水处理工程技术

1. 水处理工程技术

2. 第九章 好氧生物处理

3. 第九章 好氧生物处理 • 一、污水的生物处理法：利用微生物氧化、分解有机物的能力实现污水净化的方法。 • 二、生物处理法的分类 • 1、按参与处理过程的微生物分类：（好氧生物处理法、厌氧生物处理法） • 好氧生物处理法：参与处理过程的微生物以好氧微生物为主，主要用于处理城市污水、易于生物降解的有机工业废水。 • 厌氧生物处理法：参与处理过程的微生物以厌氧（缺氧）微生物为主，主要用于处理污泥、高浓度有机废水。

4. 第九章 好氧生物处理 • 2、按微生物的生活方式分类：（活性污泥法、生物膜法） • * 活性污泥法：在专门设有空气输入和扩散装置的构筑物（曝气池）内注入生活污水，通过向空气输入和扩散装置池内不断输入分散良好的空气（曝气），如此每天保留沉淀物，更换新鲜污水。在持续一段时间后，在污水中形成一种由大量微生物和悬浮物组成的黄褐色絮凝体，这种易于沉淀、分离，并能使污水得以净化、澄清的絮凝体，因其中含有大量活性微生物而被称为活性污泥，这种污水处理方法即是活性污泥法。（利用活性污泥中的活性微生物对污水中的有机物进行氧化、分解，从而使污水净化的方法）——自然界水体自净的（强化）模拟。 • * 生物膜法：使微生物在固体介质表面（滤料或某些载体）生长、繁殖，形成膜状活性污泥（生物膜），当污水与之接触时，生物膜上的微生物摄取污水中的有机物为营养，从而使污水得以净化的方法。——自然界土壤自净的（强化）模拟。

5. 第九章 好氧生物处理 • 9.1活性污泥法 • 一、基本概念 • （一）活性污泥 • 1、活性污泥：以微生物为主体、具有吸附代谢有机物的生物絮凝体。良好的好氧活性污泥呈黄褐色。 • 2、活性污泥的组成：①具有代谢功能的活性微生物群体Ma；②内源代谢、自身氧化的残留物Me (主要是细菌)；③惰性有机物（原污水挟入的难为细菌降解的有机物质）Mi；④由污水挟入的无机物Mii • 活性污泥总量： M=Ma+Me +Mi+Mii • 挥发性有机物总量：Mv= Ma+Me +Mi

6. 第九章 好氧生物处理 • 3、活性污泥的生物相：活性污泥微生物微生物是由细菌类、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。 • （1）细菌类：性污泥微生物中的细菌以异养型的原核细菌主，多数检测，现已基本判明，可能在活性污泥上形成优势的细菌，主要有：产碱杆菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属、动胶杆菌属、假单胞菌属、丛毛单胞菌属、大肠埃希氏杆菌等。至于哪些种属的细菌在活性污泥中占优势，则又取决于原污水中有机污染物的性质。如含蛋白质量多的污水有利于产碱杆菌的生长繁殖，而含大量糖类和烃类的污水，则将使假单胞菌得到迅速增殖。这些种属的细菌都具有较高的增殖速率，在环境适宣的条件下，它们的世代时间仅为20~30min。它们也都具有较强的分解有机物并将其转化为无机物质的功能。

7. 第九章 好氧生物处理 • （2）真菌类：真菌的细胞构造较为复杂，而且种类繁多，与活性污泥处理系统有关的真菌是微小的腐生或寄生的丝状菌，这种真菌具有分解碳水化合物、脂肪、蛋白质及其他含氮化合物的功能，但若大量异常的增殖会引发污泥膨胀现象。丝状菌的异常增殖是活性污泥膨胀的主要诱因之一。 • （3）原生动物：在活性污泥中存活的原生动物有肉足虫、鞭毛虫和纤毛虫等3类。原生动物的主要摄食对象是细菌，因此，出现在活性污泥中的原生动物，在种属上和数量上是随处理水的水质和细菌的状态变化而改变的。在活性污泥系统启动的初期，活性污泥尚未得到良好的培育，混合液中游离细菌居多。

8. 第九章 好氧生物处理 • 处理水水质欠佳，此时出现的原生动物，最初为肉足足类(如变形虫)占优势，继之出现的则是游泳型的纤秀虫，如豆形虫、肾形虫、草履虫等。而当活性污泥菌胶团培育成熟，结构良好，活性较强，混合液中的细菌多已‘‘聚居”在活性污泥上，处理水水质良好，此时出现的原生动物则将以带柄固着(着生)型的纤毛虫，如钟虫、等枝虫、独缩虫、聚缩虫和盏纤虫等为主。通过显微镜的镜检，能够观察到出现在活性污泥中的原生动物，并辨别认定其种属，据此能够判断处理水质的优劣，因此，将原生动物称之为活性污泥系统中的指示性生物。 • 此外，原生动物还不断地摄食水中的游离细菌，起到了进一步净化水质的作用。

9. 第九章 好氧生物处理 • （4）后生动物 (主要指轮虫) ：在活性污泥系统中是不经常出现的，仅在处理水质优异的完全氧化型的活性污泥系统，如延时曝气活性污泥系统中出现，因此，轮虫出现是水质非常稳定的标志。 • 4、活性污泥的质量评价指标 • （1）混合液污泥浓度X（混合液悬浮固体浓度MLSS）：曝气池单位体积混合液所含活性污泥（悬浮固体）的数量（mg/L）。 • MLSS= M=Ma+Me +Mi+Mii • （2）混合液挥发性污泥浓度Xv（混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS）：曝气池单位体积混合液所含挥发性活性污泥的数量（mg/L）。 • MLVSS= Mv= Ma+Me +Mi • 令f= MLVSS/ MLSS 对于一定的污水，f是定值，对于生活污水，f为0.75左右。 • 以上二项为表示及控制混合液中活性污泥微生物量的指标。

10. 第九章 好氧生物处理 • （3）污泥沉降比SV（%）：量取100mL曝气池混合液，在量筒内静止沉淀30min后，沉淀污泥与混合液体积之比。SV大，表示污泥沉降性能不好，活性好，SV小，表示泥沉降性能好，污泥密实，活性不好。一般SV在30~40%比较好。 • （4）污泥（容积）指数SVI：曝气池出口混合液，静沉30min后，1克干污泥所占的容积（mL/g） • （SV只代入数字） • SVI大，表示污泥沉降性能不好，活性好，SV小，表示泥沉降性能好，活性不好。对于生活污水或城市污水，一般SVI在70~100比较好，SVI>200表示污泥已膨胀。影响SVI值的最重要因素是微生物群体的增殖速度。以上为活性污泥沉降性能及评定指标。

11. 第九章 好氧生物处理 • （5）污泥龄（ts、θc）：曝气池中活性污泥总量与每日排放污泥量之比。亦即活性污泥在曝气池中的平均停留时间（日）。又称为生物固体平均停留时间。 • （6）BOD负荷（污泥负荷Ns容积负荷Nv） • * 污泥负荷Ns——每日供给每kg微生物（污泥）的BOD5的量（kgBOD5/kgMLSS.d）（也用F/M表示） • （kgBOD5/kgMLSS.d） • Ns表示的是曝气池内单位重量（1kg）的活性污泥，在单位时间内（1d）能够接受，并将其降解到预定程度的有机物量（BOD） • * 污泥负荷Nv——单位曝气池容积（m3）在单位时间内（1d）能够接受，并将其降解到预定程度的有机物量（BOD）。 • Nv=QLa/V=NsX • Nv、Ns选的高，可降低曝气池容积，经济，但处理程度低；Nv、Ns选的低，处理效果好，但曝气池容积大，成本高，工程上Nv、Ns选择很关键（Ns在0.5~1.5之间污泥膨胀）

12. 第九章 好氧生物处理 • 三、活性污泥法的发展沿革与运行方式 • （一）传统活性污泥法 • 1、特点：污水和回流污泥从池首端流入，推流前进，从池尾排出，吸附和代谢在同一池子进行。 • 2、优点：效率高（因污水与污泥接触时间长），可达95%，出水水质稳定。 • 3、缺点： • （1）供氧和需氧的矛盾BOD沿池长逐渐降低，需氧量沿池长逐渐降低，而供氧是均匀的，前端供氧不足，后端过剩。 • （2）进水浓度低，不耐冲击负荷 • （3）负荷低，池子大，占地多 • （4）微生物处于生长曲线的一段，无法使整个池子处于良好工况。

13. 第九章 好氧生物处理 • （二）对传统活性污泥法的改造 • 1、扩大Ns的范围 • （1）高负荷法：Ns>0.5，效率低，曝气池容积小，污泥龄小，剩余污泥量大（短时曝气法或不完全处理活性污泥法） • （2）低负荷法：Ns<0.1，效率高，曝气池容积大，污泥龄大，剩余污泥量小（延时曝气法） • （3）多级活性污泥法 • 2、对进水点位置的改革 • （1）阶段曝气法：分段进水，微生物食料均匀，活性好 • （2）生物吸附法（接触稳定，吸附再生）：池中间某一点进水，吸附和污泥再生（代谢）在两个池子（吸附池、再生池）或一个池子的二段（吸附段、再生段）内进行。L分布较均匀，需氧量较均匀。

14. 第九章 好氧生物处理 • 优点： • a、仅污泥参与再生，虽Ns不高（0.2），但Nv高，V小（吸附池停留时间短30~60s，以充分利用初期吸附去除率，再生池中是回流污泥，总量少），占地少，建设费用低。 • b、污泥在再生段空曝，回到吸附段活性强，避免污泥膨胀。 • c、需氧较均匀 • d、耐冲击负荷 • e、易改造 • 缺点： • a、效率低，90%左右，因污水与污泥接触时间短 • b、回流量大，回流比50~100%，回流污泥提升费用高。 • R=回流污泥量QR/污水量Q

15. 第九章 好氧生物处理 • 3、曝气池流型和混合特征改革 • （1）完全混合法 • 优点：a、耐冲击负荷（进水稀释） • b、进水浓度高 • c、池内F/M一致，微生物工况一样，可以控制在良好的工况下工作 • d、Nv高（0.8~1.4），需氧均匀 • e、运行灵活，改变F/M，可改变工况 • 缺点：效率低，85~90%，出水较差（由于连续进水、出水可能产生短路） • （2）循环混合法（氧化沟）：属于延时曝气法，负荷低，V大，微生物处于内源呼吸期，剩余污泥少。

16. 第九章 好氧生物处理 • 4、改革曝气技术 • （1）减量曝气法：沿池长逐渐减少曝气量 • （2）纯氧曝气法：用氧气代替空气 • （3）深水曝气、深井曝气、浅层曝气 • （三）活性污泥法新工艺 • 1、氧化沟（循环曝气池） • 2、间歇式活性污泥处理系统（SBR） • 4、A/O法 • 5、A/A/O法

17. 第九章 好氧生物处理 间歇式活性污泥处理系统（SBR）

18. 第九章 好氧生物处理 • 四、活性污泥系统设计 • 工艺设计内容： • 1、流程确定 • 2、曝气池（区）容积计算，曝气区工艺设计 • 3、需氧量、供氧量、供气量计算；曝气设备设计 • 4、回流污泥量、剩余污泥量计算；回流设备设计 • 5、二沉池设计计算 • （一）曝气池的设计 • 曝气池容积的设计多采用以污泥负荷率Ns为控制指标的方法 • 1、Ns的确定： • （1）Ns↗ → Le↗ • （2）Ns↗ → ΔX↗ • （3）Ns↗ → O2/XvV↗ →O2/QLr↘ • （4）Ns与SVI的关系如曲线

19. 第九章 好氧生物处理 • 综上，Ns的确定要考虑处理水的出水水质要求（Le），同时也要具有良好的污泥沉降性能——曝气池最佳设计理论。对城市污水，Ns=0.3~0.6为宜，Ns=0.4最佳，此时处理效率可达90%，SVI在80~150。 • 2、选Xv、XR、计算R • （1）选Xv：若Xv大，则V小，但供氧困难，二沉池负担大，回流量大且受XR控制。一般选Xv=2~4g/L • （2）选XR： （mg/L） • r——考虑污泥在二沉池中停留时间、池深、污泥厚度等因素有关的系数，一般1.2。 • 当污泥有良好沉降性能时（SVI=100左右），XR=8~12g/L。

20. 第九章 好氧生物处理 • （3）计算R：列二沉池固体物料衡算方程式得： • 所以有： • 3、计算曝气池容积：以曝气池最佳设计理论分别进行计算，取V大者作为设计参数。 • 4、求曝气池需氧量：O2=a′QLr+b′VXv • 5、选曝气设备： • 表曝：由R→R0→选曝气机械 • 鼓风曝气：由R→R0→Gs→选风机 • 6、计算QR、Qs，选回流设备 • QR=RQ Qs=ΔX/fXR

21. 第九章 好氧生物处理 • （二）二沉池的设计 • 1、二沉池的特点 • （1）区域沉淀（即Ⅲ型沉淀，发生条件为悬浮物浓度500mg/L以上），在沉淀过程中，沉淀速度与絮凝性能有关。 • （2）活性污泥重量轻，易被水带出或产生二次流和异重流，故设计二沉池时水平流速比一沉池小一半，出水堰长度增加。 • 2、二沉池设计计算方法（要求溢流水中悬浮物浓度越小越好，底流污泥浓度越大越好，故设计池面积取决于澄清和浓缩能力，取大者）P164 • （1）表面负荷法（以表面负荷为控制参数→保证良好的出水水质） • （2）固体通量法（以固体通量为控制参数→获得尽量高浓度的底泥） • 固体通量：单位时间内通过单位面积的固体重量（kg污泥/m2.d）

22. 第九章 好氧生物处理 • 五、活性污泥系统的运行管理 • （一）活性污泥的培养驯化（同步法、异步法） • 同步法：培养驯化同时进行 • 异步法：先培养后驯化 • 1、城市污水（包含全面营养物质，并有丰富的微生物）：直接闷曝1~2天，絮凝体形成，停止曝气、静沉，除去上清液，再加污水闷曝，絮凝体增多……当SV=15%时（7~10日）开始连续运行。 • 2、工业废水（不含微生物，经常缺乏营养物质）： • 接种：用生活污水；同类污水厂污泥；土壤（现场泡水），培养同城市污水 • 驯化：逐渐增加工业废水比例，减少生活污水或其他营养物质比例 • 驯化目的：筛选菌种，诱发微生物体内产生适合工业废水的酶

23. 第九章 好氧生物处理 • （二）试运行（目的：选择最佳运行方式和运行参数） • （三）检验（项目：反应水质及处理效果的参数；反应污泥性能的参数；反应环境条件的参数） • （四）运行中异常情况 • 1、污泥膨胀 • （1）现象：污泥松散，SVI增高，污泥不沉淀、流失。 • （2）原因：丝状菌大量繁殖；污泥结合水增高 • 2、污泥解体 • （1）现象：污泥细小，出水浑浊 • （2）原因：DO过高；有毒物质排入 • 3、污泥脱氮 • （1）现象：二沉池内污泥成块上浮 • （2）原因：污泥龄太长，发生反硝化反应，氮气将污泥带上水面。

24. 第九章 好氧生物处理 • 4、污泥腐化 • （1）现象：污泥上浮，变黑、发臭 • （2）原因：污泥在二沉池停留时间过长 • 5、泡沫 • （1）现象：曝气池表面大量泡沫 • （2）原因：合成洗涤剂；其他起泡物质

25. 放映结束 谢谢观看