废水好氧生物处.ppt

第3章 废水好氧生物处理,绪：废水好氧生物处理原理, 好氧： 是指这类生物必须在有分子态氧气 （O2）的存在下，才能进行正常的生 理生化反应. 厌氧：是指在无分子态氧存在的条件下， 能进行正常的生理生化反应的生物， 如厌氧细菌、酵母菌等.,1. 好氧生物处理的基本生物过程,A、好氧生物处理过程的生化反应方程式,其它各类微生物细胞物质的实验分子式分别是： 细菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻类：C5H8NO2； 原生动物：C7H14NO3, 内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化）, 合成反应（也称合成代谢、同化作用）, 分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）,C、H、O、N、S + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- +能量,C、H、O、N + 能量 C5H7NO2,废水好氧生物处理中异养微生物的代谢途径,内源呼吸产物 + 能量 (CO2、H2O、NH3、SO42-),污水中的可 降解有机物,新细胞物质 （C5H7NO2）,代谢产物 (CO2、H2O、NH3、SO42-),(1/3),分解代谢,+ 异养微生物, 能量,废水好氧生物处理中自养微生物的代谢途径,1）二者不可分，而是相互依赖的； a、 分解过程为合成提供能量和前物，而合成则 给分解提供物质基础； b、分解过程是一个产能过程，合成过程则是一 个耗能过程。 2) 对有机物的去除，二者都有重要贡献； 3）合成量的大小，对于后续污泥的处理有直接影 响；,B、分解与合成的相互关系：, 结构简单、小分子、可溶性物质， 直接进入细胞壁； 结构复杂、大分子、胶体状或颗粒状的物质， 则首先被微生物吸附，随后在细胞外酶的作 用下被水解液化成小分子有机物，再进入细 胞内。,C、有机物被生物降解的历程,2. 影响好氧生物处理的主要因素,1）溶解氧： 约12mg/l； 2）水温： 1530C； 3）营养物质： BOD5 N P = 100 5 1 （好氧工艺）； 其它无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等； 微量元素： Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等； 4）pH值： 一般好氧微生物的最适宜pH在6.58.5之间； pH 4.5时，真菌将占优势，引起污泥膨胀；,2. 影响好氧生物处理的主要因素,5）有毒物质（抑制物质） 重金属 、氰化物 、H2S、 卤族元素及其化合物； 酚、醇、醛等 6）有机负荷率： 污水中的有机物本来是微生物的食物，但太多时， 也会不利于微生物。 7）氧化还原电位： 好氧细菌： +300 400 mV， 至少要求大于+100 mV。 厌氧细菌： 要求小于+100 mV，对于严格厌氧细菌， 则 -100 mV，甚至 -300 mV。,A、生物降解性：是指在微生物的作用下，使某一物 质改变原来的化学和物理性质，在 结构上引起的变化程度。 可分为三类： 1)初级生物降解 2)环境可接受的生物降解 3)完全降解,3. 废水可生化性原理及其判别,3. 废水可生化性原理及其判别,B、有机物生物降解性能的分类： 易生物降解：易于被微生物作为碳源和 能源物质而被利用； 可生物降解：能够逐步被微生物所利用； 难生物降解：降解速率很慢或根本不降解；,注意：1）“难、易”是相对的； 2）同一种化合物在不同种属微生 物的作用下，其降解情况也会 有不同。,鉴定和评价废水中有机污染物的好氧生物降解性的方法：,根据氧化所耗氧量 :水质指标法 瓦呼仪法 根据有机物的去除效果 : 静置烧瓶筛选试验 振荡培养试验法 半连续活性污泥法 活性污泥模型试验 根据CO2量:斯特姆测试法 根据微生物生理生化指标 主要有：ATP测试法、脱氢酶测试法、细菌标准平板计数测试法等,（1）BOD5/COD比值法 BOD5/COD0.58 为完全可生物降解 BOD5/COD=0.45-0.58 生物降解性能良好 BOD5/COD=0.30-0.45 可生物降解 BOD5/COD0.30 难生物降解 该法比较简单，但精度不高，可粗略反映有机物 的降解性能。,C、废水可生化性评价方法：,C、废水可生化性评价方法：,（2）瓦呼仪法 根据有机物的生化呼吸线与内源呼吸线的比较来判断有机物的生物降解性能。,C、废水可生化性评价方法：,（3）振荡培养试验法 在烧瓶中加入接种物、营养液及受试物等，在一定温度下振荡培养，在不同的反应时间内测定反应液中受试物含量，以评价受试物的生物降解性； （4）其它：斯特姆测试法、 ATP测试法、脱氢酶测试法、细菌标准平板 计数测试法等,废水好氧生物处理工艺（1） 活性污泥法 Activated Sludge Processes Suspended Growth Biological Treament Process,第一节 活性污泥法的基本原理,2.1.1 活性污泥法的基本概念与流程,向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它有巨大的表面积和很强的吸附性能，称为活性污泥(activated sludge)。,活性污泥,一组活性污泥图片,曝气池中的活性污泥,曝气池中的活性污泥,活性污泥法的基本流程, 供氧系统： 提供足够的溶解氧,活性污泥法的基本组成, 曝气池：反应主体, 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。, 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。, 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。, 废水中含有足够的可溶性易降解有机物； 混合液含有足够的溶解氧； 活性污泥在池内呈悬浮状态； 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； 无有毒有害的物质流入。,活性污泥系统有效运行的基本条件,2.1.2 活性污泥的形态与活性污泥微生物,1. 活性污泥的基本性质, 物理性能： “菌胶团”、“生物絮凝体”：,颜色：黄褐色 状态：似矾花絮绒颗粒 味道：土腥味 比重：曝气池混合液：1.002-1.003；g/cm3 回流污泥：1.004-1.006；g/cm3 粒经： 0.02-0.2 mm 比表面积： 20-100 cm2/mL,2.1.2 活性污泥的形态与活性污泥微生物,1. 活性污泥的基本性质, 生化性能： 1）活性污泥的含水率：99.299.8%； 2）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, 细菌:是活性污泥净化功能最活跃的成分； 真菌:具有分解碳水化合物、脂肪、蛋白质的功能； 但大量异常增殖会引发污泥膨胀现象。 其它微生物：原生动物、后生动物（P98）； 在净化污水系统中：细菌是第一承担者， 原生动物是第二承担者。,活性污泥中微生物食物链,活性污泥中原生动物及指示作用,3.活性污泥微生物的增殖与活性污泥的增长,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; 活性污泥的增长则是微生物增殖的结果。,污泥增长的一般过程：,微生物的增殖曲线,注意：1）间歇静态培养；2）底物是一次投加,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（M）,BOD变化曲线（F）,适应期,增长曲线的四个阶段,适应期:（延迟期或调整期）： 微生物的细胞内 各种酶系统对环境的适应过程. 对数增长期: 活性污泥能量水平很高，活性污泥处于松散状态. 减数增长期: 营养物不过剩，它已成为微生物生长的限制因素 活性污泥水平的能量低下，污泥絮凝。 内源呼吸期 能量水平极低，微生物活动能力非常低， 絮凝体形成速率增大，处理水显著澄清，水质良好。,活性污泥增殖规律的应用, 活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值所控制； 处于不同增值期的活性污泥，其性能不同，出水水质也不同； 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； 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。,2.1.3 活性污泥净化废水的实际过程,一般将这整个净化反应过程分为三个阶段： 初期吸附； 微生物代谢； 活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩。,初期较短时间(1030min)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。,第二节 活性污泥净化反应影响因 素与主要设计运行参数,2.2.1 活性污泥净化反应影响因素,1）营养物质(nutrients)： BOD5 N P = 100 5 1 ； 2）溶解氧(dissolved oxygen, DO) ：约12mg/l； 3）pH值： 6.5 8.5 ； 4）水温(temperature)： 1530C； 5）有毒物质(toxic materials)：重金属离子等；,2.2.2 活性污泥处理系统的控制指标 与设计、运行操作参数,1. 表示及控制混合液中微生物量的指标 混合液悬浮固体浓度（MLSS） （Mixed Liquor Suspended Solids）： 曝气池单位容积混合液内所含有的污泥固体物的总重量。单位：mg/l ； g/m3 MLSS = Ma + Me + Mi + Mii 计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。一般活性污泥法中，MLSS浓度一般为24g/L。, 混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS） （Mixed Volatile Liquor Suspended Solids）： 指混合液悬浮固体中的有机物的重量， 单位：mg/L、g/L或kg/m3。 MLVSS = Ma + Me + Mi； 一般在活性污泥法中用MLVSS表示活性污泥中生物的含量（相对）。在条件一定时，MLVSS/MLSS是较稳定的，对城市污水，一般是0.750.85, 污泥沉降比（SV）（Sludge Volume） 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；正常数值为2030%。 污泥沉降比可以反映曝气池正常运行时的污泥量。可用于控制剩余污泥的排放。还能及时反映出污泥膨胀等异常情况。,2. 活性污泥的沉降性能及其评定指标,污泥沉降比（SV）的测定, 污泥体积指数（SVI） （Sludge Volume Index） 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:ml/g。,SVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚、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(sludge bulking)； 一般认为，处理生活污水时SVI200时，沉降性能不好。 城市污水的SVI一般为50150 ml/g.,3. 污泥龄(ts或c)和水力停留时间（t）,污泥龄（sludge age)是曝气池中活性污泥总量与每日排放的污泥量之比，单位是d。,正常情况下Xe很小， 可忽略，所以： Xr（max）=106/SVI,活性污泥法各符号的意义,3. 污泥龄(ts或c)和水力停留时间（t）,水力停留时间(HRT) (hydraulic retention time, HRT) 是指水在处理系统中的停留时间，单位也是d。 HRTV/Q V是曝气池的体积； Q是废水的流量。,4. BOD-污泥负荷与BOD-容积负荷,在活性污泥法中，一般将有机物（BOD5）与活性污泥(MLSS)的重量比值(food to biomass, F/M)，称为有机负荷，一般用N表示。 有机负荷又分为污泥负荷和容积负荷。,4. BOD-污泥负荷与BOD-容积负荷,污泥负荷(sludge loading rate, NS） 即单位重量活性污泥在单位时间内所承受的BOD5量，单位为kgBOD5 /(kgMLSSd)。 容积负荷（volumetric loading rate, NV）是曝气池单位有效容积在单位时间内所承受的BOD5量，单位为kgBOD5/(m3d)。,有机负荷的计算公式：,式中： Q废水的处理量，m3/d； V曝气池的有效容积，m3； S0进水BOD5浓度，kg/m3； X活性污泥浓度，kgMLSS/m3 。,为了表示有机物的去除情况，也采用去除负荷Nr，即单位重量活性污泥在单位时间所去除的有机物重量。,Nr去除负荷； Se出水BOD浓度。,污泥负荷对处理效果的影响：,污泥负荷是影响有机污染物降解、活性污泥增长的重要因素。 是活性污泥处理系统设计运行最基本参数之一。 污泥负荷较高，将加快有机污染物的降解速度与活性污泥增长的速度，降低曝气池容积，经济上比较适宜，但处理水质未必能达到预定的要求。 实践表明，在一定的活性污泥法系统中，污泥的SVI值与污泥负荷之间有复杂的变化关系。,BOD负荷及水温对污泥SVI的影响（P108）,低SVI负荷区2,高SVI负荷区2,高SVI负荷区1,低SVI负荷区1,低SVI负荷区3,SVI与污泥负荷曲线是具有多峰的波形曲线，有三个低SVI的负荷区和两个高SVI的负荷区。 如果在运行时负荷波动进入高SVI负荷区（0.5-1.5 0kgBOD /kgMLSSd ），污泥沉降性差，将会出现污泥膨胀。 高负荷：1.5-2.0kgBOD /kgMLSSd， 中负荷：0.2-0.4kg BOD/kgMLSSd， 低负荷：0.030.05kgBOD/kgMLSSd,思考题 能否通过增加污泥浓度，减少构筑物的体积，节省投资？,活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化(内源呼吸)两项作用的综合结果，所以，微生物的净增殖速率为：,5.有机物降解与微生物增殖：,式中: X=每日污泥增长量(VSS),kg/d； Q每日处理废水量(m3/d)； Sr=Si-Se Si 进水BOD5浓度（kgBOD5/m3）; Se 出水BOD5浓度（kgBOD5/m3）; a降解每kgBOD5所产生的值，即产率系数（kgVSS/kgBOD5.d）； b每KgVSS每日自身氧化的数，即自身氧化系数（d-1）；,式中： 活性污泥微生物的净增殖速（kgVSS/d）,活性污泥微生物的合成速率；,活性污泥微生物自身氧化速率；,因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式:,积分后，得出活性污泥微生物在曝气池内每日得 净增长量为:,式中: X = 每日增长（排放）的挥发性污泥量 (VSS),kg/d； QSr 每日的有机污染物降解量(Kg/d)； VXV 混合液中挥发性悬浮固体总量Kg, Y、Kd的经验值： （1）对于生活污水活与之性质相近的工业废水； Y=0.5-0.65 Kd=0.05-0.1 （2）城市污水：Y=0.4-0.5 Kd=0.07左右 （3）几种工业废水的值:通过实际测定确定。, Y、Kd值应根据试验或运行所取得的数据按下式 以图解法（P112）确定：,c=VX/X,Nrs=Q(S0Se)/VX,污泥龄与污泥去除负荷成反比关系,6.有机物降解与需氧：, 微生物的代谢需要氧： (1)需要将一部分有机物氧化分解； (2)也需要对自身细胞的一部分物质进行自身氧化。 需氧量计算:,式中 ： O2曝气池混合液的需氧量，kgO2/d； a代谢每kgBOD5所需的氧量，kgO2/kgBOD5d ； b每kgVSS每天进行自身氧化所需的氧量， kgO2/kgVSS d；,a、b 值的确定:,a、b可以通过一组试验结果作图求得(P113图410)。 a值：对生活污水为 0.40.53。 b值：介于0.11 0.188之间。 试验法:,例 3.1 某污水处理厂，设计流量Q=500000m3，原废 水的BOD5浓度为240mg/l，初沉池对BOD5的去除率为25%，处理工艺为活性污泥法，要求处理出水的BOD5为15mg/l，曝气池容积V=150000m3，曝气池中MLSS浓度为3000mg/l，VSS/SS=0.75，回流污泥中的MLSS浓度为10000mg/l。有关参数： a=0.5KgO2/KgBOD5 ,b=0.1KgO2/KgVss.d; a=0.6KgVss/KgBOD5 ,b=0.08d-1; 试求： （1）曝气池的水力停留时间； （2）曝气池的F/M值、容积去除负荷及污泥去除负荷； （3）剩余污泥的产量及体积； （4）污泥龄； （5）所需要的氧量；,解：（1）曝气池的水力停留时间,（2）曝气池的F/M值、容积去除负荷及污泥去除负荷；,（3）剩余污泥的产量及体积；,（4）污泥龄；,（5）所需要的氧量；, 基本概念 1.动力学:研究反应速度和各种关系的学说. 2.生化反应动力学:研究污水生物处理中有机物降解 速度和微生物增长速率的动力学模式. 3.反应速度: 单位时间里底物的减少量,最终产物的增加量. 4.生化反应速度:底物(S) - 细胞（X）+ 残留物(P). 以底物浓度的减少率或细胞的增加率表示反应速度。 5.反应级数:,第三节 活性污泥反应动力学基础,第三节 活性污泥反应动力学基础, 活性污泥法反应动力学: A、作用：可定量或半定量地揭示系统内有机物降解 污泥增长、耗氧等作用与各项设计、运行 参数以及环境因素之间的关系； B、研究内容： （1）基质降解的动力学； （2）微生物增长动力学； （3）还研究底物降解与生物量增长、底物降解与需 氧、营养要求等的关系。,第三节 活性污泥反应动力学基础,C、基本假设 (1) 反应器内物料是完全混合； （2) 活性污泥系统的运行条件绝对稳定； （3）二次沉淀池内无微生物活动； （4）进水基质均为溶解性的，并且浓度不变，也不含 微生物； （5）系统中不含有毒物质和抑制物质。,主要介绍,酶促反应动力学公式（米门公式）（MichaelisMenton） 莫诺德（Monod）模式 劳伦斯麦卡蒂 （LawrenceMcCarty）模式,2.3.2 活性污泥反应动力学的基础,MichaelisMenton提出酶的“中间产物”学说，通过理论推导和实验验证，提出了含单一基质单一反应的酶促反应动力学公式，即米门公式：,(米门公式与莫诺德模式) A、米门公式（酶促反应动力学公式）.,(推导),式中： : 产物生成的反应速率； : 产物生成的最高速率； : 米氏常数（又称饱和常数，半速常数）； : 基质浓度；,2.3.1活性污泥反应动力学的基础,(米门公式与莫诺德模式) B、莫诺德模式：,Monod经过大量的试验研究，提出类似 表达微生物比增值速率与基质浓度之间的 动力学关系式。也可以用来描述曝气池中 活性污泥的增长速度。.,式中： ：微生物的比增殖速率； ：基质达到饱和浓度时，微生物的最大比 增殖速率； ：反应器内的基质浓度，mg/l； ：饱和常数，也是半速常数。,（公式讨论）,对污水研究领域，v比u更实际。,v:有机物的比降解速度（单位生物量的降解速度） S0 - 进水有机物浓度 S - t时反应后残存的有机物浓度 t 活性污泥反应时间 X 混合液中活性污泥总量,1）在高底物浓度条件下，S Ks, Ks可忽略不计； 则上式简化为：,即有机物降解与基质浓度无关，呈零级反应； 与污泥浓度（生物量）有关，并呈一级反应。,莫诺方程的推论：,v=vmaxS/Ks+S dS/dt= vX,2）在低底物浓度时，S Ks，S可忽略不计； 则有：,此时，v S，与底物浓度或正比，呈一级反应。,莫诺方程的推论：,v=vmaxS/Ks+S dS/dt= vX,3）随着底物浓度逐步增加，微生物增长速度和底物浓度呈v=vmaxS/Ks+S， 即不成正比关系，此时0n1呈混合反应区的生化反应。,莫诺方程的推论：,v=vmaxS/Ks+S dS/dt= vX,莫诺方程式与其u=f(s)关系曲线图,4.3.3 LawrenceMcCarty模式：,2. LM 基本方程,(1) 第一基本方程式：,(2) 第二基本方程式：,2. 方程的应用,A、第一导出方程 出水水质（Se）与污泥龄之间的关系： 适用条件：对于完全混合式,2. 方程的应用,B、第二导出方程 曝气池内微生物浓度与污泥龄的关系,2. 方程的应用,C、第三导出方程 回流比与污泥龄之间的关系,2. 方程的应用,产率系数：是指单位时间内，微生物的合成量与基质降解量的比值；,D、产率系数（Y）与表观产率系数(Yobs）之间的关系：,表观产率系数：是指单位时间内，实际测定的污泥产量与基质降解量的比值；,2. 方程的应用,E、对方程式的推论：,4.4 活性污泥处理系统的运行方式,4.4.1 传统活性污泥法（普通活性污泥法） 4.4.2 阶段曝气活性污泥法 4.4.3 再生曝气活性污泥法系统 4.4.4 吸附再生活性污泥法系统 4.4.5 延时曝气活性污泥法 4.4.6 高负荷活性污泥法 4.4.7 完全混合活性污泥法 4.4.8 多级活性污泥法系统 4.4.9 深水曝气活性污泥法系统 4.4.10 深井曝气池活性污泥法系统 4.4.11 浅层曝气活性污泥法系统 4.4.12 纯氧曝气活性污泥法系统,4.4.1 传统活性污泥法：,工艺特征： 1) 有机物的吸附与代谢在一个曝气池中连续进行 2) 活性污泥经历了一个生长周期：对数增长期减速增长期内源呼吸期。经历了吸附与代谢二个阶段 3) S由大小，dO2/dt由大小。 池首往往供氧不足，后段供氧过剩，池前段DO浓度较低，沿池长逐渐增高,存在不足： 1)不适应冲击负荷和有毒物质 因为是推流式，进入池中的污水和回流污泥在理论上不与池中原有的混合液混合。 水质的变化对活性污泥影响较大 2)前段供氧不足，后段供氧过剩 3)Ns不高，曝气池V大，占地大,4.4.2 阶段曝气活性污泥法（分阶段进水或多阶段进水）,工艺特点： a、污水均匀分散地进入，使负荷及需氧趋于均衡，利于生 物降解，降低能耗。 b、混合液中Xa浓度逐步降低，减轻二次池负荷，利于固液 分离。 c、污水均匀分散地进入，增强了系统对水质、水量冲击负 荷的适应能力。,4.4.3 再生曝气活性污泥法,工艺特点： a、提高污泥活性，使其充分代谢。 b、再生池不另行设置，而是将曝气池的一部分在再生池。 曝气池一般3或6廊道，1/3或1/6作再生段。 c、处理效果与传统活性污泥法相近， BOD去除率90以上。,4.4.4 吸附再生活性污泥法系统,4.4.4 吸附再生活性污泥法系统,工艺特点： 1)将吸附与代谢过程分二个池或二段,吸附与再生分别进行 。 2) 吸附时间较短（3060min），再生池只对回流污泥再生。 整个池容小于普通活性污泥法 3) 处理效果低于普通活性污泥法 出水BOD去除率一般小于90 4) 具有一定的耐冲击负荷的能力 5) 不宜处理溶解性有机物较多的污水,4.4.5 延时曝气活性污泥法,4.4.5 延时曝气活性污泥法,工艺特点： 1)负荷低(Ns非常小,0.050.10 kgBOD/kgMLSSd) ， 2)曝气时间长（24h以上），活性污泥处于内源呼吸期，剩余污泥少且稳定，污泥不需要消化处理，工艺也不需要设初沉池。 3) 出水水质好，对原污水有较强的适应能力,只适合于小城镇污水处理（Q1000m3/d） 工艺不足： 池容大、负荷小、曝气量大、投资与运行费用高。,4.4.6 高负荷活性污泥法,工艺特点： 构筑物与普通活性污泥法以及吸附再生工艺相同，但其停留时间短，BOD负荷高、曝气时间短。 曝气时间短（1.53.0h）。 Ns高（1.5 3.0kgBOD/kgMLSSd）， 工艺不足： BOD去除率不高（BOD（6575）%），出水水质不达标。,4.4.7 完全混合活性污泥法,4.4.7 完全混合活性污泥法,工艺特点： a、污水进入曝气池后迅速被稀释混匀，水质水量变化对系统影响小。 b、由于水质在各处相同，因而各处微生物群体与组成相同，降解工况相同。 c、需氧速度均衡，动力消耗略省。 工艺不足：池内未有污染物浓度、微生物浓度与种群的梯度或链群，导致微生物的有机物降解动力低下，易出现污泥膨胀。 类型：按构筑物形状分合建式与分建式。,4.4.8 多级活性污泥法系统,当进水有机污染浓度很高时采用此工艺 工艺特点： a、污水处理单元串联。 b、负荷高（一级），且赖冲击负荷，二级负荷低。 c、各级污泥Qc不同，微生物种群各异. 不足： 投资与运行费用高，管理麻烦（各种设备多）。,4.4.9 深水曝气活性污泥法,1.概述 1)亨利定律：CHP 式中：C水中溶解氧饱和浓度 H亨利常数 P压力 2),生物的增殖和有机物降解,2 深水曝气池 深水中层曝气池 深水底层曝气池,4.4.9 深水曝气活性污泥法,工艺特点： a、由于水压加大，提高了饱和溶解氧浓度以及降低气泡直径，提高气泡的表面积，进而提高了氧的传递速率，从而利于微生物的增殖与有机污染物的降解。 b、向深部发展，节省占地。 按机械（曝气）设备的利用情况，分中层曝气和底层曝气，前者可以利用常用风机（5m风机），对10m深井曝气；后者需用高压风机（10m风机）。,4.4.10 深井曝气活性污泥法,工艺特点： a、由于水压很大（井深50-100m） ，明显提高了饱和溶解氧浓度以及降低气泡直径，提高气泡的表面积，进而显著提高氧的传递速率，从而利于微生物的增殖与有机污染物的降解。 b、向深部发展，节省占地，并利用进出水位差以及曝气提升力循环。 不足之处：施工难度大，对地质条件和防渗要求高。,4.4.11 浅层曝气活性污泥法,理论基础：气泡只是在形成与破碎瞬间，有着最高的氧转移率，而与水深无关。 工艺特点：曝气器安装深度0.60.8m，适宜低压风机曝气，节省电耗。,4.4.12 纯氧曝气活性污泥法系统,原理：提高氧的分压，强化氧的传质能力，增加MLSS浓度和容积负荷，提高生化反应速率。 不足之处：要密闭运行，工艺运行管理复杂。,a、 BOD负荷：一般BOD污泥负荷0.20.4， 延时曝气法低（1.5，而对特殊的深井曝气和纯氧曝气因氧的传质改善，可以把BOD负荷设计在0.51.5之间。 b、泥龄： 对一般的活性污泥法工艺以及深井曝气和纯氧曝气工艺，其泥龄一般在515d，多数68d；高负荷活性污泥法泥龄2.5d以下；而延时曝气则一般在20d以上。,工艺设计参数总结如下：,c、 曝气池混合液浓度（X）：一般在3000mg/L左右。延时曝气、合建式完全混合活性污泥法以及深井曝气略高。 d、污泥回流比：一般在100以下，多数在50左右；而延时曝气、合建式完全混合活性污泥法回流比在100以上。 e、 曝气时间：一般在8h以下，多数为46h。但延时曝气一般在20h以上；高负荷工艺以及深井曝气工艺曝气时间很短。,工艺设计参数总结如下：,强化不同微生物的作用（群落），如高负荷、多级、延时曝气等工艺。 提高氧的传质，降低能耗（纯氧曝气、深水曝气、深井曝气以及浅层曝气等）。 节省占地（深井）。 保证出水水质（延时曝气、多级曝气等）。 活性污泥特性（收附再生、再生以及高负荷活性污泥法等）。 易管理与构筑物单元少，如合建式完全混合活性污泥法与SBR等。 利于污泥处置，延时曝气以及A2/0等。,各种工艺技术的着重点包括：,第五节 曝气的原理、方法与设备,曝气原理； 曝气系统的计算方法 曝气设备； 曝气池,曝气的作用： 供氧； 搅拌混合作用，使活性污泥在混合液中保持悬浮状态，与废水充分接触混合。 曝气的方法 鼓风曝气 机械爆气 鼓风机械曝气联合,一、曝气的原理,曝气的原理与过程：,DO,CO2/H2O,压力、气量,1、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。,式中：Vd物质的扩散速率，单位时间、 单位断面上通过的物质数量 DL扩散系数,气液传质过程通常遵循一定的传质扩散理论，气液传质理论目前有： 双膜理论 浅层理论 表面更新理论 目前工程和理论上应用较多的为双膜理论。,2. 氧转移的双膜理论,氧传递的阻力主要集中在气液膜内；,氧传递的推动力是界面上饱和溶解氧浓度Cs与液相主体中的溶解氧浓度CL之差。,氧转移的双膜理论模式图,边界层,紊流,紊流,层流,层流,CL,Pi,Pg,液膜,气膜,气相主体,液相主体,yl,对流扩散,对流扩散,分子扩散,Cs,Cs：与气相主体中氧分压相当的饱和溶解氧浓度； CL：液相主体中所要求的溶解氧浓度,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(CL)之差。,双膜理论,式中： KLa氧总转移系数，h-1,为了提高气体传递速率，可以从两方面考虑： 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。 提高饱和浓度值： 提高气相中的氧分压，如纯氧曝气、深井曝气等。,实验装置图, 标准氧转移速率与实际氧转移速率 * 标准氧转移速率：指脱氧清水在20C和1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。,4. 氧转移速率的影响因素,影响氧转移速率的主要因素,水质,水温,气压,影响氧总转移系数KLa, = 0.8 0.85,影响氧总转移系数KLa,影响饱和溶解氧浓度Cs,水温升高，Cs值会下降; 反之，则升高。,影响饱和DO浓度Cs,鼓风曝气系统:,Ot从曝气池逸出气体中含氧量的百分率，%；,Pb安装曝气装置处的绝对压力，可以按下式计算：,二、曝气系统的设计计算,氧转移速率与供气量的计算 氧转移速率的计算 氧转移效率与供气量的计算 曝气系统的设计计算 鼓风曝气系统 机械曝气系统,2.1 氧转移速率与供气量的计算,1、氧转移速率的计算,R0标准氧转移速度， R水温为T，压力为P条件下的废水中的实际氧转移速率， CL曝气池混合液中的溶解氧浓度，一般按2mg/l来考虑。,2、氧转移效率与供气量的计算,(1)氧利用率 EA 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 。 (2) 供气量Gs,(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，曝气池混合液的供氧量应等于需氧量。需氧量是可以根据下式求得：,1. 鼓风曝气系统,曝气系统的计算方法,鼓风曝气系统设计的一般程序：,(1)求风量即供气量： 求需氧速率O2,鼓风曝气系统Csm的计算,(2)求要求的风压（风机出口风压）： 根据管路系统的沿程阻力、局部阻力、静水压力再加上一定的余量，得到所要求的最小风压。,(3) 根据风量与风压选择合适的风机。,曝气系统的计算方法,2. 机械曝气系统,机械曝气系统设计的一般程序：,（1） 充氧能力R0的计算： 求需氧量O2,一个城市污水处理厂，设计流量Q10000m3/d，一级处理出水BOD5150mg/l，采用活性污泥法处理，处理水BOD515mg/l。采用中微孔曝气盘作为曝气装置。曝气池容积V3000m3，px=2000mg/l，EA=10%，曝气池出口处溶解氧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),例题,(1) 计算需氧量：,A鼓风曝气系统,(2) 计算20C和25C时曝气池内饱和溶解氧浓度的平均值：,气泡逸出曝气池表面时，氧含量的百分比计算：,查表得20C和25C时的饱和溶解氧浓度分别为： Cs(20)=9.17mg/l; Cs(25)=8.38mg/l, 曝气装置出口处的压力Pb：,（3）标准供氧速率R0：,（4）计算供气量：,B.机械曝气器 求充气能力R0：,鼓风曝气装置 表面（机械）曝气装置,三、曝气设备,曝气装置的技术性能指标, 动力效率（Ep）：每消耗1度电转移到混合液中的氧量（kgO2/kw.h）； 氧的利用率（EA）：又称氧转移效率，是指通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比（%）； 充氧能力（R0）：通过表面机械曝气装置在单位时间内转移到混合液中的氧量（kgO2/h）。,1、鼓风曝气,（1）鼓风曝气系统组成： 鼓风机(压力系统) 空气输送管道 扩散器（扩散装置）,（2）扩散装置分类： 气泡型 微气泡型（100 um）; 小气泡型（1.5 mm）; 中气泡型（2-3 mm）; 大气泡型（15 mm）; 水力剪切型：倒盆形曝气器、固定螺旋曝气器； 水力冲击型： 密集多喷嘴和射流扩散装置, 小气泡扩散器：,由微孔透气材料制成的扩散板、扩散盘和扩散管等； 气泡直径在1.5mm以下；氧的利用率较高。, 中气泡扩散器： 气泡直径为23mm。 常用穿孔管、莎纶管。,大气泡扩散器 气泡直径为15mm，常用竖管。, 微气泡扩散器,氧的利用率较高。 缺点：易堵塞，空气需经过滤处理净化，扩散阻力大。,膜片微孔曝气器,盘式橡胶膜微孔曝气头的工作状况,安装中的膜微孔曝气器,鼓风机常用罗茨鼓风机、离心式鼓风机。,分类 ： 按转动轴的安装形式，可分为竖轴式和横轴式两大类。,2、机械曝气,1）水跃曝气机转动时，表面的混合液不断地从周边被抛向四周，形成水跃，液面被强烈搅动而卷入空气； 2) 提升曝气机具有提升作用，使混合液连续地上下循环流动，不断更新气液接触界面，强化气、液接触； 3) 负压吸气曝气器的转动，使其在一定部位形成负压区，而吸入空气。,曝气的原理,(1) 竖式曝气机,泵型叶轮曝气器、 倒伞型叶轮曝气器、 平板型叶轮曝气器等。,泵形叶轮曝气器,倒伞形叶轮曝气器,曝气转刷、曝气转盘等。,(2) 卧式曝气机,卧式曝气刷,动力效率（Ep）：每消耗1度电转移到混合液 中的氧量（kgO2/kw.h）；,氧的利用率（EA）：是指通过鼓风曝气系统转移 到混合液中的氧量占总供氧量的百分比（%）； 充氧能力（R0）：通过表面机械曝气装置在单位时间内转移到混合液中的氧量（kgO2/h）。,3、曝气设备性能指标,从混合液流型可分为推流式、完全混合式和二池结合型三种。,四、曝气池池型,1、推流曝气池,平面布置,横断面布置,推流式曝气池,2、完全混合曝气池,完全混合式曝气池常采用表面曝气机供氧。 池子多采用圆形、方形或多边形。,分建式、合建式,圆形曝气池,方形曝气池,3、推流完全混合结合式,在推流式曝气池中设置多个表面曝气机。,第六节 活性污泥新工艺,一、氧化沟工艺（也称氧化渠或循环曝气池）,1、氧化沟的工艺流程,图1 以氧化沟为主的废水处理流程,一、氧化沟工艺（也称氧化渠或循环曝气池）,2、氧化沟的特征,1) 氧化沟属于活性污泥处理工艺的一种变形工艺; 2) 氧化沟一般采用转刷等表面曝气设备； 3) 氧化沟结型式采用环形沟渠型式，混合液在氧化沟曝气器的 推动下作水平流动(平均流速0.3m/s)； 4) 氧化沟采用延时曝气，不需初沉池，且不采用污泥消化处理； 5) 氧化沟的污泥负荷在0.050.10kgBOD5/kgMLSS.d之间。 6)污泥负荷和污泥龄的选取，要考虑污水硝化和污泥稳定化两个 因素，一般污泥龄为1030d。,一、氧化沟工艺（也称氧化渠或循环曝气池）,3、氧化沟的类型,1) 传统转刷曝气氧化沟；,2) 三沟式氧化沟；,3) 卡鲁塞尔氧化沟；,4) 奥贝尔氧化沟；,5) 一体化氧化沟；,6) 微曝氧化沟等等；,一、氧化沟工艺（也称氧化渠或循环曝气池）,4、氧化沟的命名,（1）根据采用的特殊曝气设备命名，例如将采用立式表曝机曝气的氧化沟，命名为表曝氧化沟，将采用射流曝气的氧化沟命名为射流曝气氧化沟等。,（2）根据氧化沟的运行方式和氧化沟的主要特点方式命名，例如将目前的双沟氧化沟和三沟式氧化沟命名为交替(工作)式氧化沟，将沉淀设备在氧化沟内的氧化沟命名为一体化氧化沟等。而不宜将采用立式表曝机的氧化沟统称为卡鲁塞尔氧化沟。,一、氧化沟工艺（也称氧化渠或循环曝气池）,4、氧化沟的命名,(3) 在引进项目上可以直接采用原名，如奥贝尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟等等。在我们应用时虽然采用同样的工作原理，但是在其已有注册商标的情况下也不要采用同样的名称。,(4) 对应用曝气转刷和曝气转盘的氧化沟没作命名，这是因为这类设备应用非常广泛，几乎可以应用于各种类型的氧化沟。,一、氧化沟工艺（也称氧化渠或循环曝气池）,5、几种典型的的氧化沟,图 采用立式表曝机的卡鲁塞尔氧化沟 (英国ASH Vale 污水处理厂),（1）Carrousel 式氧化沟,（1）Carrousel 式氧化沟,Carrousel 式氧化沟 是60年代末荷兰DHV公司开创的。 采用竖轴低速表面曝气器； 水深可达44.5m，沟内流速达0.30.4m/s； 混合液在沟内每520min循环一次； 沟内混合液总量是入流废水量的3050倍； BOD5去除率可达95%以上，脱氮率可达90%， 除磷效率可达50%； 应用广泛，最大规模为650000m3/d； 昆明兰花沟污水处理厂、上海龙华肉联厂、桂林 市东区废水厂等。,5、几种典型的的氧化沟,（2） Orbal式氧化沟,5、几种典型的的氧化沟,（2） Orbal式氧化沟,5、几种典型的的氧化沟,（2） Orbal式氧化沟,Orbal式氧化沟 圆形或椭圆形的沟渠，能更好地利用水流惯性，可 节省能耗； 多沟串联可减少水流短路现象； 最外层第一沟的容积为总容积的6070%，其中的DO 接近于零，为反硝化和磷的释放创造了条件； 第二、三沟的容积分别为总容积的2030%和10%， 而DO则分别为1和2mg/l； 这种沟渠间的DO浓度差，有利于提高充氧效率；,5、几种典型的的氧化沟,（3）交替工作式氧化沟,1、由丹麦Kruger公司所开发的； 2、有二沟和三沟式两种形式； 3、主要特点： 1）其中的每一条沟均交替用做曝气池和沉淀池， 2）无需二沉池和污泥回流装置； 3）但其中的曝气转刷的利用率较低，D型二沟只有40%，三沟式则提高到了58%；,交替工作氧化沟,5、几种典型的的氧化沟,（3）交替工作式氧化沟,5、几种典型的的氧化沟,（4）曝气沉淀一体化氧化沟,1) 采用的处理流程,6、氧化沟的装置,6、氧化沟的装置,2) 曝气装置 转刷或转盘曝气器 立式表面曝气器 射流曝气器 导管式曝气机 混合曝气系统,6、氧化沟的装置,3) 氧化沟曝气设备 a) 水平轴曝气转刷或转盘,图6-7 曝气转刷设备(OTV-Gruger产品),6、氧化沟的装置,3) 氧化沟曝气设备 b) 水平轴曝气转盘,曝气转盘设备(美国US Filter产品),6、氧化沟的装置,c) 立式低速表曝机,图6-8 荷兰DHV公司表曝机,6、氧化沟的装置,4) 进、出水装置,图6-9 三沟式氧化沟可调式出水堰,5) 导流和混合装置,6、氧化沟的装置,图6-10 潜水搅拌机,图6-11 水下推进器,6) 附属构筑物 如:二沉池 刮泥机 污泥回流泵房等 这一部分与传统活性污泥工艺相同。,6、氧化沟的装置,SBR法是间歇式活性污泥法,通过时间上的安排，在一个池子内完成了进水、反应、沉淀和排水等一系列工艺过程，构成了一个周期。这种工艺近年来在我国已广泛应用。 1、经典SBR反应器,二、SBR工艺类型和发展,去除碳源的典型的SBR运行程序,2、SBR反应器,通过对以上SBR工艺特点和不同研究者的研究结果进行汇总，不考虑一些由于SBR反应器本身优点导致的直接结果，如：投资低和运行费用低等，SBR反应器的众多优点可以归纳成如下几类：,1) 沉淀效果好；,2) 可以防止污泥膨胀；,3) 反应效率高，特别对难降解有机物降解性能好；,4) 可以除磷脱氮等等。,5) 工艺简单，如可省去二沉池，不需污泥回流等；,3、经典SBR反应器的优点,表 SBR的优点汇总,4、SBR反应器的优缺点分析,（1）经典SBR反应器,（2） ICEAS工艺,5、SBR工艺类型和发展,（3） CASS工艺 CASS工艺是Goronszy教授在ICEAS的基础上开发出来的,(1) 生物选择器 (2) 缺氧区 (3) 好氧区 (4) 回流污泥和剩余污泥 (5) 滗水器 图 循环式活性污泥法工艺(CASS)的组成,5、SBR工艺类型和发展,（4） UNITANK系统 UNITANK系统是90年代初，比利时SEGHERS公司提出一种SBR的变型工艺。,图 UNITANK工艺图,5、SBR工艺类型和发展,1、工艺流程,三、 AB（吸附生物降解）法工艺,2、主要特点： 未设初沉池，由吸附池和中间沉淀池组成的A段为 一级处理系统； B 段由曝气池和二沉池组成； A、B 两段各自拥有独立的污泥回流系统，两段完全 分开，各自有独特的微生物群体，有利于功能稳定。,三、 AB（吸附生物降解）法工艺,A段的特征 本工艺不设初沉池，使原废水中的微生物全部进入 吸附池，使A段成为一个开放性的生物反应器； 负荷高，有利于增殖速度快、适应能力强的微生物 生长； BOD去除率为4070%，出水可生化性有所提高，有利 于B段的继续降解； 污泥产率较高，吸附能力强； 对有机物的去除，主要靠污泥絮体的吸附作用，生 物降解只占1/3左右。,三、 AB（吸附生物降解）法工艺,B段的特征 其来水为A段出水，水质、水量较稳定，冲击负荷 不再影响本段，净化功能得以充分发挥； 其负荷率为总负荷率的3060%，曝气池的容积较 传统法减少40%左右； 其污泥龄较长，氮在A段得到了部分去除，BOD/N 比值有所降低，有利于硝化反应。,膜生物反应器是由膜分离技术与生物反应器相结合的生化反应系统，膜生物反应器最早于60年代出现在酶制剂工业中；在水处理中应用膜生物反应器技术开始于70年代初期；八十年代中后期膜生物反应器应用于水处理有了很大的进展（工艺流程如下图所示）。,四、膜生物反