好氧生物处理

第五章水的好氧生物处理•水的生物处理技术是对自然界已存在的微生物代谢水中有机物的生理机能进行人工强化，创造有利于微生物生长繁殖的良好环境，使水中有机污染物得以降解去除的水处理技术。•生物处理的目的是利用微生物的作用来去除污水中的有机物和植物性营养物，以及通过生物絮凝去除胶体颗粒。广泛应用于城市污水（90﹪以上）和各种工业有机废水处理。授课内容第一节好氧生物处理的基本原理第二节活性污泥法第三节生物膜法教学目标1、理解好氧生物处理的基本原理及影响好氧生物处理的因素；2、掌握活性污泥的性能指标、活性污泥的增长规律和曝气方法；3、熟悉活性污泥法降解有机物的过程；4、了解曝气池的构造、主要运行方式与几种新型活性污泥法；5、理解生物膜法的作用机理；6、熟悉生物膜法的类型；7、掌握生物膜法的工艺流程和运行管理。教学重点1、好氧生物处理的基本原理及影响好氧生物处理的因素；2、活性污泥的性能指标、活性污泥的增长规律和曝气方法；3、生物膜法的作用机理；4、生物膜法的工艺流程和运行管理。第一节好氧生物处理的基本原理1、微生物的新陈代谢新陈代谢：微生物不断从外界环境中摄取营养物质，通过生物酶催化的复杂生化反应，在体内不断进行物质转化和交换的过程。分解代谢：分解复杂营养物质，降解高能化合物，获得能量。合成代谢：通过一系列的生化反应，将营养物质转化为复杂的细胞成分。一、基本概念新陈代谢合成代谢(同化作用)分解代谢(异化作用)复杂物质分解为简单物质简单物质合成为复杂物质吸收能量释放能量能量代谢物质代谢2、微生物的生长规律微生物的生长规律一般是以生长曲线来反映。按微生物生长速率，其生长可分为四个生长期停滞期（调整期）对数期（生长旺盛期）静止期（平衡期）衰老期（衰亡期）好氧生物处理是在有游离氧（分子氧）存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，故处理构筑物容积较小。且处理过程中散发的臭气较少。所以，目前对中、低浓度的有机废水，或者说BOD5浓度小于500mg/L的有机废水，基本上采用好氧生物处理法。3、污水的好氧生物处理二、好氧生物处理的基本反应1、氧化与合成反应HOHCONOHCONHOHCHOHCOOOHC－－＋－＋－－＋＋＋和化学方程式：＋＋－＋＋22n27523zyx222zyx4y2n5xn52z4yxnnn2yx2z4yx2、内源呼吸反应微生物对自身的细胞物质进行氧化分解，并提供能量即内源呼吸。内源呼吸反应式如下：HNHOHCOONOHC＋＋＋＋3222n275nn2n5n5三、影响好氧生物处理的因素1、营养物质好氧生物处理中对碳、氮、磷三种元素的营养比例要求一般为BOD:N:P=100:5:1。2、温度微生物按其生长温度的不同，可分为低温微生物、中温微生物和高温微生物。好氧生物处理一般在15－40℃内运行，温度低于10℃或高于40℃，都会使微生物代谢活动降低或蛋白质变性以及酶系统被破坏，从而使去除BOD的效率大为降低。因此废水生物处理中进水温度一般控制在20－30℃。类别生长温度备注最低最适最高低温微生物中温微生物高温微生物-5-05-1025-4510-2020-4050-6025-3045-5070-80水中微生物大多数腐生微生物土壤、堆肥、温泉微生物3、pH废水生物处理中，保持微生物的最适pH范围十分重要，当反应器中pH偏离此范围时，对微生物的生长造成不良影响，反应器不能正常运转。好氧生物处理中，系统在中心环境运行最佳，一般在pH值6.5－9范围内最好。4、溶解氧好氧微生物的正常生长与水中溶解氧含量有密切关系，在好氧生物反应器中，溶解氧一般为2－4mg/L。5、有毒物质主要指重金属及其化合物、酚、氰等物质。微生物对有毒物质的承受力有一定的浓度范围。最好通过实验确定。第二节活性污泥法1、什么是活性污泥？由具有活性的微生物、微生物自身氧化的残留物、吸附在活性污泥上不能为生物所降解的有机物和无机物组成、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。一、基本原理一组活性污泥图片2、活性污泥的性质颜色黄褐色状态似矾花絮绒颗粒味道土腥味相对密度曝气池混合液：1.002～1.003回流污泥：1.004～1.006粒经0.02～0.2mm20～100cm2/mL比表面积曝气池曝气池出水堰曝气池混合液配水进入二沉池3、活性污泥组成活性污泥M=Ma+Me+Mi+Mii1）Ma—具有代谢功能的活性微生物群体好氧细菌（异养型原核细菌）真菌、放线菌、酵母菌原生动物后生动物2）Me—微生物自身氧化的残留物3）Mi—活性污泥吸附的污水中不能降解的惰性有机物有机物（75～85%）4）Mii—活性污泥吸附污水中的无机物无机物（由原污水带入的）（15～25%）活性污泥微生物的分类（Ma）1）细菌：（1）异养型原核细菌（107～108个/mL）动胶杆菌属假单胞菌属（在含糖类、烃类污水中占优势）产碱杆菌属（在含蛋白质多的污水中占优势）黄杆菌属大肠埃希式杆菌（2）特征：结合成菌胶团的絮凝体状团粒2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌3）原生动物：鞭毛虫，纤毛虫等。通过辨认原生物的种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生物。原生物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕食者。4）后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中的不经常出现，轮虫的出现是水性稳定的标志。后生动物是细菌的第二捕食者。表示活性污泥数量的指标：处理生活污水的活性污泥MLVSS:70%NVSS:30%①混合液悬浮固体浓度（MLSS）②混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS)表示有机物含量③MLNVSS，灼烧残量，表示无机物含量。MLVSS:一般范围为55％~75％NVSS:一般范围为25％~45％4、活性污泥的评价指标①污泥沉降比：SV取混合液至1000mL或100mL量筒，静止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的体积，以占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比。对于城市污水的活性污泥介于15－30﹪之间。②污泥体积指数：SVISV不能确切表示污泥沉降性能，故人们想起用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能，简称污泥指数，单位为mL/g。SVl一般在50－150之间。1L混合液沉淀30min的活性污泥体积（mL）SV(mL/L)SVI==1升混合液中悬浮固体干重（g）MLSS(g/L)活性污泥的沉降浓缩性能评价指标例题测得曝气池出口处混合液中活性污泥浓度为2500mg/L，1L混合液经30min沉淀后的污泥体积为300ml，则该曝气池混合液的污泥沉降比和污泥指数是多少？也称为微生物细胞平均停留时间（MCRT）或污泥滞留时间（SRT），即每日新增长的活性污泥在曝气池的平均停留时间，也就是曝气池内的活性污泥全部更新一次所用的时间，在工程上，就是指曝气池内活性污泥的总量与每日排出的污泥量的比值。单位为d。污泥龄θC是活性污泥系统设计与运行管理的重要参数，反映了活性污泥吸附有机物以后进行稳定氧化的时间长短。普通活性污泥法的泥龄一般采用5－15d。③污泥龄（θC）5、活性污泥法的基本流程活性污泥法特征1）曝气池是一个生物化学反应器2）曝气池内混合是一个三相混合系统：液相—固相—气相；混合=污水+活性污泥+空气3）传质过程：气象中O2→液相中的溶解氧DO→进入微生物体内（固相）,液相中的有机物→被微生物（固相）所吸收降解→降解产物返回空气相（CO2）和液相（H2O）4）物质转化过程：有机物降解→活性污泥增长6、活性污泥法的净化过程活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为：吸附阶段稳定阶段由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。混凝阶段活性污泥颗粒和游离微生物等固形物相互凝聚成大颗粒絮体7、活性污泥的增长规律活性污泥的增长规律实质上就是活性污泥微生物的增殖规律。活性污泥的增长过程可分为对数增长期、减速增长期和内源呼吸期三个阶段。控制活性污泥增长的决定因素是废水中可降解的有机物量（F）和微生物的量（M）之间的比值，即F：M值。构成活性污泥法的三个要素一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥；二是废水中的有机物，它是处理对象，也是微生物的食料；三是溶解氧，没有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能发挥氧化分解作用。二、曝气设备和曝气池的构造（一）气体传递原理双膜理论的基点是认为在气液界面存在着二层膜（即气膜和液膜）这一物理现象。这两层薄膜使气体分子从一相进入另一相时受到了阻力。当气体分子从气相向液相传递时，若气体的溶解度低，则阻力主要来自液膜。在废水生物处理系统中，氧的传递速率可用下式表示：式中：dc/dt——单位体积清水中氧的转移速率（氧进入水的速率）；Cs—清水中氧的饱和溶解度；C——清水中氧的实际溶解度。KLa——液相总传质系数dC/dt=Kla(Cs－C)上式中的（Cs－C）称为氧的不足量，或称为溶解氧的饱和差，饱和差是氧不断溶解至水中的推动力，饱和差越大，氧的转移速率越大。影响氧转移的因素①污水水质KLa值受污水水质的影响，将会降低，故把用于清水测出的值用于污水，要采用修正系数α水温对氧转移的影响是两方面的。一是T升高，水的粘滞系数降低，Kla增高；反之KLa降低。二是T升高，将会时Cs降低。这两种作用效果不能相会抵消。总的说来，水温降低有利于氧的转移。②水温T③氧分压从常用污水处理流程看曝气系统进厂污水粗格栅污水泵房细格栅沉砂池A2/O反应池UV消毒剩余污泥鼓风机房排放污泥脱水车间泥饼外运（二）曝气的作用与曝气方式曝气作用1.好氧微生物的需氧代谢2.兼性微生物酶的好氧合成3.混合液的搅拌作用（厌氧、缺氧池另加搅拌器）曝气方式：1.鼓风曝气系统2.机械曝气装置：纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器3.鼓风+机械曝气系统4.其他：富氧曝气、纯氧曝气两种曝气示意图鼓风曝气机械曝气（三）曝气设备曝气设备的功能①产生并维持有效的气水接触，并且在生物氧化作用不断消耗氧气的情况下,保持水中一定的溶解氧浓度。②在曝气池内产生足够的混合作用和水的循环流动。③维持液体的足够速度，以使水中的生物处于悬浮状。除此之外，还要求充氧装置的动力效率和氧利用率尽可能高；充氧装置容易维修、不易堵塞，出现故障时易于排除。比较各种曝气设备性能的主要指标3、充氧能力（El）：通过机械曝气装置，在单位时间内转移到清水中的氧量为kgO2/h计。1、动力效率（Ep）：即每消耗1kW·h动力能传递到水中的氧量（或氧传递速率）,单位为kg（O2）/（kW·h）。2、氧利用率(Ea):鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的比例，单位为％。鼓风曝气设备的性能按1、2两项指标评定，机械曝气装置1、3两项指标评定。曝气设备性能指标曝气设备鼓风曝气机械曝气空气净化器鼓风机空气输配管系统扩散器竖式曝气机表面曝气机卧式曝气机1、鼓风曝气鼓风曝气是传统的曝气方法，它由空气净化器、鼓风机、空气扩散装置和风管组成。扩散管示意图曝气头布置曝气池鼓风曝气空气净化器鼓风机空气输配管系统扩散器空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。过滤器与进口消音器过滤器压力损失监测鼓风曝气空气净化器鼓风机空气输配管系统扩散器鼓风机供应压缩空气风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体呈悬浮状态。风压要满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压。罗茨鼓风机：适用于中小型污水厂，噪声大，必须采取消音、隔音措施离心式鼓风机：噪声小，效率高，适用于大中型污水厂常用鼓风机形式a.容积式风机:罗茨鼓风机三叶式罗茨鼓风机外型高速单级鼓风机曝气系统的组成旁通消音器旁通阀生化处理系统过滤器进风消音器鼓风机空气总管调节阀曝气扩散装置进口导叶片调节出口导叶片调节压力DO鼓风机控制系统b、单级高速离心鼓风机丹麦HV-Turbo风机英国Howden风机常用鼓风机形式常用鼓风机形式美国PowerMizer多级风机常用鼓风机形式常用鼓风机形式