廢水生物處理基本原理課件

《廢水處理設(shè)備》任課教師：郭勇過程裝備與安全工程系《廢水處理設(shè)備》任課教師：郭勇過程裝備與安全工程系第一章廢水生物處理基本原理借助環(huán)境工程和化學(xué)工程的手段和方法，以微生物作用為主體開發(fā)出了種種用于控制和治理水污染治理的新方法。廢水生物處理：代表：活性污泥法、生物膜法、厭氧處理法、生物脫氮、除磷等工藝技術(shù)

第一章廢水生物處理基本原理借助環(huán)境工程和化學(xué)工程的手段和方第一章廢水生物處理基本原理

微生物可簡單分為好氧微生物、厭氧微生物和兼性微生物。好氧微生物指必須在有分子態(tài)氧氣（O2）的存在下，才能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)，包括大部分微生物，其主要作用有合成代謝、分解代謝和內(nèi)源呼吸。影響好氧微生物處理效果的因素主要有溶解氧、溫度、pH值等；

厭氧微生物是指能在無分子態(tài)氧存在的條件下，能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)的生物，如厭氧細(xì)菌、酵母菌等，主要代謝作用有水解、發(fā)酵、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷等階段，目前其代謝理論無統(tǒng)一認(rèn)識，主要影響因素有溫度、pH值、氧化還原電位、營養(yǎng)物質(zhì)、F/M比、有毒物質(zhì)等；兼性微生物既可在有氧環(huán)境中生活，也可在無氧環(huán)境中生長，當(dāng)水中溶解氧高于0.2～0.3mg／L時，兼性菌利用氧氣進(jìn)行新陳代謝；而當(dāng)溶解氧低于上述數(shù)字時，它們同厭氧菌一樣，生活時不需要氧氣，在自然界中大部分細(xì)菌屬于這一類。1、生物處理--原理第一章廢水生物處理基本原理微生物可簡單分為生物處理--微生物圖片第一章廢水生物處理基本原理生物處理--微生物圖片第一章廢水生物處理基本原理生物處理—污泥顆粒、細(xì)菌、真菌第一章廢水生物處理基本原理生物處理—污泥顆粒、細(xì)菌、真菌第一章廢水生物處理基本原理2、概述—基本概念

原理：廢水中的有機(jī)物、氮、磷等物質(zhì)對人類來說是污染物，但對微生物來說是營養(yǎng)物質(zhì)，生物處理就是借助于微生物的新陳代謝活動，使有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化成為穩(wěn)定的無害物質(zhì)，氮、磷得到釋放或富集，從而從廢水中去除的過程。

定義：利用微生物的代謝作用除去廢水中有機(jī)污染物的一種方法叫做廢水生物處理方法，分好氧生物處理法和厭氧生物處理法兩種。

特點：1、用生物方法去除水中有機(jī)物最經(jīng)濟(jì)；

2、90%廢水處理工藝屬于生物處理工藝；

3、水中氨氮用生物處理方法去除最有效；

4、絕大多數(shù)工業(yè)廢水也是以生物處理方法為主。

處理對象：1、有機(jī)物；2、氮；3、磷。

可生化判斷：BOD/COD≤0.3難生化，0.3和0.5可生化，大于0.5易生化。第一章廢水生物處理基本原理2、概述—基本概念原理：廢水中的有機(jī)物、氮、BOD：生物需氧量（Biochemical【生物】Oxygen【氧氣】Demand【需求】）微生物分解水中的有機(jī)化合物時需要消耗氧，這個指標(biāo)代表消耗掉的氧。BOD5

：（20℃5天BOD）微生物完全分解水中的有機(jī)化合物總共約需100天，為縮短檢測時間，一般20℃五天內(nèi)的耗氧量為代表，簡稱BOD5，對生活污水來說，約占BOD70%。來源：生活污水和制糖、食品、造紙、纖維等工業(yè)廢水中。COD：化學(xué)需氧量（Chemical【化學(xué)】oxygenDemand）利用化學(xué)氧化劑將廢水中可氧化物質(zhì)（如有機(jī)物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等）氧化分解，然后根據(jù)殘留的氮化劑的量計算出氧的消耗量。CODCr：（重鉻酸鉀作為氧化劑測出的COD結(jié)果）CODMn：（高錳酸鉀作為氧化劑測出的COD結(jié)果）一般CODCr>BOD5>CODMn來源：包括BOD來源，還有工業(yè)廢水如化工、制藥、紡織等。第一章廢水生物處理基本原理BOD：生物需氧量（Biochemical【生物】OxygNH3-N：氨氮主要來源于人和動物的排泄物、農(nóng)用化肥的流失，自化工、冶金、石油化工、油漆顏料、煤氣、煉焦、鞣革、化肥等工業(yè)廢水。危害：黑臭、毒性，富營養(yǎng)化。（H2PO4-、HPO42-、PO43-)：磷在廢水中，磷通常以無機(jī)磷酸鹽、聚合磷酸鹽和有機(jī)磷等多種形式存在，來源農(nóng)藥、醫(yī)藥、飼料、洗滌劑、肥料、食品添加劑等。危害：黑臭、富營養(yǎng)化。AAO（Anaerobic【沒有空氣】Anoxic【缺少空氣】Oxide【氧】）AO脫氮（Anaerobic【缺少空氣】Oxide【氧】）AO除磷（Anaerobic【沒有空氣】Oxide【氧】）好氧：曝氣---普通污水處理厭氧：只進(jìn)水，不攪動，不曝氣—高濃度有機(jī)廢水處理，除磷工藝缺氧：攪動或回流硝化液或微曝氣，脫氮工藝實際工藝可能是多種缺氧、好氧、厭氧工藝組合以達(dá)到更好的處理效果。第一章廢水生物處理基本原理NH3-N：氨氮（H2PO4-、HPO42-、PO43-)：生物處理—好氧原理

好氧微生物將廢水中的有機(jī)污染物分解成為最終的無機(jī)產(chǎn)物如二氧化碳和水等，或被同化合成為好氧微生物的細(xì)胞物質(zhì)并以剩余污泥的形式通過沉淀等方式與出水分離，從而使廢水得到凈化。

第一章廢水生物處理基本原理生物處理—好氧原理好氧微生物將廢水中的有機(jī)污第一章廢水生物處理基本原理有機(jī)污染物好氧微生物處理的一般途徑

第一章廢水生物處理基本原理有機(jī)污染物好氧微生物處理的一般途2、生物處理—好氧異養(yǎng)代謝:第一章廢水生物處理基本原理2、生物處理—好氧異養(yǎng)代謝:第一章廢水生物處理基本原理第一章廢水生物處理基本原理1914年在英國建成第一座活性污泥污水處理試驗廠是目前城市污水處理的主要方法。作用原理：普通活性污泥法是依據(jù)廢水的自凈作用原理發(fā)展而來的。第一節(jié)活性污泥法第一章廢水生物處理基本原理1914年在英國建成第一座活性污第一章廢水生物處理基本原理第一章廢水生物處理基本原理第一章廢水生物處理基本原理活性污泥法的特點：曝氣池中污泥濃度一般控制在2—3g/L，廢水濃度高時采用較高數(shù)值。廢水在曝氣池中的停留時間(HRT)常采用4—8h，視廢水中有機(jī)物濃度而定?；亓魑勰嗔考s為進(jìn)水流量的25％—50％左右

BOD和懸浮物去除率都很高，達(dá)到90％—95％左右第一章廢水生物處理基本原理活性污泥法的特點：第一章廢水生物處理基本原理不足之處：①對水質(zhì)變化的適應(yīng)能力不強；②所供的氧不能充分利用，因為在曝氣池前端廢水水質(zhì)濃度高、污泥負(fù)荷高、需氧量大，而后端則相反，但空氣往往沿池長均勻分布，這就造成前端供氧量不足、后端供氧量過剩的情況。因此，在處理同樣水量時，同其他類型的活性污泥法相比，曝氣池相對龐大、占地多、能耗費用高。

第一章廢水生物處理基本原理不足之處：第一章廢水生物處理基本原理六、序批式活性污泥法序批式活性污泥法(SequencingBatchReactor，簡稱SBR)是國內(nèi)外近年來新開發(fā)的一種活性污泥法，其工藝特點是將曝氣池和沉淀池合而為一，生化反應(yīng)雖分批進(jìn)行，基本工作周期可由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置五個階段組成第一章廢水生物處理基本原理六、序批式活性污泥法第一章廢水生物處理基本原理SBR具有下述特點：1．構(gòu)造簡單、節(jié)省投資省去了二沉池、回流裝置和調(diào)節(jié)池等設(shè)施，因此基建投資較低。2．控制靈活，可滿足各種處理要求一個周期中各個階段的運行時間、總停留時間、供氣量等都可按照進(jìn)水水質(zhì)和出水要求而加以調(diào)節(jié)。3．活性污泥性狀好、污泥產(chǎn)率低污泥結(jié)構(gòu)緊密，沉降性能良好。此外在沉降期幾乎是在靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀，因此污泥沉降時間短、效率高。SBR的運行周期中有一閑量期、污泥處于內(nèi)源呼吸階段，因此污泥產(chǎn)率比較低。4．脫氮效果好第一章廢水生物處理基本原理SBR具有下述特點：第一章廢水生物處理基本原理第二節(jié)

生物膜法優(yōu)點：①供氧充分，傳質(zhì)條件好；②采用輕質(zhì)塑料填料后構(gòu)筑物輕巧，填料比表面積大；⑤設(shè)備處理能力大，處理效果好，④不生長濾池蠅，氣味小，衛(wèi)生條件好。生物膜法與活性污泥法的主要區(qū)別在于生物膜固定生長或附著生長于固體填料(或稱載體)的表面，而活性污泥則以絮體(floc)方式懸浮生長于處理構(gòu)筑物中。第一章廢水生物處理基本原理第二節(jié)生物膜法優(yōu)點：1.2.1概述和基本原理生物膜法是依靠固著于固體介質(zhì)表面的微生物來凈化有機(jī)物的，因而這種方法亦稱為生物過濾法。生物膜法的缺點：由于固著于固體表面的微生物量較難控制，因而在運轉(zhuǎn)操作上伸縮性差；濾料表面積小，BOD容積負(fù)荷有限，因而空間效果差；采用自然通風(fēng)供養(yǎng)，在生物膜內(nèi)層往往形成厭氧層，從而縮小了具有凈化功能的有效容積。然而由于新工藝新濾料的研制成功，生物膜法作為良好的好氧生物處理技術(shù)仍被廣泛的應(yīng)用著。1.2.1概述和基本原理生物膜法是依靠固著于固體介質(zhì)表面的微1.2.1概述和基本原理生物膜法的類型：（1）潤壁型生物膜法廢水和空氣沿固定的或轉(zhuǎn)動的接觸介質(zhì)表面的生物膜流過，如生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤等；（2）浸沒型生物膜法生物膜載體完全浸沒在水中，通過鼓風(fēng)曝氣供氧。如載體固定，稱為接觸氧化法；如載體流化則稱為生物流化床生物膜法潤壁型生物膜法浸沒型生物膜法生物濾池生物轉(zhuǎn)盤接觸氧化法生物流化床1.2.1概述和基本原理生物膜法的類型：生物膜法潤壁型生物1.2.1概述和基本原理二、生物膜中的物質(zhì)遷移

有機(jī)物供氧三、生物膜凈化廢水的原理1.2.1概述和基本原理二、生物膜中的物質(zhì)遷移三、生物膜1.2.2生物濾池1.2.2生物濾池三、生物濾池的類型及運行系統(tǒng)生物濾池法低負(fù)荷生物濾池高負(fù)荷生物濾池普通生物濾池回流式生物濾池塔式生物濾池生物濾池的分類普通生物濾池優(yōu)點是處理效果好，BOD5去除率可達(dá)90%以上，出水BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸鹽含量在10mg/L左右，出水水質(zhì)穩(wěn)定。缺點是占地面積大，易于堵塞（濾率在1～2m／d左右

），影響環(huán)境衛(wèi)生。三、生物濾池的類型及運行系統(tǒng)生物濾池法低負(fù)荷生物濾池高負(fù)荷生1.2.3生物轉(zhuǎn)盤1.2.3生物轉(zhuǎn)盤1.2.4生物接觸氧化法接觸氧化法的優(yōu)點是：容易管理，耐負(fù)荷、水溫變動的沖擊力強；剩余污泥量少；比較容易去除難分解和分解速度怪的物質(zhì)。接觸氧化法的缺點是：濾料間水流緩慢，接觸時間長，水力沖刷力小，生物膜只能自行脫落；剩余污泥往往惡化處理水質(zhì)；動力費高。1.2.4生物接觸氧化法接觸氧化法的優(yōu)點是：容易管理，耐負(fù)1.2.4生物接觸氧化法1.2.4生物接觸氧化法第三節(jié)厭氧生物處理1.3.1厭氧法的基本原理1.3.2厭氧法的影響因素1.3.3厭氧法的工藝和設(shè)備1.3.4厭氧消化過程動力學(xué)1.3.5厭氧產(chǎn)氣量計算第三節(jié)厭氧生物處理1.3.1厭氧法的基本原理1.3.1厭氧法的基本原理在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對有機(jī)物進(jìn)行生化降解的過程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法。若有機(jī)物的降解產(chǎn)物主要是有機(jī)酸，則此過程稱為不完全的厭氧消化，簡稱為酸發(fā)酵或酸化。若進(jìn)一步將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為以甲烷為主的生物氣，此全過程稱為完全的厭氧消化，簡稱為甲烷發(fā)酵或沼氣發(fā)酵。

厭氧生物處理法的處理對象是：高濃度有機(jī)工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動植物殘體等。厭氧生物處理的方法和基本功能有二：（1）酸發(fā)酵的目的是為進(jìn)一步進(jìn)行生物處理提供生物降解的基質(zhì)；（2）甲烷發(fā)酵的目的是進(jìn)一步降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料。完全的厭氧生物處理工藝因兼有降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料的雙重功能，因而得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。1.3.1厭氧法的基本原理在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼1.3.1厭氧法的基本原理厭氧消化二階段過程

1.3.1厭氧法的基本原理厭氧消化二階段過程1.3.1厭氧法的基本原理厭氧消化三階段、四階段過程

1.3.1厭氧法的基本原理厭氧消化三階段、四階段過程1.3.1厭氧法的基本原理1、水解酸化階段（產(chǎn)酸或酸化細(xì)菌）1.3.1厭氧法的基本原理1、水解酸化階段（產(chǎn)酸或酸化細(xì)菌1.3.1厭氧法的基本原理2、產(chǎn)氣階段（甲烷細(xì)菌）

乙酸化階段甲烷化階段1.3.1厭氧法的基本原理2、產(chǎn)氣階段（甲烷細(xì)菌）甲烷化階1.3.2厭氧法的影響因素一、溫度條件1.3.2厭氧法的影響因素一、溫度條件1.3.2厭氧法的影響因素二、pH值一般認(rèn)為，實測值應(yīng)7.2～7.4之間為好。低于7.0時，pH值并不穩(wěn)定，有繼續(xù)下降的趨勢。低于6.5時，將使正常的處理系統(tǒng)遭到破壞。如果有機(jī)物負(fù)荷太大，水解和產(chǎn)酸過程的生化速率大大超過氣化速率，將導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸的積累和pH值的下降，抑制甲烷細(xì)菌的生理機(jī)能。最終使氣化速率銳減，甚止停止。一般原液的pH值為6～8。系統(tǒng)中揮發(fā)性脂肪酸濃度（以乙酸記）以不超過3000mg/L為佳。

重碳酸鹽及氨氮等物質(zhì)是形成厭氧處理系統(tǒng)堿度的主要物質(zhì)。一般要求系統(tǒng)中堿度在2000mg/L以上，氨氮濃度以介于50～200mg/L為佳。1.3.2厭氧法的影響因素二、pH值1.3.2厭氧法的影響因素三、氧化還原電位厭氧環(huán)境是厭氧消化過程賴以正常進(jìn)行的最重要的條件。厭氧環(huán)境主要以體系中的氧化還原電位反映。引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的原因：氧和其它一些氧化劑或氧化態(tài)物質(zhì)的存在(如某些工業(yè)廢水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性廢水中的H+等)高溫厭氧消化系統(tǒng)適宜的氧化還原電位為-500～-600mV；中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動溫度厭氧消化系統(tǒng)要求的氧化還原電位應(yīng)低于-300～-380mV。產(chǎn)酸細(xì)菌對氧化還原電位的要求不甚嚴(yán)格，甚至可在+100～-100mV的兼性條件下生長繁殖；而甲烷細(xì)菌最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低。就大多數(shù)生活污水的污泥及性質(zhì)相近的高濃度有機(jī)廢水而言，只要嚴(yán)密隔斷于空氣的接觸，即可保證必要的ORP值。1.3.2厭氧法的影響因素三、氧化還原電位1.3.2厭氧法的影響因素四、負(fù)荷率

容積負(fù)荷率：反應(yīng)器單位有效容積在單位時間內(nèi)接納的有機(jī)物量，單位為kg/m3·d或g/L·d。有機(jī)物量可用COD.BOD.S和VSS表示。污泥負(fù)荷率：反應(yīng)器內(nèi)單位重量的污泥在單位時間內(nèi)接納的有機(jī)物量，單位為kg/kg·d或g/g·d。投配率：每天向單位有效容積投加的新料的體積，單位為m3/m3·d。投配率的倒數(shù)為平均停留時間或消化時間，單位為d。投配率有時也可用百分?jǐn)?shù)表示，例如，0.07m3/m3·d的投配率也可表示為7%。確定厭氧消化裝置的負(fù)荷率的原則是：在兩個轉(zhuǎn)化（酸化和氣化）速率保持穩(wěn)定平衡的條件下，求得最大的處理目標(biāo)（最大處理量或最大產(chǎn)氣量）。三種發(fā)酵狀態(tài)

當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率很高時，消化液顯酸性（pH<7），稱為酸性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種低效而又不穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，應(yīng)盡量避免。當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率適中時，產(chǎn)酸細(xì)菌代謝產(chǎn)物中的有機(jī)酸基本上能被甲烷細(xì)菌及時地吸收利用，并轉(zhuǎn)化為沼氣，溶液中殘存的有機(jī)酸量一般為每升數(shù)百毫克。此時消化液中pH值維持在7～7.5之間，稱為弱堿性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種高效而由穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，最佳負(fù)荷率應(yīng)達(dá)此狀態(tài)。當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率偏小時，消化液中的有機(jī)酸殘存量很少，pH值偏高（大于7.5）稱為堿性發(fā)酵狀態(tài)。由于負(fù)荷偏低，是一種雖穩(wěn)定但低效的厭氧消化狀態(tài)。1.3.2厭氧法的影響因素四、負(fù)荷率確定厭氧消化裝置的負(fù)荷1.3.2厭氧法的影響因素五、污泥濃度各種反應(yīng)器要求的污泥濃度不盡相同，一般介于10～30gVSS/L之間。為了保持反應(yīng)器的生物量不致因流失而減少，可采用多種措施，如安裝三相分離器、設(shè)置掛膜介質(zhì)、降低水流速度和回流污泥量等。1.3.2厭氧法的影響因素五、污泥濃度1.3.3厭氧法的工藝和設(shè)備四、上流試厭氧污泥床反應(yīng)器消化和固液分離在一個池內(nèi)。微生物量特高。負(fù)荷率高(10~20kgCOD/m3?d)?？?cè)莘e小。能耗低，不需攪拌。污泥濃度可達(dá)40~80g/L。1.3.3厭氧法的工藝和設(shè)備四、上流試厭氧污泥床反應(yīng)器1.3.3厭氧法的工藝和設(shè)備細(xì)部結(jié)構(gòu)1.3.3厭氧法的工藝和設(shè)備細(xì)部結(jié)構(gòu)第四節(jié)生物脫氮

氮素循環(huán)氮在自然界中的存在形式包括分子態(tài)氮、無機(jī)氮化物和有機(jī)態(tài)氮，其中分子態(tài)氮以游離的氮氣形式存在于大氣中，占大氣含量的79％、但分子氮不能被絕大多數(shù)的生物直接利用，大氣氮進(jìn)入生物有機(jī)體主要有四條途徑。(1)生物固氮：豆科植物能通過共生的根瘤菌固定大氣中的氮，供植物吸收。某些固氮藍(lán)細(xì)菌和固氮細(xì)菌也可以固定大氣中的氮。(2)工業(yè)固氮。氮肥化工，如合成氨等。(3)巖漿固氮?；鹕奖l(fā)時，噴射出的巖漿可以固定一部分氮。(4)閃電固氮。雷雨時的閃電現(xiàn)象，可通過電離作用使氮氧化成氮氧化物。

第四節(jié)生物脫氮氮素循環(huán)第四節(jié)生物脫氮除磷第四節(jié)生物脫氮除磷氮和磷的排放會加速導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化，其次是氨氮的好氧特性會使水體的溶解氧降低，此外，某些含氮化合物對人和其他生物有毒害作用。因此，國內(nèi)外對氮磷的排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格。本章闡述生物脫氮除磷技術(shù)。生物脫氮除磷技術(shù)是近20年發(fā)展起來的，一般來說比化學(xué)法和物理化學(xué)法去除氮磷經(jīng)濟(jì)，尤其是能有效地利用常規(guī)的二級生物處理工藝流程進(jìn)行改造達(dá)到生物脫氮除磷的目的，是日前應(yīng)用廣泛和最有前途的氮磷處理方法。氮和磷的排放會加速導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化，其次是氨氮生物脫氮原理及影響因素

一、生物脫氮原理污水中氨主要以有機(jī)氮和氨氮形式存在。在生物處理過程中，有機(jī)氮很容易通過微生物的分解和水解轉(zhuǎn)化成氨氮，即氨化作用。傳統(tǒng)的硝化—反硝化生物脫氮的基本原理就在于通過硝化反應(yīng)先將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮，再通過反硝化反應(yīng)將硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮還原成氣態(tài)氮從水中逸出，從而達(dá)到脫氮的目的。生物脫氮原理及影響因素一、生物脫氮原理氮在水中的存在形態(tài)與分類N

無機(jī)NNOx--N(硝態(tài)氮)TKN(凱氏氮)總N(TN)NH3-NNO3-NNO2—-N有機(jī)N（尿素、氨基酸、蛋白質(zhì)）氮在水中的存在形態(tài)與分類N

無機(jī)NNOx--NTKN總N氨化與硝化反應(yīng)過程

氨化與硝化反應(yīng)過程硝化反應(yīng)的條件（1）好氧狀態(tài)：DO≥2mg/L；1gNH3-N完全硝化需氧4.57g，即硝化需氧量。（2）消耗廢水中的堿度：1gNH3-N完全硝化需堿度7.1g（以CaCO3計），廢水中應(yīng)有足夠堿度，以維持pH值不變。（3）污泥齡θC≥（10-15）d。（4）BOD5≤20mg/L。

硝化反應(yīng)的條件（1）好氧狀態(tài)：DO≥2mg/L；1gNH3-反硝化-1反硝化包括異化反消化和同化反消化，以異化反消化為主,反硝化菌在DO濃度很低的環(huán)境中，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，有機(jī)物作為碳源及電子供體而得到降解。當(dāng)利用的碳源為甲醇時：NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7CO2+0.47N2↑+1.68H2O+HCO3-NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7CO2+0.48N2↑+1.23H2O+HCO3-

反硝化反應(yīng)可使有機(jī)物得到分解氧化，實際是利用了硝酸鹽中的氧，每還原1gNO3--N所利用的氧量約2.6g。反硝化-1反硝化包括異化反消化和同化反消化，以異化反反硝化-2當(dāng)缺乏有機(jī)物時，則無機(jī)物如氫、Na2S等也可作為反硝化反應(yīng)的電子供體（1）反硝化菌屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌，在缺氧條件下，進(jìn)行厭氧呼吸，以NO3-—O為電子受體，以有機(jī)物的氫為電子供體。（2）反硝化過程中，硝酸態(tài)氮有二種轉(zhuǎn)化途徑—同化反硝化（合成細(xì)胞）和異化反硝化（還原為N2↑），但以異化反硝化為主。（3）反硝化反應(yīng)的條件反硝化-2當(dāng)缺乏有機(jī)物時，則無機(jī)物如氫、Na2S反硝化反應(yīng)的條件DO<0.5mg/L，一般為0.2～0.3mg/L（處于缺氧狀態(tài)），如果DO較高，反硝化菌利用氧進(jìn)行呼吸，氧成為電子受體，阻礙NO3--O成為電子受體而使N難還原成N2↑。但是反硝化菌體內(nèi)的某些酶系統(tǒng)組分只有在有氧條件下，才能合成。反硝硝化菌以在缺氧-好氧交替的環(huán)境中生活為宜。BOD5/TN≥3～5，否則需另投加碳源，現(xiàn)多采用CH3OH，其分解產(chǎn)物為CO2+H2O，不留任何難降解的中間產(chǎn)物，且反硝化速率高。目前反硝化投加有機(jī)碳源一般利用原污水中的有機(jī)物。還原1g硝態(tài)氮能產(chǎn)生3.57g堿度，而在硝化反應(yīng)中，1gNH3-N氧化為NO3--N要消耗7.14g堿度，在缺氧-好氧中，反硝化產(chǎn)生的堿度可補償硝化消耗堿度的一半左右。

反硝化反應(yīng)的條件DO<0.5mg/L，一般為0.2～0.3m內(nèi)源反硝化

微生物還可通過消耗自身的原生質(zhì)進(jìn)行所謂的內(nèi)源反硝化C5H7NO2+4NO3-→5CO2+NH3+2H2↑+4OH-

內(nèi)源反硝化的結(jié)果是細(xì)胞物質(zhì)減少，并會有NH3的生成。廢水處理中不希望此種反應(yīng)占主導(dǎo)地位，而應(yīng)提供必要的碳源。

內(nèi)源反硝化微生物還可通過消耗自身的原生質(zhì)進(jìn)行所謂的內(nèi)源反硝硝化、反硝化反應(yīng)中氮的轉(zhuǎn)化表1硝化過程中氮的轉(zhuǎn)化

表2反硝化反應(yīng)中氮的轉(zhuǎn)化

氮的氧化還原態(tài)–Ⅲ氨離子NH4+–Ⅱ–Ⅰ羥胺NH2OH0+Ⅰ硝酰基NOH+Ⅱ+Ⅲ亞硝酸根NO2—+Ⅳ+Ⅴ硝酸根NO3—氮的氧化還原態(tài)–Ⅲ氨離子NH4+–Ⅱ–Ⅰ羥胺NH2OH0

N2+Ⅰ硝?；鵑OH+Ⅱ+Ⅲ亞硝酸根NO2—+Ⅳ+Ⅴ硝酸根NO3—硝化、反硝化反應(yīng)中氮的轉(zhuǎn)化表1硝化過程中氮的轉(zhuǎn)化表2脫氮新理念

（1）短程硝化-反硝化由傳統(tǒng)硝化-反硝化原理可知，硝化過程是由兩類獨立的細(xì)菌催化完成的兩個不同反應(yīng)，應(yīng)該可以分開；而對于反硝化菌，亞硝酸根或硝酸根均可以作為最終受氫體。該方法就是將硝化過程控制在亞硝化階段而終止，隨后進(jìn)行反硝化，在反硝化過程將亞硝酸根作為最終受氫體，故稱為短程(或簡捷)硝化-硝化?？刂葡趸磻?yīng)停止在亞硝化階段是實現(xiàn)短程硝化-反硝化生物脫氮技術(shù)的關(guān)鍵，其主要影響因素有溫度、污泥齡、溶解氧、pH值和游離氨等。控制較高溫度、較低溶解氧和較高pH值和極短的污泥齡條件等，可以抑制硝酸菌生成，使亞硝酸菌占絕對優(yōu)勢，從而使硝化過程控制在亞硝化階段。脫氮新理念

（2）厭氧氨氧化厭氧氨氧化是荷蘭Delft大學(xué)1990年提出的一種新型脫氮工藝。基本原理是在厭氧條件下以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體，將氨氮氧化氮氣，或者說利用氨作為電子供體．將亞硝酸鹽或硝酸鹽還原成氮氣。參與厭氧氨氧化的細(xì)菌是自養(yǎng)菌。厭氧氨氧化過程無需有機(jī)碳源在。（3）亞硝酸型完全自養(yǎng)脫氮基本原理是先將氨氮部分氧化成亞硝酸氮，控制氨根離子與亞硝酸根離子比例為1：1，然后通過厭氧氨氧化作為反硝化實現(xiàn)脫氮的目的。全過程為自養(yǎng)的好氧亞硝化反應(yīng)結(jié)合自養(yǎng)的厭氧氨氧化反應(yīng)．無需有機(jī)碳源，對氧的消耗比傳統(tǒng)硝化/反硝化減少62.5%，同時減少堿消耗量和污泥生成量。

（2）厭氧氨氧化厭氧氨氧化是荷蘭Delft大學(xué)199二、硝化—反硝化過程影響因素

1．溫度硝化反應(yīng)的適宜溫度范圍是30～35℃，溫度不但影響硝化茵的比增長速率，而且影響硝化菌的活性，在5～35℃的范圍內(nèi)，硝化反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快，僅超過30℃時增加幅度減少，當(dāng)溫度低于5℃時，硝化細(xì)菌的生命活動幾乎停止。對于同時去除有機(jī)物和進(jìn)行硝化反應(yīng)的系統(tǒng)，溫度低于15℃即發(fā)現(xiàn)硝化速率迅速降低，低溫對硝酸菌的抑制作用更為強烈，因此在低溫12～14℃時常出現(xiàn)亞硝酸鹽的積累。在30～35℃較高溫度下，亞硝酸菌的最小倍增時間要小于硝酸菌，因此，通過控制溫度和污泥齡，也可控制反應(yīng)器中亞硝酸菌的絕對優(yōu)勢。反硝化反應(yīng)的最佳溫度范圍為35～45℃，溫度對硝化菌的影響比反硝化菌大。

二、硝化—反硝化過程影響因素1．溫度2．溶解氧硝化反應(yīng)必須在好氧條件下進(jìn)行，一般應(yīng)維持混合液的溶解氧濃度為2～3mg/L，溶解氧濃度0.5～0.7mg/L，是硝化菌可以忍受的極限。硝化可在高溶解氧狀態(tài)下進(jìn)行，高達(dá)60mg/L的溶解氧濃度也不會抑制硝化的進(jìn)行，為了維持較高的硝化速率，污泥齡降低時要相應(yīng)地提高溶解氧濃度。溶解氧對反硝化反應(yīng)有很大影響，主要由于氧會同硝酸鹽競爭電子供體。同時分子態(tài)氧也會抑制硝酸鹽還原酶的合成及其活性，3．pH值硝化反應(yīng)的最佳pH值范圍為7.5～8.5,硝化菌對pH值變化十分敏感，當(dāng)pH值低于7時，硝化速率明顯降低．低于6和高于9.6時，硝化反應(yīng)將停止進(jìn)行。反硝化過程的最佳pH值范圍為6.5～7.5，不適宜的PH值會影響反硝化菌的生長速率和反硝化酶的活性。當(dāng)pH值低于6.0或高于8.0時，反硝化反應(yīng)將受到強烈抑制。2．溶解氧4．C/N比

C/N比值是影響硝化速率和過程的重要因素。硝化菌是自養(yǎng)菌，硝化菌產(chǎn)率或比增長速率比活性污泥異養(yǎng)菌低得多，若廢水中BOD5值太高，將有助于異養(yǎng)菌迅速增殖，從而使微生物中的硝化菌的比例下降，一般認(rèn)為，只有BOD5低于20mg/L時，硝化反應(yīng)才能完成。反硝化過程需要充足的碳源，理論上lgNO2還原為N2需要碳源有機(jī)物2.86g。一般認(rèn)為，當(dāng)廢水的BOD5/TKN值大于4～6時，可認(rèn)為碳源充足，不需另外投加碳源，反之則要投加甲醇或其他易降解的有機(jī)物作碳源。5、污泥齡為使硝化菌能在連續(xù)流的反應(yīng)系統(tǒng)中存活并維持一定數(shù)量，微生物在反應(yīng)器的停留時間即污泥齡應(yīng)大于硝化菌的最小世代期。一般應(yīng)取系統(tǒng)的污泥齡為硝化最小世代期的兩倍以上。較長的污泥齡可增強硝化反應(yīng)的能力，并可減輕有毒物質(zhì)的抑制作用。4．C/N比6．抑制物質(zhì)對硝化反應(yīng)有抑制作用的物質(zhì)有：過高濃度氨氮、重金屬、有毒物質(zhì)以及有機(jī)物。一般來說，同樣毒物對亞硝酸菌的影響比對硝酸菌大。反硝化菌對有毒物質(zhì)的敏感性比硝化菌低很多，與一般好氧異養(yǎng)菌相同。在應(yīng)用一般好氧異養(yǎng)菌文獻(xiàn)數(shù)據(jù)時，應(yīng)該考慮馴化的影響。生物脫氮工藝包括含碳有機(jī)物的氧化、氨氮的硝化、硝態(tài)氮的反硝化等生物過程，即碳化-硝化-反硝化過程。從完成這些過程的反應(yīng)器來分，脫氮工藝可分為活性污泥脫氮系統(tǒng)和生物膜脫氮系統(tǒng)，其分別采用活性污泥法反應(yīng)器與生物膜反應(yīng)器作為好氧/缺氧反應(yīng)器，實現(xiàn)硝化/反硝化以達(dá)到脫氮的目的。從完成這些過程的時段和空間不同，活性計泥脫氮系統(tǒng)的碳化、硝化、反硝化可在多池中進(jìn)行，也可在單池中進(jìn)行。

6．抑制物質(zhì)傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝三級活性污泥生物脫氮工藝三、生物脫氮工藝傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝三級活性污泥生物脫氮工藝三、生物脫氮工二級活性污泥生物脫氮工藝為了減少處理設(shè)備，根據(jù)去除BOD和硝化反應(yīng)都要在好氧條件下進(jìn)行，可以將第一級曝氣池和第二級曝氣池合并，形成兩級生物脫氮工藝二級活性污泥生物脫氮工藝為了減少處理設(shè)備，根據(jù)去除BOD和硝分建式缺氧—好氧活性污泥生物脫氮分建式缺氧—好氧活性污泥生物脫氮合建式A1/O工藝合建式A1/O工藝生物除磷原理及影響因素一、生物除磷原理有一類特殊的細(xì)菌，在厭氧狀態(tài)釋放磷，在好氧狀態(tài)可以過量地、超出其生理需要地從污水中攝取磷酸鹽。生物除磷主要由一類統(tǒng)稱為聚磷菌的微生物完成。該類微生物均屬異養(yǎng)型細(xì)菌。在厭氧區(qū)內(nèi)，聚磷菌在既沒有溶解氧也沒有原子態(tài)氧的厭氧條件下，吸收乙酸等低分子脂肪酸(來自兼性細(xì)菌水解產(chǎn)物或來自原污水)，并合成聚β-羥基丁酸鹽(PHB)貯于細(xì)胞內(nèi)，所需的能量來源于菌體內(nèi)聚磷的分解，并導(dǎo)致磷酸鹽的釋放。在好氧區(qū)內(nèi)，聚磷菌以游離氧為電子受體，將積貯在胞內(nèi)的PHB好氧分解，并利用該反應(yīng)產(chǎn)生的能量，過量攝取水體中的磷玻鹽，在胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為聚磷，這就是好氧吸磷，好氧吸磷量大于厭氧放磷量，通過剩余污泥排放可實現(xiàn)生物除磷的目的。生物除磷原理及影響因素一、生物除磷原理在厭氧狀態(tài)下放磷愈多，合成的PHB愈多，則在好氧狀態(tài)下合成的聚磷量也愈多，除磷的效果也就愈好。在厭氧狀態(tài)下放磷愈多，合成的PHB愈多，則在好氧狀態(tài)下合成的二、生物除磷影響因素1．溶解氧和氧化態(tài)氮溶解氧分別對攝磷和放磷過程影響不同。在厭氧區(qū)中必須控制嚴(yán)格的厭氧條件，既沒有分子態(tài)氧，也沒有化合態(tài)氧。溶解氧的存在，將抑制厭氧菌的發(fā)酵產(chǎn)酸作用和消耗乙酸等低分子脂肪酸物質(zhì)；硝態(tài)氮的存在，影響聚磷菌的代謝，也會消耗部分乙酸等低分子脂肪酸物質(zhì)而發(fā)生反硝化作用，都影響磷的釋放，從而影響在好氧條件下對磷的吸收。在好氧區(qū)中要供給足夠的溶解氧，以滿足聚磷菌對PHB的分解和攝磷所需。一般厭氧段的溶解氧應(yīng)嚴(yán)格控制在0.2mg／L以下，而好氧段的溶解氧控制在2.0mg／L左右。二、生物除磷影響因素2．污泥齡由于生物脫磷系統(tǒng)主要是通過排除剩余污泥去除磷的，因此剩余污泥量的多少將決定系統(tǒng)的脫磷效果。一般污泥齡較短的系統(tǒng)產(chǎn)生較多的剩余污泥，可以取得較高的脫磷效果。短的泥齡還有利于好氧段控制硝化作用的發(fā)生而利于厭氧段的充分釋磷，因此，僅以除磷為目的的污水處理系統(tǒng)中，一般宜采用較短的泥齡。研究表明，當(dāng)污泥齡為30天時，除磷率為40％，污泥齡為17天時，除磷率為50%，污泥齡降至5天時，除磷率可提高到87%。3．BOD負(fù)荷和有機(jī)物性質(zhì)一般認(rèn)為，較高的BOD負(fù)荷可取得較好的除磷效果，有人提出BOD/TP＝20是正常進(jìn)行生物除磷的低限。不同有機(jī)物為基質(zhì)對磷的厭氧釋放及好氧攝取也有差別。一般低分子易降解的有機(jī)物易被聚磷菌吸收、誘導(dǎo)磷釋放的能力較強，而高分子難降解的有機(jī)物誘導(dǎo)磷釋放的能力較弱。2．污泥齡4．溫度溫度對除磷效果的影響不如對生物脫氮過程的影響明顯，因為在高溫、中溫、低溫條件下，不同的菌群都具有生物除磷的能力，在5～30℃的范圍內(nèi)，都可以得到很好的除磷效果，但低溫運行時厭氧區(qū)的停留時間要低一些。5．pH值

pH值在6～8的范圍內(nèi)時，磷的厭氧釋放比較穩(wěn)定。pH值低于6時生物除磷的效果會大大下降。廢水生物除磷的工藝流程一般由厭氧池和好氧池組成。A/O（厭氧—好氧生物除磷）工藝和Phostrip（旁流除磷）工藝是兩種基本的生物除磷工藝。4．溫度生物脫氮除磷組合工藝生物脫氮除磷組合工藝《廢水處理設(shè)備》任課教師：郭勇過程裝備與安全工程系《廢水處理設(shè)備》任課教師：郭勇過程裝備與安全工程系第一章廢水生物處理基本原理借助環(huán)境工程和化學(xué)工程的手段和方法，以微生物作用為主體開發(fā)出了種種用于控制和治理水污染治理的新方法。廢水生物處理：代表：活性污泥法、生物膜法、厭氧處理法、生物脫氮、除磷等工藝技術(shù)

第一章廢水生物處理基本原理借助環(huán)境工程和化學(xué)工程的手段和方第一章廢水生物處理基本原理

微生物可簡單分為好氧微生物、厭氧微生物和兼性微生物。好氧微生物指必須在有分子態(tài)氧氣（O2）的存在下，才能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)，包括大部分微生物，其主要作用有合成代謝、分解代謝和內(nèi)源呼吸。影響好氧微生物處理效果的因素主要有溶解氧、溫度、pH值等；

厭氧微生物是指能在無分子態(tài)氧存在的條件下，能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)的生物，如厭氧細(xì)菌、酵母菌等，主要代謝作用有水解、發(fā)酵、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷等階段，目前其代謝理論無統(tǒng)一認(rèn)識，主要影響因素有溫度、pH值、氧化還原電位、營養(yǎng)物質(zhì)、F/M比、有毒物質(zhì)等；兼性微生物既可在有氧環(huán)境中生活，也可在無氧環(huán)境中生長，當(dāng)水中溶解氧高于0.2～0.3mg／L時，兼性菌利用氧氣進(jìn)行新陳代謝；而當(dāng)溶解氧低于上述數(shù)字時，它們同厭氧菌一樣，生活時不需要氧氣，在自然界中大部分細(xì)菌屬于這一類。1、生物處理--原理第一章廢水生物處理基本原理微生物可簡單分為生物處理--微生物圖片第一章廢水生物處理基本原理生物處理--微生物圖片第一章廢水生物處理基本原理生物處理—污泥顆粒、細(xì)菌、真菌第一章廢水生物處理基本原理生物處理—污泥顆粒、細(xì)菌、真菌第一章廢水生物處理基本原理2、概述—基本概念

原理：廢水中的有機(jī)物、氮、磷等物質(zhì)對人類來說是污染物，但對微生物來說是營養(yǎng)物質(zhì)，生物處理就是借助于微生物的新陳代謝活動，使有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化成為穩(wěn)定的無害物質(zhì)，氮、磷得到釋放或富集，從而從廢水中去除的過程。

定義：利用微生物的代謝作用除去廢水中有機(jī)污染物的一種方法叫做廢水生物處理方法，分好氧生物處理法和厭氧生物處理法兩種。

特點：1、用生物方法去除水中有機(jī)物最經(jīng)濟(jì)；

2、90%廢水處理工藝屬于生物處理工藝；

3、水中氨氮用生物處理方法去除最有效；

4、絕大多數(shù)工業(yè)廢水也是以生物處理方法為主。

處理對象：1、有機(jī)物；2、氮；3、磷。

可生化判斷：BOD/COD≤0.3難生化，0.3和0.5可生化，大于0.5易生化。第一章廢水生物處理基本原理2、概述—基本概念原理：廢水中的有機(jī)物、氮、BOD：生物需氧量（Biochemical【生物】Oxygen【氧氣】Demand【需求】）微生物分解水中的有機(jī)化合物時需要消耗氧，這個指標(biāo)代表消耗掉的氧。BOD5

：（20℃5天BOD）微生物完全分解水中的有機(jī)化合物總共約需100天，為縮短檢測時間，一般20℃五天內(nèi)的耗氧量為代表，簡稱BOD5，對生活污水來說，約占BOD70%。來源：生活污水和制糖、食品、造紙、纖維等工業(yè)廢水中。COD：化學(xué)需氧量（Chemical【化學(xué)】oxygenDemand）利用化學(xué)氧化劑將廢水中可氧化物質(zhì)（如有機(jī)物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等）氧化分解，然后根據(jù)殘留的氮化劑的量計算出氧的消耗量。CODCr：（重鉻酸鉀作為氧化劑測出的COD結(jié)果）CODMn：（高錳酸鉀作為氧化劑測出的COD結(jié)果）一般CODCr>BOD5>CODMn來源：包括BOD來源，還有工業(yè)廢水如化工、制藥、紡織等。第一章廢水生物處理基本原理BOD：生物需氧量（Biochemical【生物】OxygNH3-N：氨氮主要來源于人和動物的排泄物、農(nóng)用化肥的流失，自化工、冶金、石油化工、油漆顏料、煤氣、煉焦、鞣革、化肥等工業(yè)廢水。危害：黑臭、毒性，富營養(yǎng)化。（H2PO4-、HPO42-、PO43-)：磷在廢水中，磷通常以無機(jī)磷酸鹽、聚合磷酸鹽和有機(jī)磷等多種形式存在，來源農(nóng)藥、醫(yī)藥、飼料、洗滌劑、肥料、食品添加劑等。危害：黑臭、富營養(yǎng)化。AAO（Anaerobic【沒有空氣】Anoxic【缺少空氣】Oxide【氧】）AO脫氮（Anaerobic【缺少空氣】Oxide【氧】）AO除磷（Anaerobic【沒有空氣】Oxide【氧】）好氧：曝氣---普通污水處理厭氧：只進(jìn)水，不攪動，不曝氣—高濃度有機(jī)廢水處理，除磷工藝缺氧：攪動或回流硝化液或微曝氣，脫氮工藝實際工藝可能是多種缺氧、好氧、厭氧工藝組合以達(dá)到更好的處理效果。第一章廢水生物處理基本原理NH3-N：氨氮（H2PO4-、HPO42-、PO43-)：生物處理—好氧原理

好氧微生物將廢水中的有機(jī)污染物分解成為最終的無機(jī)產(chǎn)物如二氧化碳和水等，或被同化合成為好氧微生物的細(xì)胞物質(zhì)并以剩余污泥的形式通過沉淀等方式與出水分離，從而使廢水得到凈化。

第一章廢水生物處理基本原理生物處理—好氧原理好氧微生物將廢水中的有機(jī)污第一章廢水生物處理基本原理有機(jī)污染物好氧微生物處理的一般途徑

第一章廢水生物處理基本原理有機(jī)污染物好氧微生物處理的一般途2、生物處理—好氧異養(yǎng)代謝:第一章廢水生物處理基本原理2、生物處理—好氧異養(yǎng)代謝:第一章廢水生物處理基本原理第一章廢水生物處理基本原理1914年在英國建成第一座活性污泥污水處理試驗廠是目前城市污水處理的主要方法。作用原理：普通活性污泥法是依據(jù)廢水的自凈作用原理發(fā)展而來的。第一節(jié)活性污泥法第一章廢水生物處理基本原理1914年在英國建成第一座活性污第一章廢水生物處理基本原理第一章廢水生物處理基本原理第一章廢水生物處理基本原理活性污泥法的特點：曝氣池中污泥濃度一般控制在2—3g/L，廢水濃度高時采用較高數(shù)值。廢水在曝氣池中的停留時間(HRT)常采用4—8h，視廢水中有機(jī)物濃度而定?；亓魑勰嗔考s為進(jìn)水流量的25％—50％左右

BOD和懸浮物去除率都很高，達(dá)到90％—95％左右第一章廢水生物處理基本原理活性污泥法的特點：第一章廢水生物處理基本原理不足之處：①對水質(zhì)變化的適應(yīng)能力不強；②所供的氧不能充分利用，因為在曝氣池前端廢水水質(zhì)濃度高、污泥負(fù)荷高、需氧量大，而后端則相反，但空氣往往沿池長均勻分布，這就造成前端供氧量不足、后端供氧量過剩的情況。因此，在處理同樣水量時，同其他類型的活性污泥法相比，曝氣池相對龐大、占地多、能耗費用高。

第一章廢水生物處理基本原理不足之處：第一章廢水生物處理基本原理六、序批式活性污泥法序批式活性污泥法(SequencingBatchReactor，簡稱SBR)是國內(nèi)外近年來新開發(fā)的一種活性污泥法，其工藝特點是將曝氣池和沉淀池合而為一，生化反應(yīng)雖分批進(jìn)行，基本工作周期可由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置五個階段組成第一章廢水生物處理基本原理六、序批式活性污泥法第一章廢水生物處理基本原理SBR具有下述特點：1．構(gòu)造簡單、節(jié)省投資省去了二沉池、回流裝置和調(diào)節(jié)池等設(shè)施，因此基建投資較低。2．控制靈活，可滿足各種處理要求一個周期中各個階段的運行時間、總停留時間、供氣量等都可按照進(jìn)水水質(zhì)和出水要求而加以調(diào)節(jié)。3．活性污泥性狀好、污泥產(chǎn)率低污泥結(jié)構(gòu)緊密，沉降性能良好。此外在沉降期幾乎是在靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀，因此污泥沉降時間短、效率高。SBR的運行周期中有一閑量期、污泥處于內(nèi)源呼吸階段，因此污泥產(chǎn)率比較低。4．脫氮效果好第一章廢水生物處理基本原理SBR具有下述特點：第一章廢水生物處理基本原理第二節(jié)

生物膜法優(yōu)點：①供氧充分，傳質(zhì)條件好；②采用輕質(zhì)塑料填料后構(gòu)筑物輕巧，填料比表面積大；⑤設(shè)備處理能力大，處理效果好，④不生長濾池蠅，氣味小，衛(wèi)生條件好。生物膜法與活性污泥法的主要區(qū)別在于生物膜固定生長或附著生長于固體填料(或稱載體)的表面，而活性污泥則以絮體(floc)方式懸浮生長于處理構(gòu)筑物中。第一章廢水生物處理基本原理第二節(jié)生物膜法優(yōu)點：1.2.1概述和基本原理生物膜法是依靠固著于固體介質(zhì)表面的微生物來凈化有機(jī)物的，因而這種方法亦稱為生物過濾法。生物膜法的缺點：由于固著于固體表面的微生物量較難控制，因而在運轉(zhuǎn)操作上伸縮性差；濾料表面積小，BOD容積負(fù)荷有限，因而空間效果差；采用自然通風(fēng)供養(yǎng)，在生物膜內(nèi)層往往形成厭氧層，從而縮小了具有凈化功能的有效容積。然而由于新工藝新濾料的研制成功，生物膜法作為良好的好氧生物處理技術(shù)仍被廣泛的應(yīng)用著。1.2.1概述和基本原理生物膜法是依靠固著于固體介質(zhì)表面的微1.2.1概述和基本原理生物膜法的類型：（1）潤壁型生物膜法廢水和空氣沿固定的或轉(zhuǎn)動的接觸介質(zhì)表面的生物膜流過，如生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤等；（2）浸沒型生物膜法生物膜載體完全浸沒在水中，通過鼓風(fēng)曝氣供氧。如載體固定，稱為接觸氧化法；如載體流化則稱為生物流化床生物膜法潤壁型生物膜法浸沒型生物膜法生物濾池生物轉(zhuǎn)盤接觸氧化法生物流化床1.2.1概述和基本原理生物膜法的類型：生物膜法潤壁型生物1.2.1概述和基本原理二、生物膜中的物質(zhì)遷移

有機(jī)物供氧三、生物膜凈化廢水的原理1.2.1概述和基本原理二、生物膜中的物質(zhì)遷移三、生物膜1.2.2生物濾池1.2.2生物濾池三、生物濾池的類型及運行系統(tǒng)生物濾池法低負(fù)荷生物濾池高負(fù)荷生物濾池普通生物濾池回流式生物濾池塔式生物濾池生物濾池的分類普通生物濾池優(yōu)點是處理效果好，BOD5去除率可達(dá)90%以上，出水BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸鹽含量在10mg/L左右，出水水質(zhì)穩(wěn)定。缺點是占地面積大，易于堵塞（濾率在1～2m／d左右

），影響環(huán)境衛(wèi)生。三、生物濾池的類型及運行系統(tǒng)生物濾池法低負(fù)荷生物濾池高負(fù)荷生1.2.3生物轉(zhuǎn)盤1.2.3生物轉(zhuǎn)盤1.2.4生物接觸氧化法接觸氧化法的優(yōu)點是：容易管理，耐負(fù)荷、水溫變動的沖擊力強；剩余污泥量少；比較容易去除難分解和分解速度怪的物質(zhì)。接觸氧化法的缺點是：濾料間水流緩慢，接觸時間長，水力沖刷力小，生物膜只能自行脫落；剩余污泥往往惡化處理水質(zhì)；動力費高。1.2.4生物接觸氧化法接觸氧化法的優(yōu)點是：容易管理，耐負(fù)1.2.4生物接觸氧化法1.2.4生物接觸氧化法第三節(jié)厭氧生物處理1.3.1厭氧法的基本原理1.3.2厭氧法的影響因素1.3.3厭氧法的工藝和設(shè)備1.3.4厭氧消化過程動力學(xué)1.3.5厭氧產(chǎn)氣量計算第三節(jié)厭氧生物處理1.3.1厭氧法的基本原理1.3.1厭氧法的基本原理在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對有機(jī)物進(jìn)行生化降解的過程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法。若有機(jī)物的降解產(chǎn)物主要是有機(jī)酸，則此過程稱為不完全的厭氧消化，簡稱為酸發(fā)酵或酸化。若進(jìn)一步將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為以甲烷為主的生物氣，此全過程稱為完全的厭氧消化，簡稱為甲烷發(fā)酵或沼氣發(fā)酵。

厭氧生物處理法的處理對象是：高濃度有機(jī)工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動植物殘體等。厭氧生物處理的方法和基本功能有二：（1）酸發(fā)酵的目的是為進(jìn)一步進(jìn)行生物處理提供生物降解的基質(zhì)；（2）甲烷發(fā)酵的目的是進(jìn)一步降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料。完全的厭氧生物處理工藝因兼有降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料的雙重功能，因而得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。1.3.1厭氧法的基本原理在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼1.3.1厭氧法的基本原理厭氧消化二階段過程

1.3.1厭氧法的基本原理厭氧消化二階段過程1.3.1厭氧法的基本原理厭氧消化三階段、四階段過程

1.3.1厭氧法的基本原理厭氧消化三階段、四階段過程1.3.1厭氧法的基本原理1、水解酸化階段（產(chǎn)酸或酸化細(xì)菌）1.3.1厭氧法的基本原理1、水解酸化階段（產(chǎn)酸或酸化細(xì)菌1.3.1厭氧法的基本原理2、產(chǎn)氣階段（甲烷細(xì)菌）

乙酸化階段甲烷化階段1.3.1厭氧法的基本原理2、產(chǎn)氣階段（甲烷細(xì)菌）甲烷化階1.3.2厭氧法的影響因素一、溫度條件1.3.2厭氧法的影響因素一、溫度條件1.3.2厭氧法的影響因素二、pH值一般認(rèn)為，實測值應(yīng)7.2～7.4之間為好。低于7.0時，pH值并不穩(wěn)定，有繼續(xù)下降的趨勢。低于6.5時，將使正常的處理系統(tǒng)遭到破壞。如果有機(jī)物負(fù)荷太大，水解和產(chǎn)酸過程的生化速率大大超過氣化速率，將導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸的積累和pH值的下降，抑制甲烷細(xì)菌的生理機(jī)能。最終使氣化速率銳減，甚止停止。一般原液的pH值為6～8。系統(tǒng)中揮發(fā)性脂肪酸濃度（以乙酸記）以不超過3000mg/L為佳。

重碳酸鹽及氨氮等物質(zhì)是形成厭氧處理系統(tǒng)堿度的主要物質(zhì)。一般要求系統(tǒng)中堿度在2000mg/L以上，氨氮濃度以介于50～200mg/L為佳。1.3.2厭氧法的影響因素二、pH值1.3.2厭氧法的影響因素三、氧化還原電位厭氧環(huán)境是厭氧消化過程賴以正常進(jìn)行的最重要的條件。厭氧環(huán)境主要以體系中的氧化還原電位反映。引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的原因：氧和其它一些氧化劑或氧化態(tài)物質(zhì)的存在(如某些工業(yè)廢水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性廢水中的H+等)高溫厭氧消化系統(tǒng)適宜的氧化還原電位為-500～-600mV；中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動溫度厭氧消化系統(tǒng)要求的氧化還原電位應(yīng)低于-300～-380mV。產(chǎn)酸細(xì)菌對氧化還原電位的要求不甚嚴(yán)格，甚至可在+100～-100mV的兼性條件下生長繁殖；而甲烷細(xì)菌最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低。就大多數(shù)生活污水的污泥及性質(zhì)相近的高濃度有機(jī)廢水而言，只要嚴(yán)密隔斷于空氣的接觸，即可保證必要的ORP值。1.3.2厭氧法的影響因素三、氧化還原電位1.3.2厭氧法的影響因素四、負(fù)荷率

容積負(fù)荷率：反應(yīng)器單位有效容積在單位時間內(nèi)接納的有機(jī)物量，單位為kg/m3·d或g/L·d。有機(jī)物量可用COD.BOD.S和VSS表示。污泥負(fù)荷率：反應(yīng)器內(nèi)單位重量的污泥在單位時間內(nèi)接納的有機(jī)物量，單位為kg/kg·d或g/g·d。投配率：每天向單位有效容積投加的新料的體積，單位為m3/m3·d。投配率的倒數(shù)為平均停留時間或消化時間，單位為d。投配率有時也可用百分?jǐn)?shù)表示，例如，0.07m3/m3·d的投配率也可表示為7%。確定厭氧消化裝置的負(fù)荷率的原則是：在兩個轉(zhuǎn)化（酸化和氣化）速率保持穩(wěn)定平衡的條件下，求得最大的處理目標(biāo)（最大處理量或最大產(chǎn)氣量）。三種發(fā)酵狀態(tài)

當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率很高時，消化液顯酸性（pH<7），稱為酸性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種低效而又不穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，應(yīng)盡量避免。當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率適中時，產(chǎn)酸細(xì)菌代謝產(chǎn)物中的有機(jī)酸基本上能被甲烷細(xì)菌及時地吸收利用，并轉(zhuǎn)化為沼氣，溶液中殘存的有機(jī)酸量一般為每升數(shù)百毫克。此時消化液中pH值維持在7～7.5之間，稱為弱堿性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種高效而由穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，最佳負(fù)荷率應(yīng)達(dá)此狀態(tài)。當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率偏小時，消化液中的有機(jī)酸殘存量很少，pH值偏高（大于7.5）稱為堿性發(fā)酵狀態(tài)。由于負(fù)荷偏低，是一種雖穩(wěn)定但低效的厭氧消化狀態(tài)。1.3.2厭氧法的影響因素四、負(fù)荷率確定厭氧消化裝置的負(fù)荷1.3.2厭氧法的影響因素五、污泥濃度各種反應(yīng)器要求的污泥濃度不盡相同，一般介于10～30gVSS/L之間。為了保持反應(yīng)器的生物量不致因流失而減少，可采用多種措施，如安裝三相分離器、設(shè)置掛膜介質(zhì)、降低水流速度和回流污泥量等。1.3.2厭氧法的影響因素五、污泥濃度1.3.3厭氧法的工藝和設(shè)備四、上流試厭氧污泥床反應(yīng)器消化和固液分離在一個池內(nèi)。微生物量特高。負(fù)荷率高(10~20kgCOD/m3?d)?？?cè)莘e小。能耗低，不需攪拌。污泥濃度可達(dá)40~80g/L。1.3.3厭氧法的工藝和設(shè)備四、上流試厭氧污泥床反應(yīng)器1.3.3厭氧法的工藝和設(shè)備細(xì)部結(jié)構(gòu)1.3.3厭氧法的工藝和設(shè)備細(xì)部結(jié)構(gòu)第四節(jié)生物脫氮

氮素循環(huán)氮在自然界中的存在形式包括分子態(tài)氮、無機(jī)氮化物和有機(jī)態(tài)氮，其中分子態(tài)氮以游離的氮氣形式存在于大氣中，占大氣含量的79％、但分子氮不能被絕大多數(shù)的生物直接利用，大氣氮進(jìn)入生物有機(jī)體主要有四條途徑。(1)生物固氮：豆科植物能通過共生的根瘤菌固定大氣中的氮，供植物吸收。某些固氮藍(lán)細(xì)菌和固氮細(xì)菌也可以固定大氣中的氮。(2)工業(yè)固氮。氮肥化工，如合成氨等。(3)巖漿固氮?；鹕奖l(fā)時，噴射出的巖漿可以固定一部分氮。(4)閃電固氮。雷雨時的閃電現(xiàn)象，可通過電離作用使氮氧化成氮氧化物。

第四節(jié)生物脫氮氮素循環(huán)第四節(jié)生物脫氮除磷第四節(jié)生物脫氮除磷氮和磷的排放會加速導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化，其次是氨氮的好氧特性會使水體的溶解氧降低，此外，某些含氮化合物對人和其他生物有毒害作用。因此，國內(nèi)外對氮磷的排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格。本章闡述生物脫氮除磷技術(shù)。生物脫氮除磷技術(shù)是近20年發(fā)展起來的，一般來說比化學(xué)法和物理化學(xué)法去除氮磷經(jīng)濟(jì)，尤其是能有效地利用常規(guī)的二級生物處理工藝流程進(jìn)行改造達(dá)到生物脫氮除磷的目的，是日前應(yīng)用廣泛和最有前途的氮磷處理方法。氮和磷的排放會加速導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化，其次是氨氮生物脫氮原理及影響因素

一、生物脫氮原理污水中氨主要以有機(jī)氮和氨氮形式存在。在生物處理過程中，有機(jī)氮很容易通過微生物的分解和水解轉(zhuǎn)化成氨氮，即氨化作用。傳統(tǒng)的硝化—反硝化生物脫氮的基本原理就在于通過硝化反應(yīng)先將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮，再通過反硝化反應(yīng)將硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮還原成氣態(tài)氮從水中逸出，從而達(dá)到脫氮的目的。生物脫氮原理及影響因素一、生物脫氮原理氮在水中的存在形態(tài)與分類N

無機(jī)NNOx--N(硝態(tài)氮)TKN(凱氏氮)總N(TN)NH3-NNO3-NNO2—-N有機(jī)N（尿素、氨基酸、蛋白質(zhì)）氮在水中的存在形態(tài)與分類N

無機(jī)NNOx--NTKN總N氨化與硝化反應(yīng)過程

氨化與硝化反應(yīng)過程硝化反應(yīng)的條件（1）好氧狀態(tài)：DO≥2mg/L；1gNH3-N完全硝化需氧4.57g，即硝化需氧量。（2）消耗廢水中的堿度：1gNH3-N完全硝化需堿度7.1g（以CaCO3計），廢水中應(yīng)有足夠堿度，以維持pH值不變。（3）污泥齡θC≥（10-15）d。（4）BOD5≤20mg/L。

硝化反應(yīng)的條件（1）好氧狀態(tài)：DO≥2mg/L；1gNH3-反硝化-1反硝化包括異化反消化和同化反消化，以異化反消化為主,反硝化菌在DO濃度很低的環(huán)境中，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，有機(jī)物作為碳源及電子供體而得到降解。當(dāng)利用的碳源為甲醇時：NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7CO2+0.47N2↑+1.68H2O+HCO3-NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7CO2+0.48N2↑+1.23H2O+HCO3-

反硝化反應(yīng)可使有機(jī)物得到分解氧化，實際是利用了硝酸鹽中的氧，每還原1gNO3--N所利用的氧量約2.6g。反硝化-1反硝化包括異化反消化和同化反消化，以異化反反硝化-2當(dāng)缺乏有機(jī)物時，則無機(jī)物如氫、Na2S等也可作為反硝化反應(yīng)的電子供體（1）反硝化菌屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌，在缺氧條件下，進(jìn)行厭氧呼吸，以NO3-—O為電子受體，以有機(jī)物的氫為電子供體。（2）反硝化過程中，硝酸態(tài)氮有二種轉(zhuǎn)化途徑—同化反硝化（合成細(xì)胞）和異化反硝化（還原為N2↑），但以異化反硝化為主。（3）反硝化反應(yīng)的條件反硝化-2當(dāng)缺乏有機(jī)物時，則無機(jī)物如氫、Na2S反硝化反應(yīng)的條件DO<0.5mg/L，一般為0.2～0.3mg/L（處于缺氧狀態(tài)），如果DO較高，反硝化菌利用氧進(jìn)行呼吸，氧成為電子受體，阻礙NO3--O成為電子受體而使N難還原成N2↑。但是反硝化菌體內(nèi)的某些酶系統(tǒng)組分只有在有氧條件下，才能合成。反硝硝化菌以在缺氧-好氧交替的環(huán)境中生活為宜。BOD5/TN≥3～5，否則需另投加碳源，現(xiàn)多采用CH3OH，其分解產(chǎn)物為CO2+H2O，不留任何難降解的中間產(chǎn)物，且反硝化速率高。目前反硝化投加有機(jī)碳源一般利用原污水中的有機(jī)物。還原1g硝態(tài)氮能產(chǎn)生3.57g堿度，而在硝化反應(yīng)中，1gNH3-N氧化為NO3--N要消耗7.14g堿度，在缺氧-好氧中，反硝化產(chǎn)生的堿度可補償硝化消耗堿度的一半左右。

反硝化反應(yīng)的條件DO<0.5mg/L，一般為0.2～0.3m內(nèi)源反硝化

微生物還可通過消耗自身的原生質(zhì)進(jìn)行所謂的內(nèi)源反硝化C5H7NO2+4NO3-→5CO2+NH3+2H2↑+4OH-

內(nèi)源反硝化的結(jié)果是細(xì)胞物質(zhì)減少，并會有NH3的生成。廢水處理中不希望此種反應(yīng)占主導(dǎo)地位，而應(yīng)提供必要的碳源。

內(nèi)源反硝化微生物還可通過消耗自身的原生質(zhì)進(jìn)行所謂的內(nèi)源反硝硝化、反硝化反應(yīng)中氮的轉(zhuǎn)化表1硝化過程中氮的轉(zhuǎn)化

表2反硝化反應(yīng)中氮的轉(zhuǎn)化

氮的氧化還原態(tài)–Ⅲ氨離子NH4+–Ⅱ–Ⅰ羥胺NH2OH0+Ⅰ硝?；鵑OH+Ⅱ+Ⅲ亞硝酸根NO2—+Ⅳ+Ⅴ硝酸根NO3—氮的氧化還原態(tài)–Ⅲ氨離子NH4+–Ⅱ–Ⅰ羥胺NH2OH0

N2+Ⅰ硝?；鵑OH+Ⅱ+Ⅲ亞硝酸根NO2—+Ⅳ+Ⅴ硝酸根NO3—硝化、反硝化反應(yīng)中氮的轉(zhuǎn)化表1硝化過程中氮的轉(zhuǎn)化表2脫氮新理念

（1）短程硝化-反硝化由傳統(tǒng)硝化-反硝化原理可知，硝化過程是由兩類獨立的細(xì)菌催化完成的兩個不同反應(yīng)，應(yīng)該可以分開；而對于反硝化菌，亞硝酸根或硝酸根均可以作為最終受氫體。該方法就是將硝化過程控制在亞硝化階段而終止，隨后進(jìn)行反硝化，在反硝化過程將亞硝酸根作為最終受氫體，故稱為短程(或簡捷)硝化-硝化?？刂葡趸磻?yīng)停止在亞硝化階段是實現(xiàn)短程硝化-反硝化生物脫氮技術(shù)的關(guān)鍵，其主要影響因素有溫度、污泥齡、溶解氧、pH值和游離氨等?？刂戚^高溫度、較低溶解氧和較高pH值和極短的污泥齡條件等，可以抑制硝酸菌生成，使亞硝酸菌占絕對優(yōu)勢，從而使硝化過程控制在亞硝化階段。脫氮新理念

（2）厭氧氨氧化厭氧氨氧化是荷蘭Delft大學(xué)1990年提出的一種新型脫氮工藝。基本原理是在厭氧條件下以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體，將氨氮氧化氮氣，或者說利用氨作為電子供體．將亞硝酸鹽或硝酸鹽還原成氮氣。參與厭氧氨氧化的細(xì)菌是自養(yǎng)菌。厭氧氨氧化過程無需有機(jī)碳源在。（3）亞硝酸型完全自養(yǎng)脫氮基本原理是先將氨氮部分氧化成亞硝酸氮，控制氨根離子與亞硝酸根離子比例為1：1，然后通過厭氧氨氧化作為反硝化實現(xiàn)脫氮的目的。全過程為自養(yǎng)的好氧亞硝化反應(yīng)結(jié)合自養(yǎng)的厭氧氨氧化反應(yīng)．無需有機(jī)碳源，對氧的消耗比傳統(tǒng)硝化/反硝化減少62.5%，同時減少堿消耗量和污泥生成量。

（2）厭氧氨氧化厭氧氨氧化是荷蘭Delft大學(xué)199二、硝化—反硝化過程影響因素

1．溫度硝化反應(yīng)的適宜溫度范圍是30～35℃，溫度不但影響硝化茵的比增長速率，而且影響硝化菌的活性，在5～35℃的范圍內(nèi)，硝化反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快，僅超過30℃時增加幅度減少，當(dāng)溫度低于5℃時，硝化細(xì)菌的生命活動幾乎停止。對于同時去除有機(jī)物和進(jìn)行硝化反應(yīng)的系統(tǒng)，溫度低于15℃即發(fā)現(xiàn)硝化速率迅速降低，低溫對硝酸菌的抑制作用更為強烈，因此在低溫12～14℃時常出現(xiàn)亞硝酸鹽的積累。在30～35℃較高溫度下，亞硝酸菌的最小倍增時間要小于硝酸菌，因此，通過控制溫度和污泥齡，也可控制反應(yīng)器中亞硝酸菌的絕對優(yōu)勢。反硝化反應(yīng)的最佳溫度范圍為35～45℃，溫度對硝化菌的影響比反硝化菌大。

二、硝化—反硝化過程影響因素1．溫度2．溶解氧硝化反應(yīng)必