好氧生物处理

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。
二、 曝气设备和曝气池的构造
构成活性污泥法的三个要素
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。
③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
剩余污泥
鼓风机房
污泥脱水车间
UV消毒 排放
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
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
曝气设备性能指标
比较各种曝气设备性能的主要指标
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％。
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。
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）
3、污水的好氧生物处理
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。
一组活性污泥图片
2、活性污泥的性质
颜色 味道 状态 相对密度 粒经 比表面积
黄褐色
土Βιβλιοθήκη Baidu味
似矾花絮绒颗粒 曝气池混合液：1.002～1.003 回流污泥：1.004～1.006 0.02～0.2mm 20～100cm2/mL
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 + Mii 1） Ma—具有代谢功能的活性微生物群体
表示活性污泥数量的指标： 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 ③ MLNVSS，灼烧残量，表示无机物含量。
处理生活污水的活性污泥
MLVSS: 70% NVSS: 30%
MLVSS: 一般范围为55％~75％
NVSS: 一般范围为25％~45％
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
一、基本概念
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。
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。
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
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。
4、活性污泥的评价指标
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
一、基本原理
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。
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。
分解代谢 (异化作用)
新陈代谢
合成代谢 (同化作用)
复杂物质分解为简单物质
释放能量 吸收能量
能量代谢
物质代谢
简单物质合成为复杂物质
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
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
②水温T 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。
C 5 H 7 O 2 N n ＋ 5 n O 2 5 n C 2 ＋ 2 n H 2 O ＋ n N 3 ＋ H H
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℃。
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
鼓风曝气
空气净化器 鼓风机 空气输配管系统 扩散器
机械曝气 表面曝气机
竖式曝气机 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
在废水生物处理系统中，氧的传递速率可用下式表示：
dC/dt=Kla(Cs－C)
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
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。
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)
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？
③污泥龄（ θC ）
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。
（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。
曝气池
鼓风曝气
空气净化器
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。
鼓风机
空气输配 管系统
扩散器
过
过滤器压力损失监测
滤
器
与
进
口
消
音
器
鼓风曝气
空气净化器
鼓风机
空气输配 管系统 扩散器
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。
二、 好氧生物处理的基本反应
1、氧化与合成反应
CxHyOz＋ x＋ 4y－ 2zO2 xC2＋ O2yH2O＋ H 和化学方程式：
nCxHyOz＋ nN3＋ Hnx＋ 4y－ 2z－ 5O2 C5H7O2Nn＋ nx－ 5C2＋ On2y－ 4H2O－ H
2、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：
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
混凝阶段
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。
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
活性污泥的沉降浓缩性能评价指标
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：SVI
SV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。
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。
类别
生长温度 最低 最适 最高
备注
低温微生物 -5-0 10-20 25-30 水中微生物
中温微生物 5-10 20-40 45-50 大多数腐生微生物
高温微生物 25-45 50-60 70-80 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。