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1、第五章 污水的生物处（一）活性污泥法,废水生物处理的目的和重要性,1、废水生物处理的目的 絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物；稳定和去除废水中的有机物；去除营养元素氮和磷。2、废水生物处理的重要性 城市污水中约有60%以上的有机物只有用生物法去除才最经济；废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法；已建的城市污水处理厂90%以上是生物处理法；大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的。,微生物代谢过程简介,1、微生物代谢的基本要素 能源：化学能，或光能化能营养型、光能营养型；碳源：有机碳，或无机碳异养型、自养型；无机营养元素又分为宏量元素，如：N、P、S、K、Ca、Mg等。特殊有机营养物（也称
2、生长因子，如维生素、生物素等）：对于某些特殊细菌，某些特殊的维生素对其生长的影响会很大，因此，在必要时应考虑补充。,在充分供氧的条件下，利用好氧微生物的生命活动过程，将有机污染物氧化分解成较稳定的无机物的处理方法，在工程上称为废水的好氧生物处理。好氧生物处理时，有机物的转化过程如图所示。,有机物的好氧分解图示,2、好氧生物处理,在断绝供氧的条件下，利用厌氧微生物的生命活动过程，使废水中的有机物转化成较简单的有机物和无机物的处理过程，在工程上称为废水的厌氧生物处理。,有机物的厌氧分解图示,3、废水的厌氧生物处理,4、好氧生物处理与厌氧生物处理的区别 起作用的微生物群不同 产物不同 反应速率不同
3、对环境要求条件不同,活性污泥法概述,1、活性污泥法在污水处理中的重要地位 我国的河流97%以上都受到有机物的污染（1）应用的普遍性：95%以上的城市污水，5%以上工业废水（2）高效性：SS，COD、90%以上（3）灵活性：大，中，小水厂；高，中，低负荷（4）连续运行，可自动化（5）工艺(运行方式)多样，功能多样化，可脱氮，除磷,2、活性污泥法研究及应用的现状和发展（1）超大型化(集中化)微型化（2）高效快速(高负荷，节省体积)（3）节能（4）多功能化(N，P)（5）自动化控制管理，参数精密化，控制自动化,4.1.1 基本概念 1.活性污泥 污水通气一段时间后，形成一种由大量微生物群体构成的易于
4、沉淀的絮凝体。2.活性污泥法来源 向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它有巨大的表面积和很强的吸附性能，称为活性污泥。,4.1 活性污泥法基本概念与流程,3、基本流程,（1）曝气池：微生物降解有机物的反应场所（2）二沉池：泥水分离（3）污泥回流：确保曝气池内生物量稳定（4）曝气：为微生物提供溶解氧，同时起到搅拌 混合的作用。,活性污泥的形态，性质，与评价指标,1.形态 多为黄褐色絮体，含水率超过99 2.组成 四部分组成（1）Ma活性污泥微生物；（2）Me活性污泥代谢产物；（3）Mi活性污泥吸附的难降解惰性有机物
5、；（4）Mii活性污泥吸附的无机物。,3.活性污泥数量的评价指标（1）混合液悬浮固体浓度(mg/L)MLSS=Ma+Me+Mi+Mii（2）混合液挥发性悬浮固体浓度(mg/L)MLVSS=Ma+Me+Mi4.沉降性与浓缩性评价指标（1）污泥沉降比：SV%又称30min沉降比、混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污混容积占混合液容积的百分比。,一般为70150(ml/g)时沉降性能较好，过低无机物含量过高，污泥活性不好，过高易出现污泥膨胀。,（2）污泥容积指数：SVI 静置30min后，1g干污泥所占的容积（ml/g）,4.2 活性污泥净化过程与机理,4.2.1 活性污泥法的净化过程 1.构
6、成活性污泥三要素 a.微生物 吸附氧化分解作用(污泥)b.有机物废水的处理对象 微生物底物(营养)c.充足氧气、充分接触好氧处理的条件 2.活性污泥净化反应过程,净化反应过程分为三个阶段：a.初期吸附；b.微生物代谢 c.活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩。,3、活性污泥净化过程的影响因素(1)温度，污水处理中绝大部分微生物最适宜生长的温度范围是15-30。(2)污泥负荷（Ns）(3)溶解氧。(4)PH 6.58.5 PH9时，菌胶易解体活性污泥凝体遭到破坏。(5)营养物 CNP=10051(6)有毒物质 重金属、硫化氢、有毒有机物,4.2.2 活性污泥的增殖规律 1.活性污泥增长曲线 停滞期：微生物
7、刚刚接种在新的培养液中，对新环境的一个短暂的适应过程。此时菌体不裂殖、菌数不增加，生长速度接近零。但发生质的变化。对数增长:F/M较大，营养充分，氧利用最大，微生物增殖速率和有机物降解速率最大。污泥活动力强，污泥松散，不易沉降。,1）停滞期（调整期、适应期）：,减速期 F/M减小，有机物量成为增殖的限制因素，微生物增殖速率和有机物降解速率下降，污泥沉降性好，出水效果好。衰减期 F/M最小，(内源呼吸期)微生物活动能力低，絮凝体，沉降性好，此时污泥量出现下降，出水水质较好。,4.3 活性污泥的运行方式,在活性污泥法工程领域，应用着多种各具特色的运行方式。主要有以下几种：推流式活性污泥法；完全混合
8、活性污泥法；阶段曝气活性污泥法；吸附再生活性污泥法；延时曝气活性污泥法；高负荷活性污泥法；纯氧曝气活性污泥法；浅层低压曝气活性污泥法；深水曝气活性污泥法；,1、传统的活性污泥法（1）主要优点：a.处理效果好：BOD5的去除率可达90-95%；b.对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。（2）主要问题：a.为了避免池首端形成厌氧状态，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，占地面积较大；b.耗氧速度与供养速度不吻合，在池首端，氧供不应求。在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，浪费了动力费用；c.对冲击负荷的适应性弱。,2、阶段曝气活性污泥法1.型式：廊道式2.流态：推流式(多点进水)3
9、.特点：需氧和供氧较平衡 耐冲击负荷力强 处理效果好,3、吸附再生活性污泥法（1）型式：廊道式(吸附池和再生池可合建)（2）流态：中间进水，推流（3）特点：处理质量较差 耐冲击负荷强 适合处理胶体物质含量高的工业废水,4、完全混合式曝气池特点抗冲击负荷能力强池中各点水质相同，各部分有机物降解工况点相同，便于调控处理效率差于推流式易出现污泥膨胀,5、延时曝气活性污泥法特点 由于负荷低，延时曝气池容大，占地面积较大 对水质水量变动性强 产泥量少 处理效果好6、高负荷活性污泥法特点 由于负荷高，高负荷活性污泥法曝气池容小，占地面积较小。处理效果差，6070 产泥量高 适合做预处理,7、深水曝气和深井
10、曝气 氧利用率高、占地面积小，可以处理较高 浓度的废水。,8、纯氧曝气优点：Do8mg/L Mlss很高，高达40007000 x很少 SVI低，沉降性好缺点：建设和运行费用高,4.4 曝气原理及曝气系统,1、氧的传递原理 1）曝气的作用主要有：充氧 搅动混合 2）对于气体分子通过气液界面的传递理论，在废水生物处理界普遍接受的是“双膜理论”。,双膜理论示意,2、供气量的计算,EA指脱氧、清水、20，1大气压的氧利用率（）S鼓风机供氧量(kgO2/h)R0转移到曝气池中的氧量(kgO2/h),Gs鼓风机供气量(m3/h),3、鼓风曝气系统,1)曝气装置的技术性能指标：动力效率（Ep）：每消耗1度
11、电转移到混合液中的氧量（kgO2/kw.h）；氧的利用率（EA）：又称氧转移效率，是指通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比（%）；充氧能力（R0）：通过表面机械曝气装置在单位时间内转移到混合液中的氧量（kgO2/h）。,2)鼓风曝气装置：微气泡型曝气装置：由微孔透气材料（陶土、氧化铝、氧化硅或尼龙等）制成的扩散板、扩散盘和扩散管等；气泡直径在2mm 以下；氧的利用率较高，EA=1525%，动力效率在2kgO2/kw.h 以上；缺点：易堵塞，空气需经过滤处理净化，扩散阻力大。,中气泡型曝气装置：水力剪切型空气扩散装置：水力冲击型曝气器：,3)机械曝气装置曝气机理形成水跃，卷入空
12、气提升与输出，更新水面从空气复氧形成负压，吸入空气,竖轴曝气装置,横轴曝气装置,4.5 活性污泥系统的工艺设计,1、工艺设计的主要内容(1)选定工艺流程及构筑物形式(2)曝气池容积的计算及曝气池的工艺设计(3)计算需氧量，供气量以及曝气系统的计算与设计(4)计算回流污泥量、剩余污泥量与污泥回流系统的设计(5)二次沉淀池型的选定与工艺计算、设计,2、曝气区容积的计算,（1）BOD污泥负荷率,（2）容积负荷率,3、曝气系统与空气扩散装置的计算与设计,1）需氧量与供气量计算,2）空气管道的布置计算(1)空气扩散装置的选定与布置(2)空气管道布置与计算 根据空气量查附录求管径:空气量为直线上的一点选择
13、管径使之在流速范围内(一般干管1015m/s，支管35m/s),3）鼓风机的选择 根据供气量和风压选择鼓风机 风压扩散装置水头损失扩散装置的出口压力管道水头损失（沿程和局部）鼓风机进出管道水头损失安全值,4、污泥回流系统,1）污泥回流量的计算,2）污泥回流装置（1）螺旋泵（2）离心泵（3）气提装置,5、二沉池 二沉池的作用是：分离泥水、澄清混合液、浓缩和回流活性污泥。与初沉池相比，二沉池的特点：活性污泥混合液的浓度较高，有絮凝性能，其沉降属于成层沉淀；活性污泥的质量较轻，易产生异重流，因此，其最大允许的水平流速(对平流式、辐流式而言)或上升流速（竖流式）都应低于初沉池；由于二沉池还起着污泥浓缩
14、的作用，所以需要适当增大污泥区的容积,4.6 活性污泥处理系统新工艺,1 氧化沟1）特点：氧化沟中形成富氧区和缺氧区，可以脱氮除磷；池型较大，占地面积较大，多在室外；负荷低，处理效果好、产泥量少；抗冲击负荷能力强；常不初沉池。,2）氧化沟构造和流态,（1）污泥负荷 0.070.4kgBOD5/kgMLSSdd（2）容积负荷 0.282.4 kgBOD5/m3d，（3）泥龄 530d，（4）产泥率 0.61.2kgss/kgBOD5（5）MLSS 30006000mg/L（6）HRT 424h,3）氧化沟技术参数,环形沟渠结构，水流流态循环混合式，介于推流式和完全混合式之间,4）氧化沟种类,2
15、间歇式活性污泥法（SBR法）,1）SBR法运行方式,运行分为：进水、曝气反应、沉淀、排水、待机（闲置）五个阶段。,2）SBR工艺特点(1)工艺简单，可省略二沉池和污泥回流设备(2)反应推动力大，效率高(3)沉淀效果好(4)不易发生污尼膨胀(5)通过运行方式调节(前加缺氧，厌氧时间)可脱N除P(6)便于自动控制(时间参数)(7)适用于中小型污水处理装置,3 AB法废水处理工艺,1）AB法特点 无初沉池 A，B段各拥有自己的回流系统和微生物群体，两段分开。由于A段的负荷高，有效好的抗冲击负荷能力 可以分期建设，条件成熟建二级。2）AB法工艺,4.7 活性污泥处理系统的维护管理,1、活性污泥的培养驯
16、化 a 异步培养法：先培养再驯化 b 同步培养法：培养驯化同时进行 c 接种培养培养法：将其他污水厂污泥作为种泥进水方式 a 连续进水：适合以生活污水为主的城市污水 b 间歇进水：闷曝-沉淀-排除上清夜-加新鲜水-闷曝-沉淀,2、活性污泥处理系统检测 处理效果指标 COD BOD TOD TOC SS 有毒物质 污泥营养及环境指标 PH 温度 N P 污泥沉降性 SV%MLSS MLVSS SVI DO 生物相 生物相观察3、污泥处理系统的异常情况 1）污泥膨胀 活性污泥系统种的污泥沉降性质发生改变，不易沉降的现象。污泥变质时，不易沉淀，SVI增高，污泥结构松散，体积膨胀（1）危害：a.污泥不
17、易沉降，污泥流失，反应器中处理的污泥浓度不够,b.污泥浓度不足，处理率下降 c.排入水体，生物污染（2）分类：a.丝状菌膨胀 b.结合水膨胀（3）原因 丝状菌膨胀 a.C/N过高，缺少营养 b.DO不足 c.水温高 d.PH过低 e.结合水膨胀，排泥不通畅，高负荷运转,2）污泥解体 出现的絮凝体细小，沉淀水浑浊等污泥絮凝体解体的现象原因：曝气过量：紊动过分剧烈，使絮状体破裂 中毒：微生物活性抑制或死亡3）污泥腐化 二沉池污泥长期滞留而产生厌氧发酵产生H2S，CH4等 气体而上升（污泥腐化）4）污泥上浮 缺氧状态下，污泥反消化产生的气体促使污泥上浮。5）泡沫 表面活性物质造成，处理方法有消泡剂、消泡水管。,
