12.1 2活性污泥法ppt课件

第十二章 活性污泥法 12 1概述 活性污泥工艺是一种应用最广泛的废水好氧生化处理技术 是一种好氧悬浮生长过程 优点 工艺灵活 可靠 容易控制 出水质量高 除了有机污染物以外 还可以去除部分悬浮固体以及N P 对抗短时有机负荷和水利负荷的能力也比较强 缺点 工艺运行相对复杂 需要有资格和有经验的人员运行维护 投资和运行费用尽管合理 但仍然比较大 一种活性污泥系统的成功运行需要充分的资金 人力资源来保证 其实 活性污泥并不是传统意义上的泥 在显微镜下 褐色的絮状活性污泥中 有大量的细菌 真菌 藻类 原生 后生动物等微生物存在 组成了一个特殊的生态系统 正是这个特殊的生态系统将水中的有机污染物转化为细胞物质或者氧化为低能量的化合物 1基本概念 1912年英国克拉克 Clark 和盖奇 Gage 发现长时间曝气会产生污泥 同时水质明显改善 继而 阿尔敦 Arden 和络开特 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ActivatedSludge 活性污泥 1916年第一个活性污泥法污水处理厂建成 活性污泥 ActivatedSludge 细菌最基本的形态 螺旋状 球状 杆状 原生动物 肉足类 可以任意改变形状 鞭毛类 有一根或多根鞭毛 纤毛类 分为自由游泳型和固着型 线虫 轮虫 水处理系统中的后生动物 2活性污泥的性状 活性污泥通常为黄褐色 有时为铁红色 絮绒状颗粒 一般直径有0 02 2mm 含水率99 2 99 8 密度因含水率不同而不同 一般在1 002 1 006g cm3范围内 比表面积大 大约20 100cm2 mL 3活性污泥系统的指标 1 污泥浓度指标 MLSS 混合液悬浮固体浓度 或混合液污泥浓度 单位 mg L或kg m3 表示活性污泥在曝气池混合液中的浓度 MLSS Ma Me Mi Mii MLVSS 混合液挥发性悬浮固体浓度 表示有机悬浮固体的浓度 mg L或kg m3 MLVSS Ma Me Mi 一般 MLVSS MLSS的值比较稳定 城市污水一般在0 75 0 85之间 对于不同废水 该值不同 活性污泥由四部分物质组成 具有活性的微生物群体 Ma 微生物自身氧化的残留物质 Me 原污水挟入的不能被微生物降解或暂时没有降解的有机物质 Mi 原污水挟入的无机物质 Mii 2 污泥沉降性能指标 SV 污泥沉降比 又称30min沉淀率在曝气池中取出100ml混合液于量筒中 静置30min后 测量污泥沉淀体积与原混合液体积的比值 一般用 表示 对于大部分城市污水处理厂的活性污泥 该值在20 30 之间 SV值测定方法简单快捷 能相对地反映出污泥浓度 污泥凝聚 沉降性能等 可用于控制排泥量和及时发现初期的污泥膨胀 SVI 污泥体积指数指曝气池出口处的混合液经过30min静置沉淀后 1g干污泥所形成的沉淀污泥体积 SVI更能准确地评价污泥凝聚性能及沉淀性能 SVI值低 则表明污泥粒径小 密实 无机成分含量高 SVI值高 表明污泥沉降性能不好 将要发生或已经发生污泥膨胀 SVI值可以衡量活性污泥的沉降浓缩特性 他的测量受到很多因素影响 如容器直径 污泥浓度等 所以 各个污水处理厂的SVI值没有可比性 3 溶解氧 DO 及溶解氧消耗速率 活性污泥系统曝气池中的溶解氧浓度一般要维持在2 4mg L 不宜低于1mg L DO消耗速率 即单位时间 单位体积的溶解氧消耗量 mg L min 该参数可以看作污泥活性的量化指标 获得方法 不同时间测量混合溶液的DO值 作曲线 其斜率即溶解氧消耗速度 以上五个参数 即MLSS MLVSS SV SVI DO消耗速度 是工艺运行中监测的重要指标 活性污泥微生物各增值期特点比较 活性污泥的营养物或有机底物量 F 与微生物量 M 的比值 F M 是活性污泥微生物增厚 增殖的重要影响因素 也是有机底物降解速率 氧利用速率 活性污泥的絮凝 吸附性能的重要影响因素 可以通过调整F M的值 来使活性污泥停留在我们需要的阶段 4 投配比F M kgBOD或COD kgMLSS d 一般投配比在0 1 0 2左右可以保证活性污泥稳定在工艺需要期 5 去除率负荷 容积去除率负荷 单位工作体积 单位时间去除BOD或COD的量 单位 kgBOD m3 d或kgCOD m3 d 污泥去除负荷率 单位质量活性污泥 单位时间去除COD或BOD的量 单位 kgBOD kgMLSS d或kgCOD kgMLSS d 4活性污泥系统 CAS 组成 曝气池 活性污泥工艺的核心 活性污泥与水中有机污染物充分混合接触 进而将其分解吸收的场所 曝气装置 向曝气池提供氧气 满足微生物需求 二沉池 将活性污泥与处理完的水分离 回流污泥系统 回流部分活性污泥 保证曝气池有足够的微生物浓度 回流污泥泵要求大流量 低扬程 转速不能太快以免破坏絮体 剩余污泥排放 一般需要后续处理 5活性污泥法的基本流程 活性污泥工艺在污水工艺中的位置 5活性污泥降解有机物的过程 活性污泥在曝气过程中 对有机物的降解去除过程可分为以下两个阶段 吸附阶段 污水中的有机物转移到活性污泥上去 活性污泥具有巨大的表面积 含有多糖类粘性物质 极易吸附水中的各种悬浮物质 稳定阶段 转移到活性污泥上的有机物被微生物利用的过程 微生物将可以降解的有机物分解 部分形成新的细胞 部分矿化为二氧化碳和水 从而达到净化污水的目的 一般 吸附阶段时间很短 大约15 45min左右 而稳定阶段时间持续较长 是活性污泥法降解有机污染物的主要阶段 6活性污泥中的食物链 细菌 原生动物 后生动物 处理水 剩余污泥 食料移动 代谢产物移动 7对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析 废水中的有机物 残留在废水中的有机物 从废水中去除的有机物 微生物不能利用的有机物 微生物能利用的有机物 微生物能利用而尚未利用的有机物 微生物不能利用的有机物 微生物已利用的有机物 氧化和合成 吸附量 增殖的微生物体 氧化产物 12 2活性污泥法的发展一 污泥法曝气反应池的基本形式 曝气池实际上是一个反应器 主要分为推流式 完全混合式 封闭环流式和序批式 曝气设备的选用及布置要与池型和水力要求相配合 推流式曝气池 多采用矩形廊道式曝气池 污水和回流污泥从池首进入 混合液以活塞流的流态逐渐向池尾部流动 从池末端出水堰流出 进入二沉池 优点 推流式曝气池应用时间比较长 是一种比较成熟的运行方式 处理效果好 运行稳定 BOD5去除率较高 可达90 以上 城市污水处理多采用这种方式运行 缺点 曝气池池首端污泥负荷率高 好氧速度快 所以设计时不宜采用过高BOD负荷率 耗氧速度沿池长逐渐降低 但是供氧速度恒定 造成浪费 抗负荷率冲击能力不强 对水质 水量变化适应性较差 曝气池 根据断面上的水流情况 又可分为平移推流式和旋转推流式 平移推流式 曝气池底铺满扩散器 池中水流只有沿池长方向流动 这种池型的横断面宽深比可以大些 旋转推流式 曝气池中 扩散器装于横断面一侧 由于气泡形成的密度差 池水产生旋流 池水中水沿池长方向流动外 还有侧向旋流 形成了旋转推流 扩散器位置不同还可分为 底层曝气 池深决定于鼓风机提供的风压 一般为3 4 5m 浅层曝气 水面以下0 3 0 9m 和中层曝气 池深一般可达7 8m 最大可以达到9m 根据横断面上的水流情况 可分为 推流式曝气池 完全混合式曝气池 池型可以为圆形 也可以为方形或矩形 曝气设备可采用表面曝气机 置于池的表面中心 废水从池底进入 在曝气机的搅拌下和全池混合 水质均匀 不像推流曝气池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 因此可以分为分建式和合建式 分建式 表面曝气机的充氧和混合性能同池型关系密切 因而表面曝气机的选用应和池型配合 已达到最好的效果 分建式虽然不如合建式紧凑 而且需要专设污泥回流设备 但运行上便于调节 合建式 我国定名为曝气沉淀池 国外称为加速曝气池 沉淀池和曝气池合建于一个圆形池中 沉淀池在外环 结构紧凑 但是很难分别控制和调节 我国仍有利用 国外已经趋于淘汰 完全混合曝气池 池形 根据和沉淀池的关系 圆形 方形 矩形 分建式 合建式 活性污泥形式之二 完全混合式 机械曝气完全混合曝气池 鼓风曝气完全混合曝气池 局部完全混合推流式曝气池 封闭环流式反应池 序批式反应池 SBR 二 活性污泥法的发展和演变 1传统活性污泥法 传统活性污泥法 CAS 早期工艺 反应器为矩形 水流为准推流 底部或一侧设曝气设备 2渐减曝气和分段进水活性污泥法 在推流式曝气池中 混合液的需氧量在长度方向上是逐步下降的 因此 等距离均量布置扩散器是不合理的 实际情况是 前半段水中氧量远远不够 而后半部分则超出了需要 基于以上分析 有人提出并采用了渐减曝气和分段进水 SFAS 的工艺 3延时曝气活性污泥法 延时曝气40年代末到50年代初在美国流行 特点是曝气时间很长 MLSS较高 可达3000 6000mg L 活性污泥在时间和空间上部分出于内源呼吸状态 产生污泥少而稳定 从而减少需要处置的污泥量 同时长时间曝气可以提高工程的稳定性 代价是反应器体积较大 主要有氧化沟和完全混合式曝气沉淀池两种曝气池结构 完全混合式曝气沉淀池形式与前面设计一致 只需要延长曝气时间即可 一般20 48小时 4接触稳定法 吸附再生法 该工艺可直接用于原污水的处理 不需要初沉池且效果很好 另外剩余污泥量会增加 5完全混合法 完全混合法 CMAS 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 进水均匀分布于整个反应器中 使反应器内各点的可生物降解有机物浓度比较低 即使进水中有机物有毒性 其毒性仍然可以减低 生物降解也会得以进行 6深井 层 曝气 深井曝气法实际装置直径可以达到1 6米 深度为50 150米 一般井中分为两部分 上升管和下降管 一般曝气池的深度以4 5米为宜 但是为了节约用地 60年代开始研究深层曝气 10 20米 法 70年代以来 又开发了深井曝气 150 300米 技术 深井曝气法具有占地面积小 充氧动力效率高等特点 另外该工艺还有利于冬季保持水温 适用于工业废水以及高浓度废水的处理 缺点 构造复杂 维修困难 泄漏会造成地下水污染 深层曝气 深井曝气法处理流程 深井曝气池简图 深井曝气工艺参数 深井曝气与传统生物处理工艺的比较 7吸附 生物降解工艺 AB法 Absorption Biodegration 70年代 德国Boehnke教授提出了AB法工艺 吸附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 而氧化段采用低负荷运行 停留时间2 4小时 两段具有独立的污泥系统 不相混合 主要特点 不设初沉池 A B段污泥回流单独分开 A B段负荷相差悬殊 吸附 生物降解工艺 AB法 耐冲击负荷 吸附 生物降解工艺 AB法 开放系统原理 城市污水中存在大量微生物 污水沟渠和管道可以看成是 中间反应器 在这个 中间反应器 中微生物存在适应 选择 生长的过程 设计中多被忽视 形成了适应改种废水的特有微生物种群 A段中有15 以上的微生物来自原废水 该段吸附 但不再生 靠该部分进入的微生物 活化 同时 中沉池中兼性菌呼吸也有活化作用 吸附 生物降解工艺 AB法 吸附 生物降解工艺 AB法 吸附 生物降解工艺 AB法 几个问题 适用性问题 A段是关键部分 由开放系统原理可知 A段需要不断从进水中获得适应性微生物 这是有效诱导 絮凝的前提 城市污水BOD5 300mg L 反硝化碳源问题 当B段有反硝化作用时 A O A段BOD去除率 50 否则碳源不足 影响反硝化效果 A段运行时 会出现恶臭 影响卫生 高有机负荷 产生硫化氢 大粪素等气体 所以A段应加盖子 并通风除臭 8序批式活性污泥法 SBR SequencingBatchReactor 并非 新 工艺1914年 Arden Lockett FillandDrawProcess 1980年 美国印第安纳州第一个SBR污水厂建成我国 1985年 上海吴淞肉联厂污水处理设施 2400m3 d 序批间歇式的含义 1 运行操作在空间上是按序列 间歇运行的 2 每个SBR反应器运行时间上也是按次序排列间歇运行的 序批式活性污泥法 SBR 常规除碳反应周期 进水期 F 反应期 R 沉淀期 S 排水排泥期 D 闲置期 I 按曝气时间与充水过程时序不同分为 非限量曝气 边进水 边曝气 限量曝气 充水结束后曝气 半限量曝气 充水中后期开始曝气 SBR优势在于 复合流态 空间上完全混合 时间上理想推流 理想沉淀池 反应堆动力大 运行中的SBR工艺 运行中的SBR反应池 悬链曝气技术 滗水器 浮动式重力滗水器 也称浮筒式滗水器 无动力滗水机 旋转滗水机 8序批式活性污泥法 SBR 工艺性能特点 流程简单 造价低 耐冲积负荷 在一般情况下不需设调节池 自动化程度高 易于维护管理 运行操作灵活 可达到脱氮除磷的效果 污泥沉降性能好 反应推动力大 出水水质好 SBR法处理部分工业废水效果 9氧化沟 OxidationDictch 氧化沟 OxidationDictch 延时曝气的一种特殊形式 又称连续环式反应池 20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所 TNO 研制成功 第一家氧化沟污水处理厂在1954年荷兰Voorshoper投产 称为Pasveer氧化沟 由Kessenser转刷曝气 水深1 5m 1968年 DHV公司将立式表曝机用于氧化沟 建立了Carrousel氧化沟 水深达到4 5m 新型号Carrousel3000 水深达到8m 全球近850座 1970年 Huisman在南非开发了使用转盘曝气的Orbal氧化沟 后将技术专利转让给美国Envirex公司 目前美国有200多座 一体式氧化沟工艺以及交替式氧化沟工艺 VR D T 特征为 a 呈环状沟渠 平面多为椭圆形或圆形 总长为几十米至百米以上 b 沟深取决于曝气装置 一般为2 6m c 流态特性介于完全混合和推流之间 特点 a 对水温 水质和水量的变动有较强的适应性 b 污泥龄一般可达15 30d c 污泥产率低 且多已达到稳定的程度 不需再进行消化处理 氧化沟 OxidationDictch 氧化沟在国内的应用 Carrousel氧化沟 Carrousel2000是在标准Carrousel工艺基础上 增设一个占总容积15 25 的预反硝化反应区 提高脱氮效果 BOD去除率达90 95 而脱氮效率可达80 90 OXYRATOR 表曝机 OXYRATOR 是一种低速垂直轴表面曝气机 是DHV公司 荷兰 为在CARROUSEL 卡鲁塞尔 系列氧化沟反应器中使用而专门设计的曝气设备 它是在多年的研究和开发工作的基础上发明出来的 该工艺由荷兰DHV公司设计 目前在世界范围共有1000多座采用该工艺的污水处理厂 该集团与我国合作项目很多 包括 安徽马鞍山污水处理厂 青岛2008奥运帆船赛配套设施等 Orbal氧化沟 设计深度 3 5 4 0m转盘曝气 浸没深度为230 530mm沟中流速0 3 0 6m s 一般为3沟 容积比为 6 3 1三沟溶解氧分别为 0 1 2mg L适用于处理规模小于200 000m3 d的中小型污水厂 服务人口仅为360 BOD去除率达到97 一体式氧化沟工艺 集曝气 泥水分离以及污泥回流等功能于一体 无须设立二次沉淀池 美国Armco环境企业公司的BMTS沉淀分离系统 美国大约60座 交替式氧化沟工艺 T型 将SBR工艺与Pasveer氧化沟工艺结合而开发和应用的复合式废水生物处理工艺 一般运行周期为8h 交替式氧化沟工艺 T型 T型氧化沟工艺过程 脱氮 周期循环活性污泥法 CyclicActivatedSludgeSystem 简称CASS 美国川森维柔废水处理公司1975年研究成功 是SBR工艺的一种新的形式 10CASS工艺 与SBR不同之处 进水阶段不设单纯充水过程或缺氧混合过程 在反应器进水端增设生物选择区 利于创造适合微生物并选择絮凝性微生物 可以保持污泥良好性能 提高抗冲击能力 可通过调节曝气同时实现硝化和反硝化 CASS一般工艺流程 反应操作历程 进水 曝气阶段 20 回流污泥进水 沉淀阶段 竖流式沉淀池 停止进水 排水阶段 反硝化 磷释放 闲置 一般不用单独分配时间 CASS工艺的主要优点 工艺流程简单 占地面积小 投资较低生化反应推动力大沉淀效果好运行灵活 抗冲击能力强 可实现不同的处理目标不易发生污泥膨胀适用范围广 适合分期建设剩余污泥量小 性质稳定 1 0kgBOD产生0 2 0 3kg剩余污泥 大连泉水污水处理厂CAST池尾 活性污泥工艺分类简介 活性污泥工艺的共同特点 利用含微生物的絮状污泥 混合液悬浮固体MLSS 去除水溶解性及颗粒态有机物 利用静置沉淀法去除工艺流程中的MLSS 产生含悬浮固体物低的出水 沉淀下来的污泥作为浓缩污泥由沉淀池重新回流生物反应池 利用剩余污泥控制污泥停留时间 使其达到所需值 膜工艺与生物处理的结合 MBR膜生物反应器 膜生物反应器 MBR 工艺 是指将膜分离技术中的超滤组件与污水生物处理工程中的生物反应器相互结合而成的新的开发系统 它综合了膜处理技术和生物处理技术的优点 超滤组件代替二沉池 提高了污泥浓度 延长有机物停留时间 提高了有机物氧化率 出水水质高 几乎不排除剩余污泥 MBR MembraneBio Reactor 开始于1966年美Dorr oliver公司 膜制造工艺限制了发展 20世纪70年代 MBR的研究进一步深入开展 中水回用 同时膜制造工艺也突飞猛进 1983 1987年 日本有13家好氧MBR处理写字楼废水 并回用 规模 50 250m3 d 目前 虽然也有处理能力在5000 20000m3 d的MBR事例 但大部分应用还是 400m3 d我国1995年 樊耀波将MBR用于石油化工污水净化的研究 MBR主要包括