第4章+活性污泥法

2020/2/161第4章污水的生物处理（一）活性污泥法ActivatedSludgeProcesses2020/2/1624.1活性污泥法的基本原理一、活性污泥处理法的基本概念与流程：1、什么是活性污泥？由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。活性污泥法：是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。实质：人工强化下微生物的新陈代谢(包括分解和合成)。2020/2/1632活性污泥法的基本流程接种污泥（回流）泥、水充分混合；充氧剩余污泥与增长的污泥保持量上的平衡2020/2/164二、活性污泥形态与活性污泥微生物颜色黄褐色外观似矾花絮绒颗粒味道土腥味相对密度曝气池混合液：1.002～1.003回流污泥：1.002～1.006粒径0.02～0.2mm20～100cm2/mL比表面积1、活性污泥的形态99%以上含水率与曝气池中水温和动力条件有关2020/2/1652020/2/1662020/2/167（1）干固体和水分含水98％~99％干固体1％~2%MLSSMLVSSNVSS2、活性污泥的组成MLSS=Ma+Me+Mi+Mii⑴具有代谢功能活性的微生物群体Ma⑵微生物（主要是细菌）内源代谢、自身氧化的残留物Me⑶原污水挟入的难生物降解的惰性有机物质Mi⑷原污水挟入的无机物质MiiMLVSS：混合液挥发性悬浮固体质量浓度MLSS：混合液悬浮固体质量浓度NVSS：不可生物降解和惰性悬浮物量。（2）活性污泥由四部分组成MLVSS:一般范围为55％-75％NVSS:一般范围为25％-45％2020/2/168大量的细菌真菌原生动物后生动物除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主，是一个以细菌为主体的群体，除细菌外,还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物。活性污泥中细菌含量一般在107～108个/mL；原生动物103个/mL，原生动物中以纤毛虫居多数，固着型纤毛虫可作为指示生物，固着型纤毛虫如钟虫、等枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时，说明培养成熟且活性良好。（3）活性污泥微生物的组成2020/2/1693、活性污泥微生物及其在活性污泥反应中的作用细菌：以异养型的原核细菌为主，世代时间为20—30min,主要细菌有：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。真菌：主要是丝状菌，大量繁殖会引起活性污泥膨胀。原生动物：肉足虫、鞭毛虫和纤毛虫三类。主要摄食游离的细菌，起到进一步净化水质的作用。种属和数量上随水质和细菌量的变化而变化。后生动物：主要指轮虫。在活性污泥系统中不经常出现，仅在处理水质很好的完全氧化型的活性污泥系统中出现。2020/2/1610原生动物在活性污泥反应过程中数量和种类的增长与递变的模式。轮虫是后生动物，在活性污泥中不经常出现，仅在处理水质优异的完全氧化型的污泥中出现，它的出现是水质非常稳定的标志。2020/2/16114、微生物增殖与活性污泥的增长：a、微生物增殖：在污水处理系统或曝气池内微生物的增殖规律与纯菌种的增殖规律相同，即停滞期（适应期），对数期，静止期（也减速增殖期）和衰亡期（内源呼吸期）。2020/2/16122020/2/1613b、从时间上看：停滞期：污泥驯化培养的最初阶段，即细胞内各种酶系统的适应期。此时菌体不裂殖、菌数不增加。对数期：细胞以最快速度进行裂殖，细菌生长速度最大，生物生长繁殖不受底物或基质限制。如A段；在此阶段微生物增长的对数值与时间呈直线关系。其微生物数量大，但个体小，其净化速度快，但效果较差，只能用于前段处理（相当于生物一级强化工艺）。减速增殖期：营养物质被大量耗消，细胞增殖速度与死亡速度相当。活菌数量多且超于稳定，个体趋于成熟。如B段（相当于二级处理）。衰亡期：营养物基本耗尽，微生物只能利用菌体内贮存物质，大多数细胞出现自溶现象，细菌死亡多，增殖少，但细胞个体最大、净化效果强（对有机物而言）。同时，自养菌比例上升，硝化作用加强。如氧化沟或硝化段（相当于二级半或延时曝气工艺）。可见不同增殖期对应于不同微生物组合，对应于不同生物处理工艺。C、从空间看：由前至后污染物浓度不断降低，微生物数量由对数期逐步过渡至衰亡期，微生物组成由细菌逐步过度为轮虫等，水质逐步变好——类似于水体自净这一污水处理的原型。2020/2/1614活性污泥的核心——菌胶团，它是成千上万细菌相互粘附形成的生物絮体。其在对数增长期，个体处于旺盛生长，其运动活性大于范德华力，菌体不能结合；但到了衰亡期，动能低微，范德华力大，菌体相互粘附，形成生物絮体，因此静止期与衰亡期个体是活性污泥的重要微生物。5、活性污泥絮凝体的形成：有多种学说。普遍认为：活性污泥絮凝体形成的实际情况来看，活性污泥絮凝体的形成与曝气池内能含量有关。能含量用F/M表示。F：代表有机物含量M：代表微生物的含量当曝气池内残留有机污染物（BOD值）较低，即F/M处于低值。2020/2/1615三、活性污泥净化反应过程活性污泥在曝气过程中，对污水中有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段：吸附阶段（污水与活性污泥接触的最初较短的时间5-10min）稳定阶段由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。一部分有机污染物被去除。经数小时曝气后，有机物才能被微生物催化吸收分解。1、初期吸附去除2020/2/16162020/2/16172、微生物的代谢对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析得到结论：废水中的有机物残留在废水中的有机物从废水中去除的有机物微生物不能利用的有机物微生物能利用的有机物微生物能利用而尚未利用的有机物微生物不能利用的有机物微生物已利用的有机物（氧化和合成）（吸附量）增殖的微生物体氧化产物2020/2/1618PHB测定方法2020/2/16194.2活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数一、活性污泥净化反应的影响因素：1、营养物质平衡：BOD5：N：P=100：5：1（细菌生殖需要营养：生活污水具备上述营养条件，工业废水需投加生活污水或N、P化物。碳、磷、氮、钠、钾、铁等微生物生长代谢的影响）2、DO含量：曝气池出口处一般保持在2mg/l左右。（好氧微生物的存在，但浓度不能太高或太低，太高导致污染物分解过快，微生物缺乏营养，过低，好氧微生物难以发挥作用）3、PH值：最佳PH范围为6.5---8.5（好氧微生物：6-9；厌氧微生物6.5-8.0，高浓度氢离子导致菌体表面蛋白质和核酸水解变性）4、水温：适宜温度范围为：15℃--35℃（低温消化：5-15℃，3-4个月消化完成；中温消化：30-35℃，20-30d完成消化；高温消化：50-55℃，10d完成消化。）5、有毒物质：如重金属离子、酚、氰化物等。（能抑制生物处理，含量控制见下表5.5）好氧、固定氮实验讲解2020/2/16202020/2/1621二、活性污泥处理系统的控制指标与设计、运行操作参数1、表示及控制混合液中活性污泥微生物量的指标混合液悬浮固体浓度MLSS：又称污泥浓度，表示在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总重量。混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS：表示混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度。f=MLVSS/MLSS一般情况下，f取0.7---0.8（1）混合液悬浮固体浓度（mixedliquorsuspendedsolids)MLSS=Ma+Me+Mi+Mii（2）混合液挥发性悬浮固体浓度（mixedliquorvolatilesuspendedsolids）MLVSS=Ma+Me+Mi2020/2/16222、活性污泥的沉降性能及其评定指标正常的活性污泥在30min内即可完成絮凝沉淀、成层沉淀，并进入压缩。压缩（浓缩）的进程需要时间长。污泥沉降比（SV）：又称30min沉降率，指混合液在1000ml量筒内静置30min后所形成的沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率。城市污水SV取15%--30%污泥容积指数SVI：简称污泥指数。表示曝气池出口处的混合液在1000ml量筒内经过30min静沉后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容积。城市污水，SVI介于70---100之间。SVI值能够反应活性污泥的凝聚、沉降性能。SVI值过低，无机质含量高，缺乏活性；过高，说明污泥的沉降性能不好，并且已产生膨胀现象的可能。1L混合液沉淀30min的活性污泥体积（mL）SV(mL/L)SVI=1升混合液中悬浮固体干重（g）MLSS(g/L)=2020/2/1623BOD-污泥负荷率SVI、MLSS及污泥回流比的关系SVI与BOD-污泥负荷之间的关系BOD-负荷介于0.5-1.5kg/(kgMLSS·d）之间时，SVI值突出最高，污泥沉降效果不好，因此避免采用这一区段的BOD-污泥负荷在MLSS一定条件下，SVI值越高，所采用的污泥回流比也越大。当SVI值达400mL/g以上时，从污泥回流比的要求来看，活性污泥处理系统在实际上是难以成立的。2020/2/16242020/2/16253、污泥龄(生物固体平均停留时间)污泥龄定义：曝气池内活性污泥总量VX与每日排放的污泥量△X之比。用θc表示。一般情况下，Xe值很小，可忽略。•VX-曝气池内活性污泥总量•Xr-剩余污泥浓度•Qw-作为剩余污泥排放的污泥量•Q-污水流量•Xe-排放处理水中的悬浮固体浓度•SVI-污泥容积指数•θc是活性污混处理系统设计、运行的重要参数，在理论上也具重要意义。因为不同泥龄代表不同微生物的组成，泥龄越长，微生物世代长，则微生物增殖慢，但其个体大；反之，增长速度快，个体小，出水水质相对差。θc长短与工艺组合密切相关，不同的工艺微生物的组合、比例、个体特征有所不同。污水处理就是通过控制泥龄或排泥，优选或驯化微生物的组合，实现污染物的降解和转化。eWrwXQQXQxSVIXr6max10rwcXQXVq2020/2/1626世代时间长于污泥龄的微生物在曝气池内不可能繁衍成优势菌种属，如硝化菌在20°C，其世代时间为3d，当θc3d时，硝化菌就不可能在曝气池内大量增值，不能成为优势种属，就不可能在曝气池内产生硝化反应。2020/2/16274、BOD—污泥负荷与BOD容积负荷BOD—污泥负荷定义：曝气池内单位重量活性污泥在单位时间内能够接受并将其降解到预定程度的有机物量BOD。在具体工程应用上，BOD—污泥负荷以F/M表示。又称BOD—SS负荷率。F/M=Ns=QSa/XV(kgBOD/kgMLSS.dQ-污水流量，m3/d;Sa-原污水中有机污染物（BOD）的浓度，mg/LV-曝气池容积，m3X-混合液悬浮固体（MLSS）浓度，mg/LBOD容积负荷定义：单位曝气池容积在单位时间内，能够接受并将其降解到预定程度的有机物量。Nv=Q.Sa/V(kgBOD/M3曝气池.d选定适宜的BOD—污泥负荷的意义Ns:0.2—0.5kg/kgMLSS.d为一般负荷区0.1kg/kgMLSS.d为低负荷区1.5-2.5kg/kgMLSS.d为高负荷区0.5-1.5kg/kgMLSS.d为污泥膨胀区，一般不取。2020/2/1628BOD-污泥负荷，是影响有机污染物降解、活性污泥增长的重要因素。采用高额的BOD-污泥负荷，将加快有机污染物的降解速度与活性污泥的增长速度，降低曝气池的容积，在经济上比较适宜，但处理水质未必能够达到预定的要求。采用低值的BOD-污泥负荷，有机污染物的降解速度和活性污泥的增长速度，都将降低，曝气池容积有所提高，但处理水的水质可能提高，并达到要求。2020/2/16295、有机污染物降解与活性污泥增长微生物的增殖是通过微生物合成与内源代谢共同完成的。1）实际测试微生物净增殖量earrSSSbXaSXSr—污水中被微生物降解、去除的有机污染物量，kgBO