第六章污水的好氧生物處理――活性污泥法

第十四章污水的好氧生物處理（二）－活性污泥法

活性污泥工藝是一種廣泛應(yīng)用而行之有效的傳統(tǒng)污水生物處理法，也是一項(xiàng)極有發(fā)展前景的污水處理技術(shù)，這體現(xiàn)在它對(duì)水質(zhì)水量的廣泛適應(yīng)性、靈活多樣的運(yùn)行方式、良好的可控制性，以及通過(guò)厭氧或缺氧區(qū)的設(shè)置使之具有脫氮除磷的效能。－－摘自一博士論文的卷首語(yǔ)起源？大自然的啟示：如果讓污水進(jìn)入天然水體，可通過(guò)水體中微生態(tài)系統(tǒng)的自?xún)艄δ艿玫教幚??；钚晕勰喾ㄊ悄７绿烊凰w的凈水過(guò)程，從本質(zhì)上與自然水體處理污水的過(guò)程相似，是自然水體凈化過(guò)程的人工強(qiáng)化。1882年就有人做向污水中鼓入空氣的試驗(yàn)；1912年美國(guó)的Lawlence研究所進(jìn)行污水曝氣試驗(yàn)；英國(guó)的Fowler訪問(wèn)該研究所回國(guó)后，讓CIark和Gage進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)，對(duì)污水長(zhǎng)時(shí)間曝氣會(huì)產(chǎn)生一些絮狀體，同時(shí)水質(zhì)會(huì)得到明顯的改善，Ardern和Lockett繼續(xù)對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了研究，曝氣試驗(yàn)是在瓶中進(jìn)行的，每天試驗(yàn)結(jié)束時(shí)把瓶子倒空，第二天重新開(kāi)始，他們發(fā)現(xiàn)由于瓶子清洗不完善，瓶壁附著一些棕褐色的絮狀體時(shí)，處理效果反而好。他們把它稱(chēng)為活性污泥，隨后，他們?cè)诿刻旖Y(jié)束試驗(yàn)前，把曝氣后的污水靜止沉淀，只倒去上層凈化清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，這樣大大縮短了污水處理的時(shí)間。1914年Ardern和Lockett在英國(guó)的化學(xué)工程學(xué)會(huì)上發(fā)表了試驗(yàn)成果，活性污泥法就這樣誕生了。于是，1916年在英國(guó)的曼徹斯特市建造了第一個(gè)處理能力946m3/d的活性污泥污水處理廠；1917年美國(guó)休斯頓建造了一個(gè)處理能力37800m3/d的活性污泥污水處理廠。第一節(jié)基本概念什么是活性污泥？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)性及無(wú)機(jī)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。一組活性污泥圖片活性污泥的性質(zhì)顏色味道狀態(tài)比重粒徑比表面積黃褐色土腥味似礬花絮絨顆粒曝氣池混合液：1.002-1.003；20-100cm2/mL活性污泥的組成按棲息著的微生物分：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?；钚晕勰嘀屑?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(chóng)居多數(shù)，固著型纖毛蟲(chóng)可作為指示生物，固著型纖毛蟲(chóng)如：鐘蟲(chóng)、等枝蟲(chóng)、蓋纖蟲(chóng)、獨(dú)縮蟲(chóng)、聚縮蟲(chóng)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。干固體和水分：含水98％－99％干固體1％－2%MLSSMLVSSNVSS活性污泥中微生物食物鏈活性污泥中細(xì)菌原生動(dòng)物103個(gè)/mL，原生動(dòng)物中以纖毛蟲(chóng)居多數(shù)，固著型纖毛蟲(chóng)可作為指示生物，固著型纖毛蟲(chóng)如：鐘蟲(chóng)、等枝蟲(chóng)、蓋纖蟲(chóng)、獨(dú)縮蟲(chóng)、聚縮蟲(chóng)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。其它：富氧曝氣、純氧曝氣活性污泥的沉降濃縮性能除活性微生物外，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；活性污泥降解污水中有機(jī)物的過(guò)程自控方面問(wèn)題：風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)需要什么樣的外部信號(hào)、DO或壓力？使用硬線連接抑或通訊聯(lián)系？接入何處？MCC與機(jī)旁控制柜之間有哪些控制信號(hào)連接？風(fēng)機(jī)系統(tǒng)使用什么樣的PLC硬件？系統(tǒng)與污水廠控制室之間怎么通訊聯(lián)系？聯(lián)系的硬件接口方式？聯(lián)系的軟件協(xié)議？風(fēng)機(jī)系統(tǒng)哪些數(shù)字量信號(hào)及模擬量信號(hào)可以與中控室通訊？中控室怎么進(jìn)行風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置？等活性污泥工藝是一種廣泛應(yīng)用而行之有效的傳統(tǒng)污水生物處理法，也是一項(xiàng)極有發(fā)展前景的污水處理技術(shù)，這體現(xiàn)在它對(duì)水質(zhì)水量的廣泛適應(yīng)性、靈活多樣的運(yùn)行方式、良好的可控制性，以及通過(guò)厭氧或缺氧區(qū)的設(shè)置使之具有脫氮除磷的效能。雙膜理論由Lewis和Whitman1924年創(chuàng)立。氣液兩相界面上物質(zhì)濃度相平衡，界面上無(wú)阻力。1912年美國(guó)的Lawlence研究所進(jìn)行污水曝氣試驗(yàn)；物質(zhì)從一相傳遞到另一相的過(guò)程稱(chēng)為傳質(zhì)過(guò)程，曝氣過(guò)程中空氣或純氧中的氧從氣相傳遞到液相中，亦是個(gè)傳質(zhì)過(guò)程，傳質(zhì)過(guò)程主要借助于擴(kuò)散過(guò)程完成?；钚晕勰嘀胁糠治⑸飳?xiě)真集二是廢水中的有機(jī)物，它是處理對(duì)象，也是微生物的食料；機(jī)械曝氣裝置：縱軸表面曝氣機(jī)、橫軸表面曝氣器SV%不能確切表示污泥沉降性能，故人們想起用單位干泥形氣液兩相界面附近存在著作層流運(yùn)動(dòng)的氣膜和液膜，主體流動(dòng)情況影響著膜的厚度；活性污泥中原生動(dòng)物活性污泥中后生動(dòng)物活性污泥中原生動(dòng)物及指示作用活性污泥中部分微生物寫(xiě)真集活性污泥中部分微生物寫(xiě)真集活性污泥中部分微生物寫(xiě)真集活性污泥中部分微生物寫(xiě)真集有辦法知道確切的生物量嗎？有人曾企圖通過(guò)直接測(cè)定污泥中細(xì)胞的DNA量、有機(jī)氮量、三磷酸腺苷（ATP）量、脫氫酶的活力等指標(biāo)去反映活性污泥的活力，但：既復(fù)雜又不準(zhǔn)，且微生物的含量不斷在變化。按McKinney的分析：MLSS=Ma+Me+Mi+MiiMa：具備活性細(xì)胞成分Me：內(nèi)源代謝殘留的微生物有機(jī)體Mi：未代謝的不可生化的有機(jī)懸浮固體Mii：吸附的無(wú)機(jī)懸浮固體按有機(jī)性和無(wú)機(jī)性成份分：MLSS表示懸浮固體物質(zhì)總量，MLVSS揮發(fā)性固體成分表示有機(jī)物含量，MLNVSS灼燒殘量，表示無(wú)機(jī)物含量。MLVSS包含了微生物量，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微生物的量。處理生活污水的活性污泥MLVSS:70%NVSS:30%MLVSS:一般范圍為55％－75％NVSS:一般范圍為25％－45％活性污泥的沉降濃縮性能污泥沉降過(guò)程：活性污泥的沉降濃縮性能污泥沉降比：SV%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%表示污泥沉降比。SV%不能確切表示污泥沉降性能，故人們想起用單位干泥形成濕泥時(shí)的體積來(lái)表示污泥沉降性能，簡(jiǎn)稱(chēng)污泥指數(shù)，單位為mL/g。污泥體積指數(shù)：SVI

活性污泥法的基本流程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，對(duì)有機(jī)物的降解（去除）過(guò)程可分為兩個(gè)階段。吸附階段由于活性污泥具有巨大的表面積，而表面上含有多糖類(lèi)的粘性物質(zhì)，導(dǎo)致污水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去。穩(wěn)定階段主要是轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機(jī)物為微生物所利用?；钚晕勰嘟到馕鬯杏袡C(jī)物的過(guò)程曲線①反映污水中有機(jī)物的去除規(guī)律；曲線②反映活性污泥利用有機(jī)物的規(guī)律；曲線③反映了活性污泥吸附有機(jī)物的規(guī)律。這三條曲線反映出，在曝氣過(guò)程中：A:污水中有機(jī)物的去除在較短時(shí)間(圖中是5h左右)內(nèi)就基本完成了（見(jiàn)曲線①）；B:污水中的有機(jī)物先是轉(zhuǎn)移到（吸附）污泥上（見(jiàn)曲線③），然后逐漸為微生物所利用（見(jiàn)曲線②）；C:吸附作用在相當(dāng)短的時(shí)間（圖中是45min左右）內(nèi)就基本完成了（見(jiàn)曲線③）；D:微生物利用有機(jī)物的過(guò)程比較緩慢（見(jiàn)曲線②）。第二節(jié)氣體傳遞和曝氣池構(gòu)成活性污泥法的三個(gè)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；

二是廢水中的有機(jī)物，它是處理對(duì)象，也是微生物的食料；

三是溶解氧，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。Fick擴(kuò)散定律

物質(zhì)從一相傳遞到另一相的過(guò)程稱(chēng)為傳質(zhì)過(guò)程，曝氣過(guò)程中空氣或純氧中的氧從氣相傳遞到液相中，亦是個(gè)傳質(zhì)過(guò)程，傳質(zhì)過(guò)程主要借助于擴(kuò)散過(guò)程完成。

擴(kuò)散過(guò)程的推動(dòng)力是擴(kuò)散面兩側(cè)物質(zhì)存在著濃度差，使得物質(zhì)分子由濃度較高一側(cè)向著較低一側(cè)擴(kuò)散。擴(kuò)散過(guò)程中單位路程長(zhǎng)度上的濃度變化值，稱(chēng)之為濃度梯度，濃度梯度大小影響著擴(kuò)散速率：Vd:物質(zhì)的擴(kuò)散速度；D擴(kuò)散系數(shù)氣體傳遞原理：雙膜理論曝氣充氧過(guò)程中氣體分子從氣相轉(zhuǎn)移到液相，必須經(jīng)過(guò)氣液兩相界面，界面兩側(cè)存在著氣膜和液膜，氧通過(guò)這兩層膜的傳遞過(guò)程用雙膜理論來(lái)解釋。雙膜理論由Lewis和Whitman1924年創(chuàng)立。氣體傳遞原理：雙膜理論雙膜理論的基本論點(diǎn)：1.氣液兩相界面附近存在著作層流運(yùn)動(dòng)的氣膜和液膜，主體流動(dòng)情況影響著膜的厚度；2.兩膜以外的氣、液相主體中，流體充分湍動(dòng)，組分物質(zhì)濃度均勻，不存在濃度差，也沒(méi)有任何傳質(zhì)阻力，整個(gè)傳質(zhì)過(guò)程阻力僅存在于氣液兩層層流膜；3.氣液兩相界面上物質(zhì)濃度相平衡，界面上無(wú)阻力。因?yàn)檠跏且环N難溶氣體，溶解度小，故傳質(zhì)阻力主要在于液膜，可以認(rèn)為氣相主體與界面之間的氧分壓差值很小；同時(shí)因?yàn)橐耗ず穸群苄?，Ci與C之間可按直線變化考慮，即：曝氣的作用與曝氣方式1好氧微生物的需氧代謝2兼性微生物酶的好氧合成3混合液的攪拌作用（厭氧、缺氧池另加攪拌器）曝氣方式：鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)機(jī)械曝氣裝置：縱軸表面曝氣機(jī)、橫軸表面曝氣器鼓風(fēng)+機(jī)械曝氣系統(tǒng)其它：富氧曝氣、純氧曝氣三種曝氣方式曝氣池需要空氣量計(jì)算1生化反應(yīng)曝氣量計(jì)算：(1)有機(jī)物降解需氧量O1=a’Q(La-Le)+b’V·Xv(2)氨氮硝化需氧量O2=4.57Q(NHa-NHe)(3)反硝化提供化合態(tài)氧O3(4)合成污泥的氧當(dāng)量O4O=O1＋O2－O3－O4再折算成需要的空氣量曝氣池需要空氣量計(jì)算2攪拌需要的氣量計(jì)算攪拌需要的氣量根據(jù)需要的攪拌功率或單位體積的攪拌氣量，一般攪拌需要空氣量小于或遠(yuǎn)小于生物反應(yīng)需氣量3/m2.h3/m2.h機(jī)械曝氣：13W/m3BioLac?曝氣系統(tǒng)活性污泥中微生物食物鏈除活性微生物外，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；曲線①反映污水中有機(jī)物的去除規(guī)律；(4)合成污泥的氧當(dāng)量1好氧微生物的需氧代謝57Q(NHa-NHe)活性污泥的沉降濃縮性能A:污水中有機(jī)物的去除在較短時(shí)間(圖中是5h左右)內(nèi)就基本完成了（見(jiàn)曲線①）；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；機(jī)械曝氣裝置：縱軸表面曝氣機(jī)、橫軸表面曝氣器自控方面問(wèn)題：風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)需要什么樣的外部信號(hào)、DO或壓力？使用硬線連接抑或通訊聯(lián)系？接入何處？MCC與機(jī)旁控制柜之間有哪些控制信號(hào)連接？風(fēng)機(jī)系統(tǒng)使用什么樣的PLC硬件？系統(tǒng)與污水廠控制室之間怎么通訊聯(lián)系？聯(lián)系的硬件接口方式？聯(lián)系的軟件協(xié)議？風(fēng)機(jī)系統(tǒng)哪些數(shù)字量信號(hào)及模擬量信號(hào)可以與中控室通訊？中控室怎么進(jìn)行風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置？等自控方面問(wèn)題：風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)需要什么樣的外部信號(hào)、DO或壓力？使用硬線連接抑或通訊聯(lián)系？接入何處？MCC與機(jī)旁控制柜之間有哪些控制信號(hào)連接？風(fēng)機(jī)系統(tǒng)使用什么樣的PLC硬件？系統(tǒng)與污水廠控制室之間怎么通訊聯(lián)系？聯(lián)系的硬件接口方式？聯(lián)系的軟件協(xié)議？風(fēng)機(jī)系統(tǒng)哪些數(shù)字量信號(hào)及模擬量信號(hào)可以與中控室通訊？中控室怎么進(jìn)行風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置？等大自然的啟示：如果讓污水進(jìn)入天然水體，可通過(guò)水體中微生態(tài)系統(tǒng)的自?xún)艄δ艿玫教幚怼U(kuò)散過(guò)程的推動(dòng)力是擴(kuò)散面兩側(cè)物質(zhì)存在著濃度差，使得物質(zhì)分子由濃度較高一側(cè)向著較低一側(cè)擴(kuò)散。其它：富氧曝氣、純氧曝氣他們把它稱(chēng)為活性污泥，隨后，他們?cè)诿刻旖Y(jié)束試驗(yàn)前，把曝氣后的污水靜止沉淀，只倒去上層凈化清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，這樣大大縮短了污水處理的時(shí)間。鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)的組成常用鼓風(fēng)機(jī)形式1容積式風(fēng)機(jī):羅茨鼓風(fēng)機(jī)、回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)常用鼓風(fēng)機(jī)形式2單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)：高速離心丹麥HV-Turbo風(fēng)機(jī)英國(guó)Howden風(fēng)常用鼓風(fēng)機(jī)形式2多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)：多級(jí)離心美國(guó)PowerMizer多級(jí)風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)提供相關(guān)數(shù)據(jù)條件風(fēng)機(jī)供應(yīng)商應(yīng)提供相關(guān)數(shù)據(jù)條件:工藝方面問(wèn)題：供貨范圍及每一個(gè)供貨器件的安裝尺寸、風(fēng)機(jī)安裝間距要求、設(shè)備重量、基礎(chǔ)要求、凈荷載與動(dòng)荷載、起吊要求、最大起吊重量、最大部件重量、管道布置走向與要求、進(jìn)風(fēng)口位置要求、消音器設(shè)置位置與要求、空氣總管設(shè)置位置、鼓風(fēng)機(jī)房溫升要求、換氣要求、噪音控制要求、管道冷凝處理問(wèn)題等。電氣方面問(wèn)題：?jiǎn)闻_(tái)主電機(jī)功率？其它用電設(shè)備位置、對(duì)MCC柜的設(shè)計(jì)要求、MCC與風(fēng)機(jī)控制柜之間的聯(lián)系、MCC柜面上是否需設(shè)置柜面手動(dòng)、柜面自動(dòng)？是否需設(shè)置軟啟動(dòng)、直接啟動(dòng)？一次接線與兩次接線的配合、鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)其他用電電位置電源從MCC接入還是從機(jī)旁控制柜接入？手動(dòng)或自動(dòng)控制回路設(shè)置在MCC柜還是設(shè)置在機(jī)旁控制柜？防冷凝加熱何時(shí)進(jìn)行？什么樣的控制信號(hào)給MCC柜從而控制加熱器動(dòng)作？等自控方面問(wèn)題：風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)需要什么樣的外部信號(hào)、DO或壓力？使用硬線連接抑或通訊聯(lián)系？接入何處？MCC與機(jī)旁控制柜之間有哪些控制信號(hào)連接？風(fēng)機(jī)系統(tǒng)使用什么樣的PLC硬件？系統(tǒng)與污水廠控制室之間怎么通訊聯(lián)系