悬浮生长生物处理工艺

第八章悬浮生长生物处理工艺

在第七章我们已经详细的介绍和讨论了生用物发处理废水的理论。如第七章所述，生物处理过程可分为有氧和无氧的悬浮生长、附着生长及其它多种派生组合形式。本章的焦点是，通过对废水的BOD和硝化、脱氮、除磷的活性污泥处理来说明悬浮生长的处理工艺。至于附着型会在第九章讨论，其它的在第十章将会有所涉猎。本章内容主要有：（1）对活性污泥工艺处理对象的范围的大体描述；（2）对影响活性污泥工艺设计的参数的污水的主要性质介绍；（3）工艺分析和控制的基本原理；（4）BOD去除和废水硝化工艺；（5）废水脱氮工艺；（6）废水除磷工艺；(7)活性污泥工艺物理因素的选择和设计；（8）曝气污水塘；（9）生物膜处理法和（10）活性污泥建模方法的回顾。稳定塘，即非曝气塘，不包括在本书内。因为它们是用于小型农村社区，在提供足够的土地和排放要求可能不会像在城市地区严格。若需要稳定塘设计的信息，请参阅Metealf＆Eddy（1991），Reedetal.（1995年），与Crities和Tchobanoglous（1998年）。

8-1 活性污泥工艺简介

为提供一个基础设计的过程，在本章后面的章节中将有必要描述：（1）活性污泥工艺的历史发展情况的简要总结；（2）对基本过程的描述；（3）活性污泥法演变的简要回顾；（4）对最近的工艺发展过程的概述。

历史回溯

活性污泥法是目前使用于市政和工业废水的常规处理技术。该技术方法可以追溯到19世纪80年代初，对调查曝气池中废水的有机物氧化的Angus Smith 博士的研究。随后有部分研究学者对曝气对废水的作用进行了前期的研究工作，并在1910年Black和Phelps报告说，空气进入污水池后可大量减少水中污染物。在劳伦斯实验站中，Clark和Gage于1912年和1913年间进行曝气废水实验，并得出生物体在部分充满屋顶石板的池子中种植，间距约25毫米时，将大大提高污水净化度的结论（Clark和Adams，1914）。

基本过程

根据定义，基本活性污泥处理工艺，包括以下三个基本部分组成：（1）负责微生物处理和曝气的反应器；（2）固液分离，通常在沉淀池；及（3）从固液分离机回到反应器的回收系统。活性污泥法的一个重要特点是絮状沉淀物形成过程可在沉淀池中因重力沉淀。

活性污泥法的演变

自从此工艺在20世纪20年代初的普遍使用到20世纪70年代末，采用活性污泥工艺类型使用最为普遍的是在其中的一种长宽比的比率（通常>10:1）的反应器（见图8-1a）。60年代末，生活污水系统收集的工业废物排放增加了，这在活性污泥工艺的演变中是值得重要注意的地方。由于排放的一些有毒物质，使整个推流过程中，工业废料的处理成为了问题。完全的混合反应器的开发，一部分是因为大体积反应器能够更多的允许和稀释废水，从而减轻了排放有毒物质的影响。在70年代和80年代活性污泥更常见的类型往往是单级的，完全混合的工艺（见图8-1b）（CMAS）。

随着廉价的简单程序逻辑控制器开发（PLCs ）和水平传感器和自动操作阀的

应用，序列间歇式活性污泥法（SBR ）（见图8-1c ）在20世纪70年代后期被广泛推广，尤其适用于小流量间歇社区和工业设施。近年来，SBR 法在世界某些地方服务于大型城市。SBR 是充满和有序反应的系统类型，包含一个所有活性污泥过程都发生的完全混合反应器。混合液依然在所有反应器中循环，从而解除了对单体沉淀池的需要。

一个典型的SBR 工艺周期由以下几个阶段说明：

流入： 已被过滤的原废水流入池内与上一阶段处理的混合液混合。在阶段注水

后，进水阀门关闭，进水流到其他区域。

反应：该反应器的曝气生物氧化类似于曝气池的传统活性污泥法。

沉淀：停止曝气和搅拌，静止，固体沉淀于池体底部与上清液分离。

排放：使用调迁机制排除上清液的水。

闲置：从池体底部用泵排去多余污泥。

进水 初沉池 二沉池

曝 气 池 污泥回流

污泥

出水 污泥

污泥 污泥 进水 初沉池 污泥回流

出水 二沉池

曝 气 池

. 图8-1典型的活性污泥处理工艺与反应器不同的类型：（a ）塞流过程和推流

式反应器流程示意图；（b ）完全混合工艺流程图和成套混合活性污泥反应器示意图；（c ）SBR 工艺原理流程图和序批式反应器示意图。

8-2废水表征

活性污泥工艺设计需要确定（1）曝气池容积；（2）污泥产量；（3）所需的氧气量；（4）出水浓度的重要参数。要使设计的活性污泥处理工艺得当，废水特性也许是最关键的一步

废水工艺设计的关键

废水的特点在活性污泥设计过程中的重要性可以分为以下几类：碳基，含氮化合物，磷化合物，总悬浮固体和挥发性悬浮固体（TSS 和VSS ）和碱度。典型的废水量化设计中使用污水处理过程，见表8-1。一个完整的废水组成与本章所用的术语，见表8-2。

*美国典型的中等强度废水

碳质成分

由BOD 或COD 测定的碳成分分析对于活性污泥工艺的设计是至关重要的。

高浓度COD 和BOD 的降解导致（1）曝气池体积的增大；（2）氧气转移需要量的增加以及（3）污泥量的提高。虽然BOD 在废水中已被普遍的用来表现碳成分的量，而COD 却越来越常见并且作为目前大多数的综合计算机仿真设计模型中碳的主要参数。通过利用COD 的质量平衡，碳元素被氧化的量抑或被生物体利用的量进水 出水

调节

沉淀 反应/曝气 流入 进气

按时间顺序

都将更容易确定。废水中BOD和COD的各种形式见表8-2。

在本表中给出的术语的基础上，成分测量值将运用于分馏某一成分的

技术上。

不同于BOD，COD中的一些部分是不可生物降解的，因此COD可分为可生物降解和不可生物降解的两种浓度。CODDE 另外一级划分是按照水中溶解物、固体颗粒、胶体物质及悬浮固体的成分划分的。在活性污泥污水中存在不可生物降解的溶解性化学需氧量（nbsCOD），并且不可生物降解的微粒将会促进污泥的生产。