印染废水处理第四章生物处理-安刚.ppt

轻化工废水处理轻化工废水处理第四章第四章 废水的生物处理法废水的生物处理法材料与化学工程系材料与化学工程系安刚安刚第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理一、废水处理中的微生物一、废水处理中的微生物二、生物处理的生化过程二、生物处理的生化过程三、生物处理法对废水水质的要求三、生物处理法对废水水质的要求四、活性污泥法四、活性污泥法五、生物膜法五、生物膜法本章主要内容：本章主要内容：第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 第四章第四章 废水的生物处理法废水的生物处理法 在自然界中存在大量以在自然界中存在大量以有机物有机物为食物的为食物的微生物微生物，它们具有将有机物氧化分解成它们具有将有机物氧化分解成无机物无机物的功能。若人的功能。若人为地为微生物创造一个良好的生活环境，以废水中为地为微生物创造一个良好的生活环境，以废水中的有机物作为它们的食料，则废水中的有机物在微的有机物作为它们的食料，则废水中的有机物在微生物的作用下，氧化分解成为无机物，从而使废水生物的作用下，氧化分解成为无机物，从而使废水得以净化。得以净化。这种利用微生物的氧化分解作用，除去这种利用微生物的氧化分解作用，除去废水中有机物的方法成为废水生物处理法废水中有机物的方法成为废水生物处理法。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 自然界中以自然界中以细菌细菌分解有机物的能力最强，因此，分解有机物的能力最强，因此，废水生物处理所利用的微生物主要是细菌。根据生废水生物处理所利用的微生物主要是细菌。根据生化反应中氧气的需求与否，可把化反应中氧气的需求与否，可把细菌细菌分为分为好氧菌好氧菌、兼性厌氧菌兼性厌氧菌和和厌氧菌厌氧菌，其中主要依赖好氧菌和兼性，其中主要依赖好氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺，称为厌氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺，称为耗耗氧生物处理法氧生物处理法；主要依赖厌氧菌和兼性厌氧菌的生；主要依赖厌氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺，称为化作用来完成处理过程的工艺，称为厌氧生物处理厌氧生物处理法法。目前。对纺织印染废水处理多采用。目前。对纺织印染废水处理多采用生物处理法生物处理法，并获得良好效果。并获得良好效果。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理第一节第一节 废水处理中的微生物废水处理中的微生物 一、微生物的定义一、微生物的定义 微生物是一类微生物是一类形体微小形体微小、结构简单结构简单、必须借、必须借助显微镜才能看清其面目的生物。它们既包括细助显微镜才能看清其面目的生物。它们既包括细菌、放线菌、支原体、衣原体等原核微生物，也菌、放线菌、支原体、衣原体等原核微生物，也包括酵母菌、霉菌、原生动物、微型藻类等真核包括酵母菌、霉菌、原生动物、微型藻类等真核微生物，还包括非细胞型的病毒和类病毒，因此微生物，还包括非细胞型的病毒和类病毒，因此微生物是一切微生物是一切微小生物微小生物的总称。的总称。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理二、微生物的特点二、微生物的特点（一）个体小、种类多、分布广（一）个体小、种类多、分布广 微生物的大小用微米量度。因为微生物极小、极微生物的大小用微米量度。因为微生物极小、极轻，易随风飞扬，所以它们分布在江河湖海、高山、轻，易随风飞扬，所以它们分布在江河湖海、高山、雪地、人和动物体内外等雪地、人和动物体内外等各种场合各种场合，在地球上，在地球上，微生物的分布微生物的分布无所不在无所不在。（二）代谢强度大、代谢类型多样（二）代谢强度大、代谢类型多样 由于微生物形体微小，表面积大，有利于细胞吸由于微生物形体微小，表面积大，有利于细胞吸收营养物质和收营养物质和加强新陈代谢加强新陈代谢。利用这一特性，可使。利用这一特性，可使废水中的污染物废水中的污染物迅速降解迅速降解。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 （三）繁殖快（三）繁殖快:在生物界中，微生物具有最高的在生物界中，微生物具有最高的繁殖速度，在适宜的环境中，微生物繁殖的时间很短，繁殖速度，在适宜的环境中，微生物繁殖的时间很短，快的只有快的只有20min，慢的也不过几小时。，慢的也不过几小时。（四）数量多（四）数量多:因为微生物繁殖速度快，因此，因为微生物繁殖速度快，因此，其数量巨大。其数量巨大。（五）易变异（五）易变异:微生物的个体一般呈单细胞或接近微生物的个体一般呈单细胞或接近于单细胞，由于大多数微生物为无性繁殖，整个细胞于单细胞，由于大多数微生物为无性繁殖，整个细胞与环境接触，易受外界环境条件的影响，因此，微生物与环境接触，易受外界环境条件的影响，因此，微生物具有具有易变异易变异的特点。利用此特点，在环境保护中的废水的特点。利用此特点，在环境保护中的废水生物处理时可进行活性污泥的生物处理时可进行活性污泥的驯化驯化，此外，也可利用此，此外，也可利用此特点，选育特定的微生物，来分解特点，选育特定的微生物，来分解难降解难降解的有机物。的有机物。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理三、废水生物处理中主要的微生物类群三、废水生物处理中主要的微生物类群 在废水生化处理中，可通过处理系统中微生物在废水生化处理中，可通过处理系统中微生物的的代谢活动代谢活动，将废水中的，将废水中的有机物有机物氧化分解为氧化分解为无机物无机物，从而使废水得到从而使废水得到净化净化。处理后出水水质的好坏都与。处理后出水水质的好坏都与微生物的种类、数量及其代谢活力有关。在生物处微生物的种类、数量及其代谢活力有关。在生物处理污水中，理污水中，细菌起着最重要的作用细菌起着最重要的作用，此外，还有原，此外，还有原生动物和后生动物等微型动物，在某些废水中有时生动物和后生动物等微型动物，在某些废水中有时还可见到酵母菌以及微型藻类。还可见到酵母菌以及微型藻类。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 1、细菌、细菌：是最重要的环境微生物之一，细：是最重要的环境微生物之一，细菌的细胞壁用来保护体内原生质免受渗透压引起菌的细胞壁用来保护体内原生质免受渗透压引起的破裂，维持细胞体的形状，的破裂，维持细胞体的形状，选择性选择性地吸收环境地吸收环境中物质进入细胞体内。在细胞壁外围形成的一层中物质进入细胞体内。在细胞壁外围形成的一层多糖类物质称为多糖类物质称为荚膜荚膜，对细胞具有保护作用。当，对细胞具有保护作用。当环境中缺乏营养时，荚膜中的糖类临时当作能源环境中缺乏营养时，荚膜中的糖类临时当作能源代谢，多个细菌的荚膜相互融合成一体时就形成代谢，多个细菌的荚膜相互融合成一体时就形成一个细菌细胞集团，称为一个细菌细胞集团，称为菌胶团菌胶团.第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 菌胶团细菌是构成菌胶团细菌是构成活性污泥絮凝体活性污泥絮凝体的主要成分，的主要成分，有很有很强的吸附、氧化分解有机物的能力。强的吸附、氧化分解有机物的能力。细菌形成菌胶团后可防细菌形成菌胶团后可防止被微型动物所吞噬，并在一定程度上可免受毒物的影响，止被微型动物所吞噬，并在一定程度上可免受毒物的影响，有很好的有很好的沉降性能沉降性能，使混合液在二沉池中迅速完成泥水分离。，使混合液在二沉池中迅速完成泥水分离。2、丝状细菌、丝状细菌：有较发达的菌丝，菌丝体可以有分支：有较发达的菌丝，菌丝体可以有分支和分隔，丝状体的形状和多支的特征是用来区分丝状菌种属和分隔，丝状体的形状和多支的特征是用来区分丝状菌种属的特征。丝状细菌同菌胶团细菌一样，是活性污泥的重要组的特征。丝状细菌同菌胶团细菌一样，是活性污泥的重要组成部分。丝状细菌有成部分。丝状细菌有很强的氧化分解有机物的能力很强的氧化分解有机物的能力，有一定，有一定的净化作用。在有些情况下，它在数量上可超过菌胶团细菌，的净化作用。在有些情况下，它在数量上可超过菌胶团细菌，使污泥絮凝体使污泥絮凝体沉降性能变差沉降性能变差，严重时可引起活性污泥膨胀，严重时可引起活性污泥膨胀，造成出造成出水质量下降水质量下降。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 3、真菌、真菌：是一类较特别的生物，有单细胞和多：是一类较特别的生物，有单细胞和多细胞结构。细胞结构。活性污泥中的真菌，主要为丝状菌活性污泥中的真菌，主要为丝状菌。真菌。真菌在活性污泥中出现一般与在活性污泥中出现一般与水质有关水质有关，它常常出现在某，它常常出现在某些含些含碳较高或碳较高或pH值较低值较低的工业废水处理系统中。的工业废水处理系统中。4、微型动物、微型动物：包括：包括原生动物原生动物和和后生动物后生动物。原生。原生动物是动物中最原始、最简单的单细胞动物，其生理动物是动物中最原始、最简单的单细胞动物，其生理功能同动物相似，有摄食、消化、呼吸、排泄、生长、功能同动物相似，有摄食、消化、呼吸、排泄、生长、繁殖等功能。原生动物常见的类群有肉足虫类、鞭毛繁殖等功能。原生动物常见的类群有肉足虫类、鞭毛虫类和纤毛虫类。虫类和纤毛虫类。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 由于动物的型体较细菌大得多，借助显微镜就可将他由于动物的型体较细菌大得多，借助显微镜就可将他们区分开。可根据污泥中动物的种类、营养特性与净化程度们区分开。可根据污泥中动物的种类、营养特性与净化程度之间存在一定的关系来之间存在一定的关系来判断系统运行情况判断系统运行情况，使其在处理中起，使其在处理中起指指示作用示作用。在水质突变或污泥中毒时，即可根据生物相的变。在水质突变或污泥中毒时，即可根据生物相的变化，及时发现问题，采取必要的化，及时发现问题，采取必要的措施措施。5、微型藻类、微型藻类：是：是低等植物低等植物的统称，其结构简单，无根、的统称，其结构简单，无根、茎、叶的分化。污水处理中常见的藻类有茎、叶的分化。污水处理中常见的藻类有蓝藻、绿藻、硅藻蓝藻、绿藻、硅藻三类三类。藻类一般是无机营养的，其细胞内含有叶绿素及其它。藻类一般是无机营养的，其细胞内含有叶绿素及其它辅助色素，能进行光合作用。辅助色素，能进行光合作用。在活性污泥中，藻类数量和品在活性污泥中，藻类数量和品种较少种较少，在沉淀池边缘、出水槽等阳光暴露处较多见。，在沉淀池边缘、出水槽等阳光暴露处较多见。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理第二节第二节 生物处理的生化过程生物处理的生化过程 一、微生物的生长曲线一、微生物的生长曲线 废水中的废水中的生物处理过程生物处理过程实实际可看作是微生物的际可看作是微生物的连续培养连续培养过程。微生物的生长规律可用过程。微生物的生长规律可用细菌的生长曲线来反映，如图细菌的生长曲线来反映，如图5-2所示所示此曲线可划分为四个生长此曲线可划分为四个生长时期：时期：第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理图图4-1 细菌生细菌生长曲线长曲线 （一）停滞期（一）停滞期 这是细菌培养的这是细菌培养的最初最初时期。在这个时期，细菌时期。在这个时期，细菌刚接入新鲜的培养液中，对新的环境还有一个刚接入新鲜的培养液中，对新的环境还有一个适应适应过程，因此，在此时期细菌的数量基本不增加，过程，因此，在此时期细菌的数量基本不增加，生生长速率接近于零长速率接近于零。在污水生物处理过程中，这一时。在污水生物处理过程中，这一时期一般在细菌的期一般在细菌的培养驯化培养驯化或或处理水质突然发生变化处理水质突然发生变化后出现后出现，能适应的细菌则能生存，否则被淘汰，此，能适应的细菌则能生存，否则被淘汰，此时细菌数量可能时细菌数量可能减少减少。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 （二）对数增长期（二）对数增长期 细菌的活动经调整，适应了新的培养环境，由细菌的活动经调整，适应了新的培养环境，由于环境中的于环境中的营养物质相当丰富营养物质相当丰富，细菌的生长不受营，细菌的生长不受营养物质的限制，以养物质的限制，以最大最大的速度增大，生物量按几何的速度增大，生物量按几何级数增加，故称对数增长期。在此期间，废水中的级数增加，故称对数增长期。在此期间，废水中的有机物以最大的速率进行有机物以最大的速率进行氧化和合成氧化和合成，污泥的增长，污泥的增长速率与生物量成正比，与有机物的浓度速率与生物量成正比，与有机物的浓度无关无关。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 此阶段的活性污泥处于此阶段的活性污泥处于新生期新生期，活性最大，氧活性最大，氧化能力最强化能力最强，但，但凝聚沉淀性能很差凝聚沉淀性能很差。在对数增长期，。在对数增长期，细菌对污水细菌对污水处理能力强，处理速度快处理能力强，处理速度快，运行效率高，运行效率高，可缩短处理时间，减少处理容积，但要维持在对数可缩短处理时间，减少处理容积，但要维持在对数增长期，必然要供给细菌较多的营养，就要求进水增长期，必然要供给细菌较多的营养，就要求进水有有机物含量高机物含量高，因此，出水有机物含量也相应较多，因此，出水有机物含量也相应较多，出水水质较差出水水质较差。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理（三）静止期（生长率下降阶段）（三）静止期（生长率下降阶段）在此阶段，环境中的在此阶段，环境中的营养物质急剧下降营养物质急剧下降，因此微，因此微生物的生长直接受到营养物质的浓度限制，其增长速生物的生长直接受到营养物质的浓度限制，其增长速率与有机物的浓度成正比，并随有机物浓度的减少而率与有机物的浓度成正比，并随有机物浓度的减少而不断下降，不断下降，细菌总数达到最大值细菌总数达到最大值。但由于培养基中底。但由于培养基中底物逐渐消耗，并对细菌产生抑制和毒害作用，导致物逐渐消耗，并对细菌产生抑制和毒害作用，导致细细菌开始死亡菌开始死亡。虽然仍有新分裂的细菌产生，但细菌总。虽然仍有新分裂的细菌产生，但细菌总数基本保持不变，呈现一个动态平衡。在此阶段，污数基本保持不变，呈现一个动态平衡。在此阶段，污泥量达到最大值，其泥量达到最大值，其氧化能力减弱氧化能力减弱，但，但凝聚和沉降性凝聚和沉降性能增强能增强。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 此阶段对此阶段对营养和氧的要求低，营养和氧的要求低，运行稳定，运行稳定，废水中有机物的消耗比较彻底，有机物除去率废水中有机物的消耗比较彻底，有机物除去率较高，处理效果好，较高，处理效果好，污泥处理量小污泥处理量小，但由于污，但由于污水在处理装置中需要停留时间长，设备的容积水在处理装置中需要停留时间长，设备的容积要大，占地面积也大，电耗高，因此投资和运要大，占地面积也大，电耗高，因此投资和运行费用都行费用都较高。较高。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 （四）内源呼吸期（四）内源呼吸期 在此阶段，食物已经耗尽，在此阶段，食物已经耗尽，代谢产物代谢产物大量积累，大量积累，对细菌的对细菌的毒害也越来越大毒害也越来越大，造成细菌大量死亡，细，造成细菌大量死亡，细菌只能大量分解自己细胞内的营养物质，使菌只能大量分解自己细胞内的营养物质，使污泥量污泥量不断减少不断减少，生长曲线显著下降。此时的污泥处于衰，生长曲线显著下降。此时的污泥处于衰弱期，活性较差。本阶段初期，污泥的凝聚沉淀性弱期，活性较差。本阶段初期，污泥的凝聚沉淀性能好，絮凝体形成迅速，到了后期，因污泥中无机能好，絮凝体形成迅速，到了后期，因污泥中无机成分大量增加，污泥易碎，活性差，成分大量增加，污泥易碎，活性差，凝聚和沉淀性凝聚和沉淀性能差能差。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 上述的生长曲线只是反映了上述的生长曲线只是反映了细菌的生长细菌的生长与与底物底物浓度浓度之间的依赖关系。在污水处理中，污泥的增长之间的依赖关系。在污水处理中，污泥的增长规律取决于规律取决于有机物的浓度（有机物的浓度（C）和和生物量（生物量（M）的的比例关系。不同生长阶段的污泥，其要求的比例关系。不同生长阶段的污泥，其要求的C/M值值也不一样，因此，只要控制也不一样，因此，只要控制C/M值，就可以使污泥值，就可以使污泥处于某一个生长阶段，因此，选择与控制适宜的处于某一个生长阶段，因此，选择与控制适宜的C/M值，值，成为废水生物处理的重要指标。成为废水生物处理的重要指标。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理二、生物处理的生化过程二、生物处理的生化过程 生物处理的生化过程生物处理的生化过程是通过微生物的是通过微生物的新陈代谢新陈代谢来完成的来完成的。微生物在生命活动过程中不断从外界环。微生物在生命活动过程中不断从外界环境中境中摄取营养物质摄取营养物质，并通过复杂的酶催化反应将其，并通过复杂的酶催化反应将其加以利用加以利用，提供能量并合成新的生物体。同时有不，提供能量并合成新的生物体。同时有不断向外界环境排泄废物。这种为了维持生命活动与断向外界环境排泄废物。这种为了维持生命活动与繁殖下一代而进行的各种化学变化称为繁殖下一代而进行的各种化学变化称为微生物的新微生物的新陈代谢陈代谢。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 根据能量的根据能量的释放与吸收释放与吸收，可将代谢分为，可将代谢分为分解代分解代谢谢和和合成代谢合成代谢。在。在分解代谢分解代谢过程中，结构复杂的大分过程中，结构复杂的大分子有机物或高能化合物子有机物或高能化合物被分解被分解为简单的低分子物质或为简单的低分子物质或低能化合物，逐级释放出其固有的能量。低能化合物，逐级释放出其固有的能量。在合成代谢在合成代谢中中，微生物把从外界环境中摄取的营养物质，通过一，微生物把从外界环境中摄取的营养物质，通过一系列的生化反应系列的生化反应合成新的细胞物质合成新的细胞物质，在微生物的生命，在微生物的生命活动过程中，两种代谢不是单独进行的，而是相互依活动过程中，两种代谢不是单独进行的，而是相互依赖、赖、共同进行的共同进行的，两者的密切配合推动微生物的生命，两者的密切配合推动微生物的生命运动。运动。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 (一一)分解代谢分解代谢 高能化合物分解为低能化合物，物质由复杂高能化合物分解为低能化合物，物质由复杂到简单并逐级释放能量的过程叫分解代谢到简单并逐级释放能量的过程叫分解代谢。一切。一切生物进行生命活动所需要的物质和能量都是通过生物进行生命活动所需要的物质和能量都是通过分解代谢提供的，因此分解代谢提供的，因此分解代谢是新陈代谢的基分解代谢是新陈代谢的基础础。根据分解代谢过程对氧的要求，可。根据分解代谢过程对氧的要求，可 分为分为好氧好氧代谢代谢和和厌氧代谢厌氧代谢。废水的好氧生物处理，是在有。废水的好氧生物处理，是在有氧氧存在的条件下，在好氧微生物和兼性微生物的存在的条件下，在好氧微生物和兼性微生物的参与下，使有机物降解的参与下，使有机物降解的无害化处理方法无害化处理方法。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 废水中存在的废水中存在的各种有机物各种有机物作为微生物的作为微生物的营养营养源源，这些高能有机物经过一系列的，这些高能有机物经过一系列的生化反应生化反应，释放，释放出能量，最后以低能的无机物稳定下来，达到无害出能量，最后以低能的无机物稳定下来，达到无害化的目的。耗氧分解过程中，有机物的分解比较彻化的目的。耗氧分解过程中，有机物的分解比较彻底，底，最终产物是水和二氧化碳最终产物是水和二氧化碳，释放能量最多，代，释放能量最多，代谢速度快，代谢产物稳定。谢速度快，代谢产物稳定。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 废水的废水的厌氧代谢厌氧代谢（即厌氧生物处理）是指在（即厌氧生物处理）是指在无氧无氧存在的条件下，在厌氧微生物和兼氧微生物的作用下存在的条件下，在厌氧微生物和兼氧微生物的作用下对对有机物进行分解的处理方法有机物进行分解的处理方法。在厌氧生物处理过程。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机物被降解为简单、稳定化合物，同时中，复杂的有机物被降解为简单、稳定化合物，同时释放能量。其中大部分能量以释放能量。其中大部分能量以甲烷甲烷的形式出现，可回的形式出现，可回收利用，仅有少量有机物转化合成为新的细胞组成部收利用，仅有少量有机物转化合成为新的细胞组成部分，故厌氧法相对于好氧，分，故厌氧法相对于好氧，污泥量较少污泥量较少。厌氧分解代。厌氧分解代谢中有机物氧化不彻底，最终产物中还含有谢中有机物氧化不彻底，最终产物中还含有大量的能大量的能量量，因此释放能量少，代谢速度慢。，因此释放能量少，代谢速度慢。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 （二）合成代谢（二）合成代谢 微生物从外界获得能量，将低能化合物微生物从外界获得能量，将低能化合物合成生物体的过程叫合成代谢合成生物体的过程叫合成代谢，在此过程中，在此过程中，微生物合成所需的微生物合成所需的能量能量和和物质物质由分解代谢提由分解代谢提供。供。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 第三节第三节 生物处理法对废水水质的要求生物处理法对废水水质的要求 近年来，近年来，新合成新合成的有机化合物不断问世，有些的有机化合物不断问世，有些是可以被微生物降解的，而有些是是可以被微生物降解的，而有些是难被微生物降解难被微生物降解。当有毒物质进入废水生物处理系统后不仅得不到理当有毒物质进入废水生物处理系统后不仅得不到理想的处理效果，而且对微生物产生毒害作用，影响想的处理效果，而且对微生物产生毒害作用，影响正常的生物处理。正常的生物处理。因此必须首先通过实验判断废水因此必须首先通过实验判断废水用生物处理的可能性用生物处理的可能性。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 其目的在于其目的在于了解污染物的了解污染物的 分子结构能否在生物作用分子结构能否在生物作用下分解到环境所允许的下分解到环境所允许的 结构形式，以及是否有足够快的结构形式，以及是否有足够快的分解速度。如果废水的分解速度。如果废水的 可生化性能较好，为了取得预期可生化性能较好，为了取得预期的的 处理效果，还处理效果，还 必须为微生物的必须为微生物的 生长繁殖创造一个生长繁殖创造一个适适宜的宜的 环境环境。一、温度一、温度：微生物的全部生长过程都取决于化学：微生物的全部生长过程都取决于化学反应，而这些化学反应的速率又反应，而这些化学反应的速率又都受到温度的影响都受到温度的影响，因，因此环境中的温度除影响微生物总量增长外，也影响微生此环境中的温度除影响微生物总量增长外，也影响微生物增长速率。对任何一种微生物都有一个最物增长速率。对任何一种微生物都有一个最适宜的温度适宜的温度，在一定的温度范围内，随着温度的升高，微生物生长加在一定的温度范围内，随着温度的升高，微生物生长加速，一般温度速，一般温度每提高每提高10，微生物的生长速度可增加一，微生物的生长速度可增加一倍倍。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 此外，还有此外，还有最低温度最低温度和和最高生长温度最高生长温度，所谓最，所谓最低生长温度，是指低于这一温度，微生物的低生长温度，是指低于这一温度，微生物的生长就生长就停止停止了，但并未死亡，人们就利用此特性在低温下了，但并未死亡，人们就利用此特性在低温下保存菌种保存菌种。最高温度是指高于这个温度微生物生长。最高温度是指高于这个温度微生物生长停止，并最终停止，并最终导致死亡导致死亡。对大多数细菌而言，其适。对大多数细菌而言，其适宜的温度范围为宜的温度范围为2040，温度低于，温度低于10或高于或高于40，处理效果明显下降。因此，处理效果明显下降。因此生物处理法必须控生物处理法必须控制处理时的废水温度。制处理时的废水温度。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 二、溶解氧二、溶解氧DO：好氧生化过程需要氧，而：好氧生化过程需要氧，而氧必须溶解于水中成为溶解氧才能为好氧微生物利氧必须溶解于水中成为溶解氧才能为好氧微生物利用，用，只有只有在有氧的情况下，好氧微生物才能在有氧的情况下，好氧微生物才能生长和生长和繁殖繁殖，一般要求溶解氧维持在，一般要求溶解氧维持在0.52mg/L。厌氧微厌氧微生物生物在有氧的情况下，生长反而受到抑制，甚至在有氧的情况下，生长反而受到抑制，甚至死死亡亡。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 三、三、pH值值：废水中：废水中H+浓度对微生物的生长有浓度对微生物的生长有直接影响。生物体内的生化反应都是在酶的参与下直接影响。生物体内的生化反应都是在酶的参与下进行，进行，酶反应需要合适的酶反应需要合适的pH值范围值范围，因此废水的酸，因此废水的酸碱度对微生物的代谢活力有很大的影响。微生物的碱度对微生物的代谢活力有很大的影响。微生物的生长都有一个最佳生长都有一个最佳pH值范围，值范围，对于好氧生物处理，对于好氧生物处理，pH值宜在值宜在69范围内范围内。厌氧生物处理的。厌氧生物处理的pH值范围为值范围为6.58，因为甲烷细菌生长最佳，因为甲烷细菌生长最佳pH值范围较狭窄，值范围较狭窄，pH值低于值低于6或高于或高于8时，对甲烷细菌都时，对甲烷细菌都不利不利。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 四：营养物质四：营养物质：微生物的生长、繁殖及代谢：微生物的生长、繁殖及代谢活动都离不开营养，而且微生物代谢需要一定比例活动都离不开营养，而且微生物代谢需要一定比例的营养物质。所需营养物质的营养物质。所需营养物质主要有主要有碳源、氮源及磷、碳源、氮源及磷、硫和微量的钾、镁、铁、钙、维生素等。在某些工硫和微量的钾、镁、铁、钙、维生素等。在某些工业废水中含有的营养成分不一定完全适合或满足微业废水中含有的营养成分不一定完全适合或满足微生物的需要，因此就要靠生物的需要，因此就要靠外加营养外加营养。对好氧生物处。对好氧生物处理，废水中的营养物质一般应满足理，废水中的营养物质一般应满足BOD5：N；P=100：5：1。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 五、有毒物质五、有毒物质：凡是在废水中存在的、对细：凡是在废水中存在的、对细菌具有菌具有抑制或杀死作用抑制或杀死作用的物质都是有毒物质。主要的物质都是有毒物质。主要毒物有金属离子（如锌、铜、铅、铬等）和一些非毒物有金属离子（如锌、铜、铅、铬等）和一些非金属化合物（如酚、醛、硫化物等），这些有毒物金属化合物（如酚、醛、硫化物等），这些有毒物质或是破坏细菌细胞内某些必要的物理结构，或是质或是破坏细菌细胞内某些必要的物理结构，或是抑制其它物质的生物氧化。因此，在废水处理中，抑制其它物质的生物氧化。因此，在废水处理中，应防止超过应防止超过允许浓度的有毒物质进入，对有毒物质允许浓度的有毒物质进入，对有毒物质浓度较高的废水应采用适当方法进行浓度较高的废水应采用适当方法进行予处理予处理。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理第四节第四节 活性污泥法活性污泥法 废水的生物处理法是在废水的生物处理法是在19世纪末出现的。世纪末出现的。生物生物处理法处理法包括包括活性污泥法活性污泥法和和生物膜法生物膜法，其中活性污泥，其中活性污泥法是生物处理法的法是生物处理法的主要方法主要方法。一、活性污泥的定义和组成一、活性污泥的定义和组成 所谓活性污泥是由所谓活性污泥是由细菌细菌、原生动物原生动物等微生物与等微生物与悬浮物质悬浮物质、胶体物质胶体物质混合在一起形成的具有很强混合在一起形成的具有很强吸吸附分解有机物附分解有机物能力的能力的絮状颗粒絮状颗粒。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 活性污泥是以细菌、原生动物和后生动物组成活性污泥是以细菌、原生动物和后生动物组成的的活性微生物活性微生物为主体，还包括一些为主体，还包括一些无机物无机物、未被微、未被微生物分解的的生物分解的的有机物有机物和微生物自身代谢的和微生物自身代谢的残留物残留物等等四部分组成。活性污泥结构疏松，表面积很大，对四部分组成。活性污泥结构疏松，表面积很大，对有机污染物有很强的吸附凝聚和氧化分解能力。有机污染物有很强的吸附凝聚和氧化分解能力。二、活性污泥的形成及其性质二、活性污泥的形成及其性质 含有有机物和细菌的污水，不断曝气，维持足含有有机物和细菌的污水，不断曝气，维持足够的溶解氧，经过一定时间后，就会产生絮状的污够的溶解氧，经过一定时间后，就会产生絮状的污泥。泥。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理在显微镜下观察，可见到各种在显微镜下观察，可见到各种微生物微生物、细菌、真菌、原细菌、真菌、原生动物和后生动物生动物和后生动物，把这种充满微生物的絮状泥粒称为活性，把这种充满微生物的絮状泥粒称为活性污泥。活性污泥的污泥。活性污泥的性能性能决定着决定着净化效果的好坏净化效果的好坏，其性能可用，其性能可用以下几项指标表示：以下几项指标表示：（一）污泥浓度（一）污泥浓度：指曝气池中单位体积混合液所含悬：指曝气池中单位体积混合液所含悬浮固体的重量，用浮固体的重量，用MLSS表示。单位为表示。单位为“g/L”或或“mg/L”表表示。示。它包括活性污泥的四种成分，工程上把它作为它包括活性污泥的四种成分，工程上把它作为活性污泥活性污泥生物量生物量的近似指标，同时也可用的近似指标，同时也可用单位体积混合液中挥发性悬单位体积混合液中挥发性悬浮固体的重量浮固体的重量即即MLVSS表示。它不包括污泥中的表示。它不包括污泥中的无机成分无机成分，也是活性污泥生物量的近似指标，但比也是活性污泥生物量的近似指标，但比MLSS精确。精确。污泥浓污泥浓度的大小间接反映混合液中微生物量的多少度的大小间接反映混合液中微生物量的多少。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 （二）污泥沉降比：（二）污泥沉降比：是指曝气池混合液在是指曝气池混合液在100mL量筒中，静止沉淀量筒中，静止沉淀30min后，沉淀污泥与原混合后，沉淀污泥与原混合液的体积比，以液的体积比，以SV表示。对于正常的活性污泥，经表示。对于正常的活性污泥，经静止沉淀静止沉淀30min后，可接近后，可接近最大密度最大密度，因此，污泥沉降，因此，污泥沉降比可表示曝气池中正常运行时的污泥量。由于比可表示曝气池中正常运行时的污泥量。由于SV测测定定方法简单方法简单、迅速，因此常用它来指导活性污泥系统的、迅速，因此常用它来指导活性污泥系统的运行。它运行。它不仅不仅可作为剩余污泥排放的控制指标，可作为剩余污泥排放的控制指标，还可还可反反映污泥沉降性能的变化。如果映污泥沉降性能的变化。如果污泥沉降比突然急剧变大污泥沉降比突然急剧变大，预示污泥即将发生膨胀或已经发生膨胀，预示污泥即将发生膨胀或已经发生膨胀。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 （三）污泥容积指数（三）污泥容积指数（SVI）：）：简称污泥指数，是指简称污泥指数，是指曝气池出口曝气池出口混合液静置沉降混合液静置沉降30 min后，后，1g干污泥所占的容积，干污泥所占的容积，以以SVI表示，单位为：表示，单位为：mL/g。污泥指数确定过程虽然很复杂，。污泥指数确定过程虽然很复杂，但它能比较准确地反映出活性污泥沉降性能的好坏。对于某但它能比较准确地反映出活性污泥沉降性能的好坏。对于某一个特定废水水质，有一个对应的一个特定废水水质，有一个对应的最佳最佳SVI值值，如果，如果SVI值值过低过低说明污泥颗粒细小紧密，可能是说明污泥颗粒细小紧密，可能是无机物较多无机物较多，此时污泥，此时污泥活性较差活性较差，如果，如果SVI值值过高过高，说明污泥的沉降性能不好，污，说明污泥的沉降性能不好，污泥可能要发生泥可能要发生膨胀或已经解体膨胀或已经解体，此时污泥往往是丝状菌占了，此时污泥往往是丝状菌占了优势。不同的废水水质，优势。不同的废水水质，SVI值是不同的值是不同的。生活污水正常的。生活污水正常的SVI值为值为50150，最佳的，最佳的SVI值为值为100，印染废水是，印染废水是SVI远高远高于于100，正常的正常的SVI值为值为100300。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理（四）污泥龄（四）污泥龄（TS）：）：也称为细菌平均停也称为细菌平均停留时间或污泥滞留时间。是指留时间或污泥滞留时间。是指曝气池中工作着的曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排除的剩余污泥量的比值活性污泥总量与每日排除的剩余污泥量的比值，单位为单位为d（日）。在稳定运行条件下，剩余污泥量（日）。在稳定运行条件下，剩余污泥量就是新增长的污泥量。所以污泥龄也是新增长污就是新增长的污泥量。所以污泥龄也是新增长污泥在曝气池内的泥在曝气池内的平均停留时间平均停留时间，或曝气池工作污，或曝气池工作污泥增长一倍平均所需时间。泥增长一倍平均所需时间。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理三、活性污泥法的基本流程和净化过程三、活性污泥法的基本流程和净化过程（一）基本流程（一）基本流程 活性污泥法的形式多种多样，但都具有共同的活性污泥法的形式多种多样，但都具有共同的特征。其基本流程如图特征。其基本流程如图5-2所示所示4-2 活性污泥法基本流程活性污泥法基本流程第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 活性污泥法是在废水的活性污泥法是在废水的自净作用原理下自净作用原理下发展而来发展而来的。废水经予处理后进入一个人工建造的池子，池内的。废水经予处理后进入一个人工建造的池子，池内有无数能氧化分解有机污染物的微生物，在池内设置有无数能氧化分解有机污染物的微生物，在池内设置人工供氧系统进行人工供氧系统进行充氧充氧，给停留在曝气池内的大量微，给停留在曝气池内的大量微生物提供足够的氧气，此生物提供足够的氧气，此池称为曝气池池称为曝气池。废水在曝气。废水在曝气池停留一段时间后，废水中的有机物绝大多数被微生池停留一段时间后，废水中的有机物绝大多数被微生物吸附、氧化分解成无机物，随后进入沉淀池。在沉物吸附、氧化分解成无机物，随后进入沉淀池。在沉淀池中，活性污泥下沉，处理后的水溢流排出。因此淀池中，活性污泥下沉，处理后的水溢流排出。因此活性污泥法的主要构筑物是曝气池和二次沉淀池活性污泥法的主要构筑物是曝气池和二次沉淀池。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 同时，一部分沉淀下来的活性污泥要不断回到同时，一部分沉淀下来的活性污泥要不断回到曝气池曝气池，以保持曝气池内，以保持曝气池内足够足够的生物量，用来分解氧的生物量，用来分解氧化废水中的有机物，由于有机物被除去的同时不断产化废水中的有机物，由于有机物被除去的同时不断产生一定量的活性污泥，为了维持处理系统中一定的微生一定量的活性污泥，为了维持处理系统中一定的微生物量，必须不断把多余的活性污泥从二沉池中生物量，必须不断把多余的活性污泥从二沉池中排除排除，排除的活性污泥称为排除的活性污泥称为剩余污泥。剩余污泥。活性污泥法净化废水的能力强、效率高、占地活性污泥法净化废水的能力强、效率高、占地面积少、臭味轻。但产生剩余污泥量大，对水质水量面积少、臭味轻。但产生剩余污泥量大，对水质水量的变化比较敏感、缓冲能力弱。的变化比较敏感、缓冲能力弱。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 (二二)有机物的净化过程有机物的净化过程 在活性污泥系统中，有机物的净化过程经过在活性污泥系统中，有机物的净化过程经过吸附吸附、生物氧化生物氧化和和絮凝沉淀絮凝沉淀三个阶段。其中前两个阶段在曝气三个阶段。其中前两个阶段在曝气池中完成，后一阶段在二沉池内完成。池中完成，后一阶段在二沉池内完成。1、活性污泥吸附阶段、活性污泥吸附阶段 在这一阶段废水中的有机物除去主要是通过活性污泥在这一阶段废水中的有机物除去主要是通过活性污泥的吸附作用。由于处于内源呼吸状态（即的吸附作用。由于处于内源呼吸状态（即饥饿状态饥饿状态）的）的活性污泥中的微生物对食物的需求，且活性污泥是一种活性污泥中的微生物对食物的需求，且活性污泥是一种絮凝体，具有巨大的表面积，一旦与废水接触，对废水絮凝体，具有巨大的表面积，一旦与废水接触，对废水中呈悬浮状和胶体状有机颗粒立即产生中呈悬浮状和胶体状有机颗粒立即产生强烈的吸附强烈的吸附作用，作用，且吸附速度很快。通过吸附，废水中的有机物会减少很且吸附速度很快。通过吸附，废水中的有机物会减少很多。多。第四章第四章 废水的生物处理废水的生物处理 吸附一般在吸附一般在1020min内就能完成，表现在处理内就能完成，表现在处理初期废水中的初期废水中的BOD和和COD浓度大幅下降。但由于吸浓度大幅下降。但由于吸附时间短，通过吸附作用，有机物只是从水中转移到附时间短，通过吸附作用，有机物只是从水中转移到污泥上，其性质并未立即污泥上，其性质并未立即发生变