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1、污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）活性污泥的新发展活性污泥的新发展污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）城市污水经传统的二级处理以后，虽然城市污水经传统的二级处理以后，虽然绝大部分悬浮固体和有机物被去除了，但还绝大部分悬浮固体和有机物被去除了，但还残留微量的悬浮固体和溶解的有害物，如氮残留微量的悬浮固体和溶解的有害物，如氮和磷等的化合物。氮、磷为植物营养物质，和磷等的化合物。氮、磷为植物营养物质，能助长藻类和水生生物，引起水体的富营养能助长藻类和水生生物，引起水体的富营养化，影响饮用水水源。化，影响饮用水水源。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）太湖的富营养化污水的生物处理（一）污
2、水的生物处理（一）污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）一一 氮、磷的去除氮、磷的去除污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）（一一）氮的生物）氮的生物 去除去除 废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。(1)生物脱氮机理 生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。同化作用去除的氮依运行条件和水质而定，如果微生物细胞中氮含量以12.5%计算，同化氮去除占原污水BOD的2%5%，氮去除率在8%20%。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）缺氧缺氧污水的生物处理（一）污水的
3、生物处理（一）a 氨化反应：新鲜污水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少数的氨态氮如NH3及NH4+等。微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化作用，很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，其中分解能力强并释放出氨的微生物称为氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮，以氨基酸为例：水解细菌分解污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。总反应式为：硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄、pH
4、、有机负荷等都会对它产生影响。b硝化反应：返回污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）硝化过程的影响因素：（a）好氧环境条件，并保持一定的碱度：硝化菌为了获得足够的能量用于生长，必须氧化大量的NH3和NO2-，氧是硝化反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化反应的进程，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg/L，多数学者建议溶解氧应保持在1.22.0mg/L。在硝化反应过程中，释放H+，使pH下降，硝化菌对pH的变化十分敏感，为保持适宜的pH，应当在污水中保持足够的碱度，以调节pH的变化，lg氨态氮（以N计）完全硝化，需碱度（以CaCO3计）7.14g。对硝化菌的适宜的p
5、H为8.08.4。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）硝化过程的影响因素：（b）混合液中有机物含量不应过高：硝化菌是自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。（c）硝化反应的适宜温度是2030，15以下时，硝化反应速度下降，5时完全停止。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）硝化过程的影响因素：（d）硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间（污泥龄）SRTn，必须大于其最小的世代时间，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽，一般认为硝化菌最小世代时间在适宜的温度条件下为3d。SRTn值与温度密切相关，
6、温度低，SRTn取值应相应明显提高。（e）除有毒有害物质及重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有高浓度的NH4-N、高浓度的NOx-N、高浓度的有机基质、部分有机物以及络合阳离子等。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以O2为电子进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-存在时，则以NO3-或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。总反应式为：c 反硝化反应：污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）在反硝化菌代谢活动的同时，
7、伴随着反硝化菌的生长繁殖，即菌体合成过程，反应如下：式中：C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。反硝化还原和微生物合成的总反应式为：从以上的过程可知，约96的NO3-N经异化过程还原，4经同化过程合成微生物。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）反硝化过程的影响因素：（a）碳源：能为反硝化菌所利用的碳源较多，从污水生物脱氮考虑，可有下列三类：一是原污水中所含碳源，对于城市污水，当原污水BOD5/TKN35时,即可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），因为甲醇被分解后的产物为CO2和H2O，不留任何难降解的中间产物；三是利用微生物组织进行内源反硝化。（b）pH：对反硝化反应，
8、最适宜的pH是6.57.5。pH高于8或低于6，反硝化速率将大为下降。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）反硝化过程的影响因素：（c）DO浓度：反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在无分子氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的条件下，它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。另一方面，反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。这样，反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条件下进行，溶解氧应控制在0.5 mg/L以下。（d）温度：反硝化反应的最适宜温度是2040，低于15反硝化反应速率最低。为了保持一定的反硝化速率，在冬季低温季节，可采用如下措施：提高生物固体平均停留时间；降低负
9、荷率；提高污水的水力停留时间。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）在反硝化反应中，最大的问题就是污水中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。碳源原水中含有的有机碳外加碳源，多用甲醇内源呼吸碳源细菌体内的原生物质及其贮存的有机物污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）(2)生物脱氮工艺（a）三段生物脱氮工艺：将有机物氧化、硝化以及反硝化段独立开来，每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）（b）Bardenpho生物脱氮工艺：设立两个缺氧段，第一段利用原水中的有机物为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液进行反硝化反应。为进一步提高脱
10、氮效率，废水进入第二段反硝化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。曝气池用于吹脱废水中的氮气，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池发生污泥上浮现象。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）曝气池2 污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）（c）缺氧好氧生物脱氮工艺：该工艺将反硝化段设置在系统的前面，又称前置式反硝化生物脱氮系统。反硝化反应以水中的有机物为碳源，曝气池中含有大量的硝酸盐的回流混合液，在缺氧池中进行反硝化脱氮。缺氧-好氧生物脱氮工艺污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素。磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷
11、工业废水。危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。含磷化合物有机磷有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等无机磷磷酸盐：正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-)、磷酸二氢盐H2PO4-、偏磷酸盐(PO3-)聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74)、三磷酸盐(P3O105-)、三磷酸氢盐(HP3O92-)（二）污水中磷的去除（二）污水中磷的去除污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）一般城市污水水质与排放要求 常规活性污泥法的微生物同化和吸附；项项 目目进水水质进水水质/（mgL-1）国家排放标准国家排放标准/（mgL-1）一级一级A一级一级BCODcr25
12、03005060BOD51001501020SS1502001020TKN(NH3-N)35（25）5（8）8（15）TP5611.5 如何去除以达到排放标准？生物强化除磷；投加化学药剂除磷。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）常规活性污泥法的微生物同化和吸附 普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重的1.5%2.0%，通过同化作用可去除磷12%20%。生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥中磷含量占到干重5%6%。生物强化除磷工艺 如果还不能满足排放标准，就必须借助化学法除磷。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）生物除磷机理污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）生物强化除磷
13、工艺 利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对污水中溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB(聚-羟基丁酸)的形态储藏于体内。聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。厌氧环境中：污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。剩余污泥中包
14、含过量吸收磷的聚磷菌，也就是从污水中去除的含磷物质。普通活性污泥法通过同化作用除磷率可以达到12%20%。而具生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥中含磷量可以占到干重5%6%，去除率基本可满足排放要求。好氧环境中：污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）（1）厌氧环境条件：（a）氧化还原电位：Barnard、Shapiro等人研究发现，在批式试验中，反硝化完成后，ORP突然下降，随后开始放磷，放磷时ORP一般小于100mV；（b）溶解氧浓度：厌氧区如存在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不会诱导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质；（c）NOx-浓度：产酸菌利用NOx-作为
15、电子受体，抑制厌氧发酵过程，反硝化时消耗易生物降解有机质。生物除磷影响因素：污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）（2）有机物浓度及可利用性：碳源的性质对吸放磷及其速率影响极大，传统水质指标很难反映有机物组成和性质，ASM模型对其进一步划分为：（a）1987年发展的ASM1:CODtot=SS+SI+XS+XI （b）1995年发展的ASM2:溶解性与颗粒性：SA+SF+SI+XSXI S表示溶解性组分，X表示颗粒性组分；下标S溶解性，I惰性，A发酵产物，F可发酵的易生物降解的。生物除磷影响因素：污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）（3）污泥龄：污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量，污泥龄
16、越长，污泥含磷量越低，去除单位质量的磷须同时耗用更多的BOD。Rensink和Ermel研究了污泥龄对除磷的影响，结果表明：SRT=30d时，除磷效果40%；SRT=17d时，除磷效果50%；SRT=5d天时，除磷效果87%。同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾。生物除磷影响因素：污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）（4）pH：与常规生物处理相同，生物除磷系统合适的pH为中性和微碱性，不合适时应调节。生物除磷影响因素：（5）温度：在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快；温度低时应适当延长厌氧区的停留时间或投加外源VFA。（6）其他：影响系统除磷效果的还有污泥沉降性能和剩余污泥处置方法等。污水
17、的生物处理（一）污水的生物处理（一）(1)A/O法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统。厌氧-好氧除磷工艺流程（三）（三）生物除磷及生物脱氮除磷工艺生物除磷及生物脱氮除磷工艺1.A/O生物除磷工艺污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）(2)Phostrip去除磷工艺流程：污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺2.A2/O工艺A2/O工艺基本流程污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）进水进水沉淀池沉淀池厌氧池厌氧池缺氧池缺氧池好氧池好氧池剩余污泥剩余污泥出水出水内回流内回流污泥回流污泥回流进进气气管管污水
18、的生物处理（一）污水的生物处理（一）3.改进的Bardenpho工艺污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）4.UCT工艺污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）5.SBR工艺 SBR工艺是将除磷脱氮的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）SBR工艺采用间歇运行方式，污水间歇进入处理系统并间歇排出。系统内只设一个处理单元，该单元在不同时间发挥不同的作用，污水进入该单元后按顺序进行不同的处理。SBR的一个运行周期包括五个阶段。阶段1为进水期，污水在该时段内连续进入处理池内，直至达到最高运行液位；阶段2为曝气期，在该期内既不进水也不排水，但开启
19、曝气系统进行曝气，使污染物进行生物降解；阶段3为沉淀期，在该时段内不进水或也不排水，也不曝气，反应池处于静沉状态，进行泥水分离；阶段4为排水期，在该期内将分离出的上清液连续排出；阶段5为空载排泥期，池中无污水，只有沉淀分离出的活性污泥，共中的部分污泥作为剩余污泥被排出。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）6.氧化沟污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）四、主要的脱氮除磷活性污泥法功能表及影响因素四、主要的脱氮除磷活性污泥法功能表及影响因素1.脱氮除磷工艺及功能表污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）进水磷浓
20、度为10mg/L时，SRT和BODL的去除率对出水磷浓度的影响：BODL的去除量的去除量/（mgL-1）泥龄泥龄/d361530出水出水PO43-P浓度浓度/（mgL-1）1009.09.19.49.53007.07.48.18.55005.05.76.87.5100001.43.65.1污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）六、运行实例污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）印染工序有印染工序有：褪浆、煮炼、漂白、丝光、染色、印花、整理：褪浆、煮炼、漂白、丝光、染色、印花、整理废水主要来自废水主要来自漂炼、印染和整理漂炼、印染和整理车间。车间。褪浆工艺褪浆工艺是利用化学药剂去除纺织物上杂质
21、和浆料，便于下是利用化学药剂去除纺织物上杂质和浆料，便于下 道工序加工。污水中主要含天然浆料、合成浆料道工序加工。污水中主要含天然浆料、合成浆料(浆料系有浆料系有机物机物)，所以，所以褪浆污水一般为有机废水，褪浆污水一般为有机废水，BOD5值相当值相当高。高。煮炼工艺煮炼工艺是为了去除织物所含蜡质、果胶、油脂和机油等杂是为了去除织物所含蜡质、果胶、油脂和机油等杂质，使用原料有烧碱和表面活性剂。质，使用原料有烧碱和表面活性剂。煮炼废水的碱性很强，煮炼废水的碱性很强，水量大，水量大，pH值在值在14以上，有机物含量高，以上，有机物含量高，BOD5值也相当值也相当高，主要污染物为纤维上杂质及其作用后
22、产物，烧碱、表高，主要污染物为纤维上杂质及其作用后产物，烧碱、表面活性剂和其他化学助剂，水温也相当面活性剂和其他化学助剂，水温也相当高。高。染色及印花废水的特点是水质变化频繁，染色主要污染物为染色及印花废水的特点是水质变化频繁，染色主要污染物为染料和助染剂及其反应产物。由于染色过程多采用活性染料，染料和助染剂及其反应产物。由于染色过程多采用活性染料，造成染色污水色度高，可达几十万倍，造成染色污水色度高，可达几十万倍，00Dcr高，但高，但BOD5值较低。如表值较低。如表48，各工序废水混合后的，各工序废水混合后的CODcr值为值为300-1000mg/l，BOD5 150-350mg/l，色度
23、为，色度为170-600倍。倍。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）废水治理工艺原理废水治理工艺原理 1、水质情况、水质情况 该厂印染废水中含淀粉、纤维素、醇类等物该厂印染废水中含淀粉、纤维素、醇类等物质，总磷量力质，总磷量力0.9-1.3mg/l，此外废水中含尿，此外废水中含尿素、硝酸盐等物质，提供了氮源，因此废素、硝酸盐等物质，提供了氮源，因此废水满足了微生物生长的需要，且废水中对水满足了微生物生长的需要，且废水中对微生物有毒的物质含量少，水温、微生物有毒的物质含量少，水温、pH值均值均适宜微生物正常活动及生存。因此采用活适宜微生物正常活动及生存
24、。因此采用活性污泥生化处理法能满足净化废水的目的。性污泥生化处理法能满足净化废水的目的。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）2、工艺流程图污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）3、主要构筑物和设备的技术参数 四座矩形表面加速曝气池的处理设施。四座矩形表面加速曝气池的处理设施。污水泵房污水泵房一座一座(10.5x 4.7)m2，有二台，有二台30kW的的4PWA污水泵及二台污水泵及二台22kw的的 4PWA污水泵污水泵调节池调节池，其容积为，其容积为(18x18x1.8)m3，调节时间为，调节时间为1.3h，曝气池容积曝气池容积为（为（995.7）m3，曝气时间曝气时间为为4h，BOD5负
25、荷负荷0.3-0.5 kgBOD/(kgMLSSd)，容积负荷为，容积负荷为3kg/(m3d)。曝气机叶轮直径曝气机叶轮直径1.4m，线速度，线速度3.5-5m/min，提升力，提升力30-82.5kg/h，沉淀池沉淀池四座，其容积为四座，其容积为(9x 9x 5.7)m3。沉淀区面积。沉淀区面积47-52m2，澄清，澄清区容积区容积 为为144.5-170m3，澄清区宽度，澄清区宽度5.55-6.2m，上升流速，上升流速0.44mm/s，有效水深，有效水深3.1-3.3m，停留时间，停留时间1.5h。每池设有二根污。每池设有二根污泥回流管泥回流管750mm)，回流比，回流比l：4。矩形表面加
26、速曝气池具有如下特点。矩形表面加速曝气池具有如下特点。a 曝气区敞开、表面积大，气液界面大，因而充氧效率较曝气区敞开、表面积大，气液界面大，因而充氧效率较高。高。b 曝气池呈矩形，利用四角作挡流板，混合液不会产生旋曝气池呈矩形，利用四角作挡流板，混合液不会产生旋涡，混合性能较好。涡，混合性能较好。c 曝气池与沉淀池分开，相互干扰少。曝气池与沉淀池分开，相互干扰少。d单边窗口导流，易控制回流比。单边窗口导流，易控制回流比。e 池的结构简单，池壁呈平面，施工方便，造价低，基建池的结构简单，池壁呈平面，施工方便，造价低，基建投资费用少。投资费用少。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）4、综合评价
27、、综合评价该生化处理设施各部分结构合理，基本满足了充氧、混合、导流、回流以及气水分离、泥水分离等各方面的要求。a 曝气池属合建式，但曝气区和沉淀区分开，以联导管形式回流。回流管喇叭口离沉淀区底层距离不，靠近曝气机侧为20cm，另一侧为30cm，喇叭口直径为1m，用这种形式回流，曝气区与沉淀区相互干扰少，泥水分离和气水分离情况较好，如控制适当回流比即可保持沉淀区的平静。b 根据该 厂污水水质情况，采用联导管形式回流，污泥沉积现象较少，采用空压机定期进行强制污泥回流，更能解决使用联导管形式回流所存在的不同程度的回流不畅的问题。污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）c 沉淀池是活性污泥系统的主要组
28、成部分，用以澄沉淀池是活性污泥系统的主要组成部分，用以澄清混合液，并回流活性污泥。其效果好坏，直接清混合液，并回流活性污泥。其效果好坏，直接影响出水的水质和回流污泥的质量。而水在沉淀影响出水的水质和回流污泥的质量。而水在沉淀区的上升流速对沉淀效果的影响比沉淀时间更为区的上升流速对沉淀效果的影响比沉淀时间更为重要。由于重要。由于印染污水中溶解性有机物较多，活性印染污水中溶解性有机物较多，活性污泥灰分少，污泥灰分少，SVI值较高值较高，可采用稍低的，可采用稍低的上升流速上升流速。因此在第二曝气池增大了导流区及。因此在第二曝气池增大了导流区及沉淀区的面沉淀区的面积，使水在沉淀区的上升流速由原来的积，
29、使水在沉淀区的上升流速由原来的0.5mm/s降降低到低到0.42nnn/s，提高了澄清效果。导流区出口处，提高了澄清效果。导流区出口处装装斜板，呈斜板，呈45度倾斜，伸向沉淀区，便于泥水度倾斜，伸向沉淀区，便于泥水分离。分离。d该生化处理设备是通过曝气池内叶轮的转动来提供微生物分离氧化有机污染物所需的氧气，而叶轮的充氧能力(即单位时间内供给液体的氧量)与叶轮直径、叶轮线速度、叶轮浸没水中深度和曝气池形状有关，叶轮转速过大，将打碎活性污泥并干扰沉淀区的沉淀，影响处理效果；转速过小，则影响充氧能力及污泥回流。叶轮浸没深度如果在临界浸没水深之下，不仅负压区被水膜阻隔，而且水跃情况大为削弱，甚至不能形成水跃，仅起搅拌作用。如果叶轮设置过浅，提升能力将大为削弱，从而使充氧能力下降。必须适当调节叶轮线速度及浸没水中深度来控制充氧能力。目前该设施所采用的叶轮直径为1.4m，叶轮转速线速度为3.9-4.1m/min，叶轮浸没水中深度为4cm，叶轮旋转时在其周围形成的水跃情况良好。