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　　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理、有機物生物降解的影響因素及工藝;

　　⑵掌握生物膜法的機理、影響因素及工藝;

　?、钦莆丈锩摰?、除磷的機理、影響因素及典型工藝;

　?、日莆諈捬跎锾幚淼臋C理、影響因素及典型工藝。

　　2、污泥處理、處置

　　⑴熟悉污泥的特性;

　　⑵掌握污泥處理技術(shù)和方法;

　　⑶了解污泥的最終處置方法。

　　3、流域水污染防治

　　⑴熟悉水體污染物的主要來源、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物并將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無機物，而且還能轉(zhuǎn)化某些有毒的有機物及無機物。

　　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)的有機物。好氧生物處理的進行需要有氧的供應(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大生命力和降解水中有機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用的處理方法，污泥除了要具有氧化和分解有機物的能力外，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物;被污泥絮體吸附的無機物。

　　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镆院醚跫毦鸀橹?，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。活性污泥中的細菌以異養(yǎng)型的原核細菌為主，對正常成熟的活性污泥，每毫升活性污泥中的細菌數(shù)大致在107~109個。細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菌占優(yōu)勢，要看污水中所含有機物的成分以及活性污泥法運行操作條件等因素

　　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菌?；钚晕勰嘀械脑鷦游镏饕腥庾阆x、鞭毛蟲和纖毛蟲三類。原生動物為單細胞生物，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)物或有機物與微生物比值(通常用F/M表示)所致，F(xiàn)/M值也是有機底物降解速率、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，微生物剛進入新的培養(yǎng)環(huán)境中，細胞中的酶系統(tǒng)開始對環(huán)境進行適應(yīng)。本階段微生物細胞的特點是：分裂遲緩、代謝活躍、一般數(shù)量不增加但細胞體積增長較快，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。微生物的生長特點是：代謝活性最強，組成微生物新細胞物質(zhì)最快，微生物以最大速率把有機物氧化和轉(zhuǎn)換成細胞物質(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，吸附有機物能力強，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)不斷消耗和新細胞的不斷合成，F(xiàn)/M值降低，培養(yǎng)液中的有機物已被大量消耗，代謝產(chǎn)物積累過多，使得細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胞物質(zhì)，以維持生命活動，活性污泥微生物的增殖便進入了內(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，這時細菌凝聚性能最強，細菌處于“饑餓狀態(tài)”，吸附有機物能力顯著，游離的細菌被棲息在活性污泥菌膠團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，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)計和運行指標(biāo)。