活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题课件

1、活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题课件活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题课件二. 问题分析1水力负荷 进入污水处理厂污水量的变化规律：一天内污水流量是变化的，高峰常出现在白天，低谷则出现在黑夜。高峰值约为平均流量的200，最低值约为平均流量的50。污水流量还随季节变化。 水力负荷变化的影响表现：1）对曝气池的影响：当流量增加时，污水在曝气池内的停留时间缩短，影响出水质量，同时影响曝气池的水位。若为机械表面曝气机，由于水位的变化，它的运行就变得不稳定。2）对二次沉淀池的影响：使表面水力负荷增加，上升流速增加，沉降效果下降。 活性污泥法系统承受周期性水力负荷的冲击，对运行十分不利,可通

2、过集水井和泵的配合调蓄后，得到相对较稳定的流量。二. 问题分析 2有机负荷 曝气区容积的计算，常以污泥的有机负荷率N作为设计参数。设计中要选择适当的污泥负荷率和MLSS值。从公式可知， N值大，曝气池所需的体积可以小一些。污泥有机负荷率的大小影响处理效率。根据经验，当采用活性污泥法作为完全处理时，设计的污泥负荷率一般不大于0.5 kg(BOD5)/kg(MLSS)d；如果要求氮素转入硝化阶段，一般采用0.3 kg(BOD5)/ kg(MLSS)d。有时为了减小曝气池的容积，可以采用高负荷，即污泥负荷率采用1以上。采用高的污泥负荷率虽可减小曝气池的容积，但出水水质要降低，而且使剩余污泥量增多，增

3、加了污泥处置的费用和困难，同时，整个处理系统较不耐冲击，造成运行中的困难。有时为避免剩余污泥处置上的困难和要求污水处理系统的稳定可靠，可以采用低的污泥负荷率(0.1)，把曝气池建得很大，曝气池中的污泥浓度维持较高，可以基本上没有剩余活性污泥，这就是延时曝气法。 2有机负荷 3微生物浓度 提高MLSS，可以缩小曝气池的容积，或者说，可以降低污泥负荷率，提高处理效率。那么，在设计中采用高的MLSS是否就可以提高效益呢?这种想法是一种错觉。 其一，污泥量并不就是微生物的活细胞量。曝气池污泥量的增加意味着泥龄的增加。泥龄的增加就使污泥中活细胞的比例减小； 其二，过高的微生物浓度在后续的沉淀池中难于沉淀

4、，影响出水水质； 其三，曝气池污泥的增加，就要求曝气池中有更高的氧传递速率。否则，微生物就受到抑制，处理效率降低。而各种曝气设备都有其合理的氧传递速率的范围，对于每一种曝气设备，超出了它合理的氧传递速率范围，其充氧动力效率将明显降低，使能耗增加。因此，采用一定的曝气设备系统，实际上只能够采用相应的污泥浓度，MLSS的提高是有限度的。根据长期的运行经验，采用鼓风曝气设备的传统活性污泥法时，曝气池中MLSS在2000mg/L左右是适宜的。对不同的水质、不同的工艺应根据具体情况探索合理的微生物浓度。3微生物浓度 4曝气时间 曝气时间和有机负荷的关系很密切，在考虑曝气时间时要注意一些其他有关因素。当曝

5、气池做得较小时，曝气设备是按系统的负荷峰值控制设计的。这样，在其它时间，供氧量过大，造成浪费，设备的能力不能充分得到利用。但若曝气池做得大些，则可降低需氧速率，同时由于负荷率的降低，曝气设备可以减小，曝气设备的利用率得到提高。因而要仔细地评价曝气设备和能源消耗的费用以及曝气池的基建费用，使它们获得最佳匹配。 假如希望获得硝化处理结果，那么曝气时间长短的选择是重要的。无论是含碳物质代谢需氧还是硝化代谢需氧，都要求足够的氧。长时间曝气能降低剩余活性污泥量，这是由于好氧硝化以及内源呼吸降低了活性物质量所致。这样的系统更能适应冲击负荷，但曝气池容积增大。 4曝气时间5微生物平均停留时间 微生物在曝气池

6、中的平均停留时间，又称泥龄，即工作着的活性污泥总量同每日排放的剩余污泥量的比值，单位是d。通常活性污泥法系统的微生物平均停留时间约为水力停留时间的20倍。延时曝气系统的比例为30:1，甚至为40:1。对于高负荷系统，其比例接近10:1。通常活性污泥系统的水力停留时间，对城市污水来讲为46 h，则相应的微生物停留时间为3.35d。延时曝气的水力停留时间为24 h，则微生物停留时间为30 d左右。高负荷系统曝气时间为23 h，微生物停留时间约为1d。这些是经验的数值。 5微生物平均停留时间 6氧传递速率 氧传递速率将最终决定任一活性污泥法系统的净化效率。氧传递速率要考虑两个过程，即氧传递到水中以及

7、真正传递到微生物的膜表面。通常的试验数据只表明氧传递到水相，但这并不意味着同样量的氧已达到了微生物表面，而传递到微生物表面的氧量则控制着微生物能力的发挥。从这个观点来看，曝气设备不仅要提供充分的氧，而且要创造足够的紊动条件，以剪切活性污泥絮体，这样可使被围在污泥絮体中的细菌得到充足的氧。因此要提高氧的传递速率，必须有充足的氧量，并使混合液中的悬浮固体保持悬浮状态和紊动条件。无疑，曝气设备的选择，布置，以及如何同池型配合，是提高曝气池性能的重要条件。 6氧传递速率 机械表面曝气机，是把水粉碎成小的液滴，散布于连续的大气相中，而扩散曝气器则是把空气粉碎成微小气泡，散布于连续的液相。目的都是希望从空

8、气中获得氧，提高液相中的氧浓度。 在气泡曝气中，气泡在上升的过程，向邻近液体传递氧，因而气泡中的氧浓度降低，相邻液体的氧浓度提高，这两个因素都使氧的传递速率减慢（为什么？）。而细的气泡不能促使邻近液体产生紊动，泡和水几乎是同速上升。因而最大的氧传递速率是发生在气泡刚形成时。基于这种认识，要提高氧传递速率，就要尽可能使单位气量均匀分布在最宽的断面上。 7回流污泥浓度 回流污泥浓度是活性污泥沉淀特性和回流污泥回流速率的函数。 混合液中污泥基本来自回流污泥。故MLSS必然同回流污泥量和浓度有关。按下图进行物料平衡，可推得下列关系式： 机械表面曝气机，是把水粉碎成小的液滴，散布于连续的大式中： 曝气池

9、中的MLSS，mg/L； 回流污泥的悬浮固体浓度，mg/Lr 污泥回流比。回流污泥与MLSS关系图式中： 曝气池中的MLSS，mg/L； 根据这个公式可知，曝气池中的MLSS不可能高于回流污泥浓度，两者愈接近，回流比愈大。限制MLSS值的主要因素是回流污泥的浓度。 回流污泥来自二次沉淀池。二次沉淀池中污泥浓度同活性污泥的沉降浓缩性能和浓缩时间有关,常用活性污泥体积指数SVI作指标来衡量活性污泥的沉降浓缩特性。 根据这个公式可知，曝气池中的MLSS不可能高于回流污 8回流污泥率 正如上面指出的，回流污泥量与回流污泥浓度和所期望的MLSS浓度有关。要求的MLSS浓度高，回流量就要增大。 高的污泥回

10、流量增大了进入沉淀池的流量，增加了二沉池的负荷，缩短了沉淀池的沉淀时间，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固体随出流带走。活性污泥回流率的设计应有弹性，并应操作在可能的最低流量。这为沉淀池提供了最大稳定性。 一般情况下，常量的污泥回流比变量回流好。常量的污泥回流是最简便的运行方式。在常量回流而当入流量较低时，沉淀池中有较多的回流污泥流入曝气池，比从曝气池中流入沉淀池的污泥多，这样，在曝气池中的MISS增加了，这等于为流量和有机负荷的增加作了准备，而沉淀池中贮存的污泥体积变得最小。当流量增加和有机负荷增加时，曝气池中较高的MLSS已具备了适应条件，这时有更多的MLSS从曝气池中流向沉淀池时，而二次沉淀

11、池早已留出了空间。MLSS能自动地响应流量和有机负荷的变化，以产生最好的出流质量。因而，保持常量回流，并使回流量控制在相对较低的流量上，能自动调节人流量和有机负荷的变化。季节性的流量变化较大，只要几个星期改变一次回流量即可。目前有些厂使用螺旋泵，该泵提升水头小，工作弹性大，适合于回流活性污泥。 8回流污泥率 9曝气池的构造 曝气池的构造应保证水流不短流和防止活性污泥沉淀，可在池断面的四周设倒角或设导流墙；同时要结合曝气装置的特性合理设置曝气池的高度及平面布置。 如随着池型的发展，穿孔管曝气已使用于20 m深的曝气池中去，在这种深度下，可以产生细气泡，增加了氧的传递能力。机械曝气机配合导流筒可用

12、于10m深的池中。设计工程师应将曝气设备的特性和池型构造有机地结合起来适应各种有局限的空间，进行创造性的工作。 9曝气池的构造 10PH和碱度 活性污泥通常运行在pH=6.58.5。pH所以能保持在这个范围，是由于污水中的蛋白质代谢后产生的碳酸铵碱度和从天然水中带来的碱度所致。生活污水中有足够的碱度使pH保持在较好的水平。（在不考虑碳酸铵碱度和从天然水中带来的碱度的条件下，曝气池中的PH会如何变化？） 工业污水中经常缺少蛋白质，因而产生pH过低问题。当PH低于6时，刺激了霉菌和其它真菌的生长，抑制了通常细菌的繁殖。丝状真菌的沉淀性能差，使过量的微生物流失于出流中。 10PH和碱度 11溶解氧浓

13、度 一般来说，只要细菌能获得所需要的溶解氧来进行代谢，其代谢速率不受溶解氧浓度的影响。当耗氧速率超过实际的氧传递速率时，代谢速率受氧传递速率控制。 好氧代谢，包括硝化，仅发生在曝气池中有剩余氧的地方。从理论上讲，剩余的氧约1 mg/L是足够了。有很多人做了研究认为，对于单个悬浮着的好氧细菌代谢，溶解氧浓度只要高于0.10.3 mg/L，代谢速率就不受溶解氧浓度影响。但是，活性污泥絮体是许许多多个体集结在一起的絮状物质，要使内部的溶解氧浓度达到0.10.3 mg/L，絮体周围的溶解氧浓度一定要高得多，具体数值同絮状体的大小、结构及影响氧扩散性能的混和情况有关。最主要的还是混和情况。从某种意义上讲

14、，混和情况决定了絮状体的大小和结构。因而这个数值是和混和情况有关的一个变数。而混和、充氧都是通过曝气设备来完成的，一般认为混合液中溶解氧浓度应保持在0.52 mg/L，以保证活性污泥系统正常的运行。 11溶解氧浓度 过分的曝气，虽溶解氧浓度很高，但由于紊动过分剧烈，导致絮状态体破裂，使出水浊度升高。特别是对于耗氧速度不高，而泥龄偏长的系统，强烈混合使破碎的絮体不能很好的再凝聚。保证絮体很好凝聚的条件是活性物质占整个MLSS的1/3，当活性物质低于10时，絮体很易破碎而不能很好地再凝聚。这些离散的污泥沉淀性能差，往往流失于出流中。过分的曝气使这些颗粒有可能积聚在沉淀池的表面，形成深褐色的浮渣。

15、过分的曝气，虽溶解氧浓度很高，但由于紊动过分剧烈，导 12污泥膨胀及其控制 正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥体积指数SVI在50150之间；当活性污泥不正常时，污泥就不易沉淀，反映在SVI值升高。混合液在1000mL量筒中沉淀30 min后，污泥体积膨胀，上层澄清液减少，这种现象称为活性污泥膨胀。活性污泥膨胀虽与SVI值有关，但有时工业废水在SVI值常年在200300范围内也不产生污泥膨胀，所以可将污泥膨胀定义为：由于某种原因使活性污泥沉降性能恶化，SVI不断上升，沉淀池污泥面不断上升，造成污泥流失，曝气池的MLSS浓度降低，从而破坏正常的处理工艺操作的情况。 危害：活性污泥膨胀使膨胀污泥不

16、易沉淀，容易流失，既降低处理后的出水水质，又造成回流污泥量的不足，如不及时加以控制，就会使系统中的污泥愈来愈少，从根本上破坏曝气池的运行。据上海市的调查，几乎所有采用活性污泥法的城市污水厂都曾发生过污泥膨胀问题。 12污泥膨胀及其控制 但是，沉降性能恶化并不都是污泥膨胀现象，不应混淆。例如，在二沉池中，由于反硝化生成氮气使污泥上浮，或是部分地区积泥造成厌氧发酵而上浮等都不属于我们所讨论的污泥膨胀问题。膨胀的活性污泥，主要表现在压缩性能差，沉淀性能不良，这主要表现在SVI值高。而它的处理功能和净化效果并不差。 作为膨胀污泥的SVI限值，目前并不统一。一般认为，SVI超过200，就算污泥膨胀。 活

17、性污泥膨胀的现象可分为： 污泥中丝状菌大量繁殖导致的丝状菌性膨胀 并无大量丝状菌存在的非丝状菌性膨胀。 丝状菌性膨胀是最经常发生和最主要的一类膨胀。 但是，沉降性能恶化并不都是污泥膨胀现象，不应混淆。例(1)丝状菌性膨胀 这类膨胀是污泥中的丝状菌过度增长繁殖的结果。活性污泥中的微生物是一个以细菌为主的群体。正常的活性污泥是絮花状物质，其骨干是千百个细菌结成的团粒，叫菌胶团；在不正常的情况下，活性污泥中菌胶团受破坏，而丝状菌大量出现。膨胀污泥中的丝状菌，主要是以浮游球衣细菌(Sphaerotilus rmtans)为代表的有鞘细菌和以丝硫细菌为代表的硫细菌。 产生原因：当污泥中有大量丝状菌时，大

18、量的丝状菌从污泥絮体中伸出很长的菌丝体，菌丝体之间互相接触架桥，构成了一个框架结构，这些具有一定强度的丝状体框架结构相互支撑、交错，阻碍了污泥的沉降、压缩性能，形成污泥膨胀。 (1)丝状菌性膨胀 造成污泥丝状膨胀的主要因素大致为： 污水水质 污水水质是造成污泥膨胀的最主要因素。含溶解性碳水化合物高的污水往往发生由浮游球衣细菌引起的丝状膨胀，含硫化物高的污水往往发生由硫细菌引起的丝状膨胀。 污水的水温和PH值也对污泥膨胀有明显的影响：水温低于15时，一般不会膨胀；PH低时，容易产生膨胀。 有的研究认为，污水中碳、氮、磷的比例对发生丝状膨胀影响很大，氮和磷不足都易发生丝状膨胀。但有的研究结果表明，

19、恰恰是含氮太高促使了污泥膨胀。在试验室的研究也表明，如以葡萄糖和牛肉膏为主配制人工污水进行试验，则不论碳、氮、磷的比例是高或低，都会产生极其严重的污泥膨胀。 造成污泥丝状膨胀的主要因素大致为： 运行条件 曝气池的负荷和溶解氧浓度都会影响污泥膨胀。曝气池中的污泥负荷较高时，容易发生污泥膨胀。但影响污泥丝状膨胀的最主要因素是水质而不是污泥负荷。对某些污水，不论污泥负荷较高或较低都会发生污泥丝状膨胀；对某些污水则相反，都不会发生污泥丝状膨胀。污泥负荷对污泥膨胀在一定条件下有一定的影响而无必然的联系。 关于溶解氧浓度的影响，结论也往往有矛盾。多数资料表明，溶解氧浓度低时，容易发生由浮游球衣细菌和丝硫细

20、菌引起的污泥膨胀。但也有资料表明，正是溶解氧浓度高，促进了污泥膨胀。 工艺方法 完全混合的工艺方法比传统的推流方式较易发生污泥膨胀，而间歇运行的曝气池最不容易发生污泥膨胀；不设初次沉淀池的活性污泥法，SVI值较低，不容易发生污泥膨胀；叶轮式机械曝气与鼓风曝气相比，易于发生丝状菌性膨胀。射流曝气的供氧方式可以有效地克服浮游球衣细菌引起的污泥膨胀。 运行条件 (2)非丝状菌性膨胀 发生污泥非丝状菌性膨胀时，与丝状菌性膨胀相类似，SVI值很高，污泥在沉淀池内很难沉淀、压缩。此时的处理效率仍很高，上清液也清澈。如将污泥用显微镜检查，则情况就完全不同。在显微镜下，看不到丝状细菌，即使看到也是数量极少的短

21、丝状菌。 非丝状菌性污泥膨胀是由于菌胶团丝菌在特定的环境条件下分泌高粘性物质积累造成，高粘性物质保持的结合水高达380%，造成污泥比重减轻，形成膨胀。 非丝状菌性膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高时。微生物的负荷高，细菌吸取了大量营养物，但由于温度低，代谢速度较慢，就积贮起大量高粘性的多糖类物质。这些多糖类物质的积贮，使活性污泥的表面附着水大大增加，使污泥的SVI值很高，形成膨胀污泥。 (2)非丝状菌性膨胀 控制污泥膨胀的对策： 在运行中，如发生污泥膨胀，可针对膨胀的类型和丝状菌的特性，采取以下一些抑制的措施。 控制曝气量 使曝气池中保持适量的溶解氧(不低于12 mg/L，不超过4mg/

22、L)； 调整pH值 如氮、磷的比例失调，可适量投加氮化合物和磷化合物； 投加一些化学药剂(如铁盐凝聚剂、有机阳离子凝聚剂，某些黄泥等惰性物质以及漂白粉、液氯等)。但投加药剂费用较贵，停止加药后又会恢复膨胀，而且并不是对各类膨胀都是有效的； 城市污水厂的污水在经过沉砂池后，跳越初沉池，直接进入曝气池。 控制污泥膨胀的对策：在设计时，对于容易发生污泥膨胀的污水，可以采取以下一些方法： 减小城市污水厂的初沉池或取消初沉池，增加进入曝气池的污水中悬浮物，可使曝气池中的污泥浓度明显增加，污泥沉降性能改善； 两级生物处理法，即采用沉砂池 一级曝气池中间沉淀池二级曝气池二次沉淀池的AB工艺，或是初次沉淀池生

23、物膜法处理曝气池二次沉淀池等工艺。这种方法，实际改变了进入后面的曝气池时的水质，可以有效地防止活性污泥的膨胀； 对于现有的容易发生污泥严重膨胀的污水厂，可以在曝气池的前面部分补充设置足够的填料。这样既降低了曝气池的污泥负荷，又改变了进入后面部分曝气池的水质，可以有效地克服活性污泥膨胀；用气浮法代替二次沉淀池，可以有效地使整个处理系统维持正常运行。但气浮法的运行费用比二次沉淀池高。在设计时，对于容易发生污泥膨胀的污水，可以采取以下一些方法：第六节 二次沉淀池 整个活性污泥法系统的处理效能与二次沉淀池的设计和运行是否良好密切相关。从利用悬浮物与污水的密度差以达到固液分离的原理来看，二沉池与一般的沉

24、淀池并无不同；但是，二次沉淀池的功能要求不同，沉淀的类型不同，因此，二次沉淀池的设计原理和构造上都与一般的沉淀池有所不同。 二沉池在功能上要同时满足澄清(固液分离)和污泥浓缩(使回流污泥的含水率降低，回流污泥的体积减少)两方面的要求。一、基本原理 悬浮颗粒在水中的沉淀可分为：自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀和成层沉淀(阻碍沉淀)。二沉池中主要产生絮凝沉淀和成层沉淀。第六节 二次沉淀池 二次沉淀池中的实际沉淀情况是这样的：(1) 二次沉淀池中普遍地存在着四个区：清水区、絮凝区、成层沉降区、 压缩区。一般存在着两个界面：泥水界面和压缩界面。(2) 混合液进入二沉池以后，立即被池水稀释，固体浓度大大降低

25、，并形成一个絮凝区。絮凝区上部是清水区，清水区与絮凝区之间有一泥水界面。(3) 絮凝区后是一个成层沉降区，在此区内，固体浓度基本不变，沉速也基本不变。絮凝区中絮凝情况的优劣，直接影响成层沉降区中泥花的形态、大小和沉速。(4) 靠近池底处形成污泥压缩区。压缩区与成层沉降区之间有一明显界面，固体浓度发生突变。运行正常的、沉降性能良好的活性污泥，在污泥压缩区的积存量是很少的。当污泥沉降性能不大理想时，才在二沉池的泥斗中积有较多污泥。排出二沉池的底流浓度主要决定于污泥性质和污泥在泥斗中的积存时间。活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题课件 二沉池中的工作情况因此，可以认为，二沉池的澄清能力与混合液进入池后的絮凝情况密切相关，也与二沉池的表面面积有关。二沉池的浓缩能力主要与污泥性质及泥斗的容积有关。对于沉降性能良好的活性污泥，二沉池的泥斗容积可以较小。 活性污泥法系统设计