活性污泥法原理與應(yīng)用.ppt

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1 活性污泥法 一 活性污泥法起源 1 1活性污泥法背景18世紀(jì)60年代歐洲工業(yè)革命 工業(yè)和城市化快速發(fā)展 大量的工業(yè)廢水 生活污水未經(jīng)處理直接排入水體 成為當(dāng)時(shí)污染最為嚴(yán)重的地區(qū) 圖11858年 倫敦發(fā)生 大惡臭 TheGreatStink 事件 1 2活性污泥法起源大事記1865年 英國(guó)成立河流污染皇家委員會(huì)1898年 成立污水處理皇家委員會(huì) 是污水處理技術(shù)發(fā)展的里程碑事件1908年 污水處理皇家委員會(huì)提出著名的 30 20 SS 30mg L BOD 20mg L 完全硝化 出水標(biāo)準(zhǔn) 1912年該標(biāo)準(zhǔn)被采納 當(dāng)時(shí)被視為污水處理工藝發(fā)展的巨大挑戰(zhàn) 1 3活性污泥法發(fā)明過(guò)程第一階段 認(rèn)識(shí)到氧氣對(duì)污水凈化的作用1882年 英國(guó)的安格斯 史密斯博士嘗試向污水中鼓入空氣 發(fā)現(xiàn)在任何情況下曝氣都會(huì)使污水腐敗延遲 且更易形成硝酸鹽氮 1891 1898年 英國(guó)人洛可克在著名的勞倫斯試驗(yàn)站 采用生物濾池對(duì)污水進(jìn)行了類似的曝氣研究 1897年 英國(guó)曼徹斯特大學(xué)吉爾伯特 福勒教授進(jìn)行了污水曝氣試驗(yàn) 產(chǎn)生了清澈的出水 同時(shí)也產(chǎn)生了快速沉淀的顆粒物 但福勒當(dāng)時(shí)認(rèn)為這些沉淀物是試驗(yàn)的失敗之處 結(jié)論 認(rèn)識(shí)到氧的存在會(huì)使污水中的物質(zhì)得到良好降解 但污水處理效率的提高卻收效甚微 1 3活性污泥法發(fā)明過(guò)程第二階段 認(rèn)識(shí)到活性污泥對(duì)污水的凈化作用1911年 勞倫斯試驗(yàn)站的首席化學(xué)家克拉克 Clark 和蓋奇 Gage 進(jìn)行污水曝氣實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)隨著污水的不斷加入和曝氣時(shí)間的增長(zhǎng) 池內(nèi)出現(xiàn)了絮狀沉淀物 并發(fā)現(xiàn)當(dāng)曝氣停止后 隨著沉淀物排出 出水開始變清 首次發(fā)現(xiàn)了絮狀沉淀物對(duì)污水的凈化作用 1913年 英國(guó)曼徹斯特戴維漢姆實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)工程師阿登 Arden 和洛克 Locket 特進(jìn)行了曝氣實(shí)驗(yàn) 在實(shí)驗(yàn)室過(guò)程中未將絮狀物排出 而是把絮狀物留存下來(lái)繼續(xù)曝氣 發(fā)現(xiàn)污水凈化周期從初始的3周減少到24h內(nèi) 首次驗(yàn)證了絮狀沉淀物對(duì)污水的凈化作用 阿登在 無(wú)需濾池的污水氧化試驗(yàn)1 一文中首次提出 活性污泥 的概念 對(duì)活性污泥的發(fā)明具有劃時(shí)代的意義 6 什么是活性污泥法 以活性污泥為主體的污水生物處理技術(shù) 本質(zhì) 天然水體自凈化作用的人工強(qiáng)化 是好氧生物處理過(guò)程 應(yīng)用 去除污水中溶解和膠體狀態(tài)的可生物降解有機(jī)物 7 一 什么是活性污泥 由細(xì)菌 菌膠團(tuán) 原生動(dòng)物 后生動(dòng)物等微生物群體及吸附的污水中有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)組成的 有一定活力的 具有良好的凈化污水功能的絮絨狀污泥 一 活性污泥 8 8 一組活性污泥圖片 9 二 曝氣池活性污泥的性狀 1 正常 10 二 活性污泥的性狀 供氧不足或厭氧 黑色 灰白色 供養(yǎng)過(guò)多或營(yíng)養(yǎng)不足 1 不正常 11 11 曝氣池 12 12 13 13 曝氣池出水堰 14 14 曝氣池混合液配水進(jìn)入二沉池 15 1 棲息著的微生物 三 活性污泥的組成 大量的細(xì)菌 真菌 原生動(dòng)物 后生動(dòng)物 除活性微生物外 活性污泥還挾帶著來(lái)自污水的有機(jī)物 無(wú)機(jī)懸浮物 膠體物 活性污泥中棲息的微生物以好氧微生物為主 是一個(gè)以細(xì)菌為主體的群體 除細(xì)菌外 還有酵母菌 放線菌 霉菌以及原生動(dòng)物和后生動(dòng)物 活性污泥中細(xì)菌含量一般在107 108個(gè) mL 原生動(dòng)物103個(gè) mL 原生動(dòng)物中以纖毛蟲居多數(shù) 固著型纖毛蟲可作為指示生物 固著型纖毛蟲如鐘蟲 等枝蟲 蓋纖蟲 獨(dú)縮蟲 聚縮蟲等出現(xiàn)且數(shù)量較多時(shí) 說(shuō)明培養(yǎng)成熟且活性良好 2 干固體和水分 含水98 99 干固體1 2 MLSS 16 按McKinney的分析 混合液懸浮固體 MLSS Ma Me Mi Mii 式中 Ma 有活性的微生物 Me 微生物自身氧化殘留物 即內(nèi)源代謝殘留的微生物有機(jī)體 Mi 有機(jī)污染物 吸附在污泥上未被降解 Mii 無(wú)機(jī)懸浮固體 吸附在污泥上 3 活性污泥的組成 有活性的微生物存在形態(tài) 菌膠團(tuán) 由細(xì)菌分泌的多糖類物質(zhì)將細(xì)菌等包覆成的粘性團(tuán)塊 17 4 按有機(jī)性和無(wú)機(jī)性成分 MLSS MLVSS 70 MLNVSS 30 MLSS 混合液懸浮固體濃度 也叫污泥濃度 g L MLVSS 混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度 表示混合液懸浮固體中有機(jī)物含量 但不僅是微生物的量 由于測(cè)定方便 目前還是近似用于表示污泥 MLNVSS 灼燒殘量 表示無(wú)機(jī)物含量 MLVSS 一般范圍為55 75 即MLVSS MLSS 0 7 0 8 18 污泥沉降比 SV 四 活性污泥的沉降濃縮性能 取混合液至1000mL或100mL量筒 靜止沉淀30min后 度量沉淀活性污泥的體積 以占混合液體積的比例 表示污泥沉降比 可反映污泥的沉降性能 污泥沉淀30min后密度接近最大 故SV可反映沉降性能 能反映污泥膨脹等異常情況 可控制剩余污泥的排放量 城市污水正常值為15 30 左右 簡(jiǎn)單易行但SV不能確切表示污泥沉降性能 19 19 污泥體積指數(shù) SVI 污泥指數(shù) 污泥容積指數(shù) 曝氣池出口處出混合液 經(jīng)30分鐘靜沉后 每g干泥所形成的濕污泥的體積 簡(jiǎn)稱污泥指數(shù) 單位為mL g 反映污泥的凝聚 沉降性能 SVI應(yīng)在100 150 有說(shuō)70 100 影響SVI的最重要的因素是微生物群體所在的增殖期 太高 沉降性能差 可能膨脹 太低 可能處在內(nèi)源呼吸期 泥粒細(xì)小而緊密 易沉降 活性差 無(wú)機(jī)物多 實(shí)際運(yùn)行中 一般用SV了解SVI 因?yàn)槠貧獬豈LSS變化不大 20 6 污泥齡 SRT c 是指微生物平均停留時(shí)間 實(shí)質(zhì)上是反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的微生物全部更新一次所用的時(shí)間 在工程上 就是指反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)微生物總量與每日排出的剩余微生物量的比值 以 C表示 單位為d 定義式為 X T 曝氣池中活性污泥總質(zhì)量 kg X t T 每天從系統(tǒng)中排出的活性污泥質(zhì)量 kg d 21 1 含義 對(duì)于一定量的基質(zhì) 達(dá)到一定處理效率所需要的微生物的量 對(duì)于一定進(jìn)水濃度的污水 S0 只有合理選擇污泥濃度 X 和恰當(dāng)?shù)奈勰嘭?fù)荷Ls才能達(dá)到指定的處理效率 污泥負(fù)荷決定活性污泥的生長(zhǎng)階段 Ls決定活性污泥的凝聚 沉降和系統(tǒng)的處理效率 7 污泥負(fù)荷 22 指曝氣池的單位容積 在單位時(shí)間內(nèi)所能夠接受 并將其降解到某一規(guī)定額數(shù)的BOD5的質(zhì)量 即 式中 Lv 容積負(fù)荷 kg BOD5 m3 d 8 容積負(fù)荷 實(shí)際計(jì)算 X Ls Lv可查p118表12 1 對(duì)于某些工業(yè)污水 試驗(yàn)確定X Ls Lv污泥負(fù)荷法應(yīng)用方便 但需要一定的經(jīng)驗(yàn) 23 23 二 活性污泥法的基本流程 24 三 活性污泥降解污水中有機(jī)物的過(guò)程 活性污泥在曝氣過(guò)程中 對(duì)有機(jī)物的降解 去除 過(guò)程可分為兩個(gè)階段 吸附階段 穩(wěn)定階段 由于活性污泥具有巨大的表面積 而表面上含有多糖類的黏性物質(zhì) 導(dǎo)致污水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去 主要是轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機(jī)物為微生物所利用 25 第二節(jié)活性污泥法數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ) 26 莫諾特 Monod 模式方程式 研究微生物的比生長(zhǎng)速率與底物的濃度之間的關(guān)系 探討微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué) 27 微生物增長(zhǎng)速度和微生物本身的濃度 底物濃度之間的關(guān)系是廢水生物處理中的一個(gè)重要課題 有多種模式反映這一關(guān)系 當(dāng)前公認(rèn)的是莫諾特方程式 式中 S 限制微生物增長(zhǎng)的底物濃度 mg L 微生物比增長(zhǎng)速度 即單位生物量的增長(zhǎng)速度 微生物實(shí)際增長(zhǎng)模型 其中 max為最大比生長(zhǎng)速率 T 1 Ks為微生物生長(zhǎng)速率為最大比生長(zhǎng)速率1 2時(shí)的基質(zhì)濃度 g L Kd為微生物內(nèi)源衰減速率 微生物實(shí)際增長(zhǎng)模型 考慮衰亡 29 在生化反應(yīng)中 反應(yīng)速度是指單位時(shí)間里底物的減少量 最終產(chǎn)物的增加量或細(xì)胞的增加量 在廢水生物處理中 是以單位時(shí)間里底物的減少或細(xì)胞的增加來(lái)表示生化反應(yīng)速度 圖中的生化反應(yīng)可以用下式表示 即該式反映了底物減少速率和細(xì)胞增長(zhǎng)速率之間的關(guān)系 是廢水生物處理中研究生化反應(yīng)過(guò)程的一個(gè)重要規(guī)律 及 式中 反應(yīng)系數(shù)又稱產(chǎn)率系數(shù) mg 生物量 mg 降解的底物 基質(zhì)降解模型 其中 max為最大比生長(zhǎng)速率 T 1 Ks為微生物生長(zhǎng)速率為最大比生長(zhǎng)速率1 2時(shí)的基質(zhì)濃度 g L Kd為微生物內(nèi)源衰減速率 基質(zhì)降解速率模型 31 微生物增長(zhǎng)與底物降解的基本關(guān)系式 式中 Y 產(chǎn)率系數(shù) Kd 內(nèi)源呼吸 或衰減 系數(shù) X 反應(yīng)器中微生物濃度 32 在實(shí)際工程中 產(chǎn)率系數(shù) 微生物增長(zhǎng)系數(shù) Y常以實(shí)際測(cè)得的觀測(cè)產(chǎn)率系數(shù) 微生物凈增長(zhǎng)系數(shù) Yobs代替 故式從上式得 式中 為微生物比凈增長(zhǎng)速度 上列諸式表達(dá)了生物反應(yīng)處理器內(nèi) 微生物的凈增長(zhǎng)和底物降解之間的基本關(guān)系 亦可稱廢水微生物處理工程基本數(shù)學(xué)模式 或 反應(yīng)器動(dòng)力學(xué) 物料平衡 如何建立物料平衡方程 關(guān)鍵步驟 第一步 確定處理系統(tǒng)的組成第二步 必須確定控制單元第三步 建立某一種物質(zhì)組分物料平衡方程總原則 一個(gè)物料方程只能針對(duì)一種成分 反應(yīng)器動(dòng)力學(xué) 物料平衡 Q Qin Qout QpQ 控制單元內(nèi)物質(zhì)累積速率Qin 物質(zhì)流進(jìn)速率Qout 物質(zhì)流進(jìn)速率Qp 物質(zhì)產(chǎn)生速率 控制單元內(nèi)某成分物料平衡總方程 Qin Qout Qp 某控制單元內(nèi)某組分物料圖 間歇反應(yīng)器動(dòng)力學(xué)模型 Q Qin Qout Qp其中Qin 0 Qout 0 以反應(yīng)器中底物降解與微生物生長(zhǎng)為例 Qin Qout Qproduce 某控制單元內(nèi)某組分物料圖 控制單元內(nèi)只需考慮反應(yīng)器內(nèi)部底物的降解和微生物積累 無(wú)外源添加或排出 間歇反應(yīng)器污染物降解與微生物增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型 微生物增長(zhǎng)模型 其中 max為最大比生長(zhǎng)速率 T 1 K為微生物生長(zhǎng)速率為最大比生長(zhǎng)速率1 2時(shí)的基質(zhì)濃度 g L b為微生物內(nèi)源衰減速率 間歇反應(yīng)器動(dòng)力學(xué)模型 從底物S降解和微生物Xa增長(zhǎng)方程 可以看出兩者均隨時(shí)間t變化 同時(shí)又相互依賴 由于Monod方程為非線性方向 無(wú)法得到底物S或微生X與反應(yīng)t分析解 底物降解 微生物增長(zhǎng) 間歇反應(yīng)器底物降解動(dòng)力學(xué)模型求解 根據(jù)邊界條件 S 0 S0 Xa 0 Xa0 可得出污水間歇處理系統(tǒng)中反應(yīng)時(shí)間t 底物濃度S函數(shù)關(guān)系圖 S t關(guān)系太過(guò)復(fù)雜 污水間歇處理系統(tǒng)中 初始微生物接種濃度Xa0對(duì)微生物生長(zhǎng)和底物降解影響顯著接種污泥初始濃度過(guò)低 可顯著增加污水凈化所需時(shí)間 從而增大整個(gè)反應(yīng)器體積和造價(jià) 間歇反應(yīng)器底物降解動(dòng)力學(xué)模型求解 40 第三節(jié)活性污泥法的發(fā)展 活性污泥法典型工藝組成 典型好氧活性污泥法處理工藝流程 工藝主要組成部分及功能 1 生化反應(yīng)池 通過(guò)生化池中的微生物群落 活性污泥 多種物理 吸附 絡(luò)合 沉淀 或生長(zhǎng)代謝 主要化能異養(yǎng) 化能自養(yǎng) 實(shí)現(xiàn)廢水中有機(jī)物降解去除 2 供氣或曝氣系統(tǒng) 由曝氣風(fēng)機(jī)或曝氣器為微生物呼吸作用提供足夠的溶解氧 是整個(gè)工藝的主要能耗部分 3 沉淀 回流系統(tǒng) 1 進(jìn)行泥水分離 保證出水水質(zhì) 2 保證回流污泥 維持曝氣池內(nèi)的污泥濃度 43 封閉環(huán)流式 序批式 活性污泥法曝氣反應(yīng)池的基本形式 其他曝氣池基本上是這四種池型的組合或變形 44 1 推流式曝氣池 工藝流程 見(jiàn)p107 水流 推流型底物濃度分布 進(jìn)口最高 沿池長(zhǎng)逐漸降低 出口端最低 理想推流 橫斷面上濃度均勻 縱向無(wú)摻混 45 根據(jù)橫斷面上的水流情況 可分為 平流推移式 旋轉(zhuǎn)推移式 46 46 推流式曝氣池 47 47 推流式曝氣池 48 2 完全混合曝氣池 池形 根據(jù)和沉淀池的關(guān)系 圓形 方形 矩形 分建式 合建式 49 50 污水與回流污泥在進(jìn)入曝氣池后 立即與池中的混合液完全混合池中微生物的種類和濃度 底物濃度需氧速率各點(diǎn)相同 與推流式不同 對(duì)沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)能力 出水水質(zhì)不及傳統(tǒng)法 完全混合法的特征 完全混合法 51 51 曝氣池的三種池型 52 52 機(jī)械曝氣完全混合曝氣池 53 53 鼓風(fēng)曝氣完全混合曝氣池 54 54 局部完全混合推流式曝氣池 55 55 3 封閉環(huán)流式反應(yīng)池 結(jié)合了推流和完全混合兩種流態(tài)與推流式的區(qū)別 污水有40 300次循環(huán) 56 4 序批式反應(yīng)池 SBR SBR工藝的基本運(yùn)行模式由進(jìn)水 反應(yīng) 沉淀 出水和閑置五個(gè)基本過(guò)程組成 從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個(gè)周期 在每個(gè)周期里上述過(guò)程都是在一個(gè)設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行的 57 1 工藝系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單 不設(shè)二沉池 曝氣池兼具二沉池的功能 無(wú)污泥回流設(shè)備 2 耐沖擊負(fù)荷 在一般情況下 包括工業(yè)污水處理 無(wú)需設(shè)置調(diào)節(jié)池 3 反應(yīng)推動(dòng)力大 易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質(zhì) 4 運(yùn)行操作靈活 通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)各單元操作的狀態(tài)可達(dá)到脫氮除磷的效果 5 污泥沉淀性能好 SVI值較低 能有效地防止絲狀菌膨脹 6 該工藝的各操作階段及各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)可通過(guò)計(jì)算機(jī)加以控制 便于自控運(yùn)行 易于維護(hù)管理 序批式活性污泥法 SBR法 SBR工藝與連續(xù)流活性污泥工藝相比的優(yōu)點(diǎn) 58 1 容積利用率低 2 水頭損失大 3 出水不連續(xù) 4 峰值需氧量高 5 設(shè)備利用率低 6 運(yùn)行控制復(fù)雜 7 不適用于大水量 序批式活性污泥法 SBR法 SBR工藝的缺點(diǎn) 59 傳統(tǒng)活性污泥法漸減曝氣分步曝氣完全混合法淺層曝氣深層曝氣高負(fù)荷曝氣或變形曝氣克勞斯法延時(shí)曝氣接觸穩(wěn)定法氧化溝純氧曝氣活性污泥生物濾池 ABF工藝 吸附 生物降解工藝 AB法 序批式活性污泥法 SBR法 二 活性污泥法的發(fā)展和演變 有機(jī)物去除和氨氮硝化 60 一般采用3 5條廊道 充氧設(shè)備沿池長(zhǎng)均勻分布 在推流式的傳統(tǒng)曝氣池中 混合液的需氧量在長(zhǎng)度方向是逐步下降的 前半段氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 后半段供氧量超過(guò)需要 而充氧設(shè)備沿池長(zhǎng)均勻分布 易受沖擊負(fù)荷的影響 適應(yīng)水質(zhì)水量變化的能力差 污泥進(jìn)入池后不能立即與混合液充分混合 1 傳統(tǒng)推流式 61 62 2 漸減曝氣 特征 充氧設(shè)備沿池長(zhǎng)布置與需氧量匹配 節(jié)能 63 在推流式的傳統(tǒng)曝氣池中 混合液的需氧量在長(zhǎng)度方向是逐步下降的 實(shí)際情況是 前半段氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 后半段供氧量超過(guò)需要 漸減曝氣的目的就是合理地布置擴(kuò)散器 使布?xì)庋爻套兓?而總的空氣量不變 這樣可以提高處理效率 漸減曝氣 64 特征 把入流的一部分從池端引入到池的中部分點(diǎn)進(jìn)水 優(yōu)點(diǎn) 均衡了污染負(fù)荷和需氧率提高了耐沖擊負(fù)荷的能力 3 階段曝氣 分步曝氣 階段曝氣示意圖 65 部分污水廠只需要部分處理 因此產(chǎn)生了高負(fù)荷曝氣法 曝氣池構(gòu)造與傳統(tǒng)推流式相同 曝氣時(shí)間比較短 約為1 5 3h BOD5處理效率僅約70 75 左右 活性污泥處于旺盛生長(zhǎng)期 4 高負(fù)荷曝氣 改良曝氣 66 延時(shí)曝氣的特點(diǎn) 曝氣時(shí)間很長(zhǎng) 達(dá)24h甚至更長(zhǎng) MLSS較高 達(dá)到3000 6000mg L 活性污泥在時(shí)間和空間上部分處于內(nèi)源呼吸狀態(tài) 剩余污泥主要是一些難于生物降解的微生物內(nèi)源代謝殘留物 少而穩(wěn)定 無(wú)需消化 可直接排放 適用于污水量很小的場(chǎng)合 近年來(lái) 國(guó)內(nèi)小型污水處理系統(tǒng)多有使用 耐沖擊負(fù)荷 無(wú)需初沉池 缺點(diǎn) 池體積大 基建費(fèi)運(yùn)行費(fèi)高 5 延時(shí)曝氣 67 67 68 6 接觸穩(wěn)定法 吸附再生法 混合液曝氣過(guò)程中第一階段BOD5的下降是由于吸附作用造成的 對(duì)于溶解的有機(jī)物 吸附作用不大或沒(méi)有 因此 把這種方法稱為接觸穩(wěn)定法 也叫吸附再生法 間隔較短時(shí)間測(cè)得的曲線 下降由吸附引起 間隔較長(zhǎng)時(shí)間測(cè)得的曲線 69 直接用于原污水的處理比用于初沉池的出流處理效果好 可省去初沉池 此方法接觸時(shí)間短 氨氮難硝化 不適于處理溶解性有機(jī)污染物廢水 剩余污泥量多 接觸穩(wěn)定法 混合液的曝氣完成了吸附作用 回流污泥的曝氣完成了污泥再生 回流污泥的曝氣使污泥再生 曝氣的同時(shí)吸附 70 7 吸附 生物降解工藝 AB法 71 特征 分為預(yù)處理段 A級(jí)和B級(jí)三段 無(wú)初沉池A級(jí)以高負(fù)荷或超高負(fù)荷運(yùn)行 B級(jí)以低負(fù)荷運(yùn)行 A級(jí)曝氣池停留時(shí)間短 30 60min B級(jí)停留時(shí)間2 4h 該系統(tǒng)不設(shè)初沉池 A級(jí)曝氣池是一個(gè)開放性的生物系統(tǒng) A B兩級(jí)各自有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng) 兩級(jí)的污泥互不相混 處理效果穩(wěn)定 具有抗沖擊負(fù)荷和pH變化的能力 該工藝還可以根據(jù)經(jīng)濟(jì)實(shí)力進(jìn)行分期建設(shè) 7 吸附 生物降解工藝 AB法 72 8 完全混合法 長(zhǎng)條形池子的完全混合法 在分步曝氣的基礎(chǔ)上 進(jìn)一步大大增加進(jìn)水點(diǎn) 同時(shí)相應(yīng)增加回流污泥并使其在曝氣池中迅速混合 長(zhǎng)條形池子中也能做到完全混合狀態(tài) 73 74 1 池液中各個(gè)部分的微生物種類和數(shù)量基本相同 生活環(huán)境也基本相同 2 入流出現(xiàn)沖擊負(fù)荷時(shí) 池液的組成變化也較小 因?yàn)轶E然增加的負(fù)荷可為全池混合液所分擔(dān) 而不是像推流中僅僅由部分回流污泥來(lái)承擔(dān) 完全混合池從某種意義上來(lái)講 是一個(gè)大的緩沖器和均和池 在工業(yè)污水的處理中有一定優(yōu)點(diǎn) 3 池液里各個(gè)部分的需氧量比較均勻 完全混合法的特征 完全混合法 75 75 9 深層曝氣 深井曝氣法處理流程 深井曝氣池簡(jiǎn)圖 76 76 一般深層曝氣池直徑約1 6m 水深約10 20m 但深井曝氣法深度可達(dá)150 300m 節(jié)省了用地面積 在深井中可利用空氣作為動(dòng)力 促使液流循環(huán) 深井曝氣法中 活性污泥經(jīng)受壓力變化較大 實(shí)踐表明這時(shí)微生物的活性和代謝能力并無(wú)異常變化 但合成和能量分配有一定的變化 深井曝氣池內(nèi) 氣液紊流大 液膜更新快 促使KLa值增大 同時(shí)氣液接觸時(shí)間延長(zhǎng) 溶解氧的飽和度也隨深度的增加而增加 需解決的問(wèn)題 當(dāng)井壁腐蝕或受損時(shí) 污水可能會(huì)通過(guò)井壁滲透 污染地下水 深層曝氣 普通曝氣池經(jīng)濟(jì)深度 5 6m 占地面積大 77 純氧代替空氣 可以提高生物處理的速度 純氧曝氣池的構(gòu)造見(jiàn)右圖 10 純氧曝氣 缺點(diǎn) 純氧發(fā)生器容易出現(xiàn)故障 裝置復(fù)雜 運(yùn)轉(zhuǎn)管理較麻煩 在密閉的容器中 溶解氧的飽和度可提高 氧溶解的推動(dòng)力也隨著提高 氧傳遞速率增加了 因而處理效果好 污泥的沉淀性也好 純氧曝氣并沒(méi)有改變活性污泥或微生物的性質(zhì) 但使微生物充分發(fā)揮了作用 采用密閉池 78 79 氧化溝是延時(shí)曝氣法的一種特殊形式 它的池體狹長(zhǎng) 池深較淺 在溝槽中設(shè)有表面曝氣裝置 曝氣裝置的轉(zhuǎn)動(dòng) 推動(dòng)溝內(nèi)液體迅速流動(dòng) 具有曝氣和攪拌兩個(gè)作用 溝中混合液流速約為0 3 0 6m s 使活性污泥呈懸浮狀態(tài) 5 15min完成一次循環(huán) 廊道水流呈推流式 但總體接近完全混合反應(yīng)器 12 氧化溝 80 81 13 淺層曝氣 特點(diǎn) 氣泡形成和破裂瞬間的氧傳遞速率是最大的 在水的淺層處用大量空氣進(jìn)行曝氣 就可以獲得較高的氧傳遞速率 1953年派斯維爾 Pasveer 的研究 氧在10 靜止水中的傳遞特征 如下圖所示 82 淺層曝氣 擴(kuò)散器的深度以在水面以下0 6 0 8m范圍為宜 可以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用 動(dòng)力效率可達(dá)1 8 2 6kg O2 kW h 可以用一般的離心鼓風(fēng)機(jī) 淺層曝氣與一般曝氣相比 空氣量增大 但風(fēng)壓僅為一般曝氣的1 4 1 6左右 約10kPa 故電耗略有下降 曝氣池水深一般3 4m 深寬比1 0 1 3 氣量比30 40m3 m3H2O h 淺層池適用于中小型規(guī)模的污水廠 由于布?xì)庀到y(tǒng)進(jìn)行維修上的困難 沒(méi)有得到推廣利用 83 14 活性污泥生物濾池 ABF工藝 上圖為ABF的流程 在通常的活性污泥過(guò)程之前設(shè)置一個(gè)塔式濾池 它同曝氣池可以是串聯(lián)或并聯(lián)的 84 塔式濾池濾料表面附著很多的活性污泥 因此濾料的材質(zhì)和構(gòu)造不同于一般生物濾池 濾池也可以看作采用表面曝氣特殊形式的曝氣池 塔是一外置的強(qiáng)烈充氧器 因而ABF可以認(rèn)為是一種復(fù)合式活性污泥法 活性污泥生物濾池 ABF工藝 85 15 序批式活性污泥法 SBR法 SBR工藝的基本運(yùn)行模式由進(jìn)水 反應(yīng) 沉淀 出水和閑置五個(gè)基本過(guò)程組成 從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個(gè)周期 在每個(gè)周期里上述過(guò)程都是在一個(gè)設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行的 86 1 工藝系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單 不設(shè)二沉池 曝氣池兼具二沉池的功能 無(wú)污泥回流設(shè)備 2 耐沖擊負(fù)荷 在一般情況下 包括工業(yè)污水處理 無(wú)需設(shè)置調(diào)節(jié)池 3 反應(yīng)推動(dòng)力大 易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質(zhì) 4 運(yùn)行操作靈活 通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)各單元操作的狀態(tài)可達(dá)到脫氮除磷的效果 5 污泥沉淀性能好 SVI值較低 能有效地防止絲狀菌膨脹 6 該工藝的各操作階段及各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)可通過(guò)計(jì)算機(jī)加以控制 便于自控運(yùn)行 易于維護(hù)管理 序批式活性污泥法 SBR法 SBR工藝與連續(xù)流活性污泥工藝相比的優(yōu)點(diǎn) 87 1 容積利用率低 2 水頭損失大 3 出水不連續(xù) 4 峰值需氧量高 5 設(shè)備利用率低 6 運(yùn)行控制復(fù)雜 7 不適用于大水量 序批式活性污泥法 SBR法 SBR工藝的缺點(diǎn) 88 第四節(jié)氣體傳遞原理和曝設(shè)備 89 活性污泥 引起吸附和氧化分解作用 有機(jī)物 是處理對(duì)象 也是微生物的食料 溶解氧 沒(méi)有充足的溶解氧 好氧微生物既不能生存 也不能發(fā)揮氧化分解作用 90 一 氣體傳遞原理 雙膜理論 認(rèn)為在氣液界面存在著二層做層流流動(dòng)的膜 氣膜和液膜 傳質(zhì)阻力僅存于這兩層膜 氣液界面達(dá)到平衡態(tài) 無(wú)阻力 傳質(zhì)推動(dòng)力氣膜 氧分壓差液膜 氧濃度差 氧的傳質(zhì)阻力主要在液膜上 故液膜內(nèi)的氧的傳質(zhì)是控制步驟 91 在廢水生物處理系統(tǒng)中 氧的傳遞速率可用下式表示 式中 dM dt 氧傳遞率 M 氧的質(zhì)量 D 液膜中氧的擴(kuò)散系數(shù) A 氣液接觸面的面積 cs 氧在溶液中的飽和濃度 c 溶液中溶解氧的濃度 而dM Vdc V為液相主體體積 則上式可改寫成 為液膜中氧分子的傳質(zhì)系數(shù) 表示氧分子的總傳質(zhì)系數(shù) 為氧轉(zhuǎn)移速率 液相中溶解氧濃度變化速率 氧傳遞率 單位時(shí)間通過(guò)氣液界面的氧的質(zhì)量 92 由此上式變?yōu)?將上式進(jìn)行積分 可求得總的傳質(zhì)系數(shù) KLa值受污水水質(zhì)的影響 把用于清水測(cè)出的值用于污水 要采用修正系數(shù) 同樣清水的cs值要用于污水要乘以系數(shù) 因而上式變?yōu)?式中 c1 c2 t1 t2時(shí)溶液中氧的濃度 93 93 提高氧轉(zhuǎn)移速率的措施 提高KLa值提高紊流程度 降低液膜厚度 加速氣液界面的更新 微孔曝氣 增大氣液接觸面積 2 提高cs值提高氣相氧分壓 如采用純氧曝氣 深井曝氣 94 二 氧氣轉(zhuǎn)移影響因素 1 污水水質(zhì)污水中的雜質(zhì)對(duì)氧氣的轉(zhuǎn)移以及溶解度有一定影響 如表面活性物質(zhì)會(huì)形成一層膜 增加楚地阻力所以引入小于1的修正系 數(shù) 則有 95 2 水溫水溫上升 水的粘度降低 液膜厚度減小 Kla值增高 氧氣在水中的溶解度隨溫度上升而降低 溫度對(duì)氧氣轉(zhuǎn)移有二種相反的影響 但不能相互抵消 總體上 低溫有利于氧氣的轉(zhuǎn)移 96 3 氧分壓氧分壓越高 越有利于氧氣的轉(zhuǎn)移 97 曝氣的作用與曝氣方式 曝氣方式 1 鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)2 機(jī)械曝氣裝置 縱軸表面曝氣機(jī) 橫軸表面曝氣器3 鼓風(fēng) 機(jī)械曝氣系統(tǒng)4 其他 富氧曝氣 純氧曝氣 98 98 常用鼓風(fēng)機(jī)形式 99 微孔曝氣設(shè)備 圓盤式微孔擴(kuò)散器 管式微孔擴(kuò)散器 100 微孔曝氣盤 101 101 微孔曝氣管 102 102 微孔曝氣管 103 微孔曝氣設(shè)備測(cè)試 104 104 微孔曝氣設(shè)備安裝 105 105 微孔曝氣設(shè)備的運(yùn)行狀況 106 可變微孔曝氣器安裝 107 五龍口二期 108 機(jī)械曝氣 表面曝氣機(jī) 109 機(jī)械曝氣 表面曝氣機(jī) 曝氣的效率取決于 曝氣機(jī)的性能曝氣池的池形 這類曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與水面平行 主要用于氧化溝 豎式曝氣機(jī) 臥式曝氣刷 110 110 曝氣轉(zhuǎn)刷 111 112 112 測(cè)試中的曝氣轉(zhuǎn)碟 113 第五節(jié)去除有機(jī)污染物的活性污泥法過(guò)程設(shè)計(jì) 114 114 活性污泥系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 根據(jù)進(jìn)出水質(zhì)的要求確定以下內(nèi)容 1 工藝流程選擇 2 曝氣池容積和構(gòu)筑物尺寸的確定 3 二沉池澄清區(qū) 污泥區(qū)的工藝設(shè)計(jì) 4 供氧系統(tǒng)設(shè)計(jì) 供氧量 曝氣設(shè)備選擇 5 污泥回流設(shè)備設(shè)計(jì) 剩余污泥量 主要依據(jù) 水質(zhì)水量資料生活污水或生活污水為主的城市污水 成熟設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)工業(yè)廢水 試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)參數(shù) 115 污泥泥齡法 由于當(dāng)前兩種形式的曝氣池實(shí)際效果差不多 因而完全混合的計(jì)算模式也可用于推流式曝氣池的計(jì)算 116 有機(jī)物負(fù)荷的兩種表示方法 117 1 有機(jī)負(fù)荷法 118 定義 指單位質(zhì)量活性污泥 干重 在單位時(shí)間內(nèi)所能夠接受 并將其降解到某一規(guī)定額數(shù)的BOD5量 即 式中 Ls 污泥負(fù)荷率 kgBOD5 kgMLVSS d Q 與曝氣時(shí)間相當(dāng)?shù)钠骄M(jìn)水流量 m3 d S0 曝氣池進(jìn)水的平均BOD5值 mg L X 曝氣池中的污泥濃度 MLSS或MLVSS mg L 1 污泥負(fù)荷 污泥負(fù)荷率 119 1 含義 對(duì)于一定量的基質(zhì) 達(dá)到一定處理效率所需要的微生物的量 對(duì)于一定進(jìn)水濃度的污水 S0 只有合理選擇污泥濃度 X 和恰當(dāng)?shù)奈勰嘭?fù)荷Ls才能達(dá)到指定的處理效率 污泥負(fù)荷決定活性污泥的生長(zhǎng)階段 Ls決定活性污泥的凝聚 沉降和系統(tǒng)的處理效率 1 污泥負(fù)荷 120 2 曝氣池容積計(jì)算 由Ls的定義式 按 室外排水規(guī)范 的規(guī)定 式中 Se 曝氣池出水的平均BOD5值 mg L X 曝氣池中的污泥濃度 MLSS或MLVSS mg L 121 指曝氣池的單位容積 在單位時(shí)間內(nèi)所能夠接受 并將其降解到某一規(guī)定額數(shù)的BOD5的質(zhì)量 即 式中 Lv 容積負(fù)荷 kg BOD5 m3 d 2 容積負(fù)荷 實(shí)際計(jì)算 對(duì)于某些工業(yè)污水 試驗(yàn)確定X Ls Lv污泥負(fù)荷法應(yīng)用方便 但需要一定的經(jīng)驗(yàn) 第七節(jié)活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的深化 122 水質(zhì)特征的表征1 污水中C成分分析2 污水中N的組成3 污水中固體顆粒組成活性污泥法模型 123 124 第九節(jié)活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計(jì) 運(yùn)行與管理 125 水力負(fù)荷有機(jī)負(fù)荷微生物濃度曝氣時(shí)間微生物平均停留時(shí)間 MCRT 氧傳遞速率 回流污泥濃度污泥回流比曝氣池的構(gòu)造pH和堿度溶解氧濃度污泥膨脹及其控制 126 流向污水廠的流量變化 一 水力負(fù)荷 127 水力負(fù)荷的變化影響活性污泥法系統(tǒng)的曝氣池和二次沉淀池 當(dāng)流量增大時(shí) 污水在曝氣池內(nèi)的停留時(shí)間縮短 影響出水質(zhì)量 同時(shí)影響曝氣池的水位 若為機(jī)械表面曝氣機(jī) 由于水面的變化 它的運(yùn)行就變得不穩(wěn)定 對(duì)二次沉淀池造成水力沖擊影響 一 水力負(fù)荷 128 二 有機(jī)負(fù)荷率N 污泥負(fù)荷率N和MLSS的設(shè)計(jì)值采用得大一些 曝氣池所需的體積可以小一些 但出水水質(zhì)要降低 而且使剩余污泥量增多 增加了污泥處置的費(fèi)用和困難 同時(shí) 整個(gè)處理系統(tǒng)較不耐沖擊 造成運(yùn)行中的困難 為避免剩余污泥處置上的困難和保持污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠 可以采用低的污泥負(fù)荷率 0 1 把曝氣池建得很大 這就是延時(shí)曝氣法 曝氣區(qū)容積的計(jì)算 設(shè)計(jì)中要考慮的主要問(wèn)題是如何確定污泥負(fù)荷率N和MLSS的設(shè)計(jì)值 129 129 三 微生物濃度 在設(shè)計(jì)中采用高的MLSS并不能提高效益 原因如下 130 四 曝氣時(shí)間 在通常情況下 城市污水的最短曝氣時(shí)間為3h 這與滿足曝氣池需氧速率有關(guān) 131 五 微生物平均停留時(shí)間 MCRT 又稱泥齡 微生物平均停留時(shí)間至少等于水力停留時(shí)間 此時(shí) 曝氣池內(nèi)的微生物濃度很低 大部分微生物是充分分散的 微生物的停留時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng) 促使微生物能很好地絮凝 以便重力分離 但不能過(guò)長(zhǎng) 過(guò)長(zhǎng)反而會(huì)使絮凝條件變差 微生物平均停留時(shí)間還有助于說(shuō)明活性污泥中微生物的組成 世代時(shí)間長(zhǎng)于微生物平均停留時(shí)間的那些微生物幾乎不可能在該活性污泥中繁殖 132 六 氧傳遞速率 氧傳遞速率要考慮二個(gè)過(guò)程 要提高氧的傳遞速率 133 七 回流污泥濃度 回流污泥濃度是活性污泥沉降特性和回流污泥回流速率的函數(shù) 按右圖進(jìn)行物料衡算 可推得下列關(guān)系式 式中 X 曝氣池中的MLSS mg L XR 回流污泥的懸浮固體濃度 mg L R 污泥回流比 根據(jù)上式可知 曝氣池中的MLSS不可能高于回流污泥濃度 兩者愈接近 回流比愈大 限制MLSS值的主要因素是回流污泥的濃度 134 134 衡量活性污泥的沉降濃縮特性的指標(biāo) 它是指曝氣池混合液沉淀30min后 每單位質(zhì)量干泥形成的濕泥的體積 常用單位是mL g 1 在曝氣池出口處取混合液試樣 2 測(cè)定MLSS g L 3 把試樣放在一個(gè)1000mL的量筒中沉淀30min 讀出活性污泥的體積 mL 4 按下式計(jì)算 活性污泥體積指數(shù)SVI SVI的測(cè)定 七 回流污泥濃度 135 八 污泥回流率 高的污泥回流率增大了進(jìn)入沉淀池的污泥流量 增加了二沉池的負(fù)荷 縮短了沉淀池的沉淀時(shí)間 降低了沉淀效率 使未被沉淀的固體隨出流帶走 活性污泥回流率的設(shè)計(jì)應(yīng)有彈性 并應(yīng)操作在可能的最低流量 這為沉淀池提供了最大穩(wěn)定性 136 九 曝氣池的構(gòu)造 推流式曝氣池 完全混合式曝氣池 137 十 pH和堿度 138 十一 溶解氧濃度 通常溶解氧濃度不是一個(gè)關(guān)鍵因素 除非溶解氧濃度跌落到接近于零 只要細(xì)菌能獲得所需要的溶解氧來(lái)進(jìn)行代謝 其代謝速率就不受溶解氧的影響 一般認(rèn)為混合液中溶解氧濃度應(yīng)保持在0 5 2mg L 以保證活性污泥系統(tǒng)的正常運(yùn)行 過(guò)分的曝氣使氧濃度得到提高 但由于紊動(dòng)過(guò)于劇烈 導(dǎo)致絮狀體破裂 使出水濁度升高 特別是對(duì)于好氧速度不快而泥齡偏長(zhǎng)的系統(tǒng) 強(qiáng)烈混合使破碎的絮狀體不能很好地再凝聚 139 十二 污泥膨脹及其控制 正常的活性污泥沉降性能良好 其污泥體積指數(shù)SVI在50 150之間 當(dāng)活性污泥不正常時(shí) 污泥不易沉淀 反映在SVI值升高 混合液在1000mL量筒中沉淀30min后 污泥體積膨脹 上層澄清液減少 這種現(xiàn)象稱為活性污泥膨脹 活性污泥膨脹可分為 140 絲狀菌性膨脹 當(dāng)污泥中有大量絲狀菌時(shí) 大量有一定強(qiáng)度的絲狀體相互支撐 交錯(cuò) 大大惡化了污泥的沉降 壓縮性能 形成了污泥膨脹 141 絲狀菌性膨脹的主要因素 142 絲狀菌性膨脹的主要因素 污水水質(zhì) 運(yùn)行條件 工藝方法 143 143 絲狀菌性膨脹的主要因素 污水水質(zhì) 運(yùn)行條件 工藝方法 144 非絲狀菌性膨脹 非絲狀菌性膨脹主要發(fā)生在污水水溫較低而污泥負(fù)荷太高時(shí) 微生物的負(fù)荷高 細(xì)菌吸收了大量的營(yíng)養(yǎng)物 但由于溫度低 代謝速度較慢 就積貯起大量高黏性的多糖類物質(zhì) 這些多糖類物質(zhì)的積貯 使活性污泥的表面附著水大大增加 使污泥形成污泥膨脹 發(fā)生污泥非絲狀菌性膨脹時(shí) 處理效率仍很高 上清液也清澈 145 在運(yùn)行中 如發(fā)生污泥膨脹 針對(duì)膨脹的類型和絲狀菌的特性 可采取的抑制措施 146 146 在設(shè)計(jì)時(shí) 對(duì)于容易發(fā)生污泥膨脹的污水 可以采用以下一些方法