活性污泥法系统设计和运行中的一些问题

活性污泥法系统设计和运行中的重要问题1.水力负荷；2.有机负荷；3.微生物浓度；4.曝气时间；5.微生物平均停留时间；6.氧传递速率；7.回流污泥浓度；8.回流污泥率；9.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水力负荷

流向污水厂的流量变化一天内的流量变化随季节的流量变化雨水造成的流量变化泵的选择不当造成的流量变化水力负荷

水力负荷的变化影响活性污泥法系统的曝气池和二次沉淀池当流量增加时，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水力影响的主要部分是二次沉淀池2有机负荷

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，用N表示。污泥负荷与处理效率的关系在一定的污泥负荷范围内，随着污泥负荷的升高，处理效率将下降，处理水的底物浓度将升高。

水温对污泥负荷的影响温度对微生物的新陈代谢作用有很大影响在一定的水温范围内，提高水温，可以提高BOD的去除速度和能力，此外。还可以降低废水的粘性，从而有利于活性污泥絮体的形成和沉淀水温变化时，污泥负荷的选定也有一定的变化在运转过程中，为了保证系统正常工作，当水温升高时，微生物代谢旺盛，耗氧速度大，可以降低回流比，减小污泥浓度，从而减少了污泥的自身代谢耗氧，这样就相对提高了污泥负荷。同时，污泥浓度减小，氧的传递速率有所提高，从而适应了负荷提高的耗氧要求。相反，当水温较低时，可增大污泥浓度，减小污泥负荷，此时由于氧传递速率相对减小，代谢速率减慢、供氧和耗氧也能相互适应

水温对污泥负荷的影响在考虑水温升高有利于增大污泥负荷及提高处理效率时，也应注意温度变化带来的不利影响。一方面，水温过高，微生物受到抑制。一般来说，水温在35℃以上时，活性污泥中微型动物受到明显抑制，因此，水温宜控制在20～35℃范围内，另一方面，水温的变化速率对污泥分离效果也有很大影响。由于水温的突变，在二沉池形成密度股流和短流现象，降低沉淀效率。实践表明，温度变化速度在0.3℃/h，即显示有影响，如达0.7℃/h并持续3～4h活性污泥结构变得松散，原生动物改变原有形态。在二次沉淀池里，如果进水与池内水温相差0.5℃时，沉淀池的工作将受到干扰，相差0.7℃时，污泥将会成决流失。水温对污泥负荷的影响污泥负荷对需氧量的影响

理论上，去除1kgBOD应消耗lkgO2。但是，由于废水中有机物的存在形式及运转条件不同，需氧量有所不同。废水中胶体和悬浮状态的有机物首先被污泥表面吸附、水解、再吸收和氧化，其降解途径和速度与溶解性底物不同。因此，当污泥负荷大时，底物在系统中的停留时间短，一些只被吸附而未经氧化的有机物可能随污泥排出处理系统，使去除单位BOD的需氧量减少。相反，在低负荷情况下，有机物能彻底氧化，甚至过量自身氧化，因此需氧过大。从需氧量看，高负荷系统比低负荷系统经济。去除每单位重量底物的需氧量随污泥负荷升高而减小。但是，系统供氧量无需随负荷按比例变化，因为曝气池和污泥有一定的调节能力污泥负荷对需氧量的影响

在设计中要思考的主要问题是如何确定污泥负荷率和MLSS的设计值。从定义可知，这两个值采用得大一些，曝气池所需的体积可小—些。污泥有机负荷率的大小影响处理效率。根据经验，当采用活性泥法作为完全处理时，设计的污泥负荷率一般不大于0.5kg(BOD5)／kg(MLSS)·d；如果要求氮转入硝化阶段，一般采用0.3kg(BOD5)／kg(MLSS)·d，通常称为常负荷。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。因此，不主张采用高负荷系统。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，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。

活性污泥指标

活性污泥的性能絮凝性和沉淀性：絮凝性良好的活性污泥具有较大的吸附表面，废水的处理效率较高；沉淀性能好的污泥能很好地进行固液分离，二沉池出水挟带的污泥量少，回流的污泥浓度较高。实践表明，絮凝性好的污泥，沉淀性不一定良好。象处于膨胀阶段的活性污泥，由于絮凝体内含水能力特别强，密度小，因此，难以沉淀和压缩。但是，通常可以说，沉淀性好的污泥，絮凝性也一定好，因为只有絮凝性良好，才能将分散的微生物和细小有机颗粒凝聚成大颗粒，加快沉淀速度衡量活性污泥数量和性能的指标污泥沉降比(SV)

污泥浓度

污泥体积指数

活性污泥指标

活性污泥混合液经30min沉淀后，沉淀污泥可接近最大密度，因此．以30min作为测定污泥沉淀性能的依据。沉降比同污泥絮凝性和沉淀性有关。当污泥絮凝性与沉淀性良好时，污泥沉降比的大小可间接表示曝气池混合液的污泥数量的多少，故可以用沉降比作指标来控制污泥回流量及排放量。但是，当污泥絮凝沉淀性差时，污泥不能下沉，上清液混浊，所测得的沉降比将增大。通常，曝气池混合液的沉降比正常范围为15％～30％。污泥沉降比(SV)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。污泥浓度的大小可间接地反映混合液中所含微生物的浓度。一般在活性污泥曝气池内常保持MLSS浓度在2～6g/L之间，多为3～4g／L用悬浮固体浓度(MLSS)表示微生物量是不准确的，因为它包括了活性污泥吸附的无机惰性物质，没有生物活性。在生活污水活性污泥法处理中．MLSS中只有30％～50％为活的微生物体，而在延时曝气法中此比例降为10％以下。采用挥发性悬浮固体浓度来表示，也不能排除非生物有机物及已死亡微生物的惰性部分。在正常的运转状态下，一定的废水和废水处理系统，MLSS与MLVSS之间以及MLSS与活性微生物量之间具有相对稳定的相关关系。在没有更精确的直接测定活细胞量的方法以前，用MLSS或MLVSS间接代表微生物浓度还是可行的。目前用得最多的是MLSS。污泥容积指数(SVI)

曝气池混合液经30min沉淀后，每单位重量干泥形成的湿泥的体积，单位为ml/gSVI测定的方法：①在曝气池出口处取混合液试样；②测定MLSS（g/L）;③把试样放在一个1000mL的量筒中沉淀30min，读出活性污泥的体积(mL);④算出SVI一般常控制SVI在50—150之间为宜，根据废水性质不同，这个指标也有差异。如废水溶解性有机物含量高时，正常的SVI值可能较高，相反，废水中含无机性悬浮物较多时，正常的SVI值可能较低。在一定的污泥量下，SVI反映了活性污泥的凝聚沉淀性。如SVI较高，沉淀性较差；如SVI较小，污泥颗粒密实，污泥无机化程度高，沉淀性好。但是，如SVI过低，则污泥矿化程度高，活性及吸附性都较差。当SVI小于100时，沉淀性能良好；SVI＝l00～200时，沉淀性一般；而当SVI＞200时，沉淀性较差，泥易膨胀。假定从二沉池出水所挟带的活性污泥量、剩余污泥排放量及污泥增长量都可以忽略不计那么在稳定工作状态下，单位时间进入二沉池的污泥量将等于二沉池的底流排泥量

回流对污泥性能和浓度的影响

ρsa——曝气池中的MLSS，mg/L；ρsr——回流污泥的悬浮固体浓度；r——污泥回流比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

在计算SVI时，采用的污泥是30min静置沉淀后的污泥，如以此代表二次沉淀池的沉淀污泥，则在实际的二次沉淀池内污泥沉淀时间、池深、泥层深以及污泥回流等情形都与沉淀筒不同，使沉淀池污泥与静置沉淀试验的污泥存在差异，为此引入一个修正系数r来修正，即根据实际测定，当污泥的SVI高及在二沉池内的停留时间为4～5h时k＝2，当污泥的SVI低，停留时间仅为20～30min时,k＝0.5；一般情况下，污泥在二沉池内停留2h，回流的浓缩污泥的SVI略小于曝气池混合液的SVI，两者的比值约为0.8，此时k可取为1．2，即将此式代入

得

根据上式，计算污泥回流比r、回流污泥容积指数(＝0.8SVI)、混合液污泥容积指数SVI及混合液污泥浓度的关系得图13-3。利用该图，可根据一沉池的污泥容积指数及所要求的混合液污泥浓度，确定所需的污泥回流比。也可根据污泥回流比及污泥容积指数汁算曝气池混合液的污泥浓度。例如，巳知现有曝气池混合液的SVI为240(既相应回流污泥的SVI为200)，要求曝气池污泥浓度为3g/L，则所需污泥回流比为1.5。通常SVI为100，相应的污泥浓度为10000mg／L，若回流泵的的远行情况良好，回流污泥的浓度也可达10000mg／L。回流能力过大．会影响二沉池中的浓缩状态，回流污泥浓度相应降低

3微生物浓度

在设计中采用高的MLSS不能提高效益原因如下：

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，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。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。采用鼓风曝气没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。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。通常情况下，城市污水的最短曝气时间为3h，或更大些，这和满足曝气池需氧速率有关。曝气池做得较小时，曝气设备按系统的负荷峰值控制设计。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若曝气池做得大些，负荷率的降低，可降低需氧速率，曝气设备可以减小，曝气设备的利用率提高。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。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5微生物平均停留时间MCRT

细胞平均停留时间也称泥龄，表示微生物在曝气池中的平均培养时间，也即曝气池内活性污泥平均更新一遍所需的时间

污泥絮凝沉淀性能与泥龄的关系如图由图可见，泥龄较短时，微生物量小，营养物质相对丰富，因而细菌具有较高的能量水平，运动性强，絮凝沉淀性差。相当大比例的生物群体处于分散状态，不易沉淀而易随二次沉淀池出流微生物平均停留时间至少等于水力停留时间，此时，曝气池内的微生物浓度很低，大部分微生是充分分散。当用回流使微生物的平均停留时间大于水力停留时间时，微生物浓度增加，改善了微生物的絮凝条件，提高了微生物在二沉池中的固液分离性能。但过长的泥龄使微生物老化，絮凝条件恶化，并增加了惰性物质引起的浊度。

微生物的停留时间应足够长，促使微生物很好的絮凝，以便重力分离，但不能过长，过长反而促使絮凝条件变差。

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，对城市污水而言，水力停留时间为4～6h，则相应的微生物停留时间为3.3～5d延时曝气的水力停留时间为24h，则微生物停留时间为30d左右。高负荷系统曝气时间为2-3h，微生物停留时间约为1d。微生物平均停留时间有助于说明活性污泥中微生物的组成。世代时间长于微生物平均停留时间的那些微生物几乎不可能在这个活性污泥中繁殖。微生物排除的多增加的少，它们只会减少，不会增多。

6氧传递速率

氧传递速率要考虑二个过程氧传递到水中

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，并不意味着同样量的氧已达到了微生物表面，而后者则控制着微生物能力的发挥。因而，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氧。提高氧的传递速率

必须有充足的氧量使混合液中的悬浮固体保持悬浮状态和紊动条件曝气设备的选择，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。目的都是希望从空气中获得氧，提高液相中的氧浓度。目前二种曝气方法几乎同样流行。事实上曝气设备的发展还和水力流态，即反应器的型式有关在气泡曝气气泡上升的过程中，向邻近液体传递氧，气泡中的氧浓度降低，相邻液体的氧浓度提高，这二个因素都使氧的传递速率减慢。而细的气泡不能促使邻近液体产生紊动，气泡和水几乎是同速上升。因而最大的氧传送速率是发生在气泡刚形成时。要提高氧传递速率，就要尽可能使单位气量分布在最宽的断面上。但是当把扩散扳布满大部分池底时，在同样的气量下，曝气强度(单位面积上的气体流量)不够，MLSS要沉下来。因而把扩散板移向池的一边，这样能使MLSS保持悬浮状态。这些问题都应在实际设计时给以考虑。7回流污泥浓度

回流污泥浓度是活性污泥沉淀性能和回流污泥回流速率的函数。按图进行物料衡算曝气池二次沉淀池qvqv+rqv,ρsarqv,ρsrρsa-曝气池中的MLSS,mg/LΡsr-回流污泥的悬浮固体浓度r-污泥回流比根据此公式，曝气池中的MLSS不可能高于回流污泥浓度，两者越接近，回流比越大。限制MLSS值得主要因素是回流污泥的浓度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8污泥回流率r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MLSS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,能自动调节入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曝气池的构造曝气池的构造对活性物污泥法起着十分重要的作用。9PH和碱度活性污泥通常运行在pH=6.5～8.5

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。软水地区的天然水中缺少（碳酸钙、碳酸镁）天然碱度。由于二氧化碳和有机酸的形成，pH可跌到5.5甚至低于5.0，在这种系统中可用pH来度量进行中的硝化作用当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工业污水中经常缺少蛋白质，pH容易过低。在糖厂、淀粉厂和某些合成化学厂，这个问题尤为严重。糖、醛、丙酮和乙醇被细菌代谢为有机酸，它能降低pH和减慢代谢速度。碱或草木灰或石灰能直接添加到曝气池中，以维持所希望的pH。碱或石灰同代谢产生的二氧化碳作用产生碳酸钠或碳酸钙可作为缓冲剂。工业污水中的有机酸通常在进入曝气池前进行中和。当有机物被代谢时．形成了相应的碳酸盐。氨基化合物和蛋白质由于代谢释放了铵离子，从而形成了碳酸铵10溶解氧浓度溶解氧浓度不是一个关键因素，除非溶解氧浓度跌落到接近于零。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1mg/L是足够了研究认为

单个悬浮的好氧细菌代谢，溶解氧浓度只要高于0.1～0.3mg/L，代谢速率就不受溶解氧浓度影响但是，活性污泥絮体是多个个体集结在一起的絮状物，要使内部的溶解氧浓度达到0.1～0.3，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混合情况决定了絮状体的大小和结构。这个数值是和混合情况有关的一个变数。而混合、充氧都是通过曝气设备来完成的，经过长期的探索之后，一般认为混合液中溶解氧浓度应保持在0.5～2mg/L，以保证活性污泥系统正常的运行。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休不能很好的再凝聚。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，往往流失于出流中活性污泥膨胀是管理中多发的异常现象，正常的活性污泥沉降性能良好，污泥体积指数SVI在50～150之间，当活性污泥不正常时，污泥不易沉淀，SVI升高，混合液在1000mL量筒中沉淀30min后，污泥体积膨胀，上层清夜减少，这种现象称污泥膨胀

主要特征是：污泥结构松散，质量变轻，沉淀压缩性差；SV值增大，有时达到90％，SVI达到200以上，大量污泥流失，出水浑浊，二次沉淀池难以固液分离，回流污泥浓度低，无法维持曝气池正常工作。丝状菌膨胀

非丝状菌膨胀活性污泥膨胀分类11污泥膨胀丝状菌膨胀是由于活性污泥中丝状菌过量发育的结果

活性污泥是菌胶团细菌与丝状菌的共生系统，目前已鉴别的丝状菌有30多种。在丝状菌与菌胶团细菌平衡生长时，不会产生污泥膨胀问题，只有当丝状菌生长超过菌胶团细菌时，大量的丝状菌从污泥絮体中伸出很长的菌丝体，菌丝体互相搭接，构成一个框架结构，阻碍菌胶团的絮凝和沉降，引起膨胀问题

丝状菌为什么会在曝气池中过度增殖呢？

表面积／容积比假说认为，丝状菌的比表面积比絮状菌大得多，因而在取得低浓度底物(BOD、DO、N、P等)时要有利得多。例如菌胶团要求溶解氧至少0.5mg/L，而丝状菌在溶解氧低于0.1mg／L的环境中也能较好地生长。所以，在低底物条件下，易发生污泥膨胀。当污泥中有大量丝状菌时，丝状菌相互支撑、交错，恶化了污泥的沉降、压缩性能，形成污泥膨胀

形成丝状菌膨胀的主要因素污水水质运行条件工艺方法污水水质污水水质是造成污泥膨胀的主要因素废水中含有大量溶解性碳水化合物时易发生由浮游球衣细菌引起的丝状膨胀；含硫化物高的废水易发生由硫细菌引起的丝状膨胀当水温高于25度，容易发生污泥膨胀水温低于15度不易发生污泥膨胀pH值低于6时易发生污泥膨胀

运行条件污泥负荷对污泥膨胀有一定影响而无必然联系溶解氧浓度对污泥浓度的影响并不一定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（设有沉砂池）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工艺条件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丝状菌

非丝状菌膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷太高时，此时细菌吸附了大量有机物。来不及代谢，在胞外积贮大量高粘性的多糖类物质，使表面附着水大大增加，很难沉淀压缩，使污泥的SVI值很高，形成膨胀污泥非丝状菌膨胀①控制曝气量，使曝气池中保持适量的溶解氧（不低于1～2mg/L，不超过4mg/L）；②调整pH值；③如氮、磷的比例失调，可适量投加氮化合物和磷化合物；④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；⑤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。⑥短期内间歇曝气(闷曝)。⑦调整污泥负荷，通常用处理后水稀释进水。在运行中，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①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；②两级生物处理法，即采用沉砂池～一级曝气池～中间沉淀池～二级曝气池～二次沉淀池的工艺，或是初次沉淀池～