废水的好氧生物处理

环境工程基础水污染治理篇5废水的好氧生物处理长沙环境保护职业技术学院5废水的好氧生物处理5.1概述一、废水的生物处理1.概述：废水的生物处理是通过微生物的新陈代谢作用，将废水中的有机物的一部分转化为微生物的细胞物质，另一部分转化为比较稳定的化学物质（无机物或简单有机物）的方法。游仆虫线虫变形虫2.生物处理方法分类二、有机物好氧分解1.好氧生物处理法——主要依赖好氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理工艺的过程。2.作用机理废水的好氧处理是在提供游离氧的前提下，以好氧微生物为主，使有机物降解的方法。其过程可以图5－1来说明。有机物＋氧＋微生物代谢作用合成新微生物CO2H2ONH3SO42-PO43-＋能量图5－1有机物的好氧分解3.特点反应速度较快，所需反应时间较短，且在反应过程中，基本上没有什么臭气，较卫生，对BOD5浓度在600mg/L以下的废水较为适用。三、好氧分解对废水水质的要求（1）溶解氧废水中的溶解氧应在0.3～2mg/L之间，此时好氧菌和兼性菌都能进行好氧呼吸。（2）pH值对好氧的处理，pH值应在6～9之间。（3）温度水温在20℃～40℃之间最为合适。（4）微生物生长必须的营养由生物的组成可知所需的营养包括碳、氮、磷、硫以及微量的钾、钙、镁、铁等和维生素。（5）毒性物质多数重金属，如锌、铜、铅、铬等均含毒性，不利于微生物的成活。但如逐步提高有毒物质的浓度，则有可能在一定程度上，使其适应新环境，而提高处理效率。（6）进水有机物的浓度进水BOD5浓度一般在100～600mg/L。（7）废水的可生化性废水的可生化性一般用BOD5/COD值表示。当BOD5/COD＞0.5，采用生物处理效果明显；BOD5/COD＜0.4，则不宜采用生物法处理。5.2活性污泥法1好氧活性污泥的组成和性质（1）．组成好氧微生物和兼性厌氧微生物(兼有少量的厌氧微生物)与其上吸附的有机的和无机的固体杂质组成。（2）．好氧活性污泥的性质颜色以棕褐色为佳黑色说明厌氧、白色说明无机物过多含水率在99％左右密度为1．002~1．006大小为0．02~0．2mm比表面积为20~100cm2／ml之间弱酸性(pH约为6．7)当进水改变时，对进水pH的变化有一定的承受能力。一、活性污泥法的原理活性污泥外观2.活性污泥法就是以含于废水中的有机污染物为培养基，在有溶解氧的条件下，连续地培养活性污泥，再利用其吸附凝聚和氧化分解作用净化废水中的有机污染物。3.活性污泥去除有机物的过程主要包括三个阶段：（1）吸附阶段污水中的污染物与活性污泥微生物充分接触过程中，被具有巨大比表面积（可达2000～10000m2/m3）且表面有多糖类粘性物质的活性污泥微生物所吸附及粘连，从而使污水得到净化。（2）氧化阶段活性污泥在有氧条件下，以吸附及吸收的一部分有机物为营养，进行细胞合成，以另一部分进行分解代谢，并释放能量。（3）絮凝体的形成与凝聚沉淀阶段氧化阶段合成的菌体絮凝形成絮凝体，通过重力沉淀从水中分离出来，使水得到净化。二、普通活性污泥法处理系统活性污泥法通常是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系统所组成，如图5－2所示。废水初沉池二沉池曝气池空气处理水剩余污泥回流污泥图5－2活性污泥法基本流程三、曝气设备（一）曝气的作用向液相供给溶解氧，并起搅拌和混合作用。（二）常用的曝气设备（1）鼓风曝气曝气系统由加压设备（鼓风机）、空气扩散装置和管道三部分组成。空气以气泡的形式扩散到混合液，使气泡中的氧迅速转移到液相供微生物需要并搅拌混合液。多用于长廊式曝气池，现也用于深井曝气池。空气扩散装置（2）机械曝气机械曝气是以装在曝气池水面的表面曝气机的快速转动，进行表面充氧。按转轴的方向不同，表面曝气机分为竖式（图5－3所示）和卧式（图5－4所示）两类。图5－3竖式表面曝气机（伞型叶轮）竖式曝气机的转轴与水面垂直，装有叶轮，常用的有平板型、伞型和泵型三种。但运行时噪声较大，易使污泥破碎。图5－4TNO型曝气转刷卧式的表面曝气设备包括转刷曝气机和转盘曝气机，常用于氧化沟活性污泥法中。（三）特点1.表面机械曝气的氧吸收率高，鼓风曝气低，前者耗电较后者少；2.鼓风曝气设备多，机械曝气设备少；3.叶轮曝气适合水量较小的小型曝气池，鼓风曝气适用于大水量的大型曝气池。鼓风曝气表面机械曝气四、活性污泥的性能指标（1）污泥沉降比（SV）污泥沉降比是指一定量的曝气池混合液，静止30min后，沉降污泥体积与原混合液体积之比，是控制运行的重要指标之一。一般在15％～30％。（2）污泥浓度（MLSS）指曝气池单位混合液中所含悬浮固体的质量（g/L或mg/L），反映微生物的量。一般MLSS值控制在2～4g/L。（3）污泥指数（污泥容积指数SVI）是指曝气池混合液静止30min后，1g干污泥湿时所占有的体积（mL/g）。即SVI（mL/g）＝SV/MLSS注：SVI过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物含量多，缺乏活性和吸附能力；SVI过高，说明污泥难于凝聚沉降，已经发生或即将发生污泥膨胀。（4）污泥密度指数（SDI）曝气池混合液在静置30min后，含于100mL沉降污泥中的活性污泥悬浮固体的克数。SDI=100/SVI五、活性污泥法运行中常见的问题解决方法：加强管理，及时监测。当进水浓度大，出水水质差时，加强曝气提高供氧量；加大排泥量，提高进水浓度；曝气池中含碳高而使碳氮比失调时，投加含氮化合物；加氯可以起凝聚和杀菌双重作用。（一）污泥膨胀产生原因:污泥结构松散，沉降性差，造成污泥上浮而随水流失，广义地把活性污泥地凝聚性和沉降性恶化，以及处理水浑浊的现象总称为活性污泥的膨胀。2.污泥腐化上浮污泥由于缺氧而腐化（厌氧分解），产生大量甲烷及二氧化碳气体附着在污泥上，使污泥比重变小而上浮，上浮的污泥发黑发臭。防止方法：减少曝气、及时排泥、减少曝气池进水量。（二）污泥上浮1.污泥脱氮上浮活性污泥上氮气吸附多时，由于比重降低，污泥随气体浮上水面。（三）污泥的致密与减少污泥失去活性。解决方法：投加营养料；缩短曝气时间或减少曝气量；调整回流比和污泥排放量；防止污泥上浮，提高沉淀效果。污泥的培养和驯化解决方法：在曝气池上安装喷洒管网，用压力水（处理后的废水或自来水）喷洒，打破泡沫；定时投加除沫剂（如机油、煤油等）以破除泡沫。（四）泡沫问题当废水中含有合成洗涤剂及其它起泡物质时，就会在曝气池表面形成大量泡沫。它会隔绝空气与水接触，吸附大量活性污泥固体，影响环境卫生。六、活性污泥法的特点剂改革方向1.特点：处理能力强，出水水质好，氮基建费、运行费高；能耗大，管理复杂，易出现污泥膨胀，污泥上浮等问题。2.改革方向：（1）简化流程，压缩基建费；（2）节约能源，降低运行费；（3）增加功能，改善出水水质；（4）简化管理，保证稳定运行；（5）简化污泥的后处理。污泥膨胀污泥上浮泡沫问题氧化沟技术简介氧化沟（oxidationditch）——又名连续循环曝气池，是活性污泥法的一种变形。长沙市第二污水处理厂氧化沟技术的发展氧化沟污水处理工艺是20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所研制成功的，自从1954年在荷兰的首次投入使用以来，应其优点，已被国内外广泛的应用于生活污水和工业污水的治理，如长沙市一污、二污均采用此法。长沙市第一污水处理厂氧化沟氧化沟工艺流程一般氧化沟污水处理厂的流程如下图所示：进水格栅和除砂沉淀池回流污泥剩余污泥出水氧化沟的技术特征（1）采用的技术参数有机物容积负荷：0.2～O.4kgBOD5/(m3.d)有机物污泥负荷：0.05～0.15kgBOD5/(kgMLSS·d)水力停留时间：10～24h污泥龄：10～30d活性污泥浓度：2000～6000mg/L出水水质BOD5：10～15mg/LSS：10～20mg/LNH3－N：1～3mg/L氧化沟技术特点①工艺流程简单，运行管理方便②处理效果稳定，出水水质好③污泥产量高，污泥性质稳定④能承受水量、水质冲击负荷⑤曝气时间长，能耗高⑥自动化程度高，基建费用大二、Carrousel氧化沟1.Carrousel氧化沟的结构Carrousel氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制，它使用定向控制的曝气和搅动装置，向混合液传递水平速度，从而使被搅动的混合液在氧化沟闭合渠道内循环流动，因此，它既有完全式混合反应器的特点，又有推流式反应器的特点，沟内存在明显的溶解氧浓度梯度。2.Carrousel氧化沟处理污水的原理污水直接与污泥一起进入氧化故欧系统→表曝机增加水中溶解氧，微生物去除水中有机污染物，同时，氨被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐→曝气机下游，混合液缺氧，反硝化开始→进入有氧区，完成一次循环好氧区（硝化）缺氧区（反硝化）（1）污泥膨胀问题（2）泡沫问题（3）污泥上浮问题（4）流速不均及污泥沉积问题3.Carrousel氧化沟存在的问题4.Carrousel氧化沟的发展（1）微孔曝气型Carrousel2000系统该系统采用微孔曝气（供氧设备为鼓风机），微孔曝气器产生大量直径为1mm左右的微小气泡，提高氧含量，为了取得更好的脱氮除磷的效果，该系统增加了一个厌氧区和绝氧区（又称前反硝化区）。（2）Carrousel3000系统该系统是在Carrousel2000系统前再加上一个生物选择区，该生物选择区是利用高有机负荷筛选菌种，抑制丝状菌的增长，提高各污染物的去除率。Orbal氧化沟是一种常见的氧化沟形式，其最大特点是一般由三条同心圆式的环状沟渠组成，由外到内将其沟渠内的溶解氧浓度控制在0、1、2mg/LCarrousel氧化沟的特点是一般不采用横轴式的曝气转刷或转碟，而是采用竖轴式的低速表面曝气机进行曝气和提供对水流的推动力，可以采用较深的水深。常采用曝气转碟进行曝气。SBR工艺即序批式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess，简写为SBR），又称为间歇式活性污泥法，由于在运行中采用间接操作的形式，每一个反应池是一批批地处理废水，因此而得名。二、间歇式活性污泥法工艺流程SBR工艺的一个完整操作周期有五个阶段（见图5-8）：进水期(fill)、反应期(react)、沉淀期(settle)、排水期(draw)和闲置期(idle)进水反应沉淀排水闲置曝气方式不同滗水器出水三、SBR工艺的特点1、流程简单,运行费用低；2、固液分离效果好，出水水质好；3、运行操作灵活，效果稳定；4、脱氮除磷效果好；5、有效防止污泥膨胀；6、耐冲击负荷；7、节省占地面积。四、间歇式活性污泥法的影响因素1.进水时缓慢搅拌的影响SBR工艺进水过程在缓慢搅拌时，可使聚磷菌释磷量加大，从而使聚磷菌在好氧状态下摄取磷量越大。2.NOx－—N对脱氮、除磷的影响当进水处于厌氧状态时，进水带来了极少量NOx－—N，尽量降低曝气池内进水前留于池内的NOx－—N浓度，主要靠好氧曝气停止后沉淀、排水段的缺氧运行。3.运行时间和DO的影响进水工序的厌氧状态，DO为0.3～0.5mg/L，当释磷速度为9～10mg/(gMLSS·h)，水力停留时间大于1h；好氧曝气工序DO在2.5mg/L以上，曝气时间4.0h为宜；排放、沉淀工序，DO≦0.7mg/L，时间为2h左右。5.5生物膜法一、基本概念生物膜是依靠附着于固体表面滤料的介质上而生长繁殖的微生物净化有机物的好氧处理方法。主要的生物膜法有：①生物滤池：其中又可分为普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等；②生物转盘；③生物接触氧化法；④好氧生物流化床等。生物膜法的特点：优点：（1）附着于固体介质表面上的微生物对水量，水质的变化有较强的适应。（2）固体介质有利于微生物形成稳定的生态体系，栖息微生物的种类较多，处理效率高。（3）降解产物污泥量少。（4）管理方便。缺点：（1）滤料表面