好氧活性污泥法的基本原理课件

水污染治理技术第三章3.1好氧活性污泥法的基本原理3.1好氧活性污泥法的基本原理•活性污泥法的定义以“活性污泥”为主体的污水处理方法，是污水中污染物生物自然降解净化的人工强化方法。活性污泥：微生物群体及其吸附的有机物质和无机物质的总称，悬浮态存在污水中。一、活性污泥法基本工艺流程空气出水剩余污泥处理污泥回流污水二沉池曝气池初沉池初沉污泥•活性污泥法基本工艺组成1.初沉池（初次沉淀池）功能：①去除可沉物和漂浮物，减轻后续处理设施的负荷。（去除可沉物、油脂和漂浮物的50%、BOD的20%）②促进胶体颗粒吸附絮凝，强化分离效果。③调节水质和水量，减缓对后续处理系统的冲击。④可在初沉池前投加含铁混凝剂，强化除磷效果。适用范围：生活污水和悬浮物较高的工业污水均易采用初沉池预处理主要形式：平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池、斜板沉淀池2.曝气池功能：提供泥、水充分接触的混合条件，提供污水停留时间，满足好氧微生物所需溶解氧量，实现分解水中的各类污染污。即实现人工强化的场所。是整个活性污泥处理工艺的核心主要形式：推流式、完全混合式、封闭环流式（根据污水在池内的流动形态）①推流式曝气池：污水一端进入，水平推进，另一端流出池中污染物浓度沿流动方向递减优缺点：–运行经验较多，运行稳定–耐冲击能力较低，适用于进水水质稳定的污水–占地面积大，基建费用高–曝气方式：多为鼓风曝气–布置形式：单廊道和多廊道–典型工艺：传统活性污泥法、阶段曝气法、生物吸附法的曝气池②完全混合式曝气池池体一般呈圆形、方形或矩形，水深一般3-5m；圆形和方形池从中间进水，周边出水；矩形池从一边长边进水，另一长边出水；全池污染物浓度基本一致，有较强抗冲击负荷能力优缺点：–具有较强的抗冲击负荷能力–池中需氧量均衡，动力消耗低于推流式曝气池–完全混合曝气池传质推动力小，容易发生短流–出水水质较推流式差，易发生污泥膨胀–曝气方式：机械曝气和鼓风曝气–布置形式：合建式和分建式③封闭环流式曝气池•上述两种类型的一种综合。污水进入反应池后，在曝气设备的作用下快速、均匀的与反应池中混合液混合，混合后的水在封闭的沟渠中循环流动。•曝气池的平面形状：长方形廊道、圆形及环形；•曝气方式：鼓风曝气、机械曝气及机械－鼓风曝气式。•典型工艺：氧化沟3.沉淀池功能：①进行泥水分离，使混合液澄清保证出水水质，使沉淀污泥得到浓缩；②提供回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度。它的作用效果直接影响活性污泥处理系统的出水水质和回流污泥的浓度。主要形式：平流式沉淀池、竖流式沉淀池和辐流式沉淀池（根据水流方向）其中以辐流式应用最广。4.曝气系统功能：①提供好氧微生物新陈代谢过程所需要的溶解氧；②混合搅拌的作用，使微生物和污染物充分接触，强化生化反应的传质过程。主要分类：鼓风曝气装置和机械曝气装置。鼓风曝气装置组成：鼓风机房和布气系统、曝气装置5.污泥回流系统功能：维持曝气池内污泥浓度相对平衡；组成：由回流污泥泵、回流污泥管道或渠道组成；回流泵将二沉池沉淀污泥回流到曝气池，维持曝气池的污泥浓度，保证曝气池的处理效果；同时通过调整回流量的大小，控制曝气池的运行状况。6.剩余污泥处理系统功能：维护活性污泥的浓度，保护生物的活性，需要稳定地向系统外排放污泥，这部分污泥就是剩余污泥。二、活性污泥的组成与性状1.活性污泥的组成①具有新陈代谢功能的微生物；②微生物内源呼吸而自身氧化的残留物；③被污泥絮体吸附的难降解有机物；④被污泥絮体吸附的无机物。废水生物处理的主体:微生物细菌、真菌、藻类、原生动物及后生动物。•细菌：废水生物处理过程中最主要的微生物。细菌以异养型的原核细菌为主细菌是以溶解性物质为食物的单细胞微生物。存在形式：菌胶团球菌杆菌螺旋菌★分类:根据需氧情况不同:根据能源利用情况的不同:根据生长温度的不同:★特点：具有较高的增殖速率具有较强分解有机物并将其转化为无机物质的功能。具有数量的优势，每毫升成熟活性污泥中细菌数大致在107～109个好氧细菌兼性细菌厌氧细菌自养菌异养菌低温菌(10〜15ºC)中温菌(15〜45ºC)高温菌(45ºC)•真菌多细胞的异养型微生物，属于专性好氧微生物★特点:⑴能在低温和低pH值的条件生长⑵在生长过程中对氮的要求较低⑶能降解纤维素。丝状菌大量出现，会产生污泥膨胀现象霉菌•原生动物和后生动物★作用：⑴促进生物絮凝；⑵净化作用；(3)指示性作用。原生动物和后生动物的种属与数量的变化，与出水水质相关，可作为指示生物。水质好（BOD10〜20）：纤毛虫、钟虫水质坏（BOD20〜30）：鞭毛类原生动物、根足虫、变形虫★活性污泥中常见的三类原生动物：肉足类、鞭毛类、纤毛类。它们的主要食物对象是细菌。净化作用仅次于细菌变形虫草履虫吸管虫★活性污泥中常出现的后生动物：轮虫、线虫和寡毛类，它们通常以细菌、原生动物以及活性污泥碎片为食轮虫钟虫2.活性污泥的性状①深（黄）褐色的絮绒状颗粒②呈不定形状，微具土壤味。③絮体大小介于0.02～0.2mm之间；④具有较大的表面积（20～100cm2/mL）；⑤较高的含水率（一般在99％以上）；⑥污泥中的主要成分为有机物，占75%~85%3.活性污泥的结构与功能★活性污泥工艺中，细菌是以菌胶团的形式存在★菌胶团发育良好，活性污泥的絮凝、吸附及沉淀等功能才能正常发挥，才有助于污泥沉淀★菌胶团和丝状菌形成一个共同的微生物体系。丝状菌作为污泥絮体的骨架，菌胶团附着在其表面上，形成结构紧密、沉降性能良好的污泥絮体。处于平衡状态时，沉淀性能较好；不平衡时，细菌离散，污泥膨胀，沉淀性差。★活性污泥的功能•主要功能是去除有机物•同时还存在硝化细菌和反硝化细菌脱氮•除磷，通过聚磷菌的厌氧释磷、好氧吸磷，然后排泥去污水中的磷三、活性污泥法生物降解与增长规律1.生物降解的过程及原理是物理、化学、物理化学以及生物化学等综合反应的过程。结果是污水得到净化，微生物获得能量合成新的细胞，使活性污泥得到增长•活性污泥净化反应过程①初期吸附去除；②微生物的代谢；③絮凝与沉淀。①初期吸附去除污水开始与活性污泥接触的较短时间（大概为5～10min）内，污水中的有机污染物被大量吸附到活性污泥的表面，从而与水分离。图3.2曝气时间与BOD的关系在30min内，BOD的去除率可高达70％被吸附的悬浮态和胶态有机物，在细菌胞外酶的作用下，变成可溶性有机物扩散到污水中，致使污水中的BOD回升初期吸附的速度主要取决于两点：①微生物的活性；决定着活性污泥的吸附、凝聚功能②反应器内水力扩散程度与水动力学的规律。影响了活性污泥和污染物的接触程度因此，曝气池内对活性污泥进行足够的曝气，提高污泥活性和接触程度，一定程度上可促进吸附，但过分曝气，将导致活性污泥自身氧化过分，也会降低吸附去除效果。②微生物的代谢•分解代谢（异化作用）能量酶OyHxCOOzyxOHCzyx222)24(•合成代谢（同化作用）OHynCOxnNOHCOzyxnnNHOHnCnzyx2227523)4(2)5()()524(酶能量•內源代谢反应——缺乏营养物质能量酶3222275255)(NHOnHnCOnONOHCn无论分解代谢还是合成代谢，都能够去除污水中的有机污染物，但产物不同，分解代谢产物主要是二氧化碳和水，一般可直接排入环境；而合成代谢产物是新生的微生物细胞和內源代谢的残渣，通常以剩余污泥的形式排出系统，对其应采取妥善处理，否者会造成二次污染。③絮凝与沉淀•絮凝与沉淀：参与有机物代谢的微生物，在代谢反应过程中会形成絮凝体颗粒，进入沉淀池后，从混合液中沉淀分离出来，这一过程就是活性污泥的絮凝与沉淀过程•絮凝体的形成是污泥沉淀的关键：它是活性污泥的基本结构。它能够防止微型动物对游离细菌的吞噬，并承受曝气等外界不利因素的影响，更有利于与处理水的分离。•絮体形成的原因–细菌体内积累的聚β-羟基丁酸释放到液相中，促使细菌间相互凝聚，结成绒粒；–微生物摄食过程释放的黏性物质促进凝聚–外界营养不足时细菌内部能量降低，表面电荷减少，细菌颗粒间的结合力大于排斥力，形成絮体颗粒•固液分离的好坏，直接影响出水水质。•固液分离的方法有重力沉淀（常用）和气浮法•沉淀是混合液中固相活性污泥颗粒同污水分离的过程。2.微生物的增长规律•定义：污染物降解过程中，微生物的生长、增值规律，常用增殖曲线描述。•增殖曲线是指在某些关键的环境条件下（温度、溶解氧等满足微生物生长要求），营养物质一次充分投加后，一定量初始微生物种群进行代谢活动，产生的微生物数量随时间的增殖和衰减规律。•微生物的增长曲线可以分成四个阶段：停滞期、对数增殖期、减速增殖期和内源呼吸期（见图3.4）图3.4活性污泥增长曲线生物处理过程三要素（1）停滞期•停滞期也称适应期、调整期或延迟期。•培养的初期，微生物刚进入新的培养环境中，细胞中的酶系统对环境的适应阶段。•停滞期的特点：①经过这一时期后，微生物从数量上没有较大增殖；②菌体体积有所增大；③对应的酶系统已经形成；④产生了适应新环境的变异，为污水净化做了充足准备⑤BOD5、COD等各项污染指标并无较大变化(2)对数增殖期•也称对数生长期或等速增殖期。•适应期后，有机营养物丰富，是微生物快速度增加的阶段•对数增殖期的特点：①微生物数量上以几何级数N=N0×2n关系增加；②有机物降解速度非常快，溶解氧的需求量大；③微生物活性很强，污泥质地松散，不能形成较好的絮凝体，污泥的沉淀性能不佳；④不宜采用此阶段作为实际活性污泥处理的运行工况(3)减速增殖期•也称稳定期或平衡期。•营养物质成为微生物增殖的控制因素的阶段。微生物增殖减慢，活的微生物总数趋近稳定•减速增殖期的特点：①活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；②污水中残存的有机物浓度较低，且整个系统运行稳定；③减速增殖期的长短可控：与菌种和外界环境有关，通过添加营养物质，并排出代谢物，可控制微生物在对数增殖期。④实际运行中多将曝气池的运行工况控制在减速增殖期。(4)内源呼吸期•又称为衰减期。•微生物开始利用自身贮存的物质甚至菌体组成成分作为养料，维持生命。•内源呼吸期的特点：①活的微生物总量下降：微生物自身代谢而逐步死亡；②溶解氧的需要量也下降；③污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差。④实际运行中个别活性污泥法工艺的工况设置在这一阶段，如延时曝气法。•增值曲线的意义：综上所述，决定污水中微生物数量和增殖曲线上升或下降的主要因素是环境中的营养物质。实际应用中，可通过对污水中营养物质（有机污染物）的控制，控制污水处理系统中微生物的增长和增殖曲线各个阶段的延续时间，对活性污泥处理系统有着重要的意义。3.活性污泥增长曲线的应用•活性污泥增长曲线反应的主要关系：有机物质←→微生物数量我们把污水中有机物的量与微生物的量的比值简称为食料比F/M（也表示为污泥负荷，F代表营养物，M代表微生物量）•F/M随着培养时间是不断变化的，不同时期值不同，初期比值较高，后期比值低。•F/M值高低对微生物的代谢影响；–当F/M值高时，营养物量相对过剩，微生物繁殖快，活力很强，处理污水能力高，微生物的絮凝、沉淀效果差，出水中所含的有机物含量高，如在对数增殖期就是这种状况。–F/M值相对较低，微生物多处于老龄阶段，活性有所降低，运动能力差，范德华引力占优，形成絮凝、沉降性能好的菌胶团，生物处理出水有机物含量低，另外溶解氧供给量也相对小，如减速增殖期或内源呼吸期对应该状况。•因此，F/M是非常重要的活性污泥法工艺设计、运行指标。可通过F/M值控制指导实际运行完全混合曝气池：池中的有机物浓度基本相同，其工作点可以是A点、B点或其他点A点的F/M值要高于B点F/M值推流式曝气池，沿曝气池长度方向的有机物浓度不相同，沿池长的F/M值是由高到低变化，所以此时生物处理的F/M值工作点在活性污泥的增殖曲线是一曲线段一般运行正常的曝气池中控制F/M使活性污泥主要处于减速增长期。曝气池中活性污泥处于对数增值期，即处于“青年阶段”时，活性污泥具有较好的运动性能，不易形成较大的絮体。曝气