第4章活性污泥4.5-4.7

§4.5曝气设备曝气类型：大体分为两类，即鼓风曝气和机械曝气。鼓风曝气(Blower)

：指采用曝气器——扩散板或扩散管在水中引入气泡的曝气方式。机械曝气(Mechanicalaerator)：指利用叶轮等机械设备引入气泡的方式。机械曝气又可以分为两类，即表面曝气机(surfaceaerator)

，和淹没的叶轮曝气机。表面曝气机直接从空气中吸入氧气，设备比较简单，较为常用。曝气设备应满足的条件:产生并维持有效的汽水接触，并且在生物氧化作用不断消耗氧气的情况下保持水中一定的溶解氧浓度。在曝气区内产生足够的混合作用和水的循环流动。维持液体的足够速度，以使水中的生物固体处于悬浮状态。

1.鼓风曝气空气净化器鼓风机空气输配管系统扩散器

(Diffuser)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(RootsBlower)：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(Centrinfugalblower)：噪声小，效率高，适用于大中型污水厂。

罗茨鼓风机(RootsBlower)简介它是由两台AR系列标准罗茨鼓风机串联而成，流量：2.16～433m3/min压力：98～196kPa

TAR系列罗茨鼓风机流量：0.76～900m3/min升压：9.8～98kPa流量随压力变化小整机振动小噪声低体积小、重量轻、操作维护方便

AR系列罗茨鼓风机SLW三叶罗茨鼓风机L系列罗茨鼓风机流量：2.0～110m3/h

全压：1300～34000Pa

L93WD罗茨鼓风机

离心式鼓风机SME系列多极离心式流量：850—50000m3/h

压力：到1.3bar

真空：到500MbarD系列离心式鼓风机2扩散器(diffuser)扩散器：鼓风曝气系统的关键部件，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面积，把空气中的氧溶解于水中。根据气泡大小分类为：小气泡扩散器微孔材料（陶瓷、塑料）制成的扩散板或扩散管，气泡直径可达1.5mm以下。常采用穿孔管（孔直径为2－3mm）和莎纶管，孔口流速不小于10m/s。常用竖管，气泡直径为15mm左右。近年来新发展的扩散器，气泡直径100μm左右。中气泡扩散器大气泡扩散器微气泡扩散器分类按扩散装置形式不同可以分为：1）.扩散板(diffusionplate)、扩散管(diffusiontube)、扩散盘(diffusiondisk)：扩散板：多用孔性材料制成的薄板，材料有陶土、多孔塑料或其他材料（尼龙）。方形尺寸通常为：300mm＊300mm＊25－40mm。扩散板通气率一般为1－1.5m3/m2·min。其安装面积约占池面积的5％－10％。扩散板孔小，气泡细，氧利用效率高（11%--12%），但是阻力大，易堵塞，故动力效率（每消耗1kW电能转移到混合液中的氧量，kg/kW·h）并不高（1.6－2），目前国内采用以不多见。2）.穿孔管（perforatedtube）穿有小孔的钢管或塑料管，小孔直径一般为3－5mm，孔开于管下侧，与垂直面成45°夹角。穿孔管常设于曝气池一侧高于池底100－200mm处，也有遍布池底的安装形式。为避免孔口堵塞，孔口流速不小于10m/s。穿孔管比扩散板（扩散管、扩散盘）阻力小，不易堵塞，氧利用效率在6％－8％之间，动力效率为2.3－3kgO2/kW·h，国内采用较多。3）.竖管(verticaltube)在曝气池的一侧布置以横管分支成梳装的竖管，竖管直径在15mm以上，离池底150mm左右。竖管属于大气泡曝气器，虽然气液接触面积比小气泡要小，但氧的利用率仍然很高（6％－7％)，动力效率为2－2.6kgO2/kW·h。由于竖管构造简单、污堵塞问题、管理简单，所以近年来国内一些污水处理厂经常采用。4）.水力剪切扩散装置(hydraulicshearingdiffuser)主要有倒伞式和射流式两种。利用水泵打入泥水混合液，在喉管处吸入大量空气，空气、泥水混合物剧烈混合搅动，气泡被粉碎成雾状，在扩散器内进一步压缩，氧迅速转移到混合液中，从而强化了氧转移过程。射流曝气器的氧利用效率可高达20％以上，但其动力效率不高。近年来由于泵性能的改进，能将动力装置和扩散装置一体化，更有利于应用。5）.微孔隔膜式曝气器(microporousseparatedmembraneaerator)固定平板型微孔曝气器和固定式钟罩型微孔曝气器我国生产的平板型微孔曝气器有Φ200mm钛板、微孔陶瓷板等，其技术参数基本相同。平均孔径为100－200μm，空隙率为40％－50％。氧利用效率可达20％－25％。动力效率也很高，可以达到4－6kg/kW·h。

6）.悬挂链移动曝气器工作原理：浮管、若干沉于池底的曝气头及连接两者的软管组成曝气链，浮管的两端（或一端）通过软管与池边的空气管道相通，浮管两端由固定于池边的钢索牵拉固定。该技术已被国家经贸委鉴定验收，并与1998年被授予国家实用新型专利证书。目前，该工艺已在山东、河北、河南、新疆、上海、香港等地诸多工程中应用，总体造价低，维护方便，取得很好的社会和经济效益.在构筑物中实现多级A/O工艺

每条曝气链的气量可通过阀门单独控制，整个曝气池中的曝气链可以按预定的程序间歇曝气或同时曝气，并根据DO探头的数据控制风机的风量，实现最佳的运行条件。

应用实例：香港中国染厂集团污水处理项目（2000吨/天）上海豪泰皮革有限公司污水项目（1000吨/天）河北玉田县华鑫纸业有限公司（5000吨/天）河南浚县齐雪淀粉厂（1000吨/天）山东栖霞源通果汁有限公司（5000吨/天）

3.机械曝气一般机械曝气包括表面曝气和淹没叶轮曝气。表面曝气用安装于曝气池表面的表面曝气机来实现的。表面曝气机分竖式和卧式两种。竖式：转动轴于水面垂直。装有叶轮，当叶轮转动时，使曝气池表面产生水跃，把大量的水滴和水膜抛向空中，夹带空气回到曝气池，从而加快复氧。表曝机叶轮一般淹没深度在10－100mm，可以调节。水深大，则所需的功率也大。叶轮转速一般为20－100r/min。我国目前竖式表曝机主要有泵型、倒伞型和平板型。倒伞形机械曝气器OXYRATOR®

表曝机：OXYRATOR®是一种低速垂直轴表面曝气机，是DHV公司（荷兰）为在CARROUSEL®

（卡鲁塞尔®

）系列氧化沟反应器中使用而专门设计的曝气设备。它是在多年的研究和开发工作的基础上发明出来的。该工艺由荷兰DHV公司设计，目前在世界范围共有1000多座采用该工艺的污水处理厂，该集团与我国合作项目很多，包括：安徽马鞍山污水处理厂，青岛2008奥运帆船赛配套设施等。卧式表曝机转动轴与水面平行，可用于氧化沟。在垂直于转动轴的方向上装有不锈钢丝、转刷或板条，用电机带动，转速在50－70r/min，淹没深度为1/3-1/4转刷直径。转动时，转刷把大量液滴抛向空中，促进溶解氧，同时推动混合液在池内回流。转刷曝气机(aerationbrush)潜水曝气机

基本原理：利用流体喷射及离心泵工作原理，采用潜水电机直接驱动叶轮高速旋转，叶轮中心形成真空以吸入空气，空气随水混合经叶轮、混合室，在离心力作用下高速喷出。潜水曝气机一般安装于池底，气泡到达水面距离远，从而增长了大气中氧气溶解于水的时间，促其污水和氧气充分混合接触。特点：1.不用输气管道和曝气头，即能达到深水曝气的目的。适用水深1－6m，服务面积10－200m2。

2.与常规曝气相比，节能40%以上。

3.气泡直径小，气泡比表面积大，气、液、泥混合均匀，溶氧效率高，处理效果好。

4.运行稳定可靠，安装维修方便。

5.用污水吸收噪声，无二次污染。§4.6活性污泥法设计计算1设计应掌握的基础资料

进行活性污泥系统的工艺计算和设计时，首先应比较充分地掌握与废水、污泥有关的原始资料并确定设计的基础数据，主要有：废水的水量、水质及其变化规律；对处理后出水的水质要求；对处理中产生的污泥的处理要求；

以上属于设计所需要的原始资料污泥负荷率与BOD5的去除率；混合液浓度与污泥回流比。

以上属于设计所需的基础数据2设计内容

活性污泥系统由曝气池、二次沉淀池及污泥回流设备等组成。处理工艺的选择曝气池设计（注意反应器放大问题）曝气系统设计（气源、管路设计）污泥回流及输送设计二沉池设计（絮凝沉淀的内容）3活性污泥工艺的设计参数处理效率：E=(S0-Se)/S0回流比：R容积负荷:kgBOD/m3d污泥浓度：MLSS;MLVSS污泥负荷:F/M(kgBOD/kgMLSS)剩余污泥量:排出泥量泥龄:微生物平均停留时间，指反应系统内的微生物全部更新一次所需的时间，在工程上指：反应系统中微生物总量与每日排出的剩余微生物量的比值。以θc表示。活性污泥工艺的各种运行方式的典型运行参数工艺类型污泥龄/d污泥负荷(kgBOD5/kgMLVSS)容积负荷(kgBOD5/m3d)MLSS(mg/L)水力停留时间/h回流比传统法5－150.2－0.40.3－0.81500－30004－80.25－0.75完全混合5－150.2－0.60.6－2.42500－40003－50.25－1.0分段进水5－150.2－0.40.4－1.42000－35003－50.25－0.75吸附再生5－150.2－0.60.9－1.2－－0.5－1.5延时曝气20－300.05－0.150.15－0.253000－600018－360.5－1.5纯氧曝气3－100.25－1.01.6－3.23000－60008－360.75－1.5氧化沟10－300.05－0.30.1－0.23000－60008－360.75－1.5SBR－0.05－0.30.1－0.241500－500012－50－深井曝气－0.5－5.0－－0.5－1.5－4工艺流程的选择主要依据：①废水的水量、水质及变化规律；②对处理后出水的水质要求；③对处理中所产生的污泥的处理要求；④当地的地理位置、地质条件、气候条件等；⑤当地施工水平及处理厂建成后运行管理人员的技术水平等；⑥工期要求以及限期达标的要求；⑦综合分析工艺在技术上的可行性和先进性以及经济上的可能性和合理性等；⑧对于工程量大、建设费用高的工程，则应进行多种工艺流程的比较后才能确定。5曝气池工艺设计

（有机负荷率设计法）有两种方法，即：活性污泥负荷率（简称污泥负荷）和曝气区容积负荷率（简称容积负荷）。污泥负荷：单位重量活性污泥在单位时间内所承受/降解的BOD量。容积负荷：单位容积曝气区在单位时间内所承受/降解的BOD量曝气池中污泥浓度曝气池进水平均BOD5R：回流比；r：二沉池中污泥综合系数，一般为1.2；f：MLVSS/MLSS曝气池工艺设计

（有机负荷率设计法）其中a’，b’可以由经验获得，见下页表EA：曝气系统的充氧效率。空气量：标准状态需氧量：Cs：不同温度下的溶解氧饱和浓度；ρ：海拔不同引起的压力系数，

ρ＝p/1.043*106CL：曝气池平均溶解氧浓度，一般取2mg/Lα，β：修正系数，一般分别取0.85、0.95。F:曝气扩散设备堵塞系数，一般0.65-0.9需氧量公式：运行方式a’b’O2完全混合0.420.530.110.1880.7－1.1生物吸附0.7－1.1传统0.8－1.1延时曝气1.4－1.8污水种类a’b’污水种类a’b’石油化工废水0.750.16炼油废水0.550.12含酚废水0.56－制药废水0.350.354漂染废水0.5－0.60.065造纸废水0.380.092合成纤维废水0.550.142活性污泥法处理城市污水时废水的a’、b’值部分工业废水的a’、b’值曝气池工艺设计

（污泥负荷法）设计过程如下：确定污泥负荷：一般根据经验确定，可以参看P118表12-1；确定所需微生物的量：即污泥浓度；计算曝气池有效容积；确定曝气池的主要尺寸。确定所需空气量。例题1：某城市日废水排放量为4000m3，时变化系数为1.3，BOD5为350mg/L，拟采用活性污泥法进行处理，要求处理后出水BOD5为30mg/L，试计算该活性污泥法处理系统的设计参数。三廊道式曝气池6曝气池工艺设计

动力学（泥龄）设计法曝气池中基质去除率与微生物浓度的关系：y(合成系数、产率系数、理论合成系数，mgMLVSS/mgBOD)；Yobs,表观合成系数，扣除了内源代谢后的净合成系数。Kd(内源代谢系数，衰减系数，即单位质量MLVSS每天自身氧化的量)；微生物的增长和基质去除率的关系：活性污泥系统的物料平衡I为传统排泥方式；II为劳伦斯－麦卡蒂建议方式，即从曝气池直接排出剩余污泥，其优势主要在于减轻了二沉池的负荷，有利于污泥浓缩，回流污泥浓度较高。曝气池工艺设计

（动力学设计法）污泥龄公式：反应系统中微生物总量与每日排出的剩余微生物量的比值。由微生物量的物料平衡得：进行整理，可得出曝气池体积公式：曝气池工艺设计

（动力学设计法）剩余污泥量公式（以挥发性悬浮固体表示MLVSS）为：确定需要氧量：或：空气量：完全氧化以单位质量的底物，需要氧量为1.42单位质量。曝气池工艺设计

（动力学设计法）设计过程如下：确定所需要底动力学常数值，如：y(合成系数、产率系数，mgMLVSS/mgBOD)；Kd(内源代谢系数，衰减系数，即单位质量MLVSS每天自身氧化的量)等等，可参见P125表12－2。确定污泥龄：一般根据实验或经验选定；确定曝气池容积；确定排放的剩余污泥量；确定所需空气量.例题2：处理水量为21600m3/d，经沉淀后的BOD5为250mg/L，希望处理后的出水BOD5为20mg/L。曝气池水温20度，f=MLVSS/MLSS=0.8，回流污泥悬浮固体浓度取10000mg/L，曝气池中MLSS取3000mg/L，泥龄取10天，二沉池出水中含有22mg/L总悬浮固体，其中MLVSS占65%。要求确定曝气池的体积，排泥量和空气量。§4.7活性污泥系统设计运行中的一些重要问题活性污泥系统设计运行中的一些重要问题水力负荷有机负荷微生物浓度;污泥活性曝气时间微生物平均停留时间氧传递速率回流污泥浓度污泥膨胀及控制水力负荷大部分污水的水力特征是不易控制的因素污水流量在一天之内是变化的，随季节也是变化的，合流制管道系统中雨水的影响非常大，所以必须设置调节池。选泵不当，同样会引起流量波动，应多设泵，且泵应与泵前集水井相配合。水力负荷主要影响二沉池的稳定和效果。有机负荷曝气区容积计算最早采用经验曝气时间来设计，V=Qt。而现在普遍采用有机负荷/泥龄计算。Ns大，MLSS大，则需要的曝气区容积小。一般Ns<0.5kgBOD/kgMLSSd有硝化要求则一般取Ns=0.3，该值为常负荷。微生物浓度MLSS并不是越大越好因为：MLSS不等于微生物活细胞量，相反，MLSS越大，停留时间θc增大，活细胞比例会下降。MLSS增加，二沉池沉淀效果不好，影响出水效果MLSS增加，要求氧传递速率高。所以，MLSS有一定限度，一般，对于鼓风曝气MLSS=2000mg/L，不同水质，不同工艺，应根据具体情况探索合理微生物浓度。污泥活性提高污泥活性的好处：1、节约曝气池、二沉池容积；2、提高出水水质；3、减少剩余污泥排放。提高污泥活性的方法1、保证营养平衡2、保证适宜的泥龄3、提高二沉池沉淀效率4、防止污泥膨胀微生物停留时间微生物停留时间（MCRT）即泥龄。泥龄至少要等于水利停留时间，一般约为水力停留时间的20倍，延时曝气可达30-40倍。停留时间增加，MLSS浓度增加，絮凝效果改善，提高二沉池中固液分离能力。但是停留时间过长，微生物会老化，絮凝条件反而恶化。停留时间适合才好。氧传递速率氧传递速率应考虑两个过程：1氧传递到水中，2氧传递到微生物的膜表面。所以，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，这样可以使被包围在污泥絮体中的细菌得到氧。当停留时间满足时，可以用出水硝化程度来检验曝气池中是否获得足够的氧。如果测出出水中有1mg/L的NO3-N，则说明曝气池中溶解氧可以满足。回流污泥浓度曝气池中，MLSS不能高于回流污泥浓度，两者越接近，回流比越大，限制MLSS的主要因素是回流污泥浓度。回流污泥量和回流污泥浓度与所期望的MLSS有关。污泥膨胀及控制所谓活性污泥膨胀是指活性污泥质量变轻，体积膨大，沉降性能恶化，在二沉池内不能正常沉池下来的现象。其主要特征是：污泥结构松散，质量变轻，沉淀压缩性能差；SV值增大，有时达到90%，SVI达到300以上；大量污泥流失，出水浑浊；二次沉淀难以固液分离，回流污泥浓度低，有时还伴随大量的泡沫的产生，无法维持生化处理的正常工作。污泥膨胀及控制污泥膨胀可以分为：1丝状菌性膨胀：污泥中丝状菌过度增长繁殖的结果。导致产生丝状菌性污泥膨胀的细菌主要有：球衣菌属，假单胞菌属，黄杆菌属，酶菌属。主要原因有：水质，水中碳水化合物浓度高或硫含量高；运行条件，污泥负荷和溶解氧浓度高；工艺，完全混合式容易污泥膨胀。2非丝状菌膨胀：废水水温较低而污泥负荷太高的时候，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物质，使得表面附着物大量增加，很难沉淀压缩。污泥膨胀对策首先区分膨胀原因，镜检十分必要。控制气量，溶解氧不低于1-2mg/L,不高于4mg/L。调pH值加适量的N、P，可以通过加化肥达到目的加化学药剂，如铁盐絮凝剂、黄泥、漂白粉等。污泥稀薄时（SV值小，5-10%），应加大符合，微生物的生命力要比我们想象的强。部分工业废水所需外加营养废水类型需外加营养废水类型需外加