废水处理活性污泥法基础

人工处理：活性污泥法、生物膜法自然处理4.1活性污泥法的基本原理一．基本概念和工艺流程（一）基本概念1．活性污泥法：以活性污泥为主体的污水生物处理。2．活性污泥：颜色呈黄褐色，有大量微生物组成，易于与水分离，能使污水得到净化，澄清的絮凝体（二）工艺原理1．曝气池：作用：降解有机物（BOD5）2．二沉池：作用：泥水分离。3．曝气装置：作用于①充氧化②搅拌混合4．回流装置：作用：接种污泥5．剩余污泥排放装置：作用：排除增长的污泥量，使曝气也内的微生物量平衡。混合液：污水回流污泥和空气相互混合而形成的液体。二．活性污泥形态和活性污泥微生物（一）形态：1、外观形态：颜色黄褐色，絮绒状2．特点：①颗粒大小：0.02－0.2mm②具有很大的表面积。③含水率99%,C1%固体物质。④比重1.002－1.006，比水略大，可以泥水分离。3.组成：有机物：{具有代谢功能，活性的微生物群体Ma{微生物内源代谢，自身氧化残留物Me{源污水挟入的难生物降解惰性有机物Mi无机物：全部有原污水挟入Mii（二）活性污泥微生物及其在活性污泥反应中作用1．细菌：占大多数，生殖速率高，世代时间性20-30分钟；2．真菌：丝状菌→污泥膨胀。3．原生动物鞭毛虫，肉足虫和纤毛虫。作用：捕食游离细菌，使水进一步净化。活性污泥培养初期：水质较差，游离细菌较多，鞭毛虫和肉足虫出现，其中肉足虫占优势，接着游泳型纤毛虫到活到活性污泥成熟，出现带柄固着纤毛虫。☆原生动物作为活性污泥处理系统的指示性生物。4．后生动物：（主要指轮虫）在活性污泥处理系统中很少出现。作用：吞食原生动物，使水进一步净化。存在完全氧化型的延时曝气补充中，后生动物是不质非常稳定的标志。（三）活性污泥微生物的增殖和活性污泥增长四个阶段：1．适应期（延迟期，调整期）特点：细菌总量不变，但有质的变化2．对数增殖期增殖旺盛期或等速增殖期）细菌总数迅速增加，增殖表速率最大，增殖速率大于衰亡速率。3．减速增殖期（稳定期或平衡期）细菌总数达最大，增殖速率等于衰亡速率。4．内源呼吸期：（衰亡期）细菌总数不断减小，增殖速率小于衷亡速率，微生物的增殖要受到有机物含量的控制。（四）活性污泥絮凝体形成菌胶团：P99细菌集团MLSS原理：活性絮凝体的形成与曝气池内的能含量有关☆能含量：曝气池内的有机物量与微生物量的比值，用F/M表示。有机物F小，F/M小，能含量低，处于内源呼吸期，有利于絮凝体形成。F大，F/M大，1/2mv2大，引力小不易结合。F小，F/M小，V↓，易结合成小的菌胶团→生物絮凝体。Ma+Me+Mi+Mii三．活性污泥净化反应过程１、初期吸附去除阶段5-10分钟有机物高速去除定义：P100，吸附去除的原因→有巨大表面积，吸附力强，外部覆盖着多糖类的粘质层。吸附去除结果：有机物从污水中转移到活性污泥上去2．微生物代谢酶：透膜酶大分子（水解酶）→小分子（透膜酶）→细菌体内→微生物代谢↗（分解代谢）→无机物+Q↗残存物质（20%）有机物+O2（异养菌）→（合成代谢）→新细胞（内源代谢）→无机物质+Q（80%）4.2活性污泥净化反应影响因素与主要设计运行参数一．影响因素1．营养物质平衡：CNP碳源N源无机盐类C→BOD5≥100m3/L城市污水满足对某些工业废水，C低，补充碳源N：生活污水满足对某些废水，N不足。（尿素，（NH4）2SO4Na3PO4-K3PO4C:N:P=100:5:12．DO：{过低：微生物生理活动不能正常进行，处理效果差{过高：①有机物降解过快，微生物因缺营养而死亡②耗能过大经济浪费曝气池出口处DO2mg/L(局部区域进水口处较低，不宜低于1mg/L)3．PH6.5—8.5偏碱PH8.5粘性物质破坏→活性污泥结构破坏PH6.5:分子结构有变化4.水温:{低温细菌{中温细菌一般化10℃--45℃污水中草药15℃--35℃{高温细菌↘对常年或半年处于低温地区,曝气池建在室内,建在室外要有保温措施.5.有毒物质→对微生物抑制和毒害作用重金属离子CN-酚S2-二.活性污泥处理系统的控制指标和设计运行操作参数目标:{①使水质,水量得到控制{②使活性污泥量保持相对稳定{③控制混合液中DO浓度,满足要求{④使活性污泥有机物和DO充分接触控制指标(对活性污泥的评价指标)→(工程上)设计运行操作的参数1.表示控制混合液中活性污泥微生物量的指标混合液→污泥浓度⑴混合液悬浮固体浓度(简化混合液污泥浓度)英文:Mixedliquidsuspendedsolids(mlss)定义:P106MLSS=(活性污泥固体物总重量)/混合液体积MLSS=Ma+Me+Mi+Mii(Me+Mi)→非活性Mii→无机⑵混合液挥发性悬浮固体浓度SS{MLVSS有{MLSS无一般用f表示=MLVSS/MLSS城市污水落石出0.7---0.8２、活性污泥的沉降性能及评定指标⑴污泥沉降比P107SV=(混合液30min静沉的沉降污泥体积ml)/(原混合液体积l)意义:SV小,沉淀污泥体积小,污泥沉降性能好.城市污水:15%---30%⑵污泥溶积指数:(SVI)(sludgsVolumeIndex)SVI=(混合液30min静沉形成的活性污泥溶积ml)/（混合液中悬浮固体干重g）=（（混合静沉30min的污泥体积）/（混合液体积））/（（混合液悬浮固体干重）/混合液体积））=SV/MLSS意义：SVI过低，无机颗粒多，污泥缺乏活性。SVI过高，污泥沉降性能不好，易发生膨胀。SVI：70-100SVI=100SVI=120工程意义：{①SVI与OBD污泥负荷关系{②SVI－MLSS图3．污泥龄（sludgeage）指曝气池内活性污泥平均停留时间，以称生物固体平均停留时间。在曝气池内，有机物降解过程中，微生物保持系统平衡，必须排除相当于每日增长的污泥量。所以，排除污泥量=每日增长的污泥量△X={随上清液排放的污泥土（Q-Qw）Xe{从二沉池底部排出的污泥QwXr△X=(Q-Qw)Xe+Qw-Xr污泥量定义：曝气池内活性污泥量与每日排放的污泥量之比Qc=XV/△X=XV/((Q-Qw)Xe+QwXV)X:代表微生物量XXrXeXvS:代表有机物量SaSeSo回流污泥浓度等于排放剩余污泥浓度（Xr）max=106/SVI4.BOD—污泥负荷和BOD—容积负荷F/M=NS=（QSa）/(XV)(kgBOD)/(kgmlssd)定义：V=(QSa)/(XNs)Q—日平均流量m3/sSa进入曝气池的原污水有机污染物（BOD）浓度Sa=（1-η）S0（经除尘之后）Sa=S0直接进入在工程上：BOD容积负荷Nv=(QSa)/v(kgBOD)/(m2曝气池d)Nv=NsXNs选取{过高，有机物降解和微生物繁殖速度都很大{过低，有机物降解和微生物繁殖速度慢，容积大，增加了基建投资Ns{高负荷：1.5-2.5kgBOD5/kgMlssd｛中负荷（一般）：0.5-0.2{低负荷：≤0.1SVI0.5-1.5避免易发生污泥膨胀城市污水：Ns：0.5-0.3５．有机物的降解和活性污泥增长｛合成代谢---新细胞↘差值---净增值----排放｛内源代谢---减少新细胞↗△X=aSr-bxb---自身氧化率a---合成产率Sr=Sa-Se(dx/dt)g=(dx/dt)s-(dx/dt)e(dx/dt)s=Y(ds/dt)uY—合成产率系数(dx/dt)e=kdsv(dx/dt)g=Y(ds/dt)u-kdxv----微生物增值速度基本方程式(ds/dt)v=(Sa-Se)/t=(Sa-Se)/(V/Q)=Q(Sa-Se)/V△X/v=YQ(Sa-Se)/v-KdXv同乘v△X=YQ(Sa-Se)-KdVXv→用来计算排放的剩余污泥量YKd的确定（上式同除以VXv）△X/VXv=YQ(Sa-Se)/VXv-KdBOD污泥去除负荷Xv/△X=Qc∴1/Qc=Ynys-KdNys与Qc成反比关系用图解法确定YKd图经验数据生活污水:Y0.4—0.65Kd0.05—0.1城市污水;Y0.4—0.5Kd0.07工业废水，YKd按实测数据由图解法组成6．有机物的降解与需氧量需氧过程{有机物降雨量降解的需氧量{微生物内源代谢自身氧化需气量Ov=a’Q(Sa-Se)+b’VXv用来计算曝气池内实际需氧量a′:有机物降解需氧量b′:需氧率图解确定O2/VXv=a′Q(Sa-Se)/VXv+b′=a′Nrs+b′同除以Q(Sa-Se)O2/QSr=a′+b′/Nrs结论：降解单位有机物需氧量小，BOD去除率高。a′b′确定O2/VXv=a′+b′/Nrsa′0.42---0.53b′0.188---0.114.3活性污泥反应动力学基础一．概述研究目的{①研究反应速度和环境因素间的关系｛②对反应的机理进行研究，使反应进行控制反应动力学方程式{米门方程式1913研究酶促反应速度{莫诺方程式1942｛劳—麦方程式1970二．莫诺方程式１．基本方程式形式提出人：莫诺时间:１９４２试验条件：纯种生物在单一底物的培养基中试验内容：研究微生物的增值速度与底物浓度间的关系结果与米门方程式相同μ=μmaxS/(Ks+S)μ---比增值速度（单位生物量的增殖速度）Ｓ―有机底物的浓度Ｋs－饱和常数当μ=1/2μmax时，有机底物的浓度有机物比降解速度与底物浓度关系V=VmaxS/(Ks+S)(1)V=-(ds+dt)/xv=f(s)-ds/dt=vmaxXS/(Ks+S)(2)２．推论（１）对于高底物浓度条件下SKsV=Vmax=k1-ds/dt=vmaxx=k1x结论：①在高底物浓度下，有机底物以最大速度进行降解，与有机底物浓度无关，其降解速度只与污泥浓度有关。②低底物浓度，SKsV=VmaxS/Ks=k2S(3)-ds/dt=VmaxXS/Ks=k2SX(4)结论：在低底物浓度下，有机底物降解速度与有机底物浓度有关，且成一级反应（有机物多，无机物少）由（４）得－∫s0sds/dt=∫0tk2xsdtS=S0e-k2xt３．莫诺方程式在曝气池中的应用Ｑ（Ｓa-Se）/v=-ds/dtQ(Sa-Se)/v=Nrv∴ds/dt=Nrv(1)用来计算Nrv=-ds/dt=Q(Sa-Se)/v=(Sa-Se)/tk2Xse=Q(Sa-Se)/v(2)计算Ｎrsk2Se=Q(Sa-Se)/xv=Nrs(3)计算有机物降解率η=(Sa-Se)/S0=1-Se/S0=k2xt/(1+k2xt)４．有关k2的确定（图解法）Q(Sa-Se)/xv作纵轴Se-X斜率k2经验数据0.0168---0.0281三．劳—麦方程式１．概念：（１）把污泥龄改名为生物固体平均停留时间（２）提出单位底物利用率概念２．基本方程式（１）劳---麦第一方程式１/Qc=Yq-Kd（２）劳－麦第二方程式v=qv=KS/(Ks+S)→(ds/dt)u/xa=KS/(Ks+S)３．劳-麦方程式的推论及应用①Se—Qc关系②Xa—QcXa=YQQc(Sa-Se)/t(1+KdQc)③R---Qc④V与q的关系(ds/dt)u/Xa=k2Se→Q(Sa-Se)/XaV=k2Se→v=Q(Sa-Se)/k2XaSe曝气池容积的计算方法{①NsV=Q(Sa-Se)/NsX{②NrsV=Q(Sa-Se)/NrsXv{③劳麦{v=YQQc(Sa-Se)/Xa(1+KdQc){v=Q(Sa-Se)/k2SeXa⑤两种产率△X=YQ（Sa-Se）-KdVXv合成产率微生物的净增值量Yobs=Y/(1+KdQc)△X计算{△X=YQ(Sa-Se)-KdVXv{△X=YobsQ(Sa-Se)4.4曝气池的理论基础作用：充氧搅拌方法：鼓风曝气：从鼓风机中房或空气压缩机房送来的空气，经过设置在曝气池底的空气扩散装置，溶解于水中。机械曝气：利用安装在池表面的机械曝气装置，将空气溶于水中。一．氧转移原理－传质理论（一）菲克定律－扩散转移Ｖd=-Dldc/dxdc/dx—浓度梯度Vd=(dm/dt)/A=-Dldc/dx(二)双膜理论处理废水量21600m3/d,经过沉淀