活性污泥法讲义

污水处理的专项讲解 活性污泥法 郝大拿20XX年X月 目录概述曝气池二次沉淀池 一 概述活性污泥法的历史什么是活性污泥 活性污泥的基本组成活性污泥的主要生物种类活性污泥法基本原理活性污泥法基本工艺流程活性污泥法对进水水质的要求评价活性污泥的指标 活性污泥法的历史 活性污泥法是对城市污水及有机工业废水最有效的生物处理法 1913年 英国曼彻斯特大学的Flowler Ardon及Rocket等人进行模拟实验曝气污泥处理污水 1914年将实验结果在英国的化学工程学会发表 为活性污泥法的创始 该技术在世界范围内研究及应用已有90多年的历史 什么是活性污泥 在曝气池内 悬浮着大量肉眼可观察到的絮状污泥颗粒 这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成 它有巨大的表面积和很强的吸附性能 称为活性污泥 活性污泥的基本组成 1 活性的微生物2 微生物自身氧化的残留物3 吸附在活性污泥上不能被生物降解的有机物和无机物4 其中微生物是活性污泥的主要组成部分 活性污泥中的微生物又是由细菌 真菌 原生动物 后生动物等多种微生物群体相结合所组成的一个生态系5 活性污泥通常为黄褐色或褐色絮状颗粒 其直径一般为0 02 2mm 含水率一般为99 2 99 8 密度因含水率不同而异 一般为1 002 1 006g cm3 活性污泥的基本组成 6 细菌是活性污泥组成和净化功能的中心 是微生物的最主要部分7 污水中有机物的性质决定哪些种属的细菌占优势8 在一定的能量水平 即细菌的活动能力 下 细菌构成了活性污泥絮凝体的大部分 并形成菌胶团 具有良好的自身凝聚和沉降性能9 在活性污泥中 除细菌外还出现原生动物 是细菌的首次捕食者 继之出现后生动物 是细菌的第二次捕食者 活性污泥的主要生物种类 1 细菌类 单细胞生物 球衣细菌 硝化菌 脱氮菌 聚磷菌等好氧 厌氧分解吸收有机物2 原生动物 变形虫 纤毛虫 鞭毛虫等分解有机物 细菌 再生表面吸附能力3 藻类 兰藻类 绿藻类 硅藻类等植物光合作用氧化有机物4 后生动物多细胞生物体 轮虫 线虫细菌是活性污泥中最重要的成员 除一般的球菌 杆菌 螺旋菌外 还有许多比较高级的丝状细菌 在活性污泥中 细菌以菌胶团的形式存在 它是一个相当复杂的微生物群落 活性污泥法基本原理 活性污泥法 activatedsludgeprocess 是在人工充氧条件下 对污水和各种微生物群体进行培养和驯化 形成活性污泥 絮体状 比表面积大的微生物群体 利用活性污泥的吸附和氧化作用 以分解去除污水中的污染物质 然后进入二沉池进行泥水分离 大部分污泥再回流到曝气池 使曝气池内的底物和微生物的比值保持在一定的水平 多余部分则排出活性污泥系统 称剩余活性污泥 活性污泥法基本工艺流程 活性污泥法对进水水质的要求 1 营养源BOD N P 100 5 12 pH6 0 9 03 温度12 25 4 进水浓度 BOD5 CODCr SS NH4 N TN TP5 水量 水质的变化6 其它 油 溶解盐 重金属 锌 铜 钴 钼 镍 镉 铬 等 评价活性污泥的指标 1 混合液悬浮固体 MLSS 曝气池中混合液单位体积的固体重量 mg L 是计量活性污泥数量的指标 2 混合液挥发性悬浮固体 MLVSS 曝气池混合液悬浮固体中有机物的重量 3 污泥沉降比 SV 曝气池混合液在100mL量筒中 静置30min后 沉淀污泥与混合液的体积比 4 污泥指数 SVI 曝气池混合液经30min静沉后 1g干污泥所占的体积 以mL计 5 污泥龄 SRT 指曝气池中工作着的活性污泥总量与排放的剩余污泥之比值 单位为 d 6 水力停留时间 指污水在曝气池中的平均停留时间 W Q 7 有机负荷 F M 入流污水BOD的量 食物 和活性污泥量 微生物 比值称为污泥负荷 8 BOD CODB C 二 曝气池什么是曝气池曝气池中活性污泥净化过程与机理评价活性污泥的指标曝气原理曝气池活性污泥法的工艺参数曝气池活性污泥的质量 什么是曝气池 曝气池是由微生物组成的活性污泥与污水中的有机污染物质充分混合接触 并进而将其吸收并分解的场所 它是活性污泥工艺的核心 曝气池中活性污泥净化过程与机理 1 初期去除与吸附作用2 微生物的代谢作用3 絮凝体的形成与凝聚沉降 分离 曝气池中活性污泥净化过程与机理 1 初期去除与吸附作用在很多活性污泥系统里 当污水与活性污泥接触后很短的时间 10 45min 内就出现了很高的有机物 BOD 去除率 这种初期高速去除现象是吸附作用所引起的 由于污泥表面积很大 可达2000 10000m2 m3混合液 且表面具有多糖类粘质层 因此 污水中悬浮的和胶体的物质是被絮凝和吸附去除的 吸附 在气液 固液等相界面上 物质因物理及化学作用而被浓缩 即为吸附 曝气池中活性污泥净化过程与机理 2 微生物的代谢作用活性污泥中的微生物以污水中各种有机物作为营养 在有氧的条件下 将其中一部分有机物合成新的细胞物质 原生质 对另一部分有机物则进行分解代谢 即氧化分解以获得合成新细胞所需要的能量 并最终形成CO2和H2O等稳定物质 被吸附有机物的氧化和同化氧化 微生物为了获得合成细胞和维持其生命活动等所需的能量 将吸附的有机物进行分解 同化 微生物利用氧化所获得的能量 将有机物合成为新的细胞组织 曝气池中活性污泥净化过程与机理 2 微生物的代谢作用氨化作用 有机氮转化成氨氮 生物硝化 利用化能自养微生物 硝化细菌 将氨氮氧化成硝酸盐的一种生化反应 NH4 2O2NO3 2H H2O可以看出1g氮完成硝化反应需氧4 57g 硝化反应将释放出H 从而使pH下降 一般来说1g氨氮完全硝化 需OH 7 1g 此外 硝化细菌是自养菌有机物 若BOD过高使增殖速度较高的异养菌迅速增殖 使硝化细菌得不到优势 硝化反应无法进行 曝气池中活性污泥净化过程与机理 2 微生物的代谢作用生物反硝化 指污水中的硝酸盐在缺氧条件下 被微生物 反硝化细菌 还原为氮气的生化反应过程 NO3 有机物N2 NOx OH 反硝化细菌是异氧厌氧菌 还原1g硝态氮生成3 75g碱度 总的来说 脱氮反应的进行需要消耗碱度 pH降低 曝气池中活性污泥净化过程与机理 2 微生物的代谢作用生物除磷 在A O除磷工艺流程中 聚磷菌交替地处于厌氧状态和好氧状态 在厌氧状态下 聚磷菌能吸收污水中的乙酸 甲酸 丙酸及乙醇等极易生物降解的有机物质 贮存在体内作为营养源 同时将体内存储的聚磷酸盐以PO43 P的形式释放出来 以便获得能量 在好氧状态下 聚磷菌将体内存储的有机物氧化分解 产生能量 同时将污水中的PO43 P超量吸收至体内 以聚磷酸盐的形式贮存起来 这样 在排放的剩余污泥中 便含有大量的磷 从而达到了除磷的目的 曝气池中活性污泥净化过程与机理 3 絮凝体的形成与凝聚沉降 分离如果形成菌体的有机物不从污水中分离出去 这样的净化不能算结束 为了使菌体从水中分离出来 现多采用重力沉降法 如果每个菌体都处于松散状态 由于其大小与胶体颗粒大体相同 它们将保持稳定悬浮状态 沉降分离是不可能的 为此 必须使菌体凝聚成为易于沉降的絮凝体 絮凝体的形成是通过丝状细菌来实现的 评价活性污泥的指标 1 混合液悬浮固体 mixedliquorsuspendedsolid MLSS 混合液是曝气池中污水和活性污泥混合后的混合悬浮液 混合液固体悬浮物数量是指单位体积混合液中干固体的含量 单位为mg L或g L 工程上还常用kg m3 也称混合液污泥浓度 一般用X表示 它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标 一般活性污泥法中 MLSS浓度一般为2000 4000mg L 评价活性污泥的指标 2 混合液挥发性悬浮固体 mixedliquorvolatilesuspendedsolid MLVSS 指混合液悬浮固体中的有机物的重量 单位为mg L g L或kg m3 把混合液悬浮固体在600 焙烧 能挥发的部分即是挥发性悬浮固体 剩下的部分称为非挥发性悬浮固体 MLNVSS 一般在活性污泥法中用MLVSS表示活性污泥中生物的含量 在一般情况下 MLVSS MLSS的比值较固定 对于生活污水 常在0 75左右 对于工业废水 其比值视水质不同而异 评价活性污泥的指标 3 污泥沉降比 settlingvolume sludgesedimentationratio SV 污泥沉降比是指曝气池混合液在l00mL量筒中 静置沉降30min后 沉降污泥所占的体积与混合液总体积之比的百分数 所以也常称为30min沉降比 正常的活性污泥在沉降30min后 可以接近它的最大密度 故污泥沉降比可以反映曝气池正常运行时的污泥量 可用于控制剩余污泥的排放 它还能及时反映出污泥膨胀等异常情况 便于及早查明原因 采取措施 评价活性污泥的指标 4 污泥容积指数 sludgevolumeindex SVI 污泥容积指数也称污泥容积指数 是指曝气池出口处混合液 经30min静置沉降后 沉降污泥体积中1g干污泥所占的容积的毫升数 单位为mL g 但一般不标出 它与污泥沉降比有如下关系 SVI SV 10000 MLSS式中 MLSS的单位为g L SV以百分数代入 SVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度 活性 和凝聚 沉降性能 50 150 100最佳 评价活性污泥的指标 4 污泥指数 sludgevolumeindex SVI SVl值过低 说明污泥颗粒细小紧密 无机物多 缺乏活性和吸附力 SVI值过高 说明污泥难于沉降分离 并使回流污泥的浓度降低 甚至出现污泥膨胀 sludgebulking 导致污泥流失等后果 一般认为 处理生活污水时SVI200时 沉降性能不好 一般控制SVI为50 150之间较好 70 120之间最好 评价活性污泥的指标 5 污泥龄 sludgeage solidretentiontime SRT 污泥龄是曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量之比 单位是d 在运行稳定时 曝气池中活性污泥的量保持常数 每日排出的污泥量也就是新增长的污泥量 污泥龄也就是新增长的污泥在曝气池中平均停留时间 污泥龄也称固体平均停留时间 meansolidretentiontime 或细胞平均停留时间 meancellretentiontime 污泥龄是影响活性污泥处理效果的重要参数 控制污泥龄是选择活性污泥系统中微生物种类的一种方法 脱氮要求长污泥龄 除磷需要短污泥龄 评价活性污泥的指标 6 水力停留时间 hydraulicretentiontime HRT liquidretentiontime 水力停留时间Ta是指污水在处理系统中的停留时间 单位也是h 曝气池和二沉池均需计算水力停留时间 曝气池的水力停留时间一般用Ta来表示 Ta有时也叫污水的曝气时间 即污水在曝气池内被曝气的时间 Ta V Q或Ta V Q Qr V是曝气池的体积 Q是污水的流量 Qr是回流污泥量 评价活性污泥的指标 7 污泥负荷 有机负荷 foodtobiomass F M 在活性污泥法中 一般将有机物 BOD5 COD 与活性污泥 MLSS 的重量比值 称为污泥负荷 一般用N表示 污泥负荷又分为重量负荷和容积负荷 重量负荷 organicloadingrate NS 即单位重量活性污泥在单位时间内所承受的BOD5量 单位为kgBOD5 kgMLSS d 容积负荷 volumetricloadingrate NV 是曝气池单位有效容积在单位时间内所承受的BOD5量 单位为kgBOD5 m3 d 评价活性污泥的指标 7 污泥负荷 有机负荷 foodtobiomass F M 污泥负荷的计算公式 F M Q BOD5 MLVSS V 式中 Q 污水的处理量 m3 d V 曝气池的有效容积 m3 BOD5 进水BOD5浓度 kg m3 MLVSS 曝气池内挥发性活性污泥浓度 kgMLVSS m3 评价活性污泥的指标 7 污泥负荷 有机负荷 foodtobiomass F M 有机负荷的影响 污泥负荷与污水处理效率 活性污泥特性 污泥生成量 氧的消耗量有很大关系 是设计活性污泥法时的主要参数 温度对污泥负荷的选择也有一定影响 污泥负荷影响活性污泥特性 采用不同的污泥负荷 微生物的营养状态不同 活性污泥絮凝和沉降性也就不同 实践表明 在一定的活性污泥法系统中 污泥的SVI值与污泥负荷之间有复杂的变化关系 评价活性污泥的指标 8 活性污泥的生物相 organismculture 活性污泥中出现的是普通的微生物 主要是细菌 放线菌 真菌 原生动物和少数其他微型动物 在正常情况下 细菌主要以菌胶团形式存在 游离细菌仅出现在未成熟的活性污泥中 也可能出现在污水处理条件变化 如毒物浓度升高 pH值过高或过低等 使菌胶团解体时 游离细菌多是活性污泥处于不正常状态的特征 评价活性污泥的指标 9 溶解氧 dissolvedoxygen DO 对于推流式活性污泥法 氧的最大需要量出现在污水与污泥开始混合的曝气池首端 常供氧不足 供氧不足会出现厌氧状态 妨碍正常的代谢过程 滋长丝状菌 供氧多少一般用混合液溶解氧的浓度表示 活性污泥絮凝体的大小不同 所需要的最小溶解氧浓度也就不一样 絮凝体越小 与污水的接触面积越大 也越利于对氧的摄取 所需要的溶解氧浓度就小 反之絮凝体大 则所需的溶解氧浓度就大 为了使沉降分离性能良好 较大的絮凝体是所期望的 因此出水末端溶解氧浓度以2mg L左右为宜 评价活性污泥的指标 10 营养物 nutrients 在活性污泥系统里 微生物的代谢需要一定比例的营养物 除以BOD5表示的碳源外 还需要氮 磷和其他微量元素 生活污水含有微生物所需要的各种元素 但某些工业废水却缺乏氮 磷等重要元素 一般认为对氮 磷的需要应满足以下比例 即BOD N P 100 5 1 评价活性污泥的指标 11 pH值对于好氧生物处理 pH值一般以6 5 9 0为宜 pH值低于6 5 真菌即开始与细菌竞争 降低到4 5时 真菌将占优势 严重影响沉降分离 pH值超过9 0时 代谢速度受到阻碍 需要指出的是pH值是指混合液而言 对于碱性废水 生化反应可以起缓冲作用 对于以有机酸为主的酸性废水 生化反应也可以起缓冲作用 评价活性污泥的指标 12 水温 temperature 水温上升还有利于混合 搅拌 沉降等物理过程 但不利于氧的转移 对于生化过程 一般认为水温在20 30 时效果最好 35 以上和10 以下净化效果即降低 评价活性污泥的指标 13 有毒物质 toxicmaterials 对生物处理有毒害作用的物质很多 毒物大致可分为重金属 H2S等无机物质和氰 酚等有机物质 这些物质对细菌的毒害作用 或是破坏细菌细胞某些必要的生理结构 或是抑制细菌的代谢进程 毒物的毒害作用还与pH值 水温 溶解氧 有无其他毒物及微生物的数量或是否驯化等有很大关系 评价活性污泥的指标 14 活性污泥增长规律活性污泥中的微生物是多菌种的混合群体 其生长繁殖规律比较复杂 但也可用其增长曲线表示一般规律 活性污泥的增长过程可分为适应期 对数增长期 减速增长期 稳定期 和内源呼吸期四个阶段 在每个阶段 有机物 BOD5 的去除率 去除速率 氧的利用速度及活性污泥特征等都各不相同 曝气池活性污泥法的工艺参数 1 入流水质水量水量Q 水力负荷水质 供气量2 混合液悬浮固体MLSS3 回流污泥悬浮固体RSS4 回流污泥量与回流比 调节污泥浓度 维持二沉池的工况污泥回流比 ratioofreturnedsludge 是指回流污泥的流量与曝气池进水流量的比值 一般用百分数表示 符号为R R QR Q 曝气池活性污泥法的工艺参数 污泥回流量的大小直接影响曝气池污泥的浓度和二次沉淀池的沉降状况 以及曝气池生物除磷效果的好坏 所以应适当选择 一般在20 50 之间 有时也高达150 4 活性污泥的有机负荷 F M 5 混合液溶解氧浓度DO6 剩余污泥排放量和污泥龄SRT7 曝气池的水力停留时间 曝气池活性污泥的质量 1 颜色和气味正常的活性污泥为黄褐色 有土腥味 土臭素和异冰片 2 活性污泥的耗氧速率单位重量的活性污泥在单位时间内所能消耗的溶解氧量 SOUR mgO2 gMLVSS h 传统活性污泥法的耗氧速率一般在8 20mgO2 gMLVSS h 之间 3 污泥沉降比SV30沉降比SV30是衡量活性污泥沉降性能和浓缩性能的指标 它与污泥浓度有关 沉降及浓缩性能相同的污泥 当MLSS较大时 SV30值也大 当曝气池MLSS变化较大时 SV30值就无法与历史数据比较 一般SV30在15 30 的范围内 曝气池活性污泥的质量 4 污泥的容积指数SVI污泥的容积指数SVI既是衡量污泥沉降性能的指标 也是衡量污泥吸附性能的一个指标 一般来说 SVI值越大 沉降性能越差 但吸附性能越好 反之SVI越小 沉降性能越好 而吸附性能越差 一般认为 传统活性污泥工艺中 SVI值在100左右 综合效果最好 太大或太小都不利于出水质量的提高 5 污泥的沉降速率絮凝沉降过程 历时很短 一般1 2min即可完成 成层沉降过程 取决于污泥的沉降性能 沉降性能越好 成层沉降速度越大 历时也越短 压缩沉降过程 取决于污泥的浓缩性能 浓缩性能较好的污泥历时较短 曝气池活性污泥的质量 6 活性污泥的生物相一是观察原水动物和后生动物等指示生物的数量及种类变化 不同质量的活性污泥中存在不同的指示生物 通过指示生物的观察 可以间接评价活性污泥的质量 二是观察活性污泥中丝状菌的数量 不同质量的活性污泥中丝状菌的量是不同的 通过丝状菌数量的测量 也可以间接反映活性污泥的质量 曝气池的水质管理 水质管理控制指标F M一般在0 2 0 5kgBOD5 kgMLSS d 之间 但是 具体工艺有很大的差别 比如延时曝气工艺属于低负荷或超低负荷活性污泥法 F M一般在0 15kgBOD5 kgMLSS d 因此 具体工艺系统控制F M相对不同 SRT传统活性污泥法控制SRT在3 5d 硝化工艺控制SRT在至少8d以上 反硝化工艺则采用高污泥龄 一般控制在12天以上 DO一般控制在2 3mg L之间 SVI一般认为SVI在100ml g左右最合适 三 沉淀池沉淀的基本原理沉淀池的原理和作用 沉淀的基本原理 在流速不大时 密度比污水大的一部分悬浮物会借重力作用在污水中沉淀下来 从而实现与污水的分离 这种方法称之为重力沉淀法 根据污水中可沉悬浮物质浓度的高低和絮凝性能的强弱 沉淀过程有以下四个过程 自由沉淀 亦称离散沉淀 是一种相互之间无絮凝倾向或弱絮凝倾向的固体颗粒在稀溶液中的沉淀 絮凝沉淀 是一种絮凝性颗粒在稀悬浮液中的沉淀 成层沉淀 污水中的悬浮物浓度较高时 颗粒相互靠近 每个颗粒的沉降过程都受到周围颗粒作用力的干扰 但颗粒之间相对的位置不变 成为一个整体的覆盖层共同下沉 压缩沉淀 当污水中的悬浮固体浓度