废水生化系统工艺控制及原理.ppt

废水生化系统工艺控制及原理 废水生化法概述 废水生物化学处理法简称 废水生化法 是利用微生物的代谢作用 使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为无害物质 以实现净化的方法 可分为需氧生物处理法和厌氧生物处理法 前者主要有活性污泥法 生物膜法 氧化塘法等 主要有 水 碳素营养源 氮素营养源 无机盐及生长因素 影响微生物生长的环境因素 微生物的营养 微生物生长的营养及影响因素 微生物的组成 细胞分子式 C5H7O2N 有机部分 细胞分子式 C60H87O23N12P 考虑磷 一般估算好氧微生物营养比例 BOD N P 100 5 1 厌氧微生物营养比例 BOD N P 400 5 1 各类微生物所生长的温度范围不同 约为5 80 可分为最低生长温度 最高生长温度和最适生长温度 是指微生物生长速度最快时温度 中温性 20 45 好热性 高温性 45 以上 和好冷性 低温性 20 以下 三类 温度超过最高生长温度时 蛋白质迅速变性及酶系统遭到破坏而失活 严重者可使微生物死亡 低温会使微生物代谢活力降低 生长繁殖停止状态 但仍保存其生命力 影响微生物生长的环境因素 温度 不同的微生物有不同的pH适应范围 细菌 放线菌 藻类和原生动物的pH适应范围是在4 10之间 大多数细菌适宜中性和偏碱性 pH 6 5 7 5 的环境 废水生物处理过程中应保持最适pH范围 当废水的pH变化较大时 应设置调节池 使进入反应器 如曝气池 的废水 保持在合适的pH范围 影响微生物生长的环境因素 pH值 影响微生物生长的环境因素 溶解氧是影响生物处理效果的重要因素 好氧微生物处理的溶解氧一般以2 4mg L为宜 溶解氧 在工业废水中 有时存在着对微生物具有抑制和杀害作用的化学物质 这类物质我们称之为有毒物质 在废水生物处理时 对这些有毒物质应严加控制 但毒物浓度的允许范围 需要具体分析 有毒物质 微生物生长动力学 一 微生物的生长规律 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 静止期 平衡期 衰老期 衰亡期 停滞期 对数期 活性污泥被接种到与原来生长条件不同的废水中或污水处理厂因故中断运行后再运行 可能出现停滞期 这种情况下 污泥需经过若干时间的停滞后才能适应新的废水 或从衰老状态恢复到正常状态 停滞期是否存在或停滞期的长短 与接种活性污泥的数量 废水性质 生长条件等因素有关 当废水中有机物浓度高 且培养条件适宜 则活性污泥可能处在对数生长期 处于对数生长期的污泥絮凝性较差 呈分散状态 镜检能看到较多的游离细菌 混合液沉淀后其上层液混浊 含有机物浓度较高 活性强沉淀不易 当污水中有机物浓度较低 营养物明显不足时 则可能出现衰老期 处于衰老期的污泥松散 沉降性能好 混合液沉淀后上清液清澈 但有细小泥花 注意合成产率系数和观测产率系数 平衡期 衰老期 当污水中有机物浓度较低 污泥浓度较高时 污泥则有可能处于静止期 处于静止期的活性污泥絮凝性好 混合液沉淀后上层液清澈 处理效果好的活性污泥法构筑物中 污泥处于静止期 一 废水可生化性 脂肪烃或正烷烃较芳香烃或环烷烃易降解 不饱和脂肪族化合物较易降解 直链的中长链烃的降解比短链烃易 烷烃中丙烷以上的碳化合物 随着碳原子数量的增多降解越容易 不溶性物质 如矿物油类 抗降解能力大 化合物的分子大小与可降解性有关 聚合物和复合物具有较大的抗降解能力 酶分子不能接近和破坏它们的内部结构 废水的可生化性 有机化合物异构作用对可降解性有影响 化合物所含置换集团的性质 数量和位置影响着可降解性 当化合物主链上有非碳元素时 降解十分困难 酚类是易于降解的 酮类介于醛 醇之间 但丁烯酮降解困难 以酚为代表的决大部分有机物低浓度时可以降解但在高浓度时毒性大将抑制微生物的生命活动 废水中污染物混合后若出现聚合 复合等现象将加大其抗降解能力 有毒物质之间的混合也会增大毒性作用 自然界中原有物质较易降解 人工合成物质则较难 二 废水可生化性的评价方法 BOD5 COD值法 活性污泥法 第一节基本原理与分类第二节活性污泥法参数第三节曝气第四节工艺类型第五节运行与管理 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 活性污泥的性质 曝气池 曝气池混合液配水进入二沉池 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 过程可分为三个阶段 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 固液分离 凝聚沉淀阶段 1 产生 从间歇式发展到连续式2 基本工艺流程 活性污泥法基本流程图 二 活性污泥法的基本流程 废水经过适当预处理 如初沉 后 进入曝气池与池内活性污泥混合成混合液 并在池内充分曝气 废水中有机物在曝气池内被活性污泥吸附 吸收和氧化分解后 混合液进入二次沉淀池 进行固液分离 净化的废水排出 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 供氧系统 提供足够的溶解氧 1 表示混合液中活性污泥数量的指标 曝气池 2 活性污泥浓缩沉降性能指标3 生物相指标 三 活性污泥性能指标 活性污泥数量指标 按有机性和无机性成 MLSS混合液悬浮固体浓度 它又称为混合液污泥浓度 它表示的是在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总重量 mg L MLVSS混合液挥发性悬浮固体浓度 它表示的是混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度 mg L 一般在活性污泥曝气池内常保持MISS浓度在2 6g L之间 多为3 4g L 处理生活污水的活性污泥一般MLVSS MLSS 0 7 活性污泥的沉降浓缩性能 污泥沉降比 SV 取混合液至1000mL或100mL量筒 静止沉淀30min后 以沉淀活性污泥的体积占混合液体积的比例 表示污泥沉降比 SV反应了曝气池正常运行的污泥量 可用于控制剩余污泥排放量 同时通过它能及早发现污泥膨胀等异常现象的发生 曝气池混合液的沉降比正常范围为15 30 污泥沉降比 SV 的测定 污泥体积指数 SVI SV不能确切表示污泥沉降性能单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能 简称污泥指数 单位为mL g SVI 100 沉淀性能良好 SVI 100 200 沉淀性能一般 SVI 200 沉淀性能较差 易膨胀 一般控制在50 150 活性污泥的生物相指示 1 正常情况下 细菌以菌胶团形式存在 游离细菌多是活性污泥处于不正常状态的特征 2 丝状菌 球衣细菌 Sphaeotilus 白硫细菌 Beggiatoa 3 一般以钟虫作为活性污泥法的特征指示生物 4 曝气不足时 活性污泥恶化 出现的原生动物主要是滴虫 屋滴虫 侧滴虫及波豆虫 肾形虫 草履虫等 曝气过度时 出现的原生动物是变形虫 第二节活性污泥法参数 污泥负荷与泥龄 一般将有机底物与活性污泥的重量比值 F M 也即单位重量活性污泥 kgMLSS在单位时间内所承受的有机物量 kgBOD 称为污泥负荷 常用L表示 式中Q S0和V分别代表废水流量 BOD浓度和曝气池容积 式中 S0 原污水中有机污染物的浓度 BOD mg LX 混合液悬浮固体 MLSS 浓度 mg LV 曝气池容积 m3 一 污泥负荷 二 细胞平均停留时间 泥龄 与水力停留时间 细胞平均停留时间 c也称泥龄 表示微生物在曝气池中的平均培养时间 也即曝气池内活性污泥平均更新一遍所需的时间 间歇实置中泥龄与水力停留时间相等 连续流活性污泥系统中 由于存在污泥回流 泥龄比水力停留时间大得多 水力停留时间 HRT hydraulicretentiontime HRT 是指水在处理系统中的停留时间 单位也是d HRT V QV是曝气池的体积 Q是废水的流量 活性污泥法的三个要素 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 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 第三节曝气 曝气方式1 鼓风曝气系统2 机械曝气装置3 鼓风 机械曝气系统4 其他 富氧曝气 纯氧曝气 曝气的作用1 好氧微生物的需氧代谢2 兼性微生物酶的好氧合成3 混合液的搅拌作用 厌氧 缺氧池另加搅拌器 微孔曝气设备 微孔曝气盘 微孔曝气设备安装 微孔曝气设备的运行状况 2A A O工艺 A A O工艺亦称A2 O工艺 是将厌氧 好氧除磷系统和缺氧 好氧脱氮系统相结合而成 是生物脱氮除磷的基础工艺 可同时去除水中的BOD 氮和磷 原水与从沉淀池回流的污泥首先进入厌氧池 在此污泥中的聚磷菌利用原污水中的溶解态有机物进行厌氧释磷 然后与好氧末端回流的混合液一起进入缺氧池 在此污泥中的反硝化菌利用剩余的有机物和回流的硝酸盐进行反硝化作用脱氮 脱氮反应完成后 进入好氧池 在此污泥中的硝化菌进行硝化作用将废水中的氨氮转化为硝酸盐同时聚磷菌进行好氧吸磷 剩余的有机物也在此被好氧细菌氧化 最后经沉淀池进行泥水分离 出水排放 沉淀的污泥部分返回厌氧池 部分以富磷剩余污泥排出 厌氧厌氧释磷缺氧反硝化细菌反硝化脱氮好氧硝化细菌硝化作用生成硝酸盐 聚磷菌好氧吸磷 本工艺特点 1 本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱N除P工艺 总的水力停留时间少于其他同类工艺 2 在厌氧 缺氧 好氧交替运行条件下 丝状菌不能大量增殖 无丝状菌膨胀之虞 3 污泥中含P浓度高 一般为2 5 以上 具有很高的肥效 4 运行中勿需投药 两个A段只用轻缓搅拌 以不增加溶解氧为度 运行费用低 5 厌氧 缺氧 好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合 能同时具有去除有机物 脱N除P的功能 6 脱N效果受混合液回流比大小的影响 除P效果则受回流污泥中夹带DO和硝酸态氧的影响 因而脱N除P效率不可能很高 存在问题 1 厌氧区居前 回流污泥中带有大量的硝酸根 破坏厌氧环境 对厌氧区聚磷菌厌氧释磷不利 2 缺氧区处于系统中间 反硝化脱氮C源供给不足 使系统脱氮受限 3 由于存在内循环 常规工艺系统所排放的剩余污泥中实际中只有一部分经历了完整的释P 吸P过程 其余则基本上未经厌氧状态而直接由缺氧进入好氧区 这对系统除P不利 3氧化沟工艺 氧化沟又称循环曝气池 第一座氧化沟污水处理厂是巴斯维尔Pasveer于1954年在荷兰建造 氧化沟一般由沟体 曝气设备 进出水装置 导流和混合设备组成 沟体的平面形状一般呈环形 也可以是长方形 L形 圆形或其他形状 沟端面形状多为矩形和梯形 氧化沟法由于具有较长的水力停留时间 较低的有机负荷和较长的污泥龄 因此相比传统活性污泥法 可以省略调节池 初沉池 污泥消化池 有的还可以省略二沉池 氧化沟具有独特水力学特征和工作特性 1 氧化沟结合推流和完全混合的特点 有利于克服短流和提高缓冲能力 2 氧化沟有明显的溶解氧浓度梯度 特别适用于硝化 反硝化生物处理工艺 3 氧化沟沟内功率密度的不均匀配备 有利于氧的传质 液体混合和污泥絮凝 4 氧化沟的整体功率密度较低 可节约能源 5 氧化沟具有处理流程简单 操作管理方便 出水水质好 工艺可靠性强 基建投资省 运行费用低等特点 氧化沟工艺的缺点 1 污泥膨胀问题当废水中的碳水化合物较多 N P含量不平衡 pH值偏低 氧化沟中污泥负荷过高 溶解氧浓度不足 排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀 非丝状菌性污泥膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷较高时 微生物的负荷高 细菌吸取了大量营养物质 由于温度低 代谢速度较慢 积贮起大量高粘性的多糖类物质 使活性污泥的表面附着水大大增加 SVI值很高 形成污泥膨胀 2 泡沫问题由于进水中带有大量油脂 处理系统不能完全有效地将其除去 部分油脂富集于污泥中 经曝气充氧搅拌 产生大量泡沫 泥龄偏长 污泥老化 也易产生泡沫 3 污泥上浮问题当废水中含油量过大 整个系统泥质变轻 在操作过程中不能很好控制其在二沉池的停留时间 易造成缺氧 产生腐化污泥上浮 当曝气时间过长 在池中发生高度硝化作用 使硝酸盐浓度高 在二沉池易发生反硝化作用 产生氮气 使污泥上浮 另外 废水中含油量过大 污泥可能挟油上浮 4 流速不均及污泥沉积问题在氧化沟中 为了获得其独特的混合和处理效果 混合液必须以一定的流速在沟内循环流动 一般认为 最低流速应为0 15m s 不发生沉积的平均流速应达到0 3 0 5m s 氧化沟的曝气设备一般为曝气转刷和曝气转盘 转碟曝气机 转刷的浸没深度为250 300mm 转盘的浸没深度为480 530mm 与氧化沟水深 3 0 3 6m 相比 转刷只占了水深的1 10 1 12 转盘也只占了1 6 1 7 因此造成氧化沟上部流速较大 约为0 8 1 2m 甚至更大 而底部流速很小 特别是在水深的2 3或3 4以下 混合液几乎没有流速 致使沟底大量积泥 有时积泥厚度达1 0m 大大减少了氧化沟的有效容积 降低了处理效果 影响了出水水质 第五节活性污泥法运行与管理 一 水力负荷二 有机负荷三 污泥浓度四 曝气时间五 微生物平均停留时间 MCRT 六 氧传递速率七 回流污泥浓度八 污泥体积指数九 pH和碱度十 溶解氧浓度十一 污泥膨胀及其控制十二 污泥上浮十三 泡沫问题 流向污水厂的流量变化 一水力负荷 水力负荷变化影响活性污泥法系统的曝气池和二次沉淀池 二有机负荷L 污泥负荷L和MLSS的设计值大 曝气池所需的体积就小 但出水水质降低 而且剩余污泥量增多 增加了污泥处置的费用和困难 同时 整个处理系统较不耐冲击 为避免剩余污泥处置上的困难和系统的稳定可靠 可采用低污泥负荷 0 1 就是延时曝气法 污泥负荷L和MLVSS 或MLSS 的设计值将确定曝气区容积 三微生物浓度 设计中并不采用高MLSS 原因如下 其一 曝气池污泥量的增加意味着泥龄的增加 泥龄的增加就使污泥中活细胞的比例减小 其二 过高的微生物浓度使污泥在沉淀池中难以沉淀 影响出水水质 其三 高污泥浓度 曝气池需更高的氧传递速率 否则 微生物就受到抑制 处理效率降低 四曝气时间 在通常情况下 城市污水处理中最短曝气时间为3h 五微生物平均停留时间 MCRT 泥龄 微生物平均停留时间至少等于水力停留时间 此时 曝气池内的微生物浓度很低 大部分微生物是分散的 微生物的停留时间过长会使絮凝条件变差 世代时间长于平均停留时间的微生物几乎不可能在活性污泥中繁殖 六氧传递速率 氧传递速率要考虑二个过程 要提高氧的传递速率 充足的氧量 混合液悬浮固体保持悬浮状态和紊动条件 七回流污泥浓度 回流污泥浓度是污泥沉降特性和回流速率的函数 曝气池中MLSS不可能高于回流污泥浓度 两者愈接近 回流比愈大 限制MLSS值的主要因素是回流污泥浓度 1 在曝气池出口处取混合液试样 2 测定MLSS g L 3 把试样放在一个1000mL的量筒中沉淀30min 读出活性污泥的体积 mL 4 按下式计算 八污泥体积指数SVI 九pH和碱度 活性污泥混合液pH通常为6 5 8 5 蛋白质代谢产生碳酸铵碱度和天然水中带来的碱度可起缓冲作用 十溶解氧浓度 通常溶解氧浓度不是关键因素 除非溶解氧接近于零 只要细菌获得所需溶解氧 代谢速率就不受溶解氧的影响 一般认为混合液中溶解氧浓度应保持在0 5 2mg L 以保证活性污泥系统的正常运行 过分的曝气使氧浓度提高 但由于紊动过于剧烈 絮状体破裂 使出水浊度升高 特别是对于好氧速度不快而泥龄偏长的系统 强烈混合使破碎的絮状体不能很好地再凝聚 十一污泥膨胀及其控制 正常活性污泥沉降性能良好 SVI在50 150之间 当活性污泥不正常时 污泥不易沉淀 反映在SVI值升高 活性污泥膨胀 主要是鞘细菌和硫细菌引起 高黏性多糖类物质引起 丝状菌性膨胀的主要原因 水质是造成污泥膨胀的最主要因素 含硫化物多的污水易发生硫细菌引起的丝状膨胀 水温低于15 时 一般不会发生膨胀 pH低时 容易产生膨胀 丝状菌性膨胀的主要因素 运行条件 污泥负荷对污泥膨胀在一定条件下有一定的影响 但两者无必然的联系 溶解氧浓度并不一定影响污泥的膨胀 丝状菌性膨胀的主要因素 工艺方法 完全混合工艺比传统推流方式易发生污泥膨胀 间歇运行曝气池最不易发生污泥膨胀 不设初沉池的活性污泥法不易发生污泥膨胀 叶轮式机械曝气与鼓风曝气相比易于发生丝状菌性膨胀 射流曝气可有效克制浮游球衣细菌引起的污泥膨胀 非丝状菌性膨胀 非丝状菌性膨胀主要发生在水温较低而污泥负荷高时 污泥负荷高 细菌吸收大量营养物 但由于温度低 代谢速度较慢 积贮起大量高黏性的多糖类物质 这些多糖类物质的积贮 使活性污泥的表面附着水大大增加 使污泥形成污泥膨胀 发生非丝状菌性膨胀时 处理效率仍