环境生物工程——活性污泥法

环境生物工程（2）药学与生物工程学院张云茹,废水的生物处理分类,活性污泥法生物吸附降解（AB）处理方法序批式活性污泥（SBR）处理法好氧生物处理的其他方法,第二章废水好氧生物处理工程,一活性污泥法（ActivatedSludgeProcess）,活性污泥法反应过程的理论基础活性污泥系统的主要运行方式,活性污泥法反应过程的理论基础,1.活性污泥法的基本流程,基本组成：曝气池，二沉池，回流系统，剩余污泥排放系统，供氧系统,活性污泥处理系统运行的基本条件,1）废水中含有足够的可溶性易降解有机物。,2）混合液中含有足够的溶解氧。3）活性污泥在池内呈悬浮状态，能够与废水充分接触。4）活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥。5）没有对微生物有毒害作用的物质进入。,曝气池中形成的污泥起主要作用的是菌胶团。,2.活性污泥中的微生物,a什么是活性污泥,好氧活性污泥是在曝气状态下由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物(兼有少量的厌氧微生物)与污(废)水中有机的和无机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或称绒粒。,构成活性污泥的骨架是菌胶团活性污泥的形成是一种自然现象。例如，如果向一桶含粪便污水中不断地加入空气，并持续一定时间,b好氧活性污泥的组成和性质,（1）组成由具有活性的微生物、微生物自身氧化的残留物、吸附在活性污泥上不能为生物所降解的有机物和无机物组成。其中微生物是活性污泥的主要组成部分。活性污泥微生物是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等多种微生物群体相结合组成的一个生态系统。,小口钟虫,（2）好氧活性污泥的性质颜色以棕褐色为佳（偏黑色说明厌氧、偏白色说明无机物过多）含水率在99左右密度为10021006大小为0.020.2mm比表面积为20100cm2ml之间弱酸性(pH约为67)当进水改变时，对进水pH的变化有一定的承受能力。,活性污泥中的其它微生物,在菌胶团上层居住的是放线菌、真菌及原生动物、后生动物。它们的数量相比较细菌而言要少得多，通常包括少量的球衣菌、诺卡氏菌、发硫菌、头孢霉、地霉菌、酵母菌等，以及原生动物中的钟虫、盖纤虫、等枝虫、草履虫和轮虫。这些微生物与菌胶团细菌构成了稳定的生态体系，它们之间存在着复杂的相互关系，它们的种类、数量随营养条件(废水种类、化学组成、浓度)、温度、供氧、pH等环境条件改变也在不停的发生着变化。,C好氧活性污泥中的微生物群落,中心是能起絮凝作用的细菌形成的菌胶团，在其上生长着其他微生物。如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物和某些微型后生动物(轮虫及线虫等)。菌胶团在微生物学领域里，将动胶菌属形成的细菌团块称为菌胶团。在水处理工程领域内，则将所有具有荚膜或粘液的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的团块都称为菌胶团。,提问：菌胶团有哪些功能？吸附和氧化分解有机物；菌胶团是细菌的存在形式，细菌占到活性污泥中微生物总量的99%,有107108个/ml，他们是生物处理的主力军，一旦菌胶团受到各种因素的影响和破坏，则活性污泥法对有机物去除率明显下降，甚至无去除能力。菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境；例如菌胶团本身为原生动物、微型后生动物提供附着场所；菌胶团中的细菌可以去除毒物、自身作为动物食料。,a.菌胶团的功能,荚膜学说很多细菌荚膜相互间粘着时就会形成一个由许多细菌共有的大荚膜，当细菌进入老龄后，细菌分泌的的粘稠多糖聚合物增多，更加速了细菌大荚膜的增大，这样就形成了菌胶团的雏形。,b.菌胶团的形成机理,胞外聚合物学说将菌胶团置于电子显微镜下观察时发现，在大荚膜增大的同时，在其外侧出现了许多类似于纤维素网状的物质，据分析这些物质的成分也是多糖，属于细菌的胞外分泌物。实验证明小口钟虫、累枝虫和尾草履虫等纤毛虫能分泌一些促进凝聚的糖类，在促进自身粘附在活性污泥上的同时，加速菌胶团的进一步增大。,活性污泥菌胶团外的纤维丝电镜照片,小口钟虫,3）PHB学说认为动胶菌产生的聚羟丁酸（PHB）是一种聚脂类物质，当它们积累时，细菌细胞的分裂就不彻底，它们彼此粘连结合时，细胞便由小凝块变成了大的絮凝体。,c.菌胶团中的细菌,菌胶团中的细菌来源于土壤、水和空气。它们多数是革兰氏阴性菌，如动胶菌属和丛毛单胞菌属，它们可占70，生活污水好氧处理时菌胶团中的主要细菌见下表,工业废水处理中的菌胶团细菌组成与之类似，但优势菌主要是对特定工业废物起主要降解作用的细菌,3.活性污泥净化废水的反应过程,絮凝吸附作用活性污泥中的微生物的代谢及增殖包括微生物的增殖、有机物的分解、微生物的内源代谢。活性污泥的凝聚、沉淀、浓缩,A.活性污泥的净化反应,有机污染物好氧微生物处理的一般途径,微生物降解污水中有机物过程的代谢示意图,后处理,曝气池,二次沉淀池,污泥回流,净水外排,污泥及余渣消化罐,1）溶解氧（DO）DO过低，影响微生物的正常代谢；DO过高，有机物分解过快，微生物缺乏营养，活性污泥结构松散易老化。一般出口处2mg/L，入口处1mg/L。,B.活性污泥净化反应的影响因素,凡是影响微生物生长的因素都会影响活性污泥的净化反应的效果。,影响因素有溶解氧、温度、pH值、营养物质、有毒物质、污泥的有机负荷率等。,2)温度,活性污泥的最适温度范围是1530，一般不低于10，但如果水温下降的缓慢，微生物适应了这种变化，水温可降低到67。,3）营养物质,微生物对N和P的需要量可按照,BOD:N:P=100:5:1,作为必要的碳源，一般BOD5不应低于100mg/L.,注意！微生物对N和P的需要量还与剩余污泥量即污泥龄与微生物的比增殖速率有关。,污泥龄指在反应系统内微生物从其生成开始到排出系统的平均停留时间，相当于反应系统内的微生物更新一次所需的时间。在工程上用反应系统内的污泥总量与每日排放的污泥量的比值来表示。,每日增殖的污泥量(g/d),污泥龄,氮的需要量0.122,磷的需要量0.023,4）pH值,6）污泥有机负荷率单位质量的活性污泥在单位时间内承受的有机物质量。（F/M）,5）有毒物质和抑制物质,活性污泥的最适pH值是6.58.5，低于4.5，原生动物消失，丝状菌将占优势，易产生污泥膨胀；高于9.0，微生物的代谢受到影响。,活性污泥混合液本身具有一定的缓冲作用，但系统pH值不能突然大幅度变化。在处理酸、碱性工业废水时，应考虑先中和。,C.活性污泥性能及数量的评价指标,物理指标混合液悬浮固体浓度（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)、污泥沉降比(SV)、污泥容积指数(SVI)、污泥负荷(Ls)。,生物指标活性污泥中的微生物的数量和种类。,混合液悬浮固体浓度（MixedLiquorSuspendedSolidsMLSS）MLSS表示活性污泥在曝气池内的浓度，指单位体积曝气混合液中所含悬浮固体的干重，单位mg/L或g/L。,MLSS=Ma+Me+Mi+Mii,Ma活细胞Me微生物内源代谢的残留物Mi原废水中难以降解的有机物Mii原废水中附着在活性污泥上的无机物,物理指标,2）混合液挥发性悬浮固体浓度（MixedLiquorVolatileSuspendedSolidsMLVSS）MLVSS表示有机悬浮固体的浓度，指1升曝气混合液中所含挥发性悬浮固体（能被完全燃烧的物质）的重量。,MLVSS=Ma+Me+Mi,一般城市污水的活性污泥MLVSS/MLSS值介于0.750.85间。,3）污泥沉降比（SV）SV指一定量的污泥混合液静置30min后，沉降的污泥体积与原混合液体积之比，用表示。正常情况下SV反映了曝气池正常运行的污泥量，它可用来控制污泥的排放量，同时其值的大小污泥膨胀等异常情况。城市污水的活性污泥沉降比一般在20-30。,4）污泥容积指数（SludgeVolumeIndexSVI）,SVI指曝气池中污泥混合液静置30min后，沉降的污泥体积与原污泥干重之比，单位ml/g。,SVI反映活性污泥的凝聚性和沉降性，一般在50150之间。一般SVI偏小，污泥絮凝粒小，密实，无机物多；SVI偏大（200）已经发生膨胀。注意！,5）有机负荷率也叫污泥负荷（Ls）Ls指单位时间内，单位重量的活性污泥能处理的有机物数量。用kg（BOD）/kg（MLSS)d表示也叫有机质（F）与微生物（M）的比值(F/M).Ls过高会引起污泥膨胀，一般取值在0.3-0.6/d.,生物指标,钟虫、等枝虫、楯纤虫、盖纤虫、聚缩虫及各种后生动物及吸管虫类等固着性生物或匍匐型生物。,当这些生物的个数达到1000个/mL以上，占整个生物个体数80%以上时，可以断定这种活性污泥具有较高的净化效果。,吸管虫,小口钟虫,（2）活性污泥净化性能恶化时出现的生物有,这时絮体很碎约100um大小。严重恶化时只出现多波虫、屋滴虫。极端恶化时原生动物和后生动物都不出现。,多波虫、侧滴虫、屋滴虫、豆形虫等快速游泳的生物,（3）活性污泥由恶化状态进行恢复时出现的生物为,漫游虫、斜叶虫、斜管虫、尖毛虫等缓慢游泳型或匍匐型生物,漫游虫,（4）活性污泥分散解体时出现的生物,蛞蝓简变虫、辐射变形虫等肉足类,这些生物出现数万个以上时絮体变小，使处理水浑浊。当发现这些生物剧增时可通过减少回流污泥量和送气量，能在某种程度上抑制这种现象。,（6）溶解氧不足时出现的微生物为贝氏硫黄细菌等。这些微生物适于溶解氧浓度低时生存。这些微生物出现时，活性污泥呈黑色、腐败发臭。,（5）活性污泥膨胀时出现的微生物为球衣菌、各种霉菌等。这些丝状微生物引起污泥膨胀，当SVI在200以上时，这些丝状微生物呈丝屑状。膨胀污泥中的微型动物比正常污泥少。,（7）曝气过量时出现的微生物若过曝气时间持续很长时，各种变形虫和轮虫为优势生物。（8）废水浓度过低时大量出现的微生物为游仆虫等。（9）BOD负荷低时出现的微生物：表壳虫、鳞壳虫、轮虫、寡毛虫等为优势生物，这些生物多时也是硝化进行的指标。,正常的活性污泥是由许多具有凝絮作用的凝絮细菌，辅以少量的丝状细菌、大量钟虫类的固着型纤毛虫，旋轮虫等组成。,膨胀的活性污泥有两种:丝状膨胀污泥（较普遍）和菌胶团膨胀污泥。,D.活性污泥膨胀的原因和对策,污泥膨胀的原因,污泥膨胀时的照片,A丝状细菌的大量繁殖,含大量硫化物的废水：发硫菌属的增殖,造成丝状膨胀的微生物：浮游球衣菌（报道较多）芽孢杆菌属、发硫菌属、大肠杆菌、贝氏细菌、白地酶菌属、丝状增殖酵母及其他丝状微生物等。,B环境因素的作用,构成活性污泥的最适生长温度在30左右，动胶菌属2830，浮游球衣菌属2530生长温度1537。南方丝状膨胀常发生在春夏之交和秋季2528,菌胶团细菌和丝状菌对DO的需要量差别很大。,温度,溶解氧,pH值,pH值低于6.0有利于丝状真菌生长pH4.5丝状真菌完全占优势,C污水水质的影响,几乎所有的丝状细菌都可以吸收可溶性有机物，尤其是低分子的糖类和有机酸。与游离细菌比较，丝状细菌对高分子物质的水解能力弱，也难以吸收不溶性的物质。,可溶性有机物及种类,废水中含可溶性有机物较多时，利于丝状细菌的生长，高浓度可溶性糖类废水物质利于高粘性的非丝状细菌膨胀。,低负荷废水浓度过低，低菌胶团营养不足，丝状细菌丝状体伸出，絮粒架空，比重减轻沉降困难。,微量金属元素,有机物浓度（有机负荷）,高负荷缺氧,N、P等营养物一般BOD:N:P=100:5:1，N、P含量不足时会导致膨胀。,综上所述，在下列情况下可观察到污泥膨胀现象。,水温低,溶解氧不足1mg/L,低pH值4.5,低分子碳水化合物过多,进水中MLSS低,BOD/NBOD/P很高时,BOD过高高于0.5kg/kgMLSSd,重金属等有毒物质的进入,目前，只能在出现膨胀先兆时，凭经