污水的生物處理-活性污泥法

污水的生物處理-活性污泥法,第一節(jié)：基本概念,課件制作：劉雷,什么是活性污泥？,由細菌、菌膠團、原生動物、后生動物等微生物群體及吸附的污水中有機性及無機性物質(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。,活性污泥的性質(zhì),顏色,黃褐色,狀態(tài),似礬花絮絨顆粒,味道,土腥味,比重,曝氣池混合液：1.002-1.003；回流污泥：1.004-1.006,粒徑,0.02-0.2mm,比表面積,20-100cm2/mL,四個組成部分：活性微生物群體(Ma)內(nèi)源呼吸的殘留物(Me)吸附的難降解有機物(Mi)吸附的無機物(Mii)。,其細菌以異養(yǎng)型的原核細菌為主(107109個/L)，優(yōu)勢菌屬有產(chǎn)堿桿菌屬、芽孢桿菌屬、黃桿菌屬、動膠桿菌屬、假單胞菌屬、叢毛單胞菌屬、大腸埃氏桿菌屬等，其中一些細菌可分泌黏性物質(zhì)構成活性菌群；活性污泥中的真菌是腐生或寄生的絲狀菌，具分解脂肪、蛋白質(zhì)及其他含氮化合物的功能；肉足類、鞭毛類、纖毛類是常見的三類原生動物，以細菌為食，其種類鑒別可間接判斷水處理的效果。,活性污泥的評價方法：MLSS（混合液懸浮固體濃度）：g/L或mg/L；通常用于代表曝氣池中微生物濃度，MLSS=Ma+Me+Mi+Mii；（MLVSS=Ma+Me+Mi，一般MLVSS/MLSS0.650.85）SV（污泥沉降比）：；用于工藝管理，表明曝氣池中的污泥的量與性質(zhì)；SVI（污泥體(容)積指數(shù)），mL/g；用于評價污泥沉淀性能；c（污泥齡，污泥在曝氣中的平均停留時間）：d；,一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥；,二是廢水中的有機物，它是處理對象，也是微生物的食料；,三是溶解氧，沒有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存也不能發(fā)揮氧化分解作用。,活性污泥法處理污水的機理分析,活性污泥降解有機物的過程。,第二節(jié)：活性污泥法的發(fā)展和演變,課件制作：劉雷,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荷曝氣或變型曝氣克勞斯法延時曝氣接觸穩(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）,活性污泥法的多種運行方式,有機物去除和氨氮硝化,傳統(tǒng)活性污泥法及其演變。,傳統(tǒng)活性污泥法多為推流式，有單廊道及多廊道形式，一般進口高于液面下，由進水閘板控制，出水用溢流堰或淹沒孔控制，廊道長一般在5070m，最長可達100m，有效水深46m；寬深比為12；長寬比為510。曝氣池內(nèi)溶解氧、回流污泥量及剩余污泥排放量是活性污泥法系統(tǒng)運行中的三個主要控制參數(shù)。,吸附-再生法、吸附-降解(AB)法及其演變。,對于吸附再生法，吸附段接觸時間為3060min，再生時間為36h；當處理城市污水時，吸附區(qū)的容積不應小于總?cè)莘e的1/4；吸附池的水力停留時間不小于30min。需注意的是其出水水質(zhì)較差，同時當有機物以溶解性BOD為主時不宜采用此法；AB法通常包括吸附段的A段曝氣池中沉池及降解段的B段曝氣池終沉池組成。一般A段的污泥BOD有機負荷2，水力停留時間為2030min，MLSS在23g/L，SVI在50左右，DO在0.21.5mg/L，R為0.50.7，可去除5070的有機物。B段的污泥BOD有機負荷為0.150.3,水力停留時間為23h，MLSS在34g/L，DO在2mg/L，R為0.51，A+B段可去除90的有機物.B段采用不同的工藝可形成A-B(BAF)、A-B(A/O)、A-B(A/A/O)、A-B(SBR)、A-B(氧化溝)等不同的組合。,序批式活性污泥法(SBR)及其演變,英國學者Ardern和Locket發(fā)明了的水處理工藝。70年代初，美國NatreDame大學的R.Irvine教授采用實驗室規(guī)模對SBR工藝進行了系統(tǒng)深入的研究，并于1980年在美國環(huán)保局（EPA）的資助下，在印第安那州的Culwer城改建并投產(chǎn)了世界上第一個SBR法污水處理廠。,SBR池就是將傳統(tǒng)中的各個階段集成在同一池中按時間序列完成；典型的SBR包括進水（正常進水、限制、半限制及非限制曝氣）、反應（曝氣或曝氣攪拌等）、沉淀、排水、排泥及靜置工序，典型的運行周期一般按4/6/8/12h設定，各工序占比一般為25/35/20/15/5%。SBR按要求設置運行周期，如脫氮運行模式（進水攪拌/曝氣/攪拌/沉淀/出水/排泥）、脫磷運行模式（進水攪拌/曝氣/攪拌/沉淀+排泥/出水）、脫氮除磷運行模式（進水攪拌/曝氣/攪拌/沉淀排泥/出水）等。SBR的控制參數(shù)主要是運行時間和DO及工藝污泥負荷，如進水工序（脫磷保持厭氧，其DO1h，其他則盡可能短）、曝氣（DO2.5，時間在24h）、沉淀排水（DO0.3m/s曝氣時間（h）16h溶解氧（DO）曝氣區(qū)2mg/L;缺氧區(qū)35w/m3,處理效果：該廠1991年建成投入以來，大部分出水指標均能達到設計要求。磷的支除率比較理想（0.51），去除率90%左右；TN去除率較差，而且不穩(wěn)定。其主要原因是氧化溝流速不夠，推動力不足，使氧化溝中存在污泥沉淀，有時還比較嚴重；其次是氧化溝中供氧不足，NH3-N硝化不好，這是造成總氮去除效果差的主要原因。,其他活性污泥法,第三節(jié)：Lawrence-McCarty方程,課件制作：劉雷,LawrenceMcCarty方程是根據(jù)Monod方程建立的活性污泥法動力學關系式，目的是建立SRT與運行參數(shù)間的關系，主要由以下二個方程組成：,引申出的關系式：,曝氣池出水有機物濃度（Se）與污染齡的關系：,曝氣池微生物濃度（X）與污染齡的關系：,污泥回流比（R）與污染齡的關系：,有機物在高或低濃度時的降解關系：,活性污泥表觀產(chǎn)率（Yobs）與污染產(chǎn)率Y的關系：,常見的動力學參數(shù)：,第四節(jié)：氣體傳遞原理和曝氣池,課件制作：劉雷,通常采用的曝氣方法有兩種：(1)鼓風曝氣法和(2)機械曝氣法。有時也有用鼓風曝氣供應氧氣，而用機械進行攪拌的。這種聯(lián)合使用鼓風和機械曝氣的方法，可以提高充氧能力，適用于濃度較高的廢水。,衡量曝氣設備效能的指標有動力效率(Ep)和氧的轉(zhuǎn)移效率(EA)或充氧能力。動力效率是指一度電所能轉(zhuǎn)移到液體中去的氧量(公斤/千瓦時)，氧轉(zhuǎn)移效率是指鼓風曝氣轉(zhuǎn)移到液體中的氧占所供給的百分數(shù)(%)，而充氧能力則指機械曝氣在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移到液體中的氧量(公斤/時)。良好的曝氣設備應當具有較高的動力效率和氧轉(zhuǎn)移效率(或充氧能力)。,機械曝氣和鼓風曝氣的比較,對于較小的曝氣池，機械曝氣裝置確能減少動力費用，并省去鼓風曝氣所需的空氣管道系統(tǒng)和鼓風機等設備，另外維護管理也較方便，但裝置的轉(zhuǎn)速高，所需動力隨池子的加大而迅速增大，并且由于廢水的曝氣借助于機械攪動水面與空氣接觸而吸收氧氣，所以機械曝氣常需較大的面積。此外如有大量泡沫產(chǎn)生，則可能影響充氧能力。鼓風曝氣供應空氣的伸縮性較大，曝氣效果較好，一般用于較大的曝氣池。,第五節(jié)：活性污泥法的設計計算,課件制作：劉雷,活性污泥系統(tǒng)工藝設計,應把整個系統(tǒng)作為整體來考慮，包括曝氣池、二沉池、曝氣設備、回流設備等，甚至包括剩余污泥的處理處置。,主要設計內(nèi)容：1工藝流程選擇；2曝氣池容積和構筑物尺寸的確定；3二沉池澄清區(qū)、污泥區(qū)的工藝設計；4供氧系統(tǒng)設計；5污泥回流設備設計,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：成熟設計經(jīng)驗工業(yè)廢水：試驗研究設計參數(shù),工藝流程的選擇,需要調(diào)查研究和收集的基礎資料：1污水的水量水質(zhì)資料水量關系到處理規(guī)模，多種方法分析計算，注意收集率和地下水滲入量水質(zhì)決定選用的處理流程和處理程度2接納污水的對象資料3氣象水文資料4污水處理廠廠址資料廠址地形資料；廠址地質(zhì)資料5剩余污泥的出路調(diào)研,流程選擇是活性污泥設計中的首要問題，關系到日后運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟和環(huán)境效益，必須在詳盡調(diào)查的基礎上進行技術、經(jīng)濟比較，以得到先進合理的流程。,曝氣池容積和構筑物尺寸的確定,1、負荷率法：2、McCart法：3、McKinney法：,曝氣池實質(zhì)上是一個生化反應器，按水力特征可分為推流式和完全混合式以及二者結(jié)合式三大類。曝氣設備的選用和布置必須與池型和水力要求相配合。推流曝氣池長寬比一般為510m，受場地限制時，長池可以折流，廢水從一端進，另一端出，進水方式不限，出水多用溢流堰，一般采用鼓風曝氣擴散器。完全混合曝氣池平面可以是圓形、方形或矩形。曝氣設備可采用表面曝氣機，置于池的表層中心，廢水從池底中部進入。廢水一進池，即在表面曝氣機的攪拌下，立即與全池混合均勻，不象推流那樣上下段有明顯的區(qū)別。完全混合曝氣池可以和沉淀地分建或合建。,供氧系統(tǒng)設計,需氧量可根據(jù)以下幾種方式求得：1、合成系數(shù)法計算：2、工程經(jīng)驗估算：生產(chǎn)實踐表明，對于生活污水或性質(zhì)與之相近的工業(yè)廢水，每去除1kgBOD5約需12kgO2，當轉(zhuǎn)移效率為5或10%時供氣量分別為70140m3或3570m3。3、實驗測定：因鼓風曝氣的擴散設備的EA值可通過實驗求取，如果實際供氣量為W，則廢水的氧吸收率(氧轉(zhuǎn)移效率)為：EA=R0/W100%，當采用空氣曝氣時，上式中W=G21%1.43=0.3G(kg/h)，G為總供氣量。,補充曝氣設備設計,補充：純理論計算方式：,各系數(shù)說明：氨化作用：氧化1kg氨氮需4.57kg氧，故b=4.57(總凱氏氮含有機氮和氨氮，但氨化過程不變)；反硝化過程氧回收率為0.62；細菌氧化按C5H7NO2表示，則氧當量為1.42kgO2/kgMLVSS；,補充曝氣設備設計,例：已知平均設計流量=0.32m3/s，最大設計流量0.80m3/s，進水BOD5=240mg/L，TSS=280mg/L，出水BOD520mg/L，TSS24mg/L，水溫為20，操作參數(shù)和動力學參數(shù)如下：MLVSS=2.4g/L，MLVSS/MLSS=0.8，污泥齡為10d，BOD5/BODu=0.67，Y=0.5mgVSS/mgBOD5，Kd=0.06/d，回流系統(tǒng)中的TSS=9.3g/L;假設(1)BOD5和TSS在初沉池中的去除率分別為33%和67%；(2)出水中SS的生物可降解量為63%；(3)二沉池固體通量取31.2kg/(m2d)；試設計一個完全混合活性污泥處理系統(tǒng)。,解：1、計算一級出水的BOD、TSS；2、計算出水中溶解性BOD，S0；3、計算曝氣池的容積；確定各部分尺寸；4、計算剩余污泥量，估算每日污泥產(chǎn)生量；5、計算活性污泥的回流比（污泥的物料平衡）；6、校核：水力停留時間、污泥負荷；7、計算理論需氧量并計算空氣需求量（氧轉(zhuǎn)移效率及安全系數(shù)自定）；8、利用固體通量法計算二沉池的面積，利用表面溢流率進行校核；9、計算所需濃縮區(qū)的深度及污泥貯存區(qū)的深度，確定總高度并按水力停留時間進行校核。,第六節(jié)：活性污泥法系統(tǒng)設計和運行中的一些重要問題,課件制作：劉雷,水力負荷有機負荷微生物濃度曝氣時間微生物平均停留時間（MCRT）氧傳遞速率回流污泥濃度回流污泥率曝氣池的構造10.pH和堿度11.溶解氧濃度12.污泥膨脹及其控制,1、負荷,在活性污泥法中，一般將有機底物與活性污泥的重量比值(F/M)，也即單位重量活性污泥(kgMLSS)或單位體積曝氣池(m3)在單位時間(d)內(nèi)所承受的有機物量(kgBOD)，稱為污泥負荷，常用L表示。L=QS0/Vx，式中Q、S0和V分別代表廢水流量、BOD濃度和曝氣池容積。有時，為了表示有機物的去除情況，也采用去除負荷Lr，即單位重量活性污泥在單位時間所去除的有機物重量：Lr=Q(S0-Se)/Vx=L，式中Se和分別表示出水的底物濃度和處理效率。,污泥負荷與廢水處理效率、活性污泥特性、污泥生成量、氧的消耗量有很大關系，污泥負荷與污泥的沉降性能之間也具有一定的關系。,2、微生物量,污泥沉降比(SV)指一定量的曝氣池混合液靜置30min后，沉淀污泥與原混合液的體積比(用百分數(shù)表示)，即污泥沉降比=混合液經(jīng)30min靜置沉淀后的污泥體積/混合液體積。污泥濃度指1升混合液內(nèi)所含的懸浮固體(常表示為MLSS)或揮發(fā)性懸浮固體(MLVSS)的重量，單位為g/L或mg/L。污泥體積指數(shù)(SVI，有時也稱污泥指數(shù)SI)指曝氣池混合液經(jīng)30min沉淀后，1克干污泥所占有沉淀污泥容積的毫升數(shù)，單位為ml/g，但一般不標注。,3、MCRT,污泥齡常稱平均細胞停留時間(MCRT)或稱污泥滯留時間(SRT)。污泥齡定義為每日新增的污泥平均停留在曝氣池中的天數(shù)，也就是曝氣池全部活性污泥平均更新一次所需的時間，或工作著的活性污泥總量同每日排放的剩余污泥量的比值(單位：d)。,4、生物相,活性污泥中出現(xiàn)的生物是普通的微生物，主要是細菌、放線菌、真菌、原生動物和少數(shù)其他微型動物。在正常情況下，細菌主要以菌膠團形式存在，游離細菌僅出現(xiàn)在未成熟的活性污泥中，也可能出現(xiàn)在廢水處理條件變化(如毒物濃度升高、PH值過高或過低等)使菌膠團解體時。所以，游離細菌多是活性污泥處于不正常狀態(tài)的特征。除了菌膠團外，成熟的活性污泥中還常常存在絲狀菌，在正常時，其絲狀體長度不大，活性污泥的密度略大于水。但如絲狀菌過量增殖，外延的絲狀體將纏繞在一起并粘連污泥顆粒，使絮凝體松散，密度變小，SVI值上升，造成污泥流失，這種現(xiàn)象稱為污泥膨脹。,5、活性污泥的培養(yǎng)與馴化,活性污泥可用糞便水經(jīng)曝氣培養(yǎng)而得。具體步驟是將經(jīng)過過濾的濃糞便水投人曝氣池，再用生活污水或自來水稀釋(稀釋至BOD5約200300mg/l左右)，進行連續(xù)曝氣。,馴化的方法可在進水中逐漸增加工業(yè)廢水的比例，或提高工業(yè)廢水的濃度，使微生物逐漸適應新的生活條件。開始時，工業(yè)廢水的加入量可以用曝氣池設計負荷的2040%，達到較好的處理效率后，再繼續(xù)增加(每次以增加設計負荷的1020%為宜，每次增加負荷后須待微生物適應鞏固后再繼續(xù)增加)直至滿負荷為止。,5、污泥上浮,(l).污泥膨脹：正常的活性污泥沉降性能良好，含水率一般在99左右。當活性污泥變質(zhì)時，污泥就不易沉淀，含水率上升，體積膨脹，澄清液減少，這種現(xiàn)象叫做污泥膨脹。污泥膨脹主要是由于大量絲狀細菌(特別是球衣細菌)在污泥內(nèi)繁殖，使泥塊松散，密度降低所致。其次，真菌的繁殖也會引起污泥膨脹。,(2).污泥的脫氮：當曝氣時間長或曝氣量大時，在曝氣池中將發(fā)生高度硝化作用而使混合液中含有較多的硝酸鹽(特別是當進水中含有較多的氮化合物時)。這時，在沉淀池內(nèi)可能由于反硝化而使污泥上浮。反硝化作用一般在溶解氧低于0.5mg/l時發(fā)生，氮氣上升時攜帶污泥一起升起。,(3).污泥腐化：如果操作不當，曝氣量過小，二沉池污泥可由于缺氧而腐化，即造成厭氧分解，產(chǎn)生大量氣體，促使污泥上浮。,第七節(jié)：二次沉淀池,課件制作：劉雷,二次沉淀池的功能要求,一.澄清（固液分離）,二.污泥濃縮（使回流污泥的含水率降低，回流污泥的體積減少）,剩余污泥量可用合成系數(shù)法或經(jīng)驗法估算。1).合成系數(shù)法：X=aQLr-BVX或?qū)憺閄/VX(=1/)=aQLr/VX-b，其中VX/X即為污泥齡，QLr/VX則是以有機物去除量為基礎的污泥負荷(U)。2).經(jīng)驗數(shù)據(jù)法：對于初步設計可按經(jīng)驗取得剩余污泥量，如生活污水的剩余污泥量可按每人每日產(chǎn)生18g干泥，如含水量為99.2%則約為2.2升。,二次沉淀池的設計，過去常采用一般的表面負荷法或沉淀時間法或固體通量法。這種計算方法只考慮了沉淀池的澄清分離作用，沒有考慮它的濃縮作用。這樣有時就不能保證提供有足夠濃度的回流污泥，影響活性污泥法工藝的正常運行。近年來考慮了混合液污泥濃度高，產(chǎn)生擁擠沉淀過程的特點，使設計更為合理。對于連續(xù)運行的池子，設計時可參閱高濁度水沉淀池的計算方法。所需池子的表面積取決于澄清和濃縮的能力。澄清所需的面積和濃縮所需的面積可通過靜水沉淀試驗后計算，并乘以安全系數(shù)1.3，然后取兩者中的大者作為設計表面積。池中停留時間可取1.52小時。由此即可求得沉淀池的有效深度。,謝謝,在設計中要思考的主要問題是如何確定污泥負荷和X值。對活性污泥法的認識目前還是很不夠的，還沒有確定這兩個設計值的法則，一般只憑判斷和試驗決定。對于污泥負荷主要考慮的是它對于處理效率的影響。當作為高級處理或所謂完全