第五章 好氧生物法

2．微生物的代谢

通过人工控制，使活性污泥处理系统能够达到下列各 项目标：




(1)被处理的原污水的水质、水量得到控制， 使其能够适应活性污泥处理系统的要求； (2)作为活性污泥微生物量，在系统中保持数 量一定，并相对稳定，具有活性的活性污泥量； (3)在混合液中保持能够满足微生物需要的溶 解氧浓度； (4)在曝气池内，活性污泥、有机污染物、溶 解氧三者能够充分接触，以强化传质过程。
二、废水的好氧生物处理


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。 微生物利用废水中存在的有机污染物(以溶解 状与胶体状的为主)，作为营养源进行好氧代 谢。这些有机物质经过一系列的生化反应，最 终以无机物质稳定下来，达到无害化的要求， 以便返回自然环境或进一步处置。



3pH值 大多数细菌适宜中性和偏碱性(PH=6.5-7.5)环境； 氧化硫化杆菌喜欢在酸性环境，它的最适pH值为3， 亦可以在pH＝1.5的环境中生活；酵母菌和霉菌要求 在酸性或偏碱性的环境中生活，最适pH为3.0-6.0， 适应范围为1.5-10之间。 用活性污泥法处理废水，曝气池混合液的PH值宜为 6.5-8.5，如果曝气池混合液pH值达到9.0时，原生动 物将由活跃转为呆滞，菌胶团粘性物质解体，活性污 泥结构遭到破坏，处理效果显著下降。如果进水pH 值突然降低，曝气池混合液呈酸性，活性污泥结构亦 会变化，二次沉淀池中将出现大量浮泥现象。 当废水的pH值变化较大时，应设置调节池，使进入 反应器(如曝气池)的废水，保持在合适的pH值范围。
第五章 好氧生物法


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 第四节自然生物法
第一节好氧生物处理的基本原理

一、微生物的呼吸类型 微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能。根据 与氧气的关系，分为两大类，即好氧呼吸和厌氧呼吸。

好氧呼吸是在有分子氧(O2）参与的生物氧化，反应 的最终受氢体是分子氧。


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。 在废水处理工程中，好氧生物处理法有 活性污泥法和生物膜法两大类。
三、废水的厌氧生物处理




厌氧呼吸按反应过程中的最终受氢体的不同，可 分为发酵和无氧呼吸。 (1)发酵 没有分子氧存在，也没有原子氧存在 时的厌氧过程。这种生物氧化作用不彻底，最终 形成的还原性产物，是比原来底物简单的有机物， 在反应过程中，释放的自由能较少，故厌氧微生 物在进行生命活功过程中，为了满足能量的需要， 消耗的底物理比好氧微生物的多。 (2)无氧呼吸 是指在没有分子氧，但有原子氧存 在时的厌氧过程。 无机氧化物，如硝酸根，亚硝酸根，硫酸根，硫 代硫酸根，二氧化碳等存在时的厌氧过程。

厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与 厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。
在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、转化 为简单的化合物，同时释放能量。在这个过程中，有机物 的转化分为三部分进行：部分转化为CH4，这是一种可燃 气体，可回收利用；还有部分被分解为CO2、H20、NH3、 H2S等无机物，并为细胞合成提供能量；少量有机物被转 化、合成为新的原生质的组成部分。由于仅少量有机物用 于合成，故相对于好氧生物处理法，其污泥增长率小得多。


3．污泥龄-称“生物固体平均停留时间” 曝气池内活性污泥总量(VX)与每日排放污泥量 之比，称之为污泥龄，即活性污泥在曝气池内 的平均停留时间，因之又称为“生物固体平均 停时间”。


污泥龄(生物固体平均停留时间)是活性污 泥处理系统设计、运行的重要参数，在 理论上也有重要意义。 污泥龄与污泥去除负荷呈反比关系。 世代时间长于污泥龄的微生物在曝气池 内不可能繁衍成优势菌种属，如硝化菌 在20°С时，其世代时间为3d，当θ c＜ 3d时，硝化菌就不可能在曝气池内大量 增殖，不能成为优势种属，就不能在曝 气池内产生硝化反应。
微生物的生长规律


按微生物生长速度，其生长可分为四个生长期， 即停滞期(调整期)、对数期(生长旺盛期)、静 止期(平衡期)和衰老期(衰亡期)。如图。 在废水生物处理中，微生物是一个混合群体， 它们也有一定的生长规律。 有机物多时，以有机物为食料的细菌占优势， 数量最多； 当细菌很多时，出现以细菌为食料的原生动物； 而后出现以细菌及原生动物为食料的后生动物。



4．BOD-污泥负荷与BOD-容积负荷 BOD-污泥负荷所表示的是曝气池内单位重量 (kg)活性污泥，在单位时间(1d)内能够接受， 并将其降解到预定程度的有机污染物量(BOD)。 在活性污泥处理系统的设计与运行中，还使用 另一种负荷值-容积负荷(Nv)。即：单位曝气 池容积(m3)，在单位时间(1天)内，能够接受， 并将其降解到预定程度的有机污染物量(BOD)。






2．温度 各类微生物所生长的温度范围不同，约为5℃-80℃。 依微生物适应的温度范围，微生物可分为中温性、好 热性(高温性)和好冷性(低温性)三类。 中温性微生物(中温菌)的生长温度范围为20℃-45℃， 好热性微生物(嗜热茵)的生长温度在45℃以上，好冷 性微生物(嗜冷菌)的生长湿度在20℃以下。 废水好氧生物处理，以中温细菌为主，其生长繁殖的 最适温度为20℃-37℃。 低温会使微生物代谢活力降低，进而处于生长繁殖停 止状态，但仍保存其生命力。 厌氧生物处理中的中温性甲烷菌最适温度范围为 25℃-40℃，高温性为50℃-60℃，厌氧生物处理常采 用温度为33℃-38℃和52℃-57℃。



4溶解氧 溶解氧是影响生物处理效果的重要因素。废水 好氧生物处理中，如果溶解氧不足，好氧微生 物由于得不到足够的氧，其活性受到影响，新 陈代谢能力降低，同时对溶解氧要求较低的微 生物将应运而生，影响正常的生化反应过程， 造成处理效果下降。 好氧生物处理的溶解氧一般以2-4mg/L为宜。 在这种情况下，活性污泥或生物膜的结构正常， 沉降、絮凝性能好。




2．活性污泥的沉降性能及其评价指标 (1)污泥沉降比，简写为SV。 又称30min沉降率。混合液在量筒内静置 30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容 积的百分率，以%表示。 (2)污泥容积指数，简写为SVI。 简称“污泥指数”。在曝气池出口处的混合液， 在经过30min静沉后，每g干污泥所形成的沉 淀污泥所占有的容积，以mL计。



SVI的表示单位为mL／g，习惯上，只称 数字，而把单位略去。 SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降 性能。对生活污水及城市污水，此值以 介于70-100之间为宜。SVI值过低，说明 泥粒细小，无机质含量高，缺乏活性； 过高，说明污泥的沉降性能不好，并且 已有产生膨胀现象的可能。 一般说来，微生物群体处在内源代谢期 的活性污泥，其SVI值较低。
活性污泥净化反应过程



1．初期吸附去除 在活性污泥系统内，在污水开始与活性污泥接触后的 较短时间(5-10min)内，污水中的有机污染物即被大 量去除，出现很高的BOD去除率。这种初期高速去除 现象是由物理吸附和生物吸附交织在一起的吸附作用 所导致产生的。 这一过程进行较快，能够在30min内完成，污水BOD 的去除率可达70%， 速度取决于：1.微生物的活性程度；2.反应器内水力 扩散程度与水动力学的规律。前者决定活性污泥微生 物的吸附、凝聚功能。后者则决定活性污泥絮凝体与 有机污染物的为：
气体传递原理和曝气池



活性污泥法是采取人工措施，创造适宜条件， 强化活性污泥微生物的新陈代谢功能，加速污 水中有机污染物降解的污水生物处理技术。 重要的人工措施之一是向活性污泥反应器-曝 气池中的混合液提供足够的溶解氧和使混合液 中的活性污泥与污水充分接触，这两项任务是 通过曝气这一手段实现的。 现在通行的曝气法有：鼓风曝气、机械曝气和 两者联合的鼓风-机械曝气


(2)混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS） 表示的是混合液活性污泥中有机性固体物质部 分的浓度。
MLSS M a M e M i

MLVSS与MLSS的比值以f表示。在一般 情况下f值比较固定，对生活污水，f值为 0.75左右。以生活污水为主体的城市污 水也同向此值。
MLVSS f MLSS
4.出污水挟入的无机物质(Mii)。





活性污泥微生物是由细菌类、真菌类、 原生动物、后生动物等异种群体所组成 的混合培养体。 在活性污泥处理系统中，净化污水的第 一承担者，也是主要承担者是细菌，而 摄食处理水中游离细菌，使污水进一步 净化的原生动物则是污水净化的第二承 担者。 原生动物摄取细菌，是活性污泥生态系 统的首次捕食者。后生动物摄食原生动 物，则是生态系统的第二次捕食者。






废水厌氧生物处理过程不需另加氧源， 故运行费用低。 具有剩余污泥量少，可回收能量(CH4)等 优点。 其主要缺点是反应速度较慢，反应时间 较长，处理构筑物容积大等。 为维持较高的反应速度，需维持较高的 反应温度，就要消耗能源。 对于有机污泥和高浓度有机废水(一般 BOD5>2000mg/L)可采用厌氧生物处理 法。


由污水、回流污泥和空气互相混合形成的液体， 称为混合液。 1.活性污泥的形态与活性污泥微生物
活性污泥是由下列四部分物质所组成： 1.具有代谢功能活性的微生物群体(Ma)；

2.微生物(主要是细菌)内源代谢、自身氧化的 残留物(Me)； 3.由原污水挟入的难为细菌降解的惰性有机物 质(Mi)；
微生物的生长环境

影响微生物生长的环境因素众多，一般 来说，其最主要的是营养、温度、pH值、 溶解氧以及有毒物质



1．微生物的营养 微生物除了需要碳营养外，还需要氮、磷营养， 它们之间的比例，一般为： BOD5：N：P=100：5：1。 生活污水的磷、氮含量较高，采用生物法处理 时不需另外投加。但有些工业废水含磷、氮低， 不能满足微生物需要，应考虑投加尿素、硫酸 铵等含氮化合物或磷酸钾、磷酸钠等含磷化合 物。
活性污泥的评价指标

1．表示及控制混合液中活性污泥微生物量的 指标

(1)混合液悬浮固体浓度（MLSS）。 又称混合液污泥浓度，它表示的是在曝 气池单位容积混合液内所含有的活性污 泥固体物的总重量。表示单作为mg/L混 合液，或g/L混合液、g／m3混合液，或kg／ m3混合液。
MLSS M a M e M i M ii



5.有毒物质 在工业废水中，有时存在着对微生物只 有抑制和杀害作用的化学物质，这类物 质称之为有毒物质。 如重金属离子(砷、铅、镉、铬、铁、铜、 锌等)能与细胞内的蛋白质结合，使它变 质，致使酶失去活性。
第二节活性污泥法


活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生 物处理技术。 向生活污水注入空气进行曝气，每天保留 沉淀物，更换新鲜污水。这样，在持续一 段时间后，在污水中即将形成一种呈黄褐 色的絮凝体，这种絮凝体主要是由大量繁 殖的微生物群体所构成，它易于沉淀与水 分离，并使污水得到净化、澄清。这种絮 凝体就是称为“活性污泥”的生物污泥。


(2)自养型微生物 自养型微生物以无机物 为底物(电子供体)，其终点产物也是无机 物，同时放出能量。 好氧呼吸过程中，底物被氧化得比较彻 底，获得的能量也较多。

厌氧呼吸是在无分子氧(O2)的情况下进行的生 物氧化。在厌氧呼吸过程中，底物氧化不彻底， 最终产物不是二氧化碳和水，而是一些较原来 底物简单的化合物。这种化合物还含有相当的 能量，故释放能量较少。如有机污泥的厌氧消 化过程中产生的甲烷，是含有相当能量的可燃 气体。
好氧呼吸是营养物质进入好氧微生物细胞后，通过一 系列氧化还原反应获得能量的过程。



依好氧微生物的类型不同，被其氧化的底物不 同，氧化产物也不同。好氧呼吸有下述两种： (1）异养型微生物 异氧型微生物以有机物为 底物，其终点产物为二氧化碳、氨和水等无机 物，同时放出能量。 有机废水的好氧生物处 理，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消 化等都属于这种类型的呼吸。