第三章 废水好氧生物处理 Microsoft Word 文档

第三章 废水好氧生物处理 第一节 概述 第二节 废水好氧生物处理与微生物 第三节 活性污泥过程与指示生物 第四节 处理系统的运行方式及指标 第一节 概述 一、水与水资源 二、废水及水污染 链接 三、需氧污染物 四、废水可生化性 五、废水处理方法及流程 一、水与水资源 1、世界水资源及其特点 （1）水是地球上含量最丰富的化合物。 （2）约占地球外层五公里地壳中50%。 （3）覆盖着地球71%的表面积。 （4）平均深度达到3.8 km。 （5）总量约有1.36×109 km3。 （6）不能被直接利用的海水占总水量的97.2%。 （7）人类可以利用的河水、淡水湖及浅层地下水，大约为总水量的0.2%。 （8）由于世界各地的水文、气象条件的差异，地区和季节的不同，水的分布极不均衡。造成一些地区严重缺水。 2、地球上水资源及其状态分布 3、我国的水资源及其污染现状 我国水资源的特点 (1) 总量大，人均量少。 (2) 水量在地区上分布不平衡。 (3) 水量在时程分配上不均匀。 (4) 水土资源组合不相适应。 我国的水污染现状 (1)、我国大江大河干流水质尚好，但临近大城市河段及城市附近的小河支流，均已程度不同地受到了污染，严重的已成了臭水沟。 (2)、随乡镇企业的发展和工业重心的转移，水污染由地表水向地下水转移。 (3)、湖泊大多呈富营养化，近海水域因受污染而赤潮频发。 二、废水及水污染 1、废水和污水 （1）废水 水在循环中，由于种种原因而丧失了使用价值而外排，这种废弃外排的水称为废水。“废水”是指废弃外排的水，强调废弃的一面。 （2）污水 是被污染物污染了的水，强调其脏的一面。实际上有相当数量的废水是不脏的，如冷却水。因而用“废水”一词统称所有排水比较合适。 2、废水的分类 （1）据废水的来源 （2）据污染物化学类别 （3）按废水产生的工艺 （4）按污染物性质 3、废水污染和水污染 (1)废水污染：指废水对水体、大气、土壤或生物的污染，这里废水是污染的原因。 (2)水污染：指水体受到废水、废气、固体废弃物中污染物的污染，这里水体是受害者。 4、固体污染物 （1）定义 固体污染物是指废水中在100°C时不能蒸发的所有物质，称为总固体。 （2）分类 （a）总固体(TS) 区别：区分二者是用特制的微孔滤膜（孔径0.45 μm）来过滤，能透过的为溶解性固体，被膜截留的为悬浮性固体。 （b）悬浮固体 可沉降固体：能在2小时内靠重力沉降的固体。 难沉降固体：两小时内不能沉降的称为难沉降固体。 废水中固体污染物的多少用单位体积的水中所含质量表示，即质量浓度，单位一般为mg/L。使用中需要指明是哪一种固体。 （c）表达方式：废水中悬浮物含量的多少也可用浊度表示。 定义：在水质分析中规定，1 L水中含有1 mgSiO2所构成的浊度为一个标准浊度单位，简称1度。 （d）危害：悬浮物的危害主要是造成沟渠、管道和抽水设备的阻塞、淤积和磨损；造成水生生物的呼吸困难；造成给水水源浑浊；干扰废水处理设施和回收设备的工作；有些悬浮物还有一定的毒性。 几乎所有的废水中都含有数量不等的悬浮物，除去悬浮物是废水处理的一项基本任务。 三、需氧污染物 1、定义：是指废水中所含的能被微生物降解的有机物。有些是有毒的，但大部分本身是无毒的。 2、特点：数量大、成分复杂、很难分别表示其含量。 3、产生污染原因：是在其分解过程中消耗水中的溶解氧。 4、衡量指标：有BOD、COD、TOC和TOD等。 （1）生物化学需（耗）氧量（简称BOD） a 定义： 表示在一定条件下（20℃），单位体积废水中所含的有机物被微生物完全分解所消耗的分子氧的数量。单位为mg（氧）/L（废水） b 表达方式： 有BOD5和BOD20之分，BOD5最常用。 C 特点： 准确反映污染的程度，但测定所需时间长，不利于指导实际生产和自动控制；当废水中含有大量难生物降解的有机物时，测定结果误差较大。 废水中有机物分解的两个阶段 第一阶段(碳化阶段): 是有机物中的碳，氧化为二氧化碳； 有机物中的氮，氧化为氨。 碳化阶段的耗氧量称为碳化需氧量， 用BODu表示。 第二阶段(硝化阶段): 氨在硝化细菌作用下，被氧化为亚硝酸根和硝酸根。 硝化阶段的耗氧量称为硝化需氧量，用NODU表示。 耗氧过程与温度、时间的关系 在一定范围内，温度越高，微生物活力越强，消耗有机物越快；时间越长，微生物降解有机物的数量和深度越大，需氧越多。 一般把：20℃，5天测定的BOD5，作为衡量废水的有机物浓度指标。 BOD5能反映被微生物氧化分解有机物的量。 有时，有机物在温度20℃，20天，才能完成第一阶段的氧化分解过程，其需氧量用BOD20表示，它可视为完全生化需氧量。 BOD20与BOD5相差很大： 如生活污水的BOD5约为BOD20的O.7左右。 （2）化学耗氧量（简称COD） a 定义： 用化学氧化剂氧化分解废水中的有机物，用所消耗的氧化剂中的氧来表示有机物的多少，单位为mg/L。 b 表达方式： 常用的氧化剂有K2Cr2O7和KMnO4，分别用CODCr 和CODMn表示。 一般用CODCr，而 CODMn只适用一般废水。 c 特点： 测定速度快，但与实际污染的程度有差距。 COD的使用特点 不能表示可被微生物氧化的有机物量。 废水中的还原性无机物能消耗部分氧，造成一定误差。 如果废水中各种成分相对稳定，那么COD与BOD之间应有一定的比例关系。 一般来说： COD> BOD20> BOD5> CODMn。 （3）总需氧量（TOD）和总有机碳（TOC） a 定义 i) 在900℃下，以铂为催化剂，使水样汽化燃烧，然后测定气体载体中氧的减少量，作为有机物完全氧化所需的氧量，称为总需氧量； ii)在同样条件下测定气体中二氧化碳的增量，从而确定出水样中碳元素的含量，称为总有机碳 b 特点：测定速度快，但设备复杂且与BOD、COD之间无固定关系。 四、废水可生化性 1、废水可生化性的含义 2、研究废水可生化性的目的 3、废水可生化性的评价方法 1、废水可生化性的含义 是指通过微生物的生命活动，改变废水中所含污染物的化学结构、化学和物理性能，所能达到的程度。 2、研究废水可生化性的目的 了解污染物的分子结构，能否在生物作用下分解到环境所允许的结构形态； 是否有足够快的分解速度； 可、否采用生物处理。 事实上，不研究分解成什么产物；不要求全部分解成CO2、H2O和硝酸盐等；只要求将水中污染物去除到环境所允许的程度。 分析废水可生化性，应注意的问题 ①一种污染物：浓度与毒性的关系： 有些有机物在低浓度时毒性较小，可以被生物降解。但浓度较高时，表现出对生物的强烈毒性，常见的酚、苯等即是如此。 如：酚浓度在1%时，是一种良好的杀菌剂。但在300mg/L以下，可被经过驯化的微生物所降解。 ②多种污染物，毒性增大： 在废水中有些毒物质之间的混合，往往会增大毒性作用，从而增大其抗降解性。 3、废水可生化性的评价方法 3、1、BOD5/COD值法 BOD5和COD是废水生物处理过程中的两个指标。用BOD5/COD值，评价废水的可生化性。 在一般情况下，BOD5/COD值愈大，说明废水可生物处理性愈好。 BOD5/COD 可生化性 >0.45 好 O.3～O.45 较好 O.2～O.3 较难 O.4 易生化 当 0.2～O.4 可生化 当 < 0.2 难生化 4、废水水质控制 就是采取一定的处理技术，使废水中污染物的浓度降低到规定的水平。目的有三个： （a）满足废水循环利用对水质的要求； （b）满足物质回收工艺对水质的要求； （c）满足废水排放标准对水质的要求。 4、1 废水水质 不同的行业、不同用途的废水有相应的废水排放标准和水体中允许物质含量的标准。（水质标准） 值得指出的是我国以前大多为浓度标准，即只规定排放废水中污染物的允许浓度，而没有规定允许的排放总量，这是不合理的。现在同时考虑排放总量的要求。 4、2 控制废水污染的途径 （1）改革生产工艺，严格控制污染源。 （2）加强废水处理技术的研究。 （3）对不同的废水要分别处理，要先处理后排放。 （4）加强有关法律法规的制订和实施。 （5）加强宣传教育提高全民的环境意识。 五、废水处理方法及流程 污染程度不大的可通过自净作用调节。 1、按废水中污染物 除去方式 物理处理和物理化学：（分离处理） 通过各种方法使污染物从废水中分离出来，一般不改变污染物的化学本性。 化学处理和生物处理：（转化处理） 通过化学或生物化学的方法，使废水中的污染物转化为无害的物质，或是转化为易于分离的物质然后再分离。 稀释处理 2、按处理程度 一级处理：也叫初级处理，该过程只能除去废水中的大颗粒的悬浮物及漂浮物，很难达到排放标准。 二级处理：一般可以除去细小的或呈胶体态的悬浮物及有机物，一般能达到排放标准。 三级处理，也称深度处理：进一步除去废水中的胶体及溶解态的污染物，一般可达到回用的目的。 3、废水的一级处理方法 4、废水的二级处理方法 5、废水的三级处理方法 6、城市废水处理的一般流程 第二节 废水好氧生物处理与微生物 一、活性污泥及微生物 二、微生物的生长规律 三、微生物的生长环境 四、有机物转化 一、活性污泥及微生物 1、活性污泥 有机废水经过一段时间的嚗气后，水中会产生一种以好氧菌为主体的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是活性污泥。 外观形态： 活性污泥（生物絮凝体）为黄褐色絮凝体颗粒。 特点： (1)颗粒大小：Φ=0.02～0.2 mm ； (2)表面积：20～100 cm2/mL； (3)固体物质：1%；含水率99%以上。 2．活性污泥组成 活性污泥M =Ma + Me + Mi + Mii 1）Ma—具有代谢功能的活性微生物群体。包括： 好氧细菌（异养型原核细菌）。 真菌、放线菌、酵母菌。 原生动物。 后生动物。 2）Me—微生物自身氧化的残留物。 3）Mi—活性污泥吸附的污水中不能降解的惰性有机物，有机物（75～85%）。 4）Mii—活性污泥吸附污水中的无机物。无机物（由原污水带入的）（15～25%）。 3．活性污泥中的微生物 （1）细菌： 异养型原核细菌（107～108个/mL）。 假单胞菌属（在含糖类、烃类污水中占优势）。 产碱杆菌属（在含蛋白质多的污水中占优势）。 细菌结合成菌胶团的絮凝体状团粒。 （2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌 （3）原生动物： 鞭毛虫，纤毛虫等。通过辨认原生物的种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生物。 原生物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕食者。 （4）后生动物： 主要是轮虫，它在活性污泥中的不经常出现，轮虫的出现是水性稳定的标志。 后生动物是细菌的第二捕食者。 4、废水的好氧生物处理法 好氧生物处理是在有游离氧（分子氧）存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。 微生物利用废水中的有机污染物（以溶解状与胶体状的为主），作为营养源进行好氧代谢。这些高能位的有机物质经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物质稳定下来，达到无害化要求或返回自然环境进一步处置。 废水好氧生物处理的最终过程可用图示。 有机物被微生物摄取后，通过代谢活动，约有三分之一被分解、稳定，并提供其生理活动所需的能量；约有三分之二被转化，合成为新的原生质（细胞质），即进行微生物自身生长繁殖。 二、微生物的生长规律 微生物的生长规律一般是以生长曲线来反映。 按微生物生长速率，其生长可分为四个生长期 1、停滞期 如果活性污泥接种到与原来生长条件不同的废水中（营养类型发生变化，污泥培养驯化阶段），或污水处理厂因故中断后再运行，则可能出现停滞期。 这种情况下，污泥需经过若干时间的停滞后，才能适应新的废水，或从衰老状态恢复到正常状态。 停滞期是否存在或停滞期的长短，与接种活性污泥的数量、废水性质、生长条件等因素有关。 2、对数生长期 当废水中有机物浓度高，且培养条件适宜，则活性污泥可能处在对数生长期。 处于对数生长期的污泥絮凝性较差，呈分散状态，镜检能看到较多的游离细菌，混合液沉淀后上层液混浊，含有机物浓度较高，活性强，不易沉淀，用滤纸过滤时，滤速很慢。 3、静止期 当污水中有机物浓度较低，污泥浓度较高时，污泥则有可能处于静止期。 处于静止期的活性污泥絮凝性好，混合液沉淀后上层液清澈，以滤纸过滤时滤速快。处理效果好的活性污泥法构筑物中，污泥处于静止期。 4、衰老期 当污水中有机物浓度较低，营养物明显不足时，则可能出现衰老期。处于衰老期的污泥松散，沉降性能好，混合液沉淀后上清液清澈，但有细小泥花，以滤纸过滤时，滤速快。 在废水生物处理中，微生物是一个混合群体，它们也有一定的生长规律。 有机物多时，以有机物为食料的细菌占优势，数量最多。 当细菌很多时，出现以细菌为食料的原生动物；而后出现以细菌及原生动物为食料的后生动物。 在污水生物处理过程中，如果条件适宜，活性污泥的增长过程与纯种单细胞微生物的增殖过程大体相仿。但由于活性污泥是多种微生物的混合群体，其生长受废水性质、浓度、水温、pH、溶解氧等多种环境因素的影响，因此，在处理构筑物中通常仅出现生长曲线中的某一、二个阶段。处于不同阶段时的污泥，其特性又很大的区别。 三、微生物的生长环境 微生物要求的营养物质，包括组成细胞的各种原料和产生能量的物质，主要有：水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生长因子。 1、微生物的营养 （1）、水处理中微生物对C、N、P三大营养元素的要求： 对好氧生物处理 CODBD：N：P=100：5：1。 对厌氧生物处理 CODBD：N：P=(350～500)：5：1。 （2）、碳源：一般污水中含有足够碳源。 主要构成微生物细胞的含碳物质和供给微生物生长、繁殖和运动所需要的能量。 碳源--异氧型微生物利用有机碳源；自氧菌利用无机碳源。 （3）、氮源：提供微生物合成细胞蛋白质的物质。 氮源--无机氮（NH3及NH4+）和有机氮（尿素，氨基酸，蛋白质等）。 添加药剂：硫酸铵，硝酸铵，尿素（补充氮源）。 （4）、无机元素：主要有：磷、硫、钾、钙、镁等及微量元素。 作用：构成细胞成分；酶的成分维持酶的活性；调节渗透压；提供自养型微生物的能源。 磷：核酸、磷脂、ATP转化；硫：蛋白质组成部分，好氧硫细菌能源；钾：激活酶；钙：稳定细胞壁，激活酶；镁：激活酶，叶绿素的重要组成部分。 （5）、生长因子：氨基酸、蛋白质、维生素等。 2、温度 各类微生物生长所需的温度范围不同，约为5℃ ～80℃ 。 依微生物适应的温度范围，微生物可分为三类： 中温性（20℃～45℃ ）； 好热性（高温性）（45℃以上）； 好冷性（低温性）（20℃以下）。 当温度超过最高生长温度时，会使微生物的蛋白质变性及酶系统遭到破坏而失活，严重者可使微生物死亡。 低温会使微生物代谢活力降低，进而处于生长繁殖停止状态，但仍保存其生命力。 3、pH值 不同的微生物，有不同的pH值适应范围。 细菌、放线菌、藻类和原生动物的pH值适应范围：4～10之间； 大多数细菌适宜中性或偏碱性环境：（6.5～7.5）； 氧化硫化杆菌，喜欢在酸性环境，最适pH值为3； 酵母菌和霉菌要求在酸性或偏酸性的环境：pH为3.0～6.0。 曝气池混合液的最适pH：6.5～8.5。 当废水pH值变化较大时，应设置调节池，使进入曝气池的废水，保持在合适的pH值范围。 4、有毒物质 在工业废水中，有时存在着对微生物具有抑制和杀害的化学物质，这类物质称有毒物质。 毒害作用主要表现在对微生物细胞结构的破坏以及使菌体内的酶变质，失去活性。 在废水生物处理时，对这些有毒物质应严加控制。 四、有机物转化 1、有机物好氧转化 2、废水中的有机物的近似表示 3、生物氧化中耗氧量的计算 1、有机物好氧转化 废水进入好氧生物处理设施后，有机物有以下转化途径： (1) 部分被氧化成二氧化碳和含N，P，S的营养物； (2) 部分被微生物同化； (3) 部分有机物被转化为其他有机物； (4) 惰性有机物不产生变化。 2、废水中的有机物的近似表示 一般可用C18H1909N近似表示有机物。 在好氧生物过程中，被微生物氧化成二氧化碳； 若不存在硝化作用，则反应式为： C18H1909N + 17.502 + H+→18CO2 + 18H20 + NH4+ 若存在硝化作用，则反应式为： C18H1909N + 19.502 + H+→18CO2 + 9H20 + N03-+ 2H+ 可见：有机物在生物氧化中，氧的消耗量是不同的。 3、生物氧化中耗氧量的计算 例：某工业废水含谷氨酸C5H904N，浓度为1.5kg/m3，废水流量为300 m3/d。如用生物法处理，氧化废水中70％的有机物，求废水的COD值？问每天需向该过程输入多少氧? 假定该过程内无硝化。 解：谷氨酸氧化反应方程式为： C5H904N + 4.502 + H+→5CO2 + 3H20 + NH4+ 由上式知：1mol谷氨酸(相对分子质量为147)消耗4.5mol氧 (相对分子质量为32)； 因此耗氧量为： 4.5×32÷147=O.98(g02/g谷氨酸)。 COD值为： 1.5kg谷氨酸/ m3×O.98 kg02/kg谷氨酸 = 1.47kg02/ m3 日耗氧量为： 1.47kg02/ m3×300 m3/d ×0.70= 309 kg02/d 第三节 活性污泥过程与指示生物 一、活性污泥性状的描述 二、活性污泥生物相的变化 三、指示处理效率和障碍的生物 四、指示生物 五、丝状菌与污泥膨胀 一、活性污泥性状的描述 1、细菌在活性污泥中的存在状态 2、菌胶团 3、菌胶团颗粒分型 1、细菌在活性污泥中的存在状态 以游离和絮凝体两种状态存在。 在培养初期和某些非正常状态下，游离状的细菌较多。 在培养成熟时，游离细菌逐渐被自身所分泌的多糖类胶体物质所包埋，而絮凝成为絮凝体，即菌胶团。在正常运行的活性污泥系统中，细菌主要呈菌胶团状态存在。 2、菌胶团 是由细菌以及分泌的胶质物质组成的细小颗粒。 菌胶团是活性污泥的结构和功能的中心。 菌胶团的作用 可分为四个方面： （1）具有很强的吸附和分解有机物的能力； （2）为原生和微型后生动物提供良好的生存环境（去除毒物、提供食料、溶解氧升高）。 （3）为原生和微型后生动物提供附着场所。 （4）通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及松散程度，判断活性污泥的性能。 3、菌胶团颗粒分型 镜检时： a 可把近似圆形的絮粒称为圆形颗粒； b 与圆形不同的称为不规则形状颗粒。 c 颗粒中网状空隙与颗粒外面悬液相连的称为开放结构； d 无开放空隙的称为封闭结构。 e 颗粒中菌胶团排列致密，颗粒边缘与外部悬液界限清晰的称为紧密的颗粒； f 边缘界线不清的称为疏松的颗粒。 菌胶团的形状、结构与沉降性能 (1) 圆形、封闭、紧密的颗粒相互间易于凝聚、浓缩、沉降性能良好； (2) 不规则形状颗粒，菌胶团细菌排列疏松，沉降性能较差； (3) 松散颗粒：形状无规则，颗粒边缘与外部悬液界限不清晰，沉降性能极差。 构成活性污泥微生物的四个条件 （1） 能依靠污水所含有的物质或微生物代谢分解物质作为营养而增殖的。 （2） 能适应曝气池中的环境条件(溶解氧、PH、水温等)而增殖的。 （3） 能耐受污水中的有毒物质。 （4） 能与曝气池内活性污泥中已存在的各种微生物共存。 二、活性污泥生物相的变化 1、活性污泥生物相的季节变化 春：钟虫属和楯纤虫属； 夏：累枝虫属和楯纤虫属； 秋：楯纤虫属和钟虫属； 冬：钟虫属和盖虫属。 豆性虫属和鞭毛虫类在低温时出现较多。 2、不同系统中的生物相变化 污泥中的生物相 曝气池活性污泥中优势种属是纤毛类； 二沉池都是以藻类为中心的污泥； 沉淀池中优势种属为颤藻类和毛枝藻。 水中的生物相 纤毛虫类；鞭毛虫类；肉足类；分裂菌类。 三、指示处理效率和障碍的微生物 微生物在活性污泥过程中起的指示作用。 通过镜检，根据废水中微生物的存在状况，可以进行工艺调控。 微型动物的指示作用 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。 利用原生动物和后生动物的演替，判断水质和污水处理程度，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； 根据原生动物在环境中，个体形态改变，判断水质变化和运行中出现的问题。 1、活性污泥良好时出现的生物 有固着型或匍匐型生物： 钟虫、累枝虫、内管虫、轮虫、吸管虫。 2、污泥分散、解体时出现的生物 变形虫属和简便虫属等肉足类。 1ml混合液中出现1万个以上个体时，絮体变小，出水混浊并呈现白色。 解决

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： 减少污泥回流量，可以使污泥解絮得到控制。 变形虫（阿米巴）amoeba. 食物泡中充满了酶，用来消化猎物。food vacuole:食物泡；nucleus:细胞核。 变形虫是能变形的。但变形也是有限度的。 一种变形虫能向四外伸出假足，以探查水中的化学成分，决定移动方向。 有些根本没有假足。他们猎食时覆盖猎物，把猎物裹起来，这样就产生了一个食物泡。 大多数变形虫对人体无害。 有少数变形虫能使人类产生疾病：阿米巴痢疾，主要，发生在贫穷国家。 变形虫食性广：单细胞藻类,细菌,小原生动物，真菌，有机碎片等皆是它们的食物。 草履虫、扭头虫、豆形虫等在缺氧，厌氧环境中生活，耐污力较强。 3、溶解氧不足时出现的微生物 优势菌属： 贝日阿托氏菌、新态虫菌。 活性污泥状态： 多出现黑色；并出现腐败的气味。 解决：增加供氧量。 4、曝气过渡出现的微生物 轮虫和大量的肉足类微生物。 溶解氧浓度超过5mg/L。 解决方案：减少曝气。 5、BOD负荷很低时出现的微生物 游仆虫属、鳞科虫属等。 标志：硝化过程正在进行。 解决：提高BOD负荷。 6、有毒物质流入时微生物的变化 现象：原生动物和轮虫等后生动物减少。 楯纤虫急剧减少。 解决措施： 增加曝气池微生物浓度，去除有毒物质。 7、污泥从恶化恢复到正常时出现的微生物 指示生物： 慢速游动的微生物：漫游虫、斜叶虫等；不会出现优势种属。 观察时间：运行5～10天。 8、污泥恶化时出现的微生物 指示生物： 快速游动的微生物； 微型动物消失。 污泥特性：絮体细小0.1～0.2mm。 解决：减少BOD负荷、增加溶解氧、检查水质。 四、指示生物 1、原生动物特征 体型：大小在10～300µm之间。 真核单细胞：分化出各种生理功能的胞器。 例如： 胞口、食物泡、吸管是摄食、消化、营养的胞器； 收集管、伸缩胞、胞肛是排泄的胞器； 鞭毛、纤毛、伪足是运动和捕食的胞器； 眼点是感觉胞器。 在水体中的原生动物，除孢子纲，主要有4个纲。 鞭毛纲、肉足纲、纤毛纲、吸管纲。 （1）、鞭毛纲 鞭毛纲中：鞭毛虫。以鞭毛作为运动胞器。 鞭毛虫根据有、无色素体，分成两类： 一植鞭毛虫，既有鞭毛，又有色素体。 二动鞭毛虫，无色素体，进行全动性或腐生性营养。 鞭毛虫一般生活在有机质丰富的水体中。 在生物处理系统中，活性污泥培养初期或处理效果差时出现鞭毛虫，可作污水处理的指示生物。 （2）、肉足纲：肉足虫。 以伪足为运动和摄食胞器。肉足虫细胞膜的形态多样。 如：变形虫，细胞质膜薄而柔软，细胞质不定方向的流动，呈千姿百态。 有些细胞质膜成坚固的外壳，如匣壳虫和表壳虫，是外壳中含有铁或镁等无机成分。在处理中常见的有：变形虫、表壳虫、磷壳虫和砂壳虫等。 变形虫、表壳虫、磷壳虫，多喜欢生活在有机质较丰富的水体中。 在污水处理系统中，在活性污泥培养中期出现。 （3）、纤毛纲：纤毛虫。 以纤毛作为运动和摄食胞器的原生动物。 根据它们的运动和营养方式分为游泳型、固着型和匍匐型3类。 游泳型纤毛虫 常见有：草履虫、肾形虫、斜管虫、漫游虫、半眉虫等。 多数是在α-中污带和β-中污带中生活，少数在寡污带中生活。 在生物处理中，游泳型纤毛虫在活性污泥培养中期或处理效果较差时出现。 草履虫、扭头虫、豆形虫等，在缺氧或厌氧环境中生活，耐污力强。 漫游虫则喜在较清洁水中生活。 匍匐型纤毛虫 触毛排列于虫体腹面，起支撑体、在污泥絮体表面爬行或游动。 匍匐型纤毛虫以游离细菌或污泥碎屑为食。 固着型纤毛虫 常见是钟虫类。因外形像钟而得名。 钟虫前端由许多纤毛构成的纤毛环带，形成似波动膜的构造。 纤毛摆动，使虫体前端的水形成旋涡，把水中的细菌、有机颗粒引进胞口。 正常情况下伸缩泡定期收缩和舒张，但当水中溶解氧降低到1mg／L以下时，伸缩泡就不活动，而处于舒张状态。故可通过对伸缩泡的观察来推断水中溶解氧的状况。 大多数钟虫在后端有尾柄，它们靠尾柄固着在其他物体(如活性污泥、生物膜等)上。 在污水生物处理中常见的单体钟虫类有：领钟虫、沟钟虫、八钟虫、小口钟虫。 2、后生动物 原生动物以外的多细胞动物叫后生动物。 （1）、轮虫 主要特征：身体为长形，分头部、躯干和尾部。头部有1个由1--2圈纤毛组成，能转动的轮盘，形如车轮故叫轮虫；轮盘为轮虫的运动和摄食的器官。 常在运行正常、水质较好、有机物含量较低时出现。 轮虫是清洁水体和污水生物处理效果好的指示生物。 但当污泥老化解絮、污泥碎屑较多时，会刺激轮虫大量增殖，数量可多至lmL中近万个，这是污泥老化解絮的标志。 活性污泥中常见的有转轮虫、红眼旋轮虫、猪吻轮虫等。 （2）、线虫 在水中的长度一般0.25～2 mm，断面为圆形。 以细菌、藻类、轮虫和其他线虫为食。 在厌氧区常会大量出现，是污水生物处理中净化程度差的指示生物。 3、特殊情况 （1）、在生活污水处理中，累枝虫的大量出现，是污泥膨胀、解絮的征兆。 （2）、在印染废水中，累枝虫则作为污泥正常或改善的指示生物。 （3）、在石油废水处理中钟虫出现是理想的效果。 （4）、如过量的轮虫出现，则是污泥要膨胀的预兆。 （5）、小口钟虫在生活污水和工业废水处理很好时往往就是优势菌种。 （6）、如果大量鞭毛虫出现，而着生的缘毛目很少时，表明净化作用较差。 五、丝状菌与污泥膨胀 1、丝状菌的特性： 比表面大、沉降性能差。耐低营养、耐低氧、适合高C/N的废水。 丝状细菌的形成变化过程 2、污泥膨胀及类型 （1）类型： 丝状菌性污泥膨胀和非丝状菌性污泥膨胀。 （2）丝状菌性污泥膨胀： 丝状菌生长繁殖过快，菌胶团生长受到抑制，丝状菌伸出污泥表面之外，使得絮体松散、沉淀性能恶化、体积膨胀、污泥沉降体积及污泥体积指数均很高，称丝状菌性污泥膨胀。 （3）非丝状菌性污泥膨胀 污泥中没有大量的丝状菌，含有过量的结合水，为90％左右，是由于在污泥菌体外积蓄粘性多糖类而形成的。称为：水涨性污泥膨胀或菌胶团污泥膨胀。 表征污泥沉降性能的主要参数 污泥沉降比SV%；污泥指数SVI；丝状菌长度。 SVI值大于150mL/g，固液两相不能正常分离。 法国有30%的污水处理厂有污泥膨胀 德国有50%的污水处理厂有污泥膨胀 美国有60%的污水处理厂有污泥膨胀 产生污泥膨胀的原因 （1）、丝状菌：是主要原因。 （2）、有机物： ① 废水中碳源含量多且以糖类为主时，发生非丝状菌性污泥膨胀。 ② 废水中可溶性有机物含量多时，易发生丝状菌膨胀； （3）、溶解氧浓度： 曝气池内溶解氧低于0.7～2.0 mg／L，适宜丝状菌生长。 （4）、营养条件： 一般细菌营养为：BOD5：N：P = 100：5：1。 当BOD：N及BOD：P很高时，特别是N不足时，适宜丝状菌生长。 （5）、pH值： 酸性环境(pH=4.5～6.5) 适宜丝状菌生长； 中性环境(pH=6～8) 适宜菌胶团生长。 （6）、BOD污泥负荷： 当高于O.5kg／[kg(MLSS)·d]时，适宜丝状菌生长。 控制污泥膨胀的措施 A 保持曝气池溶解氧在2mg／L以上； BOD污泥负荷在O.2～O.3kg／[kg(MLSS)·d]为宜。 B 凝聚和杀菌 添加铁盐(FeCl2 5～50mg／L)。铝盐(10～100mg／L)。 氯(10～20mg／L)。H2O2 (40～200mg／L)。 前两者连续添加，后两者间歇添加。 C 调整pH值。 D 调整营养配比投加含氮化合物。 活性污泥系统三要素：泥、水、气 通过排泥和回流，维持系统中微生物的量。 通过曝气，控制曝气池内的溶解氧。 通过均质匀量进水，提供营养，满足生物生长。 活性污泥系统中合适的溶解氧水平： 环境溶解氧>0.3mg/L，满足生物正常代谢。 为什么曝气池中的溶解氧>2mg/L? 活性污泥是以絮体存在的，直径在500um的活性污泥絮体，当周围的溶解氧＝2mg/L时，絮体中央溶解氧<0.1mg/L。 溶解氧过高：能耗增加；活性污泥絮体打碎，出水ESS增加。 第四节 处理系统的运行方式及指标 一、处理系统的运行方式 二、活性污泥指标指标 一、处理系统的运行方式 1、传统活性污泥法（普通活性污泥法） 2、阶段曝气法 3、完全混合法 4、延时曝气法 5、氧化沟 6、接触稳定（吸附再生法） 7、纯氧曝气 8、活性生物滤池（ABF）工艺 9、吸附-生物降解工艺（AB） 10、序批式活性污泥法（SBR法） 1、传统活性污泥法（普通活性污泥法） 产生：从间歇式发展到连续式。 传统活性污泥法的特征： 有机物的吸附与代谢在曝气池中连续进行。 活性污泥经历了一个生长周期：对数增长期→减速增长期→ 内源呼吸期。经历了吸附与代谢二个阶段。 S由大→小，dO2/dt由大→小。 ∴池首往往供氧不足，后段供氧过剩，池前段DO浓度较低，沿池长逐渐增高。 缺点： 不适应冲击负荷和有毒物质。 因为是推流式，进入池中的污水和回流污泥在理论上不与池中原有的混合液混合。 ∴水质的变化对活性污泥影响较大。 Ns不高，曝气池V大，占地大。 标准活性污泥法基本工艺流程 废水和回流污泥，同步从池首端进入。 废水在池内呈推流式流动至池的末端；流出池外，进入二次沉淀池，进行泥、水分离。回流污泥由池底部排出，回流至曝气池。 传统曝气池供氧和需氧曲线 全池呈推流型，停留时间为4～8h；污泥回流20～50%；污泥浓度2～3g/L；剩余污泥量为总污泥量的10%左右。 前段供氧不足，后段供氧过剩。 一般BOD去除率为90～95%。适用于处理要求高，水质较稳定的废水。 2、阶段曝气法 特点： （1) 分段多点进水，负荷分布均匀，均化了需氧量，避免了前段供氧不足，后段供氧过剩的缺点。 （2） 提高了耐水质，水量冲击负荷的能力。 （3） 活性污泥浓度沿池长逐渐降低。 3、完全混合法 特点 （1） 耐冲击负荷，特别适应于工业废水处理。 （2） 池内水质均匀一致，各部分几乎完全一致。 （3） 池内需氧均匀，动力消耗小于推流式。 （4） 出水水质比推流式差，活性污泥易产生膨胀。 4、延时曝气法 曝气时间长，约24～48h； 污泥负荷低，约0.05～0.2kgBOD5/kgVSS•d，曝气池中污泥浓度高，约3～6g/L。 微生物处于内源呼吸阶段，剩余污泥少而稳定，无需消化处理，可直接排放。 BOD去除率75～95%。运行是对氮、磷的要求低，适应冲击的能力强。 出水水质好，对原污水有较强的适应能力，无需设初沉池，只适合于小城镇污水处理（Q≤1000m3/d）。 基建费和运行费较高。 5、氧化沟 当用转刷曝气时，水深不超过2.5m，沟中混合液流速0.3～0.6m/s。 6、接触稳定（吸附再生法） 特点 （1） 吸附与再生分别进行，二沉池在二者之中。 （2） 吸附时间较短（30～60min），再生池只对回流污泥再生。 ∴整个池容积小于普通活性污泥法。 （3） 处理效果低于普通活性污泥法。 （4） 具有一定的耐冲击负荷的能力。 （5） 不宜处理溶解性有机物较多的污水。适于处理含悬浮和胶体物质较多的废水，如制革废水、焦化废水等。 7、纯氧曝气 在密闭的容器中，溶解氧饱和浓度可提高，氧溶解的推动力提高，氧传递速率增加，污泥的沉淀性能好。 曝气时间短，约1.5～3.0h，MLSS较高，约4000～8000mg/L。 8、活性生物滤池（ABF）工艺 塔高4～6m，设计负荷率为3.2kg/m3•d，去除率65%，塔的出流含氧率达6～8mg/L，混合液需氧速率可达30～300mg/L•h。 9、吸附-生物降解工艺（AB） A级以高负荷或超高负荷运行（污泥负荷大于2.0kgBOD5/kgMLSS•d），B级以低负荷运行（污泥符合一般为0.1～0.3kgBOD5/kgMLSS•d ），A级曝气池停留时间短，30～60min， B级停留2～4h。 10、序批式活性污泥法（SBR法） 活性污泥法运行方式的表现特征 ① 利用生物絮凝体为生化反应的主体物； ② 利用曝气设备向生化反应系统分散空气或氧气，为微生物提供氧源； ③ 对反应介质进行搅拌，以增加生化反应传质过程； ④ 采用沉淀方式去除有机物，降低出水中微生物的固体含量；并排出一部分生物固体。 ⑤ 通过回流，使部分微生物絮凝体返回到反应系统； ⑥ 为保证系统内生物细胞的稳定生长，需要一定的停留时间。 曝气池内的传质过程 曝气池是一个生物化学反应器。 曝气池内是一个三相混合系统：液相—固相—气相；混合=污水+活性污泥+空气。 传质过程：气相中 O2→液相；形成溶解氧DO→进入微生物体内（固相），液相中的有机物→被微生物（固相）所吸收，降解→降解产物返回空气相（CO2）和液相（H2O）。 物质转化过程：有机物降解→活性污泥增长。 三、活性污泥指标 1、污泥浓度(MLSS) 指1 L混合液内所含悬浮固体的质量，单位为g／L或mg／L。 污泥浓度的大小可间接地反映废水中所含微生物的浓度。 一般普通活性污泥曝气池内 MLSS在2～3 g／L之间； 也可用：混合液中挥发性悬浮固体(MLVSS)表示。 用MLVSS表示污泥浓度与MLSS具有相同的价值。 2、污泥沉降比(SV) 是指一定量曝气池中的混合液，静置30 min后，沉淀污泥与废水的体积比，用%表示。 污泥沉降比反映了污泥的沉淀和凝聚性能的好坏。 污泥沉降比越大，越有利于活性污泥与水的分离。 性能良好的污泥，一般沉降比可达15%～30%。 3、污泥容积指数(SVI) 是指一定量曝气池中的混合液，经30 min沉淀后，1 g干污泥所占沉淀污泥容积的体积，也称污泥指数，单位为ml／g。 污泥指数反映活性污泥的松散程度，污泥指数越大，污泥松散程度也就越大，表面积也大，易于吸附和氧化有机物，提高废水处理效果。 污泥指数：一般在50～150 ml／g之间。 过大：污泥过于松散，则沉淀性较差，不利于固液分离。 废水中有机物含量较高时，SVI值可能较高； 废水中含无机性悬浮物较多时，SVI值可能较低。 4、三者之间的关系 以上三者之间的关系，可用下式表示 SVI=SV的百分数×10/ MLSS 如 某曝气池的污泥沉降比为30%，混合液中活性污泥浓度为2500 mg／L， 求污泥指数为 SVI=30×10/（2500×1/1000）=120(g／L) 5、污泥负荷 将有机底物与活性污泥的质量比(F／M)，即单位质量活性污泥(kg MLSS)或单位体积曝气池(m3)在单位时间(d)内所承受的有机物的量(kgBOD)，称为污泥负荷，用L表示。 L= Q So×24/ V X ×1000 式中 L—— 污泥负荷(F／M)，kgBOD5(或kgCOD)／(kg泥·d)； Q—— 废水流量。m3／h； So——进水BOD5或COD浓度，mg／L； V—— 曝气池有效容积，m3； X—— 混合液污泥浓度(MLSS)，g／L。 6、去除负荷 有时为了表示有机物的去除情况，采用去除负荷L。，即单位质量活性污泥在单位时间内去除的有机物的量，计算式如下 L。= Q（So-Se）×24/ V X ×1000=ηL η= So-Se/ So×100 式中 Se——处理后出水BOD5或COD浓度，mg／L； η--- BOD5或COD的去除效率。也称氧化能力，％。 7、泥龄 细胞的平均停留时间θc也称泥龄。是微生物在曝气池中的平均培养时间。 在间歇式试验装置中，θc与水力停留时间θ相等。 在连续活性污泥系统中，θc将比θ大得多，且θc不受θ的限制。 泥龄可通过排出的微生物量与曝气池容积的关系求得: θc= VX/ QwX+(Q—Qw)Xe 式中 Qw ——由曝气池排出的污泥流量； Xe ——二次沉淀池出水中挟带的活性污泥浓度。 泥龄的简化计算 由于出水中Xe很小，上式可简化为 θc= V/ Qw 如有剩余活性污泥排出，则 θc= VX/ QwXR+(Q—Qw)Xe 式中 Qw——排出系统的活性污泥量; XR——回流混合液中的污泥浓度。 当Xe极小时，有 θc= VX/ QwXR 通过控制每日从系统排出的污泥量，可以控制细胞平均停留时间。 8、微生物的表观产率常数 yobs=微生物(C5H702N)的产生量/所消耗的基质(C18H1909N)的量。 废水中有机物，只有一部分变成生物体，因此，yobs即为O.55～0.60。 yobs的变化范围：可由负数→到最大产率常数yMAS。 表观产率常数的数值，取决于处理设施类型以及废水的种类和数量。 研究yobs的意义： （1）、已知微生物对某一有机污染物的产率常数， 可写出微生物好氧生长的方程式： a C18H1909N + … —→ b C5H702N + … 此时：微生物(C5H702N)的产生量与所消耗的基质(C18H1909N)的量之比，等于产率常数： (bMw．biom)/(aMw．org)=yobs 式中 Mw．biom和Mw．org 分别是微生物和有机物的相对分子质量。 （2）、yobs是质量产率常数，可以用于质量平衡计算 假如，若yobs=0.5kg微生物/kg有机物，微生物(C5H702N)和有机物(C18H1909N)的相对分子质量分别为 Mw．biom=113，Mw．Org=393， 根据上式 可得： (bMw．biom)/(aMw．org)=yobs=0.5 b=(O.5×1×393)÷113=1.74 在估算此式时a或b可任意选择， 这里a取为1。因此反应方程式为： C18H1909N + 8.802 + 0.74NH3—→9.3CO2 + 4.52H20 + 1.74 C5H702N 由于有机物中没有足够的氮，供微生物生长，须以氨或铵盐形式添加氮。 举例 乙酸(HAc)好氧生物氧化的表观产率常数为0.55kgCOD/kgCOD。 若微生物的组成为C5H702N，试写出反应方程式， 并计算乙酸和微生物的COD。 注意： 产率常数：可使用不同的单位。 若使用COD作单位：则须将微生物和有机物都转化为COD单位。 解：乙酸的氧化反应式为 CH3COOH + 2O2—→ 2CO2+2H20 1mol乙酸(60g)消耗2mol氧气(64g)。 即64÷60=1.07(gCOD/gHAc)，或1g HAc相当于1.07gCOD。 微生物的氧化反应式为 C5H702N + 502 + H+—→ 5CO2 + 2H20 + NH4+ 1mol微生物(113g)消耗5mol氧气(160g)， 即160÷113= 1.42(gCOD/g微生物)，或1g微生物相当于1.42gCOD。 由式 (bMw．biom)/(aMw．org)=yobs 可写成： (bMw．biom×1.42)/(aMw．org×1.07)= yobs 令a=1，则有： (b×113g微生物/mol×1.42gCOD/微生物)÷(1×60gHAc/mol×1.07gCOD/gHAc) =0．55gCOD/gCOD 可得b = O.22， 即产率常数yobs=O．22mole微生物/molHAc。 因此，乙酸的生物氧化反应方程式为： CH3COOH +0.22NH4++ 0.220H- +0.9O2—→0.22 C5H702N)+ 0.9CO2 +1.78H20 由反应式可知，微生物生长需要氮元素，因此仅存在乙酸时，上述反应不能发生。 这个结论，同样适用于其他营养物(P，S，K等)。 9、营养物 若：微生物的化学组成已知，则营养物的需要量可通过质量平衡进行计算。 若：废水中营养物成分不平衡，则反应器内微生物体内组分的浓度会有较大变化。 城市生活污水：一般营养物充足。 工业废水：通常缺少氮或磷。 举例 啤酒厂废水每m3含2.5kgCOD(S)，15gN，20gP。用活性污泥法处理时，表观产率常数为0.45 kgC0D(B)/kgCOD(S)。污泥中氮和磷的含量分别为7.2%N/COD(B)和1.6%P/COD(B)。 问是否需要向废水中添加氮和磷，如果需要，需加多少? 解：若全部COD均转化成细胞，则每m3废水的污泥产量Fsp为 Fsp=2.5kgCOD(S)/m3×O.45kgCOD(B)/kgCOD(S) =1.125kgCOD(B)/m3 氮的需求量为： 0.072Kg/kgC0D(B)×1.125kgCOD(B)/m3=O.081KgN/m3=81gN/m3>15gN/m3 磷的需求量为 O.016kg/COD(B)×1.125KgCOD(B)/m3=0.018KgP/m3 =18gP/m3<20gP/m3 因此，废水中磷含量可以维持细胞生长， 而氮含量不足，废水中氮的添加量为： 81—15=66(gN/m3) 如果不补充氮元素，废水好氧降解的速率会下降，污泥沉降及絮凝性能会变差。 PAGE 1