工艺技术_污水的生物处理--活性污泥法

第13章污水的生物处理 一 活性污泥法 13 1活性污泥法的基本原理一 活性污泥法的基本概念与流程1 基本概念 活性污泥 以具有活性的微生物为主要构成的絮状悬浮物 易于沉淀分离 并使污水得到澄清 活性污泥法 是以活性污泥为主体的污水生物处理技术 2 工艺流程 出水 活性污泥法的基本流程 曝气与空气扩散系统 曝气池 进水来自初沉池 二沉池 回流污泥 剩余污泥 二 活性污泥形态与活性污泥微生物 1 活性污泥形态外观形态 黄褐色的絮绒颗粒状 活性污泥又称为生物絮凝体 特点 颗粒大小 0 02 0 2mm 具有较大的表面积 含水率很高 达99 比重介于1 002 1 006之间组成 具有代谢功能活性的微生物群体Ma 微生物内源代谢 自身氧化的残留物Me 原污水挟入的难生物降解的惰性有机物质Mi 原污水挟入的无机物质Mii 活性污泥照片 2 活性污泥微生物及其在活性污泥反应中的作用 细菌 以异养型的原核细菌为主 世代时间为20 30min 主要细菌有 产碱杆菌属 芽孢杆菌属 黄杆菌属 动胶杆菌属 假单胞菌属 丛毛单胞菌属 大肠埃希氏杆菌等 真菌 主要是丝状菌原生动物 肉足虫 鞭毛虫和纤毛虫三类 主要摄食游离的细菌 起到进一步净化水质的作用 后生动物 主要指轮虫 在活性污泥系统中不经常出现 仅在处理水质很好的完全氧化型的活性污泥系统中出现 弧状菌 丝状菌 葡萄球菌 变形虫 小口钟虫 草履虫 吸管虫属 累枝虫 圆筒盖虫 轮虫 3 活性污泥微生物的增殖与活性污泥的增长 增殖规律用增殖曲线表示 根据微生物的生长速度 整个曲线分为四个阶段 适应期 延迟期或调整期 微生物不裂殖 数量不增加 但在质方面却开始出现变化 对数增殖期 增殖旺盛期 增殖速度达最大 且为常数 所以又称等速增殖期 减速增殖期 稳定期或平衡期 增殖速度变慢 直至为0 细菌总数仍然增加直至最大 内源呼吸期 内源代谢期或衰亡期 细菌进行内源代谢 细菌总数在减少 增殖速度为负 4 活性污泥絮凝体的形成 有多种学说 普遍认为 活性污泥絮凝体形成的实际情况来看 活性污泥絮凝体的形成与曝气池内能含量有关 能含量用F M表示 F 代表有机物含量M 代表微生物的含量 三 活性污泥净化反应过程 1 初期吸附去除阶段 这一过程进行较快 能够在30min内完成 污水的去除率达70 2 微生物代谢 将第一阶段转移到活性污泥上去的有机污染物被微生物利用 13 2活性污泥净化反应影响因素与主要设计 运行参数一 活性污泥净化因素反应的影响 1 营养物质平衡 BOD5 N P 100 5 12 DO含量 曝气池出口处一般保持在2mg l左右 3 PH值 最佳PH范围为6 5 8 54 水温 适宜温度范围为 15 35 5 有毒物质 如重金属离子 酚 氰化物等 1 表示活性污泥微生物量的指标 1 混合液悬浮固体浓度 mg L MLSS Ma Me Mi Mii 2 混合液挥发性悬浮固体浓度 mg L MLVSS Ma Me Mif MLVSS MLSS一般情况下 f取0 7 0 8 二 活性污泥系统的控制指标与设计 运行参数 二 沉降性与浓缩性评价指标1 污泥沉降比 SV 又称30min沉降比 混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污混容积占混合液容积的百分比 2 污泥容积指数 SVI静置30min后 1g干污泥所占的容积 ml g 一般为70 150 ml g 时沉降性能较好 过低无机物含量过高 污泥活性不好 过高易出现污泥膨胀 Q Qw Xe 出水 曝气与空气扩散系统 曝气池 V X 进水来自初沉池 二沉池 回流污泥 Xr 剩余污泥 Qw Xr 3 污泥龄 又称生物固体平均停留时间 污泥龄定义 曝气池内活性污泥总量 VX 与每日排放的污泥量 X 之比 4 BOD 污泥负荷与BOD容积负荷 在具体工程应用上 BOD 污泥负荷以F M表示 F M Ns Q Sa X V kg kgMLSS d 又称BOD SS负荷率定义 曝气池内单位重量活性污泥在单位时间内能够接受并将其降解到预定程度的有机物量BOD 另外 还使用BOD 容积负荷用Nv表示Nv Q Sa V kgBOD m3 d 定义 单位曝气池容积在单位时间内 能够接受并将其降解到预定程度的有机物量选定适宜的BOD 污泥负荷的意义Ns 0 2 0 5kg kgMLSS d为一般负荷区 0 1kg kgMLSS d为低负荷区1 5 2 5kg kgMLSS d为高负荷区0 5 1 5kg kgMLSS d为污泥膨胀区 一般不取 5 有机污染物降解与活性污泥增长 微生物的增殖是通过微生物合成与内源代谢两项生理活动完成的 微生物增殖的基本方程式 上式变形为 XV Y Sa Se Q V Kd Xv剩余污泥量计算 Xv Y Sa Se Q Kd XvBOD 污泥去除负荷 Nrs Q Sr V Xv1 c Y Nrs KdY Kd的取值 经验数据 城市污水 Y取0 4 0 6 Kd取0 05 0 16 有机污染物降解与需氧O2 a QSr b VXv其中 对于城市污水 a 取0 42 0 53 b 取0 188 0 11 13 3活性污泥反应动力学基础 一 概述1 活性污泥反应动力学的目的 明确有机底物浓度 活性污泥微生物量 DO等各项因素对反应速度的影响对反应机理进行研究2 常用的反应动力学方程 米 门方程 莫诺方程式和劳仑斯 麦卡蒂方程式二 莫诺方程式 1942年由莫诺提出 1 基本方程式 微生物的比增殖速度即单位生物量的增殖速度 dx dt XKs 饱和常数 当 1 2 max时的底物浓度 又称为半速度常数 v或 v有机底物比降解速度v v 有机底物的比降解速度即单位生物量的降解速度 底物降解速率 2 Monod方程式的推论 结论 在高底物浓度条件下 有机底物以最大的速度进行降解 而与有机底物浓度无关 呈零级反应 而有机底物的降解速度与污泥浓度的一次方成正比关系 并呈一级反应 结论 在低底物浓度的条件下 有机底物的降解速度与有机底物的浓度的一次方成正比 呈 级反应 3 莫诺方程式对完全混合曝气池的应用 计算BOD 污泥去除负荷率NrsNrs Q S0 Se X V S0 Se x t k2Se计算容积去除负荷率 Nrv Q S0 Se V S0 Se t k2XSe计算有机底物降解率 1 1 1 k2Xt 4 常数值K2 Vmax ks的确定常数值K2的确定 采用图解法确定 S0 Se x t k2 Se可按Y aX形式作图VmaxKs的确定K2的取值 0 0168 0 0281 3 莫诺方程式对完全混合曝气池的应用 计算BOD 污泥去除负荷率NrsNrs Q S0 Se X V S0 Se x t k2Se计算容积去除负荷率 Nrv Q S0 Se V S0 Se t k2XSe计算有机底物降解率 1 1 1 k2Xt 4 常数值K2 Vmax ks的确定常数值K2的确定 采用图解法确定 S0 Se x t k2 Se可按Y aX形式作图VmaxKs的确定K2的取值 0 0168 0 0281 三 劳伦斯 麦卡蒂方程式 1 概述于1970年建立了活性污泥反应动力学方程式 两个新概念 生物固体平均停留时间或细胞平均停留时间 单位重量的微生物在活性污泥反应系统中的平均停留时间 单位底物利用率 单位微生物量的底物利用率qq ds dt u Xa两个基本方程式 第一基本方程式 1 Y q Kd第二基本方程式 ds dt u k xa S Ks S 2 劳伦斯 麦卡蒂方程式的推论与应用 处理水有机底物浓度Se与生物固体平均停留时间关系反应器内活性污泥浓度与 c的关系污泥回流比与 c之间的关系有机底物的降解速度等于其被微生物的利用速度计算曝气池容积的公式 V Q Sa X VV Q S0 Se K2 Se XaV Q c Y S0 Se Xa 1 Kd c 活性污泥的两种产率与 c关系合成产率 微生物增殖总量 没有去除由于微生物内源呼吸作用而使其本身重量减少的部分 用Y表示表观产率 实际上测得的微生物增殖量 没有包括由于内源呼吸而减少的那部分微生物量 用Yobs表示Yobs Y 1 Kd c 13 7活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数 一 传统活性污泥法处理系统又称普通活性污泥法 是早期开始使用并一直沿用至今的运行方式 1912年 1 工艺流程 传统活性污泥法工艺流程 2 工艺特征 需氧速度沿池长逐渐降低供气量沿池长均匀分布 采用鼓风曝气 3 工艺参数4 优缺点 优点 处理效果好 去除率达90 以上 适于处理要求高而水质稳定的污水 缺点 曝气池容积大 占地多 基建费用高 耗氧速度与供氧速度沿池长难于吻合 对水质水量变化适应性 二 阶段曝气活性污泥法系统 1 工艺流程2 工艺特征有机物浓度沿池长均匀分布 供气量沿池长均匀分布 采用鼓风曝气 3 工艺参数4 优点 缩小了耗氧速度与供氧速度之间的差距 减轻了二沉池的负荷 曝气池对水质水量冲击负荷的适应能力有所提高 三 再生曝气活性污泥法系统 它是传统活性污泥法系统的一种变形工艺 在工艺方面的改进 将回流污泥不直接进入曝气池 而是进入再生池 进行曝气 使污泥得到充分再生后 在进入曝气池 四 吸附 再生活性污泥法系统1 工艺流程 如图2 工艺特征 3 工艺参数4 优缺点 五 延时曝气活性污泥系统 1 工艺流程 如图2 工艺特征 3 工艺参数4 优缺点六 高负荷活性污泥法系统1 工艺流程2 工艺特征 3 工艺参数4 优缺点 七 完全混合式活性污泥法 八 多级活性污泥法系统九 深水曝气活性污泥法系统十 深井曝气活性污泥法系统十一 浅层曝气活性污泥法系统十二 纯氧曝气活性污泥法系统原理见图 13 8活性污泥处理系统的新工艺 一 概述1 在净化功能方面2 在工艺方面二 氧化沟1 氧化沟的工作原理与特征构造方面 池型 呈环形沟渠状 平面为椭圆或圆形 进水装置 双池以上设配水井 自控装置水流混合方面 介于完全混合与推流之间工艺方面 可考虑不设初沉池 可考虑不单设二沉池 BOD负荷低曝气装置 可采用横轴和纵轴曝气装置 3 常用的氧化沟系统氧化沟的运行方式 连续工作式 氧化沟只作曝气池使用 因此氧化沟系统必须设二沉池 分为分建和合建 主要有帕斯韦尔氧化沟 卡罗塞氧化沟和奥巴勒型氧化沟交替工作式 不单独设二沉池 在不同时段 氧化沟系统的一部分交替轮流当作沉淀池用 双沟 DE 型和三沟 T 型卡罗塞氧化沟交替工作氧化沟二沉池交替运行氧化沟奥巴勒 ORBAL 型氧化沟曝气 沉淀一体化氧化沟 ORBAL型氧化沟 1 工艺流程及其特征 1 工艺简单 可省略二沉池和污泥回流设备 2 反应推动力大 效率高 3 沉淀效果好 4 不易发生污尼膨胀 5 通过运行方式调节 前加缺氧 厌氧时间 可脱N除P 6 便于自动控制 时间参数 7 适用于中小型污水处理装置 三 间歇式活性污泥处理系统 三 间歇式活性污泥处理系统 2 工作原理与操作流入工序反应工序沉淀工序排放工序待机工序3 SBR工艺功能的改善与强化关于待机与流入工序关于SBR工艺的BOD 污泥负荷与污泥浓度关于耗氧与供氧问题4 SBR工艺的发展及主要的变形工艺 3 SBR的发展在SBR基础上出现了一系列新工艺 ICEAS CASS DAT IAT MSBR UNITANK 在原有基础上增加连续进出水 生物选择器 循环混合等功能 四 AB法污水处理工艺 1 AB法特点 无初沉池 A B段各拥有自己的回流系统 两段分开 有各自的微生物群体 由于A段的负荷高 有效好的抗冲击负荷能力 可以分期建设 条件成熟建二级 2 AB法工艺 3 A段的效应 功能及设计运行参数4 B段的效应 功能及设计运行参数 A段处理过程 B段处理过程 13 4曝气的理论基础一 氧转移原理1 菲克定律 Vd Dl dc dx而Vd dM dt A得出 dM dt Dl A dc dx2 双膜理论 定义 在曝气过程中 氧分子通过气 液界面由气相转移到液相 在界面两侧存在着气膜和液膜 气体分子通过气膜和液膜的传递理论基本点 在气 液两相接触的界面两侧存在着气膜和液膜 气体分子从气相到液相 阻力仅存在于气 液两层膜 在气膜中存在氧分压梯度 在液膜中存在氧浓度梯度 氧转移决定性阻力又集中在液膜上 3 表达式 dc dx Cs C Xf代入菲克定律dc dt KL A V Cs C dc dt KLa Cs C 4 氧总转移系数Kla的确定二 氧转移的影响因素1 污水水质 对Kla的影响 引入修正系数 取0 8 0 85对Cs的影响 引入修正系数 取0 9 0 972 水温 对Kla的影响 Kla T Kla 20 1 024 T 20 对Cs的影响 用Cs T 表示 查附录3 氧分压 主要对Cs的影响 三 氧转移速率与供气量的计算 1 标准条件下的氧总转移量2 实际条件下的氧总转移量3 供气量13 5曝气系统与空气扩散装置空气扩散装置的分类 鼓风曝气和机械曝气空气扩散装置的作用 充氧 搅拌 混合表示空气扩散装置技术性能的主要指标 动力效率EP 每消耗1KWh电能转移到混合液中的氧量氧利用率EA 通过鼓风曝气转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比 氧转移效率EL 通过机械曝气 在单位时间内转移到混合液中的氧量 一 鼓风曝气系统与空气扩散装置 1 鼓风曝气系统组成 由空压机 空气扩散装置和一系列连通管道组成 曝气过程 空压机将空气通过一系列管道输送到安装在曝气池底部的空气扩散装置 经过空气扩散装置 使空气形成不同尺寸的气泡 气泡经过上升和随水循环流动 最后在液面处破裂 实现氧向混合液的转移 2 空气扩散装置 微气泡 中气泡 水力剪切 水力冲击和水下空气扩散装置 安装中的膜片微孔曝气器 WSL型液下射流曝气机 二 机械曝气装置 1 机械曝气原理曝气装置转动 水面上的污水沿曝气器周边不断地以水幕状抛向四周 形成水跃 液面剧烈搅动 将空气卷入 曝气器转动 提升液体 使混合液连续地上 下循环流动 使池底含氧量小的混合液向上环流与表面充氧区发生交换 不断地使空气中氧转移到液体中曝气器转动 其后侧形成负压区 能吸入部分空气2 机械曝气装置按传动轴的安装方向 机械曝气器分为竖轴 纵轴 和卧轴 横轴 两类 竖轴式机械曝气装置 叶轮式卧轴式机械曝气装置 曝气转刷 13 6活性污泥反应器 曝气池 一 曝气池的分类1 从混合液流动形态方面 曝气池分为推流式 完全混合式和循环混合式三类 2 从平面形状方面 长方廊道形 圆形 方形和环状跑道形四类3 从采用的曝气方法 可分为鼓风曝气池 机械曝气池和二者联合使用的机械 鼓风曝气池4 从曝气池与二沉池的关系 分为分建式和合建式两种 二 推流式曝气池 1 关于曝气系统与空气扩散装置当采用鼓风曝气时 空气扩散装置布置的形式 空气扩散装置安装在曝气池廊道底部的一侧 空气扩散装置安装在廊道的两侧 空气扩散装置按一定形式均衡地布置在整个曝气池底 池中水流只有沿池长方向的流动当采用表面机械曝气装置时 沿池长在池中线每隔一定距离设置一台 2 关于曝气池的数目及廊道的排列与组合随污水厂的规模而定 一般每座曝气池由1 5个廊道组成 当廊道数为单数时 进出水口分别位于曝气池两端 为双数时 进出水口位于曝气池同侧 3 关于曝气池廊道的长 宽 深 长 以50 70m为宜 最长可达100m宽 L B 5 10深 当空气扩散装置安设在廊道底部一侧时 B H 1 2 我国当前对推流曝气池采用深度为3 5m 4 关于在曝气池内设横向隔墙分室的问题设置方式有两种 第一室隔墙一端紧靠池壁 另一端与池壁之间留有一定间距 逐室交替 使水从一室流入另一室第一室隔墙上端高出水面