水污染控制工程-第十四章1

第十四章污水的好氧生物处理（二）——活性污泥法第一节基本概念

第二节气体传递和曝气池

第一节基本概念

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和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。一组活性污泥图片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相对密度曝气池混合液：1.002～1.003回流污泥：1.004～1.006粒经0.02～0.2mm曝气池曝气池出水堰曝气池混合液配水进入二沉池活性污泥的组成

按栖息着的微生物分：大量的细菌真菌原生动物后生动物除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主，是一个以细菌为主体的群体，除细菌外,还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物。按有机性和无机性成分：处理生活污水的活性污泥MLVSS:70%NVSS:30%

MLSS表示悬浮固体物质总量，MLVSS挥发性固体成分表示有机物含量，MLNVSS灼烧残量，表示无机物含量。

MLVSS包含了微生物量，但不仅仅是微生物的量，由于测定方便，目前还是近似用于表示微生物的量。MLVSS:一般范围为55％~75％NVSS:一般范围为25％~45％污泥沉降比：SV活性污泥的沉降浓缩性能取混合液至1000mL或100mL量筒，静止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的体积，以占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比。正常范围为15%--30%。污泥体积指数：SVI

SV不能确切表示污泥沉降性能，故人们想起用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能，简称污泥指数，单位为mL/g。SVI低时，沉降性能好，但吸附性能差；反之亦然。正常情况下，城市污水SVI值在50—150之间。

1L混合液沉淀30min的活性污泥体积（mL）SV(mL/L)SVI==1升混合液中悬浮固体干重（g）

MLSS(g/L)活性污泥法的基本流程活性污泥降解污水中有机物的过程

活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段：吸附阶段稳定阶段由于活性污泥具有巨大的表面积，而且表面上含有多糖类的黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析得到如下结论：废水中的有机物残留在废水中的有机物从废水中去除的有机物微生物不能利用的有机物微生物能利用的有机物微生物能利用而尚未利用的有机物微生物不能利用的有机物微生物已利用的有机物（氧化和合成）（吸附量）增殖的微生物体氧化产物曲线①反映污水中有机物的去除规律；曲线②反映活性污泥利用有机物的规律；曲线③反映了活性污泥吸附有机物的规律。这三条曲线反映出，在曝气过程中：污水中有机物的去除在较短时间(图中是5h左右)内就基本完成了(见曲线①)；污水中的有机物先是转移到(吸附)污泥上(见曲线③),然后逐渐为微生物所利用(见曲线②)；吸附作用在相当短的时间(图中是45min左右)内就基本完成了(见曲线③)；微生物利用有机物的过程比较缓慢(见曲线②)。第二节气体传递和曝气池

活性污泥法的三个要素构成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。气体传递原理

双膜理论的基本观点认为在气液界面存在着二层膜（即气膜和液膜）这一物理现象。这两层薄膜使气体分子从一相进入另一相时受到了阻力。当气体分子从气相向液相传递时，若气体的溶解度低，则阻力主要来自液膜。

在废水生物处理系统中，氧的传递速率可用下式表示：

式中：dm/dt——气体传递速率；

KL

——液膜中氧分子的传质系数；

A——气体扩散通过的面积；

Cs——气体在溶液中的饱和浓度；

C

——气体在溶液中的浓度。而dm=VdC，则上式可改写成：通常KLA/V项用KLa来代替，由此上式变为：将上式进行积分，可求得总的传质系数：

KLa值受污水水质的影响，把用于清水测出的值用于污水，要采用修正系数α，同样清水的Cs值要用于污水要乘以系数β，因而上式变为：式中：氧转移的影响因素测定不在标准状态20℃时，可按此式修正。

大气压力的影响，可按此式修正。

水温的修正：气压的修正：式中：——鼓风曝气池混合液溶解氧饱和浓度平均值；CS1，CS2KL

——池底池面混合液溶解氧饱和浓度；CS——1个大气压时溶解氧饱和浓度；

Pd——空气扩散装置出口处的绝对压力(Pa)；P———大气压力;H———空气扩散装置的安装深度;ψ0

——气泡离开池面时,氧的体积分数,%EA———空气扩散装置的氧转移效率.溶解在水中的憎水性有机物影响KLa值；水中溶解的无机物影响ρs0值；溶解的有机物影响KLa值；温度也影响KLa和ρs0值。氧分压的影响影响KLa

和ρs0值的因素氧转移速率与供气量的计算曝气的作用与曝气方式

1.好氧微生物的需氧代谢2.兼性微生物酶的好氧合成3.混合液的搅拌作用（厌氧、缺氧池另加搅拌器）曝气方式：1.鼓风曝气系统2.机械曝气装置：纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器3.鼓风+机械曝气系统曝气设备鼓风曝气机械曝气空气净化器鼓风机空气输配管系统扩散器竖式曝气机表面曝气机卧式曝气机鼓风曝气空气净化器鼓风机空气输配管系统扩散器空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。鼓风曝气系统的组成过滤器过滤器压力损失监测鼓风曝气空气净化器鼓风机空气输配管系统扩散器鼓风机供应压缩空气风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体呈悬浮状态。风压要满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压。罗茨鼓风机：适用于中小型污水厂，噪声大，必须采取消音、隔音措施离心式鼓风机：噪声小，效率高，适用于大中型污水厂常用鼓风机形式

1.容积式风机:罗茨鼓风机、回转风机三叶式罗茨鼓风机外型2.单级高速离心鼓风机丹麦HV-Turbo风机英国Howden风机常用鼓风机形式

离心鼓风机外型多极离心风机鼓风曝气空气净化器鼓风机扩散器空气输配管系统负责将空气输送到空气扩散器。要求沿程阻力损失小,曝气设备各点压力均衡,空气干管和支管流速符合设计要求，配备必要的手动阀和电动调节阀门。鼓风曝气空气净化器鼓风机扩散器扩散器的作用是将空气分散成空气泡,增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。空气输配管系统小气泡扩散器中气泡扩散器大气泡扩散器微气泡扩散器扩散器的类型微孔曝气设备微孔曝气盘微孔曝气管微孔曝气管微孔曝气设备测试微孔曝气设备的运行状况微孔曝气器实际安装情况机械曝气：表面曝气机

表面曝气机充氧原理：

(1)曝气设备的提水和输水作用，使曝气池内液体不断循环流动,从而不断更新气液接触面,不断吸氧；

(2)曝气设备旋转时在周围形成水跃，并把液体抛向空中，剧烈搅动而卷进空气；

(3)曝气设备高速旋转时，在后侧形成负压区而吸入空气。机械曝气：表面曝气机

曝气的效率取决于：曝气机的性能曝气池的池形倒伞形平板形泵形这类曝气机的转动轴与水面平行,主要用于氧化沟。竖式曝气机卧式曝气刷泵形倒伞形平板形曝气转刷测试中的曝气转碟曝气设备性能指标比较各种曝气设备性能的主要指标氧转移率：单位为mg（O2）/（L·h）。充氧能力（或动力效率）：即每消耗1kW·h动力能传递到水中的氧量（或氧传递速率）,单位为kg（O2）/（kW·h）。氧利用率：通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的比例，单位为％。曝气设备性能满足混合要求的曝气量满铺的小气泡扩散器：2.2m3/（m2·h）旋流的大中气泡扩散器：1.2m3/（m2·h）机械曝气：13W/m3曝气池的三种池型推流式曝气池完全混合式曝气池两种池型结合式推流式曝气池推流式曝气池的长宽比一般为5～10；进水方式不限；出水用溢流堰。1.平面布置推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为1～2。2.横断面布置根据横断面上的水流情况，可分为推流式曝气池推流式曝气池完全混合曝气池池形根据和沉淀池的关系圆形方形矩形分建式合建式曝气池的三种池型机械曝气完全混合曝气池鼓风曝气完全混合曝气池曝气设备性能测试测试途径清水中的测试在运行条件下的测试麦金尼（Ross．E．Mckinney）方法上次完清水中的测试

最通用的方法是用还原剂亚硫酸钠消氧。为了加快消氧过程，可用氯化钴作为催化剂。然后测出复氧过程，计算总传质系数KLa和氧的传递速率。

原理步骤一边曝气，一边加入Na2SO3（同时利用CoCl2作催化剂）进行还原反应，使测试在全池均匀进行当溶解氧浓度逐渐趋近于零时，开始测定，由于曝气，水中溶解氧开始上升，按一定的时间间隔测定氧浓度，测得的数据取平均值重复测定多次同时测定水温、气压，水中溶解氧的饱和值、曝气机功率清水中的测试结果分析测定KLa求氧传递速率和动力效率以t，ln(ρs0-ρ0)为变量，利用测得的数据在方格纸上得到一直线，斜率即为KLa。也可用半对数线求KLa值，见教材中图14－15。

清水中的测试从公式积分可得结果分析——系数修正测定不在标准状态20℃时，可按此式修正。

（2）气压的修正：大气压力的影响，可按此式修正。

清水中的测试（1）水温的修正：表面曝气机叶轮的输出功率的计算：曝气设备的动力效率＝OC（kgO2/h）/叶轮输出功率（kW）

动力效率：单位为kg（O2）

/（kW·h）标准氧传递速率：KLa·ρso，单位:mg（O2）

/（L·h）充氧能力：在运行条件下的测试

所谓非稳定状态，是指混合液中的溶解氧是随时间变化的。1.非稳定状态的测定式中：ρsw0

——污水中的溶

解氧饱和浓度，mg/L；

r

——微生物的需氧速率，mg(