第八章污水的好氧生物处理PPT课件

1、11/17/20211 污水的生物处理是现代生物工程的一个重要组成部分。 根据参与代谢的微生物种类不同可分为：好氧生物处理和厌氧生物处理 好氧生物处理： 活性污泥法：水体自净的人工强化 生物膜法：土壤净化的强化 生物处理主要去除水中的溶解状态和胶体状态的有机物。第1页/共116页11/17/202121 微生物的代谢作用2 影响好氧处理的主要因素： （1）溶解氧(DO) DO=24ml/l 为宜; DO保持一定水平，使好氧微生物正常生长，维持较好的出水水质，使活性污泥和生物膜结构正常，沉降和絮凝性能良好。 第2页/共116页11/17/20213（2）水温 中温性细菌为主，最适温度：20-35

2、。 第3页/共116页11/17/20214 （3） pH值 最佳：6.58.5 维持适宜的pH值,可以使微生物生长繁殖良好，使菌胶团产生较好的粘性物质，形成较好的絮状物，取得良好的处理效果。 pH9 生化反应即受到抑制 pH6.5 丝状菌生长，易发生污泥膨胀第4页/共116页11/17/20215（4）营养平衡 BOD5:N:P=100:5:1 废水生物处理时要考虑C、N、P的配比。当N、P 不足时，应投加氮源和磷源。 生活污水：营养丰富，是最佳营养源。 工业污水：宜与生活污水合并后处理。第5页/共116页11/17/20216（5）有毒物质 废水中含有一些物质如重金属离子、酚对微生物有毒害

3、作用或抑制作用。 当然，它们对微生物的毒害作用是相对而言的，在一定浓度范围内是没有影响的。若微生物经驯化后，可能承受较高浓度的有毒物质。第6页/共116页11/17/20217第二节 活性污泥法第7页/共116页11/17/20218 目前，活性污泥法是废水生物处理应用最为广泛的一种方法，该法已成为污水处理的主体技术。 1912年，英国人克拉克和盖奇的废水曝气试验。 1914年，英国曼切斯特建成了第一座活性污泥水处理厂。 特别在近2030年，对生物反应的净化机理进行了深入研究，出现了多种工艺流程。第8页/共116页11/17/20219一 基本原理： 1 基本流程： 初沉池曝气池二沉池回流污泥

4、剩余污泥进水出水第9页/共116页11/17/202110 初沉池：去除悬浮固体，减轻生物处理负荷； 曝气池：废水、微生物和氧气在此充分混合和反应； 二沉池：使泥水分离，去除剩余污泥； 回流系统：保持曝气池中一定的污泥浓度； 曝气系统：供氧，使污泥呈悬浮态。第10页/共116页11/17/2021112 活性污泥的性能指标 （1）形态 外观呈黄褐色的絮绒颗粒状; 粒经：0.020.2mm,有较大的表面积; 含水率在99%以上; 密度：1.0021.006g/ml。第11页/共116页11/17/202112 （2）组成 活性微生物群体(Ma) 微生物自身代谢残留物(Me) 污泥吸附的惰性有机物

5、(Mi) 污水中的无机物(Mii)第12页/共116页11/17/202113（3）混合液悬浮固体浓度(MLSS) 即污泥浓度 MLSS=Ma+Me+Mi+Mii 普通活性污泥法: MLSS=23g/l 完全混合法和吸附再生法： MLSS=46g/l 混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS):指污泥中有机固体物质的浓度,，较准确的表示其中活性成分。第13页/共116页11/17/202114（4）污泥沉降比(SV) 指曝气池混合液沉淀30min后，形成的沉淀污泥和原混合液体积之比。 城市污水：SV=1530%。 可反映曝气池运行时的污泥量，用于控制剩余污泥的排放，还可及早发现污泥膨胀等异常现象的

6、发生。第14页/共116页11/17/202115 （5）污泥体积指数(SVI) 指曝气池混合液经30min沉淀后，每克干污泥所占的体积。 )/()/(lgMLSSlmlSVSVI 城市污水：SVI=50150ml/g。 该数值反映活性污泥的疏散程度和凝聚沉降性能。第15页/共116页11/17/202116（6）污泥龄(SRT) 又称为： “新增细胞在反应器中的平均停留时间” “反应器中全部微生物更新一次所需要的时间” “生物固体平均停留时间”等 第16页/共116页11/17/202117污泥龄可由下式计算：每日污泥排放量曝气池中微生物总量第17页/共116页11/17/202118（7）

7、水力停留时间(HRT) HRT=V/Q 式中：V: 曝气池容积 Q: 污水流量第18页/共116页11/17/2021193 活性污泥增长规律 活性污泥中微生物是多菌种的混合群体，仍可用纯菌种的生长曲线表示。（见Fig.11-3 P62) 第19页/共116页11/17/202120 适应期对数期静止期衰老期微生物生长曲线时间细菌对数第20页/共116页11/17/202121 活性污泥增长受营养物质(food)和微生物量(microorganism)的影响，即F/M值。 F/M=QS0/XV 式中：Q: 污水流量 S0: 污水起始浓度 X: MLSS浓度 V: 反应器体积第21页/共116页

8、11/17/202122 （1）对数增长期 F/M值较大（ 2.2)； 污泥增长不受食物限制； 污泥活性强，具有很高的能量水平； 凝聚性能差，松散，不易沉降； 出水水质差。第22页/共116页11/17/202123 （2）静止期 F/M值一般(0.30.6)； 污泥增长受食物的限制，增长速 率下降； 污泥活性较强，能量水平一般； 污泥凝聚性能和沉降性能好； 出水水质好； 一般情况下，活性污泥的工作阶 段。第23页/共116页11/17/202124 （3）内源呼吸期（衰老期） F/M值最低(0.1)； 营养物质很少，微生物开始分解，代谢自身的细胞物质，污泥减少； 污泥活性弱； 污泥凝聚性能差

9、，沉降性能好； 出水水质好。第24页/共116页11/17/2021254 活性污泥净化反应过程 该过程分成二个阶段： （1）初期吸附阶段 活性污泥有很大的表面积，且表面上的微生物分泌较多的粘性物质，在与水相接触时可吸附大量的有机物。 该过程进行较快， 1030min 即可完成，BOD5去除率达8590%。第25页/共116页11/17/202126 反应时间有机物浓度有机物降解曲线第26页/共116页11/17/202127 （2）稳定阶段有机物细胞内透膜酶胞内酶合成与分解代谢第27页/共116页11/17/202128二 活性污泥反应动力学 1 劳伦斯-麦卡蒂模式 微生物的增长与底物降解的

10、关系： XkdtdSYdtdXddtdSYdtdXobs或第28页/共116页11/17/202129式中：dX/dt: 微生物净增长速度 Y: 理论合成系数 kd: 内源呼吸代谢系数 Yobs: 可检合成系数 第29页/共116页11/17/202130活性污泥每日净增长量： X=Y(S0-Se)Q-kdVXv 式中：S0: 进水有机物浓度 Se: 出水有机物浓度 Q: 进水流量 VXv: 混合液中MLSS第30页/共116页11/17/202131 式中 ： : 污泥龄(d) : 污泥负荷 (KgBOD5/KgMLVSSd)dvrvkVXQSYVXXcvVXX1svevrNVXSSQVXQ

11、S0(cdsckYN 1第31页/共116页11/17/202132出水浓度： 反应器中活性污泥浓度：回流污泥浓度：回流比：11maxdccdsekYqkKScdecktSSYX102 . 1106SVIXrrrSVIX12 . 1106第32页/共116页11/17/202133三 活性污泥法的运行方式 1 普通活性污泥法 废水和回流污泥从池首端流入，以推流形式到末端。初沉池 曝气池 二沉池回流污泥剩余污泥进水出水第33页/共116页11/17/202134 说明： （1）氧气的供应与消耗 在前1/3阶段，有机物较多 ，氧气不足，利用率高；后1/3阶段，氧气供大于求，利用率低。（见Fig.1

12、4-23) 第34页/共116页11/17/202135供氧曲线需氧曲线供氧和需氧率曲线第35页/共116页11/17/202136（2）该法处理效果好，BOD5去除率达9095%。第36页/共116页11/17/202137 （3）运行参数： 污泥浓度：MLSS=23g/l 污泥负荷： F/M=0.20. 4 KgBOD5/KgMLVSSd 污泥回流比：r=2550% 曝气时间：t=48h第37页/共116页11/17/202138 （4）存在的问题 曝气池容积大，占地多； 水质、水量变化的适应能力差； 池前端供氧不足，后端供氧过剩， 所以动力消耗大，容积负荷小。第38页/共116页11/1

13、7/202139 2 渐减曝气活性污泥法 改变传统活性污泥法的等距离均量布置扩散器的缺点，而是合理的布置空气扩散器，使布气沿程变化，以提高处理效率。第39页/共116页11/17/202140供氧曲线需氧曲线第40页/共116页11/17/202141第41页/共116页11/17/2021423 阶段曝气活性污泥法 （分步进水活性污泥法或多点进水活性污泥法） 污水沿池长度分散进入，并不集中进入； 污水分段进入，提高了反应器对水质、水量的冲击负荷的适应能力； 易于由普通活性污泥法改建，使用较普遍。第42页/共116页11/17/202143第43页/共116页11/17/202144 运行参数

14、： MLSS=23.5g/l F/M=0.20.4kgBOD5/kgMLVSSd r=0.250.75 t=35h第44页/共116页11/17/202145 4 完全混合活性污泥法 污水与回流污泥在进入曝气池后，立即与池中的混合液完全混合。 池中微生物的种类和数量相等； 对冲击负荷有较强的适应能力； 池中有机物浓度相同，需氧均匀； 出水水质不及传统法。第45页/共116页11/17/202146第46页/共116页11/17/2021475 高负荷活性污泥法 （短时曝气活性污泥法或不完全处理活性污泥法） 负荷高： F/M=1.55.0 kgBOD5/KgMLVSSd 曝气时间短：t=1.53

15、.0h第47页/共116页11/17/202148 处理效果低：7075% MLSS浓度低：200500mg/l 适宜于处理对出水水质要求不高的污水。第48页/共116页11/17/202149 6 延时曝气法 （完全氧化活性污泥法） 曝气时间长：t=1836h 负荷低： F/M=0.050.15 kgBOD5/kgMLVSSd MLSS浓度高：30006000mg/l 污泥量少且稳定，不需另行处理可排放第49页/共116页11/17/202150 出水水质好 池容大 适用于对处理水质要求高，且又不宜处理污泥的小城镇污水和工业污水，水量不宜超过1000m3/d。第50页/共116页11/17/

16、202151第51页/共116页11/17/2021527 接触稳定法 （生物吸附活性污泥法或吸附-再生活性污泥法） 活性污泥的净化分成二个阶段：吸附阶段和稳定阶段。使这二个阶段在不同的池中进行，即为接触稳定法。第52页/共116页11/17/202153第53页/共116页11/17/202154 8 纯氧曝气法 纯氧代替空气，氧气利用率提高，污水处理效果好，污泥性能良好； 剩余污泥少； 设备复杂，管理烦琐； 应不断调节pH值。第54页/共116页11/17/202155第55页/共116页11/17/2021569 吸附生物降解工艺（ AB法）（1） 工艺流程及特点 不设初沉池； A、B两

17、段各自拥有独立的回流系统，有各自独立的微生物群体，处理效果稳定。第56页/共116页11/17/202157吸 附沉 淀沉淀剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥A 段B 段曝气进水出水第57页/共116页11/17/202158第58页/共116页11/17/202159第59页/共116页11/17/202160第60页/共116页11/17/202161（2） A段的效应与运行参数 A段时一个开放性的生物系统； 负荷高，26kgBOD5/kgMLSSd； 停留时间短，3060min； 有机物去除主要靠絮凝体的吸附作用，生物降解只占1/3。第61页/共116页11/17/202162（3） B段

18、效应与运行参数 B段所接收废水的水质、水量都较稳定，则可以充分发挥其净化功能； 负荷低，0.10.3kgBOD5/kgMLSSd； 污泥龄长，可部分脱氮。第62页/共116页11/17/202163 该工艺处理效果稳定，具有一定的抗冲击负荷的能力。第63页/共116页11/17/20216410 序批式活性污泥法（SBR法）（1）工艺流程 由进水、反应、沉淀、出水、闲置等基本过程组成。 结构简单，没有二沉池和污泥回流设备。第64页/共116页11/17/202165格栅沉砂池初沉池间歇式曝气池进水出水SBR工艺流程图第65页/共116页11/17/202166（2）特征 SBR法在流态上属完全

19、混合，有机物降解上却是时间上的推流； 耐冲击负荷； 出水水质好； 可以脱氮除磷； 污泥沉降性能好，可有效的防止污泥膨胀； 便于自控运行，易于维护管理。第66页/共116页11/17/202167四 曝气原理和曝气池 （一）曝气原理 1 双膜原理 基本点： 在气液界面两侧存在气膜和液膜； 气液两相处于紊流状态，其中物质浓度均匀，不存在浓度差，也不存在传质阻力，阻力仅存在于气液膜中；第67页/共116页11/17/202168气体液体层流紊流紊流po气膜液膜soPi 界面第68页/共116页11/17/202169 气膜中存在氧气的分压梯度，液膜中存在氧气的浓度梯度，它们是氧转移的推动力； 氧气难

20、溶于水中，其转移的阻力主要存在于液膜上。第69页/共116页11/17/202170 氧气通过液膜的传递速率为： osogAKdtdm 式中：dm/dt: 气体传递速率 Kg: 气体扩散系数 A: 气体扩散通过的面积 so : 气体在溶液中的饱和浓度 o : 气体在溶液中的浓度 第70页/共116页11/17/202171 而 ，则有： 对上式积分可得：oVddmosogoVAKdtd0soLaK1212log13 . 2sosoLattK第71页/共116页11/17/202172 2 氧气转移影响因素 （1）污水水质 污水中的杂质对氧气的转移以及溶解度有一定影响，所以引入修正系数，则有：

21、osoLaoKdtd第72页/共116页11/17/202173 （2）水温 水温上升，水的粘度降低，液膜厚度减小，Kla值增高； 氧气在水中的溶解度随温度上升而降低。 温度对氧气转移有二种相反的影响，但不能相互抵消，总之，低温有利于氧气的转移。第73页/共116页11/17/202174 （3）氧分压 氧分压越高，越有利于氧气的转移。第74页/共116页11/17/202175（二）曝气设备 曝气设备主要有二种：鼓风曝气和机械曝气。 1 鼓风曝气 （1）系统组成 空气净化器、鼓风机、空气输配 管系统和扩散器。 第75页/共116页11/17/202176 （2）扩散器的作用及种类 作用： 将

22、空气分散成小气泡，以增大与水的接触面积。 种类： 小气泡扩散器 中气泡扩散器 大气泡扩散器 微气泡扩散器第76页/共116页11/17/202177第77页/共116页11/17/202178第78页/共116页11/17/202179第79页/共116页11/17/202180 2 机械曝气 （1）竖式曝气机 （2）卧式曝气刷 第80页/共116页11/17/202181第81页/共116页11/17/202182第82页/共116页11/17/202183第83页/共116页11/17/202184第84页/共116页11/17/2021853 曝气设备性能指标 （1）氧转移效率 (mgO

23、2/lh) （2）充氧能力 (kgO2/kWh) （3）氧利用效率 (%)第85页/共116页11/17/2021864 曝气设备的性能测试 原理： 以氯化钴作为催化剂，用还原剂亚硫酸钠脱氧，然后测试复氧过程中水中溶解氧的浓度，计算总传质系数Kla和氧的传递速率。第86页/共116页11/17/202187进气进水第87页/共116页11/17/202188过程： 曝气筒中注入清水，曝气10min至饱和，测溶解氧的饱和值，计算水中的氧气总量和投药量； 投加药剂，当水中溶解氧为零后，开始曝气，间隔一定时间取样分析，至溶解氧为饱和值的95%。 计算总传质系数Kla和氧的传递速率。 第88页/共11

24、6页11/17/202189数据处理：总传质系数： 以t对ln(so- o)作图，得一直线，斜率即为Kla值。tKKdtdLasoosoosoLaoln)ln()(/)20()20(024. 1TLaLaKK第89页/共116页11/17/202190氧转移速率：soLaAKE(mgO2/lh)第90页/共116页11/17/202191动力效率： 式中：V：水的体积 N：输入功率NVKEsoLap（kgO2/kWh）第91页/共116页11/17/202192（三）曝气池池型 1 推流曝气池 2 完全混合曝气池 分建式 合建式 3 两种池型的结合第92页/共116页11/17/202193第

25、93页/共116页11/17/202194第94页/共116页11/17/202195第95页/共116页11/17/202196第96页/共116页11/17/202197 五 活性污泥法的设计计算 1 设计内容 选定工艺流程； 曝气池容积计算及工艺设计； 曝气系统设计计算； 污泥回流系统设计； 二沉池池型选择及计算。第97页/共116页11/17/2021982 设计依据 处理水量、一级处理出水后的水质和出水水质。第98页/共116页11/17/2021993 曝气池容积计算 负荷法 VqNxsovs式中：Ns: 污泥负荷率(kgBOD5/kgMLSSd) qv: 进水流量 so : 进水

26、的平均BOD5值 x: 曝气池中的污泥浓度第99页/共116页11/17/20211004 曝气系统 （1）需氧量和供气量的计算 对完全混合曝气池： cdockXSSQYV1 式中：V: 曝气池容积 c: 污泥龄 Q: 进水流量 Y: 合成系数 S0、S : 进水、出水有机物浓度 kd: 内源呼吸系数第100页/共116页11/17/2021101（2）剩余活性污泥量 （3）需氧量为：)(0SSQYPobsxcdobskYY1xPSSQO42. 168. 0)(02第101页/共116页11/17/2021102 （4）空气量 AairEOV20. 1%2 .232 式中: ：安全系数 23.

27、2% ：空气中氧气的百分含量 1.201：氧气的密度 EA：氧的利用率 第102页/共116页11/17/2021103 （4）曝气系统设计 鼓风曝气系统：空压机、空气输送管和空气扩散器 机械曝气系统：选择叶轮的形式和确定其直径第103页/共116页11/17/20211045 污泥回流系统 回流污泥系统浓度 回流污泥量的计算 污泥的提升设备选择 污泥泵 空气提升泵 螺旋泵第104页/共116页11/17/2021105 6 二次沉淀池 选池型 沉淀池设计计算第105页/共116页11/17/2021106六 活性污泥系统的运行管理 1 活性污泥的培养与驯化 异步培训法 同步培训法 接种培训法第106页/共116页11/17/2021107异步培