污水的好氧生物处理

《水污染控制工程》主讲老师:胡忠明第一章绪论第二章污水的物理处理第三章污水的好氧生物处理(一)第五章污水的好氧生物处理(二)第六章污水的厌氧生物处理第七章污水的化学处理第八章污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法处理第九章城市污水的深度处理第十章污水处理厂的设计第五章污水的好氧生物处理第一节基本概念第二节气体传递原理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活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题第六节二次沉淀池第一节基本概念一、工作机理基质+O2CO2+H2O+N2+P新细胞sludge自身氧化率（内源呼吸）自身耗氧率（呼吸作用）二、基本流程•定义：曝气池内的SS。•单位：g/L，mg/L。•内容：sludge自身氧化残留物，未降解无机物，未降解有机物。•实质：相对的sludge量，曝气池中一般控制２～３g/L。三、sludge的特征（指标）１、混合液SS(MLSS)２、MLVSS•内容：除上述无机物以外的３个内容•实质：更能反应sludge活性。但其不易测定，固定的污水MLVSS/MLSS是固定的，所以可以测MLSS代替MLVSS。３、污泥沉降比SV(污泥体积）定义：意义：曝气池正常运行时的污泥数量，用它可以控制剩余污泥的排放，衡量污泥的质量，SV大，不好，一般１５～３０％（城市污水）４、污泥体积指数ＳＶＩ或ＳＩ定义：３０分钟沉淀后，１克干污泥所占的体积（ml计）实质：反映疏密程度SI低：紧密，无机物多，sludge活性↓SI高：膨胀不易沉淀一般控制在50~150ml/L之间（城市废水）工业废水SVI正常值可能偏高%/(/)SVSImlgMLSSgl（）第二节气体传递原理和曝气池00000()()SLaSdAkgdtVK00()SdmkgAdt一、原理：气体由气相向液相的传递原理，这里是指O2由气相传向废水相液相对气相的溶解度是关键双膜理论寻出方式：（氧的传递速率）0dmVd000SVdkgAdt注意：m是气体的溶入量（溶质）对上式积分：2211000TLaTSKdt01210212.3logsLasKtt000()LaSdKdt污水与清水由差距，修正：(LaLaKK污水）（清水）00()SS污水（清水）α：原生生活污水，0.4~0.5生活污水处理厂出水，0.9~1.0•溶解在水中疏水性有机污：增加O2进入水中的阻力，影响KLa•溶解的无机物：影响ρS0（越浓，ρS0越小）•溶解的有机物：影响KLa（越浓，KLa越小）•温度也影响KLa和ρS0值，从图14-3可以看出KLa上升，而ρS0下降时对传递速率影响不大。影响因素二、曝气设备：（无氧和混合作用）鼓风曝气：水下机械曝气：表面1、鼓风曝气2、机械曝气（1）竖式曝气机：淹没深度，水跃一般深10~100mm转速20~100r/min（可变速）（2）卧式曝气机：用于氧化沟3、曝气设备的性能指标氧转移率动力效率氧利用率指溶入水中的氧气，mgO2/l·h转入氧气量，但未必会溶入，kgO2/kw·h转移到混合液中的氧气；动力效率与氧转移率的比例•标准状态：清水，水温20℃，大气压101.325KPaDO=0•现场：污水水温15℃，海拔150m，α=0.85β=0.9三、曝气池型推流式平移旋流底部曝气侧面曝气平面：L∶B=5~10∶1横断：B∶h2=1~2∶1，h2：3—9m实验室，逐渐淘汰（圈型或短型）完全混合式分建式合建式易堵，需回流污泥（现实中应用少）二池结合型一池多个表曝气，单池看是完全混合，整池看是推流四、曝气设备的性能测试（曝气池建好后，或投入运行后）目的是验证设备是否符合设计要求。举例：清水中的测试原理清水消氧复氧根据复氧过程中的测定。求出KLa和氧传递速率0ddt步骤开启设备（混合均匀之目的）加Na2SO3消氧（过量50%）约100mg/l加CoCl2催化约0.5mg/l,b，不可以过量，防干扰DO测量监测ρ0（每隔一定时间），得ρ0随t变化数据。监测取样应多点取样测定后平均上述步骤重复3次以上，第三次后不需加Na2SO3结果分析目的：（1）求氧转移率EA（氧的传递速率）ddt00()LaSdKdt000()SSLaInInKt（2）求动力效率Ep（kgO2/kw·h）EA00()SIn积分：以t~作曲线，KLa即斜率直至池水达到ρS0时，测试结束，此时应注意：表面曝气：以接近于表层水ρ0达ρS0为准鼓风曝气：以表层到半池深之间ρ0达ρS0为准0ALaSEKmgO2/l·hEP0()LaSKVOCoxygenationcapacity充氧能力0/PLaSEKVkw输出功率kgO2/kw·h如：叶轮功率=电压V×电流A×电机效率×齿轮箱效率×功率因素×换算单位矫正：如测定不在20℃进行：如测定不在1个大气压下：(20)LaLaKKT-20（T）=1.024000()760/SS标准测测第三节活性污泥法的发展和演变传统法称普通活性污泥法1、渐减曝气：（调整进气）合理布置扩散器，沿程变化，但总气量不变（分散不均匀曝气）2、分布曝气：（调整进水）曝气均匀，多点进水3、完全混合法：是1和2的综合：在分布曝气的基础上，进一步增加进水点，同时增加污泥回流，使全池需氧于供氧达到平衡特征•微生物种类数量，生活环境完全一样•入流出现冲击负荷，可化解在全部混合液上，特别适合工业废水的处理。•池中各处需氧量相同，使曝气变得简易4、浅层曝气1953年Pasveer发现，池的浅层大量曝气，利用气泡破裂时氧传递速率最大可获较好的充氧效果而形成此法。可省功力。参数•h2：3~4m浅为好•H∶B=1.0~1.3∶1•供气量：30~40m3/m3（水）·h•Ep：1.8~2.6kgO2/kw·h•扩散器：水F0.6~0.8m适用中、小型厂布气系统维修难，未推广（现我国很少见）5、深层曝气为节约用池而生池深10-20m，甚至150-300m50-150m，直径1.0-6.0m特征•KLa值增大，ρS0增大•节约用地•动力消耗大，经济效果布好•对池下水有威胁，值得关注6、克劳斯（Kraus）法碳水化合物高泥膨胀加消化池（厌氧池）上清液增加了N(NH3)C∶N合适，利用C代谢解决问题（对污泥膨胀池的改进方法）7、延时曝气40年代末—50年代初特点•曝气时间厂，但同时给予高负荷•MLSS较高，3—6g/l•剩余污泥少（强曝气使部分sludge处于内源呼吸状态）•适用于水量少，浓度高的情况（高层建筑生活污水、旅社）•可以间歇运行，从而省去沉淀池，即：曝气运行沉淀放空20h2h2h8、接触稳定法（吸附再生法）运行时缩短曝气时间到15—45min，获BOD5低之出水（本质是吸附非降解）但回流污泥失活（不能再吸附）解决方法：回流污泥预先曝气，使之在有氧气的情况下进行降解，从而再生出活性特点•曝气池体积变小（只需完成吸附，不需降解）无沉淀池也可（SS多时吸附更好）•不增加池体积的情况下，增加了负荷量，即处理能力•吸附池与再生池可合建9、氧化沟延时曝气的特殊形式，50年代至今，我国也有一些应用池体浅而狭长，（多折）靠表面曝气充O2混合合推流E≥95%，N、P去除效果也不错10、纯氧曝气优点：处理速度快、效果好、污泥沉淀性能好，曝气时间短1.5~3h,MLSS4~8g/l缺点：昂贵、复杂要求高、易爆炸11、活性生物滤池（ABF工艺）曝气池前加一塔，可与曝气池串联（为主）或并联（少）塔是充氧器12、吸附—生物降解工艺（AB法）70年代始于德国，我国也有部分利用（金陵石化）A级曝气短，完成吸附，30~60min，高负荷，2.0kgBOD5/kgMLSS·dB级曝气长，完成降解，2~4h低负荷，0.1~0.3kgBOD5/kgMLSS·d无初沉池A、B的池中各有自己的污泥回流系统特点：耐冲击负荷、PH变化；可分段建设，A级出水优于一级13、序批式活性污泥法（SBR法）优点：简单（无二沉池，无回流污泥，表面曝气）；耐冲击负荷（完全混合流态）、无须调节池；出水水质高，获得较高水平（与连续进水比可时间长点）；可脱N、P靠自动控制完成第四节活性污泥的设计计算一、曝气池内容选择池型（负荷，曝气设备，场地大小，经验能力等）体积尺寸所需供氧量剩余污泥量的排出量方法经验法应用较多理论方法正在探索有机负荷法容积负荷法有机负荷法活性污泥负荷法曝气区体积负荷法0SVxqFNsMV0SVVxqNNsV容积负荷505/xSMLSSkgBODkgdBOD进水以上两式可用于计算体积，参数可参考表14-5，有些参数需经试验确定，特别试工业废水，经验很重要。劳伦斯和麦卡蒂法理论计算maxsssKmaxmax12ssK：单位生物量的增长速度：底物足够时的：时的相关公式（1）曝气池中污染物去除与微生物浓度的关系ssxssdKdtK5/mgBODLh1/2sKKK：单位时间里单位重量微生物去除的污染物（最大的污染物去除速率）：饱和常数，污染物去除速率为时的污染物浓度（2）微生物增长与污染物去除的关系xsdxddyKdtdt5/dymgVSSmgBODK-1：理论合成系数：内源呼吸系数,h如不考虑内源呼吸xsobsddydtdt/1obsobsdcyyyK：扣除内源呼吸后的净合成系数(称表现合成系数)完全混合曝气池的计算模式反应器沉淀池（qV-qVW）ρs,ρxeqVr，ρXr，ρsqVw，ρXqV，ρS0，ρX0Ρx，V，ρS（1）泥龄xcVWxVVWXeVqqq（2）池体积根据物料平衡原理0SXVXVwXVVwXedXddVqqqqVyKdtdt稳定平衡时=0而很小Xddt0X00X0SSSddtt简化后SVwXVVwXedXdqqqVyKdt两边除以，并以代入整理后得：XV0SSSddtt0()1cVySSxdcqVK（3）剩余污泥量0xobsVSSPyq注意：Px为纯VSS，实际排除量会比此值大（4）所需空气量污染物转化得需氧量（理论BOD，称作BODc）0()0.68VSSLqBOD50.68LBODBOD因为形成剩余污泥得需氧量：1.42Px01.420.68VSSxqP总需氧量总需氧量总需气量=23%氧的密度需考虑氧利用率和混合要求，即出气口的静水区总需气量实际需气量=安全系数氧利用量第五节设计和运行中的一些重要问题1、水力负荷：Qv有变化，一般使高峰流量是平均流量的200%低峰流量是平均流量的50%日变化，白天高夜晚低季变化，雨季高旱季低一般难控制，对运行不利（如停留时间，二沉效果）调节方法：调节池（泵前集水井）+泵组合进行调蓄只考虑用泵提升污水而不考虑流量会有很多问题如影响停留时间处理效果2、有机负荷高：可使池体积变小（如1以上），但出水水质较差，剩余泥量增加低：可使池体积变大（如0.1），水质稳定，基本无剩余泥量增加总的来说F/M影响E一般取0.5kgBOD5/kg(MLSS)·d,不主张高负荷0.3时N将转入NO-3化阶段一般取0.3，称常负荷3、微生物浓度（MLSS）泥量≠活细胞量泥龄θc长，MLSS高，但其中活细胞比率减小所需曝气量增加，而一定曝气设备的EA和EP是一定的超出范围EP减小一般取MLSS=2g/l左右为宜，但不同废水的合适MLSS需试验4、曝气时间由F/M决定，一定的F/M下，需氧量一定长：浪费短：不够用要找合适的匹配关系5、泥龄（平均停留时间）MCRT即θcF/MMLSS浓度一定θc也就定F/M越高θc就可越