第四章、污水的生物处理 教学要求 正是 、掌握活性污泥法的基本原理及其反应杌理 2、理解活性污泥法的重要概念与指标参数:如活性 污泥、剩余污泥、MLSS、 MLVSS、sV、SⅥ、Q 容积负荷、污泥产率等。 3、理解活性污泥反应动力学基础及其应用。 4掌握活性污泥的工艺技术或运行方式 5、掌握曝气理论。 6熟练掌握活性泻泥系统的计算与设计 时间安排20h(中机动2
第四章、污水的生物处理 教学要求 1、掌握活性污泥法的基本原理及其反应机理 2、理解活性污泥法的重要概念与指标参数：如活性 污泥、剩余污泥、MLSS、MLVSS、SV、SVI、Qc、 容积负荷、污泥产率等。 3、理解活性污泥反应动力学基础及其应用。 4、掌握活性污泥的工艺技术或运行方式； 5、掌握曝气理论。 6、熟练掌握活性污泥系统的计算与设计； 时间安排 20h（其中机动2h）
1.基本概念与流程 活性污泥:是由多种好氧微生物、某些兼性或厌氧微生物以 及废水中的固体物质、胶体等交织在一起的呈黄褐色絮体 活性污泥法:是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。 实质:人工强化下微生物的新陈代谢(包括分解和合成, 合成 呼吸 新细胞 (氧化) 自养菌 oCO,HO能,NH 有机物 (可生物降解) HO,能,NO 异养菌 自养菌 合成 残存物质 口 新细胞 成 CO2,H,能NH3新 No 内源呼吸 细能 胞 图12可生物降解有机物降解过程示意图
一、活性污泥法的基本原理 1. 基本概念与流程 • 活性污泥：是由多种好氧微生物、某些兼性或厌氧微生物以 及废水中的固体物质、胶体等交织在一起的呈黄褐色絮体。 • 活性污泥法：是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。 • 实质：人工强化下微生物的新陈代谢(包括分解和合成)
活性污泥法的工艺流程:(p123图4-16) -3-(4 a.预处理设施:包括初次池、调节池和水解酸化池,主要作 用是去除SS、调节水质,使有机氮和有机磷变成NH4或正磷 酸盐、大分子变成小分子,同时去除部分有机物 b曝气池:工艺主体,其通过充氧、搅拌、混合、传质实现 有机物的降解和硝化反应、反硝化反应 c二次沉淀池:泥水分离,澄清净化、初步浓缩活性污泥。 生物处理系统:微生物或活性污泥降解有机物,使污水净化 但同时增殖。为控制反应器微生物总量与活性,需要回流部 分活性污泥,排岀部分剩余污泥;回流污泥是为了接种,排 放剩余污泥是为了维持活性污泥系统的稳定或MLSS恒定
• 活性污泥法的工艺流程：(p123图4－16） a.预处理设施：包括初次池、调节池和水解酸化池，主要作 用是去除SS、调节水质，使有机氮和有机磷变成NH+ 4或正磷 酸盐、大分子变成小分子，同时去除部分有机物。 b.曝气池：工艺主体，其通过充氧、搅拌、混合、传质实现 有机物的降解和硝化反应、反硝化反应。 c.二次沉淀池：泥水分离，澄清净化、初步浓缩活性污泥。 • 生物处理系统：微生物或活性污泥降解有机物，使污水净化， 但同时增殖。为控制反应器微生物总量与活性，需要回流部 分活性污泥，排出部分剩余污泥；回流污泥是为了接种，排 放剩余污泥是为了维持活性污泥系统的稳定或MLSS恒定
活性污泥的特征与微生物 ①特征 a、形态:在显微镜下呈不规则椭圆状,在水中呈 “絮状”。 b、颜色:正常呈黄褐色,但会随进水颜色、曝气程 度而变(如发黑为曝气不足,发黄为曝气过度) 理化性质:p=100~1.006,含水率99%,直径大 小0.02~0.2mm,表面积20~100cm2/m1,pH值约 67,有较强的缓冲能力。其固相组分主要为有机 物,约占75~85%。 d、生物特性:具有一定的沉降性能和生物活性。 (理解:自我繁殖、生物吸附与生物氧化) 、组成:由微生物群体Ma,微生物残体Me,难降 解有机物Mi,无机物Mi四部分组成
2、活性污泥的特征与微生物 ①特征 a、形态：在显微镜下呈不规则椭圆状，在水中呈 “絮状” 。 b、颜色：正常呈黄褐色，但会随进水颜色、曝气程 度而变（如发黑为曝气不足，发黄为曝气过度）。 c、理化性质：ρ=1.002～1.006，含水率99%，直径大 小0.02～0.2mm，表面积20～100cm2 /ml，pH值约 6.7，有较强的缓冲能力。其固相组分主要为有机 物，约占75～85%。 d、生物特性：具有一定的沉降性能和生物活性。 （理解：自我繁殖、生物吸附与生物氧化）。 e、组成：由微生物群体Ma，微生物残体Me，难降 解有机物Mi，无机物Mii四部分组成
②微生物组成及其作用 组成:包括细菌、真菌、原生动物、后生动物及其食 物链。 细菌:以异养型原核生物(细菌)为主,数量107~108 ml,自养菌数量略低。其优势菌种:产碱杆菌属 等,它是降解污染物质的主体,具有分解有机物的能 力 真菌:由细小的腐生或寄生菌组成,具分解碳水化合 物,脂肪、蛋白质的功能,但丝状菌大量增殖会引发 污泥膨胀 原生动物:肉足虫,鞭毛虫和纤毛虫3类、捕食游离 细菌。其出现的顺序反映了处理水质的好坏(这里的 好坏是指有机物的去除),最初是肉足虫,继之鞭毛 虫和游泳型纤毛虫;当处理水质良好时出现固着型 毛虫,如钟虫、等枝虫、独缩虫、聚缩虫、盖纤虫等
②微生物组成及其作用 • 组成：包括细菌、真菌、原生动物、后生动物及其食 物链。 • 细菌：以异养型原核生物(细菌)为主，数量107～108 个/ml，自养菌数量略低。其优势菌种：产碱杆菌属 等，它是降解污染物质的主体，具有分解有机物的能 力。 • 真菌：由细小的腐生或寄生菌组成，具分解碳水化合 物，脂肪、蛋白质的功能，但丝状菌大量增殖会引发 污泥膨胀。 • 原生动物：肉足虫，鞭毛虫和纤毛虫3类、捕食游离 细菌。其出现的顺序反映了处理水质的好坏（这里的 好坏是指有机物的去除），最初是肉足虫，继之鞭毛 虫和游泳型纤毛虫；当处理水质良好时出现固着型纤 毛虫，如钟虫、等枝虫、独缩虫、聚缩虫、盖纤虫等
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后生动物(主要指轮虫),捕食菌胶团和原生动物,是水质稳 定的标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处 理的质量 分散 生线留食物量 活性污泥微生物 的相对消 游泳 鞭毛虫 型纤毛虫类 有柄纤毛虫类 肉足 虫类 轮虫类 思考题:后生动物的出现反映了处理水质较好,因此能否说 明出水氨氮较低,氨氮在生物处理过程中被硝化?
后生动物(主要指轮虫），捕食菌胶团和原生动物，是水质稳 定的标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处 理的质量。 • 思考题：后生动物的出现反映了处理水质较好，因此能否说 明出水氨氮较低，氨氮在生物处理过程中被硝化？
③微生物增殖与活性污泥的增长: a、微生物増值:在污水处理系统或曝气池内微生物的增殖规 律与纯菌种的增殖规律相同,即停滞期(适应期),对数期, 静止期(也减速增殖期)和衰亡期(内源呼吸期) b、从时间上看: 停带期:污泥驯化培养的最初阶段,即细胞内各种酶系统的适 应期。此时菌体不裂殖、菌数不增加 对数期:细胞以最快速度进行裂殖,细菌生长速度最大,此时 微生物的营养物质丰富,生物生长繁殖不受底物或基质限制。 如A段;在此阶段微生物增长的对数值与时间呈直线关系。其 微生物数量大,但个体小,其净化速度快,但效果较差,只能 用于前段处理(相当于生物一级强化工艺)。 减速增殖期:由于营养物质被大量耗消,此时细胞增殖速度与 死亡速度相当。活菌数量多且超于稳定,个体趋于成熟。如B 段(相当于二级处理)
③微生物增殖与活性污泥的增长： a、微生物增值：在污水处理系统或曝气池内微生物的增殖规 律与纯菌种的增殖规律相同，即停滞期（适应期），对数期， 静止期（也减速增殖期）和衰亡期（内源呼吸期）。 b、从时间上看： • 停带期：污泥驯化培养的最初阶段，即细胞内各种酶系统的适 应期。此时菌体不裂殖、菌数不增加。 • 对数期：细胞以最快速度进行裂殖，细菌生长速度最大，此时 微生物的营养物质丰富，生物生长繁殖不受底物或基质限制。 如A段；在此阶段微生物增长的对数值与时间呈直线关系。其 微生物数量大，但个体小，其净化速度快，但效果较差，只能 用于前段处理 （相当于生物一级强化工艺）。 • 减速增殖期：由于营养物质被大量耗消，此时细胞增殖速度与 死亡速度相当。活菌数量多且超于稳定，个体趋于成熟。如B 段（相当于二级处理）
衰亡期:营养物基本耗尽,微生物只能利用菌体内贮存物质 大多数细胞出现自溶现象,细菌死亡多,增殖少,但细胞个 体最大、净化效果强(对有机物而言)。同时,自养菌比例 上升,硝化作用加强。如氧化沟或硝化段(相当于二级半或 延时曝气工艺)。 可见不同增殖期对应于不同微生物组合,对应于不同生物处 理工 C、从空间看: 由前至后污染物浓度不断降低,微生物数量由对数期逐步过 渡至衰亡期,微生物组成由细菌逐步过度为轮虫等,水质逐 步变好—类似于水体自净这一污水处理的原型。 ④絮体形成: 活性污泥的核心——菌胶团,它是成千上万细菌相互粘附形 成的生物絮体。其在对数增长期,个体处于旺盛生长,其运 动活性大于范性华力,菌体不能结合;但到了衰亡期,动能 低微,范过华力大,菌体相互粘附,形成生物絮体,因此静 止期与衰亡期个体是活性污泥的重要微生物
• 衰亡期：营养物基本耗尽，微生物只能利用菌体内贮存物质， 大多数细胞出现自溶现象，细菌死亡多，增殖少，但细胞个 体最大、净化效果强（对有机物而言）。同时，自养菌比例 上升，硝化作用加强。如氧化沟或硝化段（相当于二级半或 延时曝气工艺）。 可见不同增殖期对应于不同微生物组合，对应于不同生物处 理工艺。 C、从空间看： 由前至后污染物浓度不断降低，微生物数量由对数期逐步过 渡至衰亡期，微生物组成由细菌逐步过度为轮虫等，水质逐 步变好——类似于水体自净这一污水处理的原型。 ④絮体形成： • 活性污泥的核心——菌胶团，它是成千上万细菌相互粘附形 成的生物絮体。其在对数增长期，个体处于旺盛生长，其运 动活性大于范性华力，菌体不能结合；但到了衰亡期，动能 低微，范过华力大，菌体相互粘附，形成生物絮体，因此静 止期与衰亡期个体是活性污泥的重要微生物
活性污泥反应(净化)机理: 反应或浄化:指有机污染物作为营养物质被微生物摄取、代 谢与利用的过程,是物理、化学、生物化学作用的综合,其 机理如下: 1)初期吸附去除: 污水与活性污泥接触5~10min,污水中大部分有机物(70%以 上的BOD,75%以上COD)迅速被去除。此时的去除并非降解 而是被污泥吸附,粘着在生物絮体的表面,这种由物理吸附 和生物吸附交织在一起的初期高速去除现象叫初期吸附 思考题:为什么说是吸附? 其吸附速度取决于: ①微生物的活性程度——饥饿程度,衰亡期最强; ②水动力学条件:泥水接触或混合越迅速、越均匀、液膜更 新越快,接触时间越长则越好;泥水接触水力学状态以湍流 或紊流为好,但过大会击碎絮体
3、活性污泥反应（净化）机理： • 反应或净化：指有机污染物作为营养物质被微生物摄取、代 谢与利用的过程，是物理、化学、生物化学作用的综合，其 机理如下： 1）初期吸附去除： • 污水与活性污泥接触5～10min，污水中大部分有机物(70%以 上的BOD，75%以上COD)迅速被去除。此时的去除并非降解， 而是被污泥吸附，粘着在生物絮体的表面，这种由物理吸附 和生物吸附交织在一起的初期高速去除现象叫初期吸附。 • 思考题：为什么说是吸附？ 其吸附速度取决于 ： • ① 微 生 物 的 活 性 程 度 —— 饥 饿 程 度 ， 衰 亡 期 最 强 ； ②水动力学条件：泥水接触或混合越迅速、越均匀、液膜更 新越快，接触时间越长则越好；泥水接触水力学状态以湍流 或紊流为好，但过大会击碎絮体