《环境工程学》第三章--水的生物化学处理方法-1课件.ppt

1、第三章第三章 水的生物化学处理方法水的生物化学处理方法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。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：作用：主要用于去除水中主要用于去除水中溶解性和胶体性有机物溶解性和胶体性有机物，降低水中，降低水中氮、氮、磷等磷等营养物的含量。营养物的含量。优点：优点：投资省，运转费用低，处理效果好，操作简单等，广泛应投资省，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。

2、用于城市污水和工业废水的处理。可分为：可分为：好氧法好氧法厌氧法厌氧法或分为：或分为：l悬浮生长系统悬浮生长系统l附着生长系统附着生长系统第一节第一节 废水处理微生物学基础废水处理微生物学基础微生物分类：微生物分类：自养型、异养型微生物；好氧、厌氧、兼性微生物；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：微生物的代谢过程：P225P225 异化作用：异化作用：能量的生产和获取的生物过程；能量的生产和获取的生物过程；同化作用：同化作用：细胞组织生产的生物过程。细胞组织生产的生物过程。一、活性污泥法（一、活性污泥法（Activated-Sludge ProcessActivat

3、ed-Sludge Process）（一）基本原理（一）基本原理活性污泥活性污泥：由由好氧菌（兼性菌）及其所吸附的有机物和代谢产物等好氧菌（兼性菌）及其所吸附的有机物和代谢产物等组成的组成的絮凝体。絮凝体。活性污泥法活性污泥法：以悬浮在水中的以悬浮在水中的活性污泥为主体活性污泥为主体，在有利于微生物生长的环，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。境条件下和污水充分接触，使污水净化的一种方法。第二节第二节 好氧悬浮生长处理技术好氧悬浮生长处理技术主体构筑物主体构筑物1 1、活性污泥法的净化过程与机理、活性污泥法的净化过程与机理 P228P228 活性污泥去除水中有机

4、物，主要经历活性污泥去除水中有机物，主要经历三个阶段：三个阶段：吸附阶段吸附阶段u 短时间内短时间内（约（约1020min），），水中有机物迅速降低，水中有机物迅速降低，BOD、COD约约去除去除8590。絮状活性污泥比表面积约。絮状活性污泥比表面积约2000-10000m2/m3(混合液混合液)。初期。初期吸附性能取决于污泥的活性。吸附性能取决于污泥的活性。氧化阶段氧化阶段u 在有氧条件下，通过微生物的代谢过程在有氧条件下，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慢

5、得多。絮凝体形成与凝聚沉降阶段絮凝体形成与凝聚沉降阶段u 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。从水中分离出来。2 2、影响活性污泥增长的因素、影响活性污泥增长的因素 溶解氧溶解氧u 活性污泥混合液活性污泥混合液中中DO浓度以浓度以2mg/L左右为宜左右为宜。u 若供氧不足，易造成若供氧不足，易造成丝状菌丝状菌等耐低溶解氧环境的微生物滋长，使污泥等耐低溶解氧环境的微生物滋长，使污泥不易沉淀，导致不易沉淀，导致污泥膨胀污泥膨胀发生。发生。营养物营养物u C、N、P、S、K、Mg、Ca、Fe及各种微量元素。及

6、各种微量元素。u C元素的需要量一般以元素的需要量一般以BOD5负荷率负荷率表示。一般表示。一般BOD5:N:P100:5:1。pH和温度和温度u pH一般为一般为6.59.0；u 温度以温度以2030为宜。为宜。控制毒物浓度控制毒物浓度u 重金属、氰化物、重金属、氰化物、H2S、卤族元素及其化合物、酚、醇、醛等。、卤族元素及其化合物、酚、醇、醛等。3 3、评价活性污泥性能的指标、评价活性污泥性能的指标 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。群体共同组成。指混合液悬浮固体数量，指混合

7、液悬浮固体数量，mg/L；计量曝气池中活性污泥数量的指标，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；：具有活性的微生物；Me：微生物自身氧化的残留物；：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；：吸附在污泥上而未被生物降解的有机物；Mii：无机物。：无机物。混合液悬浮固体中有机物的数量，混合液悬浮固体中有机物的数量，mg/L；MLVSS=Ma+Me+Mi 曝气池出口处混合液经曝气池出口处混合液经30min沉淀后，沉淀后，1g干污泥所占的容积，以干污泥所占的容积，以mL计；计；反映活性污泥的松散程度（活性）和絮凝

8、、沉降性能；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，一般城市污水，SVI在在50150左右。左右。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，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；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。可反映出细菌的增长处于何种阶段。3 3、评价活性污泥性能的指标、评价活性污泥性能的指标 指曝气池混合液在指曝气池混合液在100mL量筒中静置沉淀量筒中静置沉淀30min后，沉淀污泥占混后，沉淀污泥占混合液的体积分数，；合液的体积分数，；反映曝气

9、池正常运行时的污泥量，用以控制剩余污泥的排放；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。还能及时反映出污泥膨胀等异常情况。（二（二）活性污泥系统生物过程动力学活性污泥系统生物过程动力学1 1、完全混合式、完全混合式进水一流入曝气池即得到完全混合。进水一流入曝气池即得到完全混合。Q Q水量；水量；S S有机物浓度；有机物浓度；X X污泥浓度污泥浓度.2 2、推流式、推流式 水和回流污泥只发生横向混合，不发生纵向混合。水和回流污泥只发生横向混合，不发生纵向混合。或或(X(X0 00,X0,Xe e0)0)（三（三）曝气方法与曝气池的构造曝气方法与曝气池

10、的构造 P233P2331 1、曝气过程的机理、曝气过程的机理曝气的目的：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。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：曝气池内氧转移速率：KLa氧的氧的总转移系数总转移系数，h-1；s液体的液体的饱和饱和溶解氧浓度，溶解氧浓度，mg/L；L液体的液体的实际实际溶解氧浓度，溶解氧浓度，mg/L.)(LsLaKdtdKLa的大小因的大小因空气量、水温、搅拌方法、水质等空气量、水温、搅拌方法、水质等条件而变化，可通过条件而变化，可通过实实验测

11、定验测定；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，都能增大能增大KLa，从而增大氧转移速率。，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，都有助于加大加大水深，增加空气中氧含量（甚至纯氧）等，都有助于加大s，提高，提高氧转移速率。氧转移速率。mg/(L.h)2 2、曝气方法、曝气方法鼓风曝气鼓风曝气：常用的曝气方法，由：常用的曝气方法，由加压设备加压设备、管道系统管道系统和和扩散装置扩散装置三部三部分组成。分组成。加压设备加压设备：一般是回转式或离心式鼓风机。：一般是回转式或离心式鼓风机。扩散装置扩

12、散装置：小气泡、中气泡、大气泡、水力剪切、机械剪切等；：小气泡、中气泡、大气泡、水力剪切、机械剪切等；微气泡曝气器微气泡曝气器：扩散板、扩散管、扩散罩；：扩散板、扩散管、扩散罩；中气泡曝气器中气泡曝气器：穿孔管扩散器；：穿孔管扩散器；水力剪切扩散装置水力剪切扩散装置：倒盆式、射流式、固定螺旋式；：倒盆式、射流式、固定螺旋式；机械曝气：机械曝气：利用利用叶轮叶轮或或转刷转刷等设备的转动，剧烈搅动水面，使空气中等设备的转动，剧烈搅动水面，使空气中的氧迅速溶入水中。的氧迅速溶入水中。曝气叶轮：可分为泵型、倒伞型、平板型。曝气叶轮：可分为泵型、倒伞型、平板型。表面曝气表面曝气将叶轮安装在水表面。将叶轮

13、安装在水表面。叶轮充氧的三种作用过程：叶轮充氧的三种作用过程：叶轮的提水与输水作用，使池内液叶轮的提水与输水作用，使池内液体流动，促进气体流动，促进气-液接触，更新和吸入氧气；液接触，更新和吸入氧气；叶轮旋转带动水飞叶轮旋转带动水飞溅形成水跃而夹带进空气；溅形成水跃而夹带进空气；叶片背面形成负压，吸入空气。叶片背面形成负压，吸入空气。3 3、曝气池的类型与构造、曝气池的类型与构造 P234P234推流式曝气池推流式曝气池 长方廊道形池子，常采用鼓风曝气。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，使水流在池子中呈扩散装置设在池子的一侧，使水流在池子中呈螺旋状前进螺旋状前进，前段水流

14、，前段水流与后段水流不发生混合。与后段水流不发生混合。为防止短流，廊道长、宽比应大于为防止短流，廊道长、宽比应大于46。完全混合式曝气池完全混合式曝气池 多为圆形、方形或多边形池子，常采用叶轮式机械曝气。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。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、池子多为圆形、方形、多边形方形、多边形循环混合式曝气池（氧化沟）循环混合式曝气池（氧化沟）其其平面形状像跑道平面形状像跑道，多采用，多采用转刷曝气转刷曝气。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

15、。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，整体而言，流体是完全混合的，但局部又具有推流的特征流体是完全混合的，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；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。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。流程简单，施工方便，曝气转刷易制作，布置紧凑，有应用前景。运行中的曝气池（四（四）活性污泥法的运行方式活性污泥法的运行方式1 1、传统活性污泥法（普通活性污泥法）、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

16、曝气池中完成：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；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对有机物和悬浮物去除率高达8595，特别适用于特别适用于处理要求高、水处理要求高、水质比较稳定的废水。质比较稳定的废水。缺点：缺点：不能适应冲击负荷；不能适应冲击负荷；需氧量沿池长需氧量沿池长前大后小前大后小，造成，造成前段氧量不足，后段氧量过剩前段氧量不足，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。曝气时间长，曝气池体积大，占地面积和基建费用高。2 2、阶段曝气法（逐步曝气法）、阶

17、段曝气法（逐步曝气法）污水沿池长分段多点进入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，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；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；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；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。适用于大型曝气池及高浓度废水。污水污水加速曝气法加速曝气法曝气时间短，曝气时间短，仅仅24h，BOD去除率达去除率达90；利用处于利用处

18、于对数增长阶段的微生物对数增长阶段的微生物来处理废水；来处理废水；微生物活力强，微生物活力强，絮凝性能较差絮凝性能较差，出水中有机物含量较多；，出水中有机物含量较多；延时曝气法延时曝气法曝气时间长，曝气时间长，约约1-3d；微生物处于内源代谢阶段，微生物处于内源代谢阶段，基本上无污泥外排基本上无污泥外排，省去污泥处理设施；，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。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。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。3 3、完全混合法、完全混合法污水污水污泥污泥4 4

19、、生物吸附法（接触稳定法）、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污水和活性污泥在吸附池内混合接触0.51h，完成大部分悬浮物、胶完成大部分悬浮物、胶体状物质和溶解有机物的体状物质和溶解有机物的吸附过程吸附过程；进入二沉池进行分离，回流污泥先在进入二沉池进行分离，回流污泥先在再生池内曝气再生池内曝气23h，恢复活性恢复活性后后再回到吸附池；再回到吸附池；总容积小，可大大降低建筑费用；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。但处理效果稍差，不适用于含溶解性有机物多的废水。曝气曝气23h5 5、氧化沟（循环混合曝气池）、氧化沟（循环混合曝气池

20、）卡鲁塞尔卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟氧化沟又称平行多渠形氧化沟，由荷兰又称平行多渠形氧化沟，由荷兰DHV公司开发。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，一般为4.04.5m，占地面积小。占地面积小。在进水区设置了缺氧区，约占氧化沟体积的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，具有脱氮、除磷功能。功能。BOD5、氮、磷去除率分别达、氮、磷去除率分别达95%、90%和和50%以上。以上。奥贝尔奥贝尔(Orbal)氧化沟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，又称同心沟

21、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；从内沟流出，进入二沉池；可减少水流短路，提高去除效率。可减少水流短路，提高去除效率。常用常用三沟型三沟型，三条沟的容积比为，三条沟的容积比为(67)：(23)：1。各沟内各沟内DO和有机物浓度均不相同，可实现脱氮、除磷。和有机物浓度均不相同，可实现脱氮、除磷。6 6、序批式活性污泥法（、序批式活性污泥法（SBRSBR，sequencing batch reactorsequencing batch reactor）是一种间歇运行的活性污泥法；是一种间歇运行的活性污泥法；一个周期共一个周期共五个操作步骤五个操作步骤：进水、反应

22、、沉淀、排水、待机；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；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，适用于中小水量的污水处理中小水量的污水处理。7 7、膜生物反应器（、膜生物反应器（membrane bioreactormembrane bioreactor）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

23、微生物对水中有机物进行生物转化，然后用有机物进行生物转化，然后用膜组件膜组件过滤过滤分离生物处理产生的污泥。分离生物处理产生的污泥。出水水质好出水水质好，结构紧凑，容积负荷高，结构紧凑，容积负荷高，剩余污泥产量少剩余污泥产量少；应用：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。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：分置式：运行稳定，操作简便，膜的清洗和更换方便；运行稳定，操作简便，膜的清洗和更换方便；动力消耗大，微生物菌体容易失活；动力消耗大，

24、微生物菌体容易失活；一体式：一体式：运行动力费用低，布置紧凑，占地小；运行动力费用低，布置紧凑，占地小；膜的清洗与更换不方便。膜的清洗与更换不方便。3-5下表列出几种活性污泥法的运行参数，供参考。下表列出几种活性污泥法的运行参数，供参考。（五（五）活性污泥法运行中的监测项目活性污泥法运行中的监测项目 P255P255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：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：）反映处理效果的指标：进、出水的进、出水的BOD5、COD，进出水总，进出水总SS和挥发和挥发性性SS，进出水有毒有害物质浓度等

25、。，进出水有毒有害物质浓度等。（2）反映污泥状况的指标：）反映污泥状况的指标：曝气池混合液中的各种指标，包括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。，溶解氧，微生物观察等。（3）反映污泥营养和环境条件的指标：）反映污泥营养和环境条件的指标：氮、磷、水温、氮、磷、水温、pH等。等。一般一般SV和和DO每每24h测定测定1次，微生物观察每班次，微生物观察每班1次，其他各项每天次，其他各项每天1次。次。其他项目：其他项目：（4）反映处理流量的指标：）反映处理流量的指标：进水量、回流污泥量和剩余污泥量。进水量、回流污泥量和剩余污泥量。（5）反映设备运转状

26、况的项目：）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。设备的运行参数，如压力、流量、电流、电压等。（六（六）活性污泥法处理系统工艺设计基础活性污泥法处理系统工艺设计基础 P251P251一个完整的工艺设计应当包括：一个完整的工艺设计应当包括：流程的选择；流程的选择；曝气池容积计算和工艺设计；曝气池容积计算和工艺设计；曝气设备的计算与设计；曝气设备的计算与设计；回流污泥设备的设计与计算；回流污泥设备的设计与计算；二沉池的计算和设计。二沉池的计算和设计。p 生活污水或性质相近的工业废水生活污水或性质相

27、近的工业废水：可采用较为成熟的设：可采用较为成熟的设计数据作为参考或使用；计数据作为参考或使用；p 其他类型废水：其他类型废水：往往需进行试验研究，以获得关键参数。往往需进行试验研究，以获得关键参数。p 有时还需进行多方案的比较和优化分析。有时还需进行多方案的比较和优化分析。1、曝气池的容积、曝气池的容积最常用的两个设计参数：最常用的两个设计参数：u 污泥龄：污泥龄：污泥平均停留时间，即曝气池活性污泥总量污泥平均停留时间，即曝气池活性污泥总量/每日每日排放的剩余污泥量；排放的剩余污泥量；u 食物食物/微生物（微生物（F/M）：）：BOD5与曝气池混合液（挥发性）与曝气池混合液（挥发性）悬浮固体

28、的比值悬浮固体的比值污泥负荷污泥负荷Fw（六（六）活性污泥法处理系统工艺设计基础活性污泥法处理系统工艺设计基础XFQSVVXQSFww00q BOD污泥负荷污泥负荷 kg(BOD5)/kg(MLSS).dq 去除污泥负荷去除污泥负荷U kg(BOD5)/kg(MLSS).d 去除污泥负荷去除污泥负荷U与与BOD污泥负荷污泥负荷Fw的关系：的关系：U=FwEq 污泥龄污泥龄ccwueeVXQ XQ X0(SS)QUXV00SS100%ES处理效率处理效率2、曝气系统、曝气系统鼓风曝气系统的设计包括三个方面：鼓风曝气系统的设计包括三个方面：扩散设备的选择和布置；扩散设备的选择和布置；空气管的布置和管径的确定；空气管的布置和管径的确定；鼓风机和空气压缩机的规格和台数。鼓风机和空气压缩机的规格和台数。q 需氧量需氧量q 供气量供气量水温水温20、气压、气压101.325kPa的的脱氧清水充氧量脱氧清水充氧量R0：对于鼓风曝气池：对于鼓风曝气池：氧饱和浓度取平均值氧饱和浓度取平均值气泡离开池面时氧的比例气泡离开池面时氧的比例Qt：供气量供气量GsEA扩散器氧转移效率，扩散器氧转移效率，%.05643、设计计算举例、设计计算举例42.0Q10026.2pt5b)T(s)T(sm8