酶的組成成分,維持酶的活性，調(diào)節(jié)滲透壓，提供自養(yǎng)型微生物的能源。磷：核酸、磷脂、ATP轉(zhuǎn)化。硫：蛋白質(zhì)組成部分，好氧硫細(xì)菌能源。鉀：激活酶。鈣：穩(wěn)定細(xì)胞壁，激活酶。鎂：激活酶，葉綠素的重要組成部分

(5)生長因素：氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素等。微生物的營養(yǎng)各類微生物所生長的溫度范圍不同，約為5℃～80℃

。溫度范圍，分為最低、最高和最適生長溫度（是指微生物生長速度最快時溫度）。依微生物適應(yīng)的溫度范圍，微生物可以分為中溫性（20～45℃）、好熱性（高溫性）（45℃以上）和好冷性（低溫性）（20℃以下）三類。當(dāng)溫度超過最高生長溫度時，會使微生物的蛋白質(zhì)迅速變性及酶系統(tǒng)遭到破壞而失活，嚴(yán)重者可使微生物死亡。低溫會使微生物代謝活力降低，進(jìn)而處于生長繁殖停止?fàn)顟B(tài)，但仍保存其生命力。城市污水活性污泥法：最適溫度15～30℃，限制10～35℃微生物的生長環(huán)境影響微生物生長的環(huán)境因素微生物的營養(yǎng)溫度pH溶解氧有毒物質(zhì)不同的微生物有不同的pH適應(yīng)范圍。細(xì)菌、放線菌、藻類和原生動物的pH適應(yīng)范圍是在4～10之間。大多數(shù)細(xì)菌適宜中性和偏堿性（pH＝6.5～8.5）的環(huán)境。廢水生物處理過程中應(yīng)保持最適pH范圍。當(dāng)廢水的pH變化較大時，應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池，使進(jìn)入反應(yīng)器（如曝氣池）的廢水，保持在合適的pH范圍。微生物的生長環(huán)境影響微生物生長的環(huán)境因素微生物的營養(yǎng)溫度pH溶解氧有毒物質(zhì)微生物的生長環(huán)境影響微生物生長的環(huán)境因素溶解氧是影響生物處理效果的重要因素。好氧微生物處理的溶解氧一般以2～4mg/L為宜。溶解氧過高，耗能大，不經(jīng)濟(jì)。溶解氧過低，絲狀菌異常繁殖，誘發(fā)污泥膨脹。微生物的營養(yǎng)溫度pH溶解氧有毒物質(zhì)微生物的生長環(huán)境影響微生物生長的環(huán)境因素在工業(yè)廢水中，有時存在著對微生物具有抑制和殺害作用的化學(xué)物質(zhì)，這類物質(zhì)我們稱之為有毒物質(zhì)。其毒害作用主要表現(xiàn)在細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)遭到破壞以及菌體內(nèi)的酶變質(zhì)，并失去活性。在廢水生物處理時，對這些有毒物質(zhì)應(yīng)嚴(yán)加控制，但毒物濃度的允許范圍，需要具體分析。微生物的營養(yǎng)溫度pH值溶解氧有毒物質(zhì)有辦法知道確切的生物量嗎？有人曾企圖通過直接測定污泥中細(xì)胞的DNA量、有機氮量、三磷酸腺苷（ATP）量、脫氫酶活力等指標(biāo)去反映活性污泥的活力，這種方法既復(fù)雜又不準(zhǔn)確，且微生物含量不斷變化。按McKinney的分析：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii式中：Ma——具備活性細(xì)胞成分；Me——內(nèi)源代謝殘留的微生物有機體；Mi——未代謝的不可生化的有機懸浮固體；Mii——吸附的無機懸浮固體。

4.2.2活性污泥處理系統(tǒng)的控制指標(biāo)與設(shè)計、運行操作參數(shù)

（1）混合液懸浮固體濃度(mg/L)

混合液懸浮固體是指曝氣池中廢水和活性污泥共同的混合液體的懸浮固體濃度。用MLSS表示。MLSS=Ma+Me+Mi+Mii

（2）混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度(mg/L)

混合液懸浮固體中的有機物量稱為混合液體揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS），用它表示活性污泥微生物量比用MLSS更為切合實際。MLVSS=Ma+Me+MiMLVSS與MLSS有一定的比值，例如生活污水的比值為0.75左右。1.混合液中活性污泥微生物量的指標(biāo)按有機性和無機性成分：處理生活污水的活性污泥MLVSS:75%NVSS:25%MLSS表示懸浮固體物質(zhì)總量，MLVSS揮發(fā)性固體成分表示有機物含量，MLNVSS灼燒殘量，表示無機物含量。MLVSS包含了微生物量，但不僅是微生物的量，由于測定方便，目前還是近似用于表示微生物的量。MLVSS:一般范圍為55％~75％NVSS:一般范圍為25％~45％污泥沉降比：SV取混合液至1000mL量筒，靜止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的體積，以占混合液體積的比例（%）表示污泥沉降比。SV值在15~30%左右。污泥容積指數(shù)：SVISV不能確切表示污泥沉降性能，故人們想起用單位干泥形成濕泥時的體積來表示污泥沉降性能，簡稱污泥指數(shù)，單位為mL/g。

1L混合液沉淀30min的活性污泥體積（mL）SV(mL/L)SVI=1升混合液中懸浮固體干重（g）)MLSS(g/LSVI一般為70～150(ml/g)時沉降性能較好，過低無機物含量過高，污泥活性不好，過高易出現(xiàn)污泥膨脹。2.活性污泥的沉降性能及其評價指標(biāo)污泥在曝氣池內(nèi)的平均停留時間

,又稱固體平均停留時間（SRT）

式中——凈增剩余污泥量（m3/d）QW——剩余污泥排除量（m3/d）Xe——凈化水的污泥濃度（mg/L）Xr——剩余污泥濃度（mg/L）。

由于隨著凈化水排出的Xe很小，所以：

3.污泥齡θc（ts）BOD負(fù)荷：污泥負(fù)荷和容積負(fù)荷

（1）BOD—污泥負(fù)荷Ns（Ls）：指單位重量活性污泥在單位時間內(nèi)所承受的有機污染物量，并將其降解到預(yù)定的程度，污泥負(fù)荷的實質(zhì)是F/M。單位是kgBOD5/kgMLSS·d

（2）BOD—容積負(fù)荷Nv

（Lv）：指單位曝氣池有效容積在單位時間內(nèi)所承受的有機污染物量，并將其降解到預(yù)定的程度，單位是kg（BOD5）/m3·d

4.BOD污泥負(fù)荷率與BOD容積負(fù)荷率

從二沉池返回到曝氣池的回流污泥量QR

與污水流量Q之比，常用％表示。

則曝氣池內(nèi)混合液滿足：

污水進(jìn)入曝氣池后，在曝氣池中的平均停留時間，也稱水力停留時間。5.污泥回流比（R）6.曝氣時間(t)4.3活性污泥反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)生物化學(xué)反應(yīng)是一種以生物酶為催化劑的化學(xué)反應(yīng)。污水生物處理中，人們總是創(chuàng)造合適的環(huán)境條件去得到希望的反應(yīng)速度。

生化反應(yīng)動力學(xué)目前的研究內(nèi)容：

(1)底物降解速率與底物濃度、生物量、環(huán)境因素等方面的關(guān)系；(2)微生物增長速率與底物濃度、生物量、環(huán)境因素等方面的關(guān)系；(3)反應(yīng)機理研究，從反應(yīng)物過渡到產(chǎn)物所經(jīng)歷的途徑。

生化反應(yīng)動力學(xué)

活性污泥反應(yīng)動力學(xué)研究的假定條件

①曝氣池為完全混合式；②在穩(wěn)定狀態(tài)下；③進(jìn)水和出水中沒有微生物；④二沉池中不發(fā)生微生物對有機物的降解；