【正文】 第三篇 生物處理理論與應(yīng)用 第十一章 污水的生物處理法（一） 活性污泥法 概述 污水生物處理是通過 微生物的新陳代謝 作用 ,將污水中有機物的一部分轉(zhuǎn)化為為微生物的細胞物質(zhì) ,另一部分轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定物質(zhì)的方法。 生物處理的主要作用者是 微生物 ，根據(jù)反應(yīng)中氧氣的需求，可把細菌分為好氧菌．兼性厭氧菌和厭氧菌。 主要依賴好氧菌和兼性厭氧菌的生化作用來完成處理過程的工藝，稱為 好氧生物處理法 ；主要依賴厭氧菌和兼性厭氧菌的生化作用來完成處理過程的工藝，稱為 厭 氧生物處理法。 活性污泥法的重要地位 我國的河流 97%以上都受到有機物的污染 ： 95%以上的城市污水 ,35%以上工業(yè)廢水 。 ： SS ， COD、 90%以上 ： 大 ， 中 ， 小水廠 高 ， 中 ， 低負荷 ， 可自動化 (運行方式多樣 )， 功能多樣化 ， 可脫氮 ， 除磷 活性污泥法研究及應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展 (集中化 ) 微型化 (高負荷，節(jié)省體積 ) ，減少運行費用 ，多功能化(N， P) 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 活性污泥法的理論基礎(chǔ) 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 的茶褐色絮凝體，其中含有大量的活性微生物，這種污泥絮體就是 活性污泥 ?；钚晕勰嗍且约毦?，原生動物和后生動物所組成的活性 微生物為主體，此外還有一些無機物，未被微生物分解的有機物和 微生物自身代謝的殘留物。 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 河流自凈 → 啟示 → 人工強化 命名 根據(jù)生物反應(yīng)器中微生物存在狀態(tài) (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 )和生物膜法 (附著的有活性的生物膜 )，及后來的復(fù)合式 (懸浮，附著 )生物處 理、技術(shù)。 基本流程 污水 → 格柵 → 泵間 → 沉砂池 → 初沉池 → 活性污泥曝氣池 → 二沉池 → 消毒 ：微生物降解有機 物的反應(yīng)場所 ：泥水分離 ：確保曝氣池內(nèi)生物量穩(wěn)定 ：為微生物提供溶解氧，同時起到攪拌混合的作用。 曝氣系統(tǒng)與空氣擴散裝置 活性污泥反應(yīng)器 來自空壓機的空氣 剩余污泥 污泥井 混合液 回流污泥系統(tǒng) 二沉池 處理水 進水 活性污泥法處理系統(tǒng)有效運行得基本條件 3. 活性污泥再曝氣池中呈懸浮狀態(tài) 活性污泥的形態(tài)，組成 形態(tài) 多為黃色或褐色絮體，含水率超過 99％ ，比表面積大。 組成 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。 微生物組成 細菌（ 90％－ 95％，甚至 100％）、真菌、原生動物、后生動物 活性污泥微生物的作用 活性污泥中的有機物、細菌、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。 活性污泥中的細菌以異養(yǎng)型細菌為主。 菌膠團細菌 －－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。 凈化污水的第一承擔(dān)者 －－細菌 凈化污水的第二承擔(dān)者 －－原生動物 指示性動物 －－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 ，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)。 ，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 活性污泥微生物的增殖規(guī)律 : 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)。 : F/M較大，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 (利用有機物不足 ) 活性污泥增長曲線的四個階段 F/M減小，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，污泥沉降性好，出水效果好。 F/M最小， (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)較好。 ，如果營養(yǎng)與污泥之間的比值（常用 F/M表示）高， F/M大于 ，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 ，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降段； F/M小于 ，營養(yǎng)物很少，營養(yǎng)相對不足和能量水平較低，細菌活力低，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。 活性污泥絮凝體的形成： 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。在新細胞合成的同時，還進行著部分老細胞物質(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。 活性污泥凈化污水的過程 活性污泥凈化污水的作用是由吸附和氧化兩個階段完成的，活性污泥在與廢水初期接觸的 20～ 30min內(nèi)，就可以去除 75%以上的 BOD，在于活性污泥具有巨大的表面積（ 2022~10000m2/m3） ,且其表面具有多糖類粘液層。氧化分解在吸附階段之后，所需時間比吸附時間長的多，可見暴氣池的大部分容積是在進行有機物的氧化和微生物的合成。 可降解 有機物 氧化 合成 1/3 2/3 無機物＋能量 新細胞物質(zhì) 無機物＋能量 殘留物質(zhì) 80％ 20％ 內(nèi)源代謝 構(gòu)成活性污泥三要素 微生物 ——— 吸附氧化分解作用 (污泥 ) 有機物 ——— 廢水的處理對象 微生物底物 (營養(yǎng) ) 充足氧氣 、 充分接觸 ————好氧處理的條件 生物絮體形成機理 目前認為絮體是由細菌內(nèi)源代謝分泌的聚合物在微生物之間起粘膠劑的作用，因此只有當(dāng)內(nèi)源代謝分泌聚合物 與微生物成適當(dāng)比例才能形成良好的生物絮體。如果微生物增殖率過高，內(nèi)源代謝分泌的聚合物不是以粘連吸附新增殖的微生物，就不可能形成良好的絮體。如果有機物濃度過低，內(nèi)源代謝產(chǎn)生的聚合物質(zhì)被微生物當(dāng)成食物消耗，則絮體也難以形成。 污泥凈化反應(yīng)過程 對有機物的降解可分兩個階段： ————巨大的比表面積 有機物合成 Δ HOHCO)NOH(CONHOHC 22n275酶23zyx ???? ??????????? ?????? ???Δ H （呼吸作用）COOOHCΔ H ( 內(nèi)源呼吸）OHCOONOHC222yx22酶2275?????ΔH胞外，新的合成ΔH胞內(nèi)，分解為C O 2有機固形物 膠體有機物 溶解性有機物 微生物分解 環(huán)境因素對活性污泥微生物的影響 BOD負荷率（污泥負荷） Ns過低，絲狀菌膨脹 Ns過高，絮體活性高，不易沉降 Ns↗ ， μ （污泥增長） ↗ ， ν （底物降解） ↗ ， Se↗ ， V↓ ，θ c↓ Ns↓ ， μ （污泥增長）， ν ↓ ， Se↓ ， V↓ ， θ c ↗ BOD負荷在 ～ d范圍內(nèi)時， SVI控制在 100左右比較合適。 。 XVQSN 0S ? 營養(yǎng)物質(zhì)： 平衡用 BOD5:N:P的關(guān)系來表示，一般需求為100:5:1生活污水和城市污水含足夠的各種營養(yǎng)物質(zhì)，但工業(yè)廢水含量低。 溶解氧： DO↗ ， μ ↗ ， ν ↗ Se↓ 運行費用高 對于游離細菌來說應(yīng)保持在 對于活性污泥的絮凝體應(yīng)保持在 2mg/L，不低于 1mg/L pH值 ： 最適宜在 － PH， 真菌增長利于絲狀菌易膨脹 PH9時， 菌膠易解體活性污泥凝體遭到破壞。 溫度： 最適宜溫度：在這一溫度下，微生物的生理活動強勁、旺盛，表現(xiàn)在增殖方面則是裂殖速率快，世代時間短。 活性污泥微生物多為嗜溫菌，其適宜溫度 15－ 30℃ 。 小型工業(yè)污水和城市污水應(yīng)保溫。 水溫過高的工業(yè)廢水要降溫。 有毒物質(zhì)（抑制物質(zhì)）： 重金屬、氰化物、 H2S等無機物，酚、醇、醛、燃料等有機物。 但是毒害作用也是當(dāng)有毒物質(zhì)在環(huán)境中達到某一濃度時才能顯露出 來，這個濃度焦灼有毒物質(zhì)的極限允許濃度。 有毒物質(zhì)的毒害作用還與 pH值、水溫、溶解氧、有無其他有毒物質(zhì)、微生物數(shù)量以及是否馴化等因素有關(guān)。 活性污泥法的性能指標(biāo)及其有關(guān)參數(shù) 混合液中活性污泥微生物的指標(biāo) (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 但是毒害作用也是當(dāng)有毒物質(zhì)在環(huán)境中達到某一濃度時才能顯露出來，這個濃度焦灼有毒物質(zhì)的極限允許濃度。 有毒物質(zhì)的毒害作用還與 pH值、水溫、溶解氧、有無其他有毒物質(zhì)、微生物數(shù)量以及是否馴化等因素有關(guān)。 但是毒害作用也是當(dāng)有毒物質(zhì)在環(huán)境中達到某一濃度時才能顯露出來，這個濃度焦灼有毒物質(zhì)的極限允許濃度。 有毒物質(zhì)的毒害作用還與 pH值、水溫、溶解氧、有無其他有毒物質(zhì)、微生物數(shù)量以及是否馴化等因素有關(guān)。 沉降性與濃縮性評價指標(biāo) ： SV% 又稱 30min沉降比 、 混合液在量筒內(nèi)靜置 30min后所形成沉淀污混容積占混合液容積的百分比 ， SV值在 15~30%左右 。 ： SVI 靜置 30min后， 1g干污泥所占的容積，（ ml/g） 這些污泥的干重沉后的污泥容積混合液經(jīng)3 0 m i n 靜S V I ?( m l / g 干污泥)M l s s ( g / l )1 0 ( m l / l )S V % ?? 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。 活性污泥的活性評定指標(biāo) 活性污泥的比耗氧速率（ SOUR一般用 OUR）：單位重量的活性污 泥在單位時間內(nèi)所能消耗的溶解氧量，其單位mgO2/(gMLVSSh)或 mgO2/(gMLSSh) OUR在運行中的重要租用在于反映有機物降解速率，以及活性污泥是否中毒，將用于系統(tǒng)的自動報警。 活性污泥的 OUR一般為 8－ 20 mgO2/(gMLVSSh)，溫度對OUR的影響很大，不同溫度的 OUR沒有可比性，一般在 20℃測 OUR 活性污泥法的設(shè)計與運行參數(shù) BOD負荷： BOD負荷有污泥負荷和容積負荷 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 ， 污泥負荷的實質(zhì)是 F/M。 2. 容積負荷 Nv （ LV） ：指單位暴氣池有效容積在單位時間內(nèi)所承受的有機污染物量 ， 單位