11水处理工程活性污泥.ppt

第十一章活性污泥法第一节污水生物处理简介现代污水处理程度划分 1 一级处理 主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质 物理处理法大部分只能完成一级处理的要求 经过一级处理后的污水 BOD一般可去除30 左右 达不到排放标准 一级处理属于二级处理的预处理 2 二级处理 主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质 BOD COD 去除率可达90 以上 使有机污染物达到排放标准 3 三级处理 是在一级 二级处理后 进一步处理难降解的有机物 磷和氮等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等 主要方法有生物脱氮除磷法 混凝沉淀法 砂滤法 活性炭吸附法 离子交换法和电渗析法等 废水生物处理概述 1 废水的生物处理 BiologicalTreatment 是通过微生物的新陈代谢作用 将废水中有机物的一部分转化为微生物的细胞物质 另一部分转化为比较稳定的化学物质 无机物或简单有机物 的方法 生物处理过程的实质是一种由微生物参与进行的有机物分解过程 分解有机物的微生物主要是细菌 其它微生物如藻类和原生动物也参与该过程 但作用较小 2 生物处理的三大要素作用者 微生物 细菌 作用对象 有机物 无机物等 条件 最基本的条件是供氧情况 即氧的传递速率 3 操作单元 OperatingUnits 好氧生物处理 AerobicBiologicalTreatment 厌氧生物处理 AnaerobicBiologicalTreatment 废水生物处理概述 好氧生物处理好氧生物处理时 一部分被微生物吸收的有机物氧化分解成简单无机物 同时释放出能量 作为微生物自身生命活动的能源 另一部分有机物则作为其生长繁殖所需要的构造物质 合成新的原生质 好氧生物处理方法 活性污泥法 1 普通活性污泥法 2 分步曝气法 3 氧化沟 4 SBR反应器 5 接触稳定法 6 接触氧化池 7 生物滤池 8 生物转盘 9 生物流化床 废水生物处理概述 厌氧生物处理厌氧污泥实际上是以厌氧细菌为主而构成的微生物生态系统 这些厌氧细菌主要有两种 一种是只要有氧存在就不能繁殖的细菌 称为绝对厌氧菌 另一种是不论有氧存在与否都能增长的细菌 称为兼性厌氧菌 厌氧生物处理方法 普通厌氧消化池 厌氧接触工艺 上流式厌氧污泥床反应器 厌氧生物滤池 厌氧流化床 厌氧生物转盘 好氧与厌氧生物处理的特征 与好氧生物处理相比 厌氧生物处理具有以下特征 A 应用范围广 好氧适用低浓度废水 厌氧可直接处理高浓度废水处理 B 能量需求低 还可以产生能量 C 污泥产量极低 D 对水温的适应范围较为宽广 E 能够被降解的有机物多 但 F 厌氧处理启动时间较长 G 处理出水水质较差 H 对pH值较为敏感 I 处理过程机理较为复杂 它是多种不同性质的微生物协同工作的过程 远比好氧复杂 废水可生化处理的评价指标 一般地 可用BOD5 COD值作为有机物生物降解性的评价指标 BOD5 COD 0 45时为易生物降解 BOD5 COD 0 30时为可生物降解 BOD5 COD 0 30时为较难生物降解 BOD5 COD 0 20时为不宜生物降解 BOD5 ThOD 理论需氧量 0 30时为可生物降解 0 10时为不宜生物降解 第二节活性污泥法的基本概念一 基本原理活性污泥 是由多种好氧微生物 某些兼性或厌氧微生物以及废水中的固体物质 胶体等交织在一起的呈黄褐色絮体 活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水一类好氧生物的处理方法 这种生物絮体叫做活性污泥 它由好氧生物 包括细菌 真菌 原生动物和后生动物 及其代谢的和吸附的有机物 无机物组成 具有降解废水中有物质污染物 也有些可部分利用无机物 的能力 活性污泥形状图 活性污泥法净化废水包括下述三个主要过程 吸附BOD曝气时间 微生物的代谢活性污泥法是多底物多菌种的混合培养系统 存在错综复杂的代谢方式和途径 凝聚与沉淀 二 基本流程活性污泥法是利用悬浮培养体来处理废水的一种生物化学工程方法 用于去除废水中溶解的以及胶体的有机物质 活性污泥法是一种通常所称的二级处理方法 它接纳从初次沉淀池的来水进行需氧生物氧化处理 完整的活性污泥法厂一般包括了初次沉淀池以及除砂等初次处理设备 但是 根据废水的特性 初次沉淀池有时可以省略 基本的活性行泥法如图所示 1 发生需氧生物氧化过程的反应器 这是活性污泥法的核心部分 这个反应器也就是一般所称的曝气池 2 向反应器混合液中分散空气或纯氧的氧源 空气或氧气以压力态或大气常压态进入混合液中 3 对反应器中液体进行混合的设备或手段 4 对混合液进行固液分离的沉淀池 把混合液分成沉淀的生物固体与经处理后的废水两部分 这一沉淀池称为二次沉淀池或二沉池 5 收集二次沉淀池的沉淀固体并回流到反应器的设备 6 从系统中废弃一部分生物固体的手段 三 活性污泥的特征与微生物 特征a 形态 在显微镜下呈不规则椭圆状 在水中呈 絮状 b 颜色 正常呈黄褐色 但会随进水颜色 曝气程度而变 如发黑为曝气不足 发黄为曝气过度 c 理化性质 1 002 1 006 含水率99 直径大小0 02 0 2mm 表面积20 100cm2 ml pH值约6 7 有较强的缓冲能力 其固相组分主要为有机物 约占75 85 d 生物特性 具有一定的沉降性能和生物活性 理解 自我繁殖 生物吸附与生物氧化 e 组成 由微生物群体Ma 微生物残体Me 难降解有机物Mi 无机物Mii四部分组成 微生物组成及其作用组成 包括细菌 真菌 原生动物 后生动物及其食物链 细菌 以异养型原核生物 细菌 为主 数量107 108个 ml 自养菌数量略低 其优势菌种 产碱杆菌属等 它是降解污染物质的主体 具有分解有机物的能力 真菌 由细小的腐生或寄生菌组成 具分解碳水化合物 脂肪 蛋白质的功能 但丝状菌大量增殖会引发污泥膨胀 原生动物 肉足虫 鞭毛虫和纤毛虫3类 捕食游离细菌 其出现的顺序反映了处理水质的好坏 这里的好坏是指有机物的去除 最初是肉足虫 继之鞭毛虫和游泳型纤毛虫 当处理水质良好时出现固着型纤毛虫 如钟虫 等枝虫 独缩虫 聚缩虫 盖纤虫等 后生动物 主要指轮虫 捕食菌胶团和原生动物 是水质稳定的标志 因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处理的质量 微生物增殖与活性污泥的增长 a 微生物增值 在污水处理系统或曝气池内微生物的增殖规律与纯菌种的增殖规律相同 即停滞期 适应期 对数期 静止期 也减速增殖期 和衰亡期 内源呼吸期 b 从时间上看 停带期 污泥驯化培养的最初阶段 即细胞内各种酶系统的适应期 此时菌体不繁殖 菌数不增加 对数期 细胞以最快速度进行繁殖 细菌生长速度最大 此时微生物的营养物质丰富 生物生长繁殖不受底物或基质限制 如A段 在此阶段微生物增长的对数值与时间呈直线关系 其微生物数量大 但个体小 其净化速度快 但效果较差 只能用于前段处理 相当于生物一级强化工艺 减速增殖期 由于营养物质被大量耗消 此时细胞增殖速度与死亡速度相当 活菌数量多且趋于稳定 个体趋于成熟 衰亡期 营养物基本耗尽 微生物只能利用菌体内贮存物质 大多数细胞出现自溶现象 细菌死亡多 增殖少 但细胞个体最大 净化效果强 对有机物而言 同时 自养菌比例上升 硝化作用加强 如氧化沟或硝化段 相当于二级半或延时曝气工艺 可见不同增殖期对应于不同微生物组合 对应于不同生物处理工艺 C 从空间看 由前至后污染物浓度不断降低 微生物数量由对数期逐步过渡至衰亡期 微生物组成由细菌逐步过度为轮虫等 水质逐步变好 类似于水体自净这一污水处理的原型 絮体形成 活性污泥的核心 菌胶团 它是成千上万细菌相互粘附形成的生物絮体 其在对数增长期 个体处于旺盛生长 其运动活性大于范性华力 菌体不能结合 但到了衰亡期 动能低微 范德华力大 菌体相互粘附 形成生物絮体 因此静止期与衰亡期个体是活性污泥的重要微生物 四 活性污泥指标衡量活性污泥数量和性能的指标主要有以下几项 污泥沉降比 SV 指一定量的曝气池混合液静置30min后 沉淀污泥与原混合液的体积比 用百分数表示 即污泥沉降比 SV 混合液经30min沉降后的污泥体积 混合液体积SV是污泥沉淀性能的依据 可表示污泥数量 控制污泥回流量 絮凝沉淀性能好 污泥浓度指1升混合液内所含的悬浮固体 常表示为MLSS 或挥发性悬浮固体 MLVSS 的重量 单位为g l或mg l表示 污泥浓度的大小可间接地反映混合液中所含微生物的浓度 一般在活性污泥曝气池内常保持MLSS浓度在2 6g l之间 多数为3 4g l 用悬浮固体浓度 MLSS 表示微生物量是不准确的 因为它包括了活性污泥吸附的无机惰性物质 这部分物质没有生物活性 在生活污水活性污泥法处理中 MLSS中只有30 50 为活的微生物体 而在延时曝气法中此比例降为10 以下 采用挥发性悬浮固体浓度来表示 也不能排除非生物有机物及已死亡微生物的惰性部分 然而 在正常的运转状态下 一定的废水和废水处理系统 MLSS与MLVSS之间以及MLSS与活性微生物量之间具有相对稳定的相关关系 因而在没有更精确的直接测定活细胞量的方法以前 用MLSS或MLVSS间接代表微生物的浓度还是可行的 多用MLSS 污泥容积指数 SVI 指曝气池混合液经30min沉淀后 1g干污泥所占有沉淀污泥容积的毫升数 单位为ml g 但一般不标注 SVI的计算式为SVI SV的百分数 10 MLSS g L 例如 曝气池混合液污泥沉降比 SV 为20 污泥浓度为2 5g l 则污泥容积指数为SVI 20 10 2 5 80在一定的污泥量下 SVI反映了活性污泥的凝聚沉淀性 如SVI较高 表示SV值较大 沉淀性差 如SVI较小 污泥颗粒密实 矿化度高 沉淀性能好 但太低 吸附性能和活性都较差 通常SVI 100 沉淀性能良好 100 200时 沉淀性一般 而当SVI 2OO时 沉淀性较差 污泥易膨胀 一般常控制SVI在50 150之间为宜 但根据废水性质不同 这个指标也有差异 如废水溶解性有机物含量高时 通常的SVI值可能较高 相反 废水中含无机性悬浮物较多时 正常的SVI值可能较低 生物指示相活性污泥中出现的微生物是普通的微生物 主要是细菌 放线菌 真菌 原生动物和少数其它微型动物 通常情况下 细菌以菌胶团形式存在 游离细菌仅出现在未成熟的活性污泥中 也可能出现在废水处理条件变化 如毒物浓度升高 pH值过高或过低等 使菌胶团解体时 所以 游离细菌多是活性污泥处于不正常状态的特征 除了菌胶团外 成熟的活性污泥中还常常存在丝状菌 过量增殖 会使SVI值上升 造成污泥流失 这种现象称为污泥膨胀 活性污泥中的原生动物种类很多 常见的有肉足类 鞭毛类和纤毛类等 尤其以固着型纤毛类 如钟虫 盖虫 累枝虫等占优势 在这些固着型纤毛虫中 钟虫的出现频率高 数量大 而且在生物演替中有着较为严密的规律性 因此 一般都以钟虫属作为活性污泥法的特征指示生物 经验表明 当环境条件适宜时 微生物代谢活力旺盛 繁殖活跃 可观察到钟虫的纤毛回环摆动较快 食物泡数量多 个体大 在环境条件恶劣时 原生动物活力减弱 钟虫口缘纤回毛停止摆动 伸缩泡停止收缩 还会脱去尾柄 虫体变成圆柱体 甚至越变越长 终至死亡 钟虫顶端有气泡是水中缺氧的标志 当系统有机物负荷增高 曝气不足时 活性污泥恶化 此时出现的原生动物主要有滴虫 屋滴虫 侧滴虫及波豆虫 肾形虫 豆形虫 草履虫等 当曝气过度时出现的原生动物主要是变形虫 因此 以原生动物作为废水水质和处理效果好坏的指示生物是可行的 同时 原生动物的观察与鉴别比细菌方便得多 所以了解活性污泥的生物组成及其演替是十分有用的 在利用生物指示时 应全面掌握生物种属的组合及其变化 如数量的增减优势种属的变化 生物活动和存在状态的变化等 但是 应该指出的是 由于原生动物中大多数种属的生存适应范围很宽 因此 任何原生动物种属的偶然或少量出现 也是可能的 从废水处理的角度看 这种偶然的出现 没有实际的指示作用 只能作为相对的种属组成而已 因此 在利用生物种属的变化作为废水处理设备工作状态的监督手段时应着重注意数量组成和优势种属的类别 另外 由于工业废水水质差异很大 不同的废水处理系统所出现的原生动物优势种或组合都会有一定差别 所以 生物相的观察和指示作用决不能代替水质的理化分析和其他各项监督工作 而且 生物指示也仅仅是定性的 在运行监督中起辅助作用 五 活性污泥法的分类按废水和回流污泥的进入方式及其在曝气池中的混合方式 活性污泥法可分为推流式和完全混合式两大类 推流式活性污泥曝气池有若干个狭长的流槽 废水从一端进入 另一端流出 此类曝气池又可分为平行水流 并联 式和转折水流 串联 式两种 随着水流的过程 底物降解 微生物增长 F M沿程变化 系统处于生长曲线某一段上工作 完全混合式是废水进入曝气地后 在搅拌下立即与池内活性污泥混合液混合 从而使进水得到良好的稀释 污泥与废水得到充分混合 可以最大限度地承受废水水质变化的冲击 同时由于池内各点水质均匀 F M一定 系统处于生长曲线某一点上工作 运行时 可以调节F M 使曝气池处于良好的工况条件下工作 当然 理论的推流式和完全混合式是没有的一般实际运行的曝气池的流型都介于两者之间 按供氧方式 活性污泥可分为鼓风曝气式和机械曝气式两大类 第三节活性污泥法参数一 污泥负荷将有机底物与活性污泥的重量比值 F M 即单位重量活性污泥 kgMLSS 或单位体积曝气池 m3 在单位时间 d 内所承受的有机物量 kgBOD 称为污泥负荷 常用L表示 Q S0 V分别代表废水流量 BOD浓度和曝气池容积 为了表示有机物的去除情况 也采用去除负荷Lr 即单位重量活性污泥在单位时间所去除的有机物重量 Se 分别表示出水的底物浓度和处理效率 污泥负荷与废水处理效率 活性污泥特性 污泥生成量 氧的消耗量有很大关系 废水温度对活性污泥负荷的选择也有 定影响 1 污泥负荷与处理效率的关系实践表明 在 定的污泥负荷范围内 随着污泥负荷的升高 处理效率将下降 处理水的底物浓度将升高 下图为几种有机工业废水处理过程中污泥负荷与BOD去除率间的关系实例 由图可见 污泥负荷增大 BOD去除率下降 一般来说 负荷在0 4kgBOD kgMLSS d以下时 可得到90 以上的BOD去除率 对不同的底物 L 关系有很大差异 粪便污水 食品工业废水等所含底物是糖类 有机酸 蛋白质等 般性有机物 容易降解 即使污泥负荷升高 BOD去除率下降的趋势也较缓慢 相反地 醛类 酚类的分解需要特种微生物 当污泥负荷超过某一值后 BOD去除率显著下降 对同一种废水 在不同的污泥负荷范围内 其BOD去除率变化速度也不同 污泥负荷与底物去除率的关系也可用数学模型来描述 对图所示的完全混合系统 在底物浓度较低时 底物降解速率为 式中xv 曝气池混合液挥发性悬浮固体 MLVSS 浓度 mg L K 底物 BOD 的降解速度常数 Eckenfelder等人推荐城市生活污水和性质与其类似的工业废水的K值为0 0007 0 00117L mg h 我国某城市污水厂的实测K值为0 000835L mg h 式中Kl和n为经验常数 日本桥本奖统计了美国46个城市污水厂的运转数据 得到上式中K1 0 01295 n 1 1918 相关系数r 0 821 国内某石油化工厂废水活性污泥法处理系统的K1 0 0326 n 1 33 相关系数r 0 92 某煤气厂废水 按酚的去除负荷计 K1 0 3802 n 0 4586 按COD的去除负荷计 Kl 6 624 n 0 5521 2 污泥负荷对活性污泥特性的影响采用不同的污泥负荷 微生物的营养状态不同 活性污泥絮凝沉淀性也就不同 实践表明 在一定的活性污泥法系统中 污泥的SVI值随着污泥负荷有复杂的变化 SVI随污泥负荷变化的基本规律如图所示 由图可见 SVI L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 污泥沉淀性差 将会出现污泥膨胀 3 水温对污泥负荷的影响温度对微生物的新陈代谢作用有很大影响 在一定的水温范围内 提高水温 可以提高BOD的去除速度和能力 此外 还可以降低废水的粘性 从而有利于活性污泥絮体的形成和沉淀 水温变化时 污泥负荷的选定也有一定的变化 由上图可见 水温由21 变为38 2 SVI曲线的波形变得平缓 污泥膨胀负荷有所升高 因此 从SVI角度看 水温较高时 可以选用较高的污泥负荷 不致使污泥膨胀 在运转过程中 为了保证系统正常工作 当水温升高时 微生物代谢旺盛 耗氧速度大 可以降低回流比 减小污泥浓度 从而减少了污泥的自身代谢耗氧 这样就相对提高了污泥负荷 同时 污泥浓度减小了 氧的传递速率也有所提高 从而适应了负荷提高的耗氧要求 相反 当水温较低时 可增大污泥浓度 减小污泥负荷 此时由于氧传递速率相对减小 代谢速率减慢 供氧和耗氧也能相互适应 水温对污泥负荷的影响可用Arrhenius公式描述 也可用下式表示 式中L20和LT分别表示水温为20 和T 时的污泥负荷 为温度系数 对含酚废水 1 045 在考虑水温升高有利于增大污泥负荷及提高处理效率时 也应注意温度变化带来的不利影响 一方面 水温过高 微生物受到抑制 一般来说 水温在35 以上时 活性污泥中微型动物受到明显抑制 因此 水温宜控制在20 35 范围内 另一方面 水温的变化速率对污泥分离效果也有很大影响 由于水温的突变 在二沉池形成密度股流和短流现象 降低沉淀效率 实践表明 温度变化速度在0 3 h 即显示有影响 如达0 7 h并持续3 4h 活性污泥结构变得松散 原生动物改变原有形态 在二次沉淀池里 如果进水与池内水温相差0 5 时 沉淀池的工作将受到干扰 相差0 7 时 污泥将会成块流失 4 污泥负荷对污泥生成量的影响活性污泥在混合液中的浓度净增长速度为Y 微生物增长常数 即每消耗单位底物所形成的微生物量 一般为0 35 0 8mgMLVSS mgBOD5 kd 微生物自身氧化率 时间 1 一般为0 05一0 1d 1 在工程上常采用平均值计算 即 x aVxLr bVx式中 x 每天污泥增加量 kg d a 污泥合成系数 即每去除1kgBOD5形成的活性污泥的kg数 b 污泥自身氧化系数 d 1 一般在活性污泥法中 a 0 3 0 72 平均为0 52 b 0 02 0 18 平均为0 07 5 污泥负荷对需氧量的影响理论上 去除1kgBOD应消耗lkgO2 但是 由于废水中有机物的存在形式及运转条件不同 需氧量有所不同 废水中胶体和悬浮状态的有机物首先被污泥表面吸附 水解 再吸收和氧化 其降解途径和速度因溶解性底物种类而不同 因此 当污泥负荷大时 底物在系统中的停留时间短 一些只被吸附而未经氧化的有机物可能随污泥排出处理系统 使去除单位BOD的需氧量减少 相反 在低负荷情况下 有机物能彻底氧化 甚至过量自身氧化 因此需氧单耗大 从需氧量看 高负荷系统比低负荷系统经济 过程总需氧量包括有机物去除 用于分解和合成 的需氧量以及有机体自身氧化需氧量之和 在工程上 常表示为O2 a LrVx b Vx式中O2 每日系统的需氧量 1kg d a 有机物代谢的需氧系数 kg kgBOD b 一一污泥自身氧化需氧系数 kg kgMLSS d在活性污泥法中 一般a 0 25一0 76 平均0 47 b 0 10 0 37 平均0 17 单位重量底物的需氧量随污泥负荷升高而减小 但是 系统供氧量无需随负荷按比例变化 因曝气池和污泥有一定的调节能力 6 污泥负荷对营养比要求的影响采用不同污泥负荷时 微生物处于不同生长阶段 在低负荷时 污泥自身氧化程度较大 在有机体氧化过程中释出氮 磷成分 所以氮 磷的需要量减小 如在延时曝气法中 BOD N P 100 1 0 2时即可使微生物正常生长 而在一般负荷下 则要求BOD N P 100 5 1 二 细胞平均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 在间歇试验装置里 c与水力停留时间 相等 但在实际的连续流活性污泥系统中 由于存在着污泥回流 c将比 大得多 细胞平均停留时间是比生长速度的倒数 在图所示的系统内 可以通过排出的微生物量与系统容积的关系求得 在推导过程中假定有机物的降解和稳定化仅在曝气池中发生 因此 计算 c时 仅考虑曝气池的容积 这个假定是偏于保守的 实际上废水在二沉池及管道内还有一定程度的降解 由图有 如果剩余活性污泥从回流污泥管或二沉池底排出 则式中Q w为从回流污泥管排出的污泥流量 当xe极小时 由上两式可见 通过控制每日从系统中排出的污泥量 即可控制细胞平均停留时间 且直接从曝气池排除剩余污泥 操作控制容易 细胞平均停留时间与污泥负荷及出水浓度的关系可由系统微生物的衡算推出 累积 进入一出流十净增长 在有污泥回流的推流式系统中 数学模拟十分复杂 但可以利用Lawrence及McCarty的如下假说 使问题简单化 第四节曝气一 氧传递原理氧吸收率 向混合液供给1千克氧时 水中所能获得的氧千克数 多用于鼓风曝气 动力效率 单位动力在单位时间内所转移的氧量 机械曝气 KLa同曝气设备及水的特性有关 可以通过试验求得 通常试验在脱氧清水中进行 先用Na2S2O3脱氧 CoCl2作催化剂 搅拌均匀后测定脱氧水中溶解氧量C0 连续曝气t1后 溶解氧升至CL 则在此界面内积分上式 当试验的曝气设备在混合液中曝气时 氧传递速率应修正为 二 曝气设备要求 1 鼓风曝气 新型高效曝气器 鼓风曝气就是用鼓风机 或空压机 向曝气池充入一定压力的空气 或氧气 气量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体均匀混合 气压要足以克服管道系统和扩散的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压 扩散器将空气分散成空气泡 增大气液接触界面 把空气中的氧溶解于水中 1 小气泡扩散器气泡直径在1 5mm以下 2 中气泡扩散器常用穿孔管 孔眼直径为3 5mm 3 大气泡扩散器常用竖管 直径为15mm左右 4 射流扩散器用泵打入混合液 在射流器的喉管处形成高速射流 与吸入或压入的空气强烈混合搅拌 将气泡粉碎为100 m左右 使氧迅速转移至混合液中 5 固定螺旋扩散器由圆筒组成 内部装着按180度扭曲的固定螺旋元件5 6个 相邻两个元件的螺旋方向相反 空气由底部进入曝气筒 形成气水混合液在筒内反复与器壁及螺旋板碰撞 分割 迂回上升 2 机械曝气机械曝气大多以装在曝气池水面的叶轮快速转动 进行表面充氧 表面曝气叶轮的供氧是通过下述三种途径来实现的 由于叶轮的提升和输水作用 使曝气池内液体不断循环流动 更新气液接触面 不断从大气中吸氧 叶轮旋转时 在周边处形成水跃 使液面剧烈搅动 从大气中将氧卷入水中 叶轮旋转时 叶轮中心及叶片背水侧出现背压 通过小孔可以吸入空气 第五节曝气池的构造曝气池实质上是一个生化反应器 按水力特征可分为推流式和完全混合式以及二者结合式三大类 曝气设备的选用和布置必须与池型和水力要求相配合 一 推流曝气池 1 平面布置推流曝气池的长宽比一般为5 10 受场地限制时 长池可以折流 废水从一端进 另一端出 进水方式不限 出水多用溢流堰 一般采用鼓风曝气扩散器 2 横断面布置推流曝气池的池宽和有效水深之比一般为1 2 有效水深最小为3m 最大为9m 超高0 5m 根据横断面上的水流情况 又可分为平推流和旋转推流 在平推流曝气池底铺满扩散器 池中水流只有沿池长方向的流动 在旋转推流曝气池中 扩散器装于横断面的一侧 由于气泡形成的密度差 池水产生旋流 即除沿池长方向流动外 还有侧向流动 为了保证池内有良好的旋流运动 池两侧墙的墙脚都宜建成外凸45度的斜面 根据扩散器在竖向上的位置不同 又可分为底层曝气 中层曝气和浅层曝气 采用底层曝气的池深决定于鼓风机能提供的风压 根据目前的产品规格 有效水深常为3 4 5m 采用浅层曝气时 扩散器装于水面以下0 8 0 9m处 常采用1 2m以下风压的鼓风机 虽风压小 但风量大 故仍能形成足够的密度差 产生旋转推流 池的有效水深一般为3 4m 近年来发展的中层曝气法将扩散器装于池深的中部 与底层曝气相比 在相同的鼓风条件和处理效果时 池深一般可加大到7 8m 最大可达9m 从而节约了曝气池的用地 中层曝气的扩散器也可设于池的中央 形成两个侧流 这种池型可采用较大的宽深比 适于大型曝气池 二 完全混合曝气池完全混合曝气池平面可以是圆形 方形或矩形 曝气设备可采用表面曝气机 置于池的表层中心 废水从池底中部进入 废水一进池 即在表面曝气机的搅拌下 立即与全池混合均匀 不象推流那样上下段有明显的区别 完全混合曝气池可以和沉淀池分建或合建 1 分建式曝气池和沉淀池分别设置 既可使用表曝机 也可用鼓风曝气装置 当采用泵型叶轮且线速在4 5m s时 曝气池直径与叶轮的直径之比宜为4 5 7 5 水深与叶轮直径比宜为2 5 4 5 当采用倒伞型和平板型叶轮时 曝气池直径与叶轮直径之比宜为3 5 分建式虽不如合建式紧凑 且需专设污泥回流设备 但调节控制方便 曝气池与二次沉淀池互不干扰 回流比明确 应用较多 2 合建式曝气和沉淀在一个池子的不同部位完成 我国称为曝气沉淀池 国外称为加速曝气池 平面多为圆型 曝气区在池中央 一般采用表面曝气机 二次沉淀区在外环 与曝气区底部有污泥回流缝相通 靠表曝机的提升力使污泥循环 为使回流缝不堵 设缝隙较大 但这样又使回流比过大 一般R l 有的竞达5 因此 这种曝气池的名义停留时间虽有3 5h 但实际停留时间往往不到lh 故一般出水水质较普通曝气池差 加之控制和调节困难 运行不灵活 国外渐趋淘汰 普通曝气沉淀池构造如图13 23所示 它由曝气区 导流区 回流区 沉淀区几部分组成 三 曝气池的运行方式及特点1 普通曝气法这种曝气池是活性污泥法的原始工业形式 故亦称为传统曝气法 废水与回流污泥从长方形池的 端进入 另一端流出 全池呈推流型 废水在曝气池内停留时间常为4 8h 污泥回流比一般为25 50 池内污泥浓度2 3g L 剩余污泥量为总污泥量的l0 左右 在曝气池内 废水有机物浓度和需氧量沿池长逐步下降 而供氧量沿池长均匀分布 可能出现前段供氧不足 后段供氧过剩的现象 见图13 27 若要维持前段有足够的溶解氧 后段供氧量往往大大超过需氧量 因而增加处理费用 优点 曝气时间长而处理效率高 一般BOD去除率为90 95 特别适用于处理要求高而水质比较稳定的废水 严重的缺陷 1 由于有机物沿池长分布不均匀 进口处浓度高 因此 它对水量 水质 浓度等变化的适应性较差 不能处理毒性较大或浓度很高的废水 2 由于池后段的有机物浓度低 反应速率低 单位池容积的处理能力小 占地大 若人为提高池后段的容积负荷 将导致进口处过负荷或缺氧 3 为了保证回流污泥的活性 所有污泥 包括剩余污泥 都应在池内充分曝气再生 因而不必要地增大了池容积和动力消耗 在普通曝气池中 微生物的生长速率沿池长减小 在进口端 有机物浓度高 微生物生长较快 在末端有机物浓度较低 微生物生长缓慢 甚至进入内源代谢期 所以 全池的微生物生长处在生长曲线的某一段范围内 2 渐减曝气法这种方式是针对普通曝气法有机物浓度和需氧量沿池长减小的特点而改进的 通过合理布置曝气器 使供气量沿池长逐渐减小 与底物浓度变化相对应 这种曝气方式比均匀供气的曝气方式更为经济 3 阶段曝气法这种方式是针对普通曝气法进口负荷过大而改进的 废水沿池长分多点进入 一般进口为3 4个 以均衡池内有机负荷 克服池前段供氧不足 后段供氧过剩的缺点 单位池容积的处理能力提高 同普通曝气法相比 当处理相同废水时 所需池容积可减小30 BOD去除率一般可达90 此外 由于分散进水 废水在池内稀释程度较高 污泥浓度也沿池长降低 从而有利于二次沉淀池的泥水分离 5 延时曝气法 延时曝气法也称完全氧化法 与普通法相比 由于采用的污泥负荷很低 约0 05 0 2kgBOD5 kg d 曝气时间长 约24 48h 因而曝气池容积较大 处理单位废水所消耗的空气量较多 仅适用于废水流量较小的场合 该法大多采用完全混合曝气池 也不设初次沉淀池 氧化沟是延时曝气法的一种特殊型式 最初的实用设备用于处理小城镇污水 它的平面象跑道 沟槽中设置两个曝气转刷 盘 也有用表面曝气机 射流器或提升管式曝气装置的 曝气设备工作时 推动沟液迅速流动 实现供氧和搅拌作用 6 纯氧 或富氧 曝气法 用纯氧或富氧空气作气源曝气 显著提高了氧在水中的溶解度和传递速度 从而可以使高浓度活性污泥处于好氧状态 在污泥有机负荷相同时 曝气池容积负荷可大大提高 随着氧浓度提高 加大了氧在污泥絮体颗粒内的渗透深度 使絮体中好氧微生物所占比例增大 污泥活性保持在较高水平上 不会发生由于缺氧而引起的丝状菌污泥膨胀 硝化菌的生长不会受到限制 有利于生物脱氮过程 系统耐负荷冲击和工作稳定性都好 7 间歇活性污泥法 间歇活性污泥法也称序批式活性污泥法 SBR 它由一个或多个SBR池组成 运行时 废水分批进入池中 依次经历5个独立阶段 即进水 反应 沉淀 排水和闲置 一个运行周期的时间依负荷及出水要求而异 一般为4 12h 其中反应占40 有效池容积