搜索
水质工程学-下第二讲主讲教师：杨庆国家级精品课程13.1.3活性污泥法的形态和组成13.1.4活性污泥微生物的增殖规律13.1.5活性污泥净化污水的过程13.1.6环境因素对活性污泥微生物的影响（营养物质、温度、pH值、溶解氧、有毒物质）活性污泥法基础-下微生物量分散残留食物量游泳型纤毛虫类活性污泥微生由增长与递变的模式鞭毛虫肉足虫类在系统启动的初期，活性污泥絮体尚未很好的形成，混合液中游离细菌居多，处理水水质欠佳，此时出现的原生动物，最初为肉足虫类（如变形虫）占优势，继之出现的则是游泳型的纤毛虫。凝聚当活性污泥培育成熟，生物絮凝体结构良好，混合液中的细菌多已“聚居”在活性污泥上，游离细菌为数细菌很少，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）型的纤毛虫为主，如钟虫、累枝虫等。有柄固着型纤毛虫类轮虫类时间轮虫在系统正常运行时期、有机物含量低、出水水质良好时才会出现2.4活性污泥微生物的增殖规律活性污泥微生由降解污水中有机污染由，同时微生由相应的进行增殖。纯菌种的增殖规律已有大量的研究结果，并可以用增殖曲线来表示。活性污泥中微生由种类繁多，其增殖规律比较复杂，但仍可用增殖曲线表示其规律。将活性污泥微生由在污水中接种，并在温度适宜、溶解氧充足的条件不进行培养，按时取样检测，即可得出微生由数量与培养时间之间具有一定规律性的增殖曲线。活性污泥微生物所处的生长期，主要由F/M比值所控制。另外，处于不同增殖期的活性污泥，其性能不同，处理水水质也不同。F/M比值是有机底物降解速率、氧利用速率、活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影响因素，也是活性污泥法处理系统设计和运行中一项非常重要的参数。活性污泥的能量含量F/M营养物或有机物量（F）与微生物量（M）的比值（F/M）S(BOD)降解曲线aXO时间量b对数增殖期减衰增殖期内源呼吸期微生物增殖曲线cd氧利用速率曲线活性污泥微生物增殖曲线及其和有机底物降解、氧利用速率的关系（间歇培养、底物一次性投加）活性污泥微生物增殖分为以下四个阶段（期）:期亦称延迟期或规整期。本期是最初阶段是细胞内各酶系统对新培环境过程。对期又称旺盛期。现本期环境曝是F/M概值很高应非常分营质不是控制回素最高较率摄应也最高较率和合成新细胞。由上图见（）较率呈直关系为常值值为直斜率。据此对期又称为“等较期”减衰期又称稳期和平衡期。随着应浓不断不断F/M概值继续营质逐步成为控制回素此过渡别减衰期。此期较率和应较率为位残存应浓关呈级反。内源呼吸期又称衰亡期。个应持续达别近乎耗尽程F/M概值随至很位程。由于不别营质而开始地利自身体内储存质或衰亡菌体足内源代谢维持命动足入内源呼吸期。曝气池混液的流态同，所应在活性污泥法转正运行后，的污泥增殖曲线同。推流式曝气池污水与回流污泥的混合液从池的一端流入，在后继水流的推动下，沿池长方向流动，并从池的另一端流出池外二沉池曝气池污泥回流系统处理水完全混合式曝气池混合液在池内充分混合循环流动，污水与回流污泥进入曝气池后立即与池内原有混合液充分混合进水二次沉淀池回流污泥剩余污泥排放处理水空气完全混合式曝气池在曝气池首端，活性污泥的生长取决污水中的有机由源度回流污泥的源度，曝气池末端活性污泥的生长状态，则取决曝气时间。，推流式曝气池中活性污泥增殖状态在曲线某一个区，即池首制池尾的F/M微生由量都变化的。有机由与微生由之间的相数量决池合点水比较均匀，微生由群性数量相同，池中合处的状态几完全一致。它的工作情况在活性污泥增殖曲线只一个点，这个点在曲线的具位置则决定每日进曝气池的有机由微生由之间的相数量,即污泥负荷。推流式曝气池定了其在曲线的所处的位置。完全混合式曝气池污泥增殖曲线的区别XOcd量对数增殖期减衰增殖期内源呼吸期微生物增殖曲线1.推流式曝气池中的微生物增殖曲线只是图中曲线的一段；2.其位置取决于曝气池的负荷，3.4.其长度取决于返混的程度，越长则说明返混程度越小，越接近于理想推流；曲线两端相对位置之差可推测污泥增长情况。推流式曝气池中微生物增殖曲线的物理意义氧利用速率曲线bS(BOD)降解曲线a时间活性污泥微生物增殖曲线及其和有机底物降解、氧利用速率的关系（间歇培养、底物一次性投加）XO量cd对数增殖期减衰增殖期内源呼吸期微生物增殖曲线氧利用速率曲线bS(BOD)降解曲线a时间活性污泥微生物增殖曲线及其和有机（间歇底物降解、氧利用速率的关系培养、底物一次性投加）完全混合式曝气池中微生物增殖曲线的物理意义1.完全混合式曝气池中的微生物增殖曲线只是图中曲线上的一点，2.其点的位置取决于曝气池的负荷（F/M）。3.该点的斜率为反应器内微生物增长速率。4.在非稳定状态下，该点b的位置是动态的。阶段a-b（对数增殖期）b-c（减速增殖期）c-d（内源呼吸期）营养物F丰富F/M＞1.5多F/M=0.3～0.6少F/M＜0.1细菌量M↑↑，增殖非常快（以最高速率合成细菌）↑，增长速率下降，开始v增↓，后期v增=0增长不及消亡的速率初期：少量增长后期：负增长制约关系食物不会制约微生物生长，0级反应，与有机物F无关，与M有关有一定制约F/M↓一级反应，与F正成正比消耗细菌贮存有机物或菌体自身细胞物营养源，维持生命呼吸沉降性能F↑↑，能量水平高，活动力强，絮体松散F↓，能量水平低，缺乏克服相互间吸力的能量，开始絮凝，沉降性较好F↓M↓=0，能量水平极低，絮体形成率高，沉降性能好出水水质絮凝，降解性能差，沉淀差；F高，出水水质较差，游离细菌多絮凝，降解，沉淀性能提高，出水水质较好游离细菌被栖于活性污泥原生动物捕食，出水水质好增殖规律应用：由于F多寡，影响着微生物的生长繁殖；所以控制F供应，就控制微生物的生长繁殖及活动实际工程中：控制F/M值，就可得到不同的微生物生长率，微生物活性，处理效果，沉降性能等①根据有机物量、微生物状态划分以上四个阶段②有机物利用效率：对数生长期＞减数生长期＞内源呼吸期③沉淀性能：内源呼吸期＞减数生长期＞对数生长期④污水处理：内源呼吸期＞减数生长期＞对数生长期两者综合考虑，多控制在减数生长期和内源呼吸期综上：13.1.5活性污泥净化污水的过程在活性污泥处理系统中，有机污染物从污水中去除过程的实质：有机污染物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用。该过程结果：污水得到净化，微生物获得能量并合成新的细胞，使活性污泥得到增长。这一过程是比较复杂的，它是由物理、化学、物理化学以及生物化学等反应过程所组成。2活性污泥法净化的一般过程CO代谢渗入凝聚吸附沉淀三个主要过程：吸附、微生物代谢、凝聚和沉淀活性污泥有着很大的比表面积，表面上富集着大量的微生物，在其外部覆盖着多糖类的粘质层。初期吸附去除污水中呈悬浮和胶体状态的有机物在较短时间（5-10min）内被活性污泥所凝聚和吸附而得到去除。BOD去除率可达20%-70%生物吸附作用速率远大于有机物的氧化速率,因而，在活性污泥系统中，出现氧的利用率迟滞于有机物的去除。物理吸附作用（占主导作用）初期的吸附过程生物吸附作用污泥表面积较大，微生物产生的粘液层（注）吸附悬浮物和胶体物，靠物理吸附，使污染物从水中转移到微生物的表面。被吸附在微生物细胞表面的有机物，再经过数小时的曝气后，才能够相继地被摄入微生物细胞内。注：活性污泥絮体外表面的粘液层即——胞外聚合物（EPS），主要成分是多糖。微生物吸附溶解态有机物，发生了生化反应，使有机物浓度降低。去除量、氧化和合成量以及吸附量%普通活性污泥法曝气池中的有机物去除量、氧化和合成量以及吸附量的一般关系241050.5230201030504060807090100有机物去除量微生物氧化和合成量活性污泥吸附量曝气时间/h1.污水中有机由的去除在较短时间5h左右就完；2.污水中的有机由先转移制附污泥，然后渐微生由所用；3.附作用在相当短的时间45min左右就完了；4.微生由用有机由的比较慢。述试验未考虑微生由的命，命消氧，特别微生由源度较时，命氧量还比较大，能忽略，面的析概略的，主要目的说明活性污泥法中的有机由附。活性污泥吸附作用的机理和影响因素吸附作用的贮存代谢机理被生物吸附的有机物，并不能完全转化为微生物细胞的原生质物质，很大一部分物质先转化为细胞的贮存物质(如糖元，聚β羟基丁酸（PHB）等)，在以后的代谢中被逐步分解利用。吸附作用（吸附速率和程度）的影响因素1.废水的性质、特性有机物的组成和物理形态，对于含有较高浓度呈悬浮或胶体状态的有机污染物的废水，具有较好的效果；2.活性污泥的状态、活性在吸附饱和后应给以充分的再生曝气，使其吸附功能得到恢复和增强，一般应使活性污泥微生物进入内源代谢期。一般处于饥饿状态（内源呼吸期）的微生物其活性最强，吸附能力也强。3.反应器内水力扩散程度和水动力学规律吸附时间BOD与吸附效果间的关系曝气时间最佳吸附时间被“初期吸附去除”的量有一定的限度污水中的有机物活性污泥法曝气过程中的有机物变化从污水中去除的有机物量并不是立即全部被氧化分解，“去除量”可分为“氧化合成量”和“吸附量”，“氧化合成量”即已被微生物利用的有机物量，“吸附量”指转移到活性污泥上，但尚未被微生物利用的量。微生物不能利用的有机物残留在处理系统中的有机物微生物能利用的有机物增殖的微生物体氧化产物从污水中去除的有机物微生物不能利用的有机物吸附量微生物能利用而尚未利用的有机物（氧化和合成）微生物已利用的有机物子机小有物分在透膜酶的作用分酶机膜酶子有大水解酶解小分子小分子小分子水物水解酶物，则必须有机微生物的代谢如淀粉、蛋白质等大分子有机下，小分子的在细胞物透能够直接透过酶的壁外酶—水解细胞作用下，被水体内进入微生物解为小分子后再被微生物摄入细胞体内微生物将有机物摄入体内的过程解成谢H2O、CO2、+能量+O2H2O、NH3、CO2被摄入细胞体内的有机物，在各种胞内酶，如脱氢酶、氧化酶等的催化作用下，微生物对其进行代谢反应.+O2代谢合分代有机物微生物C5H7NO2内源呼吸残留物微生物（污泥）增长微生物分解与合成代谢及其产物的模式代谢产物NH3、NO3-、P043-内源呼吸产物+能量合成细胞物质氧化分解过程反应方程式氧化分解过程是微生物为了获得合成细胞和维持其生命活动等所需的能量，将吸附的有机物进行分解，这个过程可用下式表示：CXHYOZ+（X+0.25Y-0.5Z)O2XCO2+0.5YH2O+能量式中CxHyOz——近似地表示有机物的分子式同化合成过程反应方程式同化合成过程是微生物利用氧化所获得的能量，将有机物合成新的细胞物质。这个过程可用下式表示：nCXHYOZ+nNH3+（X+0.25Y-0.5Z-5)O2+能量（C5H7NO2）n+n（X-5）CO2+0.5n（Y-4）H2O式中C5H7NO2——表示微生物细胞组织的化学式内源呼吸过程反应方程式内源呼吸过程是当废水中的有机物很少时，微生物就会氧化体内蓄积的有机物和自身细胞物质来获得维持生命活动所需的能量。这个过程可用下式表示：（C5H7NO2）n+5O2nNH3+5nCO2+2nH2O+能量式中C5H7NO2——表示微生物细胞组织的化学式美国污水生物处理专家麦金尼，对活性污泥微生物在曝气池内所进行的有机物氧化分解、细胞质合成以及内源代谢三项反应，提出了如图所示的数量关系。～2/3合成代谢～1/3分解代谢可降解有机物+O2无机物+能量新细胞物质～80%～20%内源代谢无机物+能量残留物质微生物三项代谢活动之间的数量关系（麦金尼）活性污泥的沉淀分离活性污泥系统净化污水的最后程序是泥水分离，这一过程是在二次沉淀池或沉淀区内进行的。污水中有机物在活性污泥的代谢作用下无机化后，经过泥水分离，处理后的澄清水排走，污泥沉淀至池底。泥水分离的好坏，直接影响到处理水水质以至整个系统的正常运行。若泥水不经分离或分离效果不好，由于活性污泥本身是有机体，进入自然水体后将造成二次污染。另外对从沉淀池排出的活性污泥要进行妥善处理，否则会造成二次污染。2.6环境因子对活性污泥微生物的影响水温有毒物质溶解氧营养物质pH值活性污泥营养物质碳源氮源磷源其他营养氮是组成微生物还需