第三章 污水的二级生物处理

第三章污水的二级生物处理第一节生物处理污水经一级处理后，用生物处理法继续去除其中胶体状和溶解性有机物及植物性营养物，将污水中各种复杂有机物氧化分解为简单物质的过程，称为二级处理，又称生物处理或二级生物处理。

一、生物处理的基本原理在自然水体中，存在着大量依靠有机物生活的微生物。

它们不但能分解氧化一般的有机物并将其转化为稳定的化合物，而且还能转化有毒物质。

生物处理就是利用微生物分解氧化有机物的这一功能，并采取一定的人工措施，创造有利于微生物的生长、繁殖的环境，使微生物大量增殖，以提高其分解氧化有机物效率的一种污水处理方法。

生物法处理污水具有净化能力强、费用低廉、运行可靠等优点，是城市污水和各种工业废水处理的主要方法。

所有的微生物处理过程都是一种生物转化过程，在这一过程中易于生物降解的有机污染物可在数分钟至数小时内进行两种转化：一是变成从液相中溢出的气体，二是使微生物得到增殖成为剩余生物污泥。

好氧条件下，微生物将有机污染物中的一部分碳元素转化为CO2，厌氧条件下则将其转化为CH4和CO2。

按照微生物对氧需求程度的不同，生物处理法可分为好氧、缺氧、厌氧等三类。

好氧是指污水处理构筑物内的溶解氧含量在1mg/L以上，最好大于2mg/L。

厌氧是指污水处理构筑物内基本没有溶解氧，硝态氮含量也很低。

一般硝态氮含量小于0.3mg/L，最好小于0.2mg/L。

缺氧指污水处理构筑物内BOD5的代谢由硝态氮维持，硝态氮的初始浓度不低于0.4mg/L，溶解氧浓度小于0.7mg/L，最好小于0.4mg/L。

按照微生物的生长方式不同，生物处理法可分为悬浮生长、固着生长、混合生长等三类。

悬浮生长型生物处理法的代表是活性污泥法，固着生长型生物处理法的代表是生物膜法，混合生长型生物处理法的代表是接触氧化法。

二、生物处理的基本参数1、水力停留时间和固体停留时间水力停留时间HRT是水流在处理构筑物内的平均驻留时间，从直观上看，可以用处理构筑物的容积与处理进水量的比值来表示，HRT的单位一般用h表示。

固体停留时间SRT是生物体（污泥）在处理构筑物内的平均驻留时间，即污泥龄。

从直观上看，可以用处理构筑物内的污泥总量与剩余污泥排放量的比值来表示，SRT的单位一般用d表示。

就生物处理构筑物而言，HRT实质上是为保证微生物完成代谢降解有机物所提供的时间。

而SRT实质上是为保证微生物能在生物处理系统内增殖并占优势地位且保持足够的生物量所提供的时间。

为保证反应器内有足够的生物量和特定微生物能增殖，生物处理工艺的SRT都比其HRT要长得多，好氧处理在10d左右，而厌氧处理有时在30d以上。

生物处理中微生物为了产生代谢作用而需要与有机污染物有足够的接触时间，所需要的代谢时间与待处理的污水中的有机污染物性质有关。

简单的低分子有机物如VFA、单糖和乙醇等要求的代谢时间较短，可以在数分钟内代谢完成；而复杂的大分子有机物如氯代烃类难以生物降解，要求的代谢时间较长，有时需要数小时甚至几天的时间。

因此为了将污水中有机污染物含量降低到一个合理的程度，必须使生物处理构筑物具备合理的水力停留时间。

处理较易降解的城市污水时，HRT为数小时即可，而处理一些难以生物降解的工业废水时，HRT有时要达到几天。

2、污泥负荷和容积负荷污泥负荷是指曝气池内单位重量的活性污泥在单位时间内承受的有机质的数量，单位/(kgMLSS∙d)，一般记为F/M，常用N s表示。

容积负荷是指单位有效曝气体积在是kgBOD5单位时间内承受的有机质的数量，单位是kgBOD/(m3∙d)，一般记为F/V，常用N v表示。

5如果污泥负荷和容积负荷过低，虽然可以有效降低污水中的有机物含量，但同时会使活性污泥处于过氧化状态、沉降性能也会变差，导致出水悬浮物含量升高。

如果污泥负荷和容积负荷过高，又会造成污水中的有机物氧化不彻底，出水水质变差。

3、有机负荷率有机负荷率可以分为进水负荷和去除负荷两种。

进水负荷是指曝气池内单位重量的活性污泥在单位时间内承受的有机质的数量，或单位有效曝气池容积在单位时间内承受的有机质的数量，即进水有机负荷可以分为污泥负荷N s和容积负荷N v两种。

去除负荷是指曝气池内单位重量的活性污泥在单位时间内去除的有机质的数量，或单位有效曝气池容积在单位时间内去除的有机质的数量。

因此，去除负荷可以用进水负荷和去除率两个参数来表示。

4、冲击负荷冲击负荷指在短时间内污水处理设施的进水负荷超出设计值或正常运行值的情况，可以是水力冲击负荷，也可以是有机冲击负荷。

如果冲击负荷过大，超过了生物处理工艺本身能承受的能力，就会影响处理效果，使出水水质变差，甚至导致处理系统瘫痪。

5、温度无论好氧处理还是厌氧处理，都要求在一定温度范围内进行，一旦超过此范围，即温度过高或过低都会降低处理效率，甚至造成整个系统的失效。

6、溶解氧水中保持一定的溶解氧是好氧水生生物得以生存繁殖的基本条件，因而溶解氧指标也污水生物处理系统正常运转的关键指标之一。

好氧生物处理装置要求水中溶解氧最好在2mg/L以上，厌氧生物处理装置要求溶解氧在0.5mg/L以下，如果想进入理想的产甲烷阶段则最好检测不到溶解氧。

在好氧生物法的二沉池出水合格时，其溶解氧含量一般不低于1mg/L，过低（﹤0.5mg/L）或过高（空气曝气法﹥2mg/L）都会导致出水水质变差、甚至超标。

第二节好氧活性污泥法一、活性污泥法的基本流程好氧活性污泥法是以活性污泥为主体，利用活性污泥中悬浮生长型好氧微生物氧化分解污水中的有机物质的污水生物处理技术，是一种应用最广泛的污水好氧生物处理技术。

其净化污水的过程可分为吸附、代谢、固液分离三个阶段，由曝气池、曝气系统、回流污泥系统及二次沉淀池等组成。

经过一级预处理的污水与二次沉淀池底部回流的活性污泥同时进入曝气池混合后，在曝气的作用下，混合液得到足够的溶解氧并使活性污泥与污水充分接触，污水中的胶体状和溶解性有机物为活性污泥吸附，并被活性污泥中的微生物氧化分解，从而得以净化。

在二次沉淀池中，活性污泥与已被活性污泥净化的污水分离，澄清后的污水作为处理后污水排出系统；活性污泥在泥区进行浓缩后，以较高的浓度回流到曝气池。

微生物氧化分解有机物的同时，自身也得以繁殖增长，即活性污泥量会不断增加，为使曝气池混合液中活性污泥浓度保持在一定较为恒定的范围内，需要及时将部分活性污泥作为剩余污泥排出系统。

曝气池是好氧活性污泥法的核心，有时被称为污水处理的反应池，污水处理厂的其他构筑物和设施都是围绕曝气池设置或以曝气池为基础的。

比如各种一级处理设施和二沉池、回流污泥泵房等都是以满足曝气池需要为前提的，各种三级处理或深度处理设施也需要根据曝气池的处理效果而确定工艺流程和处理方式。

生物处理系统的曝气池一般单独设置，前有初沉池、后有二沉池，但也有将曝气池和二沉池合建在一起的工艺，比如SBR工艺、一体式氧化沟工艺以及完全混合活性污泥法的合建式曝气池等。

二、活性污泥的性能指标好氧活性污泥是由好氧菌为主体的微生物群体形成的絮状绒粒，绒粒直径一般为0.2～0.5mm，含水率一般为99.2%～99.8%，密度因含水率不同而有一些差异，一般为1.002～1.006g/m3，绒粒状结构使得活性污泥具有较大的比表面积，一般为20～100cm2/mL。

成熟的活性污泥呈茶褐色，稍具泥土味，具有良好的凝聚沉淀性能。

活性污泥由有机物和无机物两部分组成，组成比例因处理污水的不同而有差异，一般有机成分占75%～85%，无机成分仅占15%～25%。

活性污泥中有机成分主要由生长在其中的微生物组成，活性污泥上还吸附着微生物的代谢产物及被处理污水中含有的各种有机和无机污染物。

1、污泥沉降比（SV）污泥沉降比SV又称30分钟沉降比，是曝气池混合液在量筒内静置30分钟后所形成的沉淀污泥容积占原混合液容积的比例，以%表示。

一般取混合液样100ml用100ml量筒测量，静置30分钟后泥面的高度恰好是SV的数值。

由于SV值的测定简单快速，因此是评定活性污泥浓度和质量的最常用方法。

SV能反映曝气池正常运行时的污泥量和污泥的凝聚、沉降性能，通常SV值越小，污泥的沉降性能越好。

可用于控制剩余污泥的排放量，通过SV的变化可以判断和发现污泥膨胀现象的发生。

SV值的大小与污泥的种类、絮凝性能和污泥浓度有关，不同污水处理厂的SV 值的差别很大，城市污水处理厂的正常SV值一般在20%～30%之间，而有些工业废水处理场的正常SV值在90%以上。

同一污水处理厂的污泥，在丝状菌含量大和污泥过氧化而解絮时的SV值比正常值也要高得多。

因此，每座污水处理厂都应该根据自己的运行经验数据确定本厂的最佳SV值。

在正常生产运行中，有时为了能及时调整运行状况，可以测定5min的污泥沉降比来判断污泥的性能。

5min测定不仅节约时间，而且沉降性能不同的污泥，此时的体积差异也最大。

必要时，可以测定低转速条件下的沉淀效果，并测定污泥界面的沉降速度，更准确地反映沉淀池中的实际状况。

SV值的测定不仅可用于监控曝气池混合液的性能，也可以比较和观察初沉池污泥的性能，尤其是将二沉池污泥回流到初沉池加强初沉效果并从初沉池排放剩余污泥时，更需要测定进入初沉池污泥的SV值，以控制回流量和保证沉淀效果。

2、污泥浓度（MLSS）曝气池混合液污泥浓度（MLSS）又称混合液悬浮固体浓度，它表示的是混合液中的活性污泥浓度，即单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总质量。

其单位是mg/L或g/L。

MLSS中包含了活性污泥中的所有成分，即由具有代谢功能的微生物群体、微生物代谢氧化的残留物、吸附在微生物上的有机物和无机物等四部分组成。

曝气池混合液挥发性污泥浓度（MLVSS）又称混合液挥发性悬浮固体浓度，表示的是混合液活性污泥中有机性固体物质的浓度，MLVSS扣除了活性污泥中的无机成分，能够比较准确地表示活性污泥中活性成分的数量。

其单位也是mg/L或g/L。

对于水质相对稳定的污水生物处理系统，MLVSS/MLSS比值是固定的，比如处理城市污水的活性污泥这一比值一般在0.75～0.85之间，但不同的工业废水，MLVSS/MLSS比值是有差异的。

每一种好氧活性污泥法处理工艺都有其最佳曝气池MLSS，比如普通空气曝气活性污泥法的MLSS最佳值为2g/L左右，而纯氧曝气活性污泥法的MLSS最佳值为5g/L左右，两者差距很大。

一般而言，曝气池中的MLSS接近其最佳值时，处理效果最好，而MLSS过低时往往达不到预计的处理效果。

如果MLSS或MLVSS超出特定范围或二者比值发生较大改变，必须设法使其恢复正常，否则势必造成生物处理系统出水水质发生变化，甚至导致包括悬浮物在内的各种排放指标超标。

另外，通过测定MLSS，还可以监测曝气池混合液的污泥体积指数，从而了解活性污泥及其他生物悬浮液的沉降特性和活性。