水污染控制工程课件-第四章

课堂作业请画出传统活性污泥法的流程示意图，并详细说明其中各构筑物的作用及活性污泥系统有效运行的基本条件。活性污泥系统的主要组成曝气池：反应的主体，有机物被降解，微生物得以增殖；二沉池：1）泥水分离，保证出水水质；2）浓缩污泥，保证污泥回流，维持曝气池内的污泥浓度。回流系统：1）维持曝气池内的污泥浓度；2）回流比的改变，可调整曝气池的运行工况。剩余污泥：1）去除有机物的途径之一；2）维持系统的稳定运行供氧系统：为微生物提供溶解氧正在运行的曝气池曝气池中的曝气头的布置活性污泥系统有效运行的基本条件是：废水中含有足够的可溶性易降解有机物；混合液含有足够的溶解氧；活性污泥在池内呈悬浮状态；活性污泥连续回流，剩余污泥及时排放，维持曝气池内稳定的活性污泥浓度；进水中不含有对微生物有毒有害的物质0.1mm原生动物----在活性污泥中大约为103个/ml钟虫小口钟虫草履虫盖纤虫肾形虫变形虫后生动物线虫轮虫=Ma+Me+Mi+Mii=Ma+Me+MimL/g)/()/(lgMLSSlmlSVSVI)/()/((%)lgMLSSlmlSVSVI10SV的测定0min15min30minSV=40%MLSS的测定测MLSS需要定量滤纸（不能用定性的）、电子分析天平、烘箱、干燥器等。取100ml混合液用滤纸过滤，待烘箱中温度升到103-105之间的设定值后，将滤干后的滤纸放入烘箱烘2小时，取出置于干燥器中放置半小时。称量后减去滤纸重量，并且测滤纸的重量也要采用上述同样的步骤。该实验必须严格按照上述操作，否则会有偏差。MLVSS即混合液中悬浮固体经600℃高温灼烧后所失去的重量，用g／L表示。可较为准确地反映活性污泥中微生物生物量，但测定手续较繁琐，工程上常用混合液悬浮固体代替混合液挥发性悬浮固体。SVI的测定P103渐减曝气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。渐减曝气又称分段或多段进水活性污泥法。优点如下：（1）曝气池内有机污染物负荷及需氧量得到均衡，一定程度缩小了耗养速度与充氧速度的差距，有助于能耗的降低。活性污泥微生物的降解功能也得以正常发挥；（2）污水分散均衡注入，提高了曝气池对水质、水量冲击负荷的适应能力；（3）混合液中的活性污泥浓度沿池长逐步降低，出流混合液的污泥较低，减轻二沉池的负荷，有助于提高二沉池固、液分离效果。又称短时曝气活性污泥法或不完全处理活性污泥法。特点如下：（1）BOD-SS负荷高，曝气时间短（1.5-3h），处理效果低，曝气池内活性污泥处于生长旺盛期；（2）用于处理出水水质不高的污水。又称完全氧化活性污泥法，特点如下：（1）BOD-SS负荷非常低，曝气反应时间长，一般在24h以上，活性污泥在池内长期处于内源呼吸期，剩余污泥量少且稳定，无需在进行厌氧消化处理；（2）污泥龄长，SRT在20-30天。污泥龄SRT——曝气池中微生物细胞的平均停留时间。对于有回流的活性污泥法，污泥泥龄就是曝气池全池污泥平均更新一次所需的时间（以天计）。泥龄长，处理效果好，污泥量也少；但太长，则将使污泥老化，影响沉淀。普通活性污泥的泥龄一般为3-4天之间。（3）处理水稳定性高，对原污水水质、水量变化有较强适应性，无需设置初沉池；（4）适用于出水水质要求高，不宜采用污泥处理技术的小型污水处理系统。接触稳定法活性污泥净化反应过程:在活性污泥处理系统中，有机底物从废水中被去除的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，这一过程的结果是污水得到了净化，微生物获得了能量而合成新的细胞，活性污泥得到了增长。一般将这整个净化反应过程分为三个阶段：1）初期吸附；2）微生物代谢；3）活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩活性污泥的初期吸附作用曝气过程降解初期吸附BOD活性污泥的初期吸附作用在活性污泥系统内，在污水开始与活性污泥接触后的较短时间(1030min)内，由于活性污泥具有很大的表面积因而具有很强的吸附能力，因此在这很短的时间内，就能够去除废水中大量的呈悬浮和胶体状态的有机污染物，使废水的BOD5值(或COD值)大幅度下降。但不是真正的降解，随着时间的推移，混合液的BOD5值会回升，主要原因是由于胞外水解酶将吸附的非溶解状态的有机物水解成为溶解性小分子后，部分有机物又进入污水中，使BOD5上升，再之后，BOD5值才会逐渐下降。6、吸附再生活性污泥法1)主要优点：a.废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短，吸附池容积较小，再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥，因此，再生池的容积也是小的。吸附池与再生池容积之和仍低于传统法曝气池的容积，建筑费用较低；b.具有一定的承受冲击负荷的能力，当吸附池的活性污泥遭到破坏时，可由再生池的污泥予以补充。2)主要缺点：对废水的处理效果低于传统法，此外，对溶解性有机物含量较高的废水，处理效果更差。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。（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10-20m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。深层曝气纯氧曝气活性污泥法a.纯氧中氧的分压比空气约高5倍，纯氧曝气可大大提高氧的转移效率；b.氧的转移率可提高到80-90%，而一般的鼓风曝气仅为5~25%左右；c.可使曝气池内活性污泥浓度高达40007000mg/l，能够大大提高曝气池的容积负荷；d.剩余污泥产量少，SVI值也低，污泥膨胀较少发生。纯氧曝气的缺点是纯氧发生器容易出现故障，装置复杂，运转管理较麻烦。克劳斯法：Kraus把厌氧消化富含氨氮的上清液加到回流污泥中一起曝气硝化，然后加入曝气池，除了提供氮源外，硝酸盐也可以作为电子受体，参与有机物的降解，克服了高碳水化合物所带来的污泥膨胀问题。此外，消化池上清液夹带的消化污泥量大，有改善混合液沉淀性能的功效。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、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。吸附－生物降解工艺（AB法）CASS(CyclicActivatedSludgeSystem)在SBR的基础上发展起来的，即在SBR池内进水端增加了一个生物选择器，实现了连续进水(沉淀期、排水期仍连续进水)，间歇排水。设置生物选择器的主要目的是使系统选择出絮凝性细菌，其容积约占整个池子的10%。使活性污泥在选择器中经历一个高负荷的吸附阶段(基质积累)，随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解阶段，以完成整个基质降解的全过程和污泥再生。模型参数流量（m3/d）微生物（污泥）浓度（g/m3）有机底物浓度（g/m3）进水QX0S0出水Q-QWXeSe回流污泥RQXRSe剩余污泥QWXRSe污泥龄SRT——曝气池中微生物细胞的平均停留时间。对于有回流的活性污泥法，污泥泥龄就是曝气池全池污泥平均更新一次所需的时间（以天计）。泥龄长，处理效果好，污泥量也少；但太长，则将使污泥老化，影响沉淀。普通活性污泥的泥龄一般为3-4天之间。一般二沉池效果良好时，出水的污泥量相对于剩余污泥量对污泥龄的影响小很多，因此可以简化为θc=XV/QWXR活性污泥的比增长速率，μμ=1/θcg（新细胞）/g（细胞）d以污泥龄作为生物处理的控制参数，其重要性是明显的，因为通过控制污泥龄，可以控制微生物的比增长速率及系统中微生物的生理状态。(12-14)(12-23)扩散单位长度上的浓度变化值D扩散系数Vd物质的扩散速率Fick定律假设M为单位时间t内通过两相界面扩散的物质数量单位时间内通过单位截面积的物质数量=(dM/dt)/AdM/dt---单位时间内通过界面扩散的物质数量A---届面面积pGcpics气膜液膜相界面气相主体液相主体传质方向图双膜理论示意图溶质A在气相中的分压溶质A在液相中的摩尔浓度双膜理论示意图当气液两相接触时，两相之间有一个相界面，在相界面两侧分别存在着呈层流流动的稳定膜层。溶质必须以分子扩散的形式连续的通过这两个膜层，膜层的厚度主要随流速而变，流速愈大厚度愈小。在膜层以外的主体内，由于流体的充分湍动，溶质的浓度分布均匀，可认为两相主体中的浓度梯度为零，即浓度梯度全部集中在两个有效膜层中。气膜中存在氧的分压梯度，液膜中存在氧的浓度梯度，在相界面上气液两相相互成平衡。氧气难溶于水，故传质阻力主要在液膜上，液膜传质速率是氧转移的控制速率。氧气通过液膜的传递速率为：LCCsDAdtdM根据Fick定律=(dM/dt)/A-LCCs液膜厚度很小，液膜内浓度可以按直线变化考虑（12-35）的变形LCCsDAdtdMLCCsVDAVdtdMCCsVAKdtdCLLLDKVAKKLaL1212log13.2CCCCttKssLaCCsKdtdCaL液相中氧浓度变化率----氧转移速率KLa表示氧分子的总传质系数，单位（h-1）KLa的倒数1/KLa，单位h，表示曝气池中溶解氧浓度从C提升到Cs所需时间，KLa越小，1/KLa越大，所需时间越长，氧传递速度慢VAKKLaLCCsKdtdCaL一是提高KLa：加强液相主体的紊流程度，降低液膜厚度，加速气、液界面的更新，采用微孔曝气方式，增大气、液接触面积；提高Cs值：提高气相中氧分压，如采用深井曝气、纯氧曝气等。VADVAKKLLaL提高氧转移速率的方法LLDK（1）污水水质污水中的杂质对氧气的转移以及溶解度有一定影响，所以引入修正系数，则有：CCKdtdCsLa鼓风曝气0.4-0.8机械曝气0.6-10.7-0.98（2）水温水温上升，水的粘度降低，液膜厚度减小，KLa值增高；氧气在水中的溶解度随温度上升而降低。温度对氧气转移有二种相反的影响，但不能相互抵消，总之，低温有利于氧气的转移。在运行正常的曝气池内，混合液保持15-30℃，最不利的温度为30-35℃的盛夏。VADVAKKLLaLCCsKdtdCaL（3）氧分压氧分压越高，越有利于氧气的转移。式（12-44）——（12-47）三、氧转移速率与供气量的计算CCsKdtdCaLVCKOsaLS)20()20(FCCKdtdCTsTaL][024.1)()20()20(VFCCKOTsTaL][024.1)()20()20(2FCCCOOTsTsS][024.1)()20()20(2氧转移速率，kgO2/m3h氧转移速率=微生物需氧速率标态下的清水的氧转移量，kg/h曝气池实际需氧量机械曝气设备充氧量KDvOS88.18.2379.0泵形叶轮的充氧量与叶轮直径及线速的关系罗茨鼓风机中小型污水厂，需