污水的活性污泥法处理

分解代谢与合成代谢是一个协同的、一体化的过程， 它们是密不可分的。微生物的生命过程是营养物质不断被 利用，细胞物质不断合成又不断消耗的过程。在这一过程 中伴随着新生命的诞生，旧生命的死亡和营养物质的转化。 污水的生物化学处理就是利用微生物对污染物（营养物质） 的代谢作用实现的。
(3)微生物的生长条件
后生动物是多细胞动物，在污水生化处理中常见的有 轮虫和线虫等。轮虫以细菌、小的原生动物及有机颗粒等 为食，对污水有一定的净化作用。轮虫也可以作为指示生 物，当活性污泥中出现轮虫时，往往表明处理效果良好。
（2）微生物的代谢
在生命细胞中发生的物质化学转变过程称为代谢。代 谢是生命活动的基本特征之一，生命活动的任何过程都离 不开代谢，代谢一旦停止，生命随之结束。在微生物的代 谢过程中，细胞不断从外部环境中摄取生长需要的能源和 营养物质，同时不断将代谢产物（废物）排泄到外部环境 中去，因此代谢又称为新陈代谢。微生物要靠代谢维持其 生命活动诸如生长、繁殖、运动等。代谢被分为两大类， 即分解代谢和合成代谢。
在这一时期微生物具有繁殖快、活性大、对基质分 解速度快的特点。如果要维持微生物在对数期生长，必须 提供充分的食物，使微生物处于食物过剩的环境中。在这 种情况下，微生物体内能量高，絮凝和沉降性能较差，势 必导致活性污泥处理系统出水中的有机物浓度过高。也就 是说，如果控制微生物处于对数增长期，虽然反应速度快， 但取得稳定的出水是比较困难的。
max
S Ks
S
莫诺方程式表示的关系如图4.2.2所示。
图4.2.2 微生物比增长速度与基质浓度的关系
当基质浓度S 较小时，S＜＜Ks，,是一级反应，即微 生物的增长速度与基质浓度成正比，微生物的增长处于平
衡期；当基质浓度S 很大时，S＞＞Ks，µ ＝ µmax，达
到最大，是零级反应。此时，再增加基质浓度，对微生物 的增长也无影响，微生物的增长处于对数期；当S与Ks相 差不大时，反应级数在0～1之间，是混和级反应，增大基 质浓度，微生物增长速度加快，但与基质浓度不成正比。
真菌包括霉菌和酵母菌，与污水生化处理有关的是多 细胞的霉菌和单细胞的酵母菌。真菌是好氧菌，以有机物 为碳源，常出现于低pH值、分子氧较少环境中。
在污水生化处理设施中，真菌的种类和数目一般没有 细菌和原生动物多，其菌丝常能用肉眼看到。在生物滤池 的生物膜内，真菌形成广大的网状物，具有结合生物膜的 作用。在活性污泥中，如繁殖了大量霉菌，也会引起污泥 膨胀。但在活性污泥中的酵母菌，具有较强的氧化能力。
藻类细胞内含叶绿素及其他辅助色素，能进行光合作 用。在有光线照射时，能利用光能吸收CO2合成细胞物质， 同时放出O2。在夜间无阳光时，则通过呼吸作用取得能量， 吸收O2同时放出CO2。氮、磷的存在会引起藻类的大量繁 殖。
原生动物是最原始的、最低等的单细胞动物，个体很 小，但却是一个完整的有机体，它具备了动物所必需的营 养、呼吸、排泄和生殖等机能。在污水生化处理中，原生 动物虽不如细菌那样重要，但原生动物除具有吞食污水中 有机物颗粒和游离细菌的能力外，还能在一定程度上反映 出污水水质和净化处理的效果。在不同的水质环境中会出 现不同种类的原生动物，因此原生动物可作为指示生物， 指示污水水质和净化处理效果。例如，钟虫在水中的溶解 氧充足时会大量出现，并且很活跃，而在溶解氧较低是则 较少出现，也不活跃或发生虫体变形等现象。
在微生物代谢过程中，不同的基质用于合成微生物细胞
的比例不同，但微生物的增长速度与基质的降解速度之间有
一定的关系：
µ = Y·q
由式（4.2.2） max Y qmax 定义，一起代入式（5-
1），可得：
q
qmax
S Ks
S
③微生物净增长速度
一般在污水的生物化学处理过程中,为了获得较好的 处理效果,通常控制微生物的生长处于平衡期或内源呼吸期 初期，这样，在新细胞合成的同时,部分微生物也存在内源 呼吸而导致微生物细胞物质的减少，使得微生物的净增长 量小于细胞合成量。因此，微生物净增长速度可表达为：
细菌是在自然界分布最广、数量最多、与人类关系最 密切的微生物类群之一。其个体微小，种类繁多，对环境 的适应性强，增长速度快。根据细菌对营养物质需求的不 同，可将其分为自养菌和异养菌两大类。自养菌以CO2为 主要碳源，利用光能或通过氧化某些无机物释放能量，合 成自身细胞物质。异养菌以有机物作为碳源，并利用分解 这些有机物过程中产生的能量作为能源，合成细胞物质。 在污水生物化学处理设施中参与净化作用的微生物主要是 异养菌。
水中常见的 微生物
表4.2.1 水中常见的微生物
具细胞结构微生 物
非细胞结构微生物—病毒界
原核微生物 —原核生物界
蓝细菌（蓝藻） 细菌
真核微生物
真菌界
酵母菌 霉菌
原生生物界
藻类 原生动物
后生动物
水中微生物对水体的自净有重要作用，也是污水生物 化学处理的工作主体。与自然水体中的同类微生物相比， 生活在污水中的微生物，其形态结构、生理特性、遗传变 异等方面都有某些特异性改变，水中污染物浓度和种类等 因素影响着微生物的生长规律和类群分布。
按微生物生长速度不同，生长曲线可划分为如下四个生长时 期（见图4.2.1）：
图4.2.1 活性污泥微生物生长曲线
①适应期(停滞期)
这是微生物培养的最初阶段，由于微生物刚接入新鲜 培养基中，对新的环境还处在适应阶段，所以在此时期微 生物的数量基本不增加，生长速度接近于零。这一时期一 般在活性污泥的培养驯化时或处理水质突然发生变化后出 现，能适应的微生物则能够生存，不能适应的微生物则被 淘汰，此时微生物的数量有可能减少。
情境4 城镇污水处理
本
章
单元1 城镇污水处理对象与方法
内
单元2 城镇污水处理工艺
容
单元3 城镇wenku.baidu.com水处理运行与管理
单元2 城镇污水处理工艺
任务1 污水的物理处理 任务2 污水的活性污泥法处理 任务3 污水的生物膜法处理 任务4 污水的厌氧生物处理 任务5 污水的脱氮除磷 任务6 污水的消毒处理 任务7 污水的回用处理 任务8 污水的自然生物处理 任务9 污泥的处理与处置
在使用莫诺方程式时，S 项必须是限制微生物增长的 营养物质浓度。在污水生物处理过程中，一般认为有机物 是限制微生物增长的营养物质，通常以生化需氧量(BOD) 或化学需氧量(COD)计。
②基质降解速度
在微生物的代谢过程中,一部分基质被降解为低能化 合 物，微生物从中获得能量，一部分基质用于m合ax 成Y qm新ax 的细胞物 质，使微生物体不断增加，因此微生物的增长是基质降解的 结果。
dx dt g
Y dS dt u
Kd x
式（4.2.4）两边同除以 x ，得：
Yq Kd
在生产实践中，产率系数Y 常以实测的表观产率系数 Y obs代替， 表观产率系数Y obs没有包括由于内源呼吸 作用而减少的那部分微生物质量，所以又称微生物净增长 系数。这样，式（4.2.4）和式（4.2.5）可分别改写为：
必须指出，上面所述的生长曲线只是反映了微生物的 生长与基质浓度之间的依赖关系，并且曲线的形状还受供 氧情况、温度、pH值、毒物浓度等环境条件的影响。在 污水生化处理过程中，通过控制基质量（F）与微生物量 （M）的比值F/M，使微生物处于不同的生长时期，从而 控制微生物的活性和处理效果。一般常将F/M值控制在较 低范围内，利用平衡期或内源代谢初期的微生物的生长活 动，使污水中的有机物稳定化，以取得较好的处理效果。
水的生物化学处理是利用微生物的作用来完成的，微 生物的代谢对环境因素有一定的要求。因此，需要给微生 物创造适宜生长繁殖的环境条件，使微生物大量生长繁殖， 才能获得良好的污水处理效果。影响微生物生长繁殖的主 要因素有水温、营养物质、pH值、溶解氧和有毒物质等。
(4)微生物的生长规律
在水的生化处理过程中，微生物是以活性污泥或生物 膜形式存在的混合群体，可以看作是一种微生物的连续培 养过程，即不断给微生物补充食物，使微生物数量不断增 加。将活性污泥微生物在污水中接种，并在温度适宜、溶 解氧充足的条件下培养，按时取样计量，即可得出具有一 定规律的微生物的生长曲线，反映微生物群体在不同培养 环境下的生长情况及微生物群体的生长过程。
任务2 污水的活性污泥法处理
任务2 城镇污水的活性污泥法处理
一、 污水生物处理理论 二、 活性污泥与活性污泥法 三、 曝气系统 四、 活性污泥法运行方式 五、 活性污泥法工艺系统 六、 活性污泥法系统运行维护
一、污水生物处理理论
1.微生物的新陈代谢及规律 （1）微生物的分类 微生物是指所有形体微小、单细胞的或个体结构较为 简单的多细胞，甚至无细胞的，必须借助光学显微镜或电 子显微镜才能观察到的低等生物的通称。微生物类群庞杂、 种类繁多，且繁殖快，易变异，适应能力极强，在环境中 分布极广。
②对数增长期 微生物经历了适应期后，已适应了新的培养环境，
在营养物质（基质）较丰富的条件下，微生物的生长繁殖 不受基质的限制，开始大量生长繁殖，菌体数量以几何级 数增加，菌体数量的对数值与培养时间呈直线关系，因此， 对数期也被称作指数增长期或等速生长期。增长速度的大 小取决于微生物本身的世代时间及利用基质的能力，即取 决于微生物自身的生理机能。
③平衡期
微生物经过对数增长期大量繁殖后，培养基中的基质 逐渐被消耗，再加上代谢产物的不断积累，使环境条件变 得不利于微生物的生长繁殖，致使微生物的增长速度逐渐 减慢，死亡速度逐渐加快，微生物数量趋于稳定，所以平 衡期又称减速增长期或稳定期。
微生物处于减速增长期时，污染物浓度低，絮凝沉降 性能好。将生化处理设施的运行状态控制在平衡期，可以 获得较好的出水水质。
④内源呼吸期
在减速增长期后，培养基中的基质消耗殆尽，微生物 只能利用体内贮存的物质或以死亡的菌体作为养料，进行 内源呼吸，维持生命。在此时期，由内源代谢造成的菌体 细胞死亡速度超过新细胞的增长速度，使微生物数量急剧 减少，生长曲线呈现明显得下降趋势，故内源呼吸期亦称 衰亡期。在这个时期有些细菌往往产生芽胞，絮凝体形成 速度增高，吸附基质的能力显著，游离细菌被原生动物所 捕食，所以处于内源呼吸期运行的生化处理系统，出水水 质最好。
dx dt g
Yobs
dS dt
u
Yobs q
（2）污水的可生化性
污水的可生化性是指污水中所含的有机污染物在微生 物的代谢作用下改变化学结构，从复杂的大分子物质转变 为简单的小分子物质，从而改变化学和物理性能所能达到 的生物降解程度。研究有机物的可生化性的目的在于了解 其分子结构能否在微生物作用下分解到环境所允许的结构 形态，以及是否有足够快的分解速度。如果污水中的有机 物不能被微生物降解，生物处理则不能获得良好的效果。 因此，评价污水的可生化性是设计污水生化处理工程的前 提条件。
①分解代谢 分解代谢也称异化作用，是指微生物将自身或外来的
各种物质分解以获取能量的过程，产生的能量用以维持各 项生命活动需要，部分以热能的形式与代谢废物一起排出 体外。根据分解代谢过程对氧的需求，又可分为好氧分解 代谢和厌氧分解代谢。
好氧分解代谢过程中，有机物的分解比较彻底，最终 产度物快是，含代能谢量产最物低稳的定。CO从2和污H水2O处，理故的释角放度能来量说多，，希代望谢保速持 这样一种代谢形式，在较短时间内，将污水中有机物稳定 化。
厌氧分解代谢中有机物氧化不彻底，用于处理污水时， 不能达到排放要求，还需要进一步处理。厌氧分解代谢可 生产沼气，回收甲烷。
②合成代谢
合成代谢亦称同化作用，是指微生物不断由外界取得 营养物质合成为自身细胞物质并贮存能量的过程，是微生 物机体自身物质制造的过程。在此过程中，微生物合成所 需要的能量和物质由分解代谢提供。
2.污染物的降解及可生化性
（1）生物化学反应动力学
在水的生化处理过程中，其生物化学反应是指在环境 因素，如水温、溶解氧、pH值等都满足要求的条件下， 微生物对有机污染物的代谢；微生物本身的增长及微生物 对溶解氧的利用等生物化学反应。
max
S Ks
S
①微生物增长速度
微生物的增长速度不仅与微生物量有关，而且与基质 浓度（限制性营养物质浓度）有关。法国学者莫诺 （Monod）在研究微生物生长的大量实验数据的基础上， 提出了微生物的增长速度与限制性营养物质浓度之间的关 系式，即莫诺方程式：