微污染水源饮用水预处理技术-2

1、南京大学环境学院南京大学环境学院20122012年年9 9月月水污染控制工程水污染控制工程( (一一) ) Water pollution control engineering吴吴 军军 微污染水源饮用水预处理技术微污染水源饮用水预处理技术-2Polluted surface water pre-treatment for drinking water 第四章第四章 生物预处理技术生物预处理技术 4.1 生物预处理技术的特点生物预处理技术的特点 4.2 生物处理的原理及主要工艺计算方法生物处理的原理及主要工艺计算方法 4.3 稳态生物膜模型稳态生物膜模型 4.4 生物预处理技术生物预处理技术

2、4.1 生物预处理技术的特点生物预处理技术的特点 有效去除原水中可生物降解有机物有效去除原水中可生物降解有机物 通常分子量小于通常分子量小于1500的有机物是生物可降解的；的有机物是生物可降解的； 可有效控制消毒副产物的前驱物；可有效控制消毒副产物的前驱物； 控制饮用水在管网中的可生化性，防止微生物在管网中滋生；控制饮用水在管网中的可生化性，防止微生物在管网中滋生； 提高后续处理工艺的处理效率；提高后续处理工艺的处理效率； 使整个处理工艺出水更安全可靠使整个处理工艺出水更安全可靠 通常采用的生物活性炭深度处理工艺，由于生物膜脱落及生通常采用的生物活性炭深度处理工艺，由于生物膜脱落及生物絮体流出

3、，严重影响出水的微生物安全性，同时使致突变物絮体流出，严重影响出水的微生物安全性，同时使致突变活性升高；而生物预处理由于设置在常规处理工艺前面，在活性升高；而生物预处理由于设置在常规处理工艺前面，在发挥生物降解作用的同时，又可利用后续的混凝沉淀工艺去发挥生物降解作用的同时，又可利用后续的混凝沉淀工艺去除生物固体以及代谢产物，保证整个工艺出水的安全性；除生物固体以及代谢产物，保证整个工艺出水的安全性；4.2 生物处理原理及主要工艺计算方法生物处理原理及主要工艺计算方法污水生物处理工艺分类污水生物处理工艺分类生物处理法生物处理法天然生物处理天然生物处理人工生物处理人工生物处理生物稳定塘生物稳定塘土

4、地处理系统土地处理系统好氧生物处理好氧生物处理厌氧生物处理厌氧生物处理活性污泥法活性污泥法生物膜法生物膜法传统厌氧消化传统厌氧消化现代高速厌氧反应器现代高速厌氧反应器1 1、传统活性污泥工艺、传统活性污泥工艺3 3、氧化沟、氧化沟以生物法为主体的城市污水处理技术以生物法为主体的城市污水处理技术2 2、SBRSBR反应器反应器4 4、曝气生物滤池、曝气生物滤池5 5、水解好氧生物处理工艺、水解好氧生物处理工艺6 6、化学强化一级处理、化学强化一级处理总进水格栅总进水泵房水力筛沉砂池初沉池曝气池二沉池总出水加氯消毒好氧剩余污泥污泥回流净剩余污泥集池泥浓缩池污泥脱水机房泥饼外运鼓风机污水管路污泥管路

5、上清、滤出液管路空气管路一一) 传统活性污泥生物处理工艺传统活性污泥生物处理工艺典型的污水处理流程1 1、活性污泥的基本性质、活性污泥的基本性质 物理性能：物理性能：“菌胶团菌胶团”、“生物絮凝体生物絮凝体”： 颜色：褐色、（土）黄色、铁红色；颜色：褐色、（土）黄色、铁红色； 气味：泥土味（城市污水）；气味：泥土味（城市污水）； 比重：略大于比重：略大于1，（，（1.002 1.006）；）； 粒径：粒径：0.02 0.2 mm； 比表面积：比表面积：20 100cm2/ml。 生化性能：生化性能： 1) 活性污泥的含水率：活性污泥的含水率：99.2 99.8%； 2)固体物质的组成：固体物质

6、的组成： 活细胞（活细胞（Ma）、微生物内源代谢的残留物（）、微生物内源代谢的残留物（Me）、吸附）、吸附的原废水中难于生物降解的有机物（的原废水中难于生物降解的有机物（Mi）、无机物质（）、无机物质（Mii）。）。2 2、活性污泥中的微生物、活性污泥中的微生物 活性污泥中的微生物：活性污泥中的微生物： 细菌：是活性污泥净化功能最活跃的成分，细菌：是活性污泥净化功能最活跃的成分， 主要菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄主要菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等；杆菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等； 基本特征：基本特征： 1)

7、 1) 绝大多数都是好氧或兼性化能异养型原核细菌；绝大多数都是好氧或兼性化能异养型原核细菌； 2) 2) 在好氧条件下，具有很强的分解有机物的功能；在好氧条件下，具有很强的分解有机物的功能； 3) 3) 具有较高的增殖速率，世代时间仅为具有较高的增殖速率，世代时间仅为2020 3030分钟；分钟； 4) 4) 其中的动胶杆菌具有将大量细菌结合成为其中的动胶杆菌具有将大量细菌结合成为“菌胶团菌胶团”的功能。的功能。 其它微生物其它微生物-原生动物、后生动物原生动物、后生动物-在活性在活性污泥中大约为污泥中大约为103103个个/ /mlml3 3、活性污泥性能指标、活性污泥性能指标(1)(1)生

8、物量指标生物量指标 混合液悬浮固体浓度（混合液悬浮固体浓度（MLSS）（）（Mixed Liquor Suspended Solids）：）： MLSS = Ma + Me + Mi + Mii 单位：单位： mg/l g/m3 混合液挥发性悬浮固体浓度（混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）（）（Mixed Liquor Volatile Suspended Solids）：）： MLVSS = Ma + Me + Mi； 在条件一定时，在条件一定时，MLVSS/MLSS是较稳定的，对城市污水，一般是是较稳定的，对城市污水，一般是0.750.85 污泥沉降比（污泥沉降比（SV）（）（Slud

9、ge Volume）：）： 是指将曝气池中的混合液在量筒中静置是指将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以与原混合液的体积比，一般以%表示；表示； 能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀；控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀； 正常数值为正常数值为20 30%。 污泥体积指数（污泥体积指数（SVI）（）（Sludge Volume Index）：）： 曝气池出口处混合液经曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，分钟静沉后，1g干污泥所形成的污干污泥所

10、形成的污泥体积，泥体积， 单位是单位是 ml/g。 能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，其值过低，说能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多；其值过高，说明其沉降性能明泥粒小，密实，无机成分多；其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀现象；不好，将要或已经发生膨胀现象； 城市污水的城市污水的SVI一般为一般为50 150 ml/g；3 3、活性污泥性能指标、活性污泥性能指标(2)(2)沉降性能指标沉降性能指标4 4、活性污泥增殖规律、活性污泥增殖规律(1)(1)对数增殖对数增殖减速增殖减速增殖内源呼吸内源呼吸氧利用速率曲线氧利用速率曲线微生物增

11、殖曲线微生物增殖曲线BOD降解曲线降解曲线时间时间Xa0 适应期：适应期： 是活性污泥微生物对于新的环境条件、污水中有机物是活性污泥微生物对于新的环境条件、污水中有机物污染物的种类等的一个短暂的适应过程；经过适应期污染物的种类等的一个短暂的适应过程；经过适应期后，微生物从数量上可能没有增殖，但发生了一些质后，微生物从数量上可能没有增殖，但发生了一些质的变化：的变化： a.菌体体积有所增大；菌体体积有所增大； b.酶系统也已做了相应调整；酶系统也已做了相应调整； c.产生了一些适应新环境的变异；等等。产生了一些适应新环境的变异；等等。BOD5、COD等各项等各项污染指标可能并无较大变化。污染指标

12、可能并无较大变化。4 4、活性污泥增殖规律、活性污泥增殖规律(2)(2) 对数增长期：对数增长期： F/M值高值高( 2.2)，所以有机底物非常丰富，营养物质不，所以有机底物非常丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；是微生物增殖的控制因素； 微生物的增长速率与基质浓度无关，呈零级反应，它微生物的增长速率与基质浓度无关，呈零级反应，它仅由微生物本身所特有的最小世代时间所控制，即只仅由微生物本身所特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身的生理机能的限制；受微生物自身的生理机能的限制； 微生物以最高速率对有机物进行摄取，也以最高速率微生物以最高速率对有机物进行摄取，也以最高速率增殖，而合成新细胞

13、；增殖，而合成新细胞； 此时的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物此时的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活动能力很强，导致污泥质地松散，不能形成较好的活动能力很强，导致污泥质地松散，不能形成较好的絮凝体，污泥的沉淀性能不佳；絮凝体，污泥的沉淀性能不佳； 活性污泥的代谢速率极高，需氧量大；一般不采用此活性污泥的代谢速率极高，需氧量大；一般不采用此阶段作为运行工况，但也有采用的，如高负荷活性污阶段作为运行工况，但也有采用的，如高负荷活性污泥法。泥法。4 4、活性污泥增殖规律、活性污泥增殖规律(3)(3) 减速增长期：减速增长期： F/M值下降到一定水平后，有机底物的浓度成为微生值下降到

14、一定水平后，有机底物的浓度成为微生物增殖的控制因素；物增殖的控制因素； 微生物的增殖速率与残存的有机底物呈正比，为一级微生物的增殖速率与残存的有机底物呈正比，为一级反应；反应； 有机底物的降解速率也开始下降；微生物的增殖速率有机底物的降解速率也开始下降；微生物的增殖速率在逐渐下降，直至在本期的最后阶段下降为零，但微在逐渐下降，直至在本期的最后阶段下降为零，但微生物的量还在增长；生物的量还在增长； 活性污泥的能量水平已下降，絮凝体开始形成，活性活性污泥的能量水平已下降，絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好； 由于残存的有机物浓度较低，出水水质

15、有较大改善，由于残存的有机物浓度较低，出水水质有较大改善，并且整个系统运行稳定；一般来说，大多数活性污泥并且整个系统运行稳定；一般来说，大多数活性污泥处理厂是将曝气池的运行工况控制在这一范围内的。处理厂是将曝气池的运行工况控制在这一范围内的。4 4、活性污泥增殖规律、活性污泥增殖规律(4)(4) 内源呼吸期：内源呼吸期： 内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率，因内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率，因此从整体上来说，活性污泥的量在减少，最终所有的此从整体上来说，活性污泥的量在减少，最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这

16、些物质多是难于降解的细胞壁等；些物质多是难于降解的细胞壁等； 污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差；差； 有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；一般不用这一有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；一般不用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如阶段作为运行工况，但也有采用，如延时曝气法延时曝气法。4 4、活性污泥增殖规律、活性污泥增殖规律(4)(4) 活性污泥的增殖状况，主要是由活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值所控制；值所控制； 处于不同增值期的活性污泥，其性能不同，出水水质处于不同增值期的活性污泥，其性能不同，出水水质也不同；也不同； 通过调整

17、通过调整F/M值，可以调控曝气池的运行工况，达到值，可以调控曝气池的运行工况，达到不同的出水水质和不同性质的活性污泥；不同的出水水质和不同性质的活性污泥； 活性污泥法的运行方式不同，其在增值曲线上所处位活性污泥法的运行方式不同，其在增值曲线上所处位置也不同。置也不同。5 5、活性污泥增殖规律的应用、活性污泥增殖规律的应用6 6、有机物降解与微生物增殖：、有机物降解与微生物增殖：7 7、有机物降解与需氧量：、有机物降解与需氧量：8 8、活性污泥净化废水的实际过程：、活性污泥净化废水的实际过程：9 9、活性污泥法基本工艺参数、活性污泥法基本工艺参数1010、曝气池类型和构造、曝气池类型和构造111

18、1、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(1)(1)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(2)(2)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(3)(3)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(4)(4)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(5)(5)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(6)(6)1111、 活性污泥法的反应动力学原理活性污泥法的反应

19、动力学原理泥龄与微生物泥龄与微生物比增长速率的关系比增长速率的关系1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(7)(7)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(8)(8)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(9)(9)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(10)(10)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(11)(11)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力

20、学原理及其应用(12)(12)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(13)(13)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(14)(14)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(15)(15)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(16)(16)1111、 活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法的反应动力学原理及其应用(17)(17)项项 目目单单 位位参数值参数值BOD5污泥负荷污泥负荷LsKgBOD5/kgMLSSd0

21、.10.2污泥浓度污泥浓度(MLSS) X(MLSS) Xg/L2.54.5污泥龄污泥龄CCd1020污泥产率系数污泥产率系数Y YKgVSS/kgBOD50.30.6需氧量需氧量O2O2KgO2/kgBOD51.11.8水力停留时间水力停留时间HRTHRTh714其中厌氧其中厌氧12h 缺氧缺氧0.53h污泥回流比污泥回流比 R R%20100混合液回流比混合液回流比 RiRi%200总处理效率总处理效率%8595(BOD5)%5075(TP)%5580(TN)表表6.6.20 厌氧厌氧/缺氧缺氧/好氧法（好氧法（AAO法，又称法，又称A2O法）法）生物脱氮除磷的主要设计参数生物脱氮除磷的主

22、要设计参数二）二）SBR工艺及发展工艺及发展进水曝气沉淀排水排泥去除碳源的典型的去除碳源的典型的SBR运行程序运行程序1 1、经典、经典SBRSBR反应器的工作周期反应器的工作周期（一）经典（一）经典SBRSBR工艺工艺2 2、SBRSBR工艺的滗水器工艺的滗水器经典经典SBR反应器的优点可以归纳如下：反应器的优点可以归纳如下：1) 沉淀效果好；沉淀效果好；2) 可以防止污泥膨胀；可以防止污泥膨胀；3) 反应效率高，特别对难降解有机物降解性能好；反应效率高，特别对难降解有机物降解性能好；4) 可以除磷脱氮等等。可以除磷脱氮等等。5) 工艺简单，可省去二沉池，不需污泥回流；工艺简单，可省去二沉池

23、，不需污泥回流；3 3、经典、经典SBRSBR反应器的优点反应器的优点1) 完全混合，时间推流反应器；完全混合，时间推流反应器；2) 理想静态沉淀；理想静态沉淀；3) 生物选择器原理；生物选择器原理；4) 微生物环境的多样性；微生物环境的多样性；5) 调节池、曝气池和沉淀池一体化的结构特点；调节池、曝气池和沉淀池一体化的结构特点；归纳起来为：归纳起来为：流态优势；流态优势；生态优势；生态优势；结构优势；结构优势；4 4、SBRSBR反应器的理论分析反应器的理论分析不同学者对不同学者对SBRSBR的不同看法的不同看法名名称称S SB BR R 的的特特点点可可能能的的原原因因A Ar ro or

24、 ra a 抗抗冲冲击击负负荷荷能能力力强强 提提高高曝曝气气系系统统的的氧氧的的转转移移效效率率 工工艺艺简简单单，运运转转费费用用低低 变变容容积积进进水水 反反应应初初期期氧氧的的推推动动力力大大 S SB BR R 反反应应器器本本身身特特点点I Ir rv vi in ne e 可可以以抑抑制制丝丝状状菌菌的的生生长长 可可以以高高效效处处理理难难降降解解废废水水 S SB BR R 系系统统中中微微生生物物的的活活性性高高 除除磷磷脱脱氮氮效效果果好好，无无需需投投放放化化学学药药品品 有有 机机 物物 浓浓 度度 变变 化化 对对 微微 生生 物物 有有 选选择择性性，厌厌氧氧状

25、状态态可可抑抑制制丝丝状状菌菌生生长长 微微生生物物的的 R RN NA A 含含量量高高 运运行行方方式式容容易易改改变变彭彭永永臻臻 工工艺艺简简单单，运运转转费费用用低低 可可以以防防止止污污泥泥膨膨胀胀 抗抗冲冲击击负负荷荷能能力力强强 省省去去了了二二沉沉池池，无无需需污污泥泥回回流流 底底物物浓浓度度梯梯度度大大，厌厌氧氧缺缺氧氧状状态态并并存存 流流态态与与连连续续式式不不同同刘刘永永凇凇 对对活活性性污污泥泥膨膨胀胀有有抑抑制制作作用用 对对冲冲击击负负荷荷有有抵抵抗抗能能力力 厌厌氧氧好好氧氧状状态态的的交交替替出出现现 微微生生物物对对环环境境条条件件变变化化的的适适应应张

26、张志志仁仁 出出水水水水质质好好 对对冲冲击击负负荷荷适适应应性性强强 污污泥泥沉沉降降性性能能好好 污污泥泥处处理理系系统统简简便便 投投资资和和占占地地小小 能能耗耗低低 操操作作管管理理和和维维修修简简单单 沉沉淀淀性性能能好好，可可以以脱脱氮氮 流流量量变变化化可可通通过过周周期期调调节节来来适适应应 存存在在有有机机物物的的浓浓度度梯梯度度 污污泥泥令令长长可可稳稳定定化化 减减少少初初沉沉、二二沉沉池池和和污污泥泥消消化化等等 氧氧的的推推动动力力大大，氧氧利利用用率率高高 自自动动化化程程度度高高同时，经典的同时，经典的SBR的缺点也要客观认识：的缺点也要客观认识：1) 因为间歇

27、反应器的缘故，单一因为间歇反应器的缘故，单一SBR反应器应用时反应器应用时需要较大的调节池；需要较大的调节池；2) 多个多个SBR反应器进水和排水的阀门自动切换频繁；反应器进水和排水的阀门自动切换频繁；3)无法解决大型污水处理项目连续进水、连续出水无法解决大型污水处理项目连续进水、连续出水的处理要求。的处理要求。4)设备的闲置率较高设备的闲置率较高5)污水提升水头损失较大。污水提升水头损失较大。 正是以上一系列问题的存在推动了改良正是以上一系列问题的存在推动了改良SBR技术的研技术的研发。发。5 5、SBRSBR工艺缺点分析工艺缺点分析1 1、 经典经典SBRSBR反应器反应器进水曝气沉淀排水

28、排泥进水进水进水预反应区主反应区沉淀(停曝)排水出水(停曝、排泥)曝气滗水器2 2 、ICEASICEAS工艺工艺（二）（二）SBRSBR工艺的发展工艺的发展a) 沉淀特性不同；沉淀特性不同；b) 由于连续进水损失理想推流性能和污泥膨胀的控制功由于连续进水损失理想推流性能和污泥膨胀的控制功能；能；c) 连续进水便于较大型污水处理厂；连续进水便于较大型污水处理厂；d) 由于池长过长水平流速会过大，这也使得由于池长过长水平流速会过大，这也使得ICEAS工艺工艺的单池无法进一步扩大；的单池无法进一步扩大；e) ICEAS工艺的运行周期比较短。工艺的运行周期比较短。3 3、ICEASICEAS工艺与经

29、典工艺与经典SBRSBR工艺的对比工艺的对比CASS工艺是工艺是Goronszy教授在教授在ICEAS的基础上开发出来的的基础上开发出来的(1) 生物选择器生物选择器 (2) 缺氧区缺氧区 (3) 好氧区好氧区 (4) 回流污泥和剩余污泥回流污泥和剩余污泥 (5) 滗水器滗水器图图5-45-4循环式活性污泥法工艺循环式活性污泥法工艺(CASS)(CASS)的组成的组成4 4、CASSCASS工艺工艺1) 增加了污泥回流；增加了污泥回流； 2) 加大了预反应区的体积；加大了预反应区的体积；3) 增加了兼氧区。增加了兼氧区。通过以上三个措施，通过以上三个措施，CASS反应器强化了以下的功能：反应器

30、强化了以下的功能：1) 加速对溶解性底物的去除和对难降解有机物的水解作用；加速对溶解性底物的去除和对难降解有机物的水解作用；2) 加大兼氧区强化污泥中磷在厌氧条件下得到有效的释放；加大兼氧区强化污泥中磷在厌氧条件下得到有效的释放；3) 选择器和兼氧区中还可发生比较显著的反硝化作用；选择器和兼氧区中还可发生比较显著的反硝化作用；4) 采用多池串联运行，使废水在反应器的流动呈现出整体推流而采用多池串联运行，使废水在反应器的流动呈现出整体推流而在不同区域内为完全混合的复杂流态，保证了处理效果；在不同区域内为完全混合的复杂流态，保证了处理效果；5) 改善污泥的沉降性能，防止污泥膨胀问题的发生。改善污泥

31、的沉降性能，防止污泥膨胀问题的发生。5 5、CASSCASS工艺与工艺与ICEASICEAS工艺的对比工艺的对比UNITANK系统是系统是90年代初，比利时年代初，比利时SEGHERS公司提出公司提出一种一种SBR的变型工艺。的变型工艺。图图5-5 UNITANK5-5 UNITANK工艺图工艺图6 6、 UNITANKUNITANK系统系统1)标准的标准的UNITANK系统是由三个正方形池所组成，三个系统是由三个正方形池所组成，三个池子之间构成了一个级串的形式，弥补了单个反应器完池子之间构成了一个级串的形式，弥补了单个反应器完全混合的缺点；全混合的缺点；2)UNITANK系统在恒定水位下连续

32、运行，出水采用固定系统在恒定水位下连续运行，出水采用固定堰而不是滗水器。堰而不是滗水器。3)从整个系统来看，它已经不属于从整个系统来看，它已经不属于SBR了，与交替运转了，与交替运转的三沟氧化沟非常相似，更接近于传统的活性污泥法。的三沟氧化沟非常相似，更接近于传统的活性污泥法。这是这是UNITANK工艺最为显著的一个特点；工艺最为显著的一个特点；7 7、 UNITANKUNITANK系统的原理和特点系统的原理和特点与三沟氧化沟的情况相类似，与三沟氧化沟的情况相类似，UNITANK工艺中三池的作用也工艺中三池的作用也是不均等的，存在边池子污泥浓度高的情况：是不均等的，存在边池子污泥浓度高的情况：

33、1995 年年1996 年年边沟边沟中沟中沟边沟边沟边沟边沟中沟中沟边沟边沟MLSS(g/L)8.34.38.87.13.39.3SV(%)37.417.245.241.915.843.7SVI(mL/g)4540485948478 8、 UNITANKUNITANK系统的缺点系统的缺点UNITANK发明人在离开发明人在离开SEGHERS公司之后，提出新的公司之后，提出新的变型工艺变型工艺-LUCAS工艺工艺图图5-6 5-6 采用四个正方形反应器和四个圆形反应的采用四个正方形反应器和四个圆形反应的LUCASLUCAS工艺工艺9 9、 UNITANKUNITANK工艺的改进工艺的改进-LUCA

34、S-LUCAS工艺工艺1010、不同类型、不同类型SBRSBR工艺特点的比较工艺特点的比较1111、UNITANKUNITANK工艺工程实例工艺工程实例(1)(1)南京城北污水处理厂，排水体制为截流合流制；南京城北污水处理厂，排水体制为截流合流制；设计规模：旱季设计规模：旱季30万万 m3/d，雨季，雨季60万万 m3/d；主要技术经济指标：主要技术经济指标：污水处理厂工程投资污水处理厂工程投资3.49亿元，吨水投资亿元，吨水投资1162 元元/m3；占地占地0.44 元元/m3；经营成本：经营成本：0.63 元元/m3 ；1212、UNITANKUNITANK工艺工程实例工艺工程实例(2)(

35、2)技术特点：技术特点：1) 采用全封闭的处理构筑物形式，臭气有组织收集后采用采用全封闭的处理构筑物形式，臭气有组织收集后采用化学除臭集中处理；化学除臭集中处理；2) 污水处理工艺采用一体化活性污泥法；污水处理工艺采用一体化活性污泥法；设计进、出水水质设计进、出水水质1313、UNITANKUNITANK工艺工程实例工艺工程实例(3)(3)曝气沉淀池主要设计参数：曝气沉淀池主要设计参数：1 1、氧化沟的定义、氧化沟的定义3) 氧化沟结构采用环形沟渠型式，混合液在氧化沟曝气器氧化沟结构采用环形沟渠型式，混合液在氧化沟曝气器的推动下作循环水平流动的推动下作循环水平流动(平均流速平均流速0.3m/s

36、)；4 ) 氧 化 沟 采 用 延 时 曝 气氧 化 沟 采 用 延 时 曝 气 ( 污 泥 负 荷 在污 泥 负 荷 在 0 . 0 5 0.10kgBOD5/kgMLSS.d之间之间)，不需初沉池和污泥消化池；，不需初沉池和污泥消化池；1) 氧化沟属于活性污泥处理工艺的一种变形工艺氧化沟属于活性污泥处理工艺的一种变形工艺;2) 氧化沟采用转刷等强制循环、曝气设备；氧化沟采用转刷等强制循环、曝气设备；5) 污泥负荷和污泥龄的选取，要考虑污水硝化和污泥稳定污泥负荷和污泥龄的选取，要考虑污水硝化和污泥稳定化两个因素，一般污泥龄为化两个因素，一般污泥龄为1030d。三三) 氧化沟工艺氧化沟工艺氧化

37、沟工艺在发展过程中已形成很多独有的优点和特氧化沟工艺在发展过程中已形成很多独有的优点和特点。点。1) 氧化沟构造形式多样；氧化沟构造形式多样；2) 氧化沟曝气设备的多样性；氧化沟曝气设备的多样性；3) 曝气强度可调节；曝气强度可调节；4)简化了预处理、二沉池和污泥处理单元；简化了预处理、二沉池和污泥处理单元；2 2、氧化沟的特点、氧化沟的特点3 3、氧化沟的类型、氧化沟的类型1) 传统转刷曝气氧化沟；传统转刷曝气氧化沟；2) 三沟式氧化沟；三沟式氧化沟；3) 卡鲁塞尔氧化沟；卡鲁塞尔氧化沟；4) 奥贝尔氧化沟；奥贝尔氧化沟；5) 一体化氧化沟；一体化氧化沟；4 4、氧化沟的命名、氧化沟的命名1

38、)根据采用的特殊曝气设备命名，例如将采用立式表曝根据采用的特殊曝气设备命名，例如将采用立式表曝机曝气的氧化沟，命名为表曝氧化沟，将采用射流曝气机曝气的氧化沟，命名为表曝氧化沟，将采用射流曝气的氧化沟命名为射流曝气氧化沟等。的氧化沟命名为射流曝气氧化沟等。2)根据氧化沟的运行方式和氧化沟的主要特点方式命名，根据氧化沟的运行方式和氧化沟的主要特点方式命名，例如将目前的双沟氧化沟和三沟式氧化沟命名为交替例如将目前的双沟氧化沟和三沟式氧化沟命名为交替(工作工作)式氧化沟，将沉淀设备在氧化沟内的氧化沟命名式氧化沟，将沉淀设备在氧化沟内的氧化沟命名为一体化氧化沟等。为一体化氧化沟等。3) 在引进项目上可以

39、直接采用原名，如奥贝尔氧化沟、在引进项目上可以直接采用原名，如奥贝尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟等等。在我们应用时虽然采用同样的工卡鲁塞尔氧化沟等等。在我们应用时虽然采用同样的工作原理，但在已有注册商标的情况下不要采用同样的名作原理，但在已有注册商标的情况下不要采用同样的名称。称。1) 1) 卡鲁塞尔氧化沟卡鲁塞尔氧化沟图图6-1 6-1 采用立式表曝机的卡鲁塞尔氧化沟采用立式表曝机的卡鲁塞尔氧化沟 (英国英国ASH Vale 污水处理厂污水处理厂)5 5、不同类型的氧化沟、不同类型的氧化沟2) 交替工作式氧化沟交替工作式氧化沟图图6-2 OTV-Gruger6-2 OTV-Gruger的三沟式氧化

40、沟的三沟式氧化沟(Faabborg(Faabborg污水处理厂污水处理厂) )3) Orbal氧化沟氧化沟型型6-3 Orbal6-3 Orbal型氧化沟型氧化沟4) 一体化氧化沟一体化氧化沟图图6-4 Simon-Hartley6-4 Simon-Hartley船型氧化沟船型氧化沟 1) 循环曝气装置循环曝气装置转刷或转盘曝气器转刷或转盘曝气器 立式表面曝气器立式表面曝气器射流曝气器射流曝气器导管式曝气机导管式曝气机混合曝气系统混合曝气系统6 6、氧化沟的装置、氧化沟的装置a) 水平轴曝气转刷或转盘水平轴曝气转刷或转盘图图6-7 6-7 曝气转刷设备曝气转刷设备(OTV-Gruger(OTV

41、-Gruger产品产品) ) b) 水平轴曝气转盘水平轴曝气转盘曝气转盘设备曝气转盘设备(美国美国US Filter产品产品) c) 立式低速表曝机立式低速表曝机图图6-8 6-8 荷兰荷兰DHVDHV公司表曝机公司表曝机2) 进、出水装置进、出水装置图图6-9 6-9 三沟式氧化沟可调式出水堰三沟式氧化沟可调式出水堰3) 导流和混合装置导流和混合装置图图6-10 潜水搅拌机潜水搅拌机图图6-11 水下推进器水下推进器4) 4) 附属构筑物附属构筑物如如: :二沉池、刮泥机、污泥回流泵房等，与传统活性污二沉池、刮泥机、污泥回流泵房等，与传统活性污泥工艺相同。泥工艺相同。7 7、全面认识氧化沟处

42、理技术、全面认识氧化沟处理技术1)要考虑污染物的去除目的：对于不同的污染物的去除，要考虑污染物的去除目的：对于不同的污染物的去除，设计参数和方法是不同的；设计参数和方法是不同的；2)氧化沟最重要的特点之一是专用的曝气设备，不仅仅氧化沟最重要的特点之一是专用的曝气设备，不仅仅要求掌握其充氧能力，更重要的是全面了解和掌握氧化要求掌握其充氧能力，更重要的是全面了解和掌握氧化沟的水力学特性；沟的水力学特性；3) 由于曝气设备的水力学特性掌握不够，常常导致设计由于曝气设备的水力学特性掌握不够，常常导致设计没有达到预期效果。没有达到预期效果。8 8、设计、研究和生产厂家应加强基础研究、设计、研究和生产厂家

43、应加强基础研究1) 氧化沟技术发展与高效曝气设备的发展是密切相关的。氧化沟技术发展与高效曝气设备的发展是密切相关的。国内外的实践证明，往往新的曝气设备开发和应用，意国内外的实践证明，往往新的曝气设备开发和应用，意味着一种新的氧化沟工艺的诞生；味着一种新的氧化沟工艺的诞生；2) 大多数氧化沟工艺与其拥有的专利和设备是密切相关。大多数氧化沟工艺与其拥有的专利和设备是密切相关。并且与各厂商的注册商标相联系。如卡鲁塞尔并且与各厂商的注册商标相联系。如卡鲁塞尔(CarrouselR)、奥贝尔、奥贝尔(Orbal)和三沟式氧化沟等等，都和三沟式氧化沟等等，都有各自的一些特色。有各自的一些特色。9、奥贝尔、

44、奥贝尔(Obal)氧化沟实例氧化沟实例(1)1) Obal氧化沟技术特点氧化沟技术特点 ： 三个同心椭圆沟道，采用水平轴转碟曝气机，不三个同心椭圆沟道，采用水平轴转碟曝气机，不仅有较高的充氧能力和动力效率，还有很强的整流仅有较高的充氧能力和动力效率，还有很强的整流和推流能力，有效水深可达到和推流能力，有效水深可达到4米以上，减少占地米以上，减少占地面积。工艺参数范围较宽，可根据需要设计成普通面积。工艺参数范围较宽，可根据需要设计成普通曝气、延时曝气和污泥稳定的模式。曝气、延时曝气和污泥稳定的模式。9、奥贝尔、奥贝尔(Obal)氧化沟实例氧化沟实例(2)2) Obal氧化沟主要技术参数氧化沟主要

45、技术参数 ：9、奥贝尔、奥贝尔(Obal)氧化沟实例氧化沟实例(3)3) 工程实例工程实例-山东某市污水处理厂山东某市污水处理厂工程规模：工程规模：40000m3/d9、奥贝尔、奥贝尔(Obal)氧化沟实例氧化沟实例(4)4) 主要设计参数主要设计参数9、奥贝尔、奥贝尔(Obal)氧化沟实例氧化沟实例(5)5) 主要技术经济指标主要技术经济指标1 1、 曝气生物滤池工艺的优点曝气生物滤池工艺的优点a) 负荷高，出水水质好：容积负荷在负荷高，出水水质好：容积负荷在6.0kgBOD/m3.d的负荷下，保持出水的负荷下，保持出水COD在在20mg/L，出水可以达到硝，出水可以达到硝化，出水达到或接近

46、生活杂用水水标准；化，出水达到或接近生活杂用水水标准；b)占地面积少：曝气生物滤池的占地只是常规二级生占地面积少：曝气生物滤池的占地只是常规二级生化处理的化处理的1/5-1/10；c)耐冲击负荷；耐冲击负荷；d)投资省：投资省：BAF系统总水力停留时间短，所需基建投系统总水力停留时间短，所需基建投资少，同时该工艺出水水质高。资少，同时该工艺出水水质高。四四)曝气生物滤池工艺曝气生物滤池工艺1) 生物活性高生物活性高(污泥龄短污泥龄短)；2) 传质条件好；传质条件好；3) 充氧效率高；充氧效率高；4) 有丝状菌存在；有丝状菌存在；5) 有较高的生物膜浓度。有较高的生物膜浓度。2 2、 曝气生物滤

47、池工艺的特点曝气生物滤池工艺的特点3 3、曝气生物滤池的工艺组成、曝气生物滤池的工艺组成图图7-1 生物曝气滤池生物曝气滤池(BAF)的构造的构造陶粒(生物填料层)卵石(承托层)空气管反冲气管(反冲洗系统)滤头(布水系统)污水(布水系统)冲洗水(反冲洗系统)冲洗水泵反冲洗废水曝气生物滤池主体可分为布水系统、布气系统、承托层、曝气生物滤池主体可分为布水系统、布气系统、承托层、生物填料层、反冲洗等五个部分。生物填料层、反冲洗等五个部分。4 4、 曝气生物滤床曝气生物滤床1) 曝气生物滤池的流向曝气生物滤池的流向生物填料卵石空气管反冲气管滤头污水出水(冲洗水)反冲洗废水生物填料卵石空气管反冲气管污水

48、出水(冲洗水)反冲洗废水生物填料空气管污水(反冲洗水)出水滤头(a) 采用滤头的下向流滤池采用滤头的下向流滤池图图7-3 升流式和下向流方式的曝气生物滤池工艺升流式和下向流方式的曝气生物滤池工艺5 5、 曝气生物滤池的运行方式曝气生物滤池的运行方式(b) 不采用滤头的下向流滤池不采用滤头的下向流滤池(c) 上向流的曝气生物滤池上向流的曝气生物滤池生物填料空气管反冲气管污水出水反冲洗废水出水二次接触沉淀池图图7-4 带回流的升流式曝气生物滤池工艺带回流的升流式曝气生物滤池工艺2) 曝气生物滤床与竖流沉淀池串联曝气生物滤床与竖流沉淀池串联3) 曝气生物滤床的串联运行曝气生物滤床的串联运行反冲洗气反

49、冲洗水曝气反冲洗气反冲洗水曝气出水回流水3反冲洗水(b) BIOPUR工艺(第一级采用波纹板填料、第二级采用陶粒陶粒)4.2 稳态生物膜模型稳态生物膜模型 概念和假设概念和假设 稳态生物膜的定义是生物膜量不随时间变化即没有稳态生物膜的定义是生物膜量不随时间变化即没有净增长也没有净死亡。是将微生物对基质的利用与净增长也没有净死亡。是将微生物对基质的利用与生物膜生长相结合的数学模型；生物膜生长相结合的数学模型； 假设假设1：理想生物膜假设，即认为生物膜具有相同：理想生物膜假设，即认为生物膜具有相同的生物密度和相同的生物膜厚度；的生物密度和相同的生物膜厚度； 假设假设2：生物膜内仅有沿生物膜垂直方向

50、有基质浓：生物膜内仅有沿生物膜垂直方向有基质浓度的变化；度的变化； 假设假设3：微生物生长只有一种基质是限制性基质，：微生物生长只有一种基质是限制性基质，其他基质成份均能满足微生物正常生长需要；其他基质成份均能满足微生物正常生长需要；u稳态生物膜模型示意图及三种特征基质浓度曲线稳态生物膜模型示意图及三种特征基质浓度曲线u生物膜内任意一点基质利用速率生物膜内任意一点基质利用速率u生物膜内任意一点基质传质速率生物膜内任意一点基质传质速率u生物膜内关于基质浓度的常微分方程生物膜内关于基质浓度的常微分方程u使用有效扩散层表示从液相到生物膜表面的阻力使用有效扩散层表示从液相到生物膜表面的阻力 假设传质的

51、全部阻力集中在有效扩散层假设传质的全部阻力集中在有效扩散层L中：中：u微分单元内微生物的净增长量微分单元内微生物的净增长量u稳态生物膜厚度稳态生物膜厚度u最小基质浓度计算最小基质浓度计算通过稳态模型求最小基质浓度，当溶液中基质浓度小于此值不会有通过稳态模型求最小基质浓度，当溶液中基质浓度小于此值不会有基质通量和稳态生物膜存在。基质通量和稳态生物膜存在。无量纲变量转化无量纲变量转化u无量纲转化的结果及薄生物膜最小基质浓度无量纲转化的结果及薄生物膜最小基质浓度u厚生物膜厚度厚生物膜厚度4.3 生物预处理技术生物预处理技术 生物滤池生物滤池 生物接触氧化生物接触氧化 生物转盘生物转盘 生物流化床生物

52、流化床 土地渗滤系统土地渗滤系统u生物滤池对有机物的去除生物滤池对有机物的去除u生物滤池对氨氮的降解生物滤池对氨氮的降解u生物接触氧化生物接触氧化p著名的东深供水工程是著名的东深供水工程是19651965年在周恩来总理的关怀下，年在周恩来总理的关怀下，由中央人民政府投资兴建的，主要目的是解决香港长期由中央人民政府投资兴建的，主要目的是解决香港长期缺水问题的重要政治及民生工程缺水问题的重要政治及民生工程u东深供水工程深圳水库东深供水工程深圳水库u东深供水工程采用接触氧化生物预处理工艺东深供水工程采用接触氧化生物预处理工艺u主要工艺参数（主要工艺参数（1/2）u主要工艺参数（主要工艺参数（2/2）

53、u运行效果（运行效果（1/3）u运行效果（运行效果（2/3）u运行效果（运行效果（3/3）u生物转盘生物转盘生物转盘工艺示意图生物转盘工艺示意图u生物流化床原理图生物流化床原理图u生物流化床处理效果生物流化床处理效果u土地处理系统示意土地处理系统示意u土地处理系统效果土地处理系统效果生物预处理影响因素生物预处理影响因素u停留时间停留时间？1010分钟达到最大比降解速率分钟达到最大比降解速率u温度温度温度越高，达到最大比降解速率的时间越短；温度越高，达到最大比降解速率的时间越短；停留时间停留时间15-2015-20分钟以后，温度对比降解速率影响较小；分钟以后，温度对比降解速率影响较小；upHpH

54、pH在在7-8.57-8.5的中性条件下的中性条件下TOCTOC的比降解速率最高；的比降解速率最高；uDO溶解氧溶解氧DODO浓度越高，去除效率越高；浓度越高，去除效率越高；u水力负荷水力负荷水力负荷变化对去除率影响不明显；水力负荷变化对去除率影响不明显；第五章第五章 生物接触氧化工艺生物接触氧化工艺5.1 三种生物接触氧化方式的比较研究三种生物接触氧化方式的比较研究5.2 稳态非稳态生物接触氧化处理法稳态非稳态生物接触氧化处理法5.3 接触氧化生物反应器处理效果的影响因素接触氧化生物反应器处理效果的影响因素5.1 三种生物接触氧化方式的比较研究三种生物接触氧化方式的比较研究p 淹没式曝气生物

55、滤池；淹没式曝气生物滤池；p中心导流筒曝气循环式接触氧化池；中心导流筒曝气循环式接触氧化池；p直接微孔曝气接触氧化池；直接微孔曝气接触氧化池；u淹没式曝气生物滤池淹没式曝气生物滤池u中心导流筒曝气接触氧化池中心导流筒曝气接触氧化池u微孔曝气接触氧化池微孔曝气接触氧化池u清水充氧试验结果与讨论清水充氧试验结果与讨论u启动挂膜比较启动挂膜比较u常规指标处理效果常规指标处理效果u特殊指标处理效果特殊指标处理效果u对藻类去除机理对藻类去除机理生物膜越厚，对藻类的附着能力越大；生物膜越厚，对藻类的附着能力越大；表面积越大，附着藻类的量越大；表面积越大，附着藻类的量越大；u藻类的去除效果藻类的去除效果u生

56、物膜特性研究生物膜特性研究 生物膜厚度是由液体扰动情况和溶液基质浓度处理的；生物膜厚度是由液体扰动情况和溶液基质浓度处理的； 要区分膜的总厚度和活性厚度；厚度在要区分膜的总厚度和活性厚度；厚度在0.07-4mm之间之间 厚生物膜并不比薄生物膜的降解速率快，原因是膜当厚生物膜并不比薄生物膜的降解速率快，原因是膜当中的扩散阻力妨碍了降解速率的提高；中的扩散阻力妨碍了降解速率的提高； 基质降解速率达到最大的生物膜厚度为活性厚度，对基质降解速率达到最大的生物膜厚度为活性厚度，对应的生物量为活性生物膜；应的生物量为活性生物膜；u生物膜厚度生物膜厚度u生物相生物相u主要生物群落主要生物群落u生物池内生物相

57、分布生物池内生物相分布u生物群落的形成及负面影响生物群落的形成及负面影响通常认为在污水好氧处理生物膜体系中，复杂的生物相和较长的食通常认为在污水好氧处理生物膜体系中，复杂的生物相和较长的食物链构成的动态平衡生态系统，有利于处理系统的稳定运行和净化物链构成的动态平衡生态系统，有利于处理系统的稳定运行和净化效果的提高；效果的提高；但对于贫营养的原水生物预处理体系，附着性微型动物与构成生物但对于贫营养的原水生物预处理体系，附着性微型动物与构成生物膜主体的微生物有明显的竞争关系，它们不仅减少了生物膜的有效膜主体的微生物有明显的竞争关系，它们不仅减少了生物膜的有效接触面积，同时会造成生物膜大面积脱落，因

58、此应采取有效措施抑接触面积，同时会造成生物膜大面积脱落，因此应采取有效措施抑制附着性微型动物的蔓延；制附着性微型动物的蔓延；u优势菌种优势菌种u生物量分布规律生物量分布规律生物量测定方法：生物量测定方法：1 1）弹性立体填料采用先洗脱再过滤烘干的方法，分别测定总悬浮）弹性立体填料采用先洗脱再过滤烘干的方法，分别测定总悬浮固体（固体（TSSTSS）和挥发性悬浮固体（）和挥发性悬浮固体（VSSVSS）；）；2 2）陶粒填料直接烘干测定生物量）陶粒填料直接烘干测定生物量TSSTSS和和VSSVSSI I型生物池生物量分布规律型生物池生物量分布规律I I型生物池不同滤床深度水质变化情况型生物池不同滤床

59、深度水质变化情况IIII、IIIIII型生物池生物量分布规律型生物池生物量分布规律IIII、IIIIII型生物池串联单元对氨氮去除效果型生物池串联单元对氨氮去除效果u生物膜活性评价生物膜活性评价生物膜量和生物活性决定生物接触氧化法的净化效率；生物膜量和生物活性决定生物接触氧化法的净化效率；利用耗氧速率和脱氢酶活性来评价生物膜活性；利用耗氧速率和脱氢酶活性来评价生物膜活性；影响生物膜活性的因素很多：影响生物膜活性的因素很多：微生物生长动力学因素：基质负荷、微生物生长动力学因素：基质负荷、DODO、pHpH、温度；、温度；环境流体动力学因素：流态；环境流体动力学因素：流态；基质传质动力学因素：传质

60、阻力；基质传质动力学因素：传质阻力；生物处理工艺研究的的任务之一，就是创造适宜的条件，提高生物生物处理工艺研究的的任务之一，就是创造适宜的条件，提高生物活性。通过生物膜活性的研究，有利于从本质上阐明各种生物处理活性。通过生物膜活性的研究，有利于从本质上阐明各种生物处理方式在水源水处理中的各自特点，指导工艺选择或工艺流程的改进，方式在水源水处理中的各自特点，指导工艺选择或工艺流程的改进，为工程的合理设计、建成后的运行管理，提供必要的理论依据。为工程的合理设计、建成后的运行管理，提供必要的理论依据。u生物膜耗氧速率的比较生物膜耗氧速率的比较反映流态对生物膜活性的影响反映流态对生物膜活性的影响u脱氢