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1、废水处理微生物基础 第三章 水的生物化学处理方法1 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。有生命必有希望生物化学处理原理生物化学处理原理污染物污染物水体的自净作用稀释稀释水解水解光解光解氧化氧化微生物的降解微生物的降解净化净化主要作用主要作用O2废水生物处理的目的和重要性废水生物处理的目的和重要性 废水生物处理的主要目的有以下废水生物处理的主要目的有以下3点：点：絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物；物；稳定和去除废水中的有
2、机物；稳定和去除废水中的有机物；去除营养元素氮和磷。去除营养元素氮和磷。废水生物处理的重要性废水生物处理的重要性生物处理在废水处理中的地位生物处理在废水处理中的地位颗粒状有机物颗粒状有机物(1 m)胶体状有机物胶体状有机物(1nm100nm)溶解性有机物溶解性有机物(1nm)沉淀过滤分离法沉淀过滤分离法机械分离去除效率低机械分离去除效率低分子状态存在于水中分子状态存在于水中氧化法（生物法氧化法（生物法)处理的主要对象处理的主要对象氧化：化学氧化和生物氧化氧化：化学氧化和生物氧化生物化学处理工艺生物化学处理工艺自然过程及其强化自然过程及其强化应用面广阔应用面广阔城市污水城市污水6060以上以上世
3、界上世界上9090生活污水用生物处理生活污水用生物处理大多数工业废水大多数工业废水废水中氮的去除废水中氮的去除我国水体中有机物污染状况我国水体中有机物污染状况 1 1、我国水环境污染特点我国水环境污染特点 废水排放量巨大；废水排放量巨大；我国水环境中量大面广的污染物是有机物；我国水环境中量大面广的污染物是有机物；N N、P P的污染也日益严重的污染也日益严重x地地表表水水：全全国国532532条条河河流流中中80%80%以以上上已已受受严严重重污染污染 “三三河河”：即即海海河河、淮淮河河、辽辽河河；“三三湖湖”：即太湖、巢湖、滇池：即太湖、巢湖、滇池x近海海域：近海海域：赤潮逐年增多赤潮逐年
4、增多x地下水：地下水：2 2、水环境中有机污染的主要来源 生活污水：生活污水：COD=400500mg/lCOD=400500mg/l，BOD5=200BOD5=200 300mg/l300mg/l；工业废水：主要有石油化工、轻工、食品等行业，工业废水：主要有石油化工、轻工、食品等行业，如：啤酒废水：如：啤酒废水：8 8 20m320m3废水废水/m3/m3酒，酒，COD=2000COD=2000 3500mg/l3500mg/l；酒精废水：酒精废水：1212 15 m315 m3废水废水/m3/m3酒，酒，COD=3COD=3 6 6 万万mg/lmg/l；味精废水：味精废水：2525 35
5、 m335 m3废水废水/吨味精，吨味精，COD=6COD=6 10 10 万万mg/lmg/l；造纸黑液：造纸黑液：120120 600 m3600 m3废水废水/吨纸浆，吨纸浆，COD=10COD=10 1515万万mg/lmg/l3 3、水处理概况有毒有毒 直接危害水生生物及人类直接危害水生生物及人类慢性中毒慢性中毒 直接危害水生生物及人类直接危害水生生物及人类三致三致 致癌、致畸、致突变等，严重危害人类的健康致癌、致畸、致突变等，严重危害人类的健康危害危害有机物污染的危害消耗水中的溶解氧消耗水中的溶解氧DO 水生生物受害水生生物受害 水质变差水质变差无毒的有机物无毒的有机物有毒的有机物
6、有毒的有机物污水的危害污水的危害污水的来源及危害污水的来源及危害危害危害有机物污染的危害有机污染的三个层次有机污染的三个层次影响观感、灌溉、农渔业生产影响观感、灌溉、农渔业生产污染水源地，造成生活用水危机污染水源地，造成生活用水危机地下水水质也会受到影响地下水水质也会受到影响生活污水：生活污水：家庭生活污水家庭生活污水医院污水医院污水（经过消毒处理后）经过消毒处理后）公共设施污水（如电影院、办公楼、餐厅等）公共设施污水（如电影院、办公楼、餐厅等）工业废水工业废水经过一定预处理之后经过一定预处理之后初雨径流初雨径流当排水系统为合流制时当排水系统为合流制时其它其它废水生化处理理论基础城市污水的定义
7、城市污水的定义城市污水一般是指通过城市下水道收集到的所有污水城市污水的组成城市污水的组成我国城市污水处理的发展及现状我国城市污水处理的发展及现状始于二十世纪始于二十世纪7070年代年代利用郊区的坑塘洼地、废河道、沼泽地等稍加整修或围堤筑坝，建成稳定塘，对城市污水进行净化处理在全国已建成各种类型的稳定塘有38座，日处理城市污水约173万m3。其中生活污水量占一半，其余包括石油、化工、造纸、印染等多种工业废水。8080年代，日益重视，有了较快发展年代，日益重视，有了较快发展国家适时调整政策，推动了一大批城市污水处理设施的兴建。我国第一座大型城市污水处理厂天津市纪庄子污水处理厂于1982年破土动工，
8、1984年4月28日竣工投产运行，处理规模为26万m3/d。在此成功经验的带动下，北京、上海、广东、广西、陕西、山西、河北、江苏、浙江、湖北、湖南等省市根据各自的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂几十座。“八五八五”期间，发展高潮时期间，发展高潮时期期l排水系统配套：到1995年，我国城市排水系统排水管道长度约为110062km，按服务面积计算，城市排水管网普及率为64.8%。l处理厂建设：城市污水处理厂169座(其中二级生化处理厂116座)，日处理污水479万m3，处理率8.69%。与1990年相比，城市污水处理厂增加89座(其中有北京高碑店、天津东郊、石家庄桥西、广州大坦沙、无锡芦村、
9、济南等大中型城市污水处理厂)，平均每年建污水处理厂17座。u国家给予相应资金和技术上的支持。19961999年竣工投入运行的城市污水处理项目有22个，投资59.58亿元，日处理规模371.7万m3；在建项目109个，计划投资161.83亿元，日处理规模832.0万m3。u据统计，到2000年底，全国已建设城市污水处理厂427座，其中二级处理厂282座，二级处理率约为15%。2000年用于城市污水处理工程建设的总投资约为150亿元。但目前绝大多数小城镇尚未建污水处理设施。“九五九五”期间，期间，“三河三河”、“三湖三湖”、“环渤海环渤海”水水污染治理污染治理发展规划根据我国国民经济发展计划和水污
10、染防治规划中城市污水处理规划要求：到2010年，我国城市化率将达40，城镇人口总量将从现在的3.8亿增加到6.7亿，城镇需水量将从目前的858亿m3增加到1290亿m3。污水处理率建制镇不低于50，设市城市不低于60，重点城市不低于70。“十五十五”期间，期间，“三河三湖三河三湖”流域规划新建城市污水处理工程流域规划新建城市污水处理工程流域项目数投资（亿元）总处理规模(万m3/d)海河流域132214855淮河165144615辽河5798464太湖8493376巢湖117.850城市污水处理系统的城市污水处理系统的规划在我国正受到越规划在我国正受到越来越多的重视。规划来越多的重视。规划目标主
11、要包括：目标主要包括：水源保护目标水源保护目标水环境质量控制目标水环境质量控制目标污水再生利用目标污水再生利用目标废水处理程度的分级废水处理程度的分级 1、一级处理一级处理：去除效果：去除效果：BOD 30%,SS 50%；主要功能：主要功能：去除颗粒状有机物，减轻后续生物处理的负担；去除颗粒状有机物，减轻后续生物处理的负担；调节水量、水调节水量、水质、水温等，有利于后续的生物处理。质、水温等，有利于后续的生物处理。主要方法：物化法，如：沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等主要方法：物化法，如：沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等2 2、二级处理二级处理：去除效果：去除
12、效果：BOD 85 90%，SS 90%；主要功能：大量去除胶体状和溶解状有机物，保证出水达标排放；主要功能：大量去除胶体状和溶解状有机物，保证出水达标排放；主要方法：各种形式的生物处理工艺主要方法：各种形式的生物处理工艺3 3、三级处理三级处理：主要目的：主要目的：去除二级处理出水中残存的去除二级处理出水中残存的SS、有机物，或脱色、杀菌，、有机物，或脱色、杀菌，脱氮、除磷脱氮、除磷防止水体富营养化；方法：防止水体富营养化；方法：主要方法：主要方法：物化法物化法超滤、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；超滤、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；生物法生物法生物法脱氮除磷，等生物法脱氮
13、除磷，等废水生物处理工艺的分类废水生物处理工艺的分类 一、人工强化废水处理系统主要包括好氧生物处理工艺和厌氧生物处理工艺，主要包括好氧生物处理工艺和厌氧生物处理工艺，将是本课程重点介绍内容。将是本课程重点介绍内容。二、天然废水生物处理系统主要包括生物稳定塘系统和土地处理系统，其中主要包括生物稳定塘系统和土地处理系统，其中生物稳定塘系统是在河流自净功能的基础上发展生物稳定塘系统是在河流自净功能的基础上发展起来的；而土地处理系统则是在污水的土地灌溉起来的；而土地处理系统则是在污水的土地灌溉技术的基础上发展起来的。技术的基础上发展起来的。生物处理法分类生物处理法天然生物处理人工生物处理生物稳定塘土地
14、处理系统好氧生物处理厌氧生物处理活性污泥法生物膜法传统厌氧消化现代高速厌氧反应器废水生物处理中的微生物废水生物处理中的微生物 细菌细菌单细胞原生生物，以可溶性有机物为食。单细胞原生生物，以可溶性有机物为食。包括真细菌包括真细菌(eubacteria)和古细菌和古细菌(archaebacteria)是废水生物处理工程中最主要的微生物；是废水生物处理工程中最主要的微生物；根据需氧情况不同：根据需氧情况不同：好氧细菌、兼性细菌和厌氧细菌；好氧细菌、兼性细菌和厌氧细菌；根据能源碳源利用情况的不同：根据能源碳源利用情况的不同：光合细菌光合细菌光能自养菌、光能异养菌；光能自养菌、光能异养菌；非光合细菌非光
15、合细菌化能自养菌、化能异养菌化能自养菌、化能异养菌根据生长温度的不同：根据生长温度的不同：低温菌、常温菌、中温菌和高温菌低温菌、常温菌、中温菌和高温菌一、微生物及其特性一、微生物及其特性（一）微生物的分类（一）微生物的分类真菌主要特点：主要特点：能在低温和低能在低温和低pH值的条件生长；值的条件生长；在生长过程中对氮的要求较低（是一般细菌的在生长过程中对氮的要求较低（是一般细菌的1/21/2）；）；能降解纤维素。能降解纤维素。真菌在废水处理中的应用：真菌在废水处理中的应用：处理某些特殊工业废水；处理某些特殊工业废水；固体废弃物的堆肥处理固体废弃物的堆肥处理原生动物和后生动物微生物与微生物反应（
16、二）微生物的特性1菌体成分（水分含量、元素组成）菌体成分（水分含量、元素组成）2细菌细胞的物理性质（大小与大小分布、密度）细菌细胞的物理性质（大小与大小分布、密度）3微生物培养液的性质微生物培养液的性质二、微生物反应及其在污染防治中的利用（一）微生物反应的特点 复杂反应体系复杂反应体系基质、营养物、活细胞、基质、营养物、活细胞、非活性细胞、分泌产物非活性细胞、分泌产物等。等。参与微生参与微生物反应的物反应的主要组分主要组分微生物反应的总反应式（概括式）微生物反应的总反应式（概括式）碳源氮源其它营养物质氧碳源氮源其它营养物质氧细胞代谢产物细胞代谢产物CO2H2O微生物代谢过程简介微生物代谢过程简
17、介 微生物代谢的基本要素微生物代谢的基本要素能源、碳源、营养元素（无机营养物和有机营养能源、碳源、营养元素（无机营养物和有机营养物）物）有机物微生物新的细胞物质CO2、H2O生物残渣内源呼吸分解合成生物处理涉及的微生物代谢过程 化能异养型代谢：在废水生物处理中最主要的代谢形式，主要用于对废水中有机物的去除，包括主要的好氧细菌和厌氧细菌；化能自养型代谢：也是废水生物处理中常见的一种代谢形式，主要包括硝化细菌（将氨氮氧化为亚硝酸盐，或进一步氧化为硝酸盐）、氢细菌（对其的应用还处在研究阶段）、铁细菌等；光合异养型代谢：利用光合细菌以高浓度有机废水为基质生产菌体蛋白；光合自养型代谢：在废水生物处理中少
18、有应用。第1章绪论基质利用基质利用细胞生长细胞生长细胞死亡细胞死亡/溶化溶化产物生成。产物生成。微生物反微生物反应的类型应的类型类似于化学类似于化学反应中的自反应中的自催化反应催化反应第一类产物：基质水平磷酸化产生的产物第一类产物：基质水平磷酸化产生的产物(如乙醇、乳酸，柠如乙醇、乳酸，柠檬酸檬酸)。第二类产物：由合成代谢生成较复杂的物质（如胞外酶、多第二类产物：由合成代谢生成较复杂的物质（如胞外酶、多糖、抗生素、激素、维生素、生物碱等）糖、抗生素、激素、维生素、生物碱等）第三类产物：一般指在碳源过量、氮源等受到限制的条件下第三类产物：一般指在碳源过量、氮源等受到限制的条件下产生的一类物质（蓄
19、能化合物，如多糖、储存于产生的一类物质（蓄能化合物，如多糖、储存于细胞内的糖原、脂肪等。细胞内的糖原、脂肪等。)底物内部分子能量重排，并底物内部分子能量重排，并且伴有且伴有ADPADP转化为转化为ATPATP的作用，的作用，它与呼吸链的电子传导无关它与呼吸链的电子传导无关。第1章绪论基质分解基质分解所产生的所产生的能量及其能量及其消耗途径消耗途径维持能（不维持能（不用于细胞合用于细胞合成以及第二成以及第二和第三类产和第三类产物的生成）物的生成）合成反应合成反应维持细胞的活性维持细胞的活性保持细胞内外的浓度梯度保持细胞内外的浓度梯度用于细胞内各类转化反应用于细胞内各类转化反应ATP热能（释放到环
20、境）热能（释放到环境）第1章绪论（二）微生物反应的影响因素微生物的种类微生物的种类基质的种类和浓度基质的种类和浓度(注意抑制作用注意抑制作用)环境条件环境条件共存物质（注意刺激效应、抑制作用）共存物质（注意刺激效应、抑制作用）第1章绪论（三）微生物反应在环境领域中的应用污污染水体、土壤染水体、土壤的修复的修复城市城市污污水及工水及工业废业废水的生物水的生物处处理理有机有机废废气气、挥发挥发性有机物性有机物(VOC)(VOC)及及还还原性无原性无机气体的生物机气体的生物处处理理有机有机废废弃物的堆肥弃物的堆肥处处理理工业微生物反应与环境微生物反应器的不同工业微生物反应与环境微生物反应器的不同目的
21、、微生物种类、规模目的、微生物种类、规模污染物的生物分解与转化污染物的生物分解与转化微生物反应的计量关系一、微生物反应综合方程（一）微生物浓度的表达方式活性污泥活性污泥：C5H7O2NC60H87O23N12PC118H170O51N17PC7H10O3N大肠杆菌大肠杆菌:C4.2H8O1.3N在一定条件下，同一类在一定条件下，同一类微生物的细胞元素组成微生物的细胞元素组成可以视为相对稳定。可以视为相对稳定。（二）微生物细胞的组成式一般用重量一般用重量浓浓度度表示：表示：单单位体位体积积培养液中所含培养液中所含细细胞的胞的干燥重量干燥重量来表示来表示（g gdry cell/Ldry cell
22、/L）。好氧微生物反应：好氧微生物反应：CHmOna NH3bO2=Yx/cCHxOyNzYp/cCHuOvNw（1-Yx/c-Yp/c）CO2cH2Oa=zYx/c+wYp/cb=(1-Yx/c-Yp/c+m/4-n/2)+(Yp/c/4)(-u+2v+3w)+(Yx/c/4)(-x+2y+3z)c=m/2+(Yp/c/2)(-u+3w)+(Yx/c/2)(-x+3z)S SY Yx xX XY Yp pP P （三）微生物反应的综合计量式产物产率系数（产物产率系数（product yieldproduct yield）。）。细胞产率系数（细胞产率系数（cell yieldcell yiel
23、d）计量学限制性物质：计量学限制性物质：细胞生长过程中首先完全消耗掉的物质细胞生长过程中首先完全消耗掉的物质生长速率限制性基质：生长速率限制性基质：在一定的环境条件下，向反应系在一定的环境条件下，向反应系统中加入某一基质，能使微生物生长速率增加，则统中加入某一基质，能使微生物生长速率增加，则该基质被称生长速率限制性基质。该基质被称生长速率限制性基质。（富营养化湖泊（富营养化湖泊的营养限制因子）的营养限制因子）反应系统中细胞的生长量（细胞干燥重量）与反应消反应系统中细胞的生长量（细胞干燥重量）与反应消耗掉的基质的重量之比耗掉的基质的重量之比(单位：单位：g-dry cell formed/g-g
24、-dry cell formed/g-substrate consumed)substrate consumed)二、细胞产率系数（一）以基质重量为基准的细胞产率系数Yx/sY Yx/sx/s值的大小：值的大小：可能小于可能小于1 1，也可能大于，也可能大于1 1表表细菌的细胞产率系数细菌的细胞产率系数微生物基质Yx/sgg-1Saccharomyces cereviside葡萄糖（好氧）0.53Saccharomyces cereviside葡萄糖（厌氧）0.14Aerobacter aerogenes葡萄糖（好氧）0.40Aerobacter aerogenes乳酸0.18Aerobact
25、er aerogenes丙酮酸0.20Escherichia ColiNH4+3.5Candida utilisNH4+1022间歇培养过程中的细胞产率间歇培养过程中的细胞产率总细胞数总细胞数培养时间培养时间细胞个数细胞个数总产率系数（overallcellyield）微分产率系数（微分产率系数（differental cell yielddifferental cell yield）（二）以碳元素为基准的细胞产率系数（二）以碳元素为基准的细胞产率系数Yx/c值的大小：值的大小：只能小于只能小于1，一般在，一般在0.50.7之间。之间。（三）以氧消耗量为基准的细胞产率系数好好氧氧微微生生物物对
26、对有有机机物物氧氧化化分分解解过过程程有机物的降解速率，微生物的存在方式、增殖规律，有机物的降解速率，微生物的存在方式、增殖规律，溶解氧的提供方式是好氧生物处理工艺的关键溶解氧的提供方式是好氧生物处理工艺的关键第三节第三节废水的好氧生物处理废水的好氧生物处理可代谢有机物可代谢有机物、微生物、微生物、02无机物（无机物（CO2,NH3,H2O）合成细胞物质合成细胞物质能量无机物能量无机物残留物残留物分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢内源呼吸内源呼吸02能量能量1/32/380%20%废水的好氧生物处理方法根据生物反应器中微生物存在状态(悬浮，附着)可将污水生物处理技术分为活性污泥法(悬浮的有活性的
27、生物絮体)和生物膜法(附着的有活性的生物膜)，及后来的复合式(悬浮，附着)生物处理、技术。活性污泥法（ActivatedSludgeProcess）生物膜法（Biofilm）活性污泥基本概念和原理1912年英国人年英国人ClarkandCage发现对废水长时发现对废水长时间曝气会产生污泥并使水质明显改善，其间曝气会产生污泥并使水质明显改善，其后后ArdenandLackett研究发现由于实验容器洗不研究发现由于实验容器洗不干净，瓶壁留下残渣反而使处理效果提高，从而干净，瓶壁留下残渣反而使处理效果提高，从而发现活性微生物菌胶团，定名为活性污泥。发现活性微生物菌胶团，定名为活性污泥。1916年英国
28、建成第一座污水处年英国建成第一座污水处理厂，下图理厂，下图为活性污泥处理工艺基本流程。为活性污泥处理工艺基本流程。目前，活性污泥法是生活污水、城市污水以及有机性工业废水处理中最常用目前，活性污泥法是生活污水、城市污水以及有机性工业废水处理中最常用的工艺的工艺1.1活性污泥法的理论基础活性污泥法的理论基础 1.1.1基本概念与流程基本概念与流程 活性污泥活性污泥污水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧菌为主体污水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧菌为主体的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是活性污泥活性污
29、泥。活性污泥是以。活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物细菌，原生动物和后生动物所组成的所组成的活性活性微生物微生物为主体，此外还有一些无机物，未被微生物分解的有机物和为主体，此外还有一些无机物，未被微生物分解的有机物和微生物自身代谢的残留物。微生物自身代谢的残留物。活性污泥的形态和组成活性污泥的形态和组成形态形态多为黄色或褐色絮体，含水率超过多为黄色或褐色絮体，含水率超过99，比表面积大。，比表面积大。组成组成活性污泥由四部分组成活性污泥由四部分组成（1）Ma活性污泥微生物；活性污泥微生物；（2）Me活性污泥代谢产物；活性污泥代谢产物；（3）Mi活性污泥吸附的难降解惰性有机物；活性污泥吸附的难
30、降解惰性有机物；（4）Mii活性污泥吸附的无机物。活性污泥吸附的无机物。微生物组成微生物组成细菌（细菌（9095，甚至，甚至100）、）、真菌、原生动物、后生动物真菌、原生动物、后生动物1.1.3活性污泥微生物的作用活性污泥微生物的作用活性污泥中的有机物、细菌、原生动物与后生动物组成了小型的相对活性污泥中的有机物、细菌、原生动物与后生动物组成了小型的相对稳定的生态系统和食物链。稳定的生态系统和食物链。活性污泥中的细菌以异养型细菌为主。活性污泥中的细菌以异养型细菌为主。菌胶团细菌菌胶团细菌构成活性污泥絮凝体的主要成分，有很强的吸附、氧构成活性污泥絮凝体的主要成分，有很强的吸附、氧化分解有机物能力
31、。也可防止被微型动物所吞噬，并在一定程度上可化分解有机物能力。也可防止被微型动物所吞噬，并在一定程度上可免受毒物的影响，沉降性好。免受毒物的影响，沉降性好。丝状菌丝状菌形成活性污泥的骨架，增强沉降性，保持高的净化效率，形成活性污泥的骨架，增强沉降性，保持高的净化效率，但是大量会引起污泥膨胀。但是大量会引起污泥膨胀。净化污水的第一承担者净化污水的第一承担者细菌细菌净化污水的第二承担者净化污水的第二承担者原生动物原生动物指示性动物指示性动物原生动物，通过显微镜镜检是对活性污泥质量评价的原生动物，通过显微镜镜检是对活性污泥质量评价的重要手段之一重要手段之一活性污泥法活性污泥法 以活性污泥为主体的污水
32、生物处理以活性污泥为主体的污水生物处理技术技术活性污泥法来源活性污泥法来源河流自净河流自净启示启示人工强化人工强化基本流程基本流程污水污水格栅格栅泵间泵间沉砂池沉砂池初沉池初沉池活性污泥曝气池活性污泥曝气池二沉池二沉池消毒消毒1.曝气池曝气池：微生物降解有机：微生物降解有机物的反应场所物的反应场所2.二沉池二沉池：泥水分离：泥水分离3.污泥回流污泥回流：确保曝气池内：确保曝气池内生物量稳定生物量稳定4.曝气曝气：为微生物提供溶解：为微生物提供溶解氧，同时起到搅拌氧，同时起到搅拌混合的作用。混合的作用。曝气系统与空曝气系统与空气扩散装置气扩散装置活性污泥反应器活性污泥反应器来自空压来自空压机的空
33、气机的空气剩剩余余污污泥泥污污泥泥井井混合液混合液回流污回流污泥系统泥系统二沉池二沉池处理水处理水进水进水1.1.污水中有足够的可溶解性易降解有机物污水中有足够的可溶解性易降解有机物2.2.混合液中含有足够的溶解氧混合液中含有足够的溶解氧3.3.没有对微生物有毒害作用的物质进入没有对微生物有毒害作用的物质进入4.4.活性污泥再曝气池中呈悬浮状态活性污泥再曝气池中呈悬浮状态5.5.活性污泥连续回流活性污泥连续回流6.6.及时排除剩余污泥及时排除剩余污泥有效运行的基本条件有效运行的基本条件活性污泥法基本特征活性污泥法基本特征生物絮体为反应主体生物絮体为反应主体曝气设备提供氧源曝气设备提供氧源混合搅
34、拌加速反应混合搅拌加速反应沉淀降低固体含量沉淀降低固体含量回流生物絮体再利用回流生物絮体再利用 活性污泥微生物的增殖曲线活性污泥微生物的增殖曲线1.在温度适宜，溶解氧充足、营养物在温度适宜，溶解氧充足、营养物质一次充分投加，微生物种群随时间质一次充分投加，微生物种群随时间以量表示增殖和衰减动态。以量表示增殖和衰减动态。2.在这样的环境下，不存在抑制物质在这样的环境下，不存在抑制物质的条件下，活性污泥微生物的增殖速的条件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取决于有机物率主要取决于有机物(F)与微生物量与微生物量(M)的比值，它也是有机物降解速率、的比值，它也是有机物降解速率、氧利用速率和活性污泥的凝
35、聚、吸附氧利用速率和活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影响因素性能的重要影响因素活性污泥微生物的增殖规律活性污泥微生物的增殖规律1.1.适应期适应期:在未充分适应基质条件时，开始在未充分适应基质条件时，开始会经历一个适应、迟缓期或调整期。会经历一个适应、迟缓期或调整期。长短取决于污水的主要成分和微生长短取决于污水的主要成分和微生物对它的适应。物对它的适应。2.2.对数增长期对数增长期:F/M较大，营养充分，氧利用最大，微较大，营养充分，氧利用最大，微生物增殖速率和有机物降解速率最大。生物增殖速率和有机物降解速率最大。污泥活动力强，污泥松散，不易沉降污泥活动力强，污泥松散，不易沉降(利利用有机物不足
36、用有机物不足)活性污泥增长曲线的四个阶段活性污泥增长曲线的四个阶段3.减速期减速期F/M减小，有机物量成为增殖的限减小，有机物量成为增殖的限制因素，微生物增殖速率和有机物降制因素，微生物增殖速率和有机物降解速率下降，污泥沉降性好，出水效解速率下降，污泥沉降性好，出水效果好。果好。4.衰减期衰减期F/M最小，最小，(内源呼吸期内源呼吸期)微生物活微生物活动能力低，絮凝体，沉降性好，此时动能力低，絮凝体，沉降性好，此时污泥量出现下降，出水水质较好。污泥量出现下降，出水水质较好。1.在活性污泥混合液中，如果营养与污泥之间的比值（常用在活性污泥混合液中，如果营养与污泥之间的比值（常用F/M表表2.示）
37、高，示）高，F/M大于大于2.2，微生物处于，微生物处于对数增长期对数增长期，能量水平高，能量水平高，污泥污泥凝聚性能差凝聚性能差；F/M小于小于2.2，营养与污泥微生物比值下降，致使，营养与污泥微生物比值下降，致使微生物增长处于微生物增长处于增长率缓慢降段增长率缓慢降段；F/M小于小于0.1，营养物很少，营养，营养物很少，营养相对不足和能量水平较低，相对不足和能量水平较低，细菌活力低，运动能力弱细菌活力低，运动能力弱，致使微生物，致使微生物增长处于增长处于增长率下降段或其后期增长率下降段或其后期，彼此结合成絮凝体，故，彼此结合成絮凝体，故易于凝聚。易于凝聚。3.2.当当有机营养物质和氧气充足
38、时，活性污泥以合成为主有机营养物质和氧气充足时，活性污泥以合成为主。在新细胞。在新细胞合成的同时，还进行着部分老细胞物质的氧化分解。合成的同时，还进行着部分老细胞物质的氧化分解。在在有机营养缺乏时，这种自身分解则成为主要的获能方式有机营养缺乏时，这种自身分解则成为主要的获能方式，生物处，生物处理的内源呼吸也就是指的这种情况。理的内源呼吸也就是指的这种情况。4.活性污泥絮凝体的形成：活性污泥絮凝体的形成：活性污泥净化污水的过程活性污泥净化污水的过程活性污泥净化污水的作用是由活性污泥净化污水的作用是由吸附吸附和和氧化氧化两个阶段完成的，活性污两个阶段完成的，活性污泥在与废水初期接触的泥在与废水初期
39、接触的2030min内，就可以去除内，就可以去除75%以上的以上的BOD，在，在于活性污泥具有巨大的表面积（于活性污泥具有巨大的表面积（200010000m2/m3）,且其表面具有多糖且其表面具有多糖类粘液层。氧化分解在吸附阶段之后，所需时间比吸附时间长的多，可类粘液层。氧化分解在吸附阶段之后，所需时间比吸附时间长的多，可见暴气池的大部分容积是在进行有机物的氧化和微生物的合成。见暴气池的大部分容积是在进行有机物的氧化和微生物的合成。可降解可降解有机物有机物氧化氧化合成合成1/32/3无机物能量无机物能量新细胞新细胞物质物质无机物能量无机物能量残留物质残留物质8020内源代谢内源代谢 构成活性污
40、泥三要素构成活性污泥三要素 微生物微生物 吸附氧化分解作用吸附氧化分解作用(污泥污泥)有机物有机物 废水的处理对象废水的处理对象 微生物底物微生物底物(营养营养)充足氧气、充分接触充足氧气、充分接触好氧处理的条件好氧处理的条件生物絮体形成机理生物絮体形成机理目前认为絮体是由细菌目前认为絮体是由细菌内源代谢分泌的聚合物内源代谢分泌的聚合物在微生物之间起粘在微生物之间起粘胶剂的作用，因此胶剂的作用，因此只有当内源代谢分泌聚合物与微生物成适当比例只有当内源代谢分泌聚合物与微生物成适当比例才能形成良好的生物絮体才能形成良好的生物絮体。如果微生物增殖率过高，内源代谢分泌。如果微生物增殖率过高，内源代谢分
41、泌的聚合物不足以粘连吸附新增殖的微生物，就不可能形成良好的絮的聚合物不足以粘连吸附新增殖的微生物，就不可能形成良好的絮体。如果有机物浓度过低，内源代谢产生的聚合物质被微生物当成体。如果有机物浓度过低，内源代谢产生的聚合物质被微生物当成食物消耗，则絮体也难以形成。食物消耗，则絮体也难以形成。污泥净化反应过程污泥净化反应过程对有机物的降解可分两个阶段：对有机物的降解可分两个阶段：a.吸附阶段吸附阶段巨大的比表面积巨大的比表面积b.微生物降解作用微生物降解作用有机物有机物合成合成有机固形物有机固形物胶体有机物胶体有机物溶解性有机物溶解性有机物微生物微生物分解分解影响水处理微生物生长的主要因素？影响水
42、处理微生物生长的主要因素？环境因素对活性污泥微生物的影响环境因素对活性污泥微生物的影响BOD负荷率（污泥负荷）负荷率（污泥负荷）Ns过低，丝状菌膨胀过低，丝状菌膨胀Ns过高，絮体活性高，不易沉降过高，絮体活性高，不易沉降Ns，（污泥增长）（污泥增长），（底物降解）（底物降解），Se，cNs，（污泥增长），（污泥增长），Se，c BOD负荷在负荷在1.50.5kg/kgd范围内时，范围内时，SVI控制在控制在100左右比较合适。左右比较合适。营养物质：营养物质：平衡用平衡用BOD5:N:P的关系来表示，一般需求为的关系来表示，一般需求为100:5:1生活污水和城市污水含足够的各种营养物质，但工业
43、废水含量低。生活污水和城市污水含足够的各种营养物质，但工业废水含量低。溶解氧：溶解氧：DO，Se运行费用高运行费用高对于游离细菌来说应保持在对于游离细菌来说应保持在0.3mg/L对于活性污泥的絮凝体应保持在对于活性污泥的絮凝体应保持在2mg/L，不低于，不低于1mg/LpH值值：最适宜在最适宜在6.58.5 PH6.5 PH9 PH9时，时，菌胶易解体活性污泥凝体遭到破坏。菌胶易解体活性污泥凝体遭到破坏。温度：温度：最适宜温度：在这一温度下，微生物的生理活动强劲、旺盛，表现最适宜温度：在这一温度下，微生物的生理活动强劲、旺盛，表现在增殖方面则是裂殖速率快，世代时间短。在增殖方面则是裂殖速率快，
44、世代时间短。活性污泥微生物多为嗜温菌，其适宜温度活性污泥微生物多为嗜温菌，其适宜温度1530。小型工业污水和城市污水应保温。小型工业污水和城市污水应保温。水温过高的工业废水要降温。水温过高的工业废水要降温。有毒物质（抑制物质）：有毒物质（抑制物质）：重金属、氰化物、重金属、氰化物、H2S等无机物，酚、醇、醛、燃料等有机物。等无机物，酚、醇、醛、燃料等有机物。但是毒害作用也是当有毒物质在环境中达到某一浓度时才能显露出但是毒害作用也是当有毒物质在环境中达到某一浓度时才能显露出来，这个浓度叫做来，这个浓度叫做有毒物质的极限允许浓度有毒物质的极限允许浓度。有毒物质的毒害作用还与有毒物质的毒害作用还与p
45、H值、水温、溶解氧、有无其他有毒物值、水温、溶解氧、有无其他有毒物质、微生物数量以及是否驯化等因素有关。质、微生物数量以及是否驯化等因素有关。1.2活性污泥法的性能指标及有关参数活性污泥法的性能指标及有关参数1.2.1活性污泥法的性能指标活性污泥法的性能指标混合液中活性污泥微生物的指标混合液中活性污泥微生物的指标1.混合液悬浮固体浓度混合液悬浮固体浓度(mg/L)混合液悬浮固体是指曝气池中废水和活性污泥共同的混合液体的混合液悬浮固体是指曝气池中废水和活性污泥共同的混合液体的悬浮固体浓度。用悬浮固体浓度。用MLSS表示。表示。MLSS=Ma+Me+Mi+Mii2.混合液挥发性悬浮固体浓度混合液挥
46、发性悬浮固体浓度(mg/L)混合液悬浮固体中的有机物量称为混合液体挥发性悬浮固体混合液悬浮固体中的有机物量称为混合液体挥发性悬浮固体（MLVSS），用它表示活性污泥微生物量比用），用它表示活性污泥微生物量比用MLSS更为切合实际。更为切合实际。MLVSS=Ma+Me+MiMLVSS与与MLSS有一定的比值，例如生活污水的比值为有一定的比值，例如生活污水的比值为0.7左右。左右。沉降性与浓缩性评价指标沉降性与浓缩性评价指标 1.1.污泥沉降比：污泥沉降比：SV%又称又称30min30min沉降比、混合液在量筒内静置沉降比、混合液在量筒内静置30min30min后所形成沉淀物后所形成沉淀物 容积占
47、混合液容积的百分比，容积占混合液容积的百分比，SV值在值在1530%左右左右。2.污泥容积指数：污泥容积指数：SVI 静置静置30min30min后，后，1g1g干污泥所占的容积，（干污泥所占的容积，（ml/gml/g）一般为一般为7070150(ml/g)150(ml/g)时沉降性能较好时沉降性能较好，过低无机物含量过高，过低无机物含量过高，污泥活性不好，过高易出现污泥膨胀。污泥活性不好，过高易出现污泥膨胀。活性污泥的活性评定指标活性污泥的活性评定指标活性污泥的比耗氧速率（活性污泥的比耗氧速率（SOUR一般用一般用OUR）：单位重量的活性污）：单位重量的活性污泥在单位时间内所能消耗的溶解氧量
48、，其单位泥在单位时间内所能消耗的溶解氧量，其单位mgO2/(gMLVSSh)或或mgO2/(gMLSSh)OUR在运行中的作用在于反映在运行中的作用在于反映有机物降解速率有机物降解速率，以及，以及活性污泥是否活性污泥是否中毒，将用于系统的自动报警中毒，将用于系统的自动报警。活性污泥的活性污泥的OUR一般为一般为820mgO2/(gMLVSSh)，温度对，温度对OUR的的影响很大，不同温度的影响很大，不同温度的OUR没有可比性，一般在没有可比性，一般在20测测OUROUR分类分类方法方法方法要点方法要点方法评价方法评价根根据据氧氧化化所所耗氧量耗氧量水质指标法水质指标法采采用用BOD5/COD作
49、作为为有有机机物物评评价价指指标标。方方法法改改进进：日日本本通通产产省省测测试试法法，以以ThOD代代替替COD，采采用用BOD自自动动测测定定仪仪测测定定有有机机物物28天天的的生生化化需需氧氧量量，并并以以BOD28/ThOD来来评评价价有有机机物物的的生生物物降降解性能；解性能；比比较较简简单单，但但精精度度不不高高，可可粗粗略略反反映映有有机机物物的的降降解解性能；性能；瓦呼仪法瓦呼仪法根根据据有有机机物物的的生生化化呼呼吸吸线线与与内内源源呼呼吸吸线线的的比比较较来来判判断断有有机机物物的的生生物物降降解解性性能能。测测试试时时，接接种种物物可可采采用用活活性性污污泥泥，接接种种量
50、量为为1 3gSS/l；较较好好地地反反应应微微生生物物氧氧化化分分解解特特性性，但但试试验验水水量量少少，对结果有影响；对结果有影响；根根据据有有机机物物的去除效果的去除效果静静置置烧烧瓶瓶筛筛选选试验试验以以10ml沉沉淀淀后后的的生生活活污污水水上上清清液液作作为为接接种种物物，90ml含含有有5mg酵酵母母膏膏和和5mg受受试试物物的的BOD标标准准稀稀释释水水作作为为反反应应液液，两两者者混混合合，室室温温下下培培养养，1周周后后测测受受试试物物浓浓度度，并并以以该该培培养养液液作作为为下下周周培培养养的的接接种种物物，如如此此连连续续4周周，同同时时进进行行已已知知降降解解化化合合