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活性污泥法及其基本流程一、活性污泥活性污泥(activesludge)是由细菌、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。二、活性污泥法活性污泥法是一种污水的好氧生物处理法，由英国的克拉克(Clark)和盖奇(Gage)于1912年发明。如今，活性污泥法及其衍生改良工艺是处理城市污水最广泛使用的方法。它能从污水中去除溶解性的和胶体状态的可生化有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质，同时也能去除一部分磷素和氮素。废水生物处理中微生物(micro-organism)悬浮在水中的各种方法的统称。因悬浮的微生物群体呈泥花状态，故名。三、活性污泥法基本流程典型的活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成。污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。从鼓风机送来的压缩空气，通过铺设在曝气池底部的空气扩散装置，以细小气泡的形式进入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，还使混合液处于剧烈搅动的状态，呈悬浮状态。溶解氧、活性污泥与污水互相混合、充分接触，使活性污泥反应得以正常进行。活性污泥法基本流程示意图第一阶段：污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，这是由于其巨大的比表面和多糖类黏性物质。同时一些大分子有机物在细菌胞外酶作用下分解为小分子有机物。第二阶段，微生物在氧气充足的条件下，吸收这些有机物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，一部分供给自身的增殖繁衍。活性污泥反应进行的结果，污水中有机污染物得到降解而去除，活性污泥本身得以繁衍增长，污水则得以净化处理。第三阶段：经过活性污泥净化作用后的混合液进入二次沉淀池，混合液中悬浮的活性污泥和其他固体物质在这里沉淀下来与水分离，澄清后的污水作为处理水排出系统。经过沉淀浓缩的污泥从沉淀池底部排出，其中大部分作为接种污泥回流至曝气池，以保证曝气池内的悬浮固体浓度和微生物浓度;增殖的微生物从系统中排出，称为剩余污泥。事实上，污染物很大程度上从污水中转移到了这些剩余污泥中。活性污泥法的原理形象说法:微生物吃掉了污水中的有机物，这样污水变成了干净的水。活性污泥法脱氮除磷种类及去除机理一、污水中氮磷的种类污水中氮存在有四种形式，即有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮以及硝酸盐氮。污水中有机氮主要来自氨基酸、多肽和蛋白质，都是生物过程中的产物，有机氮的增加，说明水污染严重。污水中氨氮是微生物活动的产物，在收集、输送污水过程中，由于微生物的作用，使有机氮分解变成氨氮。氨氮是指铵离子和氮的总称，它以铵根或氮溶解气体形式存在，水中氨氮量的大小，是衡量水污染程度的指标之一。污水中磷的存在形态主要是磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷。二、污水中氮磷的去除机理1、生物脱氮机理污水生物处理脱氮过程主要是氮的转化，即同化、氨化、硝化和反硝化。（1）同化作用：在生物处理过程中，污水中的一部分氮（氨氮或有机氮）被同化成微生物细胞的组成成分。同化作用的氨氮去除率一般为8%～20%。（2）氨化作用：污水中的含氮有机物（一般动物、植物和微生物残体以及它们的排泄物、代谢产物所含的有机氮化合物，主要包括蛋白质、核酸、尿素、尿酸、几丁酸质、卵磷脂等含氮有机物）在氨化菌的作用下，分解、转化并释放出氨。（3）硝化作用：氨氮在有氧存在的情况下经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸盐的过程称为生物硝化过程。（4）反硝化作用：在缺氧的条件下，反硝化细菌利用各种有机质（如甲醇等）作为电子供体，利用硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体进行缺氧呼吸，将硝酸氮还原为N2。当污水中缺乏有机物时，微生物也可以利用无机盐如硫化钠（Na2S）作为反硝化的电子供体进行的内源反硝化，但由于内源反硝化使细胞原生质减少，并会有氨氮生成，污水处理中为避免此反应占主导地位而提供必要的碳源。生物脱氮系统中，硝化菌增长速度较缓慢，所以，要有足够的污泥泥龄（即污泥在曝气池中的停留时间）。反硝化菌的生长主要是在缺氧条件下进行，并且要用充裕的碳源提供能量，才可促使反硝化作用顺利进行。2、生物除磷机理磷细菌（也称为聚磷菌、除磷菌），可过量摄取磷，以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内。（1）在厌氧（没有溶解氧和氧化态的氮）条件下：除磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生ATP，并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚b-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。（2）在好氧（DO在2mg/l）条件下：聚磷菌利用污水中的BOD5或体内贮存的聚b-羟基丁酸的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。（3）富磷污泥的排放：在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，污水生物除磷工艺是利用聚磷菌的这一过程，将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。生物除磷主要是通过排出剩余污泥而去除磷的，因此，剩余污泥多少将对除磷效果产生影响，一般污泥龄短的系统产生的剩余污泥量较多，可以取得较高的除磷效果。有报道称，当泥龄为30d时，除磷率为40%，泥龄为17d时，除磷率为50%，而当泥龄降至5d时，除磷率达到87%。SBR及其衍生工艺介绍SBR是序批间歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式即在一个池子内完成曝气（好氧池），沉淀（二沉池）两个阶段，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。序批间歇式活性污泥法一个周期一般分为：进水，曝气反应，沉淀、排水和闲置五个阶段。1．进水阶段：指从向反应器开始进水至到达反应器最大容积时的一段时间。进水阶段所用时间需根据实际排水情况和设备条件确定．在进水阶段，曝气池在一定程度上起到均衡污水水质、水量的作用，因而，对水质、水量的波动有一定的适应性。在此期间可分为三种情况：曝气(好氧反应)、搅拌(厌氧反应)及静置。在曝气的情况下有机物在进水过程中已经开始被大量氧化，在搅拌的情况下则抑制好氧反应。对应这三种方式就是非限制曝气、半限制曝气和限制曝气。运行时可根据不同微生物的生长特点、废水的特性和要达到的处理目标，采用非限制曝气、半限制曝气和限制曝气方式进水。通过控制进水阶段的环境，就实现了在反应器不变的情况下完成多种处理功能。2．反应阶段：是ＳＢR主要的阶段，污染物在此阶段通过微生物的降解作用得以去除。根据污水处理的要求的不同，如仅去除有机碳或同时脱氮除磷等，可调整相应的技术参数，并可根据原水水质及排放标准具体情况确定反应阶段的时间及是否采用连续曝气的方式。3.沉淀阶段:沉淀的目的是固液分离,相当于传统活性污泥法的二次沉淀他的功能。停止曝气和搅拌，使混合液处于静止状态，完成泥水分离，静态沉淀的效果良好。经过沉淀后分离出的上清液即可排放,沉淀的目的是固液分离，污泥絮体和上清液分离。由于在沉淀时反应器内是完全静止的，在SBR系统中这个过程比在二沉池中效率更高。4.排水阶段：目的是从反应器中排出污泥的上清液，一直恢复到循环开始时的最低水位，该水位离污泥层还要有一定的保护高度。反应器底部沉降下来的污泥大部分作为下一个周期的回流污泥，过剩的污泥可在排水阶段排除，也可在待机阶段排除。SBR排水一般采用滗水器。滗水所用的时间由滗水能力来决定，一般不会影响下面的污泥层。5.待机阶段：沉淀之后到下个周期开始的期间称为待机工序。根据需要可进行搅拌或曝气。在多池系统中，待机的目的是在转向另一个单元前为一个反应器提供时间以完成它的整个周期。待机不是一个必需的步骤，可以去掉。在待机期间根据工艺和处理目的；可以进行曝气、混合、排出剩余污泥。待机期的长短由处理水量决定。排除剩余污泥是SBR运行中另一个重要步骤，它并不作为五个基本过程之一，这是因为排故剩余污泥的时间不确定。与传统的连续式系统一样，排除剩余污泥的量和频率由运行要求决定。在一个SBR的运行过程中，剩优点:1、脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有脱氮除磷效果；2、运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好；3、耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击；4、工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活；7、SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造；7、工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。缺点:1、自动化控制要求高，设备故障对工艺影响大。2、排水时间短（间歇排水时），并且排水时要求不搅动沉淀污泥层，因而需要专门的排水设备（滗水器），且对滗水器的要求很高。3、滗水深度一般为1~2m，这部分水头损失被白白浪费，增加了总扬程。4、由于不设初沉池，易产生浮渣，浮渣问题尚未妥善解决。SBR工艺的过程是按时序来运行的，由于SBR在运行过程中，各阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化以及运行状态都可以根据具体污水的性质、出水水质、出水质量与运行功能要求等灵活变化。对于SBR反应器来说，只是时序控制，无空间控制障碍，所以可以灵活控制。因此，SBR工艺发展速度极快，并衍生出许多新型SBR处理工艺。SBR有很改良工艺，比如ICEAS、UNITANK、CASS等。间歇式循环延时曝气活性污泥法（ICEAS-IntermittentCyclicExtendedSystem）是在1968年由澳大利亚新威尔士大学与美国ABJ公司合作开发的。1976年世界上第一座ICEAS工艺污水厂投产运行。ICEAS与传统SBR相比，最大特点是：在反应器进水端设一个预反应区，整个处理过程连续进水，间歇排水,无明显的反应阶段和闲置阶段，因此处理费用比传统SBR低。但是由于全过程连续进水，沉淀阶段泥水分离差，限制了进水量。ICEAS工艺是传统的SBR工艺的一种改良形式，它是在反应器的进水端增加了一个预反应区，运行方式为连续进水（沉淀期和排水期仍保持进水），间歇排水，没有明显的反应阶段和闲置阶段。在处理市政污水和工业废水方面比传统的SBR费用更省，管理更方便。基本单元是两个矩形池为一组的反应器。每个池子分为预反应区（容积约占整个池子的10％左右）和主反应区（体积占反应器总池容的85％—90％）两部分，预反应区一般处于厌氧/缺氧状态，主反应区是曝与经典SBR工艺相比，ICEAS工艺具以下特点：a.沉淀特性不同ICEAS的沉淀会受到进水扰动，破坏了其成为理想沉淀的条件。为了减少进b.理想推流性能和污泥膨胀的控制由于连续进水，ICEAS丧失了经典SBR的理想推流和对难降解物质去除率高的优点，而且不能控制污泥c.因连续进水而适用于较大型污水处理厂连续进水不用进水阀门之间切换，控制简单，从而可应用于较大型的污水厂。由于是连续进水，每个反应池所承受的水质水量是均等的，因此耐冲击负荷性更强。可以通过调节周期来适应进水量和水质的变化。与其他工艺相比ICEAS工艺具以下优缺点：优点：1.流程简单：不设初沉池、二沉池、污泥回流泵房、消化池和沼气贮存利用设施；2.管理方便：处理设施少，，没有沼气系统，不存在危险性，管理简化；3.占地少：是各种污水二级处理中最少的，比常规活性污泥法省30%～50%；4.处理效果好：有机物去除率高，能脱氮除磷，缓冲能力强；5.基建投资省：规模小于10万m3/d的污水处理厂基建投资比常规活性污泥法省10%～20%；6.处理成本低：规模小于10万m3/d的污水处理成本低于常规活性污泥法；7.基建费用省；8.脱氮除磷效果尚可。缺点：1.容积利用率低，池容相对较大；2.水位变化大，水泵扬程较高；3.要脱氮除磷需延长周