【正文】 教學要求 掌握活性污泥法的基本原理及其反應機理 。 理解活性污泥法的重要概念與指標參數(shù) 。 理解活性污泥反應動力學基礎及其應用 。 掌握曝氣理論 。 熟練掌握活性污泥系統(tǒng)的計算與設計 。 時間安排 20h（ 其中機動 2h） 第四章 污水的生物處理 一、活性污泥法的基本原理 1. 基本概念與流程 ? 活性污泥 (activated sludge)：是由多種好氧微生物、某些兼性或厭氧微生物以及廢水中的固體物質、膠體等交織在一起的呈黃褐色絮體。 ? 活性污泥法：是以活性污泥為主體的污水生物處理技術。 ? 實質：人工強化下微生物的新陳代謝 (包括分解和合成 )， ? 活性污泥法的工藝流程： (p123圖 4－ 16） ：包括初次池、調節(jié)池和水解酸化池，主要作用是去除 SS、調節(jié)水質，使有機氮和有機磷變成 NH+4或正磷酸鹽、大分子變成小分子，同時去除部分有機物。 ：工藝主體，其通過充氧、攪拌、混合、傳質實現(xiàn)有機物的降解和硝化反應、反硝化反應。 ：泥水分離 ,澄清凈化、初步濃縮活性污泥。 生物處理系統(tǒng)：微生物或活性污泥降解有機物，使污水凈化，但同時增殖。為控制反應器微生物總量與活性，需要回流部分活性污泥，排出部分剩余污泥；回流污泥是為了接種，排放剩余污泥是為了維持活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定或MLSS恒定。 活性污泥的特征與微生物 ①特征 a、形態(tài) :在顯微鏡下呈不規(guī)則橢圓狀 ,在水中呈“絮狀”。 b、顏色：正常呈黃褐色，但會隨進水顏色、曝氣程度而變（如發(fā)黑為曝氣不足，發(fā)黃為曝氣過度）。 c、理化性質： ρ=～ ，含水率 99%，直徑大小 ～ ，表面積 20～ 100cm2/ml， pH值約 ，有較強的緩沖能力。其固相組分約有 75～ 85%有機物。 d、生物特性：具有一定的沉降性能和生物活性。（理解：自我繁殖、生物吸附與生物氧化）。 e、組成：由微生物群體 Ma，微生物殘體 Me，難降解有機物 Mi，無機物 Mii四部分組成。 ②微生物組成及其作用 ? 組成：包括細菌真菌、原生動物、后生動物及其食物鏈。 ? 細菌：以異養(yǎng)型原核生物 (細菌 )為主 ,數(shù)量 107～ 108個 /ml，自養(yǎng)菌數(shù)量略低。其優(yōu)勢菌種：產(chǎn)堿桿菌屬等，它是降解污染物質的主體，具有分解有機物的能力。 ? 真菌：由細小的腐生或寄生菌組成，具分解碳水化合物，脂肪、蛋白質的功能 ,但絲狀菌大量增殖會引發(fā)污泥膨脹。 ? 原生動物：肉足蟲，鞭毛蟲和纖毛蟲 3類、捕食游離細菌。其出現(xiàn)的順序反映了處理水質的好壞（這里的好壞是指有機物的去除），最初是肉足蟲，繼之鞭毛蟲和游泳型纖毛蟲；當處理水質良好時出現(xiàn)固著型纖毛蟲，如鐘蟲、等枝蟲、獨縮蟲、聚縮蟲、蓋纖蟲等 。 后生動物 (主要指輪蟲），捕食菌膠團和原生動物，是水質穩(wěn)定的標志。因而利用鏡檢生物相評價活性污泥質量與污水處理的質量。 ? 思考題：后生動物的出現(xiàn)反映了處理水質較好，因此能否說明出水氨氮較低，氨氮在生物處理過程中被硝化？ ③ 微生物增殖與活性污泥的增長： a、微生物增值：在污水處理系統(tǒng)或曝氣池內(nèi)微生物的增殖規(guī)律與純菌種的增殖規(guī)律相同，即停滯期（適應期），對數(shù)期，靜止期（也減速增殖期）和衰亡期（內(nèi)源呼吸期）。 b、從時間上看： ? 停帶期：污泥馴化培養(yǎng)的最初階段，即細胞內(nèi)各種酶系統(tǒng)的適應期。此時菌體不裂殖、菌數(shù)不增加。 ? 對數(shù)期：細胞以最快速度進行裂殖，細菌生長速度最大，此時微生物的營養(yǎng)物質豐富，生物生長繁殖不受底物或基質限制。如 A段；在此階段微生物增長的對數(shù)值與時間呈直線關系。其微生物數(shù)量大，但個體小，其凈化速度快，但效果較差，只能用于前段處理 （相當于生物一級強化工藝）。 ? 減速增殖期：由于營養(yǎng)物質被大量耗消，此時細胞增殖速度與死亡速度相當?；罹鷶?shù)量多且超于穩(wěn)定，個體趨于成熟。如 B段（相當于二級處理）。 ? 衰亡期：營養(yǎng)物基本耗盡，微生物只能利用菌體內(nèi)貯存物質，大多數(shù)細胞出現(xiàn)自溶現(xiàn)象，細菌死亡多，增殖少，但細胞個體最大、凈化效果強（對有機物而言）。同時，自養(yǎng)菌比例上升，硝化作用加強。如氧化溝或硝化段（相當于二級半或延時曝氣工藝）。 可見不同增殖期對應于不同微生物組合，對應于不同生物處理工藝。 C、從空間看： 由前至后污染物濃度不斷降低，微生物數(shù)量由對數(shù)期逐步過渡至衰亡期，微生物組成由細菌逐步過度為輪蟲等，水質逐步變好 —— 類似于水體自凈這一污水處理的原型。 ④絮體形成： ? 活性污泥的核心 —— 菌膠團，它是成千上萬細菌相互粘附形成的生物絮體。其在對數(shù)增長期，個體處于旺盛生長，其運動活性大于范性華力，菌體不能結合；但到了衰亡期，動能低微，范過華力大，菌體相互粘附，形成生物絮體，因此靜止期與衰亡期個體是活性污泥的重要微生物。 活性污泥反應（凈化）機理： ? 反應或凈化：指有機污染物作為營養(yǎng)物質被微生物攝取、代謝與利用的過程，是物理、化學、生物化學作用的綜合，其機理如下： 1）初期吸附去除： ? 污水與活性污泥接觸 5～ 10min，污水中大部分有機物 (70%以上的 BOD， 75%以上 COD)迅速被去除。此時的去除并非降解 ,而是被污泥吸附 ,粘著在生物絮體的表面，這種由物理吸附和生物吸附交織在一起的初期高速去除現(xiàn)象叫初期吸附。 ? 思考題：為什么說是吸附？ 其吸附速度取決于 ： ? ①微生物的活性程度 — 饑餓程度，衰亡期最強； ? ②水動力學條件：泥水接觸或混合越迅速、越均勻、液膜更新越快，接觸時間越長則越好；泥水接觸水力學狀態(tài)以湍流或紊流為好，但過大會擊碎絮體。 2）微生物的代射 ? 被吸附的有機物粘附在絮體表面，與微生物細胞接觸，在滲透膜的作用下，進入細胞體內(nèi)，并在酶的作用下要不被降解，要不被同化成細胞本身。 a、分解代謝： CXHYOZ＋ (X＋ － )O2 酶 XCO2 ＋ ＋ Q b、合成代謝： nCXHYOZ＋ nNH3＋ n(X＋ － )O2酶 (C5H7NO2 ) n＋ n(X－ 5) CO2 ＋ (Y－ 4) H2O ? 其代謝產(chǎn)物的模式如下圖： ? 具體代謝產(chǎn)物的數(shù)量關系如下圖：即 1/3被氧化分解， 80％ 2/3=53%左右通過內(nèi)源呼吸降解 ,14%左右變成了殘物。 ? 從上述結果可以看出，污染物的降解主要是通過靜止期、衰亡期微生物的內(nèi)源呼吸進行 ,并非直接的生物氧化 (僅 33％ )。 ? 引申出的問題：在利用對數(shù)期微生物進行污水凈化的裝臵中加大曝氣強度，能否提高處理效果？ 二、活性污泥凈化反應 影響因素與主要設計、運行參數(shù) 影響因素 a、營養(yǎng)物組分：有機物、 N、 P、以及 Na、 K、 Ca、 Mg、Fe、 Co、 Ni等（營養(yǎng)物和污染物只是以數(shù)量及其比例相對而言）。 比例：進水 BOD： N： P＝ 100:5: