10 活性污泥2,5-动力学与曝气.ppt

水污染控制工程,唐玉朝安徽建筑工业学院环境科学与工程系E-mail:tangycDepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,AnhuiUniversityofArchitecture,第四节,曝气原理与设备,1,曝气原理,1.曝气原理,1.1气体传递原理Fick定律：vd=D,.（1）vd表示物质的扩散速度,单位时间内单位断面面积上通过物质的质量,kg/m2h；D表示物质扩散系数,某物质在介质中的扩散能力,m2/h；表示浓度梯度,kg/m3m.,WaterPollutionControlEngineering,曝气原理,vd=,.（2）单位时间内单位断面面积上通过物质的质量,M表示质量.dM/dt=DA.（3）,WaterPollutionControlEngineering,曝气原理,根据双膜理论,由于氧气的溶解度低,所以其阻力主要在于液膜,对于浓度梯度在液膜处为(CSC)/L，L表示液膜厚度，CSC表示颗粒内外的浓度差,CS液膜外溶解氧的饱和浓度,C表示膜内的实际浓度.dM/dt=DA(CSC)/L,.（4）同除以V：dC/dt=(CSC)DLA/V.（5）,WaterPollutionControlEngineering,曝气原理,由于A值无法测，将DLA/V以KLa代替，KLa相当于氧气的总传质系数。=KLa(CSC).（6）dC/dt表示液相氧浓度变化速率，kg/m3hKLa氧总传递速率,单位1/h,表示氧的传递性能,KLa大,说明传递快,传递阻力小,KLa小反之。KLa倒数是时间h,表示氧浓度从C提高到CS需要的时间，需要时间长,说明阻力大,即KLa小,反之亦然。,WaterPollutionControlEngineering,曝气原理,根据气体传递原理,曝气效率：(dC/dt=(CSC)DA/VL)增大比表面积(A/V),增加气液的接触面,曝气需要用小气泡,但不宜过小(从气浮原理)；增加紊流程度,以减小液膜厚度L,剧烈紊流,过分剧烈曝气是否合适?增加气相氧分压,可以提高水中氧饱和浓度CS，纯氧曝气,在较高的气压下,如深井曝气。,WaterPollutionControlEngineering,曝气原理,1.2.氧扩散速率(曝气效率)的影响因素：与分子O2在水中的扩散系数D,气体液体界面面积A，液膜的氧饱和浓度差CSC成正比,与液膜厚度L成反比;污水水质,关于系数和：=污水KLa/清水Kla,比1小,污水中氧传递性能比清水要差.=污水CS/清水CS,污水中氧饱和浓度与清水中的比值，小于1.,WaterPollutionControlEngineering,曝气原理,温度：温度增加,扩散系数D提高,液膜厚度L减小，使氧传递速率KLa大,但由于氧饱和浓度CS减小,所以反而可能导致氧扩散速率降低了,温度对扩散速率的影响取决于对KLa和CS的影响哪个更显著.KLa(T)=KLa(20)1.024(T-20)30比20增加27,1.02-1.06根据克劳修斯-克拉帕龙方程，从20增加到30，约CS降20,WaterPollutionControlEngineering,曝气原理,氧分压，根据Henry定律,气体在液体中的溶解度与气体压力成正比,所以在池底的曝气出口处氧分压最大,氧饱和浓度CS也最大,随气泡上升,分压减小.曝气池DO浓度，越低效率越高，要远远低于饱和浓度Cs，常温下Cs在8-9左右.,WaterPollutionControlEngineering,曝气原理,1.3.氧转移率和供气量计算标准状态下，转移到无氧清水中总氧量：OsKLa(20)CS(20)V实际情况下转移量：O2KLa(20)1.024(T-20)(Cs(T)C)VFF是堵塞系数。将实际生化反应需氧量O2转换为标准Os：,WaterPollutionControlEngineering,实际需要供氧量S考虑到氧利用效率EA：标准状态需要空气量Gs：最终计算实际非标准状态的需要空气量。,曝气原理,WaterPollutionControlEngineering,2,曝气设备,2.曝气设备,曝气装置曝气装置作用：1供氧；2搅拌与混合曝气装置类型：1鼓风曝气；2机械曝气,WaterPollutionControlEngineering,曝气设备,2.1鼓风曝气组成:空气净化器、鼓风机、空气输配管、空气扩散装置,根据空气扩散装置分散空气大小分：小气泡：多孔性材料制的微孔扩散板,扩散管,扩散罩等,气泡直径1.5mm;中气泡:穿孔管;大气泡:竖管,气泡直径15mm左右;气泡微小则氧利用率高,但气压损失大,容易堵塞,空气需要过滤处理.反之气泡大,氧利用率低,不堵塞,空气可不净化。,WaterPollutionControlEngineering,曝气设备,微孔曝气盘的清水曝气,WaterPollutionControlEngineering,曝气设备,微孔曝气设备,WaterPollutionControlEngineering,曝气设备,微气泡曝气:水力剪切,冲击和空气剪切射流曝气,高速叶轮剪切压缩空气等。射流曝气:气泡直径可达到0.1mm,高速的水流使得气泡和水被粉碎成雾样,混合液可以充分接触,氧传递效率高,氧转移率可达20%,动力效率一般.如果用自吸空气,则无需鼓风机.曝气设备的空气扩散装置,一般在水下,也可以在水表面.,WaterPollutionControlEngineering,曝气设备,曝气链在水中做蛇形摆动,无曝气死区属于浅层曝气,曝气头的维护简单,方便，不需停产放空,不影响生产.,WaterPollutionControlEngineering,曝气设备,2.2机械曝气表面曝气，机械搅拌水被抛向空中，或者空气被搅拌进入水中。竖式:转动轴与水面垂直,通过叶轮旋转使水产生飞跃,水在空气中获得氧.卧式:转动轴与水面平行,液流单向,所以多用氧化沟.分转刷和转碟.,WaterPollutionControlEngineering,曝气设备,曝气转盘,“转碟”,盘片上有许多突出的槽,提高曝气效率,推动水流.,WaterPollutionControlEngineering,工作中的曝气转盘,曝气设备,WaterPollutionControlEngineering,曝气设备,TNOCage转刷,几种水平转刷曝气机示意图,Mamnoth转刷,WaterPollutionControlEngineering,曝气转刷,转刷转动,将空气带入水,同时推动水流,对微生物絮体有破坏作用.,WaterPollutionControlEngineering,曝气设备,曝气设备,WaterPollutionControlEngineering,曝气设备,工作中的曝气转刷,WaterPollutionControlEngineering,立式低速表曝机,曝气设备,WaterPollutionControlEngineering,微气泡空气扩散装置,曝气设备,WaterPollutionControlEngineering,曝气设备,2.3曝气装置的性能动力效率：kgO2/kWh，每消耗1kWh电能转移到水中的氧量,根本的指标；氧转移率：单位时间内转移到水中的氧量，mgO2/Lh；氧利用率：鼓风曝气进入水中的氧量与供氧量的比，%。,WaterPollutionControlEngineering,第三节,活性污泥数学模型基础,活性污泥数学模型基础,1.生化反应动力学2劳麦模型3.数学模型的发展,WaterPollutionControlEngineering,水污染控制工程,1.生化反应动力学,(1)米氏方程：(酶反应速率方程)V=VmaxS/(Km+S)V：酶反应速度，t1Vmax：最大反应速度，t1Km：饱和常数(米氏常数,半速度常数)，当反应速率是最大速率1/2时的底物浓度，mg/L，质量/容积。S：底物浓度，mg/L，质量/容积。米氏方程在低浓度和高浓度时的结论。Pseudo-一级动力学。,WaterPollutionControlEngineering,1.生化反应动力学,关于米氏常数Km的意义。A.是酶的特性常数，与酶的性质有关、与底物浓度无关；B.受pH及温度等影响，对不同的底物有不同常数；Km最小的底物是最适底物或天然底物；C.Km反映了酶对底物的亲和性能，Km越小亲和力越强。米氏常数的求解。作图可求。,WaterPollutionControlEngineering,1.生化反应动力学,(2)Monod方程：(微生物的比增殖速度方程)=maxS/(Ks+S)：微生物的比增殖速度max：微生物的最大比增殖速度S：限制微生物增长的底物浓度(BOD)Ks：饱和常数，半速度常数Monod方程的推论，当Ks0.3可以满足要求;如微生物菌胶团过大,DO需要高一些;过度曝气造成浪费,氧传递速率低;过度曝气,微生物不易凝聚.,活性污泥,WaterPollutionControlEngineering,活性污泥,2.活性污泥沉降性能与污泥活性2.1污泥膨胀污泥膨胀是污泥沉降性能恶化,SVI高,污泥流失,出水水质差,回流污泥少,导致系统不能运行.就BOD降解效果看仍是好的,出水差是污泥流失造成.膨胀原因尚没有研究透彻,而且常常是不同研究者结论多有矛盾,许多造成膨胀的原因不是单一的,微生物组成复杂也是膨胀原因复杂的因素.,WaterPollutionControlEngineering,二沉池出水浮泥严重,活性污泥,2.1.1膨胀类型：(1)丝状菌膨胀.正常污泥是菌胶团,存在少量丝状菌和原生动物,较密实,当丝状菌占主体时,由缠绕交错,结构松散,含水率高而密度小,所以沉降性能差,SVI高.微生物：球衣菌属,各种霉菌等丝状菌丝状微生物导致的污泥膨胀：BOD:NBOD:P比例高,pH值低,BOD负荷高,流入废水的小分子化合物多,水温低,流入重金属等有毒物质,WaterPollutionControlEngineering,活性污泥,丝状菌膨胀,WaterPollutionControlEngineering,活性污泥,(2)非丝状菌膨胀:现象:多在负荷高而温度低发生,细菌表面有大量营养物质,代谢慢,表面多糖类粘性物质,附着水多,比重低,膨胀.镜检无或很少有丝状菌.膨胀原因:溶解氧浓度低,曝气过度,有毒物质,BOD负荷太高或太低等.,WaterPollutionControlEngineering,活性污泥,溶解氧不足时出现的微生物优势菌属：贝日阿托氏菌、新态虫菌现象:活性污泥多出现黑色，并出现腐败的气味解决：增加供氧量,WaterPollutionControlEngineering,新态虫菌,活性污泥,曝气过度出现的微生物:轮虫和大量的肉足类微生物现象:溶解氧浓度超过5mg/L解决方案：减少曝气,WaterPollutionControlEngineering,轮虫,活性污泥,WaterPollutionControlEngineering,轮虫,活性污泥,BOD负荷很低时出现的微生物:游仆虫属,鳞科虫属等标志：硝化过程正在进行解决：提高BOD负荷或采用两套系统,WaterPollutionControlEngineering,游仆虫,活性污泥,WaterPollutionControlEngineering,游仆虫,鳞科虫,活性污泥,2.1.2影响污泥膨胀的因素：A水质.水质影响复杂,溶解性碳水化合物高-小分子糖类,有机酸等,浮游球衣细菌.含硫物质高-发硫细菌,CNP失调容易膨胀,过多过少均存在问题.B温度.菌胶团最佳温度28-30,而浮游球衣细菌最佳25-28,水温低,膨胀少.,WaterPollutionControlEngineering,活性污泥,CDO.影响复杂,多或少都容易膨胀.菌胶团一般需要2mg/l以上生长良好,而浮游球衣细菌在较广泛的DO都可生长,发硫细菌适宜低的DO,0.5mg/l,亮发细菌适宜在较高的DO,3-4mg/l.为了避免膨胀,曝气池DO在2-3mg/l为佳.DpH.一般认为低pH容易膨胀,霉菌和真菌容易生长,形态上是丝状菌,故pH6.,WaterPollutionControlEngineering,活性污泥,E污泥负荷.影响复杂,不同性质污水发生膨胀的负荷不同,相同污水可在不同的负荷下发生膨胀,无法简单确定SVI对负荷的关系.很高负荷2.5kgBOD/kgd,或者很低0.1以下都容易膨胀,但是在中间负荷0.5-1.5左右也容易膨胀,低负荷认为是丝状菌表面积大,竞争营养物质.F工艺.不同工艺对污泥沉降性能有影响,如完全混合比推流曝气易膨胀,间歇式比连续曝气好,设置沉砂池而无初沉池,污水直接进入曝气池好,鼓风曝气比叶轮曝气好,射流曝气不容易膨胀.,WaterPollutionControlEngineering,活性污泥,2.1.3污泥膨胀的解决措施A.从工艺设计方面避免污泥膨胀：如不设初沉池(SS的存在有利于污泥的沉淀),使用合适的负荷率,采用两级生物工艺,以气浮代替沉淀池,曝气池加填料(生物膜工艺的接触氧化),采用A/O,SBR,AB等新工艺,改变曝气方式等.选择的工艺具有抵御膨胀的能力.,WaterPollutionControlEngineering,活性污泥,B.运行过程中措施(a)调整进水水质,调节CNP比例,硫化物高-加铁盐,补充NP,pH低-加石灰等；(b)控制DO在2-3左右,控制合适的水温度；(c)投加化学药剂,无机有机絮凝剂,硅藻土黏土,活性炭,或用杀菌剂,漂白粉等抑制丝状菌;(d)控制有机负荷,负荷大-增加污泥回流或减少进水,负荷小反之,普通活性污泥0.2-0.4kg/kgd左右;(e)短暂间歇曝气.,WaterPollutionControlEngineering,活性污泥,2.2污泥上浮原因：污泥膨胀特别严重,泡末存在,沉淀池产生气泡,污泥解体等原因.曝气池的微小气泡带入沉淀池,表面曝气转速大菌胶团打碎,反硝化上浮和腐化上浮,现象是污泥成块状,镜检可看到气泡.曝气时间过长,硝化产生NO3-,沉淀池停留时间也很长导致发生反硝化脱N2,使污泥上浮.曝气池供氧不足,有机物降解不充分在沉淀池内厌氧,生成CO2,CH4等,造成腐化上浮.,WaterPollutionControlEngineering,皖维集团氧化沟表面严重的泡沫,活性污泥,2.3污泥解体、生长慢、死亡现象：污泥非絮状,分散,污泥沉降性能差而SVI低,出水浑浊,水质差.原因：水质差,可生化性差,或有毒物质多,营养物质缺乏,进水BOD低,负荷太低,或污泥处于内源代谢期,衰亡期,微生物活性差.,WaterPollutionControlEngineering,活性污泥,活性污泥分散、解体时出现的生物:大量出现变形虫属和简便虫属等肉足类1ml混合液中出现1万个以上个体时，絮体变小，出水混浊并呈现白色解决方案：减少污泥回流量，可以使污泥解絮得到控制。,WaterPollutionControlEngineering,活性污泥,WaterPollutionControlEngineering,简便虫属,变形虫属,活性污泥,谢谢!,WaterPollutionControlEngineering,复习题,1.下列哪种工艺不需要曝气？()：(