好氧生物处理(活性污泥法)

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第三章 活性污泥法
第一节 基本概念 第二节 气体传递和曝气池 第三节 活性污泥法的发展和演变 第四节 活性污泥法的设计计算 第五节 二次沉淀池 第六节 活性污泥法系统设计和 运行中的一些重要问题
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。
④污泥体积指数[SVI-Sludge Value Index]
SVI: 混 合 液 沉 淀 30min 后 , 1g 干 污 泥 所 具 有 的 体 积
(mL/g)。反映Sludge疏散程度和凝聚、沉降性能。
SVI低:沉降好[因密度大],但缺乏活性和吸附能力[致密, 表面积小]。反之,沉降差,不易分离。SVI=50~150。
完源自文库混合法
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。 (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。

①污泥浓度(MLSS,MLVSS)
MLSS:单位体积混合液所含悬浮固体的质量(Mixed Liquid Suspended Solid)(g/L)
MLVSS:单位体积混合液所含挥发性悬浮固体的质量(Mixed Liquid Volatile Suspended Solid)
应具有一定的MLSS=2~3g/L,MLSS↑→微生物↑,所以,反映生化 处理能力。 MLVSS可以避免活性污泥中惰性物质影响 [反映了污泥的活性] ,一定 废水处理系统,MLVSS/MLSS有一定的比值,生活污水为0.7。
3.鼓风+机械曝气系统 4.其他:富氧曝气、纯氧曝气
曝 气 设 备
鼓风曝气
机械曝气
空气净化器 鼓 风 机
表面曝气机
竖式曝气机
空气输配管系统
扩 散 器 卧式曝气机
鼓风曝气
空气净化器
鼓风机 供应压 缩空气 罗茨鼓风机: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:噪声小,效 率高,适用于大中型污水厂
环境因素的影响:
①溶解氧是一个十分重要的因素,是活性污泥法高效运 作的重要条件,只有O2存在,微生物才能进行同化合 成或异化分解。一般要求[O2]>2mg/L。 ②微生物代谢需要一定的营养质。BOD5 表示碳源[因为 生化过程中,有机物↑→ BOD5↑] ,还要N、P。
BOD:N:P=100:5:1。 ③PH=6.5~9.0;水温=20~30℃;要控制有毒物质在 容许浓度下[重金属离子和一些非多属化生物等] 。
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。
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
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)。
MLVSS: 70% 处理生活污水的活性污泥 MLNVSS: 30% MLVSS: 一般范围为55%~75%
MLNVSS: 一般范围为25%~45%
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。
1.平面布臵
2.横断面布臵
推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为1~2。
根 据 横 断 面 上 的 水 流 情 况 , 可 分 为
推流式曝气池
推流式曝气池
鼓风曝气完全混合曝气池
第三节 活性污泥法的发展和演变
活性污泥法的多种运行方式
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 • 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)
Me——内源代谢残留的微生物有机体; Mi——未代谢的不可生化的有机悬浮固体; Mii——吸附的无机悬浮固体。
按有机性和无机性成分: 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。
小气泡扩散器
空气输配 管系统 中气泡扩散器 大气泡扩散器 扩 散 器 微气泡扩散器
微孔曝气设备
微孔曝气盘
微孔曝气设备安装
微孔曝气设备的清水检验
微孔曝气设备的运行状况
机械曝气:表面曝气机
表面曝气机充氧原理:
(1)曝气设备的提水和输水作用,使曝气池内液体不 断循环流动, 从而不断更新气液接触面, 不断吸氧; (2)曝气设备旋转时在周围形成水跃,并把液体抛向 空中,剧烈搅动而卷进空气;
充氧能力(或动力效率):即每消耗1kW· h动力能 传递到水中的氧量(或氧传递速率),单位为kg(O2)/ (kW· h)。 氧利用率:通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧 量占总供氧的比例,单位为%。
曝气池的三种池型
推流式 曝气池
完全混合 式曝气池
两种池型 结合式
推流式曝气池
推流式曝气池的长宽比一般为5~10; 进水方式不限;出水用溢流堰。
② MLNVSS—灼烧残量,表示无机物含量。
③污泥沉降比[SV-Subside (Sludge)Value(Volume)]

SV:混合液沉淀30min后,沉淀污泥与混合液的体积比。反 映 曝 气 池 正 常 运 行 时 的 污 泥 数 量 , 控 制 运 行 操 作 。 SV = 15~30%。

当井壁腐蚀或受损时,污水可能会通过井壁渗透,污染地下 水。

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。
克劳斯法
克劳斯工程师把厌氧消化的上清液加到回流 污泥中一起曝气,然后再进入曝气池,克服了 高碳水化合物的污泥膨胀问题,这个方法称为 克劳斯法。
鼓 风 机
空气输配 管系统
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。
扩 散 器
鼓风曝气
空气净化器
扩散器的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界面,把空 气中的氧溶解于水中。 扩散器的类型
鼓 风 机
一组活性污泥图片
活性污泥的性质
颜色 味道 状态 相对密度 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
粒经 比表面积
0.02~0.2mm
20~100cm2/mL
性能指标: 要求:易吸附有机物(污泥颗粒松散,表面积大)、 好的凝聚沉降性能,便于泥水分离。
这两层薄膜使气体分 子从一相进入另一相时受 到了阻力。当气体分子从 气相向液相传递时,若气 体的溶解度低,则阻力主 要来自液膜。
曝气的作用与曝气方式
曝气作用: 1.好氧微生物的需氧代谢 2.兼性微生物酶的好氧合成 3.混合液的搅拌作用 曝气方式: 1.鼓风曝气系统
2.机械曝气装臵:纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器
(3)曝气设备高速旋转时,在后侧形成负压区而吸入 空气。
机械曝气:表面曝气机
竖式曝气机 卧式曝气刷
曝气的效率取决于: 曝气机的性能 曝气池的池形
这类曝气机的转动轴与水 面平行,主要用于氧化沟 。
泵 形
倒伞形
平板形
泵 形
倒伞形
平板形
曝气设备性能指标
比较各种曝气设备性能的主要指标
氧转移率:单位为mg(O2)/(L· h)。
污泥体积指数:SVI 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。
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。


可以用一般的离心鼓风机。
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 H2O.h)。

• •
浅层池适用于中小型规模的污水厂。 由于布气系统进行维修上的困难,没有得到推广利用。

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臵扩散器,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。

渐减曝气
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。
分布曝气示意图
深层曝气
深井曝气法处理流程
深井曝气池简图
深层曝气
一般曝气池直径约1~6m,水深约10~20m。深井曝气法深 度为50~150m,节省了用地面积。
• • •
在深井中可利用空气作为动力,促使液流循环。
深井曝气法中,活性污泥经受压力变化较大,实践表明这时 微生物的活性和代谢能力并无异常变化,但合成和能量分配有 一定的变化。 深井曝气池内,气液紊流大,液膜更新快,促使KLa值增大, 同时气液接触时间延长,溶解氧的饱和度也由深度的增加而增 加。
含水98%~99% 干固体和水分
MLVSS MLSS
NVSS
干固体1%~2%
有办法知道确切的生物量吗?
有人曾企图通过直接测定污泥中细胞的DNA量、有机氮量、 三磷酸腺苷(ATP)量、脱氢酶的活力等指标去反映活性污泥 的活力,这种方法既复杂又不准确,而且微生物的含量不断变 化。
按McKinney的分析: MLSS=Ma+Me+Mi+Mii 式中:Ma——具备活性细胞成分;
曝气池
曝气池出水堰
曝气池混合液配水进入二沉池
活性污泥的组成
按栖息着的微生物分: 大量的细菌 真菌 原生动物 后生动物
除活性微生物外,活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶 体物;活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主,是一个以细菌为主体的群 体,除细菌外,还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物。 活性污泥中细菌含量一般在107~108个/mL;原生动物103个/mL,原生动物 中以纤毛虫居多数,固着型纤毛虫可作为指示生物,固着型纤毛虫如钟虫、等 枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时,说明培养成熟且活性良 好。
(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。 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,就可以获得较高的氧传递 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。
第二节
气体传递和曝气池
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;
二是废水中的有机物,它是处理对象,也是微 生物的食料;
三是溶解氧,没有充足的溶解氧,好氧微生物 既不能生存,也不能发挥氧化分解作用。
气体传递原理
双膜理论的基点是认 为在气液界面存在着二层 膜(即气膜和液膜)这一 物理现象。
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