水质工程学部分课件

第13章活性污泥法重点：活性污泥法基本概念与流程、活性污泥法的净化机理与影响因素、活性污泥法的动力学基础、曝气池的需氧与供氧、活性污泥法的脱氮除磷原理及应用。难点：活性污泥法的净化机理与影响因素、活性污泥法的动力学基础、曝气池的需氧与供氧、活性污泥法的脱氮除磷原理及应用。13.6活性污泥法污水处理系统的过程控制与运行管理13.7活性污泥法的脱氮除磷原理及应用13.0概述13.1活性污泥法的理论基础13.2活性污泥法的性能指标及其有关参数13.3活性污泥法反应动力学及其应用13.4活性污泥法的各种演变及应用13.5曝气及曝气系统13.8活性污泥法的发展与新工艺13.0概述污水生物处理是通过微生物的新陈代谢作用,将污水中有机物的一部分转化为为微生物的细胞物质,另一部分转化为比较稳定物质的方法。生物处理的主要作用者是微生物，根据反应中氧气的需求，可把细菌分为好氧菌．兼性厌氧菌和厌氧菌。主要依赖好氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺，称为好氧生物处理法；主要依赖厌氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺，称为厌氧生物处理法。活性污泥法的重要地位我国的河流97%以上都受到有机物的污染1.应用的普遍性：95%以上的城市污水35%以上工业废水2.高效性：SS，COD、90%以上3.灵活性：大，中，小水厂高，中，低负荷4.连续运行，可自动化5.工艺(运行方式多样)，功能多样化，可脱氮，除磷活性污泥法研究及应用的现状和发展1.超大型化(集中化)微型化2.高效快速(高负荷，节省体积)3.节能，减少运行费用4.深度净化功能，多功能化(N，P)5.自动化控制管理6.提高氧利用率7.减少占地面积返回目前，活性污泥法是生活污水、城市污水以及有机性工业废水处理中最常用的工艺13.1活性污泥法的理论基础13.1.1基本概念与流程活性污泥污水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧菌为主体的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是活性污泥。活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物所组成的活性微生物为主体，此外还有一些无机物，未被微生物分解的有机物和微生物自身代谢的残留物。活性污泥法以活性污泥为主体的污水生物处理技术活性污泥法来源河流自净→启示→人工强化命名根据生物反应器中微生物存在状态(悬浮，附着)可将污水生物处理技术分为活性污泥法(悬浮的有活性的生物絮体)和生物膜法(附着的有活性的生物膜)，及后来的复合式(悬浮，附着)生物处理、技术。基本流程污水→格栅→泵间→沉砂池→初沉池→活性污泥曝气池→二沉池→消毒1.曝气池：微生物降解有机物的反应场所2.二沉池：泥水分离3.污泥回流：确保曝气池内生物量稳定4.曝气：为微生物提供溶解氧，同时起到搅拌混合的作用。曝气系统与空气扩散装置活性污泥反应器来自空压机的空气剩余污泥污泥井混合液回流污泥系统二沉池处理水进水活性污泥法处理系统有效运行得基本条件1.污水中有足够的可溶解性易降解有机物2.混合液中含有足够的溶解氧3.活性污泥再曝气池中呈悬浮状态4.活性污泥连续回流5.及时排除剩余污泥6.没有对微生物有毒害作用的物质进入13.1.2活性污泥的形态，组成形态多为黄色或褐色絮体，含水率超过99％，比表面积大。组成活性污泥由四部分组成（1）Ma——活性污泥微生物；（2）Me——活性污泥代谢产物；（3）Mi——活性污泥吸附的难降解惰性有机物；（4）Mii——活性污泥吸附的无机物。微生物组成细菌（90％－95％，甚至100％）、真菌、原生动物、后生动物13.1.3活性污泥微生物的作用《水处理微生物》复习活性污泥中的有机物、细菌、原生动物与后生动物组成了小型的相对稳定的生态系统和食物链。活性污泥中的细菌以异养型细菌为主。菌胶团细菌－－构成活性污泥絮凝体的主要成分，有很强的吸附、氧化分解有机物能力。也可防止被微型动物所吞噬，并在一定程度上可免受毒物的影响，沉降性好。丝状菌－－形成活性污泥的骨架，增强沉降性，保持高的净化效率，但是大量会引起污泥膨胀。净化污水的第一承担者－－细菌净化污水的第二承担者－－原生动物指示性动物－－原生动物，通过显微镜镜检是对活性污泥质量评价的重要手段之一活性污泥微生物的增殖曲线1.在温度适宜，溶解氧充足、营养物质一次充分投加，微生物种群随时间以量表示增殖和衰减动态。2.在这样的环境下，不存在抑制物质的条件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取决于有机物(F)与微生物量(M)的比值，它也是有机物降解速率、氧利用速率和活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影响因素13.1.4活性污泥微生物的增殖规律1.适应期:在未充分适应基质条件时，开始会经历一个适应、迟缓期或调整期。长短取决于污水的主要成分和微生物对它的适应。2.对数增长期:F/M较大，营养充分，氧利用最大，微生物增殖速率和有机物降解速率最大。污泥活动力强，污泥松散，不易沉降(利用有机物不足)活性污泥增长曲线的四个阶段3.减速期F/M减小，有机物量成为增殖的限制因素，微生物增殖速率和有机物降解速率下降，污泥沉降性好，出水效果好。4.衰减期F/M最小，(内源呼吸期)微生物活动能力低，絮凝体，沉降性好，此时污泥量出现下降，出水水质较好。1.在活性污泥混合液中，如果营养与污泥之间的比值（常用F/M表示）高，F/M大于2.2，微生物处于对数增长期，能量水平高，污泥凝聚性能差；F/M小于2.2，营养与污泥微生物比值下降，致使微生物增长处于增长率缓慢降段；F/M小于0.1，营养物很少，营养相对不足和能量水平较低，细菌活力低，运动能力弱，致使微生物增长处于增长率下降段或其后期，彼此结合成絮凝体，故易于凝聚。2.当有机营养物质和氧气充足时，活性污泥以合成为主。在新细胞合成的同时，还进行着部分老细胞物质的氧化分解。在有机营养缺乏时，这种自身分解则成为主要的获能方式，生物处理的内源呼吸也就是指的这种情况。活性污泥絮凝体的形成：13.1.6活性污泥净化污水的过程活性污泥净化污水的作用是由吸附和氧化两个阶段完成的，活性污泥在与废水初期接触的20～30min内，就可以去除75%以上的BOD，在于活性污泥具有巨大的表面积（2000~10000m2/m3）,且其表面具有多糖类粘液层。氧化分解在吸附阶段之后，所需时间比吸附时间长的多，可见暴气池的大部分容积是在进行有机物的氧化和微生物的合成。可降解有机物氧化合成1/32/3无机物＋能量新细胞物质无机物＋能量残留物质80％20％内源代谢构成活性污泥三要素微生物———吸附氧化分解作用(污泥)有机物———废水的处理对象微生物底物(营养)充足氧气、充分接触————好氧处理的条件生物絮体形成机理目前认为絮体是由细菌内源代谢分泌的聚合物在微生物之间起粘胶剂的作用，因此只有当内源代谢分泌聚合物与微生物成适当比例才能形成良好的生物絮体。如果微生物增殖率过高，内源代谢分泌的聚合物不是以粘连吸附新增殖的微生物，就不可能形成良好的絮体。如果有机物浓度过低，内源代谢产生的聚合物质被微生物当成食物消耗，则絮体也难以形成。污泥净化反应过程对有机物的降解可分两个阶段：a.吸附阶段————巨大的比表面积b.微生物降解作用有机物合成ΔHOHCO)NOH(CONHOHC22n275酶23zyxΔH（呼吸作用）COOOHCΔH(内源呼吸）OHCOONOHC222yx22酶2275ΔH胞外，新的合成ΔH胞内，分解为CO2有机固形物胶体有机物溶解性有机物微生物分解13.1.7环境因素对活性污泥微生物的影响BOD负荷率（污泥负荷）Ns过低，丝状菌膨胀Ns过高，絮体活性高，不易沉降Ns↗，μ（污泥增长）↗，ν（底物降解）↗，Se↗，V↓，θc↓Ns↓，μ（污泥增长），ν↓，Se↓，V↓，θc↗BOD负荷在1.5～0.5kg/kg·d范围内时，SVI控制在100左右比较合适。XVQSN0S营养物质：平衡用BOD5:N:P的关系来表示，一般需求为100:5:1生活污水和城市污水含足够的各种营养物质，但工业废水含量低。溶解氧：DO↗，μ↗，ν↗Se↓运行费用高对于游离细菌来说应保持在0.3mg/L对于活性污泥的絮凝体应保持在2mg/L，不低于1mg/LpH值：最适宜在6.5－8.5PH6.5，真菌增长利于丝状菌易膨胀PH9时，菌胶易解体活性污泥凝体遭到破坏。温度：最适宜温度：在这一温度下，微生物的生理活动强劲、旺盛，表现在增殖方面则是裂殖速率快，世代时间短。活性污泥微生物多为嗜温菌，其适宜温度15－30℃。小型工业污水和城市污水应保温。水温过高的工业废水要降温。有毒物质（抑制物质）：重金属、氰化物、H2S等无机物，酚、醇、醛、燃料等有机物。但是毒害作用也是当有毒物质在环境中达到某一浓度时才能显露出来，这个浓度焦灼有毒物质的极限允许浓度。有毒物质的毒害作用还与pH值、水温、溶解氧、有无其他有毒物质、微生物数量以及是否驯化等因素有关。返回13.2活性污泥法的性能指标及其有关参数13.2.1活性污泥法的性能指标混合液中活性污泥微生物的指标1.混合液悬浮固体浓度(mg/L)混合液悬浮固体是指曝气池中废水和活性污泥共同的混合液体的悬浮固体浓度。用MLSS表示。MLSS=Ma+Me+Mi+Mii2.混合液挥发性悬浮固体浓度(mg/L)混合液悬浮固体中的有机物量称为混合液体挥发性悬浮固体（MLVSS），用它表示活性污泥微生物量比用MLSS更为切合实际。MLVSS=Ma+Me+MiMLVSS与MLSS有一定的比值，例如生活污水的比值为0.7左右。沉降性与浓缩性评价指标1.污泥沉降比：SV%又称30min沉降比、混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污混容积占混合液容积的百分比，SV值在15~30%左右。2.污泥容积指数：SVI静置30min后，1g干污泥所占的容积，（ml/g）这些污泥的干重沉后的污泥容积混合液经30min静SVI(ml/g干污泥)Mlss(g/l)10(ml/l)SV%一般为70～150(ml/g)时沉降性能较好，过低无机物含量过高，污泥活性不好，过高易出现污泥膨胀。活性污泥的活性评定指标活性污泥的比耗氧速率（SOUR一般用OUR）：单位重量的活性污泥在单位时间内所能消耗的溶解氧量，其单位mgO2/(gMLVSS·h)或mgO2/(gMLSS·h)OUR在运行中的重要租用在于反映有机物降解速率，以及活性污泥是否中毒，将用于系统的自动报警。活性污泥的OUR一般为8－20mgO2/(gMLVSS·h)，温度对OUR的影响很大，不同温度的OUR没有可比性，一般在20℃测OUR13.2.2活性污泥法的设计与运行参数BOD负荷BOD负荷有污泥负荷和容积负荷1.污泥负荷Ns（Ls）：指单位重量活性污泥在单位时间内所承受的有机污染物量，污泥负荷的实质是F/M。2.容积负荷Nv（LV）：指单位暴气池有效容积在单位时间内所承受的有机污染物量，单位是kg（BOD5）/m3·Ddkgkg./5MLSSBODXVQSN0Sdkgv.m/53BODVQSN0污泥龄θc（ts）污泥在曝气池内的平均停留时间XretwwQ＋)XQ-(QVXSXrtwQVXS式中QW——剩余污泥排除量（m3/d）Xe——净化水的污泥浓度（mg/L）Xr——剩余污泥浓度（mg/L）。由于随着净化水排出的Xe很小，所以：污泥回流比（R）从二沉池返回到曝气池的回流污泥量QR与污水流量Q之比，常用％表示。则曝气池内混合液满足：曝气时间污水进入曝气池后，在曝气池中的平均停留时间，也称水力停留时间。X-XrRXQQRRQtV返回13.3活性污泥法反应动力学及其应用活性污泥动力学研究的假定条件①曝气池为完全混合式；②在稳定状态下；③进水和出水中没有微生物；④二沉池中不发生微生物对有机物的降解；⑤底物浓度、用可降解的有机物浓度表示；⑥温度不变，进水有机物成分性质不变。13.3.1反应动力学的基本理论有机物降解与微生物增殖1.微生物增殖基本方程活性污泥法处理过程中，微生物量的增加是同化合成和内源分解两种作用的共同结果esgdtdXdtdXdt