污水的好氧生物处理课件2

污水的好氧生物处理

5/14/20261第一节概述5/14/20262

污水的生物处理是现代生物工程的一个重要组成部分。根据参与代谢的微生物种类不同可分为：好氧生物处理和厌氧生物处理好氧生物处理：活性污泥法：水体自净的人工强化生物膜法：土壤净化的强化生物处理主要去除水中的溶解状态和胶体状态的有机物。5/14/202631微生物的代谢作用2影响好氧处理的主要因素：

（1）溶解氧(DO)DO=2~4ml/l为宜;DO保持一定水平，使好氧微生物正常生长，维持较好的出水水质，使活性污泥和生物膜结构正常，沉降和絮凝性能良好。

5/14/20264（2）水温中温性细菌为主，最适温度：20-35°。5/14/20265

（3）

pH值最佳：6.5～8.5

维持适宜的pH值,可以使微生物生长繁殖良好，使菌胶团产生较好的粘性物质，形成较好的絮状物，取得良好的处理效果。

pH＞9生化反应即受到抑制

pH＜6.5丝状菌生长，易发生污泥膨胀5/14/20266（4）营养平衡

BOD5:N:P=100:5:1

废水生物处理时要考虑C、N、P的配比。当N、P不足时，应投加氮源和磷源。生活污水：营养丰富，是最佳营养源。工业污水：宜与生活污水合并后处理。5/14/20267（5）有毒物质废水中含有一些物质如重金属离子、酚……对微生物有毒害作用或抑制作用。当然，它们对微生物的毒害作用是相对而言的，在一定浓度范围内是没有影响的。若微生物经驯化后，可能承受较高浓度的有毒物质。5/14/20268第二节活性污泥法

5/14/20269

目前，活性污泥法是废水生物处理应用最为广泛的一种方法，该法已成为污水处理的主体技术。

1912年，英国人克拉克和盖奇的废水曝气试验。

1914年，英国曼切斯特建成了第一座活性污泥水处理厂。特别在近20~30年，对生物反应的净化机理进行了深入研究，出现了多种工艺流程。5/14/202610一基本原理：

1基本流程：

初沉池曝气池二沉池回流污泥剩余污泥进水出水5/14/202611

初沉池：去除悬浮固体，减轻生物处理负荷；曝气池：废水、微生物和氧气在此充分混合和反应；

二沉池：使泥水分离，去除剩余污泥；回流系统：保持曝气池中一定的污泥浓度；

曝气系统：供氧，使污泥呈悬浮态。5/14/2026122活性污泥的性能指标

（1）形态外观呈黄褐色的絮绒颗粒状;

粒经：0.02～0.2mm,有较大的表面积;

含水率在99%以上;

密度：1.002～1.006g/ml。5/14/202613

（2）组成活性微生物群体(Ma)

微生物自身代谢残留物(Me)

污泥吸附的惰性有机物(Mi)

污水中的无机物(Mii)5/14/202614（3）混合液悬浮固体浓度(MLSS)

即污泥浓度

MLSS=Ma+Me+Mi+Mii

普通活性污泥法:MLSS=2～3g/l

完全混合法和吸附再生法：

MLSS=4～6g/l

混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS):指污泥中有机固体物质的浓度,，较准确的表示其中活性成分。5/14/202615（4）污泥沉降比(SV)

指曝气池混合液沉淀30min后，形成的沉淀污泥和原混合液体积之比。城市污水：SV=15～30%。可反映曝气池运行时的污泥量，用于控制剩余污泥的排放，还可及早发现污泥膨胀等异常现象的发生。5/14/202616

（5）污泥体积指数(SVI)

指曝气池混合液经30min沉淀后，每克干污泥所占的体积。

城市污水：SVI=50～150ml/g。该数值反映活性污泥的疏散程度和凝聚沉降性能。5/14/202617（6）污泥龄(SRT)

又称为：“新增细胞在反应器中的平均停留时间”“反应器中全部微生物更新一次所需要的时间”“生物固体平均停留时间”等

5/14/202618污泥龄θ可由下式计算：5/14/202619（7）水力停留时间(HRT)

HRT=V/Q

式中：V:曝气池容积

Q:污水流量5/14/2026203活性污泥增长规律活性污泥中微生物是多菌种的混合群体，仍可用纯菌种的生长曲线表示。（见Fig.11-3P62)5/14/202621

适应期对数期静止期衰老期微生物生长曲线时间细菌对数5/14/202622

活性污泥增长受营养物质(food)和微生物量(microorganism)的影响，即F/M值。

F/M=QS0/XV

式中：Q:污水流量

S0:污水起始浓度

X:MLSS浓度

V:反应器体积5/14/202623

（1）对数增长期

F/M值较大（≥2.2)；污泥增长不受食物限制；污泥活性强，具有很高的能量水平；凝聚性能差，松散，不易沉降；出水水质差。5/14/202624

（2）静止期

F/M值一般(0.3～0.6)；污泥增长受食物的限制，增长速率下降；污泥活性较强，能量水平一般；污泥凝聚性能和沉降性能好；出水水质好；一般情况下，活性污泥的工作阶段。5/14/202625

（3）内源呼吸期（衰老期）

F/M值最低(＜0.1)；营养物质很少，微生物开始分解，代谢自身的细胞物质，污泥减少；污泥活性弱；污泥凝聚性能差，沉降性能好；出水水质好。5/14/2026264活性污泥净化反应过程该过程分成二个阶段：

（1）初期吸附阶段活性污泥有很大的表面积，且表面上的微生物分泌较多的粘性物质，在与水相接触时可吸附大量的有机物。该过程进行较快，10～30min即可完成，BOD5去除率达85～90%。5/14/202627

反应时间有机物浓度有机物降解曲线5/14/202628

（2）稳定阶段5/14/202629二活性污泥反应动力学

1劳伦斯-麦卡蒂模式微生物的增长与底物降解的关系：或5/14/202630式中：dX/dt:微生物净增长速度

Y:理论合成系数

kd:内源呼吸代谢系数

Yobs:可检合成系数

5/14/202631活性污泥每日净增长量：

△X=Y(S0-Se)Q-kdVXv

式中：S0:进水有机物浓度

Se:出水有机物浓度

Q:进水流量

VXv:混合液中MLSS5/14/202632

式中：:污泥龄(d)

:污泥负荷

(KgBOD5/KgMLVSS·d)∴5/14/202633出水浓度：

反应器中活性污泥浓度：回流污泥浓度：回流比：5/14/202634三活性污泥法的运行方式

1普通活性污泥法

废水和回流污泥从池首端流入，以推流形式到末端。初沉池

曝气池

二沉池回流污泥剩余污泥进水出水5/14/202635

说明：

（1）氧气的供应与消耗在前1/3阶段，有机物较多，氧气不足，利用率高；后1/3阶段，氧气供大于求，利用率低。（见Fig.14-23)

5/14/202636供氧曲线需氧曲线供氧和需氧率曲线5/14/202637（2）该法处理效果好，BOD5去除率达90～95%。5/14/202638

（3）运行参数：污泥浓度：MLSS=2～3g/l

污泥负荷：

F/M=0.2～0.4KgBOD5/KgMLVSS·d

污泥回流比：r=25～50%

曝气时间：t=4～8h5/14/202639

（4）存在的问题曝气池容积大，占地多；水质、水量变化的适应能力差；池前端供氧不足，后端供氧过剩，所以动力消耗大，容积负荷小。5/14/202640

2渐减曝气活性污泥法改变传统活性污泥法的等距离均量布置扩散器的缺点，而是合理的布置空气扩散器，使布气沿程变化，以提高处理效率。5/14/202641供氧曲线需氧曲线5/14/2026425/14/2026433阶段曝气活性污泥法（分步进水活性污泥法或多点进水活性污泥法）污水沿池长度分散进入，并不集中进入；污水分段进入，提高了反应器对水质、水量的冲击负荷的适应能力；易于由普通活性污泥法改建，使用较普遍。5/14/2026445/14/202645

运行参数：

MLSS=2～3.5g/lF/M=0.2～0.4kgBOD5/kgMLVSS·dr=0.25～0.75t=3～5h5/14/202646

4完全混合活性污泥法污水与回流污泥在进入曝气池后，立即与池中的混合液完全混合。池中微生物的种类和数量相等；对冲击负荷有较强的适应能力；池中有机物浓度相同，需氧均匀；出水水质不及传统法。5/14/2026475/14/2026485高负荷活性污泥法（短时曝气活性污泥法或不完全处理活性污泥法）负荷高：

F/M=1.5～5.0kgBOD5/KgMLVSS·d

曝气时间短：t=1.5～3.0h5/14/202649

处理效果低：70～75%MLSS浓度低：200～500mg/l

适宜于处理对出水水质要求不高的污水。5/14/202650

6延时曝气法（完全氧化活性污泥法）曝气时间长：t=18～36h

负荷低：

F/M=0.05～0.15kgBOD5/kgMLVSS·dMLSS浓度高：3000～6000mg/l

污泥量少且稳定，不需另行处理可排放5/14/202651

出水水质好池容大适用于对处理水质要求高，且又不宜处理污泥的小城镇污水和工业污水，水量不宜超过1000m3/d。5/14/2026525/14/2026537接触稳定法（生物吸附活性污泥法或吸附-再生活性污泥法）活性污泥的净化分成二个阶段：吸附阶段和稳定阶段。使这二个阶段在不同的池中进行，即为接触稳定法。5/14/2026545/14/202655

8纯氧曝气法纯氧代替空气，氧气利用率提高，污水处理效果好，污泥性能良好；剩余污泥少；设备复杂，管理烦琐；应不断调节pH值。5/14/2026565/14/2026579吸附－生物降解工艺（AB法）（1）工艺流程及特点不设初沉池；A、B两段各自拥有独立的回流系统，有各自独立的微生物群体，处理效果稳定。5/14/202658吸附沉淀沉淀剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥A段B段曝气进水出水5/14/2026595/14/2026605/14/2026615/14/202662（2）A段的效应与运行参数A段时一个开放性的生物系统；负荷高，2－6kgBOD5/kgMLSS·d；停留时间短，30－60min；有机物去除主要靠絮凝体的吸附作用，生物降解只占1/3。5/14/202663（3）B段效应与运行参数B段所接收废水的水质、水量都较稳定，则可以充分发挥其净化功能；负荷低，0.1－0.3kgBOD5/kgMLSS·d；污泥龄长，可部分脱氮。5/14/202664

该工艺处理效果稳定，具有一定的抗冲击负荷的能力。5/14/20266510序批式活性污泥法（SBR法）（1）工艺流程由进水、反应、沉淀、出水、闲置等基本过程组成。结构简单，没有二沉池和污泥回流设备。5/14/202666格栅沉砂池初沉池间歇式曝气池进水出水SBR工艺流程图5/14/202667（2）特征SBR法在流态上属完全混合，有机物降解上却是时间上的推流；耐冲击负荷；出水水质好；可以脱氮除磷；污泥沉降性能好，可有效的防止污泥膨胀；便于自控运行，易于维护管理。5/14/202668四曝气原理和曝气池（一）曝气原理

1双膜原理基本点：在气液界面两侧存在气膜和液膜；气液两相处于紊流状态，其中物质浓度均匀，不存在浓度差，也不存在传质阻力，阻力仅存在于气液膜中；5/14/202669气体液体层流紊流紊流pρo气膜液膜ρsoPi

界面5/14/202670

气膜中存在氧气的分压梯度，液膜中存在氧气的浓度梯度，它们是氧转移的推动力；氧气难溶于水中，其转移的阻力主要存在于液膜上。5/14/202671

氧气通过液膜的传递速率为：

式中：dm/dt:气体传递速率

Kg:气体扩散系数

A:气体扩散通过的面积

ρso:气体在溶液中的饱和浓度

ρo:气体在溶液中的浓度5/14/202672

而，则有：

对上式积分可得：5/14/202673

2氧气转移影响因素

（1）污水水质污水中的杂质对氧气的转移以及溶解度有一定影响，所以引入修正系数，则有：5/14/202674

（2）水温水温上升，水的粘度降低，液膜厚度减小，Kla值增高；氧气在水中的溶解度随温度上升而降低。温度对氧气转移有二种相反的影响，但不能相互抵消，总之，低温有利于氧气的转移。5/14/202675

（3）氧分压氧分压越高，越有利于氧气的转移。5/14/202676（二）曝气设备曝气设备主要有二种：鼓风曝气和机械曝气。

1鼓风曝气（1）系统组成空气净化器、鼓风机、空气输配管系统和扩散器。5/14/202677

（2）扩散器的作用及种类作用：将空气分散成小气泡，以增大与水的接触面积。

种类：小气泡扩散器中气泡扩散器大气泡扩散器微气泡扩散器5/14/2026785/14/2026795/14/2026805/14/202681

2机械曝气

（1）竖式曝气机（2）卧式曝气刷

5/14/2026825/14/2026835/14/2026845/14/2026855/14/2026863曝气设备性能指标（1）氧转移效率(mgO2/l·h)

（2）充氧能力(kgO2/kW·h)

（3）氧利用效率(%)5/14/2026874曝气设备的性能测试原理：以氯化钴作为催化剂，用还原剂亚硫酸钠脱氧，然后测试复氧过程中水中溶解氧的浓度，计算总传质系数Kla和氧的传递速率。5/14/202688进气进水5/14/202689过程：曝气筒中注入清水，曝气10min至饱和，测溶解氧的饱和值，计算水中的氧气总量和投药量；投加药剂，当水中溶解氧为零后，开始曝气，间隔一定时间取样分析，至溶解氧为饱和值的95%。计算总传质系数Kla和氧的传递速率。

5/14/202690数据处理：总传质系数：

以t对ln(ρso-ρo)作图，得一直线，斜率即为Kla值。5/14/202691氧转移速率：(mgO2/l·h)5/14/202692动力效率：

式中：V：水的体积

N：输入功率（kgO2/kW·h）5/14/202693（三）曝气池池型

1推流曝气池

2完全混合曝气池分建式合建式

3两种池型的结合5/14/2026945/14/2026955/14/2026965/14/2026975/14/202698

五活性污泥法的设计计算

1设计内容选定工艺流程；曝气池容积计算及工艺设计；曝气系统设计计算；污泥回流系统设计；二沉池池型选择及计算。5/14/2026992设计依据处理水量、一级处理出水后的水质和出水水质。5/14/20261003曝气池容积计算

负荷法

式中：Ns:污泥负荷率(kgBOD5/kgMLSS·d)qv:进水流量

ρso:进水的平均BOD5值

ρx:曝气池中的污泥浓度5/14/20261014曝气系统（1）需氧量和供气量的计算对完全混合曝气池：

式中：V:曝气池容积

θc:污泥龄

Q:进水流量

Y:合成系数

S0、S:进水、出水有机物浓度

kd:内源呼吸系数5/14/2026102（2）剩余活性污泥量

（3）需氧量为：5/14/2026103

（4）空气量

式中:β

：安全系数

23.2%：空气中氧气的百分含量

1.201：氧气的密度

EA：氧的利用率5/14/2026104

（4）曝气系统设计

鼓风曝气系统：空压机、空气输送管和空气扩散器机械曝气系统：选择叶轮的形式和确定其直径5/14/20261055污泥回流系统

回流污泥系统浓度回流污泥量的计算污泥的提升设备选择污泥泵