6-生物处理2(活性污泥法、厌氧、脱氮除磷)

第二篇水污染控制工程目录第一节废水处理微生物学基础第二节废水的好氧生物处理（一）稳定塘、土地处理第三节废水的好氧生物处理（二）--生物膜法第四节废水的好氧生物处理（三）--活性污泥法第五节废水的厌氧生物处理第六节生物脱氮除磷技术第七节水处理厂污泥处理技术内容基本概念气体传递和曝气池活性污泥法的发展和演变曝气池的计算二次沉淀池什么是活性污泥？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。按栖息着的微生物分：活性污泥的组成大量的细菌真菌原生动物后生动物活性污泥：活性微生物+来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；栖息的微生物以好氧微生物为主，是一个以细菌为主体的群体，活性污泥中细菌含量一般在107～108个/mL；干固体和水分含水98％～99％干固体1％～2%MLSSMLVSSNVSS构成活性污泥法的三个要素引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥；废水中的有机物，它是处理对象，也是微生物的食料；溶解氧，没有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能发挥氧化分解作用。活性污泥法的基本流程曝气池（曝气）的作用:1、使活性污泥处于悬浮状态2、提供溶解氧(供氧装置)二沉池的作用:1、固液分离2、浓缩活性污泥，以较高的浓度回流曝气池前回流装置的作用:使池内保持一定的悬浮固体和微生物的浓度活性污泥性能评价指标足够的数量（生物量）用污泥浓度表示。混合液悬浮固体浓度：MLSS混合液挥发性悬浮固体浓度：MLVSS性能良好（沉降浓缩性能）污泥沉降比：SV污泥体积指数：SVI污泥龄处理生活污水的活性污泥MLVSS:70%NVSS:30%MLSS：表示悬浮固体物质总量，MLVSS挥发性固体成分表示有机物含量，NVSS灼烧残量，表示无机物含量。MLVSS：包含了微生物量，但不仅是微生物的量，由于测定方便，目前还是近似用于表示微生物的量。MLVSS:一般范围为55％～75％NVSS:一般范围为25％～45％足够的数量（生物量）污泥沉降比：SV活性污泥的沉降浓缩性能取混合液至1000mL或100mL量筒，静止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的体积。*以沉淀活性污泥的体积占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比(mL/L)。（20%--30%）SV=（静止沉淀30min后沉淀活性污泥的体积/混合液体积）*100%污泥体积指数：SVISV不能确切表示污泥沉降性能，故人们想起用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能，简称污泥指数，单位为mL/g。*混合液静置30分钟后，单位干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积SVI=静止沉淀30min后沉淀活性污泥的体积/混合液污泥干重=SV/MLSS01002005004003002.52.00.51.52.50SVI高负荷一般负荷低负荷BOD-污泥负荷率(kgBOD/kgMLSS·d)图17-2污泥负荷与SVI值之间的关系活性污泥性能评价指标足够的数量（生物量）（MLSS、MLVSS）性能良好（沉降浓缩性能）（SV、SVI）污泥龄活性污泥在曝气池中停留的时间。每日排放剩余污泥的量活性污泥总量/c营养物质：BOD5:N:P=100:5:1溶解氧：2-4mg/L水温：20～30℃之间pH:最佳的pH值为6.5～8.5有毒物质主要是重金属，H2S、酚等活性污泥净化反应影响因素内容基本概念气体传递和曝气池活性污泥法的发展和演变曝气池的计算二次沉淀池一、气体传递原理双膜理论基点：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。在废水生物处理系统中，氧的传递速率dm/dt——气体传递速率Kg——气体扩散系数A——气体扩散通过的面积ρs——气体在溶液中的饱和浓度ρL——气体在溶液中的实际浓度)(ddLgsAKtm)(ddLsgVAKtVddm)(ddLsLaKt氧的总转移系数单位容积内氧的转移速率将上式进行积分，可求得总的传质系数：1S212Lalg13.2SttKKLa值受污水水质的影响，把用于清水测出的值用于污水，要采用修正系数α，同样清水的ρs值要用于污水要乘以系数β，因而上式变为：)(ddLsLaKt)()()()(ssLaLa清水污水清水污水KK)(ddLsLaKt二、曝气的作用与曝气方式曝气的作用：1、供气2、混合搅拌曝气方式：1、鼓风曝气系统2、机械曝气装置：纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器3、鼓风+机械曝气系统4、其他：富氧曝气、纯氧曝气曝气方式曝气设备性能指标比较各种曝气设备性能的主要指标动力效率（Ep)：即每消耗1kW·h动力能传递到水中的氧量（或氧传递速率）,单位为kg（O2）/（kW·h）。氧转移效率(EA)：通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的比例，单位为％。冲氧能力(EL)：通过机械曝气系统单位时间内转移到液体中的氧量，单位为kg（O2）/h。曝气池的三种池型推流式曝气池完全混合式曝气池两种池型结合式内容基本概念气体传递和曝气池活性污泥法的发展和演变曝气池的计算二次沉淀池•传统活性污泥法•渐减曝气•分步曝气•完全混合法•浅层曝气•深层曝气•高负荷曝气或变形曝气•克劳斯法•延时曝气•接触稳定法•氧化沟•纯氧曝气•活性污泥生物滤池（ABF工艺）•吸附－生物降解工艺（AB法）•序批式活性污泥法（SBR法）活性污泥法的多种运行方式(自学内容)有机物去除和氨氮硝化内容基本概念气体传递和曝气池活性污泥法的发展和演变曝气池的计算二次沉淀池曝气池的计算：纯经验方法劳伦斯（Lawronce）和麦卡蒂(McCarty)法有机物负荷率法麦金尼(McKinney)法曝气池体积的计算排出的剩余活性污泥量计算确定所需的空气量应把整个系统作为整体来考虑，包括曝气池、二沉池、曝气设备、回流设备等，甚至包括剩余污泥的处理处置。劳伦斯和麦卡蒂法完全混合曝气池的计算模式(1)曝气池体积的计算污水中的X0很小,可以忽略不计,因而Xo=0,在稳定状态下dX/dt=0且tSStS0dd)1()(Cd0CKXSSQYVXKtSyVXQQXQXQVtXewuwd000dd)(dd对系统进行微生物量的物料平衡计算：每日排放剩余污泥的量活性污泥总量/c污泥龄：回流比(2)排出的剩余活性污泥量计算劳伦斯和麦卡蒂法完全混合曝气池的计算模式曝气池体积的计算排出的剩余活性污泥量计算确定所需的空气量劳伦斯和麦卡蒂法完全混合曝气池的计算模式(3)确定所需的空气量①所需氧气量②所需空气量空气中氧的含量为23.2％,氧的密度为1.201kg/m3。将上面求得的氧量除以氧的密度和空气中氧的含量，即为所需的空气量。曝气池体积的计算排出的剩余活性污泥量计算确定所需的空气量内容基本概念气体传递和曝气池活性污泥法的发展和演变曝气池的计算二次沉淀池活性污泥法运行中的监测项目反映处理效果的指标BOD5、COD、SS、VS、有毒物质反映污泥情况指标SV、MLSS、MLVSS、SVI、DO、微生物反映污泥营养和环境条件的指标N、P、水温、PH目录第一节废水处理微生物学基础第二节废水的好氧生物处理（一）--稳定塘、土地处理第三节废水的好氧生物处理（二）--生物膜法第四节废水的好氧生物处理（三）--活性污泥法第五节废水的厌氧生物处理第六节生物脱氮除磷技术第七节水处理厂污泥处理技术一、厌氧生物处理——概述厌氧生物处理法（厌氧消化法）在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程。处理对象：不溶性固态有机物（难生物降解有机物）应用场合：高浓度有机废水、城镇污水的污泥、温度较高的有机工业废水。二、厌氧生物处理——原理消化经历四个阶段：水解阶段酸化阶段乙酸化阶段甲烷化阶段厌氧发酵的几个阶段二、厌氧生物处理——原理厌氧生物处理的方法和基本功能有二：（1）酸发酵的目的：为进一步进行生物处理提供易生物降解的基质；（2）甲烷发酵的目的：进一步降解有机物和生产气体燃料。完全的厌氧生物处理工艺-----因兼有降解有机物和生产气体燃料的双重功能，因而得到了广泛的发展和应用。在厌氧消化系统中微生物主要分为两大类：非产甲烷菌（non-menthanogens）产甲烷细菌（menthanogens）。产酸菌和产甲烷菌的特性参数参数产甲烷菌产酸菌对pH的敏感性敏感，最佳pH为6.8~7.2不太敏感，最佳pH为5.5~7.0氧化还原电位Eh-350mv(中温)，-560mv(高温)-150~200mv对温度的敏感性最佳温度：30~38℃，50~55℃最佳温度：20~35℃三、厌氧消化的影响因素与控制要求三、厌氧消化的影响因素与控制要求（自学内容）温度因素酸碱度负荷营养与C/N比有毒物质影响因素四、厌氧生物处理工艺与反应器（自学内容）厌氧接触工艺UASB与厌氧膨胀颗粒污泥床反应器厌氧生物滤池厌氧生物转盘厌氧膨胀床与厌氧流化床反应器◆A/O法；可以达到生物脱氮的目的、脱磷效果◆厌氧一缺氧—好氧法(A/A/O法)◆缺氧—厌氧—好氧法(倒置A/A/O法)可以在去除BOD、COD的同时，达到脱氮、除磷的效果。五、厌氧和好氧技术的联合运用目录第一节废水处理微生物学基础第二节废水的好氧生物处理（一）--稳定塘、土地处理第三节废水的好氧生物处理（二）--活性污泥法第四节废水的好氧生物处理（三）--生物膜法第五节废水的厌氧生物处理第六节生物脱氮除磷技术第七节水处理厂污泥处理技术氮、磷来源：未加处理或处理不完全的工业废水和生活污水有机垃圾和家畜家禽粪便以及农施化肥一般城市污水水质与排放要求项目进水水质/（mg·L-1）国家排放标准/（mg·L-1）一级A一级BCODcr250~3005060BOD5100~1501020SS150~2001020TKN(NH3-N)35（25）5（8）8（15）TP5~611.5如何去除以达到排放标准？内容组成生物脱氮处理技术生物除磷处理技术生物同步脱氮除磷处理技术氮在水中的存在形态与分类N无机NNOx--N(硝态氮)TKN(总凯氏氮)总N(TN)NH3-NNO3-NNO2-N有机N（尿素、氨基酸、蛋白质）一、生物脱氮处理技术为主少量生物脱氮是在专性微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。包括氨化、硝化和反硝化三个反应过程。（一）生物脱氮机理及影响因素氨化反应：322NHRCOHCOOHOHCOOHRCHNH3222NHCORCOCOOHOCOOHRCHNH♀在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮。（一）生物脱氮机理及影响因素硝化反应：♀硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。总反应式为：OHH2NOO2NH2324硝化细菌O2H4H2NO3O2NH22亚硝酸菌24322NO2O2NO2硝酸菌（一）生物脱氮机理及影响因素硝化反应：好氧状态：DO≥1mg/L；1gNH3-N完全硝化需氧4.57g，即硝化需氧量。消耗废水中的碱度：1gNH3-N完全硝化需碱度7.1g（以CaCO3计），废水中应有足够碱度，以维持pH（６－８）值不变。污泥龄θC≥（３-15）d。温度：适宜温度是35℃BOD5≤20mg/L。(BOD5/N＜3)OHH2NOO2NH2324硝化细菌自养菌（一）生物脱氮机理及影响因素反硝化反应：♀反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。OH4CO2NO6OHC