生物反应器中的氧传递
在发酵中微生物只能利用溶解于水中的氧，不能利用气态的氧。而氧是难溶气体，在1atm 下、20oC 时，氧在纯水中的溶解度为0.21mmol/L ，在发酵液中溶解度更低，每升发酵液中菌体数一般为108~109个，耗氧量非常大，如果终止供氧，极短时间内发酵
液中溶氧将降为零。因此，氧常常成为发酵过程的限制性基质，解决好氧传递总是成为发酵过程的关键问题。体积溶氧系数k L a 是表征生物反应器传递氧效能的重要指标。工业生产中，将除菌后的空气通入发酵液中，使之分散成细小的气泡，尽可能增大气泡接触面积和接触时间，以促进氧的溶解。 氧的溶解实质上是气体传递的过程，是由气相向液相传递的过程。这一过程可用双膜理论加以阐明。
1．双膜理论
这是一个放大的气泡，在气泡与包围着气泡的液体之间存在着界面，在界面的气泡一侧存在着一层气膜，在界面的液体一侧存在着一层液膜。气膜内的气体分子与液膜内的液体分子都处于层流状态，分子间无对流运动，氧的分子只能以扩散方式，即靠浓度并差推动而穿过双膜进入液相主流。另外，气泡内膜以外的气体分子处于湍流状态，称气体主流，主流中的任一点氧分子的浓度相等。液体主流也是如此。在双膜之间的两相界面上，氧的分压强与溶于界面液膜中的氧浓度处于平衡关系。传质过程处于稳定状态，传质途径上各点的氧浓度不随时间而变。
气体吸收双膜理论图解
从图中可以看出，通过气膜的传氧推动力为P-P i ，通过液膜时推动力为C i -C 。 在稳定传质过程中，通过气、液膜的传氧速率N 应相等。
)()(C C k P P k N i L i g -=-= (1)
式中 N ：传氧速率(kmol/m 2.h)
k g ：气膜传质系数 [kmol/(m 2.h .atm)]
k L ：液膜传质系数(m/h)
设：P *为与液相主流中溶氧浓度C 相平衡的氧的分压强(atm)。
C *为与气相主流中氧的分压强相平衡的氧的浓度(kmol/m 3)。
根据亨利定律：C *=P/H 或P *=HC
H 为亨利常数，随气体及溶剂及温度而异，它表示气体溶于溶剂的难易。氧难溶于水，H 值很大。将气膜、液膜作为一个整体考虑，则
N=K G (P-P *)=K L (C *-C) (2)
式中 K G ：以氧的分压差为总推动力的总传质系数[kmol/(m 2.h .atm)
K L ：以氧的浓度差为总推动力的总传质系数(m/h)
溶氧浓度C 较易于测量，C *可以用公式C *=P/H 算出(P 为发酵罐进气氧分压)，故以(C *-C)为推动力较方便。
总传质系数K L 与k g 及k L 的关系如下：
N
C C K L -=*1 L
g i i i k k H N
C C N H P P N
C C N C C 11*+?=-+?-=-+-= 氧气H 值很大，因此k L ≈K L
所以： N=k L (C *-C) (3)
这说明氧气溶于水的速率是液膜阻力控制的。
式（3）是单位界面上的每小时的传氧量。由于输送面积难于测量，N 也是如此。另外k L 也难于测量。在式（3）两边各乘以a ，a 为单位体积液体中气液两相的总界面积(m 2/m 3)，则得：
N V =k L a(C *-C)
式中 N V ：体积溶氧速率(kmol/m 3.h)
k L a ：以(C *-C)为推动力的体积溶氧系数(h -1)
N V 及C *、C 均易于测量，据此可算出k L a 。k L a 是表征发酵罐传氧速率大小的参数。
2. k L a 的测定方法
(1) 亚硫酸钠氧化法
原理：以Cu 离子为催化剂，溶解于水中的O 2能立即将水中的SO 32-氧化为SO 42-，其氧化反应的速度几乎与SO 32-浓度无关。实际上是O 2一经溶入液相，立即就被还原掉。这种反应特性使溶氧速率成为控制氧化反应的因素。其反应式如下：
2Na 2SO 3
2SO 4
剩余的Na 2SO 3与过量的碘作用：
Na 2SO 3 + I 2 + H 2O Na 2SO 4 + 2HI
剩余的I 2用标准Na 2S 2O 3溶液滴定：
I 2+ 2Na 2S 2O 3 Na 2S 4O 6+2NaI
?O 2 ~ ?Na 2SO 3 ~ ?I 2 ~ ?Na 2S 2O 3
1 2 2 4
可见，每溶解1mol O 2，将消耗2mol Na 2SO 3，将少消耗2mol I 2，将多消耗4mol Na 2S 2O 3。因此可根据两次取样滴定消耗Na 2S 2O 3的摩尔数之差，计算体积溶氧速率。公式如下：
090036004tV VM tV VM N V ??=???= 式中 N V ：两次取样滴定消耗Na 2S 2O 3体积之差，
M ：Na 2S 2O 3浓度，
?t ：两次取样时间间隔，
V 0：取样分析液体积。
将上述N V 值代入公式C
C N a k V L -=*即可计算出k L a 由于溶液中SO 3-2在Cu 2+催化下瞬即把溶解氧还原掉，所以在搅拌作用充分的条件下整个实验过程中溶液中的溶氧浓度C=0。
在0.1Mpa(1atm)下，25oC 时空气中氧的分压为0.021MPa ，根据亨利定律，可计算出C *=0.24mmol/L ，但由于亚硫酸盐的存在，C*的实际值低于0.24mmol/L ，因此一般规
定C *=0.21mmol/L 。所以k L a=N V /0.21
亚硫酸钠氧化法优缺点：
优点：反应速度快，不需专用的仪器，适用于摇瓶及小型试验设备中k L a 的测定。 缺点：测定的是亚硫酸钠溶液的体积溶氧系数k L a ，而不是真实的发酵液中的k L a 。因为Na 2SO 3对微生物生长有影响，且发酵液的性质会影响氧的传递。
(2) 动态法：用溶氧电极测量k L a
向发酵液中通气供氧，在不稳定状态下，溶氧浓度的变化速率为：
X Q C C a k dt
dC O L 2*)(--= 变形后，得： *2)(1C X Q dt
dC a k C O L ++-= 以C~)(2X Q dt
dC O +作图，得到一条直线，直线斜率a k m L 1-=。 测定方法：先提高发酵液中溶氧浓度，使其远高于临界溶氧浓度处，稳定后停止通气而继续搅拌，此时溶氧浓度直线下降，待溶氧浓度降至C crit 之前，恢复供气，发酵液中溶氧即开始上升。在这种条件下，并不影响微生物生长。而且由于时间较短，X 增量不计，Q P 为常量。
用溶氧电极测定整个过程的溶解氧浓度C 。在停气阶段，C 的降低与t 成线性关系，直线的斜率X Q m O 2-=。恢复通气后，C 逐渐回升，在恢复平衡的过渡阶段内，C~)(2X Q dt dC O +为一直线，直线斜率a
k m L 1-=。由此可计算出k L a 。
Q O2X a
k m L 1-= 开气
动态法的优缺点：
优点：只需要单一的溶氧电极，可以测得实际发酵系统中的k L a 值。
缺点：人为停止通气后的情况和在发酵罐中连续通气的实际情况会有一定的差异，而且停止通气会影响微生物的正常生长，因而存在一定的测量误差。
(3) 氧衡算法
通过氧的衡算，直接测定溶氧速率。
溶氧供需平衡时，X Q N O V 2=
对氧进行物料衡算：
微生物消耗的氧 = 进入发酵罐的氧 - 排出发酵罐的氧
V
O F O F X Q out out in in O 222-= 根据公式C
C N a k V L -=*可计算出k L a 。 氧衡算法的优点是：可测量真实发酵体系的k L a ，准确度好。
好氧生物膜法： 好氧生物膜法是使微生物附着在载体表面上，污水在流经载体表面过程中，污水中的有机污染物作为营养物，为生物膜上的微生物所吸附和转化，污水得到净化，微生物自身也得以繁衍增殖。迄今为止，属于好氧生物膜处理法的工艺有生物滤池（普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池）、生物转盘、生物接触氧化设备和生物流化床等。 简介： 好氧生物膜法是利用固着生长的微生物——生物膜的代谢作用去除有机物，主要适用于处理溶解性有机物，污水同生物膜接触后，溶解性有机物和少量悬浮物被生物膜吸附降解为稳定的无机物（CO2、H2O等）。 好氧生物膜结构： 好氧生物膜由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物黏附在生物滤池滤料上或黏附在生物转盘盘片上的一层带黏性、薄膜状的微生物混合群体。好氧生物膜在滤池内的分布不同于活性污泥，生物膜附着在滤料上不动，废水自上而下淋洒在生物膜上。水滴从上到下与生物膜接触，几分钟内废水中的有机和无机杂质逐级被生物膜吸附。滤池内不同高度（不同层次）的生物膜所得到的营养不同，致使不同高度的微生物种群和数量不同。微生物相是分层的，若把生物滤池分上、中、下3层，则上层营养物浓度高，生长的全是细菌，有少数鞭毛虫。中层微生物得到的除废水中营养物外，还有上层微生物的代谢
产物，微生物的种类比上层稍多，有菌胶团、浮游球衣菌、鞭毛虫、变形虫、豆形虫、肾形虫等。下层有机物浓度低，低分子有机物较多，微生物种类更多，有菌胶团、浮游球衣菌外，有以钟虫为主的固着型纤毛虫和少数游泳型纤毛虫，如檐纤虫和漫游虫，另外还有轮虫等。 好氧生物处理： 利用好氧微生物（包括兼性微生物）在有氧气存在的条件下进行生物代谢以降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。 定义： 利用好氧微生物处理有机污染物的方法。 原理： 微生物利用水中存在的有机污染物为底物进行好氧代谢，经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物稳定下来，达到无害化的要求，以便返回自然环境或进一步处理。 应用： 污水处理工程中，好氧生物处理法有活性污泥法和生物膜法两大类。
生物工程设备课程论文 厌氧生物处理反应器概述及展望学生姓名： 2017年11月
厌氧生物处理反应器概述及展望 摘要：概述了厌氧消化阶段理论与厌氧消化的主要影响因素；介绍了厌氧生物反应器的发展历史；并对几种典型的高效厌氧生物反应器（上流式厌氧污泥床，厌氧折板反应器，厌氧膨胀颗粒污泥床和内循环式反应器）的工作原理、构造、技术特点、运行机制及其应用情况等做了详尽的阐述；最后，对厌氧反应器今后的研究方向给予了展望。 关键词：厌氧消化；厌氧生物反应器；工作原理；研究方向 随着我国工业化进程的不断加快，环境保护压力也越来越大，大量难降解工业废水的处理是摆在我们面前的一个重大难题。在废水生物处理领域，常用的有好氧法和厌氧法两种，其中好氧生物处理技术的曝气需要大量的能耗，而厌氧生物处理技术相对而言能耗则低的多，并且能够产生沼气达到资源再利用，符合当今节能环保的主题。因此研究和开发新型高效的厌氧生物处理反应器及其相关工艺具有长远的战略意义。 1 厌氧消化阶段理论 厌氧消化，是指在严格厌氧条件下，通过多种微生物（厌氧或兼性菌）的共同作用，将各种复杂有机物进行降解，并产生大量的CH4和CO2等沼气能源的复杂过程［1］。厌氧消化阶段理论先后经历了两阶段理论、三阶段理论到四菌群学说，其中三阶段理论和四菌群学说描述较为全面和准确，是目前在业内相对得到公认的主流理论，占主导地位。
1.1 三阶段理论 M.P.Bryant根据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究结果，于1979 年，在两阶段理论的基础上，提出了三阶段理论［2］。该理论将厌氧发酵分成三个阶段，即水解和发酵阶段、产氢、产乙酸阶段及产甲烷阶段 1.2 四菌群理论 1979 年，J.G. Zeikus在第一届国际厌氧消化会议上提出了四菌群理论。该理论认为参与厌氧消化菌，除了水解发酵菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌外，还有一个同型产乙酸菌种群［3］。这类菌可将中间代谢物的H2和CO2转化成乙酸。厌氧发酵过程分为四个阶段，各类群菌的有效代谢均相互密切连贯，处于平衡状态，不能单独分开，是相互制约和促进的过程。 2 厌氧消化的影响因素 （1）温度。主要影响微生物的生化反应速率，进而影响有机污染物的分解速率。同时温度突变对厌氧菌影响大。厌氧消化分为常温、中温和高温厌氧消化［4］。 （2）pH 值。厌氧微生物的生命活动、物质代谢与pH 有密切的关系，pH 值的变化直接影响着消化过程和消化产物，不同的微生物要求不同的pH 值，其中产甲烷菌对pH 值尤其敏感，其最佳生存pH 值范围为6.5～7.2。 （3）搅拌。搅拌可使消化物料与微生物充分接触，从而提高消化效率、增加产气量。但搅拌也存在一定的负面效果，搅拌过快则不利于颗粒污泥的形成，实际操作上要选择最适宜的搅拌速度及搅拌时间。 （4）营养物。营养物质中最重要的是碳和氮两种，二者需要满足一定的比例。C/N 比太高，细菌氮量不足，消化液缓冲能力降低，造成pH 值上升，铵
废水厌氧生物处理与废水好氧生物处理的原理,特点及适用条件 好氧生物处理 好氧生物处理是在有游离氧(分子氧)存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用废水中存在的有机污染物(以溶解状与胶体状的为主)，作为营养源进行好氧代谢。 过程:有机物被微生物摄取后，通过代谢活动，约有三分之一被分解、稳定，并提供其生理活动所需的能量；约有三分之二被转化，合成为新的原生质(细胞质)，即进行微生物自身生长繁殖。后者就是废水生物处理中的活性污泥或生物膜的增长部分，通常称其剩余活性污泥或生物膜，又称生物污泥。在废水生物处理过程中，生物污泥经固—液分离后，需进行进一步处理和处置。 优点:好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，故处理构筑物容积较小。且处理过程中散发的臭气较少。所以，目前对中、低浓度的有机废水，或者说BOD浓度小于500mg／L的有机废水，基本上采用好氧生物处理法。 在废水处理工程中，好氧生物处理法有活性污泥法和生物膜法两大类。 厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、转化为简单的化合物，同时释放能量。在这个过程中，有机物的转化分为三部分进行：部分转化为CH4，这是一种可燃气体，可回收利用；还有部分被分解为 CO2、H20、NH3、H2S等无机物，并为细胞合成提供能量；少量有机物被转化、合成为新的原生质的组成部分。由于仅少量有机物用于合成，故相对于好氧生物处理法，其污泥增长率小得多。 废水厌氧生物处理 废水厌氧生物处理过程不需另加氧源，故运行费用低。此外，它还具有剩余污泥量少，可回收能量(CH4)等优点。其主要缺点是反应速度较慢，反应时间较长，处理构筑物容积大等。但通过对新型构筑物的研究开发，其容积可缩小。此外，为维持较高的反应速度，需维持较高的反应温度，就要消耗能源。 对于有机污泥和高浓度有机废水(一般BOD5≥2 000mg/L)可采用厌氧生物处理法。
水解-好氧生物处理工艺 目录 第一节水解（酸化）工艺与厌氧工艺 (3) 一、基本原理 (3) 二、水解-好氧工艺的开发 (4) 三、水解（酸化）工艺与厌氧发酵的区别 (5) 第三节水解-好氧生物处理工艺特点 (7) 1、水解池与厌氧UASB工艺启动方式不同 (7) 2、水解池可取代初沉池 (8) 3、较好的抗有机负荷冲击能力 (9) 4、水解过程可改变污水中有机物形态及性质，有利于后续好氧处理 (9) 5、在低温条件下仍有较好的去除效果 (10) 6、有利于好氧后处理 (10) 7、可以同时达到对剩余污泥的稳定 (11) 第四节水解-好氧生物处理工艺的机理 (11) 一、有机物形态对水解去除率的影响 (11) 二、有机物降解途径 (12) 三、水解池动态特性分析 (13) 四、难降解有机物的降解 (14) 第五节水解工艺对后续好氧工艺的影响 (19) 1、有机物含量显著减少 (19) 2、B/C比值和溶解性有机物比例显著增加 (20) 3、BOD5降解动力学 (20) 4、污泥和COD去除平衡 (21) 第六节水解工艺的污泥处理 (22) 一、传统污泥处理的目的和手段 (23) 二、污泥有机物的降解表 (24)
三、污泥脱水性能及处理 (24) 第七节水解池的启动和运行 (26) 一、水解池的启动方式 (26) 二、配水系统 (28) 三、排泥 (31) 四、负荷变化对水解池处理效果的影响 (32) 第八节水解工艺的进一步开发和应用 (33) 一、芳香类化合物的去除 (34) 二、奈的去除 (34) 三、卤代烃的去除 (34) 四、难生物降解工业废水处理的实际应用 (34) 五、高悬浮物含量废水的水解处理工艺 (35) 六、水解工艺的适用范围及要求 (36) 第九节水解-好氧工艺技术经济分析 (38) 一、厌氧处理应用的经济分析 (38) 二、水解-好氧系统设计参数 (39) 第十节水解-好氧生物处理工艺设计指南 (41) 一、预处理设施 (41) 二、水解池的详细设计要求 (41) 三、反应器的配水系统 (42) 四、管道设计 (45) 五、出水收集设备 (45) 六、排泥设备 (46)
好氧生物处理原理 好氧生物处理是利用好氧微生物（包括兼性微生物）在有氧气存在的条件下进行生物代谢以降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。那么好氧生物处理原理是怎样的呢？生物处理是指什么呢？今天就带大家来了解一下这些固体废弃物安全小知识。 好氧生物处理的原理 微生物利用水中存在的有机污染物为底物进行好氧代谢，经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物稳定下来，达到无害化的要求，以便返回自然环境或进一步处理。另，在充足供氧条件下，好氧段自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为NO3- ，进而为厌氧异养菌提供NO3-。 影响好氧生物处理的主要因素 ①溶解氧（DO）：约1~2mg/l；
② 水温：是重要因素之一，在一定范围内，随着温度的升高，生化反应的速率加快，增殖速率也加快；细胞的组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或降并超过一定限度时，会有不可逆的破坏；最适宜温度 15~30°C；40°C 或10°C后，会有不利影响。 ③ 营养物质：细胞组成中，C、H、O、N约占90~97%；其余3~10%为无机元素，主要的是P；生活污水一般不需再投加营养物质；而某些工业废水则需要，一般对于好氧生物处理工艺，应按BOD : N : P = 100 : 5 : 1 投加N和P；其它无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等； ④pH值：一般好氧微生物的最适宜pH在6.5~8.5之间；pH 4.5时，真菌将占优势，引起污泥膨胀；另一方面，微生物的活动也会影响混合液的pH值。
⑤有毒物质（抑制物质）：重金属；氰化物；H2S；卤族元素及其化合物；酚、醇、醛等； ⑥有机负荷率：污水中的有机物本来是微生物的食物，但太多时，也会不利于微生物； ⑦氧化还原电位：好氧细菌：+300 ~ 400 mV，至少要求大于+100 mV；厌氧细菌：要求小于+100 mV，对于严格厌氧细菌，则-100 mV，甚至-300 mV。
UASB 一、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）调试计划： 1.UASB反应器的反应原理 UASB反应器可分为三个区域，反应区和沉淀区和气、液、固三相分离区。在反应区下部，是由沉淀性能良好的污泥（颗粒污泥或絮状污泥），形成厌氧污泥床。当废水由反应器底部进入反应器后，由于水的向上流动和产生的大量气体上升形成了良好的自然搅拌作用，并使一部分污泥在反应区的污泥床上方形成相 对稀薄的污泥悬浮层。悬浮液进入分离区后，气体首先进入集气室被分离，含有
悬浮液的废水进入分离区的沉降室，由于气体已被分离，在沉降室扰动很小，污泥在此沉降，由斜面返回反应区。 2.UASB反应器运行的三个重要前提： ?反应器内形成沉淀性能良好的颗粒污泥或絮状污泥。 ?由于产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作用。 ?合理的三相分离器使沉淀性能良好污泥能保留在反应区内。 3.UASB反应器启动运行的四个阶段： 3.1第一阶段：UASB启动运行初始阶段： 选用接种污泥： 选用污水厂污泥消化池的消化污泥接种（具有一定的产甲烷活性）。 接种污泥的方法：接种污泥量、接种污泥的浓度 方法：将含固80%的接种污泥加水搅拌后，均匀倒入到UASB反应池。 接种污泥量：接种污泥量为UASB反应器的有效容积的30%到50%，最少15%，一般为30%。接种污泥的填充量不超过UASB反应器的有效容积的60%。本系统接种污泥量为80m3。 接种污泥的浓度：初启动时，稀型污泥的接种量为20到30kg VSS/m3, 浓度小于40 kg VSS/m3的稠型硝化污泥接种量可以略小些。 亦有建议以6-8kgVSS/m3为宜，因为消化污泥一般为絮状体，不宜接种太多，太对了对颗粒污泥不但没有好出，反而不利，种泥即污泥种的意思，种泥太多事没有必要的，颗粒污泥并非是种泥本身形成的，而是以种泥为种子，在提供充足的营养基质下由新繁殖的微生物形成，种泥多了，反而会与初生得颗粒污泥争夺养分，不利于颗粒污泥的形成。 接种污泥时的水质 配制低浓度的废水有利于颗粒污泥的形成，但浓度也应当足够维持良好的细
一、好氧生物处理的基本生物过程 所谓“好氧”：是指这类生物必须在有分子态氧气（O2）的存在下，才能进行正常的生理生化反应，主要包括大部分微生物、动物以及我们人类； 所谓“厌氧”：是能在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等。 好氧生物处理过程的生化反应方程式： ①分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢） 异氧微生物 CHONS + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- +?+能量 （有机物的组成元素） ②合成反应（也称合成代谢、同化作用） C、H、O、N、S+ 能量C5H7NO2 ③内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化） 微生物 C5H7NO2 + O2CO2+ H2O + NH3 + SO42- +?+能量 在正常情况下，各类微生物细胞物质的成分是相对稳定的，一般可用下列实验式来表示：细菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻类：C5H8NO2；原生动物：C7H14NO3 分解与合成的相互关系： 1）二者不可分，而是相互依赖的；a、分解过程为合成提供能量和前物，而合成则给分解提供物质基础；b、分解过程是一个产能过程，合成过程则是一个耗能过程。 2)对有机物的去除，二者都有重要贡献；3）合成量的大小，对后续污泥的处理有直接影响（污泥的处理费用一般可以占整个城市污水处理厂的40~50%）。 不同形式的有机物被生物降解的历程也不同： 一方面：结构简单、小分子、可溶性物质，直接进入细胞壁；结构复杂、大分子、胶体状或颗粒状的物质，则首先被微生物吸附，随后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有机物，再进入细胞内。 另一方面：有机物的化学结构不同，其降解过程也会不同，如：糖类；脂类；蛋白质 二、影响好氧生物处理的主要因素 ①溶解氧（DO）：约1~2mg/l； ②水温：是重要因素之一，在一定范围内，随着温度的升高，生化反应的速率加快，增殖速率也加快；细胞的组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或降并超过一定限度时，会有不可逆的破坏；最适宜温度15~30?C；>40?C或< 10?C后，会有不利影响。
第五章 废水好氧生物处理工艺（3）——其它工艺 第一节 氧化沟工艺 氧化沟也称氧化渠，又称循环曝气池，是活性污泥法的一种变形；是20世纪50年代荷兰的Pasveer 首先设计的；最初一般用于日处理水量在5000m 3以下的城市污水。 一、氧化沟的工作原理与特征 1、氧化沟的工艺流程 图1 氧化沟及氧化沟系统平面图 图2 以氧化沟为主的废水处理流程 2、氧化沟的特征 ① 池体狭长，（可达数十米甚至上百米）；池深度较浅，一般在2米左右； ② 曝气装置多采用表面机械曝气器，竖轴、横轴曝气器都可以； ③ 进、出水装置简单； ??构造上的特征 ④ 氧化沟呈完全混合?推流式；沟内的混合液呈推流式快速流动（0.4~0.5m/s ），由于流速高，原废水很快就与沟内混合液相混合，因此氧化沟又是完全混合的； ⑤ BOD 负荷低，类似于活性污泥法的延时曝气法，处理出水水质良好； ⑥ 对水温、水质和水量的变动有较强的适应性； ⑦ 污泥产率低，剩余污泥产量少； ⑧ 污泥龄长，可达15~30d ，为传统活性污泥法的3~6倍； ⑨ 世代时间很长的细菌如硝化细菌能在反应器内得以生存，从而使氧化沟具有脱氮的功能。 二、氧化沟的几种典型的构造型式 原废水 格栅 氧 化 沟 出水
目前主要的氧化沟形式有：Carrousel氧化沟、Orbal氧化沟、交替工作式 氧化沟、曝气—沉淀一体化氧化沟等四种。 1、Carrousel 式氧化沟（图3） Carrousel 式氧化沟又称平行多渠形氧化沟；是60年代末荷兰DHV公司开 创的。采用竖轴低速表面曝气器；水深可达4~4.5m，沟内流速达0.3~0.4m/s； 混合液在沟内每5~20min循环一次；沟内混合液总量是入流废水量的30~50倍； BOD5去除率可达95%以上，脱氮率可达90%，除磷效率可达50%；应用广泛，最大规模为650000m3/d；在国内主要有昆明兰花沟污水处理厂、上海龙华肉联厂、桂林市东区废水厂等。 2、Orbal氧化沟（图4） Orbal氧化沟又称同心圆型氧化沟，其主要特点如下： ①圆形或椭圆形的沟渠，能更好地利用水流惯性，可节省能耗； ②多沟串联可减少水流短路现象； ③最外层第一沟的容积为总容积的60~70%，其中的DO接近于 零，为反硝化和磷的释放创造了条件； ④第二、三沟的容积分别为总容积的20~30%和10%，而DO则 分别为1和2mg/l； ⑤这种沟渠间的DO浓度差，有利于提高充氧效率； Orbal氧化沟在国内的主要工程实例有：①抚顺石油二厂废水处理站(28,800m3/d)；②北京燕山石化公司新建废水处理厂(60000m3/d)；③成都市天彭镇污水处理厂。 3、交替工作氧化沟 交替工作氧化沟由丹麦Kruger公司所开发的，有二沟和三沟式两种形式；其主要特点是其中的每一条沟均交替用做曝气池和沉淀池，而无需二沉池和污泥回流装置；但其中的曝气转刷的利用率较低，D型二沟只有40%，三沟式则提高到了58%； 图5：VR型氧化沟图6：D型氧化沟
提高厌氧生物反应器厌氧处理效能的途径 及实现途径 由于厌氧微生物生长缓慢，世代时间长，故维持足够长的停留时间是厌氧消化工艺成功的关键条件。高效厌氧处理系统必须满足的原则：1 能够保持大量的厌氧活性污泥和足够长的污泥龄。2 保持进入的废水和污泥之间的充分接触。 为了满足第一条原则，可以采用固定化（生物膜）或培养沉降性能良好的厌氧污泥（颗粒污泥）的方式来保持厌氧污泥。从而在采用高的有机和水力负荷时不会发生严重的厌氧污泥流失。依据第一条原则，在20实际70年代末期人们成功地开发了各型新型的厌氧工艺（统称为第二代厌氧反应器），例如：厌氧滤池（AF），上流式厌氧污泥床反应器（UASB）,厌氧接触膜膨胀床反应器（AAFEB）,（FB）等。这些反应器的一个共同特点是可以将固体停留时间和水力停留时间相分离，固体停留时间可长达上百天。 为了满足第二条原则，应该确保反应器布水的均匀性，这样才能避免短流。这一问题的关键至于改进布水系统的设计。从另一方面来讲，厌氧反应器的混合源于进水的混合和产气的扰动。但是对进水在无法采用高的有机和水力负荷的情况下（例如在低温条件下采用低负荷工艺时，由于在污泥床的混合强度太低，以致无法抵消短流效应）UASB反应器的应用负荷和产气率受到限制，为获得很高的搅拌强度，必须采用高的反应器或者采用出水回流，获得高的上升流速。正式对于这一问题的研究导致了第三代厌氧反应器的开发和应用，例如，厌氧颗粒污泥床反应器（EGSB）和内循环厌氧反应器（IC），厌氧复合床反应器UBF（AF+UASB），水解工艺和两阶段消化（水解+EGSB）工艺。 提高厌氧生物反应器厌氧处理效能的途径主要有如下几种方式： 1.加速UASB中颗粒污泥形成 影响UASB颗粒污泥形成的因素有废水性质，营养元素和微量元素，水力负荷率和产气负荷率，有机负荷率和污泥负荷率，接种污泥和环境条件等因素。加速污泥颗粒化有如下几种方法： (1)投加无机絮凝剂或高聚物 投加无机絮凝剂或高聚物可以保证反应器内的最佳生长条件,可改变废水的成分, 其方法是向进水中投加养分、维生素和促进剂等。王林山等人向厌氧接种污泥中投加膨润土和聚丙烯酰胺, 采用常温间歇式进料, 在一个月内获得了颗粒污泥。其余的投加剂包括吸水性聚合物(WAP)，壳聚糖等物质。 (2)投加细微颗粒物 向反应器中投加适量的细微颗粒物如粘土、陶粒、颗粒活性炭等惰性物质, 利用颗粒物的表面性质, 加快细菌在其表面的富积, 使之形成颗粒污泥的核心载体, 有利于缩短颗粒污泥的出现时间。 (3)投加金属离子 适量惰性物如Ca2+、Mg2+等, 能够促进颗粒污泥初成体的聚集和粘结。据研究: 二价金属离子能挤压污泥的双层结构, 使细胞间的范德华力增强, 同时与污泥有机质中的阴离子之间存在较强的相互吸引作用。据研究，适量添加Fe2+、Zn2+、Co2+和Ni2+等对厌氧微生物生长有促进作用的离子可大大缩短UASB反应器中厌氧污泥颗粒化的时间。 2.强化UASB 处理 UASB 反应器成功地使SRT 与HRT 分离，但其传质过程并不理想。由于污泥与有机物传质过程主要依赖于进水与产气的搅动，因此强化传质过程最有效的方法就是提高表面水力负
异氧微生物 第二章 好氧生物处理（原理与工艺） 2．1 基本概念 2．1．1 好氧生物处理的基本生物过程 所谓“好氧”：是指这类生物必须在有分子态氧气（O 2）的存在下，才能进行正常的生理生化反应，主要包括大部分微生物、动物以及我们人类； 所谓“厌氧”：是能在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等。 好氧生物处理过程的生化反应方程式： ● 分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢） CHONS + O 2 CO 2 + H 2O + NH 3 + SO 42- +?+能量 （有机物的组成元素） ● 合成反应（也称合成代谢、同化作用） C 、H 、O 、N 、S + 能量 C 5H 7NO 2 ● 内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化） C 5H 7NO 2 + O 2 CO 2 + H 2O + NH 3 + SO 42- +?+能量 在正常情况下，各类微生物细胞物质的成分是相对稳定的，一般可用下列实验式来表示： 细菌： C 5H 7NO 2； 真菌： C 16H 17NO 6； 藻类： C 5H 8NO 2；原生动物： C 7H 14NO 3 分解与合成的相互关系： 1） 二者不可分，而是相互依赖的； a ． 分解过程为合成提供能量和前物，而合成则给分解提供物质基础； b ．分解过程是一个产能过程，合成过程则是一个耗能过程。 2) 对有机物的去除，二者都有重要贡献； 3）合成量的大小， 对于后续污泥的处理有直接影响（污泥的处理费用一般可以占整个城市污水处理厂的 微生物 异氧微生物
40~50%）。 不同形式的有机物被生物降解的历程也不同： 一方面： ● 结构简单、小分子、可溶性物质，直接进入细胞壁； ● 结构复杂、大分子、胶体状或颗粒状的物质，则首先被微生物吸附，随后在胞外酶的作用下被水解液 化成小分子有机物，再进入细胞内。 另一方面：有机物的化学结构不同，其降解过程也会不同： 如： 糖类 脂类 蛋白质 2．1．2 影响好氧生物处理的主要因素 1）溶解氧（DO ）： 约1~2mg/l 2）水温：是重要因素之一， a ． 在一定范围内，随着温度的升高，生化反应的速率加快，增殖速率也加快； b ． 细胞的组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或降并超过一定限度时，会有不 可逆的破坏； 最适宜温度 15~30?C ； >40?C 或< 10?C 后，会有不利影响。 3)营养物质： 细胞组成中，C 、H 、O 、N 约占90~97% 其余3~10%为无机元素，主要的是P 。 生活污水一般不需再投加营养物质； 而某些工业废水则需要， 一般对于好氧生物处理工艺，应按BOD : N : P = 100 : 5 : 1 投加N 和P 。 其它无机营养元素：K 、Mg 、Ca 、S 、Na 等； 微量元素： Fe 、Cu 、Mn 、Mo 、Si 、硼等； 4)pH 值： 一般好氧微生物的最适宜pH 在6.5~8.5之间； pH < 4.5时，真菌将占优势，引起污泥膨胀； 另一方面，微生物的活动也会影响混合液的pH 值。 5)有毒物质（抑制物质） 主要有： 重金属 蛋白质的沉淀剂（变性；与-SH 结合而失活） 氰化物 H 2S 卤族元素及其化合物 酚、醇、醛 使蛋白质变性或脱水 染料等； 活性污泥系统中有毒物质的最高允许浓度： TCA 循环
异氧微生物 第二章 好氧生物处理（原理与工艺） 2． 1基本概念 2． 1。1好氧生物处理的基本生物过程 所谓“好氧”：是指这类生物必须在有分子态氧气（O 2）的存在下，才能进行正常的生理生化反应，主要包括大部分微生物、动物以及我们人类； 所谓“厌氧”：是能在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等。 好氧生物处理过程的生化反应方程式： ● 分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）（占1/3） CHONS + O 2 CO 2 + H 2O + NH 3 + SO 42- +?+能量 （有机物的组成元素） ● 合成反应（也称合成代谢、同化作用）（占2/3） ● C 、H 、O 、N 、 + 能量 C 5H 7NO 2 ● 内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化）（endogenous respiration ） C 5H 7NO 2 + O 2 CO 2 + H 2O + NH 3 +?+能量 在正常情况下，各类微生物细胞物质的成分是相对稳定的，一般可用下列实验式来表示： 细菌： C 5H 7NO 2； 真菌： C 16H 17NO 6； 藻类： C 5H 8NO 2；原生动物： C 7H 14NO 3 分解与合成的相互关系： 1） 二者不可分，而是相互依赖的； a ． 分解过程为合成提供能量和前物，而合成则给分解提供物质基础； b ．分解过程是一个产能过程，合成过程则是一个耗能过程。 2)对有机物的去除，二者都有重要贡献； 3）合成量的大小，对于后续污泥的处理有直接影响（污泥的处理费用一般占整个污水处理厂的40~50%）。 不同形式的有机物被生物降解的历程也不同： 一方面： ● 结构简单、小分子、可溶性物质，直接进入细胞壁； ● 结构复杂、大分子、胶体状或颗粒状的物质，则首先被微生物吸附，随后在胞外酶的作 用下被水解液化成小分子有机物，再进入细胞内。 另一方面：有机物的化学结构不同，其降解过程也会不同： 2． 1。2影响好氧生物处理的主要因素 1）溶解氧（DO ）： 约1~2mg/l 2）水温：是重要因素之一， a ． 在一定范围内，随着温度的升高，生化反应的速率加快，增殖速率也加快； b ． 细胞的组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或降并超过一定限 度时，会有不可逆的破坏； 最适宜温度 15~30?C ； >40?C 或< 10?C 后，会有不利影响。 3)营养物质： 细胞组成中，C 、H 、O 、N 约占90~97% 其余3~10%为无机元素，主要的是P 。 生活污水一般不需再投加营养物质； 而某些工业废水则需要，一般对于好氧生物处理工艺，应按BOD : N : P = 100 : 5 : 1 投加N 和P 。 其它无机营养元素：K 、Mg 、Ca 、S 、Na 等； 微量元素： Fe 、Cu 、Mn 、Mo 、Si 、硼等； 4)pH 值： 一般好氧微生物的最适宜pH 在6.5~8.5之间； 微生物 异氧微生物
第四章废水生物处理技术 第四节废水好氧生物处理工艺(1) ——活性污泥法 第四章废水生物处理技术 第四节废水好氧生物处理工艺(1) ——活性污泥法本节主要内容 ? 第一节活性污泥法的基本原理 ? 第二节活性污泥法的运行方式 ? 第三节曝气的原理、方法与设备 ? 第四节活性污泥法的反应动力学 ? 第五节活性污泥法的工艺设计 ? 第六节活性污泥法的运行管理 第一节活性污泥法的基本原理 活性污泥法是处理城市污水最广泛使用的方法。自1912年开始至今，活性污泥法的研究经过近百年的发展，在理论和实践上都取得了很大的进步。 活性污泥法本质上与天然水体（江、湖）的自净过程相似。 历史：1912年，Clark和gage发现曝气的作用； Arden和Lockett发现活性污泥的作用。 1916年，英国第一座活性污泥法污水处理厂。 什么是活性污泥？Activated Sludge 活体。有机成分。 生态系统。 巨大的比表面积，吸附作用。 大量微生物形成的絮凝团，外形呈黑色污泥状。与污水混合完全，在有氧条件下，将污水中有机物分解，净化水体。 一、活性污泥法的工艺流程 活性污泥系统的主要组成(功用) ? 曝气池：反应的主体，有机物被降解，微生物得以增殖； ? 二沉池： 1)泥水分离，保证出水水质； 2)浓缩污泥，保证污泥回流，维持曝气池内的 污泥浓度。 ? 回流系统：1)维持曝气池内的污泥浓度； 2)回流比的改变，可调整曝气池的运行工况。 ? 剩余污泥：1)去除有机物的途径之一； 2)维持系统的稳定运行 ? 供氧系统：为微生物提供溶解氧 活性污泥系统有效运行的基本条件是：
? 废水中含有足够的可溶性易降解有机物； ? 混合液含有足够的溶解氧； ? 活性污泥在池内呈悬浮状态； ? 活性污泥连续回流，剩余污泥及时排放，维持曝气池内稳定的活性污泥浓度；? 进水中不含有对微生物有毒有害的物质。 二、活性污泥的性质 1、物理性质：——“菌胶团”——“生物絮凝体” 第四章废水生物处理技术 第四节废水好氧生物处理工艺(1) ——活性污泥法 颜色：褐色、(土)黄色、铁红色 气味：泥土味(城市污水) 比重：略大于 粒径： 比表面积： 2、生化性能： 活性污泥的含水率： 其中固体物质的组成： 1)活细胞(Ma)： 2)微生物内源代谢的残留物(Me)： 3)吸附的原废水中难于生物降解的有机物(Mi)： 4)无机物质(Mii)： 有机物75~85% 三、活性污泥的性能指标 1.混合液悬浮固体浓度(MLSS)(Mixed Liquor Suspended Solids)表示的是在曝气池单 位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总重量。 MLSS = Ma + Me + Mi + Mii 单位： mg/L 或 g/m3 2.混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)(Mixed Liquor Volatile Suspended Solids)表示的 是混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度。 MLVSS = Ma + Me + Mi 单位： mg/L 或 g/m3 在条件一定时，较稳定； 对于处理城市污水的活性污泥系统，一般为0.70~0.85 3.污泥沉降比(SV, Sludge Volume)
废水好氧生物处理原理及影响因素 所谓“好氧”：是指这类生物必须在有分子态氧气（O2）的存在下，才能进行正常的生理生化反应，主要包括大部分微生物、动物以及我们人类； 所谓“厌氧”：是能在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等。 好氧生物处理过程的生化反应方程式： ①分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢） CHONS + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- +¼+能量 （有机物的组成元素） ②合成反应（也称合成代谢、同化作用） C、H、O、N、S + 能量 C5H7NO2 ③内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化） C5H7NO2 + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- +¼+能量 在正常情况下，各类微生物细胞物质的成分是相对稳定的，一般可用下列实验式来表示：细菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻类：C5H8NO2；原生动物：C7H14NO3 分解与合成的相互关系： 1）二者不可分，而是相互依赖的；a、分解过程为合成提供能量和前物，而合成则给分解提供物质基础；b、分解过程是一个产能过程，合成过程则是一个耗能过程。 2)对有机物的去除，二者都有重要贡献；3）合成量的大小，对后续污泥的处理有直接影响（污泥的处理费用一般可以占整个城市污水处理厂的40~50%）。 不同形式的有机物被生物降解的历程也不同： 一方面：结构简单、小分子、可溶性物质，直接进入细胞壁；结构复杂、大分子、胶体状或颗粒状的物质，则首先被微生物吸附，随后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有机物，再进入细胞内。 另一方面：有机物的化学结构不同，其降解过程也会不同，如：糖类；脂类；蛋白质 二、影响好氧生物处理的主要因素 ①溶解氧（DO）：约1~2mg/l； ②水温：是重要因素之一，在一定范围内，随着温度的升高，生化反应的速率加快，增殖速率也加快；细胞的组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或降并超过一定限度时，会有不可逆的破坏；最适宜温度 15~30°C；>40°C 或< 10°C后，会有不利影响。 ③营养物质：细胞组成中，C、H、O、N约占90~97%；其余3~10%为无机元素，主要的是P；生活污水一般不需再投加营养物质；而某些工业废水则需要，一般对于好氧生物处理工艺，应按BOD : N : P = 100 : 5 : 1 投加N和P；其它无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等； ④pH值：一般好氧微生物的最适宜pH在6.5~8.5之间；pH < 4.5时，真菌将占优势，引起污泥膨胀；另一方面，微生物的活动也会影响混合液的pH值。
好氧生物处理工艺 好氧生物处理工艺是指利用好氧微生物（包括兼性微生物）在有氧气存在的条件下进行生物代谢以降解有机物，使其稳定、无害化的污水处理工艺。那么好氧生物处理工艺是怎样的呢？生物处理是指什么呢？今天就带大家来了解一下这些固体废弃物安全小知识。 常见的好氧生物处理工艺有：SBR、A/A/O、氧化沟、生物接触氧化等 SBR是序批式活性污泥法的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。尤其适用于间歇排放和流量变化较大的场合。 A2/O工艺亦称A-A-O工艺，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic 第一个字母的简称（厌氧-缺氧-好氧）。按实质意义来说，本工艺应为厌氧-缺氧-好氧法，生物脱氮除磷工艺的简称。
A2/O工艺是流程最简单，应用最广泛的脱氮除磷工艺。 氧化沟是一种活性污泥处理系统，其曝气池呈封闭的沟渠型，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法，它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，又称循环曝气池。最早的氧化沟渠不是由钢筋混凝土建成的，而是加以护坡处理的土沟渠，是间歇进水间歇曝气的，从这一点上来说，氧化沟最早是以序批方式处理污水的技术。具体参见//dowater更多相关技术文档。 生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷。
实用水处理技术丛书 城市污水生物处理新技术 开发与应用 ——水解-好氧生物处理工艺 王凯军贾立敏编著 化学工业出版社
环境科学与工程出版中心 北京 2001年10月第一版2001年1月北京第1次印刷
目录 第一节水解（酸化）工艺与厌氧工艺 (5) 一、基本原理 (5) 二、水解-好氧工艺的开发 (6) 三、水解（酸化）工艺与厌氧发酵的区别 (6) 第三节水解-好氧生物处理工艺特点 (8) 1、水解池与厌氧UASB工艺启动方式不同 (8) 2、水解池可取代初沉池 (9) 3、较好的抗有机负荷冲击能力 (9) 4、水解过程可改变污水中有机物形态及性质，有利于后续好氧处理 (10) 5、在低温条件下仍有较好的去除效果 (10) 6、有利于好氧后处理 (11) 7、可以同时达到对剩余污泥的稳定 (11) 第四节水解-好氧生物处理工艺的机理 (12) 一、有机物形态对水解去除率的影响 (12) 二、有机物降解途径 (12) 三、水解池动态特性分析 (13) 四、难降解有机物的降解 (15) 第五节水解工艺对后续好氧工艺的影响 (20) 1、有机物含量显著减少 (20) 2、B/C比值和溶解性有机物比例显著增加 (21) 3、BOD5降解动力学 (21) 4、污泥和COD去除平衡 (22) 第六节水解工艺的污泥处理 (23)
一、传统污泥处理的目的和手段 (23) 二、污泥有机物的降解表 (24) 三、污泥脱水性能及处理 (24) 第七节水解池的启动和运行 (26) 一、水解池的启动方式 (26) 二、配水系统 (27) 三、排泥 (30) 四、负荷变化对水解池处理效果的影响 (30) 第八节水解工艺的进一步开发和应用 (32) 一、芳香类化合物的去除 (32) 二、奈的去除 (32) 三、卤代烃的去除 (32) 四、难生物降解工业废水处理的实际应用 (32) 五、高悬浮物含量废水的水解处理工艺 (33) 六、水解工艺的适用范围及要求 (34) 第九节水解-好氧工艺技术经济分析 (36) 一、厌氧处理应用的经济分析 (36) 二、水解-好氧系统设计参数 (36) 第十节水解-好氧生物处理工艺设计指南 (38) 一、预处理设施 (38) 二、水解池的详细设计要求 (39) 三、反应器的配水系统 (40) 四、管道设计 (42) 五、出水收集设备 (42) 六、排泥设备 (42)