1、南京大學環境學院南京大學環境學院20122012年年9 9月月水污染控制工程水污染控制工程( (一一) ) Water pollution control engineering吳吳 軍軍 微污染水源飲用水預處理技術微污染水源飲用水預處理技術-2Polluted surface water pre-treatment for drinking water 第四章第四章 生物預處理技術生物預處理技術 4.1 生物預處理技術的特點生物預處理技術的特點 4.2 生物處理的原理及主要工藝計算方法生物處理的原理及主要工藝計算方法 4.3 穩態生物膜模型穩態生物膜模型 4.4 生物預處理技術生物預處理技術

2、4.1 生物預處理技術的特點生物預處理技術的特點 有效去除原水中可生物降解有機物有效去除原水中可生物降解有機物 通常分子量小于通常分子量小于1500的有機物是生物可降解的；的有機物是生物可降解的； 可有效控制消毒副產物的前驅物；可有效控制消毒副產物的前驅物； 控制飲用水在管網中的可生化性，防止微生物在管網中滋生；控制飲用水在管網中的可生化性，防止微生物在管網中滋生； 提高后續處理工藝的處理效率；提高后續處理工藝的處理效率； 使整個處理工藝出水更安全可靠使整個處理工藝出水更安全可靠 通常采用的生物活性炭深度處理工藝，由于生物膜脫落及生通常采用的生物活性炭深度處理工藝，由于生物膜脫落及生物絮體流出

3、，嚴重影響出水的微生物安全性，同時使致突變物絮體流出，嚴重影響出水的微生物安全性，同時使致突變活性升高；而生物預處理由于設置在常規處理工藝前面，在活性升高；而生物預處理由于設置在常規處理工藝前面，在發揮生物降解作用的同時，又可利用后續的混凝沉淀工藝去發揮生物降解作用的同時，又可利用后續的混凝沉淀工藝去除生物固體以及代謝產物，保證整個工藝出水的安全性；除生物固體以及代謝產物，保證整個工藝出水的安全性；4.2 生物處理原理及主要工藝計算方法生物處理原理及主要工藝計算方法污水生物處理工藝分類污水生物處理工藝分類生物處理法生物處理法天然生物處理天然生物處理人工生物處理人工生物處理生物穩定塘生物穩定塘土

4、地處理系統土地處理系統好氧生物處理好氧生物處理厭氧生物處理厭氧生物處理活性污泥法活性污泥法生物膜法生物膜法傳統厭氧消化傳統厭氧消化現代高速厭氧反應器現代高速厭氧反應器1 1、傳統活性污泥工藝、傳統活性污泥工藝3 3、氧化溝、氧化溝以生物法為主體的城市污水處理技術以生物法為主體的城市污水處理技術2 2、SBRSBR反應器反應器4 4、曝氣生物濾池、曝氣生物濾池5 5、水解好氧生物處理工藝、水解好氧生物處理工藝6 6、化學強化一級處理、化學強化一級處理總進水格柵總進水泵房水力篩沉砂池初沉池曝氣池二沉池總出水加氯消毒好氧剩余污泥污泥回流凈剩余污泥集池泥濃縮池污泥脫水機房泥餅外運鼓風機污水管路污泥管路

5、上清、濾出液管路空氣管路一一) 傳統活性污泥生物處理工藝傳統活性污泥生物處理工藝典型的污水處理流程1 1、活性污泥的基本性質、活性污泥的基本性質 物理性能：物理性能：“菌膠團菌膠團”、“生物絮凝體生物絮凝體”： 顏色：褐色、（土）黃色、鐵紅色；顏色：褐色、（土）黃色、鐵紅色； 氣味：泥土味（城市污水）；氣味：泥土味（城市污水）； 比重：略大于比重：略大于1，（，（1.002 1.006）；）； 粒徑：粒徑：0.02 0.2 mm； 比表面積：比表面積：20 100cm2/ml。 生化性能：生化性能： 1) 活性污泥的含水率：活性污泥的含水率：99.2 99.8%； 2)固體物質的組成：固體物質

6、的組成： 活細胞（活細胞（Ma）、微生物內源代謝的殘留物（）、微生物內源代謝的殘留物（Me）、吸附）、吸附的原廢水中難于生物降解的有機物（的原廢水中難于生物降解的有機物（Mi）、無機物質（）、無機物質（Mii）。）。2 2、活性污泥中的微生物、活性污泥中的微生物 活性污泥中的微生物：活性污泥中的微生物： 細菌：是活性污泥凈化功能最活躍的成分，細菌：是活性污泥凈化功能最活躍的成分， 主要菌種有：動膠桿菌屬、假單胞菌屬、微球菌屬、黃主要菌種有：動膠桿菌屬、假單胞菌屬、微球菌屬、黃桿菌屬、芽胞桿菌屬、產堿桿菌屬、無色桿菌屬等；桿菌屬、芽胞桿菌屬、產堿桿菌屬、無色桿菌屬等； 基本特征：基本特征： 1)

7、 1) 絕大多數都是好氧或兼性化能異養型原核細菌；絕大多數都是好氧或兼性化能異養型原核細菌； 2) 2) 在好氧條件下，具有很強的分解有機物的功能；在好氧條件下，具有很強的分解有機物的功能； 3) 3) 具有較高的增殖速率，世代時間僅為具有較高的增殖速率，世代時間僅為2020 3030分鐘；分鐘； 4) 4) 其中的動膠桿菌具有將大量細菌結合成為其中的動膠桿菌具有將大量細菌結合成為“菌膠團菌膠團”的功能。的功能。 其它微生物其它微生物-原生動物、后生動物原生動物、后生動物-在活性在活性污泥中大約為污泥中大約為103103個個/ /mlml3 3、活性污泥性能指標、活性污泥性能指標(1)(1)生

8、物量指標生物量指標 混合液懸浮固體濃度（混合液懸浮固體濃度（MLSS）（）（Mixed Liquor Suspended Solids）：）： MLSS = Ma + Me + Mi + Mii 單位：單位： mg/l g/m3 混合液揮發性懸浮固體濃度（混合液揮發性懸浮固體濃度（MLVSS）（）（Mixed Liquor Volatile Suspended Solids）：）： MLVSS = Ma + Me + Mi； 在條件一定時，在條件一定時，MLVSS/MLSS是較穩定的，對城市污水，一般是是較穩定的，對城市污水，一般是0.750.85 污泥沉降比（污泥沉降比（SV）（）（Slud

9、ge Volume）：）： 是指將曝氣池中的混合液在量筒中靜置是指將曝氣池中的混合液在量筒中靜置30分鐘，其沉淀污泥分鐘，其沉淀污泥與原混合液的體積比，一般以與原混合液的體積比，一般以%表示；表示； 能相對地反映污泥數量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以能相對地反映污泥數量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及時發現早期的污泥膨脹；控制排泥量和及時發現早期的污泥膨脹； 正常數值為正常數值為20 30%。 污泥體積指數（污泥體積指數（SVI）（）（Sludge Volume Index）：）： 曝氣池出口處混合液經曝氣池出口處混合液經30分鐘靜沉后，分鐘靜沉后，1g干污泥所形成的污干污泥所

10、形成的污泥體積，泥體積， 單位是單位是 ml/g。 能更準確地評價污泥的凝聚性能和沉降性能，其值過低，說能更準確地評價污泥的凝聚性能和沉降性能，其值過低，說明泥粒小，密實，無機成分多；其值過高，說明其沉降性能明泥粒小，密實，無機成分多；其值過高，說明其沉降性能不好，將要或已經發生膨脹現象；不好，將要或已經發生膨脹現象； 城市污水的城市污水的SVI一般為一般為50 150 ml/g；3 3、活性污泥性能指標、活性污泥性能指標(2)(2)沉降性能指標沉降性能指標4 4、活性污泥增殖規律、活性污泥增殖規律(1)(1)對數增殖對數增殖減速增殖減速增殖內源呼吸內源呼吸氧利用速率曲線氧利用速率曲線微生物增

11、殖曲線微生物增殖曲線BOD降解曲線降解曲線時間時間Xa0 適應期：適應期： 是活性污泥微生物對于新的環境條件、污水中有機物是活性污泥微生物對于新的環境條件、污水中有機物污染物的種類等的一個短暫的適應過程；經過適應期污染物的種類等的一個短暫的適應過程；經過適應期后，微生物從數量上可能沒有增殖，但發生了一些質后，微生物從數量上可能沒有增殖，但發生了一些質的變化：的變化： a.菌體體積有所增大；菌體體積有所增大； b.酶系統也已做了相應調整；酶系統也已做了相應調整； c.產生了一些適應新環境的變異；等等。產生了一些適應新環境的變異；等等。BOD5、COD等各項等各項污染指標可能并無較大變化。污染指標

12、可能并無較大變化。4 4、活性污泥增殖規律、活性污泥增殖規律(2)(2) 對數增長期：對數增長期： F/M值高值高( 2.2)，所以有機底物非常豐富，營養物質不，所以有機底物非常豐富，營養物質不是微生物增殖的控制因素；是微生物增殖的控制因素； 微生物的增長速率與基質濃度無關，呈零級反應，它微生物的增長速率與基質濃度無關，呈零級反應，它僅由微生物本身所特有的最小世代時間所控制，即只僅由微生物本身所特有的最小世代時間所控制，即只受微生物自身的生理機能的限制；受微生物自身的生理機能的限制； 微生物以最高速率對有機物進行攝取，也以最高速率微生物以最高速率對有機物進行攝取，也以最高速率增殖，而合成新細胞

13、；增殖，而合成新細胞； 此時的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物此時的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活動能力很強，導致污泥質地松散，不能形成較好的活動能力很強，導致污泥質地松散，不能形成較好的絮凝體，污泥的沉淀性能不佳；絮凝體，污泥的沉淀性能不佳； 活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；一般不采用此活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；一般不采用此階段作為運行工況，但也有采用的，如高負荷活性污階段作為運行工況，但也有采用的，如高負荷活性污泥法。泥法。4 4、活性污泥增殖規律、活性污泥增殖規律(3)(3) 減速增長期：減速增長期： F/M值下降到一定水平后，有機底物的濃度成為微生值下降到

14、一定水平后，有機底物的濃度成為微生物增殖的控制因素；物增殖的控制因素； 微生物的增殖速率與殘存的有機底物呈正比，為一級微生物的增殖速率與殘存的有機底物呈正比，為一級反應；反應； 有機底物的降解速率也開始下降；微生物的增殖速率有機底物的降解速率也開始下降；微生物的增殖速率在逐漸下降，直至在本期的最后階段下降為零，但微在逐漸下降，直至在本期的最后階段下降為零，但微生物的量還在增長；生物的量還在增長； 活性污泥的能量水平已下降，絮凝體開始形成，活性活性污泥的能量水平已下降，絮凝體開始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均較好；污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均較好； 由于殘存的有機物濃度較低，出水水質

15、有較大改善，由于殘存的有機物濃度較低，出水水質有較大改善，并且整個系統運行穩定；一般來說，大多數活性污泥并且整個系統運行穩定；一般來說，大多數活性污泥處理廠是將曝氣池的運行工況控制在這一范圍內的。處理廠是將曝氣池的運行工況控制在這一范圍內的。4 4、活性污泥增殖規律、活性污泥增殖規律(4)(4) 內源呼吸期：內源呼吸期： 內源呼吸的速率在本期之初首次超過了合成速率，因內源呼吸的速率在本期之初首次超過了合成速率，因此從整體上來說，活性污泥的量在減少，最終所有的此從整體上來說，活性污泥的量在減少，最終所有的活細胞將消亡，而僅殘留下內源呼吸的殘留物，而這活細胞將消亡，而僅殘留下內源呼吸的殘留物，而這

16、些物質多是難于降解的細胞壁等；些物質多是難于降解的細胞壁等； 污泥的無機化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較污泥的無機化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較差；差； 有機物基本消耗殆盡，處理水質良好；一般不用這一有機物基本消耗殆盡，處理水質良好；一般不用這一階段作為運行工況，但也有采用，如階段作為運行工況，但也有采用，如延時曝氣法延時曝氣法。4 4、活性污泥增殖規律、活性污泥增殖規律(4)(4) 活性污泥的增殖狀況，主要是由活性污泥的增殖狀況，主要是由F/M值所控制；值所控制； 處于不同增值期的活性污泥，其性能不同，出水水質處于不同增值期的活性污泥，其性能不同，出水水質也不同；也不同； 通過調整

17、通過調整F/M值，可以調控曝氣池的運行工況，達到值，可以調控曝氣池的運行工況，達到不同的出水水質和不同性質的活性污泥；不同的出水水質和不同性質的活性污泥； 活性污泥法的運行方式不同，其在增值曲線上所處位活性污泥法的運行方式不同，其在增值曲線上所處位置也不同。置也不同。5 5、活性污泥增殖規律的應用、活性污泥增殖規律的應用6 6、有機物降解與微生物增殖：、有機物降解與微生物增殖：7 7、有機物降解與需氧量：、有機物降解與需氧量：8 8、活性污泥凈化廢水的實際過程：、活性污泥凈化廢水的實際過程：9 9、活性污泥法基本工藝參數、活性污泥法基本工藝參數1010、曝氣池類型和構造、曝氣池類型和構造111

18、1、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(1)(1)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(2)(2)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(3)(3)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(4)(4)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(5)(5)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(6)(6)1111、 活性污泥法的反應動力學原理活性污泥法的反應

19、動力學原理泥齡與微生物泥齡與微生物比增長速率的關系比增長速率的關系1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(7)(7)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(8)(8)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(9)(9)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(10)(10)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(11)(11)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力

20、學原理及其應用(12)(12)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(13)(13)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(14)(14)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(15)(15)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(16)(16)1111、 活性污泥法的反應動力學原理及其應用活性污泥法的反應動力學原理及其應用(17)(17)項項 目目單單 位位參數值參數值BOD5污泥負荷污泥負荷LsKgBOD5/kgMLSSd0

21、.10.2污泥濃度污泥濃度(MLSS) X(MLSS) Xg/L2.54.5污泥齡污泥齡CCd1020污泥產率系數污泥產率系數Y YKgVSS/kgBOD50.30.6需氧量需氧量O2O2KgO2/kgBOD51.11.8水力停留時間水力停留時間HRTHRTh714其中厭氧其中厭氧12h 缺氧缺氧0.53h污泥回流比污泥回流比 R R%20100混合液回流比混合液回流比 RiRi%200總處理效率總處理效率%8595(BOD5)%5075(TP)%5580(TN)表表6.6.20 厭氧厭氧/缺氧缺氧/好氧法（好氧法（AAO法，又稱法，又稱A2O法）法）生物脫氮除磷的主要設計參數生物脫氮除磷的主

22、要設計參數二）二）SBR工藝及發展工藝及發展進水曝氣沉淀排水排泥去除碳源的典型的去除碳源的典型的SBR運行程序運行程序1 1、經典、經典SBRSBR反應器的工作周期反應器的工作周期（一）經典（一）經典SBRSBR工藝工藝2 2、SBRSBR工藝的潷水器工藝的潷水器經典經典SBR反應器的優點可以歸納如下：反應器的優點可以歸納如下：1) 沉淀效果好；沉淀效果好；2) 可以防止污泥膨脹；可以防止污泥膨脹；3) 反應效率高，特別對難降解有機物降解性能好；反應效率高，特別對難降解有機物降解性能好；4) 可以除磷脫氮等等?？梢猿酌摰鹊?。5) 工藝簡單，可省去二沉池，不需污泥回流；工藝簡單，可省去二沉池

23、，不需污泥回流；3 3、經典、經典SBRSBR反應器的優點反應器的優點1) 完全混合，時間推流反應器；完全混合，時間推流反應器；2) 理想靜態沉淀；理想靜態沉淀；3) 生物選擇器原理；生物選擇器原理；4) 微生物環境的多樣性；微生物環境的多樣性；5) 調節池、曝氣池和沉淀池一體化的結構特點；調節池、曝氣池和沉淀池一體化的結構特點；歸納起來為：歸納起來為：流態優勢；流態優勢；生態優勢；生態優勢；結構優勢；結構優勢；4 4、SBRSBR反應器的理論分析反應器的理論分析不同學者對不同學者對SBRSBR的不同看法的不同看法名名稱稱S SB BR R 的的特特點點可可能能的的原原因因A Ar ro or

24、 ra a 抗抗沖沖擊擊負負荷荷能能力力強強 提提高高曝曝氣氣系系統統的的氧氧的的轉轉移移效效率率 工工藝藝簡簡單單，運運轉轉費費用用低低 變變容容積積進進水水 反反應應初初期期氧氧的的推推動動力力大大 S SB BR R 反反應應器器本本身身特特點點I Ir rv vi in ne e 可可以以抑抑制制絲絲狀狀菌菌的的生生長長 可可以以高高效效處處理理難難降降解解廢廢水水 S SB BR R 系系統統中中微微生生物物的的活活性性高高 除除磷磷脫脫氮氮效效果果好好，無無需需投投放放化化學學藥藥品品 有有 機機 物物 濃濃 度度 變變 化化 對對 微微 生生 物物 有有 選選擇擇性性，厭厭氧氧狀

25、狀態態可可抑抑制制絲絲狀狀菌菌生生長長 微微生生物物的的 R RN NA A 含含量量高高 運運行行方方式式容容易易改改變變彭彭永永臻臻 工工藝藝簡簡單單，運運轉轉費費用用低低 可可以以防防止止污污泥泥膨膨脹脹 抗抗沖沖擊擊負負荷荷能能力力強強 省省去去了了二二沉沉池池，無無需需污污泥泥回回流流 底底物物濃濃度度梯梯度度大大，厭厭氧氧缺缺氧氧狀狀態態并并存存 流流態態與與連連續續式式不不同同劉劉永永凇凇 對對活活性性污污泥泥膨膨脹脹有有抑抑制制作作用用 對對沖沖擊擊負負荷荷有有抵抵抗抗能能力力 厭厭氧氧好好氧氧狀狀態態的的交交替替出出現現 微微生生物物對對環環境境條條件件變變化化的的適適應應張

26、張志志仁仁 出出水水水水質質好好 對對沖沖擊擊負負荷荷適適應應性性強強 污污泥泥沉沉降降性性能能好好 污污泥泥處處理理系系統統簡簡便便 投投資資和和占占地地小小 能能耗耗低低 操操作作管管理理和和維維修修簡簡單單 沉沉淀淀性性能能好好，可可以以脫脫氮氮 流流量量變變化化可可通通過過周周期期調調節節來來適適應應 存存在在有有機機物物的的濃濃度度梯梯度度 污污泥泥令令長長可可穩穩定定化化 減減少少初初沉沉、二二沉沉池池和和污污泥泥消消化化等等 氧氧的的推推動動力力大大，氧氧利利用用率率高高 自自動動化化程程度度高高同時，經典的同時，經典的SBR的缺點也要客觀認識：的缺點也要客觀認識：1) 因為間歇

27、反應器的緣故，單一因為間歇反應器的緣故，單一SBR反應器應用時反應器應用時需要較大的調節池；需要較大的調節池；2) 多個多個SBR反應器進水和排水的閥門自動切換頻繁；反應器進水和排水的閥門自動切換頻繁；3)無法解決大型污水處理項目連續進水、連續出水無法解決大型污水處理項目連續進水、連續出水的處理要求。的處理要求。4)設備的閑置率較高設備的閑置率較高5)污水提升水頭損失較大。污水提升水頭損失較大。 正是以上一系列問題的存在推動了改良正是以上一系列問題的存在推動了改良SBR技術的研技術的研發。發。5 5、SBRSBR工藝缺點分析工藝缺點分析1 1、 經典經典SBRSBR反應器反應器進水曝氣沉淀排水

28、排泥進水進水進水預反應區主反應區沉淀(停曝)排水出水(停曝、排泥)曝氣潷水器2 2 、ICEASICEAS工藝工藝（二）（二）SBRSBR工藝的發展工藝的發展a) 沉淀特性不同；沉淀特性不同；b) 由于連續進水損失理想推流性能和污泥膨脹的控制功由于連續進水損失理想推流性能和污泥膨脹的控制功能；能；c) 連續進水便于較大型污水處理廠；連續進水便于較大型污水處理廠；d) 由于池長過長水平流速會過大，這也使得由于池長過長水平流速會過大，這也使得ICEAS工藝工藝的單池無法進一步擴大；的單池無法進一步擴大；e) ICEAS工藝的運行周期比較短。工藝的運行周期比較短。3 3、ICEASICEAS工藝與經

29、典工藝與經典SBRSBR工藝的對比工藝的對比CASS工藝是工藝是Goronszy教授在教授在ICEAS的基礎上開發出來的的基礎上開發出來的(1) 生物選擇器生物選擇器 (2) 缺氧區缺氧區 (3) 好氧區好氧區 (4) 回流污泥和剩余污泥回流污泥和剩余污泥 (5) 潷水器潷水器圖圖5-45-4循環式活性污泥法工藝循環式活性污泥法工藝(CASS)(CASS)的組成的組成4 4、CASSCASS工藝工藝1) 增加了污泥回流；增加了污泥回流； 2) 加大了預反應區的體積；加大了預反應區的體積；3) 增加了兼氧區。增加了兼氧區。通過以上三個措施，通過以上三個措施，CASS反應器強化了以下的功能：反應器

30、強化了以下的功能：1) 加速對溶解性底物的去除和對難降解有機物的水解作用；加速對溶解性底物的去除和對難降解有機物的水解作用；2) 加大兼氧區強化污泥中磷在厭氧條件下得到有效的釋放；加大兼氧區強化污泥中磷在厭氧條件下得到有效的釋放；3) 選擇器和兼氧區中還可發生比較顯著的反硝化作用；選擇器和兼氧區中還可發生比較顯著的反硝化作用；4) 采用多池串聯運行，使廢水在反應器的流動呈現出整體推流而采用多池串聯運行，使廢水在反應器的流動呈現出整體推流而在不同區域內為完全混合的復雜流態，保證了處理效果；在不同區域內為完全混合的復雜流態，保證了處理效果；5) 改善污泥的沉降性能，防止污泥膨脹問題的發生。改善污泥

31、的沉降性能，防止污泥膨脹問題的發生。5 5、CASSCASS工藝與工藝與ICEASICEAS工藝的對比工藝的對比UNITANK系統是系統是90年代初，比利時年代初，比利時SEGHERS公司提出公司提出一種一種SBR的變型工藝。的變型工藝。圖圖5-5 UNITANK5-5 UNITANK工藝圖工藝圖6 6、 UNITANKUNITANK系統系統1)標準的標準的UNITANK系統是由三個正方形池所組成，三個系統是由三個正方形池所組成，三個池子之間構成了一個級串的形式，彌補了單個反應器完池子之間構成了一個級串的形式，彌補了單個反應器完全混合的缺點；全混合的缺點；2)UNITANK系統在恒定水位下連續

32、運行，出水采用固定系統在恒定水位下連續運行，出水采用固定堰而不是潷水器。堰而不是潷水器。3)從整個系統來看，它已經不屬于從整個系統來看，它已經不屬于SBR了，與交替運轉了，與交替運轉的三溝氧化溝非常相似，更接近于傳統的活性污泥法。的三溝氧化溝非常相似，更接近于傳統的活性污泥法。這是這是UNITANK工藝最為顯著的一個特點；工藝最為顯著的一個特點；7 7、 UNITANKUNITANK系統的原理和特點系統的原理和特點與三溝氧化溝的情況相類似，與三溝氧化溝的情況相類似，UNITANK工藝中三池的作用也工藝中三池的作用也是不均等的，存在邊池子污泥濃度高的情況：是不均等的，存在邊池子污泥濃度高的情況：

33、1995 年年1996 年年邊溝邊溝中溝中溝邊溝邊溝邊溝邊溝中溝中溝邊溝邊溝MLSS(g/L)8.34.38.87.13.39.3SV(%)37.417.245.241.915.843.7SVI(mL/g)4540485948478 8、 UNITANKUNITANK系統的缺點系統的缺點UNITANK發明人在離開發明人在離開SEGHERS公司之后，提出新的公司之后，提出新的變型工藝變型工藝-LUCAS工藝工藝圖圖5-6 5-6 采用四個正方形反應器和四個圓形反應的采用四個正方形反應器和四個圓形反應的LUCASLUCAS工藝工藝9 9、 UNITANKUNITANK工藝的改進工藝的改進-LUCA

34、S-LUCAS工藝工藝1010、不同類型、不同類型SBRSBR工藝特點的比較工藝特點的比較1111、UNITANKUNITANK工藝工程實例工藝工程實例(1)(1)南京城北污水處理廠，排水體制為截流合流制；南京城北污水處理廠，排水體制為截流合流制；設計規模：旱季設計規模：旱季30萬萬 m3/d，雨季，雨季60萬萬 m3/d；主要技術經濟指標：主要技術經濟指標：污水處理廠工程投資污水處理廠工程投資3.49億元，噸水投資億元，噸水投資1162 元元/m3；占地占地0.44 元元/m3；經營成本：經營成本：0.63 元元/m3 ；1212、UNITANKUNITANK工藝工程實例工藝工程實例(2)(

35、2)技術特點：技術特點：1) 采用全封閉的處理構筑物形式，臭氣有組織收集后采用采用全封閉的處理構筑物形式，臭氣有組織收集后采用化學除臭集中處理；化學除臭集中處理；2) 污水處理工藝采用一體化活性污泥法；污水處理工藝采用一體化活性污泥法；設計進、出水水質設計進、出水水質1313、UNITANKUNITANK工藝工程實例工藝工程實例(3)(3)曝氣沉淀池主要設計參數：曝氣沉淀池主要設計參數：1 1、氧化溝的定義、氧化溝的定義3) 氧化溝結構采用環形溝渠型式，混合液在氧化溝曝氣器氧化溝結構采用環形溝渠型式，混合液在氧化溝曝氣器的推動下作循環水平流動的推動下作循環水平流動(平均流速平均流速0.3m/s

36、)；4 ) 氧 化 溝 采 用 延 時 曝 氣氧 化 溝 采 用 延 時 曝 氣 ( 污 泥 負 荷 在污 泥 負 荷 在 0 . 0 5 0.10kgBOD5/kgMLSS.d之間之間)，不需初沉池和污泥消化池；，不需初沉池和污泥消化池；1) 氧化溝屬于活性污泥處理工藝的一種變形工藝氧化溝屬于活性污泥處理工藝的一種變形工藝;2) 氧化溝采用轉刷等強制循環、曝氣設備；氧化溝采用轉刷等強制循環、曝氣設備；5) 污泥負荷和污泥齡的選取，要考慮污水硝化和污泥穩定污泥負荷和污泥齡的選取，要考慮污水硝化和污泥穩定化兩個因素，一般污泥齡為化兩個因素，一般污泥齡為1030d。三三) 氧化溝工藝氧化溝工藝氧化

37、溝工藝在發展過程中已形成很多獨有的優點和特氧化溝工藝在發展過程中已形成很多獨有的優點和特點。點。1) 氧化溝構造形式多樣；氧化溝構造形式多樣；2) 氧化溝曝氣設備的多樣性；氧化溝曝氣設備的多樣性；3) 曝氣強度可調節；曝氣強度可調節；4)簡化了預處理、二沉池和污泥處理單元；簡化了預處理、二沉池和污泥處理單元；2 2、氧化溝的特點、氧化溝的特點3 3、氧化溝的類型、氧化溝的類型1) 傳統轉刷曝氣氧化溝；傳統轉刷曝氣氧化溝；2) 三溝式氧化溝；三溝式氧化溝；3) 卡魯塞爾氧化溝；卡魯塞爾氧化溝；4) 奧貝爾氧化溝；奧貝爾氧化溝；5) 一體化氧化溝；一體化氧化溝；4 4、氧化溝的命名、氧化溝的命名1

38、)根據采用的特殊曝氣設備命名，例如將采用立式表曝根據采用的特殊曝氣設備命名，例如將采用立式表曝機曝氣的氧化溝，命名為表曝氧化溝，將采用射流曝氣機曝氣的氧化溝，命名為表曝氧化溝，將采用射流曝氣的氧化溝命名為射流曝氣氧化溝等。的氧化溝命名為射流曝氣氧化溝等。2)根據氧化溝的運行方式和氧化溝的主要特點方式命名，根據氧化溝的運行方式和氧化溝的主要特點方式命名，例如將目前的雙溝氧化溝和三溝式氧化溝命名為交替例如將目前的雙溝氧化溝和三溝式氧化溝命名為交替(工作工作)式氧化溝，將沉淀設備在氧化溝內的氧化溝命名式氧化溝，將沉淀設備在氧化溝內的氧化溝命名為一體化氧化溝等。為一體化氧化溝等。3) 在引進項目上可以

39、直接采用原名，如奧貝爾氧化溝、在引進項目上可以直接采用原名，如奧貝爾氧化溝、卡魯塞爾氧化溝等等。在我們應用時雖然采用同樣的工卡魯塞爾氧化溝等等。在我們應用時雖然采用同樣的工作原理，但在已有注冊商標的情況下不要采用同樣的名作原理，但在已有注冊商標的情況下不要采用同樣的名稱。稱。1) 1) 卡魯塞爾氧化溝卡魯塞爾氧化溝圖圖6-1 6-1 采用立式表曝機的卡魯塞爾氧化溝采用立式表曝機的卡魯塞爾氧化溝 (英國英國ASH Vale 污水處理廠污水處理廠)5 5、不同類型的氧化溝、不同類型的氧化溝2) 交替工作式氧化溝交替工作式氧化溝圖圖6-2 OTV-Gruger6-2 OTV-Gruger的三溝式氧化

40、溝的三溝式氧化溝(Faabborg(Faabborg污水處理廠污水處理廠) )3) Orbal氧化溝氧化溝型型6-3 Orbal6-3 Orbal型氧化溝型氧化溝4) 一體化氧化溝一體化氧化溝圖圖6-4 Simon-Hartley6-4 Simon-Hartley船型氧化溝船型氧化溝 1) 循環曝氣裝置循環曝氣裝置轉刷或轉盤曝氣器轉刷或轉盤曝氣器 立式表面曝氣器立式表面曝氣器射流曝氣器射流曝氣器導管式曝氣機導管式曝氣機混合曝氣系統混合曝氣系統6 6、氧化溝的裝置、氧化溝的裝置a) 水平軸曝氣轉刷或轉盤水平軸曝氣轉刷或轉盤圖圖6-7 6-7 曝氣轉刷設備曝氣轉刷設備(OTV-Gruger(OTV

41、-Gruger產品產品) ) b) 水平軸曝氣轉盤水平軸曝氣轉盤曝氣轉盤設備曝氣轉盤設備(美國美國US Filter產品產品) c) 立式低速表曝機立式低速表曝機圖圖6-8 6-8 荷蘭荷蘭DHVDHV公司表曝機公司表曝機2) 進、出水裝置進、出水裝置圖圖6-9 6-9 三溝式氧化溝可調式出水堰三溝式氧化溝可調式出水堰3) 導流和混合裝置導流和混合裝置圖圖6-10 潛水攪拌機潛水攪拌機圖圖6-11 水下推進器水下推進器4) 4) 附屬構筑物附屬構筑物如如: :二沉池、刮泥機、污泥回流泵房等，與傳統活性污二沉池、刮泥機、污泥回流泵房等，與傳統活性污泥工藝相同。泥工藝相同。7 7、全面認識氧化溝處

42、理技術、全面認識氧化溝處理技術1)要考慮污染物的去除目的：對于不同的污染物的去除，要考慮污染物的去除目的：對于不同的污染物的去除，設計參數和方法是不同的；設計參數和方法是不同的；2)氧化溝最重要的特點之一是專用的曝氣設備，不僅僅氧化溝最重要的特點之一是專用的曝氣設備，不僅僅要求掌握其充氧能力，更重要的是全面了解和掌握氧化要求掌握其充氧能力，更重要的是全面了解和掌握氧化溝的水力學特性；溝的水力學特性；3) 由于曝氣設備的水力學特性掌握不夠，常常導致設計由于曝氣設備的水力學特性掌握不夠，常常導致設計沒有達到預期效果。沒有達到預期效果。8 8、設計、研究和生產廠家應加強基礎研究、設計、研究和生產廠家

43、應加強基礎研究1) 氧化溝技術發展與高效曝氣設備的發展是密切相關的。氧化溝技術發展與高效曝氣設備的發展是密切相關的。國內外的實踐證明，往往新的曝氣設備開發和應用，意國內外的實踐證明，往往新的曝氣設備開發和應用，意味著一種新的氧化溝工藝的誕生；味著一種新的氧化溝工藝的誕生；2) 大多數氧化溝工藝與其擁有的專利和設備是密切相關。大多數氧化溝工藝與其擁有的專利和設備是密切相關。并且與各廠商的注冊商標相聯系。如卡魯塞爾并且與各廠商的注冊商標相聯系。如卡魯塞爾(CarrouselR)、奧貝爾、奧貝爾(Orbal)和三溝式氧化溝等等，都和三溝式氧化溝等等，都有各自的一些特色。有各自的一些特色。9、奧貝爾、

44、奧貝爾(Obal)氧化溝實例氧化溝實例(1)1) Obal氧化溝技術特點氧化溝技術特點 ： 三個同心橢圓溝道，采用水平軸轉碟曝氣機，不三個同心橢圓溝道，采用水平軸轉碟曝氣機，不僅有較高的充氧能力和動力效率，還有很強的整流僅有較高的充氧能力和動力效率，還有很強的整流和推流能力，有效水深可達到和推流能力，有效水深可達到4米以上，減少占地米以上，減少占地面積。工藝參數范圍較寬，可根據需要設計成普通面積。工藝參數范圍較寬，可根據需要設計成普通曝氣、延時曝氣和污泥穩定的模式。曝氣、延時曝氣和污泥穩定的模式。9、奧貝爾、奧貝爾(Obal)氧化溝實例氧化溝實例(2)2) Obal氧化溝主要技術參數氧化溝主要

45、技術參數 ：9、奧貝爾、奧貝爾(Obal)氧化溝實例氧化溝實例(3)3) 工程實例工程實例-山東某市污水處理廠山東某市污水處理廠工程規模：工程規模：40000m3/d9、奧貝爾、奧貝爾(Obal)氧化溝實例氧化溝實例(4)4) 主要設計參數主要設計參數9、奧貝爾、奧貝爾(Obal)氧化溝實例氧化溝實例(5)5) 主要技術經濟指標主要技術經濟指標1 1、 曝氣生物濾池工藝的優點曝氣生物濾池工藝的優點a) 負荷高，出水水質好：容積負荷在負荷高，出水水質好：容積負荷在6.0kgBOD/m3.d的負荷下，保持出水的負荷下，保持出水COD在在20mg/L，出水可以達到硝，出水可以達到硝化，出水達到或接近

46、生活雜用水水標準；化，出水達到或接近生活雜用水水標準；b)占地面積少：曝氣生物濾池的占地只是常規二級生占地面積少：曝氣生物濾池的占地只是常規二級生化處理的化處理的1/5-1/10；c)耐沖擊負荷；耐沖擊負荷；d)投資?。和顿Y?。築AF系統總水力停留時間短，所需基建投系統總水力停留時間短，所需基建投資少，同時該工藝出水水質高。資少，同時該工藝出水水質高。四四)曝氣生物濾池工藝曝氣生物濾池工藝1) 生物活性高生物活性高(污泥齡短污泥齡短)；2) 傳質條件好；傳質條件好；3) 充氧效率高；充氧效率高；4) 有絲狀菌存在；有絲狀菌存在；5) 有較高的生物膜濃度。有較高的生物膜濃度。2 2、 曝氣生物濾

47、池工藝的特點曝氣生物濾池工藝的特點3 3、曝氣生物濾池的工藝組成、曝氣生物濾池的工藝組成圖圖7-1 生物曝氣濾池生物曝氣濾池(BAF)的構造的構造陶粒(生物填料層)卵石(承托層)空氣管反沖氣管(反沖洗系統)濾頭(布水系統)污水(布水系統)沖洗水(反沖洗系統)沖洗水泵反沖洗廢水曝氣生物濾池主體可分為布水系統、布氣系統、承托層、曝氣生物濾池主體可分為布水系統、布氣系統、承托層、生物填料層、反沖洗等五個部分。生物填料層、反沖洗等五個部分。4 4、 曝氣生物濾床曝氣生物濾床1) 曝氣生物濾池的流向曝氣生物濾池的流向生物填料卵石空氣管反沖氣管濾頭污水出水(沖洗水)反沖洗廢水生物填料卵石空氣管反沖氣管污水

48、出水(沖洗水)反沖洗廢水生物填料空氣管污水(反沖洗水)出水濾頭(a) 采用濾頭的下向流濾池采用濾頭的下向流濾池圖圖7-3 升流式和下向流方式的曝氣生物濾池工藝升流式和下向流方式的曝氣生物濾池工藝5 5、 曝氣生物濾池的運行方式曝氣生物濾池的運行方式(b) 不采用濾頭的下向流濾池不采用濾頭的下向流濾池(c) 上向流的曝氣生物濾池上向流的曝氣生物濾池生物填料空氣管反沖氣管污水出水反沖洗廢水出水二次接觸沉淀池圖圖7-4 帶回流的升流式曝氣生物濾池工藝帶回流的升流式曝氣生物濾池工藝2) 曝氣生物濾床與豎流沉淀池串聯曝氣生物濾床與豎流沉淀池串聯3) 曝氣生物濾床的串聯運行曝氣生物濾床的串聯運行反沖洗氣反

49、沖洗水曝氣反沖洗氣反沖洗水曝氣出水回流水3反沖洗水(b) BIOPUR工藝(第一級采用波紋板填料、第二級采用陶粒陶粒)4.2 穩態生物膜模型穩態生物膜模型 概念和假設概念和假設 穩態生物膜的定義是生物膜量不隨時間變化即沒有穩態生物膜的定義是生物膜量不隨時間變化即沒有凈增長也沒有凈死亡。是將微生物對基質的利用與凈增長也沒有凈死亡。是將微生物對基質的利用與生物膜生長相結合的數學模型；生物膜生長相結合的數學模型； 假設假設1：理想生物膜假設，即認為生物膜具有相同：理想生物膜假設，即認為生物膜具有相同的生物密度和相同的生物膜厚度；的生物密度和相同的生物膜厚度； 假設假設2：生物膜內僅有沿生物膜垂直方向

50、有基質濃：生物膜內僅有沿生物膜垂直方向有基質濃度的變化；度的變化； 假設假設3：微生物生長只有一種基質是限制性基質，：微生物生長只有一種基質是限制性基質，其他基質成份均能滿足微生物正常生長需要；其他基質成份均能滿足微生物正常生長需要；u穩態生物膜模型示意圖及三種特征基質濃度曲線穩態生物膜模型示意圖及三種特征基質濃度曲線u生物膜內任意一點基質利用速率生物膜內任意一點基質利用速率u生物膜內任意一點基質傳質速率生物膜內任意一點基質傳質速率u生物膜內關于基質濃度的常微分方程生物膜內關于基質濃度的常微分方程u使用有效擴散層表示從液相到生物膜表面的阻力使用有效擴散層表示從液相到生物膜表面的阻力 假設傳質的

51、全部阻力集中在有效擴散層假設傳質的全部阻力集中在有效擴散層L中：中：u微分單元內微生物的凈增長量微分單元內微生物的凈增長量u穩態生物膜厚度穩態生物膜厚度u最小基質濃度計算最小基質濃度計算通過穩態模型求最小基質濃度，當溶液中基質濃度小于此值不會有通過穩態模型求最小基質濃度，當溶液中基質濃度小于此值不會有基質通量和穩態生物膜存在?；|通量和穩態生物膜存在。無量綱變量轉化無量綱變量轉化u無量綱轉化的結果及薄生物膜最小基質濃度無量綱轉化的結果及薄生物膜最小基質濃度u厚生物膜厚度厚生物膜厚度4.3 生物預處理技術生物預處理技術 生物濾池生物濾池 生物接觸氧化生物接觸氧化 生物轉盤生物轉盤 生物流化床生物

52、流化床 土地滲濾系統土地滲濾系統u生物濾池對有機物的去除生物濾池對有機物的去除u生物濾池對氨氮的降解生物濾池對氨氮的降解u生物接觸氧化生物接觸氧化p著名的東深供水工程是著名的東深供水工程是19651965年在周恩來總理的關懷下，年在周恩來總理的關懷下，由中央人民政府投資興建的，主要目的是解決香港長期由中央人民政府投資興建的，主要目的是解決香港長期缺水問題的重要政治及民生工程缺水問題的重要政治及民生工程u東深供水工程深圳水庫東深供水工程深圳水庫u東深供水工程采用接觸氧化生物預處理工藝東深供水工程采用接觸氧化生物預處理工藝u主要工藝參數（主要工藝參數（1/2）u主要工藝參數（主要工藝參數（2/2）

53、u運行效果（運行效果（1/3）u運行效果（運行效果（2/3）u運行效果（運行效果（3/3）u生物轉盤生物轉盤生物轉盤工藝示意圖生物轉盤工藝示意圖u生物流化床原理圖生物流化床原理圖u生物流化床處理效果生物流化床處理效果u土地處理系統示意土地處理系統示意u土地處理系統效果土地處理系統效果生物預處理影響因素生物預處理影響因素u停留時間停留時間？1010分鐘達到最大比降解速率分鐘達到最大比降解速率u溫度溫度溫度越高，達到最大比降解速率的時間越短；溫度越高，達到最大比降解速率的時間越短；停留時間停留時間15-2015-20分鐘以后，溫度對比降解速率影響較小；分鐘以后，溫度對比降解速率影響較??；upHpH

54、pH在在7-8.57-8.5的中性條件下的中性條件下TOCTOC的比降解速率最高；的比降解速率最高；uDO溶解氧溶解氧DODO濃度越高，去除效率越高；濃度越高，去除效率越高；u水力負荷水力負荷水力負荷變化對去除率影響不明顯；水力負荷變化對去除率影響不明顯；第五章第五章 生物接觸氧化工藝生物接觸氧化工藝5.1 三種生物接觸氧化方式的比較研究三種生物接觸氧化方式的比較研究5.2 穩態非穩態生物接觸氧化處理法穩態非穩態生物接觸氧化處理法5.3 接觸氧化生物反應器處理效果的影響因素接觸氧化生物反應器處理效果的影響因素5.1 三種生物接觸氧化方式的比較研究三種生物接觸氧化方式的比較研究p 淹沒式曝氣生物

55、濾池；淹沒式曝氣生物濾池；p中心導流筒曝氣循環式接觸氧化池；中心導流筒曝氣循環式接觸氧化池；p直接微孔曝氣接觸氧化池；直接微孔曝氣接觸氧化池；u淹沒式曝氣生物濾池淹沒式曝氣生物濾池u中心導流筒曝氣接觸氧化池中心導流筒曝氣接觸氧化池u微孔曝氣接觸氧化池微孔曝氣接觸氧化池u清水充氧試驗結果與討論清水充氧試驗結果與討論u啟動掛膜比較啟動掛膜比較u常規指標處理效果常規指標處理效果u特殊指標處理效果特殊指標處理效果u對藻類去除機理對藻類去除機理生物膜越厚，對藻類的附著能力越大；生物膜越厚，對藻類的附著能力越大；表面積越大，附著藻類的量越大；表面積越大，附著藻類的量越大；u藻類的去除效果藻類的去除效果u生

56、物膜特性研究生物膜特性研究 生物膜厚度是由液體擾動情況和溶液基質濃度處理的；生物膜厚度是由液體擾動情況和溶液基質濃度處理的； 要區分膜的總厚度和活性厚度；厚度在要區分膜的總厚度和活性厚度；厚度在0.07-4mm之間之間 厚生物膜并不比薄生物膜的降解速率快，原因是膜當厚生物膜并不比薄生物膜的降解速率快，原因是膜當中的擴散阻力妨礙了降解速率的提高；中的擴散阻力妨礙了降解速率的提高； 基質降解速率達到最大的生物膜厚度為活性厚度，對基質降解速率達到最大的生物膜厚度為活性厚度，對應的生物量為活性生物膜；應的生物量為活性生物膜；u生物膜厚度生物膜厚度u生物相生物相u主要生物群落主要生物群落u生物池內生物相

57、分布生物池內生物相分布u生物群落的形成及負面影響生物群落的形成及負面影響通常認為在污水好氧處理生物膜體系中，復雜的生物相和較長的食通常認為在污水好氧處理生物膜體系中，復雜的生物相和較長的食物鏈構成的動態平衡生態系統，有利于處理系統的穩定運行和凈化物鏈構成的動態平衡生態系統，有利于處理系統的穩定運行和凈化效果的提高；效果的提高；但對于貧營養的原水生物預處理體系，附著性微型動物與構成生物但對于貧營養的原水生物預處理體系，附著性微型動物與構成生物膜主體的微生物有明顯的競爭關系，它們不僅減少了生物膜的有效膜主體的微生物有明顯的競爭關系，它們不僅減少了生物膜的有效接觸面積，同時會造成生物膜大面積脫落，因

58、此應采取有效措施抑接觸面積，同時會造成生物膜大面積脫落，因此應采取有效措施抑制附著性微型動物的蔓延；制附著性微型動物的蔓延；u優勢菌種優勢菌種u生物量分布規律生物量分布規律生物量測定方法：生物量測定方法：1 1）彈性立體填料采用先洗脫再過濾烘干的方法，分別測定總懸?。椥粤Ⅲw填料采用先洗脫再過濾烘干的方法，分別測定總懸浮固體（固體（TSSTSS）和揮發性懸浮固體（）和揮發性懸浮固體（VSSVSS）；）；2 2）陶粒填料直接烘干測定生物量）陶粒填料直接烘干測定生物量TSSTSS和和VSSVSSI I型生物池生物量分布規律型生物池生物量分布規律I I型生物池不同濾床深度水質變化情況型生物池不同濾床

59、深度水質變化情況IIII、IIIIII型生物池生物量分布規律型生物池生物量分布規律IIII、IIIIII型生物池串聯單元對氨氮去除效果型生物池串聯單元對氨氮去除效果u生物膜活性評價生物膜活性評價生物膜量和生物活性決定生物接觸氧化法的凈化效率；生物膜量和生物活性決定生物接觸氧化法的凈化效率；利用耗氧速率和脫氫酶活性來評價生物膜活性；利用耗氧速率和脫氫酶活性來評價生物膜活性；影響生物膜活性的因素很多：影響生物膜活性的因素很多：微生物生長動力學因素：基質負荷、微生物生長動力學因素：基質負荷、DODO、pHpH、溫度；、溫度；環境流體動力學因素：流態；環境流體動力學因素：流態；基質傳質動力學因素：傳質

60、阻力；基質傳質動力學因素：傳質阻力；生物處理工藝研究的的任務之一，就是創造適宜的條件，提高生物生物處理工藝研究的的任務之一，就是創造適宜的條件，提高生物活性。通過生物膜活性的研究，有利于從本質上闡明各種生物處理活性。通過生物膜活性的研究，有利于從本質上闡明各種生物處理方式在水源水處理中的各自特點，指導工藝選擇或工藝流程的改進，方式在水源水處理中的各自特點，指導工藝選擇或工藝流程的改進，為工程的合理設計、建成后的運行管理，提供必要的理論依據。為工程的合理設計、建成后的運行管理，提供必要的理論依據。u生物膜耗氧速率的比較生物膜耗氧速率的比較反映流態對生物膜活性的影響反映流態對生物膜活性的影響u脫氫