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水污染控制第4章 污水生物处理(一) -活性污泥法4.1 活性污泥法的基本原理1、活性污泥系统：1）系统由曝气池、二次沉淀池、污泥回流系统和曝气与空气扩散系统组成。2）该系统实质是：自然界水体自净的人工强化模拟。3）曝气池中，活性污泥分解有机物所需的氧由空压机送压缩空气并搅拌，使污水中的有机物与微生物充分接触，得以去除。4）剩余污泥与在曝气池内增长的污泥，在数量上应保持平衡。2、活性污泥形态及微生物构成 P98定义：由微生物与污水中有机的和无机固体物混凝交织在一起而形成的絮状体；并通过微生物的代谢作用， 将有机污染物转化为稳定的无机物质的活性体。形态：色：黄褐色的絮绒颗粒状；大小：0.020.2mm之间；含水率：99%左右；比重：略大于水（1.0021.006），可悬浮在水中；特性：有自我凝聚能力和沉降性能。微生物构成：1）细菌类：异养型原核细菌为主；一般地，芽孢杆菌多为好氧菌，梭状芽孢杆菌多为厌氧菌，假单胞菌多为兼性菌。2）真菌类：微小的腐生或寄生丝状菌，丝状菌的异常增殖（如丝状硫磺细菌）可能诱发活性污泥膨胀。3）原生动物：肉足虫、鞭毛虫和纤毛虫；通过显微镜镜检带柄固着型纤毛虫（如钟虫属、累枝虫属、聚缩虫属等）的出现，可判断活性污泥培养成熟程度。指示性微生物4）后生动物：主要为轮虫，亦是镜检的主要生物。3、活性污泥微生物的增殖生长曲线适应期：微生物细胞内各种酶系统对新环境的适应过程。微生物数量不增加，但个体增大；为缩短适应期，可将处于对数期的细菌接种到该培养基上。对数期：营养物质非常充分，微生物以最高速度增殖；细菌增殖速度与时间呈直线关系。减速期：营养物质成为微生物的控制因素，细菌增殖速度减慢，细菌增殖速度约等于死亡速度；细菌数量有所增加，但速度明显减小不成级数。内源呼吸期：培养基中营养物质严重不足，细菌依靠自身体内储存的物质维持生命活动；细菌数量减少。 活性污泥的能含量F/M（有机物量与微生物量的比值）是影响活性污泥微生物增殖速度的重要因素。通过F/M来控制细菌数量，达到水处理的最佳状态。 4、活性污泥絮凝体的形成1）F/M值因素 F/M值较低，微生物运动性能降低（减速期），动能小于范德华力，碰撞结合形成絮凝体； F/M值较高，微生物运动性能较高（对数期），动能大于范德华力，菌体不能结合。2）菌体因素:某些细菌本身分泌粘性多糖类胶体物质（如荚膜、粘液层等），促进絮凝体形成。5、活性污泥净化反应过程 P105初期吸附去除：活性污泥巨大的表面积使与其接触的有机物在短时间内（30min）被快速吸附。 一般地，内源呼吸期微生物吸附能力、自我凝聚能力较强（F/M值较低）。微生物的代谢：有机物被吸附后，经水解吸收进入微生物体内进行代谢。氧化分解：CxHyOz+O2-CO2+H2O-H合成代谢： CxHyOz+O2 +NH3-（C5H7NO2）n+CO2+H2O-H内源代谢：(C5H7NO2)n+O2-CO2+H2O+NH3-H各类微生物细胞物质的实验分子式分别是：细菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻类：C5H8NO2； 原生动物：C7H14NO3。4.2 活性污泥主要设计运行参数1、活性污泥净化反应影响因素营养物质平衡 BOD:N:P=100:5:1；微量金属元素溶解氧含量 好氧活性污泥=24mg/LpH值 6.58.5水温 一般控制在1535 之间，小于5时活性很小。有毒物质 重金属、部分有机物（城市生活污水应从严控制）2、活性污泥处理系统设计运行参数 P1121 混合液中活性污泥微生物量的指标1)混合液悬浮固体浓度(MLSS)定义：在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总质量（mg/L）。 MLSS=Ma+Me+Mi+Mii2）混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)定义：混合液活性污泥中有机性固体物质的浓度。 MLVSS=Ma+Me+Mi2 活性污泥沉降性能的指标1）污泥沉降比（SV）定义：混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率（%）。2）污泥容积指数（SVI）定义：在曝气池出口水的混合液，在经过30min静沉后,每克干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容积（mL）。一般地，SVI过低，污泥缺乏活性；过高，污泥沉降性能不佳且可能产生膨胀现象。城市生活污水SVI=70100（推荐采用80120）。3 生物固体平均停留时间(污泥龄)c定义：曝气池内活性污泥总量（VX）与每日排放污泥量之比（d）。即每日排泥量=剩余污泥排放量+处理水中MLSS量；忽略处理水中MLSS量（ (Q-Qw)Xe ）得：一般地，世代时间大于c的微生物，在曝气池内不可能繁衍成优势菌种（如，硝化细菌需增大停留时间）。4 BOD负荷（F/M值定量表示）1）BOD-污泥负荷（Ns)定义：曝气池内，单位重量（kg）活性污泥在单位时间(1d)内能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物的量（BOD）。2）BOD-容积负荷（Nv）定义：单位曝气池容积（m3），在单位时间(1d)内能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物量（BOD) 3）Ns与Nv的关系 Nv=XNs一般地，Ns控制在0.20.5kgBOD/(kgMLSSd)或1.53.0kgBOD/(kgMLSSd)(高负荷系统)两个范围内。4.3 活性污泥反应动力学 P122莫诺方程：莫诺方程式是描述微生物比增殖速度(有机底物比降解速度)与有机底物浓度之间的函数关系。(1)在高底物浓度的条件下，SKs在高浓度有机底物的条件下，有机底物以最大的速度进行降解，而与有机底物的浓度无关，呈零级反应关系。在高浓度有机底物的条件下，有机底物的降解速度与污泥浓度(生物量) 有关，井呈一级反应关系。(2) 在低底物浓度的条件下.SKs，有机底物降解遵循一级反应，有机底物的含量已成为有机底物降解的控制因素，因为在这种条件下，混合液中有机底物榷度已经不高，微生物增殖处于减速增殖期或内源呼吸期，微生物酶系统多未被饱和。4.4 活性污泥系统的运行方式一、传统推流式活性污泥法 pdf P1221、工艺流程2、主要优点1）处理效果好：BOD5的去除率可达90-95%；2）对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。3、主要问题1）为了避免池首端形成厌氧状态，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，占地面积较大；2）在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，会浪费了动力费用；3）对冲击负荷的适应性较弱。二、完全混合活性污泥法 pdf P127本工艺的主要特征是应用完全混合式曝气池。污水与回流污泥进入曝气池后，立即与地内混合液充分混台，可以认为池内混合液是已经处理而未经泥水分离的处理水。1、主要特点1）可以方便地通过对F/M的调节，使反应器内的有机物降解反应控制在最佳状态 ；2）进水一进入曝气池，就立即被大量混合液所稀释，所以对冲击负荷有一定的抵抗能力；3）适合于处理较高浓度的有机工业废水。 2、主要结构形式1）合建式（曝气沉淀池）；2）分建式。3、主要问题：活性污泥易于产生膨胀现象，处理水质一般低于推流式曝气池系统。三、阶段曝气活性污泥法1、工艺流程(分段进水活性污泥法或多点进水活性污泥法)2、主要特点1）废水沿池长分段注入曝气池，有机物负荷分布较均衡，改善了供养速率与需氧速率间的矛盾，有利于降低能耗；2）废水分段注入，提高了曝气池对冲击负荷的适应能力。3）混合液中的活性污泥浓度沿池长逐步降低，出流混合液的污泥较低，减轻二次沉淀池的负荷，有利于提高二次沉淀池固、液分离效果。四、吸附再生活性污泥法1、工艺流程(生物吸附法或接触稳定法) 2、主要特点：将活性污泥法对有机污染物降解的两个过程吸附、代谢稳定，分别在各自的反应器内进行。3、主要优点1）废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短（30-60min），吸附池容积较小，再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥，因此，再生池的容积也较小；2）具有一定的承受冲击负荷的能力，当吸附池的活性污泥遭到破坏时，可由再生池的污泥予以补充。4、主要缺点：处理效果低于传统法，对于溶解性有机物含量较高的废水，处理效果更差。 五、延时曝气活性污泥法1、主要特点1）有机负荷率非常低，曝气反应时间长，一般24h以上，污泥持续处于内源代谢状态，剩余污泥少且稳定，勿需再进行处理；2）处理出水出水水质稳定性较好，对废水冲击负荷有较强的适应性；3）在某些情况下，可以不设初次沉淀池。2、主要缺点：池容大、曝气时间长，建设费用和运行费用都较高，而且占地大；一般适用于处理水质要求高的小型城镇污水和工业污水，水量一般在1000m3/d以下。六、高负荷活性污泥法1、主要特点1）有机负荷率高，曝气时间短，处理效果较差；2）在工艺流程和曝气池的构造等方面与传统法基本相同。七、纯氧曝气活性污泥法1、主要特点1）纯氧中氧的分压比空气约高5倍，纯氧曝气可大大提高氧的转移效率；2）氧的转移率可提高到8090%，而一般的鼓风曝气仅为10%左右；3）可使曝气池内活性污泥浓度高达4000-7000mg/L，能够大大提高曝气池的容积负荷；4）剩余污泥产量少，SVI值也低（100），一般无污泥膨胀之虑。 八、浅层低压曝气法1、理论基础：只有在气泡形成和破碎的瞬间，氧的转移率最高。因此，没有必要延长气泡在水中的上升距离。2、特点1）其曝气装置一般安装在水下0.80.9米处，因此可以采用风压在1米以下的低压风机，动力效率较高，可达1.80-2.60kgO2/kw.h；2）其氧转移率较低，一般只有2.5%；九、深水曝气活性污泥法1、主要特点1）曝气池水深在7-8m以上。由于水压较大，氧的转移率可以提高，相应也能加快有机物降解速率；2）占地面积较小。十、深井曝气活性污泥法1、主要特点1）氧转移率高，约为常规法的10倍以上；2）动力效率高，占地少，易于维护运行；3）耐冲击负荷，产泥量少；4）一般可以不建初次沉淀池，但受地质条件的限制。4.5 活性污泥处理系统的新工艺一、氧化沟 P228+pdf P1331、特征1）构造方面：环形沟渠状，平面多为圆形或椭圆形， 沟深26m ；2）水流混合方面：介于完全混合与推流之间，可将其分为富氧区，缺氧区，取得脱氮效果；3）工艺方面：适应性强；泥龄长，具有反硝化脱氮效应；污泥产率低，通常无须进行消化处理2、曝气装置1）功能：向混合液供氧；使混合液中有机污染物，活性污泥，溶解氧充分接触；推动水流以一定流速（0.25m/s）沿池长循环流动。2）类型：横轴曝气装置；纵轴曝气装置3、常见类型 1）Carrousel 氧化沟 P233 由多沟串联氧化沟，二沉池及污泥回流系统组成；靠近曝气器的下游为富氧区，上游为低氧区，外环为缺氧区，形成生物脱氮环境条件。2）Orbal式氧化沟（同心圆型氧化沟） P238 由多个呈椭圆形同心沟渠组成；三层沟渠内混合液的溶解氧保持较大的梯度，利于提高充氧和脱氮除磷。圆形或椭圆形的沟渠，能充分利用水流惯性，节省能耗；多沟串联可减少水流短路现象3）交替工作式氧化沟特点：两侧的A、C二沟交替作为曝气池和沉淀池，而B沟则一直作为曝气池；原废水交替地从A沟和C沟进入，而出水则相应地从C沟及A沟流出；曝气器的利用率较高(58%)；交替运行的方式，为脱氮创造了条件，有良好的BOD去除效果和脱氮效果。二、序批式活性污泥系统（SBR工艺） P1851、特征1）集有机污染物降解与混合液沉淀于一体；2）无需污泥回流设备，不设调节池和二沉池；3）SVI值低，一般不产生污泥膨胀现象；4）运行方式可调节，能够进行脱氮除磷反应；5）工艺过程自动化。2、工艺过程1)流人;2)反应;3)沉淀;4)排放;5)待机(闲置)3、工艺改善1）该工艺的调节功能主要通过待机和进水工序实施；2）可与水解酸化反应结合，改善污水的可生化性，提高曝气反应工序的效果；3）待机工序可进行间断曝气，提高污泥活性。4、工艺参数泥龄：515d；污泥浓度：30005000mg/L；BOD-污泥负荷：0.20.3kgBOD/(kgMLSSd)。三、AB法污水处理工艺（吸附生物降解工艺） P2481、特征 A段和B段完全独立，每段能够培育出各自独特的，适于本段水质特征的微生物种群。2、A段工艺1）效应：微生物选择器和中间反应器；2）作用：通过原核细菌抵抗冲击负荷；主要依靠生物污泥的吸附作用去除污染物（去除率40%70%）；经该段处理后的污水生化性提高。3）工艺参数BOD-污泥负荷：26kgBOD/(kgMLSSd)；泥龄：0.30.5d；水力停留时间：30min；溶解氧浓度：0.20.7mg/L。3、B段工艺1）作用：去除有机污染物；该段泥龄较长，BODN值较低，具有硝化功能。2）工艺参数BOD-污泥负荷：0.150.3kgBOD/(kgMLSSd)；泥龄：1520d；水力停留时间：23h；溶解氧浓度：12mg/L。四、膜生物反应器(Membrane Biological Reactor-MBR )1、工艺特征1）生物降解与膜分离结合，相当于二级处理后进行深度处理，处理效果好；2）膜组件与曝气池合为一体，减小了占地面积。4.6 曝气的理论基础 P131一、氧转移原理1 菲克(Fick)定律2 双膜理论1）当气、液面相接触并作相对运动时，接触界面的两侧，存在着气体与液体的边界层，即气膜和液膜；2）气膜和液膜内相对运动的速度属于层流，而在其外的两相体系中则均为紊流；3）氧的转移是通过气、液膜进行的分子扩散和在膜外的对流扩散完成；4）对于难溶于水的氧来说，分子扩散的阻力大于对流扩散，传质的阻力主要集中在液膜上；5）在气膜中存在着氧分压梯度，而液膜中同样也存在着氧的浓度梯度，由此形成了氧转移的推动力；6）氧转移过程中的传质推动力主要是界面上的饱和溶解氧浓度值Cs与液相主体中的溶解氧浓度值CL。为了提高dC/dt值，可从两方面考虑.(1)提高KLa值，这样需要加强液相主体的紊流程度，降低液膜厚 度，加速气、液界面的更新，增大气、液接触面积等。(2)提高Cs值。提高气相中的氧分压，如采用纯氧曝气、深井曝气等。二、氧转移影响因素 P1341 污水水质2 水温1）对氧的转移影响：水温上升，水的粘滞性下降，扩散系数增KLa值增大，有。2）对溶解氧饱和度的影响：水温上升，Cs降低。3）总的来说，水温降低有利于氧的转移。3 氧分压4 其它因素1）气泡尺寸小，则接触面A大，提高KLa值，利于转移。2）紊流程度大，接触充分,KLa值增大，氧转移速率提高。4.7 曝气系统与空气扩散装置一、空气扩散装置在曝气地内的主要作用:1)充氧，将空气中的氧转移到混合液中的活性污泥絮凝体上，以供应微生物呼吸之需。2)搅拌、混合，使曝气池内的混合液处在剧烈的混合状态，使活性污泥、溶解氧、污水中的有机污染物三者充分接触。同时，也起到防止活性污泥在曝气地内沉淀的作用。二、曝气性能指标1 氧转移效率：纯氧在单位时间转移单位体积混合液中的质量，mgO2/Lh。2 动力效率：每消耗1kwh动力能传递到水中的氧量， kgO2/kwh 。3 氧利用率：通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比，%（机械曝气无法计量总供氧量，因此不能计算氧利用率）。 4.8 活性污泥反应器曝气池 P158根据曝气池内的流态，可分为推流式、完全混合式和循环混合式三种； 根据曝气方式，可分为鼓风曝气池、机械曝气池以及二者联合使用的机械鼓风曝气池；根据曝气池的形状，可分为长方廊道形、圆形、方形以及环状跑道形等四种；根据曝气池与二沉池之间的关系，可分为合建式（即曝气沉淀池）和分建式两种。一、推流式曝气池1 一般呈长方廊道形。推流，即是污水从池一端流入，在后继水流推动下，沿池长度流动，并从池的另一端流出池外。2 关于曝气系统与空气扩散装置1）采用鼓风曝气系统时，空气扩散装置安装在曝气池廊道底部一侧或两侧，廊道宽深介于1.01.5之间。2）采用表面机械曝气系统时，沿池长中线等距设置曝气装置，且相邻两台曝气装置的旋转方向应相反（避免水流相互冲突，形成短路）。3 关于曝气池数目及廊道组合一般结构上分成若干单元，每个单元包括一座或几座曝气池，每座曝气池由1个或25个廊道组成。4 关于廊道的长度（L），宽度（B）和深度（H）为避免产生短流，L=5070m，H=35m之间。且L=（510）B ；B=（12）H5 关于曝气池内横向隔墙分室1）将曝气池分为若干个小室，混合液逐室串联流动，混合液在每个小室内呈完全混合式流态，而从曝气池整体来看则是推流式流态（主要利于消除水流死角）。2）混合液逐室交替流动，但最后的小室必须是由底部出水。（混合液呈上下流动）6 关于曝气池的顶部与底部廊道横剖面的4个（墙顶与墙脚）作成45斜面，且须考虑0.5m超高。7 关于曝气池进出水进出口与进泥口均没于水下，采用淹没出流方式（以免形成短路）；出水一般采用溢流堰方式。二、完全混合式曝气池1 特点：曝气反应与沉淀固液分离在同一处理构筑物内完成。2 组成：曝气区，导流区和沉淀区。1）曝气区：曝气装置设于池顶部中央，并深入水下一定深度，污水从池底部进入，并与池内原有混合液及活性污泥等完全混合。2）导流区：位于曝气区与沉淀区之间，内设竖向整流板阻止旋流，并释放混合液中气泡，使水流平稳进入沉淀区，深度0.6m左右。3）沉淀区：位于导流区与曝气区外侧，其功能是泥水分离，上部为澄清区（2m），下部为污泥区。3 优点：结构紧凑；流程短，占地少；无需回流设备，易于管理。4.9 活性污泥处理系统的工艺设计 pdf P168一、概述1 设计内容1）选定工艺流程2）曝气池（区）容积计算及工艺设计3）曝气系统计算及设计4）污泥回流系统计算及设计5）二沉池选型与设计2 原始资料与数据1） 原污水日平均流量（m3/d），最大时流量（m3/h），最低时流量（m3/h）；2） 原污水及经一级处理工艺处理后的各项主要水质指标： BOD5(BODu),COD,TOC,SS,总固体，总氮，总磷等；3） 处理水的出路及各项指标应达到的数据，主要是BOD5和COD的去除率及处理水浓度；4） 对所产生污泥的处理与处置；5） 原污水中所含有的有毒有害物质。3 应确定的主要参数1）BOD污泥负荷率；2）混合液污泥浓度（MLSS，MLVSS）；3）污泥回流比。4 确定处理工艺流程：原则：技术上可行性和先进性，经济上合理性。二、曝气池（区）容积的计算1 有机物负荷法NSBOD污泥负荷率； NVBOD容积负荷率； Sa原污水BOD5值； Q污水设计流量，m3/d。1）BOD污泥负荷率的确定完全混合式，有确定K2值（0.01680.0281之间）。推流式，可考虑NS=0.01295Se1.1918 ,再复核SVI值是否符合要求。对城市污水，NS多取0.30.5kgBOD5/(kgMLSSd)。NS高，缓冲能力强；反之，较弱。2）混合液污泥浓度确定供氧的可能：过高污泥浓度不利于供氧。活性污泥性能：回流污泥浓度其中r=1.2 ,SVI=80120 。沉淀回流设备：污泥浓度过高，会增加二沉池负荷。综上，估算混合液浓度公式为：2 劳麦氏法1）其中：c-污泥龄； Y污泥产率系数，0.40.8之间; XVVSS平均浓度,mgVSS/L。2）衰减系数Kd确定按污水温度加以修正E，即4 池体尺寸设计1）单元数：不小于2组；廊道数：不少于3个； 廊道长、宽、高：长 = (5-10)宽，深度一般为4-5米，超高0.5米；2）对于圆形池体直径（D）：不超过20m；水深：5m；沉淀区水深（h3）：一般在1-2m之间；曝气区应有0.8-1.2m的保护高；三、曝气系统计算与设计四、污泥回流系统设计1、回流污泥量计算：2 剩余污泥及其处置一般地，每日排除的剩余污泥，在量上等于每日增长的污泥。剩余污泥处置的一般工艺：五、二次沉淀池1 作用：分离泥水、澄清混合液、浓缩和回流活性污泥。其工作性能的好坏，对活性污泥处理系统的出水水质和回流污泥的浓度有直接影响。2 特点：活性污泥混合液的浓度较高，有絮凝性能，其沉降属于成层沉淀；活性污泥的质量较轻，易产生异重流，因此，其最大允许的水平流速(对平流式、辐流式而言)或上升流速（竖流式）都应低于初沉池；由于二沉池还起着污泥浓缩的作用，所以需要适当增大污泥区的容积。4.10 活性污泥系统的维护管理一、活性污泥系统的启动与试运行1 活性污泥的培养与驯化1）接种污泥：同类污水厂的剩余污泥；粪便污水等。2）方法：全流量连续直接培养法：恒定污水流量，边进水，边出水，边回流；流量分阶段直接培养法：逐步增大污水流量，至水量恒定；间歇培养法：间歇进水，间歇排水，间歇曝气。3）活性污泥的驯化：异步驯化法：先培养后驯化；同步驯化法：培养和驯化同时或交替进行。2 活性污泥法的试运行1）试运行的目的是确定最佳的运行条件；2）作为变数考虑的因素：MLSS、空气量、污水注入方式；如是吸附再生法，则吸附与再生的时间比；N、P的投加。根据上述各种参数的组合运行结果，找出最佳运行条件。二、活性污泥系统异常现象及对策 P1711 污泥腐化1）现象：活性污泥呈灰黑色，污泥发生厌氧反应，污泥中 出现硫细菌，出水水质恶化。2）原因：负荷量增高；曝气不足；工业废水的流入等。3）对策：控制负荷量；增大曝气量；切断或控制工业废水的流入。2 污泥上浮1）现象：污泥沉淀3060分钟后呈层状上浮，多发生在夏季。2）原因：硝化作用导致在二沉池中被还原成N2，引起污泥上浮。3）对策：减少污泥在二沉池的HRT；减少曝气量。3 污泥解体1）现象：在沉淀后的上清液中含有大量的悬浮微小絮体，出水透明度下降。2）原因：污泥解体；曝气过度；负荷下降，活性污泥自身氧化过度。3）对策：减少曝气；增大负荷量。4 泥水界面不明显1）原因：高浓度有机废水的流入，使微生物处于对数增长期；污泥形成的絮体性能较差。2）对策：降低负荷；增大回流量以提高曝气池中的MLSS，降低F/M值。5 污泥膨胀1）定义：指活性污泥质量变轻、膨大，沉降性能恶化，在二沉池中不能正常沉淀下来，SVI异常增高，可达400以上。2）丝状菌性膨胀：污泥膨胀的“选择性理论”污泥膨胀主要是由于丝状菌异常增殖而引起的，主要的丝状菌有：球衣菌属、贝氏硫细菌以及正常活性污泥中的某些丝状菌如芽孢杆菌属等、某些霉菌。统一的污泥膨胀理论(1)低F/M比（即低基质浓度）引起的营养缺乏型膨胀；(2)低溶解氧浓度引起的溶解氧缺乏型膨胀；(3)高H2S浓度引起的硫细菌型膨胀。污泥丝状膨胀的对策(1)临时控制措施：A污泥助沉法：a 改善、提高活性污泥的絮凝性，投加絮凝剂如：硫酸铝等；b 改善、提高活性污泥的沉降性、密实性，投加粘土、消石灰等；B灭菌法：a 杀灭丝状菌，如投加氯、臭氧、过氧化氢等的药剂；b 投加硫酸铜，可控制有球衣菌引起的膨胀。(2)工艺运行调节措施：A加强曝气：a 加强曝气，提高混合液的DO值；b 使污泥常处于好氧状态，防止污泥腐化，加强预曝气或再生性曝气。B调节运行条件：a 调整进水pH值；b 调整混合液中的营养物质；c 如有可能，可考虑调节水温-丝状菌膨胀多发生在20以上；d 调整污泥负荷，当超过0.35kgBOD/kgMLSS.d时，易发生丝状菌膨胀。(3)永久性控制措施3）非丝状菌性膨胀高粘性污泥膨胀： (1)现象：废水净化效果良好，但污泥难于沉淀，污泥颗粒大量随出水流失。(2)原因：A进水中溶解性有机物浓度高，F/M值太高；B氮、磷缺乏，或溶解氧不足；C细菌将大量有机物吸入体内，不能及时降解，分泌过量的凝胶状的多糖类物质；D这些物质中含有很多氢氧基而具有很高的亲水性，导致污泥中含有很高的结合水，使泥水分离困难。(3)对策：降低负荷，调整工况，加强曝气等。 低粘性污泥膨胀：A原因：进水中含有毒性物质，使污泥中毒，使细菌不能分泌出足够的粘性物质，从而不能有效形成絮凝体，导致泥水分离困难；B对策：控制进水水质，加强上游工业废水的预处理。6 泡沫1）化学泡沫成因：洗涤剂或工业用表面活性物质等引起，呈乳白色。控制对策：水冲消泡；消泡剂。2）生物泡沫成因：诺卡氏菌属的一类丝状菌引起，呈褐色。问题：可能致病；卫生、环境；影响曝气。控制对策：水冲或消泡剂无效；加氯；排泥，缩短SRT。根本原因：诺卡氏菌在较高温、富油脂类物质的环境中易于繁殖。 第五章 污水的生物处理(二) 生物膜法5.1 概述1、生物膜法的特点 生物膜法又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术，是土壤自净过程的人工化和强化。与活性污泥法一样，生物膜法主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物，同时对废水中的氨氮还具有一定的硝化能力。2、生物膜的定义：细菌和真菌一类的微生物和原生动物、后生动物一类的微型动物附着在滤料或某些载体上生长繁育，并在其上形成的膜状生物污泥。3、生物膜的构造及功能：生物膜由厌氧层和好氧层构成 P3134、生物膜的性质高度亲水，存在着附着水层；微生物高度密集：各种细菌以及微型物，这些微生物起着主要去除废水中的有机污染物的作用，形成了有机污染物细菌原生动物(后生动物)的食物链。5、生物膜的形成前提条件：载体物质； 供微生物生长所需的营养物质，即废水中的有机物、N、P以及其它营养物质； 作为接种的微生物。(1)生物膜的形成 含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形成一层薄的生膜。(2)生物膜的成熟 在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右(城市污水，20 C)。4、生物膜的更新与脱落(1) 厌氧膜的出现 生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态； 成熟的生物膜一般都由厌氧膜和好氧膜成； 好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。(2) 厌氧膜的加厚 厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏； 气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力； 成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。(3) 生物膜的更新： 老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来； 新生生物膜的净化功能较强。(4) 生物膜法的运行原则： 减缓生物膜的老化进程； 控制厌氧膜的厚度； 加快好氧膜的更新； 尽量控制使生物膜不集中脱落。5、生物膜处理法的主要特征 P314(1)微生物相方面的特征参与净化反应的微生物多样化生物的食物链长能够存活世代较长的微生物分段运行与优占种属：有利于分段运行（中间可不设沉淀池），形成不同的优势细菌。(2)处理工艺方面的特征对水质、水量变动又较强的适应性；剩余污泥的沉降性能良好，易于固液分离；能够处理低浓度污水；易于维护运行，运行费用少。5.2 生物滤池一、概述1、基本结构：生物滤池由滤床、布水设备和排水系统等三部分组成。2、基本原理 含有污染物的废水从上而下从长有丰富生物膜的滤料的空隙间流过，与生物膜中的微生物充分接触，其中的有机污染物被微生物吸附并进一步降解，使得废水得以净化；主要的净化功能是依靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用。3、工艺流程与活性污泥工艺的流程不同的是，在生物滤池中常采用出水回流，而基本不会采用污泥回流，因此从二沉池排出的污泥全部作为剩余污泥进入污泥处理流程进行进一步的处理。二、普通生物滤池（滴滤池）1.构造：普通生物滤池由池体、滤料、布水装置和排水系统等四部分所组成 。(1) 池体：砖砌，带通气孔的方形池。(2) 滤料的选择与布置选择条件为：质坚、高强、耐腐蚀、抗冰冻；较高的比表面积，有利于微生物的富集，保持高额生物量。较大的空隙率，有利于生物膜、污水和氧的接触、交换。就地取材，便于加工、运输。滤料的布置：工作层：1.31.8m；粒径：2540mm。承托层： 0.2m；粒径：70100mm。(3)布水装置：目的是将废水均匀地喷洒在滤上，同时要适应水量变化，不易堵塞和易于清洗等。普通生物滤池采用固定喷嘴式布水装置系统。(4)排水系统：设于池的底部，作用是排除处理后的污水以及保证滤池良好的通风。一般由渗水装置、汇水沟和总排水沟组成。 渗水装置用于支撑滤料，其排水孔隙的总面积应不小于滤池表面积的20%；渗水顶板的下底与池底之间的净空高度一般大于0.6m，以利于通风。 一般在滤池底部四周设通风孔，其总面积不得小于滤池表面积的1%。2、普通生物滤池的设计与计算 P317处理生活污水时，水力负荷率取13m3/m2d，BOD5容积负荷率取0.150.30kgBOD5/m3 d。一般适用于处理每日污水量不高于1000m3的小城镇污水或有机性工业废水。3.普通生物滤池的优缺点优点：处理效果好，BOD5的去除率可达95%上；运行稳定、易于管理、节省能源。缺点：占地面积大、不适于处理量大的污水；滤料易于堵塞；产生滤池蝇，恶化环境卫生；喷嘴喷洒污水，散发臭味。三、高负荷生物滤池1.高负荷生物滤池的特征高负荷生物滤池是在普通生物滤池的基础上，通过限制进水BOD5值以及采用处理水回流，而提高滤池负荷率的第二代生物滤池工艺。1）设计负荷： BOD5容积负荷率高于普通生物滤池68倍；水力负荷率则高达10倍。2）处理水的回流可产生如下效应：均化与稳定水质；加大水力负荷，提高流速，加速生物膜更新；抑制滤池蝇的过度滋长；减轻散发的臭气。2.高负荷生物滤池的构造特点工作层：层厚1.8m，滤料粒径4070mm；承托层：层厚0.2m，滤料粒径70100mm。3.高负荷生物滤池的需氧与供氧生物膜好氧层的厚度，一般认为是在2mm左右，含水率按98考虑。滤池内、外的温度差，能够决定空气在滤池内的流速、流向等。BOD5负荷率小于1.2 kg /(m3滤料d)时，供氧是充足的。四、塔式生物滤池1.塔式生物滤池的特征(1)构造方面的特征塔式生物滤池一般高达824m，直径13.5m径高比介于1:61:8左右，呈塔状。在平面上塔式生物滤池多呈圆形。在构造上由塔身、滤料、布水系统以及通风及排水装置所组成。设计要求塔身一般沿高度分层建造，每层高以不大于2m为宜，以免将滤料压碎。塔顶上缘应高出最上层滤料表面0.5m左右，以免风吹影响污水的均匀分布。滤料以轻质材料为主；大、中型滤塔多采用旋转布水器；小型滤塔多采用固定式喷嘴布水系统；塔式生物滤池一般采用自然通风，通风孔的有效面积不小于滤池面积的7.510%；当处理工业废水，吹脱有害气体时，多采用人工机械通风。(2)在工艺方面的特征 塔式生物滤池的水力负荷率可达80200m3/(m2d)，为一般高负荷生物滤池的210倍， BOD容积负荷率达10002000gBOD5/(m2d)较高负荷生物滤池高23倍。为了抑制生物膜生长过速，产生滤料的堵塞现象，通常进水的BOD5值控制在500mg/L以下，否则需采取处理水回流稀释措施。五、曝气生物滤池曝气生物滤池是一种将人工强制曝气应用到滤池中的以强化微生物活性的一种工艺。池下部通过空气管向上进行曝气，而污水则向下流动，一般为淹没式。主要特征：通过曝气加强了气液在滤料中的接触，有利于微生物对有机物的降解。滤料有效截留污水中的SS，无需设置沉淀池。运行管理方便5.3 生物转盘1.生物转盘的构造及其净化作用原理生物转盘处理系统中，除核心设备生物转盘外，还包括初次沉淀池和二次沉淀池。二次沉淀池的作用是去除经生物转盘处理后的污水所挟带的脱落生物膜。生物转盘是由盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置所组成。转盘面积的4050浸没在槽内的污水中，转轴高出水面1025cm。净化原理：通过转动盘片，转盘与污水和空气交替接触，从而在盘片上形成稳定的微生物膜，使污水中的有机污染物为生物膜所吸附降解。2.生物转盘处理系统的持征微生物浓度高。生物相分级。泥龄较长，有利于硝化细菌的生长。具有较强的耐冲击负荷能力。产生污泥量少。接触反应槽不需要曝气，污泥勿需回流，动力消耗低。勿需经常调节生物污泥量，不产生污泥膨胀，机械设备简单，便于维护管理。不产生滤池蝇、不散发臭味，不出现泡沫也不产生噪声，不存在发生二次污染的现象。生物转盘的流态，应按完全混合推流来考虑。生物转盘设备是由盘片、转轴和驱动装置以及接触反应槽3部分所组成。5.4 生物接触氧化 P333一、概述生物接触氧化处理技术的实质之一是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并一定的流速流经填料。“淹没式生物滤池”生物接触氧化处理技术的另一项技术实质是采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供其所需要的氧，并起到搅拌与混合作用，这种技术又相当于在曝气池内充填供微生物栖息的填料，因此，又称为“接触曝气法”1、工艺方面的特征(1)在曝气池内充填填料，形成生物膜，生物膜中细菌等微生物相当丰富，无污泥膨胀之虑。(2)生物膜与填料形成的网状结构，有较好的过滤作用。(3)通过曝气可提高生物膜的更新，提高生物活性。(4)通过曝气，提高了氧的供给，提高了生物膜的活性，抑制厌氧膜的增殖，提高氧的利用率。2、运行及功能方面的特征 可间歇运行，抗冲击能力强；操作简便，无需污泥回流，无污泥膨胀之虑；污泥生成量少，污泥颗粒较大，易于沉淀；还具备生物脱氮除磷功能。主要缺点：如设计或运行不当，填料可能堵塞，此外，布水、曝气不易均匀，可能在局部部位出现死角。二、生物接触氧化处理技术的工艺流程 P334三、生物接触氧化池的构造、形式构造：接触氧化池是由池体、填料及支架、曝气装置、进出水装量以及排泥管道等组成。5.5 生物流化床 P344废水以较高的上升流速使载体处于流化状态；生物固体浓度很高，传质效率也很高，是一种高效的生物处理构筑物。载体颗粒的流化，是由于上升的水流(或水流与气流)所造成的。一般可以有以下三种状态：1) 固定状态；2) 流化状态；3) 流失状态。根据供氧方式、脱膜方式及床体结构等的不同，可分为两相生物流化床和三相生物流化床。主要包括反应器、载体、布水装置、充氧装置和脱膜装置等。第六章 污水的自然生物处理6.1 稳定塘一、概述稳定塘是土地经过人工适当的修整，设围堤和防渗层的池塘，主要依靠自然生物净化功能使污水得到净化的一种污水生物处理技术。可以进行污水的一级、二级、三级处理，串联后，能形成完整的水处理工艺。优点：能够充分利用地形，工程简单，基建投资省。能够实现污水资源化，使污水处理与利用相结合。污水处理能耗少，维护方便，成本低廉。缺点：占地面积大，没有空闲的余地是不宜采用的。污水净化效果，在很大程度上受季节、气温、光照等自然因素的控制，在全年范围内，不够稳定。防渗处理不当，地下水可能遭到污染，应认真对待。易于散发臭气和滋生蚊蝇等。稳定塘的种类：根据塘水中微生物优势群体类型和塘水的溶解氧工况来划分。(1) 好氧稳定塘，简称好氧塘，深度较浅，一般不超过0.5m，阳光能够透入塘底，主要由藻类供氧，全部塘水都呈好氧状态，由好氧微生物起有机污染物的降解与污水的净化用。(2) 兼性稳定塘，简称兼性塘，塘水较深，一般在1.0m以上，兼性塘的污水净化是由好氧、兼性、厌氧微生物协同完成的。(3) 厌氧稳定塘，简称厌氧塘，塘水深度一般在2.0m以上，有机负荷率高，整个塘水基本上都呈厌氧状态。(4) 曝气稳定塘，简称曝气塘，塘深在2.0m以上。 二、稳定塘的净化机理1.稳定塘中的生物及其生态系统(1)稳定塘中的生物细菌：1)好氧菌和兼性菌；2)产酸菌；3)厌氧菌；4)硝化菌藻类：1)绿藻；2)蓝绿藻；原生动物和后生动物水生植物其它水生动物(2)稳定塘生态系统 P382不同种群的相互关系: 1)菌藻共生关系2)稳定塘内的食物链网 稳定塘内各种物质的迁移与转化:C、N、P的迁移转化和循环有害物质的转化：a.生物降解作用；b.吸附与吸收作用；c.整合及沉淀作用。2.稳定塘对污水的净化作用(1)稀释作用(2)沉淀和混凝作用(3)好氧微生物的代谢作用(4)厌氧微生物的代谢作用(5)浮游生物的作用(6)水生维管束植物的作用3.稳定塘净化过程的影响因素(1)温度(2)光照(3)混合(4)营养物质(5)有毒物质(6)蒸发量和降雨量(7)污水的预处理三、好氧塘1）高负荷好氧塘：有机负荷较高，HRT较短；出水中藻类含量高；运行技术较复杂，只适用于气候温暖且阳光充足的地区；处理废水的同时又产生藻类。2）普通好氧塘：有机负荷低，HRT长；处理废水为主要目的。3）深度处理好氧塘：有机负荷低，HRT也短,目的是串联在二级处理系统之后，进行深度处理，处理水质良好。主要尺寸 (1)长宽比：多采用矩形塘，L : W = 3:1 4:1(2)塘深(有效水深)：高负荷好氧塘0.30.45m；普通好氧塘：0.51.5m；深度处理好氧塘：0.51.5m；超高：0.61.0m(3)堤坡：塘内坡度为1 : 21 : 3；塘外坡坡度1 : 21: 5。(4)单塘面积：单塘面积介于0.84.0104m2；好氧塘不得少于3座(至少2座)。四、兼性塘兼性塘的上层由于藻类的光合作用和大气复氧作用而含有较多溶解氧，为好氧区；中层则溶解氧逐渐减少，为过渡区或兼性区；塘水的下层则为厌氧层；塘的最底层则为厌氧污泥层。 预处理及对进水水质的要求：若兼性塘作为第一级，则要求一定的预处理措施(与厌氧塘相同)；兼性塘BOD5:N:P=100:5:1。构造及主要尺寸 (1)长宽比：多采用矩形塘，长宽比为3:1-4:1(2)塘深：有效水深：1.2-2.5m；储泥厚度：0.3m；超高：0.61.0m(3)单塘面积：一般介于0.8-4.0104m3；系统中兼性塘一般不少于3座，多串联。五、厌氧塘有机负荷高，整个塘无好氧区；常置于塘系统的首端，以承担较高的BOD负荷。构造及主要尺寸(1)长宽比：一般为矩形，长宽比为22.5:1(2)深度：有效水深：2.04.5m(2.55.0m)；储泥厚度：0.5m；超高：0.61.0m(3)堤坡：堤内坡度1.5:11:3；堤外坡度：1:21:4。(4)塘数及单塘面积：至少有两座，可并联；单塘面积0.84104m设计方法 ：多采用有机负荷法，即BOD表面负荷，其单位为(BOD5/104m2d)。我国厌氧塘的最大容许负荷：北方300kgBOD5/(104m2d)；南方800kgBOD5/(104m2d)六、曝气塘曝气塘采用人工补气供氧，表面叶轮或鼓风补气。分为完全混合曝气塘或好氧曝气塘、部分混合曝气塘或兼性曝气塘。七、深度处理塘八、控制出水塘6.2 污水的土地处理系统一、概述1.污水土地处理系统的涵义在人工调控和系统自我调控的条件下，利用土壤微生物植物组成的生态系统对废水中的污染物进行一系列物理的、化学的和生物的净化过程，使废水水质得到净化和改善；并通过系统内营养物质和水分的循环利用，使绿色植物生长繁殖，从而实现废水的资源化、无害化和稳定化的生态系统工程，称为污水土地处理系统。2.污水土地处理系统的组成(1)污水的预处理设备；(2)污水的调节、贮存设备；(3)污水的输送、配布与控制系统与设备；(4)土地净化田；(5)净化水的收集、利用系统。二、土地处理系统对污水的净化处理 P4021) 物理过滤2) 物理吸附和物理沉积3) 物理化学吸附4) 化学反应与沉淀5) 微生物的代谢和有机物的分解三、污水土地处理系统的基本工艺1.慢速渗滤系统该系统适用于渗水性能良好的壤土、砂质壤土以及蒸发量小、气候湿润的地区；废水经石灌或喷灌后垂直向下缓慢渗滤，其上种有农作物；该系统可充分利用废水中的水分及营养成分，并藉土壤微生物农作物复合系统对污水进行净化，部分污水被蒸发和渗滤；使用寿命长。2.快速渗滤系统本系统是一种高效、经济、低能耗的污水处理与再生技术。污水周期地向渗滤田灌水和休灌，使表层土壤处于厌氧、好氧交替运行状态，被土壤阻截的悬浮有机物为土层中的微生物所分解，而厌氧、好氧交替状态又有利于氮、磷的去除。