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第二节有机废水的微生物处理活性污泥法3.活性污泥法的种类及其工艺流程自1914年在英国建成活性污泥污水处理试验厂以来，活性污泥法已有90多年的历史，随着生产上的广泛应用，对其生物反应、净化机理、运行管理等进行了深入的研究，其工艺流程也不断有所改进和创新，得到了很大的发展。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法（1）普通活性污泥法普通活性污泥法是依据废水的自净作用原理发展而来的。普通活性污泥法工艺流程见下图：曝气池曝气池出水堰第二节有机废水的微生物处理活性污泥法废水在经过沉砂、初沉等工序进行一级处理，去除了大部分悬浮物和部分BOD5后进入曝气池；废水在曝气池停留一段时间后，废水中的有机物绝大多数被曝气池中的活性污泥吸附、氧化分解成无机物；随后曝气池混合液流入二次沉淀池，进行固液分离，上清液排放，活性污泥下沉。为了使曝气池保持高的反应速率，必须使曝气池内维持足够高的活性污泥微生物浓度，为此，沉淀后的活性污泥一部分又回流至曝气池前端，使其与进入曝气池的废水接触，以重复吸附、氧化分解废水中的有机物；由于活性污泥中的微生物不断利用废水中的有机物进行新陈代谢，活性污泥数量不断增长，曝气池中活性污泥的量愈积愈多，当超过一定的浓度时，应适当排放一部分，这部分被排去的活性污泥叫作剩余污泥。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法曝气池中污泥浓度一般控制在2-3g/L，废水浓度高时采用较高数值。废水在曝气池中的停留时间常采用4～8h，视废水中有机物浓度而定。回流污泥量为进水流量的25%-50%，视活性污泥含水率而定。污泥负荷采用0.2-0.4kgBOD/(kgMLSS·d)，容积负荷采用0.3-0.8kgBOD/(m3·d)。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法曝气池中水流是纵向混合的推流式。在曝气池前端，活性污泥同刚进入的废水相接触，有机物浓度相对较高，微生物一般处于对数生长期后期或稳定期。当活性污泥继续向前推进到曝气池末端时，废水中有机物几乎被耗尽，微生物进入内源代谢期，在沉淀池中容易沉淀。处于饥饿状态的污泥回流到曝气池后又能够吸附和氧化分解有机物，所以普通活性污泥法的BOD和悬浮物去除率都很高，可达到90%-95%左右。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法缺点主要是：a.对水质变化的适应能力不强；b.所供的氧不能充分利用。因为在曝气池前端废水浓度高、污泥负荷高、需氧量大，而后端则相反，但空气往往沉池长均匀分布，这就造成前端供氧量不足，后端供氧量过剩。因此，在处理同样水质水量时，同其他类型的活性污泥法相比，曝气池相对庞大，占地多，能耗费用高。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法（2）阶段曝气法阶段曝气法也称多点进水活性污泥法。它是普通活性污泥法的一个简单的改进，克服了普通活性污泥法供氧同需氧不平衡的矛盾。阶段曝气法工艺流程见下图：第二节有机废水的微生物处理活性污泥法阶段曝气法中废水沿池多点进入，这样使有机物在曝气池中的分配比较均匀，避免了前端缺氧、后端氧过剩的弊病，提高了空气的利用效率和曝气池的工作能力，并且由于容易改变各个进水口的水量，在运行上也有较大的灵活性。曝气池容积同普通活性污泥法相比可以缩小30%左右，但出水水质不如普通活性污泥法。容积负荷采用0.4-1.4kgBOD/(m3·d)第二节有机废水的微生物处理活性污泥法（3）渐减曝气法克服普通活性污泥法曝气池中供氧、需氧不平衡的另一个改进方法是将曝气池的供氧沿活性污泥推进方向逐渐减少，这就是渐减曝气法。渐减曝气法工艺流程见下图：该工艺曝气池中有机物浓度随着向前推进不断降低、污泥需氧量也不断下降，曝气量相应减少。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法三种活性污泥法曝气池中供氧量和需氧量之间的关系见下图：第二节有机废水的微生物处理活性污泥法（4）吸附再生活性污泥法吸附再生活性污泥法是根据废水净化的机理，在初期污泥对有机污染物的高速吸附作用，将普通活性污泥法作相应改进发展而来。工艺流程见下图：第二节有机废水的微生物处理活性污泥法曝气池被一隔为二，分成吸附曝气池与再生曝气池。经一级处理后的废水进入吸附曝气池停留数十分钟，活性污泥同废水充分接触，废水中的有机物被污泥所吸附；随后进入二沉池，进行固液分离，此时出水已达很高的净化程度；泥水分离后的污泥大部分回流进入再生曝气池，再生池曝气但不进废水，使污泥中吸附的有机物氧化分解；恢复了活性的污泥随后再进入吸附曝气池同新进入的废水相接触，重复以上过程。为了更好地吸附废水中的污染物质，吸附再生活性污泥法所用的污泥回流量比普通活性污泥法多，回流比一般在50%-100%左右。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法由于吸附曝气池和再生曝气池的总容积比普通活性污泥法曝气池小得多，空气用量并不增加，虽二沉池比普通活性污泥法大，但总体上还是减少了占地、降低了造价。由于回流污泥量较多，使得具有较强的调节平衡能力，可适应进水负荷的变化。缺点是去除率比普通活性污泥法低，尤其是对溶解性有机物较多的工业废水处理效果不理想，因为污泥对溶解性有机物的初期吸附作用较弱。容积负荷采用0.8-1.4kgBOD/(m3·d)第二节有机废水的微生物处理活性污泥法（5）完全混合活性污泥法完全混合活性污泥法的流程和普通活性污泥法相同，但废水和回流污泥进入曝气池时，立即与池内原先存在的混合液充分混合。根据曝气池和沉淀池合建或分建的不同可分成两种类型。工艺流程见下图：第二节有机废水的微生物处理活性污泥法（a）采用扩散空气曝气器的完全混合活性污泥法工艺流程；(b)采用机械曝气器的完全混合活性污泥法工艺流程；(c)合建式圆形曝气沉淀池第二节有机废水的微生物处理活性污泥法完全混合活性污泥法工艺中，废水进入曝气池后立即同浓度低的大量混合液充分混合，使废水得到很好地稀释，所以对水质变化的适应能力较强。同时，曝气池内各点微生物所处的状况（营养、负荷、供氧等）几乎完全一致，微生物处于生长曲线的某一点上，这样就有可能通过调整池内污泥的浓度等方法使整个池子控制在最佳的条件下运行。该工艺废水水力停留时间往往比较短，系统的负荷较高，构筑物的占地较省，但出水水质较差，系统的BOD、COD去除率往往不如相同废水其他工艺的出水。经实践应用，还发现它比较容易发生丝状菌过量生长的污泥膨胀等运行问题。容积负荷采用0.6-2.4kgBOD/(m3·d)第二节有机废水的微生物处理活性污泥法（6）批式活性污泥法（SBR）批式活性污泥法（sequencingBatchReactor，简称SBR）是近年来新开发的一种活性污泥法，它的工艺特点是将曝气池和沉淀池合而为一，在同一反应器内生化反应呈分批进行，基本运行周期可由进水期、反应期、沉降期、排水期和闲置期五个阶段组成：第二节有机废水的微生物处理活性污泥法进水期是指反应器从开始进水至达到反应器最大体积的一段时间，这时已同时进行着生物降解反应。在反应期中，反应器不再进水，停留一段时间，废水处理逐渐达到预期的效果。进入沉降期时，停止曝气，活性污泥沉降，固液分离，上清液即为处理后的水，并在排放期外排。这以后的一段时间直到下一批废水进入之前即为闲置期，活性污泥在此阶段进行内源呼吸，反硝化细菌可利用内源碳进行反硝化脱氮。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法SBR工艺的曝气方式有非限量，限量及半限量3种。一边充水一边曝气为非限量曝气，充水完毕后再开始曝气为限量曝气，在充水期间的后期开始曝气为半限量曝气。同其他活性污泥工艺相比较，SBR具有下面一些特点：a.构造简单、节省投资SBR中曝气、沉淀在同一池内，省去了二沉池、回流系统装置等设施，所以基建投资较低，特别适合于乡村地区和仅设常白班工厂的废水处理系统。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法b.控制灵活，可满足各种处理要求在SBR运行过程中，一个周期内各个阶段的运行时间、总停留时间、供气量等都可按照进水水质和出水要求而加以调节，并且容易实现自动控制。c.活性污泥性状好、污泥产率低由于SBR在进水初期有机物浓度高，污泥絮体内部的菌胶团细菌能获得充足的营养，有利于菌胶团细菌的生长，污泥结构紧密，沉降性能良好。而在沉降期几乎是在静止状态下沉降，所以污泥沉降时间短、效率高。在闲置期，污泥处于内源呼吸阶段，所以污泥产率比较低。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法d.脱氮效果好SBR系统可通过控制合适的充气、停气为硝化细菌和反硝化细菌创造适宜的好氧和缺氧条件，进行反硝化脱氮；同时反硝化细菌在闲置期还能进行内源反硝化，所以脱氮效果好。针对废水的脱氮除磷，近年来在SBR工艺的基础上，又开发出了CAST工艺（循环活性污泥工艺）和ICEAS工艺（间歇循环延时曝气活性污泥工艺）。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法（7）循环活性污泥法（CAST,CASS,CASP）循环活性污泥法处理系统（CyclicActiavatedSludgeTechnology,简称CAST;CyclicActiavatedSludgeSystem,简称CASS;CyclicActiavatedSludgeProcess,简称CASP）实际上是一种循环式的SBR活性污泥法。在CAST系统中废水按一定的周期和阶段得到处理，每一循环由下列阶段组成并不断重复：①充水/曝气；②充水/沉淀；③上清液滗除；④充水/闲置。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法CAST反应器由三个区域组成：生物选择区、兼氧区和主反应区：图3-11CAST反应器构造1生物选择区；2兼氧区；3主反应区第二节有机废水的微生物处理活性污泥法生物选择区是设置在CAST前端的小容积区（容积约为反应器总容积的10%），水力停留时间为0.5～1h，通常在厌氧或兼氧条件下运行。通过主反应区污泥的回流并与进水混合，不仅充分利用了活性污泥的快速吸附作用而加速对溶解性有机物的去除并对难降解有机物起到良好的水解作用，同时可使污泥中的磷在厌氧条件下得到有效的释放，而且在完全混合反应区之前设置选择区，还有利于改善污泥的沉降性能，防止污泥膨胀现象的发生。此外，选择区中还可发生比较显著的反硝化作用，所去除的氮可占总去除率的20%左右。由主反应区向选择区回流的污泥量一般以每天将主反应器中的污泥全部循环一次为依据而确定回流比。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法兼氧区不仅具有辅助在厌氧或兼氧条件下运行的选择区对进水水质水量变化的缓冲作用，同时还具有促进磷的进一步释放和强化氮反硝化的作用。主反应区是最终去除有机底物的主场所。运行过程中，通常将主反应区的曝气强度加以控制，使反应区内主体溶液中处于好氧状态，而活性污泥结构内部则基本处于缺氧状态，从而使主反应区中同时发生有机污染物的降解以及同步硝化和反硝化作用。整个CAST系统以推流方式进行，而各反应区则以完全混合的方式运行。CAST工艺的循环运行操作过程见下图：第二节有机废水的微生物处理活性污泥法第二节有机废水的微生物处理活性污泥法具体运行过程依次为：1）充水-曝气阶段。边进水边曝气，同时将主反应区的污泥回流至生物选择区。污泥回流量约为处理废水量的20%。2）充水-沉淀阶段。停止曝气，静置沉淀以使泥水分离。经沉淀后污泥的浓度可达到10g/L以上。与SBR工艺不同的是，CAST工艺在沉淀阶段不仅不停止进水，而且污泥回流也不停止。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法3）表面滗水（上清液排出）。处于滗水阶段的CAST反应器需停止进水。滗水器为移动式自动控制装置。滗水过程中，根据CAST反应器内水位的变化，由一浮球式水位监测仪控制滗水器的升降。排水结束后，滗水器将自动复位。滗水期间，污泥回流系统照常工作。由于CAST反应器在运行过程中的最高水位和滗水时的最低水位是设计确定的，因而在滗水期间进行污泥回流不会影响出水水质。同时，为保持反应器中有一个合适的污泥浓度，需要根据产生的污泥量排出剩余污泥。4）闲置阶段。闲置期间，污泥回流系统照常工作。第二节有机废水的微生物处理活性污泥法为了处理连续进水，CAST系统一般设2个或2个以上的反应器。整个过程可以由计算机自动控制。CAST反应器的主要设计参数有：最大设计水深可达5-6m，MLSS为350