湖北工业大学废水好氧生物处理技术.ppt

第四章废水好氧生物处理技术 第一节废水处理的基础知识 废水处理的基本方法 现代废水处理技术按其作用原理和去除对象可分为物理法 化学法和生物法 是指利用物理作用 分离废水中呈悬浮状态的污染物质 在处理过程中不改变水的化学性质 如重力分离 气浮 反渗透 离心分离 蒸发等 使用的处理设备和构筑物有格栅 筛网 沉砂池 沉淀池 滤池 微滤机 气浮装置 离心机等 1 废水的物理处理方法 是由一组平行的金属栅条制成的框架 斜置成60o 70o于废水流经的渠道上 当废水流过时 呈块状的污染物即被栅条所截留 而从废水中去除 格栅 1 废水的物理处理法 沉淀池与沉砂池 通过本身的重力作用使固体物质与水分离 这种工艺分离效果好 简单易行 应用广泛 是一种重要的处理单元 沉淀池主要用于去除废水中大量的呈颗粒状的悬浮固体 沉砂池主要去除废水中相对密度较大的固体颗粒 气浮装置 对于一些相对密度接近于水的细微颗粒 可采用气浮装置 使空气以细小气泡的形式散步于水中 并与颗粒附聚在一起 形成浮选体 上浮到水面而与水分离 1 废水的物理处理法 2 废水化学处理法 是向废水中投加某些化学物质 通过化学反应作用来分离 转化 破坏或回收废水中的污染物 并使其转化为无害物质 如混凝 中和 氧化还原 吸附 电渗析 汽提 萃取等处理工艺 中和处理法 化学沉淀法 混凝处理法 用化学方法消除废水中过量的酸或碱 使其pH值达到中性左右的过程 向废水中投加某些化学物质 使它与水中某些溶解物质产生反应 生成难溶盐沉淀下来 这种方法一般处理含重金属离子的工业废水 向水中投加一定量的药剂 经化学反应过程 使水中呈胶状的污染物质形成絮状体 再经过沉淀或气浮的过程 使污染物从废水中分离出来 氧化还原法 吸附法 溶解于废水中的有毒 有害物质在氧化还原反应中 被转化为无毒无害的新物质 使用的氧化剂有空气中的氧 臭氧 氯气等 还原剂有铁 锌 石灰等 是指不同界面上的物质传递 在废水处理中常用的吸附剂有活性炭 磺化煤 沸石 硅藻土 焦炭等 离子交换法 膜分离法 在废水处理中应用较广 使用的离子交换剂分为无机离子交换剂 有机离子交换树脂两大类 渗析 电渗析 超滤 反渗透等技术都是通过一种特殊的半透膜 分离水中离子和分子的技术统称为膜分离法 电渗析 反渗透法主要用于水的脱盐和回收某些重金属离子等 反渗透分离的溶质粒径小 除盐率高 所需工作压力大 超滤所用材质和反渗透可以相同 但超滤是筛滤作用 分离溶质粒径大 透水率高 除盐率低 工作压力小 一 废水水质指标与排放标准 生活污水 居民在日常生活中产生的废水 包括厨房洗涤 沐浴 衣物洗涤等的废水及冲洗厕所的污水等 工业废水 在工业生产过程中所排出的废水 其成分主要取决于生产过程中应用的原料和化学品 不经处理即排放的工业废水成为生产废水 处理后排放的工业废水成为生产污水 废水 水质指标种类有 有毒物质 有机物质 固体物质 pH值 色度 温度等 水质是指水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学 化学和生物学的综合特性 水质指标则表示水中杂质的种类 成分和数量 是判断水质的具体衡量标准 间接表示出水体受污染的程度 1 水质指标 1 水质指标 1 有毒和有用物质 1 有毒物质 1 水质指标 2 有机物 有机物的成分比较复杂 难以准确测定 通常采用生化需氧量 BOD 和化学需氧量 COD 两个指标表示有机物的含量 如果水中的有机物含有毒性 则需要分别测定这些有毒物质的数量 有机物是很多微生物的良好养料 微生物利用有机物的同时要消耗水中的溶解氧 当溶解氧得不到有效补充时有机物开始腐化 产生臭气 有毒有机物会对生物体产生危害 废水中有机物的浓度也是一个重要的水质指标 1 化学需氧量 化学需氧量 COD 是指利用化学氧化剂 如重铬酸钾 将水中的还原性物质 如有机物 氧化分解所消耗的氧量 它反映了水体受到还原性物质污染的程度 用COD表示 当水体中存在有毒有机物时 一般不能准确测定废水中BOD的值 采用COD值可以较准确地测定废水中有机物的含量 但COD值不能区别可生物降解和不可生物降解的物质 常用的化学氧化剂有K2Cr2O7和KMnO4 但前者的氧化能力更强 能使水体中80 100 的有机物迅速氧化 由此测得的COD值应标以 CODCr 生化需氧量 BOD 指水中所含的有机物被微生物生化降解时所消耗的氧气量 是一种以微生物学原理为基础的测定方法 所有影响微生物降解的因素 如温度的时间等将影响BOD的测定 最终的BOD是指全部的有机物质经生化降解至简单的最终产物所需的氧量 一般采用20 和培养5天的时间作为标准 以BOD表示 通常用亳克 升或ppm作为BOD的量度单位 BOD越大 表示水体中的有机物越多 污染越严重 由于有机物全部分解稳定所需时间很长 可达100天以上 实际上常采用20oC温度条件下5天的生化需氧量作为衡量污染水体中的有机物浓度 通常用BOD5来表示 我国对地面水环境质量标准的规定为 一级水BOD5 1mg L 二级水 3mg L 三级水 4mg L 若 10mg L时 表示该水已严重污染 2 生化需氧量 废水的可生化性 16 根据BOD5与CODcr的比值大小判断 B C 0 45B C 0 30B C 0 25B C 0 2生化性好可生化较难生化不易生化 按溶解性分 3 固体物质 3 固体物质 固体物质 溶解性固体悬浮固体 按溶解性分 挥发性物质固定性物质 按挥发性分 悬浮固体和挥发性固体是表示废水强度的重要指标 是废水处理工程设计的重要参数之一 1 水质指标 1 水质指标 第二节有机污水的生物处理 一 有机污水生物处理的基本原理水体自净 天然水体受到污染后 在没有人为干预的条件下 可借助水体自身的能力使之得到净化 水体自净过程主要包括 稀释 沉降 扩散等物理作用 氧化 还原 分解 絮凝等化学作用和生物降解作用 而生物降解即生物净化作用是水体自净的主要动力 污水生物处理法 通过创造适宜的条件 使微生物高浓度的富集在特定的构筑物 即污水处理装置中 充分利用微生物的作用 高速度 高效率的分解 转化污水中的污染物 从而使污水得到净化 根据处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同 可将污水处理分为 好氧处理与厌氧处理 污水生物处理方法概述 1 定义 通过微生物的新陈代谢作用 将废水中的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 废水的生物处理 一 概述 细菌 动胶菌属 球衣菌属和甲烷菌属 真菌 藻类 半知菌和酵母 原生动物 纤毛虫纲的草履虫 游仆虫等 微小的后生动物 轮虫 线虫等 微生物 污水生物处理法 通过创造适宜的条件 使微生物高浓度的富集在特定的构筑物 即污水处理装置中 充分利用微生物的作用 高速度 高效率的分解 转化污水中的污染物 从而使污水得到净化 根据处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同 可将污水处理分为 好氧处理与厌氧处理 生物处理法 好氧处理 厌氧处理 自然条件下人工条件下 自然条件下人工条件下 水体自净 好氧稳定塘土壤自净 污水灌溉及渗滤 活性污泥法 曝气池 氧化沟生物膜法 生物滤池及生物转盘 堆肥厌氧稳定塘 化粪池 厌氧消化池及污泥床 3 废水生物处理方法分类 2 用生物法处理废水对水质的要求 由于生物法中的各种微生物生长与水质关系密切 因而必须控制适宜的水质指标以保证微生物能够正常的生长和工作 生物处理对水质要求 4 有机物好氧分解 1 好氧生物处理法 主要依赖好氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理工艺的过程 2 作用机理废水的好氧处理是在提供游离氧的前提下 以好氧微生物为主 使有机物降解的方法 30 在有氧条件下 有机污染物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分解 使污染物的浓度下降的处理方法 好氧生物处理 好氧生物处理原理 31 有机物 O2 微生物 能量 无机物 CO2 NH3 能量 无机物 CO2 NH3 细胞物质 残留物 分解 1 3 合成 2 3 内源呼吸 80 20 3 特点反应速度较快 所需反应时间较短 且在反应过程中 基本上没有什么臭气 较卫生 对BOD5浓度在600mg L以下的废水较为适用 好氧生物处理的特点 好氧生物处理的反应速度较快 所需的反应时间较短 故处理构筑物容积较小 且处理过程中散发的臭气较少 目前对中 低浓度的有机废水 或者说BOD5浓度小于800mg L的有机废水 基本上采用好氧生物处理法 在废水处理工程中 常用的好氧生物处理法有活性污泥法 生物膜法 33 二 好氧生物处理 第三节活性污泥法 36 活性污泥法 1912年英国的Clark和Gage发现长时间曝气会产生污泥 同时水质明显改善 Arden和Lockett发现了正是这些污泥对水质改善有着关键作用 所以把这些污泥称为活性污泥 37 活性污泥法 活性污泥 activatedsludge 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 是以活性污泥为主体的污水生物处理方法 一 活性污泥法利用含有大量好氧性微生物的活性污泥 在强力通气的条件下使污水净化的生物学方法 1 活性污泥的性质和生物相活性污泥 以好氧性细菌为主体的微生物和水中的悬浮物质 胶体物质混杂在一起形成的肉眼可见的絮状颗粒 2 活性污泥的性质 颜色以棕褐色为佳 黑色说明厌氧 白色说明无机物过多 含水率在99 左右 密度为1 002 1 006 颗粒大小为0 02 0 2mm比表面积为20 100cm2 mL之间 弱酸性 pH约为6 7 当进水改变时 对进水pH的变化有一定的承受能力 颗粒大小约0 05 0 5mm 表面积为20 100cm2 mL 比重约1 002 1 006 静置时能立即凝聚成较大的绒粒而沉降 絮状体一般呈黄褐色 因水质不同也有呈深灰 灰褐 灰白等色 一 定义就是以含于废水中的有机污染物为培养基 在有溶解氧的条件下 连续地培养活性污泥 再利用其吸附凝聚和氧化分解作用净化废水中的有机污染物 一 活性污泥法的基本原理 42 利用活性污泥作为生化反应的主体物 利用曝气设备提供氧源 对体系进行搅拌增加接触和传质过程 通过污泥回流使微生物返回系统 经常排除一部分活性污泥 活性污泥法的基本特点 活性污泥降解有机物的过程 43 1 吸附阶段污水中的污染物与活性污泥微生物充分接触过程中 被具有巨大比表面积 可达2000 10000m2 m3 且表面有多糖类粘性物质的活性污泥微生物所吸附及粘连 从而使污水得到净化 2 氧化阶段活性污泥在有氧条件下 以吸附及吸收的一部分有机物为营养 进行细胞合成 以另一部分进行分解代谢 并释放能量 3 絮凝体的形成与凝聚沉淀阶段氧化阶段合成的菌体絮凝形成絮凝体 通过重力沉淀从水中分离出来 使水得到净化 二 活性污泥的净化反应过程 污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线 有机物降解的过程 2 活性污泥法的微生物学过程 活性污泥的比表面积大 吸附力强 废水进入曝气池与活性污泥接触后 其中有机物在约1 30分钟的短时间内被吸附到活性污泥上 大分子的有机物 先被细菌的胞外酶分解 成为较小分子化合物 然后摄入菌体内 低分子有机物则可直接吸收 在微生物胞内酶作用下 有机物的一部分同化形成微生物有机体 另一部分转化为CO2 H2O NH3 SO42 PO42 等简单无机物及能量释出 活性污泥中的微生物不断地氧化分解污泥所吸附有机质 合成新的微生物细胞 活性污泥具有良好的沉降性能 使处理水与污泥分开 达到净化的目的 微生物的代谢 无论合成或分解 都是一系列极为复杂的生物化学变化 有分解 合成 氧化 还原 转移 异构等各种反应 绝大多数是在特定的酶促作用中进行的 活性污泥的驯化 将取来的污泥 土壤置入含有待处理污水的培养基中进行培养 在开始驯化时先加入少量污水 然后转种扩大培养量 废水浓度逐渐增加 在此过程中 使微生物由原来不适应而驯化至适应 降解污染物能力从无到有 由弱到强 3 活性污泥的培育及驯化活性污泥的培育一般在曝气池中进行 步骤如下 A 将污水泵入曝气池 并按曝气池有效体积的5 10 投入接种污泥 B 在不进水的条件下 连续曝气数天 溶解氧控制在1mg L左右 C 继续保持曝气 以小流量进水 并逐渐提高进水流量 最终达到设计流量 判断活性污泥是否成熟 可以利用镜检的方法 活性污泥净化反应的影响因素 1 溶解氧 2 水温 3 营养物质 4 pH 5 有毒和有抑制物质 6 有机负荷率 有机负荷率 曝气池内单位质量的活性污泥在单位时间内承受的有机基质量 3 活性污泥法的基本要求 1 养料活性污泥的生物合成 取决于能源物质的性质 浓度 氮和磷等的平衡 少量的钾 钠 硫 钙 镁 铁以及痕量的铜 锌 钻 铝等都是必要的 一般认为BOD N P的比例为100 5 1是适宜的 有机物的浓度过高 微生物难以适应 或感氧气供应不足 同时 进水有机物浓度高时 出水浓度也会相应提高 浓度过低 微生物缺乏营养 也会降低处理效果 一般而言 好氧性生物处理法进水有机物浓度不宜超过BOD5500 1000mg L 2 水中溶解氧 DO 溶解氧太低会影响到活性污泥微生物的正常代谢活动 净化功能下降 易于滋生丝状菌产生污泥膨胀 混合液溶解氧浓度过高 氧转移效率降低 浪费动力费用 还会引起絮凝体分散 DO应保持在1 5 3mg L较为适宜 3 温度一般认为活性污泥处理中的适宜温度为25 32 9 0 微生物的代谢速率也会受到影响 5 有毒物质无机物和有机物两类无机物有重金属 硫化氢 卤族元素及其化合物 有机物有酚 醇 醛等 重金属及其盐类是蛋白质沉淀剂 其离子易与细胞蛋白质结合 使之变性 7 废水的可生化性指废水中所含的污染物 在微生物的代谢作用下改变化学结构 从而改变化学和物理性能所能达到的生物降解程度 一般用BOD5 COD值表示 当BOD5 COD 0 5 采用生物处理效果明显 BOD5 COD 0 4 则不宜采用生物法处理 6 进水有机物的浓度进水BOD5浓度一般在100 800mg L 按栖息着的微生物分 活性污泥的组成 一组活性污泥图片 活性污泥的性质 活性污泥中的生物组分 1 细菌起主导作用 活性污泥中有多种细菌 主要的优势种有 产碱杆菌属 芽孢杆菌属 黄杆菌属 微球菌属 假单胞菌属和动胶菌属以及球衣菌属等 动胶菌属 球衣菌属 活性污泥中 细菌大多数以菌胶团的形式存在 呈游离状态的较少 生枝动胶菌是最早发现的菌胶团形成菌 现已知道埃希氏菌属 假单胞菌属 产碱杆菌属 芽孢杆菌属的一些菌株均可以产生菌胶团 活性污泥絮状体的作用 有机物的吸附或黏附及其分解 金属离子的吸附 防止原生动物对细菌的吞食 增强污泥的沉降性 有利于污水分离 在水处理领域内 将所有具有荚膜或粘液或明胶质的絮凝性细菌相互凝聚成的菌胶团块称为菌胶团 菌胶团是活性污泥的结构和功能中心 是活性污泥的基本组分 一旦菌胶团受到破坏 活性污泥对有机物的去除率将明显下降或丧失 通过观察菌胶团的颜色 透明度 数量 颗粒大小及结构松紧程度等可以判断和衡量活性污泥的性能 新生菌胶团无色透明 结构紧密 吸附氧化能力强 活性高 老化的菌胶团颜色深 结构松散 吸附氧化能力差 活性低 在活性污泥中的一些丝状细菌 如球衣菌属 贝日阿托氏菌属和硫发菌属等 附着在菌胶团上或与之交织在一起 成为活性污泥的骨架 2 原生动物 纤毛虫类 游泳型和固着型鞭毛虫类肉足虫类都为好氧性生物 主要附聚在活性污泥的表面 2 原生动物是废水净化的主要成员 污水处理效率的重要指示生物 以纤毛虫占多数 如草履虫 游仆虫等 草履虫 游仆虫 70 活性污泥中的微生物 2 原生动物 鞭毛虫 纤毛虫 活性污泥中的微生物 2 原生动物 2 原生动物 活性污泥中的微生物 原生动物在活性污泥中的作用 1 促进絮凝 分泌黏液 促进生物絮凝 从而改善活性污泥的泥水分离特性 2 净化作用 能吞食游离细菌和微小污泥 有利于净化水质 3 指示作用 根据出现的原生动物的种类可判断活性污泥的状态和处理水质的好坏 植鞭毛虫 肉足虫 动鞭毛虫 小型游泳型纤毛虫 大型游泳型纤毛虫 固着型纤毛虫 匍匐型纤毛虫 轮虫 3 真菌类通常出现在工业废水的活性污泥中 大多为藻类 半知菌类和酵母类的一些种 水节霉 瑞氏木霉 Trichoderma 假丝酵母 3 其他微生物 青霉属 Penicillium 头孢霉属 Cephalosporium 枝孢属 Cladosporium 镰孢霉 Fusarium 地霉属 Geotrichum 假丝酵母屑 Candida 红酵母属 Rhodotorula 活性污泥中的真菌主要为霉菌 76 活性污泥中的微生物 4 微小后生动物轮虫类 rotifers 线虫类 nematodes 4 微小后生动物常摄食污泥中细菌 原生动物残骸的碎片等 4 微小后生动物有轮虫类和线虫类物种 常摄食污泥中细菌和原生动物残骸的碎片 轮虫 线虫 78 活性污泥法的基本流程 活性污泥法系统组成1 初沉池 2 曝气池 3 二沉池 4 曝气系统 5 污泥回流系统 曝气池与二沉池是活性污泥法的基本组成 活性污泥法的基本流程 二沉池 废水 初沉池 空气 曝气池 二沉池 处理水 回流污泥 二 基本流程活性污泥法通常是由曝气池 沉淀池 曝气系统 污泥回流和剩余污泥排除系统所组成 污泥处理 污泥处理 81 活性污泥工艺在污水工艺中的位置 曝气池 曝气池 曝气池 曝气池出水堰 曝气池混合液配水进入二沉池 87 二沉池 二沉池 88 二沉池 4 活性污泥法运行中的问题 1 污泥膨胀 在曝气池运转过程中 有时会出现污泥结构松散 沉降性能恶化 随水漂浮 溢出池外的异常现象 引起出水水质的恶化 六 活性污泥法运行中常见的问题 解决方法 加强管理 及时监测 当进水浓度大 出水水质差时 加强曝气提高供氧量 加大排泥量 提高进水浓度 曝气池中含碳高而使碳氮比失调时 投加含氮化合物 加氯可以起凝聚和杀菌双重作用 一 污泥膨胀 产生原因 污泥结构松散 沉降性差 造成污泥上浮而随水流失 广义地把活性污泥的凝聚性和沉降性恶化 以及处理水浑浊的现象总称为活性污泥的膨胀 引起污泥膨胀的原因和条件 1 污泥膨胀类型有丝状菌性膨胀和非丝状菌性膨胀两种非丝状菌膨胀因高黏性物质大量积累而引起的膨胀 低温季节容易产生 出现这种污泥膨胀时 废水净化效果良好 上清液清澈 但污泥难于沉淀 丝状菌性膨胀丝状菌性膨胀是由于丝状菌异常增长而引起的 活性污泥呈棉絮状 沉降性能变差 通常所说的膨胀是指丝状菌性膨胀 filamentousbulking 污水处理厂常见的污泥膨胀 1 缺氮和缺磷的废水 如造纸废水 含酚废水和印染废水 污泥膨胀比较严重 2 温度过高 夏秋季膨胀现象频繁 有时低水温也会有问题 3 污泥负荷过低或高 一般认为污泥负荷超过0 35kgBOD kgMLSS d 就会膨胀 4 废水中悬浮物低 低分子糖类多 5 有毒金属 硫化物等毒物流入 抑制丝状菌生长的方法 投加化学药剂调节水的酸碱度调整其他工艺条件 如改变供氧量 排泥量 进水流量等 镜检时 丝状菌已伸出絮状体外或原生动物种类与数量发生急剧变化 则预示污泥可能发生膨胀 2 污泥的解体 不絮凝 在曝气池运转过程中有时会出现污泥絮凝体微细化 导致处理水质浑浊 处理效果变坏的现象 引起的原因 曝气过量 污水中混入有毒物质等 解决方法 通过控制曝气量 或对污水进行适当的预处理 2 污泥腐化上浮污泥由于缺氧而腐化 厌氧分解 产生大量甲烷及二氧化碳气体附着在污泥上 使污泥比重变小而上浮 上浮的污泥发黑发臭 防止方法 增加曝气 及时排泥 减少曝气池进水量 二 污泥上浮 1 污泥脱氮上浮活性污泥上氮气吸附多时 由于比重降低 污泥随气体浮上水面 3 起泡沫现象 在曝气池运转过程中 有时会出现起泡现象 原因 污水中含有合成洗涤剂或由微生物产生的表面活性物质 解决方法 适当减少曝气量或喷洒消泡剂可缓解泡沫现象 4 剩余污泥 经焚烧或堆肥处理掉 三 污泥的致密与减少污泥失去活性 解决方法 投加营养料 缩短曝气时间或减少曝气量 调整回流比和污泥排放量 防止污泥上浮 提高沉淀效果 污泥的致密与减少 解决方法 在曝气池上安装喷洒管网 用压力水 处理后的废水或自来水 喷洒 打破泡沫 定时投加除沫剂 如机油 煤油等 以破除泡沫 四 泡沫问题 当废水中含有合成洗涤剂及其它起泡物质时 就会在曝气池表面形成大量泡沫 它会隔绝空气与水接触 吸附大量活性污泥固体 影响环境卫生 三 活性污泥的性能指标 1 污泥沉降比 SV 污泥沉降比是指一定量的曝气池混合液 静止30min后 沉降污泥体积与原混合液体积之比 是控制运行的重要指标之一 一般在15 30 2 污泥浓度 MLSS 指曝气池单位混合液中所含悬浮固体的质量 g L或mg L 反映微生物的量 一般MLSS值控制在2 4g L 活性污泥系统的指标 污泥体积指数 SVI SV不能确切表示污泥沉降性能 故用单位质量干泥形成湿泥的体积来表示污泥沉降性能 简称污泥指数 单位为mL g 103 1L混合液沉淀30min的活性污泥体积 mL SV mL L SVI 1升混合液中悬浮固体干重 g MLSS g L 3 污泥 容积 指数 SVI 是指曝气池混合液静止30min后 1g干污泥湿时所占有的体积 mL g 即SVI mL g SV MLSS注 SVI过低 说明污泥颗粒细小紧密 无机物含量多 缺乏活性和吸附能力 SVI过高 说明污泥难于凝聚沉降 已经发生或即将发生污泥膨胀 4 污泥密度指数 SDI 曝气池混合液在静置30min后 含于100mL沉降污泥中的活性污泥悬浮固体的克数 SDI 100 SVI 105 活性污泥系统的指标 3 负荷容积负荷 单位体积 单位时间去除BOD或COD的量 kgBOD m3 d 污泥负荷 F M 单位质量活性污泥 单位时间去除COD或BOD的量 kgBOD kgMLSS d 五 曝气 一 曝气的作用向液相供给溶解氧 并起搅拌和混合作用 活性污泥处理系统至今已形成相当完整 充实的废水生物处理体系 有适应多种形式的曝气池 运行方式和曝气装置 三 常用的曝气设备 1 鼓风曝气曝气系统由加压设备 鼓风机 管道和空气扩散装置三部分组成 空气以气泡的形式扩散到混合液 使气泡中的氧迅速转移到液相供微生物需要并搅拌混合液 多用于长廊式曝气池 现也用于深井曝气池 空气扩散装置 2 机械曝气机械曝气是以装在曝气池水面的表面曝气机的快速转动 进行表面充氧 按转轴的方向不同 表面曝气机分为竖式和卧式两类 竖式表面曝气机 伞型叶轮 竖式曝气机的转轴与水面垂直 装有叶轮 常用的有平板型 伞型和泵型三种 但运行时噪声较大 易使污泥破碎 TNO型曝气转刷 卧式的表面曝气设备包括转刷曝气机和转盘曝气机 常用于氧化沟活性污泥法中 3 特点 表面机械曝气的氧吸收率高 鼓风曝气低 前者耗电较后者少 鼓风曝气设备多 机械曝气设备少 叶轮曝气适合水量较小的小型曝气池 鼓风曝气适用于大水量的大型曝气池 鼓风曝气 表面机械曝气 七 活性污泥法的特点及改革方向 1 特点 处理能力强 出水水质好 但基建费 运行费高 能耗大 管理复杂 易出现污泥膨胀 污泥上浮等问题 2 改革方向 1 简化流程 压缩基建费 2 节约能源 降低运行费 3 增加功能 改善出水水质 4 简化管理 保证稳定运行 5 简化污泥的后处理 活性污泥法的主要类型 114 1 传统活性污泥法2 完全混合活性污泥法3 阶段曝气活性污泥法4 吸附再生活性污泥法5 选择型活性污泥法6 渐减曝气活性污泥法7 纯氧曝气活性污泥法8 限制性曝气活性污泥法9 高负荷活性污泥法10 延时曝气活性污泥法11 投料式活性污泥法 冲击负荷 1 负荷 一般说负荷有污泥负荷和容积负荷两种 污泥负荷指一定时间 天 内一定量污泥 kg 去除COD的量 kg 容积负荷指一定时间 天 内一定反应体积 立方米 去除COD的量 kg 2 冲击负荷 在污水处理运行当中 污泥量一般都会保持在一定水平 反应器 曝气池 厌氧反应器等 容积当然也不会发生变化 但是如果进水水质发生很大变化 COD飙升或大幅下降 就会使污泥负荷和容积负荷发生很大变化 对污泥微生物带来影响 就是所谓的冲击负荷 3 在一些处理工艺中 特别是一些回流量特别大或者完全混合类型的 由于一些水力或其他方面的设计 使工艺对冲击负荷的耐受能力比较强 即使有负荷升高的现象 也不至于马上崩溃 并可以比较快恢复 即抗冲击负荷能力强 1 传统活性污泥法 优点 1 处理效果好 BOD5去除率达到90 2 操作灵活 可根据处理程度的要求可高可低 缺点 1 进水有机负荷不宜过高 以免曝气池首端呈现厌氧状态2 曝气池容积要大 面积要大3 曝气池末端可能出现供氧速率高于需氧速率情形 增加费用4 耐冲击负荷性能较差 二 曝气池的流态 1 推流式曝气池 118 2 完全混合活性污泥法 出现于20世纪50年代后期 用来处理高负荷工业废水 尤其是含有抑制性有机物的工业废水 废水与回流污泥进入曝气池后 立即与池内原有的混合液完全混合 完全混合曝气池 完全混合法 完全混合法的特征 1 池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同 生活环境也基本相同 2 入流出现冲击负荷时 池液的组成变化也较小 因为骤然增加的负荷为全池混合液所分担 而不像推流中仅仅由部分回流污泥来承担 完全混合池从某种意义上来讲 是一个大的缓冲器 在工业污水的处理中有一定优点 3 池液里各个部分的需氧量比较均匀 119 2 完全混合式曝气池 122 把进水点加以调整 使废水沿着曝气池分若干点流入 又称多点进水法 可以降低曝气池前端的耗氧速率 避免缺氧情况 提高空气利用率 3 阶段曝气活性污泥法 123 沉淀池 阶段曝气法流程 3 阶段曝气活性污泥法 4 吸附再生活性污泥法 特点 1 造价低 废水和活性污泥在吸附池内的接触时间短 吸附池容积小 污泥回流比率高 再生池容积也小 两者容积之和要比普通活性污泥小的多2 耐冲击负荷能力强 回流污泥量多缺点 1 去除率比普通法低2 对难溶解的有机物含量高的工业废水处理效果欠佳flash 5 选择型活性污泥法 选择池的作用使得回流的活性污泥与废水接触10 30分钟 但不至于把BOD氧化 使得碳水化合物和蛋白质经过发酵生产有机酸或脂肪酸物质 混合液进入曝气池以后 有机物能够快速降解 改善污泥的沉降性能 127 加大进口的通气量 然后随有机物浓度的逐渐降低而相应减少通气量 又称渐减曝气法 6 渐减曝气活性污泥法 128 7 渐减曝气活性污泥法 优点 1 氧传递速率高 曝气时间大大缩短2 生物处理速度高 能大大提高曝气的容积负荷3 污泥产生量少 一般不会产生污泥膨胀缺点 1 纯氧制备过程复杂 容易出故障 运行管理比较麻烦2 曝气池密闭 对结构要求高3 进水中混的易挥发的碳氢化合物容易在密闭曝气池中积累 引起爆炸4 生成的二氧化碳容易溶于液体 导致pH下降 影响处理效率 8 限制性曝气活性污泥法 用于不需要高纯度处理 但处理效果又强于只有沉淀处理的场合 曝气时间大约1 5到2个小时 9 高负荷活性污泥法 通过与纯氧曝气系统相结合 处理高污染浓度的污水 10 延时曝气活性污泥法 又叫做完全氧化活性污泥法 是一种长时间曝气的活性污泥法 有机负荷第 但是MLSS浓度高处理对水质要求高 又不宜采用污泥处理装置的小型城镇污水和工业废水 11 投料式活性污泥法 指的是向曝气池中投加粉末活性炭 混凝剂或者其他材料与化学药剂 以保持或提高活性污泥活性和沉淀性能的方法 5 活性污泥法的新发展 传统活性污泥法的缺点 基建投资高 运行费用高 负荷小 污泥产生量大 易发生污泥膨胀 氮磷去除率低等 新方法 1 序批式活性污泥法2 吸附 生物降解工艺3 氧化沟工艺 1 序批式活性污泥法 SBR SBR是活性污泥法的一个变型 它的反应机理以及污染物质的去除机制与传统活性污泥基本相同 仅运行操作不同 操作模式由进水 反应 沉淀 排水 静置5个程序 在一个周期均在一个设有曝气和搅拌装置的反应器 池 中进行 这种操作周而复始进行 以达到不断进行污水处理的目的 省却二沉池和污水 污泥回流系统 一 简介 SBR工艺即序批式活性污泥法 又称为间歇式活性污泥法 由于在运行中采用间接操作的形式 每一个反应池是一批批地处理废水 因此而得名 沉砂池 SBR 接触池 排水 污水 污泥浓缩 消化 脱水 污泥处理 消毒剂 SRB法的一般流程 137 序批式活性污泥法 序批式活性污泥法 sequencingbatchreactor SBR 是一种间歇运行的污水生物处理工艺 该工艺每个运行周期可以划分为 进水期 反应期 沉降期 排放期和闲置期五个阶段 138 序批式反应池 SBR 139 运行中的SBR工艺 在SBR工艺中 因污水一次性投入反应器 有机物浓度随时间变化而减少 到反应后期污染物浓度降低 这种变化能较好的控制丝状细菌 而有利于菌胶团形成菌的生长通过控制曝气可实现厌氧与好氧交替的状态 可抑制好氧丝状菌的繁殖 因此 可有效防止污泥膨胀的发生 从而提高污泥的沉降性 优点 通过控制反应工序的曝气时间和其他工序的持续时间 在反应器内可实现厌氧 缺氧 好氧条件的交替 又可获得脱氮除磷的效果 与传统方法比 具有投资少 处理效率高等特点 三 SBR工艺的特点 1 对水量水质变化的适应性强 运行操作灵活 2 有机质的去除特性 3 硝化和反硝化作用 4 生物除磷 5 污泥性能与产率 6 供氧量 曝气方式不同 滗水器出水 SBR工艺的特点 工艺简单 处理构筑物少 无二沉池和污泥回流系统 基建费和运行费都较低 SBR用于工业废水处理 不需设置调节池 污泥的SVI值较低 污泥易于沉淀 一般不会产生污泥膨胀 调节SBR运行方式 可同时具有却除BOD和脱氮除磷的功能 当运行管理得当 处理水水质优于连续式活性污泥法 SBR的运行操作 参数控制应实施自动化操作管理 以便达到最佳运行状态 吸附生物降解法简介吸附生物降解法 adsorptionbiodegradation 简称为AB工艺 为德国亚琛大学发明 是一种超高负荷活性污泥法 A段 B段 进水 格栅 沉砂 曝气吸附 中间沉淀 最终沉淀 曝气 出水 回流污泥 回流污泥 剩余污泥 剩余污泥 吸附降解法工艺流程 2 吸附生物降解法 AB AB法工艺特点 A段污泥负荷很高 泥龄短 水力停留时间短 A段和B段的微生物群体特性明显不同 不设一沉池 使A段成为一个开放性的生物动力学系统 A段可以根据污泥组分的不同实行好氧或缺氧运行 2 吸附 生物降解工艺 AB AB工艺是两段活性污泥工艺 分为A段和B段 A段为吸附段 B段为生物氧化段 AB工艺的主要处理构筑物有A段曝气池 中间池 B段曝气池和二沉池等 通常不设初沉池 以A段为一级处理系统 A段和B段拥有各自独立的污泥回流系统 因此有各自独特的微生物种群 有利于系统功能的稳定 149 生物吸附法 AB法 曝气池 二沉池 中沉池 曝气池 A段 B段 150 吸附生物降解法 AB法 70年代 德国Boehnke教授提出了AB absorptionbiodegradation 法工艺 曝气池分为高 低负荷两段 各有独立的沉淀和污泥回流系统 吸附段 A段 采用高负荷或超高负荷运行 停留时间短 30 60分钟 主要为吸附过程 去除BOD达50 以上 氧化段 B段 采用低负荷运行 停留时间2 4小时 AB工艺基本原理 AB工艺是污水生物处理技术的重大突破 它实际上是一个开放性的处理系统 A段连续不断地从排水管网系统接种在管网系统中已存活地大量地细菌 对此 可以把排水系统看成是一个巨大地中间反应器 其中存活大量细菌 而且还不断地进行增殖 适应 淘汰 优选等过程 从而能够培育出适应性和活性都很强地微生物群体 本工艺不设初沉池 使原水中地微生物全部进入系统 使A段成为一个开放性地生物动力学系统 A段负荷较高 有利于增值速度快的微生物生长繁殖 而且在这里成活的只能使抗冲击负荷能力强的原核细菌 其他微生物都不能存活 废水经A段处理后 BOD去除40 70 可生化性也有所提高 有利于B段的工作 A段污泥产率较高 吸附能力强 重金属 难降解物质以及氮 磷等植物性营养物质等 都可通过污泥的吸附作用 二得到去处 A段对有机物的去除 主要是靠污泥絮体的吸附作用 生物降解作用只占1 3左右 由于物理化学作用占主导作用 因此 A段对污水中的有毒物质 PH值 有机负荷以及温度的变化具有一定的适应性 B段的各项反映是以A段的正常工作为基础的 其中 A段对有机物的吸附作用是非常重要的 B段的生物系统主要由世代期长的真核微生物组成 并根据具体工艺情况有所变化 B段接受的污水水质水量都基本稳定 几乎不用考虑冲击负荷 得以充分发挥净化功能 由于A段具有除氮的功能 BOD N值有所降低 因此 B段具有进行消化反应的工艺条件 154 吸附 生物降解工艺 AB法 AB工艺特点 AB工艺利用了系统工程的基本理论 省去了传统污水生物处理工艺中的初沉池 采用合理的两段处理工艺流程 根据微生物生长核繁殖的规律 以及对有机基质的代谢关系 使A段和B段分别在两种不同的而且相差较为悬殊的负荷条件下运行 两段的污泥回流系统分开 保证处理过程中的生物相稳定性 因此 AB工艺具有许多优良的性能特点 第四节生物膜法 157 生物膜法 生物膜 通过附着而固定在特定载体 石头 沙砾或塑料网等 上的结构复杂的微生物群落形成的一层黏液状膜 生物膜法 biofilmprocess 利用附着生长于某些固体物表面的微生物 即生物膜 进行有机污水处理的方法 生物膜法是一种重要的生物处理方法 158 生物膜法 通过废水和生物膜的相对运动 进行固液两相的物质交换 在膜内进行有机物的生物氧化与降解 净化废水 膜内微生物得到生长和繁殖 生物膜法净化污水示意图 生物膜技术的发展和分类 1893年 英国出现在粗滤料上喷洒污水 进行净化 20世纪20 30年代 生物滤池为主的生物膜法得到了广泛应用 20世纪40 50年代 由于活性污泥法的发展 生物膜法工艺出现停滞状态 20世纪60年代以后 因为新型的有机合成材料开始大量生产 出现了各种有机合成的高效填料 生物膜法获得了新的发展 20世纪70年代以后 各种新型工艺相继出现 生物膜法成为和活性污泥法并列的污水生物处理技术 得到广泛应用 159 160 生物膜的净化原理 生物膜具有强烈的吸附 吸收 分解作用 微生物合成新细胞 膜不断加厚 生物膜达到一定厚度时 生物膜内层形成厌氧层 厌氧层逐渐扩大增厚 随后造成生物膜整块脱落 滤料表面又生成新的生物膜 如此循环往复不断更新 2 生物膜的净化原理 污水从上部均匀喷洒到生物滤池表面 薄膜状吸附于滤料周围形成附着水 adhesivewater 沿薄膜流过滤料即流动水 flowingwater 滤料表面微生物迅速繁殖 形成一层充满微生物的生物膜 革兰氏阴性菌丝状细菌 并有糖萼的形成 有助于生物膜微生物黏结在滤料表面 生物膜具有强烈的吸附 吸收 分解作用 微生物合成新细胞 膜不断加厚 生物膜达到一定厚度时 生物膜内层形成厌氧层 厌氧层逐渐扩大增厚 随后造成生物膜整块脱落 滤料表面又生成新的生物膜 如此循环往复不断更新 生物膜是依靠附着于固体表面滤料的介质上而生长繁殖的微生物净化有机物的好氧处理方法 主要的生物膜法有 生物滤池 其中又可分为普通生物滤池 高负荷生物滤池 塔式生物滤池等 生物转盘 生物接触氧化法 好氧生物流化床等 一 生物膜法基本原理 1 生物膜的形成 含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动 一定时间后 微生物会附着在填料表面而增殖和生长 形成一层薄的生物膜 生物膜的生长周期 3 生物膜的更新与脱落生物膜厚度不断增加 氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态 厌氧的代谢产物增多 气态产物的不断逸出 减弱了生物膜在填料上的附着能力 易于脱落 老化膜脱落 新生生物膜又会生长起来 2 生物膜的成熟 在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定 生物膜从开始形成到成熟 一般需要30天左右 城市污水 20 C 成熟的生物膜一般厚度为2mm 3 生物膜的培育 1 自然挂膜法 利用待处理污水中的自然菌种进行生物膜培养的方法 将待处理的污水一次性通入生物膜反应器 在不进水的情况下连续循环3 7天 之后改为连续进水 流量从小到大 最终达到设计流量 在此过程中污水和空气中的微生物附着在填料的表面 生长繁殖 生物量逐渐增加 形成微生物膜 2 菌种添加挂膜法 为加速生物膜的形成或提高生物膜的降解能力 向污水中投加优良菌种 具体做法 将待处理污水与接种菌种在生物膜反应器内混合 连续循环3 7天 之后改为连续加水 流量从小到大 最终达到设计流量 生物膜法的特点 优点 1 附着于固体介质表面上的微生物对水量 水质的变化有较强的适应 2 固体介质有利于微生物形成稳定的生态体系 栖息微生物的种类较多 处理效率高 3 降解产物污泥量少 4 管理方便 缺点 1 滤料表面积小 BOD容积负荷小 2 附着于固体表面的微生物量较难控制 操作伸缩性差 3 靠自然通风供氧 不如活性污泥供氧充足 容易产生厌氧 生物膜法 1 生物膜中的生物 生物膜由细菌 真菌 藻类 原生动物和其它动物构成 但生物膜主要由菌胶团和丝状菌组成 细菌好氧菌 专性或兼性的 主要有动胶菌 假单胞菌 产碱杆菌和黄杆菌 硝化细菌 亚硝化单细菌和硝化杆菌 专性厌氧菌有脱硫弧菌和产甲烷菌等 丝状细菌如浮游球衣菌 贝日阿托氏菌 真菌 真菌在生物膜中比在活性污泥中多 首先定殖在基质上主要的真菌有白地霉 水生镰孢 瘤孢 红浆霉和多胞丝胞酵母 丝状生长有助于氧向生物膜深处扩散 藻类 常见藻类 小球藻 绿球藻 裸藻 丝藻 席藻 毛枝藻以及颤蓝菌等 原生动物肉眼可见的动物最重要的是蛾蝇 176 生物膜法的类型 生物膜法 生物滤池 生物接触氧化池 生物转盘 生物流化床 4 生物膜反应器类型及其应用进展 常用的有生物滤池 接触氧化 生物转盘和生物流化床 面积负荷 单位时间内单位滤池面积所能承受的废水量或有机污染物 1 生物滤池 分为普通生物滤池 塔式生物滤池和曝气生物滤池 普通生物滤池 污水通过一层表面布满生物膜的滤料 使之得以净化 多采用自然通风 特点是结构简单 管理方便 存在问题 卫生条件差 容易滋生蚊蝇 处理效率较低 生物滤池 进水 初次沉淀池 二次沉淀池 出水 生物滤池 生物滤池的基本流程 生物滤池构造及组成 1 池体构筑物主体 多为圆形 有一定的支撑强度 2 滤料是生物膜赖以生长的载体 特性 比表面积要大 能使废水以液膜状均匀分布于其表面 有足够大的孔隙率 适合于生物膜的形成及黏附 有较好的机械强度 3 布水装置布水装置的目的是将废水均匀地喷洒在滤料上 常用旋转布水装置 4 排水系统排水系统处于滤床的底部 其作用是收集 排出处理后的废水和保证良好的通风 由渗水顶板 集水沟和排水渠所组成 渗水顶板用于支撑滤料 净化后的废水通过顶板后 即由集水沟收集排入总渠 影响生物滤池功能的主要因素 1 滤床的比表面积和空隙率 2 滤床的高度 3 负荷 有机负荷 水力负荷 4 回流 高负荷滤池和塔式滤池 5 供氧 塔式生物滤池 特点是占地少 基建费用省 净化效果好 高度一般在20m以上 形似高塔 塔式生物滤池 曝气生物滤池 需进行人工曝气 污水流向可从上到下 也可从下到上 生物滤池 以土壤自净原理为依据 在污水灌溉的实践基础上发展起来的人工处理方法 188 189 190 生物滤池的净化原理 污水以滴状洒布在块状滤料的表面 污水流经滤料表面时会形成生物膜 膜中的微生物摄取有机污染物作为营养基质利用 使污水得到净化 191 生物滤池 生物滤池的形式普通生物滤池塔式生物滤池活性生物滤池 普通生物滤池 也叫滴滤池 TicklingFilters 192 生物滤池的基本流程 生物虑池 二沉池 生物滤池 193 194 生物滤池 池体二十世纪四十年代前常采用方形 矩形的池体 现在大多采用圆形滤池 195 生物滤池 滤料在普通生物滤池中一般采用碎石 卵石 煤渣等 高负荷生物滤池中采用石英石 花岗岩等 现在也采用塑料滤料 如聚氯乙烯 聚苯乙烯等 196 一些滤料的形状 聚乙烯蜂窝填料 常用填料的类型 弹性立体填料 立体弹性填料 挂膜后的网状填料 201 布水装置 通过布水装置 将污水均匀喷洒到滤池表面 主要的布水装置包括 间歇喷洒布水系统 旋转布水器 布水装置 间歇喷洒布水系统组成 投配池 布水管道 喷嘴 202 布水装置 旋转布水器组成 进水竖管 配水短管和布水横管组成 203 204 生物滤池 排水系统排水系统处于滤床的底部 包括渗水装置 汇水沟和总排水沟 其作用是收集 排出处理后的水以保证滤床的通风 205 影响生物滤池功能的因素 虑床的比表面积和孔隙率 虑床高度 负荷 回流 供氧 206 塔式生物滤池 塔式生物滤池是近30年发展起来的生物滤池 塔高7 24m 采用塑料滤料 聚氯乙烯和聚丙烯 内部通风良好 水流紊动剧烈 水力冲刷较强 207 塔式生物滤池 208 塔式生物滤池 209 活性生物滤池 活性生物滤池 activatedbiofilter ABF 由生物滤池和曝气池串联组成的新的两段生物处理工艺 210 活性生物滤池的流程图 曝气池 二沉池 活性生物滤池 在通常的活性污泥过程之前设置一个塔式滤池 它同曝气池可以是串联或并联的 生物转盘 固定在一根轴上的许多间距很小的圆盘或多角形盘片组成 在生物滤池的基础上发展起来的 区别是以一系列转动的圆盘代替固定的滤料 212 213 生物转盘 生物转盘的概念产生于1901年 但是当前使用的工艺发展于20世纪50年代 第一座生物转盘污水处理厂是1954年在德国建成的 20世纪60 70年代初 生物转盘的介质类型和设备结构得到了明显的改进 70年代美国建造了许多生物转盘装置 目前仍有600多座还在应用 214 生物转盘 到了80年代 欧洲已经建成生物转盘污水处理厂近2000座 现在全世界估计大约有3000套生物转盘装置 我国于70年代开始进行生物转盘的研究 已经在印染 造纸 皮革 石油化工等行业的工业废水处理中得到应用 而且效果很好 215 原理 在废水池子中安装转盘 像水车一样旋转 转盘浸入水中吸附有机物获得营养 转盘离开水后获得氧气 转盘每转动一圈即完成一个吸附和一个氧化周期 转盘不断转动 上述过程循环进行 使废水得到净化 生物转盘的流程 1 生物量多 净化率高 适应性强 2 生物膜微生物的食物链长 污泥产量少 为活性污