废水生物处理基本原理

废水处理设备、班主任：郭勇，工艺装备与安全工程系，第一章利用废水生物处理的基本原理，环境工程与化学工程的手段与方法，开发了以微生物作用为主体控制和管理水污染的新方法。 废水生物处理：代表：活性污泥法、生物膜法、厌氧处理法、生物脱氮、除磷等技术，第一章废水生物处理的基本原理，基本概念“好氧”:此类生物只有在分子氧(O2)的存在下才能进行正常的生理生化反应。 厌氧是指在分子氧不存在的条件下，能够进行正常的生理生化反应的生物。 第一章废水生物处理的基本原理，有机污染物好氧微生物处理的一般途径，第一章废水生物处理的基本原理，废水好氧生物处理过程中有机物的代谢和微生物的合成，可以用以下基本图表示：第一章废水生物处理的基本原理，1914年在英国建设第一活性污泥污水处理试验站是当前城市污染作用原理：普通活性污泥法是依据废水的自净化作用原理而发展的。 第一节活性污泥法，第一章废水生物处理的基本原理，第一章废水生物处理的基本原理，活性污泥法的特点：曝气池污泥浓度一般控制在23g/L，废水浓度高时采用高数值。 废水在曝气槽中的滞留时间(HRT )根据废水中的有机物浓度，通常采用48小时。 逆流污泥量约为供水流量的25%50%左右，BOD和浮游物去除率高，达到90%95%左右，第一章废水生物处理的基本原理、不足之处：对水质变化的适应力不强供给的氧气不能充分利用。 曝气槽前端废水的水质浓度高，污泥负荷高，需氧量大，与此相对，后端相反，空气多沿池长均匀分布，因此前端的供氧量不足，后端的供氧量过剩。 因此，处理相同水量时，与其他类型的活性污泥法相比，曝气池较大，占地多，能源成本高。 第一章废水生物处理的基本原理，第二、阶段曝气活性污泥法阶段曝气法又称多点入水活性污泥法，是普通活性污泥法的简单改进，可以克服普通活性污泥法供氧与氧不平衡的矛盾。 曝气槽的容积与普通活性污泥法相比可缩小30%左右，但其出水不如普通活性污泥法。 第一章废水生物处理的基本原理、三、渐减曝气法是克服普通活性污泥法曝气槽供氧、氧不平衡的另一个改进方法是使曝气槽供氧沿活性污泥推进方向逐渐减少，这就是渐减曝气法。 该工艺随着曝气槽中有机物浓度的提高而降低，污泥的需氧量也降低，曝气量也相应地减少，基于第一章废水生物处理的基本原理、第一章废水生物处理的基本原理、第四、吸附再生活性污泥法吸附再生活性污泥法或废水净化的机理，污泥对有机污染物的初期高速吸附作用普遍存在第一章废水生物处理的基本原理是： (1)回流污泥多于普通活性污泥法，回流比一般在50%100%左右。 (2)吸附池和再生池的总容积比普通活性污泥法曝气池小得多，空气用量不增加，减少了占地面积，降低了成本。 (3)具有较强的调节平衡能力，适应进水负荷变化的(4)缺点是去除率低于普通活性污泥法，特别是溶解性有机物多的工业废水，处理效果不佳。 第一章废水生物处理的基本原理是，五、完全混合活性污泥法完全混合活性污泥法的流程与普通活性污泥法相同，但废水和回流污泥一进入曝气池，就能够与池内存在的混合液充分混合。(a )使用扩散空气曝气器的完全混合活性污泥法工艺流程(b )使用机械曝气的完全混合活性污泥工艺流程(c )合建式圆形曝气沉淀池，第一章废水生物处理的基本原理，第一章废水生物处理的基本原理，优点：微生物的代谢速度非常高。 废水水力停留时间短，系统负荷大的建筑物占地面积小。 缺点：出水水质差导致丝状菌容易过度生长的污泥膨胀等运行问题，第一章废水生物处理的基本原理是：六、逐步活性污泥法逐步活性污泥法(简称sequenceingbatchroctor，SBR )是国内外新开发的活性污泥法， 其技术特点是曝气池和沉淀池为一体，生物化学反应分批进行，基本工作周期由入水、反应、沉淀、排水和闲置5个阶段组成，第一章废水生物处理的基本原理是SBR具有以下特点：1.结构简单，节约投资省去二沉池、回流装置和调节池等设施2 .控制灵活，能够满足各种处理要求的一个循环中各阶段的运转时间、总停留时间、供气量等可以根据供水水质和出水要求进行调节。 3、活性污泥性状良好，污泥收率低，污泥结构紧密，沉降性能良好。 此外，沉降期几乎为静止状态沉淀，污泥沉降时间短，效率高。 由于SBR的运行周期有淡季，污泥处于内源性呼吸阶段，因此污泥的收率较低。 4 .脱氮效果好，第一章废水生物处理基本原理为、CAST工艺：作为SBR工艺的变形，CAST系统按一定周期和阶段处理污水。 各循环由下一阶段组成，重复：充水/曝气； 充水/沉淀投水偶像。 图1-7CAST系统的反应池结构l，选择器2 .厌氧区3，主反应区，第一章废水生物处理的基本原理是，在、2 .曝气阶段生化反应的推动力大：这有助于减少曝气池的容积，减少工程投资。 3、沉淀效果好，能有效防止污泥丝状膨胀。 4 .运行灵活，耐冲击。 进行脱氮除磷时，可通过间歇曝气控制反应槽溶解水平，提高脱氮除磷的效果。 5.CAST技术可应用于大型、中型及小型污水处理工程，比SBR技术的适用范围更广。 6 .驾驶稳定性好。 7 .基质清除率高。 8 .剩馀污泥量小，性质稳定。 第一章废水生物处理的基本原理是、七、生物吸附氧化法(AB法)，第一章废水生物处理的基本原理是、七、生物吸附氧化法(AB法)A级和b级的污泥回流完全分离，因此有两级组成和功能不同的微生物种群A级在极高的负荷下运行， 其污泥负荷率大于2.0kgBOD/(kgMLSSd )，水力滞留时间为0.5h左右，对于不同的入水水质，a级可以以好氧或缺氧方式运行B级以低负荷运行，污泥负荷率小于0.3kgBOD/(kgMLSSd )。 第一章废水生物处理的基本原理，八、延迟曝气法延迟曝气，又称完全氧化活性污泥法，是长时间曝气的活性污泥法。 以低负荷方式运行，去除率高，污泥量少，第一章废水生物处理的基本原理，九、氧化槽连续环式反应槽通常简称氧化槽，是活性污泥法的变形，是延缓曝气的特殊形式。图1-10胶囊氧化槽的示意图，第一章废水生物处理的基本原理，特征运转负荷低、处理深度大的曝气装置只是设置在氧化槽的局部区域，由于距离曝气机不同的距离形成好氧、缺氧及厌氧区域，可以具有脱氮脱氮功能的污泥沉降性能好， 无臭味耐冲击负荷、适应性大污泥产量少动力消耗低，采用旋转刷曝气时，噪音也极小。 第一章废水生物处理的基本原理，第一章废水生物处理的基本原理，第一章废水生物处理的基本原理，十、活性污泥法等几种运行方式，1 .射流曝气技术称为利用射流曝气器充氧的活性污泥法，射流曝气活性污泥法。 根据补充空气的方式，分为供气式喷气曝气(鼓风机供给的压力气源)和自吸式喷气曝气(用喷气机直接吸引外部空气)。 前者效率高，为1.62.2goo2/kwh (鼓风机3mm穿孔管中层曝气时，动力效率一般为1.0kgO2/kWh左右)，但鼓风机产生一定的噪音污染后者动力效率低，但已经达到1.12.0kgO2/kWh，同时消除鼓风机的设置第一章废水生物处理的基本原理，十、活性污泥法等一些运行方式，2 .纯氧曝气技术的特点是密封纯氧、曝气池代替空气曝气，提高供氧效率和有机物分解效率。 其优点是溶解氧饱和值高，氧传输速率快，生物处理速度提高，曝气时间短，仅为1.53.0h，污泥浓度约为40008000mgMLSS/L，处理效果好。 其缺点是纯氧的制造过程复杂、易故障、运行管理麻烦、曝气池被密封、对结构要求高的浸水中混入的挥发性烃容易蓄积在密封的曝气槽中，容易引起爆炸， 曝气槽必须考虑防爆措施生成的CO2也会使气体中的CO2分压上升，溶解于液体中，降低pH，妨碍生物处理的正常运转，影响处理效率。 在供给现有纯氧的工业园区内或场所异常紧张的情况下使用此方法是合适的。 第一章废水生物处理的基本原理，十、活性污泥法的其他几种运行方式，3 .装料式活性污泥法的各工艺在运行中最重要的是维持活性污泥的活性和凝聚性(沉淀性能)。 活性污泥的凝聚性能容易受入水水质和外部因素的影响，引起二沉池出水浮泥等异常现象。 此时，如果向曝气池中投入粉末活性炭、凝集剂或其池化学药剂，可以得到良好的效果，即所谓的“装入式”活性污泥法。 其中多投入粉末活性炭，也称为PACT法(粉末活性污泥法)。 第一章废水生物处理的基本原理，第二节生物膜法，优点：供氧充足，采用遗传条件好轻塑料填料后，构筑物轻，填料比表面积大设备处理能力大，处理效果好滤池苍蝇不生长，气味小，卫生条件好。 生物膜法和活性污泥法的主要区别在于生物膜固定生长在固体填充物(或载体)表面，活性污泥以絮凝(floc )方式漂浮在处理构筑物上生长。 第一章废水生物处理的基本原理是、1.2.1的概要和基本原理，生物膜法是通过固定在固体介质表面的微生物净化有机物，这种方法也称为生物过滤法。 生物膜法的缺点：由于固体表面的微生物量难以控制，运行操作伸缩性差，滤材表面积小，BOD容积负荷有限，采用空间效应差的自然通风支撑，在生物膜内层形成厌氧层，缩小了具有净化功能的有效容积。 但是，由于新技术的新型滤膜研制成功，生物膜法已广泛应用于良好的好氧生物处理技术。、1.2.1的概要和基本原理，生物膜法的类型： (1)润滑壁型生物膜法废水和空气沿着固定或旋转的接触介质表面的生物膜流动，例如生物滤池和生物旋钮等； (2)浸泡式生物膜法生物膜载体完全浸泡在水中，通过吹气供氧。 如载体固定那样，在被称为接触氧化法载体流动的情况下，被称为生物流动层的是、1.2.1的概况和基本原理、1、生物膜的形成和特征膜好氧层与厌氧层生物膜的剥离和厚度、1.2.1的概况和基本原理、2、生物膜中的物质移动有机物供给、3， 生物膜净化废水原理、1、生物滤池结构、生物滤池由滤床、布水设备和排水系统3部分组成。 1.2.2生物过滤池、1.2.2生物过滤池、1、生物过滤池的结构、1、生物过滤池的结构、1、滤床、滤床由过滤材料构成。 过滤材料是一种挂膜介质，对生物滤池的工作性能有很大影响。 对过滤材料的基本要求是： (1)单位体积过滤材料的表面积大；(2)气孔率高；(3)材质轻、强度高；(4)物理化学性质稳定，不危害微生物增殖；(5)价格低廉，取材方便。过滤器粒径的过滤器粒径越小，表面积越大，悬挂的生物膜越多，但污泥堆积会堵塞，影响通风。 通常采用的滤材粒径如下：普通生物滤池为2550mm，高负荷生物滤池为5060mm。 另外，在过滤池底部集水孔板上设置了垫子高度2030cm、粒径100150mm . 另一方面，生物过滤池的构造，塑料过滤材料的表面积达到100200m2/m3，气孔率高达8095%，空气流通良好，布水均匀时可承受高负荷。 (早期使用的碎石过滤材料，比表面积为65100m2/m3，气孔率为45%50%左右，其粒径为38cm左右)过滤床高度与过滤材料的密度密切相关。 由石质过滤材料构成的过滤床的高度一般在12.5之间(1.11.4t/m3)。 塑料过滤材料(100kg/m3)过滤床一般采用双层过滤床，高度为7m左右或采用多层“塔”结构，高度为10m以上。、一、生物滤池的结构为、一、生物滤池的结构2、布水设备、旋转布水器的优点是布水比较均匀，洒水周期短，有水力清洗作用强的缺点时喷水孔容易堵塞，低温时采取防冻液措施，圆形设置布水设备的目的是使污水能够在整个滤床表面均匀分布。 由于固定式布水装置断续布水，布水不均匀，配水水头高(配水面高0.92.1m )，目前应用较少。 3、排水系统池底排水系统由池底、排水假底和集水槽构成。 池底排水系统的作用是： (1)收集从过滤床流出的污水和生物膜；(2)保证通风；(3)支持过滤器。三、生物滤池的类型和运行系统、生物滤池的分类、普通生物滤池的优点处理效果良好，BOD5的去除率在90%以上，出水BOD5在25mg/L以下，硝酸盐含量在10mg/L左右，出水水质稳定。 缺点是占地面积大，容易堵塞(过滤率为12m/d左右)，影响环境卫生。、三、生物滤池类型和运行系统，塔式生物滤池为超负荷生物滤池，水力负荷为80200m3/m2d，BOD负荷为23kg/m3d，净化效率高。三、生物滤池的类型和运行系统因BOD负荷不同，三种滤池的差异： (1)BOD负荷高的滤池、生物膜生长快，对水力清洗的要求也很迫切。 加大水力清洗的主要方法是加大表面负荷，其方法是提高滤层高度，使处理后的废水返回生物滤池浸水。 因此，低负荷生物过滤池的过滤材料层的高度通常只有23m左右，而且多采用回流对策的塔型过滤池的高度达到了20m，并且经常采用回流对策。 (2)BOD负荷高的滤池要求通风条件好，采用自然通风条件下过滤材料孔隙率大，阻力小。因此，低负荷过滤池的过滤材料粒径小(2570mm )，高负荷过滤池的过滤材料粒径大(40100mm )，但塔型生物过滤池优选采用塑料过滤材料。 (3)BOD负荷低的生物滤池氧化分解程度高，污