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1第12章活性污泥法第一节基本概念第二节活性污泥法的发展第三节活性污泥法数学模型基础第四节气体传递原理和曝气设备第五节去除有机污染物的活性污泥法过程设计第六节脱氮除磷活性污泥法工艺及设计第七节活性污泥法系统设计方法的深化第八节二次沉淀池2第一节基本概念3什么是活性污泥法？以活性污泥为主体的污水生物处理技术。本质：天然水体自净化作用的人工强化，是好氧生物处理过程。应用：去除污水中溶解和胶体状态的可生物降解有机物。4（一）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、活性污泥5一组活性污泥图片6（二）曝气池活性污泥的性状颜色黄褐色、茶褐色状态似矾花絮绒颗粒味道土腥味，有霉臭味相对密度曝气池混合液：1.002～1.003回流污泥：1.004～1.006粒径0.02～0.2mm20～100cm2/mL比表面积1、正常pH略显酸性7（二）活性污泥的性状供氧不足或厌氧黑色灰白色供养过多或营养不足1、不正常8曝气池910曝气池出水堰11曝气池混合液配水进入二沉池121、栖息着的微生物（三）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。2、干固体和水分含水98％~99％干固体1％~2%MLSS13按McKinney的分析：混合液悬浮固体：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii式中：Ma——有活性的微生物；Me——微生物自身氧化残留物，即内源代谢残留的微生物有机体;Mi——有机污染物，吸附在污泥上未被降解；Mii——无机悬浮固体，吸附在污泥上。3、活性污泥的组成：有活性的微生物存在形态——菌胶团：由细菌分泌的多糖类物质将细菌等包覆成的粘性团块。144、按有机性和无机性成分：MLSSMLVSS:70%MLNVSS:30%MLSS——混合液悬浮固体浓度，也叫污泥浓度（g/L)，MLVSS——混合液挥发性悬浮固体浓度，表示混合液悬浮固体中有机物含量，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污泥。MLNVSS——灼烧残量，表示无机物含量。MLVSS:一般范围为55％~75％，即MLVSS/MLSS=0.7~0.8，15污泥沉降比：SV（四）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。可反映污泥的沉降性能。污泥沉淀30min后密度接近最大，故SV可反映沉降性能。能反映污泥膨胀等异常情况，可控制剩余污泥的排放量。城市污水正常值为15%～30%左右。简单易行但SV不能确切表示污泥沉降性能。16污泥体积指数：SVI(污泥指数、污泥容积指数曝气池出口处出混合液，经30分钟静沉后，每g干泥所形成的湿污泥的体积，简称污泥指数，单位为mL/g。1L混合液沉淀30min的活性污泥体积（mL）SV(mL/L)SVI==1升混合液中悬浮固体干重（g）MLSS(g/L)反映污泥的凝聚、沉降性能。SVI应在100～150（有说70～100）。影响SVI的最重要的因素是微生物群体所在的增殖期。太高，沉降性能差，可能膨胀；太低，可能处在内源呼吸期，泥粒细小而紧密，易沉降，活性差，无机物多。实际运行中，一般用SV了解SVI，因为曝气池MLSS变化不大。17二.活性污泥法的基本流程18三、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。19曲线①表示曝气池中有机物的的去除量，反映去除规律；曲线②表示微生物已经氧化和合成的量，反映活性污泥利用有机物的规律；曲线③表示活性污泥的吸附量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吸附到污泥上(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)。20对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析得到结论：废水中的有机物残留在废水中的有机物从废水中去除的有机物微生物不能利用的有机物微生物能利用的有机物微生物能利用而尚未利用的有机物微生物不能利用的有机物微生物已利用的有机物（氧化和合成）（吸附量）增殖的微生物体氧化产物21第二节活性污泥法的发展22封闭环流式序批式曝气池的四种池型推流式曝气池完全混合式曝气池一、活性污泥法曝气反应池的基本形式其他曝气池基本上是这四种池型的组合或变形231、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.横断面布置工艺流程：见p107•水流：推流型•底物浓度分布：进口最高，沿池长逐渐降低，出口端最低。•理想推流：横断面上浓度均匀，纵向无掺混24根据横断面上的水流情况，可分为平流推移式旋转推移式25推流式曝气池26推流式曝气池272.完全混合曝气池池形根据和沉淀池的关系圆形方形矩形分建式合建式2829①污水与回流污泥在进入曝气池后，立即与池中的混合液完全混合②池中微生物的种类和浓度、底物浓度需氧速率各点相同——与推流式不同；③对冲击负荷有较强的适应能力；④出水水质不及传统法。完全混合法的特征完全混合法30曝气池的三种池型31机械曝气完全混合曝气池32鼓风曝气完全混合曝气池33局部完全混合推流式曝气池343.封闭环流式反应池结合了推流和完全混合两种流态与推流式的区别:污水有40～300次循环354.序批式反应池（SBR）SBR工艺的基本运行模式由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的。36(1)工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回流设备；(2)耐冲击负荷，在一般情况下（包括工业污水处理）无需设置调节池；(3)反应推动力大,易于得到优于连续流系统的出水水质;(4)运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果；(5)污泥沉淀性能好,SVI值较低,能有效地防止丝状菌膨胀;(6)该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，便于自控运行，易于维护管理。序批式活性污泥法（SBR法）SBR工艺与连续流活性污泥工艺相比的优点37(1)容积利用率低；(2)水头损失大；(3)出水不连续；(4)峰值需氧量高；(5)设备利用率低；(6)运行控制复杂；(7)不适用于大水量。序批式活性污泥法（SBR法）SBR工艺的缺点38•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）二、活性污泥法的发展和演变有机物去除和氨氮硝化39一般采用3～5条廊道。充氧设备沿池长均匀分布。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。前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要，而充氧设备沿池长均匀分布。易受冲击负荷的影响，适应水质水量变化的能力差：污泥进入池后不能立即与混合液充分混合。1、传统推流式40412、渐减曝气：特征：•充氧设备沿池长布置与需氧量匹配。•节能42•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43特征:把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水。优点：均衡了污染负荷和需氧率提高了耐冲击负荷的能力3、阶段曝气（分步曝气）阶段曝气示意图44部分污水厂只需要部分处理，因此产生了高负荷曝气法。曝气池构造与传统推流式相同。曝气时间比较短，约为1.5～3h，BOD5处理效率仅约70%～75％左右。活性污泥处于旺盛生长期。4.高负荷曝气（改良曝气）45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，剩余污泥主要是一些难于生物降解的微生物内源代谢残留物，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。耐冲击负荷，无需初沉池，缺点：池体积大，基建费运行费高5、延时曝气46476.接触稳定法（吸附再生法）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。间隔较短时间测得的曲线，下降由吸附引起间隔较长时间测得的曲线48•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；此方法接触时间短，氨氮难硝化，不适于处理溶解性有机污染物废水，剩余污泥量多。接触稳定法混合液的曝气完成了吸附作用，回流污泥的曝气完成了污泥再生。回流污泥的曝气使污泥再生曝气的同时吸附497.吸附－生物降解工艺（AB法）50特征：分为预处理段、A级和B级三段，无初沉池A级以高负荷或超高负荷运行，B级以低负荷运行，A级曝气池停留时间短，30～60min，B级停留时间2～4h。该系统不设初沉池，A级曝气池是一个开放性的生物系统。A、B两级各自有独立的污泥回流系统，两级的污泥互不相混。处理效果稳定，具有抗冲击负荷和pH变化的能力。该工艺还可以根据经济实力进行分期建设。7.吸附－生物降解工艺（AB法）518.完全混合法长条形池子的完全混合法：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。5253（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549.深层曝气深井曝气法处理流程深井曝气池简图55•一般深层曝气池直径约1~6m，水深约10～20m。但深井曝气法深度可达150～300m，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，溶解氧的饱和度也随深度的增加而增加。•需解决的问题：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•普通曝气池经济深度：5～6m，占地面积大。56纯氧代替空气，可以提高生物处理的速度。纯氧曝气池的构造见右图。10.纯氧曝气缺点：纯氧发生器容易出现故障，装置复杂，运转管理较麻烦。在密闭的容器中，溶解氧的饱和度可提高，氧溶解的推动力也随着提高，氧传递速率增加了，因而处理效果好，污泥的沉淀性也好。纯氧曝气并没有改变活性污泥或微生物的性质，但