废水好氧生物处理工艺1活性污泥法

1废水好氧生物处理工艺——活性污泥法第一节活性污泥法的基本原理一、活性污泥法的基本工艺流程1、活性污泥法的基本组成①曝气池：反应主体②二沉池：1）进行泥水分离，保证出水水质；2）保证回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度。③回流系统：1）维持曝气池的污泥浓度；2）改变回流比，改变曝气池的运行工况。④剩余污泥排放系统：1）是去除有机物的途径之一；2）维持系统的稳定运行。⑤供氧系统：提供足够的溶解氧2、活性污泥系统有效运行的基本条件是：①废水中含有足够的可容性易降解有机物；②混合液含有足够的溶解氧；③活性污泥在池内呈悬浮状态；④活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；⑤无有毒有害的物质流入。二、活性污泥的性质与性能指标1、活性污泥的基本性质①物理性能：“菌胶团”、“生物絮凝体”：颜色：褐色、（土）黄色、铁红色；气味：泥土味；比重：略大于1，（1.0021.006）；粒径：0.020.2mm；比表面积：20100cm2/ml。②生化性能：1)活性污泥的含水率：99.299.8%；固体物质的组成：活细胞（Ma）、微生物内源代谢的残留物（Me）、吸附的原废水中难于生物降解的有机物（Mi）、无机物质（Mii）。2、活性污泥中的微生物：①细菌：是活性污泥净化功能最活跃的成分，主要菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等；基本特征：1)绝大多数都是好氧或兼性化能异养型原核细菌；2)在好氧条件下，具有很强的分解有机物的功能；3)具有较高的增殖速率，世代时间仅为2030分钟；有机物75—85%剩余活性污泥回流污泥二次沉淀池废水曝气池厌沉池出水风机空气24)其中的动胶杆菌具有将大量细菌结合成为“菌胶团”的功能。②其它微生物------原生动物、后生动物----在活性污泥中大约为103个/ml3、活性污泥的性能指标：①混合液悬浮固体浓度（MLSS）：我们平常说的悬浮物。MLSS=Ma+Me+Mi+Mii单位：mg/lg/m3②混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）：MLVSS=Ma+Me+Mi；（有机部分）在条件一定时，MLVSS/MLSS是较稳定的，0.75~0.85③污泥沉降比（SV30）：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）（：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。)/()/((%))/()/(lgMLSSlmlSVlgMLSSlmlSVSVI10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；三、活性污泥的增殖规律及其应用活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝气池内发生反应、有机物被降解的必然结果，而微生物增殖的结果则是活性污泥的增长。1、活性污泥的增殖曲线注意：1)间歇静态培养；2)底物是一次投加；3)图中同时还表示了有机底物降解和氧的消耗曲线。①适应期：是活性污泥微生物对于新的环境条件、污水中有机物污染物的种类等的一个短暂的适应过程；经过适应期后，微生物从数量上可能没有增殖，但发生了一些质的变化：a.菌体体积有所增大；b.酶系统也已做了相应调整；c.产生了一些适应新环境的变异；等等。BOD5、COD等各项污染指标可能并无较大变化。②对数增长期：F/M值高(2.2dkgVSSkgBOD/5)，所以有机底物非常丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；微生物的增长速率与基质浓度无关，呈零级反应，它仅由微生物本身所特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身的生理机能的限制；微生物以最高速率对有机物进行摄取，也以最高速率增殖，而合成新细胞；对数增殖减速增殖内源呼吸氧利用速率曲线微生物增殖曲线BOD降解曲线时间Xa03此时的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活动能力很强，导致污泥质地松散，不能形成较好的絮凝体，污泥的沉淀性能不佳；活性污泥的代谢速率极高，需氧量大；一般不采用此阶段作为运行工况，但也有采用的，如高负荷活性污泥法。③减速增长期：F/M值下降到一定水平后，有机底物的浓度成为微生物增殖的控制因素；微生物的增殖速率与残存的有机底物呈正比，为一级反应；有机底物的降解速率也开始下降；微生物的增殖速率在逐渐下降，直至在本期的最后阶段下降为零，但微生物的量还在增长；活性污泥的能量水平已下降，絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；由于残存的有机物浓度较低，出水水质有较大改善，并且整个系统运行稳定；一般来说，大多数活性污泥处理厂是将曝气池的运行工况控制在这一范围内的。④内源呼吸期：内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率，因此从整体上来说，活性污泥的量在减少，最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等；污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；一般不用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如延时曝气法。2、活性污泥增殖规律的应用：①活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值所控制；②处于不同增值期的活性污泥，其性能不同，出水水质也不同；③通过调整F/M值，可以调控曝气池的运行工况，达到不同的出水水质和不同性质的活性污泥；④活性污泥法的运行方式不同，其在增值曲线上所处位置也不同。3、有机物降解与需氧量：活性污泥中的微生物在进行代谢活动时需要氧的供应，氧的主要作用有：①将一部分有机物氧化分解；②对自身细胞的一部分物质进行自身氧化。因此，活性污泥法中的需氧量:vrXVbSQaO''2式中：2O——曝气池混合液的需氧量，dkgO/2；'a——代谢每5kgBOD所需的氧量，dkgBODkgO52/；'b——每kgVSS每天进行自身氧化所需的氧量，dkgVSSkgO/2。二者的取值同样可以根据经验或试验来获得。5、活性污泥净化废水的实际过程：在活性污泥处理系统中，有机污染物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。BOD吸附降解曝气过程4所谓“初期吸附”是指: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。但这并不是真正的降解，随着时间的推移，混合液的BOD5值会回升，再之后，BOD5值才会逐渐下降。活性污泥吸附能力的大小与很多因素有关：①废水的性质、特性：对于含有较高浓度呈悬浮或胶体状有机污染物的废水，具有较好的效果；②活性污泥的状态：在吸附饱和后应给以充分的再生曝气，使其吸附功能得到恢复和增强，一般应使活性污泥微生物进入内源代谢期。第二节曝气的原理、方法与设备一、曝气的原理与理论基础在活性污泥法中，曝气的作用主要有：①充氧：向活性污泥中的微生物提供溶解氧，满足其在生长和代谢过程中所需的氧量。②搅动混合：使活性污泥在曝气池内处于悬浮状态，与废水充分接触。Fick定律通过曝气，空气中的氧，从气相传递到混合液的液相中，这实际上是一个物质扩散过程，即气相中的氧通过气液界面扩散到液相主体中。所以，它应该服从扩散过程的基本定律——Fick定律。Fick定律认为：扩散过程的推动力是物质在界面两侧的浓度差，物质的分子会从浓度高的一侧向浓度低的一侧扩散、转移。即dydCDvLd(1)式中：dv——物质的扩散速率，即在单位时间内单位断面上通过的物质数；LD——扩散系数，表示物质在某种介质中的扩散能力，主要取决于扩散物质和介质的特性及温度；C——物质浓度；y——扩散过程的长度dydC——浓度梯度，即单位长度内的浓度变化值。式（1）表明，物质的扩散速率与浓度梯度呈正比关系。如果以M表示在单位时间t内通过界面扩散的物质数量，以A表示界面面积，则有：AdtdMvd/)((2)代入（1）式，得：dydCADdtdML)((3)二、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）；影响氧转移速率的主要因素：——废水水质、水温、气压等51、水质对氧总转移系数（KLa）值的影响：废水中的污染物质将增加氧分子转移的阻力，使KLa值降低；为此引入系数，对KLa值进行修正：LaLawKK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0.852、水质对饱和溶解氧浓度（Cs）的影响：废水中含有的盐分将使其饱溶解氧浓度降低，对此，以系数加以修正：sswCC，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。3、水温对氧总转移系（KLa）的影响：水温升高，液体的粘滞度会降低，有利于氧分子的转移，因此KLa值将提高；水温降低，则相反。温度对KLa值的影响以下式表示：)20()20()(024.1TLaTLaKK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；4、水温对饱和溶解氧浓度（Cs）的影响：水温升高，Cs值就会下降，在不同温度下，蒸馏水中的饱和溶解氧浓度可以从表中查出。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）8.838.638.538.388.228.077.927.777.635、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：'10013.1'5)760()(PPPCCsPs（15）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；P’——水的饱和蒸气压力，Pa；由于P’很小（在几kPa范围内），一般可忽略不计，则得：)760(5)760()(10013.1ssPsCPCC其中510013.1P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：52110013.1212121btssssmPOCCCC(18)式中Ot——从曝气池逸出气体中含氧量的百分率，%；AAtEEO12179121(19)6EA——氧利用率，%，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：HPPb3108.9(20)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。式中CL——曝气池混合液中的溶解氧浓度，一般按2mg/l来考虑。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：vrVXbQSaO''2（28）五、曝气方法与设备曝气装置，又称为空气扩散装置，是活性污泥处理系统的重要设备，按曝气方式可以将其分为鼓风曝气装置（目前我厂使用）和表面曝气装置两种。1、曝气装