活性污泥污水生物处理工艺.ppt

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1、,北京林业大学 环境科学与工程学院,水污染控制工程Water Pollution Control Engineering,主讲人：张立秋（环境科学与工程学院）2010年03月,第六章 活性污泥污水生物处理工艺,主要内容：,基本原理 活性污泥净化反应影响因素与技术参数 活性污泥反应动力学基础 活性污泥法运行方式 活性污泥处理系统新工艺 曝气理论与曝气系统 活性污泥法工艺设计 活性污泥系统运行、维护与管理,本章内容需重点掌握。,1 基本原理,污水的处理技术中，活性污泥法是应用最为广泛的技术之一。活性污泥法于1914年在英国曼彻斯特建成试验厂以来，已有近百年的历史。,1 基本原理,曝气池,二沉池,进

2、水,出水,剩余污泥,回流污泥,活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。活性污泥法的基本流程如下：,1 基本原理,（1）活性污泥的形态和组成,正常的活性污泥在外观上呈黄褐色的絮绒颗粒状，其粒径一般介于，含水率很高，一般都在99%以上。活性污泥具有较大的比表面积，20-100cm2/mL。活性污泥由4部分组成：具有活性的微生物群体；微生物自身氧化的残留物；原污水挟入的不能为微生物降解的惰性有机物质；原污水挟入的无机物质。,1 基本原理,（2）活性污泥微生物及其作用,活性污泥微生物是由细菌类、真菌类、原生动物、后生动物等异种群体所组成的混合培养体。这些微生物在活性污泥上形成食物链和相对稳定的

3、小小生态系。,1 基本原理,细菌活性污泥净化污水的主力军。活性污泥上的细菌数量大致介于107-108个/mL活性污泥之间。与活性污泥处理系统有关的真菌是微小的腐生或寄生的丝状菌，这种真菌具有分解碳水化合物、脂肪、蛋白质和其它含氮化合物的功能，但丝状菌若大量的增殖会引起污泥膨胀现象。原生动物有肉足虫、鞭毛虫和纤毛虫等3类。原生动物的主要摄食对象是细菌，因此活性污泥中的原生动物在种属和数量上是随处理水的水质和细菌的状态变化而改变的。根据原生动物的出现情况，可以判断处理水质的优劣，故称之为活性污泥系统中的指示性生物。后生动物（主要指轮虫）仅在处理水质优异情况下出现，是水质非常稳定的标志。,1 基本原

4、理,（3）活性污泥增长规律,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(利用有机物不足)减速期（稳定期）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。,1 基本原理,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,（1）活性污泥净化反应过程,活性污泥反应三要素：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

5、件污泥净化反应过程：对有机物的降解可分为两个阶段a.吸附阶段巨大的比表面积b.微生物降解作用,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,初期吸附去除,活性污泥有着较大的比表面积，与污水开始接触的较短时间（5-10min）内，有机污染物即可得到较大去除，被称为“初期吸附去除”。初期吸附去除能够在30min内完成，BOD去除率可达70%，它的速度取决于：1）微生物的活性程度；2）反应器内水力扩散程度与水动力学的规律。一般来说，处于内源呼吸期“饥饿”状态的微生物，其吸附活性最强。,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,微生物的代谢（降解作用）,吸附到活性污泥表面的有机物，在微生物透过酶的催化作用下进

6、入微生物细胞体内，在各种胞内酶的作用下进行代谢反应。,污水中有机污染物CxHyOz,+O2,微生物,分解代谢,代谢产物H2O、CO2、NH3,+,能量,合成细胞物质C5H7NO2,合成代谢,+O2,内源呼吸,内源呼吸产物H2O、CO2、NH3,+,能量,内源呼吸残留物,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,氧化、合成、代谢数量关系：,可降解有机物,无机物+能量,氧化,1/3,合成,2/3,新细胞物质,无机物+能量,80%,20%,代谢残留物质,内源代谢,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,（2）活性污泥净化反应影响因素,营养物质平衡 溶解氧 水温 pH值 有毒物质,2 活性污泥净化反应影

7、响因素与技术参数,营养物质平衡,微生物在生命活动过程中，需要不断地从周围环境的污水中吸收必需的营养物质，包括碳源、氮源、无机盐类及某些生长素等。氮是组成微生物细胞内蛋白质和核酸的重要元素；磷是合成核蛋白、卵磷脂及其他磷化合物的重要元素；微生物对无机盐的需求量很少，但却是必不可少的；硫是合成细胞蛋白质不可缺少的；钠在微生物细胞中调节渗透压所必需的；钾是多种酶的激化剂；钙具有降低细胞质的透性，调节酸度及中和其他阳离子所造成危害的作用；镁在细胞质合成及糖的分解中起活化作用，参与菌绿素的合成；铁在氧的活化过程中，起着重要的催化作用。,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,溶解氧,根据运行经验数据，曝

8、气池内的溶解氧浓度一般应保持在不低于2mg/L的程度（以曝气池出口处为准）。过低的溶解氧浓度，会影响曝气池的处理效果；但曝气池内溶解氧浓度也不宜过高，过高的溶解氧会导致有机物分解过快，从而使微生物缺乏营养，活性污泥易于老化，结构松散。同时，溶解氧过高，也会增加供氧的能耗，增加运行成本。,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,水温,在影响微生物生理活动的各项因素中，温度的作用非常重要。温度适宜，能够促进、强化微生物的生理活动，温度不适宜，能够减弱甚至破坏微生物的生理活动。参与活性污泥处理的微生物，多属嗜温菌，其适宜温度介于10-45之间。一般将活性污泥处理的最高与最低温度值分别控制在35和15

9、。对于低温地区，应考虑将曝气池建于室内，或考虑采用适当的保温措施。,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,pH值,微生物的生理活动与环境的酸碱度（氢离子浓度）密切相关，只有在适宜的酸碱度条件下，微生物才能进行正常的生理活动。pH值过大地偏离适宜数值，微生物酶系统的催化功能就会减弱，甚至消失。高浓度的氢离子浓度可导致菌体表面蛋白质和核酸水解而变性。参与污水生物处理的微生物，一般最佳的pH值范围，介于之间。,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,有毒物质,有毒物质是指对微生物的生理活动具有抑制作用的某些无机物质及有机物质，如重金属离子、酚、氰等。重金属离子（如铅、镉、铬、铜、锌等）对微生物都会

10、产生毒害作用，它们能够和细胞的蛋白质结合，而使其变性或沉淀。汞、银、砷的离子对微生物的亲和力较大，能与微生物酶蛋白结合，抑制其正常的代谢功能。甲醛能够与蛋白质的氨基相结合，而使蛋白质变性，破坏菌体的细胞质。应注意，有毒物质对微生物的毒害作用，有一个量的概念，即只有当有毒物质在环境中达到某一浓度时才显露毒性。,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,（3）主要技术参数,活性污泥微生物量 污泥沉降性能 污泥龄 BOD污泥负荷和BOD容积负荷 有机物降解与活性污泥增长,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,活性污泥微生物量,常用以下两个指标表示：混合液悬浮固体浓度（MLSS），又称混合液污泥浓度，

11、是指单位容积内混合液所含有的活性污泥固体物的总量。混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS），是指混合液活性污泥中有机固体物质部分的浓度。,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,污泥沉降性能,（1）污泥沉降比，又称30min沉降率，是指混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率，以%表示。污泥沉降比的测定方法简单易行，可以在曝气池现场进行。（2）污泥容积指数，简称污泥指数。是指在曝气池出口处的混合液，经过30min静沉后，每g干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积，单位是mL/g。,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,污泥容积指数能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能，对于

12、生活污水和城市污水，此值介于70-100之间为宜。SVI值过低，说明泥粒细小，无机质含量高，缺乏活性；SVI值过高，说明污泥的沉降性能不好，并且已有产生污泥膨胀的可能。试验结果表明，影响SVI值的重要因素是活性污泥微生物群体的增殖速度。一般说来，微生物群体处在内源呼吸期，其SVI值较低。如活性污泥的SVI值增高，其在二沉池内的浓缩浓度就会降低，为了使曝气池内混合液的活性污泥浓度保持一定，就需要加大污泥的回流量。,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,污泥龄,污泥龄，一般也称为“生物固体平均停留时间”，是曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量的比值。,式中：QW剩余污泥排除量；Xe净化水的污泥浓

13、度；Xr剩余污泥浓度（mg/L）。由于随着净化水排出的Xe很小，所以：,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,BOD污泥负荷与BOD容积负荷,BOD-污泥负荷是指曝气池内单位重量（kg）活性污泥，在单位时间（1d）内能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物量（BOD）。,活性污泥处理系统设计中，还使用BOD-容积负荷：,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,BOD-污泥负荷高：有机污染物的降解速度与活性污泥增长速度加快，曝气池容积降低，经济上比较适宜，但处理水质未必能够达到预定的要求。BOD-污泥负荷低：有机污染物的降解速度和活性污泥的增长速度降低，曝气池容积加大，建设费用有所增高，但处

14、理水的水质可能提高。BOD-污泥负荷还与活性污泥的污泥膨胀现象有直接关系。,2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数,有机物降解与活性污泥增长,3 活性污泥反应动力学基础,活性污泥反应动力学是要探讨活性污泥对有机底物的代谢、降解过程，揭示反应过程的本质。重点内容是：（1）有机底物的降解速度与有机底物浓度、活性污泥微生物量等因素之间的关系；（2）活性污泥微生物的增殖速度与有机底物浓度、活性污泥微生物量等因素之间的关系。,3 活性污泥反应动力学基础,莫诺特方程式 劳伦斯-麦卡蒂方程式,3 活性污泥反应动力学基础,（1）莫诺特方程式,零级反应,莫诺特方程式,米门方程式,3 活性污泥反应动力学基础,底物

15、浓度与微生物比增殖速率之间关系：,底物浓度与有机物比降解速率之间关系：,式中：max微生物最大比增殖速率；S有机底物浓度；KS饱和常数，当为max一半时的底物浓度；vmax有机物最大比降解速率。,3 活性污泥反应动力学基础,有机底物的比降解速率，按物理意义考虑，有：,将 代入上式：,3 活性污泥反应动力学基础,莫诺特方程式是描述微生物比增殖速率（有机底物比降解速率）与有机底物浓度与之间的函数关系。（1）在高底物浓度条件下，即SKS，有,上式说明，高浓度有机底物条件下，有机底物以最大的速度进行降解，而与有机底物的浓度无关，呈零级反应关系。,上式说明，高浓度有机底物条件下，有机底物的降解速度与污泥

16、浓度（生物量）有关，并呈一级反应关系。,3 活性污泥反应动力学基础,（2）在低底物浓度条件下，即SKS，有,上式说明，低浓度有机底物条件下，有机底物降解遵循一级反应，有机底物的含量已成为有机底物降解的控制因素。此时，混合液中有机底物浓度已经不高，微生物增殖处于减速增殖期或内源呼吸期。,3 活性污泥反应动力学基础,城市污水属于低底物浓度的污水，可以用下式描述有机底物的降解速度：,对上式积分得：,移项，整理得：,3 活性污泥反应动力学基础,莫诺特方程式对完全混合曝气池的应用：,在稳定条件下，对有机底物进行物料平衡，有下式成立：,3 活性污泥反应动力学基础,整理后，得：,将 代入上式，得：,前面已知

17、：,代入上两式，有：,3 活性污泥反应动力学基础,以BOD去除量为基础的BOD-污泥去除负荷率Nrs为：,BOD-容积去除负荷率Nrv为：,3 活性污泥反应动力学基础,对 进行整理归纳，得：,或者：,以上公式中的K2、vmax及Ks等值，对一定的污水来说，为一常数值，可通过实验数据进行分析、推导出来。,3 活性污泥反应动力学基础,K2、vmax及Ks等常数值的确定：,常数值K2的确定：,3 活性污泥反应动力学基础,常数值vmax及Ks的确定：,3 活性污泥反应动力学基础,（2）劳伦斯-麦卡蒂方程式,单位底物利用率（q）可用下式表示：,活性污泥微生物增殖的基本方程式为：,上两式整理得：,劳-麦第

18、一方程式,3 活性污泥反应动力学基础,劳-麦第二方程式是在莫诺特方程式的基础上建立的：,式中：dS/dt-有机底物被微生物利用速度（降解速度）；S-微生物周围的有机底物浓度；K-单位微生物量的最高底物利用速度；Ks-系数，其值为q=K/2时的有机底物浓度，又称半速度系数；X-反应器内微生物浓度。,3 活性污泥反应动力学基础,劳伦斯-麦卡蒂方程式的推论及应用：（1）处理水有机底物浓度Se与污泥龄c的关系：,上式中的Ks、Kd、Y及vmax等各值均为常数值，处理水有机底物浓度值Se只取决于生物固体平均停留时间c。,3 活性污泥反应动力学基础,（2）反应器内污泥浓度X与污泥龄c的关系：,上式中t为污

19、水在反应器内的停留时间。,（3）污泥回流比R与污泥龄c的关系：,上式中Xr为回流污泥浓度。,3 活性污泥反应动力学基础,（4）合成产率Y、表观产率Yobs与污泥龄c的关系：,产率是活性污泥微生物摄取、利用、代谢一个重量单位有机底物而使自身增殖的重量，一般用Y表示。Y值所表示的是微生物增殖总量，没有去除微生物内源呼吸作用而使其本身质量消亡的那一部分，所以也称之为合成产率。实测所得微生物增殖量，实际上没有包括由于内源呼吸作用而减少的那部分微生物质量，也就是微生物的净增殖量，称之为表观产率，用Yobs表示。,4 活性污泥法运行方式,传统活性污泥法处理系统 阶段曝气活性污泥法系统 吸附-再生活性污泥法

20、系统 延时曝气活性污泥法系统 高负荷活性污泥法系统 完全混合活性污泥法系统 多级活性污泥法系统 深水曝气活性污泥法系统 深井曝气活性污泥法系统 浅层曝气活性污泥法系统 纯氧曝气活性污泥法系统,4 活性污泥法运行方式,传统活性污泥法处理系统 又称普通活性污泥法，是早期开始使用并一直沿用至今的运行方式。其工艺系统如下图所示。传统活性污泥法的BOD负荷是0.20.4kg/kgd，一般在0.3左右。,推流式曝气池平面图,进水,出水,4 活性污泥法运行方式,传统活性污泥法特征：,吸附减速增长内源呼吸 BOD降解曲线是呈缓慢下降曲线处理效果好，90%去除率不易污泥膨胀供氧与需氧不平衡耐冲击负荷能力差(尤其

21、对有毒或高浓度工业废水),4 活性污泥法运行方式,阶段曝气活性污泥法：又称分段进水活性污泥法，其工艺系统如图所示。,阶段曝气法工艺流程图,4 活性污泥法运行方式,阶段曝气活性污泥法特征：,a、污水均匀分散地进入，使负荷及需氧趋于均衡，利于生 物降解，降低能耗。混合液中污泥浓度逐步降低，出流混合液的污泥浓度较 低，减轻二次池负荷，利于固液分离。污水均匀分散地进入，增强了系统对水质、水量冲击负 荷的适应能力。,4 活性污泥法运行方式,吸附-再生活性污泥法：,生物吸附区,污水与活性污泥混合曝气后BOD值的变化动态,BOD,曝气过程,4 活性污泥法运行方式,吸附-再生活性污泥法工艺流程图,吸附池,再生

22、池,二次沉淀池,进水,回流污泥,剩余污泥,出水,再生段 吸附池,二次沉淀池,出水,进水,回流污泥,剩余污泥,（分建式）,（合建式）,4 活性污泥法运行方式,吸附-再生曝气活性污泥法特征：a、吸附池内接触时间短，因此吸附池的容积较小，而再生池接纳的是已排除剩余污泥的回流污泥，因此再生池的容积也是较小的。本工艺对水质、水量的冲击具有一定的承受能力。当吸附池内的污泥遭到破坏时，可由再生池内的污泥予以补救。本工艺的处理效果低于传统活性污泥法，不宜处理溶解性有机物含量较多的污水。,4 活性污泥法运行方式,延时曝气活性污泥法：,又称完全氧化活性污泥法，适于用来处理对处理水质要求高且又不宜采用污泥处理技术的

23、小城镇污水和工业废水，水量不宜超过1000吨/日。本工艺特点如下：BOD-污泥负荷非常低，曝气反应时间长，一般在24h以上，污泥产量少且稳定，不用再进行厌氧消化处理。出水稳定，对原水水质、水量变化有较强适应性，不用设置初沉池。曝气时间长、池容大、基建费和运行费用较高，占用较大的土地面积。,4 活性污泥法运行方式,高负荷活性污泥法：,又称短时曝气活性污泥法或不完全处理活性污泥法。本工艺特点如下：BOD-污泥负荷高，曝气时间短，处理效果低，BOD去除率不超过70%-75%。本工艺适于处理对出水水质要求不高的污水。节省占地面积。,4 活性污泥法运行方式,完全混合活性污泥法：,4 活性污泥法运行方式,

24、完全混合活性污泥法特征：,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，便于调控动力消耗低于传统活性污泥法处理效率差于推流式，易出现污泥膨胀,4 活性污泥法运行方式,多级活性污泥法系统 深水曝气活性污泥法系统（深度在7m以上）深井曝气活性污泥法系统（深度可达50-100m）浅层曝气活性污泥法系统（）纯氧曝气活性污泥法系统。,其他活性污泥法：,4 活性污泥法运行方式,几种活性污泥系统设计与运行参数,活性污泥运行方式,BOD-污泥负荷,BOD-容积负荷,污泥龄d,MLSS,MLVSS,污泥回流比%,曝气时间h,剩余污泥量%Q,传统法,1,5-15,1500-3000,1500-25

25、00,25-75,4-8,阶段法,2,5-15,2000-3500,1500-2500,25-95,3-5,吸附-再生法,3,5-15,吸附池1000-3000再生池4000-10000,50-100,吸附池800-2400再生池3200-8000,吸附池再生池3-86,延时法,4,20-30,3000-6000,2500-5000,60-200,20-36-48,0.25,高负荷法,5,200-500,500-1500,10-30,完全混合法,6,5-15,3000-6000,2000-4000,100-400,-,深井法,7,5,5000-10000,-,50-150,0.5,纯氧法,8,

26、5-15,-,-,-,-,-,5 活性污泥法处理系统新工艺,氧化沟活性污泥工艺 SBR法活性污泥工艺 A/B法活性污泥工艺 膜生物反应器工艺,5 活性污泥法处理系统新工艺,氧化沟活性污泥工艺：,氧化沟工艺又称循环曝气池，于20世纪50年代由荷兰的巴斯韦尔所开发的一种污水生物处理技术。,5 活性污泥法处理系统新工艺,氧化沟结构方面特征：氧化沟呈环形沟状，平面多为椭圆形或圆形，长度可达几十米，甚至百米以上，沟深取决于曝气装置，从2m-6m。单池进水装置简单，对于双池以上并联工作时，要设置配水井。配水井内还要设自动控制装置，以变换水流方向。,5 活性污泥法处理系统新工艺,氧化沟水流混合方面特征：在流

27、态上，氧化沟介于完全混合与推流之间，污水在沟内的流速平均为0.4m/s。污水在池内循环流动，循环次数几十甚至几百次，可以认为氧化沟内的水质几乎是一致的。但是氧化沟又具有某些推流式的特征，如曝气装置的下游，溶解氧浓度从高向低变动，甚至可能出现缺氧段。这种水流特征，有利于生物絮凝和提高脱氮效率。,5 活性污泥法处理系统新工艺,氧化沟工艺方面特征：可考虑取消初沉池 可考虑不单设二次沉淀池，使氧化沟与二次沉淀池合建，可省去污泥回流装置 BOD负荷低，对水温、水质、水量变化有较强的适应性 污泥龄较长，具有脱氮功能 污泥产率低,5 活性污泥法处理系统新工艺,曝气装置的功能：向混合液供氧；使混合液中的有机污

28、染物、活性污泥、溶解氧三者充分混合、接触。,5 活性污泥法处理系统新工艺,氧化沟常用形式：卡罗塞氧化沟 交替工作氧化沟 奥巴勒氧化沟,5 活性污泥法处理系统新工艺,卡罗塞氧化沟 60年代由荷兰某公司开发，是由多沟串联氧化沟、二沉池、污泥回流系统组成。BOD去除率达95%-99%，脱氮效果达90%以上，除磷率50%左右。,5 活性污泥法处理系统新工艺,交替工作氧化沟 由丹麦某公司开发，有2池和3池两种。各沟交替作为曝气池和沉淀池，勿需设置污泥回流系统。本系统处理水质优良，污泥稳定。,5 活性污泥法处理系统新工艺,奥巴勒氧化沟 由多个呈椭圆形同心沟渠组成的氧化沟系统。污水首先进入最外环的沟渠，依次

29、进入下一层，最后由位于中心的沟渠流出进入二次沉淀池。,5 活性污泥法处理系统新工艺,（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：0.60.8kgSS/kgBOD5（5）MLSS：30006000mg/L（6）HRT：424h,氧化沟设计参数：,5 活性污泥法处理系统新工艺,SBR活性污泥工艺：,SBR工艺又称间歇式活性污泥法，或序批式活性污泥法，是一种既古老又年轻的污水处理技术。SBR工艺具有某些独特的优越性，从上世纪80年代开始在我国受到重视，并得到了广泛的应用，主要用于中小规模的污水厂。,

30、5 活性污泥法处理系统新工艺,SBR工艺特征：,有机物的降解和固液分离在同一池内完成 不需污泥回流，不设二次沉淀池 多数情况下不用设置调节池 SVI值低，污泥易沉淀，不易发生污泥膨胀 通过调整运行方式，可实现脱氮除磷 可程序化控制 运行管理得当，处理水质优于连续式,5 活性污泥法处理系统新工艺,SBR工作原理与操作：,SBR工艺的运行操作包括以下工序：流入工序（进水阶段）反应工序（生物降解）沉淀工序（泥水分离）排放工序（排水阶段）待机工序（闲置阶段）,5 活性污泥法处理系统新工艺,SBR工艺运行工序：,5 活性污泥法处理系统新工艺,AB法污水处理工艺：,吸附-生物降解工艺的简称，是德国亚琛工业

31、大学宾克教授于上世纪70年代中期开创的，80年代开始用于生产实践。,5 活性污泥法处理系统新工艺,AB工艺主要特征：,可不设初沉池 A，B段各拥有自己的回流系统，两段分开，有各自的微生物群体 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,5 活性污泥法处理系统新工艺,AB工艺主要设计参数：,A段曝气池：（1）污泥负荷：26kgBOD5/kgMLSSdd（2）泥龄：0.30.5d（3）水力停留时间30min（4）溶解氧浓度 B段曝气池：（1）污泥负荷：0.150.3kgBOD5/kgMLSSdd（2）泥龄：1520d（3）水力停留时间2-3h（4）溶解氧浓度1-2mg/

32、L,5 活性污泥法处理系统新工艺,膜生物反应器工艺：,膜生物反应器(MBR)是一种新型的污水处理技术，将膜分离工艺和生物降解工艺有机结合，用膜组件替代了传统的二沉池，使得流程大大简化,5 活性污泥法处理系统新工艺,Published papers about MBR in China,5 活性污泥法处理系统新工艺,膜生物反应器工艺特点：,出水水质好 剩余污泥产量低 脱氮效果好 占地面积小 抗冲击负荷能力强 应用方便 除磷效果差；膜污染；膜造价；膜寿命,5 活性污泥法处理系统新工艺,膜生物反应器分类：,分体式MBR 一体式（浸没式）MBR 复合式MBR,5 活性污泥法处理系统新工艺,分体式MBR

33、流程,生物反应器,泵,膜组件,出水,进水,浓缩液回流,5 活性污泥法处理系统新工艺,出水,抽吸泵,生物反应器,进水,膜组件,淹没式MBR流程图,5 活性污泥法处理系统新工艺,抽吸泵,出水,生物反应器,进水,膜组件,复合式MBR流程图,填料,5 活性污泥法处理系统新工艺,膜污染：膜组件使用过程中，污染物在膜表面和膜孔内 累积造成膜通量下降的现象。,膜污染原因：膜表面浓差极化 污染物在膜表面的沉积吸附 膜孔内的生物污染,5 活性污泥法处理系统新工艺,混合液,边界层,JC,D,dc,dx,Cb,Cm,Jcp,Cp,X,0,膜,膜表面的浓差极化,5 活性污泥法处理系统新工艺,污染物在膜表面的吸附沉积,

34、Unused membrane,After used membrane,5 活性污泥法处理系统新工艺,膜孔内的生物污染,5 活性污泥法处理系统新工艺,膜污染防治措施：,间歇运行方式 投加粉末活性炭 控制污泥浓度 控制曝气强度 提高温度 控制操作压力,5 活性污泥法处理系统新工艺,膜生物反应器设计：,污泥浓度：8000-10000mg/L 有机物-污泥负荷：确定生物反应器容积V 有效水深：4.0m 膜面积计算：3/m2.h 膜组件选择 配套设备选择（抽吸、清洗等）,6 曝气理论与曝气系统,曝气不仅能向活性污泥法系统的液相供给溶解氧，还能起搅拌和混合作用。通常采用的曝气方法有鼓风曝气，机械曝气以及

35、二者联合使用的混合曝气，某些情况下也采用射流曝气。鼓风曝气是将压缩空气通过管道系统送入池内的散气设备，以气泡形式分散进入混合液。机械曝气则利用装设在曝气池内的叶轮的转动，剧烈地搅动水面，使液体循环流动，不断更新液面并产生剧烈水跃，从而使空气中的氧与水滴或水气的界面充分接触，转入液相中去。射流曝气则是利用水射流泵将空气吸入，使空气与水充分混合并溶解的曝气方式。,6 曝气理论与曝气系统,（1）氧转移原理,菲克（Fick）定律 双膜理论 氧总转移系数KLa 氧转移的影响因素,6 曝气理论与曝气系统,菲克定律：,式中：vd-物质的扩散速度，在单位时间内单位断面上通过的物质数量；DL-扩散系数，表示物质

36、在某种介质中的扩散能力，主要决定于扩散物质和介质的特性及温度；C-物质浓度；X-扩散过程的长度；dC/dX-浓度梯度，即单位长度内的浓度变化值。,6 曝气理论与曝气系统,双膜理论：,界面,气膜,液膜,液相主体,气相主体,（紊流）,（层流）,（紊流）,pg,pi,Cs,C,Xf,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。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。,6 曝气理论与曝气系统,氧总转移系数KLa：,以M表示在单位时间t内通过界面扩散的物质数量，以A表示界面面积，则有下式成立：,6

37、曝气理论与曝气系统,设液膜厚度为Xf，则液膜内溶解氧的浓度梯度为：,式中：dM/dt-氧传递率，kgO2/h；DL-氧分子在液膜中的扩散系数，m2/h；A-气、液两相接触界面面积，m2；（Cs-C）/Xf-液膜内溶解氧的浓度梯度，kgO2/(m3.m)。,6 曝气理论与曝气系统,设液相主体的容积为V，将上式整理后得：,式中：dC/dt-液相中氧浓度变化速度，kgO2/（m3.h）；KL-液膜中氧分子传质系数，m/h。,6 曝气理论与曝气系统,由于A值难测，采用总转移系数KLa，将上式改写为：,式中：KLa-氧总转移系数，表示曝气过程中氧的总传递性，当传递过程中阻力大，则该值低，反之该值高。,为

38、了提高dC/dt值，可从方面考虑：（1）提高KLa值：加强液相主体的紊流程度，降低液膜厚度，加速气、液界面的更新，增大气、液接触面积等。（2）提高Cs值。提高气相中的氧分压，如采用纯氧曝气、深井曝气等。,6 曝气理论与曝气系统,氧转移影响因素：,污水的性质 水温 气相中氧分压 液相中氧的浓度梯度 气液之间的接触面积和接触时间 水流的紊流程度等,6 曝气理论与曝气系统,污水的性质：,污水的各种杂质，会对氧的转移产生一定的影响，特别是某些表面活性物质，聚集在气液界面上，形成一层分子膜，阻碍氧分子的扩散转移。因此，引入小于1的修正系数a。,污水的盐类会降低氧在水中的饱和度，因此，引入小于1的修正系数

39、来修正Cs。,6 曝气理论与曝气系统,水温：,水温对氧的转移影响较大，水温升高，粘滞性降低，扩散系数提高，液膜厚度随着降低，KLa值升高。,水温对溶解氧饱和度Cs值也产生影响，Cs值因温度上升而降低。可见，水温对氧转移有两种相反的影响，但二者并不能抵消。总的来说，水温降低有利于氧的转移。,6 曝气理论与曝气系统,氧分压：,Cs值受氧分压或气压影响。气压降低，Cs值随之下降。因此，在气压不是标准大气压的地区，C值应乘以如下的压力修正系数：,对于鼓风曝气池，安装在池底扩散器出口处的氧分压最大，Cs值也最大；随气泡上升至水面，气体压力逐渐降低至一个大气压。曝气池中Cs值应按出口处至液面的平均值计算：

40、,6 曝气理论与曝气系统,式中：Csb-曝气池内溶解氧饱和度的平均值，mg/L；Cs-在大气压力条件下，氧的饱和度，mg/L；Pb-空气扩散装置出口处的绝对压力，Pa;Pb=P+9800H H-空气扩散装置的安装深度,m；P-大气压力，P=1.103105Pa；Ot-气泡离开池面时，氧的百分比。,式中：EA-空气扩散装置的氧转移效率，一般在6%-12%。,（2）曝气系统,曝气系统（装置）是活性污泥系统至关重要的设备之一，分为鼓风曝气和机械曝气两大类。,6 曝气理论与曝气系统,曝 气 设 备,鼓风曝气系统,6 曝气理论与曝气系统,鼓风曝气系统的组成,过滤器与进口消音器,过滤器压力损失监测,鼓风曝

41、气,6 曝气理论与曝气系统,常用鼓风机形式：,容积式风机:罗茨鼓风机、回转风机,6 曝气理论与曝气系统,单级高速离心鼓风机,丹麦HV-Turbo风机,英国Howden风机,6 曝气理论与曝气系统,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,扩 散 器,空气输配管系统,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,扩 散 器,空气输配管系统,微孔曝气设备,机械曝气系统,6 曝气理论与曝气系统,表面曝气机,沉水曝气机,射流曝气机,6 曝气理论与曝气系统,转刷曝气机,7 活性污泥法工艺设计,（1）活性污泥处理系统的设计内容 选定工艺流程 曝气池容积的计算及曝气池的工艺设计 计算需氧量、供气量以及曝气系统的计算与设计 计算

42、回流污泥量、剩余污泥量与污泥回流系统的设计 二次沉淀池池型的选定与工艺计算、设计,7 活性污泥法工艺设计,（2）设计原始资料与数据 污水流量（平均流量和最大流量）原污水和经过一级处理后水质的各项水质指标 处理水的出路及各项指标应达到数据（排放水质标准）对所产生的污泥处理与处置的要求 原污水中所含有的有毒有害物质、浓度及生物处理可能,7 活性污泥法工艺设计,（3）设计中应确定的主要参数 BOD-污泥负荷率（COD-污泥负荷率）混合液污泥浓度（MLSS）污泥回流比,7 活性污泥法工艺设计,（4）曝气池容积的确定,式中K2与污水种类有关，对于城市污水K2介于之间。,式中：r表示相关系数，一般取1.2

43、；SVI值取100120；R取值一般为50%-100%。,7 活性污泥法工艺设计,污泥龄法计算曝气池容积：,式中：Y污泥产率系数；Kd污泥自身氧化速率；c污泥龄。,7 活性污泥法工艺设计,（5）需氧量与供气量计算,*曝气量也可按气水比经验值进行确定。,根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算：,7 活性污泥法工艺设计,根据微生物对有机物的氧化分解需氧量计算：,式中：S0系统进水可生物降解有机物浓度，g/m3；Se系统出水可生物降解有机物浓度，g/m3；1.42污泥的氧当量系数，完全氧化1个单位的细胞（以C5H7NO2表示），需要1.42单位的氧；XV剩余污泥量，g/d。,实际使用中，常用BOD

44、5作为污水中可生物降解的有机物浓度，而BOD5=0.68BODL，则上式可写为：,7 活性污泥法工艺设计,（6）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 根据空气量求管径:(一般干管1015m/s，支管35m/s)(3)空气管道的水头损失计算 H=h1+h2 h1 沿程损失；h2 局部损失,7 活性污泥法工艺设计,（7）鼓风机选择与鼓风机房布置,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,风压调整为常见的 5米H2O（49kpa），7米H2O（68.6kpa）,离心鼓风机：大中型处理厂，效率高，流量变化大，流量易调整

45、可变频，适合中高压力；罗茨鼓风机：中小型处理厂，噪音大出口流量变化小，流量不易调整，适合中低压；轴流风机：极低风压1.2m，浅层曝气；,工作机组3台，设1台备用，工作机组4台，设2台备用；基础间距1.5m以上；鼓风机房包括机器间、值班室、配电间、进风室、空气净化设备、消音设备、冷却设备、自控设备。同一供气系统尽量采用同型号风机,7 活性污泥法工艺设计,（8）污泥回流系统设计,要维持一定的X，则R就应加以调整变化，同时X也需要根据进水负荷的变化而加以调整，为调整X也需要调整R 设计应按Rmax设计，并有较小回流比条件下工作的可能性，使R可以调整,7 活性污泥法工艺设计,（9）剩余污泥量的计算,7

46、 活性污泥法工艺设计,【例题】某污水处理厂处理规模为21600m3/d，经预处理沉淀后BOD为200mg/L，希望经过生物处理后的出水BOD小于20mg/L。该地区大气压为1.013105Pa，要求设计曝气池的容积、剩余污泥量和需氧量。相关参数可按下列条件选取：（1）污水温度为20；（2）MLVSS与MLSS之比为0.8；（3）回流污泥浓度10000mg/L；（4）曝气池中MLSS为3000mg/L；（5）污泥龄为10d；（6）二沉池出水中TSS浓度为12mg/L，其中VSS占65%；（7）污水中含有足够的生化反应所需的氮、磷和其他微量元素。,7 活性污泥法工艺设计,【解】（1）计算出水中溶解

47、性BOD5浓度：出水中BOD5由两部分组成，一是没有被生物降解的溶解性BOD5，二是没有沉淀下来随出水漂走的悬浮固体。悬浮固体所占BOD5计算：1）悬浮固体中可生物降解部分为0.6512=7.8mg/L2）可生物降解悬浮固体产生BODL=7.81.42=11mg/L3）可生物降解悬浮固体的BODL换算为BOD5=0.6811=7.5mg/L4）确定经生物处理后要求的溶解性有机物浓度Se=20-7.5=12.5mg/L,7 活性污泥法工艺设计,（2）计算曝气池容积：1）按污泥负荷计算：取污泥负荷为0.25kgBOD5/(kgMLSS.d),则2）按污泥龄计算：取Y=0.6kgMLVSS/kgBO

48、D5，Kd=0.08d-1，则,取V=5700m3。,7 活性污泥法工艺设计,（3）计算曝气池水力停留时间：,（4）计算每天排除的剩余污泥量：1）按表观污泥产率计算：计算系统排除的以挥发性悬浮固体计的干污泥量：,7 活性污泥法工艺设计,2）按污泥龄计算：,3）排放湿污泥量计算：剩余污泥含水率按99%计算，每天排放湿污泥量为：,7 活性污泥法工艺设计,（5）计算污泥回流比R：曝气池中悬浮固体（MLSS）浓度为3000mg/L，回流污泥浓度为10000mg/L，有：,（6）计算曝气池需氧量：,7 活性污泥法工艺设计,（7）空气量计算：采用鼓风曝气，有效水深6.0m，扩散器安装距池底0.2m，则扩散

49、器上静水压5.8m，其他相关参数选择：值取0.7，值取0.95，=1，曝气设备堵塞系数F取0.8，采用管式微孔扩散设备，EA=18%，扩散器压力损失4kPa，20水中溶解氧的饱和度为9.17mg/L。扩散器出口处绝对压力为：,7 活性污泥法工艺设计,空气离开曝气池表面时，气泡含氧体积分数：,20时曝气池混合液中平均氧饱和度为：,将需氧量换算为标准条件下（20，脱氧清水）充氧量：,7 活性污泥法工艺设计,曝气池供气量为：,选择3台风机，2用1备，单台风机风量为3214m3/h。,（8）鼓风机出口压力计算：选择一条最不利空气管路计算损失（为5.5kPa），扩散器压力损失为4kPa，则出口风压为：,

50、8 活性污泥系统运行、维护与管理,活性污泥的培养与驯化 活性污泥处理系统运行效果的检测 活性污泥处理系统运行中的异常情况,8 活性污泥系统运行、维护与管理,（1）活性污泥的培养与驯化,异步培训法 同步培训法 接种培训法 异步法是先培养污泥然后驯化；同步法则是污泥培养和驯化同时进行；接种法是利用其他污水处理厂的剩余污泥，再进行适当培训。对城市污水一般都采用同步培训法。,8 活性污泥系统运行、维护与管理,活性污泥的两个要素：菌种和营养物,对于城市污水，菌种和营养物都具备，因此可直接进行培养。具体方法是：污水引入曝气池充分曝气开动污泥回流设备及时换水（通过二沉池排出50%-70%污水）循环运行7-1