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1、第四章污水的生物处理biologicalsewagetreatment第一节概述一、污水生物处理的概念1.生物降解作用2.生物化学法的定义废水的生物处理方法是利用生物的新陈代谢作用，对废水中的污染物质进行转化和稳定、使之无害化的处理方法。简单讲就是利用微生物来氧化分解废水中的有毒有害物质的方法。对污染物进行转化和稳定的主体是微生物。由于微生物具有来源广、易培养、繁殖快、对环境适应性强、易变异等特性，因此在使用上能较容易地采集菌种进行培养增殖，并在特定条件下进行驯化使之适应有毒工业废水的水质条件。微生物的生存条件温和，新陈代谢过程中不需高温高压，它是不需投加催化剂的催化反应，用生化法促使污染物的
2、转化过程与一般化学法相比优越得多。处理废水的费用低廉，运行管理较方便，所以生化处理是废水处理系统中最重要的过程之一，目前，这种方法已广泛用作生活污水及工业有机废水的二级处理。3.生物法的优点：基建投资省，处理费用低去除效果好不产生二次污染，不加药剂过程稳定，简单二、污水生物处理的对象呈溶解状态和胶体状态的有机物并附带除去大部分的悬浮物N、P营养元素少量无机物三、污水生物处理的类型对溶解氧的需求不同：好氧生物处理缺氧生物处理厌氧生物处理微生物的生长方式不同：悬浮生长型活性污泥法附着生长型生物膜法自然、人工四、微生物基本知识1.微生物的定义2.微生物的分类非细胞结构生物病毒界细胞结构生物：原核细胞
3、生物：细菌、放线菌、蓝绿细菌、克立次氏体、粘细菌、螺旋体、枝原体及衣原体等真核细胞生物：酵母菌、霉菌、除蓝藻以外的藻类、原生动物、高低等动物和植物等3.微生物的特点：体积小，面积大生长旺，繁殖快分布广，种类多吸收多，转化快适应强，易变异4.微生物的代谢作用分解代谢合成代谢5.微生物的营养及培养基水碳源和能源氮源无机盐：磷、硫、镁、铁、钙、钾、微量元素生长因素五、生物处理的原理（一）微生物的分解代谢过程污水生物处理就是利用微生物的代谢功能，代谢由分解代谢（异化）和合成代谢（同化）两个过程组成，是物质在微生物细胞内发生的各种化学反应的总称，这些反应都是在酶的催化作用下进行，被酶催化的物质称为底物，
4、不同微生物底物不同，异氧微生物利用有机物，自养微生物利用无机物。生物体在生命活动中所需要的能量是通过代谢物在体内的氧化而获得的，称为生物氧化。1.发酵条件：厌氧C6H12O62CH3CH2OH+2CO2+92.0kJ2.呼吸作用生物体在生命活动中所需要的能量是通过代谢物在体内的氧化而获得的，称为生物氧化，因为这一过程通常消耗氧，生成二氧化碳和水，又称为呼吸作用。（1）有氧呼吸自养微生物:C6H12O6+6O26CO26H2O+2817.3kJ异氧微生物:NH4+2O2NO3-+2H+H2O+能量（2）无氧呼吸以含氧化合物代替分子氧。C6H12O64NO3-6CO26H2O2N2+1755.6k
5、J（二）污水的好氧生物处理（aerobicbiologicaltreatment）1.原理是污水中有分子氧存在的条件下，利用好氧微生物（主要是好氧细菌和兼性细菌）降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法2.特点：反应速度较快处理效果好，能达到排放标准。不足：能耗高适用：中低浓度的有机废水应用：活性污泥法、生物膜法（三）污水的厌氧生物处理（anaerobicbiologicaltreatment）1.原理是在没有游离氧的条件下。兼性细菌与厌氧细菌降解有机物的处理方法2.特点运行费用低回收能量不足：反应速度慢难达标排放（四）好氧生物处理与厌氧生物处理的区别（1）起作用的微生物群种不同（2）产物不同（
6、3）反应速度不同好氧分解提供O2作H的受体，有机物转化速度快，用较小设备处理较多的水。厌氧分解不需供O2，无O2作H的受体，转化速度慢，效率低，时间长，副产物多。（4）对环境条件要求不同好氧生物处理要求充足供氧，对其它环境条件要求不太严格；厌氧生物处理要求绝对厌氧环境，对其它环境条件（如pH值，温度等）要求甚严，一般要求有机物浓度1000mg/l。六、工业废水的可生化性的评价:可生化的、难生化的、不可生化无毒、不可生化有毒1.测定不同有机物浓度下微生物的相对耗氧速率2.测定工业废水的生化呼吸线3.测定有关水质指标BOD5/COD 0.450.30.30.25可生化性评价生化性较好可以生化较难生
7、化 不宜生化第二节微生物的生长和动力学基础一、微生物的生长规律延迟期（适用期）对数期静止期衰老期最先担当净化任务的是异氧菌和腐生性真菌，细菌特别是球状细菌起者最关键的作用，优良运转的活性污泥，是以丝状菌为骨架由球状菌组成的菌胶团。沉降性好，随着活性污泥的正常运行，细菌大量繁殖，开始生长原生动物，是细菌一次捕食者。活性污泥常见的原生动物有鞭毛虫、肉毛虫、纤毛虫和吸管虫。活性污泥成熟时固着型的纤毛虫、种虫占优势；后生动物是细菌的二次捕食者，如轮虫、线虫等只能在溶解氧充足时才出现，所以当出现后生动物时说明处理水质好转标志。二、微生物的生长环境微生物的营养温度PH值溶解氧有毒物质三、微生物生长动力学（
8、一）微生物群体的增长速率onod公式：（二）底物利用速率劳伦斯-麦卡蒂方程：产率系数：Y=dX/dSr=/Y第六节莫诺特方程式（三）微生物增长基本方程底物分解：微生物增长：微生物增长的基本方程：微生物增长速率和底物利用速率的关系第三节活性污泥法一.活性污泥法的基本概念向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段时间向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它有巨大要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它有巨大的表面积和很强的吸附性能，称为活性污泥的表面积和很强的吸附性能，称为活性污泥(a
9、ctivated sludge)。轮虫捕食二、活性污泥法的基本流程初沉池曝气池二沉池废水空气回流污泥处理水三、活性污泥的形态、组成及性能指标（一）活性污泥的形态与组成： 活性的微生物活性的微生物 :细菌细菌放线菌放线菌真菌真菌原生动物：鞭毛类；肉足类；纤毛类：钟虫；吸管类原生动物：鞭毛类；肉足类；纤毛类：钟虫；吸管类后生动物：轮虫、线虫、浮游甲壳动物等后生动物：轮虫、线虫、浮游甲壳动物等其中以各种细菌和原生动物为主，细菌是活性污泥组成和净化功能的中心，是微生物的最主要部分，活性污泥中的原生动物以细菌未摄食对象，在促进活性污泥的絮凝、澄清和提高出水水质方面有重要作用。在种属和数量上是随处理水的水
10、质和细菌的状态变化而变化的。原生动物和后生动物出现的顺序：细菌植物型鞭毛虫肉足类动物型鞭毛虫游泳性纤毛虫、吸管虫固着性纤毛虫轮虫原生动物和微型后生动物的演替判断水质和污水处理程度，还可以判断污泥培养成熟程度；根据原生动物的种类判断活性污泥和处理水质的好坏；根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题。微生物自身氧化的残留物微生物自身氧化的残留物 吸附在活性污泥上不能被生物降解的有机物和无机物组成。吸附在活性污泥上不能被生物降解的有机物和无机物组成。 菌胶团是以细菌、原生动物和后生动物所组成的活性微生物Ma为主体、惰性无机物Mii、未被微生物分解的有机物Mi和
11、微生物自身代谢的残留物Me Ma-25-50% Me-0-17% Mi-5-65% Mii-20-30%其中微生物是活性污泥的主要组成部分。活性污泥中的其中微生物是活性污泥的主要组成部分。活性污泥中的微生物又是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等多种微生物又是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等多种微生物群体相结合所组成的一个生态系。微生物群体相结合所组成的一个生态系。活性污泥通常为黄褐色絮状颗粒，其直径一般为活性污泥通常为黄褐色絮状颗粒，其直径一般为0.022mm，含水率一般为，含水率一般为99.299.8，密度因含水率不同，密度因含水率不同而异，一般为而异，一般为1.0021.006g/cm3
12、。 细菌是活性污泥组成和净化功能的中心，是微生物的最细菌是活性污泥组成和净化功能的中心，是微生物的最主要部分。主要部分。 污水中有机物的性质决定那些种属的细菌占优势。污水中有机物的性质决定那些种属的细菌占优势。（二）活性污泥的性能指标1.混合液悬浮固体混合液悬浮固体(mixed liquor suspension solid, MLSS) 混合液是曝气池中污水和活性污泥混合后的混合液是曝气池中污水和活性污泥混合后的混合悬浮液。混合悬浮液。 混合液固体悬浮物数量是指单位体积混合液混合液固体悬浮物数量是指单位体积混合液中干固体的含量，单位为中干固体的含量，单位为mg/L或或g/L，工程，工程上还常
13、用上还常用kg/m3，也称混合液污泥浓度（一，也称混合液污泥浓度（一般用般用X表示）。表示）。 它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。一般活性污泥法中，一般活性污泥法中，MLSS浓度一般为浓度一般为24g/L。2.混合液挥发性悬浮固体混合液挥发性悬浮固体 (mixed liquor volatile suspension solid, MLVSS) 指混合液悬浮固体中的有机物的重量，单位为指混合液悬浮固体中的有机物的重量，单位为mg/L、g/L或或kg/m3。 把混合液悬浮固体在把混合液悬浮固体在600焙烧，能挥发的部分焙烧，能挥发的部分即是挥发性悬浮
14、固体，剩下的部分称为非挥发性即是挥发性悬浮固体，剩下的部分称为非挥发性悬浮固体（悬浮固体（MLNVSS）。）。 一般在活性污泥法中用一般在活性污泥法中用MLVSS表示活性污泥中表示活性污泥中微生物的含量。在一般情况下，微生物的含量。在一般情况下，MLVSS/MLSS的比值较固定，对于生活污水，常在的比值较固定，对于生活污水，常在0.75左右。左右。对于工业废水，其比值视水质不同而异对于工业废水，其比值视水质不同而异。3.污泥沉降比污泥沉降比(settling volume, sludge sedimentation ratio, SV) 污泥沉降比是指曝气池混合液在污泥沉降比是指曝气池混合液在
15、l00mL量筒中，量筒中，静置沉降静置沉降30min后，沉降污泥所占的体积与混合后，沉降污泥所占的体积与混合液总体积之比的百分数。所以也常称为液总体积之比的百分数。所以也常称为30 min沉沉降比降比SV 30。一般城市污水的。一般城市污水的 SV 30值在值在15-30%.正常的活性污泥在沉降正常的活性污泥在沉降30min后，可以接近它的后，可以接近它的最大密度，故污泥沉降比可以反映曝气池正常运最大密度，故污泥沉降比可以反映曝气池正常运行时的污泥量。可用于控制剩余污泥的排放。行时的污泥量。可用于控制剩余污泥的排放。 它还能及时反映出污泥膨胀等异常情况，便于及它还能及时反映出污泥膨胀等异常情况
16、，便于及早查明原因，采取措施。早查明原因，采取措施。污泥沉降比测定比较简单，并能说明一定问题，污泥沉降比测定比较简单，并能说明一定问题，因此它成为评定活性污泥的重要指标之一。因此它成为评定活性污泥的重要指标之一。4.体积指数也称污泥容积指数，是指曝气池出口处混合液，体积指数也称污泥容积指数，是指曝气池出口处混合液，经经30min静置沉降后，沉降污泥体积中静置沉降后，沉降污泥体积中1g干污泥所占的容积干污泥所占的容积的毫升数，单位为的毫升数，单位为mL/g，但一般不标出。，但一般不标出。 它与污泥沉降比有如下关系：它与污泥沉降比有如下关系： SVI=(SV10)/X 式中：式中：X的单的单位为位
17、为g/L，SVI以百分数代入。以百分数代入。SVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度值能较好地反映出活性污泥的松散程度(活性活性)和凝聚、沉和凝聚、沉降性能。降性能。SVl值过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和值过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附力；吸附力； SVI值过高，说明污泥难于沉降分离，并使回流污泥的浓度降值过高，说明污泥难于沉降分离，并使回流污泥的浓度降低，甚至出现污泥膨胀低，甚至出现污泥膨胀(sludge bulking)，导致污泥流失等后，导致污泥流失等后果。果。 一般认为，处理生活污水时一般认为，处理生活污水时SVI200时，沉降性能不好。时，沉降
18、性能不好。 一般控制一般控制SVI为为50150之间较好。之间较好。某曝气池污泥沉降比SV=30%，混合液悬浮固体浓度为X=3000mg/l，则5.活性污泥的生物相活性污泥的生物相(organism culture)活性污泥中出现的是普通的微生物。活性污泥中出现的是普通的微生物。 主要是细菌、放线菌、真菌、原生动物（如钟主要是细菌、放线菌、真菌、原生动物（如钟虫、盖纤虫）和少数其他微型动物。虫、盖纤虫）和少数其他微型动物。 在正常情况下，细菌主要以菌胶团形式存在，在正常情况下，细菌主要以菌胶团形式存在，游离细菌仅出现在未成熟的活性污泥中，也可游离细菌仅出现在未成熟的活性污泥中，也可能出现在废水
19、处理条件变化能出现在废水处理条件变化 (如毒物浓度升高、如毒物浓度升高、pH值过高或过低等值过高或过低等)，使菌胶团解体时。，使菌胶团解体时。 游离细菌多是活性污泥处于不正常状态的特征游离细菌多是活性污泥处于不正常状态的特征。四、活性污泥的增值规律活性污泥的增长：延迟期对数增长期稳定期衰亡期污泥负荷：有机底物量F与微生物量M的比值F/M,是活性污泥微生物增殖速率的重要影响因素。五、活性污泥净化过程与机理1.初期去除与吸附作用初期去除与吸附作用 在很多活性污泥系统里，当污水与活性污泥接触后很短在很多活性污泥系统里，当污水与活性污泥接触后很短的时间（的时间（1045 min)内就出现了很高的有机物
20、内就出现了很高的有机物(BOD)去去除率。除率。 这种初期高速去除现象是吸附作用所引起的。由于污泥这种初期高速去除现象是吸附作用所引起的。由于污泥表面积很大表面积很大(可达可达200010000m2/m3混合液混合液)，且表面，且表面具有多糖类粘质层，因此，污水中悬浮的和胶体的物质具有多糖类粘质层，因此，污水中悬浮的和胶体的物质是被絮凝和吸附去除的。是被絮凝和吸附去除的。2.微生物的代谢作用微生物的代谢作用 活性污泥中的微生物以污水中各种有机物作为营养，在活性污泥中的微生物以污水中各种有机物作为营养，在有氧的条件下，将其中一部分有机物合成新的细胞物质有氧的条件下，将其中一部分有机物合成新的细胞
21、物质(原生质原生质)，对另一部分有机物则进行分解代谢，即氧化，对另一部分有机物则进行分解代谢，即氧化分解以获得合成新细胞所需要的能量，并最终形成分解以获得合成新细胞所需要的能量，并最终形成CO2和和H2O等稳定物质。等稳定物质。3.絮凝体的形成与凝聚沉降絮凝体的形成与凝聚沉降如果形成菌体的有机物不从污水中分离出去，这样的净化不能算如果形成菌体的有机物不从污水中分离出去，这样的净化不能算结束。结束。 为了使菌体从水中分离出来，现多采用重力沉降法。如果每个菌为了使菌体从水中分离出来，现多采用重力沉降法。如果每个菌体都处于松散状态，由于其大小与胶体颗粒大体相同，它们将保体都处于松散状态，由于其大小与
22、胶体颗粒大体相同，它们将保持稳定悬浮状态，沉降分离是不可能的。为此，必须使菌体凝聚持稳定悬浮状态，沉降分离是不可能的。为此，必须使菌体凝聚成为易于沉降的絮凝体。成为易于沉降的絮凝体。 絮凝体的形成是通过丝状细菌来实现的。絮凝体的形成是通过丝状细菌来实现的。六、曝气原理与方法（一）曝气的作用和要求1.曝气作用曝气作用（1）供氧）供氧（2）搅拌混合作用，使活性污泥在混合液中保持悬浮状态，）搅拌混合作用，使活性污泥在混合液中保持悬浮状态，与废水充分接触混合与废水充分接触混合2.曝气的要求曝气的要求（1）达到处理效果）达到处理效果（2）能耗低）能耗低良好的曝气设备除应当具有较高的动力效率和氧转移效率外
23、，良好的曝气设备除应当具有较高的动力效率和氧转移效率外，还应尽可能满足下列要求：还应尽可能满足下列要求： （a）搅拌均匀；（）搅拌均匀；（b）构造简单；）构造简单； （c）能耗少；（）能耗少；（d）价格低；）价格低； （e）性能稳定，故障少；）性能稳定，故障少； （f）不产生噪音及其它公害；）不产生噪音及其它公害； （g）对某些工业废水耐腐蚀性强。）对某些工业废水耐腐蚀性强。（二）气体传递原理1.双膜理论双膜理论2.氧的传递速率方程氧的传递速率方程影响因素：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，克服液膜障碍的最有效的方法是快速变换气-水界面，曝气搅拌正是如此，增大气液接触面
24、积提高气相中的氧分压，增大液相中的s,以提高氧转移速率。（三）KLa的测定KLa氧总转移系数是评价空气扩散装置共氧能力的重要参数。充氧实验：1.脱除清水中的溶解氧2.曝气（四）氧转移的影响因素1.污水水质KLa（污水）=KLas（污水）=s2.温度影响KLa（T）=KLa（20)1.024（T-20）3.氧分压（五）曝气方法和设备1.曝气设备的性能指标曝气设备的性能指标（1）动力效率）动力效率Ep：每消耗：每消耗1kWh电能转移到混电能转移到混合液中的氧量。合液中的氧量。（2）氧的利用效率）氧的利用效率EA：通过鼓风曝气转移到混：通过鼓风曝气转移到混合溶液中的氧量占总供氧的百分比。合溶液中的氧
25、量占总供氧的百分比。（3）氧的转移效率）氧的转移效率EL（充氧能力）通过机械曝气（充氧能力）通过机械曝气装置，在单位时间内转移到混合液中的氧量。装置，在单位时间内转移到混合液中的氧量。2.曝气的基本方法：曝气的基本方法：鼓风曝气鼓风曝气 机械爆气机械爆气 鼓风机械曝气联合鼓风机械曝气联合3.鼓风曝气鼓风曝气鼓风曝气是传统的曝气方法，它由加压设备、鼓风曝气是传统的曝气方法，它由加压设备、扩散装置和管道系统三部分组成。扩散装置和管道系统三部分组成。 加压设备一般采用回转式鼓风机，也有采用加压设备一般采用回转式鼓风机，也有采用离心式鼓风机的，为了净化空气，其进气管离心式鼓风机的，为了净化空气，其进气
26、管上常装设空气过滤器，在寒冷地区，还常在上常装设空气过滤器，在寒冷地区，还常在进气管前设空气预热器。进气管前设空气预热器。扩散装置的分类：扩散装置的分类：小气泡扩散装置：扩散板、扩散管或扩散盘属小小气泡扩散装置：扩散板、扩散管或扩散盘属小气泡扩散装置；气泡扩散装置； 中气泡扩散装置：穿孔管属中气泡扩散装置；中气泡扩散装置：穿孔管属中气泡扩散装置；大气泡扩散装置：竖管曝气属大气泡扩散装置；大气泡扩散装置：竖管曝气属大气泡扩散装置； 微气泡：水力剪切扩散装置：倒盆式、撞击式和微气泡：水力剪切扩散装置：倒盆式、撞击式和射流式属水力剪切扩散装置射流式属水力剪切扩散装置 机械剪切扩散装置：涡轮式属机械剪
27、切扩散装置。机械剪切扩散装置：涡轮式属机械剪切扩散装置。1）扩散板、扩散管、扩散盘）扩散板、扩散管、扩散盘扩散板是用多孔性材料制成的薄板，有陶土扩散板是用多孔性材料制成的薄板，有陶土制、塑料制或其他材料制成的，其形状可做制、塑料制或其他材料制成的，其形状可做成方形或长方形，方形扩散板尺寸通常为成方形或长方形，方形扩散板尺寸通常为300300（2540)mm，扩散板安装在池，扩散板安装在池底一侧的预留槽上，空气由竖管进入槽内，底一侧的预留槽上，空气由竖管进入槽内，然后通过扩散板进入混合液。然后通过扩散板进入混合液。 扩散板的通气率一般为扩散板的通气率一般为l1.5m3/m2min，氧利用率约氧利
28、用率约10，充氧动力效率约为，充氧动力效率约为2kgO2/kWh。 缺点是板的孔隙小、空气通过时压力损失大、缺点是板的孔隙小、空气通过时压力损失大、容易堵塞。容易堵塞。扩散板及其安装方式扩散管示意图扩散管是由陶质多孔管扩散管是由陶质多孔管组成，其内径组成，其内径4475mm，壁厚，壁厚614mm，长，长60Omm，每每l0根为一组，通气率根为一组，通气率为为1215m3/根根h。 目前用软管代替陶质多目前用软管代替陶质多孔管孔管圆帽盖型扩散器网状膜扩散器网状膜扩散器该曝气器采用网状膜代替曝气盘用的各种曝该曝气器采用网状膜代替曝气盘用的各种曝气板材，其网很薄，网上的孔径笔直，滤水气板材，其网很薄
29、，网上的孔径笔直，滤水透气效果均优于微孔板材，不易发生堵塞。透气效果均优于微孔板材，不易发生堵塞。 网膜采用聚醋酸纤维制成的。网状膜曝气器网膜采用聚醋酸纤维制成的。网状膜曝气器采用底部供气，空气经分配器第一次切割后采用底部供气，空气经分配器第一次切割后均匀分布到气室内，高速气流经切割分配到均匀分布到气室内，高速气流经切割分配到网状膜的各个部位受到阻挡，然后通过特制网状膜的各个部位受到阻挡，然后通过特制网膜微孔的第二次切割形成微小气泡网膜微孔的第二次切割形成微小气泡(直径直径23mm)匀地分布扩散到水中匀地分布扩散到水中。膜片微孔曝气器膜片微孔曝气器曝气器的气体扩散装置采用曝气器的气体扩散装置采
30、用微孔合成橡胶膜片，膜片上微孔合成橡胶膜片，膜片上开有开有150200 m的同心圆的同心圆布置的布置的5000个自闭式孔眼。个自闭式孔眼。当充气时空气通过布气管道，当充气时空气通过布气管道，并通过底座上的孔眼进入膜并通过底座上的孔眼进入膜片和底座之间，在空气的压片和底座之间，在空气的压力作用下，使膜片微微鼓起，力作用下，使膜片微微鼓起，孔眼张开，达到布气扩散的孔眼张开，达到布气扩散的目的。目的。优点：不堵塞，可以省去空优点：不堵塞，可以省去空气滤清装置。气滤清装置。穿孔管曝气器及布置方式浅层曝气池3)竖管竖管竖管曝气是在曝气池的一侧布置以横管分支竖管曝气是在曝气池的一侧布置以横管分支成梳形的竖
31、管，竖管直径在成梳形的竖管，竖管直径在l5mm以上，离以上，离池底池底150mm左右。左右。 下图所示为一种竖管扩下图所示为一种竖管扩散器及其布置的示意图。竖管属于大气泡扩散器及其布置的示意图。竖管属于大气泡扩散器，由于大气泡在上升时形成较强的紊流散器，由于大气泡在上升时形成较强的紊流并能够剧烈地翻动水面，从而加强了气泡液并能够剧烈地翻动水面，从而加强了气泡液膜层的更新和从大气中吸氧的过程膜层的更新和从大气中吸氧的过程竖管扩散器及其布置形式4）水力剪切扩散装置）水力剪切扩散装置属于水力剪切扩散装置的属于水力剪切扩散装置的有倒盆式、射流式、固定有倒盆式、射流式、固定螺旋式和撞击式等右图是螺旋式和
32、撞击式等右图是倒盆式扩散器倒盆式扩散器倒盆式扩散器射流式曝气器金山l型曝气喷头和SX-l型曝气喷头散流式曝气器固定螺旋式曝气器：固定螺旋式曝气器：国内外开始使用一种称为固定螺旋式曝气器国内外开始使用一种称为固定螺旋式曝气器(也称静态曝气器也称静态曝气器)的装置。的装置。 它是由它是由35节筒体组成的，每节为节筒体组成的，每节为 300 (450) 300，每节内安装着，每节内安装着90度或度或180度转度转动的固定螺旋叶片，相邻两节螺旋叶片旋转动的固定螺旋叶片，相邻两节螺旋叶片旋转方向相反，相错方向相反，相错90度，空气从筒底部进入曝度，空气从筒底部进入曝气筒形成气水混合液。混合液在筒内反复与
33、气筒形成气水混合液。混合液在筒内反复与器壁碰撞，迂回上升，空气泡在上升的过程器壁碰撞，迂回上升，空气泡在上升的过程中被螺旋叶片反复切割，形成小气泡。中被螺旋叶片反复切割，形成小气泡。固定螺旋曝气器4.机械曝气机械曝气机械曝气设备的式样较多，大致可归纳为叶机械曝气设备的式样较多，大致可归纳为叶轮和转刷两大类。轮和转刷两大类。 曝气叶轮有安装在池中与曝气叶轮有安装在池中与鼓风曝气联合使用的，也有安装在池面的，鼓风曝气联合使用的，也有安装在池面的，后者称后者称“表面曝气表面曝气”。表面曝气具有构造简。表面曝气具有构造简单，动力消耗小，运行管理方便，氧吸收率单，动力消耗小，运行管理方便，氧吸收率高的优
34、点，故应用较多。常用的表面曝气叶高的优点，故应用较多。常用的表面曝气叶轮有泵型，倒伞型和平板型。轮有泵型，倒伞型和平板型。几种叶轮曝气器不同的转刷曝气器不同的转刷曝气器曝气器的选择原则：曝气器的选择原则：对于较小的曝气池，采用机械曝气器能减少动力费对于较小的曝气池，采用机械曝气器能减少动力费用，并省去鼓风曝气所需的管道系统和鼓风机等设用，并省去鼓风曝气所需的管道系统和鼓风机等设备，维护管理也比较方便。备，维护管理也比较方便。 这类曝气器的缺点是，这类曝气器的缺点是，转速高，其动力消耗随曝气池的增大而迅速增大，转速高，其动力消耗随曝气池的增大而迅速增大，所以曝气池不能太大。所以曝气池不能太大。
35、这种曝气器需要较大的表这种曝气器需要较大的表面积，因此曝气池的深度也受到限制。还有，如果面积，因此曝气池的深度也受到限制。还有，如果曝气池中产生泡沫，将严重降低充氧能力曝气池中产生泡沫，将严重降低充氧能力。鼓风鼓风曝气供应空气的伸缩性较大，曝气效果也较好，一曝气供应空气的伸缩性较大，曝气效果也较好，一般用于较大的曝气池。般用于较大的曝气池。 鼓风曝气的缺点是需要鼓鼓风曝气的缺点是需要鼓风机和管道系统。曝气头易堵塞。风机和管道系统。曝气头易堵塞。七、曝气池的类型与构造从混合液流型可分为推流式、完全混合式和循环从混合液流型可分为推流式、完全混合式和循环混合式三种；混合式三种； 从平面形状可分为长方
36、廊道形、圆形或方形、环从平面形状可分为长方廊道形、圆形或方形、环形跑道形三种；形跑道形三种； 从采用的曝气方法可分为鼓风曝气式、机械曝气从采用的曝气方法可分为鼓风曝气式、机械曝气式以及两者联合使用的联合式三种；式以及两者联合使用的联合式三种； 从曝气池与二次沉淀池的关系可分为分建式和合从曝气池与二次沉淀池的关系可分为分建式和合建式两种。建式两种。1.推流式曝气池推流式曝气池推流式曝气池为长方廊道形池子，常采用鼓推流式曝气池为长方廊道形池子，常采用鼓风曝气，扩散装置排放在池子的一侧，见下风曝气，扩散装置排放在池子的一侧，见下图。这样布置可使水流在池中呈螺旋状前进，图。这样布置可使水流在池中呈螺旋
37、状前进，增加气泡和水的接触时间。增加气泡和水的接触时间。 曝气池的数目随污水厂大小和流量而定，在曝气池的数目随污水厂大小和流量而定，在结构上可以分成若干单元，每个单元包括几结构上可以分成若干单元，每个单元包括几个池子，每个池子常由一至四个折流的廊道个池子，每个池子常由一至四个折流的廊道组成。组成。推流式曝气池结构示意图曝气池的池长可达曝气池的池长可达100m。为了防止短流，。为了防止短流，廊道长度和宽度之比应大于廊道长度和宽度之比应大于5，甚至大于，甚至大于10。 为了使水流更好的旋转前进，宽深比不大于为了使水流更好的旋转前进，宽深比不大于2，常在，常在1.52之间。池深常在之间。池深常在35
38、m。 曝气池进水口一般淹没在水面以下，以免污曝气池进水口一般淹没在水面以下，以免污水进入曝气池后沿水面扩散，造成短流，影水进入曝气池后沿水面扩散，造成短流，影响处理效果。响处理效果。 曝气池出水设备可用溢流堰或出水孔。通过曝气池出水设备可用溢流堰或出水孔。通过出水孔的水流流速一般较小出水孔的水流流速一般较小(0.10.2m/s)，以免污泥受到破坏。，以免污泥受到破坏。2.完全混合式曝气池完全混合式曝气池完全混合式曝气池常采用叶轮供氧，多以圆形、完全混合式曝气池常采用叶轮供氧，多以圆形、方形或多边形池子作单元，主要是因为需要和方形或多边形池子作单元，主要是因为需要和叶轮所能作用的范围相适应。叶轮
39、所能作用的范围相适应。 改变叶轮的直径可以适应不同直径改变叶轮的直径可以适应不同直径(边长边长)、不、不同深度的池子需要。长方形曝气池可以分成一同深度的池子需要。长方形曝气池可以分成一系列相互衔接的方形单元，每个单元设置一个系列相互衔接的方形单元，每个单元设置一个叶轮。叶轮。 使用完全混合式曝气池时，为了节约占地面积，使用完全混合式曝气池时，为了节约占地面积，常常是把曝气池和沉淀池合建常常是把曝气池和沉淀池合建。圆形曝气沉淀池方形曝气沉淀池长方形曝气沉淀池分建式完全混合系统3.循环混合式曝气池循环混合式曝气池循环混合式曝气池多采用转刷供氧，其平面循环混合式曝气池多采用转刷供氧，其平面形状如环形
40、跑道，如下图所示。循环混合式形状如环形跑道，如下图所示。循环混合式曝气池也称氧化渠或氧化沟（曝气池也称氧化渠或氧化沟（oxidation ditch)，是一种简易的活性污泥系统，属于，是一种简易的活性污泥系统，属于延时曝气法。延时曝气法。氧化沟的平面图像跑道一样，转刷设置在氧氧化沟的平面图像跑道一样，转刷设置在氧化渠的直段上，转刷旋转时混合液在池内循化渠的直段上，转刷旋转时混合液在池内循环流动，流速保持在环流动，流速保持在0.3m/s以上，使活性污以上，使活性污泥呈悬浮状态泥呈悬浮状态。氧化渠的典型布置氧化渠的流型为环状循环混合式，污水从环氧化渠的流型为环状循环混合式，污水从环的一端进入，从另
41、一端流出。的一端进入，从另一端流出。 一般混合液的环流量为进水量的数百倍以上，一般混合液的环流量为进水量的数百倍以上，接近于完全混合，具备完全混合曝气池的若接近于完全混合，具备完全混合曝气池的若干特点。干特点。 氧化沟的特点：氧化沟的特点： （a）简化了预处理，氧化沟水力停留时间）简化了预处理，氧化沟水力停留时间和污泥龄比一般生物处理法长，悬浮有机物和污泥龄比一般生物处理法长，悬浮有机物可与溶解性有机物同时得到较彻底的去除，可与溶解性有机物同时得到较彻底的去除，排出的剩余污泥已得到高度稳定，因此氧化排出的剩余污泥已得到高度稳定，因此氧化沟可以不设初次沉淀池，污泥也不需要进行沟可以不设初次沉淀池
42、，污泥也不需要进行厌氧消化；厌氧消化；（b）占地面积少，因在流程中省略了初次沉淀池、）占地面积少，因在流程中省略了初次沉淀池、污泥消化池，有时还可省略二次沉淀池和污泥回流污泥消化池，有时还可省略二次沉淀池和污泥回流装置，使污水厂总占地面积不仅没有增大，相反还装置，使污水厂总占地面积不仅没有增大，相反还可缩小；可缩小； （c）从溶解氧的分布看，氧化沟具有推流特性，）从溶解氧的分布看，氧化沟具有推流特性，溶解氧浓度在沿池长方向形成浓度梯度，形成好氧、溶解氧浓度在沿池长方向形成浓度梯度，形成好氧、缺氧和厌氧条件。通过对系统合理的设计与控制，缺氧和厌氧条件。通过对系统合理的设计与控制，可以取得最好的除
43、磷脱氮效果。可以取得最好的除磷脱氮效果。 另外，氧化沟的曝气方式也不限于转刷一种，也可另外，氧化沟的曝气方式也不限于转刷一种，也可以用其它方法曝气。氧化沟的构造形式也是多种多以用其它方法曝气。氧化沟的构造形式也是多种多样的，根据不同的目的可以设计多种形式的氧化沟。样的，根据不同的目的可以设计多种形式的氧化沟。 氧化沟技术是近年来发展较快的生物水处理技术之氧化沟技术是近年来发展较快的生物水处理技术之一一。八、活性污泥法的工艺类型（一）传统活性污泥法传统的活性污泥法具有处理效率高，出水水质好，剩余污泥量较少的优点。优点：（1）一般呈推流式。池起始端易进入对数生长期。末端微生物进入内源呼吸，池的率效
44、（2）曝气时间长，吸附量大，去除率高9095%。（3）污泥颗粒大，易沉降。（4）污泥量少，剩余污泥量占不到回流的10%。缺点：（1）耐冲击负荷差，不适于水质变化大的水质。（2）长廊式供氧利用率低，能耗较高。（3）处理时间长，曝气48h供氧与需氧间存在着不可克服的矛盾、体积负荷小、曝气池体积相当庞大、占地面积大，基建投资高等（二）渐减曝气（三）阶段曝气：多点进水优点：（1）有机场分配均匀，需氧量均匀。（2）活性污泥浓度不均匀，前端浓，后端稀，有利于提高曝气池利用率，出流混合液浓度降低。（3）在相同的BOD负荷条件下，逐步曝气法的BOD容积负荷可明显增大，去除一定量的BOD，曝气池容积仅为普通法的
45、一半，减少占地面积。缺点：（1）工艺复杂，运行管理要求高。（2）渐减曝气或多点进水管线，阀门增多。（四）吸附再生活性污泥法（接触稳定法）优点：（1）吸附和污泥活化（再生）分别在两个系统中进行，省去初沉池，有利于提高吸附氧化有机物的能力。有利于活性污泥的活化，缩短吸附和活化时间，吸附的曝气时间短（1030分）。（2）回流污泥量大，对废水适应性大，调济平衡能力强，回流比大50100%。缺点：（1）吸附时间短，处理效率低8590%；（2）污泥回流量多，增加回流污泥泵的容量。（五）完全混合法优点：（1）完全混合法进水与池内废水完全混合，营养物和需氧率都均匀，微生物接触的浓度进出水相同。故承受负荷高，污
46、泥负荷率高于其它活性污泥法。（2）微生物的工作点面宽，可以在对数生长期，也可以在衰减增长期。缺点：（1）池结构复杂，管理要求高；（2）池合建一体，进出水、排泥、回流系统复杂，工艺难度大。（六）延时曝气（氧化沟）（1）曝气时间长，负荷低，控制微生物生长在内源呼吸，排泥量少，适合于处理高浓度废水，水量少的系统；（2）低负荷，处理效果好，高于9095%；（3）自动化程度高，管理方便。缺点：（1）曝气时间长，能耗高；（2）自动化程度高，基建投资大。（七）纯氧曝气（八）浅层曝气气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率最大、还可以节省动力费用。适宜范围：0.6-0.8米（九）深层曝气：深井曝气10-20米大大节约用
47、地面积，深度增加可促进氧传递速率。（十）高负荷曝气或变型曝气曝气时间短、部分处理（十一）克劳斯法引入厌氧消化的上清液，补充氨氮、防止污泥膨胀（十二）氧化沟转刷曝气鼓风曝气与沉淀池分建式合建式（十三）吸附生物降解工艺（AB法）A段：高负荷运行B段：低负荷运行AB法即两段活性污泥法，A段高负荷，污泥负荷达26kg/kgd，为普通法的1020倍，污泥平均停留时间短(0.30.5d)，水力停留时间约为30min。DO控制0.20.7mg/L，接近兼性好氧方式进行，污泥产率高。B段低负荷，污泥负荷为0.150.3kg/kgd，污泥平均停留时间为1520d，水力停留时间为23h，DO=l2mg/L。AB法
48、的基本特点是：(1)A段高负荷，抗冲击负荷能力强，经A段后有机大分子降为小分子，提高B段可生化性，提高处理效果；(2)原水连续流入A段，水力停留时间和污泥停留时间短，使短世代原核微生物稳定繁殖，工艺稳定性提高，除P效果好，为B段硝化创造条件。（十四）序批式活性污泥法SBR法进水曝气沉淀排水闲置九、活性污泥法的设计计算活性污泥法系统的工艺设计包括：（1）流程选择；（2）曝气池容积的确定；（3）供氧设备的设计；（4）二次沉淀池澄清区与污泥区容积的选择的确定；（5）剩余污泥量的计算（一）计算方法1.经验负荷法污泥负荷Ns=一般0.30.5容积负荷Nv=2.动力学计算法：劳伦斯和麦卡蒂法（二）工艺流程
49、的选择（三）曝气池容积经验负荷法：工艺运行中几个应注意的问题：(1)、NS要考虑处理水的要求和污泥的沉降性能。一般欲得90以上的去除率，SVI若在80150范围内，污泥负荷应在0.20.5kgkgd范围内.(2)不同的工艺NS值不一样(3)、采用较高的污泥浓度可以缩小曝气池容积，但污泥浓度的提高将相应地提高氧的供应量，此外，曝气池的悬浮固体不可能高于回流污泥的悬浮固体，若两者愈接近，回流比就愈大。X（混合液悬浮固体）浓度过高，氧的利用率下降，使悬浮颗粒微细而分散，吸附力小，不易沉降。（三）供氧设备的设计1.需氧量O2=aqvSr+bVXv说明：a-氧化每KgBOD需氧千克数，Kgo2/KgBO
50、D，一般0.42-0.53-污泥自身氧化需氧率，Kgo2/KgMLVSS.d，一般为0.188-0.11挥发性悬浮固体浓度MLVSS，Xv=Fx=0.75xqv-设计流量Sr-有机物基质降解量2.供氧量Ra供氧量Ra=需氧量1.2（富裕系数）供氧量Ra-标准状态供氧量R03.供气量GsGs=（R0/0.3EA）1004.风压的计算5.风机选择（四）二次沉淀池澄清区与污泥区容积的选择的确定（五）剩余污泥量的计算1.污泥产量干污泥：XV=a1QSr-b1Vxva1;污泥增殖系数0.5-0.7b1:污泥自身氧化率0.04-0.1Xv:挥发性悬浮固体浓度0.75X2.污泥回流率r式中X0、Xr、X-分
51、别为流入曝气池的废水、回流污泥和曝气池混合液的悬浮固体浓度，(mg/l)。X-Xo为实际回流污泥SS浓度；Xr-X净增回流污泥SS浓度。某曝气池污泥浓度为2000mg/L，混合液在100mL量筒内经30分钟沉淀量为20mL（其沉淀污泥的性能与二沉池回流污泥的性能相同），计算：（1）污泥沉降比SV30。（2）污泥体积指数SVI。（3）回流污泥浓度。（4）回流比。十、活性污泥法系统的运行管理（一）系统的投产与活性污泥的培养驯化（一）系统的投产与活性污泥的培养驯化1.活性污泥的培养驯化活性污泥的培养驯化（1）引生活污水调节）引生活污水调节BOD5至至200300mgL，在曝气池内，在曝气池内进行连续
52、曝气，一般在进行连续曝气，一般在1520下经一周，出现活性污泥絮下经一周，出现活性污泥絮体，掌握换水和排放剩余污泥，以补充营养和排除代谢产物。体，掌握换水和排放剩余污泥，以补充营养和排除代谢产物。当出现大量絮体时停止曝气，静止沉淀当出现大量絮体时停止曝气，静止沉淀1l.5h，排放约占总，排放约占总体积体积6070，调节生活污水进水量，继续曝气，当沉降比，调节生活污水进水量，继续曝气，当沉降比接近接近30时，说明池中混合液污泥浓度已满足要求。从引水时，说明池中混合液污泥浓度已满足要求。从引水曝气曝气曝气曝气污泥成熟污泥成熟具良好凝聚和沉降性。一般具良好凝聚和沉降性。一般710天为周期，天为周期，
53、BOD5去除率达去除率达95%左右。左右。（2）扩大培养。连续换水）扩大培养。连续换水曝气曝气投入使用，回流投入使用，回流50%，两，两周成熟，投入正常运行。周成熟，投入正常运行。2、活性污泥的驯化、活性污泥的驯化如果进行工业废水处理，则在培养成熟的活性污泥中逐如果进行工业废水处理，则在培养成熟的活性污泥中逐渐增加工业废水的比例，直到满负荷，活性污泥正常运行为渐增加工业废水的比例，直到满负荷，活性污泥正常运行为正。正。2.试运行试运行确定最佳的运行条件确定最佳的运行条件（二）运行效果的检测（二）运行效果的检测1.反映处理效果的项目反映处理效果的项目2.反映污泥情况的项目反映污泥情况的项目3.反
54、映污泥营养和环境条件的项目反映污泥营养和环境条件的项目（三）活性污泥运行的异常情况1.污泥膨胀正常的活性污泥沉降性能好，其SVI约为50150之间，含水率在99%左右，当污泥变质时，污泥不易沉淀，SVI值增高，污泥的结构松散和体积膨胀，含水率上升，澄清液稀少，颜色也有异变，这种现象称为污泥膨胀。1）丝状菌繁殖引起的膨胀丝状菌繁殖引起的膨胀原因：原因：污泥中丝状菌过渡增长繁殖的结果，丝状菌作为菌胶团的骨架，细菌分泌的外酶通过丝状菌的架桥作用将千万个细菌凝结成菌胶团吸附有机物形成活性污泥的生态系统。但当丝状菌大量生长繁殖，活性菌胶团结构受到破坏，形成大量絮体而漂浮于水面，难于沉降。这种现象称为丝状
55、菌繁殖膨胀。丝状菌增长过快的原因：a、溶解氧过低，0.72.0mg/lb、冲击负荷有机物超出正常负荷，引起污泥膨胀c、进水化学条件变化：是营养条件变化，一般细菌在营养为BOD5：N：P100：5：1的条件下生长，但若磷含量不足，CN升高，这种营养情况适宜丝状菌生活。是硫化物的影响，过多的化粪池的腐化水及粪便废水进入活性污泥设备，会造成污泥膨胀。含硫化物的造纸废水，也会产生同样的问题。一般是加510mL/L氯加以控制或者用预曝气的方法将硫化物氧化成硫酸盐。是碳水化合物过多会造成膨胀。是pH值和水温的影响，pH过低，温度高于35度易引起丝状菌生长。解决办法：针对引起膨胀的原因采取措施a、加大曝气量
56、或闷曝、降低进水量b、控制F/M（污泥负荷）调节进水和回流污泥c、添加营养物质、调节PH值d、投加漂白粉或液氯，抑制丝状菌繁殖e、污泥膨胀严重时投加铁盐絮凝剂或有机阳离子凝聚剂。（2）非丝状菌膨胀非丝状菌膨胀原因是污泥含有大量表面附着水，水质含有很高的碳水化合物而含N量低，当这些碳水化合物被细菌降解时形成多糖类物质，使代谢产物表面吸附表面水，说明C/N比失调或水温过低。解决办法：增加N的比例，引进生活污水以增加蛋白质的成分，调节水温不低于5度。2.污泥解体处理水质混浊，污泥絮凝体微细化，处理效果变坏原因：运行不稳定，有毒物质3.污泥腐化在沉淀池内污泥由于缺氧而引起厌氧分解，产生甲烷及二氧化碳气
57、体，污泥吸附气体上浮。解决办法：加大曝气池供氧量，提高出水溶解氧，减少污泥在二沉池中的停留时间，及时排走剩余污泥。4.污泥上浮 污水在二沉池中经过长时间造成缺氧(DO在0.5mgL以下)，则反硝化菌会使硝酸盐转化成氨和氮气，在氨和氮逸出时，污泥吸附氨和氮而上浮使污泥沉降性降低。解决办法：减少在二沉池中的停留时间，及时排泥，增加回流比。5.泡沫问题废水中含洗涤剂等表面活性物质解决办法：曝气池安喷洒清水管网或适当喷洒酸、碱等除泡剂。第四节生物膜法一、生物膜法概述生物膜法分为以下三类：生物膜法分为以下三类： 1。润壁型生物膜法废水和空气沿固定的或转。润壁型生物膜法废水和空气沿固定的或转动的接触介质表
58、面的生物膜流过，如生物滤池动的接触介质表面的生物膜流过，如生物滤池和生物转盘等；和生物转盘等； 2。浸没型生物膜法接触滤料固定在曝气池内，。浸没型生物膜法接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，如接触氧化完全浸没在水中，采用鼓风曝气，如接触氧化法；法； 3。流动床型生物膜法使附着有生物膜的活。流动床型生物膜法使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池中。中。（一）生物膜的概念和形成过程（一）生物膜的概念和形成过程1.定义：定义： 生物膜：生物膜：附着在构筑物挂膜介质上，并在其上生长和繁殖，由细胞内向外伸展的胞外多聚物使微生物
59、细胞形成纤维装的缠结结构，生物膜通常具有空状结构，具有很强的吸附能力。2.生物膜的形成：生物膜的形成：随着微生物的不断繁殖增长，废水中悬浮物和微生物的不断沉积，生物膜的厚度不断增加，使生物膜的结构发生变化。膜的表面和废水接触，吸取营养和溶解氧容易，微生物生长繁殖迅速，形成了由好氧和兼性微生物组成的好氧层好氧层（12mm）。在其内部和介质接触的部分，营养和溶解氧的供应条件差，微生物生长繁殖受到限制，好氧微生物难以生活，兼性微生物转化为厌氧代谢方式，某些厌氧微生物恢复了活性，从而形成了由厌氧微生物和兼性微生物组成的厌氧层厌氧层。厌氧层是在生物膜达到一定厚度时才出现的，随着生物膜的增厚和外伸，厌氧层
60、也随着变厚。（二）生物膜的生物相生物膜的生物组成生物膜的生物组成：细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫组成。（三）生物膜净化废水的原理（三）生物膜净化废水的原理生物膜呈蓬松的絮状结构，微孔多表面积大，具生物膜呈蓬松的絮状结构，微孔多表面积大，具有很强的吸附能力。生物膜微生物以及吸附和沉有很强的吸附能力。生物膜微生物以及吸附和沉积于膜上的有机物为营养料。增殖的生物膜脱落积于膜上的有机物为营养料。增殖的生物膜脱落后进入废水，在二次沉淀池中被截留下来，成为后进入废水，在二次沉淀池中被截留下来，成为污泥。如果有机物负荷比较高，生物膜对吸附的污泥。如果有机物负荷比较高，
61、生物膜对吸附的有机物来不及氧化分解时，能形成不稳定的污泥，有机物来不及氧化分解时，能形成不稳定的污泥，这类污泥需要进行再处理，其处理水这类污泥需要进行再处理，其处理水NO3-可在可在2mg/L左右，左右，BOD5去除率为去除率为6090%。若负荷。若负荷低，废水经过处理后，低，废水经过处理后，BOD5可以降到可以降到25mg/L以下，硝酸盐（以下，硝酸盐（NO3-）含量在）含量在10mg/L以上。以上。（四）生物膜法的特点1.附着于固体介质表面上的微生物对水量，水质的变化有较强的适应性。2.能够处理低浓度废水3.污泥沉降性能好，易于分离，不存在污泥膨胀问题4.固体介质有利于微生物形成稳定的生态
62、体系，栖息微生物的种类较多，处理效率高。5.降解产物污泥量少。6.管理方便，能耗低缺点：1.处理效果不如活性污泥法2.容易堵塞3.卫生条件差4.附着于固体表面的微生物量较难控制，操作伸缩性差。5.靠自然通风供氧，不如活性污泥供氧充足，容易产生厌氧。二、生物滤池生物滤池于1889年在劳伦斯实验厂首先开始研究，1910后期在美国开始了大规模的应用，20实际70年代逐步被好氧法代替，随着新型滤料的不断诞生，生物滤池有再度复活的趋势普通生物滤池（低负荷生物滤池）高负荷生物滤池超高负荷滤池（塔式生物滤池）（一）普通生物滤池1.普通生物滤池水力负荷15m3/m2d;BOD负荷0.15-0.3kg/m3d池
63、体滤料布水设备：布水设备有固定式和可动式两种布水设备有固定式和可动式两种排水系统 排水系统的作用：收集滤床流出的污水与生物膜；保证通风；排水系统的作用：收集滤床流出的污水与生物膜；保证通风；支撑滤料支撑滤料 排水系统组成：池子底面及开设于其上的沟渠。排水系统组成：池子底面及开设于其上的沟渠。 旋转式布水器旋转布水器2.普通生物滤池的设计计算（1）滤池的设计计算负荷法、动力学法水力负荷q：单位体积滤料或单位面积的滤料每天可以处理的水量有机负荷N：单位体积滤料每天所能承受的有机物的量V=S0qv/NA=V/HH一般采用经验或试验确定。低负荷生物滤池2m，两级回流生物滤池1.0-1.8m，塔式生物滤
64、池8m以上。其参数见表4-6P276（2）布水装置系统设计（二）高负荷生物滤池高负荷生物滤池水力负荷10-30m3/m2d；BOD负荷0.8-1.2kg/m3d1.构造与特征BOD负荷高的滤池，要求通风条件好，在采用自然通风的条件下，就要求滤料的孔隙率大和阻力小。所以，低负荷滤池的滤料粒径较小(2570mm)，高负荷滤池的滤料粒径较大(40100mm)，对于塔式生物滤池，最好采用塑料滤料。回流：回流比R：回流水量与进水量之比。优点：（1）增大水力负荷，促进生物膜的更新代谢。形成良性循环的生态系统；（2）废水得到稀释，降低基质浓度，防止堵塞；（3）有利于连续接种促进生物膜生长；（4）提高DO，防
65、止滤池滋生蚊蝇；（5）水量大可使用旋转布水器。缺点：（1）缩短废水在池中停留时间；（2）洒水量增大，降低生物膜吸附有机物的速度；（3）回流水中积累难降解物质；（4）降低水温。多级供氧2.典型的工艺流程初沉池、生物滤池、二次沉淀池初沉池、生物滤池、二次沉淀池组合而成，其组合型式有单级运行系统单级运行系统、多级运行系统和交多级运行系统和交替运行系统替运行系统。二级交替运行图二级交流运行系统的二级交流运行系统的每一生物滤池可交替作为一级和二级每一生物滤池可交替作为一级和二级使用，循环往复，负荷率比一般二级使用，循环往复，负荷率比一般二级系统提高系统提高23倍。倍。3.需氧与供氧qd=a1BOD+b1
66、P普通生物滤池是靠自然通风方式供氧，曝气生物滤池（接触氧化）才是采取曝气方式供氧。滤池的空气阻力愈小通气量也愈大。池内温度池外温度，池内气流由下朝上池内温度池外温度，池内气流由上朝下空气流动速度u0.075T0.1（m/min）T-温度差4.设计与计算（三）塔式生物滤池水力负荷80-200m3/m2d；BOD负荷1-2kg/m3d生物滤池重要参数比较五、生物滤池的运行1.挂膜挂膜培养出适合待处理废水的活性污泥；将活性污泥置于滤床中，将池底部的活性污泥抽入上方的布水器淋下，使污泥在滤池内反复循环，当已有少量微生物黏附在填料上时开始进水，水量由小到大（设计水量20-80），当已达到运行所需的生物量
67、时，系统可以进入正常运行。2.生物膜的指标性生物（1）高负荷生物膜）高负荷生物膜 生物膜呈黑色到灰色，溶解氧多在生物膜呈黑色到灰色，溶解氧多在1mg/L以下。以下。 （2）负荷适当生物膜）负荷适当生物膜 线虫和寡毛虫类较多，也出现丝状菌和真菌类，线虫和寡毛虫类较多，也出现丝状菌和真菌类，灰褐色。灰褐色。（ 3）低负荷生物膜）低负荷生物膜 生物膜为褐色生物膜为褐色 （4）更新快的生物膜：生物大量生长）更新快的生物膜：生物大量生长 （5）后生动物异常增长的生物膜：红色）后生动物异常增长的生物膜：红色 （6）发生恶臭的生物膜：溶解氧下降出现恶臭）发生恶臭的生物膜：溶解氧下降出现恶臭3.生物膜系统运行
68、应特别注意的问题（1）防止生物膜过厚）防止生物膜过厚 加大回流，借助水力冲脱过厚的生物膜；二级滤池串连交替进水；低频加水，使布水器转数减慢。（2）维持较高的）维持较高的DO 曝气池的DO4mg/L处理效果明显下降。DO增加可以减少厌氧层厚度，增大好氧层的比例，同时改善系统的传质条件。（3）减少）减少ESS（生物悬浮物）（生物悬浮物） 设计二沉池，并且表面负荷要小。（ESS粒径不均匀）4.运行管理（1）生物滤池主要构筑物的管理）生物滤池主要构筑物的管理 （2）运转方式管理）运转方式管理 回流回流 二级生物滤池二级生物滤池 滤池蝇滤池蝇 气味气味 滤料表面冻结滤料表面冻结 滤池泥穴及蜗牛滤池泥穴及
69、蜗牛三、生物转盘一、生物转盘构造与特征主要构造部分主要构造部分 基本形状及材料基本形状及材料 重要特征参数重要特征参数 浸没率：浸没率：45-50 转轴高于水面转轴高于水面10-25cm 生物膜厚度生物膜厚度0.5-2.0mm 降解机理降解机理生物转盘运行示意图（二）典型工艺流程单级或多级（三）生物转盘的设计计算生物转盘布置四、生物接触氧化法一、生物接触氧化法概述定义：生物接触氧化法又称淹没式生物滤池，在反应器内设置填料，经过充氧的废水与长满生物膜的填料接触，在生物膜的作用下，废水的到净化。特点：填料的比表面积大，池内的充氧条件良好。无需回流污泥、无污泥膨胀，运行管理简便。较强的适应能力有机负
70、荷高、污泥产量少分流式接触氧化池表面曝气接触氧化池（二）生物接触氧化池的构造1.主要组成：池体、填料床、曝气装置、进出水装置主要组成：池体、填料床、曝气装置、进出水装置 2.填料填料 填料技术要求填料技术要求 国内常见的填料：蜂窝填料、立体波纹填料、软性纤国内常见的填料：蜂窝填料、立体波纹填料、软性纤维状填料、半软性填料、不规则粒状填料维状填料、半软性填料、不规则粒状填料 填料的安装：格栅支架、悬挂支架、框式支架填料的安装：格栅支架、悬挂支架、框式支架（三）生物接触氧化池的池型（三）生物接触氧化池的池型1.底部进水、进气式底部进水、进气式2.侧部进气、上部进水式侧部进气、上部进水式3.表曝充氧
71、式表曝充氧式4.射流曝气充氧式射流曝气充氧式 （四）生物接触氧化的典型工艺流程（四）生物接触氧化的典型工艺流程（五）生物接触氧化法的设计计算（五）生物接触氧化法的设计计算1.有效容积：容积负荷法有效容积：容积负荷法容积负荷容积负荷NW：每立方米的填料每天能接受的：每立方米的填料每天能接受的BOD值值V=qvS0/NW2.池深：一般池深：一般3米米3.总面积和座数总面积和座数A=V/H 一般每个池子的面积不超过一般每个池子的面积不超过25M24.有效停留时间有效停留时间:大于大于2小时小时T=V/qv5.空气量空气量D和管道计算和管道计算 D=D0qvD0-1M3污水需气量，一般污水需气量，一般
72、15-20M3/M3第五节生物流化床以沙、活性炭、焦炭等颗粒微载体充填于生物反以沙、活性炭、焦炭等颗粒微载体充填于生物反应器内，由于载体表面附着生长着生物膜而使质应器内，由于载体表面附着生长着生物膜而使质量变轻；当污水以一定流速从下向上流动时，载量变轻；当污水以一定流速从下向上流动时，载体便体便 处于流动状态。处于流动状态。 载体颗粒小、表面积大，载体颗粒小、表面积大，为微生物生长提供了充足的场所，极大的提高了为微生物生长提供了充足的场所，极大的提高了反应器内的微生物量：反应器内的微生物量：10-14g/L 颗粒处于流态颗粒处于流态化状态极大的提高了有机污染物由污水向微生物化状态极大的提高了有
73、机污染物由污水向微生物细胞膜内的传质速度。细胞膜内的传质速度。（一）两相生物流化床1.构造与特征2.典型工艺流程（二）三相生物流化床（三）生物流化床优缺点1.容积负荷高，抗冲击负荷能力强2.微生物活性强3.传质效果好机械搅动流化床第五节污水的厌氧生物处理（anaerobicbiologicatreatment） 厌氧处理往往用于污泥处理，称为污泥消化，由于厌氧处厌氧处理往往用于污泥处理，称为污泥消化，由于厌氧处理面对的是固态有机物，所以称为消化。理面对的是固态有机物，所以称为消化。一、污水厌氧生物处理的原理一、污水厌氧生物处理的原理（一）厌氧生化法的特点：（一）厌氧生化法的特点：1.应用范围广
74、应用范围广 因供氧限制，好氧法一般只适用于中、低浓度有机废水的处理，因供氧限制，好氧法一般只适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法既适用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机而厌氧法既适用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水。废水。 有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料处理是可降解的，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。等。2.能耗低能耗低 好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加而
75、增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。加而增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。 废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿消耗能量。研究废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿消耗能量。研究表明，当原水表明，当原水BOD5达到达到1500mg/L时，采用厌氧处理即有能量时，采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。剩余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。 一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。 3.负荷高负荷高 通常好氧法的有机容积负荷为通常好氧法的有机容积负荷为2-4 kgBOD/(m3d)，而厌氧法为，而厌氧
76、法为2-10 kgCOD/(m3d)，高的可达，高的可达50 kgCOD/(m3d)4.剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好 好氧法每去除好氧法每去除l kgCOD将产生将产生0.4-O.6 kg生物量，而厌氧出去除生物量，而厌氧出去除l kgCOD只产生只产生0.02-0.l kg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5-20。 同时，消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定的。因此，剩余污同时，消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定的。因此，剩余污泥处理和处置简单、运行费用低，甚至可作为肥料、饲料或饵料泥处理和处置简单、运行费用低，甚至可
77、作为肥料、饲料或饵料利用。利用。5.氮、磷营养需要量较少氮、磷营养需要量较少 好氧法一般要求好氧法一般要求BOD:N:P为为l00:5:1，而厌氧法的，而厌氧法的BOD:N:P为为l00:2.5:0.5，对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。，对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。 6.有杀菌作用有杀菌作用 厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水和污泥中的寄生厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等虫卵、病毒等 7.污泥易贮存污泥易贮存 厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运转。厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节性或间
78、歇性运转。8.厌氧生物处理法也存在下列缺点厌氧生物处理法也存在下列缺点:（1）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需时间）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长；比好氧设备长；（2）出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，故一般在厌）出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，故一般在厌氧处理后串联好氧处理；氧处理后串联好氧处理； （3）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。 （4）厌氧过程会产生气味对空气有污染。）厌氧过程会产生气味对空气有污染。（二）厌氧法的基本原理 废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生废水厌氧生物处理
79、是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物物(anaerobic microbes)(包括兼氧微生物）的作用，将废包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷(methane)和二氧化和二氧化碳碳(carbon dioxide)等物质的过程，也称为厌氧消化等物质的过程，也称为厌氧消化 (anaerobic digestion) 。 与好氧过程的根本区别在于不以与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。氢体。 厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠厌氧
80、生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌的联合作用完成：三大主要类群的细菌的联合作用完成：水解产酸细菌水解产酸细菌(fermentative bacteria)产氢产乙酸细菌产氢产乙酸细菌(acetogenic bacteria)产甲烷细菌产甲烷细菌(methanogenic bacteria) 。厌氧消化过程划分为三个连续的阶段：第一阶段为水解酸化阶段。复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。第二阶段为产氢产乙酸阶段。在产氢产乙酸细菌的作用下，第第二阶段为产
81、氢产乙酸阶段。在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2，在降解奇数，在降解奇数碳素有机酸时还形成碳素有机酸时还形成CO2。 第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和和H2等转化为甲烷。等转化为甲烷。厌氧消化的三个阶段和厌氧消化的三个阶段和COD转化率转化率此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生
82、甲烷，前者约占总量的量的l/3后者约占后者约占2/3。 上述三个阶段的反应速度依废水性质而异，在含纤维素、半纤维上述三个阶段的反应速度依废水性质而异，在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中，水解易成为速度限制步素、果胶和脂类等污染物为主的废水中，水解易成为速度限制步骤；骤； 简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均能被微生物迅速分简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物为主的废水，产甲烷易成为限速阶段。解，对含这类有机物为主的废水，产甲烷易成为限速阶段。（三）厌（三）厌氧法的影响因素氧法的影响因素控制厌氧处理效率的基本因素有两类控制厌氧处理效率的
83、基本因素有两类: 一类是基础因素，包括微生物量一类是基础因素，包括微生物量 (污泥浓度污泥浓度)、营养比、混合接触、营养比、混合接触状况、有机负荷等；状况、有机负荷等； 另一类是环境因素，如温度、另一类是环境因素，如温度、pH值、氧化还原电位、有毒物质值、氧化还原电位、有毒物质等。等。 产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。段是厌氧过程速率的限制步骤。1温度条件温度条件 各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌的各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌的温度范围为温度范
84、围为5-60。 在在35和和53上下可以分别获得较高的消上下可以分别获得较高的消化效率，温度为化效率，温度为40-45时，厌氧消化效率较低。时，厌氧消化效率较低。 据产甲烷菌据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为常温消化、中温消化和高适宜温度条件的不同，厌氧法可分为常温消化、中温消化和高温消化三种类型。温消化三种类型。温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时内温度温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时内温度升降升降5，沼气产量明显下降，波动的幅度过大时，甚至停止产，沼气产量明显下降，波动的幅度过大时，甚至停止产气。气。 温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中甲烷的含量
85、，温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中甲烷的含量，尤其高温消化对温度变化更为敏感。尤其高温消化对温度变化更为敏感。 温度的暂时性突然降低不会使厌氧消化系统遭受根本性的破坏，温度的暂时性突然降低不会使厌氧消化系统遭受根本性的破坏，温度一经恢复到原来水平时，处理效率和产气量也随之恢复。温度一经恢复到原来水平时，处理效率和产气量也随之恢复。温度对厌氧消化过程的影响2pH值每种微生物可在一定的每种微生物可在一定的pH值范围内活动，产酸细菌对酸碱度不值范围内活动，产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的及甲烷细菌敏感，其适宜的pH值范围较广，在值范围较广，在4.5-8.0之间。之间。 产甲烷菌要
86、求环境介质产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最适宜值在中性附近，最适宜pH值为值为7.0-7.2，pH6.6-7.4较为适宜。较为适宜。 在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的应器内的pH值在值在6.5-7.5(最好在最好在6.8-7.2)的范围内的范围内。在厌氧消化过程中，pH值的升降变化除了外界因素的影响之外，还取决于有机物代谢过程中某些产物的增减。产酸作用产物使有机酸的含量增加，会使pH值下降。含氮有
87、机物分解产物氨的增加，会引起pH值升高。在厌氧处理中，pH值除受进水的pH影响外，主要取决于代谢过程中自然建立的缓冲平衡，取决于挥发酸、碱度、CO2、氨氮、氢之间的平衡。3氧化还原电位无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的最基本条件之一。产无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的最基本条件之一。产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感，这是因为它不象好氧菌那样甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感，这是因为它不象好氧菌那样具有过氧化氢酶。具有过氧化氢酶。 氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的重要因素，但不氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的重要因素，但不是唯一因素。是唯一因素。 挥发性有机酸的增减、挥发性有机酸的增减、pH
88、值的升降以及铵离子浓度的高低值的升降以及铵离子浓度的高低等因素均影响系统的还原强度。如等因素均影响系统的还原强度。如pH值低，氧化还原电位值低，氧化还原电位高；高；pH值高，氧化还原电位低。值高，氧化还原电位低。4有机负荷在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称容积负荷，在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量（即消化器单位有效容积每天接受的有机物量（kgCOD/m3d)。 对悬浮生长工艺，也有用污泥负荷表达的，即对悬浮生长工艺，也有用污泥负荷表达的，即kg COD/(kg污泥污泥d)。 在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率或进料率表达，
89、即每在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率或进料率表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容积的百分数。天所投加的湿污泥体积占消化器有效容积的百分数。 由于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，投配率不能反由于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，投配率不能反映实际的有机负荷，为此，又引入反应器单位有效容积每天接映实际的有机负荷，为此，又引入反应器单位有效容积每天接受的挥发性固体重量这一参数，即受的挥发性固体重量这一参数，即kgMLVSS/m3d。有机负荷值因工艺类型、运行条件以及废水中污染物的种类及有机负荷值因工艺类型、运行条件以及废水中污染物的种类及其浓度而异。其浓度而异。 在通常的情况下
90、，常规厌氧消化工艺中温处理高在通常的情况下，常规厌氧消化工艺中温处理高浓度工业废水的有机负荷为浓度工业废水的有机负荷为2-3 kgCOD/(m3d)，在高温下为，在高温下为4-6 kgCOD /(m3d)。 上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌氧流化床等新型厌氧工艺的有机负荷在中温下为氧流化床等新型厌氧工艺的有机负荷在中温下为5-15 kgCOD/(m3d)，可高达，可高达30 kgCOD/(m3d)。在处理具体废水。在处理具体废水时，最好通过试验来确定其最适宜的有机负荷。时，最好通过试验来确定其最适宜的有机负荷。5厌氧活性污泥厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及
91、其代谢的和吸附的有机物、无厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。机物组成。 厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系。性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证。系。性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证。 厌氧活性污泥厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与沉降性能。的性质主要表现为它的作用效能与沉降性能。 故在一定的范围内故在一定的范围内，活性污泥浓度愈高，厌氧消化的效率也愈高。但也不是越高越，活性污泥浓度愈高，厌氧消化的效率也愈高。但也不是越高越好。好。6。搅拌和混合。搅拌和混合通过搅拌可消除池内梯度，增加食
92、料与微生物之间的接触，避免通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离。产生分层，促进沼气分离。 在连续投料的消化池中，还使进料迅速与池中原有料液相混匀。在连续投料的消化池中，还使进料迅速与池中原有料液相混匀。 在传统厌氧消化工艺中，也将有搅拌的消化器称为高效消化器。在传统厌氧消化工艺中，也将有搅拌的消化器称为高效消化器。 搅拌程度与强度要适当。搅拌程度与强度要适当。 搅拌的方法：搅拌的方法：（a）机械搅拌器搅拌法；）机械搅拌器搅拌法；（b）消化液循环搅拌法；）消化液循环搅拌法； （c）沼气循环搅拌法等。其中沼气循环搅拌，还有利于使沼）沼气循环搅拌法等。其中沼
93、气循环搅拌，还有利于使沼气中的气中的CO2作为产甲烷的底物被细菌利用，提高甲烷的产量。作为产甲烷的底物被细菌利用，提高甲烷的产量。 厌氧滤池和上流式厌氧污泥床等新型厌氧消化设备，虽没有厌氧滤池和上流式厌氧污泥床等新型厌氧消化设备，虽没有专设搅拌装置，但以上流的方式连续投入料液，通过液流及专设搅拌装置，但以上流的方式连续投入料液，通过液流及其扩散作用，也起到一定程度的搅拌作用。其扩散作用，也起到一定程度的搅拌作用。7.废水的营养比厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、氮、磷以及厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制进料的碳、氮、磷比例，因其他微量元素
94、。工程上主要控制进料的碳、氮、磷比例，因为其他营养元素不足的情况较少见。为其他营养元素不足的情况较少见。 厌氧法中碳厌氧法中碳:氮氮:磷控制为磷控制为200-300:5:1为宜。为宜。 在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。研究表明，合适的研究表明，合适的C/N为为10-18:1。 C/N与新细胞合成量与新细胞合成量氮浓度与处理量的关系氮浓度与处理量的关系 及产气量关系及产气量关系8有毒物质包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等。对有机物包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等。对有机物来说，带醛基、双键、氯取代基、苯环等
95、结构，往往具有来说，带醛基、双键、氯取代基、苯环等结构，往往具有抑制性。抑制性。 有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关。化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关。二、污水厌氧生物处理方法按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法(anaerobic activated sludge)和厌氧生物膜法和厌氧生物膜法(anaerobic slime)； 按投料、出料及运行方式分为分批式按投料、出料及运行方式分为分批式(batch)、连续式、连续式(continuous)和
96、半连续式和半连续式(semi-continuous)；根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一反应器中根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为一步厌氧消化并在同一工艺条件下完成，又可分为一步厌氧消化(one stage digestion)与两步厌氧消化与两步厌氧消化(two stage digestion)等等 厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器等。氧污泥床反应器等。（一）化粪池（二）厌氧生物滤池厌氧滤池（厌氧滤池（anaerobic filter又称厌氧固定膜
97、反应器，是又称厌氧固定膜反应器，是60年年代末开发的新型高效厌氧处理装置。代末开发的新型高效厌氧处理装置。 滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。 厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水通过填料层时，厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水通过填料层时，在填料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的有机物被降解，在填料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。并产生沼气，沼气从池顶部排出。废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌氧滤池；废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，从池底部排出，称降流式厌氧滤池。厌氧生物滤池
98、的特点及改进：厌氧生物滤池的特点及改进：在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤料的孔隙中。部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤料的孔隙中。 厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀的，在池进水部位厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀的，在池进水部位高，相应的有机物去除速度快。高，相应的有机物去除速度快。 当废水中有机物浓度高时，特别是进水悬浮固体浓度和颗粒当废水中有机物浓度高时，特别是进水悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位容易发生堵塞现象较大时，进水部位容易发生堵塞现象。对厌氧生物滤池采取如下改进：（a）
99、出水回流；（b）部分充填载体；（c）采用软性填料。厌氧生物滤池的特点是：厌氧生物滤池的特点是： 1.由于填料为微生物附着生长提供了较大的表面积，滤池中的微由于填料为微生物附着生长提供了较大的表面积，滤池中的微生物量较高，又因生物膜停留时间长，平均停留时间长达生物量较高，又因生物膜停留时间长，平均停留时间长达100天天左右，因而可承受的有机容积负荷高，左右，因而可承受的有机容积负荷高，COD容积负荷为容积负荷为2-16 kgCOD/(m3d)，且耐冲击负荷能力强；，且耐冲击负荷能力强；2.废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机物去废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机物去
100、除速度快；除速度快； 3.微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备；启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短备；启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短4.处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池的清洗也还没有简单有效的方法。更严重。滤池的清洗也还没有简单有效的方法。（三）厌氧接触法（三）厌氧接触法在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法（成了厌氧接触法（anaerobic
101、 contact process)。厌氧接触法工艺厌氧接触法工艺厌氧接触法的特点厌氧接触法的特点:1.通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为10-15g/L，耐冲击能力强；，耐冲击能力强； （b）消化池的容积负荷较普通消化）消化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时，一般为池高，中温消化时，一般为2-l0kgCOD/m3d，水力停留时，水力停留时间比普通消化池大大缩短，如常温下，普通消化池为间比普通消化池大大缩短，如常温下，普通消化池为15-30天，天，而接触法小于而接触法小于10天；天；2.可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不
102、存在可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；堵塞问题； 3.混合液经沉降后，出水水质好，混合液经沉降后，出水水质好， 4.但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备 （f）厌氧接触法存）厌氧接触法存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点。脱气方法脱气方法:1.真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器(真空度为真空度为0.005 MPa)，将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉降，将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉降性能；性能； 2.热交换器急冷法，将从消化池
103、排出的混合液进行急速冷却。热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进行急速冷却。 3.絮凝沉降，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成絮凝沉降，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；大颗粒，加速沉降； 4.用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效果用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效果。（四）上流式厌氧污泥床反应器（四）上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器（上流式厌氧污泥床反应器（upflow anaerobic sludge blanket reactor)，简称，简称UASB反应器，是由反应器，是由荷兰的荷兰的G. Lettnga等人在等人在70年代初研制开发的。污
104、泥年代初研制开发的。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。 由反应区由反应区(reaction region) 、沉淀区、沉淀区(settling region)和气室和气室(gas collection dome)三部分组成。三部分组成。上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，则一般为矩形，高度一般为3-8m，其中污泥床1-2m，污泥悬浮层2-4m，多用钢结构或钢筋混凝土结构。UASB反应器示意图反应器示意图上流式厌氧污泥床反应器的特点上流式厌氧污泥床反
105、应器的特点:1.反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30-40g/L，其中底部污泥床，其中底部污泥床(sludge bed)污泥浓度污泥浓度60-80g/L，污泥悬浮层，污泥悬浮层(sludge blanket)污泥浓度污泥浓度5-7g/L；污泥床中的污泥由活性生物量占；污泥床中的污泥由活性生物量占70-80的高度发展的颗粒污泥的高度发展的颗粒污泥(sludge granules)组成，颗粒的直径一般在组成，颗粒的直径一般在0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。反应器的一个重要特征。2.有机负荷高，水力停留时间短
106、，中温消化，有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷一般为容积负荷一般为10-20kg COD/（m3d）；）； 3.反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；泥回流设备； 4.无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；5.污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。 6.反应器内有短流现象，影响处理能力。进水中的悬浮物应比普通消化池低得多，反应器内有短
107、流现象，影响处理能力。进水中的悬浮物应比普通消化池低得多，特别是难消化的有机物固体不宜太高，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区特别是难消化的有机物固体不宜太高，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞；的有效容积，甚至引起堵塞； 7.运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。（五）分段厌氧法（两步厌氧法）厌氧消化反应分别在两个独立的反应器中进行，每一反应器完厌氧消化反应分别在两个独立的反应器中进行，每一反应器完成一个阶段的反应，比如一为产酸阶段，另一为产甲烷阶段，成一个阶段的反应，比如一为产酸阶段，另一为产甲烷阶段，故又称两段式厌
108、氧消化法。故又称两段式厌氧消化法。 按照所处理的废水水质情况，两步可以采用同类型或不同类型按照所处理的废水水质情况，两步可以采用同类型或不同类型的消化反应器。的消化反应器。 第一步反应器可采用简易非密闭装置、在常温、较宽第一步反应器可采用简易非密闭装置、在常温、较宽pH值范围值范围条件下运行；第二步反应器则要求严格密封、严格控制温度和条件下运行；第二步反应器则要求严格密封、严格控制温度和pH值范围。值范围。两步厌氧法具有如下特点两步厌氧法具有如下特点:（a）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法不耐高有机）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷；酸浓度的缺陷； （b）
109、两阶段反应不在同一反应器中进行，互相影响小，可更好）两阶段反应不在同一反应器中进行，互相影响小，可更好地控制工艺条件；地控制工艺条件； （c）消化效率高，尤其适于处理含悬浮固体多、难消化降解的）消化效率高，尤其适于处理含悬浮固体多、难消化降解的高浓度有机废水。高浓度有机废水。 （d）但两步法设备较多，流程和操作复杂。）但两步法设备较多，流程和操作复杂。接触消化池接触消化池-上流式污泥床两步消化上流式污泥床两步消化工艺工艺纤维填料厌氧滤池和上流式厌氧纤维填料厌氧滤池和上流式厌氧污泥床复合法工艺污泥床复合法工艺（六）厌氧流化床（六）厌氧流化床厌氧流化床特点厌氧流化床特点:1.载体颗粒细，比表面积大
110、，可高达载体颗粒细，比表面积大，可高达2000-3000m2/m3左右，使左右，使床内具有很高的微生物浓度，因此有机物容积负荷大，一般为床内具有很高的微生物浓度，因此有机物容积负荷大，一般为10-40kgCOD/m3d，水力停留时间短，具有较强的耐冲击负荷，水力停留时间短，具有较强的耐冲击负荷能力，运行稳定；能力，运行稳定； 2.载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低浓度废水载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低浓度废水均表现出较好的效能；均表现出较好的效能；3.载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时两者相对运动载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时两者相对运动速度快，
111、强化了传质过程，从而具有较高的有机物净化速度；速度快，强化了传质过程，从而具有较高的有机物净化速度； 4.床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少；床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少； 5.结构紧凑、占地少以及基建投资省等。结构紧凑、占地少以及基建投资省等。 6.但载体流化耗能较大，且对系统的管理技术要求较高。但载体流化耗能较大，且对系统的管理技术要求较高。为了降低动力消耗和防止床层堵塞，可采取如下措施：为了降低动力消耗和防止床层堵塞，可采取如下措施：（a）间歇性流化床工艺，即以固定床与流化床间歇性交替）间歇性流化床工艺，即以固定床与流化床间歇性交替操作。固定床操作时，不需回流，在一定时间间歇后
112、，又操作。固定床操作时，不需回流，在一定时间间歇后，又启动回流泵，呈流化床运行；启动回流泵，呈流化床运行； （b）尽可能取质轻、粒细的载体，如粒径）尽可能取质轻、粒细的载体，如粒径20-30 m、相、相对密度对密度1.05-1.2g/cm3的载体。保持低的回流量，甚至免除的载体。保持低的回流量，甚至免除回流就可实现床层流态化回流就可实现床层流态化。三、厌氧生物法的设计1.流程和设备的选择2.厌氧反应器的设计qvtqvS0/NQ=0.4-0.5m3N/KgCOD3.消化池热量的计算四、厌氧和好氧技术的联合运用五、厌氧设备的运行管理五、厌氧设备的运行管理 1.厌氧设备的启动厌氧设备的启动厌氧处理工
113、艺的缺点之一是微生物增殖缓慢，设备启动时间厌氧处理工艺的缺点之一是微生物增殖缓慢，设备启动时间长，若能取得大量的厌氧活性污泥就可缩短投产期。长，若能取得大量的厌氧活性污泥就可缩短投产期。 最好选择同类物料厌氧消化污泥。如果采用一般的未经消化最好选择同类物料厌氧消化污泥。如果采用一般的未经消化的有机污泥自行培养，所需时间更长。的有机污泥自行培养，所需时间更长。 一般来说，接种污泥量为反应器有效容积的一般来说，接种污泥量为反应器有效容积的10-90，依消，依消化污泥的来源方便情况酌定，原则上接种量比例增大，启动化污泥的来源方便情况酌定，原则上接种量比例增大，启动时间缩短。时间缩短。2.厌氧反应器运
114、行中的欠平衡现象及其原因厌氧消化过程易于出现酸化，即产酸量与用酸量不协调，这厌氧消化过程易于出现酸化，即产酸量与用酸量不协调，这种现象称为欠平衡。欠平衡时可以显示出如下的症状种现象称为欠平衡。欠平衡时可以显示出如下的症状:（a）消化液挥发性有机酸浓度增高；）消化液挥发性有机酸浓度增高； （b）沼气中甲烷含量降低；）沼气中甲烷含量降低； （c）消化液）消化液pH值下降；值下降； （d）沼气产量下降；）沼气产量下降； （e）有机物去除率下降。）有机物去除率下降。3.运行管理中的安全要求厌氧设备的运行管理很重要的问题是安全问题。厌氧设备的运行管理很重要的问题是安全问题。 沼气中的甲烷比空气轻、非常易燃，空气中甲烷含量为沼气中的甲烷比空气轻、非常易燃，空气中甲烷含量为5-15时，遇明火即发生爆炸。时，遇明火即发生爆炸。 沼气中含有微量有毒的硫化氢，但低浓度的硫化氢就能被人沼气中含有微量有毒的硫化氢，但低浓度的硫化氢就能被人们所察觉。们所察觉。 沼气中的二氧化碳。沼气中的二氧化碳。 凡需因出料或检修进入消化池之前，务必以新鲜空气彻底置凡需因出料或检修进入消化池之前，务必以新鲜空气彻底置换池内的消化气体，以确保安全。换池内的消化气体，以确保安全。
