第6讲好氧生物法

好氧生物法主要内容1好氧生物法的基本原理L2活性污泥法L3生物膜法L4自然生物法L废水的好氧生化处理好氧生化处理的概念好氧生物处理法两种主要形式：活性污泥法和生物膜法活性污泥法是利用活性污泥对污水进行净化的技术生物膜法则利用附着在载体上的生物膜对污水进行净化活性污泥池生物转盘生物滤池6好氧生物法的基本原理6.1基本概念所谓“好氧”：是指这类生物必须在有分子态氧气（O2）的存在下，才能进行正常的生理生化反应，主要包括大部分微生物、动物以及我们人类；所谓“厌氧”：是能在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等。废水好氧生物处理过程中有机物的代谢及微生物的合成，可用下列基本图式来表示：废水好氧生物处理过程示意图6.1.1污水中的微生物（1）以好氧细菌为主，也存在真菌、原生动物和后生动物等组成相对稳定的生态系。（2）污水中有机物的成分决定优势菌属。主要有动胶杆菌属、假单胞菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属及大肠杆菌等。（3）真菌主要是霉菌，一种丝状真菌，但大量繁殖可能导致污泥膨胀。（4）原生动物－有肉足虫、鞭毛虫和纤毛虫，主要捕食对象是细菌。（5）后生动物一般不出现，仅在水质优异的完全氧化型活性污泥系统中出现,是水质非常稳定的标志。丝状菌发硫细菌轮虫电镜6.1.2微生物的代谢与污水的生物处理（一）微生物的新陈代谢：微生物不断从外界环境中摄取营养物质，通过生物酶催化的复杂生化反应，在体内不断进行物质转化和交换的过程。6.1.2微生物的代谢与污水的生物处理根据受氢体和电子受体的不同分为：①好氧分解代谢好氧呼吸是营养物质进入好氧微生物细胞后，通过一系列氧化还原反应获得能量的过程。好氧呼吸过程实质上是脱氢和氧活化相结合的过程。在这过程中同时放出能量。例如：大型污水沟道存在该式所示的生化反应：生物脱氮工艺中的生物硝化过程：例如：异养型微生物以有机物为底物，其终点产物为二氧化碳、氨和水等无机物，同时放出能量。1.2好氧生物处理的基本反应（1）氧化与合成反应（2）内源呼吸反应微生物对自身的细胞物质进行氧化分解，并提供能量即内源呼吸。内源呼吸反应式如下：（3）有机物在微生物作用下的好氧代谢的总反应为：HOHCONOHCONHOHCHOHCOOOHC－－＋－＋－－＋＋＋和化学方程式：＋＋－＋＋22n27523zyx222zyx4y2n5xn52z4yxnnn2yx2z4yxHNHOHCOONOHC＋＋＋＋3222n275nn2n5n5322e2752zyxNHOHCOMNOHCOOHC＋＋＋（残留物质）（细胞原生质）（有机物）1.3影响好氧生物处理的因素影响好氧生物处理的因素主要是营养物、温度、pH、水中的溶解氧、毒物和废水中有机物的性质等。（1）营养物质细胞组成中，C、H、O、N约占90～97%，其余3～10%为无机元素，主要的是P。生活污水一般不需再投加营养物质；而某些工业废水则需要，一般对于好氧生物处理工艺，应按BODNP=10051投加N和P。其它无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；（2）温度是重要因素之一，在一定范围内，随着温度的升高，生化反应的速率加快，增殖速率也加快；细胞的组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或降并超过一定限度时，会有不可逆的破坏；最适宜温度15～30C，40C或10C后，会有不利影响。（3）pH值一般好氧微生物的最适宜pH在59之间；pH5时，真菌将占优势，引起污泥膨胀；另一方面，微生物的活动也会影响混合液的pH值。（4）溶解氧废水的好氧生物处理中，微生物是以好氧微生物为主，必须使反应器中保证有足够的溶解氧，使微生物进行有氧呼吸。在好氧生物反应器中，溶解氧一般为2～4mg/L为宜。（5）有毒物质工业废水中，存在着对微生物有抑制、毒害作用的化学物质，如重金属及其化合物、酚、氰等。2活性污泥法主要内容2.1概述L2.2活性污泥法的基本流程L2.3活性污泥降解有机物的过程L2.4活性污泥的性能及其评价指标L2.5活性污泥的增长规律L2.6曝气方法和曝气池的构造L2.7活性污泥法的运行方式L2.1概述1882年前后，人们曾进行了向污水中鼓入空气的实验，探讨通入空气后对水质的改善情况；1912年美国的Lawlence研究所开始进行活性污泥实验，1914年，活性污泥法诞生；1917年在英国的曼彻斯特和美国的休斯顿分别建造了活性污泥法污水处理厂，并开始投入运行；1942年由Gould提出了阶段曝气法，1944年Setter提出了改进型曝气法；1945年Krauss为了控制污泥膨胀提出了Krauss法；1951年Ulrich等又提出了吸附再生法。此后，高负荷活性污泥法、延时曝气法、氧化构等方法相继问世并得到发展。2.2活性污泥法的基本流程向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它有巨大的表面积和很强的吸附性能，称为活性污泥。活性污泥法的组成曝气池和二沉池是活性污泥法的主要组成部分曝气池有推流式和完全混合式两种类型活性污泥絮体的主要构成正常的活性污泥絮体呈棕色、无臭，内部为厌氧状态的矿物核，外围由好氧活性较强的细菌组成菌胶团主要由能够产生荚膜及胞外聚合物的细菌组成微生物相的主要构成为细菌、放线菌、藻类、原生动物、后生动物活性污泥的主要组成细菌活性污泥的主要组成细菌无色杆菌属气杆菌属产碱杆菌属芽孢杆菌属短杆菌属棒状杆菌属黄杆菌属微杆菌属诺卡式菌属假单孢菌属螺菌属动胶菌属埃希氏菌属微球菌属主要组成细菌的特性多为化能异养菌，以有机物为营养源多为严格好氧或兼行厌氧细胞分裂后排列方式差别较大以革兰氏阴性为主气杆菌属、短杆菌属、埃希氏菌属、假单孢菌属、动胶菌属、芽孢杆菌属的一些种或变种均有荚膜或发育不好的类似结构（微荚膜），这些构造与活性污泥絮凝体形成有密切关系2.3活性污泥降解废水中有机物的过程活性污泥法在曝气过程中，对有机物的去除分两个阶段，吸附阶段和稳定阶段。（1）吸附阶段从图可看出，在泥水混和曝气30min内，废水中BOD5的去除率可达70％，在其后有一个BOD5的回升阶段，随着曝气时间的延长，BOD5再逐渐降低。BOD5吸附降解曝气过程（2）稳定阶段吸附阶段结束后，微生物要对大量被吸附的有机物进行氧化分解，并利用有机物合成细胞自身物质，进行细胞的更新、增殖，同时也继续吸附废水中的残余的有机物。经过稳定阶段后，废水中的有机物发生了质的变化，一部分被氧化为无机物，另一部分变为微生物细胞体即活性污泥。2.4活性污泥的性能及其评价指标2.4.1活性污泥的组成活性污泥通常由以下几部分组成:活性的微生物;微生物自身氧化的残留物;吸附在活性污泥上不能被生物降解的有机物和无机物组成。其中微生物是活性污泥的主要组成部分。活性污泥中的微生物又是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等多种微生物群体相结合所组成的一个生态系。活性污泥通常为黄褐色絮状颗粒，其直径一般为0.02～2mm，含水率一般为99.2～99.8％，密度因含水率不同而异，一般为1.002～1.006g/cm3。细菌是活性污泥组成和净化功能的中心，是微生物的最主要部分。污水中有机物的性质决定那些种属的细菌占优势。2.4.2活性污泥评价指标（1）混合液悬浮固体浓度(MLSS)，也称为污泥浓度。混合液是曝气池中污水和活性污泥混合后的混合悬浮液。混合液固体悬浮物浓度是指曝气池中单位体积混合液所含悬浮固体的质量，单位为mg/L或g/L。它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。一般活性污泥法中，MLSS浓度一般为2～3g/L。（2）混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)指活性污泥中有机固体物质的浓度，单位为mg/L或g/L。把混合液悬浮固体在600℃焙烧，能挥发的部分即是挥发性悬浮固体，剩下的部分称为非挥发性悬浮固体（MLNVSS）。一般在活性污泥法中用MLVSS表示活性污泥中生物的含量。在一般情况下，MLVSS/MLSS的比值较固定，对于生活污水，常在0.75～0.85左右。对于工业废水，其比值视水质不同而异。（3）污泥沉降比(SV)污泥沉降比是指曝气池混合液在l00mL量筒中，静置沉降30min后，沉降污泥所占的体积与混合液总体积之比的百分数。所以也常称为30min沉降比。正常的活性污泥在沉降30min后，可以接近它的最大密度，故污泥沉降比可以反映曝气池正常运行时的污泥量。可用于控制剩余污泥的排放。它还能及时反映出污泥膨胀等异常情况，便于及早查明原因，采取措施。（4）污泥体积指数(SVI)污泥体积指数也称污泥容积指数，是指曝气池出口处混合液，经30min静置沉降后，沉降污泥体积中1g干污泥所占的容积的毫升数，单位为mL/g，但一般不标出。它与污泥沉降比有如下关系：SVI=(SV×10)/X式中：X的单位为g/L，SVI以百分数代入。SVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚、沉降性能。SVl值过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附力；SVI值过高，说明污泥难于沉降分离，并使回流污泥的浓度降低，甚至出现污泥膨胀(sludgebulking)，导致污泥流失等后果。一般认为，处理生活污水时SVI＜100时，沉降性能良好；SVI为100～200时，沉降性能一般；SVI＞200时，沉降性能不好。一般控制SVI为50～150之间较好。（5）泥龄（θc）也称细胞平均停留时间（MCRT）或污泥滞留时间（SRT）。泥龄是指每日新增长的活性污泥在曝气池的平均停留时间，即曝气池全部活性污泥平均更新一次所需要的时间，或曝气池内活性污泥的总量与每日排放污泥量之比，单位：d。普通活性污泥法的泥龄一般采用5～15d。2.5活性污泥净化水的机理2.5.1活性污泥的增长规律活性污泥中的微生物是多菌种的混合群体，其生长繁殖规律比较复杂，但也可用其增长曲线表示一般规律。活性污泥的增长过程可分为对数增长期、减速增长期和内源呼吸期三个阶段。活性污泥的增长曲线如下图所示：有机物、活性污泥微生物及耗氧关系2.5.2有机物的降解与微生物的增殖活性污泥微生物每日在曝气池内的增殖量可用下式表示：式中Q—处理废水量(m3/d)Sr—去除BOD５量（Kg/m3）V—曝气池容积(m3)a——污泥增长系数，kgVSS/kgBOD5；b——污泥自身氧化率，kgVSS/kgVSS。由方程，求设a、b常见的几种工业废水的a、b值废水类型a值b值合成纤维废水0.380.10纸浆和造纸废水0.760.016含酚废水0.70酿造废水0.93生活污水0.5～0.650.05～0.12.5.3有机物的降解与需氧曝气池的耗氧包括，一部分氧化有机物（异化分解）以取得能量，另一部分转化为新的原生质（同化合成）和贮藏物质。前者消耗溶解氧，后者在内源呼吸时也消耗溶解氧，由此可得曝气池需氧量R0(kg/d):式中a′—平均转化lkg的BOD的需氧量，kg/kg；b′—微生物(以VSS计)自身氧化的需氧量，kg/kg·d式中Ro/VX——氧的比耗速度，即每公斤活性污泥(以VSS计)平均每天的耗氧量，kg/kg·d，常用Kr表示；Ro/QSr——比需氧量，即去除lkg的B0D的需氧量，kg/kg。2.6曝气方法和曝气池的构造曝气的理论基础——双膜理论浅层理论表面更新理论目前最普遍使用的用来解释气体转移机理的理论是双膜理论：（1）气—液界面存在着二层膜——气膜和液膜（2）这两层膜使气体分子从一相进入另一相时受到阻力（3）当气体分子从气相向液相传递时，若气体的溶解度低，则阻力主要来自液膜。氧传递过程的基本方程如下：。，清水中氧的实际溶解度—；，清水中氧的饱和溶解度—；，清水中氧的总转移系数—）；（移速率，单位体积清水中氧