活性污泥法-课件详解

第五章污水的生物处理——活性污泥法四川师范大学范璐第一节活性污泥法的基本原理一、活性污泥的性质活性污泥的基本性质什么是活性污泥？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。一组活性污泥图片活性污泥的性质颜色味道状态比重粒径比表面积黄褐色土腥味似矾花絮绒颗粒曝气池混合液：1.002-1.003；回流污泥：1.004-1.0060.02-0.2mm20-100cm2/mL污泥的生化性能活性污泥的含水率：99.299.8%；固体物质的组成：有机物75—85%活细胞（Ma）25～50%、微生物内源代谢的残留物Me（0～17%）、吸附的原废水中难于生物降解的有机物（Mi）5～65%、无机物质（Mii）20~38%。活性污泥中的微生物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。在污水生物处理过程中，如果条件适宜，活性污泥的增长过程与纯种单细胞微生物的增殖过程大体相仿。在废水活性污泥处理中，微生物是一个混合群体，它们有一定的生长规律。活性污泥微生物在活性污泥反应中的作用活性污泥的生长规律按微生物生长速率，其生长可分为四个生长期停滞期（调整期）对数期（生长旺盛期）静止期（平衡期）衰老期（衰亡期）废水曝气池初次沉淀池出水空气回流污泥剩余活性污泥二次沉淀池二、活性污泥法的基本工艺流程1、活性污泥法的基本流程阅读教材P100-106，思考下列问题1、“活性污泥反应过程”是怎样的一个过程？2、活性污泥净化反应过程分为哪几个阶段？每个阶段的作用是什么？3、分析一下污水经过活性污泥净化反应一段时间后，污水中的有机物的分布状况。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。活性污泥降解污水中有机物的过程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活性污泥净化反应影响因素营养物质温度pH溶解氧有毒物质①混合液悬浮固体浓度（污泥浓度）（MLSS）（MixedLiquorSuspendedSolids）：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii单位：mg/lg/m3②混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）（MixedVolatileLiquorSuspendedSolids）：MLVSS=Ma+Me+Mi；在条件一定时，MLVSS/MLSS是较稳定的，对城市污水，一般是0.75~0.85活性污泥的性能指标③污泥沉降比（SV）（SludgeVolume）：是指将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示；能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀；正常数值为2030%。④污泥体积指数（SVI）（SludgeVolumeIndex）：曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所形成的污泥体积，单位是ml/g。能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多；其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀现象；城市污水的SVI一般为50150ml/g；)/(10(%))/()/(lgMLSSSVlgMLSSlmlSVSVI第二节气体传递和曝气池一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥；二是废水中的有机物，它是处理对象，也是微生物的食料；三是溶解氧，没有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能发挥氧化分解作用。活性污泥法的三个要素构成Fick扩散定律物质从一相传递到另一相的过程称为传质过程，曝气过程中空气或纯氧中的氧从气相传递到液相中，亦是个传质过程，传质过程主要借助于扩散过程完成。扩散过程的推动力是扩散面两侧物质存在着浓度差，使得物质分子由浓度较高一侧向着较低一侧扩散。扩散过程中单位路程长度上的浓度变化值，称之为浓度梯度，浓度梯度大小影响着扩散速率：Vd:物质的扩散速度；D扩散系数双膜理论在气膜中，氧分子的传递动力很小，即气相主体与界面之间的氧分压差值Pg-Pi很低，一般可认为Pg≈Pi。这样，就可以认为界面处的溶解氧浓度Cs等于在氧分压条件下的饱和溶解氧浓度值，因此氧转移过程中的传质推动力就可以认为主要是界面上的饱和溶解氧浓度值Cs与液相主体中的溶解氧浓度值C。同时因为液膜厚度很小，C与Cs之间可按直线变化考虑，即：-dCdX=Cs-CXf-dCdX=Cs-CXfdMdt=DLACs-CXfæèççöø÷÷将代入dMdt/V=DLAXfV×(Cs-C)(dMdt)=-DLAdCdy得：dCdt=KLAV(Cs-CL)设液相体积为V：一般以氧总转移系数KLa代替KLAVdCdt=KLa×(Cs-C)式中：KLa：氧总转移系数，h-1，Cs：氧的饱和浓度C：液膜主体中氧的浓度为了提高dC/dt值，可以从两方面考虑1)提高KLa值——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，增大气、液接触面积等。2)提高Cs值——提高气相中的氧分压，如采用纯氧曝气、深井曝气等。2.1氧转移速率的影响因素标准氧转移速率——指脱氧清水在20C和标准大气压条件下测得的氧转移速率，一般以R0表示（kgO2/h）；实际氧转移速率——以城市废水或工业废水为对象，按当地实际情况（指水温、气压等）进行测定，所得到的为实际氧转移速率，以R表示，单位为kgO2/h。影响氧转移速率的主要因素：——废水水质、水温、气压等水温的影响水温对氧总转移系（KLa）的影响温度对KLa值的影响以下式表示：式中KLa（T）和KLa（20）——分别为水温TC和20C时的氧总转移系数；T——设计水温C；)20()20()(024.1TLaTLaKK水温（C）012345678910饱和溶解氧（mg/l）14.6214.2313.8413.4813.1312.8012.4812.1711.8711.5911.33水温（C）1112131415161718192021饱和溶解氧（mg/l）11.0810.8310.6010.3710.159.959.749.549.359.178.99水温（C）222324252627282930饱和溶解氧（mg/l）8.838.638.538.388.228.077.927.777.63水温对饱和溶解氧浓度（Cs）的影响水质的影响A、水质对氧总转移系数（KLa）值的影响式中KLaw——废水中的氧总转移系数；值可以通过试验确定，一般=0.80.85B、水质对饱和溶解氧浓度（Cs）的影响：式中Csw——废水的饱和溶解氧浓度，mg/l；值一般介于0.90.97之间。LaLawKKsswCC氧分压的影响压力对饱和溶解氧浓度（Cs）值的影响压力增高，Cs值提高，Cs值与压力(P)之间存在着如下关系：式中P——所在地区的大气压力，Pa；Cs(P)和Cs(760)——分别是压力P和标准大气压力条件下的Cs值，mg/l；5)760()(10013.1PCCsPs510013.1P.)760()(sPsCC水深的影响对于鼓风曝气系统，曝气装置是被安装在水面以下，其Cs值以扩散装置出口和混合液表面两处饱和溶解氧浓度的平均值Csm计算，如下所示：式中Ot：从曝气池逸出气体中含氧量的百分率，%；EA：氧转移效率，%，一般在6%12%之间；Pb：安装曝气装置处的绝对压力，可以按下式计算：P：曝气池水面的大气压力，P＝1.013×105Pa；H：曝气装置距水面的距离，m。52110013.1212121btssssmPOCCCCAAtEEO12179121HPPb3108.9氧转移速率与供气量的计算氧转移速率的计算标准氧转移速度（R0）为：式中C——水中的溶解氧浓度，对于脱氧清水C=0;V——曝气池的体积，（m3）；为求得水温为T，压力为P条件下的废水中的实际氧转移速率（R），则需对上式加以修正，需引入各项修正系数。VCKVCCKVdtdCRsmLasmLa)20()20()20()20(0因此，R0/R为：一般来说：R0/R=1.331.61。将式重写：式中C——曝气池混合液中的溶解氧浓度，一般按2mg/l来考虑。VCCKRTsmTLa)()20()20(024.1CCCRRTsmTsm)()20()20(0024.1CCCRRTsmTsm)()20()20(0024.1氧转移效率与供气量的计算①氧转移效率：式中：EA——氧转移效率，一般用百分比表示；OC——供氧量，kgO2/h；，②供气量Gs：21%——氧在空气中的占的百分比；1.331——20C时氧的容重，kg/m3；Gs——供气量，m3/h。cAORE0AsERG28.00对于鼓风曝气系统，各种曝气装置的EA值是制造厂家通过清水试验测出的，随产品向用户提供；对于机械曝气系统，按以下公式求出的R0值，又称为充氧能力，厂家也会向用户提供其设备的R0值。CCCRRTsmTsm)()20()20(0024.1式中：O2——曝气池混合液的需氧量，；a’Q（s0-se）——每天有机物代谢所需的氧量，；b’Vx——每天污泥进行自身氧化所需的氧。③需氧量：活性污泥系统中的供氧速率与耗氧速率应保持平衡，因此，曝气池混合液的需氧量应等于供氧量。需氧量是可以根据下式求得：O2=a'QSr+b'VXv曝气系统设计的一般程序：鼓风曝气系统：求风量即供气量：求需氧量O2根据供氧速率=需氧速率，则有：R=O2求标准氧转移速率R0：LTsmTsmCCCRR)()()(.202000241AsERG28.00Gs’(m3/min)机械曝气系统设计的一般程序：充氧能力R0的计算：求需氧量O2R=O2LTsTsCCCRR)()20()20(0024.1进而根据R0值选配合适的机械曝气设备。作业一个城市污水处理厂，设计流量Q＝10000m3/d，一级处理出水BOD5＝150mg/l，采用活性污泥法处理，处理水BOD515mg/l。采用中微孔曝气盘作为曝气装置。曝气池容积V＝3000m3，x=2000mg/l，EA=10%,曝气池出口处溶解氧Cl=2mg/l，水温T=250C，曝气盘安装在水下4.5m处。有关参数为：a’=0.5,b’=0.1,=0.85,=0.95，=1.0求：(1)采用鼓风曝气时，所需的供气量Gs（m3/min）(2)采用表面机械曝气器时的充氧量R0(kgO2/h)