第二章 废水好氧生物处理工程内容：第一节 废水处理技术概述第二节 活性污泥法第三节 生物膜法2021/8/61第一节 生物处理技术概述 一、生物处理的基本原理生物处理的主体是微生物。有机物的转化广义上可以定义为两种： 矿化和共代谢2021/8/62 矿化是将有机物完全无机化的过程，是与微生物生长包括分解代谢与合成代谢过程相关的过程。 共代谢通常是由非专一性酶促反应完成的，不导致细胞质量或能量的增加,使有机物得到修饰和转化，但不能使其分子完全分解。2021/8/631.好氧生物处理的基本原理 在好氧条件下，有机物在好氧微生物的作用下氧化分解，有机物浓度下降，微生物量增加。微生物将有机物摄入体内后，以其作为营养源加以代谢，代谢按两条途径进行：合成代谢和分解代谢2021/8/64图6-1 有机物好氧分解图示2021/8/65 在有机物的好氧分解过程中，有机物的降解、微生物的增殖及溶解氧的消耗这三个过程是同步进行的，也是控制好氧生物处理成功与否的关键过程。2021/8/66（1）有机物的降解图6-2 有机物好氧生物降解的一般途径2021/8/67（2）微生物的增殖图6-3 静态培养微生物生长曲线2021/8/68（3）溶解氧的提供 溶解氧是影响好氧生物处理过程的重要因素。 充足的溶解氧供应有利于好氧生物降解过程的顺利进行。 溶解氧的需求量与微生物的代谢过程密切相关。 在不同的好氧生物处理过程和工艺中，溶解氧的提供方式也不同。2021/8/692.厌氧生物处理的基本原理 厌氧生物处理是在无氧条件下，利用多种厌氧微生物的代谢活动，将有机物转化为无机物和少量细胞物质的过程。2021/8/610（1）厌氧生物分解有机物的过程图6-4 有机物厌氧分解过程2021/8/611 水解阶段 复杂有机物首先在发酵性细菌产生的胞外酶的作用下分解为溶解性的小分子有机物。该过程通常比较缓慢，是复杂有机物厌氧降解的限速阶段。 发酵（酸化）阶段 溶解性小分子有机物进入发酵菌（酸化菌）细胞内，在胞内酶作用下分解为挥发性脂肪酸（VFA),同时合成细胞物质。2021/8/612 产乙酸阶段 发酵酸化阶段的产物丙酸、丁酸、乙醇等，在此阶段经产氢产乙酸菌作用转化为乙酸、氢气和二氧化碳。 产甲烷阶段 产甲烷菌通过以下两个途径之一，将乙酸、氢气和二氧化碳等转化为甲烷。其一是在二氧化碳存在时，利用氢气生成甲烷。其二是利用乙酸生成甲烷。2021/8/613（2）水解处理 水解处理是指将厌氧过程控制在水解或酸化阶段，利用兼性的水解产酸菌将复杂有机物转化为简单有机物。能降低污染物的复杂程度，提高后续好氧生物处理的效率。（3）缺氧处理在没有分子氧存在的条件下，一些特殊的微生物类群可以利用含有化合态氧的物质进行代谢活动。2021/8/614二、微生物催化降解的必要条件1.存在含有某种降解酶的微生物。2.微生物必须在目标化合物出现的环境中出现。3.化合物必须是具有适宜酶的微生物可获得的。4. 如果产生降解的启动酶是胞外酶，酶作用的化学键必须暴露以利于催化作用发生，这种条件并不是总能满足，因为许多化合物会发生吸附。2021/8/6155. 催化起始降解的酶如果是胞内酶，化合物分子则必须进入细胞内部的酶作用位点，或者胞外反应产物进入细胞内部进行进一步降解。6. 由于能作用于多种合成化合物的细菌或真菌种群或生物量起始浓度较低，环境条件必须适合具有活性潜力的微生物增殖。2021/8/616三、影响生物降解的因素1.微生物活性2.目标化合物特征3.环境因素（1）营养（2）温度（3）pH（4）氧2021/8/617第二节 废水处理技术概述废水包括生活污水和工业废水工业废水是生产污水和生产废水的总称一、废水水质指标2021/8/618水质指标是水污染控制工程的基础，其主要作用是： 1）表示水的污染程度 2）表示处理厂的处理效果 3）作为设计处理工程的指标 4）作为污水排入水体的标准制定、检验等。 2021/8/6191. 生物化学需氧量（BOD） 生化需氧量表示在有氧的情况下，由于微生物的活动，可降解有机物稳定化所需的氧量。BOD越大，表示水体中的有机物越多，污染越严重。2021/8/6202.化学需氧量（COD） 化学需氧量是指在一定条件下水中有机物与强氧化剂（如 K2CrO4,KMnO4 )作用所消耗的氧量。水中的COD不仅代表水中有机物的含量，同时也包括水中还原性无机物被氧化的耗氧量。2021/8/621根据BOD/COD的比值可以初步评介废水的可生化性。一般来说： BOD/COD =0.4 BOD/COD =0.4 可生化性较好，适合于用生可生化性较好，适合于用生化处理方法。化处理方法。 BOD/COD =0.3BOD/COD =0.30.4 0.4 可生化性一般，可以用生可生化性一般，可以用生化处理方法。化处理方法。 BOD/COD =0.2BOD/COD =0.20.3 0.3 可生化性较差，需驯化后可生化性较差，需驯化后用生化处理方法。用生化处理方法。BOD/COD 0.2 BOD/COD 0.2 可生化性很差，不适合于用生可生化性很差，不适合于用生化处理方法。化处理方法。 2021/8/6223、 悬浮固体（Suspended Solid, SS） 悬浮固体悬浮固体 SSSS；挥发性悬浮固体挥发性悬浮固体 VSSVSS； 总固体总固体 TSTS； 2021/8/623PH；颜色；温度；氨氮；溶解固体；氯化物。有毒物指标：重金属；硫化物；氰化物；有毒物指标：重金属；硫化物；氰化物； 其它有机物；其它有机物； 三致物质及高稳定有机合成化三致物质及高稳定有机合成化合物。合物。 （细菌总数；大肠菌指数。（细菌总数；大肠菌指数。-微生物指标）微生物指标） 4、 无机性水质指标 2021/8/624二、废水处理的方法按照作用原理和去除对象可分为： 物理法 化学法 生物法2021/8/6251.废水的物理处理法利用物理作用分离废水中呈悬浮状态的污染物质。使用的处理设备有：格栅、筛网、沉砂池、沉淀池、滤池、气浮装置、离心机等。2021/8/6262.废水的化学处理法利用化学反应作用来分离、转化、破坏或回收废水中的污染物，使其转化为无害物质。通常通过向废水中投加某些化学物质，从而达到净化废水的目的。2021/8/6271）中和处理法 酸或碱2）混凝处理法 3) 化学沉淀法4）氧化 还原法5）吸附法6）离子交换法7）膜分离法2021/8/6283.废水生物处理法采取一定的措施，使微生物大量生长和繁殖，从而提高微生物氧化、分解有机污染物的一种技术。2021/8/629(1)活性污泥法 是当前应用最广泛的一种生物处理技术。(2)生物膜法 生物滤池 、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床等(3)自然生物处理法 稳定塘和土地处理法(4)厌氧生物处理法 利用兼性厌氧菌和专门厌氧菌在无氧条件下降解有机污染物的处理技术。(5)废水的脱磷除氮2021/8/630第二节 活性污泥法 一、活性污泥与活性污泥法一、活性污泥与活性污泥法 有机废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，这种污泥絮体就是活性污泥。 活性污泥法就是以含于废水中的有机污染物为培养基，在有溶解氧的条件下，连续地培养活性污泥，再利用其吸附凝聚和氧化分解作用净化废水中有机污染物。普通活性污泥法处理系统如图7-3。2021/8/6312021/8/632活性污泥处理系统有效运行的基本条件：活性污泥处理系统有效运行的基本条件：（1）废水中有足够的可溶性易降解有机物；（2）曝气池中有足够的氧气；（3）活性污泥在池中呈悬浮状态，可与废水充分接触；（4）活性污泥连续回流，及时排出剩余污泥；（5）没有对微生物有毒害作用的物质进入。2021/8/633二、活性污泥法中的微生物及其变化规律（一）微生物种类 细菌 ：是生物相中的主要成分是生物相中的主要成分,形成菌胶团形成菌胶团 原生动物：鞭毛虫、肉足虫、纤毛虫 真菌 ：主要是霉菌，一般呈丝状主要是霉菌，一般呈丝状 后生动物： 轮虫类、线虫类等。2021/8/634（二）活性污泥的增长曲线 2021/8/635（三）吸附基质，代谢，自身繁殖 以及消耗水中溶解氧的关系 2021/8/636三、活性污泥的性能指标三、活性污泥的性能指标 活性污泥的性能决定着净化结果的好坏。 （一）混合液悬浮固体 （MLSS）（二）污泥沉降比（SV） （三）污泥体积指数（SVI） （四）污泥密度指数（SDI） 2021/8/637四、影响活性污泥性能的四、影响活性污泥性能的环境因素环境因素 （一）溶解氧（DO) 不低于2mg/L（二）水温 1525 （三）营养料 碳源、氮源以及微量的钾，镁， 铁，维生素等 （四）有毒物质 重金属离子 锌，铜，镍，铅，铬等 非金属化合物 酚，醛，氰化物，硫化物等（五）pH 6.58.5 2021/8/638五、运行中常见的问题（一）污泥膨胀 广义地把活性污泥的凝聚性和沉降性恶化，以及处理水浑浊的现象总称为活性污泥的膨胀。 1.丝状体膨胀 2.非丝状体膨胀（二）污泥上浮2021/8/639（3）污泥的致密和减少 有机物减少，曝气时间过长，回流比小而剩余污泥排放量大，污泥上浮而流失等。（4）泡沫问题 合成洗涤剂或其他起泡物质。2021/8/640六、活性污泥法的发展1.深水曝气活性污泥法2.纯氧曝气活性污泥法 以纯氧代替空气3.活性炭载体活性污泥法 4.活性污泥法除氮除磷5.凝聚剂活性污泥法2021/8/641第三节 生物膜法一、生物膜法的基本原理 微生物附着在固体滤料的表面上，在固体介质表面形成生物膜，废水同生物膜相接触而得到处理，所需氧气一般来自大气。所以又称为生物过滤法。2021/8/642（一）生物膜法分类 生物滤池是生物膜法中最重要的处理设备，根据生物膜与废水的接触方法及介质的种类，分为： 1.润壁型生物膜法 如生物滤池 生物转盘 2.浸没型生物膜法 接触氧化法 3.流动床型生物膜法 2021/8/643（二） 生物膜的形成及特点 在生物膜净化构筑物中，填充着相当多的挂膜介质。当有机废水均匀地淋洒在介质表层上后，便沿介质表面向下渗流。在充分供氧的条件下，接种的或原存在废水中微生物就在介质表面增殖。这些微生物吸附水中的有机物，迅速进行降解有机物的生命活动，逐渐在介质表面形成了粘液状的生长有极多微生物的膜，称为生物膜。2021/8/644生物膜是生物处理的基础，必须保持足够的数量才能达到净化目的。一般，生物膜厚度介于23mm较为理想，膜太厚，会影响通风，造成堵塞。2021/8/645二、生物滤池（一）生物滤池的基本原理 1. 生物膜构造 2. 生物滤池的基本流程2021/8/646 生物膜构造剖面示意图2021/8/647 生物滤池的基本流程 2021/8/648（二）生物滤池的基本特征1.微生物群 上层 细菌 中下层 原生动物和微型后生动物2. 生物链长，污泥量少，当负荷低时，出水水质高度硝化，依靠自然通风供氧，运行费用低。2021/8/649三、生物滤池的构造1.池体2.滤料 质轻、比表面积大和孔隙率高3.布水装置4.排水系统 渗水顶板、集水沟、排水渠2021/8/650 高负荷生物滤池构造示意图2021/8/651 旋转布水器示意图 2021/8/652 常用渗水装置 示意图 2021/8/653（二）影响生物滤池功能的 主要因素1. 滤床的比表面积和孔隙率2. 滤床的高度3. 负荷 有机负荷 水力负荷4. 回流5. 供氧2021/8/654