水污染控制工程_第十二章_ 活性污泥法

第二节 活性污泥法的发展
一、活性污泥法曝气反应池的基本形式
推流式（PF） 完全混合式 封闭环流式 序批式
二、活性污泥法的发展与演变
有机物去除和 氨氮硝化
• 传统活性污泥法 • 渐 减曝气
• 分步曝气
• 完全混合法
• 浅层曝气
• 深层曝气
• 高负荷曝气或变形曝气
• 克劳斯法
• 延时曝气
• 接触稳定法
1
c
Y rmaSxe KS Se
Kd
1
c
Y rmaSxe KS Se
Kd
Se （ cKY（ Sm r1axKKdd） c） 1
出水有机物浓度仅仅是污泥龄和动力学参数 的函数，与进水有机物浓度无关。
（二）在稳态下，作曝气池底物的物料平衡：
dS Q 0 S Re Q (d S )u tV (1R )Q e S 0
渐减曝气
阶段（分 步） 曝 气
把入流的一部分从池端引入到池的中部分 点进水。
分步曝气示意图
完全混合法
完全混合的概念
在分步曝气的基础上，进一步大大增加进水点，同时 相应增加回流污泥并使其在曝气池中迅速混合，长条形池 子中也能做到完全混合状态。
完全混合法
完全混合法的特征
（1）池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，生 活环境也基本相同。
（1）曝气池处于完全混合状态 （2）进水中微生物可忽略 （3）全部可生物降解的底物处于完全溶解状态 （4）系统处于稳定状态 （5）二沉池中没有微生物活动 （6）二沉池中没有污泥积累，泥水分离良好
曝气池
剩余污泥
QW、Se、X
进水
Q
出水
S0 X0
（1+R）Q Se、X
Se、X、V
二沉池
(Q-QW)、 Se、Xe
微生物组成特征（一）
➢细菌：以异养型原核生物(细菌)为主，数量 107～108个/mL，自养菌数量略低。其优势 菌种：产碱杆菌属等，它是降解污染物质的 主体，具有分解有机物的能力。
➢真菌：由细小的腐生或寄生菌组成，具分解 碳水化合物，脂肪、蛋白质的功能，但丝状 菌大量增殖会引发污泥膨胀。
微生物组成特征（二）
dS (dt)u
Q（S0Se） V
1
c
YX1(ddSt)u Kd
1
c
YQ(SX0VSe)Kd
1
c
YQ(SX0VSe)Kd
X YVQ （ (S10KSde)c） c
活性污泥浓度与进出水水质、污泥泥龄 和动力学参数密切相关。
Se （ cKY（ Sm r1axKKdd） c） 1
X YVQ （ (S10KSde)c） c
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)。
（ddXt)g Y(ddSt)uKdX
活性污泥的净增长速率， gMLVSS/（m3d）
1
c
YX1(ddSt)u
Kd
1
c
YX1(ddSt)u
Kd
YX 1(ddSt)uKd
1 c
通过控制污泥龄，可以控制微生物的比增长速率
r
rmax
S KS
S
dS r dt
X
代入
1 1 dS
c YX(dt)u Kd
AB两段的主要工艺参数对比及推荐取值
项目
段
推荐设计参数
容积负荷
A
(kgBOD5/(m3d)
B
污泥负荷
A
(kgBOD5/(kgMLSS•d) B
泥龄/d
A
B
曝气时间/h
A
B
沉淀时间/h
A
B
BOD5去除率/%
A
AB
6~10 ≤0.9 2~5 ≤0.3 0.3~0.5 15~20 0.5~0.75 2~4 1~2 2~4 45~55 90~95
• 活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态， 剩余污泥少而稳定，无需消化，可直接排放；
• 适用于污水量很小的场合，近年来，国内小型污 水处理系统多有使用。
氧化沟
• 氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，它的池体狭长，池 深较浅，在沟槽中设有表面曝气装置。 • 曝气装置的转动，推动沟内液体迅速流动，具有曝气和搅 拌两个作用，沟中混合液流速约为0.25～0.3m/s，使活性污 泥呈悬浮状态。
高负荷曝气或变形曝气
部分污水厂只需要部分处理，因此产生了高负荷 曝气法。
曝气池中的MLSS约为300～500mg/L，曝气时间 比较短，约为2～3h，处理效率仅约65％左右， 有别于传统的活性污泥法，故常称变形曝气。
延时曝气
延时曝气的特点：
• 曝气时间很长，达24h甚至更长，MLSS较高，达 到3000～6000mg/L；
吸附－生物降解工艺（AB法）
吸附－生物降解工艺（AB法）
• A级以高负荷或超高负荷运行，B级以低负荷运 行，A级曝气池停留时间短，30～60min，B级 停留时间2～4h。
• 该系统不设初沉池，A级曝气池是一个开放性的 生物系统。A、B两级各自有独立的污泥回流系统， 两级的污泥互不相混。
• 处理效果稳定，具有抗冲击负荷和pH变化的能 力。该工艺还可以根据经济实力进行分期建设。
第十二章 活性污泥法
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。
活性污泥的性质
颜色 味道 状态 相对密度 比表面积
黄褐色
土腥味
似矾花絮绒颗粒 曝气池混合液：1.002～1.003 回流污泥：1.004～1.006 20～100cm2/mL
活性污泥降解污水中有机物的过程 污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线
对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分 析得到结论：
污 水 中 的 有 机 物
P105
残留在污 水中的有
机物
微生物不能利用的有机物 微生物能利用的有机物
从污水中 去除的有
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
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。
SV1 IL混1L 合 混液 3 合 m 0沉 液 的 in淀 中 活悬 性 （ g） 浮 污 m L 固 泥 ） ＝ M S 体 体 （ VLm （ 干 积 L Sg//L SL重 ） ） （
▪ 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，表示SV值较大、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。
▪ 通常，当SVI为100~150，沉淀性能良好；而当SVI＞ 200时，沉淀性较差，污泥易膨胀。但根据废水性质不 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，正常有的SVI值可能较低。
循环式活性污泥法工艺
a
47
第三节 活性污泥法数学模型基础
活性污泥法动力学模型
劳伦斯（Lawrence） 和麦卡蒂(McCarty) 模型
Eckenfelder 模型
麦金尼
(McKinney) 模型
底物降解速率与底物浓度、生物量等因素之间的关系 微生物增殖速率与底物浓度、生物量等因素之间的关系
一、建立模型的假设
Lawrence、McCarty导出的活性污泥数学模型
第四节 气体传递原理和曝气设备
构成 活性污泥法的三个要素
一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也 就是活性污泥；
二是污水中的有机物，它是处理对象，也是 微生物的食料；
特点：气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率是最大的。在水的 浅层处用大量空气进行曝气，就可获得较高的氧传递速率。
浅层曝气
•扩散器的深度以在水面以下0.6～0.8m范围为宜，可 以节省动力费用，动力效率可达1.8～2.6kg（O2） / kW·h。 •浅层曝气与一般曝气相比，空气量增大，但风压仅为 一般曝气的1/4~1/6左右，约10kPa，故电耗略有下降。 •曝气池水深一般3～4m，深宽比1.0～1.3，气量比30～ 40m3/（m3 水.h）。 •浅层池适用于中小型规模的污水厂。
序批式活性污泥法（SBR法）
SBR工艺的基本运行模式由进水、反应、沉淀、出水和 闲置五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一 个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或 搅拌装置的反应器内依次进行的。
序批式活性污泥法（SBR法）
SBR工艺与连续流活性污泥 工艺相比的优点
(1)工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能， 无污泥回流设备； (2)耐冲击负荷，在一般情况下（包括工业污水处理）无需设置 调节池； (3)时间上呈推流式,易于得到优于连续流系统的出水水质； (4)运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮 除磷的效果； (5)污泥沉淀性能好,SVI值较低,能有效地防止丝状菌膨胀； (6)具有较好的脱氮除磷效果。
回流污泥
RQ、Se、XR
系统边界
剩余污泥
QW、Se、XR
完全混合活性污泥法系统的典型流程
二、劳伦斯和麦卡蒂 （Lawrence－McCarty)模型
c (QQW） XXV eQWXR
污泥龄（SRT）
SRT：曝气池中污泥全部更新一次所需 要的时间。
（一）在稳态下，作系统活性污泥的物料平衡：
wk.baidu.com
Q 0 （ X [Q Q W ） X Q e W X R ] （ d d)g X V t 0
•氧 化 沟
• 纯氧曝气
• 活性污泥生物滤池（ABF工艺）
• 吸附－生物降解工艺（AB法）
• 序批式活性污泥法（SBR法）
渐减曝气
➢在推流式的传统曝气池中，混合液的需 氧量在长度方向是逐步下降的。
➢ 实际情况是：前半段氧远远不够，后半 段供氧量超过需要。
➢ 渐减曝气的目的就是合理地布置扩散器， 使布气沿程变化，而总的空气量不变，这 样可以提高处理效率。
序批式活性污泥法（SBR法）
(1)容积利用率低；
SBR工艺的缺点
(2)水头损失大；
(3)出水不连续；
(4)峰值需氧量高；
(5)设备利用率低；
(6)运行控制相对复杂；
(7)不适用于大水量。
CASS(CAST/CASP)工艺设计
回流污泥
1
5
30
(1) 生物选择器 (2) 缺氧区 (3) 好氧区 (4) 回流污泥和剩余污泥 (5) 滗水器
➢ 原生动物：肉足虫，鞭毛虫和纤毛虫3类，捕食游 离细菌。其出现的顺序反映了处理水质的好坏 （这里的好坏是指有机物的去除），最初是肉足 虫，继之鞭毛虫和游泳型纤毛虫；当处理水质良 好时出现固着型纤毛虫，如钟虫、等枝虫、独缩 虫、聚缩虫、盖纤虫等。
➢ 后生动物(主要指轮虫、线虫、甲壳虫如水骚类）， 捕食菌胶团和原生动物，是水质稳定的标志。
产碱杆菌
丝状菌
草履虫
游泳型纤毛虫
钟虫
固着型纤毛虫
轮虫
线虫
曝气池
曝气池出水堰
曝气池混合液配水进入二沉池
生物量分析：
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。
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
由于活性污泥具有巨大 的表面积，而表面上含 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。
稳定阶段
主要是转移到活性 污泥上的有机物为 微生物所利用。
处理生活污水的活性污泥
MLVSS: 70% NVSS: 30%
活性污泥的沉降浓缩性能
污泥沉降比：SV
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。通常，曝气池混合液的 沉降比正常范围为15％-30%。
污泥体积指数：SVI
（2）入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小，因 为骤然增加的负荷可为全池混合液所分担，而不是像推流 中仅仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种意义上 来讲，是一个大的缓冲器和均和池，在工业污水的处理中 有一定优点。
（3）池液里各个部分的需氧量比较均匀。
浅层曝气
1953年派斯维尔（Pasveer）的研究：氧在10℃静止水中的 传递特征，如下图所示。