《环境工程学》第三章 水的生物化学处理方法-1

2、曝气方法 鼓风曝气：常用的曝气方法，由加压设备、管道系统和扩散装置三部 分组成。 加压设备：一般是回转式或离心式鼓风机。 扩散装置：小气泡、中气泡、大气泡、水力剪切、机械剪切等； 微气泡曝气器：扩散板、扩散管、扩散罩； 中气泡曝气器：穿孔管扩散器； 水力剪切扩散装置：倒盆式、射流式、固定螺旋式；
KLa——氧的总转移系ห้องสมุดไป่ตู้，h-1； ρs——液体的饱和溶解氧浓度，mg/L； ρL——液体的实际溶解氧浓度，mg/L.
KLa的大小因空气量、水温、搅拌方法、水质等条件而变化，可通过实 验测定；
缩小气泡直径，延长气液接触时间，更新液界膜并减少界膜厚度，都 能增大KLa，从而增大氧转移速率。
加大水深，增加空气中氧含量（甚至纯氧）等，都有助于加大ρs，提高 氧转移速率。
是一种间歇运行的活性污泥法；
一个周期共五个操作步骤：进水、反应、沉淀、排水、待机；
所有操作均在设有曝气或搅拌装置的同一设备中完成，不需沉淀池 和污泥回流装置；
操作灵活，耐冲击负荷，运行管理自动化，占地面积和基建投资小 ，适用于中小水量的污水处理。
7、膜生物反应器（membrane bioreactor）
kg(BOD5)/[kg(MLSS).d]
去除污泥负荷U
U (S0 S) Q XV
kg(BOD5)/[kg(MLSS).d]
去除污泥负荷U与BOD污泥负荷Fw的关系：
U= FwE
处理效率 E S0 S 100% S0
污泥龄θc
c

VX Qw X u Qe X e
2、曝气系统
可分为： ● 好氧法 ● 厌氧法
或分为： 悬浮生长系统 附着生长系统
第一节 废水处理微生物学基础
微生物分类：自养型、异养型微生物；好氧、厌氧、兼性微生物； 微生物的代谢过程：P225
• 异化作用：能量的生产和获取的生物过程； • 同化作用：细胞组织生产的生物过程。
第二节 好氧悬浮生长处理技术
絮凝体形成与凝聚沉降阶段
氧化阶段合成的菌体有机体絮凝形成絮凝体，通过重力沉降作用 从水中分离出来。
2、影响活性污泥增长的因素 溶解氧
活性污泥混合液中DO浓度以2mg/L左右为宜。 若供氧不足，易造成丝状菌等耐低溶解氧环境的微生物滋长，使污泥 不易沉淀，导致污泥膨胀发生。
营养物
鼓风曝气系统的设计包括三个方面： ① 扩散设备的选择和布置； ② 空气管的布置和管径的确定； ③ 鼓风机和空气压缩机的规格和台数。
需氧量 供气量
水温20℃、气压101.325kPa的脱氧清水充氧量R0： 对于鼓风曝气池：氧饱和浓度取平均值 气泡离开池面时氧的比例Qt：
加速曝气法 曝气时间短，仅2~4h，BOD去除率达90％； 利用处于对数增长阶段的微生物来处理废水； 微生物活力强，絮凝性能较差，出水中有机物含量较多；
延时曝气法 曝气时间长，约1-3d； 微生物处于内源代谢阶段，基本上无污泥外排，省去污泥处理设施； 曝气池容积大，曝气时间长，基建费和动力费较高。 适用于要求高，又不便于污泥处理的中小城镇或工业废水处理。
运行中的曝气池
（四）活性污泥法的运行方式
1、传统活性污泥法（普通活性污泥法） 曝气池为推流式，吸附阶段和氧化阶段在一个曝气池中完成： 进口处有机物浓度高，沿池长逐渐降低，需氧量亦降低； 对有机物和悬浮物去除率高达85～95％，特别适用于处理要求高、 水质比较稳定的废水。
缺点： 不能适应冲击负荷； 需氧量沿池长前大后小，造成前段氧量不足，后段氧量过剩； 曝气时间长，曝气池体积大，占地面积和基建费用高。
奥贝尔(Orbal)氧化沟
又称同心沟式氧化沟，有多条沟渠，污水依次从外沟流向内沟， 从内沟流出，进入二沉池； 可减少水流短路，提高去除效率。 常用三沟型，三条沟的容积比为(6~7)：(2~3)：1。 各沟内DO和有机物浓度均不相同，可实现脱氮、除磷。
6、序批式活性污泥法（SBR，sequencing batch reactor）
5、氧化沟（循环混合曝气池）
卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟 又称平行多渠形氧化沟，由荷兰DHV公司开发。 应用立式低速表面曝气供氧并推动水流前进，沟深较大，一般为 4.0~4.5m，占地面积小。 在进水区设置了缺氧区，约占氧化沟体积的15%，具有脱氮、除磷 功能。 BOD5、氮、磷去除率分别达95%、90%和50%以上。
2、阶段曝气法（逐步曝气法）
污水沿池长分段多点进入，有机物负荷分布较为均匀，需氧量亦 较为均匀，有利于微生物对有机物的充分分解； 污泥浓度沿池长逐步降低，出流污泥浓度低，利于二沉池运行； 可提高空气利用率和曝气池的工作能力，减轻二沉池负荷； 适用于大型曝气池及高浓度废水。
污水
3、完全混合法
污水
污泥
（六）活性污泥法处理系统工艺设计基础 P251
一个完整的工艺设计应当包括： ① 流程的选择； ② 曝气池容积计算和工艺设计； ③ 曝气设备的计算与设计； ④ 回流污泥设备的设计与计算； ⑤ 二沉池的计算和设计。
生活污水或性质相近的工业废水：可采用较为成熟的设 计数据作为参考或使用； 其他类型废水：往往需进行试验研究，以获得关键参数。 有时还需进行多方案的比较和优化分析。
（5）污泥龄（θC） 指曝气池中工作的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量的比值，d； 表示新增长的污泥在曝气池中的平均停留时间； 可反映出细菌的增长处于何种阶段。
（二）活性污泥系统生物过程动力学
1、完全混合式——进水一流入曝气池即得到完全混合。
Q——水量； S——有机物浓度； X——污泥浓度.
4、生物吸附法（接触稳定法）
污水和活性污泥在吸附池内混合接触0.5~1h，完成大部分悬浮物、胶 体状物质和溶解有机物的吸附过程； 进入二沉池进行分离，回流污泥先在再生池内曝气2~3h，恢复活性后 再回到吸附池； 总容积小，可大大降低建筑费用； 但处理效果稍差，不适用于含溶解性有机物多的废水。
曝气2～3h
C、N、P、S、K、Mg、Ca、Fe及各种微量元素。 C元素的需要量一般以BOD5负荷率表示。一般BOD5:N:P＝100:5:1。
pH和温度
pH一般为6.5～9.0； 温度以20～30℃为宜。
控制毒物浓度
重金属、氰化物、H2S、卤族元素及其化合物、酚、醇、醛等。
3、评价活性污泥性能的指标
机械曝气：利用叶轮或转刷等设备的转动，剧烈搅动水面，使空气中 的氧迅速溶入水中。
曝气叶轮：可分为泵型、倒伞型、平板型。 表面曝气——将叶轮安装在水表面。
叶轮充氧的三种作用过程：①叶轮的提水与输水作用，使池内液 体流动，促进气-液接触，更新和吸入氧气；②叶轮旋转带动水飞 溅形成水跃而夹带进空气；③叶片背面形成负压，吸入空气。
循环混合式曝气池（氧化沟） 其平面形状像跑道，多采用转刷曝气。 转刷转动使混合液曝气并在池内循环流动，使活性污泥保持悬浮状态。 整体而言，流体是完全混合的，但局部又具有推流的特征。 连续运行时，需另设二次沉淀池和污泥回流系统； 间歇运行时，可省去二沉池。 流程简单，施工方便，曝气转刷易制作，布置紧凑，有应用前景。
吸附阶段
短时间内（约10~20min），水中有机物迅速降低，BOD、COD约 去除85％～90％。絮状活性污泥比表面积约2000-10000m2/m3(混合液) 。初期吸附性能取决于污泥的活性。
氧化阶段
在有氧条件下，通过微生物的代谢过程，将部分有机物转化为小 分子无机物，部分合成新的细胞质。这一阶段比吸附阶段慢得多。
动力消耗大，微生物菌体容易失活； 一体式：运行动力费用低，布置紧凑，占地小；
膜的清洗与更换不方便。
下表列出几种活性污泥法的运行参数，供参考。
3-5
（五）活性污泥法运行中的监测项目 P255
为使活性污泥法正常运转，需对运转情况进行定期监测，主要项目包括：
（1）反映处理效果的指标：进、出水的BOD5、COD，进出水总SS和挥发 性SS，进出水有毒有害物质浓度等。
是一种将生物反应器与膜过滤相结合的污水处理工艺，利用微生物对水中 有机物进行生物转化，然后用膜组件过滤分离生物处理产生的污泥。 出水水质好，结构紧凑，容积负荷高，剩余污泥产量少； 应用：生活污水处理；化工、医药、电子、金属处理、汽车制造等工业废 水；屠宰场废水、粪便水、医院废水和垃圾渗滤液的处理。 分置式：运行稳定，操作简便，膜的清洗和更换方便；
一、活性污泥法（Activated-Sludge Process） （一）基本原理
活性污泥：由好氧菌（兼性菌）及其所吸附的有机物和代谢产物等组成的 絮凝体。 活性污泥法：以悬浮在水中的活性污泥为主体，在有利于微生物生长的环 境条件下和污水充分接触，使污水净化的一种方法。
主体构筑物
1、活性污泥法的净化过程与机理 P228 活性污泥去除水中有机物，主要经历三个阶段：
（2）反映污泥状况的指标：曝气池混合液中的各种指标，包括SV、SVI、 MLSS、MLVSS，溶解氧，微生物观察等。 （3）反映污泥营养和环境条件的指标：氮、磷、水温、pH等。
一般SV和DO每2~4h测定1次，微生物观察每班1次，其他各项每天1次。
其他项目： （4）反映处理流量的指标：进水量、回流污泥量和剩余污泥量。 （5）反映设备运转状况的项目：水泵、泥泵、鼓风机、曝气机等主要工艺 设备的运行参数，如压力、流量、电流、电压等。
（六）活性污泥法处理系统工艺设计基础
1、曝气池的容积
最常用的两个设计参数：
污泥龄：污泥平均停留时间，即曝气池活性污泥总量/每日
排放的剩余污泥量；
食物/微生物（F/M）：BOD5与曝气池混合液（挥发性） 悬浮固体的比值——污泥负荷Fw
BOD污泥负荷
Fw

S0Q VX
V

QS 0 Fw X
MLVSS = Ma + Me + Mi
3、评价活性污泥性能的指标
（3）污泥沉降比（SV） 指曝气池混合液在100mL量筒中静置沉淀30min后，沉淀污泥占混 合液的体积分数，％； 反映曝气池正常运行时的污泥量，用以控制剩余污泥的排放； 还能及时反映出污泥膨胀等异常情况。
（4）污泥(容积)指数（SVI） 曝气池出口处混合液经30min沉淀后，1g干污泥所占的容积，以mL计； 反映活性污泥的松散程度（活性）和絮凝、沉降性能； 一般城市污水，SVI在50～150左右。
(X0≈0, Xe≈0)
或 2、推流式
水和回流污泥只发生横向混合，不发生纵向混合。
（三）曝气方法与曝气池的构造 P233
1、曝气过程的机理
曝气的目的：将空气中的氧强制溶解到曝气池混合液中去，同时提供 适宜的搅拌，保持活性污泥处于悬浮状态。
曝气池内氧转移速率：
d
dt

KLa(s

L )
mg/(L.h)
活性污泥是由细菌、真菌、原生动物（钟虫）、少量后生动物（轮虫）等生物 群体共同组成。 （1）混合液悬浮固体（MLSS）
指混合液悬浮固体数量，mg/L； 计量曝气池中活性污泥数量的指标，mg/L.
MLSS = Ma + Me + Mi + Mii Ma：具有活性的微生物； Me：微生物自身氧化的残留物； Mi：吸附在污泥上而未被生物降解的有机物； Mii：无机物。 （2）混合液挥发性悬浮固体（MLVSS） 混合液悬浮固体中有机物的数量，mg/L；
第三章 水的生物化学处理方法
水的生物化学处理方法：
在人工创造的有利于微生物生命活动的环境中，使微生物大量 繁殖，提高微生物氧化分解有机物效率的一种水处理方法。
作用：主要用于去除水中溶解性和胶体性有机物，降低水中氮、
磷等营养物的含量。
优点：投资省，运转费用低，处理效果好，操作简单等，广泛应
用于城市污水和工业废水的处理。
穿孔管曝气
转刷曝气设备
转碟曝气设备
转盘曝气设备(美国US Filter产品)
倒伞表面曝气机
荷兰DHV公司表曝机
3、曝气池的类型与构造 P234 推流式曝气池 长方廊道形池子，常采用鼓风曝气。 扩散装置设在池子的一侧，使水流在池子中呈螺旋状前进，前段水 流与后段水流不发生混合。 为防止短流，廊道长、宽比应大于4～6。 完全混合式曝气池 多为圆形、方形或多边形池子，常采用叶轮式机械曝气。 废水进入反应池与池中混合液充分混合，池内废水完全均匀一致。 池子多为圆形、 方形、多边形