第6講,好氧生物法

好氧生物法主要內(nèi)容1

好氧生物法的基本原理L

2

活性污泥法L3

生物膜法L4

自然生物法L廢水的好氧生化處理好氧生化處理的概念好氧生物處理法兩種主要形式：活性污泥法和生物膜法活性污泥法是利用活性污泥對污水進行凈化的技術生物膜法則利用附著在載體上的生物膜對污水進行凈化

活性污泥池

生物轉(zhuǎn)盤

生物濾池6

好氧生物法的基本原理6.1基本概念

所謂“好氧”：是指這類生物必須在有分子態(tài)氧氣（O2）的存在下，才能進行正常的生理生化反應，主要包括大部分微生物、動物以及我們?nèi)祟悾凰^“厭氧”：是能在無分子態(tài)氧存在的條件下，能進行正常的生理生化反應的生物，如厭氧細菌、酵母菌等。廢水好氧生物處理過程中有機物的代謝及微生物的合成，可用下列基本圖式來表示：廢水好氧生物處理過程示意圖6.1.1污水中的微生物（1）以好氧細菌為主，也存在真菌、原生動物和后生動物等組成相對穩(wěn)定的生態(tài)系。（2）污水中有機物的成分決定優(yōu)勢菌屬。主要有動膠桿菌屬、假單胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、黃桿菌屬及大腸桿菌等。（3）真菌主要是霉菌，一種絲狀真菌，但大量繁殖可能導致污泥膨脹。（4）原生動物－有肉足蟲、鞭毛蟲和纖毛蟲，主要捕食對象是細菌。（5）后生動物一般不出現(xiàn)，僅在水質(zhì)優(yōu)異的完全氧化型活性污泥系統(tǒng)中出現(xiàn),是水質(zhì)非常穩(wěn)定的標志。

絲狀菌發(fā)硫細菌輪蟲電鏡6.1.2微生物的代謝與污水的生物處理（一）微生物的新陳代謝：

微生物不斷從外界環(huán)境中攝取營養(yǎng)物質(zhì)，通過生物酶催化的復雜生化反應，在體內(nèi)不斷進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化和交換的過程。6.1.2微生物的代謝與污水的生物處理根據(jù)受氫體和電子受體的不同分為：①好氧分解代謝好氧呼吸是營養(yǎng)物質(zhì)進入好氧微生物細胞后，通過一系列氧化還原反應獲得能量的過程。好氧呼吸過程實質(zhì)上是脫氫和氧活化相結合的過程。在這過程中同時放出能量。例如：大型污水溝道存在該式所示的生化反應：生物脫氮工藝中的生物硝化過程：例如：異養(yǎng)型微生物以有機物為底物，其終點產(chǎn)物為二氧化碳、氨和水等無機物，同時放出能量。1.2

好氧生物處理的基本反應（1）氧化與合成反應（2）內(nèi)源呼吸反應微生物對自身的細胞物質(zhì)進行氧化分解，并提供能量即內(nèi)源呼吸。內(nèi)源呼吸反應式如下：（3）有機物在微生物作用下的好氧代謝的總反應為：1.3

影響好氧生物處理的因素

影響好氧生物處理的因素主要是營養(yǎng)物、溫度、pH、水中的溶解氧、毒物和廢水中有機物的性質(zhì)等。

（1）營養(yǎng)物質(zhì)細胞組成中，C、H、O、N約占90～97%，其余3～10%為無機元素，主要的是P。生活污水一般不需再投加營養(yǎng)物質(zhì)；而某些工業(yè)廢水則需要，一般對于好氧生物處理工藝，應按BODNP=10051

投加N和P。其它無機營養(yǎng)元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；（2）溫度是重要因素之一，在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生化反應的速率加快，增殖速率也加快；細胞的組成物如蛋白質(zhì)、核酸等對溫度很敏感，溫度突升或降并超過一定限度時，會有不可逆的破壞；最適宜溫度15～30C，40C或

10C后，會有不利影響。（3）pH值一般好氧微生物的最適宜pH在59之間；pH5時，真菌將占優(yōu)勢，引起污泥膨脹；另一方面，微生物的活動也會影響混合液的pH值。（4）溶解氧廢水的好氧生物處理中，微生物是以好氧微生物為主，必須使反應器中保證有足夠的溶解氧，使微生物進行有氧呼吸。在好氧生物反應器中，溶解氧一般為2～4mg/L為宜。（5）有毒物質(zhì)工業(yè)廢水中，存在著對微生物有抑制、毒害作用的化學物質(zhì)，如重金屬及其化合物、酚、氰等。2

活性污泥法主要內(nèi)容2.1概述L

2.2活性污泥法的基本流程L2.3活性污泥降解有機物的過程L2.4

活性污泥的性能及其評價指標L2.5活性污泥的增長規(guī)律L2.6曝氣方法和曝氣池的構造L2.7活性污泥法的運行方式L2.1

概述1882年前后，人們曾進行了向污水中鼓入空氣的實驗，探討通入空氣后對水質(zhì)的改善情況；1912年美國的Lawlence研究所開始進行活性污泥實驗，1914年，活性污泥法誕生；1917年在英國的曼徹斯特和美國的休斯頓分別建造了活性污泥法污水處理廠，并開始投入運行；1942年由Gould提出了階段曝氣法，1944年Setter提出了改進型曝氣法；1945年Krauss為了控制污泥膨脹提出了Krauss法；1951年Ulrich等又提出了吸附再生法。此后，高負荷活性污泥法、延時曝氣法、氧化構等方法相繼問世并得到發(fā)展。2.2

活性污泥法的基本流程

向生活污水注入空氣進行曝氣，并持續(xù)一段時間以后，污水中即生成一種絮凝體。這種絮凝體主要是由大量繁殖的微生物群體所構成，它有巨大的表面積和很強的吸附性能，稱為活性污泥?；钚晕勰喾ǖ慕M成

曝氣池和二沉池是活性污泥法的主要組成部分曝氣池有推流式和完全混合式兩種類型活性污泥絮體的主要構成正常的活性污泥絮體呈棕色、無臭，內(nèi)部為厭氧狀態(tài)的礦物核，外圍由好氧活性較強的細菌組成菌膠團主要由能夠產(chǎn)生莢膜及胞外聚合物的細菌組成微生物相的主要構成為細菌、放線菌、藻類、原生動物、后生動物活性污泥的主要組成細菌活性污泥的主要組成細菌無色桿菌屬氣桿菌屬產(chǎn)堿桿菌屬芽孢桿菌屬短桿菌屬棒狀桿菌屬黃桿菌屬微桿菌屬諾卡式菌屬假單孢菌屬螺菌屬動膠菌屬埃希氏菌屬微球菌屬主要組成細菌的特性多為化能異養(yǎng)菌，以有機物為營養(yǎng)源多為嚴格好氧或兼行厭氧細胞分裂后排列方式差別較大以革蘭氏陰性為主氣桿菌屬、短桿菌屬、埃希氏菌屬、假單孢菌屬、動膠菌屬、芽孢桿菌屬的一些種或變種均有莢膜或發(fā)育不好的類似結構（微莢膜），這些構造與活性污泥絮凝體形成有密切關系2.3活性污泥降解廢水中有機物的過程

活性污泥法在曝氣過程中，對有機物的去除分兩個階段，吸附階段和穩(wěn)定階段。（1）吸附階段

從圖可看出，在泥水混和曝氣30min內(nèi)，廢水中BOD5的去除率可達70％，在其后有一個BOD5的回升階段，隨著曝氣時間的延長，BOD5再逐漸降低。BOD5吸附降解曝氣過程（2）穩(wěn)定階段吸附階段結束后，微生物要對大量被吸附的有機物進行氧化分解，并利用有機物合成細胞自身物質(zhì)，進行細胞的更新、增殖，同時也繼續(xù)吸附廢水中的殘余的有機物。經(jīng)過穩(wěn)定階段后，廢水中的有機物發(fā)生了質(zhì)的變化，一部分被氧化為無機物，另一部分變?yōu)槲⑸锛毎w即活性污泥。2.4活性污泥的性能及其評價指標2.4.1活性污泥的組成

活性污泥通常由以下幾部分組成:活性的微生物;微生物自身氧化的殘留物;吸附在活性污泥上不能被生物降解的有機物和無機物組成。其中微生物是活性污泥的主要組成部分。活性污泥中的微生物又是由細菌、真菌、原生動物、后生動物等多種微生物群體相結合所組成的一個生態(tài)系?；钚晕勰嗤ǔ辄S褐色絮狀顆粒，其直徑一般為0.02～2mm，含水率一般為99.2～99.8％，密度因含水率不同而異，一般為1.002～1.006g/cm3。細菌是活性污泥組成和凈化功能的中心，是微生物的最主要部分。污水中有機物的性質(zhì)決定那些種屬的細菌占優(yōu)勢。2.4.2

活性污泥評價指標

（1）混合液懸浮固體濃度(MLSS)，也稱為污泥濃度?；旌弦菏瞧貧獬刂形鬯突钚晕勰嗷旌虾蟮幕旌蠎腋∫骸；旌弦汗腆w懸浮物濃度是指曝氣池中單位體積混合液所含懸浮固體的質(zhì)量，單位為mg/L或g/L。它是計量曝氣池中活性污泥數(shù)量多少的指標。一般活性污泥法中，MLSS濃度一般為2～3g/L。

（2）混合液揮發(fā)性懸浮固體(MLVSS)

指活性污泥中有機固體物質(zhì)的濃度，單位為mg/L或g/L。把混合液懸浮固體在600℃焙燒，能揮發(fā)的部分即是揮發(fā)性懸浮固體，剩下的部分稱為非揮發(fā)性懸浮固體（MLNVSS）。一般在活性污泥法中用MLVSS表示活性污泥中生物的含量。在一般情況下，MLVSS/MLSS的比值較固定，對于生活污水，常在0.75～0.85左右。對于工業(yè)廢水，其比值視水質(zhì)不同而異。

（3）污泥沉降比(SV)

污泥沉降比是指曝氣池混合液在l00mL量筒中，靜置沉降30min后，沉降污泥所占的體積與混合液總體積之比的百分數(shù)。所以也常稱為30min沉降比。正常的活性污泥在沉降30min后，可以接近它的最大密度，故污泥沉降比可以反映曝氣池正常運行時的污泥量?？捎糜诳刂剖Ｓ辔勰嗟呐欧拧Ｋ€能及時反映出污泥膨脹等異常情況，便于及早查明原因，采取措施。（4）污泥體積指數(shù)(SVI)

污泥體積指數(shù)也稱污泥容積指數(shù)，是指曝氣池出口處混合液，經(jīng)30min靜置沉降后，沉降污泥體積中1g干污泥所占的容積的毫升數(shù)，單位為mL/g，但一般不標出。它與污泥沉降比有如下關系：

SVI=(SV×10)/X

式中：X的單位為g/L，SVI以百分數(shù)代入。SVI值能較好地反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚、沉降性能。SVl值過低，說明污泥顆粒細小緊密，無機物多，缺乏活性和吸附力；SVI值過高，說明污泥難于沉降分離，并使回流污泥的濃度降低，甚至出現(xiàn)污泥膨脹(sludgebulking)，導致污泥流失等后果。一般認為，處理生活污水時SVI＜100時，沉降性能良好；SVI為100～200時，沉降性能一般；SVI＞200時，沉降性能不好。一般控制SVI為50～150之間較好。

（5）泥齡（θc）也稱細胞平均停留時間（MCRT）或污泥滯留時間（SRT）。泥齡是指每日新增長的活性污泥在曝氣池的平均停留時間，即曝氣池全部活性污泥平均更新一次所需要的時間，或曝氣池內(nèi)活性污泥的總量與每日排放污泥量之比，單位：d。普通活性污泥法的泥齡一般采用5～15d。2.5

活性污泥凈化水的機理2.5.1活性污泥的增長規(guī)律

活性污泥中的微生物是多菌種的混合群體，其生長繁殖規(guī)律比較復雜，但也可用其增長曲線表示一般規(guī)律?；钚晕勰嗟脑鲩L過程可分為對數(shù)增長期、減速增長期和內(nèi)源呼吸期三個階段?；钚晕勰嗟脑鲩L曲線如下圖所示：有機物、活性污泥微生物及耗氧關系2.5.2有機物的降解與微生物的增殖活性污泥微生物每日在曝氣池內(nèi)的增殖量可用下式表示：

式中Q—處理廢水量(m3/d)

Sr—去除BOD５量（Kg/m3）

V—曝氣池容積(m3)

a——污泥增長系數(shù)，kgVSS/kgBOD5；

b——污泥自身氧化率，kgVSS/kgVSS。由方程，求設a、b

常見的幾種工業(yè)廢水的a、b值2.5.3有機物的降解與需氧曝氣池的耗氧包括，一部分氧化有機物（異化分解）以取得能量，另一部分轉(zhuǎn)化為新的原生質(zhì)（同化合成）和貯藏物質(zhì)。前者消耗溶解氧，后者在內(nèi)源呼吸時也消耗溶解氧，由此可得曝氣池需氧量R0(kg/d):式中a′—平均轉(zhuǎn)化lkg的BOD的需氧量，kg/kg；

b′—微生物(以VSS計)自身氧化的需氧量，kg/kg·d

式中

Ro/VX——氧的比耗速度，即每公斤活性污泥(以VSS計)平均每天的耗氧量，kg/kg·d，常用Kr表示；

Ro/QSr——比需氧量，即去除lkg的B0D的需氧量，kg/kg。

2.6

曝氣方法和曝氣池的構造曝氣的理論基礎——雙膜理論淺層理論表面更新理論目前最普遍使用的用來解釋氣體轉(zhuǎn)移機理的理論是雙膜理論：（1）氣—液界面存在著二層膜——氣膜和液膜

（2）這兩層膜使氣體分子從一相進入另一相時受到阻力

（3）當氣體分子從氣相向液相傳遞時，若氣體的溶解度低，則阻力主要來自液膜。

氧傳遞過程的基本方程如下：影響氧轉(zhuǎn)移的因素：（1）污水水質(zhì)（2）水溫水溫對KLa的影響關系式為：

KLa（T）＝KLa（20）·1.024（T－20）式中：

KLa（T）——水溫為T℃時的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；

KLa（20）——水溫為20℃時的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；

T——設計溫度；

1.024——溫度系數(shù)。（3）氧的分壓

Cs瘦氧分壓的影響，其校正修正系數(shù)：

ρ=所在地區(qū)實際氣壓（Pa）/1.013×105（4）曝氣裝置的安裝深度曝氣方法和設備

活性污泥系統(tǒng)的曝氣設備分鼓風曝氣和機械曝氣兩大類。

表示曝氣設備技術性能的主要指標是：動力效率（EP）：每消耗1kWh電能轉(zhuǎn)移到清水中的氧量，以kgO2/kWh計。氧的利用率(EA)：通過鼓風曝氣轉(zhuǎn)移到清水中的氧量占總供氧量的百分比％。充氧能力（EL）：通過機械曝氣裝置，在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移到清水中的氧量，以kgO2/h計。對曝氣設備的要求：

良好的曝氣設備除應當具有較高的動力效率和氧轉(zhuǎn)移效率外，還應盡可能滿足下列要求：（a）攪拌均勻；（b）構造簡單；（c）能耗少；（d）價格低；（e）性能穩(wěn)定，故障少；（f）不產(chǎn)生噪音及其它公害；（g）對某些工業(yè)廢水耐腐蝕性強。（1）鼓風曝氣

鼓風曝氣是傳統(tǒng)的曝氣方法，它由鼓風機、空氣擴散裝置和風管組成。鼓風機一般采用回轉(zhuǎn)式鼓風機，也有采用離心式鼓風機的，為了凈化空氣，其進氣管上常裝設空氣過濾器，在寒冷地區(qū)，還常在進氣管前設空氣預熱器。空氣擴散裝置是整個鼓風曝氣系統(tǒng)的關鍵部件，其作用是將空氣分散成大小不同的氣泡，增大空氣和混和液之間的接觸界面，把空氣中的氧溶于水中。擴散裝置的分類：小氣泡擴散裝置：擴散板、擴散管或擴散盤屬小氣泡擴散裝置；中氣泡擴散裝置：穿孔管屬中氣泡擴散裝置；大氣泡擴散裝置：豎管曝氣屬大氣泡擴散裝置；水力剪切擴散裝置：倒盆式、撞擊式和射流式屬水力剪切擴散裝置機械剪切擴散裝置：渦輪式屬機械剪切擴散裝置。1）擴散板、擴散管、擴散盤擴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，其形狀可做成方形或長方形，方形擴散板尺寸通常為300×300×（25～40)mm，擴散板安裝在池底一側(cè)的預留槽上，空氣由豎管進入槽內(nèi)，然后通過擴散板進入混合液。擴散板的通氣率一般為l～1.5m3/m2·min，氧利用率約10％，充氧動力效率約為2kgO2/kWh。缺點是板的孔隙小、空氣通過時壓力損失大、容易堵塞。

2）中氣泡空氣擴散裝置擴散裝置釋放的氣泡直徑1.5～3mm，常用的是穿孔管、WM－180型網(wǎng)狀膜空氣擴散裝置。圖穿孔管曝氣器及布置方式WM-180型網(wǎng)狀膜空氣擴散裝置3）大氣泡空氣擴散裝置大氣泡空氣擴散裝置釋放氣泡大于3mm，常用豎管。豎管曝氣是在曝氣池的一側(cè)布置以橫管分支成梳形的豎管，豎管直徑在l5mm以上，離池底150mm左右。下圖所示為一種豎管擴散器及其布置的示意圖。豎管屬于大氣泡擴散器，由于大氣泡在上升時形成較強的紊流并能夠劇烈地翻動水面，從而加強了氣泡液膜層的更新和從大氣中吸氧的過程。圖豎管擴散器及其布置形式4）水力剪切擴散裝置屬于水力剪切擴散裝置的有倒盆式、射流式、固定螺旋式和撞擊式等右圖是倒盆式擴散器。圖倒盤式空氣擴散裝置5）水力沖擊式空氣擴散裝置（射流式空氣擴散裝置）

利用水泵射入的泥、水混和液的高速水流的動能，吸入大量的空氣，泥水氣混和在喉管內(nèi)強烈混和攪動，使氣泡粉碎成霧狀，繼而在擴散管內(nèi)，由于速頭變?yōu)閴侯^，細微氣泡進一步壓縮，氧迅速轉(zhuǎn)移倒混和液中從而強化了氧的轉(zhuǎn)移過程，氧的轉(zhuǎn)移率可高達20％以上，單動力效率不高。圖射流式曝氣器（2）機械曝氣機械曝氣設備的式樣較多，大致可歸納為葉輪和轉(zhuǎn)刷兩大類。曝氣葉輪有安裝在池中與鼓風曝氣聯(lián)合使用的，也有安裝在池面的，后者稱“表面曝氣”。表面曝氣具有構造簡單，動力消耗小，運行管理方便，氧吸收率高的優(yōu)點，故應用較多。常用的表面曝氣葉輪有泵型，倒傘型和平板型。機械曝氣裝置按傳動軸的安裝方向可分為豎軸式和臥軸式兩種。幾種葉輪曝氣器(豎傘形)不同形式的轉(zhuǎn)刷曝氣器曝氣池的類型與構造從混合液流型可分為推流式L、完全混合式和循環(huán)混合式三種；從平面形狀可分為長方廊道形、圓形或方形、環(huán)形跑道形三種；從采用的曝氣方法可分為鼓風曝氣式、機械曝氣式以及兩者聯(lián)合使用的聯(lián)合式三種；從曝氣池與二次沉淀池的關系可分為分建式和合建式兩種。（1）推流式曝氣池推流式曝氣池為長方廊道形池子，常采用鼓風曝氣，擴散裝置排放在池子的一側(cè)，見下圖。這樣布置可使水流在池中呈螺旋狀前進，增加氣泡和水的接觸時間。曝氣池的數(shù)目隨污水廠大小和流量而定，在結構上可以分成若干單元，每個單元包括幾個池子，每個池子常由一至四個折流的廊道組成。曝氣池的池長可達100m。為了防止短流，廊道長度和寬度之比應大于5，甚至大于10。為了使水流更好的旋轉(zhuǎn)前進，寬深比不大于2，常在1.5－2之間。池深常在－5m

3。曝氣池進水口一般淹沒在水面以下，以免污水進入曝氣池后沿水面擴散，造成短流，影響處理效果。曝氣池出水設備可用溢流堰或出水孔。通過出水孔的水流流速一般較小(0.1－0.2m/s)，以免污泥受到破壞。圖推流式曝氣池

（2）完全混和式曝氣池

完全混合式曝氣池常采用葉輪供氧，多以圓形、方形或多邊形池子作單元，主要是因為需要和葉輪所能作用的范圍相適應。改變?nèi)~輪的直徑可以適應不同直徑(邊長)、不同深度的池子需要。長方形曝氣池可以分成一系列相互銜接的方形單元，每個單元設置一個葉輪。使用完全混合式曝氣池時，為了節(jié)約占地面積，常常是把曝氣池和沉淀池合建。圓形曝氣沉淀池如圖L：圓形曝氣沉淀池（3）循環(huán)混和式曝氣池循環(huán)混合式曝氣池多采用轉(zhuǎn)刷供氧，其平面形狀如環(huán)形跑道，如下圖所示。循環(huán)混合式曝氣池也稱氧化渠或氧化溝，是一種簡易的活性污泥系統(tǒng)，屬于延時曝氣法。氧化溝的平面圖像跑道一樣，轉(zhuǎn)刷設置在氧化渠的直段上，轉(zhuǎn)刷旋轉(zhuǎn)時混合液在池內(nèi)循環(huán)流動，流速保持在0.3m/s以上，使活性污泥呈懸浮狀態(tài)。下圖為環(huán)槽式氧化溝曝氣池工藝圖：2.9活性污泥法的運行方式

活性污泥法包括：普通活性污泥法、漸減曝氣活性污泥法、階段曝氣活性污泥法、吸附再生活性污泥法、完全混和活性污泥法、延時曝氣活性污泥法、高負荷活性污泥法、純氧曝氣活性污泥法、深井曝氣活性污泥法等。（1）普通活性污泥法

優(yōu)點：一般呈推流式。池起始端易進入對數(shù)生長期。末端微生物進入內(nèi)源呼吸，池的效率高。曝氣時間長，吸附量大，去除率高90～95%。污泥顆粒大，易沉降。污泥量少，剩余污泥量占不到回流的10%。

缺點：不適于水質(zhì)變化大的水質(zhì)。長廊式供氧利用率低，能耗較高。處理時間長，曝氣4～8h

普通活性污泥法的工藝流程圖：（2）漸減曝氣活性污泥法

普通法的需氧率沿池長降低，而供氧沿池長均勻分布，造成浪費，改變?yōu)檠爻亻L減漸供氧，以達到供氧與需氧均衡。針對普通法池首BOD負荷高，池尾低，改變?yōu)檠爻亻L分級注水，多點進水法也稱逐步曝氣法。

優(yōu)點：有機場分配均勻，需氧量均勻。活性污泥濃度不均勻，前端濃，后端稀，有利于提高曝氣池利用率，出流混合液濃度降低。在相同的BOD負荷條件下，逐步曝氣法的BOD容積負荷可明顯增大，去除一定量的BOD，曝氣池容積僅為普通法的一半，減少占地面積。

缺點：工藝復雜，運行管理要求高。漸減曝氣或多點進水管線，閥門增多（3）階段曝氣活性污泥法也稱多點進水或分段進水活性污泥法，其工藝流程為：（4）吸附再生活性污泥法

優(yōu)點：吸附和污泥活化（再生）分別在兩個系統(tǒng)中進行，省去初沉池，有利于提高吸附氧化有機物的能力。有利于活性污泥的活化，縮短吸附和活化時間，吸附的曝氣時間短（10～30分鐘）?；亓魑勰嗔看?，對廢水適應性大，調(diào)濟平衡能力強，回流比大50～100%。

缺點：吸附時間短，處理效率低85～90%；污泥回流量多，增加回流污泥泵的容量。

（5）完全混和活性污泥法完全混和活性污泥法的典型工藝流程為L：

工藝優(yōu)點：

進入曝氣池的廢水立即被池內(nèi)混和液所稀釋均化，原污水在水質(zhì)水量方面的變化對活性污泥的影響較小，各部位的水質(zhì)、微生物數(shù)量和組成幾乎一致。因此可通過對F/M值的調(diào)整，將整個曝氣池的工礦控制在最佳條件。

工藝不足：

連續(xù)進出水時可能產(chǎn)生短流，出水水質(zhì)不及推流式，活性污泥較易產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。（6）延時曝氣活性污泥法

延時曝氣活性污泥法的特征是曝氣時間很長，一般為24h左右，微生物生長處于內(nèi)源代謝階段，污水中的有機物幾乎完全被氧化，出水水質(zhì)較好。剩余污泥量少，甚至可以長期不排泥，且剩余污泥的穩(wěn)定性很好，不必進行厭氧消化。

優(yōu)點：曝氣時間長，負荷低，控制微生物生長在內(nèi)源呼吸，排泥量少，適合于處理高濃度廢水，水量少的系統(tǒng)；低負荷，處理效果好，高于90～95%；自動化程度高，管理方便。

缺點：曝氣時間長，能耗高；自動化程度高，基建投資大（7）高負荷活性污泥法又稱短時曝氣活性污泥法。本工藝的特點時BOD負荷高，曝氣時間短，處理效率低，一般BOD去除率為70～75%，因此稱之為不完全處理活性污泥法。（8）純氧曝氣活性污泥法

主要特點：純氧中氧的分壓比空氣約高5倍，純氧曝氣可大大提高氧的轉(zhuǎn)移效率；氧的轉(zhuǎn)移率可提高到80～90%，而一般的鼓風曝氣僅為10%左右；可使曝氣池內(nèi)活性污泥濃度高達4000～7000mg/l，能夠大大提高曝氣池的容積負荷；剩余污泥產(chǎn)量少，SVI值也低，一般無污泥膨脹之慮。純氧曝氣法曝氣池構造（9）深井曝氣活性污泥法工藝流程：

一般平面呈圓形，直徑約介于16m，深度一般為50150m。主要特點：

a.氧轉(zhuǎn)移率高，約為常規(guī)法的10倍以上；

b.動力效率高，占地少，易于維護運行；

c.耐沖擊負荷，產(chǎn)泥量少；

d.一般可以不建初次沉淀池

e.但受地質(zhì)條件的限制。深井曝氣活性污泥法系統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)的工藝設計包括：處理工藝流程的確定L曝氣池容積的計算曝氣池的工藝設計及各主要尺寸的確定需氧量、供氧量及曝氣系統(tǒng)的設計計算回流污泥量的計算及回流污泥設備的工藝設計二次沉淀池的計算及工藝設計剩余污泥量的計算及其處理工藝設計2.7

活性污泥法系統(tǒng)的設計（1）處理工藝流程的確定

活性污泥法主要用來去除中低濃度的有機廢水，該法的運行方式有多種，選擇工藝流程時，應考慮如下因素：

污水量：包括日平均流量、最大時流量、最小時流量；水質(zhì)：包括原水和經(jīng)過一級處理后的水質(zhì)、處理出水水質(zhì)；對產(chǎn)生污泥的處理要求、原污水所含有的有毒物質(zhì)、現(xiàn)場地理條件、氣候條件及施工水平等。(2)

曝氣池計算與設計污泥負荷率計算法，計算公式為：容積符合率計算法，計算公式為：（3）曝氣系統(tǒng)的設計（DO溶氧量；MLSS混合液污泥濃度）3

生物膜法

主要內(nèi)容3.1

概述L3.2

生物濾池L3.3

生物轉(zhuǎn)盤L3.4

淹沒式生物濾池L3.5

生物膜法新工藝L3.1

概述

生物膜法特點：固著于固體表面上的微生物對廢水水質(zhì)、水量的變化有較強的適應性；和活性污泥法相比，管理較方便；由于微生物固著于固體表面，即使增殖速度較慢的微生物也能生息，從而構成了穩(wěn)定的生態(tài)系。生物膜法分為以下三類：

(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)浸沒型生物膜法接觸濾料固定在曝氣池內(nèi)，完全浸沒在水中，采用鼓風曝氣，如接觸氧化法；

(3)流動床型生物膜法使附著有生物膜的活性炭、砂等小粒徑接觸介質(zhì)懸浮流動于曝氣池中。3.2生物濾池

3.2.1工作原理（1）生物膜：附著在構筑物掛膜介質(zhì)上，并在其上生長和繁殖，由細胞內(nèi)相外伸展的胞外多聚物使微生物細胞形成纖維裝的纏結結構。

（2）生物膜的形成：隨著微生物的不斷繁殖增長，廢水中懸浮物和微生物的不斷沉積，生物膜的厚度不斷增加，使生物膜的結構發(fā)生變化。膜的表面和廢水接觸，吸取營養(yǎng)和溶解氧容易，微生物生長繁殖迅速，形成了由好氧和兼性微生物組成的好氧層（1～2mm）。在其內(nèi)部和介質(zhì)接觸的部分，營養(yǎng)和溶解氧的供應條件差，微生物生長繁殖受到限制，好氧微生物難以生活，兼性微生物轉(zhuǎn)化為厭氧代謝方式，某些厭氧微生物恢復了活性，從而形成了由厭氧微生物和兼性微生物組成的厭氧層。厭氧層是在生物膜達到一定厚度時才出現(xiàn)的，隨著生物膜的增厚和外伸，厭氧層也隨著變厚。（3）處理過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移進入池內(nèi)的廢水沿膜面流動時，由于濃度差的作用，有機物會從廢水中轉(zhuǎn)移到附著水層中去，進而被生物膜所吸附?？諝庵械难酢鷱U水→生物膜。微生物對有機物進行氧化分解和同化合成，產(chǎn)生的二氧化碳和其它代謝產(chǎn)物一部分溶入附著水層，一部分吸附到空氣中去，如此循環(huán)往復，使廢水中的有機物不斷減少，從而得到凈化。在向生物膜細菌供氧的過程中，由于存在著氣－液膜阻抗，因而速度甚慢。所以，隨著生物膜的厚度的增大，廢水中的氧將迅速地被表層的生物膜所耗盡，致使其深層因氧不足而發(fā)生厭氧分解。異常情況：若供氧不足，厭氧菌將起主導作用，不僅喪失好氧生物分解的功能，而且將使生物膜發(fā)生非正產(chǎn)的脫落。（4）生物膜去除有機物的過程

生物膜的構造及對廢水的凈化原理3.2.2

普通生物濾池普通生物濾池又稱為滴濾池，是最早出現(xiàn)的生物濾池。（1）普通生物濾池的構造池體普通生物濾池在平面上多呈方形或者矩形。濾料濾料是生物濾料的主體，對生物濾池的凈化功能有直接的影響。對濾料的要求是:有較大的比表面積；較大的空隙率；較高的機械強度；耐腐蝕性強；價格低廉，能夠就地取材。如圖為常見的兩種塑料濾料。布水系統(tǒng)生物濾池布水系統(tǒng)的作用是向濾料表面均勻的布水，若布水不均勻，會造成某一部分濾料負荷過大，而另一部分負荷不足，普通生物濾池常用的布水系統(tǒng)是固定噴嘴式布水系統(tǒng)。如圖L：排水系統(tǒng)生物濾池的排水系統(tǒng)設在濾池的底部，作用是：排除處理后的污水，保證濾池有良好的通風和支撐濾料。包括：滲水裝置、集水溝和排水渠。如圖L固定噴嘴式布水系統(tǒng)生物濾池池底排水系統(tǒng)示意圖（2）普通生物濾池的設計與計算普通生物濾池的設計與計算包括：濾料的選定，濾料容積、濾池深度和平面尺寸的確定，布水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)的設計計算等。濾料容積可以按容積負荷計算：

V——濾料容積，m3；

Q——原污水的日平均流量，m3/d；

La——原污水的BOD5值，mg/L；

Nv——容積負荷，gBOD5/(m3濾料·d)濾池表面積：

A——濾池表面積，m2；

H——濾料層高度，m。求出濾池面積后，用水力負荷校核，水力負荷值應在1～3m3/（m2濾池·d）（3）普通生物濾池的優(yōu)缺點普通生物濾池適用于水量不大于1000m3/d的小城鎮(zhèn)污水或有機工業(yè)廢水。其優(yōu)點是：處理效果好，BOD5去除率可達到95％以上；運行穩(wěn)定，易于管理，節(jié)約能源。缺點是：占地面積大，不適于處理大水量污水；濾料易堵塞；衛(wèi)生條件差等。3.2.3

高負荷生物濾池

（1）高負荷生物濾池的構造特點：

高負荷生物濾池在構造上與普通生物濾池基本相同，如圖L：

（2）高負荷生物濾池的特征及流程系統(tǒng)

為了保證在提高有機負荷的同事又保證一定的出水水質(zhì)，并防止濾池堵塞，進入高負荷生物濾池的BOD5值必須小于200mg/L，否則用處理水回流加以稀釋。如圖L：

（3）高負荷生物濾池的設計計算高負荷生物濾池的設計計算分為兩部分：濾池的計算和設計；旋轉(zhuǎn)布水器的計算與設計。濾池容積的計算方法很多，在此介紹負荷法：容積負荷計算濾料容積的公式為：其中：V——濾池容積m3；Q——原污水日平均流量，m3/d；Nv——容積負荷率，gBOD5/(m3濾料·d)；r——回流比；La——噴灑向濾池污水的BOD5值，mg/L；Le——噴灑向濾池污水的BOD5值，mg/L；α——系數(shù)；A——濾池表面積，m2；H——濾料層高度，m。生物濾池的多級運行系統(tǒng)3.2.4

塔式生物濾池

（1）塔式生物濾池的構造特點：塔式生物濾池的結構如圖L：

（2）塔式生物濾池的特點：

優(yōu)點：

占地面積可大大縮小，對水質(zhì)突變的適應性強。塔身高，使通風條件好，供氧充足；缺點：當進水BOD5濃度較高時，由于生物膜生長太快，容易導致濾池堵塞，所以進水的BOD5濃度應控制在500mg/L以下，否則必須用出水回流稀釋；濾池較高，廢水的提升費用較大，基建投資也較大，運行管理不方便。3.3

生物轉(zhuǎn)盤

第一套半生產(chǎn)性的生物轉(zhuǎn)盤試驗裝置是于1954年在德國海爾布隆污水處理廠建成。我國從70年代初開始引進生物轉(zhuǎn)盤技術，對其開展了廣泛的研究。在生活污水和城市污水，化纖、印染、制革及造紙等工業(yè)廢水都得到了應用。3.3.1生物轉(zhuǎn)盤的構造及凈化廢水的原理

生物轉(zhuǎn)盤由盤片、接觸反應槽、轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動裝置所組成。如圖L

：生物轉(zhuǎn)盤的構造圖（2）凈化作用原理

——廢水處于半靜止狀態(tài)，而微生物則在轉(zhuǎn)動的盤面上；——轉(zhuǎn)盤40%的面積浸沒在廢水中，盤面低速轉(zhuǎn)動；——盤面上生物膜的厚度與廢水濃度、性質(zhì)及轉(zhuǎn)速有關，一般0.1~0.5mm。3.3.2生物轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)的典型工藝流程（1）生物轉(zhuǎn)盤的布置形式單軸多級式生物轉(zhuǎn)盤空氣驅(qū)動式生物轉(zhuǎn)盤與沉淀池共建的生物轉(zhuǎn)盤曝氣池與生物轉(zhuǎn)盤相組合3.3.3

生物轉(zhuǎn)盤的設計與計算

生物轉(zhuǎn)盤的設計和計算包括：所需轉(zhuǎn)盤總面積；接觸氧化槽總體積、轉(zhuǎn)軸長度以及污水在接觸反應槽內(nèi)的停留時間。

（1）轉(zhuǎn)盤總面積A其中：Q——平均日污水量，m3/d；L0——原污水的BOD5值，mg/L；A——盤片總面積，m2。Ng——水力負荷率，m3/（m2·d）NA——面積負荷率，gBOD5/(m2·d)（2）轉(zhuǎn)盤的總片數(shù)MM＝0.637·A/D2（3）轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸長度LL=m·（d＋b）·K（4）接觸反應槽的容積V

半圓形接觸反應槽時，總有效容積V和凈有效容積V′分別為

V＝（0.294～0.335）·（D＋2δ）2LV′＝（0.294～0.335）·（D＋2δ）2（L－mb）（5）平均接觸時間ta其中：

ta——平均接觸時間，h；

V——氧化槽有效容積，m3；

Q——污水流量，m3/d。3.4

淹沒式生物濾池

定義：生物接觸氧化法又稱淹沒式生物濾池，在反應器內(nèi)設置填料，經(jīng)過充氧的廢水與長滿生物膜的填料接觸，在生物膜的作用下，廢水的到凈化。3.4.1淹沒式生物濾池的構造

淹沒式生物濾池主要由池體、填料床、曝氣裝置和進出水裝置等組成，如圖

L

：常見的填料主要有蜂窩狀填料、波紋板填料及軟性與半軟性填料等。生物接觸氧化濾池內(nèi)常用的填料3.4.2淹沒式生物濾池的池型

根據(jù)進水與布氣形式的不同，淹沒式生物濾池的池型一般有：

（1）底部進水進氣式（2）側(cè)部進氣、上部進水式（3）表曝充氧式（4）射流曝氣充氧式側(cè)面曝氣的生物接觸氧化池表曝充氧式接觸氧化池3.4.3

淹沒式生物濾池的典型工藝流程淹沒式生物濾池的工藝流程一般分為一級、二級和多級處理形式。一級淹沒式生物濾池的典型工藝流程3.4.4淹沒式生物濾池的設計計算

淹沒式生物濾池的設計計算包括：確定接觸氧化池內(nèi)填料的容積、總面積、總高度和污水與填料的接觸時間等，目前常用的有負荷法和接觸時間法。（1）生物接觸氧化池填料的容積式中：W——填料的總有效容積，m3；Q——日平均污水量，m3/d；L0——原污水BOD5值，mg/L；Nw——容積負荷率，kgBOD5/（m3·d）。（2）接觸氧化池面積式中：A——接觸氧化池總面積，m2；

H——填料床高度，m，一般取3m。（4）接觸氧化池的總高度為

H0＝H＋h1＋h2＋（m－1）h3＋h4式中：H0——接觸氧化池的總高度，m；

h1——超高，m，一般取0.5～1.0m；

h2——填料層上部的穩(wěn)定水層深，m，一般取0.4～0.5m；

h3——填料層間隙高度，m，一般取0.2～0.3m；

h4——配水區(qū)高度，m，一般取0.5～1.5m；

m——填料層數(shù)。（4）若采用n座接觸氧化池，每座接觸氧化池的面積f為：（5）污水與填料的接觸時間

t——污水在填料層內(nèi)的接觸時間，h。3.5

生物膜法新工藝3.5.1生物流化床

以沙、活性炭、焦炭等顆粒微載體充填于生物反應器內(nèi)，由于載體表面附著生長著生物膜而使質(zhì)量變輕；當污水以一定流速從下向上流動時，載體便處于流動狀態(tài)。載體顆粒小、表面積大，為微生物生長提供了充足的場所，極大的提高了反應器內(nèi)的微生物量：10～14g/L。顆粒處于流態(tài)化狀態(tài)極大的提高了有機污染物由污水向微生物細胞膜內(nèi)的傳質(zhì)速度。按照使載體流化的動力來源的不聽，生物流化床分為以液流為動力的兩相流化床和以氣流為動力的三相流化床。（1）兩相流化床（2）三相流化床兩相流化床處理工藝流程圖3.5.2

微孔膜生物反應器微孔膜生物反應器式近年來研究的一種新型生物膜反應器，主要用來處理有機廢水中毒性或揮發(fā)性的有機污染物，如酚、二氯乙烷和芳香鹵代物。在微孔膜生物反應器凈化有機污染物的過程中，為避免有毒揮發(fā)性污染物與曝氣直接接觸，解決傳統(tǒng)生物反應器中空氣吹脫引起的污染物揮發(fā)的問題，通常采用逆向擴散的操作方式，即含有揮發(fā)性污染物的污水與曝氣營養(yǎng)物基質(zhì)分開，有機物從微孔膜內(nèi)側(cè)向生物膜方向擴散，而氧化微孔膜外側(cè)向生物膜擴散，而這在生物膜內(nèi)相聚并在微生物的作用下有機污染物得以氧化分解。4

自然生物法主要內(nèi)容4.1

概述L4.2

生物塘L4.3

土地處理系統(tǒng)L4.1

概述當廢水排入水體或土壤后，在微生物的作用下，廢水中的有機污染物可以被氧化分解。水體或土壤都有一定的自凈能力，在污染物的量較小的情況下，水體和土壤可以自行消除污染，保持清潔的狀態(tài)。利用天然水體和土壤中的微生物來凈化廢水的方法稱為自然生物處理。水體自凈化過程、生物塘和土地處理系統(tǒng)都屬于廢水的自然生物處理。4.2生物塘穩(wěn)定塘又稱氧化塘，是一種天然的或經(jīng)過一定人工修整的有機廢水處理池塘。按照占優(yōu)勢的微生物種屬和相應的生化反應，可分為好氧塘、兼性塘、曝氣塘和厭氧塘四種類型。4.2.1好氧塘（1）好氧塘的作用原理由于池深較淺，陽光能直接投入池底，有機負荷率較低，塘內(nèi)存在著菌—藻—原生動物的共生體系。圖L（2）好氧塘的設計計算好氧塘的設計不宜少于2個，可串連或并聯(lián)運行。好氧深度不超過0.5m。每座塘的面積不宜超過40000m2；塘表明采用矩形為宜，長寬比為2～3：1。好氧塘設計參數(shù)4.2.2

兼性塘兼性塘的上層由于藻類的光合作用和大氣復氧作用而含有較多溶解氧，為好氧區(qū)；中層則溶解氧逐漸減少，為過渡區(qū)或兼性區(qū)；塘水的下層則為厭氧層；塘的最底層則為厭氧污泥