环境工程学水的生物化学处理方法.pptx

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1、本章内容n1、微生物基础n2、好氧悬浮生长技术（重点）、好氧悬浮生长技术（重点）n3、好氧附着生长技术、好氧附着生长技术n4、厌氧生物处理技术n5、生物脱氮除磷技术（难点）生物脱氮除磷技术（难点）n6、水处理厂污泥处理技术n7、废水土地处理技术第1页/共147页一一 微生物的分类微生物的分类：按微生物结构与功能的不同，可将微生物分为5组，分别为动物，植物，原生动物，真菌，细菌。真核生物真核生物（细胞具有核膜和细胞器）原核生物（没有明显的核和细胞器）动物（多细胞，能运动，具有分化的细胞组织，异养）植物（多细胞，不运动，具有细胞组织，主要有光合作用）真菌（大部分为多细胞，不运动，异养，分解者）原生

2、生物（大部分为单细胞，运动，异养，分解者）细菌（单细胞，部分能运动，部分异养，分解者，部分有光合作用）轮虫苔藓，藻类酵母，蘑菇鞭毛虫第2页/共147页废水处理中重要的微生物：细菌 真菌 藻类 原生动物 轮虫以及甲壳类动物指示生物第3页/共147页第二节第二节 好氧悬浮生长系统处理技术好氧悬浮生长系统处理技术 生物处理过程分为好氧悬浮生长生物处理工艺好氧悬浮生长生物处理工艺和附着生长生物处理工艺。好氧悬浮生长生物处理活性污泥法曝气氧化塘好氧消化法高负荷氧化塘第4页/共147页 活性污泥法活性污泥法重点重点：活性污泥法基本概念与流程、活性污泥法的净化机理与影响因素、活活性污泥法基本概念与流程、活性

3、污泥法的净化机理与影响因素、活性污泥法的动力学基础、曝气池的需氧与供氧、活性污泥法的脱氮除性污泥法的动力学基础、曝气池的需氧与供氧、活性污泥法的脱氮除磷原理及应用。磷原理及应用。难点难点：活性污泥法的净化机理与影响因素、活性污泥法的动力学基础、曝气活性污泥法的净化机理与影响因素、活性污泥法的动力学基础、曝气池的需氧与供氧、活性污泥法的脱氮除磷原理及应用。池的需氧与供氧、活性污泥法的脱氮除磷原理及应用。第5页/共147页13.6活性污泥法污水处理系统的过程活性污泥法污水处理系统的过程控制与运行管理控制与运行管理13.7活性污泥法的脱氮除磷原理及应用活性污泥法的脱氮除磷原理及应用13.0概述概述1

4、3.1活性污泥法的理论基础活性污泥法的理论基础13.2活性污泥法的性能指标及其有关参数活性污泥法的性能指标及其有关参数13.3活性污泥法反应动力学及其应用活性污泥法反应动力学及其应用13.4活性污泥法的各种演变及应用活性污泥法的各种演变及应用13.5曝气及曝气系统曝气及曝气系统13.8活性污泥法的发展与新工艺活性污泥法的发展与新工艺第6页/共147页13.0概述概述污水生物处理是通过污水生物处理是通过微生物的新陈代谢微生物的新陈代谢作用作用,将污水中将污水中有机物的一部分转化为为微生物的细胞物质有机物的一部分转化为为微生物的细胞物质,另一部分转另一部分转化为比较稳定物质的方法。化为比较稳定物质

5、的方法。生物处理的主要作用者是生物处理的主要作用者是微生物微生物，根据反应中氧气的，根据反应中氧气的需求，可把细菌分为好氧菌兼性厌氧菌和厌氧菌。需求，可把细菌分为好氧菌兼性厌氧菌和厌氧菌。主要依赖好氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理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，称为过程的工艺，称为好氧生物处理法好氧生物处理法；主要依赖厌氧菌和；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，称为兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺，称为厌厌氧生物处理法。氧生物处理法。第7页/共147页 活性污泥法的重要地位活性污泥法的重要地位 我国的河流我国的河流97%97%以上都

6、受到以上都受到 有机物的污染有机物的污染 1.1.应用的普遍性：应用的普遍性：95%95%以上的城市污水以上的城市污水 35%35%以上工业废水以上工业废水 2.2.高效性：高效性：SS SS，CODCOD、90%90%以上以上 3.3.灵活性灵活性 ：大，中，小水厂大，中，小水厂 高，中，低负荷高，中，低负荷 4.4.连续运行，可自动化连续运行，可自动化5.工艺工艺(运行方式多样运行方式多样)，功能多样化，功能多样化，可脱氮，除磷可脱氮，除磷 第8页/共147页活性污泥法研究及应用的活性污泥法研究及应用的现状和发展现状和发展1.超大型化超大型化(集中化集中化)微型化微型化2.高效快速高效快速

7、(高负荷，节省体积高负荷，节省体积)3.节能，减少运行费用节能，减少运行费用4.深度净化功能，多功能化深度净化功能，多功能化(N，P)5.自动化控制管理自动化控制管理6.提高氧利用率提高氧利用率7.减少占地面积减少占地面积返回返回第9页/共147页 目前，活性污泥法是生活污水、城市污水以及有机性工业废目前，活性污泥法是生活污水、城市污水以及有机性工业废水处理中最常用的工艺水处理中最常用的工艺13.1活性污泥法的理论基础活性污泥法的理论基础 基本概念与流程基本概念与流程 活性污泥活性污泥污水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧菌为主体污水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧菌为主体的

8、茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是活性污泥活性污泥。活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物所组成的活性。活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物所组成的活性微生物为主体，此外还有一些无机物，未被微生物分解的有机物和微生物为主体，此外还有一些无机物，未被微生物分解的有机物和微生物自身代谢的残留物。微生物自身代谢的残留物。第10页/共147页活性污泥法活性污泥法 以活性污泥为主体的污水生物处理技术以活性污泥为主体的污水生物处理技术活性污泥法来源活性污泥法来源河流自净河流自净启示启示人工强化人工强化命名命名根据生物反应器中微生

9、物存在状态根据生物反应器中微生物存在状态(悬浮，附着悬浮，附着)可将污水生物可将污水生物处理技术分为活性污泥法处理技术分为活性污泥法(悬浮的有活性的生物絮体悬浮的有活性的生物絮体)和生物膜法和生物膜法(附着的有活性的生物膜附着的有活性的生物膜)，及后来的复合式，及后来的复合式(悬浮，附着悬浮，附着)生物处生物处理、技术。理、技术。第11页/共147页基本流程基本流程污水污水格栅格栅泵间泵间沉砂池沉砂池初沉池初沉池活性污泥曝气池活性污泥曝气池二沉池二沉池消毒消毒1.曝气池曝气池：微生物降解有机：微生物降解有机物的反应场所物的反应场所2.二沉池二沉池：泥水分离：泥水分离3.污泥回流污泥回流：确保曝

10、气池内：确保曝气池内生物量稳定生物量稳定4.曝气曝气：为微生物提供溶解：为微生物提供溶解氧，同时起到搅拌氧，同时起到搅拌混合的作用。混合的作用。曝气系统与空曝气系统与空气扩散装置气扩散装置活性污泥反应器活性污泥反应器来自空压来自空压机的空气机的空气剩剩余余污污泥泥污污泥泥井井混合液混合液回流污回流污泥系统泥系统二沉池二沉池处理水处理水进水进水第12页/共147页活性污泥法处理系统有效运行得基本条件活性污泥法处理系统有效运行得基本条件1.污水中有足够的可溶解性易降解有机物污水中有足够的可溶解性易降解有机物2.混合液中含有足够的溶解氧混合液中含有足够的溶解氧3.活性污泥再曝气池中呈悬浮状态活性污泥

11、再曝气池中呈悬浮状态4.活性污泥连续回流活性污泥连续回流5.及时排除剩余污泥及时排除剩余污泥6.没有对微生物有毒害作用的物质进入没有对微生物有毒害作用的物质进入第13页/共147页活性污泥的形态，组成活性污泥的形态，组成形态形态多为黄色或褐色絮体，含水率超过多为黄色或褐色絮体，含水率超过99，比表面积大。，比表面积大。组成组成活性污泥由四部分组成活性污泥由四部分组成（1）Ma活性污泥微生物；活性污泥微生物；（2）Me活性污泥代谢产物；活性污泥代谢产物；（3）Mi活性污泥吸附的难降解惰性有机物；活性污泥吸附的难降解惰性有机物；（4）Mii活性污泥吸附的无机物。活性污泥吸附的无机物。微生物组成微生

12、物组成细菌（细菌（9095，甚至，甚至100）、）、真菌、原生动物、后生动物真菌、原生动物、后生动物第14页/共147页活性污泥微生物的作用活性污泥微生物的作用水处理微生物水处理微生物复习复习活性污泥中的有机物、细菌、原生动物与后生动物组成了小型的相对活性污泥中的有机物、细菌、原生动物与后生动物组成了小型的相对稳定的生态系统和食物链。稳定的生态系统和食物链。活性污泥中的细菌以异养型细菌为主。活性污泥中的细菌以异养型细菌为主。菌胶团细菌菌胶团细菌构成活性污泥絮凝体的主要成分，有很强的吸附、氧构成活性污泥絮凝体的主要成分，有很强的吸附、氧化分解有机物能力。也可防止被微型动物所吞噬，并在一定程度上可

13、化分解有机物能力。也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，沉降性好。免受毒物的影响，沉降性好。丝状菌丝状菌形成活性污泥的骨架，增强沉降性，保持高的净化效率，形成活性污泥的骨架，增强沉降性，保持高的净化效率，但是大量会引起污泥膨胀。但是大量会引起污泥膨胀。净化污水的第一承担者净化污水的第一承担者细菌细菌净化污水的第二承担者净化污水的第二承担者原生动物原生动物指示性动物指示性动物原生动物，通过显微镜镜检是对活性污泥质量评价的原生动物，通过显微镜镜检是对活性污泥质量评价的重要手段之一重要手段之一第15页/共147页 活性污泥微生物的增殖曲线活性污泥微生物的增殖曲线1.在温度适宜，溶

14、解氧充足、营养物在温度适宜，溶解氧充足、营养物质一次充分投加，微生物种群随时间质一次充分投加，微生物种群随时间以量表示增殖和衰减动态。以量表示增殖和衰减动态。2.在这样的环境下，不存在抑制物质在这样的环境下，不存在抑制物质的条件下，活性污泥微生物的增殖速的条件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取决于有机物率主要取决于有机物(F)与微生物量与微生物量(M)的比值，它也是有机物降解速率、的比值，它也是有机物降解速率、氧利用速率和活性污泥的凝聚、吸附氧利用速率和活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影响因素性能的重要影响因素活性污泥微生物的增殖规律活性污泥微生物的增殖规律第16页/共147页1.1.适应期适应

15、期:在未充分适应基质条件时，开始在未充分适应基质条件时，开始会经历一个适应、迟缓期或调整期。会经历一个适应、迟缓期或调整期。长短取决于污水的主要成分和微生长短取决于污水的主要成分和微生物对它的适应。物对它的适应。2.2.对数增长期对数增长期:F/M较大，营养充分，氧利用最大，微较大，营养充分，氧利用最大，微生物增殖速率和有机物降解速率最大。生物增殖速率和有机物降解速率最大。污泥活动力强，污泥松散，不易沉降污泥活动力强，污泥松散，不易沉降(利利用有机物不足用有机物不足)活性污泥增长曲线的四个阶段活性污泥增长曲线的四个阶段第17页/共147页3.减速期减速期F/M减小，有机物量成为增殖的限减小，有

16、机物量成为增殖的限制因素，微生物增殖速率和有机物降制因素，微生物增殖速率和有机物降解速率下降，污泥沉降性好，出水效解速率下降，污泥沉降性好，出水效果好。果好。4.衰减期衰减期F/M最小，最小，(内源呼吸期内源呼吸期)微生物活微生物活动能力低，絮凝体，沉降性好，此时动能力低，絮凝体，沉降性好，此时污泥量出现下降，出水水质较好。污泥量出现下降，出水水质较好。第18页/共147页1.在活性污泥混合液中，如果营养与污泥之间的比值（常用在活性污泥混合液中，如果营养与污泥之间的比值（常用F/M表表示）高，示）高，F/M大于大于2.2，微生物处于对数增长期，能量水平高，污泥，微生物处于对数增长期，能量水平高

17、，污泥凝聚性能差；凝聚性能差；F/M小于小于2.2，营养与污泥微生物比值下降，致使微生，营养与污泥微生物比值下降，致使微生物增长处于增长率缓慢降段；物增长处于增长率缓慢降段；F/M小于小于0.1，营养物很少，营养相对，营养物很少，营养相对不足和能量水平较低，细菌活力低，运动能力弱，致使微生物增长不足和能量水平较低，细菌活力低，运动能力弱，致使微生物增长处于增长率下降段或其后期，彼此结合成絮凝体，故易于凝聚。处于增长率下降段或其后期，彼此结合成絮凝体，故易于凝聚。2.当有机营养物质和氧气充足时，活性污泥以合成为主。在新细胞合当有机营养物质和氧气充足时，活性污泥以合成为主。在新细胞合成的同时，还进

18、行着部分老细胞物质的氧化分解。在有机营养缺乏成的同时，还进行着部分老细胞物质的氧化分解。在有机营养缺乏时，这种自身分解则成为主要的获能方式，生物处理的内源呼吸也时，这种自身分解则成为主要的获能方式，生物处理的内源呼吸也就是指的这种情况。就是指的这种情况。活性污泥絮凝体的形成：活性污泥絮凝体的形成：第19页/共147页活性污泥净化污水的过程活性污泥净化污水的过程活性污泥净化污水的作用是由吸附和氧化两个阶段完成的，活性污活性污泥净化污水的作用是由吸附和氧化两个阶段完成的，活性污泥在与废水初期接触的泥在与废水初期接触的2030min内，就可以去除内，就可以去除75%以上的以上的BOD，在，在于活性污

19、泥具有巨大的表面积（于活性污泥具有巨大的表面积（200010000m2/m3）,且其表面具有多且其表面具有多糖类粘液层。氧化分解在吸附阶段之后，所需时间比吸附时间长的多，糖类粘液层。氧化分解在吸附阶段之后，所需时间比吸附时间长的多，可见暴气池的大部分容积是在进行有机物的氧化和微生物的合成。可见暴气池的大部分容积是在进行有机物的氧化和微生物的合成。可降解可降解有机物有机物氧化氧化合成合成1/32/3无机物能量无机物能量新细胞新细胞物质物质无机物能量无机物能量残留物质残留物质8020内源代谢内源代谢第20页/共147页 构成活性污泥三要素构成活性污泥三要素 微生物微生物 吸附氧化分解作用吸附氧化分

20、解作用(污泥污泥)有机物有机物 废水的处理对象废水的处理对象 微生物底物微生物底物(营养营养)充足氧气、充分接触充足氧气、充分接触好氧处理的条件好氧处理的条件生物絮体形成机理生物絮体形成机理目前认为絮体是由细菌内源代谢分泌的聚合物在微生物之间起粘目前认为絮体是由细菌内源代谢分泌的聚合物在微生物之间起粘胶剂的作用，因此只有当内源代谢分泌聚合物与微生物成适当比例胶剂的作用，因此只有当内源代谢分泌聚合物与微生物成适当比例才能形成良好的生物絮体。如果微生物增殖率过高，内源代谢分泌才能形成良好的生物絮体。如果微生物增殖率过高，内源代谢分泌的聚合物不是以粘连吸附新增殖的微生物，就不可能形成良好的絮的聚合物

21、不是以粘连吸附新增殖的微生物，就不可能形成良好的絮体。如果有机物浓度过低，内源代谢产生的聚合物质被微生物当成体。如果有机物浓度过低，内源代谢产生的聚合物质被微生物当成食物消耗，则絮体也难以形成。食物消耗，则絮体也难以形成。第21页/共147页污泥净化反应过程污泥净化反应过程对有机物的降解可分两个阶段：对有机物的降解可分两个阶段：a.吸附阶段吸附阶段巨大的比表面积巨大的比表面积b.微生物降解作用微生物降解作用有机物有机物合成合成有机固形物有机固形物胶体有机物胶体有机物溶解性有机物溶解性有机物微生物微生物分解分解第22页/共147页环境因素对活性污泥微生物的影响环境因素对活性污泥微生物的影响BOD

22、负荷率（污泥负荷）负荷率（污泥负荷）Ns过低，丝状菌膨胀过低，丝状菌膨胀Ns过高，絮体活性高，不易沉降过高，絮体活性高，不易沉降Ns，（污泥增长）（污泥增长），（底物降解）（底物降解），Se，V，cNs，（污泥增长），（污泥增长），Se，V，c BOD负荷在负荷在1.50.5kg/kgd范围内时，范围内时，SVI控制在控制在100左右比较合适。左右比较合适。第23页/共147页营养物质：营养物质：平衡用平衡用BOD5:N:P的关系来表示，一般需求为的关系来表示，一般需求为100:5:1生活污水和城市污水含足够的各种营养物质，但工业废水含量低。生活污水和城市污水含足够的各种营养物质，但工业废水含

23、量低。溶解氧：溶解氧：DO，Se运行费用高运行费用高对于游离细菌来说应保持在对于游离细菌来说应保持在0.3mg/L对于活性污泥的絮凝体应保持在对于活性污泥的絮凝体应保持在2mg/L，不低于，不低于1mg/LpH值值：最适宜在最适宜在6.58.5 PH6.5 PH9PH9时，时，菌胶易解体活性污泥凝体遭到破坏。菌胶易解体活性污泥凝体遭到破坏。第24页/共147页温度：温度：最适宜温度：在这一温度下，微生物的生理活动强劲、旺盛，表现最适宜温度：在这一温度下，微生物的生理活动强劲、旺盛，表现在增殖方面则是裂殖速率快，世代时间短。在增殖方面则是裂殖速率快，世代时间短。活性污泥微生物多为嗜温菌，其适宜温

24、度活性污泥微生物多为嗜温菌，其适宜温度1530。小型工业污水和城市污水应保温。小型工业污水和城市污水应保温。水温过高的工业废水要降温。水温过高的工业废水要降温。有毒物质（抑制物质）：有毒物质（抑制物质）：重金属、氰化物、重金属、氰化物、H2S等无机物，酚、醇、醛、燃料等有机物。等无机物，酚、醇、醛、燃料等有机物。但是毒害作用也是当有毒物质在环境中达到某一浓度时才能显露出但是毒害作用也是当有毒物质在环境中达到某一浓度时才能显露出来，这个浓度焦灼有毒物质的极限允许浓度。来，这个浓度焦灼有毒物质的极限允许浓度。有毒物质的毒害作用还与有毒物质的毒害作用还与pH值、水温、溶解氧、有无其他有毒物值、水温、

25、溶解氧、有无其他有毒物质、微生物数量以及是否驯化等因素有关。质、微生物数量以及是否驯化等因素有关。返回返回第25页/共147页13.2活性污泥法的性能指标及其有关参数活性污泥法的性能指标及其有关参数活性污泥法的性能指标活性污泥法的性能指标混合液中活性污泥微生物的指标混合液中活性污泥微生物的指标1.混合液悬浮固体浓度混合液悬浮固体浓度(mg/L)混合液悬浮固体是指曝气池中废水和活性污泥共同的混合液体的混合液悬浮固体是指曝气池中废水和活性污泥共同的混合液体的悬浮固体浓度。用悬浮固体浓度。用MLSS表示。表示。MLSS=Ma+Me+Mi+Mii2.混合液挥发性悬浮固体浓度混合液挥发性悬浮固体浓度(m

26、g/L)混合液悬浮固体中的有机物量称为混合液体挥发性悬浮固体混合液悬浮固体中的有机物量称为混合液体挥发性悬浮固体（MLVSS），用它表示活性污泥微生物量比用），用它表示活性污泥微生物量比用MLSS更为切合实际。更为切合实际。MLVSS=Ma+Me+MiMLVSS与与MLSS有一定的比值，例如生活污水的比值为有一定的比值，例如生活污水的比值为0.7左右。左右。第26页/共147页沉降性与浓缩性评价指标沉降性与浓缩性评价指标 1.1.污泥沉降比：污泥沉降比：SV%又称又称30min30min沉降比、混合液在量筒内静置沉降比、混合液在量筒内静置30min30min后所形成沉淀污混后所形成沉淀污混 容

27、积占混合液容积的百分比，容积占混合液容积的百分比，SV值在值在1530%左右左右。2.污泥容积指数：污泥容积指数：SVI 静置静置30min30min后，后，1g1g干污泥所占的容积，（干污泥所占的容积，（ml/gml/g）一般为一般为7070150(ml/g)150(ml/g)时沉降性能较好时沉降性能较好，过低无机物含量过高，过低无机物含量过高，污泥活性不好，过高易出现污泥膨胀。污泥活性不好，过高易出现污泥膨胀。第27页/共147页 活性污泥的活性评定指标活性污泥的活性评定指标活性污泥的比耗氧速率（活性污泥的比耗氧速率（SOUR一般用一般用OUR）：单位重量的活性污）：单位重量的活性污泥在单

28、位时间内所能消耗的溶解氧量，其单位泥在单位时间内所能消耗的溶解氧量，其单位mgO2/(gMLVSSh)或或mgO2/(gMLSSh)OUR在运行中的重要作用在于反映有机物降解速率，以及活性污泥在运行中的重要作用在于反映有机物降解速率，以及活性污泥是否中毒，将用于系统的自动报警。是否中毒，将用于系统的自动报警。活性污泥的活性污泥的OUR一般为一般为820mgO2/(gMLVSSh)，温度对，温度对OUR的的影响很大，不同温度的影响很大，不同温度的OUR没有可比性，一般在没有可比性，一般在20测测OUROUR第28页/共147页活性污泥法的设计与运行参数活性污泥法的设计与运行参数BOD负荷负荷BO

29、D负荷有污泥负荷和容积负荷负荷有污泥负荷和容积负荷 1.污泥负荷污泥负荷Ns（Ls）：指单位重量活性污泥在单位时间内所承受的有）：指单位重量活性污泥在单位时间内所承受的有机污染物量，污泥负荷的实质是机污染物量，污泥负荷的实质是F/MF/M。2.容积负荷容积负荷Nv（LV）：指单位暴气池有效容积在单位时间内所承受的）：指单位暴气池有效容积在单位时间内所承受的有机污染物量，单位是有机污染物量，单位是kg（BOD5）/m3D 第29页/共147页 污泥龄污泥龄 c c（t ts s）污泥在曝气池内的平均停留时间污泥在曝气池内的平均停留时间 式中式中QW剩余污泥排除量（剩余污泥排除量（m3/d）Xe净

30、化水的污泥浓度（净化水的污泥浓度（mg/L）Xr剩余污泥浓度（剩余污泥浓度（mg/L）。）。由于随着净化水排出的由于随着净化水排出的Xe很小，所以：很小，所以：第30页/共147页 污泥回流比（污泥回流比（R R）从二沉池返回到曝气池的回流污泥量从二沉池返回到曝气池的回流污泥量QR 与污水流量与污水流量Q之比，之比，常用表示。常用表示。则曝气池内混合液满足：则曝气池内混合液满足：曝气时间曝气时间 污水进入曝气池后，在曝气池中的平均停留时间，也称水力停留污水进入曝气池后，在曝气池中的平均停留时间，也称水力停留 时间。时间。返回返回第31页/共147页细菌的生长曲线：时间细菌数对数生长期二、细菌生

31、长曲线及Monod公式第32页/共147页 （1 1）微生物生长动力学）微生物生长动力学：在对数生长期间，某种：在对数生长期间，某种基质供给不足，则这种基质成为细菌生长的限制因素，可基质供给不足，则这种基质成为细菌生长的限制因素，可用用Monod公式表示：公式表示：细菌的细菌的生长速率常数生长速率常数，d1m：细菌的细菌的最大最大生长速率常数生长速率常数，d1S：基质浓度，基质浓度，mg/LKs：半饱和常数，即半饱和常数，即 m/2时的基质浓度时的基质浓度细菌的增长速率可表示为：细菌的增长速率可表示为：X为水中细菌浓度为水中细菌浓度Monod公式(3-2)微生物生长动力学微生物生长动力学限制基

32、质可能是细胞生长所必需的任何一种最基本的物质，限制基质可能是细胞生长所必需的任何一种最基本的物质，但碳源常常是限制因素，因此，一般情况下，基质指有机物但碳源常常是限制因素，因此，一般情况下，基质指有机物第33页/共147页1 当基质浓度足够高时，SKs，上式简化为：2 基质浓度比较低时，SKs，上式简化为：与基质浓度有关，符合一级反应规律与基质浓度有关，符合一级反应规律第34页/共147页考虑到细胞的自然死亡，因此细胞的净增长速率为：Kd为内源性衰减系数为内源性衰减系数注意：课本中注意：课本中细胞的净增长速率细胞的净增长速率与与细菌的增长细菌的增长速率速率他用了相同的符号表示，在这里我们为了他

33、用了相同的符号表示，在这里我们为了便于区别，将细胞的净增长速率改动一下。便于区别，将细胞的净增长速率改动一下。（37）第35页/共147页由于基质按一定比例转化为细胞，因此细菌的增长与基质的消失有以下关系：Y 为产率系数为产率系数微生物微生物代谢产物（代谢产物（H2O,CO2,NH3等）能等）能细胞物质（细胞物质（C5H7NO5)净增物质净增物质有机物有机物O2(3-5)（2）基质的利用速率）基质的利用速率第36页/共147页13.3活性污泥法反应动力学及其应用活性污泥法反应动力学及其应用活性污泥动力学研究的假定条件活性污泥动力学研究的假定条件 曝气池为完全混合式；曝气池为完全混合式；在稳定状

34、态下；在稳定状态下；进水和出水中没有微生物；进水和出水中没有微生物；二沉池中不发生微生物对有机物的降解；二沉池中不发生微生物对有机物的降解；底物浓度、用可降解的有机物浓度表示；底物浓度、用可降解的有机物浓度表示；温度不变，进水有机物成分性质不变。温度不变，进水有机物成分性质不变。第37页/共147页反应动力学的基本理论反应动力学的基本理论有机物降解与微生物增殖有机物降解与微生物增殖1.微生物增殖基本方程微生物增殖基本方程活性污泥法处理过程中，微生物量的增加是同化合成和内源分活性污泥法处理过程中，微生物量的增加是同化合成和内源分解两种作用的共同结果解两种作用的共同结果活性污泥微生活性污泥微生物净

35、增殖速率物净增殖速率活性污泥微生活性污泥微生物合成速率物合成速率活性污泥微生物活性污泥微生物内源代谢速率内源代谢速率第38页/共147页则则“净增净增=合成合成-内源内源”得：得：积分积分因为因为Y产率系数，产率系数，kgMLVSS/kgBODKd自身氧化率，自身氧化率，d-1 其中：其中：XvMLVSS 第39页/共147页处理处理转换成污泥龄的计算式转换成污泥龄的计算式其中：其中：Se出水中残留的有机物浓度出水中残留的有机物浓度S0原污水中有机物浓度原污水中有机物浓度qBOD比降解速率，量纲与污泥负荷相同，单位比降解速率，量纲与污泥负荷相同，单位kgBOD/kgMLSS.d劳伦斯麦卡蒂方程

36、式劳伦斯麦卡蒂方程式第40页/共147页有机物降解与需氧量有机物降解与需氧量微生物的总需氧速率微生物的总需氧速率=降低底物的氧速率降低底物的氧速率+自身氧化的需要速率自身氧化的需要速率式中式中 曝气池中的微生物需氧速率曝气池中的微生物需氧速率(kgO2/d)去除单位底物的需氧量去除单位底物的需氧量(kgO2/kgBOD.d)单位污泥自身氧化的需氧量单位污泥自身氧化的需氧量(kgO2/kgMLSS.d)剩余污泥量计算剩余污泥量计算微生物静增长量微生物静增长量=微生物增长量微生物增长量微生物衰减量微生物衰减量返回返回第41页/共147页13.4活性污泥法的各种演变及应用活性污泥法的各种演变及应用传

37、统活性污泥法传统活性污泥法（推流式）（推流式）曝气池内污水与污泥混合后呈推流式从池首向池尾流动，活性污曝气池内污水与污泥混合后呈推流式从池首向池尾流动，活性污泥微生物在此过程中连续完成吸附和代谢过程。曝气池混合液在二泥微生物在此过程中连续完成吸附和代谢过程。曝气池混合液在二沉池去除活性污泥悬浮固体后，澄清液作为净化水流出。沉池去除活性污泥悬浮固体后，澄清液作为净化水流出。沉淀的污泥一部分以回流形式返回曝气池，再起净化作用：另一沉淀的污泥一部分以回流形式返回曝气池，再起净化作用：另一部分作为剩余污泥排出。传统活性污泥法的部分作为剩余污泥排出。传统活性污泥法的BOD负荷是负荷是0.20.4kg/k

38、gd，一般在，一般在0.3左右净化效果和沉降性能均甚好。左右净化效果和沉降性能均甚好。第42页/共147页运行运行水流一端进，另一端出，水流一端进，另一端出，沿途曝气，推流前进沿途曝气，推流前进。特点特点 1.1.吸附吸附减速增长减速增长内源呼吸，内源呼吸，BODBOD降解曲线是呈缓慢下降曲线降解曲线是呈缓慢下降曲线 2.2.耐冲击负荷能力差耐冲击负荷能力差(尤其对有毒或高浓度工业废水尤其对有毒或高浓度工业废水)3.3.不易污泥膨胀不易污泥膨胀 4.4.供氧与需氧不平衡供氧与需氧不平衡 5.5.处理效果好处理效果好第43页/共147页渐减曝气活性污泥法渐减曝气活性污泥法需氧量需氧量定常供氧速率

39、定常供氧速率渐减供养速率变化曲线渐减供养速率变化曲线供供需需氧氧量量曝气过程（曝气池长度）曝气过程（曝气池长度）针对传统活性污泥法针对传统活性污泥法中由于沿曝气池池长均中由于沿曝气池池长均匀供氧，在池末端供氧匀供氧，在池末端供氧与需氧量之间的差距较与需氧量之间的差距较大，严重浪费能量，而大，严重浪费能量，而提出的一种能使供氧量提出的一种能使供氧量和混合液需氧量相适应和混合液需氧量相适应的运行方式。目前的传的运行方式。目前的传统活性污泥法一般都采统活性污泥法一般都采用这种供氧方式。用这种供氧方式。第44页/共147页分段进水（阶段曝气）活性污泥法分段进水（阶段曝气）活性污泥法传统活性污泥法的传统

40、活性污泥法的BOD负荷在池首过高，需氧率沿池长逐渐降低，负荷在池首过高，需氧率沿池长逐渐降低，而氧气却沿池长均匀供给，造成了浪费。阶段曝气活性污泥法将废水而氧气却沿池长均匀供给，造成了浪费。阶段曝气活性污泥法将废水沿曝气池长分数处注入，沿曝气池长分数处注入，即形成阶段进水方法，这种方法除了能平衡即形成阶段进水方法，这种方法除了能平衡曝气池供气量外，还能使微生物营养供应均匀。曝气池供气量外，还能使微生物营养供应均匀。另一个特点是另一个特点是BOD浓度沿池长是变化的，曝气池出流混合液浓度降浓度沿池长是变化的，曝气池出流混合液浓度降低，对二沉池工作有利。低，对二沉池工作有利。第45页/共147页 型

41、式型式 廊道式廊道式 流态流态 推流式推流式(多点进水多点进水)特点：特点：1.需氧和供氧较平衡需氧和供氧较平衡2.耐冲击负荷力强耐冲击负荷力强3.处理效果好处理效果好4.BOD降解曲线是呈降解曲线是呈锯齿缓慢下降曲线锯齿缓慢下降曲线第46页/共147页吸附再生活性污泥法吸附再生活性污泥法普通活性污泥法把活性污泥对基质的吸附凝聚和氧普通活性污泥法把活性污泥对基质的吸附凝聚和氧化分解混在同一曝气池内进行，适于处理溶解的化分解混在同一曝气池内进行，适于处理溶解的BOD。对含有大量胶体的和悬浮性的混合对含有大量胶体的和悬浮性的混合基质的废水，基质的废水，因初期吸附量大，以及吸附的有机固体物在生物酶作

42、用下因初期吸附量大，以及吸附的有机固体物在生物酶作用下变成可溶性物质再向水中扩散，遂产生了把吸附凝聚和氧化分解分别在变成可溶性物质再向水中扩散，遂产生了把吸附凝聚和氧化分解分别在两个曝气池中进行的构想，从而出现了吸附再生法。两个曝气池中进行的构想，从而出现了吸附再生法。由于再生池仅对回流污泥进行曝气由于再生池仅对回流污泥进行曝气(剩余污泥不必再生剩余污泥不必再生)，故节约空气，故节约空气量，且可缩小池容。经过再生的活性污泥处于营养不足状态，因而吸附量，且可缩小池容。经过再生的活性污泥处于营养不足状态，因而吸附活性高。再则，再生池的污泥微生物很快在池末端遇到营养不足环境，活性高。再则，再生池的污

43、泥微生物很快在池末端遇到营养不足环境，丝状菌不适应这样的空曝环境，所以其繁殖受到限制，有利于防止污泥丝状菌不适应这样的空曝环境，所以其繁殖受到限制，有利于防止污泥膨胀。在使用上，吸附再生法具有很大的灵活性。膨胀。在使用上，吸附再生法具有很大的灵活性。第47页/共147页型式：型式：廊道式廊道式(吸附池和再生池可合建吸附池和再生池可合建)流态流态：中间进水，推流中间进水，推流特点特点：处理质量较差处理质量较差耐冲击负荷强耐冲击负荷强适合处适合处理胶体物质含量高的工业废水理胶体物质含量高的工业废水 BOD降解曲降解曲线是呈急剧下降、缓慢下降曲线线是呈急剧下降、缓慢下降曲线 第48页/共147页完全

44、混合活性污泥法完全混合活性污泥法完全混合法中的入流废水进完全混合法中的入流废水进入曝气池后入曝气池后,即与池内废水完即与池内废水完全混合，曝气池内营养物和全混合，曝气池内营养物和需氧率都是均匀的，微生物需氧率都是均匀的，微生物接触的是浓度与出水浓度一接触的是浓度与出水浓度一样的废水，故可承受一定的样的废水，故可承受一定的冲击负荷。冲击负荷。完全混合法的，曝气池与沉完全混合法的，曝气池与沉淀池有分建与合建两种类型。淀池有分建与合建两种类型。完全混合法的工作点可以处完全混合法的工作点可以处于微生物对数增长期也可处于于微生物对数增长期也可处于衰减增长期或内源呼吸期。衰减增长期或内源呼吸期。第49页/

45、共147页 特点特点1.1.抗冲击负荷能力强，抗冲击负荷能力强，BOD降解曲线是呈缓慢下降型直线曲线降解曲线是呈缓慢下降型直线曲线 2.2.池中各点水质相同，各部分有机物降解工况点相同，便于调控池中各点水质相同，各部分有机物降解工况点相同，便于调控3.3.处理效率差于推流式处理效率差于推流式4.4.易出现污泥膨胀易出现污泥膨胀第50页/共147页延时曝气活性污泥法延时曝气活性污泥法 特点特点 1.1.由于负荷低，延时曝气池容积大，占地面积较大由于负荷低，延时曝气池容积大，占地面积较大 2.2.对水质水量变动性强对水质水量变动性强 3.3.产污泥量少产污泥量少 4.4.处理效果好处理效果好高负荷

46、活性污泥法高负荷活性污泥法特点特点1.由于负荷高，高负荷活性污泥法曝气池容积小，占地面积较小。由于负荷高，高负荷活性污泥法曝气池容积小，占地面积较小。2.处理效果差，处理效果差，60703.产污泥量高产污泥量高4.适合做预处理适合做预处理第51页/共147页纯氧曝气活性污泥法纯氧曝气活性污泥法 特点特点：1.1.溶解氧溶解氧Do8mg/LDo8mg/L 2.2.污泥浓度污泥浓度MlSSMlSS很高，高达很高，高达4000400070007000 3.3.剩余污泥量剩余污泥量xx很少很少 4.4.污泥指数污泥指数SVISVI低，沉降性能好低，沉降性能好 缺点：缺点：建设和运行费用高建设和运行费用

47、高第52页/共147页深水曝气和深井曝气活性污泥法深水曝气和深井曝气活性污泥法特点：特点：氧利用率高、占地面积小，可以处理较高氧利用率高、占地面积小，可以处理较高浓度的废水。浓度的废水。第53页/共147页 选择器活性污泥法选择器活性污泥法剩余污泥剩余污泥曝气池曝气池沉淀池沉淀池进水进水选择器选择器回流污泥回流污泥出水出水该工艺是在曝气池前加一个水力停留时间很短的小反应器，全部该工艺是在曝气池前加一个水力停留时间很短的小反应器，全部污水和部分回流污泥进入选择器，形成高负压区。从而使有机物浓污水和部分回流污泥进入选择器，形成高负压区。从而使有机物浓度高，有利于菌胶团的优先生长而抑制丝状菌的过量生

48、长，改善污度高，有利于菌胶团的优先生长而抑制丝状菌的过量生长，改善污泥的沉降性能。泥的沉降性能。选择器可以用好氧选择器也可用厌氧选择器选择器可以用好氧选择器也可用厌氧选择器返回返回第54页/共147页13.5曝气及曝气系统曝气及曝气系统曝气的作用是向活性污泥法系统的液相供给溶解氧，并起搅拌和曝气的作用是向活性污泥法系统的液相供给溶解氧，并起搅拌和混合作用。混合作用。通常采用的曝气方法有通常采用的曝气方法有鼓风曝气，机械曝气鼓风曝气，机械曝气以及二者联合使用的以及二者联合使用的混合曝气混合曝气，某些情况下也采用射流曝气。，某些情况下也采用射流曝气。鼓风曝气是将压缩空气通过管道系统送入池内的散气设

49、备，以气鼓风曝气是将压缩空气通过管道系统送入池内的散气设备，以气泡形式分散进入混合液。机械曝气则利用装设在曝气池内的叶轮泡形式分散进入混合液。机械曝气则利用装设在曝气池内的叶轮的转动，剧烈地搅动水面，使液体循环流动，不断更新液面并产的转动，剧烈地搅动水面，使液体循环流动，不断更新液面并产生剧烈水跃，从而使空气中的氧与水滴或水气的界面充分接触，生剧烈水跃，从而使空气中的氧与水滴或水气的界面充分接触，转入液相中去。射流曝气则是利用水射流泵将空气吸入，使空气转入液相中去。射流曝气则是利用水射流泵将空气吸入，使空气与水充分混合并溶解的曝气方式。与水充分混合并溶解的曝气方式。第55页/共147页常用曝气

50、方式常用曝气方式 b.b.机械曝气机械曝气 c.c.鼓风曝气鼓风曝气 d.d.射流曝气射流曝气曝气作用曝气作用 a.a.充氧充氧-生化反应生化反应 b.b.搅拌搅拌,使水使水,气气,液三相良好接触提高氧利用率液三相良好接触提高氧利用率 c.c.维持液体的足够速度以使水中固体物悬浮维持液体的足够速度以使水中固体物悬浮曝气方式和曝气作用曝气方式和曝气作用第56页/共147页鼓风曝气系统和扩散装置鼓风曝气系统和扩散装置1.微气泡扩散器微气泡扩散器，它常称为射流曝气器，气泡直径在它常称为射流曝气器，气泡直径在100m左右，射流左右，射流曝气器通过混合液的高速射流，将鼓风机引入的空气切割粉碎为微细曝气器