污水的二级生物处理

污水的二级生物处理
污水的二级生物处理
第一节生物处理
污水经一级处理后，用生物处理法继续去除其中胶体状和溶解性有机物及植物性营养物，将污水中各种复杂有机物氧化分解为简单物质的过程，称为二级处理，又称生物处理或二级生物处理。

一、生物处理的基本原理
在自然水体中，存在着大量依靠有机物生活的微生物。

它们不但能分解氧化一般的有机物并将其转化为稳定的化合物，而且还能转化有毒物质。

生物处理就是利用微生物分解氧化有机物的这一功能，并采取一定的人工措施，创造有利于微生物的生长、繁殖的环境，使微生物大量增殖，以提高其分解氧化有机物效率的一种污水处理方法。

生物法处理污水具有净化能力强、费用低廉、运行可靠等优点，是城市污水和各种工业废水处理的主要方法。

所有的微生物处理过程都是一种生物转化过程，在这一过程中易于生物降解的有机污染物可在数分钟至数小时内进行两种转化：一是变成从液相中溢出的气体，二是使微生物得到增殖成为剩余生物污泥。

好氧条件下，微生物将有机污染物中的一部分碳元素转化为
CO
2，厌氧条件下则将其转化为CH
4
和CO
2。

按照微生物对氧需求程度的不同，生物处理法可分为好氧、缺氧、厌氧等三类。

好氧
是指污水处理构筑物内的溶解氧含量在1mg/L以上，最好大于2mg/L。

厌氧是指污水处理构筑物内基本没有溶解氧，硝态氮含量也很低。

一般硝态氮含量小于0.3mg/L，最好小于0.2mg/L。

缺氧指污水处理构筑物内BOD5的代谢有硝态氮维持，硝态氮的初始浓度不低于0.4mg/L，溶解氧浓度小于0.7mg/L，最好小于0.4mg/L。

按照微生物的生长方式不同，生物处理法可分为悬浮生长、固着生长、混合生长等三类。

悬浮生长型生物处理法的代表是活性污泥法，固着生长型生物处理法的代表是生物膜法，混合生长型生物处理法的代表是接触氧化法。

二、生物处理的基本参数
1、水力停留时间和固体停留时间
水力停留时间HRT是水流在处理构筑物内的平均驻留时间，从直观上看，可以用处理构筑物的容积与处理进水量的比值来表示，HRT的单位一般用h表示。

设计时决定池子建
多大。

固体停留时间SRT是生物体（污泥）在处理构筑物内的平均驻留时间，即污泥龄。

可以用处理构筑物内的污泥总量与剩余污泥排放量的比值来表示，SRT的单位一般用d表示。

就生物处理构筑物而言，HRT实质上是为保证微生物完成代谢降解有机物所提供的时间。

而SRT实质上是为保证微生物能在生物处理系统内增殖并占优势地位且保持足够的生物量所提供的时间。

为保证反应器内有足够的生物量和特定微生物能增殖，生物处理工艺的SRT都比其HRT要长得多，好氧处理在10d左右，而厌氧处理有时在30d以上。

2、污泥负荷和容积负荷
污泥负荷是指曝气池内单位重量的活性污泥在单位时间内承受的有机质的数量，单位是kgBOD5/(kgMLSS∙d)，一般记为F/M，常用N s表示。

容积负荷是指单位有效曝气体积在单位时间内承受的有机质的数量，单位是kgBOD5/(m3∙d)，一般记为F/V，常用N v表示。

一般最佳负荷为设计最高负荷的60－70％。

如果污泥负荷和容积负荷过低，虽然可以有效降低污水中的有机物含量，但同时会使活性污泥处于过氧化状态、沉降性能也会变差，导致出水悬浮物含量升高。

如果污泥负荷和容积负荷过高，又会造成污水中的有机物氧化不彻底，出水水质变差。

3、有机负荷率
有机负荷率可以分为进水负荷和去除负荷两种。

进水负荷是指曝气池内单位重量的活性污泥在单位时间内承受的有机质的数量，或单位有效曝气池容积在单位时间内承受的有机质的数量，即进水有机负荷可以分为污泥负荷
N
s 和容积负荷N
v
两种。

去除负荷是指曝气池内单位重量的活性污泥在单位时间内去除的有机质的数量，或单
位有效曝气池容积在单位时间内去除的有机质的数量。

因此，去除负荷可以用进水负荷和去除率两个参数来表示。

4、冲击负荷
冲击负荷指在短时间内污水处理设施的进水负荷超出设计值或正常运行值的情况，可以是水力冲击负荷，也可以是有机冲击负荷。

如果冲击负荷过大，超过了生物处理工艺本身能承受的能力，就会影响处理效果，使出水水质变差，甚至导致处理系统瘫痪。

工艺中，事故池、调节池的作用就是防止造成大的冲击负荷。

5、温度
无论好氧处理还是厌氧处理，都要求在一定温度范围内进行，一旦超过此范围，即温度过高或过低都会降低处理效率，甚至造成整个系统的失效。

好氧生物处理最佳温度25－30℃，可以放宽到20－35℃，也有高达40℃的，单纯处理生产废水的，一般温度较高。

缓慢超过35℃的，也能较好运行。

但是一定要避免温度突变。

石化企业经常有高温凝结水和电脱盐水排入污水处理系统，造成温度突增。

6、溶解氧
水中保持一定的溶解氧是好氧水生生物得以生存繁殖的基本条件，因而溶解氧指标也污水生物处理系统正常运转的关键指标之一。

好氧生物处理装置要求水中溶解氧最好在2mg/L以上，厌氧生物处理装置要求溶解氧在0.5mg/L以下，如果想进入理想的产甲烷阶段则最好检测不到溶解氧。

在好氧生物法的二沉池出水合格时，其溶解氧含量一般不低于1mg/L，过低（﹤0.5mg/L）或过高（空气曝气法﹥2mg/L）都会导致出水水质变差、甚至超标。

过高的溶解氧对好氧微生物本身没有不利影响，但容易引起污泥过氧化，造成沉降性能变差，还会造成动力消耗的浪费。

7、含盐量
石化企业都会产生碱渣水、电脱盐水等高含盐水，含盐量高达3000－5000mg/L，甚至更高。

如果有良好的驯化，生物处理对高含盐水也有较好的处理效果，但如果出现冲击性的变化，也会对污水处理系统造成极大影响，目前很多炼油厂都已将含盐污水和含油污水分开处理
第二节好氧活性污泥法
一、活性污泥法的基本流程
二、活性污泥的性能指标
1、污泥沉降比（SV）
污泥沉降比SV又称30分钟沉降比，是评定活性污泥浓度和质量的最常用方法。

SV能反映曝气池正常运行时的污泥量和污泥的凝聚、沉降性能，通常SV值越小，污泥的沉降性能越好。

不同污水处理厂的SV值的差别很大，城市污水处理厂的正常SV值一般在20%～30%之间，而有些工业废水处理场的正常SV值在90%以上。

因此，每座污水处理厂都应该根据自己的运行经验数据确定本厂的最佳SV值。

2、污泥浓度（MLSS）
曝气池混合液污泥浓度（MLSS）又称混合液悬浮固体浓度， MLSS中包含了活性污泥中的所有成分，即由具有代谢功能的微生物群体、微生物代谢氧化的残留物、吸附在微生物上的有机物和无机物等四部分组成。

3、污泥容积指数（SVI）
污泥容积指数（SVI）是指曝气池出口处混合液经过30min静置沉淀后，每g干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积，单位以mL/g计。

计算公式如下：
SVI=(1L混合液经30min静沉后以mL计的污泥容积)/(1L
混合液以g计的干污泥量)。

SV值与SVI值的关系如下：
SVI= 10×SV/MLSS(g/L)
SV、MLSS、SVI这三个活性污泥性能指标是相互联系的。

沉降比的测定比较容易，但所测得的结果受污泥量的限制，不能全面反映污泥性质，也受污泥性质的限制，不能正确反映污泥的数量；污泥浓度可以反映污泥数量；污泥指数则能较全面地反映污泥凝聚和沉降的性能。

4、生物相
和其他测定相比，生物相镜检要简便得多，随时可以了解活性污泥中原生动物种类变化和数量消长情况。

但生物相镜检一般只能作为对水质总体状况的估计，是一种定性的检测，不能作为污水处理厂出水水质的控制指标。

为了监测微型动物演替变化状况，还需要定时进行记数。

对活性污泥或生物膜生物相进行镜检后，其结果记录方式可以参考表3—1。

表3—1 生物相镜检结果记录表
絮体大小大，中，小
絮体形态圆形，不规则形
絮体结构开放，封闭
絮体紧密度紧密，疏松
丝状菌数量0，±，＋，＋＋，＋＋＋
游离细菌几乎不见，少，多
三、活性污泥的增长规律 把少量活性污泥加入污水中，在温度适宜、溶解氧充足的条件下进行曝气培养时，活性污泥的增长曲线如图3－2所示。

1 2 3
b
数 a
量
时 间
图3--2 污泥增长曲线示意图
1—适应阶段和对数增长阶段 2—减速增长阶段 3--内源代谢阶段
在温度适宜、溶解氧含量充足，而且不存在抑制性物质的条件下，控制活性污泥增长的决定因素是食料量F 和微生物量M 之间的比值F/M ，活性污泥的增长过程可分为适应阶段、对数增长阶段、减速增长阶段和内源代谢阶段等四个阶段：
⑴适应阶段：叫调整阶段，这是活性污泥培养的最初阶段，微生物不增殖但在质的方面却开始出现变化。

这一段和图3--2中增长曲线开始的水平部分相对应，一般持续时间较短。

在适应阶段后期，微生物酶系统已经逐渐适应新的环境，个体发育也达到了一定程度，细胞开始分裂，微生物开始增殖。

⑵对数增长阶段：活性污泥生长率上升，F/M 比值较大，有机底物充足、活性污泥活性微型动物 优势种（数量及
形态）
其它种（种类、
数量及形态）
强，微生物以最高速率摄取有机底物的同时，也以最高速率合成细胞、实现增殖。

此时活性污泥去除有机物的能力大，污泥增长不受营养条件所限制，而只与微生物浓度有关。

此时污泥凝聚性能差，不易沉淀，处理效果差。

⑶减速增长阶段：活性污泥生长率下降，F/M值持续下降，活性污泥增长受到有机营养的限制，增长速度下降。

这是一般活性污泥法所采用的工作阶段，此时，污水中的有机物能基本去除，污泥的凝聚性和沉降性都较好。

⑷内源代谢阶段：营养物质基本耗尽，活性污泥由于得不到充足的营养物质，开始利用体内存储的物质，即处于自身氧化阶段，此时，污泥无机化程度高，沉降性良好，但凝聚性较差，污泥逐渐减少。

但由于内源呼吸的残留物多是难于降解的细胞壁和细胞质等物质，因此活性污泥不可能完全消失。

推流式曝气池中有机物和活性污泥在数量上的变化规律与上述活性污泥增长规律相同，只是其变化不单是在时间上进行的，而是从池开始端到末尾端的空间上进行的。

在活性污泥法转入正常运行后，曝气池是连续运转的，池中的活性污泥也不是自行成长的，而是从二次沉淀池中回流过来的，它的量是可以控制的。

所以，通过控制来水中有机物浓度和回流污泥的数量，可以决定曝气池起始端活性污泥生长所处的状态。

而曝气池末端活性污泥生长所处的状态，则决定于曝气时间。

因此，曝气池的工作情况，如果用污泥增长曲线来表示，将是其中的一段线段，如图3－2中ａ～ｂ所示。

它在曲线上所处的位置决定于池中有机物与微生物之间的相对数量。

因此，在一定范围内，通过控制回流污泥量和曝气时间可以获得不同程度的处理效果。

完全混合式活性污泥法在曲线上就是一个点。

四、活性污泥净化污水的过程
活性污泥净化污水主要通过三个阶段来完成。

在第一阶段，污水主要通过活性污泥的吸附作用而得到净化。

吸附作用进行得十分迅速，一般在30分钟内完成，BOD5的去除率可高达70%。

同时还具有部分氧化的作用，但吸附是主要作用。

第二阶段，也称氧化阶段，主要是继续分解氧化前阶段被吸附和吸收的有机物，同时继续吸附一些残余的溶解物质。

第三阶段是泥水分离阶段，在这一阶段中，活性污泥在二沉池中进行沉淀分离。

五、活性污泥的微生物组成
好氧活性污泥中的微生物主要由细菌组成，其数量可占污泥中微生物总量的90%～95%
左右，在处理某些工业废水的活性污泥中甚至可达100%。

此外污泥中还有原生动物和后生动物等微型动物，在处理某些工业废水的活性污泥中还可见到酵母、丝状真菌、放线菌以及微型藻类。

1、菌胶团
菌胶团是活性污泥的结构和功能中心，是活性污泥的基本组分，一旦菌胶团受到破坏，活性污泥对有机物的去除率将明显下降或丧失。

在活性污泥培养的早期，可以看到大量新形成的典型菌胶团，它们可以呈现指状、垂丝状、球状、蘑菇状等多种形式。

进入正常运转阶段的活性污泥，具有很强吸附能力和氧化分解有机物能力的菌胶团会把污水中的杂质和游离微生物吸附在其上，形成活性污泥絮凝体。

细菌形成菌胶团后，可以防止被微型动物所吞噬，并在一定程度上免受污水中有毒物质的影响，而且具有很好的沉降性能、有利于混合液在二沉池迅速完成泥水分离。

通过观察菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构松紧程度等可以判断和衡量活性污泥的性能。

新生菌胶团无色透明、结构紧密，吸附氧化能力强、活性高；老化的菌胶团颜色深、结构松散，吸附氧化能力差、活性低。

2、丝状细菌
丝状细菌同菌胶团细菌一样，是活性污泥的重要组成部分。

其长丝状形态有利于其在固相上附着生长，保持一定的细胞密度，防止单个细胞状态时被微型动物吞食；细丝状形态的比表面积大，有利于摄取低浓度底物，在底物浓度相对较低的条件下比胶团菌增殖速度快，在底物浓度较高时则比胶团菌增殖速度慢。

丝状细菌增殖速率快、吸附能力强、耐供氧不足能力以及在低基质浓度条件下的生活能力都很强，因此在污水生物处理生态系统中存活的种类多、数量大。

活性污泥中丝状微生物包括丝状细菌、丝状真菌、丝状藻类等细胞相连且形成丝状的菌体，其中以丝状细菌最为常见，它们同菌胶团细菌一起，构成了活性污泥絮体的主要成分。

丝状细菌具有很强的氧化分解有机物的能力，但由于丝状细菌的比表面积较大，当污泥中丝状菌超过菌胶团细菌而占优势生长时，丝状菌从絮粒中向外伸展，阻碍絮粒间的凝聚使污泥SV值SVI值升高，严重时会造成污泥膨胀现象。

因此，丝状细菌数量是影响污泥沉降性能的最重要因素。

3、活性污泥中的微型动物
在处理生活污水的活性污泥中存在着大量的原生动物和部分微型后生动物，其中出现
最多的原生动物是以钟虫为代表的纤毛虫类。

在处理工业废水的活性污泥中，微型动物的种类和数量往往少得多，有些工业废水处理系统甚至根本看不到微型动物。

在污泥培养初期或污泥发生变化时可以看到大量的鞭毛虫、变形虫。

而在系统正常运行期间，活性污泥中微型动物以固着型纤毛虫为主，同时可见游动型纤毛虫类（草履虫、肾形虫、豆形虫、漫游虫等）、匍匐型纤毛虫类（楯纤虫、尖毛虫、棘尾虫等）、吸管虫类（足吸管虫、壳吸管虫、锤吸管虫等）等纤毛虫类。

固着型纤毛虫类主要是钟虫类原生动物，这是在活性污泥中数量最多的一类微型动物，常见的有沟钟虫、大口钟虫、小口钟虫、累枝虫、盖纤虫、独缩虫等。

可查看有关微生物图谱对性污泥中能见到的原生动物进行种类辨别。

除了上述仅有一个细胞构成的原生动物以外，尚有由多个细胞构成的后生动物，较常见的有轮虫（猪吻轮虫、玫瑰旋轮虫等）、线虫和瓢体虫等。

线虫在膜生长较厚的生物膜处理系统中会大量出现。

⑴微型动物在活性污泥中所起的作用：
①促进絮凝和沉淀。

②减少剩余污泥。

③改善水质。

⑵活性污泥中微型动物变化与污水处理运行情况的关系
活性污泥中出现的微型动物种类和数量，往往和污水处理系统的运转情况有着直接或间接的关系，进水水质的变化、充氧量的变化等都可以引起活性污泥组成的变化，微型动物体积比细菌要大很多，比较容易观察和发现其微型动物的变化，因而可以作为污水处理的指示生物。

六、活性污泥的培养驯化
在活性污泥的培养与驯化期间，必须满足微生物生命活动所需的各种条件，而且要尽量理想化。

一是保证足够的溶解氧和保持营养平衡，对于缺乏某些营养物质的工业废水，要适量多投加一些营养物质。

二是水温、pH值要尽量在最适范围内，且没有大的波动。

三是有机负荷要由低而高、循序渐进。

培养期间，每隔8小时要对混合液的污泥浓度、污泥指
数、溶解氧含量等进行分析化验，同时还要检测进出水的BOD
5、COD
Cr
及悬浮物SS等指标，
根据检测结果及时加以调整。

1、间歇培养法
2、连续培养法
3、活性污泥的驯化
活性污泥的驯化通常是针对含有有毒或难生物降解的有机工业废水而言。

一般是预先利用生活污水或粪便水培养活性污泥，再用待处理的污水驯化，使活性污泥适应所处理污水的水质特点。

经过长期驯化的活性污泥甚至有可能氧化分解一些有毒有机物，甚至将其变成微生物的营养物质。

驯化的方法可分为异步法和同步法两种，两种驯化法的结果都是全部接纳工业废水。

七、活性污泥法的运行管理
（一）活性污泥法的运行控制方法
活性污泥法的控制方法有污泥负荷法、SV法、MLSS法和泥龄法等四种，这些方法之间是相互关联、而不是对立的，往往同时使用，互相校核，以期达到最佳的处理效果。

⑴污泥负荷法
污泥负荷法是污水生物处理系统的主要控制方法，尤其适用于系统运行的初期和水质水量变化较大的生物处理系统。

⑵MLSS法
MLSS法是经常测定曝气池内MLSS的变化情况，通过调整排放剩余污泥量来保证曝气池内总是维持最佳MLSS值的控制方法，适用于水质水量比较稳定的生物处理系统。

⑶SV法
对于水质水量稳定的生物处理系统，SV值能代表活性污泥的絮凝和代谢活性，反映系统的处理效果。

⑷泥龄法
泥龄法是通过控制系统的污泥停留时间最佳来使处理系统维持最佳运行效果的方法。

泥龄与处理预期目标有直接关系，比如要达到硝化效果泥龄必须很长，而单独去除BOD5时泥龄可以短得多。

宏观上可以通过调整排泥量实现对泥龄的控制，但控制泥龄又必须以维持曝气池混合液一定的MLSS值为前提。

（二）活性污泥法日常管理项目
⑴对活性污泥状况的镜检和观察。

⑵观察曝气效果。

⑶曝气时间。

⑷曝气量（供气量）。

⑸剩余污泥排放。

⑹回流污泥量。

⑺观察二沉池。

（三）活性污泥法日常管理中需要检测和记录的参数
⑴反映处理流量的项目：主要有进水量、回流污泥量和剩余污泥量。

⑵反映处理效果的项目：进、出水的BOD
5、COD
Cr
、SS及其他有毒有害物质的浓度。

⑶反映污泥状况的项目：包括曝气池混合液的各种指标SV、SVI、MLSS、MLVSS及生物相观察等和回流污泥的各种指标RSSS、RSV及生物相观察等。

⑷反映污泥环境条件和营养的项目：水温、pH、溶解氧、氮、磷等。

⑸反映设备运转状况的项目：水泵、泥泵、鼓风机、曝气机等主要工艺设备的运行参数，如压力、流量、电流、电压等。

（四）曝气池进水常规监测项目
⑴温度。

⑵pH值。

⑶COD
Cr 和BOD
5。

⑷氨氮和磷酸盐。

⑸有毒物质。

八、曝气
曝气就是将空气中的氧强制溶解到混合液中去过程。

曝气的作用主要有三个：①曝气的基本作用是产生并维持空气（或氧气）有效地与水接触，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除供氧外，还在曝气区产生足够的搅拌混合作用，促使水的循环流动，实现活性污泥与污水的充分接触混合。

③维持混合液具有一定的运动速度，使活性污泥在混合液中始终保持悬浮状态。

九、污泥管理
1、泥龄
微生物代谢有机物的同时自身得到增殖，剩余污泥排放量等于新增污泥量，用新增污泥替换原有系统中所有污泥所需要的时间称为泥龄。

泥龄是反应器内微生物从生成到排出系统的平均停留时间，即反应器内微生物全部更新一次所需要的时间。

因此又称细胞平均停留时间（MCRT）、固体平均停留时间（SRT）、生物固体平均停留时间（BSRT），是指活
性污泥在曝气池内的平均停留时间。

即：
泥龄=(曝气池内活性污泥量+二沉池污泥量+回流系统的污泥量)/(每天排放的剩余污泥量+二沉池出水每天带走的污泥量)
实际上计算泥龄时利用下式：
泥龄=曝气池内活性污泥量/每天排放的剩余污泥量泥龄与污水处理效率、活性污泥特性、污泥生成量、去除单位有机物的氧消耗量等有关，是污水处理系统的重要参数。

泥龄与污泥去除负荷呈反比关系，当选用较长的泥龄时，对应的污泥负荷较小，剩余污泥量就少。

当选用的泥龄较短时，对应的污泥负荷较大，剩余污泥量就多。

泥龄还能说明活性污泥中微生物的状况，世代时间长于泥龄的微生物不可能在曝气池内繁衍成优势菌种。

比如硝化菌在20o C的世代时间为3d，当泥龄小于3d时，硝化菌就不可能在曝气池内大量增殖，也就不能在曝气池内出现明显的硝化反应。

对于一个正常运行的污水处理系统来说，泥龄是相对固定的，即每天从系统中排出的污泥量是相对固定的。

当因为种种原因，二沉池出水悬浮物含量突然增大后，就应该相应减少剩余污泥的排放量。

如果排放的剩余污泥量少，使系统的泥龄过长，会造成系统去除单位有机物的氧消耗量增加，能耗升高，二沉池出水的悬浮物含量升高，出水水质变差。

如果过量排放剩余污泥，使系统的泥龄过短，活性污泥吸附的有机物后来不及氧化，二沉池出水中有机物含量增大，出水水质也会变差。

如果使泥龄小于临界值，即从系统中排出的污泥量大于其增殖量，系统的处理效果会急剧下降。

2、剩余污泥
剩余污泥是活性污泥微生物在分解氧化污水中有机物的同时，自身得到繁殖和增殖的结果。

为维持生物处理系统的稳定运行，需要保持微生物数量的稳定，即需要及时将新增长的污泥量当作剩余污泥从系统中排放出去。

剩余污泥排放对活性污泥系统的功能及处理效果影响很大，但这种影响很慢。

比如通过调节剩余污泥排放量控制活性污泥中的丝状菌过量繁殖，其效果通常要经过2～3倍的泥龄之后才能看出来。

也就是说，当泥龄为5d时，要经过10～15d之后才能观察到调节排泥量所带来的控制效果。

因此，无法通过排泥操作来控制或适应进水水质水量的日变化，即。