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1、qAAA污水的生物处理 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望v水体占地球表面的79%，在生态系统中有重要的作用。v我国的水资源形势：我国的水资源形势：u城市和农业缺水十分严重城市和农业缺水十分严重;u全国全国80的水域，的水域，45的地下水，的地下水，90以上的城市水域受以上的城市水域受到不同程度的污染。到不同程度的污染。一、概一、概 述述l污水（waste water）是指在生活与生产活动中排放水的总称;无机污染物有机污染物可生物降解性污染物难生物降解
2、性污染物按化学性质分按物理形态分悬浮固体(粒径0.10.45m以上)胶体性物质(粒径0.10.001m)溶解性物质污水中污染物的分类污水中污染物的分类污水的危害污水的危害：l氮、磷氮、磷;l金属与重金属金属与重金属 l可生物降解性有机污染物可生物降解性有机污染物 l难生物降解性污染物难生物降解性污染物二、污染物浓度指标二、污染物浓度指标l有机物的含量：有机物的含量：根据有机物被氧化时都需要消耗根据有机物被氧化时都需要消耗氧的共性，常以污水的氧的共性，常以污水的总有机碳量总有机碳量或或需氧量需氧量来指示来指示；l氮：氮：常用总氮（常用总氮（TNTN）l磷：磷：常用总磷（常用总磷（TPTP）1.全
3、需氧量（total oxygen demand，TOD）l指水中全部有机物在被彻底氧化成H2O、CO2、NO3-、SO42-、等无机物过程中所消耗的氧。l一般情况下TOD与理论需氧量（theoretical oxygen demand，ThOD）相近 2.化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）l用强氧化剂（K2Cr2O7或KMnO4）使污染物氧化所消耗的氧量；l分别标记为CODcr或CODMn；l在一般情况下，CODMnCODcr；lCODTOD。3.生物化学需氧量（biochemical oxygen demand，BOD）l指微生物在有足够溶解氧存在的条件下，分
4、解有机物所消耗的氧量。l常用BOD5，即5日生化需氧量。l它表示在它表示在2020条件下培养条件下培养5 5日时的氧的消耗量日时的氧的消耗量。lBOD20为20日生化需氧量。l无特殊说明的BOD指BOD5。l评价有机污染物中易生物降解的部分，不能全部反映污水中有机物含量。4.总有机碳（total organic carbon，TOC）l指污水中有机物的总含碳量；l有机物都含有碳元素，TOC能完全反映污水中有机物的总含量。5.总氮（total nitrogen，TN）l指污水中所有含氮化合物（包括有机氮化合物、氨、硝酸、亚硝酸等）的总含氮量；l是表示污水被氮污染的综合指标；l有机氮、氨氮、硝酸氮
5、和亚硝酸氮。6.总磷（total phosphorus，TP）l指污水中所有含磷化合物（包括有机磷化合物、正磷酸根、偏磷酸根等）的总含磷量；l是表示污水被磷污染的综合指标。三、水体自净三、水体自净自然净化自然净化l l物理作用物理作用物理作用物理作用：稀释、沉淀：稀释、沉淀 （强）（强）l l化学作用化学作用化学作用化学作用：日光、氧气等对污染物的分解：日光、氧气等对污染物的分解（弱）（弱）l l生物作用生物作用生物作用生物作用：生物降解：生物降解（食物链）（食物链）（强）（强）阳光阳光 一级生产者一级生产者 原生动物 轮虫、浮游甲壳动物轮虫、浮游甲壳动物 鱼鱼 其他动物 异养细菌 废物、排泄
6、物废物、排泄物 人人 提问：提问：提问：提问：水体自净速度有哪些限制因素？水体自净速度有哪些限制因素？水体自净速度有哪些限制因素？水体自净速度有哪些限制因素？l物理物理l净水流量、流速、污染物物理性质净水流量、流速、污染物物理性质l化学化学l地域、季节、天气地域、季节、天气l生物生物l生物种类、数量（营养物浓度、环境因子）、生物种类、数量（营养物浓度、环境因子）、代谢的极限速度代谢的极限速度因此在因此在水体的自净速度是有限的水体的自净速度是有限的情况下，情况下，水体单位时间内通过水体单位时间内通过正常生物循环中能够同化有机污染物的最大数量称为正常生物循环中能够同化有机污染物的最大数量称为同化容
7、量同化容量同化容量同化容量或自净容量或自净容量或自净容量或自净容量。l 水体自净过程大致如下水体自净过程大致如下a.物理作用物理作用 有机污染物排入水体后被水稀释，有机和无机固体沉降到河底；b.生物作用生物作用 溶氧溶氧 溶解氧溶解氧好氧菌好氧菌 好氧菌好氧菌 有机物降解有机物降解 厌氧菌厌氧菌厌氧菌厌氧菌 自然溶氧、藻类产氧自然溶氧、藻类产氧A A自净的过程自净的过程河流污染和自净过程图河流污染和自净过程图污污水水l被污染的水体都是自净水体！被污染的水体都是自净水体！l但但自净恢复自净恢复的程度不同，或称污染现状的程度不同，或称污染现状不同。不同。衡量水体污染与自净的指标衡量水体污染与自净的
8、指标l水体外观水体外观l化学指标化学指标l生物种类、数量及比例关系生物种类、数量及比例关系l溶解氧等溶解氧等氧浓度氧浓度昼夜变化幅度昼夜变化幅度l氧浓度高低与细菌含量有关，昼夜变幅与藻类数量有关，氧浓度高低与细菌含量有关，昼夜变幅与藻类数量有关，因此因此与与P/H或或BIP有关有关。水体外观水体外观l外观特征：外观特征：混浊程度、颜色及气味等混浊程度、颜色及气味等l原原 因：水中细菌种类数量、悬浮物种类数量因：水中细菌种类数量、悬浮物种类数量 污染前污染前 污染污染污染污染 净化开始净化开始 持续持续 结束结束 外观外观外观外观:无色无色 暗灰色暗灰色暗灰色暗灰色 灰色灰色 继续变清继续变清
9、无色无色 澄清透明澄清透明 很混浊、臭很混浊、臭很混浊、臭很混浊、臭 混浊混浊 浊度下降浊度下降 澄清透明澄清透明 水面有泡沫水面有泡沫水面有泡沫水面有泡沫 泡沫减少泡沫减少指示生物指示生物l例如例如 l 污染前污染前 污染污染 净化开始净化开始 持续持续 结束结束l l 生物生物生物生物:植物植物 消失消失消失消失 藻类、原生藻类、原生 鱼虾鱼虾 植物植物l 鱼鱼 动物出现动物出现 出现出现 鱼鱼 可可作作为为指指示示生生物物的的生生物物种种类类很很多多，包包括括细细菌菌、真真菌菌、藻藻类类、原原生生动动物物、轮轮虫虫、浮浮游游甲甲壳壳动动物物、底底栖栖动动物物有有寡寡毛毛类类的的颤颤体体虫
10、虫、软软体体动动物物和和植植物物和水生昆虫等。和水生昆虫等。污化系统将污染水体划属为不同的污染带类型。污化系统将污染水体划属为不同的污染带类型。污化系统将污染水体划属为不同的污染带类型。污化系统将污染水体划属为不同的污染带类型。分分分分 多多污污污污带带带带、中中污带、污带、污带、污带、中中污带、污带、污带、污带、寡寡污带污带污带污带多污带多污带多污带多污带 中中中中污带污带污带污带 中污带中污带中污带中污带寡污带寡污带寡污带寡污带污水排放标准及处理要求 l污水综合排放标准（GB89781996），要求污水在排入水体前经净化处理到标准规定的程度。l根据污水受纳水体的功能，排放标准分一级、二级和
11、三级等3个等级，一级标准最严。城市污水处理厂污染物最高排放浓度城市污水处理厂污染物最高排放浓度城市污水处理厂污染物最高排放浓度城市污水处理厂污染物最高排放浓度*项目一级标准二级标准三级标准pH696969BOD5/(mg/L)2030COD/(mg/L)60120氨氮氨氮/(mg/L)1525磷酸磷酸盐盐(以以P计计，mg/L)1525污水处理的一般技术途径污水处理的一般技术途径污水处理的一般技术途径污水处理的一般技术途径 污水处理技术可分为物理处理法、化物理处理法、化学处理法、生物处理法学处理法、生物处理法。l物理处理法物理处理法利用物理原理主要分离污水中的悬浮固体。l化学处理法化学处理法则
12、则利用化学反应分解污水中各种形态的污染物。l生物处理法生物处理法是利用微生物的代谢作用转化污水中的胶体性或溶解性污染物，使之成为无害物质的方法。l物处理法物处理法具有投资少、成本低、工艺设备较简单、运行条件平和，特别是能彻底降解污染物而不产生二次污染等特点；l实际工作中常采用物理化学物理化学方法与生物处理相结合的组合工艺；l各国污水处理厂90以上采用生物处理技术。l污水处理可分为一级处理、二级处理和级处理、二级处理和三级处理三级处理。l一级处理一级处理（primary treatment）：主要通过过滤、沉淀等物理学方法去除污水中粗大固形物及部分悬浮物。浮油的刮除亦属此。悬浮固体以污泥的形式去
13、除;去除7080的悬浮固体、2540的BOD5，减轻后续处理工艺的负荷和提高处理效果。l二级处理（secondary treatment）：在一级处理基础上，主要去除水中有有机物机物。生物法作为二级处理的主要手段，故称作生物处理或生化处理。近年来二级处理亦有采用化学或物理化学为主体的工艺。主要利用构筑物内或特定外境中的微生物去除水中溶解的或胶体状态的有机物;去除8095的BOD5，使城市污水BOD5下降到30mg/L以下。l三级处理（tertiary treatment）：亦称深度处理（advanced treatment）。二级处理后的出水进一步净化，使各种有机和无机污染物去除率达98以上。
14、可采用物理、化学、生物学等各种手段。l主要通过活性炭吸附、臭氧消毒和生物脱除等物理、化学和生物学方法去除氮磷营养盐、难降解物质、病原体等污染物。四、有机污水的生物处理 生物处理的优点和基本类型生物处理的优点和基本类型1、生物处理的优点生物处理的优点效率高效率高 普通活性污泥水处理厂，每天普通活性污泥水处理厂，每天1m3曝气池能转曝气池能转换换12kg干有机物，干有机物，100倍于森林。倍于森林。效果好效果好 BOD去除率达去除率达90%95%，COD去除率为去除率为60%70%。含酚废水：含酚废水：萃取法：萃取法：100mg/L生物法：生物法：1mg/L适用范围广（与微生物特点相关）适用范围广
15、（与微生物特点相关）成本低、运行费用少；成本低、运行费用少；可处理的水量大，方法成熟可处理的水量大，方法成熟 生物处理是废水二级处理的首选方法基本原理基本原理 l污水生物处理法是天然水体生物自净原理的人工污水生物处理法是天然水体生物自净原理的人工强化和具体应用。强化和具体应用。l通过适宜的条件，在特定的污水处理装置，充分通过适宜的条件，在特定的污水处理装置，充分利用微生物高速度高效率地分解利用微生物高速度高效率地分解/转化污染物，转化污染物，使污水得到净化。使污水得到净化。1、吸附作用、吸附作用(absorption)吸附作用在污水处理厂密集的微生物生态系统中可能起着吸附作用在污水处理厂密集的
16、微生物生态系统中可能起着主要作用。主要作用。通过微生物的吸附特性得以去除废水中的一些不可降解的通过微生物的吸附特性得以去除废水中的一些不可降解的污染物，如合成有机物、金属盐类以及一些放射性物质。污染物，如合成有机物、金属盐类以及一些放射性物质。2生物氧化和细胞合成作用l生物氧化和细胞合成作用是通过微生物酶的作用进行生物氧化和细胞合成作用是通过微生物酶的作用进行的。的。CHON十十O2 C5H7O2N(有机物有机物)(新细胞新细胞)C5H7O2N 十十5 O2 5CO2十十NH3十十2H2O十十 能能量量(细细胞胞)(维维持持能能)有机体分解有机体分解(内源呼吸内源呼吸)微生物微生物体生物生物污
17、泥分解产物分解产物能量+合成分解生生物物不不可可降降解解残残留留物物污染物、细胞构成物污染物、细胞构成物矿质元素、维生素等C、H、O、N、P、S、能源受氢体化学能化学能(污染物等污染物等)、光能、光能微生物热能O2、CO2、SO2-、43NO-等随水排出CO2、H2O、NH4、+NO2、-NO3、-SO2-、4PO3-、4H2、N2、H2S、CH4、乙醇、有机酸、硫醇等简单化合物 有机污水生物处理的生化过程对氧气要求的不同：l好氧生物处理法好氧生物处理法：活性污泥法、生物膜活性污泥法、生物膜法法等；l厌氧生物处理法厌氧生物处理法：氧化塘法、土地处理氧化塘法、土地处理法法（一）活性污泥法（一）活
18、性污泥法 l活性污泥（activated sludge）是一种绒絮状小泥粒，l好氧菌为主体的微型生物群以及胶体、悬浮物等组成。l颗粒大小约为0.020.2mm，表面积为20100cm2ml，l相对密度约为1.0021.006。静置时，能凝聚成较大的绒粒而沉降。l外观呈黄褐色，有时亦呈深灰、灰褐、灰白等色。l有很强的吸附及分解有机物的能力。概念：以好氧性细菌为主体的微生物和水中的悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的肉眼可见的絮状颗粒。通过以活性污泥或生物膜形式存在的微生物旺盛的代谢活动，氧化分解有机污染物，使污水净化。微生物的代谢，无论合成或分解，都是一系列极为复杂的生物化学变化，有分解、合成、氧
19、化、还原、转移、异构等各种反应，绝大多数是在特定的酶促作用中进行的。活性污泥中的微生物不断地氧化分解污泥所吸附的有机质，合成新的微生物细胞。活性污泥具有良好的沉降性能，使处理水与污泥分开，达到净化的目的。活性污泥法的微生物学过程活性污泥法的微生物学过程：l废水中有机物在约l30 min的短时间内被吸附吸附到活性污泥上。l大分子的有机物，先被细菌的胞外酶分解分解，成为较小分子化合物，然后摄入菌体内。l低分子有机物则可直接吸收。l在微生物胞内酶作用下，有机物的一部分被同化形成微生物有机体，l另一部分转化成CO2、H2O、NH3等简单元机物及能量释出。初级曝气池初级曝气池l细菌细菌l原生动物原生动物
20、l霉菌、酵母菌霉菌、酵母菌l单细胞藻类等微生物单细胞藻类等微生物l后生动物如轮虫、线虫等后生动物如轮虫、线虫等 生物相生物相（1）细菌：l细菌细菌在活性污泥中起主导作用，是去除污水中有机污染物在活性污泥中起主导作用，是去除污水中有机污染物的主力军。的主力军。l其数量约其数量约10108 810109 9个个mlmll活性污泥中有多种细菌，随条件不同而出现不同的优势菌活性污泥中有多种细菌，随条件不同而出现不同的优势菌群。群。l动胶菌属、动胶菌属、丛毛单胞菌属、产碱杆菌属、微球菌属、假单丛毛单胞菌属、产碱杆菌属、微球菌属、假单胞菌属、黄杆菌属、芽孢杆菌属、无色杆菌属、棒状杆菌胞菌属、黄杆菌属、芽孢
21、杆菌属、无色杆菌属、棒状杆菌属、不动杆菌属、属、不动杆菌属、球衣菌属球衣菌属、诺卡氏菌属、短杆菌属、八、诺卡氏菌属、短杆菌属、八叠球菌属和螺菌属等。叠球菌属和螺菌属等。动胶菌属动胶菌属球衣菌属球衣菌属l活性污泥中的细菌大多数包括在胶质中，以活性污泥中的细菌大多数包括在胶质中，以菌胶团菌胶团（zooglea）形式存在。）形式存在。l胶质是菌胶团生成菌分泌的蛋白质、多糖及核酸等胶质是菌胶团生成菌分泌的蛋白质、多糖及核酸等胞胞外聚合物外聚合物。l在活性污泥形成初期，细菌多以在活性污泥形成初期，细菌多以游离态游离态存在，随着活存在，随着活性污泥成熟，细菌增多而聚集成性污泥成熟，细菌增多而聚集成菌胶团菌
22、胶团，进而形成活，进而形成活性污泥性污泥絮状体絮状体（flocfloc）。）。l絮状体形成过程称作絮状体形成过程称作生物絮凝作用生物絮凝作用（bioflocculation）。l据研究，1030min内，生活污水中BOD的85%90%可因活性污泥的作用而除去。l已知的菌胶团形成菌有枝动胶菌已知的菌胶团形成菌有枝动胶菌（Zoogloea ramigera）等等数十种。菌胶团絮状体可有球形、分枝、蘑菇、片数十种。菌胶团絮状体可有球形、分枝、蘑菇、片状、椭圆及指形等各种形状状、椭圆及指形等各种形状；作用为：有机物的吸附或黏附及其分解；有机物的吸附或黏附及其分解；金属离子的吸附；金属离子的吸附；防止原
23、生动物对细菌的吞食；防止原生动物对细菌的吞食；增强污泥的沉降性，有利于泥水分离。增强污泥的沉降性，有利于泥水分离。l活性污泥中还有一些活性污泥中还有一些丝状细菌丝状细菌，如，如球衣菌球衣菌、贝氏硫菌、贝氏硫菌、发硫菌等，往往附着在菌胶团上或与之交织一起，成发硫菌等，往往附着在菌胶团上或与之交织一起，成为活性污泥的为活性污泥的骨架骨架。l球衣菌球衣菌对有机物的分解氧化能力很强，但繁殖过多时，对有机物的分解氧化能力很强，但繁殖过多时，往往引起往往引起污泥膨胀污泥膨胀。l硫磺细菌硫磺细菌能将水中硫化氢氧化为硫，并以硫粒形式存能将水中硫化氢氧化为硫，并以硫粒形式存于菌体内。当水中溶解氧高时（大于于菌体
24、内。当水中溶解氧高时（大于l mgl mgL L），体内），体内硫粒可进一步氧化而消失。硫粒可进一步氧化而消失。l在活性污泥中的一些丝状细菌，如在活性污泥中的一些丝状细菌，如球衣菌属、球衣菌属、贝日阿托氏菌属和硫发菌属贝日阿托氏菌属和硫发菌属等，附着在菌胶团等，附着在菌胶团上或与之交织在一起，成为活性污泥的骨架。上或与之交织在一起，成为活性污泥的骨架。贝日阿托氏菌属贝日阿托氏菌属（2）原生动物：）原生动物：l225种以上，l纤毛虫类纤毛虫类：游泳型和固着型鞭：游泳型和固着型鞭l毛虫类毛虫类 l肉足虫类肉足虫类l原生动物是好氧性的生物，主要附聚在活性污泥的表面，数量约在500020000个ml。
25、原生动物原生动物作用有：l促进絮凝促进絮凝：有的原生动物能分泌黏液，促进生物絮凝，有的原生动物能分泌黏液，促进生物絮凝，从而改善活性污泥的泥水分离特性。从而改善活性污泥的泥水分离特性。l净化作用净化作用：大部分原生动物是动物性营养，能吞食游离大部分原生动物是动物性营养，能吞食游离细菌和微小污泥，有利于改善水质。腐生鞭毛虫等可吸收污细菌和微小污泥，有利于改善水质。腐生鞭毛虫等可吸收污水中的有机物。水中的有机物。l指示作用指示作用：根据出现的原生动物的种类可以判断活性污根据出现的原生动物的种类可以判断活性污泥的状态和处理水质的好坏。泥的状态和处理水质的好坏。l在活性污泥的运行在活性污泥的运行初期初
26、期，先出现以有机物颗粒为，先出现以有机物颗粒为食的食的鞭毛虫和肉足虫鞭毛虫和肉足虫；l随着细菌增殖，开始出现以细菌为食的随着细菌增殖，开始出现以细菌为食的纤毛虫纤毛虫；l随着菌胶团的增加，随着菌胶团的增加，固着型固着型纤毛虫逐渐代替纤毛虫逐渐代替泳动泳动纤毛虫纤毛虫；l污水处理正常运转时，以污水处理正常运转时，以有柄有柄纤毛虫为优势纤毛虫为优势；细菌细菌游动纤毛虫游动纤毛虫毛虫有柄纤轮虫培养时间相对数目肉足虫类植鞭毛虫类动鞭毛虫类 活性污泥培养过程中微生物的演替图l一般认为当曝气池中出现一般认为当曝气池中出现大量钟虫大量钟虫等固等固着型纤毛虫时，说明污水处理运转正常，着型纤毛虫时，说明污水处理
27、运转正常，处理水质良好；处理水质良好；l当出现大量当出现大量鞭毛虫鞭毛虫、根足虫根足虫等时，说明等时，说明运转不正常，处理水质变差。运转不正常，处理水质变差。（3）其他微生物：l活性污泥中的真菌主要为霉菌。活性污泥中的真菌主要为霉菌。l已报道的有已报道的有毛霉属、根霉属、曲霉属、青霉属、毛霉属、根霉属、曲霉属、青霉属、镰孢霉属、枝孢霉属、木霉属、地霉属等。镰孢霉属、枝孢霉属、木霉属、地霉属等。l霉菌的出现与水质有关，常出现于霉菌的出现与水质有关，常出现于PHPH偏低偏低的污水中。的污水中。l霉菌与絮状体的形成和污泥膨胀均有联系。霉菌与絮状体的形成和污泥膨胀均有联系。l l后生动物后生动物l轮虫
28、类(rotifers)l线虫类(nematodes)线虫线虫污水初沉池曝气池二沉池处 理 后 出水回流污泥剩余污泥 普通活性污泥法的工艺流程普通活性污泥法的工艺流程活性污泥系统中微生物的演替和指示生物活性污泥系统中微生物的演替和指示生物1、异养细菌和原生动物的演替 异养细菌和两种不同类群原生动物异养细菌和两种不同类群原生动物两次盛衰两次盛衰；初期异养细菌大量繁殖，接着原生动物大量繁殖，初期异养细菌大量繁殖，接着原生动物大量繁殖，由于细菌数量下降原生动物衰落，又使异养菌大量由于细菌数量下降原生动物衰落，又使异养菌大量繁殖，又造成次生原生动物成为优势群，最后原生繁殖，又造成次生原生动物成为优势群，
29、最后原生动物死亡。动物死亡。2、活性污泥系统中原生动物的演替 植鞭毛虫植鞭毛虫 肉足虫肉足虫 动鞭毛虫动鞭毛虫 小型游小型游泳型纤毛虫泳型纤毛虫 大型游泳型纤毛虫大型游泳型纤毛虫 固着固着型纤毛虫型纤毛虫 匍匐型纤毛虫匍匐型纤毛虫 轮虫。轮虫。l水力停留时间：曝气池有效容积与污水流量之比值，表示污水在曝气池中的平均停留时间。普通活性污泥法一般为6 610h10h。l污染物容积负荷：单位曝气池有效容积在单位时间内流入的污染物的量，以kg BOD5(m3d)表示。普通活性污泥法一般为0.30.30.80.8 BOD5(m3d)。3.术语术语l污泥负荷率：又称有机底物（F）与微生物量（M）的比值（f
30、ood to microorganism ratio，FM）。是指每日有机污染物进入量与曝气池内活性污泥总量的比值。是表示活性污泥处理系统污染物负荷量大小的重要参数。单位一般为kg BOD5(kg MLSSd)。普通活性污泥法控制在0.20.4kgBOD5(kg MLSSd)。l污泥龄污泥龄：又称污泥平均停留时间污泥平均停留时间。指曝气池内活性污泥总量与每日污泥排放总量之比值。此值越大说明污泥龄越长。污泥龄的长短直接影响曝气池内活性污泥的活性和其他性质。普通活性污泥法一般为24天。l污泥产率系数：活性污泥每降解活性污泥每降解1 kg BOD51 kg BOD5所所新生成的活性污泥的新生成的活性
31、污泥的kgkg数。生活污水的污泥产率系数数。生活污水的污泥产率系数一般为一般为0.40.40.70.7。活性污泥指标 污泥干重：亦称污泥浓度或混合液悬浮固体（mixed liquor suspendedsolids，MLSS）浓度。指每升混合液所含污泥的干重(mgL)，一般活性污泥法的MLSS控制在2 0002 0004 000mg4 000mgL。挥发性污泥：亦称混合液挥发性悬浮固体（mixed liquor volatile susPendedso1ids，MLVSS）浓度。系上述干污泥经600灼烧后所失质量（gL）。它是活性污泥中所含有机物的量，能更准确地反映微生物量。在一般情况下，ML
32、VSSMLSS值比较固定，如生活污水为0.7左右。l污泥沉降比（污泥沉降比（sludge volumesludge volume，SVSV）：又称）：又称30 min30 min沉沉降率。指混合水样静置降率。指混合水样静置30 min30 min后，污泥体积占混合水样体后，污泥体积占混合水样体积的百分数，以表示。积的百分数，以表示。l污泥指数：又称污泥容积指数（污泥指数：又称污泥容积指数（sludge volume indexsludge volume index，SVISVI）。是混合液经）。是混合液经30 min30 min静沉后，每克干污泥形成的静沉后，每克干污泥形成的沉淀污泥所占的容积
33、，计算公式如下：沉淀污泥所占的容积，计算公式如下：l活性污泥培育活性污泥培育（cultivation of activated sludge）是活性污泥法启动运行的首要环节。l一般步骤如下：将污水泵入曝气池，并按曝气池有效体积的510投入接种污泥。在不进水的条件下，连续曝气（即闷曝）数天，溶解氧控制在1 mgL左右继续保持曝气，以小流量进水，并逐渐提高进水流量，最终达到设计流量 4.活性污泥的培育及驯化l驯化（驯化（acclimation）是利用待处理的污水对微生物种群进行自然筛选并使微生物对污染物质逐步适应的过程；一般步骤如下：l将取来的污泥土壤置入含有待处理废水的培养基中进行培养。l在开始
34、驯化时该污水在培养液中的浓度宜低（比如10或更低），然后逐渐转种扩大培养量，废水浓度逐步增大甚至达100 l微生物由不适应而驯化至适应，降解污染物能力从无到有，由弱而强 l污泥驯化是处理难降解工业废水的重要先行环节；l特定菌株；l分离并筛选高效菌株、l诱变育种、基因工程构建新菌株；活性污泥法的影响因素活性污泥法的影响因素1.水中溶解氧(DO)l溶解氧太低会影响到活性污泥微生物的正常代谢活动，净化功能下降，易于滋生丝状菌产生污泥膨胀。l混合液溶解氧浓度过高，氧转移效率降低，浪费动力费用，还会引起絮凝体分散。lDO应保持在2.04.0 mgL左右。l活性污泥法消耗的O2是通过鼓风曝气系统或机械曝气
35、系统供给。2.温度和pHl一般认为活性污泥处理中的适宜温度为1530，30都会影响处理效果。l活性污泥微生物的最适pH值介于6.08.0之间。pH9.0，微生物的代谢速率也会受到影响。l活性污泥的生物合成，取决于能源物质的性质、浓度、氮和磷等的平衡，少量的钾、钠、硫、钙、镁、铁以及痕量的铜、锌、钻、铝等都是必要的。l一般认为BOD：N：P的比例为100：5：1是适宜的 3.3.营养盐浓度和平衡营养盐浓度和平衡 4.有毒物质：l当有毒物质达到一定浓度时，能破坏微生物结构或影响微生物正常代谢作用，影响污水生物处理效果。无机物和有机物两类无机物和有机物两类 无机物有重金属、硫化氢、卤族元素及其化合物
36、，无机物有重金属、硫化氢、卤族元素及其化合物，有机物有酚、醇、醛等。有机物有酚、醇、醛等。重金属及其盐类是蛋白质沉淀剂，其离子易与细胞重金属及其盐类是蛋白质沉淀剂，其离子易与细胞蛋白质结合，使之变性。蛋白质结合，使之变性。活性污泥法运行中的问题活性污泥法运行中的问题1.污泥膨胀（bulking of activated sludge）l在曝气池运转过程中，有时会出现污泥结构松散，沉降性能恶化，随水飘浮，溢出池外的异常现象，引起出水水质的恶化。l从污泥膨胀时的生物相看，有丝状菌膨胀与非丝状菌膨胀，导致产生丝状菌性膨胀的微生物导致产生丝状菌性膨胀的微生物l球衣菌(Sphaerotilus)l贝日阿
37、托氏菌(Beggiatoa)l硫发菌(Thiothrix)l诺卡氏菌(Nocardia)l芽孢杆菌(Bacillus)假单胞菌假单胞菌(Pseudomonas)黄杆菌黄杆菌(Flavobacterium)地霉地霉(Geotrichum)木霉木霉(Tricboderma)丝状的酵母丝状的酵母l正常活性污泥的絮状体中，仅少量丝状菌作为骨架；l而膨胀时的絮状体在镜检下可见许多菌丝伸展至絮状体外，因而使之密度减轻，体积加大，轻飘难以沉降；l25种丝状细菌与霉菌，如浮游球衣菌（Sphaerotilus natans）、贝氏硫菌、丝硫细菌、放线菌、镰孢霉、地霉、根霉、毛霉等，其中又以球衣菌为多见；污泥膨胀
38、的本质原因：l多数归因于曝气池中多数归因于曝气池中生态平衡生态平衡突然遭到突然遭到破坏，污泥、营养、供氧三要素发生紊破坏，污泥、营养、供氧三要素发生紊乱；乱；(1)缺氮和缺磷的废水：如造纸废水、含酚废水和印染废水，污泥膨胀比较严重。(2)温度过高：夏秋季膨胀现象频繁。有时低水温也会有问题。(3)污泥负荷过低或高：一般认为污泥负荷超过0.35kgBOD(kgMLSSd)就会膨胀。(4)废水中悬浮物低，低分子糖类多；(5)有毒金属、硫化物等毒物流入。抑制丝状菌生长的方法：投加化学药剂，如漂白粉、次氯酸钠、双氧水等；投加化学药剂，如漂白粉、次氯酸钠、双氧水等；调节水的酸碱度，如球衣菌的适宜调节水的酸
39、碱度，如球衣菌的适宜pHpH为为5.25.29 9，可在，可在几天内将池水几天内将池水pHpH维持在维持在9 99.49.4或或PH 5PH 5，以抑制该菌之，以抑制该菌之增殖；增殖；调整其他工艺条件，如改变供氧量、排泥量、进水流调整其他工艺条件，如改变供氧量、排泥量、进水流量等。量等。分析污泥膨胀原因，改变运行条件废水中含硫化物较高引起硫发菌繁衍造成的，预曝气氧化除去硫化物，降低了硫发菌的含量，可消除膨胀；提高溶氧浓度，溶氧21mg/L以上；降低污泥负荷，控制BOD负荷为0.20.3kg(kg.MLSSd)。（2）污泥的解体（不絮凝）：l在曝气池运转过程中，有时会出现污泥絮凝体微细化，导致处
40、理水质浑浊，处理效果变坏的现象。这种现象称“污泥解体污泥解体”。l引起这种现象的原因有曝气过量、污水中混入有毒物质等，因此可以通过控制曝气量，或对废水进行适当的预处理等解决。（3）起泡沫现象：l在曝气池运转过程中，有时会出现起泡现象。在曝气池运转过程中，有时会出现起泡现象。l主要原因是污水中含有主要原因是污水中含有合成洗涤合成洗涤剂或由微生物产生的剂或由微生物产生的表面活性物质等。表面活性物质等。l适当减少曝气量或喷洒适当减少曝气量或喷洒消泡剂消泡剂可以在一定程度上减缓可以在一定程度上减缓起泡沫现象。起泡沫现象。（4）剩余污泥：l活性污泥在分解污染物的同时，合成菌体细胞，因而生物量增加。在运转
41、过程中必须定期排出排出剩余污泥剩余污泥。l经脱水：浓缩法、日晒、风干和机械脱水；l焚烧、堆肥（二）生物膜法（二）生物膜法l生物膜法:以利用固着在惰性材料表面的膜状生物群落处理污水的方法称为生物膜法（biologicalfilm或biofilm）,是一种重要的生物处理方法。l亦称固着膜法(fixed-film process)，主要结构是生物滤池(biological filter)l英国称为溶滤池(percolating filter)，美国称为滴滤池(trickling filter)。l生物膜法比活性污泥法具有生物密度大、耐污力强、动力消耗较小、无需污泥回流与不发生污泥膨胀等特点，其运转管
42、理较方便；l已广泛用于石油、印染、制革、造纸、食品、医药、农药以及化纤等工业废水的处理，特别是中、小流量污水小流量污水的处理1.生物滤池的优缺点：生物滤池的优缺点：l优点：耗能少、维持费用低、运转管理方便，抗毒物冲击能力强，污泥量少。l缺点：规模较小，占地多如果建立生物滤池污水处理厂的处理能力超过5万人污水的规模，占地太多，不适于城市和土地紧缺地区使用 生物膜法类型生物膜法类型生物滤池 生物滤池分普通生物滤池(conventional biological filter)和高负荷生物滤池(high rate biological filter)。塔式生物滤池(biological tower)
43、l塔高724m，采用塑料滤料(聚氯乙烯和聚丙烯)，内部通风良好，水流紊动剧烈，水力冲刷较强。生物转盘(biological disc)1960年德国斯图加特工业大学设计的一种方法，在废水池子中安装转盘，像水车一样旋转，转盘浸入水中吸附有机物获得营养，转盘离开水后获得氧气。塔式生物滤池塔式生物滤池塔式生物滤池塔式生物滤池生物转盘生物转盘生物接触氧化(biological contact oxidation)池中装填一定数量的填料，附着在填料上的微生物依靠机械充氧获氧，氧化分解有机物，又称淹没式生物滤池，是介于活性污泥法和生物滤池法之间的处理工艺。停留时间为0.5h15h，BOD负荷16 BODk
44、g/(m3d)，去除效率8090(BOD5)。生物流化床(biological fluidized bed)u以砂、焦炭或活性炭等细小惰性材料作为生物膜载体，废水(先经充氧或床内充氧)自下向上流过滤床使载体层呈流动状态，加大了生物膜表面积与废水和氧的接触，提高了处理效率。uMLSS为840mg/L，有机负荷16 BODkg/(m3d)。停留时间1545min，BOD和氮去除率90。生生物物流流化化床床The biological fluidized bed reactor is an important part of breaking down perchlorate contaminati
45、on.(Photo courtesy of Tulsa District)生物膜的净化原理l污水从上部均匀喷洒到生物滤池表面，l薄膜状吸附于滤料周围形成附着水(adhesive water)，沿薄膜流过滤料即流动水(flowing water)。l滤料表面微生物迅速繁殖，形成一层充满微生物的生物膜。l革兰氏阴性菌 丝状细菌，并有糖被的形成，有助于生物膜微生物黏结在滤料表面。l生物膜具有强烈的吸附、吸收、分解作用，微生物合成新细胞，膜不断加厚。l生物膜达到一定厚度时，生物膜内层形成厌氧厌氧层层，厌氧层逐渐扩大增厚，随后造成生物膜整块脱落。l滤料表面又生成新的生物膜，如此循环往复不断更新。污水有机
46、物O2CO2无机物有机酸等生物膜运动水空 气好 氧 层厌 氧 层附 着 水生物膜净化原理示意图生物膜中的微生物l生物膜生物：起净化和稳定污、废水水质的功能。菌胶团为主要组分，辅以浮游球衣菌、藻类等生物膜面生物生物膜面生物：促进滤池净化速度，提高滤池整：促进滤池净化速度，提高滤池整体的处理效率的功能。固着型纤毛虫体的处理效率的功能。固着型纤毛虫(例如钟虫、例如钟虫、累（等累（等)枝虫、独缩虫等枝虫、独缩虫等)及游泳型纤毛虫及游泳型纤毛虫(例如楯例如楯纤虫、斜管虫、尖毛虫、豆形虫等，纤虫、斜管虫、尖毛虫、豆形虫等，滤池扫除生物滤池扫除生物：去除滤池内的污泥、防止污泥积：去除滤池内的污泥、防止污泥积
47、聚堵塞的功能。有轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕、聚堵塞的功能。有轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕、顠体虫等，顠体虫等，l具体来说，生物膜由细菌、真菌、藻类、原生动物和其它动物构成的食物链，对有效地去除水中有机物起着十分重要的作用。l同活性污泥相比，生物膜的食物链长而复杂，还有环节动物、昆虫幼虫等。l细菌在数目上和生物量上占优势，种类和活性污泥的细菌种类相似好氧菌(专性或兼性的)主要有动胶菌、假单胞菌、产碱杆菌和黄杆菌，硝化细菌、亚硝化单细菌和硝化杆菌，专性厌氧菌有脱硫弧菌和产甲烷菌等。丝状细菌如浮游球衣菌、贝日阿托氏菌等，但很少占优势，其数量直接与滤池的有机负荷有关，但不会引起污泥膨胀。1、细 菌l真菌在生
48、物膜中比在活性污泥中多，首先定殖在基质上主要的真菌有白地霉、水生镰孢、瘤孢、红浆霉和多胞丝胞酵母。丝状生长有助于氧向生物膜深处扩散。2、真 菌l生物滤池、生物转盘等受到阳光照射的部分会有藻类生长。如果藻类过度生长覆盖滤池表面，可引起滤池堵塞。l常见藻类：小球藻、绿球藻、裸藻、丝藻、席藻、毛枝藻以及颤蓝菌等。3、藻 类l大量原生动物存在，其种类比活性污泥多1mL生物滤池污泥中：肉足类1004600个，鞭毛虫类20013000个，纤毛虫50010000个。纤毛虫类在生物滤池中占很大比例，但比活性污泥法少。出现频率最高有植鞭毛虫类屋滴虫，肉足虫类变形虫、简便虫、表壳虫，纤毛虫类独缩虫、盖虫、斜管虫等
49、。4、原生动物l不同的构筑物类型、不同的废水和不同的季节，原生动物的优势种不同。l通常，植鞭毛虫常存在于上层；l纤毛虫在各部位均分布，游泳型纤毛虫在上，柄纤毛虫在下。l轮虫类、线虫类、环节动物、昆虫类、甲壳类等，旋轮虫较多，有时比原生动物生长还快而成为优势种属。后生动物在生物膜中的运动和觅食，导致生物膜松动，控制生物膜厚度，促进了物质交换和氧的供应。5、后生动物l线虫，占全部生物的210，数量与季节变化没有多大关系。l环节动物主要是寡毛类，如爱胜蚓、颤蚓、水丝蚓等。l昆虫类中最多的是毛蠓，在滤池中很普遍，可达3万个/m2以上，幼虫吞食生物膜，可抑制生物膜的过度发展，并使生物膜疏松。悬挂型填料悬
50、挂型填料;弹性立体填料弹性立体填料生物填料上的生物膜（三）氧化塘法l厌氧生物处理法（anaerobic bio1ogical treatment）l厌氧条件:氧化还原电位（E)-200-300 mV；l缺氧条件：氧化还原电位不低于-100 mV）下l厌氧性微生物l也称厌氧消化（anaerobic digestion）或厌氧发酵法;l被世界广泛采用的主要处理方法。规模可从处理小于1000人的污水到大于10万人的污水。美国约有3500个氧化塘，约占人口的7。z我国从1950年初开始应用氧化塘处理城市污水和工业废水。z1950年代西安利用古运河建立了污水库，z70年代武汉修建了鸭儿湖氧化塘处理化工废