活性污泥法的现状及发展趋势.doc

活性污泥法的现状及发展趋势学院： 生命科学与化学工程学院学号： 1111603112 班级： 环境1111 姓名： 宣锴 活性污泥法工艺的现状和发展趋势1 引言活性污泥法是利用好氧微生物(包括兼性微生物)处理城市污水和工业废水的有效方法，其能够从废水中去除溶解和胶体类可生物降解的有机物质，以及能被活性污泥吸附的悬浮物质和其他一些无机盐类也能够去除，例如氮磷等化合物，在处理工业废水过程中，好氧活性污泥法主要用于处理厌氧出水，是一种非常广泛的生物处理方法其主要的机理是通过好氧微生物的生物化学代谢反应，分解工业废水中的有机物质，过程中涉及到活性污泥的吸附、凝聚和沉淀，能够有效的去除废水中的胶体和溶解性物质，从而净化废水。该方法于1913年在英国曼彻斯特市试验成功。80多年来，随着生产上的应用和不断改进及对生化反应和净化机理进行广泛深入的研究，活性污泥法取得了很大发展，出现了多种运行方式，并正在改变那种用经验数据进行工艺设计和运行管理的现象。本文对各种活性污泥的组成、运行方式及其特点作简要的综述，同时谈谈活性污泥法的发展趋势。2 活性污泥构成简介活性污泥是由活性微生物、微生物残留物、附着的不能降解的有机物和无机物所组成的褐色絮凝体，由大量细菌、真菌、原生动物和后生动物组成，以细菌为主，由不同大小的微生物群落组成，具有良好的沉降性和传质性能的菌胶团以结构丝状菌为骨架、胶团菌附着其上，并且具有不断生长的特性，增长过程和老化过程中脱落的碎片及其他游离细菌被附着或游离生长的原生动物和后生动物捕食。少量以无机颗粒为核心形成的致密颗粒也可能存在于系统之中，并具有良好的沉降性能。也就是说，具有良好结构的活性污泥是以丝状菌为骨架，胶团菌附着于其上而形成的，结构丝状菌喜低氧状态，在胶团菌的附着下，不断生长伸长，形成条状和网状污泥；没有丝状菌为骨架的絮体颗粒很小，附着于累枝虫等原生动物尸体上的絮体易产生反硝化作用，它们都易随二沉池出水流出。胶团菌与结构丝状菌之间相互依存，丝状微生物形成了絮体骨架，为絮体形成较大颗粒同时保持一定的松散度提供了必要条件。而胶团菌的附着使絮体具有一定的沉降性而不易被出水带走，并且由于胶团菌的包裹使得结构丝状菌获得更加稳定、良好的生态条件，所以这两大类微生物在活性污泥中形成了特殊的共生体。结构丝状菌与胶团菌构成此消彼长的关系，即结构丝状菌位于胶团菌内部特别是菌胶团较厚时有利于其生长，从而伸长使得包裹在外层的胶团菌不致于过厚形成厌氧状态，其有利条件可能是内部的低氧状态，而一旦结构丝状菌暴露在混合液中时，正常环境条件不利于其生长，待胶团菌包附之后才重新再次生长，如遇供氧不足等时，结构丝状菌大量伸出，则发生结构丝状菌引起的污泥膨胀。结构丝状菌与胶团菌在活性污泥形成共生关系，而非结构丝状菌与胶团菌之间存在着拮抗关系，活性污泥系统的稳定性得益于大环境中微生态群落的相对稳定。实际经验表明，当细菌处于碳氮比较高的条件下，絮凝体的结构就比较好。当细菌处于碳氮比较低或高温、营养不足的环境时，细菌体外多糖类胶体基质或纤维素类基质会被作为营养而被细菌利用，从而导致污泥解絮。3 活性污泥的现状活性污泥法的运行最早采用的是普通活性污法(又称习惯活性污泥法或传统活性污泥法) ，随着工业生产和城市建设的发展，在普通活性污泥法的基础上发展起来了多种运行方式，像多点进水活性污泥法，吸附再生活性污泥法(又称生生吸附法或接触稳定法)。延时曝气活性泥法和完全混合性污泥法。3.1普通活性污泥法普通活性污泥法的常用流程见图1。曝气池采用长方形，水流是纵向混合的推流式，曝气池混合液的曝气时间常采用48 h，污泥浓度一般控制在23g/L，回流污泥量需进水水量的25%50%，生化需气量和悬浮物的去除率达90% 95%。优点：(1) 去除率高；(2) 适用于处理水质要求高而水质比较稳定的废水。缺点：(1) 不善于适应水质的变化；(2) 供氧不能得到充分利用。空气供应沿池水平均分布。造成前段氧量不足后段氧量过剩；(3) 曝气结构庞大，占地面积大。图1：普通活性污泥法流程图3.2不均匀曝气法不均匀曝气法的流程与普通活性污泥法一样,只不过是对流程的曝气方式作了改进，把供气沿池长平均分布的曝气方式改成在曝气池前段供给更多的空气，供气量沿池长逐渐减少的供气方式。3.3多点进水法多点进水法是普通活性污泥法的简单改进，主要用来克服普通法的第二个缺点。可以在一定程度上降低反应器前段的耗氧速度。多点进水法的过程见图2。图2：多点进水法流程从图中可以看出，废水并不是集中在池端进入曝气池，而是沿池长分段投入，这样有机物的分配较均匀，因而氧的需要也较均匀。优点：(1) 有机物分配较均匀，因而氧的需要较均匀，提高了空气利用效率；(2) 全部的曝气池体积更小。 与普通活性污泥法比较，曝气池容积可以缩小30% 左右，生化需氧量去除率一般可达90%；(3) 运行上有较大的灵活性，便于处理水质不均匀的状态。3.4完全混合活性污泥法完全混合活性污泥法常采用二种曝气方式，一种是鼓风曝气，一种是机械曝气。见图3和图4。图3：采用鼓风曝气的完全混合活性污泥流程图4：采用机械曝气的完全混合性污泥流程优点：(1) 曝气池内流体混合良好，各点水质几乎相同；(2) 进水负荷的变化对污泥的影响可降到极小程度；(3) 池内各点水质比较均匀，各处微生物的性质和数量基本上相同，池子各部分的工作情况几乎一致，供气可以恒定。缺点：(1) 连续进出水时，可能产生短流；(2) 在进水水质比较稳定及目前常用的负荷下出水水质往往不及普通法(可用延时曝气池的负荷，获得好的水质)。3.5吸附再生(生物吸附或接触稳定)法活性污泥净化水质的第一阶段主要是依靠污泥的吸附作用。 良好的活性污泥同生活污水混合后在1030min 的时间内能够基本完成吸附作用，污水的生经需氧量可被除去85%90%左右。吸附现生法就是根据这一发现而发展起来的。图5所示是吸附再生法的流程，其中(b)图在构造上把吸附池和再生池合在一起。图5：吸附再生发流程从图5可以看出：废水的吸附和污泥的再生是分别在两个池子里或一个池子的两部分进行，这是它的一个特点，其另一个特点是：为了更好地吸附废水中的污染物质，所用回流污泥量比普通法多，回流比一般在50%100%。优点：(1) 只有回流的一部分污泥进行了再生(稳定化)，所以生物吸附法的吸附池和再生池的总容积大大小于普通法曝池的总容积，且空气用量不增加；(2) 因回流污泥较多，具有一定的调节平衡能力，适应负荷变化；(3) 最适一处理含悬浮和胶体物质较多的废水。缺点：(1) 吸附时间短，处理效率和如普通法，一般在85%90%；(2) 回流污泥多，增加了污泥泵的容量。3.6纯氧曝气法纯氧曝气法是对伎曝气方式的革新。利用纯氧曝气，氧的溶解度和氧溶入水中的推动力都得到的提高。优点：(1) 能满足较高的氧气要求；(2) 曝气池中保持较高的MLVSS 浓度，因此可减小曝气池体积；(3) 污泥沉淀性能好；(4) 对单位BOD原去除而言，最终产污泥量。3.7A/O法A/O法称缺氧/好氧（Anoxin/Oxic）工艺或称厌氧好氧（Anaerobic/Oxic）工艺，主要用于水处理方面。A就是厌氧段，主要用于脱氮除磷；O就是好氧段，主要用于去除水中的有机物。它除了可去除废水中的有机污染物外，还可同时去除氮、磷，对于高浓度有机废水及难降解废水，在好氧段前设置水解酸化段，可显著提高废水可生化性。其主体工艺如图6所示。图6：A/O法工艺系统A/O法脱氮工艺的特点：(1) 流程简单，勿需外加碳源与后曝气池，以原污水为碳源，建设和运行费用较低；(2) 反硝化在前，硝化在后，设内循环，以原污水中的有机底物作为碳源，效果好，反硝化反应充分；(3) 曝气池在后，使反硝化残留物得以进一步去除，提高了处理水水质；(4) A段搅拌，只起使污泥悬浮，而避免DO的增加。O段的前段采用强曝气，后段减少气量，使内循环液的DO含量降低，以保证A段的缺氧状态。这种新的组合工艺对于大型活性污泥法污水厂来说，处理效果较稳定，且实现了脱氮或除磷的目的，能耗和运行费用也较低，但处理单元多，管理较复杂，且不能同步脱氮和除磷。3.8A2/O法A2/O法又称A/A/O(Anaerobic/Anoxic/Oxic)法，称为厌氧/缺氧/好氧工艺如图7所示。 图7:A2/O工艺系统从上图可见，污水与含磷回流污泥首先进入厌氧池，此时，含磷回流污泥释放磷，同时部分有机物进行氨化。污水进入缺氧池后，与回流混合液的硝态氮进行反硝化作用，还原成氮气逸出。然后污水进入曝气池，进行去除BOD，硝化和吸磷等项作用。最后污水进入二沉池进行固液分离。上世纪80年代以来，在广州、桂林、天津、北京、沈阳等地建成了多个采用A2/O工艺的污水处理厂。在A2/O工艺系统中，其生化池运行控制程序较简单，且具有去除BOD和脱氮除磷的同步作用，但流程较长，构筑物和回流污泥较多。3.9SBR法SBR（Sequencing Reactors）法，为序批示反应器，称序批示活性污泥法。SBR法的运行方式以间歇操作为主要特征，故我国常称它为序列间歇式活性污泥法。序批示反应器（SBR）由两个池或多个池所构成，在运行操作上一般按进水、反应、排放和闲置五个阶段周期性进行。SBR法将生化池（包括厌氧池、缺氧池、好氧池）和二沉池集于一个装置中，利用控制时间程序去完成连续流动设施所达到的去除BOD和脱氮除磷的目的。近三十年来，在澳大利亚、美国、新加坡等国已建成了近千个SBR工艺的污水处理厂，在我国上海青浦污水厂，昆明第三、第四污水厂，天津等地污水处理厂都已采用SBR工艺，正在建设中的四川巴中城市污水处理厂也将采用SBR工艺。SBR法工艺简单（将曝气、沉淀集中于一池内，省去回流污泥及其设备），运行方式灵活，能适应城市污水间歇无规律排放，耐冲击负荷，脱氮除磷效果较好，由于它是合建式构筑物，其征地费和土建费一般较低。由于SBR中各反应器间歇周期运行，反应器中的溶解氧和底物含量随时间不断变化，而且微生物处于富营养、贫营养、好氧、缺氧。和厌氧周期性变化的环境中，故运行中需要设置溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）测定仪和时间定时器，以便根据池中DO值、运行时间和水位变化来调节风机开启程度，达到降低能耗和保证出水水质达标排放。由此可见，SBR工艺运行的自控程度要求较高。4 活性污泥法的发展趋势活性污泥法自问世以来，为了取得良好的运行性能，人们一直对它的运行机理、运行方式，曝气方式及适用范围等进行不断地摸索和总结，发展起以上所述的各种运行方式。 随着工业生产特别是化工工业的发展，工业废水数量增多，性质复杂，一些人工合成的有机物往往能以被微生物所降解。 有的还具有致癌、致畸、致突变的物性；另外，无机性营养物N、P 等也会引起污染，它们会引起水生植物包括藻类的过量生长，进而使水中溶解氧含量下降，水质恶化。 所有这些都对废水生物处理提出了严峻的挑点。由于社会生产与科技的进步，众多污水处理厂实际运行经验的积累和满足社会对污水处理目标的新要求，似的活性污泥法工艺不断发展。近三十年来，为解决水环境中富营养化日益严重的现象，人们要求污水处理厂的目标不仅去除BOD，而且还需要脱氮除磷。因此，目前仍以活性污泥法为主题的污水处理厂，常常把厌氧、缺氧、好氧生物处理技术有机的组合起来，从而使传统的活性污泥法工艺系统不断前进，出现了许多新工艺或新运行方式。4.1运行方式与曝气方式的探讨和完善迄今为此，人们对活性污泥运行方式上的改进还没有取得突破性的进展，许多研究都是对上述运行方式和某些局部的改进，以探索基最佳运和状态。如M agasak i 等人采用3个或多于3个曝气池的活性污泥法，以便氧化要求改变的情况下确保生物的可降解性。 人们对曝气方式的研究比较突出的成果是日、美等国研制出的一种超微气泡扩散器(气泡直径50 Lm) ，氧的吸收率可达90% ，Reid Engineer2ing Comany of F rederick shurg 研制的氧化沟下表面曝气(图8) 也是曝气方式的一种改进。 把冲刷曝气brush aerat ion) 改成透平曝气( turbine aeret ion) 避免了产生气溶胶、飞溅和结冰等问题。图8:氧化沟下表面曝气4.2粉末碳活性污泥法粉末碳活性污泥法实质上是一种以活性污泥形式的活性碳吸附、生物氧化的综合处理法。其特点是：（1）提高了活性污泥的净化能力；（2）提高对有毒物质和重金属等冲击负荷的稳定；（3）具有较好的脱色、除臭、消减泡沫的效果。 国外已用于合成纤维、化工、印染、炼油、炼焦等工业生产的污水处理。4.3培养专用微生物，活性污泥法向多功能方面发展借助于专用细菌，活性污泥法的处理对象不仅仅是一般有机物，还可以处理一些含毒有机废水及一些无机物，像镰刀菌、放线菌等微生物能有效地分解剧毒的无机氰化物，含酚极毛杆菌、解酚极毛杆菌等具有强大的氧化分解酚类物质的能力。4.4活性污泥用于脱磷、脱氮活性污泥脱磷、脱氮系统的生产性实例目前还很少，多数