水污染控制工程講義

水污染控制工程

第一章概述

1.1生物處理的目的和重要性

廢水生物處理的目的：1）絮凝和去除廢水中不可自然沉淀的膠體狀固體物；

2）穩(wěn)定和去除廢水中的有機(jī)物：3）去除營養(yǎng)元素氮和礴。

廢水生物處理的重要性：1）城市污水中約有60席以上的有機(jī)物只有用生物法

去除才最經(jīng)濟(jì)；2）廢水中文的去除一般來說只有依靠生物法；3）目前世界上已建

成的城市污水處理廠有90%以上是生物處理法；4）大多數(shù)工業(yè)廢水處理廠也是以

生物法為主體的。

微生物在廢水生物處理中主要有三個作用：1）去除有機(jī)物（以COD久BODs表

示）、去除其它無機(jī)營養(yǎng)元素如MP等：2）絮凝沉淀和降解膠體狀固體物；3）

穩(wěn)定有機(jī)物。

微生物代謝過程簡介：

,CO?、H1O

分解呼吸

微生物

有機(jī)物4\

,新的細(xì)胞物質(zhì)一'一"?生物殘渣

微生物代謝所需要的幾個基本要素：能源：碳源：無機(jī)營養(yǎng)元素——N、P、S、

K、&、叫等；有時還需要一些特殊的有機(jī)營養(yǎng)物（也稱生長因子，如維生素、生

物素等）

廢水生物處理中涉及的微生物代謝過程主要有：化能異養(yǎng)型代謝：化能自養(yǎng)

型代謝；光合異養(yǎng)型代謝；光合自養(yǎng)型代謝。

生物處理中的重要微生物

①細(xì)菌：細(xì)菌----包括了真細(xì)菌｛eubacteria）木J古煙菌（archaebacter/a）：

——是廢水生物處理工程中最主要的微生物；根據(jù)需氧情況不同：好氧細(xì)菌、兼

性細(xì)菌和厭氧細(xì)菌；根據(jù)能源碳源利用情況的不同：光合細(xì)菌——光能自養(yǎng)菌、

光能異養(yǎng)菌：非光合細(xì)菌——化能自維菌、化能異養(yǎng)菌：根據(jù)生長溫度的不同：

低溫菌（一10。/15。。、中溫菌（15。。~45。。和高溫菌（＞45。6

②真菌：真菌的三個主要特點：1）能在低溫和低面值的條件生長；2）在生長

過程中對氮的要求較低（是一般細(xì)菌的1/2）：3）能降解纖維素。真菌在廢水處

理中的應(yīng)用：1）處理某些特殊工業(yè)廢水；2）固體廢棄物的堆肥處理

③原生動物、后生動物：原生動物主要以細(xì)菌為食；其種屬和數(shù)量隨處理出

水的水質(zhì)而變化，可作為指示生物。后生動物以原生動物為食；也可作為指示生

物。

1.2生物處理法在廢水處理中的地位

有機(jī)物在廢水中的存在形式及其主要去除方法：顆拉狀有機(jī)物（＞1〃而：可以

采用機(jī)械沉淀法進(jìn)行去除的顆粒物；膠體狀有機(jī)物（1〃加~100曲：不能采用機(jī)械

沉淀法進(jìn)行去除的較小的有機(jī)顆粒物；溶解性有機(jī)物以分散的分子狀態(tài)

存在于水中的有機(jī)物

生物法處理的主要對象：廢水中呈膠體狀和溶解狀態(tài)的有機(jī)物；廢水中溶解

狀態(tài)的營養(yǎng)元素除口總

廢水處理程度的分級：一級處理——預(yù)處理或前處理；二級處理----生物處

理；三級處理——深度處理

一級處理：去除效果：以。30%,^50%：功能：去除顆粒狀有機(jī)物，減

輕后續(xù)生物處理的負(fù)擔(dān)；2）調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)、水溫等，有利于后續(xù)的生物處理。

主要方法：物化法，如：沉砂、沉淀、氣浮、除油、中和、調(diào)節(jié)、加熱或冷卻等

二級處理：去除效果：?85-90%,Ess?90%:功能：大量去除膠體狀和

溶解狀有機(jī)物，保證出水達(dá)標(biāo)排放；方法：各種形式的生物處理工藝

三級處理：目的：去除二級處理出水中殘存的SS、有機(jī)物.或脫色、殺菌.

或脫氮、除磷——防止水體富營養(yǎng)化；方法：物化法——超濾、混凝、活性炭吸

附、臭氧氧化、加氯消毒等；生物法——生物法脫鼠除磷，等

我國水環(huán)境中有機(jī)物污染的嚴(yán)重狀況

①廢水排放量巨大；②我國水環(huán)境中量大面廣的污染物是有機(jī)物；③MF的

污染也日益嚴(yán)重

有機(jī)污染的主要來源：①生活污水：G8=400~500哨//,8破=200?300砥

②工業(yè)廢水：主要有石油化工、輕工、食品等行業(yè)，如：啤酒廢水：8?20/7/廢水

//酒，COD=2000?3500叫〃；酒精廢水：12-15/廢水//酒，網(wǎng)二3?6萬

mg/卜味精廢水：25~35/廢水/噸味精，網(wǎng)=6~10萬敏卜,造紙黑液：120?600

〃廢水/噸紙漿，胸=1C?15萬儂//

1.3生物處理法的分類

生物穩(wěn)定塘

f天然生物處理<

U土地處理系統(tǒng)

I生物處現(xiàn)法K］活性污泥法

「廊氧生物處理］"--------

U生物膜法

［人工生物處理1

C傳統(tǒng)厭氧消化

i厭氧生物處理,

II現(xiàn)代高速厭氧反應(yīng)器

第二章好氧生物處理（原理與工藝）

2.1基本概念

2.1.1好氧生物處理的基本生物過程

所謂“好氧”：是指這類生物必須在有分子態(tài)氧氣（為）的存在下，才能進(jìn)

行正常的生理生化反應(yīng)，主要包括大部分微生物、動物以及我們?nèi)祟悾?/p>

所謂“厭氧”：是能在無分子態(tài)氧存在的條件下，能進(jìn)行正常的生理生化反

應(yīng)的生物，如厭氧細(xì)菌、酵母菌等。

好氧生物處理過程的生化反應(yīng)方程式：

?分解反應(yīng)（又稱氧化反應(yīng)、異化代謝、分解代謝）

異氧微生物

CHONS+02--------------->Gd++他+SO：+…+能量

（有機(jī)物的組成元素）

?合成反應(yīng)（也稱合成代謝、同化作用）

異氧微生物

C、H、0、N、S+能喳--------CsH科02

?內(nèi)源呼吸（也稱細(xì)胞物質(zhì)的自身氧化）

微生物

陰A也+o2——?歐+的+題+sa>+…+能量

在正常情況下，各類微生物細(xì)胞物質(zhì)的成分是相對穩(wěn)定的，一般可用下列實臉式

來^表7J*:

細(xì)菌：（MNOz；真菌：C?、藻類：女原生動物：。卅即

分解與合成的相互關(guān)系：

1）二者不可分，而是相互依賴的；

a.分解過程為合成提供能量和前物,而合成則給分解提供物質(zhì)基礎(chǔ)；

b.分解過程是一個產(chǎn)徙過程，合成過程則是一個耗能過程。

2）對有機(jī)物的去除，二者都有重要貢獻(xiàn)；

3）合成量的大小，對于后續(xù)污泥的處理有直接影響（污泥的處理費用一般可以

占整個城市污水處理廠的40^50%）o

不同形式的有機(jī)物被生物降解的歷程也不同：

一方面：

?結(jié)構(gòu)簡單、小分子、可溶性物質(zhì)，直接進(jìn)入細(xì)胞壁；

?結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大分子、膠體狀或顆粒狀的物質(zhì)，則首先被微生物吸附，隨后在

胞外酶的作用下被水解液化成小分子有機(jī)物，再進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。

另一方面：有機(jī)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，其降解過程也會不同：

如：糖類------?

脂類------?-----?rat循環(huán)

蛋白質(zhì)------?

2.1.2影響好氧生物處理的主要因素

1）溶解氧（肥）：約廣2儂//

2）水溫：是重要因素之一，

a.在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生化反應(yīng)的速率加快，增殖速率也

加快:

b.細(xì)胞的組成物如蛋白質(zhì)、核酸等對溫度很敏感，溫度突升或降并超過

一定限度時，會有不可逆的破壞：

最適宜溫度15?30。。：〉40。6或<10。6后，會有不利影響。

3）營養(yǎng)物質(zhì):

細(xì)胞組成中，C、H、0、〃約占90?97%

其余3~10%為無機(jī)元素，主要的是總

生活污水一般不需再投加營養(yǎng)物質(zhì)；

而某些工業(yè)廢水則需要，一般對于好氧生物處理工藝，應(yīng)梭80D:N:P=100

:5:1投加〃和P.

其它無機(jī)營養(yǎng)元素：K、Mg、Ca、S、Na等、

微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo.Si、硼等；

4）pH值:

一般好氧微生物的最適宜M在6.5?8.5之間；

M<4.5時，真菌將二優(yōu)勢，引起污泥膨脹；

另一方面，微生物的活動也會影響混合液的值。

5）有毒物質(zhì)（抑制物質(zhì)）

主要有：重金屬~~?蛋白質(zhì)的沉淀劑（變性；與-加結(jié)合而失活）

氨化物：HS鹵族元素及其化合物

酚、醇、醛-----?使蛋白質(zhì)變性或脫水

染料等；

活性污泥系統(tǒng)中有毒物質(zhì)的最高允許濃度：

有毒物質(zhì)允許濃度有毒物質(zhì)允許濃度

銅化合物（以Cu0.5-1.0苯10

計）

鋅化合物（以Zn5-13氯苯10

計）

鎂化合物（以Ni2對苯二酚15

計）

鉛化合物（以Pb1.0間苯二酚450

計）

鋅化合物（以Sb0.2鄰苯二酚100

計）

鎘化合物（以Cd1?5間苯三酚100

計）

凱化合物（以V計）5鄰苯三酚100

銀化合物（以Ag0.25苯胺100

計）

絡(luò)化合物（以Cr2?5二硝基甲苯12

計）

（以Cr342.7甲醛160

計）

（以C產(chǎn)0.5乙醛1000

計）

硫化物（以S"計）5?25二甲苯7

（以H2s計）20甲苯7

氫氯酸氯化鉀1-8氯苯10

硫氯化物36毗嚏400

種化合物（以As"0.7~2.0烷基苯磺酸鹽15

計）

汞化合物(以Hg0.5甘油5

計)

6)有機(jī)負(fù)荷率：污水中的有機(jī)物本來是微生物的食物，但太多時，也會不利于

微生物。

7)氧化還原電位：好氧細(xì)菌：+300~400mV,至少要求大于+100mV.

厭氧細(xì)菌：要求小于+100勿匕對于嚴(yán)格厭氧細(xì)菌，?<-100mV,甚至<-300

加匕

2.1.3廢水可生化性和可生化程度的判別

生物降解性能是指在微生物的作用下，使某一物殖改變原來的化學(xué)和物理性

質(zhì)，在結(jié)構(gòu)上引起的變化程度?？煞譃槿悾?/p>

1)初級生物降解——指有機(jī)物原來的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了部分變化，改變了分子

的完整性；

2)環(huán)境可接受的生物降解——指有機(jī)物失去了對環(huán)境有害的特性；

3)完全降解——在好氧條件下，有機(jī)物被完全無機(jī)化；在厭氧條件下，有機(jī)

物被完全轉(zhuǎn)化為CH?勿等。

有機(jī)物生物降解性能的分類：

1)易生物降解——易于被微生物作為碳源和能源物質(zhì)而被利用：

2)可生物降解——能夠逐步被微生物所利用；

3)難生物降解——降解速率很慢或根本不降解。

注意：1)“難、易”是相對的；

2)同一種化合物在不同種屬微生物的作用下，其降解情況也會有不同。

鑒定和評價廢水中有機(jī)污染物的好氧生物降解性的方法:

分類方法方法要點方法評價

水質(zhì)指標(biāo)采用8勿必;勿作為有機(jī)物評價指標(biāo)。方比較簡單，但精

法法改進(jìn)：日本通產(chǎn)省測試法，以ThOD度不高，可粗略

代替COD,采用BOD自動測定儀測定有反映有機(jī)物的降

根據(jù)氧機(jī)物28天的生化需氧量，并以解性能；

化所耗BOD/ThC來評價有機(jī)物的生物降解性

氧量能；

瓦呼儀法根據(jù)有機(jī)物的生化呼吸線與內(nèi)源呼吸線較好地反應(yīng)微生

的比較來判斷有機(jī)物的生物降解性能O物氧化分解特

測試時，接種物可采用活性污泥，接種性，但試臉?biāo)?/p>

量為1?3gSS/l;少,對結(jié)果有影

響：

靜置燒瓶以10/77/沉淀后的生活污水上清液作為操作簡單，但在

篩選試臉接種物，90ml含有5儂酵母膏和5喋受靜態(tài)條件下混合

試物的8勿標(biāo)準(zhǔn)稀釋水作為反應(yīng)液，兩及充氧不好；

者混合，室溫下培養(yǎng)，1周后測受試腸

濃度，并以該培養(yǎng)液作為下周培養(yǎng)的接

根據(jù)有種物，如此連續(xù)4周，同時進(jìn)行已知降

機(jī)物的解化合物的對照試臉；

去除效振蕩培養(yǎng)在燒瓶中加入接種物、營養(yǎng)液及受試物生物作用條件

果試驗法等，在一定溫度下振蕩培養(yǎng)，在不同的好，但吸附對測

反應(yīng)時間內(nèi)測定反應(yīng)液中受試物含量，定有影響；

以評價受試物的生物降解性；

半連續(xù)活測試時，采用試驗組及對照組二套反應(yīng)試臉結(jié)果可靠，

性污泥法器間歇運行，測定反應(yīng)器內(nèi)COD、TOD但仍不能模擬處

或。0c的變化，通過二套反應(yīng)器結(jié)果的理廠實際運行條

比較來評價；件；

活性污泥模擬連續(xù)流活性污泥法生物處理工藝，結(jié)果最為可靠，

模型試驗采用試臉組與對照組，通過兩套系統(tǒng)對但方法較復(fù)雜：

比和分析來評價；

根據(jù)斯特姆測采用活性污泥上清液作為接種液，反應(yīng)系統(tǒng)復(fù)雜，可反

COz量試法時間28天，溫度25℃,有機(jī)物降解以映有機(jī)物的無機(jī)

CO?產(chǎn)量占理論CO?產(chǎn)量的百分率來判化程度；

斷；

根據(jù)微主要有：ATP測試法、脫氫酶測試法、細(xì)菌標(biāo)準(zhǔn)平板試驗結(jié)果可靠，

生物生計數(shù)測試法等但測試程序較為

理生化復(fù)雜。

指標(biāo)

影響有機(jī)物生物降解性能的因素：

1）與化學(xué)物質(zhì)的種類性質(zhì)有關(guān)的因素（化學(xué)組成、逑化性質(zhì)、濃度、與它種

基質(zhì)的共存）；

2）與微生物的種類、性質(zhì)有關(guān)的因素（微生物的來源、數(shù)量、種屬間的關(guān)系）;

3）與有機(jī)物、微生物所處的環(huán)境有關(guān)的因素（的值、DO、溫度、營養(yǎng)物等）。

2.2懸浮生長的好氧生物處理工藝

2.2.1活性污泥法（ActivatedSludgeProcess}

2.2.1.1活性污泥法的基本原理

，基本流程1

曝氣池:

二沉池:1）進(jìn)行泥水分離,保證出水水質(zhì)；

2）保證回流污泥,維持曝氣池內(nèi)一定的污泥濃度。

回流系統(tǒng):1）保證曝氣池內(nèi)維持足夠的污泥濃度；

2）通過改變回流比，改變曝氣池的運行工況。

剩余污泥:1）是去除有機(jī)物的途徑之一；

2）維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

供氧系統(tǒng)：提供足夠的溶解氧

?活性污泥系統(tǒng)有效運行的基本條件是：

1）廢水中含有足夠的可容性易降解有機(jī)物；

2）混合液含有足夠的溶解氧；

3）活性污泥在池內(nèi)呈懸浮狀態(tài)：

4）活性污泥連續(xù)回流、及時排除剩余污泥，使混合液保持一定濃度的活性污

泥；

5）沒有對微生物有毒有害的物質(zhì)流入。

2.2.1.2活性污泥的性質(zhì)及性能指標(biāo)

1.物理性能：——“菌膠團(tuán)”——“生物絮凝體”

顏色：褐色、（土）黃包、鐵紅包

氣味：泥土味（城市污水）

比重：略大于1（1.002~1.006）

粒徑：0.02~0.2mm

比表面積：20~100a/%z/

2.生化性能：

a.活性污泥的含水率：99.2?99.8%

b.固體物質(zhì)的組成：

1）活細(xì)胞?）:

2）微生物內(nèi)源代謝的殘留物（胤）：

3）吸附的原廢水中難于生物降解的有機(jī)物（做）:

4）無機(jī)物質(zhì)（/）：

3.活性污泥中的微生物：

A.細(xì)菌：是活性污泥凈化功能最活躍的成分

主要菌種有：動膠桿菌屬、假單胞菌屬、微球菌屬、黃桿菌屬、芽胞桿菌

屬、產(chǎn)堿桿菌屬、無色桿菌屬等

特征：1）多屬好氧和兼性異養(yǎng)型的原核細(xì)菌：

2）在有氧條件下，具有較強(qiáng)的分解有機(jī)物的功能；

3）具有較高的增殖速率，其世代時間為2”30分鐘；

4）其中的動膠桿菌具有將大量細(xì)菌結(jié)成為“菌膠團(tuán)”的功能。

B.其它微生物------原生動物——在活性污泥中大約為IO,個/，/

時間

原生動物在活性污泥反應(yīng)過程中數(shù)量和種類的增長與速變的模式

?活性污泥系統(tǒng)啟動初期，游離細(xì)菌居多，原生動物肉足蟲(如變形蟲)一

一游泳型纖毛蟲(如豆形蟲、草履蟲)。

?菌膠團(tuán)培育成熟，細(xì)菌多“索居”在活性污泥上，處理水水質(zhì)良好；原生

動物以帶柄固著型的纖毛蟲(如鐘蟲、等枝蟲等)為主。

?原生動物能不斷攝食水中的游離細(xì)菌，起到進(jìn)一步凈化水質(zhì)的作用。

?后生動物(主要指輪蟲)在活性污泥中是不經(jīng)常出現(xiàn)的，僅在處理水質(zhì)優(yōu)

異的完全氧化型活性污泥系統(tǒng)(如延時曝氣)中出現(xiàn)，因此，輪蟲出現(xiàn)是

水質(zhì)非常穩(wěn)定的標(biāo)志。

4.活性污泥的性能指標(biāo)：

(1)混合液懸浮固體濃度(MSS){MixedLiquorSuspendedSolids}

MLSS=乩+Me+^+Ma單位：mg/ig/m

(2)混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度(MLVSS)(MixedVolatileLiquor

SuspendedSolids}

MLVSS=M,++Mi

在條件一定時，機(jī)"必吃SS是較穩(wěn)定的，對城市污水，一般是0.75—0.85

(3)污泥沉降比(SIO{SludgeVolume')

——是指將曝氣池中的混合液在量筒中靜置30分鐘，其沉淀污泥與原混合液的

體積比，一般以%表示；

能相對地反映污泥數(shù)量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及

時發(fā)現(xiàn)早期的污泥膨脹；

——正常數(shù)值20?30$

(4)污泥體積指數(shù)(SVD(SludgeVolumeIndex}

——曝氣池出口處混合液經(jīng)30分鐘靜沉后，1g干污泥所形成的污泥體積，單

位是ml/go

sv(min)SV(%)xio(ml/l)

SVI=-MLSS⑷l)—或SVI=

MLSS(g/l)

——能更準(zhǔn)確地評價污泥的凝索性能和沉降性”匕，

其值過低，說明泥粒小，密實，無機(jī)成分多；

其值過高，說明其沉降性能不好，將要或已經(jīng)發(fā)生膨脹現(xiàn)象；

——城市污水的SVI一般為50-150m1/g\

——注意：1)對于工業(yè)廢水，SP7不在上述范圍內(nèi)，有時也屬正常；

2)對于高濃度活性污泥系統(tǒng)，即使污泥沉降性能較差，由于版SS較高，

其SP7也不會很高。

5.關(guān)于活性污泥法運行控制中常用的一些參數(shù)：

Xe

Xr

Xr

1)曝氣池的有機(jī)容積負(fù)荷：

=(kgCOD/m3d)L1“

(kgBODjm'd)

曝氣池的有機(jī)容積去除負(fù)荷：用G-C代替上式中的G,用B,-8代替上

式中的B,

2)曝氣池的有機(jī)污泥負(fù)荷：

“D=QCi/MLSSVkgCOD/kgMlSS?d;

Q

L-='%1ss.vkgBODjkgMLSSd

曝氣池的有機(jī)污泥去除負(fù)荷：用G-a代替上式中的G,用&-Be代替上

式中的B/

3)曝氣池的水力停留時間(HydraulicRetentionTime):HRT=V/Q

(h)

4)曝氣池的污泥停留時間(SfudgeRetent/onT/me}:SRT=V?X/(Qw?Xr)

(h或d)

(XrJ=106/SV!

2.2.1.3活性污泥的增長規(guī)律

1、活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝氣池內(nèi)發(fā)生反應(yīng)、有機(jī)物被降解的

必然結(jié)果，而微生物增殖的結(jié)果則是活性污泥的增長。

2、一般可用活性污泥的增長曲線來描述：

注意：1)間歇靜態(tài)培

養(yǎng):2)底?物是一次投

加;3)圖中同時還表示

了有機(jī)底物降解和氧的消耗曲線。

?萬為值：

在溫度適宜、加充足、且不存在抑制物質(zhì)的條件下，活性污泥微生物的增

殖速率主要取決于微生物與有機(jī)基質(zhì)的相對數(shù)量，即有機(jī)基質(zhì)(Food)與微生物

{Microorganis而的比值，即F/M值。

口值也是影響有機(jī)物去除速率、氧利用速率的重要因素。

實際上，￡加值就是以颯表示的進(jìn)水污泥負(fù)荷(%皿)，即:

F【M=L,BO&=0.%.X(依BOR/kgVSS，d)

注：此處的而即4/,也就是進(jìn)水的MSS

3、一般來說，可將增長曲線分為以下四個時期：

(1)適應(yīng)期；(2)對數(shù)增長期；(3)減速增長期；(4)內(nèi)源呼吸期。

?適應(yīng)期：

(1)是活性污泥微生物對于新的環(huán)境條件、污水中有機(jī)物污染物的種類等的一個

短暫的適應(yīng)過程；

⑵經(jīng)過適應(yīng)期后，微生物從數(shù)量上可能沒有增殖，但發(fā)生了一些質(zhì)的變化：a.

菌體體積有所增大；b.酶系統(tǒng)也已做了相應(yīng)調(diào)整：c.產(chǎn)生了一些適應(yīng)新環(huán)境

的變異；等等。

(3)BODS.網(wǎng)等各項污染指標(biāo)可能并無較大變化。

?對數(shù)增長期：

F/M值高(>2.2kgBODJkgVSS?d),所以有機(jī)底物非常豐富，營養(yǎng)物質(zhì)不是微生

物增殖的控制因素；

(1)微生物的增長速率與基質(zhì)濃度無關(guān)，呈零級反應(yīng)，它僅由微生物本身所特有

的最小世代時間所控制，即只受微生物自身的生理機(jī)能的限制；

⑵微生物以最高速率對有機(jī)物進(jìn)行攝取，也以最高速率增殖，而合成新細(xì)胞；

⑶此時的活性污■泥具有很高的能量水平，其中的微生物活動能力很強(qiáng)，導(dǎo)致污

泥質(zhì)地松散，不能形成較好的絮凝體，污泥的沉淀性能不佳；

(4)活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；

⑸一般不采用此階段作為運行工況，但也有采用的，力高負(fù)荷活性污泥法。

?減速增長期：

(1)￡4值下降到一定水平后，有機(jī)底物的濃度成為微生物增殖的控制因素；

⑵微生物的增殖速率與殘存的有機(jī)底物呈正比，為一級反應(yīng)；

(3)有機(jī)底物的降解速率也開始下降；

⑷微生物的增殖速率在逐漸下降，直至在本期的最后階段下降為零，但微生物

的量還在增長；

(5)活性污泥的能量水平已下降，絮凝體開始形成，活畦污泥的凝聚、吸附以及

沉淀性能均較好：

(6)由于殘存的有機(jī)物濃度較低，出水水質(zhì)有較大改善，并且整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定；

⑺一般來說，大多數(shù)活性污泥處理廠是將曝氣池的運行工況控制在這一范圍內(nèi)

的。

?內(nèi)源呼吸期：

(1)內(nèi)源呼吸的速率在本期之初首次超過了合成速率，因此從整體上來說，活

性污泥的量在減少，最終所有的活細(xì)胞將消亡，而僅殘留下內(nèi)源呼吸的殘留

物，而這些物質(zhì)多是難于降解的細(xì)胞壁等；

(2)污泥的無機(jī)化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較差：有機(jī)物基本消耗

殆盡，處理水質(zhì)良好：

(3)一般不采用這一階段作為運行工況，但也有采用，如延時曝氣法。

4、活性污泥增殖規(guī)律的應(yīng)用：

(1)活性污泥的增殖狀況，主要是由值所控制：

⑵處于不同增長期的活性污泥，其性能不同，處理出水的水質(zhì)也不同；

⑶可以通過調(diào)整々需值，來調(diào)控曝氣池的運行工況，次達(dá)到所要求的出水水質(zhì)

和活性污泥的良好性能：

⑷推流式：一段發(fā)段；完全混合式：一個點

5、有機(jī)物降解與微生物增殖：

活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化（內(nèi)源呼吸）兩項作用的綜合

結(jié)果，所以，微生物的凈增殖速率為：

式中:活性污泥微生物的凈增殖速率（kgVSSfd）;

（亨）=_〃（亨）——活性污泥微生物的合成速率；

a——降解每kgBOD,所產(chǎn)生的VSS值，即產(chǎn)率系數(shù)（必VSS/kgBOD^d）;

=bxv—活性污泥微生物自身氧化速率;

b——每攵gVSS每日自身氧化的總數(shù)，即自身氧化系數(shù)（4T）:

匕一VSS（kg）。

因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式：

圖,"凰但

積分后，得出活性污泥微生物在曝氣池內(nèi)每日得凈增長量為:

AY=aQSr—hVXv

式中：Z=每日污泥增長量（VSS）,kg/d:=QwXr：

Q——每日處理廢水量（/:

S,=Sf

S,——進(jìn)水B0D?農(nóng)度(kgBODJid或mgBOD/D;

Se----出水BOD§濃度(kgBODTW或ingBODs")0

?。泊的經(jīng)驗值：

（1）對于生活污水活與之性質(zhì)相近的工業(yè)廢水，?=0.5-0.65,〃=0.05~0.1:

（2）幾種工業(yè)廢水的值：

廢水a(chǎn)b

合成纖維廢水0.380.10

含酚廢水0.550.13

制漿與造紙廢水0.760.016

制藥廢水0.77

釀造廢水0.93

亞硫酸漿粕廢水0.550.13

?通過小試求得:

將上式改寫為：^^:=々/二—。

VXVVXv

6、有機(jī)物降解與需氧:

微生物的代謝需要氧：(1)需要將一部分有機(jī)物氧化分解；

(2)也需要對自身細(xì)胞的一部分物質(zhì)進(jìn)行自身氧化。

需氧量：O2=a'QSr+^V.Xv

式中0?——曝氣池混合液的需氧量，kgOJd;

a,——代謝每依802所需的氧量，kgOJkgBOD「d;

h'每4VSS每天進(jìn)行自身氧化所需的氧量，kgOJkgVSSd.

上式可改寫成：

-^―=+b'=a'L?,BOD+b'

V-XvV-Xvi

或必急…腎3號

7-----單位重量污泥的需氧量，kgOJkgVSSd;

其中:

△O,=-^-——去除每kgBOD,的需朝量，kgOJkgBOD.d.

Q'Sr

?d”值的確定：

(1)活性污泥法處理城市污水時的⑼和/值:

運行方式a，

AO2b，

完全混1合式0.7~1.10.420.11

生物吸附法0.7~1.1

傳統(tǒng)曝氣法0.8~1.1

延時曝氣法1.4M.80.530.188

（2）幾種工業(yè)廢水的人力,值:

廢水a(chǎn)，b'

石油化工廢水0.750.16

合成纖維廢水0.550.142

含酚廢水0.56

制漿與造紙廢水0.380.092

制藥廢水0.350.354

釀造廢水0.93

漂染廢水0.5960.065

煉油廢水0.550.12

亞硫酸漿粕廢水0.400.185

（3）試驗法：將上述方程式改寫成：鼻+公

7、活性污泥凈化反應(yīng)過程：

在活性污泥處理系統(tǒng)中，有機(jī)底物從廢水中被去除的實質(zhì)就是有機(jī)底物作為

營養(yǎng)物質(zhì)被活性污泥微生物攝取、代謝與利用的過程，這一過程的結(jié)果是污水得

BOD

到了凈化，微生物獲得了能量而合成新的細(xì)胞，活性污泥得到了增長。

一般將這整個凈化反應(yīng)過程分為三個階段：初期吸附；微生物代謝；活性污

泥的凝聚、沉淀與濃縮

初期吸附：

在活性污泥系統(tǒng)內(nèi)，在污水開始與活性污泥接觸后的較短時間（10?30min）

內(nèi)，由于活性污泥具有很大的表面積因而具有很強(qiáng)的吸附能力，因此在這很短的

時間內(nèi)，就能夠去除廢水中大量的呈懸浮和膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物，使廢水的

BOD,值（或COD值）大幅度下降。但這并不是真正的降解，隨著時間的推移，混合

液的B01值會回升（由于胞外水解酶將吸附的非溶解狀態(tài)的有機(jī)物水解成為溶

解性小分子后，部分有機(jī)物又進(jìn)入污水中使BOD值上升。此時，活性污泥微生物

進(jìn)入營養(yǎng)過剩的對數(shù)增殖期，能量水平很高，微生物處于分散狀態(tài)，污水中存活

著大量的游離細(xì)菌，也進(jìn)一步促使BOD值上升）,再之后，BODs值才會逐漸下降

（活性污泥微生物進(jìn)入減速增殖期和內(nèi)源呼吸期，BOD值又行緩慢下降）。

活性污泥吸附作用的大小與很多因素有關(guān)：1）廢水的性質(zhì)、特性：對于含有較高

濃度呈懸浮或膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物的廢水，具有較好的效果；2）活性污泥的狀

態(tài)：在吸附飽和后應(yīng)給以充分的再生曝氣，使其吸附功能得到恢夏和增強(qiáng)，一般

應(yīng)使活性污泥微生物進(jìn)入內(nèi)源代謝期。

2.2.1.4活性污泥系統(tǒng)的主要運行方式

迄今為止，在活性污泥法工程領(lǐng)域，應(yīng)用著多種各具特色的運行方式。主要

有以下幾種：

（一）傳統(tǒng)活性污泥法：

1）主要優(yōu)點：a.處理效果好：80〃的去除率可達(dá)90-95%:b.對廢水的處理程度

比較靈活，可根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。2）主要問題：a.為了避免池首端形成厭氧狀態(tài)，

不宜采用過高的有機(jī)負(fù)荷，因而池容較大，占地面積較大；b.在池末端可能出現(xiàn)

供氧速率高于需氧速率的現(xiàn)象，會浪費了動力費用；c.對沖擊負(fù)荷的適應(yīng)性較弱。

（二）完全混合活性污泥法

1）主要特點：a.可以方便地通過對E制的調(diào)節(jié)，使反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物降解反應(yīng)

控制在最佳狀態(tài)；b.進(jìn)水一進(jìn)入曝氣池，就立即被大量混合液所稀釋，所以對沖

擊負(fù)荷有一定的抵抗能力；c.適合于處理較高濃度的有機(jī)工業(yè)廢水。d.問題：微

生物對有機(jī)物的降解動力低，易產(chǎn)生污泥膨脹；處理水水質(zhì)較差。

2）主要結(jié)構(gòu)形式：a.合建式（曝氣沉淀池）：b.分建式

（三）階段曝氣活性污泥法——又稱分段進(jìn)水活性污泥法或多點進(jìn)水活性污泥法

工藝流程主要特點：a.廢水沿池長分段注入曝氣池，有機(jī)物負(fù)荷分布較均衡，

改善了供養(yǎng)速率與需氧速率間的矛盾，有利于降低能耗；b.廢水分段注入，提高

了曝氣池對沖擊負(fù)荷的適立能力。c.混合液中的活性污泥濃度沿池長逐步降低，

出流混合液的污泥較低，減輕二次沉淀池的負(fù)荷，有利于提高二次沉淀池固、液

分離效果。

（四）吸附再生活性污泥法——又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法。

主要特點是將活性污泥法對有機(jī)污染物降解的兩個過程——吸附、代謝穩(wěn)定，

分別在各自的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)疔。1）主要優(yōu)點：a.廢水與活性污泥在吸附池的接觸時

間較短，吸附池容積較小，再生池接納的僅是濃度較高的回流污泥，因此，再生

池的容積也是小的。吸附池與再生池容積只和仍低于傳統(tǒng)法曝氣池的容積，建筑

費用較低；b.具有一定的承受沖擊負(fù)荷的能力，當(dāng)吸附池的活性污泥遭到破壞時，

可由再生池的污泥予以補充。2）主要缺點：對廢水的處理效果低于傳統(tǒng)法；對溶

解性有機(jī)物含量較高的廢水，處理效果更差。

（五）延時曝氣活性污泥法——完全氧化活性污泥法

1）主要特點：a.有機(jī)負(fù)荷率非常低，污泥持續(xù)處于內(nèi)源代謝狀態(tài)，剩余污泥少且

穩(wěn)定，勿需再進(jìn)行處理；b.處理出水出水水質(zhì)穩(wěn)定性較好，對廢水沖擊負(fù)荷有較

強(qiáng)的適應(yīng)性；c.在某些情況下，可以不設(shè)初次沉淀池。2）主要缺點：池容大、曝

氣時間長，建設(shè)費用和運行費用都較高，而且占地大；一般適用于處理水質(zhì)要求

高的小型城鎮(zhèn)污水和工業(yè)污水，水量一般在1000n?/d以下。

（六）高負(fù)荷活性污泥法——又稱短時曝氣法或不完全曝氣活性污泥法

主要特點：有機(jī)負(fù)荷率高，曝氣時間短，對廢水的處理效果較低；在系統(tǒng)和曝氣

池的構(gòu)造等方面與傳統(tǒng)法相同。

（七）純氧曝氣活性污泥法

主要特點：a.純氧中氧的分壓比空氣約高5倍，純氧曝三可大大提高氧的轉(zhuǎn)移數(shù)

率：b.氧的轉(zhuǎn)移率可提高到80-90%,而一般的鼓風(fēng)曝氣僅為10%左右：c.可使曝

氣池內(nèi)活性污泥濃度高達(dá)4000?7000mg/l,能夠大大提高曝氣池的容積負(fù)荷；d.

剩余污泥產(chǎn)量少，SVI值也低，一般無污泥膨脹之慮。

（八）淺層低壓曝氣法——又稱/成a曝氣法

1）理論基礎(chǔ)：只有在氣泡形成和破碎的瞬間，氧的轉(zhuǎn)移率最高，因此，沒有必要

延長氣泡在水中的上升距離；2）其曝氣裝置一般安裝在水下0.8?0.9米處，因此

可以采用風(fēng)壓在1米以下的低壓風(fēng)機(jī)，動力效率較高，可達(dá)1.80?2.60kg02/kw.h：

3）其氧轉(zhuǎn)移率較低，一般只有2.5%;4）池中設(shè)有導(dǎo)流板，可使混合液呈循環(huán)流

動狀態(tài)。

（九）深水曝氣活性污泥法

1）主要特點：a.曝氣池水深在7?8m以上，b.由于水壓較大，氧的轉(zhuǎn)移率可以提

高，相應(yīng)也能加快有機(jī)物的降解速率；c.占地面積較小。2）一般有兩種形式：a.

深水中層曝氣法（空氣擴(kuò)散裝置設(shè)在深4m左右處）；b.深水深層曝氣法

（空氣擴(kuò)散裝置仍設(shè)于池底部）。

（十）深井曝氣活性污泥法——又稱超深水曝氣法

1）工藝流程：一般平面呈圓形，直徑約介于1?6m,深度一般為50~150m。2）主要

特點：a.氧轉(zhuǎn)移率高，約為常規(guī)法的10倍以上；b.動力效率高，占地少，易于

維護(hù)運行；c.耐沖擊負(fù)荷，產(chǎn)泥量少；d.一般可以不建初次沉淀池；e.但受地質(zhì)

條件的限制。

各種活性污泥法的設(shè)計參數(shù)（處理城市污水，僅為參考值）

設(shè)計參數(shù)傳統(tǒng)活性污泥法完全混合活性污泥階段曝氣活性污泥

法法

B0D5—SS負(fù)荷0.2940.2~0.60.2?0.4

(kgB0D5/kgMLSS.d)

3

容積負(fù)荷(kgB0D5/m.d)0.34608-2.00.6-1.0

污泥齡（d）5~155?155?15

MLSS(mg/1)1500-30003000~60002000-3500

MLVSS(mg/1)1200?24002400-48001600-2800

回流比（％）25-5025-10025~75

曝氣時間HRT（h）4-83?53?8

BOD5去除率閭85?9585?9085?90

設(shè)計參數(shù)吸附再生活性污泥延時曝氣活性污泥高負(fù)荷活性污泥

法法法

BOD5-SS負(fù)荷0.2463.05-0.151.5?5.0

(kgBOD5/kgMLSS.d)

容積負(fù)荷(kgBODs/m3.d)1.0~1.20.1?0.41.2-2.4

污泥齡（d）5?1520-300.25?2.5

MLSS(mg/I)吸附池1000~30003000?6000200?500

再生池4000-10000

MLVSS(mg/I)吸附池800~24002400?4800160-400

再生池3200?8000

回流比（%）25?10075~1005~15

曝氣時間HRT（h）吸附池0.5-1.018?481.5?3.0

再生池3?6

BODs去除率(%)|80?909560~75

設(shè)計參數(shù)純氧曝氣活性污泥深井曝氣活性污泥

法法

B0D5—SS負(fù)荷0.4~1.01.0?1.2

(kgB0D5/kgMLSS.d)

容積負(fù)荷2.0-3.23.0~3.6

(kgBODs/m'.d)

污泥齡（d）5M55

MLSS(mg/I)6000-100003000?5000

MLVSS(mg/I)4000-65002400-4000

回流比（盼25?5040?80

曝氣時間HRT（h）1.5?3.01.0?2.0

溶解氧濃度6-10

DO（mg/1）

SVI(ml/g)30?50

BODs去除率（盼75~9585~90

2.2.1.5活性污泥系統(tǒng)的曝氣

一、曝氣池的型式與構(gòu)造

（一）曝氣池的分類：根據(jù)混合液在曝氣池內(nèi)的流態(tài)，可分為推流式、完全混合式

和循環(huán)混合式三種；根據(jù)曝氣方式，可分為鼓風(fēng)曝氣池、機(jī)械曝氣池以及二者聯(lián)

合使用的機(jī)械■——鼓風(fēng)曝氣池；根據(jù)曝氣池的形狀，可分為長方廊道形、圓形、

方形以及環(huán)狀跑道形等四種；根據(jù)曝氣池與二沉池之間的關(guān)系，可分為合建式（即

曝氣沉淀池）和分建式兩種。

（二）曝氣池的流態(tài)——推流式、完全混合式、循環(huán)混合式

1、推流式曝氣池

2、完全混合式曝氣池

3、循環(huán)混合式曝氣池：——氧化溝

（三）曝氣池的構(gòu)造

曝氣池在構(gòu)造上應(yīng)滿足曝氣充氧、混合的要求，因此，曝氣池的構(gòu)造首先取

決于曝氣方式和所采用的曝氣裝置。

二、曝氣的原理、方法及設(shè)備

（一）曝氣的原理

1.曝氣的作