生化处理好氧

第三章水的生物化学处理法第一节废水处理微生物学基础第二节好氧悬浮生长系统处理技术第三节好氧附着生长系统处理技术第四节厌氧生物处理技术第五节生物脱磷脱氮技术第六节水处理厂污泥处理技术第一节废水处理微生物学基础(一）废水处理中的微生物）后生动物（轮虫、线虫毛类、纤毛类）原生动物（肉足类、鞭动物型真菌（酵母、霉菌）球衣菌）高等（放线、铁、硫、）低等（球、杆、螺旋菌细菌菌类藻）藻类（蓝藻、绿藻、硅植物型。氧、厌氧、兼性微生物按利用氧的能力分为好以活性污泥生态系为例：细菌类（异氧型原核细菌为主）真菌类原生动物（绒足虫，纤毛虫，鞭毛虫）后生动物（轮虫）可根据活性污泥中微生物的种类和数量来判断活性污泥的性质。（见书图3-1）后生动物原生动物细菌类真菌类第一节废水处理微生物学基础第一节废水处理微生物学基础（二）微生物分解有机物的过程1好氧微生物分解有机物的过程固体、胶体态有机物吸附分解溶解态吸附胞内+O2原生质合成氧化代谢产物+能量微生物增殖部分内源呼吸部分+能量余能释放CO2、H2O、NH3、SO4、PO4第一节废水处理微生物学基础2厌氧微生物分解有机物的过程分为两个阶段：（1）产酸阶段（酸性消化阶段）兼性厌氧菌、专性厌氧菌、产酸细菌把复杂的有机物转化为简单的有机酸等。pH↓（2）产甲烷阶段（碱性消化阶段）专性很强的厌氧菌—产甲烷菌把简单的有机物分解为CH4、CO2等。pH↑生活污水厌氧消化气成分：CH4：50～75%，CO2：20～30%，发热量Qv=（2.1～2.5）×104KJ/m3第一节废水处理微生物学基础(三）细菌生长曲线及Monod公式细菌生长曲线大多数细菌的生长过程一般具有四个明显的生长阶段：迟缓期对数增长期减速增长期内源呼吸期图3-4：比增长速率与基质浓度间的关系微生长动力学莫诺（Monod）基本方程式:式中：μ—微生物的比增殖速度，，d-1；μm—微生物的最大比增殖速度，d-1；ks—半速度常数，即μ=μm/2时的基质浓度；S—残存于溶液中的基质浓度。SkSsmdtdxx1第一节废水处理微生物学基础微生物的增殖速率●不考虑内源代谢时（mg/L·d）式中：X=细菌浓度,（mg/L）；两种边界情况：（1）在基质非常充分的初级阶段，Sks,ks可忽略不计，上式简化为：即细菌增长速率与基质浓度无关，呈零级反应，k0＝μmSkSXXdtdXsmXkXdtdXm0第一节废水处理微生物学基础（2）在低基质浓度时，Sks,S可忽略不计，此时：smkSXSkXSkdtdXsm1细菌的增长速率遵循一级反应规律。基质降解速率和细菌增长的速率之间有以下关系：dtdSYdtdX因此，基质降解速率与基质浓度间的关系为：)(SkYSXdtdSsmY称为产率系数。第一节废水处理微生物学基础微生物的增殖速率●不考虑内源代谢时（mg/L·d）●考虑内源代谢时，微生物的净增殖速率式中：k0=μm；kd—内源衰减系数（d-1）XSKSXdtdXsmXKSKSKXKSKSXdtdXdsdsm)(0第一节废水处理微生物学基础（四）水的生化处理法有针对性地、高效率地利用微生物氧化分解水中有机污染物的处理方法。1、处理对象①去除水中的溶解态和胶体态有机物；②降解水中N、P等营养物的含量；第一节废水处理微生物学基础2、好氧与厌氧生物处理的区别（1）起作用的微生物群不同好氧：好氧、兼性微生物；厌氧：厌氧微生物（2）有机物分解产物不同有机物中的元素CHNSP好氧产物CO2H2ONO2-、NO3-SO42-PO43-厌氧产物CH4H2ON2、NH3、胺H2SPO43-、PH3第一节废水处理微生物学基础（3）反应速率不同好氧：快4～8h；厌氧：慢，十几～几十小时（4）对水质的要求不同（5）动力消耗不同厌氧约为好氧的1/10pH温度营养化进水有机物浓度(BOD5)好氧6～915～30℃BOD5:N:P=100:5:1100～1000mg/L厌氧6.5～8.0低温5～15℃中温30～35℃高温50～55℃BOD5:N:P=200:5:1＞1000mg/L几千mg/L第一节废水处理微生物学基础3、影响微生物生长的环境因素（1）温度：好氧（15～30℃）；厌氧（5～15℃、30～35℃、50～55℃）（2）pH：4.0～9.5可生长，最宜6.5～7.5（3）营养物：C、N、P、S、K、Mg、Ca等好氧：BOD5:N:P=100:5:1厌氧：BOD5:N:P=200～300:5:1（N—以NH3-N计；P—以PO4-P计）（4）有毒物：重金属离子，酚、硫化物等第二节好氧悬浮生长系统处理技术好氧悬浮生长系统处理工艺有：（1）活性污泥法（2）曝气氧化塘（3）好氧消化法（4）高负荷氧化塘（一）普通活性污泥法1、基本原理（1）活性污泥是一种人工培养的生物絮凝体，它是由好氧微生物（包括细菌及其它菌类、微型动物，但主要是好气菌胶团及其吸附的有机物质和无机物质）所组成，具有吸附和分解废水中有机物的能力，显示出生物活性。（一）普通活性污泥法活性污泥组成：①活性微生物Ma，约占总量的25～50%；②微生物内源呼吸残余物Me，约占0～17%；③吸附的不可降解有机物及可降解而尚未降解的有机物Mi，约占5～65%；④惰性无机物Mii，约占20～30%；活性污泥生态系细菌类（异氧型原核细菌为主）真菌类原生动物（绒足虫，纤毛虫，鞭毛虫）后生动物（轮虫）可根据活性污泥中微生物的种类和数量来判断活性污泥的性质。（见书图3-1）后生动物原生动物细菌类真菌类（一）普通活性污泥法（一）普通活性污泥法（2）活性污泥法以悬浮在水中的活性污泥为主体，在对微生物生长有利的环境条件下和污水充分接触，通过吸附、氧化分解，生物凝聚和重力沉降而去除有机污染物的方法。（一）普通活性污泥法（3）基本工艺流程进水初沉池曝气池二沉池出水回流污泥剩余污泥（一）普通活性污泥法（4）活性污泥法的净化过程与机理主要经历三个阶段：•吸附阶段：污泥与活性污泥接触后的很短时间内，水中有机物（BOD）迅速降低;•氧化阶段:在有氧条件下，微生物将吸附的一部分有机物氧化分解获取能量，另一部分则合成新的细胞。这一阶段比吸附阶段慢的多。•絮凝体形成与凝聚沉降阶段：上阶段合成的菌体有机体絮凝形成絮凝体，通过重力沉降从水中分离出来，使水得到净化。（一）普通活性污泥法2、活性污泥的性能指标活性污泥的特性具有巨大的表面积，2000~10000m2/m3混合物吸附能力大。具有较强的氧化分解有机物的能力。具有凝聚沉淀能力。便于泥水间的分离。活性污泥的综合性能可用以下几项指标表示：（1）混合液悬浮固体MLSS（MixedLiquorSuspendedSolids）（又称活性污泥浓度）（2）混合液挥发性悬浮固体MLVSS（MixedLiquorVolatileSuspendedSolids）（3）污泥沉降比SV%（SettlingVelocity）（4）污泥（体积）指数SVI（SludgeVolumeIndex）（简称污泥指数SI）（5）污泥龄θc（SludgeAge）（1）混合液悬浮固体MLSS（又称活性污泥浓度）定义：曝气池中单位体积混合液所含悬浮固体的总质量。单位：g/L或mg/L组成：活性微生物Ma、微生物内源呼吸残余物Me、吸附的不可降解有机物Mi、无机物Mii。意义：间接地反映混合液中所含微生物的浓度普通活性污泥法，MLSS约为2～3g/L（2）混合液挥发性悬浮固体MLVSS定义：曝气池中单位体积混合液中挥发性悬浮固体的质量。对于生活污水及类似城市污水，f=0.75左右。MLSSMLVSSf（3）污泥沉降比SV%定义：指一定量的曝气池混合液静置沉降30min后，沉淀污泥体积占混合液总体积的百分数。又称30min沉降率。意义：指导曝气池的运行。①正常运行时，SV%过高时需排出部分污泥，否则，污泥量过大，耗氧快，导致缺氧而影响处理效果。②非正常运行时，SV%过高时，也可能表明污泥的沉降性能差，应查明原因，采取措施。对于城市污水，SV%约为15～30%。（4）污泥（容积）指数SVI（简称污泥指数SI）定义：曝气池出口处混合液经30min静止沉淀后，1g干污泥所占的湿污泥的体积。以mL/g干计。意义：反映污泥的活性（松散程度）和凝聚沉降性能。SVI过低，说明泥粒细小、紧密，无机物含量多，活性吸附能力差；SVI过高，说明泥粒太疏松，沉降性能差。有可能或已发生污泥膨胀（污泥结构极度松散而不易沉降的现象），影响出水水质。MLSS10SVl）混合液污泥浓度（g/10（%）混合液30分钟沉降比SVISVI与污泥沉淀性能的定性关系：SVI＜100，沉降性能好；SVI＝100～200，沉降性能一般；SVI＞200，沉降性较差。对于生活污水和城市污水，SVI通常控制在50～150之间，最佳70~100。例：若曝气池SV%=20%，MLSS=2000mg/L，求：污泥指数SVI。解：120mL/g25001030MLSS10SVSVI1000/（5）污泥龄θc定义：指新增的污泥在曝气池中的平均停留时间，d。意义：污泥龄是一个十分重要的参数，它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。污泥龄越长，有机物氧化稳定的越彻底，处理效果好，剩余污泥量少；反之，有机物氧化不彻底，出水效果差，剩余污泥老化，影响沉淀效果。θc与细菌增长处于那个生长阶段直接有关。普通活性污泥法：θc=2～4d完全混合式活性污泥系统生物过程动力学满足质量平衡式:(结合图3-6）(具体推导见书P212)污泥龄计算：式中：Q0，Qw,QR—进水、排放和回流污泥流量(m3/d）X0,X,Xe,Xu—进水、曝气池混合液中、出水、底流中污泥浓度（Kg/m3）Sw,S—进水、曝气池中有机物浓度（Kg/m3）V—曝气池有效容积（m3）uweeuwew0uwcXQVXXQXQVX)XQ(QXQVXθ出水中的污泥量每日排放的剩余污泥量量曝气池中工作的污泥总流出系统的有机物量消耗量进入系统的微生物量流出系统的微生物量增长量进入系统的微生物量图3-7完全混合型曝气系统示意图（一）普通活性污泥法曝气过程的机理①曝气方法—曝气装置（见书P136-139）●鼓风曝气；●机械曝气（叶轮曝气、转刷）；●鼓风—机械曝气。②氧转移速率公式：式中:dC/dt—单位体积清水中氧的转移率（mg/(L.h)）；KLa—清水中氧的总转移系数（h-1）；Cs—清水中氧的饱和溶解度（mg/L）；C—清水中氧的实际浓度（mg/L）。影响氧转移的因素：●污水水质●水温●氧分压●搅拌强度)(CCaKdtdCsL③衡量曝气设备效能的指标：●动力效能：1度电所能转移到液体中去的氧量；●氧转移效率Ea：鼓风曝气转移到液体中的氧占供给量的百分比如：钟罩形扩散器为17～18%，穿孔管式6～8%/。●充氧能力：机械曝气（叶轮、转刷）在单位时间内转移到液体中的氧量（Kg/h）（一）普通活性污泥法3、曝气池的类型与构造（P215-217）根据混合液的流型分为：(氧化沟）循环混合式完全混合式推流式混合液流型合建式分建式沉池的关系曝气池与环状跑道方形圆形长方形廊道形平面形状混合曝气池机械机械曝气池鼓风曝气池采用的曝气方法（一）普通活性污泥法4、活性污泥法的运行方式(1)普通活性污泥法(又称传统活性污泥法)(2)渐减曝气活性污泥法(3)多点进水活性污泥法(阶段曝气活性污法)(4)完全混合活性污泥法（加速曝气法和延时曝气法）(5)生物吸附法(又称接触稳定法或吸附再生法）(6)间歇曝气活性污泥法（SBR法）(1)普通活性污泥法(传统活性污泥法)●基本流程污水曝气池混合液二次沉淀池处理水污泥井回流污泥剩余污泥压缩空气●工艺特征A、曝气池为长方形，水流形态为推流式，曝气时间6-8h；B、生物吸附和氧化两个阶段在同一曝气池内接续进行，有