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反硝化菌的作用下被还原为氮气。 4．简述生物除磷的原理。

答：在厌氧－好氧交替运行的系统中，得用聚磷微生物具有的厌氧释磷及好氧超量吸磷的特性，使好氧段中混合液磷的浓度大量降低，最终通过排放含有大量富磷污泥而达到从污水中除磷的目的。

第十二章、活性污泥法

1．活性污泥法的基本概念和基本流程是什么？

答：活性污泥是指由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。

活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水一类好氧生物的处理方法。 活性污泥法处理流程包括曝气池、沉淀及剩余污泥排除系统等基本组成部分。 活性污泥法处理流程具体流程见下图：

废水经过预处理后，进入曝气池与池内的活性污泥混合成混合液，并在池内充分曝气，一方面使活性污泥处于悬浮状态，废水与活性污泥充分接触；另一方面，通过曝气，向活性污泥供氧，保持好氧条件，保证微生物的正常生长。废水中有机物在曝气池内被活性污泥吸附、吸收和氧化分解后，混合液进入二次沉淀池，进行固液分离，净化的废水排出。大部分二沉池的沉淀污泥回流到曝气池进口，与进入曝气池的废水混合。

2．常用的活性污泥法曝气池的基本形式有哪些？

答：曝气池实质上是一个反应器，它的池型与所需的水力特征及反应要求密切相关，主要分为推流式、完全混合式、封闭环流式及续批式四大类。

推流式曝气池：污水及回流污泥一般从池体的一端进入，水流呈推流型，底物浓度在进口端最高，沿池长逐渐降低，至池出口端最低。

完全混合式曝气池：污水一进入曝气反应池，在曝气搅拌作用下立即和全池混合，曝气池内各点的底物浓度、微生物浓度、需氧速率完全一致。

封闭环流式反应池：结合了推流和完全混合两种流态的特点，污水进入反应池后，在曝气设备的作用下被快速、均匀地与反应器中混合液进行混合，混合后的水在封闭的沟渠中循环流动。封闭环流式反应池在短时间内呈现推流式，而在长时间内则呈现完全混合特征。

序批式反应池（SBR）：属于“注水--反应—排水”类型 的反应器，在流态上属于完全混合，但有机污染物却是随着反应时间的推移而被降解的。其操作流程由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，所有处理过程都是在同一个设有曝气或搅拌装置的反应器

池、污泥回流

内依次进行，混合液始终留在池中，从而不需另外设置沉淀池。

3．活性污泥法有哪些主要运行方式？各运行方式有何特点？

答：传统推流式：污水和回流污泥在曝气池的前端进入，在池内呈推流式流动至池的末端，充氧设备沿池长均匀布置，会出现前半段供氧不足，后半段供氧超过需要的现象。

渐减曝气法：渐减曝气布置扩散器，使布气沿程递减，而总的空气量有所减少，这样可以节省能量，提高处理效率。

分步曝气：采用分点进水方式，入流污水在曝气池中分3—4点进入，均衡了曝气池内有机污染物负荷及需氧率，提高了曝气池对水质、水量冲击负荷的能力。

完全混合法：进入曝气池的污水很快被池内已存在的混合液所稀释、均化，入流出现冲击负荷时，池液的组成变化较小，即该工艺对冲击负荷具有较强的适应能力；污水在曝气池内分布均匀，F/M值均等，各部位有机污染物降解工况相同，微生物群体的组成和数量几近一致；曝气池内混合液的需氧速率均衡。 浅层曝气法：其特点为气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率是最大的。在水的浅层处用大量空气进行曝气，就可以获得较高的氧传递速率。

深层曝气法：在深井中可利用空气作为动力，促使液流循环。并且深井曝气池内，气液紊流大，液膜更新快，促使KLa值增大，同时气液接触时间延长，溶解氧的饱和度也由深度的增加而增加。

高负荷曝气法：在系统与曝气池构造方面与传统推流式活性污泥方相同，但曝气停留时间公1.5－3.0小时，曝气池活性污泥外于生长旺盛期。主要特点是有机容积负荷或污泥负荷高，但处理效果低。 克劳斯法：把厌氧消化的上清液加到回流污泥中一起曝气，然后再进入曝气池，克服了高碳水化合物的污泥膨胀问题。而且消化池上清液中富有氨氮，可以供应大量碳水化合物代谢所需的氮。消化池上清液夹带的消化污泥相对密度较大，有改善混合液沉淀性能的功效。

延时曝气法：曝气时间很长，活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态，剩余污泥少而稳定，无需消化，可直接排放。本工艺还具有处理过程稳定性高，对进水水质、水量变化适应性强，不需要初沉池等优点。

接触稳定法：混合液的曝气完成了吸附作用，回流污泥的曝气完成稳定作用。本工艺特点是污水与活性污泥在吸附池内吸附时间较短，吸附池容积较小，再生池的容积也较小，另外其也具有一定的抗冲击负荷能力。

氧化沟：氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，它的池体狭长，池深较浅，在沟槽中设有表面曝气装置。曝气装置的转动，推动沟内液体迅速流动，具有曝气和搅拌两个作用， 使活性污泥呈悬浮状态。

纯氧曝气法：纯氧代替空气，可以提高生物处理的速度。在密闭的容器中，溶解氧的饱和度可提高，氧溶解的推动力也随着提高，氧传递速率增加了，因而处理效果好，污泥的沉淀性也好。

吸附－生物降解工艺；处理效果稳定，具有抗冲击负荷和pH变化的能力。该工艺还可以根据经济实力进行分期建设。

序批式活性污泥法:工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回流设备；耐冲击负荷，在一般情况下（包括工业污水处理）无需设置调节池；反应推动力大,易于得到优于连续流系统的出水水质；运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果；污泥沉淀性能好,SVI值较低,能有效地防止丝状菌膨胀；该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，

便于自控运行，易于维护管理。

4．解释污泥泥龄的概念，说明它在污水处理系统设计和运行管理中的作用。

答：污泥泥龄即生物固体停留时间，其定义为在处理系统（曝气池）中微生物的平均停留时间。在工程上，就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩余微生物量的比值。活性污泥泥龄是活性污泥处理系统设计\\运行的重要参数。在曝气池设计中的活性污泥法，即是因为出水水质、曝气池混合液污泥浓度、污泥回流比等都与污泥泥龄存在一定的数学关系，由活性污泥泥龄即可计算出曝气池的容积。而在剩余污泥的计算中也可根据污泥泥龄直接计算每天的剩余污泥。而在活性污泥处理系统运行管理过程中，污泥泥龄也会影响到污泥絮凝的效果。另外污泥泥龄也有助于进步了解活性污泥法的某些机理，而且还有助于说明活性污泥中微生物的组成。

5．从气体传递的双膜理论，分析氧传递的主要影响因素。

答：气体传递的双膜理论的基点是认为在气液界面存在着二层膜（即气膜和液膜）这一物理现象。这两层薄膜使气体分子从一相进入另一相时受到了阻力。当气体分子从气相向液相传递时，若气体的溶解度低，则阻力主要来自液膜。 影响氧传递的因素主要有如下：

污水水质：水中各种杂质如某些表面活性物质会在气液界面处集中，形成一层分子膜，增加了氧传递的阴力，影响了氧分子的扩散。

水温：水温对氧的转移影响较大，水温上升，水的黏度降低，液膜厚度减小，扩散系数提高，反之，扩散系数降低。

氧分压：气相中的氧分压直接影响到氧传递的速率。气相中氧分压增大，则传递速率加快，反之，则速率降低。

总的来说，气相中氧分压、液相中氧的浓度梯度、气液间的接触面积和接触时间、水温、污水的性质、水流的紊流程度等因素都影响着氧的转移速率。

6．生物脱氮、除磷的环境条件要求和主要影响因素是什么？说明主要生物脱氮、除磷工艺的特点。 答：生物脱氮、除磷影响因素有：（1）环境因素，如温度、pH、DO；（2）工艺因素，如污泥泥龄、各反应区的水力停留时间、二沉池的沉淀效果；（3）污水成分，如污水中易降解有机物浓度，BOD5与N、P的比值等。

生物脱氮流程中必须设置氨氮硝化的好氧区，好氧区的水力停留时间和污泥龄必须满足氨氮硝化的要求，，污泥龄通常大于6d，同时还应具备缺氧区或缺氧时间段以完成生物反硝化过程，在缺氧区不仅需要供给硝酸盐溶液，还需要提供碳源作为反硝化过程的电子供体，常用的作为电子供体的有机物为入流污水中的有机物。碳源不足时需另外投加碳源。 硝化过程的影响因素：

（a）好氧环境条件，并保持一定的碱度：硝化菌为了获得足够的能量用于生长，必须氧化大量的NH3和NO2-，氧是硝化反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化反应的进程，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg/L，多数学者建议溶解氧应保持在1.2~2.0mg/L。 在硝化反应过程中，释放H+，使pH下降，硝化菌对pH的变化十分敏感，为保持适宜的pH，应当在污水中保持足够的碱度，以调节pH的变化，lg氨态氮（以N计）完全硝化，需碱度（以CaCO3计）7.14g。对硝化菌的适宜的pH为8.0~8.4。

（b）混合液中有机物含量不应过高：硝化菌是自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。 （c）硝化反应的适宜温度是20~30℃，15℃以下时，硝化反应速度下降，5℃时完全停止。 （d）硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间（污泥龄）SRTn，必须大于其最小的世代时间，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽，一般认为硝化菌最小世代时间在适宜的温度条件下为3d。SRTn值与温度密切相关，温度低，SRTn取值应相应明显提高。

（e）除有毒有害物质及重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有高浓度的NH4-N、高浓度的NOx-N、高浓度的有机基质、部分有机物以及络合阳离子等。 反硝化反应：

反硝化过程的影响因素：

（a）碳源：能为反硝化菌所利用的碳源较多，从污水生物脱氮考虑，可有下列三类：一是原污水中所含碳源，对于城市污水，当原污水BOD5/TKN>3~5时,即可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），因为甲醇被分解后的产物为CO2和H2O，不留任何难降解的中间产物；三是利用微生物组织进行内源反硝化。

（b）pH：对反硝化反应，最适宜的pH是6.5~7.5。pH高于8或低于6，反硝化速率将大为下降。 （c）溶解氧浓度：反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在无分子氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的条件下，它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。另一方面，反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。这样，反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条件下进行，溶解氧应控制在0.5 mg/L以下。

（d）温度：反硝化反应的最适宜温度是20~40℃，低于15℃反硝化反应速率最低。为了保持一定的反硝化速率，在冬季低温季节，可采用如下措施：提高生物固体平均停留时间；降低负荷率；提高污水的水力停留时间。 (2) 生物脱氮工艺 （a）三段生物脱氮工艺：

将有机物氧化、硝化以及反硝化段独立开来，每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。 （b）Bardenpho生物脱氮工艺：

设立两个缺氧段，第一段利用原水中的有机物为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液进行反硝化反应。为进一步提高脱氮效率，废水进入第二段反硝化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。曝气池用于吹脱废水中的氮气，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池发生污泥上浮现象。 （c）缺氧——好氧生物脱氮工艺：

该工艺将反硝化段设置在系统的前面，又称前置式反硝化生物脱氮系统。反硝化反应以水中的有机物为碳源，曝气池中含有大量的硝酸盐的回流混合液，在缺氧池中进行反硝化脱氮。

生物除磷过程需设置厌氧区和好氧区，同时活性污泥需要不断经过厌氧区磷释放和好氧区磷吸收，通过排除进过以后富含磷的污泥使污水中磷得以去除。生物除磷的厌氧过程对污水中碳源的品质和数量有更高的要求，最理想的碳源为挥发性脂肪酸，其次为易发酵的有机物。 生物除磷影响因素： （1）厌氧环境条件：

（a）氧化还原电位：Barnard、Shapiro等人研究发现，在批式试验中，反硝化完成后，ORP突然下降，随后开始放磷，放磷时ORP一般小于100mV；

（b）溶解氧浓度：厌氧区如存在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不会诱导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质；

（c）NOx-浓度：产酸菌利用NOx- 作为电子受体，抑制厌氧发酵过程，反硝化时消耗易生物降解有机质。

（2）有机物浓度及可利用性：碳源的性质对吸放磷及其速率影响极大，传统水质指标很难反映有机物组成和性质，ASM模型对其进一步划分为：

（a）1987年发展的ASM1: CODtot=SS+SI+XS+XI

（b）1995年发展的ASM2: 溶解性与颗粒性：SA+SF+SI+XS＋XI

S表示溶解性组分，X表示颗粒性组分；下标S溶解性，I惰性，A发酵产物，F可发酵的易生物降解的。

（3）污泥龄：污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量，污泥龄越长，污泥含磷量越低，去除单位质量的磷须同时耗用更多的BOD。

Rensink和Ermel研究了污泥龄对除磷的影响，结果表明：SRT=30d时，除磷效果40%；SRT=17d时，除磷效果50%；SRT=5d天时，除磷效果87%。 同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾。 （4）pH：与常规生物处理相同，生物除磷系统合适的pH为中性和微碱性，不合适时应调节。 （5）温度：在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快；温度低时应适当延长厌氧区的停留时间或投加外源VFA。

（6）其他：影响系统除磷效果的还有污泥沉降性能和剩余污泥处置方法等。 常用脱氮除磷工艺性能特点

工艺名称 优点 缺点

AN/O 在好氧前去除BOD，节能；硝化前产生碱度；前缺氧具有选择池的作用 脱氮效果受内循环比影响；可能存在诺卡氏菌的问题；需要控制循环混合液的DO

AP/O 工艺过程简单；水力停留时间短；污泥沉降性能好；聚磷菌碳源丰富，除磷效果好 如有硝化发生除磷效果会降低；工艺灵活性差

A2/O 同时脱氮除磷；反硝化过程为硝化提供碱度；水力停留时间短；反硝化过程同时除去有机物；污泥沉降性能好 回流污泥含有硝酸盐进入厌氧区，对除磷效果有影响；脱氮受回流比影响；聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有机物

倒置A2/O 同时脱氮除磷；厌氧区释磷无硝酸盐的影响；无混合液回流，流程简单，节能；反硝化过程同时除去有机物；好氧吸磷充分；污泥沉降性能好； 厌氧释磷得不到优质降解碳源；无混合液回流时总氮去除效果不高

UCT 减少了进入厌氧区的硝酸盐量，提高了除磷效率；对有机物浓度偏低的污水，除磷效率有所改善；脱氮效果好 操作较为复杂；需增加附加回流系统

改良Bardenpho 脱氮效果优秀；污泥沉降性能好 池体分隔较多；池体容积较大

PhoStrip 易于与现有设施结合及改造；过程灵活性好；除磷性能不受进水有机物浓度限制；加药量比采用化学沉淀法小很多；出水磷酸盐浓度可稳定小于1mg/L 需要投加化学药剂；混合液需保持较高DO浓度，以防止磷在二沉池中释放；需附加的池体用于磷的解吸；如使用石灰可能存在结垢问