污水的生物处理-活性污泥法

污水的生物处理-活性污泥法,第一节：基本概念,课件制作：刘雷,什么是活性污泥？,由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机性及无机性物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。,活性污泥的性质,颜色,黄褐色,状态,似矾花絮绒颗粒,味道,土腥味,比重,曝气池混合液：1.002-1.003；回流污泥：1.004-1.006,粒径,0.02-0.2mm,比表面积,20-100cm2/mL,四个组成部分：活性微生物群体(Ma)内源呼吸的残留物(Me)吸附的难降解有机物(Mi)吸附的无机物(Mii)。,其细菌以异养型的原核细菌为主(107109个/L)，优势菌属有产碱杆菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属、动胶杆菌属、假单胞菌属、丛毛单胞菌属、大肠埃氏杆菌属等，其中一些细菌可分泌黏性物质构成活性菌群；活性污泥中的真菌是腐生或寄生的丝状菌，具分解脂肪、蛋白质及其他含氮化合物的功能；肉足类、鞭毛类、纤毛类是常见的三类原生动物，以细菌为食，其种类鉴别可间接判断水处理的效果。,活性污泥的评价方法：MLSS（混合液悬浮固体浓度）：g/L或mg/L；通常用于代表曝气池中微生物浓度，MLSS=Ma+Me+Mi+Mii；（MLVSS=Ma+Me+Mi，一般MLVSS/MLSS0.650.85）SV（污泥沉降比）：；用于工艺管理，表明曝气池中的污泥的量与性质；SVI（污泥体(容)积指数），mL/g；用于评价污泥沉淀性能；c（污泥龄，污泥在曝气中的平均停留时间）：d；,一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥；,二是废水中的有机物，它是处理对象，也是微生物的食料；,三是溶解氧，没有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存也不能发挥氧化分解作用。,活性污泥法处理污水的机理分析,活性污泥降解有机物的过程。,第二节：活性污泥法的发展和演变,课件制作：刘雷,传统活性污泥法渐减曝气分步曝气完全混合法浅层曝气深层曝气高负荷曝气或变型曝气克劳斯法延时曝气接触稳定法氧化沟纯氧曝气活性污泥生物滤池（ABF工艺）吸附生物降解工艺（AB法）序批式活性污泥法（SBR法）,活性污泥法的多种运行方式,有机物去除和氨氮硝化,传统活性污泥法及其演变。,传统活性污泥法多为推流式，有单廊道及多廊道形式，一般进口高于液面下，由进水闸板控制，出水用溢流堰或淹没孔控制，廊道长一般在5070m，最长可达100m，有效水深46m；宽深比为12；长宽比为510。曝气池内溶解氧、回流污泥量及剩余污泥排放量是活性污泥法系统运行中的三个主要控制参数。,吸附-再生法、吸附-降解(AB)法及其演变。,对于吸附再生法，吸附段接触时间为3060min，再生时间为36h；当处理城市污水时，吸附区的容积不应小于总容积的1/4；吸附池的水力停留时间不小于30min。需注意的是其出水水质较差，同时当有机物以溶解性BOD为主时不宜采用此法；AB法通常包括吸附段的A段曝气池中沉池及降解段的B段曝气池终沉池组成。一般A段的污泥BOD有机负荷2，水力停留时间为2030min，MLSS在23g/L，SVI在50左右，DO在0.21.5mg/L，R为0.50.7，可去除5070的有机物。B段的污泥BOD有机负荷为0.150.3,水力停留时间为23h，MLSS在34g/L，DO在2mg/L，R为0.51，A+B段可去除90的有机物.B段采用不同的工艺可形成A-B(BAF)、A-B(A/O)、A-B(A/A/O)、A-B(SBR)、A-B(氧化沟)等不同的组合。,序批式活性污泥法(SBR)及其演变,英国学者Ardern和Locket发明了的水处理工艺。70年代初，美国NatreDame大学的R.Irvine教授采用实验室规模对SBR工艺进行了系统深入的研究，并于1980年在美国环保局（EPA）的资助下，在印第安那州的Culwer城改建并投产了世界上第一个SBR法污水处理厂。,SBR池就是将传统中的各个阶段集成在同一池中按时间序列完成；典型的SBR包括进水（正常进水、限制、半限制及非限制曝气）、反应（曝气或曝气搅拌等）、沉淀、排水、排泥及静置工序，典型的运行周期一般按4/6/8/12h设定，各工序占比一般为25/35/20/15/5%。SBR按要求设置运行周期，如脱氮运行模式（进水搅拌/曝气/搅拌/沉淀/出水/排泥）、脱磷运行模式（进水搅拌/曝气/搅拌/沉淀+排泥/出水）、脱氮除磷运行模式（进水搅拌/曝气/搅拌/沉淀排泥/出水）等。SBR的控制参数主要是运行时间和DO及工艺污泥负荷，如进水工序（脱磷保持厌氧，其DO1h，其他则尽可能短）、曝气（DO2.5，时间在24h）、沉淀排水（DO0.3m/s曝气时间（h）16h溶解氧（DO）曝气区2mg/L;缺氧区35w/m3,处理效果：该厂1991年建成投入以来，大部分出水指标均能达到设计要求。磷的支除率比较理想（0.51），去除率90%左右；TN去除率较差，而且不稳定。其主要原因是氧化沟流速不够，推动力不足，使氧化沟中存在污泥沉淀，有时还比较严重；其次是氧化沟中供氧不足，NH3-N硝化不好，这是造成总氮去除效果差的主要原因。,其他活性污泥法,第三节：Lawrence-McCarty方程,课件制作：刘雷,LawrenceMcCarty方程是根据Monod方程建立的活性污泥法动力学关系式，目的是建立SRT与运行参数间的关系，主要由以下二个方程组成：,引申出的关系式：,曝气池出水有机物浓度（Se）与污染龄的关系：,曝气池微生物浓度（X）与污染龄的关系：,污泥回流比（R）与污染龄的关系：,有机物在高或低浓度时的降解关系：,活性污泥表观产率（Yobs）与污染产率Y的关系：,常见的动力学参数：,第四节：气体传递原理和曝气池,课件制作：刘雷,通常采用的曝气方法有两种：(1)鼓风曝气法和(2)机械曝气法。有时也有用鼓风曝气供应氧气，而用机械进行搅拌的。这种联合使用鼓风和机械曝气的方法，可以提高充氧能力，适用于浓度较高的废水。,衡量曝气设备效能的指标有动力效率(Ep)和氧的转移效率(EA)或充氧能力。动力效率是指一度电所能转移到液体中去的氧量(公斤/千瓦时)，氧转移效率是指鼓风曝气转移到液体中的氧占所供给的百分数(%)，而充氧能力则指机械曝气在单位时间内转移到液体中的氧量(公斤/时)。良好的曝气设备应当具有较高的动力效率和氧转移效率(或充氧能力)。,机械曝气和鼓风曝气的比较,对于较小的曝气池，机械曝气装置确能减少动力费用，并省去鼓风曝气所需的空气管道系统和鼓风机等设备，另外维护管理也较方便，但装置的转速高，所需动力随池子的加大而迅速增大，并且由于废水的曝气借助于机械搅动水面与空气接触而吸收氧气，所以机械曝气常需较大的面积。此外如有大量泡沫产生，则可能影响充氧能力。鼓风曝气供应空气的伸缩性较大，曝气效果较好，一般用于较大的曝气池。,第五节：活性污泥法的设计计算,课件制作：刘雷,活性污泥系统工艺设计,应把整个系统作为整体来考虑，包括曝气池、二沉池、曝气设备、回流设备等，甚至包括剩余污泥的处理处置。,主要设计内容：1工艺流程选择；2曝气池容积和构筑物尺寸的确定；3二沉池澄清区、污泥区的工艺设计；4供氧系统设计；5污泥回流设备设计,主要依据：水质水量资料：生活污水或生活污水为主的城市污水：成熟设计经验工业废水：试验研究设计参数,工艺流程的选择,需要调查研究和收集的基础资料：1污水的水量水质资料水量关系到处理规模，多种方法分析计算，注意收集率和地下水渗入量水质决定选用的处理流程和处理程度2接纳污水的对象资料3气象水文资料4污水处理厂厂址资料厂址地形资料；厂址地质资料5剩余污泥的出路调研,流程选择是活性污泥设计中的首要问题，关系到日后运转的稳定可靠、经济和环境效益，必须在详尽调查的基础上进行技术、经济比较，以得到先进合理的流程。,曝气池容积和构筑物尺寸的确定,1、负荷率法：2、McCart法：3、McKinney法：,曝气池实质上是一个生化反应器，按水力特征可分为推流式和完全混合式以及二者结合式三大类。曝气设备的选用和布置必须与池型和水力要求相配合。推流曝气池长宽比一般为510m，受场地限制时，长池可以折流，废水从一端进，另一端出，进水方式不限，出水多用溢流堰，一般采用鼓风曝气扩散器。完全混合曝气池平面可以是圆形、方形或矩形。曝气设备可采用表面曝气机，置于池的表层中心，废水从池底中部进入。废水一进池，即在表面曝气机的搅拌下，立即与全池混合均匀，不象推流那样上下段有明显的区别。完全混合曝气池可以和沉淀地分建或合建。,供氧系统设计,需氧量可根据以下几种方式求得：1、合成系数法计算：2、工程经验估算：生产实践表明，对于生活污水或性质与之相近的工业废水，每去除1kgBOD5约需12kgO2，当转移效率为5或10%时供气量分别为70140m3或3570m3。3、实验测定：因鼓风曝气的扩散设备的EA值可通过实验求取，如果实际供气量为W，则废水的氧吸收率(氧转移效率)为：EA=R0/W100%，当采用空气曝气时，上式中W=G21%1.43=0.3G(kg/h)，G为总供气量。,补充曝气设备设计,补充：纯理论计算方式：,各系数说明：氨化作用：氧化1kg氨氮需4.57kg氧，故b=4.57(总凯氏氮含有机氮和氨氮，但氨化过程不变)；反硝化过程氧回收率为0.62；细菌氧化按C5H7NO2表示，则氧当量为1.42kgO2/kgMLVSS；,补充曝气设备设计,例：已知平均设计流量=0.32m3/s，最大设计流量0.80m3/s，进水BOD5=240mg/L，TSS=280mg/L，出水BOD520mg/L，TSS24mg/L，水温为20，操作参数和动力学参数如下：MLVSS=2.4g/L，MLVSS/MLSS=0.8，污泥龄为10d，BOD5/BODu=0.67，Y=0.5mgVSS/mgBOD5，Kd=0.06/d，回流系统中的TSS=9.3g/L;假设(1)BOD5和TSS在初沉池中的去除率分别为33%和67%；(2)出水中SS的生物可降解量为63%；(3)二沉池固体通量取31.2kg/(m2d)；试设计一个完全混合活性污泥处理系统。,解：1、计算一级出水的BOD、TSS；2、计算出水中溶解性BOD，S0；3、计算曝气池的容积；确定各部分尺寸；4、计算剩余污泥量，估算每日污泥产生量；5、计算活性污泥的回流比（污泥的物料平衡）；6、校核：水力停留时间、污泥负荷；7、计算理论需氧量并计算空气需求量（氧转移效率及安全系数自定）；8、利用固体通量法计算二沉池的面积，利用表面溢流率进行校核；9、计算所需浓缩区的深度及污泥贮存区的深度，确定总高度并按水力停留时间进行校核。,第六节：活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题,课件制作：刘雷,水力负荷有机负荷微生物浓度曝气时间微生物平均停留时间（MCRT）氧传递速率回流污泥浓度回流污泥率曝气池的构造10.pH和碱度11.溶解氧浓度12.污泥膨胀及其控制,1、负荷,在活性污泥法中，一般将有机底物与活性污泥的重量比值(F/M)，也即单位重量活性污泥(kgMLSS)或单位体积曝气池(m3)在单位时间(d)内所承受的有机物量(kgBOD)，称为污泥负荷，常用L表示。L=QS0/Vx，式中Q、S0和V分别代表废水流量、BOD浓度和曝气池容积。有时，为了表示有机物的去除情况，也采用去除负荷Lr，即单位重量活性污泥在单位时间所去除的有机物重量：Lr=Q(S0-Se)/Vx=L，式中Se和分别表示出水的底物浓度和处理效率。,污泥负荷与废水处理效率、活性污泥特性、污泥生成量、氧的消耗量有很大关系，污泥负荷与污泥的沉降性能之间也具有一定的关系。,2、微生物量,污泥沉降比(SV)指一定量的曝气池混合液静置30min后，沉淀污泥与原混合液的体积比(用百分数表示)，即污泥沉降比=混合液经30min静置沉淀后的污泥体积/混合液体积。污泥浓度指1升混合液内所含的悬浮固体(常表示为MLSS)或挥发性悬浮固体(MLVSS)的重量，单位为g/L或mg/L。污泥体积指数(SVI，有时也称污泥指数SI)指曝气池混合液经30min沉淀后，1克干污泥所占有沉淀污泥容积的毫升数，单位为ml/g，但一般不标注。,3、MCRT,污泥龄常称平均细胞停留时间(MCRT)或称污泥滞留时间(SRT)。污泥龄定义为每日新增的污泥平均停留在曝气池中的天数，也就是曝气池全部活性污泥平均更新一次所需的时间，或工作着的活性污泥总量同每日排放的剩余污泥量的比值(单位：d)。,4、生物相,活性污泥中出现的生物是普通的微生物，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，也可能出现在废水处理条件变化(如毒物浓度升高、PH值过高或过低等)使菌胶团解体时。所以，游离细菌多是活性污泥处于不正常状态的特征。除了菌胶团外，成熟的活性污泥中还常常存在丝状菌，在正常时，其丝状体长度不大，活性污泥的密度略大于水。但如丝状菌过量增殖，外延的丝状体将缠绕在一起并粘连污泥颗粒，使絮凝体松散，密度变小，SVI值上升，造成污泥流失，这种现象称为污泥膨胀。,5、活性污泥的培养与驯化,活性污泥可用粪便水经曝气培养而得。具体步骤是将经过过滤的浓粪便水投人曝气池，再用生活污水或自来水稀释(稀释至BOD5约200300mg/l左右)，进行连续曝气。,驯化的方法可在进水中逐渐增加工业废水的比例，或提高工业废水的浓度，使微生物逐渐适应新的生活条件。开始时，工业废水的加入量可以用曝气池设计负荷的2040%，达到较好的处理效率后，再继续增加(每次以增加设计负荷的1020%为宜，每次增加负荷后须待微生物适应巩固后再继续增加)直至满负荷为止。,5、污泥上浮,(l).污泥膨胀：正常的活性污泥沉降性能良好，含水率一般在99左右。当活性污泥变质时，污泥就不易沉淀，含水率上升，体积膨胀，澄清液减少，这种现象叫做污泥膨胀。污泥膨胀主要是由于大量丝状细菌(特别是球衣细菌)在污泥内繁殖，使泥块松散，密度降低所致。其次，真菌的繁殖也会引起污泥膨胀。,(2).污泥的脱氮：当曝气时间长或曝气量大时，在曝气池中将发生高度硝化作用而使混合液中含有较多的硝酸盐(特别是当进水中含有较多的氮化合物时)。这时，在沉淀池内可能由于反硝化而使污泥上浮。反硝化作用一般在溶解氧低于0.5mg/l时发生，氮气上升时携带污泥一起升起。,(3).污泥腐化：如果操作不当，曝气量过小，二沉池污泥可由于缺氧而腐化，即造成厌氧分解，产生大量气体，促使污泥上浮。,第七节：二次沉淀池,课件制作：刘雷,二次沉淀池的功能要求,一.澄清（固液分离）,二.污泥浓缩（使回流污泥的含水率降低，回流污泥的体积减少）,剩余污泥量可用合成系数法或经验法估算。1).合成系数法：X=aQLr-BVX或写为X/VX(=1/)=aQLr/VX-b，其中VX/X即为污泥龄，QLr/VX则是以有机物去除量为基础的污泥负荷(U)。2).经验数据法：对于初步设计可按经验取得剩余污泥量，如生活污水的剩余污泥量可按每人每日产生18g干泥，如含水量为99.2%则约为2.2升。,二次沉淀池的设计，过去常采用一般的表面负荷法或沉淀时间法或固体通量法。这种计算方法只考虑了沉淀池的澄清分离作用，没有考虑它的浓缩作用。这样有时就不能保证提供有足够浓度的回流污泥，影响活性污泥法工艺的正常运行。近年来考虑了混合液污泥浓度高，产生拥挤沉淀过程的特点，使设计更为合理。对于连续运行的池子，设计时可参阅高浊度水沉淀池的计算方法。所需池子的表面积取决于澄清和浓缩的能力。澄清所需的面积和浓缩所需的面积可通过静水沉淀试验后计算，并乘以安全系数1.3，然后取两者中的大者作为设计表面积。池中停留时间可取1.52小时。由此即可求得沉淀池的有效深度。,谢谢,在设计中要思考的主要问题是如何确定污泥负荷和X值。对活性污泥法的认识目前还是很不够的，还没有确定这两个设计值的法则，一般只凭判断和试验决定。对于污泥负荷主要考虑的是它对于处理效率的影响。当作为高级处理或所谓完全