好氧生物处理(活性污泥法)

第三章活性污泥法第一节基本概念第二节气体传递和曝气池第三节活性污泥法的发展和演变第四节活性污泥法的设计计算第五节二次沉淀池第六节活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题第一节基本概念什么是活性污泥？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。一组活性污泥图片活性污泥的性质颜色黄褐色状态似矾花絮绒颗粒味道土腥味相对密度曝气池混合液：1.002～1.003回流污泥：1.004～1.006粒经0.02～0.2mm20～100cm2/mL比表面积①污泥浓度（MLSS，MLVSS）MLSS：单位体积混合液所含悬浮固体的质量（MixedLiquidSuspendedSolid）（g/L）MLVSS：单位体积混合液所含挥发性悬浮固体的质量（MixedLiquidVolatileSuspendedSolid）应具有一定的MLSS＝2~3g/L，MLSS↑→微生物↑，所以，反映生化处理能力。MLVSS可以避免活性污泥中惰性物质影响[反映了污泥的活性]，一定废水处理系统，MLVSS／MLSS有一定的比值，生活污水为0.7。性能指标：要求：易吸附有机物（污泥颗粒松散，表面积大）、良好的凝聚沉降性能，便于泥水分离。②MLNVSS—灼烧残量，表示无机物含量。③污泥沉降比[SV－Subside(Sludge)Value(Volume)]SV：混合液沉淀30min后，沉淀污泥与混合液的体积比。反映曝气池正常运行时的污泥数量，控制运行操作。SV＝15~30%。④污泥体积指数[SVI－SludgeValueIndex]SVI:混合液沉淀30min后，1g干污泥所具有的体积（mL/g）。反映Sludge疏散程度和凝聚、沉降性能。SVI低：沉降好[因密度大]，但缺乏活性和吸附能力[致密，表面积小]。反之，沉降差，不易分离。SVI＝50~150。环境因素的影响：①溶解氧是一个十分重要的因素，是活性污泥法高效运作的重要条件，只有O2存在，微生物才能进行同化合成或异化分解。一般要求[O2]＞2mg/L。②微生物代谢需要一定的营养质。BOD5表示碳源[因为生化过程中，有机物↑→BOD5↑]，还要N、P。BOD:N:P＝100:5:1。③PH＝6.5~9.0；水温＝20~30℃；要控制有毒物质在容许浓度下[重金属离子和一些非多属化生物等]。曝气池曝气池出水堰曝气池混合液配水进入二沉池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除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；活性污泥中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，除细菌外,还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物。活性污泥中细菌含量一般在107～108个/mL；原生动物103个/mL，原生动物中以纤毛虫居多数，固着型纤毛虫可作为指示生物，固着型纤毛虫如钟虫、等枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时，说明培养成熟且活性良好。干固体和水分含水98％~99％干固体1％~2%MLSSMLVSSNVSS有办法知道确切的生物量吗？有人曾企图通过直接测定污泥中细胞的DNA量、有机氮量、三磷酸腺苷（ATP）量、脱氢酶的活力等指标去反映活性污泥的活力，这种方法既复杂又不准确，而且微生物的含量不断变化。按McKinney的分析：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii式中：Ma——具备活性细胞成分；Me——内源代谢残留的微生物有机体；Mi——未代谢的不可生化的有机悬浮固体；Mii——吸附的无机悬浮固体。按有机性和无机性成分：处理生活污水的活性污泥MLVSS:70%MLNVSS: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，MLNVSS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％MLNVSS:一般范围为25％~45％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，以占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比。污泥体积指数：SVISV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。活性污泥法的基本流程活性污泥降解污水中有机物的过程活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段：吸附阶段稳定阶段由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。活性污泥降解污水中有机物的过程污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线曲线①反映污水中有机物的去除规律；曲线②反映活性污泥利用有机物的规律；曲线③反映了活性污泥吸附有机物的规律。这三条曲线反映出，在曝气过程中：污水中有机物的去除在较短时间(图中是5h左右)内就基本完成了(见曲线①)；污水中的有机物先是转移到(吸附)污泥上(见曲线③),然后逐渐为微生物所利用(见曲线②)；吸附作用在相当短的时间(图中是45min左右)内就基本完成了(见曲线③)；微生物利用有机物的过程比较缓慢(见曲线②)。第二节气体传递和曝气池活性污泥法的三个要素构成一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥；二是废水中的有机物，它是处理对象，也是微生物的食料；三是溶解氧，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。气体传递原理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。曝气的作用与曝气方式曝气作用：1.好氧微生物的需氧代谢2.兼性微生物酶的好氧合成3.混合液的搅拌作用曝气方式：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、纯氧曝气曝气设备鼓风曝气机械曝气空气净化器鼓风机空气输配管系统扩散器竖式曝气机表面曝气机卧式曝气机鼓风曝气空气净化器鼓风机空气输配管系统扩散器鼓风机供应压缩空气风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体呈悬浮状态。风压要满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压。罗茨鼓风机：适用于中小型污水厂，噪声大，必须采取消音、隔音措施离心式鼓风机：噪声小，效率高，适用于大中型污水厂鼓风曝气空气净化器鼓风机扩散器扩散器的作用是将空气分散成空气泡,增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。空气输配管系统小气泡扩散器中气泡扩散器大气泡扩散器微气泡扩散器扩散器的类型微孔曝气设备微孔曝气盘微孔曝气设备安装微孔曝气设备的清水检验微孔曝气设备的运行状况机械曝气：表面曝气机表面曝气机充氧原理：(1)曝气设备的提水和输水作用，使曝气池内液体不断循环流动,从而不断更新气液接触面,不断吸氧；(2)曝气设备旋转时在周围形成水跃，并把液体抛向空中，剧烈搅动而卷进空气；(3)曝气设备高速旋转时，在后侧形成负压区而吸入空气。机械曝气：表面曝气机曝气的效率取决于：曝气机的性能曝气池的池形倒伞形平板形泵形这类曝气机的转动轴与水面平行,主要用于氧化沟。竖式曝气机卧式曝气刷泵形倒伞形平板形曝气设备性能指标比较各种曝气设备性能的主要指标氧转移率：单位为mg（O2）/（L·h）。充氧能力（或动力效率）：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）。氧利用率：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％。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推流式曝气池推流式曝气池的长宽比一般为5～10；进水方式不限；出水用溢流堰。1.平面布置推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为1～2。2.横断面布置根据横断面上的水流情况，可分为推流式曝气池推流式曝气池鼓风曝气完全混合曝气池第三节活性污泥法的发展和演变•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有机物去除和氨氮硝化•在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的。•实际情况是：前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要。•渐减曝气的目的就是合理地布置扩散器，使布气沿程变化，而总的空气量不变，这样可以提高处理效率。渐减曝气渐减曝气把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水。分步曝气分布曝气示意图完全混合法在分步曝气的基础上，进一步大大增加进水点，同时相应增加回流污泥并使其在曝气池中迅速混合，长条形池子中也能做到完全混合状态。完全混合的概念（1）池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，生活环境也基本相同。（2）入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小，因为骤然增加的负荷可为全池混合液所分担，而不是像推流中仅仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种意义上来讲，是一个大的缓冲器和均和池，在工业污水的处理中有一定优点。（3）池液里各个部分的需氧量比较均匀。完全混合法的特征完全混合法浅层曝气特点：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。1953年派斯维尔（Pasveer）的研究：氧在10℃静止水中的传递特征，如下图所示。浅层曝气•扩散器的深度以在水面以下0.6～0.8m范围为宜，可以节省动力费用，动力效率可达1.8～2.6kg（O2）/kW·h。•可以用一般的离心鼓风机。•浅层曝气与一般曝气相比，空气量增大，但风压仅为一般曝气的1/4~1/6左右，约10kPa，故电耗略有下降。•曝气池水深一般3～4m，深宽比1.0～1.3，气量比30～40m3/（m3H2O.h）。•浅层池适用于中小型规模的污水厂。•由于布气系统进行维修上的困难，没有得到推广利用。深层曝气深井曝气法处理流程深井曝气池简图•一般曝气池直径约1~6m，水深约10～20m。深井曝气法深度为50～150m，节省了用地面积。•在深井中可利用空气作为动力，促使液流循环。•深井曝气法中，活性污泥经受压力变化较大，实践表明这时微生物的活性和代谢能力并无异常变化，但合成和能量分配有一定的变化。•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。•当井壁腐蚀或受损时，污水可能会通过井壁渗透，污染地下水。深层曝气部分污水厂只需要部分处理，因此产生了高负荷曝气法。曝气池中的MLSS约为300～500mg/L，曝气时间比较短，约为2～3h，处理效率仅约65％左右，有别于传统的活性污泥法，故常称变形曝气。高负荷曝气或变形曝气•克劳斯工程师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，这个方法称为克劳斯法。•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。克劳斯法延时曝气的特点：•曝气时间很长，达24h甚至更长，MLSS较高，达到3000～6000mg/L；•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；•适用于污水量很小的场合，近年来，国内小型污水处理系统多有使用。延时曝气接触稳定法混合液曝气过程中第一阶段BOD5的下降是由于吸附作用造成的，对于溶解的有机物，吸附作用不大或没有，因此，把这种方法称为接触稳定法，也叫吸附再生法。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。•直接用于原污水的处理比用于初沉池的出流处理效果好；可省去初沉池；此方法剩余污泥量增加。接触稳定法•氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式