污水的生物处理省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）第四章第四章 污水生物处理（一）污水生物处理（一）第1页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）教学要求 掌握活性污泥法基本原理及其反应机理；了解活性污泥法主要概念与指标参数：如活性污泥、剩下污泥、MLSS、MLVSS、SV、SVI、c、容积负荷、污泥产率等；了解活性污泥反应动力学基础及其应用；掌握活性污泥工艺技术或运行方式；掌握曝气理论；熟练掌握活性污泥系统计算与设计。第2页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）活性污泥法基本原理原理流程第3页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）活性污泥特征与微生物形态 在显微镜下呈不规则椭圆状，在水中呈“絮状”。颜色 正常呈黄褐色，但会随进水颜色、曝气程度而变（如发黑为曝气不足，发黄为曝气过分）。理化性质 =1.0021.006，含水率99%，直径大小0.020.2mm，表面积20100cm2/ml，pH值约6.7，有较强缓冲能力。其固相组分主要为有机物，约占7585%。过分）。第4页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）生物特征含有一定沉降性能和生物活性。组成 由微生物群体Ma，微生物残体Me，难降解有机物Mi，无机物Mii四部分组成。第5页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）活性污泥特征与微生物组成细菌：以异养型原核生物细菌：以异养型原核生物(细细菌菌)为主，数量为主，数量107108个个/ml，自养菌数量略低。其优势菌，自养菌数量略低。其优势菌种：产碱杆菌属等，它是降解种：产碱杆菌属等，它是降解污染物质主体，含有分解有机污染物质主体，含有分解有机物能力。物能力。真真菌菌：由由细细小小腐腐生生或或寄寄生生菌菌组组成成，具具分分解解碳碳水水化化合合物物，脂脂肪肪、蛋蛋白白质质功功效效，但但丝丝状状菌菌大大量量增增殖殖会会引引发发污污泥泥膨膨胀。胀。第6页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）原生动物：肉足虫，鞭毛虫和纤毛虫原生动物：肉足虫，鞭毛虫和纤毛虫3类、捕食游离细菌。类、捕食游离细菌。其出现次序反应了处理水质好坏（这里好坏是指有机物去除），其出现次序反应了处理水质好坏（这里好坏是指有机物去除），最初是肉足虫，继之鞭毛虫和游泳型纤毛虫；当处理水质良好最初是肉足虫，继之鞭毛虫和游泳型纤毛虫；当处理水质良好时出现固着型纤毛虫，如钟虫、等枝虫、独缩虫、聚缩虫、盖时出现固着型纤毛虫，如钟虫、等枝虫、独缩虫、聚缩虫、盖纤虫等。纤虫等。后生动物后生动物(主要指轮虫），捕食菌胶团和原生动物，是水质主要指轮虫），捕食菌胶团和原生动物，是水质稳定标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处理稳定标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处理质量。质量。第7页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）微生物增殖与活性污泥增加第8页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）第9页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）第10页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）活性污泥净化反应机理早期吸附去除早期吸附去除 污水与活性污泥接触污水与活性污泥接触510min，污水中大部分，污水中大部分有机物有机物(70%以上以上BOD，75%以上以上COD)快速被去快速被去除。此时去除并非降解，而是被污泥吸附，粘着除。此时去除并非降解，而是被污泥吸附，粘着在生物絮体表面，这种由物理吸附和生物吸附交在生物絮体表面，这种由物理吸附和生物吸附交织在一起早期高速去除现象叫早期吸附。织在一起早期高速去除现象叫早期吸附。第11页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）微生物代射微生物代射 被吸附有机物粘附在絮体表面，与微生物细胞接触，在渗被吸附有机物粘附在絮体表面，与微生物细胞接触，在渗透膜作用下，进入细胞体内，并在酶作用下要不被降解，要不透膜作用下，进入细胞体内，并在酶作用下要不被降解，要不被同化成细胞本身。被同化成细胞本身。第12页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）活性污泥净化反应影响原因与主要设计、运行参数 影响原因第13页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）微生物量指标微生物量指标 混合液悬浮固体浓度（混合液悬浮固体浓度（MLSS），其），其由由Ma+Me+Mi+Mii组成组成混合液挥发固体浓度（混合液挥发固体浓度（MLVSS），由），由MLVSS=Ma+Me+Mi组成组成设计指标与运行参数 MLVSS/MLSS在在0.70左右，过高过低能反应其好氧程左右，过高过低能反应其好氧程度，但不一样工艺有所差异。如吸附再生工艺度，但不一样工艺有所差异。如吸附再生工艺0.70.75，而而A/O工艺工艺0.670.70。第14页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）活性污泥沉降性能及其评定指标活性污泥沉降性能及其评定指标：污泥沉降比污泥沉降比SV（%）：混合液在量筒内静置）：混合液在量筒内静置30mm后后所形成沉淀污泥容积占原混合液容积百分比。所形成沉淀污泥容积占原混合液容积百分比。污泥容积指数污泥容积指数SVI：SVI=SV/MLSS。对于生活污水处。对于生活污水处理厂，普通介于理厂，普通介于70100之间。当之间。当SVI值过低时，说明值过低时，说明絮体细小，无机质含量高，缺乏活性；反之污泥沉降絮体细小，无机质含量高，缺乏活性；反之污泥沉降性能不好。性能不好。第15页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）泥龄（泥龄（Sludge age）Qc 生生物物固固体体平平均均停停留留时时间间或或活活性性污污泥泥在在曝曝气气池池平平均均停停留留时时间间，即即曝曝气气池池内内活活性性污污泥泥总总量量与与每每日日排排放放污污泥泥量量之之比比，用用公公式表示：式表示：cVX/XVX/QwXr。式中：。式中：X为曝气池内每日增加活性污泥量，即要排放活性污泥量。为曝气池内每日增加活性污泥量，即要排放活性污泥量。Qw为排放剩下污泥体积。为排放剩下污泥体积。Xr为剩下污泥浓度。其与为剩下污泥浓度。其与SVI关系为关系为(Xr)max106/SVI第16页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）负荷负荷 BOD污泥负荷：污泥负荷：NsQSa/XV=F/M 指指单单位位重重量量活活性性污污泥泥在在单单位位时时间间内内降降解解到预定程度有机物量。到预定程度有机物量。BOD容积负荷：容积负荷：NvQSa/V 指指单单位位曝曝气气池池容容积积在在单单位位时时间间内内降降解解到到预定程度有机物量。预定程度有机物量。BOD污泥负荷和污泥负荷和BOD容积负荷关系式：容积负荷关系式：NvNsX。第17页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）污泥产率：污泥产率：污污水水中中有有机机污污染染物物降降解解带带来来微微生生物物增增殖殖与与活活性性污污泥泥增增加加，活活性性污污泥泥微微生生物物增增殖殖是是生生物物合合成成与与内内源源呼呼吸吸差差值值，即即 X=aSabX。式中式中X：活性污泥微生物净增殖量，：活性污泥微生物净增殖量，kg/d；Sr：在在活活性性污污泥泥微微生生物物作作用用下下，污污水水中中被被降降解解、去去除除 有机污染物量，有机污染物量，SrSaSe；Sa：进入曝气池污水含有有机污染物量，：进入曝气池污水含有有机污染物量，kgBOD/d。Se：经活性污泥处理后出水有机污染物量，：经活性污泥处理后出水有机污染物量，kgBOD/d。X：混合液活性污泥量，：混合液活性污泥量，kg。a、污泥产率（降解单位有机污染物污染量）。、污泥产率（降解单位有机污染物污染量）。b、微生物内源代谢自力氧化率。、微生物内源代谢自力氧化率。第18页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）因因为为细细胞胞合合成成与与内内源源代代谢谢同同时时进进行行，单单位位曝曝气气池池内内活活性性污污泥泥净增殖速度为：净增殖速度为：(dx/dt)g(dx/dt)s (dx/dt)e 式中式中 (dx/dt)g为净增殖速度；为净增殖速度；(dx/dt)s为合成速度；为合成速度；(dx/dt)e为微生物内源代谢速度。为微生物内源代谢速度。其中：其中：(dx/dt)s Y(dx/dt)u Y为产率系数，每代谢为产率系数，每代谢1kgBOD合成合成MLVSS量。量。(dx/dt)u为微生物对有机物降解速度。为微生物对有机物降解速度。其中：其中：(dx/dt)e Kd Xv Kd微生物本身氧化率微生物本身氧化率d-1，并称衰减系数；，并称衰减系数；Xv为为MLVSS含量。含量。第19页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）代入得：代入得：(dx/dt)g Y(dx/dt)uKd Xv X Y(SaSe)QKd VXv X为为日日污污泥泥排排放放量量；(SaSe)Q为为日日有有机机物物降降解解量量；Kd VXv 为为 池内总池内总MLVSS量。量。等式两边除以等式两边除以VXv得得X/VXv=Y(SaSe)Q/VXv Kd 因因为为 X/VXv=1/Qc；(SaSe)Q/VXv Ns（书书中中写成写成NrS）1/Qc Y Ns Kd 第20页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）有机污染物降解与需氧有机污染物降解与需氧 微生物对有机污染物降解包含微生物对有机污染物降解包含1/3直接氧化分解，直接氧化分解，2/380%需合成后再内源呼吸降解，故其需氧量为：需合成后再内源呼吸降解，故其需氧量为：O2aQSabVXv 式中：式中：a为微生物每代谢为微生物每代谢1kgBOD所需要氧量。所需要氧量。b为每为每kg活性污染本身氧化所需要氧量。活性污染本身氧化所需要氧量。两边同除以两边同除以VXv 得得 O2/VXv=a Ns b 两边同除以两边同除以QSa 得得 O2/QSa ab1/Ns 第21页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）活性污泥反应动力学基础莫诺特莫诺特(Monod)方程式方程式微生物生长速度和底物浓度间关系式：微生物生长速度和底物浓度间关系式：=maxS/Ks+S 式中：式中：为微生物比增加速度，即单位生物量增加速度为微生物比增加速度，即单位生物量增加速度.max为微生物最大比增加速度；为微生物最大比增加速度；Ks：饱和常数，为底物浓度，故又称半速度常数。：饱和常数，为底物浓度，故又称半速度常数。S：底物浓度。：底物浓度。第22页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）当底物过量存在时，微生物生长不受底物限制。处于对数增长久，速度达到最大值,为一常数。SKs、Ks+SS =umax。此时反应速度和底物浓度无关，呈零级反应，即n=0。当底物浓度较小时，微生物生长受到限制，处于静止增长久，微生物增长速度与底物浓度成正比。SKs、Ks+SKs =maxS/Ks=K.S 此时，S，与底物浓度或正，呈一级反应。随着底物浓度逐步增加，微生物增长速度和底物浓度呈=maxS/Ks+S，即不成正比关系，此时0n1呈混合反应区生化反应。第23页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）monod方方程程结结论论使使米米一一门门方方程程式式引引入入了了废废水水工工程程理理论论中中。详详细推导以下：细推导以下：Ydx/ds=(dx/dt)/(ds/dt)=r/q=(r/x)/(q/x)=/V。式中：式中：dx为微生物增加量；为微生物增加量；dx/dt为微生物增加速率（即为微生物增加速率（即r）；）；r/x，即微生物比增加速度；，即微生物比增加速度；ds为底物消耗量；为底物消耗量；q ds/dt，为底物降解速度；，为底物降解速度；v q/x，为底物比降解速度。，为底物比降解速度。Y.V；maxY.Vmax；带入带入=maxS/Ks+S 得：得：VVmaxS/Ks+S V(ds/dt)/X，ds/dt=VmaxSX/Ks+S第24页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）劳伦斯劳伦斯麦卡蒂麦卡蒂(LawrenceMc Carty)方程式方程式第第1方程方程dx/dt=Y(ds/dt)u-KdXa；1/Qc=YqKd第第2方程方程VVmaxS/(Ks+S)有机质降解速率等于其被微生物利用速率，即有机质降解速率等于其被微生物利用速率，即V=q,Vmax=qmax(ds/dt)u=VmaxSXa/(Ks+S)方程应用方程应用p 确立处理水有机底物浓度（确立处理水有机底物浓度（Se）与生物固体平均停留时）与生物固体平均停留时间（间（Qc）之间）之间 关系关系对完全混合式对完全混合式 SeKs(1/Qc+Kd)/Y(Sa-Se)-(1/Qc+Kd)对推流式对推流式1/Qc=YVmax(Sa-Se)/(Sa-Se)+KsSa/SeKd欲提升处理效果，降低欲提升处理效果，降低SeSe值，就必须适当提升值，就必须适当提升QcQc。第25页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）确立微生物浓度（确立微生物浓度（X）与）与Qc间关系间关系对完全混合式对完全混合式 XQcY(Sa-Se)/t(1+KdQc)对推流式对推流式 XQcY(Sa-Se)/t(1+KdQc)说明反应器内微生物浓度说明反应器内微生物浓度(X)是是Qc函数。函数。说明反应器内微说明反应器内微生物浓度生物浓度(X)(X)是是QcQc函数函数确立了污泥回流比确立了污泥回流比(R)与与Qc关系。关系。1/Qc=Q1+R-R(Xr/Xa)/V 式中：式中：Xr为回流污泥浓度为回流污泥浓度(Xr)max=106/SVI。总产率系数（总产率系数（Y）与表观产率系数（）与表观产率系数（Yobs）间关系间关系.YobsY/(1+KdQc)即实测污泥产率系数较理论总降低。即实测污泥产率系数较理论总降低。说明即实测说明即实测污泥产率系污泥产率系数较理论总数较理论总降低降低第26页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）活性污泥处理系统运行方式与曝气池工艺参数传统活性污泥法第27页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）阶段曝气活性污泥法第28页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）再生曝气活性污泥法第29页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）吸附再生曝气活性污泥法第30页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）AB法第31页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）SBR法第32页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）氧化沟第33页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）完全混合活性污泥法第34页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）多级活性污泥法第35页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）深水曝气活性污泥法第36页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）深井曝气活性污泥法第37页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）浅层曝气活性污泥法第38页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）曝气理论基础扩散过程基本规律双膜理论第39页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）两边同除以V：1.O2在气膜、液膜中进行分子扩在气膜、液膜中进行分子扩散，而在气相和液相主体中进散，而在气相和液相主体中进行对流扩散行对流扩散n传质阻力集中在双膜，但因传质阻力集中在双膜，但因O2是难溶气体，是难溶气体，氧转移决定性氧转移决定性 n阻力又集中在液膜内阻力又集中在液膜内nO2经过液膜转移速率是氧扩散经过液膜转移速率是氧扩散转移全过程控制速率转移全过程控制速率第40页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）二、氧转移影响原因二、氧转移影响原因1 污水水质污水水质（1）表面活性物质：修正系数=污水中KLa/清水中KLa（2）溶解盐类：修正系数=污水中CS/清水中CS第41页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）2温度温度（1）对KLa影响（2）对CS影响水温对氧转移有相反影响当1530时：水温低对氧转移有利，3035时：水温较高对氧转移有利。第42页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）4 氧分压氧分压修正系数=所在地域实际气压/1.013105依据亨利定律Cs=HP第43页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）三、氧转移系数与供气量计算三、氧转移系数与供气量计算 在稳定运行条件下，氧转移速度应等于活性污泥微生物需氧速度（Rr）在标准条件下，转移到曝气池混合液中总氧量（R0）：第44页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）解上二式得氧转移效率（氧利用率）：鼓风曝气装置供气量为：第45页污水的生物处理（一）污水的生物处理（一）活性污泥处理系统运行维护第46页