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1、1,第12章 活性污泥法,第一節(jié) 基本概念 第二節(jié) 活性污泥法的發(fā)展 第三節(jié) 活性污泥法數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ) 第四節(jié) 氣體傳遞原理和曝氣設(shè)備 第五節(jié) 去除有機(jī)污染物的活性污泥法過程設(shè)計(jì) 第六節(jié) 脫氮除磷活性污泥法工藝及設(shè)計(jì) 第七節(jié) 活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的深化 第八節(jié) 二次沉淀池,2,第一節(jié) 基 本 概 念,3,什么是活性污泥法？,以活性污泥為主體的污水生物處理技術(shù)。 本質(zhì)：天然水體自凈化作用的人工強(qiáng)化，是好氧生物處理過程。 應(yīng)用：去除污水中溶解和膠體狀態(tài)的可生物降解有機(jī)物。,4,（一）什么是活性污泥？,由細(xì)菌、菌膠團(tuán)、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等微生物群體及吸附的污水中有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)組成的、有一定活力的、具

2、有良好的凈化污水功能的絮絨狀污泥。,一、活性污泥,5,一組活性污泥圖片,6,（二）曝氣池活性污泥的性狀,1、正常,7,（二）活性污泥的性狀,供氧不足或厭氧,黑色,灰白色,供養(yǎng)過多或營(yíng)養(yǎng)不足,1、不正常,8,曝氣池,9,10,曝氣池出水堰,11,曝氣池混合液配水進(jìn)入二沉池,12,1、 棲息著的微生物,（三）活性污泥的組成,大量的細(xì)菌,真菌,原生動(dòng)物,后生動(dòng)物,除活性微生物外，活性污泥還挾帶著來自污水的有機(jī)物、無機(jī)懸浮物、膠體物；活性污泥中棲息的微生物以好氧微生物為主，是一個(gè)以細(xì)菌為主體的群體，除細(xì)菌外,還有酵母菌、放線菌、霉菌以及原生動(dòng)物和后生動(dòng)物。 活性污泥中細(xì)菌含量一般在107108個(gè)/mL

3、；原生動(dòng)物103個(gè)/mL，原生動(dòng)物中以纖毛蟲居多數(shù)，固著型纖毛蟲可作為指示生物，固著型纖毛蟲如鐘蟲、等枝蟲、蓋纖蟲、獨(dú)縮蟲、聚縮蟲等出現(xiàn)且數(shù)量較多時(shí)，說明培養(yǎng)成熟且活性良好。,2、干固體和水分,含水9899,干固體12%,MLSS,13,按McKinney的分析：,混合液懸浮固體：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii,式中：Ma有活性的微生物；,Me微生物自身氧化殘留物，即內(nèi)源代謝殘留的微生物有機(jī)體;,Mi有機(jī)污染物，吸附在污泥上未被降解；,Mii無機(jī)懸浮固體，吸附在污泥上。,3、 活性污泥的組成：,有活性的微生物存在形態(tài)菌膠團(tuán)： 由細(xì)菌分泌的多糖類物質(zhì)將細(xì)菌等包覆成的粘性團(tuán)塊。,14,4、按有

4、機(jī)性和無機(jī)性成分：,MLSS,MLVSS: 70%,MLNVSS: 30%,MLSS混合液懸浮固體濃度，也叫污泥濃度（g/L)， MLVSS混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度，表示混合液懸浮固體中有機(jī)物含量，但不僅是微生物的量，由于測(cè)定方便，目前還是近似用于表示污泥。 MLNVSS灼燒殘量，表示無機(jī)物含量。,MLVSS: 一般范圍為5575，,即MLVSS/MLSS=0.70.8，,15,污泥沉降比：SV,（四）活性污泥的沉降濃縮性能,取混合液至1000mL或100mL量筒，靜止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的體積，以占混合液體積的比例（%）表示污泥沉降比?？煞从澄勰嗟某两敌阅堋?污泥沉淀30min

5、后密度接近最大，故SV可反映沉降性能。 能反映污泥膨脹等異常情況，可控制剩余污泥的排放量。 城市污水正常值為15%30%左右。 簡(jiǎn)單易行但SV不能確切表示污泥沉降性能。,16,污泥體積指數(shù)：SVI(污泥指數(shù)、污泥容積指數(shù),曝氣池出口處出混合液，經(jīng)30分鐘靜沉后，每g干泥所形成的濕污泥的體積，簡(jiǎn)稱污泥指數(shù)，單位為mL/g。,反映污泥的凝聚、沉降性能。 SVI應(yīng)在100150（有說70100）。 影響SVI的最重要的因素是微生物群體所在的增殖期。 太高，沉降性能差，可能膨脹； 太低，可能處在內(nèi)源呼吸期，泥粒細(xì)小而緊密，易沉降，活性差，無機(jī)物多。 實(shí)際運(yùn)行中，一般用SV了解SVI，因?yàn)槠貧獬豈LSS

6、變化不大。,17,二.活性污泥法的基本流程,18,三、活性污泥降解污水中有機(jī)物的過程,活性污泥在曝氣過程中，對(duì)有機(jī)物的降解（去除）過程可分為兩個(gè)階段：,吸附階段,穩(wěn)定階段,由于活性污泥具有巨大的表面積，而表面上含有多糖類的黏性物質(zhì)，導(dǎo)致污水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去。,主要是轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機(jī)物為微生物所利用。,19,曲線表示曝氣池中有機(jī)物的的去除量，反映去除規(guī)律； 曲線表示微生物已經(jīng)氧化和合成的量，反映活性污泥利用有機(jī)物的規(guī)律； 曲線表示活性污泥的吸附量反映了活性污泥吸附有機(jī)物的規(guī)律。,這三條曲線反映出，在曝氣過程中： 污水中有機(jī)物的去除在較短時(shí)間( 圖中是5h左右)內(nèi)就基本完成了(見

7、曲線)； 污水中的有機(jī)物先是吸附到污泥上(見曲線),然后逐漸為微生物所利用(見曲線)； 吸附作用在相當(dāng)短的時(shí)間(圖中是45min左右)內(nèi)就基本完成了(見曲線)； 微生物利用有機(jī)物的過程比較緩慢(見曲線)。,20,對(duì)活性污泥法曝氣過程中污水中有機(jī)物的變化分析得到結(jié)論：,廢水中的有機(jī)物,殘留在廢水中的有機(jī)物,從廢水中去除的有機(jī)物,微生物不能利用的有機(jī)物,微生物能利用的有機(jī)物,微生物能利用而尚未利用的有機(jī)物,微生物不能利用的有機(jī)物,微生物已利用的有機(jī)物（氧化和合成）,（吸附量）,增殖的微生物體,氧化產(chǎn)物,21,第二節(jié) 活性污泥法的發(fā)展,22,封閉環(huán)流式,序批式,一、活性污泥法曝氣反應(yīng)池的基本形式,其

8、他曝氣池基本上是這四種池型的組合或變形,23,1、推流式曝氣池,工藝流程：見p107,水流：推流型 底物濃度分布：進(jìn)口最高，沿池長(zhǎng)逐漸降低，出口端最低。 理想推流：橫斷面上濃度均勻，縱向無摻混,24,根據(jù)橫斷面上的水流情況 ，可分為,平流推移式,旋轉(zhuǎn)推移式,25,推流式曝氣池,26,推流式曝氣池,27,2.完全混合曝氣池,池 形,根據(jù)和沉淀池的關(guān)系,圓 形,方 形,矩 形,分建式,合建式,28,29,污水與回流污泥在進(jìn)入曝氣池后，立即與池中的混合液完全混合 池中微生物的種類和濃度、底物濃度需氧速率各點(diǎn)相同與推流式不同； 對(duì)沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)能力； 出水水質(zhì)不及傳統(tǒng)法。,完全混合法的特征,完

9、全 混 合 法,30,曝氣池的三種池型,31,機(jī)械曝氣完全混合曝氣池,32,鼓風(fēng)曝氣完全混合曝氣池,33,局部完全混合推流式曝氣池,34,3.封閉環(huán)流式反應(yīng)池,結(jié)合了推流和完全混合兩種流態(tài) 與推流式的區(qū)別:污水有40300次循環(huán),35,4.序批式反應(yīng)池（SBR）,SBR工藝的基本運(yùn)行模式由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置五個(gè)基本過程組成，從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個(gè)周期，在每個(gè)周期里上述過程都是在一個(gè)設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行的。,36,(1)工藝系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，不設(shè)二沉池，曝氣池兼具二沉池的功能，無污泥回流設(shè)備； (2)耐沖擊負(fù)荷，在一般情況下（包括工業(yè)污水處理）無需設(shè)置調(diào)節(jié)池； (3)

10、反應(yīng)推動(dòng)力大,易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質(zhì); (4)運(yùn)行操作靈活，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)各單元操作的狀態(tài)可達(dá)到脫氮除磷的效果； (5)污泥沉淀性能好,SVI值較低,能有效地防止絲狀菌膨脹; (6)該工藝的各操作階段及各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)可通過計(jì)算機(jī)加以控制，便于自控運(yùn)行，易于維護(hù)管理。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝與連續(xù)流活性污泥工藝相比的優(yōu)點(diǎn),37,(1)容積利用率低； (2)水頭損失大； (3)出水不連續(xù)； (4)峰值需氧量高； (5)設(shè)備利用率低； (6)運(yùn)行控制復(fù)雜； (7)不適用于大水量。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝的缺點(diǎn),38,傳統(tǒng)活性污泥法 漸 減 曝 氣 分 步 曝

11、 氣 完全混合法 淺 層 曝 氣 深 層 曝 氣 高負(fù)荷曝氣或變形曝氣 克 勞 斯 法 延 時(shí) 曝 氣 接觸穩(wěn)定法 氧 化 溝 純 氧 曝 氣 活性污泥生物濾池（ABF工藝） 吸附生物降解工藝（AB法） 序批式活性污泥法（SBR法）,二、活性污泥法的發(fā)展和演變,有機(jī)物去除和氨氮硝化,39,一般采用35條廊道。 充氧設(shè)備沿池長(zhǎng)均勻分布。 在推流式的傳統(tǒng)曝氣池中，混合液的需氧量在長(zhǎng)度方向是逐步下降的。 前半段氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，后半段供氧量超過需要，而充氧設(shè)備沿池長(zhǎng)均勻分布。 易受沖擊負(fù)荷的影響，適應(yīng)水質(zhì)水量變化的能力差：污泥進(jìn)入池后不能立即與混合液充分混合。,1、傳統(tǒng)推流式,40,41,2、漸 減 曝

12、氣： 特征： 充氧設(shè)備沿池長(zhǎng)布置與需氧量匹配。 節(jié)能,42,在推流式的傳統(tǒng)曝氣池中，混合液的需氧量在長(zhǎng)度方向是逐步下降的。 實(shí)際情況是：前半段氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，后半段供氧量超過需要。 漸減曝氣的目的就是合理地布置擴(kuò)散器，使布?xì)庋爻套兓?，而總的空氣量不變，這樣可以提高處理效率。,漸 減 曝 氣,43,特征:把入流的一部分從池端引入到池的中部分點(diǎn)進(jìn)水。 優(yōu)點(diǎn)： 均衡了污染負(fù)荷和需氧率 提高了耐沖擊負(fù)荷的能力,3、階段曝氣（分步曝氣）,階段曝氣示意圖,44,部分污水廠只需要部分處理，因此產(chǎn)生了高負(fù)荷曝氣法。 曝氣池構(gòu)造與傳統(tǒng)推流式相同。 曝氣時(shí)間比較短，約為1.53h，BOD5處理效率僅約70%75左右。

13、 活性污泥處于旺盛生長(zhǎng)期。,4.高負(fù)荷曝氣（改良曝氣）,45,延時(shí)曝氣的特點(diǎn)： 曝氣時(shí)間很長(zhǎng)，達(dá)24h甚至更長(zhǎng)，MLSS較高，達(dá)到30006000mg/L； 活性污泥在時(shí)間和空間上部分處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)， 剩余污泥主要是一些難于生物降解的微生物內(nèi)源代謝殘留物，少而穩(wěn)定，無需消化，可直接排放； 適用于污水量很小的場(chǎng)合，近年來，國(guó)內(nèi)小型污水處理系統(tǒng)多有使用。 耐沖擊負(fù)荷，無需初沉池， 缺點(diǎn)：池體積大，基建費(fèi)運(yùn)行費(fèi)高,5、延 時(shí) 曝 氣,46,47,6.接 觸 穩(wěn) 定 法（吸附再生法）,混合液曝氣過程中第一階段BOD5的下降是由于吸附作用造成的，對(duì)于溶解的有機(jī)物，吸附作用不大或沒有，因此，把這種方法稱

14、為接觸穩(wěn)定法，也叫吸附再生法。,間隔較短時(shí)間測(cè)得的曲線， 下降由吸附引起,間隔較長(zhǎng)時(shí)間測(cè)得的曲線,48,直接用于原污水的處理比用于初沉池的出流處理效果好；可省去初沉池；此方法接觸時(shí)間短，氨氮難硝化，不適于處理溶解性有機(jī)污染物廢水，剩余污泥量多。,接 觸 穩(wěn) 定 法,混合液的曝氣完成了吸附作用，回流污泥的曝氣完成了污泥再生。,回流污泥的曝氣使污泥再生,曝氣的同時(shí)吸附,49,7.吸附生物降解工藝（AB法）,50,特征： 分為預(yù)處理段、A級(jí)和B級(jí)三段，無初沉池 A級(jí)以高負(fù)荷或超高負(fù)荷運(yùn)行，B級(jí)以低負(fù)荷運(yùn)行，A級(jí)曝氣池停留時(shí)間短，3060min，B級(jí)停留時(shí)間24h。 該系統(tǒng)不設(shè)初沉池，A級(jí)曝氣池是一個(gè)

15、開放性的生物系統(tǒng)。A、B兩級(jí)各自有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)，兩級(jí)的污泥互不相混。 處理效果穩(wěn)定，具有抗沖擊負(fù)荷和pH變化的能力。該工藝還可以根據(jù)經(jīng)濟(jì)實(shí)力進(jìn)行分期建設(shè)。,7.吸附生物降解工藝（AB法）,51,8. 完 全 混 合 法,長(zhǎng)條形池子的完全混合法：在分步曝氣的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步大大增加進(jìn)水點(diǎn)，同時(shí)相應(yīng)增加回流污泥并使其在曝氣池中迅速混合，長(zhǎng)條形池子中也能做到完全混合狀態(tài)。,52,53,（1）池液中各個(gè)部分的微生物種類和數(shù)量基本相同，生活環(huán)境也基本相同。 （2）入流出現(xiàn)沖擊負(fù)荷時(shí)，池液的組成變化也較小，因?yàn)轶E然增加的負(fù)荷可為全池混合液所分擔(dān)，而不是像推流中僅僅由部分回流污泥來承擔(dān)。完全混合池從某種

16、意義上來講，是一個(gè)大的緩沖器和均和池，在工業(yè)污水的處理中有一定優(yōu)點(diǎn)。 （3）池液里各個(gè)部分的需氧量比較均勻。,完全混合法的特征,完 全 混 合 法,54,9.深 層 曝 氣,深井曝氣法處理流程,深井曝氣池簡(jiǎn)圖,55,一般深層曝氣池直徑約16m，水深約1020m。但深井曝氣法深度可達(dá)150300m，節(jié)省了用地面積。 在深井中可利用空氣作為動(dòng)力，促使液流循環(huán)。 深井曝氣法中，活性污泥經(jīng)受壓力變化較大，實(shí)踐表明這時(shí)微生物的活性和代謝能力并無異常變化，但合成和能量分配有一定的變化。 深井曝氣池內(nèi)，氣液紊流大，液膜更新快，促使KLa值增大，同時(shí)氣液接觸時(shí)間延長(zhǎng)，溶解氧的飽和度也隨深度的增加而增加。 需解

17、決的問題：當(dāng)井壁腐蝕或受損時(shí)，污水可能會(huì)通過井壁滲透，污染地下水。,深 層 曝 氣,普通曝氣池經(jīng)濟(jì)深度：56m，占地面積大。,56,純氧代替空氣，可以提高生物處理的速度。純氧曝氣池的構(gòu)造見右圖。,10.純 氧 曝 氣,缺點(diǎn)：純氧發(fā)生器容易出現(xiàn)故障，裝置復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)管理較麻煩。,在密閉的容器中，溶解氧的飽和度可提高，氧溶解的推動(dòng)力也隨著提高，氧傳遞速率增加了，因而處理效果好，污泥的沉淀性也好。純氧曝氣并沒有改變活性污泥或微生物的性質(zhì)，但使微生物充分發(fā)揮了作用。,采用密閉池,57,58,氧化溝是延時(shí)曝氣法的一種特殊形式，它的池體狹長(zhǎng)，池深較淺，在溝槽中設(shè)有表面曝氣裝置。 曝氣裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)溝內(nèi)液體

18、迅速流動(dòng)，具有曝氣和攪拌兩個(gè)作用，溝中混合液流速約為0.30.6m/s，使活性污泥呈懸浮狀態(tài)。5 15min完成一次循環(huán)。 廊道水流呈推流式，但總體接近完全混合反應(yīng)器,12. 氧 化 溝,59,60,13.淺 層 曝 氣,特點(diǎn)：氣泡形成和破裂瞬間的氧傳遞速率是最大的。在水的淺層處用大量空氣進(jìn)行曝氣，就可以獲得較高的氧傳遞速率。,1953年派斯維爾（Pasveer）的研究：氧在10靜止水中的傳遞特征，如下圖所示。,61,淺 層 曝 氣,擴(kuò)散器的深度以在水面以下0.60.8m范圍為宜，可以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用，動(dòng)力效率可達(dá)1.82.6kg（O2） / kWh。 可以用一般的離心鼓風(fēng)機(jī)。 淺層曝氣與一般曝氣

19、相比，空氣量增大，但風(fēng)壓僅為一般曝氣的1/41/6左右，約10kPa，故電耗略有下降。 曝氣池水深一般34m，深寬比1.01.3，氣量比3040m3/（m3 H2O.h）。 淺層池適用于中小型規(guī)模的污水廠。 由于布?xì)庀到y(tǒng)進(jìn)行維修上的困難，沒有得到推廣利用。,62,14.活性污泥生物濾池（ABF工藝）,上圖為ABF的流程，在通常的活性污泥過程之前設(shè)置一個(gè)塔式濾池，它同曝氣池可以是串聯(lián)或并聯(lián)的。,63,塔式濾池濾料表面附著很多的活性污泥，因此濾料的材質(zhì)和構(gòu)造不同于一般生物濾池。 濾池也可以看作采用表面曝氣特殊形式的曝氣池，塔是一外置的強(qiáng)烈充氧器。因而ABF可以認(rèn)為是一種復(fù)合式活性污泥法。,活性污泥

20、生物濾池（ABF工藝）,64,15.序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝的基本運(yùn)行模式由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置五個(gè)基本過程組成，從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個(gè)周期，在每個(gè)周期里上述過程都是在一個(gè)設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行的。,65,(1)工藝系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，不設(shè)二沉池，曝氣池兼具二沉池的功能，無污泥回流設(shè)備； (2)耐沖擊負(fù)荷，在一般情況下（包括工業(yè)污水處理）無需設(shè)置調(diào)節(jié)池； (3)反應(yīng)推動(dòng)力大,易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質(zhì); (4)運(yùn)行操作靈活，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)各單元操作的狀態(tài)可達(dá)到脫氮除磷的效果； (5)污泥沉淀性能好,SVI值較低,能有效地防止絲狀菌膨脹; (6)該工藝的

21、各操作階段及各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)可通過計(jì)算機(jī)加以控制，便于自控運(yùn)行，易于維護(hù)管理。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝與連續(xù)流活性污泥工藝相比的優(yōu)點(diǎn),66,(1)容積利用率低； (2)水頭損失大； (3)出水不連續(xù)； (4)峰值需氧量高； (5)設(shè)備利用率低； (6)運(yùn)行控制復(fù)雜； (7)不適用于大水量。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝的缺點(diǎn),67,第三節(jié) 活性污泥法數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ),68,一、建立數(shù)學(xué)模型的幾點(diǎn)假定,。,（2） 曝氣池處于完全混合狀態(tài) ， （3）底物是溶解性的, （4）整個(gè)反應(yīng)過程中, 氧的供應(yīng)是充分的（對(duì)于好氧處理） （5）進(jìn)水微生物的濃度與曝氣池中的活性微生物的濃度相

22、比可忽略 （6）二沉池中沒有微生物活動(dòng)， （7）二沉池?zé)o污泥積累，泥水分離良好。,69,2、污泥齡(SRT)c： 是指微生物平均停留時(shí)間，實(shí)質(zhì)上是反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的微生物全部更新一次所用的時(shí)間，在工程上，就是指反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)微生物總量與每日排出的剩余微生物量的比值。以C表示，單位為d。定義式為,1、研究對(duì)象的流程見p122,二、勞倫斯和麥卡蒂模型,（X)T 曝氣池中活性污泥總質(zhì)量，kg （X/t)T 每天從系統(tǒng)中排出的活性污泥質(zhì)量,kg/d,70,活性污泥比增長(zhǎng)速率,g(新細(xì)胞)/g(新細(xì)胞) d,對(duì)于p122圖12-24所示系統(tǒng),污泥泥齡為,對(duì)于p122圖12-24所示全部系統(tǒng)（系統(tǒng)邊界為虛線） 做活

23、性污泥物料平衡,可得:,3、勞倫斯和麥卡蒂模型,71,c是生物處理的控制參數(shù) 通過控制c可以控制活性污泥比增長(zhǎng)速率，也可控制微生物的生理狀態(tài)。,因?yàn)閺膒88圖可知，微生物的凈增長(zhǎng)速率對(duì)應(yīng)于生長(zhǎng)過程的不同時(shí)期，也對(duì)應(yīng)于其生理狀態(tài)。,72,可以得到出水中底物的濃度Se：,KS 飽和常數(shù)，半速率常數(shù)， Kd內(nèi)源代謝（或衰減）系數(shù)， Y 產(chǎn)率系數(shù)， rmax最大比底物利用速率。,活性污泥法系統(tǒng)的出水有機(jī)物濃度僅僅是污泥泥齡 和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的函數(shù)，與進(jìn)水有機(jī)物的濃度無關(guān). 故要控制出水有機(jī)污染物濃度，需通過污泥泥齡控制。,重點(diǎn),73,曝氣池中活性污泥濃度X：,曝氣池中活性污泥濃度與進(jìn)出水水質(zhì)、污泥泥齡 和

24、動(dòng)力學(xué)參數(shù)有關(guān). 故控制泥齡也可以控制曝氣池中活性污泥濃度。,重點(diǎn),設(shè)計(jì)曝氣池容積的一種方法,74,如何控制污泥泥齡？,對(duì)進(jìn)入和離開曝氣池的微生物體建立物料平衡方程（系統(tǒng)僅包含曝氣池），可得,故欲控制泥齡，可通過控制回流比R來實(shí)現(xiàn)。,XR/X與活性污泥沉降性能有關(guān)，也和二沉池沉淀效率有關(guān)。,75,第四節(jié) 氣體傳遞原理和曝設(shè)備,76,活性污泥：引起吸附和氧化分解作用；,有機(jī)物：是處理對(duì)象，也是微生物的食料；,溶解氧：沒有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能發(fā)揮氧化分解作用。,77,一、氣 體 傳 遞 原 理,雙膜理論 認(rèn)為在氣液界面存在著二層做層流流動(dòng)的膜：氣膜和液膜。 傳質(zhì)阻力僅存于這兩

25、層膜。氣液界面達(dá)到平衡態(tài)，無阻力。 傳質(zhì)推動(dòng)力 氣膜：氧分壓差 液膜：氧濃度差 氧的傳質(zhì)阻力主要在液膜上，故液膜內(nèi)的氧的傳質(zhì)是控制步驟。,78,在廢水生物處理系統(tǒng)中，氧的傳遞速率可用下式表示：,式中：dM/dt氧傳遞率；M氧的質(zhì)量； D 液膜中氧的擴(kuò)散系數(shù)； A 氣液接觸面的面積； cs 氧在溶液中的飽和濃度； c 溶液中溶解氧的濃度。 而dM=Vdc，V為液相主體體積，則上式可改寫成：,為液膜中氧分子的傳質(zhì)系數(shù)。,表示氧分子的總傳質(zhì)系數(shù)。,為氧轉(zhuǎn)移速率液相中溶解氧濃度變化速率,氧傳遞率：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過氣液界面的氧的質(zhì)量,79,由此上式變?yōu)椋?將上式進(jìn)行積分，可求得總的傳質(zhì)系數(shù)：,KLa值受污水

26、水質(zhì)的影響，把用于清水測(cè)出的值用于污水，要采用修正系數(shù)，同樣清水的cs值要用于污水要乘以系數(shù)，因而上式變?yōu)椋?式中：,c1，c2t1，t2時(shí)溶液中氧的濃度。,80,提高氧轉(zhuǎn)移速率的措施,提高KLa值 提高紊流程度，降低液膜厚度； 加速氣液界面的更新； 微孔曝氣，增大氣液接觸面積。 2. 提高cs值 提高氣相氧分壓，如采用純氧曝氣、深井曝氣。,81,二、氧氣轉(zhuǎn)移影響因素 （1）污水水質(zhì) 污水中的雜質(zhì)對(duì)氧氣的轉(zhuǎn)移以及溶解度有一定影響，如表面活性物質(zhì)會(huì)形成一層膜，增加楚地阻力所以引入小于1的修正系數(shù)，則有：,82,（2）水溫 水溫上升，水的粘度降低，液膜厚度減小，Kla值增高； 氧氣在水中的溶解度隨

27、溫度上升而降低。 溫度對(duì)氧氣轉(zhuǎn)移有二種相反的影響，但不能相互抵消， 總體上，低溫有利于氧氣的轉(zhuǎn)移。,83,（3）氧分壓 氧分壓越高，越有利于氧氣的轉(zhuǎn)移。,84,曝氣設(shè)備,85,曝氣的作用與曝氣方式,曝氣方式： 1.鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng) 2.機(jī)械曝氣裝置：縱軸表面曝氣機(jī)、橫軸表面曝氣器 3.鼓風(fēng)+機(jī)械曝氣系統(tǒng) 4.其他：富氧曝氣、純氧曝氣,86,87,曝 氣 設(shè) 備,鼓風(fēng)曝氣,機(jī)械曝氣,空氣過濾器,鼓 風(fēng) 機(jī),空氣輸配管系統(tǒng),擴(kuò) 散 器,豎式曝氣機(jī),表面曝氣機(jī),臥式曝氣機(jī),液面以下,安裝于液面,88,高速單級(jí)鼓風(fēng)機(jī)曝氣系統(tǒng)的組成,不講,89,鼓風(fēng)曝氣,空氣凈化器,鼓 風(fēng) 機(jī),空氣輸配管系統(tǒng),擴(kuò) 散 器,

28、空氣凈化器的目的是改善整個(gè)曝氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和防止擴(kuò)散器阻塞。,90,鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)的組成,過濾器與進(jìn)口消音器,過濾器壓力損失監(jiān)測(cè),91,鼓風(fēng)機(jī)旁通與旁通消音器,92,鼓風(fēng)曝氣,空氣凈化器,鼓 風(fēng) 機(jī),空氣輸配管系統(tǒng),擴(kuò) 散 器,鼓風(fēng)機(jī)供應(yīng)壓縮空氣,風(fēng)量要滿足生化反應(yīng)所需的氧量和能保持混合液懸浮固體呈懸浮狀態(tài)。,風(fēng)壓要滿足克服管道系統(tǒng)和擴(kuò)散器的摩阻損耗以及擴(kuò)散器上部的靜水壓。,羅茨鼓風(fēng)機(jī)：適用于中小型污水廠，噪聲大，必須采取消音、隔音措施,離心式鼓風(fēng)機(jī)：噪聲小，效率高，適用于大中型污水廠,93,常用鼓風(fēng)機(jī)形式,1. 容積式風(fēng)機(jī): 羅茨鼓風(fēng)機(jī)、回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī),94,95,96,97,2. 單級(jí)高速離心鼓

29、風(fēng)機(jī),丹麥HV-Turbo風(fēng)機(jī),英國(guó)Howden風(fēng)機(jī),常用鼓風(fēng)機(jī)形式,98,常用鼓風(fēng)機(jī)形式,美國(guó)Power Mizer多級(jí)風(fēng)機(jī),99,常用鼓風(fēng)機(jī)形式,100,常用鼓風(fēng)機(jī)形式,101,102,單級(jí)高速鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)出口導(dǎo)葉片,103,離心鼓風(fēng)機(jī)外型,多極離心風(fēng)機(jī),104,離心鼓風(fēng)機(jī)房,105,鼓風(fēng)曝氣,空氣凈化器,鼓 風(fēng) 機(jī),擴(kuò) 散 器,空氣輸配管系統(tǒng),負(fù)責(zé)將空氣輸送到空氣擴(kuò)散器。要求沿程阻力損失小,曝氣設(shè)備各點(diǎn)壓力均衡,空氣干管和支管流速符合設(shè)計(jì)要求，配備必要的手動(dòng)閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。,106,鼓風(fēng)曝氣,空氣凈化器,鼓 風(fēng) 機(jī),擴(kuò) 散 器,擴(kuò)散器的作用是將空氣分散成空氣泡,增大空氣和混合液之間的接觸界

30、面，把空氣中的氧溶解于水中。,空氣輸配管系統(tǒng),小氣泡擴(kuò)散器,中氣泡擴(kuò)散器,大氣泡擴(kuò)散器,微氣泡擴(kuò)散器,擴(kuò)散器的類型,107,微孔曝氣設(shè)備,圓盤式微孔擴(kuò)散器,管式微孔擴(kuò)散器,108,微孔曝氣盤,109,微孔曝氣管,110,微孔曝氣管,111,微孔曝氣設(shè)備測(cè)試,112,微孔曝氣設(shè)備安裝,113,114,微孔曝氣設(shè)備的運(yùn)行狀況,115,ZDB型振動(dòng)曝氣器,116,KBB型可變微孔曝氣器,117,可變微孔曝氣器安裝,118,五龍口二期,119,鄭州市五龍口污水處理廠二期,120,機(jī)械曝氣：表面曝氣機(jī),121,機(jī)械曝氣：表面曝氣機(jī),曝氣的效率取決于： 曝氣機(jī)的性能 曝氣池的池形,這類曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與水面

31、平行,主要用于氧化溝 。,豎式曝氣機(jī),臥式曝氣刷,122,泵 形,倒傘形,平板形,123,124,表面曝氣機(jī),125,潛水曝氣機(jī),126,127,傘形曝氣器,128,倒傘形機(jī)械曝氣器,129,130,131,曝氣轉(zhuǎn)刷,132,133,測(cè)試中的曝氣轉(zhuǎn)碟,134,表面曝氣機(jī)充氧原理： (1)曝氣設(shè)備的提水和輸水作用，使曝氣池內(nèi)液體不斷循環(huán)流動(dòng), 從而不斷更新氣液接觸面, 不斷吸氧； (2)曝氣設(shè)備旋轉(zhuǎn)時(shí)在周圍形成水躍，并把液體拋向空中，劇烈攪動(dòng)而卷進(jìn)空氣； (3)曝氣設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在后側(cè)形成負(fù)壓區(qū)而吸入空氣。,135,曝 氣 設(shè) 備 性 能 指 標(biāo),氧轉(zhuǎn)移速率：?jiǎn)挝粸閙g（O2）/（Lh）。,充

32、氧能力（或動(dòng)力效率）：即每消耗1kWh動(dòng)力能傳遞到水中的氧量（或氧傳遞速率）,單位為kg（O2）/（kWh）。,氧利用率：通過曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧的比例，單位為。,136,曝 氣 設(shè) 備 性 能,137,第五節(jié) 去除有機(jī)污染物的活性污 泥法過程設(shè)計(jì),138,活性污泥系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì),主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)進(jìn)出水質(zhì)的要求確定以下內(nèi)容 （1） 工藝流程選擇； （2） 曝氣池容積和構(gòu)筑物尺寸的確定； （3）二沉池澄清區(qū)、污泥區(qū)的工藝設(shè)計(jì)； （4） 供氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)：供氧量、曝氣設(shè)備選擇； （5）污泥回流設(shè)備設(shè)計(jì)：剩余污泥量。,主要依據(jù)：水質(zhì)水量資料 生活污水或生活污水為主的城市污水：成熟設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

33、 工業(yè)廢水：試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)參數(shù),139,由于當(dāng)前兩種形式的曝氣池實(shí)際效果差不多，因而完全混合的計(jì)算模式也可用于推流式曝氣池的計(jì)算。,140,有機(jī)物負(fù)荷的兩種表示方法,141,1.有機(jī)負(fù)荷法,142,定義：指單位質(zhì)量活性污泥（干重）在單位時(shí)間內(nèi)所能夠接受，并將其降解到某一規(guī)定額數(shù)的BOD5量，即:,式中：Ls污泥負(fù)荷率,kg BOD5/（kgMLVSSd）; Q與曝氣時(shí)間相當(dāng)?shù)钠骄M(jìn)水流量，m3/d； S0曝氣池進(jìn)水的平均BOD5值，mg/L； X曝氣池中的污泥濃度，MLSS或MLVSS，mg/L,1) 污泥負(fù)荷（污泥負(fù)荷率）,143,（1）含義： 對(duì)于一定量的基質(zhì)，達(dá)到一定處理效率所需要的微生物

34、的量; 對(duì)于一定進(jìn)水濃度的污水（S0）只有合理選擇污泥濃度（X）和恰當(dāng)?shù)奈勰嘭?fù)荷Ls才能達(dá)到指定的處理效率； 污泥負(fù)荷決定活性污泥的生長(zhǎng)階段； Ls決定活性污泥的凝聚、沉降和系統(tǒng)的處理效率。,【1】 污泥負(fù)荷,144,(2) 曝氣池容積計(jì)算, 由Ls的定義式, 按室外排水規(guī)范的規(guī)定,式中： Se曝氣池出水的平均BOD5值，mg/L； X曝氣池中的污泥濃度，MLSS或MLVSS，mg/L,145,指曝氣池的單位容積，在單位時(shí)間內(nèi)所能夠接受，并將其降解到某一規(guī)定額數(shù)的BOD5的質(zhì)量，即:,式中：Lv容積負(fù)荷，kg (BOD5)/(m3d)。,【2】容積負(fù)荷,實(shí)際計(jì)算: X、 Ls、Lv可查p118

35、表12-1. 對(duì)于某些工業(yè)污水，試驗(yàn)確定X、 Ls、Lv 污泥負(fù)荷法應(yīng)用方便，但需要一定的經(jīng)驗(yàn)。,146,2. 污泥泥齡法,147,曝氣池中活性污泥濃度X：,P141,148,二、排出的剩余活性污泥量計(jì)算,1、按污泥泥齡計(jì)算,2、按污泥產(chǎn)率系數(shù)計(jì)算,P142,149,三、需氧量的計(jì)算,耗氧量=氧化分解有機(jī)污染物的氧量+內(nèi)源代謝需氧量,故，O2 = aQSr + bVXV 見p143 O2混合液需氧量(速率），kgO2/d 生活污水a(chǎn)=0.420.53； b= 0.190.11,看式12-69和式12-70知： 增大污泥負(fù)荷Ls ，則降解單位質(zhì)量的BOD5所需的氧量下降，但曝氣池內(nèi)單位質(zhì)量揮發(fā)性

36、懸浮固體所需的氧量升高。 原因Ls越大污泥泥齡越短，被吸附的部分可降解的有機(jī)物隨剩余污泥被排出。,1、根據(jù)有機(jī)物降解需氧率a 和內(nèi)源代謝需氧率b計(jì)算,150,有機(jī)物在生化反應(yīng)中有部分被氧化，有部分合成微生物，形成剩余活性污泥量。因而所需氧量為：,S0， Se 進(jìn)水和出水中BOD5的濃度， 空氣中氧的含量為23.2,氧的密度為1.201kg/ m3 。將上面求得的氧量除以氧的密度和空氣中氧的含量，即為所需的空氣量。,2、微生物對(duì)有機(jī)物的氧化分解需氧量,151,由于當(dāng)前兩種形式的曝氣池實(shí)際效果差不多，因而完全混合的計(jì)算模式也可用于推流式曝氣池的計(jì)算。,152,第五節(jié) 二次沉淀池,153,154,1

37、55,156,二次沉淀池的功能要求,1.澄清（固液分離）,2.污泥濃縮（使回流污泥的含水率降低，回流污泥的體積減少）,157,二沉池的實(shí)際工作情況,（1）二沉池中普遍存在著四個(gè)區(qū)：清水區(qū)、絮凝區(qū)、成層沉降區(qū)、壓縮區(qū)。兩個(gè)界面：泥水界面和壓縮界面。,（2）混合液進(jìn)入二沉池以后，立即被稀釋，固體濃度大大降低，形成一個(gè)絮凝區(qū)。絮凝區(qū)上部是清水區(qū)，兩者之間有一泥水界面。,（3）絮凝區(qū)后是一個(gè)成層沉降區(qū)，在此區(qū)內(nèi)，固體濃度基本不變，沉速也基本不變。絮凝區(qū)中絮凝情況的優(yōu)劣，直接影響成層沉降區(qū)中泥花的形態(tài)、大小和沉速。,（4）靠近池底處形成污泥壓縮區(qū)。,158,二沉池的實(shí)際工作情況,二沉池的澄清能力與混合液

38、進(jìn)入池后的絮凝情況密切相關(guān)，也與二沉池的表面面積有關(guān)。,二沉池的濃縮能力主要與污泥性質(zhì)及泥斗的容積有關(guān)。,對(duì)于沉降性能良好的活性污泥，二沉池的泥斗容積可以較小。,159,基本原理,160,二次沉淀池的構(gòu)造和計(jì)算,二次沉淀池在構(gòu)造上要注意以下特點(diǎn)：,（1）二次沉淀池的進(jìn)水部分，應(yīng)使布水均勻并造成有利于絮凝的條件，使泥花結(jié)大。,（2）二沉池中污泥絮體較輕,容易被出流水挾走,要限制出流堰處的流速,使單位堰長(zhǎng)的出水量不超過10m3/（m h）。,（3）污泥斗的容積，要考慮污泥濃縮的要求。在二沉池內(nèi)，活性污泥中的溶解氧只有消耗，沒有補(bǔ)充，容易耗盡。缺氧時(shí)間過長(zhǎng)可能影響活性污泥中微生物的活力，并可能因反硝

39、化而使污泥上浮，故濃縮時(shí)間一般不超過2h。,161,二次沉淀池的容積計(jì)算方法可用下列兩個(gè)公式反映：,式中：A澄清區(qū)表面積，m2； qv廢水設(shè)計(jì)流量，用最大時(shí)流量，m3/h； u沉淀效率參數(shù)，m3/（m2h）或m/h； V污泥區(qū)容積，m3； r最大污泥回流比； t污泥在二次沉淀池中的濃縮時(shí)間，h。,二次沉淀池的構(gòu)造和計(jì)算,162,第六節(jié) 活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計(jì)和 運(yùn)行中的一些重要問題,163,水力負(fù)荷 有機(jī)負(fù)荷 微生物濃度 曝氣時(shí)間 微生物平均停留時(shí)間（MCRT） 氧傳遞速率 回流污泥濃度 回流污泥率 曝氣池的構(gòu)造 十、pH和堿度 十一、溶解氧濃度 十二、污泥膨脹及其控制,164,流向污水廠的流量變

40、化,一、水 力 負(fù) 荷,165,水力負(fù)荷的變化影響活性污泥法系統(tǒng)的曝氣池和二次沉淀池。 當(dāng)流量增大時(shí)，污水在曝氣池內(nèi)的停留時(shí)間縮短，影響出水質(zhì)量，同時(shí)影響曝氣池的水位。若為機(jī)械表面曝氣機(jī)，由于水面的變化，它的運(yùn)行就變得不穩(wěn)定。 對(duì)二次沉淀池為水力影響。,一、水 力 負(fù) 荷,166,二、有機(jī)負(fù)荷率N,污泥負(fù)荷率N和MLSS的設(shè)計(jì)值采用得大一些，曝氣池所需的體積可以小一些。 但出水水質(zhì)要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥處置的費(fèi)用和困難，同時(shí)，整個(gè)處理系統(tǒng)較不耐沖擊，造成運(yùn)行中的困難。 為避免剩余污泥處置上的困難和保持污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，可以采用低的污泥負(fù)荷率（0.1），把曝氣池建得很大，

41、這就是延時(shí)曝氣法。,曝氣區(qū)容積的計(jì)算，設(shè)計(jì)中要考慮的主要問題是如何確定污泥負(fù)荷率N和MLSS的設(shè)計(jì)值。,167,三、微生物濃度,在設(shè)計(jì)中采用高的MLSS并不能提高效益，原因如下：,168,四、曝 氣 時(shí) 間,在通常情況下，城市污水的最短曝氣時(shí)間為3h或更長(zhǎng)些，這和滿足曝氣池需氧速率有關(guān)。,169,五、微生物平均停留時(shí)間(MCRT)(又稱泥齡),微生物平均停留時(shí)間至少等于水力停留時(shí)間，此時(shí)，曝氣池內(nèi)的微生物濃度很低，大部分微生物是充分分散的。,微生物的停留時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)，促使微生物能很好地絮凝，以便重力分離，但不能過長(zhǎng)，過長(zhǎng)反而會(huì)使絮凝條件變差。,微生物平均停留時(shí)間還有助于說明活性污泥中微生物的組

42、成。世代時(shí)間長(zhǎng)于微生物平均停留時(shí)間的那些微生物幾乎不可能在該活性污泥中繁殖。,170,六、氧 傳 遞 速 率,氧傳遞速率要考慮二個(gè)過程,要提高氧的傳遞速率,171,七、回流污泥濃度,回流污泥濃度是活性污泥沉降特性和回流污泥回流速率的函數(shù)。 按右圖進(jìn)行物料衡算，可推得下列關(guān)系式：,式中：sa曝氣池中的MLSS,mg/L; sr回流污泥的懸浮固體濃度,mg/L; r 污泥回流比。,根據(jù)上式可知，曝氣池中的MLSS不可能高于回流污泥濃度，兩者愈接近，回流比愈大。限制MLSS值的主要因素是回流污泥的濃度。,172,衡量活性污泥的沉降濃縮特性的指標(biāo)，它是指曝氣池混合液沉淀30min后，每單位質(zhì)量干泥形成

43、的濕泥的體積，常用單位是mL/g。,（1）在曝氣池出口處取混合液試樣； （2）測(cè)定MLSS（g/L）； （3）把試樣放在一個(gè)1000mL的量筒中沉淀30min，讀出活性污泥的體積（mL）； （4）按下式計(jì)算：,活性污泥體積指數(shù)SVI,SVI的測(cè)定,七、回流污泥濃度,173,八、污泥回流率,高的污泥回流率增大了進(jìn)入沉淀池的污泥流量，增加了二沉池的負(fù)荷，縮短了沉淀池的沉淀時(shí)間，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固體隨出流帶走。,活性污泥回流率的設(shè)計(jì)應(yīng)有彈性，并應(yīng)操作在可能的最低流量。這為沉淀池提供了最大穩(wěn)定性。,174,九、曝氣池的構(gòu)造,推流式曝氣池,完全混合式曝氣池,175,十、pH和堿度,176,十

44、一、溶解氧濃度,通常溶解氧濃度不是一個(gè)關(guān)鍵因素，除非溶解氧濃度跌落到接近于零。只要細(xì)菌能獲得所需要的溶解氧來進(jìn)行代謝，其代謝速率就不受溶解氧的影響。,一般認(rèn)為混合液中溶解氧濃度應(yīng)保持在0.52mg/L，以保證活性污泥系統(tǒng)的正常運(yùn)行。,過分的曝氣使氧濃度得到提高，但由于紊動(dòng)過于劇烈，導(dǎo)致絮狀體破裂，使出水濁度升高。 特別是對(duì)于好氧速度不快而泥齡偏長(zhǎng)的系統(tǒng)，強(qiáng)烈混合使破碎的絮狀體不能很好地再凝聚。,177,十二、污泥膨脹及其控制,正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥體積指數(shù)SVI在50150之間；當(dāng)活性污泥不正常時(shí)，污泥不易沉淀，反映在SVI值升高。 混合液在1000mL量筒中沉淀30min后，污泥

45、體積膨脹，上層澄清液減少，這種現(xiàn)象稱為活性污泥膨脹。,活性污泥膨脹可分為,178,絲 狀 菌 性 膨 脹,當(dāng)污泥中有大量絲狀菌時(shí)，大量有一定強(qiáng)度的絲狀體相互支撐、交錯(cuò)，大大惡化了污泥的沉降、壓縮性能，形成了污泥膨脹。,179,絲 狀 菌 性 膨 脹的主要因素,180,絲 狀 菌 性 膨 脹的主要因素,污水水質(zhì),運(yùn)行條件,工藝方法,181,絲 狀 菌 性 膨 脹的主要因素,污水水質(zhì),運(yùn)行條件,工藝方法,182,非絲 狀 菌 性 膨 脹,非絲狀菌性膨脹主要發(fā)生在污水水溫較低而污泥負(fù)荷太高時(shí)。 微生物的負(fù)荷高，細(xì)菌吸收了大量的營(yíng)養(yǎng)物，但由于溫度低，代謝速度較慢，就積貯起大量高黏性的多糖類物質(zhì)。這些多糖類物質(zhì)的積貯，使活性污泥的表面附著水大大增加，使污泥形成污泥膨脹。,發(fā)生污泥非絲狀菌性膨脹時(shí)，處理效率仍很高，上清液也清澈。,183,在運(yùn)行中，如發(fā)生污泥膨脹，針對(duì)膨脹的類型和絲狀菌的特性，可采取的抑制措施：,184,在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于容易發(fā)生污泥膨脹的污水，可以采用以下一些方法：,