第2章 污水生物處理工程基礎(chǔ)

　　大綱要求本章所應(yīng)掌握的內(nèi)容是：

　　1、污水生物處理

　?、耪莆栈钚晕勰喾ǖ臋C(jī)理、有機(jī)物生物降解的影響因素及工藝;

　?、普莆丈锬しǖ臋C(jī)理、影響因素及工藝;

　　⑶掌握生物脫氮、除磷的機(jī)理、影響因素及典型工藝;

　?、日莆諈捬跎锾幚淼臋C(jī)理、影響因素及典型工藝。

　　2、污泥處理、處置

　?、攀煜の勰嗟奶匦?

　?、普莆瘴勰嗵幚砑夹g(shù)和方法;

　?、橇私馕勰嗟淖罱K處置方法。

　　3、流域水污染防治

　?、攀煜にw污染物的主要來源、特性及其危害;

　?、屏私饬饔蛩廴痉乐蔚幕驹瓌t和方法;

　?、橇私馕廴舅w的凈化和生態(tài)修復(fù)的基本方法。

　　污水的生物處理技術(shù)是現(xiàn)代生物工程的一個組成部分。

　　在自然界存在著大量的以有機(jī)物為營養(yǎng)物質(zhì)的微生物，它們能通過自身新陳代謝的生理功能，氧化分解一般的有機(jī)物并將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無機(jī)物，而且還能轉(zhuǎn)化某些有毒的有機(jī)物及無機(jī)物。

　　污水生物處理分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩大類。生物處理主要去除水中溶解狀態(tài)和膠體狀態(tài)的有機(jī)物。好氧生物處理的進(jìn)行需要有氧的供應(yīng)，而厭氧生物處理則需保證無氧的環(huán)境。常用的人工好氧生物處理法有活性污泥法和生物膜法兩種。

　　2.1活性污泥法

　　2.1.1活性污泥法的基本工藝流程

　　1.活性污泥法的基本概念

　　向生活污水中注入空氣并進(jìn)行曝氣，每天保留沉淀物，更換新鮮污水，如此操作并持續(xù)一段時間后，污水中生成一種黃褐色的絮凝體，即活性污泥。以活性污泥為主體的污水生物處理工藝稱為活性污泥法。

　　在活性污泥法中起主要作用的是活性污泥。在活性污泥上棲息著具有強(qiáng)大生命力和降解水中有機(jī)物能力的微生物群體。

　　2、活性污泥法的基本工藝流程

　　活性污泥法的基本工藝流程由曝氣池、二沉池、曝氣系統(tǒng)、污泥回流及剩余污泥排放五部分組成。

　　廢水和回流的活性污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液。曝氣池是一個生物反應(yīng)器，通過曝氣設(shè)備充入空氣，空氣中的氧溶入混合液，產(chǎn)生好氧代謝狀態(tài)。隨后曝氣池內(nèi)的泥水混合液流入二沉池，進(jìn)行泥水分離，活性污泥絮體沉入池底，泥水分離后的水作為處理水排出二沉池。二沉池沉降下來的污泥大部分作為回流污泥返回曝氣池，稱為回流污泥，其余的則從沉淀池中排除，這部分污泥稱為剩余污泥。

　　從上述流程可以看出，要使活性污泥法形成一個實(shí)用的處理方法，污泥除了要具有氧化和分解有機(jī)物的能力外，還要有良好的凝聚和沉降性能，以使活性污泥能從混合液中分離出來，得到澄清的出水。

　　2.1.2活性污泥的形態(tài)及組成

　　1、活性污泥的形態(tài)

　　活性污泥的絮體形態(tài)與微生物組成、數(shù)量、污水中污染物的特性及外部條件絮體大小一般介于0.02~0.2mm，呈不定形狀，微具土壤味。活性污泥具有較大的比表面積，可達(dá)2000~10000m2/m3。

　　2、活性污泥的組成

　　活性污泥主要由四部分組成：具有代謝功能的活性微生物群體;微生物內(nèi)源呼吸和自身氧化的殘留物;被污泥絮體吸附的難降解有機(jī)物;被污泥絮體吸附的無機(jī)物。

　　活性污泥的凈化功能主要取決于棲息在活性污泥上的微生物?；钚晕勰辔⑸镆院醚跫?xì)菌為主，也存活著真菌、原生動物和后生動物等。這些微生物群體組成了一個相對穩(wěn)定的生態(tài)系?；钚晕勰嘀械募?xì)菌以異養(yǎng)型的原核細(xì)菌為主，對正常成熟的活性污泥，每毫升活性污泥中的細(xì)菌數(shù)大致在107~109個。細(xì)菌雖是微生物主要的組成部分，但是活性污泥中哪些種屬的細(xì)菌占優(yōu)勢，要看污水中所含有機(jī)物的成分以及活性污泥法運(yùn)行操作條件等因素

　　真菌構(gòu)造較為復(fù)雜而且種類繁多，是多細(xì)胞的異養(yǎng)型微生物。與活性污泥法處理有關(guān)的真菌主要是霉菌。霉菌是微小的腐生或寄生的絲狀真菌，它能夠分解碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)及其它含氮化合物。但是，真菌的大量的增殖會產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象，嚴(yán)重影響活性污泥系統(tǒng)的正常工作。真菌在活性污泥法中的出現(xiàn)往往與水質(zhì)有關(guān)。

　　原生動物的主要攝食對象是細(xì)菌。活性污泥中的原生動物主要有肉足蟲、鞭毛蟲和纖毛蟲三類。原生動物為單細(xì)胞生物，大多為好氧化能異養(yǎng)型菌。在活性污泥法的應(yīng)用中，常通過觀察原生動物的種類和數(shù)量，間接地判斷污水處理的效果，所以原生動物又稱為活性污泥系統(tǒng)的指示性動物。

　　以細(xì)菌、原生動物以及活性污泥碎片為食的后生動物(如輪蟲、線蟲等)在活性污泥中不經(jīng)常出現(xiàn)，特別是輪蟲僅在有機(jī)物含量低且水質(zhì)好的系統(tǒng)(即完全氧化型的活性污泥系統(tǒng))中才較多出現(xiàn)，因此輪蟲又稱為活性污泥系統(tǒng)的指示性動物，是出水水質(zhì)好的標(biāo)志。

　　2.1.3活性污泥增長曲線

　　1、增長曲線

　　活性污泥微生物是多菌種混合群體，其生長規(guī)律比較復(fù)雜，但是也可用其增長曲線表示一定的規(guī)律。該曲線表達(dá)的是，在溫度和溶解氧等環(huán)境條件滿足微生物的生長要求，并有一定量初始微生物接種時，營養(yǎng)物質(zhì)一次充分投加后，微生物數(shù)量隨時間的增殖和衰減規(guī)律?；钚晕勰嘣鲩L速率的變化主要是營養(yǎng)物或有機(jī)物與微生物比值(通常用F/M表示)所致，F(xiàn)/M值也是有機(jī)底物降解速率、氧利用速率、活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影響因素。根據(jù)微生物的生長情況，微生物的增殖可以分成以下四個階段：

　　第一階段：停滯期(適應(yīng)期)

　　本階段是微生物培養(yǎng)的初期，活性污泥微生物沒有增殖，微生物剛進(jìn)入新的培養(yǎng)環(huán)境中，細(xì)胞中的酶系統(tǒng)開始對環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)。本階段微生物細(xì)胞的特點(diǎn)是：分裂遲緩、代謝活躍、一般數(shù)量不增加但細(xì)胞體積增長較快，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶。停滯期對于后續(xù)微生物功能的發(fā)揮是非常重要的。在實(shí)際應(yīng)用中活性污泥法的啟動初期會遇到這一階段。

　　第二階段：對數(shù)增殖期

　　本階段營養(yǎng)物質(zhì)過剩，F(xiàn)/M值大于2.2。微生物的生長特點(diǎn)是：代謝活性最強(qiáng)，組成微生物新細(xì)胞物質(zhì)最快，微生物以最大速率把有機(jī)物氧化和轉(zhuǎn)換成細(xì)胞物質(zhì)。在這種情況下，活性污泥有很高的能量水平，特別表現(xiàn)在其活性很強(qiáng)，吸附有機(jī)物能力強(qiáng)，速度快，另外也因能量水平高，導(dǎo)致活性污泥質(zhì)地松散，絮凝性能不佳。

　　第三階段：減速增殖期

　　在本階段由于營養(yǎng)物質(zhì)不斷消耗和新細(xì)胞的不斷合成，F(xiàn)/M值降低，培養(yǎng)液中的有機(jī)物已被大量消耗，代謝產(chǎn)物積累過多，使得細(xì)胞的增殖速度逐漸減慢，活性污泥從對數(shù)增殖期過渡到減速增殖期，營養(yǎng)物質(zhì)減少，微生物能量水平降低，細(xì)菌開始結(jié)合在一起，活性污泥的絮凝體開始形成，活性開始減弱，凝聚、吸附和沉降性能都有所提升。在此階段，如果再添加有機(jī)物等營養(yǎng)物質(zhì)，并排出代謝物，則微生物又可以恢復(fù)到對數(shù)增殖期，大多數(shù)活性污泥處理廠是將曝氣池的運(yùn)行工況控制在減速增殖期。

　　第四階段：內(nèi)源呼吸期

　　經(jīng)過減速增殖期后，培養(yǎng)液中的有機(jī)物含量繼續(xù)下降，F(xiàn)/M值降到最低并保持一常數(shù)，微生物已不能從其周圍環(huán)境中獲取足夠的能夠滿足自身生理需要的營養(yǎng)，并開始分解代謝自身的細(xì)胞物質(zhì)，以維持生命活動，活性污泥微生物的增殖便進(jìn)入了內(nèi)源呼吸期。在本期的初期，微生物雖然仍在增殖，但其速率遠(yuǎn)低于自身氧化的消耗，活性污泥減少，在本期中，營養(yǎng)物質(zhì)幾乎消耗殆盡，能量水平極低，絮凝體形成速率提高，這時細(xì)菌凝聚性能最強(qiáng)，細(xì)菌處于“饑餓狀態(tài)”，吸附有機(jī)物能力顯著，游離的細(xì)菌被棲息在活性污泥菌膠團(tuán)表面上的原生動物所捕食，使處理水的水質(zhì)顯著澄清。

　　2、活性污泥增長曲線的應(yīng)用

　　營養(yǎng)物或有機(jī)物與微生物比值(即F/M值)的高低影響微生物的代謝，當(dāng)F/M值高時，營養(yǎng)物質(zhì)相對過剩，微生物繁殖快，活力很強(qiáng)，處理污水的能力高，例如在對數(shù)增殖期就是這種狀況。但是，由于微生物活性高，細(xì)胞之間存在的電斥力大于范德華引力，導(dǎo)致微生物的絮凝和沉淀效果差，出水中所含的有機(jī)物含量高，因此，在污水的生物處理中，為了取得比較穩(wěn)定和高效的有機(jī)物處理效果，一般不選用處于對數(shù)期的工況條件，而常采用處于減速增殖期或內(nèi)源呼吸期的工況條件。F/M值的高低影響微生物的增殖過程，影響微生物的絮凝和沉降性能，同時也影響溶解氧的消耗速度，是非常重要的活性污泥法工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行指標(biāo)。

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