PAGEPAGE4《水處理工程》第二篇廢水生物處理的原理與工藝主要參考書目：1）《水處理工程》，第一版，顧夏聲等，清華大學(xué)出版社，19852)《現(xiàn)代廢水生物處理新技術(shù)》，錢易等，中國科技出版社，19933）《排水工程》，第三版，張自杰等，中國建筑工業(yè)出版社，19964）《水污染治理工程》，黃銘榮、胡紀(jì)萃，高教出版社，19955）《廢水生物處理數(shù)學(xué)模型》，第二版，顧夏聲，清華大學(xué)出版社，19956）《水處理微生物學(xué)》，第三版，顧夏聲等，中國建筑工業(yè)出版社，1998第一章廢水生物處理概述第一節(jié)廢水生物處理簡介一、廢水生物處理的目的和重要性1、廢水生物處理的目的廢水生物處理的主要目的有以下3點：①絮凝和去除廢水中不可自然沉淀的膠體狀固體物；②穩(wěn)定和去除廢水中的有機物；③去除營養(yǎng)元素氮和磷。2、廢水生物處理的重要性①城市污水中約有60%以上的有機物只有用生物法去除才最經(jīng)濟；②廢水中氮的去除一般來說只有依靠生物法；③目前世界上已建成的城市污水處理廠有90%以上是生物處理法；④大多數(shù)工業(yè)廢水處理廠也是以生物法為主體的。二、微生物在廢水生物處理中的作用微生物在廢水生物處理中主要有三個作用：①去除溶解性有機物（以COD或BOD5表示）（將其轉(zhuǎn)化成CO2和H2O），去除其它溶解性無機營養(yǎng)元素如N（最終轉(zhuǎn)化為N2氣）、P（轉(zhuǎn)化為富含磷的剩余污泥從水中分離出來）等；②絮凝沉淀和降解膠體狀固體物（某些難降解顆粒或膠體狀有機物，可以通過微生物產(chǎn)生的胞外多聚物等具有絮凝效果的物質(zhì)發(fā)生沉淀，與剩余污泥一同被排出系統(tǒng)；或通過吸附較長期地滯留在系統(tǒng)內(nèi)而被緩慢降解）；③穩(wěn)定有機物（某些有毒有害難降解有機物可以被微生物初步分解或部分降解，而減輕毒性作用或得到部分穩(wěn)定，或最終被完全轉(zhuǎn)化為無機物而得到穩(wěn)定）。三、微生物代謝過程簡介1、廢水生物處理過程中微生物代謝過程示意圖有機物有機物微生物新的細胞物質(zhì)CO2、H2O生物殘渣內(nèi)源呼吸分解合成2、微生物代謝的基本要素①能源：化學(xué)能，或光能——化能營養(yǎng)型、光能營養(yǎng)型；②碳源：有機碳，或無機碳——異養(yǎng)型、自養(yǎng)型；③無機營養(yǎng)元素——又分為宏量元素，如：N、P、S、K、Ca、Mg等，在處理工業(yè)廢水時，N、P元素與所需要去除的有機污染物之間的營養(yǎng)平衡問題有時會很關(guān)鍵，必要時就需要在進行中投加一定量的N、P；以及微量元素，如Fe、Co、Ni、Mo等，微量元素對于某些特殊的細菌如產(chǎn)甲烷細菌等的生長十分重要，因此在設(shè)計和運行厭氧生物反應(yīng)器時，應(yīng)給予足夠的重視，否則會出現(xiàn)所謂的“微量元素缺乏癥”；④特殊有機營養(yǎng)物（也稱生長因子，如維生素、生物素等）：對于某些特殊細菌，某些特殊的維生素對其生長的影響會很大，因此，在必要時應(yīng)考慮補充。3、廢水生物處理中涉及的微生物代謝過程主要有：①化能異養(yǎng)型代謝：在廢水生物處理中最主要的代謝形式，主要用于對廢水中有機物的去除，包括主要的好氧細菌和厭氧細菌；②化能自養(yǎng)型代謝：也是廢水生物處理中常見的一種代謝形式，主要包括硝化細菌（將氨氮氧化為亞硝酸鹽，或進一步氧化為硝酸鹽）、氫細菌（對其的應(yīng)用還處在研究階段）、鐵細菌等；③光合異養(yǎng)型代謝：利用光合細菌以高濃度有機廢水為基質(zhì)生產(chǎn)菌體蛋白；④光合自養(yǎng)型代謝：在廢水生物處理中少有應(yīng)用。四、廢水生物處理中的微生物1、細菌：主要包括真細菌(eubacteria)和古細菌(archaebacteria)；是廢水生物處理工程中最主要的微生物；根據(jù)需氧情況不同：好氧細菌、兼性細菌和厭氧細菌；根據(jù)能源碳源利用情況的不同：光合細菌——光能自養(yǎng)菌、光能異養(yǎng)菌；非光合細菌——化能自養(yǎng)菌、化能異養(yǎng)菌；根據(jù)生長溫度的不同：低溫菌(10oC~15oC)、中溫菌(15oC~45oC)和高溫菌(>45oC)2、真菌：真菌的三個主要特點：①能在低溫和低pH值的條件生長；②在生長過程中對氮的要求較低（是一般細菌的1/2）；③能降解纖維素。真菌在廢水處理中的應(yīng)用：①處理某些特殊工業(yè)廢水；②固體廢棄物的堆肥處理3、原生動物、后生動物：原生動物主要以細菌為食；其種屬和數(shù)量隨處理出水的水質(zhì)而變化，可作為指示生物。后生動物以原生動物為食；也可作為指示生物。第二節(jié)生物處理工藝在廢水處理中的地位一、有機污染物在廢水中的存在形式及其主要去除方法1、顆粒狀有機物(>1m)：可以采用機械沉淀法進行去除的顆粒物；2、膠體狀有機物(1nm~100nm)：不能采用機械沉淀法進行去除的較小的有機顆粒物；3、溶解性有機物(<1nm)：以分散的分子狀態(tài)存在于水中的有機物4、生物法處理的主要對象：廢水中呈膠體狀和溶解狀態(tài)的有機物；廢水中溶解狀態(tài)的營養(yǎng)元素N和P。二、廢水處理程度的分級廢水處理程度的分級：一級處理——預(yù)處理或前處理；二級處理——生物處理；三級處理——深度處理1、一級處理：去除效果：EBOD30%,ESS50%；主要功能：①去除顆粒狀有機物，減輕后續(xù)生物處理的負擔(dān)；②調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)、水溫等，有利于后續(xù)的生物處理。主要方法：物化法，如：沉砂、沉淀、氣浮、除油、中和、調(diào)節(jié)、加熱或冷卻等2、二級處理：去除效果：EBOD8590%，ESS90%；主要功能：大量去除膠體狀和溶解狀有機物，保證出水達標(biāo)排放；主要方法：各種形式的生物處理工藝3、三級處理：主要目的：①去除二級處理出水中殘存的SS、有機物，或脫色、殺菌，②脫氮、除磷——防止水體富營養(yǎng)化；方法：主要方法：①物化法——超濾、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；②生物法——生物法脫氮除磷，等早期，在國內(nèi)還將脫氮除磷作為深度處理看待，認為在我國水環(huán)境中主要的污染物還只是有機物，對氮、磷引起的污染的嚴重性還認識不足；但近年來，隨著國內(nèi)多個大型湖泊富營養(yǎng)化問題和近海海域赤潮現(xiàn)象的日益增多，對于控制廢水中的氮、磷的排放逐漸有了新的認識，因此，在新的排放標(biāo)準(zhǔn)中，也將氮、磷指標(biāo)列入，并且在很多新建污水廠的設(shè)計和運行上對于氮、磷的控制都有了明確要求，因此生物脫氮除磷已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎壧幚淼姆懂牐辉僮鳛槿壧幚韥硪罅恕Ｈ⑽覈h(huán)境中有機物污染的嚴重狀況1、我國水環(huán)境污染現(xiàn)狀=1\*GB3①廢水排放量巨大；=2\*GB3②我國水環(huán)境中量大面廣的污染物是有機物；=3\*GB3③N、P的污染也日益嚴重2、水環(huán)境中有機污染的主要來源=1\*GB3①生活污水：COD=400~500mg/l，BOD5=200300mg/l；=2\*GB3②工業(yè)廢水：主要有石油化工、輕工、食品等行業(yè)，如：啤酒廢水：820m3廢水/m3酒，COD=20003500mg/l；酒精廢水：1215m3廢水/m3酒，COD=36萬mg/l；味精廢水：2535m3廢水/噸味精，COD=610萬mg/l；造紙黑液：120600m3廢水/噸紙漿，COD=1015萬mg/l；等等四、我國城市污水處理概況1、現(xiàn)狀：處理率低下；2、發(fā)展趨勢：全國范圍內(nèi)大量的城市污水廠正在建設(shè)之中，各種先進工藝在國內(nèi)均有應(yīng)用。第三節(jié)廢水生物處理工藝的分類一、人工強化廢水處理系統(tǒng)主要包括好氧生物處理工藝和厭氧生物處理工藝，將是本課程重點介紹內(nèi)容。二、天然廢水生物處理系統(tǒng)主要包括生物穩(wěn)定塘系統(tǒng)和土地處理系統(tǒng)，其中生物穩(wěn)定塘系統(tǒng)是在河流自凈功能的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；而土地處理系統(tǒng)則是在污水的土地灌溉技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。生物處理法生物處理法天然生物處理人工生物處理生物穩(wěn)定塘土地處理系統(tǒng)好氧生物處理厭氧生物處理活性污泥法生物膜法傳統(tǒng)厭氧消化現(xiàn)代高速厭氧反應(yīng)器

第二章廢水生物處理基本原理第一節(jié)廢水好氧生物處理原理一、好氧生物處理的基本生物過程所謂“好氧”：是指這類生物必須在有分子態(tài)氧氣（O2）的存在下，才能進行正常的生理生化反應(yīng)，主要包括大部分微生物、動物以及我們?nèi)祟悾凰^“厭氧”：是能在無分子態(tài)氧存在的條件下，能進行正常的生理生化反應(yīng)的生物，如厭氧細菌、酵母菌等。好氧生物處理過程的生化反應(yīng)方程式：①分解反應(yīng)（又稱氧化反應(yīng)、異化代謝、分解代謝）異氧微生物CHONS+O2 CO2+H2O+NH3+SO42-++能量（有機物的組成元素）②合成反應(yīng)（也稱合成代謝、同化作用）C、H、O、N、S+能量C5H7NO2③微生物內(nèi)源呼吸（也稱細胞物質(zhì)的自身氧化）微生物C5H7NO2+O2CO2+H2O+NH3+SO42-++能量在正常情況下，各類微生物細胞物質(zhì)的成分是相對穩(wěn)定的，一般可用下列實驗式來表示：細菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻類：C5H8NO2；原生動物：C7H14NO3分解與合成的相互關(guān)系：1）二者不可分，而是相互依賴的；a、分解過程為合成提供能量和前物，而合成則給分解提供物質(zhì)基礎(chǔ)；b、分解過程是一個產(chǎn)能過程，合成過程則是一個耗能過程。2)對有機物的去除，二者都有重要貢獻；3）合成量的大小，對后續(xù)污泥的處理有直接影響（污泥的處理費用一般可以占整個城市污水處理廠的4050%）。不同形式的有機物被生物降解的歷程也不同：一方面：結(jié)構(gòu)簡單、小分子、可溶性物質(zhì)，直接進入細胞壁；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大分子、膠體狀或顆粒狀的物質(zhì)，則首先被微生物吸附，隨后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有機物，再進入細胞內(nèi)。另一方面：有機物的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，其降解過程也會不同，如：糖類；脂類；蛋白質(zhì)二、影響好氧生物處理的主要因素=1\*GB3①溶解氧（DO）：約1~2mg/l；=2\*GB3②水溫：是重要因素之一，在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生化反應(yīng)的速率加快，增殖速率也加快；細胞的組成物如蛋白質(zhì)、核酸等對溫度很敏感，溫度突升或降并超過一定限度時，會有不可逆的破壞；最適宜溫度1530C；40C或10C后，會有不利影響。=3\*GB3③營養(yǎng)物質(zhì)：細胞組成中，C、H、O、N約占9097%；其余310%為無機元素，主要的是P；生活污水一般不需再投加營養(yǎng)物質(zhì)；而某些工業(yè)廢水則需要，一般對于好氧生物處理工藝，應(yīng)按BODNP=10051投加N和P；其它無機營養(yǎng)元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；=4\*GB3④pH值：一般好氧微生物的最適宜pH在6.58.5之間；pH4.5時，真菌將占優(yōu)勢，引起污泥膨脹；另一方面，微生物的活動也會影響混合液的pH值。=5\*GB3⑤有毒物質(zhì)（抑制物質(zhì)）：重金屬；氰化物；H2S；鹵族元素及其化合物；酚、醇、醛等；=6\*GB3⑥有機負荷率：污水中的有機物本來是微生物的食物，但太多時，也會不利于微生物；=7\*GB3⑦氧化還原電位：好氧細菌：+300400mV，至少要求大于+100mV；厭氧細菌：要求小于+100mV，對于嚴格厭氧細菌，則-100mV，甚至-300mV。第二節(jié)廢水厭氧生物處理原理廢水厭氧生物處理在早期又被稱為厭氧消化、厭氧發(fā)酵；是指在厭氧條件下由多種（厭氧或兼性）微生物的共同作用下，使有機物分解并產(chǎn)生CH4和CO2的過程。一、厭氧生物處理中的基本生物過程——階段性理論1、兩階段理論：20世紀(jì)30~60年代，被普遍接受的是“兩階段理論”圖1厭氧反應(yīng)的兩階段理論圖示圖1厭氧反應(yīng)的兩階段理論圖示內(nèi)源呼吸產(chǎn)物堿性發(fā)酵階段酸性發(fā)酵階段水解胞外酶胞內(nèi)酶產(chǎn)甲烷菌胞內(nèi)酶產(chǎn)酸菌不溶性有機物可溶性有機物細菌細胞脂肪酸、醇類、H2、CO2其它產(chǎn)物細菌細胞CO2、CH4第一階段：發(fā)酵階段，又稱產(chǎn)酸階段或酸性發(fā)酵階段；主要功能是水解和酸化，主要產(chǎn)物是脂肪酸、醇類、CO2和H2等；主要參與反應(yīng)的微生物統(tǒng)稱為發(fā)酵細菌或產(chǎn)酸細菌；這些微生物的特點是：1）生長速率快，2）對環(huán)境條件的適應(yīng)性（溫度、pH等）強。第二階段：產(chǎn)甲烷階段，又稱堿性發(fā)酵階段；是指產(chǎn)甲烷菌利用前一階段的產(chǎn)物，并將其轉(zhuǎn)化為CH4和CO2；主要參與反應(yīng)的微生物被統(tǒng)稱為產(chǎn)甲烷菌（Methaneproducingbacteria）；產(chǎn)甲烷細菌的主要特點是：1）生長速率慢，世代時間長；2）對環(huán)境條件（溫度、pH、抑制物等）非常敏感，要求苛刻。2、三階段理論對厭氧微生物學(xué)的深入研究后，發(fā)現(xiàn)將厭氧消化過程簡單地劃分為上述兩個過程，不能真實反映厭氧反應(yīng)過程的本質(zhì)；厭氧微生物學(xué)的研究表明，產(chǎn)甲烷菌是一類十分特別的古細菌（Archea），除了在分類學(xué)和其特殊的學(xué)報結(jié)構(gòu)外，其最主要的特點是：產(chǎn)甲烷細菌只能利用一些簡單有機物作為基質(zhì)，其中主要是一些簡單的一碳物質(zhì)如甲酸、甲醇、甲基胺類以及H2/CO2等，兩碳物質(zhì)中只有乙酸，而不能利用其它含兩碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇類；上世紀(jì)70年代，Bryant發(fā)現(xiàn)原來認為是一種被稱為“奧氏產(chǎn)甲烷菌”的細菌，實際上是由兩種細菌共同組成的，一種細菌首先把乙醇氧化為乙酸和H2（一種產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌），另一種細菌則利用H2和CO2產(chǎn)生CH4（一種真正意義上的產(chǎn)甲烷細菌——嗜氫產(chǎn)甲烷細菌）；因而，Bryant提出了厭氧消化過程的“三階段理論”：說明：1）I、II、III為三階段理論，I、II、III、說明：1）I、II、III為三階段理論，I、II、III、IV為四類群理論；2）所產(chǎn)生的細胞物質(zhì)未表示在圖中III發(fā)酵性細菌脂肪酸、醇類產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌II同型產(chǎn)乙酸菌IV有機物乙酸H2+CO2CH4I產(chǎn)甲烷菌圖2厭氧反應(yīng)的三階段理論和四類群理論水解、發(fā)酵階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉(zhuǎn)化為乙酸、H2/CO2；產(chǎn)甲烷階段：產(chǎn)甲烷菌利用乙酸和H2、CO2產(chǎn)生CH4；一般認為，在厭氧生物處理過程中約有70%的CH4產(chǎn)自乙酸的分解，其余的則產(chǎn)自H2和CO2。3、四階段理論（四菌群學(xué)說）：幾乎與Bryant提出“三階段理論”的同時，又有人提出了厭氧消化過程的“四菌群學(xué)說”：實際上，是在上述三階段理論的基礎(chǔ)上，增加了一類細菌——同型產(chǎn)乙酸菌，其主要功能是可以將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌產(chǎn)生的H2/CO2合成為乙酸。但研究表明，實際上這一部分由H2/CO2合成而來的乙酸的量較少，只占厭氧體系中總乙酸量的5%左右。總體來說，“三階段理論”、“四階段理論”是目前公認的對厭氧生物處理過程較全面和較準(zhǔn)確的描述。4、多階段理論但是，當(dāng)利用厭氧生物處理工藝處理含有復(fù)雜有機物的時候，在厭氧反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)會遠比上述“三階段理論”、“四階段理論”中所描述的反應(yīng)過程復(fù)雜，可以參見“厭氧復(fù)雜體系示意圖”。二、厭氧消化過程中的主要微生物主要介紹其中的發(fā)酵細菌（產(chǎn)酸細菌）、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌等。1、發(fā)酵細菌（產(chǎn)酸細菌）：發(fā)酵產(chǎn)酸細菌的主要功能有兩種：①水解——在胞外酶的作用下，將不溶性有機物水解成可溶性有機物；②酸化——將可溶性大分子有機物轉(zhuǎn)化為脂肪酸、醇類等；主要的發(fā)酵產(chǎn)酸細菌：梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙岐桿菌屬等；水解過程較緩慢，并受多種因素影響（pH、SRT、有機物種類等），有時回成為厭氧反應(yīng)的限速步驟；產(chǎn)酸反應(yīng)的速率較快；大多數(shù)是厭氧菌，也有大量是兼性厭氧菌；可以按功能來分：纖維素分解菌、半纖維素分解菌、淀粉分解菌、蛋白質(zhì)分解菌、脂肪分解菌等。2、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌的主要功能是將各種高級脂肪酸和醇類氧化分解為乙酸和H2；為產(chǎn)甲烷細菌提供合適的基質(zhì)，在厭氧系統(tǒng)中常常與產(chǎn)甲烷細菌處于共生互營關(guān)系。主要的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸反應(yīng)有：乙醇：丙酸：丁酸：注意：上述反應(yīng)只有在乙酸濃度很低、系統(tǒng)中氫分壓也很低時才能順利進行，因此產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸反應(yīng)的順利進行，常常需要后續(xù)產(chǎn)甲烷反應(yīng)能及時將其主要的兩種產(chǎn)物乙酸和H2消耗掉。主要的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌多為：互營單胞菌屬、互營桿菌屬、梭菌屬、暗桿菌屬等；多數(shù)是嚴格厭氧菌或兼性厭氧菌。3、產(chǎn)甲烷菌20世紀(jì)60年代Hungate開創(chuàng)了嚴格厭氧微生物培養(yǎng)技術(shù)之后，對產(chǎn)甲烷細菌的研究才得以廣泛進行；產(chǎn)甲烷細菌的主要功能是將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的產(chǎn)物——乙酸和H2/CO2轉(zhuǎn)化為CH4和CO2，使厭氧消化過程得以順利進行；主要可分為兩大類：乙酸營養(yǎng)型和H2營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌，或稱為嗜乙酸產(chǎn)甲烷細菌和嗜氫產(chǎn)甲烷細菌；一般來說，在自然界中乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌的種類較少，只有Methanosarcina（產(chǎn)甲烷八疊球菌）和Methanothrix（產(chǎn)甲烷絲狀菌），但這兩種產(chǎn)甲烷細菌在厭氧反應(yīng)器中居多，特別是后者，因為在厭氧反應(yīng)器中乙酸是主要的產(chǎn)甲烷基質(zhì)，一般來說有70%左右的甲烷是來自乙酸的氧化分解；典型的產(chǎn)甲烷反應(yīng)：=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥=7\*GB3⑦=8\*GB3⑧根據(jù)產(chǎn)甲烷菌的形態(tài)和生理生態(tài)特征，可將其分類如下：產(chǎn)甲烷桿菌目產(chǎn)甲烷桿菌目產(chǎn)甲烷桿菌科產(chǎn)甲烷球菌目產(chǎn)甲烷球菌科產(chǎn)甲烷微菌目產(chǎn)甲烷微菌科產(chǎn)甲烷八疊球菌科產(chǎn)甲烷桿菌屬產(chǎn)甲烷桿短菌屬甲酸產(chǎn)甲烷桿菌瘤胃產(chǎn)甲烷桿菌產(chǎn)甲烷球菌屬范氏產(chǎn)甲烷球菌產(chǎn)甲烷微菌屬產(chǎn)甲烷菌屬產(chǎn)甲烷螺菌屬產(chǎn)甲烷八疊球菌屬產(chǎn)甲烷絲菌屬運動產(chǎn)甲烷微菌黑海產(chǎn)甲烷微菌亨氏產(chǎn)甲烷螺菌巴氏產(chǎn)甲烷八疊球菌索氏產(chǎn)甲烷絲菌屬——最新的分類（Bergy’s細菌手冊第九版），共分為：三目、七科、十九屬、65種；產(chǎn)甲烷菌有各種不同的形態(tài)，常見的有：=1\*GB3①產(chǎn)甲烷桿菌；=2\*GB3②產(chǎn)甲烷球菌；=3\*GB3③產(chǎn)甲烷八疊球菌；=4\*GB3④產(chǎn)甲烷絲菌；等等。在生物分類學(xué)上，產(chǎn)甲烷菌（Methanogens）屬于古細菌（Archaebacteria），大小、外觀上與普通細菌（Eubacteria）相似，但實際上，其細胞成分特殊，特別是細胞壁的結(jié)構(gòu)較特殊；在自然界的分布，一般可以認為是棲息于一些極端環(huán)境中（如地?zé)崛⑸詈；鹕娇凇⒊练e物等），但實際上其分布極為廣泛，如污泥、瘤胃、昆蟲腸道、濕樹木、厭氧反應(yīng)器等；產(chǎn)甲烷菌都是嚴格厭氧細菌，要求氧化還原電位在-150-400mv，氧和氧化劑對其有很強的毒害作用；產(chǎn)甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代時間長，可達46天，因此，一般情況下產(chǎn)甲烷反應(yīng)是厭氧消化的限速步驟三、厭氧生物處理的影響因素產(chǎn)甲烷反應(yīng)是厭氧消化過程的控制階段，因此，一般來說，在討論厭氧生物處理的影響因素時主要討論影響產(chǎn)甲烷菌的各項因素；主要影響因素有：溫度、pH值、氧化還原電位、營養(yǎng)物質(zhì)、F/M比、有毒物質(zhì)等。1、溫度：溫度對厭氧微生物的影響尤為顯著；厭氧細菌可分為嗜熱菌（或高溫菌）、嗜溫菌（中溫菌）；相應(yīng)地，厭氧消化分為：高溫消化（55C左右）和中溫消化（35C左右）；高溫消化的反應(yīng)速率約為中溫消化的1.5~1.9倍，產(chǎn)氣率也較高，但氣體中甲烷含量較低；當(dāng)處理含有病原菌和寄生蟲卵的廢水或污泥時，高溫消化可取得較好的衛(wèi)生效果，消化后污泥的脫水性能也較好；隨著新型厭氧反應(yīng)器的開發(fā)研究和應(yīng)用，溫度對厭氧消化的影響不再非常重要（新型反應(yīng)器內(nèi)的生物量很大），因此可以在常溫條件下（20~25C）進行，以節(jié)省能量和運行費用。2、pH值和堿度：pH值是厭氧消化過程中的最重要的影響因素；重要原因：產(chǎn)甲烷菌對pH值的變化非常敏感，一般認為，其最適pH值范圍為6.8~7.2，在<6.5或>8.2時，產(chǎn)甲烷菌會受到嚴重抑制，而進一步導(dǎo)致整個厭氧消化過程的惡化；厭氧體系中的pH值受多種因素的影響：進水pH值、進水水質(zhì)（有機物濃度、有機物種類等）、生化反應(yīng)、酸堿平衡、氣固液相間的溶解平衡等；厭氧體系是一個pH值的緩沖體系，主要由碳酸鹽體系所控制；一般來說：系統(tǒng)中脂肪酸含量的增加（累積），將消耗，使pH下降；但產(chǎn)甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且還會產(chǎn)生，使系統(tǒng)的pH值回升。堿度曾一度在厭氧消化中被認為是一個至關(guān)重要的影響因素，但實際上其作用主要是保證厭氧體系具有一定的緩沖能力，維持合適的pH值；厭氧體系一旦發(fā)生酸化，則需要很長的時間才能恢復(fù)。3、氧化還原電位：嚴格的厭氧環(huán)境是產(chǎn)甲烷菌進行正常生理活動的基本條件；非產(chǎn)甲烷菌可以在氧化還原電位為+100~-100mv的環(huán)境正常生長和活動；產(chǎn)甲烷菌的最適氧化還原電位為-150~-400mv，在培養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌的初期，氧化還原電位不能高于-330mv；4、營養(yǎng)要求：厭氧微生物對N、P等營養(yǎng)物質(zhì)的要求略低于好氧微生物，其要求COD：N：P=200：5：1；多數(shù)厭氧菌不具有合成某些必要的維生素或氨基酸的功能，所以有時需要投加：=1\*GB3①K、Na、Ca等金屬鹽類；=2\*GB3②微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；=3\*GB3③有機微量物質(zhì)：酵母浸出膏、生物素、維生素等。5、F/M比：厭氧生物處理的有機物負荷較好氧生物處理更高，一般可達5~10kgCOD/m3.d，甚至可達50~80kgCOD/m3.d；無傳氧的限制；可以積聚更高的生物量。產(chǎn)酸階段的反應(yīng)速率遠高于產(chǎn)甲烷階段，因此必須十分謹慎地選擇有機負荷；高的有機容積負荷的前提是高的生物量，而相應(yīng)較低的污泥負荷；高的有機容積負荷可以縮短HRT，減少反應(yīng)器容積。6、有毒物質(zhì)：——常見的抑制性物質(zhì)有：硫化物、氨氮、重金屬、氰化物及某些有機物；=1\*GB3①硫化物和硫酸鹽：硫酸鹽和其它硫的氧化物很容易在厭氧消化過程中被還原成硫化物；可溶的硫化物達到一定濃度時，會對厭氧消化過程主要是產(chǎn)甲烷過程產(chǎn)生抑制作用；投加某些金屬如Fe可以去除S2-，或從系統(tǒng)中吹脫H2S可以減輕硫化物的抑制作用。=2\*GB3②氨氮：氨氮是厭氧消化的緩沖劑；但濃度過高，則會對厭氧消化過程產(chǎn)生毒害作用；抑制濃度為50~200mg/l，但馴化后，適應(yīng)能力會得到加強。=3\*GB3③重金屬：——使厭氧細菌的酶系統(tǒng)受到破壞。=4\*GB3④氰化物：=5\*GB3⑤有毒有機物：四、厭氧生物處理的主要特征1、厭氧生物處理過程的主要優(yōu)點：①能耗大大降低，而且還可以回收生物能（沼氣）；②污泥產(chǎn)量很低；——厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，產(chǎn)酸菌的產(chǎn)率Y為0.15~0.34kgVSS/kgCOD，產(chǎn)甲烷菌的產(chǎn)率Y為0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的產(chǎn)率約為0.25~0.6kgVSS/kgCOD。③厭氧微生物有可能對好氧微生物不能降解的一些有機物進行降解或部分降解；④反應(yīng)過程較為復(fù)雜——厭氧消化是由多種不同性質(zhì)、不同功能的微生物協(xié)同工作的一個連續(xù)的微生物過程；2、厭氧生物處理過程的主要缺點：=1\*GB3①對溫度、pH等環(huán)境因素較敏感；=2\*GB3②處理出水水質(zhì)較差，需進一步利用好氧法進行處理；=3\*GB3③氣味較大；④對氨氮的去除效果不好；等等第三節(jié)廢水生物脫氮原理一、廢水生物脫氮的基本過程=1\*GB3①氨化（Ammonificaton）：廢水中的含氮有機物，在生物處理過程中被好氧或厭氧異養(yǎng)型微生物氧化分解為氨氮的過程；=2\*GB3②硝化（Nitrification）：廢水中的氨氮在好氧自養(yǎng)型微生物（統(tǒng)稱為硝化菌）的作用下被轉(zhuǎn)化為NO2和NO3的過程；=3\*GB3③反硝化（Denitrification）：廢水中的NO2和/或NO3在缺氧條件下在反硝化菌（異養(yǎng)型細菌）的作用下被還原為N2的過程。二、硝化反應(yīng)（Nitrification）1、硝化反應(yīng)的基本原理硝化反應(yīng)分為兩步進行：=1\*GB3①；=2\*GB3②。是由兩組自養(yǎng)型硝化菌分兩步完成的：=1\*GB3①亞硝酸鹽細菌（或稱為氨氧化細菌）（Nitrosomonas）；=2\*GB3②硝酸鹽細菌（或稱為亞硝酸鹽氧化細菌）（Nitrobacter）；到目前為止，還未發(fā)現(xiàn)有任何一種細菌可以直接將氨氮通過一步氧化到硝酸鹽。這兩種硝化細菌的特點：①都是革蘭氏染色陰性、不生芽孢的短桿菌和球菌；②強烈好氧，不能在酸性條件下生長；③無需有機物，以氧化無機含氮化合物獲得能量，以無機C（CO2或HCO3）為碳源；④化能自養(yǎng)型；⑤生長緩慢，世代時間長。2、硝化反應(yīng)過程及反應(yīng)方程式=1\*GB3①亞硝化反應(yīng)：如果加上細胞合成，則：亞硝酸鹽細菌的產(chǎn)率是：0.146g/gNH4+-N（113/55/14）；氧化1mgNH4+-N為NO2-N，需氧3.16mg（7632/55/14）；氧化1mgNH4+-N為NO2-N，需消耗7.08mg堿度（以CaCO3計）（10950/55/14）=2\*GB3②硝化反應(yīng)：如果加上細胞合成，則：硝酸鹽細菌的產(chǎn)率是：0.02g/gNO2--N(113/400/14)氧化1mgNO2-N為NO3—N，需氧1.11mg(195*32/400/14)幾乎不消耗堿度=3\*GB3③總的硝化反應(yīng)：如加上細胞合成，則：總的細菌產(chǎn)率是：0.02g/gNO2-N(113/400/14)；氧化1mg為，需氧4.27mg(1.86*32/14)；氧化1mg為，需消耗堿度7.07mg(以CaCO3計)；污水中必須有足夠的堿度，否則硝化反應(yīng)會導(dǎo)致pH值下降，使反應(yīng)速率減緩或停滯；如果不考慮合成，則：氧化1mgNH4+-N為NO3-N，需氧4.57mg，其中亞硝化反應(yīng)3.43mg，硝化反應(yīng)1.14mg，需消耗堿度7.14mg(以CaCO3計)3、硝化反應(yīng)所需要的環(huán)境條件兩種硝化菌對環(huán)境的變化都很敏感，要求較苛刻，主要如下：=1\*GB3①好氧條件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的堿度以維持穩(wěn)定的pH值(適宜的pH為8.0~8.4)；=2\*GB3②進水中的有機物的濃度不宜過高，一般要求BOD5在15~20mg/l以下；=3\*GB3③硝化反應(yīng)的適宜溫度是20~30C，15C以下時，硝化反應(yīng)的速率下降，小于5C時，完全停止；=4\*GB3④硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間即污泥齡，必須大于其最小的世代時間(一般為3~10天)；=5\*GB3⑤高濃度的氨氮、亞硝酸鹽或硝酸鹽、有機物以及重金屬離子等都對硝化反應(yīng)有抑制作用。三、反硝化反應(yīng)（Denitrification）1、反硝化反應(yīng)及反硝化細菌反硝化反應(yīng)是指硝酸鹽或亞硝酸鹽在反硝化菌的作用下，被還原為氣態(tài)氮（N2）的過程；反硝化菌屬異養(yǎng)型兼性厭氧菌，并不是一類專門的細菌，它們大量存在于土壤和污水處理系統(tǒng)中，如變形桿菌、假單胞菌等，土壤微生物中有50%是這一類具有還原硝酸鹽能力的細菌；反硝化菌能在缺氧條件下，以或為電子受體，以有機物為電子供體，而將氮還原；在反硝化菌的代謝活動下，或中的N可以有兩種轉(zhuǎn)化途徑：=1\*GB3①同化反硝化，即最終產(chǎn)物是有機氮化合物，是菌體的組成部分；=2\*GB3②異化反硝化，即最終產(chǎn)物是氮氣（N2）或笑氣（N2O）。2、反硝化反應(yīng)過程及反應(yīng)方程式①反應(yīng)過程示意圖：②反應(yīng)方程式：以[H]為電子供體：第一步：第二步：總反應(yīng)：以甲醇為電子供體：第一步：第二步：總反應(yīng)：3、反硝化反應(yīng)的影響因素①碳源：一是原廢水中的有機物，當(dāng)廢水的BOD5/TKN大于3~5時，可認為碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇；②pH值：適宜的pH值是6.5~7.5，pH值高于8或低于6，反硝化速率將大大下降；③溶解氧：反硝化菌適于在缺氧條件下發(fā)生反硝化反應(yīng)，但另一方面，其某些酶系統(tǒng)只有在有氧條件下才能合成，所以反硝化反應(yīng)宜于在缺氧、好氧交替的條件下進行，溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/l以下；④溫度：最適宜溫度為20~40C，低于15C其反應(yīng)速率將大為降低。4、生物脫氮反應(yīng)過程中各項生化反應(yīng)特征生化反應(yīng)類型去除有機物硝化反硝化亞硝化硝化微生物好氧菌及兼性菌Nitrosomonas自養(yǎng)型菌Nitrobacter自養(yǎng)型菌兼性菌異養(yǎng)型菌能源有機物化能化能有機物氧源(電子受體)O2O2O2NO2-、NO3-溶解氧1~2mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上0~0.5mg/l堿度無變化氧化1mgNH4+--N需要7.14mg/l堿度無變化還原1mgNO3N或NO2N生成3.57mg堿度耗氧分解1mg有機物（BOD5）需氧2mg氧化1mgNH4+--N需氧3.43mg氧化1mgNO2N需氧1.14mg分解1mg有機物(COD)需NO2N0.58mg，NO3N0.35mg所提供的化合態(tài)氧最適pH值6~87~8.56~7.56~8最適水溫15~25C30C30C34~37C增殖速度(d-1)1.2~3.50.21~1.080.28~1.44好氧分解的1/2~1/2.5分解速度70~870mgBOD/gMLSS.h7mgNH4+--N/gMLSS.h2~8mgNO3N/gMLSS.h四、新型生物脫氮途徑與工藝1、短程生物脫氮工藝2、SHARON工藝3、ANAMMOX工藝4、SHARON－ANAMMOX組合工藝5、OLAND工藝6、CANON工藝7、同時硝化反硝化（SND）工藝第四節(jié)廢水生物除磷原理一、磷在廢水中的存在形式通常磷是以磷酸鹽（、、）、聚磷酸鹽和有機磷等的形式存在于廢水中；細菌一般是從外部環(huán)境攝取一定量的磷來滿足其生理需要；有一類特殊的細菌——磷細菌，可以過量地、超出其生理需要地從外部攝取磷，并以聚合磷酸鹽的形式貯存在細胞體內(nèi)，如果從系統(tǒng)中排出這種高磷污泥，則能達到除磷的效果。二、生物除磷的基本過程1、除磷菌的過量攝取磷好氧條件下，除磷菌利用廢水中的BOD5或體內(nèi)貯存的聚-羥基丁酸的氧化分解所釋放的能量來攝取廢水中的磷，一部分磷被用來合成ATP，另外絕大部分的磷則被合成為聚磷酸鹽而貯存在細胞體內(nèi)。2、除磷菌的磷釋放在厭氧條件下，除磷菌能分解體內(nèi)的聚磷酸鹽而產(chǎn)生ATP，并利用ATP將廢水中的有機物攝入細胞內(nèi)，以聚-羥基丁酸等有機顆粒的形式貯存于細胞內(nèi)，同時還將分解聚磷酸鹽所產(chǎn)生的磷酸排出體外。3、富磷污泥的排放在好氧條件下所攝取的磷比在厭氧條件下所釋放的磷多，廢水生物除磷工藝是利用除磷菌的這一過程，將多余剩余污泥排出系統(tǒng)而達到除磷的目的。三、生物除磷過程的影響因素1、溶解氧：在除磷菌釋放磷的厭氧反應(yīng)器內(nèi)，應(yīng)保持絕對的厭氧條件，即使是NO3-等一類的化合態(tài)氧也不允許存在；在除磷菌吸收磷的好氧反應(yīng)器內(nèi)，則應(yīng)保持充足的溶解氧。2、污泥齡：生物除磷主要是通過排除剩余污泥而去除磷的，因此剩余污泥的多少對脫磷效果有很大影響，一般污泥短的系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥多，可以取得較好的除磷效果；有報道稱：污泥齡為30d，除磷率為40%；污泥齡為17d，除磷率為50%；而污泥齡為5d時，除磷率高達87%。3、溫度：在5~30C的范圍內(nèi)，都可以取得較好的除磷效果；4、pH值：除磷過程的適宜的pH值為6~8。5、BOD5負荷：一般認為，較高的BOD負荷可取得較好的除磷效果，進行生物除磷的低限是BOD/TP=20；有機基質(zhì)的不同也會對除磷有影響，一般小分子易降解的有機物誘導(dǎo)磷的釋放的能力更強；磷的釋放越充分，磷的攝取量也越大。6、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮硝酸鹽的濃度應(yīng)小于2mg/l；當(dāng)COD/TKN10，硝酸鹽對生物除磷的影響就減弱了。7、氧化還原電位：好氧區(qū)的ORP應(yīng)維持在+40~50mV之間；缺氧區(qū)的最佳ORP為-160~5mV之間。第五節(jié)廢水可生化性原理及其判別一、廢水可生化性的定義生物降解性能是指在微生物的作用下，使某一物質(zhì)改變原來的化學(xué)和物理性質(zhì)，在結(jié)構(gòu)上引起的變化程度。二、廢水可生化性的分類可分為三類：=1\*GB3①初級生物降解——指有機物原來的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了部分變化，改變了分子的完整性；=2\*GB3②環(huán)境可接受的生物降解——指有機物失去了對環(huán)境有害的特性；=3\*GB3③完全降解——在好氧條件下，有機物被完全無機化；在厭氧條件下，有機物被完全轉(zhuǎn)化為CH4、CO2等。有機物生物降解性能的分類：=1\*GB3①易生物降解——易于被微生物作為碳源和能源物質(zhì)而被利用；=2\*GB3②可生物降解——能夠逐步被微生物所利用；=3\*GB3③難生物降解——降解速率很慢或根本不降解。三、鑒定和評價廢水中有機污染物的好氧生物降解性的方法：1、水質(zhì)指標(biāo)法：采用BOD5/COD作為有機物評價指標(biāo)。2、瓦呼儀法：根據(jù)有機物的生化呼吸線與內(nèi)源呼吸線的比較來判斷有機物的生物降解性能。測試時，接種物可采用活性污泥，接種量為13gSS/l；四、影響有機物生物降解性能的因素：1、與化學(xué)物質(zhì)的種類性質(zhì)有關(guān)的因素（化學(xué)組成、理化性質(zhì)、濃度、與它種基質(zhì)的共存）；2、與微生物的種類、性質(zhì)有關(guān)的因素（微生物的來源、數(shù)量、種屬間的關(guān)系）；3、與有機物、微生物所處的環(huán)境有關(guān)的因素（pH值、DO、溫度、營養(yǎng)物等）。

第三章廢水好氧生物處理工藝（1）——活性污泥法第一節(jié)活性污泥法的基本原理一、活性污泥法的基本工藝流程剩余活性污泥剩余活性污泥回流污泥二次沉淀池廢水曝氣池初次沉淀池出水空氣1、活性污泥法的基本組成①曝氣池：反應(yīng)主體②二沉池：1）進行泥水分離，保證出水水質(zhì)；2）保證回流污泥，維持曝氣池內(nèi)的污泥濃度。③回流系統(tǒng)：1）維持曝氣池的污泥濃度；2）改變回流比，改變曝氣池的運行工況。④剩余污泥排放系統(tǒng)：1）是去除有機物的途徑之一；2）維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。⑤供氧系統(tǒng)：提供足夠的溶解氧2、活性污泥系統(tǒng)有效運行的基本條件是：①廢水中含有足夠的可容性易降解有機物；②混合液含有足夠的溶解氧；③活性污泥在池內(nèi)呈懸浮狀態(tài)；④活性污泥連續(xù)回流、及時排除剩余污泥，使混合液保持一定濃度的活性污泥；⑤無有毒有害的物質(zhì)流入。二、活性污泥的性質(zhì)與性能指標(biāo)1、活性污泥的基本性質(zhì)①物理性能：“菌膠團”、“生物絮凝體”：顏色：褐色、（土）黃色、鐵紅色；氣味：泥土味（城市污水）；比重：略大于1，（1.0021.006）；粒徑：0.020.2mm；比表面積：20100cm2/ml。②生化性能：1)活性污泥的含水率：99.299.8%；固體物質(zhì)的組成：有機物75—85%活細胞（Ma）、微生物內(nèi)源代謝的殘留物（Me）、吸附的原廢水中難于生物降解的有機物（Mi）、無機物質(zhì)（有機物75—85%2、活性污泥中的微生物：①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、黃桿菌屬、芽胞桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、無色桿菌屬等；基本特征：1)絕大多數(shù)都是好氧或兼性化能異養(yǎng)型原核細菌；2)在好氧條件下，具有很強的分解有機物的功能；3)具有較高的增殖速率，世代時間僅為2030分鐘；4)其中的動膠桿菌具有將大量細菌結(jié)合成為“菌膠團”的功能。②其它微生物原生動物、后生動物在活性污泥中大約為103個/ml3、活性污泥的性能指標(biāo)：①混合液懸浮固體濃度（MLSS）（MixedLiquorSuspendedSolids）：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii單位：mg/lg/m3②混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）（MixedVolatileLiquorSuspendedSolids）：MLVSS=Ma+Me+Mi；在條件一定時，MLVSS/MLSS是較穩(wěn)定的，對城市污水，一般是0.75~0.85③污泥沉降比（SV）（SludgeVolume）：是指將曝氣池中的混合液在量筒中靜置30分鐘，其沉淀污泥與原混合液的體積比，一般以%表示；能相對地反映污泥數(shù)量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及時發(fā)現(xiàn)早期的污泥膨脹；正常數(shù)值為2030%。④污泥體積指數(shù)（SVI）（SludgeVolumeIndex）：曝氣池出口處混合液經(jīng)30分鐘靜沉后，1g干污泥所形成的污泥體積，單位是ml/g。能更準(zhǔn)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，說明其沉降性能不好，將要或已經(jīng)發(fā)生膨脹現(xiàn)象；城市污水的SVI一般為50150ml/g；三、活性污泥的增殖規(guī)律及其應(yīng)用活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝氣池內(nèi)發(fā)生反應(yīng)、有機物被降解的必然結(jié)果，而微生物增殖的結(jié)果則是活性污泥的增長。對數(shù)增殖減速增殖對數(shù)增殖減速增殖內(nèi)源呼吸氧利用速率曲線微生物增殖曲線BOD降解曲線時間Xa0注意：1)間歇靜態(tài)培養(yǎng)；2)底物是一次投加；3)圖中同時還表示了有機底物降解和氧的消耗曲線。①適應(yīng)期：是活性污泥微生物對于新的環(huán)境條件、污水中有機物污染物的種類等的一個短暫的適應(yīng)過程；經(jīng)過適應(yīng)期后，微生物從數(shù)量上可能沒有增殖，但發(fā)生了一些質(zhì)的變化：a.菌體體積有所增大；b.酶系統(tǒng)也已做了相應(yīng)調(diào)整；c.產(chǎn)生了一些適應(yīng)新環(huán)境的變異；等等。BOD5、COD等各項污染指標(biāo)可能并無較大變化。②對數(shù)增長期：F/M值高(2.2)，所以有機底物非常豐富，營養(yǎng)物質(zhì)不是微生物增殖的控制因素；微生物的增長速率與基質(zhì)濃度無關(guān)，呈零級反應(yīng)，它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；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；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(dǎo)致污泥質(zhì)地松散，不能形成較好的絮凝體，污泥的沉淀性能不佳；活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；一般不采用此階段作為運行工況，但也有采用的，如高負荷活性污泥法。③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，為一級反應(yīng)；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(zhì)有較大改善，并且整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定；一般來說，大多數(shù)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(nèi)的。④內(nèi)源呼吸期：內(nèi)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，最終所有的活細胞將消亡，而僅殘留下內(nèi)源呼吸的殘留物，而這些物質(zhì)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，但凝聚性較差；有機物基本消耗殆盡，處理水質(zhì)良好；一般不用這一階段作為運行工況，但也有采用，如延時曝氣法。2、活性污泥增殖規(guī)律的應(yīng)用：①活性污泥的增殖狀況，主要是由F/M值所控制；②處于不同增值期的活性污泥，其性能不同，出水水質(zhì)也不同；③通過調(diào)整F/M值，可以調(diào)控曝氣池的運行工況，達到不同的出水水質(zhì)和不同性質(zhì)的活性污泥；④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。3、有機物降解與微生物增殖：活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化(內(nèi)源呼吸)兩項作用的綜合結(jié)果，活性污泥微生物在曝氣池內(nèi)每日的凈增長量為:;式中:每日污泥增長量(),；；——每日處理廢水量()；；——進水濃度(或)；——出水濃度(或)。a,b——經(jīng)驗值：對于生活污水活與之性質(zhì)相近的工業(yè)廢水，，；——或試驗值：通過試驗獲得。4、有機物降解與需氧量：活性污泥中的微生物在進行代謝活動時需要氧的供應(yīng)，氧的主要作用有：①將一部分有機物氧化分解；②對自身細胞的一部分物質(zhì)進行自身氧化。因此，活性污泥法中的需氧量:式中：——曝氣池混合液的需氧量，；——代謝每所需的氧量，；——每每天進行自身氧化所需的氧量，。二者的取值同樣可以根據(jù)經(jīng)驗或試驗來獲得。5、活性污泥凈化廢水的實際過程：BOD吸附降解曝氣過程在活性污泥處理系統(tǒng)中，有機污染物物從廢水中被去除的實質(zhì)就是有機底物作為營養(yǎng)物質(zhì)被活性污泥微生物攝取、代謝與利用的過程，這一過程的結(jié)果是污水得到了凈化，微生物獲得了能量而合成新的細胞，活性污泥得到了增長。一般將這整個凈化反應(yīng)過程分為三個階段：①初期吸附；②BOD吸附降解曝氣過程所謂“初期吸附”是指:在活性污泥系統(tǒng)內(nèi)，在污水開始與活性污泥接觸后的較短時間(1030min)內(nèi)，由于活性污泥具有很大的表面積因而具有很強的吸附能力，因此在這很短的時間內(nèi)，就能夠去除廢水中大量的呈懸浮和膠體狀態(tài)的有機污染物，使廢水的BOD5值(或COD值)大幅度下降。但這并不是真正的降解，隨著時間的推移，混合液的BOD5值會回升，再之后，BOD5值才會逐漸下降。活性污泥吸附能力的大小與很多因素有關(guān)：①廢水的性質(zhì)、特性：對于含有較高濃度呈懸浮或膠體狀有機污染物的廢水，具有較好的效果；②活性污泥的狀態(tài)：在吸附飽和后應(yīng)給以充分的再生曝氣，使其吸附功能得到恢復(fù)和增強，一般應(yīng)使活性污泥微生物進入內(nèi)源代謝期。四、活性污泥法的基本工藝參數(shù)1、容積負荷（VolumetricOrganicLoadingRate）：;2、污泥負荷（SludgeOrganicLoadingRate）：;3、水力停留時間（HydraulicRetentionTime）：（h）4、污泥齡或污泥停留時間（SludgeRetentionTime）：（h或d）5、回流比：第二節(jié)活性污泥法的主要運行方式一、各種活性污泥法工藝迄今為止，在活性污泥法工程領(lǐng)域，應(yīng)用著多種各具特色的運行方式。主要有以下幾種：①傳統(tǒng)推流式活性污泥法；②完全混合活性污泥法；③階段曝氣活性污泥法；④吸附—再生活性污泥法；⑤延時曝氣活性污泥法；⑥高負荷活性污泥法；⑦純氧曝氣活性污泥法；⑧淺層低壓曝氣活性污泥法；⑨深水曝氣活性污泥法；⑩深井曝氣活性污泥法。1、傳統(tǒng)推流式活性污泥法：①工藝流程：②供需氧曲線：③主要優(yōu)點：1)處理效果好：BOD5的去除率可達90-95%；2)對廢水的處理程度比較靈活，可根據(jù)要求進行調(diào)節(jié)。④主要問題：1)為了避免池首端形成厭氧狀態(tài)，不宜采用過高的有機負荷，因而池容較大，占地面積較大；2)在池末端可能出現(xiàn)供氧速率高于需氧速率的現(xiàn)象，會浪費了動力費用；3)對沖擊負荷的適應(yīng)性較弱。⑤一般所采用的設(shè)計參數(shù)(處理城市污水)：2、完全混合活性污泥法①主要特點：a.可以方便地通過對F/M的調(diào)節(jié)，使反應(yīng)器內(nèi)的有機物降解反應(yīng)控制在最佳狀態(tài)；b.進水一進入曝氣池，就立即被大量混合液所稀釋，所以對沖擊負荷有一定的抵抗能力；c.適合于處理較高濃度的有機工業(yè)廢水。②主要結(jié)構(gòu)形式：a.合建式（曝氣沉淀池）：b.分建式3、階段曝氣活性污泥法——又稱分段進水活性污泥法或多點進水活性污泥法①工藝流程：②主要特點：a.廢水沿池長分段注入曝氣池，有機物負荷分布較均衡，改善了供養(yǎng)速率與需氧速率間的矛盾，有利于降低能耗；b.廢水分段注入，提高了曝氣池對沖擊負荷的適應(yīng)能力；③主要設(shè)計參數(shù)：4、吸附再生活性污泥法——又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法。主要特點是將活性污泥法對有機污染物降解的兩個過程——吸附、代謝穩(wěn)定，分別在各自的反應(yīng)器內(nèi)進行。①工藝流程：②主要優(yōu)點：a.廢水與活性污泥在吸附池的接觸時間較短，吸附池容積較小，再生池接納的僅是濃度較高的回流污泥，因此，再生池的容積也較小。吸附池與再生池容積之和低于傳統(tǒng)法曝氣池的容積，基建費用較低；b.具有一定的承受沖擊負荷的能力，當(dāng)吸附池的活性污泥遭到破壞時，可由再生池的污泥予以補充。③主要缺點：處理效果低于傳統(tǒng)法，特別是對于溶解性有機物含量較高的廢水，處理效果更差。④主要設(shè)計參數(shù)：5、延時曝氣活性污泥法——完全氧化活性污泥法①主要特點：a.有機負荷率非常低，污泥持續(xù)處于內(nèi)源代謝狀態(tài)，剩余污泥少且穩(wěn)定，勿需再進行處理；b.處理出水出水水質(zhì)穩(wěn)定性較好，對廢水沖擊負荷有較強的適應(yīng)性；c.在某些情況下，可以不設(shè)初次沉淀池。②主要缺點：池容大、曝氣時間長，建設(shè)費用和運行費用都較高，而且占地大；一般適用于處理水質(zhì)要求高的小型城鎮(zhèn)污水和工業(yè)污水，水量一般在1000m3/d以下。③主要設(shè)計參數(shù)：6、高負荷活性污泥法——又稱短時曝氣法或不完全曝氣活性污泥法①主要特點：有機負荷率高，曝氣時間短，處理效果較差；而在工藝流程和曝氣池的構(gòu)造等方面與傳統(tǒng)法基本相同。②主要設(shè)計參數(shù)：7、純氧曝氣活性污泥法①主要特點：a.純氧中氧的分壓比空氣約高5倍，純氧曝氣可大大提高氧的轉(zhuǎn)移效率；b.氧的轉(zhuǎn)移率可提高到80~90%，而一般的鼓風(fēng)曝氣僅為10%左右；c.可使曝氣池內(nèi)活性污泥濃度高達40007000mg/l，能夠大大提高曝氣池的容積負荷；d.剩余污泥產(chǎn)量少，SVI值也低，一般無污泥膨脹之慮。②曝氣池結(jié)構(gòu)：③主要設(shè)計參數(shù)：8、淺層低壓曝氣法①理論基礎(chǔ)：只有在氣泡形成和破碎的瞬間，氧的轉(zhuǎn)移率最高，因此，沒有必要延長氣泡在水中的上升距離；②其曝氣裝置一般安裝在水下0.80.9米處，因此可以采用風(fēng)壓在1米以下的低壓風(fēng)機，動力效率較高，可達1.802.60kgO2/kw.h；③其氧轉(zhuǎn)移率較低，一般只有2.5%；④池中設(shè)有導(dǎo)流板，可使混合液呈循環(huán)流動狀態(tài)。9、深水曝氣活性污泥法①主要特點：a.曝氣池水深在78m以上，b.由于水壓較大，洋的轉(zhuǎn)移率可以提高，相應(yīng)也能加快有機物的降解速率；c.占地面積較小。②一般有兩種形式：a.深水中層曝氣法：b.深水深層曝氣法：10、深井曝氣活性污泥法——又稱超深水曝氣法①工藝流程：一般平面呈圓形，直徑約介于16m，深度一般為50150m。②主要特點：a.氧轉(zhuǎn)移率高，約為常規(guī)法的10倍以上；b.動力效率高，占地少，易于維護運行；c.耐沖擊負荷，產(chǎn)泥量少；d.一般可以不建初次沉淀池；e.但受地質(zhì)條件的限制。③主要設(shè)計參數(shù)各種活性污泥法的設(shè)計參數(shù)(處理城市污水，僅為參考值)設(shè)計參數(shù)傳統(tǒng)活性污泥法完全混合活性污泥法階段曝氣活性污泥法BOD5—SS負荷(kgBOD5/kgMLSS.d)0.20.40.20.60.20.4容積負荷(kgBOD5/m3.d)0.30.6082.00.61.0污泥齡(d)515515515MLSS(mg/l)150030003000600020003500MLVSS(mg/l)120024002400480016002800回流比(%)2550251002575曝氣時間HRT(h)483538BOD5去除率(%)859585908590設(shè)計參數(shù)吸附再生活性污泥法延時曝氣活性污泥法高負荷活性污泥法BOD5—SS負荷(kgBOD5/kgMLSS.d)0.20.60.050.151.55.0容積負荷(kgBOD5/m3.d)1.01.20.10.41.22.4污泥齡(d)51520300.252.5MLSS(mg/l)吸附池10003000再生池40001000030006000200500MLVSS(mg/l)吸附池8002400再生池3200800024004800160400回流比(%)2510075100515曝氣時間HRT(h)吸附池0.51.0再生池3618481.53.0BOD5去除率(%)8090956075設(shè)計參數(shù)純氧曝氣活性污泥法深井曝氣活性污泥法BOD5—SS負荷(kgBOD5/kgMLSS.d)0.41.01.01.2容積負荷(kgBOD5/m3.d)2.03.23.03.6污泥齡(d)5155MLSS(mg/l)60001000030005000MLVSS(mg/l)4000650024004000回流比(%)25504080曝氣時間HRT(h)1.53.01.02.0溶解氧濃度DO(mg/l)610SVI(ml/g)3050BOD5去除率(%)75958590二、曝氣池的型式與構(gòu)造1、曝氣池的類型①根據(jù)混合液在曝氣池內(nèi)的流態(tài)，可分為推流式、完全混合式和循環(huán)混合式三種；②根據(jù)曝氣方式，可分為鼓風(fēng)曝氣池、機械曝氣池以及二者聯(lián)合使用的機械鼓風(fēng)曝氣池；③根據(jù)曝氣池的形狀，可分為長方廊道形、圓形、方形以及環(huán)狀跑道形等四種；④根據(jù)曝氣池與二沉池之間的關(guān)系，可分為合建式（即曝氣沉淀池）和分建式兩種。2、曝氣池的流態(tài)①推流式曝氣池②完全混合式曝氣池③循環(huán)混合式曝氣池：氧化溝3、曝氣池的構(gòu)造曝氣池在構(gòu)造上應(yīng)滿足曝氣充氧、混合的要求，因此，曝氣池的構(gòu)造首先取決于曝氣方式和所采用的曝氣裝置。第三節(jié)活性污泥法的反應(yīng)動力學(xué)原理及其應(yīng)用活性污泥法反應(yīng)動力學(xué)可以定量或半定量地揭示系統(tǒng)內(nèi)有機物降解、污泥增長、耗氧等作用與各項設(shè)計參數(shù)、運行參數(shù)以及環(huán)境因素之間的關(guān)系。它主要包括：①基質(zhì)降解的動力學(xué)，涉及基質(zhì)降解與基質(zhì)濃度、生物量等因素的關(guān)系；②微生物增長動力學(xué)，涉及微生物增長與基質(zhì)濃度、生物量、增長常數(shù)等因素的關(guān)系；③還研究底物降解與生物量增長、底物降解與需氧、營養(yǎng)要求等的關(guān)系。在建立活性污泥法反應(yīng)動力學(xué)模型時,有以下假設(shè)：①除特別說明外，都認為反應(yīng)器內(nèi)物料是完全混合的，對于推流式曝氣池系統(tǒng)，則是在此基礎(chǔ)上加以修正；②活性污泥系統(tǒng)的運行條件絕對穩(wěn)定；③二次沉淀池內(nèi)無微生物活動，也無污泥累積并且水與固體分離良好；④進水基質(zhì)均為溶解性的，并且濃度不變，也不含微生物；⑤系統(tǒng)中不含有毒物質(zhì)和抑制物質(zhì)。一、活性污泥反應(yīng)動力學(xué)的基礎(chǔ)——米—門公式與莫諾德模式1、米—門公式Michaelis—Menton提出酶的“中間產(chǎn)物”學(xué)說，通過理論推導(dǎo)和實驗驗證，提出了含單一基質(zhì)單一反應(yīng)的酶促反應(yīng)動力學(xué)公式，即米—門公式：式中：——酶促反應(yīng)中產(chǎn)物生成的反應(yīng)速率；——產(chǎn)物生成的最高速率；——米氏常數(shù)（又稱飽和常數(shù)，半速常數(shù)）；——基質(zhì)濃度。中間產(chǎn)物學(xué)說：米門公式的圖示：vvmaxv=vmaxOKmS2、莫諾德模式①莫諾德模式的基本形式：Monod于1942年和1950年曾兩次進行了單一基質(zhì)的純菌種培養(yǎng)實驗，也發(fā)現(xiàn)了與上述酶促反應(yīng)類似的規(guī)律，進而提出了與米門公式想類似的表達微生物比增殖速率與基質(zhì)濃度之間的動力學(xué)公式，即莫諾德模式：式中：——微生物的比增殖速率，；——基質(zhì)達到飽和濃度時，微生物的最大比增殖速率，——反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)濃度，mg/l；——飽和常數(shù)，也是半速常數(shù)。隨后發(fā)現(xiàn)，用由混合微生物群體組成的活性污泥對多種基質(zhì)進行微生物增殖實驗，也取得了符合這種關(guān)系的結(jié)果。可以假定：在微生物比增殖速率與底物的比降解速率之間存在下列比例關(guān)系：則與比增殖速率相對應(yīng)的比底物降解速率也可以用類似公式表示，即：式中：——比底物降解速率（）；——底物的最大比降解速率；——限制增殖的底物濃度；——飽和常數(shù)。對于廢水處理來說，有機物的降解是其基本目的，因此上式的實際意義更大。②莫諾德模式的圖示：③莫諾德方程式的推論：1)在高底物濃度的條件下，即>>，呈零級反應(yīng)，則有：，2)在低底物濃度的條件下，即<<，則：二、Lawrence—McCarty模式：1、有關(guān)基本概念：①微生物比增殖速率：②單位基質(zhì)利用率：③生物固體平均停留時間（又稱細胞平均停留時間，在工程上習(xí)稱污泥齡）：在反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)，微生物從其生成開始到排出系統(tǒng)的平均停留時間；也可以說是反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的微生物全部更新一次所需要的平均時間；從工程上來說，就是反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)微生物總量與每日排放的剩余污泥量的比值，以表示，單位為d，即：式中:——每日增殖的微生物量，穩(wěn)態(tài)運行時，就是每日排放的剩余污泥量。因此：簡化后，則：④與的關(guān)系：，而，所以有：或2、L—M模式的基本方程式：①第一基本方程式：前面已有：式中——微生物的產(chǎn)率系數(shù)，；——自身氧化系數(shù)，又稱衰減常數(shù)，，（）；經(jīng)整理后：表示的是污泥齡（）與產(chǎn)率系數(shù)Y、基質(zhì)比利用速率（q）及自身氧化系數(shù)之間的關(guān)系。②第二基本方程式：認同莫諾德模式：認為有機基質(zhì)的降解速率等于其被微生物的利用速率，即式中：——反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)濃度；——單位生物量的最大基質(zhì)利用速率；——半速常數(shù)。表示的是基質(zhì)利用速率與反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度和基質(zhì)濃度之間的關(guān)系。3、L-M模式的導(dǎo)出方程式①第一導(dǎo)出方程——出水水質(zhì)與污泥齡之間的關(guān)系：（對于完全混合式）將代入：則有：Lawrence—McCarty建議的排泥方式：兩種排泥方式：I.剩余污泥從污泥回流系統(tǒng)排出；II.剩余污泥從曝氣池直接排出。第二種排泥方式的優(yōu)點：1）減輕了二沉池的負擔(dān)；2）可將剩余污泥單獨濃縮處理；3）便于控制曝氣池的運行。因此按這種排泥方式的污泥齡的計算就可以變得更簡單，如下：簡化后，由此可看出這種排泥方式更有利于控制和運行管理。②第二導(dǎo)出方程——曝氣池內(nèi)微生物濃度與污泥齡的關(guān)系對曝氣池作有機底物的物料衡算：底物的凈變化率=底物進入曝氣池的速率-底物從曝氣池中消失的速率代入第一基本方程有：由于，則有：上式說明：曝氣池中微生物量濃度是與有機物的濃度、和曝氣時間等有關(guān)的。式中，可以稱為污泥循環(huán)因子，其物理意義為：活性污泥從生長到被排出系統(tǒng)期間與廢水的平均接觸次數(shù)。③第三導(dǎo)出方程——回流比與之間的關(guān)系對曝氣池的生物量進行物料衡算：（曝氣池內(nèi)生物量的凈變化率）=（生物量進入曝氣池的速率）-（生物量離開曝氣池的速率）其中，所以：所以：式中：——回流污泥的濃度，可由下式估算：注意：1）是近似值；2）由算出的是值，應(yīng)再換算成。④產(chǎn)率系數(shù)（）與表觀產(chǎn)率系數(shù)（）之間的關(guān)系：產(chǎn)率系數(shù)（）是指單位時間內(nèi)，微生物的合成量與基質(zhì)降解量的比值，即：表觀產(chǎn)率系數(shù)（）是指單位時間內(nèi)，實際測定的污泥產(chǎn)量與基質(zhì)降解量的比值，即：將，以及代入，則有：該式還提供了通過試驗求及的方法，將其取倒數(shù)后得：以對作圖，即可求得及值。其中⑤與Se及E的關(guān)系：(見附圖3)升高Se下降E升高；下降Se升高E下降因此，對于一個活性污泥系統(tǒng)有一個()min可以通過假定Se=SI并代入則有：一般，，所以，⑥對方程式的推論已有：因，所以，活性污泥處理系統(tǒng)一般為低基質(zhì)濃度，即,所以，，其中又：，所以：在穩(wěn)態(tài)下，所以：三、動力學(xué)參數(shù)的測定動力學(xué)參數(shù)、、、是模式的重要組成部分，一般是通過實驗來確定的。①、的確定：將下式：取倒數(shù)，得：式中所以取不同的值，即可計算出值，繪制關(guān)系圖，圖中直線的斜率為值，截距為值。②、值的確定已知以及取不同的值，并由此可以得出不同的值，代入上式，可得出一系列值。繪制的關(guān)系圖，圖中直線的斜率為值，截距為值。第四節(jié)曝氣的原理、方法與設(shè)備一、曝氣的原理與理論基礎(chǔ)在活性污泥法中，曝氣的作用主要有：①充氧：向活性污泥中的微生物提供溶解氧，滿足其在生長和代謝過程中所需的氧量。②攪動混合：使活性污泥在曝氣池內(nèi)處于懸浮狀態(tài)，與廢水充分接觸。1、Fick定律通過曝氣，空氣中的氧，從氣相傳遞到混合液的液相中，這實際上是一個物質(zhì)擴散過程，即氣相中的氧通過氣液界面擴散到液相主體中。所以，它應(yīng)該服從擴散過程的基本定律——Fick定律。Fick定律認為：擴散過程的推動力是物質(zhì)在界面兩側(cè)的濃度差，物質(zhì)的分子會從濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)擴散、轉(zhuǎn)移。即(1)式中：——物質(zhì)的擴散速率，即在單位時間內(nèi)單位斷面上通過的物質(zhì)數(shù)；——擴散系數(shù)，表示物質(zhì)在某種介質(zhì)中的擴散能力，主要取決于擴散物質(zhì)和介質(zhì)的特性及溫度；——物質(zhì)濃度；——擴散過程的長度——濃度梯度，即單位長度內(nèi)的濃度變化值。式（1）表明，物質(zhì)的擴散速率與濃度梯度呈正比關(guān)系。如果以M表示在單位時間t內(nèi)通過界面擴散的物質(zhì)數(shù)量，以A表示界面面積，則有：(2)代入（1）式，得：(3)2、雙膜理論：對于氣體分子通過氣液界面的傳遞理論，在廢水生物處理界被普遍接受的是Lewis&Whitman于1923年建立的“雙膜理論”。雙膜理論認為：1)當(dāng)氣、液面相接觸并作相對運動時，接觸界面的兩側(cè)，存在著氣體與液體的邊界層，即氣膜和液膜；2)氣膜和液膜內(nèi)相對運動的速度屬于層流，而在其外的兩相體系中則均為紊流；3)氧的轉(zhuǎn)移是通過氣、液膜進行的分子擴散和在膜外的對流擴散完成；4)對于難溶于水的氧來說，分子擴散的阻力大于對流擴散，傳質(zhì)的阻力主要集中在液膜上；5)在氣膜中存在著氧分壓梯度，而液膜中同樣也存在著氧的濃度梯度，由此形成了氧轉(zhuǎn)移的推動力；6)實際上，在氣膜中，氧分子的傳遞動力很小，即氣相主體與界面之間的氧分壓差值很低，一般可認為。這樣，就可以認為界面處的溶解氧濃度等于在氧分壓條件下的飽和溶解氧濃度值，因此氧轉(zhuǎn)移過程中的傳質(zhì)推動力就可以認為主要是界面上的飽和溶解氧濃度值與液相主體中的溶解氧濃度值。雙膜理論模型的示意圖：(或稱氧轉(zhuǎn)移模式圖（雙膜理論）)邊界層邊界層紊流紊流層流層流ygyiCLCiPiPg液膜氣膜氣相主體液相主體設(shè)液膜厚度為（此值是極小的），因此在液膜內(nèi)溶解氧濃度的梯度為：（4）代入式（3），得：（5）式中——氧傳遞速率，kgO2/h；——氧分子在液膜中的擴散系數(shù)，m2/h；A——氣、液兩相接觸界面面積，m2；——在液膜內(nèi)溶解氧的濃度梯度，kgO2/m3.m；設(shè)液相主體的容積為V(m3)，并用其除以上式，則得：（6’）（6）式中——液相主體溶解氧濃度變化速率（或氧轉(zhuǎn)移速率），kgO2/m3.h；KL——液膜中氧分子傳質(zhì)系數(shù)，m/h，。由于氣液界面面積難于計量，一般以氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（）代替，則上式改寫為：（7）式中：——氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)，h-1，（8）此值表示在曝氣過程中氧的總傳遞性，當(dāng)傳遞過程中阻力大，則值低，反之則值高。的倒數(shù)1/KLa的單位為（h），它所表示的是曝氣池中溶解氧濃度從提高到Cs所需要的時間。為了提高dC/dt值，可以從兩方面考慮：（式（8））1)提高值——加強液相主體的紊流程度，降低液膜厚度，加速氣、液界面的更新，增大氣、液接觸面積等。2)提高Cs值——提高氣相中的氧分壓，如采用純氧曝氣、深井曝氣等。3、氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（）的求定氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（）是計算氧轉(zhuǎn)移速率的基本參數(shù)，一般是通過試驗求得。將式（7）整理，得：（9）積分后得：（10’）換成的以10為底，則(10)式中：C0——當(dāng)t=0時，液體主體中的溶解氧濃度(mg/l)；Ct——當(dāng)t=t時，液體主體中的溶解濃度(mg/l)；Cs——是在實際水溫、當(dāng)?shù)貧鈮合氯芙庋踉谝合嘀黧w中飽和濃度(mg/l)。由式（10）可見與t之間存在著直線關(guān)系，直線的斜率即為KLa/2.3。測定值的方法與步驟如下：1)向受試清水中投加Na2SO3和CoCl2，以脫除水中的氧；每脫除1mg/L的氧，在理論上需7.9mg/LNa2SO3，但實際投藥量要高出理論值10~20%；CoCl2的投量則以保持Co2+離子濃度不低于1.5mg/L為準(zhǔn)，Co2+是催化劑。2)當(dāng)水中溶解氧完全脫除后，開始曝氣充氧，一般每隔10分鐘取樣一次，（開始時可以更密集一些），取6~10次，測定水樣的溶解氧；3)計算值，繪制與t之間的關(guān)系曲線，直線的斜率即為KLa/2.3。二、氧轉(zhuǎn)移速率的影響因素標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速率——指脫氧清水在20C和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下測得的氧轉(zhuǎn)移速率，一般以R0表示（kgO2/h）；實際氧轉(zhuǎn)移速率——以城市廢水或工業(yè)廢水為對象，按當(dāng)?shù)貙嶋H情況（指水溫、氣壓等）進行測定，所得到的為實際氧轉(zhuǎn)移速率，以R表示，單位為kgO2/h。影響氧轉(zhuǎn)移速率的主要因素：——廢水水質(zhì)、水溫、氣壓等1、水質(zhì)對氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLa）值的影響：廢水中的污染物質(zhì)將增加氧分子轉(zhuǎn)移的阻力，使KLa值降低；為此引入系數(shù)，對KLa值進行修正：式中KLaw——廢水中的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；值可以通過試驗確定，一般=0.80.852、水質(zhì)對飽和溶解氧濃度（Cs）的影響：廢水中含有的鹽分將使其飽溶解氧濃度降低，對此，以系數(shù)加以修正：，式中Csw——廢水的飽和溶解氧濃度，mg/l；值一般介于0.90.97之間。3、水溫對氧總轉(zhuǎn)移系（KLa）的影響：水溫升高，液體的粘滯度會降低，有利于氧分子的轉(zhuǎn)移，因此KLa值將提高；水溫降低，則相反。溫度對KLa值的影響以下式表示：式中KLa（T）和KLa（20）——分別為水溫TC和20C時的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；T——設(shè)計水溫C；4、水溫對飽和溶解氧濃度（Cs）的影響：水溫升高，Cs值就會下降，在不同溫度下，蒸餾水中的飽和溶解氧濃度可以從表中查出。水溫（C）012345678910飽和溶解氧（mg/l）14.6214.2313.8413.4813.1312.8012.4812.1711.8711.5911.33水溫（C）1112131415161718192021飽和溶解氧（mg/l）11.0810.8310.6010.3710.159.959.749.549.359.178.99水溫（C）222324252627282930飽和溶解氧（mg/l）8.838.638.538.388.228.077.927.777.635、壓力對飽和溶解氧濃度（Cs）值的影響：壓力增高，Cs值提高，Cs值與壓力(P)之間存在著如下關(guān)系：（15）式中P——所在地區(qū)的大氣壓力，Pa；Cs(P)和Cs(760)——分別是壓力P和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力條件下的Cs值，mg/l；P’——水的飽和蒸氣壓力，Pa；由于P’很小（在幾kPa范圍內(nèi)），一般可忽略不計，則得：其中對于鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，曝氣裝置是被安裝在水面以下，其Cs值以擴散裝置出口和混合液表面兩處飽和溶解氧濃度的平均值Csm計算，如下所示：(18)式中Ot——從曝氣池逸出氣體中含氧量的百分率，%；(19)EA——氧利用率，%，一般在6%12%之間；Pb——安裝曝氣裝置處的絕對壓力，可以按下式計算：(20)P——曝氣池水面的大氣壓力，P＝1.013×105Pa；H——曝氣裝置距水面的距離，m。三、氧轉(zhuǎn)移速率與供氣量的計算1、氧轉(zhuǎn)移速率的計算：標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速度（R0）為：，式中CL——水中的溶解氧濃度，對于脫氧清水CL=0;V——曝氣池的體積，（m3）；為求得水溫為T，壓力為P條件下的廢水中的實際氧轉(zhuǎn)移速率（R），則需對上式加以修正，需引入各項修正系數(shù)，即：，因此，R0/R為：（23）一般來說：R0/R=1.331.61。將（23）式重寫：（24）式中CL——曝氣池混合液中的溶解氧濃度，一般按2mg/l來考慮。2、氧轉(zhuǎn)移效率與供氣量的計算：①氧轉(zhuǎn)移效率：，式中：EA——氧轉(zhuǎn)移效率，一般的百分比表示；OC——供氧量，kgO2/h；，21%——氧在容氣中的占的百分比；1.331——20C時氧的容重，kg/m3；Gs——供氧量，m3/h。②供氣量Gs：