污水的生物处理(一)

污水的生物处理（一）第四章污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）教学要求掌握活性污泥法的基本原理及其反应机理；理解活性污泥法的重要概念与指标参数：如活性污泥、剩余污泥、MLSS、MLVSS、SV、SVI、θc、容积负荷、污泥产率等；理解活性污泥反应动力学基础及其应用；掌握活性污泥的工艺技术或运行方式；掌握曝气理论；熟练掌握活性污泥系统的计算与设计。污水的生物处理（一）活性污泥法的基本原理原理流程污水的生物处理（一）活性污泥的特征与微生物形态在显微镜下呈不规则椭圆状，在水中呈“絮状”。颜色正常呈黄褐色，但会随进水颜色、曝气程度而变（如发黑为曝气不足，发黄为曝气过度）。理化性质ρ=1.002～1.006，含水率99%，直径大小0.02～0.2mm，表面积20～100cm2/ml，pH值约6.7，有较强的缓冲能力。其固相组分主要为有机物，约占75～85%。过度）。污水的生物处理（一）生物特性具有一定的沉降性能和生物活性。组成由微生物群体Ma，微生物残体Me，难降解有机物Mi，无机物Mii四部分组成。污水的生物处理（一）活性污泥的特征与微生物组成细菌：以异养型原核生物(细菌)为主，数量107～108个/ml，自养菌数量略低。其优势菌种：产碱杆菌属等，它是降解污染物质的主体，具有分解有机物的能力。•真菌：由细小的腐生或寄生菌组成，具分解碳水化合物，脂肪、蛋白质的功能，但丝状菌大量增殖会引发污泥膨胀。污水的生物处理（一）原生动物：肉足虫，鞭毛虫和纤毛虫3类、捕食游离细菌。其出现的顺序反映了处理水质的好坏（这里的好坏是指有机物的去除），最初是肉足虫，继之鞭毛虫和游泳型纤毛虫；当处理水质良好时出现固着型纤毛虫，如钟虫、等枝虫、独缩虫、聚缩虫、盖纤虫等。后生动物(主要指轮虫），捕食菌胶团和原生动物，是水质稳定的标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处理的质量。污水的生物处理（一）微生物增殖与活性污泥的增长污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）活性污泥净化反应的机理初期吸附去除污水与活性污泥接触5～10min，污水中大部分有机物(70%以上的BOD，75%以上COD)迅速被去除。此时的去除并非降解，而是被污泥吸附，粘着在生物絮体的表面，这种由物理吸附和生物吸附交织在一起的初期高速去除现象叫初期吸附。污水的生物处理（一）微生物的代射被吸附的有机物粘附在絮体表面，与微生物细胞接触，在渗透膜的作用下，进入细胞体内，并在酶的作用下要不被降解，要不被同化成细胞本身。污水的生物处理（一）活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数影响因素污水的生物处理（一）微生物量的指标混合液悬浮固体浓度（MLSS），其由Ma+Me+Mi+Mii组成混合液挥发固体浓度（MLVSS），由MLVSS=Ma+Me+Mi组成设计指标与运行参数MLVSS/MLSS在0.70左右，过高过低能反映其好氧程度，但不同工艺有所差异。如吸附再生工艺0.7～0.75，而A/O工艺0.67～0.70。污水的生物处理（一）活性污泥的沉降性能及其评定指标：污泥沉降比SV（%）：混合液在量筒内静置30mm后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分比。污泥容积指数SVI：SVI=SV/MLSS。对于生活污水处理厂，一般介于70～100之间。当SVI值过低时，说明絮体细小，无机质含量高，缺乏活性；反之污泥沉降性能不好。污水的生物处理（一）泥龄（Sludgeage）Qc生物固体平均停留时间或活性污泥在曝气池的平均停留时间，即曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量之比，用公式表示：θc＝VX/⊿X＝VX/QwXr。式中：⊿X为曝气池内每日增长的活性污泥量，即要排放的活性污泥量。Qw为排放的剩余污泥体积。Xr为剩余污泥浓度。其与SVI的关系为(Xr)max＝106/SVI污水的生物处理（一）负荷BOD污泥负荷：Ns＝QSa/XV=F/M指单位重量活性污泥在单位时间内降解到预定程度的有机物量。BOD容积负荷：Nv＝QSa/V指单位曝气池容积在单位时间内降解到预定程度的有机物量。BOD污泥负荷和BOD容积负荷的关系式：Nv＝NsX。污水的生物处理（一）污泥产率：污水中有机污染物的降解带来微生物的增殖与活性污泥的增长，活性污泥微生物的增殖是生物合成与内源呼吸的差值，即⊿X=aSa—bX。式中⊿X：活性污泥微生物净增殖量，kg/d；Sr：在活性污泥微生物作用下，污水中被降解、去除的有机污染物量，Sr＝Sa－Se；Sa：进入曝气池污水含有的有机污染物量，kgBOD/d。Se：经活性污泥处理后出水的有机污染物量，kgBOD/d。X：混合液活性污泥量，kg。a、污泥产率（降解单位有机污染物的污染量）。b、微生物内源代谢的自力氧化率。污水的生物处理（一）由于细胞合成与内源代谢同步进行，单位曝气池内活性污泥净增殖速度为：(dx/dt)g＝(dx/dt)s－(dx/dt)e式中(dx/dt)g为净增殖速度；(dx/dt)s为合成速度；(dx/dt)e为微生物内源代谢速度。其中：(dx/dt)s＝Y(dx/dt)uY为产率系数，每代谢1kgBOD合成的MLVSS量。(dx/dt)u为微生物对有机物的降解速度。其中：(dx/dt)e＝KdXvKd微生物自身氧化率d-1，并称衰减系数；Xv为MLVSS含量。污水的生物处理（一）代入得：(dx/dt)g＝Y(dx/dt)u－KdXv∴⊿X＝Y(Sa－Se)Q－KdVXv⊿X为日污泥排放量；(Sa－Se)Q为日有机物降解量；KdVXv为池内总MLVSS量。等式两边除以VXv得⊿X/VXv=Y(Sa－Se)Q/VXv－Kd由于⊿X/VXv=1/Qc；(Sa－Se)Q/VXv＝Ns（书中写成NrS）∴1/Qc＝YNs－Kd污水的生物处理（一）有机污染物降解与需氧微生物对有机污染物的降解包括1/3的直接氧化分解，2/3×80%需合成后再内源呼吸降解，故其需氧量为：O2＝a′QSa＋b′VXv式中：a′为微生物每代谢1kgBOD所需要的氧量。b′为每kg活性污染自身氧化所需要的氧量。两边同除以VXv得O2/VXv=a′Ns＋b′两边同除以QSa得O2/QSa＝a′＋b′1/Ns污水的生物处理（一）活性污泥反应动力学基础莫诺特(Monod)方程式微生物生长速度和底物浓度间的关系式：μ=μmaxS/Ks+S式中：µ为微生物比增长速度，即单位生物量的增长速度.µmax为微生物最大比增长速度；Ks：饱和常数，为的底物浓度，故又称半速度常数。S：底物浓度。污水的生物处理（一）当底物过量存在时，微生物生长不受底物限制。处于对数增长期，速度达到最大值,为一常数。∵SKs、Ks+S≈S∴μ=umax。此时反应速度和底物浓度无关，呈零级反应，即n=0。当底物浓度较小时，微生物生长受到限制，处于静止增长期，微生物增长速度与底物浓度成正比。∵S＜＜Ks、Ks+S≈Ks∴μ=μmaxS/Ks=K.S此时，μ∝S，与底物浓度或正，呈一级反应。随着底物浓度逐步增加，微生物增长速度和底物浓度呈μ=μmaxS/Ks+S，即不成正比关系，此时0＜n＜1呈混合反应区的生化反应。污水的生物处理（一）monod方程的结论使米一门方程式引入了废水工程的理论中。具体推导如下：Y＝dx/ds=(dx/dt)/(ds/dt)=r/q=(r/x)/(q/x)=µ/V。式中：dx为微生物增长量；dx/dt为微生物增长速率（即r）；r/x＝µ，即微生物比增长速度；ds为底物消耗量；q＝ds/dt，为底物降解速度；v＝q/x，为底物比降解速度。µ＝Y.V；µmax＝Y.Vmax；带入μ=μmaxS/Ks+S得：V＝VmaxS/Ks+SV＝(ds/dt)/X，ds/dt=VmaxSX/Ks+S污水的生物处理（一）劳伦斯——麦卡蒂(Lawrence——McCarty)方程式第1方程dx/dt=Y(ds/dt)u-KdXa；1/Qc=Yq－Kd第2方程V＝VmaxS/(Ks+S)有机质降解速率等于其被微生物利用速率，即V=q,Vmax=qmax(ds/dt)u=VmaxSXa/(Ks+S)方程的应用确立处理水有机底物浓度（Se）与生物固体平均停留时间（Qc）之间的关系对完全混合式Se＝Ks(1/Qc+Kd)/[Y(Sa-Se)-(1/Qc+Kd)]对推流式1/Qc=YVmax(Sa-Se)/[(Sa-Se)+Ks㏑Sa/Se]－Kd欲提高处理效果，降低Se值，就必须适当提高Qc。污水的生物处理（一）确立微生物浓度（X）与Qc间的关系对完全混合式X＝QcY(Sa-Se)/t(1+KdQc)对推流式X＝QcY(Sa-Se)/t(1+KdQc)说明反应器内微生物浓度(X)是Qc的函数。说明反应器内微生物浓度(X)是Qc的函数确立了污泥回流比(R)与Qc的关系。1/Qc=Q[1+R-R(Xr/Xa)]/V式中：Xr为回流污泥浓度(Xr)max=106/SVI。总产率系数（Y）与表观产率系数（Yobs）间的关系.Yobs＝Y/(1+KdQc)即实测污泥产率系数较理论总降低。说明即实测污泥产率系数较理论总降低污水的生物处理（一）活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数传统活性污泥法污水的生物处理（一）阶段曝气活性污泥法污水的生物处理（一）再生曝气活性污泥法污水的生物处理（一）吸附再生曝气活性污泥法污水的生物处理（一）市政管网排水沉淀曝气沉淀吸附沉沙格栅出水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥A段B段图21-25A-B法工艺流程AB法污水的生物处理（一）SBR法污水的生物处理（一）氧化沟污水的生物处理（一）完全混合活性污泥法污水的生物处理（一）多级活性污泥法污水的生物处理（一）深水曝气活性污泥法污水的生物处理（一）深井曝气活性污泥法污水的生物处理（一）浅层曝气活性污泥法污水的生物处理（一）曝气的理论基础扩散过程的基本规律dXdCDVLdxfPgPiCiC紊流气相主体气膜液膜液相主体紊流界面（层流）图17-18双膜理论模型双膜理论污水的生物处理（一）dXdCDAdtdMV：VLdd的定义式扩散速率dXdCADdtdML：54)-(17XCCdXdCfs得出代入上式将fsLXCCADdtdMCCVXADVdtdMsfLCCKdtdCsLa两边同除以V：d)/m(kgORdtdC32r/d)(kgOORVRVdtdC22rO2在气膜、液膜中进行分子扩散，而在气相和液相主体中进行对流扩散传质的阻力集中在双膜，但因O2是难溶气体，∴氧转移的决定性阻力又集中在液膜内O2通过液膜的转移速率是氧扩散转移全过程的控制速率污水的生物处理（一）二、氧转移的影响因素1污水水质（1）表面活性物质：修正系数α=污水中的KLa'/清水中的KLa'（2）溶解盐类：修正系数β=污水中的CS'/清水中的CS'污水的生物处理（一）2温度（1）对KLa的影响（2）对CS的影响水温对氧的转移有相反的影响当15～30℃时：水温低对氧转移有利，30～35℃时：水温较高对氧转移有利。2020024.1TLTLaKaKdtdCCCCTdtdCaKTaKTssLL扩散:污水的生物处理（一）4氧分压修正系数ρ=所在地区实际气压/1.013×105根据亨利定律Cs=HP)210(21OcPPCsCsb污水的生物处理（一）三、氧转移系数与供气量的计算在稳定运行条件下，氧的转移速度应等于活性污泥微生物的需氧速度（Rr）在标准条件下，转移到曝气池混合液中的总氧量（R0）：RrCCKdtdCTsTLa)(024.1)()20(VCKRSLa200污水的生物处理（一）解上二式得氧转移效率（氧利用率）：鼓风曝气装置的供气量为：)(024.1200)()20(CCKRCRTsTLa%1000SREA1003.00AERGs污水的生物处理（一）活性污泥处理系统的运行维护