污水的生物处理---活性污泥法gtke.docx

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1、污水的生生物处理理-活性污污泥法(Bioologgicaal TTreaatmeent of Wasstewwateer:The Acttivaatedd Slludgge PProccesss) 水体自自净，氧氧化塘 自然然条件下下 土壤自自净，土土地处理理 好氧氧处理 人人工条件件下 活活性污泥泥法生物处理理 生物物膜法 厌氧氧处理 自自然条件件下 ：高温堆堆肥、厌厌氧塘人工条件件下 厌氧氧处理技技术 污泥消消化(Aerrobiic/AAnaeerobbic Susppendded-Groowthh Trreattmennt PProccessses Atttacchedd-Grrowtt

2、h TTreaatmeent Proocesssess)4.1.1. 活性污污泥处理理法的基基本概念念与流程程 Waasteewatter Aiir AAeraatioon ttankk Seeconndarry cclarrifiier Retturnn Slludgge Exxcesss ssluddge4.1.2 活活性污泥泥的形态态与活性性污泥微微生物1 活性污泥泥的形态态: 颜色色，味，形形状，比比重，含含水率 表面积积20-1000cm22/mll；有机（775-885%）/无机成成分， 活活性污泥泥组成：Ma +Mee+Mii+Miii 微微生物 惰性性有机物物 无机物物 自身氧

3、氧化残留留物2 活性污泥泥微生物物（Maa）及其其在活性性污泥反反应中作作用细菌：产产碱干菌菌属，芽芽胞干菌菌属，动动胶杆菌菌属，假假单胞菌菌属，大大肠杆菌菌属，无无色杆菌菌属等 （增殖殖世代时时间200-300minn）； 数量：1077-1008个/mmL真菌：丝丝状菌，霉霉菌；净净化能力力与不利利影响原生动物物： 肉肉足虫类类：如变变形虫、滴滴虫，鞭毛虫类类，：豆豆形虫、肾肾形虫、草草履虫；纤毛虫类类：钟虫虫、等枝枝虫、盖盖纤虫 原生动物物- 细菌菌的捕食食者后生动物物：轮虫虫；水质质良好的的标志微 生 残留留食物量量 物 量 微生生物总量量 自由游游泳 纤毛毛虫类 有有柄纤毛毛虫类 鞭

4、鞭毛虫类类 肉肉足虫类类 轮虫虫类 TTimee图：原生生动物在在活性污污泥反应应过程中中数量和和种类的的增长与与递变模模式3 活性污泥泥微生物物的增殖殖与活性性污泥的的增长多种属的的活性污污泥微生生物增殖殖规律与与纯种微微生物增增殖规律律相似微生物增增殖=活性污污泥增殖殖活性污泥泥的增殖殖受活性性污泥能能含量的的控制 FF/M有机物物量/活活性污泥泥量-有机机负荷 量量 对数增增殖 减减速增殖殖 内源呼呼吸 CC dd X （SSluddge） 氧利用用速率 b S（BBOD） aa 适应应期X00Timee静态培养养条件下下，活性性污泥增增长曲线线、有机机物降解解和氧利利用速率率4 活性污

5、泥泥絮体的的形成意义与作作用活性污泥泥絮凝体体形成的的骨干-菌菌胶团活性污泥泥形成机机制： 能能含量-FF/M； 电斥斥力与范范德华引引力细菌种类类：分泌泌粘着物物的细菌菌：动胶胶杆菌、黄黄杆菌、蜡蜡状芽孢孢杆菌等等4.1.3 活活性污泥泥净化反反应过程程有机物污污染物净净化-有机机物被微微生物摄摄取、代代谢与利利用1、 初期吸附附去除 初初期：55-100 miin 30mmin内内BODD去除率率达到770%活性污泥泥强吸附附能力的的产生源源：1） 具有很大大的表面面积：220000-1000000m2/m3混合液液2） 多糖类粘粘质层吸附能力力影响因因素：1）微生生物的生生理状态态 处于

6、于饥饿状状态的微微生物具具有最强强吸附能能力2）反应应器中流流态吸附不等等于降解解，吸附附能力是是有限的的，提高高吸附能能力污泥曝曝气2、 微生物代代谢小分子有有机物-细细胞壁微生物物体内内酶代谢大分子有有机物水解酶酶小分子子细胞壁壁微生物物体内有机物的的氧化方方程：新细胞的的合成：微生物自自身氧化化：分解代谢谢与合成成代谢模模式图： H2O，CCO2，NHH3 +能能量 分解解代谢（11/3）有机物 +O22 合成成（2/3） 内源呼呼吸产物物+能量量 合成成细胞物物质+OO2 880%内源呼吸吸残留物物 200%4.2 活性污污泥净化化反应影影响因素素与主要要设计、运运行参数数4.2.1

7、活活性污泥泥净化反反应影响响因素1. 营养物质质平衡：C：NN：P= 1000：55：1其他微量量元素：钠、钾钾、钙、镁镁、铁2. 溶解氧含含量： DO22mg/L3. PH值 6.55-8.54. 水温 适宜：10-4500C 最佳：15-3500C5. 有毒物质质：重金金属、酚酚类、甲甲醛 经经过培养养驯化后后， 微微生物对对有毒物物质有适适应与降降解能力力 （表表4-44 p1105）4.2.2活性性污泥处处理系统统的控制制指标与与设计、运运行操作作参数使活性污污泥系统统正常、高高效运行行的基本本条件：适当的污污水水质质、水量量具有活性性和足够够量的活活性污泥泥生物量量满足微生生物需要要

8、的溶解解氧良好的流流态，气气、液、固固充分接接触控制指标标（设计计、运行行操作参参数）1、 表示及控控制混合合液中活活性污泥泥微生物物量的指指标(1)MMixeed lliquuor susspenndedd soolidds (MLSSS)(2)MMixeed lliquuor vollatiile susspenndedd soolidds (MLVVSS) ff=MLLVSSS/MLLSS 0.7752、 活性污泥泥的沉降降性能及及其评价价指标（1） 30miin污泥泥沉降比比（%） 30%Setttlinng VVeloocitty / Slludgge （settling） Volu

9、me（SV） （2）污污泥容积积指数，SSluddge Vollumee Inndexx （SSVI） 定义：曝气池池出口处处混合液液经过330miin沉降降后，每每克干污污泥所形形成的沉沉淀污泥泥所占有有的容积积（mLL/g）：SVI的的意义：SVII沉降性性能；SSVI沉沉降性能能SVI正正常范围围：SVVI=770-1100（1120） 城城市和生生活污水水SVI1100 沉降性性能好；1000SVII2000，不不好SVI与与BODD-污泥泥负荷的的关系（城城市污水水）：SVI 分分散矾花花 絮凝凝污泥 膨胀胀污泥400 SVII 差 优 差300200 高负荷荷 一般负负荷 SSVI

10、 ZSSV100 00 2.5 22.0 11.5 1.0 0.55 0 00 00.3 00.6 00.9 11.2 BOD-污泥负负荷（kkgBOOD/kkgMLLSS.d） BOOD-污污泥负荷荷（kggBODD/kgg.d）BOD-污泥负负荷与SSVI之之间的关关系3.污泥泥龄 （SSluddge agee，Meean celllressideencee tiime） 污泥增增长与剩剩余污泥泥的产生生与排出出剩余污泥泥产量：DX=QWWXr+（QQ-QWW）Xe （g/d）污泥龄：曝气池池内活性性污泥总总量与每每日排放放污泥量量之比 （dd） 当二沉沉池处于于最佳沉沉淀状态态下：污泥龄

11、的的重要性性：系统统控制参参数，生生物种类类控制4.BOOD-污污泥负荷荷 F/MMFoood-tto-mmicrroorrgannismm raatioo kkgBOOD/kkgMLLSS.dX=MLLSS ； Q=进进水流量量； Saa=BOODinn；V=曝气池池体积BOD容容积负荷荷 kgBBOD/m3.dBOD负负荷对有有机物降降解与活活性污泥泥增长以以及污泥泥沉降性性能的影影响（生物处处理过程程中的两两个重要要关系）：5.有机机物降解解与活性性污泥增增长活性污泥泥的增殖殖有机物物的降解解活性污泥泥的增殖殖=合成成反应-内源代代谢活性污泥泥增长基基本方程程：污泥净增增长速率率=合成成

12、速率-内源代代谢速率率合成速率率与有机机物利用用有关： Y-产产率系数数内源代谢谢速率与与生物量量有关： KKd-衰减减系数dd-1 （霍克克来金 Heuukellekiian方方程）净增长速速率以天天（d）计计时：Sa-BBODiin；SSe-BOODouut；XXv-MLLVSSSOr： Srr=Sa-Se ；XX=MLLSSa，b-YY， KKd （YY=0.5-00.655；Kdd=0.05-0.11）污泥泥龄龄与BOOD污泥泥去除负负荷的关关系的推推导：由：两边同以以XVV除： 令： BODD污泥去去除负荷荷（kgg/kgg.d）而根据泥泥龄的定定义：则推导出出：思考题：推导出出水B

13、OOD浓度度与污泥泥泥龄的的关系（城市污污水200OC：YY=0.4-00.8 mgVVSS/mgBBOD；0.225-00.4mmgVSSS/mmgCOOD KKd=0.04-0.0075 d-11）6. 有机物降降解与需需氧 kg OO2/d ；aa- kkg OO2/kggBODD去除 ；b- kg O2/kgg污泥自自身氧化化由以上式式子也可可导出两两个重要要关系：F单位重量量活性污污泥需氧氧量与BBOD污污泥去除除负荷：F每降解11kgBBOD的的需氧量量与BOOD污泥泥去除负负荷：a=0.42-0.553；bb=0.1888-0.11 (生活活污水)系数 YY，Kdd，a，bb，；

14、aa，b 的的确定：jDX/XVVV Yk Kdd QSSr/XVVO2/XXVVl a bQSr/XVV4.3 活性污污泥反应应动力学学基础g活性污泥泥反应：活性污污泥对有有机物的的代谢；活性污污泥的增增长；活活性污泥泥微生物物对氧的的利用等等生化反反应g活性污泥泥反应动动力学主主要研究究活性污污泥生化化反应速速率及其其影响因因素.主要内内容：E有机物降降解速率率与有机机物浓度度、活性性污泥生生物量E活性污泥泥增殖速速率与有有机物浓浓度、活活性污泥泥生物量量4.3.2 MMonood 方方程式 1.基基本方程程 由由描述酶酶（纯酶酶）促反反应的米米-门公公式-描描述纯种种微生物物在单一一基质

15、上上增殖速速率的MMonood方程程 基质质降解速速度 微生生物增殖殖速度 Vmmax V=VVmaxx mMMAX V=Vmaax/22 m=mMAXX/2 VV=f（SS） Kmm S S=KKS S 米米-门关关系曲线线 MMonood 曲曲线E + S ES EE+ P m-微生生物比增增殖速度度，t-1酶 基基质 复合合物 酶 产物物 mmmax-微生生物最大大比增殖殖速度，tt-1 VV-基质质降解速速度 Km饱和常常数进一步应应用到污污水处理理过程（混混合的活活性污泥泥菌群）中中： 因为微微生物的的比增殖殖速度（m）与有机物的比降解速度（v）成正比： m v 则则有机物物比降解解

16、速度也也可以用用米门公公式描述述： vvmaxx-有机机物的最最大比降降解速度度，t-1有机物比比降解速速度的定定义： S0，S 进出水水有机物物浓度 t 反应时时间所以： 有机物降降解速度度 XX=MLLVSSS 当 ； 2. MMonood方程程式的两两点推论论 （在两种极限有机物浓度下，Monod方程式的两种简化表示式）（1） S KKS忽略KSS零级反反应（2） S1）：同样也得得到：BBOD污污泥去除除负荷NNrs与出出水有机机物浓度度的关系系： kkgBOOD/kkg .d以及BOOD容积积去除负负荷Nrrv与出出水有机机物浓度度的关系系： kggBODD/m33.d4.动力力学常

17、数数的确定定1） 一级反应应方程中中的k22： kk2Se2） Monnod方方程中的的vmaax，KKS： KS/vvmaxx其倒数：1/vvmaxx 1/Se城市污水水20OOC：vvmaxx=2-10 d-11， KKS=255-1000 mmgBOOD/LL 115-770 mmgCOOD/LL 4.3.3 活活性污泥泥动力学学的另一一种表示示形式LLawrrencce-MMcMaartyy 方程程式：特点：直直接研究究活性污污泥反应应过程，强强调污泥泥泥龄的的概念： 污泥泥龄：活活性污泥泥在反应应器中平平均停留留时间 （dd）qc Q 生生物固体体平均停停留时间间 细胞平平均停留留时

18、间定义单位位底物利利用率：由4-220：推推出L-M第一一基本方方程-泥龄与与单位底底物利用用率：借用Moonodd方程建建立L-M第二二基本方方程： 设定定有机物物被微生生物利用用速率=有机物物降解速速率-有机机物被微微生物利利用速率率其含义同同Monnod方方程L-M推推论的33个重要要关系式式：对完全混混合活性性污泥系系统进行行生物量量、底物物质量平平衡分析析： QQ（1+R），XXa （QQ-QWW），Xe ，SSe Q，SS0 Xaa，V，SSe R污污泥回流流比RQ ，XXr ，SSe DXX=QWW.Xr1） Se-qcc：通过过系统中中微生物物的质量量衡算：由基本方方程： 和

19、推出出：2)反应应器中XXa与qc：通过过进出曝曝气池的的底物的的质量衡衡算：由 得：3)污泥泥回流比比R与qcc： 由由进出二二沉池污污泥量的的物料平平衡： QQ（1+R）XXa= （QQ-QWW）Xe+DX+ RQXXrXe 0 有： Q（11+R）XXa= DX+ RQQXr 且且 所以有有：4)活性性污泥的的表观产产率 YYobss YY 微生生物增殖殖总量，没没有去除除由于微微生物内内源呼吸吸作用而而使自身身质量消消亡的那那一部分分。实际际测得的的微生物物增殖量量，是微微生物的的净增殖殖量，称称之为表表观产率率：Yobss=Y/（1+Kdqc）4.4 活性污污泥处理理系统的的运行方方

20、式与曝曝气池的的工艺参参数4.4.1 传传统(普通)活性污污泥法处处理系统统 （CConvventtionnal acttivaatedd slludgge pproccesss） 进水 Airr曝气池 AAeraatioon ttankk 二沉沉池 出水 回流流污泥工艺描述述：狭长长形，多多廊道，推推流式，吸吸附与代代谢发生生在一个个池子中中，供氧氧均匀工艺特征征： BOOD BOOD降解解 O2 需需氧与供供氧 污泥泥增长曲曲线 供氧 量量 b Dx 需氧 a 减 内源代代谢 DDO浓度度 池池长 池池长 池长工艺优点点：历史史悠久；停留时时间长；污泥生生长周期期长，处处理效率率高（BBO

21、D去去除率990-995%）；运行稳稳定，管管理操作作简单，便便于改革革发展，污污泥沉淀淀性能好好； 特别别适用于于对处理理要求高高，而水水质稳定定的废水水工艺缺点点：需氧氧与供氧氧不平衡衡；池体体积大，占占地多；基建费费用高；不适应应冲击负负荷。4.4.2 渐渐减曝气气活性污污泥法系系统（TTapeeredd Aeerattionn）对普通曝曝气池的的改进，主主要解决决普通曝曝气供氧氧不平衡衡的问题题，供氧氧强度沿沿池长是是变化的的： 优点：节能。 O22 供氧氧 需需氧 池长4.4.3 阶阶段曝气气活性污污泥法系系统（SStepp-feeed Aerratiion）针对普通通活性污污泥法集

22、集中一点点进水，易易受冲击击负荷影影响，供供氧、与与需氧不不平衡的的又一中中改进方方式。设设计多点点进水，均均负荷 进水 AAir曝气池 AAeraatioon ttankk 二沉沉池 出水 回流流污泥工艺特征征有机物物分配均均匀 氧氧均匀 污污泥浓度度逐渐降降低 BOD 供氧 需氧池长 池长长 池长长工艺优点点：有利利于均化化负荷，耐耐冲击负负荷；提提高空气气利用率率；减轻轻二沉池池污泥负负荷工艺缺点点：出水水水质稍稍差于传传统法（传统工工艺易改改为渐减减曝气和和阶段曝曝气）4.4.4 吸吸附-再再生活性性污泥法法系统（CConttactt sttabiilizzatiion ）出现在440

23、年代代后期美美国（SSmitth），依依据活性性污泥的的初期快快速吸附附的能力力BOD 0.55-2hh 进进水 吸附池池 沉沉 回流污污泥 再生生池Toptt TTimee 3-5h特征： 吸附与与代谢分分别在两两个池子子（或11个池子子的两部部分）进进行； 高回流流比 550-1100%，充分分利用活活性污泥泥的初期期吸附能能力优点： 反应应器总容容积小于于普通活活性污泥泥法对特殊情情况，有有较多的的应变手手段（两两个池子子的污泥泥更换）有机物降降解曲线线： 微生生物增长长曲线 BOOD 量量 吸附 沉沉淀 再生 吸吸附 再生 适应：含悬浮浮性、胶胶体性有有机物较较多的废废水，可可不设初初

24、沉池。4.4.4 完完全混合合活性污污泥法系系统（Commpleete mixxiedd acctivvateed ssluddge proocesss）传统法（均均化负荷荷和需氧氧）-改革革为多点进进水-完全全混合 Airr 工艺艺特点 进进水 沉 出水水 1）池池内各点点水质 均匀匀，具有有很好的的 稀稀释作用用； 回回流污泥泥 剩剩余污泥泥 22）微生生物生长长环境 污泥泥工况 供供氧 稳定定，降解解速率为为恒 污泥泥 定定 ；33）污泥泥增长曲曲 需氧 线线为1点点，有利利于控 F/MM 时间 制制在最佳佳状态；4）需需 氧量稳稳定，氧氧利用高高 动力力消耗低低工艺缺点点1） 易发生短

25、短路，出出水水质质不如传传统推流流式；2） 池形大小小、形状状受到限限制 （DD20mm）3） 易发生污污泥膨胀胀4.4.5 延延时曝气气活性污污泥法系系统（Exttendded aerratiion，TTotaal ooxiddatiion ）一般活性性污泥法法在处理理污水的的同时总总要产生生相当量量的剩余余污泥，供供氧和处处理污泥泥是活性性污泥处处理厂的的两个主主要能耗耗。延时曝气气通过增增加曝气气时间，加加大污泥泥自身氧氧化率，使使DX 0。 污泥泥增长曲曲线 NNS，Se，T 污泥 工艺特特征 1）曝曝气时间间长：大大于244h； 2）有有机负荷荷低：00.033-0.05 kg/kg.d时间 3）污污泥泥龄龄长（115d），MMLSSS=30000-600004） 污泥回流流比大，RR=500-1000%。工艺优点点：剩余余污泥量量少，污污泥处理理费用低低；出水水水质好好工艺优点点：池体体大，基基建费用用高；曝曝气时间间长，能能耗大。适用：出出水要求求高，小小水量，中中小城镇镇4.4.6其他他活性污污泥法系系统高负荷活活性污泥泥法， 多级活性性污泥法法，深水曝气气法，深井曝气气，浅层曝气气纯氧曝气气活性污泥泥工艺改改革：提提高处理理效率、降降低能耗耗、减少少费用，适适应不同同要求24