工藝技術(shù)_污水的生物處理--活性污泥法

第13章污水的生物處理 一 活性污泥法 13 1活性污泥法的基本原理一 活性污泥法的基本概念與流程1 基本概念 活性污泥 以具有活性的微生物為主要構(gòu)成的絮狀懸浮物 易于沉淀分離 并使污水得到澄清 活性污泥法 是以活性污泥為主體的污水生物處理技術(shù) 2 工藝流程 出水 活性污泥法的基本流程 曝氣與空氣擴(kuò)散系統(tǒng) 曝氣池 進(jìn)水來自初沉池 二沉池 回流污泥 剩余污泥 二 活性污泥形態(tài)與活性污泥微生物 1 活性污泥形態(tài)外觀形態(tài) 黃褐色的絮絨顆粒狀 活性污泥又稱為生物絮凝體 特點 顆粒大小 0 02 0 2mm 具有較大的表面積 含水率很高 達(dá)99 比重介于1 002 1 006之間組成 具有代謝功能活性的微生物群體Ma 微生物內(nèi)源代謝 自身氧化的殘留物Me 原污水挾入的難生物降解的惰性有機(jī)物質(zhì)Mi 原污水挾入的無機(jī)物質(zhì)Mii 活性污泥照片 2 活性污泥微生物及其在活性污泥反應(yīng)中的作用 細(xì)菌 以異養(yǎng)型的原核細(xì)菌為主 世代時間為20 30min 主要細(xì)菌有 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 大腸埃希氏桿菌等 真菌 主要是絲狀菌原生動物 肉足蟲 鞭毛蟲和纖毛蟲三類 主要攝食游離的細(xì)菌 起到進(jìn)一步凈化水質(zhì)的作用 后生動物 主要指輪蟲 在活性污泥系統(tǒng)中不經(jīng)常出現(xiàn) 僅在處理水質(zhì)很好的完全氧化型的活性污泥系統(tǒng)中出現(xiàn) 弧狀菌 絲狀菌 葡萄球菌 變形蟲 小口鐘蟲 草履蟲 吸管蟲屬 累枝蟲 圓筒蓋蟲 輪蟲 3 活性污泥微生物的增殖與活性污泥的增長 增殖規(guī)律用增殖曲線表示 根據(jù)微生物的生長速度 整個曲線分為四個階段 適應(yīng)期 延遲期或調(diào)整期 微生物不裂殖 數(shù)量不增加 但在質(zhì)方面卻開始出現(xiàn)變化 對數(shù)增殖期 增殖旺盛期 增殖速度達(dá)最大 且為常數(shù) 所以又稱等速增殖期 減速增殖期 穩(wěn)定期或平衡期 增殖速度變慢 直至為0 細(xì)菌總數(shù)仍然增加直至最大 內(nèi)源呼吸期 內(nèi)源代謝期或衰亡期 細(xì)菌進(jìn)行內(nèi)源代謝 細(xì)菌總數(shù)在減少 增殖速度為負(fù) 4 活性污泥絮凝體的形成 有多種學(xué)說 普遍認(rèn)為 活性污泥絮凝體形成的實際情況來看 活性污泥絮凝體的形成與曝氣池內(nèi)能含量有關(guān) 能含量用F M表示 F 代表有機(jī)物含量M 代表微生物的含量 三 活性污泥凈化反應(yīng)過程 1 初期吸附去除階段 這一過程進(jìn)行較快 能夠在30min內(nèi)完成 污水的去除率達(dá)70 2 微生物代謝 將第一階段轉(zhuǎn)移到活性污泥上去的有機(jī)污染物被微生物利用 13 2活性污泥凈化反應(yīng)影響因素與主要設(shè)計 運行參數(shù)一 活性污泥凈化因素反應(yīng)的影響 1 營養(yǎng)物質(zhì)平衡 BOD5 N P 100 5 12 DO含量 曝氣池出口處一般保持在2mg l左右 3 PH值 最佳PH范圍為6 5 8 54 水溫 適宜溫度范圍為 15 35 5 有毒物質(zhì) 如重金屬離子 酚 氰化物等 1 表示活性污泥微生物量的指標(biāo) 1 混合液懸浮固體濃度 mg L MLSS Ma Me Mi Mii 2 混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度 mg L MLVSS Ma Me Mif MLVSS MLSS一般情況下 f取0 7 0 8 二 活性污泥系統(tǒng)的控制指標(biāo)與設(shè)計 運行參數(shù) 二 沉降性與濃縮性評價指標(biāo)1 污泥沉降比 SV 又稱30min沉降比 混合液在量筒內(nèi)靜置30min后所形成沉淀污混容積占混合液容積的百分比 2 污泥容積指數(shù) SVI靜置30min后 1g干污泥所占的容積 ml g 一般為70 150 ml g 時沉降性能較好 過低無機(jī)物含量過高 污泥活性不好 過高易出現(xiàn)污泥膨脹 Q Qw Xe 出水 曝氣與空氣擴(kuò)散系統(tǒng) 曝氣池 V X 進(jìn)水來自初沉池 二沉池 回流污泥 Xr 剩余污泥 Qw Xr 3 污泥齡 又稱生物固體平均停留時間 污泥齡定義 曝氣池內(nèi)活性污泥總量 VX 與每日排放的污泥量 X 之比 4 BOD 污泥負(fù)荷與BOD容積負(fù)荷 在具體工程應(yīng)用上 BOD 污泥負(fù)荷以F M表示 F M Ns Q Sa X V kg kgMLSS d 又稱BOD SS負(fù)荷率定義 曝氣池內(nèi)單位重量活性污泥在單位時間內(nèi)能夠接受并將其降解到預(yù)定程度的有機(jī)物量BOD 另外 還使用BOD 容積負(fù)荷用Nv表示Nv Q Sa V kgBOD m3 d 定義 單位曝氣池容積在單位時間內(nèi) 能夠接受并將其降解到預(yù)定程度的有機(jī)物量選定適宜的BOD 污泥負(fù)荷的意義Ns 0 2 0 5kg kgMLSS d為一般負(fù)荷區(qū) 0 1kg kgMLSS d為低負(fù)荷區(qū)1 5 2 5kg kgMLSS d為高負(fù)荷區(qū)0 5 1 5kg kgMLSS d為污泥膨脹區(qū) 一般不取 5 有機(jī)污染物降解與活性污泥增長 微生物的增殖是通過微生物合成與內(nèi)源代謝兩項生理活動完成的 微生物增殖的基本方程式 上式變形為 XV Y Sa Se Q V Kd Xv剩余污泥量計算 Xv Y Sa Se Q Kd XvBOD 污泥去除負(fù)荷 Nrs Q Sr V Xv1 c Y Nrs KdY Kd的取值 經(jīng)驗數(shù)據(jù) 城市污水 Y取0 4 0 6 Kd取0 05 0 16 有機(jī)污染物降解與需氧O2 a QSr b VXv其中 對于城市污水 a 取0 42 0 53 b 取0 188 0 11 13 3活性污泥反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ) 一 概述1 活性污泥反應(yīng)動力學(xué)的目的 明確有機(jī)底物濃度 活性污泥微生物量 DO等各項因素對反應(yīng)速度的影響對反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行研究2 常用的反應(yīng)動力學(xué)方程 米 門方程 莫諾方程式和勞侖斯 麥卡蒂方程式二 莫諾方程式 1942年由莫諾提出 1 基本方程式 微生物的比增殖速度即單位生物量的增殖速度 dx dt XKs 飽和常數(shù) 當(dāng) 1 2 max時的底物濃度 又稱為半速度常數(shù) v或 v有機(jī)底物比降解速度v v 有機(jī)底物的比降解速度即單位生物量的降解速度 底物降解速率 2 Monod方程式的推論 結(jié)論 在高底物濃度條件下 有機(jī)底物以最大的速度進(jìn)行降解 而與有機(jī)底物濃度無關(guān) 呈零級反應(yīng) 而有機(jī)底物的降解速度與污泥濃度的一次方成正比關(guān)系 并呈一級反應(yīng) 結(jié)論 在低底物濃度的條件下 有機(jī)底物的降解速度與有機(jī)底物的濃度的一次方成正比 呈 級反應(yīng) 3 莫諾方程式對完全混合曝氣池的應(yīng)用 計算BOD 污泥去除負(fù)荷率NrsNrs Q S0 Se X V S0 Se x t k2Se計算容積去除負(fù)荷率 Nrv Q S0 Se V S0 Se t k2XSe計算有機(jī)底物降解率 1 1 1 k2Xt 4 常數(shù)值K2 Vmax ks的確定常數(shù)值K2的確定 采用圖解法確定 S0 Se x t k2 Se可按Y aX形式作圖VmaxKs的確定K2的取值 0 0168 0 0281 3 莫諾方程式對完全混合曝氣池的應(yīng)用 計算BOD 污泥去除負(fù)荷率NrsNrs Q S0 Se X V S0 Se x t k2Se計算容積去除負(fù)荷率 Nrv Q S0 Se V S0 Se t k2XSe計算有機(jī)底物降解率 1 1 1 k2Xt 4 常數(shù)值K2 Vmax ks的確定常數(shù)值K2的確定 采用圖解法確定 S0 Se x t k2 Se可按Y aX形式作圖VmaxKs的確定K2的取值 0 0168 0 0281 三 勞倫斯 麥卡蒂方程式 1 概述于1970年建立了活性污泥反應(yīng)動力學(xué)方程式 兩個新概念 生物固體平均停留時間或細(xì)胞平均停留時間 單位重量的微生物在活性污泥反應(yīng)系統(tǒng)中的平均停留時間 單位底物利用率 單位微生物量的底物利用率qq ds dt u Xa兩個基本方程式 第一基本方程式 1 Y q Kd第二基本方程式 ds dt u k xa S Ks S 2 勞倫斯 麥卡蒂方程式的推論與應(yīng)用 處理水有機(jī)底物濃度Se與生物固體平均停留時間關(guān)系反應(yīng)器內(nèi)活性污泥濃度與 c的關(guān)系污泥回流比與 c之間的關(guān)系有機(jī)底物的降解速度等于其被微生物的利用速度計算曝氣池容積的公式 V Q Sa X VV Q S0 Se K2 Se XaV Q c Y S0 Se Xa 1 Kd c 活性污泥的兩種產(chǎn)率與 c關(guān)系合成產(chǎn)率 微生物增殖總量 沒有去除由于微生物內(nèi)源呼吸作用而使其本身重量減少的部分 用Y表示表觀產(chǎn)率 實際上測得的微生物增殖量 沒有包括由于內(nèi)源呼吸而減少的那部分微生物量 用Yobs表示Yobs Y 1 Kd c 13 7活性污泥處理系統(tǒng)的運行方式與曝氣池的工藝參數(shù) 一 傳統(tǒng)活性污泥法處理系統(tǒng)又稱普通活性污泥法 是早期開始使用并一直沿用至今的運行方式 1912年 1 工藝流程 傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程 2 工藝特征 需氧速度沿池長逐漸降低供氣量沿池長均勻分布 采用鼓風(fēng)曝氣 3 工藝參數(shù)4 優(yōu)缺點 優(yōu)點 處理效果好 去除率達(dá)90 以上 適于處理要求高而水質(zhì)穩(wěn)定的污水 缺點 曝氣池容積大 占地多 基建費用高 耗氧速度與供氧速度沿池長難于吻合 對水質(zhì)水量變化適應(yīng)性 二 階段曝氣活性污泥法系統(tǒng) 1 工藝流程2 工藝特征有機(jī)物濃度沿池長均勻分布 供氣量沿池長均勻分布 采用鼓風(fēng)曝氣 3 工藝參數(shù)4 優(yōu)點 縮小了耗氧速度與供氧速度之間的差距 減輕了二沉池的負(fù)荷 曝氣池對水質(zhì)水量沖擊負(fù)荷的適應(yīng)能力有所提高 三 再生曝氣活性污泥法系統(tǒng) 它是傳統(tǒng)活性污泥法系統(tǒng)的一種變形工藝 在工藝方面的改進(jìn) 將回流污泥不直接進(jìn)入曝氣池 而是進(jìn)入再生池 進(jìn)行曝氣 使污泥得到充分再生后 在進(jìn)入曝氣池 四 吸附 再生活性污泥法系統(tǒng)1 工藝流程 如圖2 工藝特征 3 工藝參數(shù)4 優(yōu)缺點 五 延時曝氣活性污泥系統(tǒng) 1 工藝流程 如圖2 工藝特征 3 工藝參數(shù)4 優(yōu)缺點六 高負(fù)荷活性污泥法系統(tǒng)1 工藝流程2 工藝特征 3 工藝參數(shù)4 優(yōu)缺點 七 完全混合式活性污泥法 八 多級活性污泥法系統(tǒng)九 深水曝氣活性污泥法系統(tǒng)十 深井曝氣活性污泥法系統(tǒng)十一 淺層曝氣活性污泥法系統(tǒng)十二 純氧曝氣活性污泥法系統(tǒng)原理見圖 13 8活性污泥處理系統(tǒng)的新工藝 一 概述1 在凈化功能方面2 在工藝方面二 氧化溝1 氧化溝的工作原理與特征構(gòu)造方面 池型 呈環(huán)形溝渠狀 平面為橢圓或圓形 進(jìn)水裝置 雙池以上設(shè)配水井 自控裝置水流混合方面 介于完全混合與推流之間工藝方面 可考慮不設(shè)初沉池 可考慮不單設(shè)二沉池 BOD負(fù)荷低曝氣裝置 可采用橫軸和縱軸曝氣裝置 3 常用的氧化溝系統(tǒng)氧化溝的運行方式 連續(xù)工作式 氧化溝只作曝氣池使用 因此氧化溝系統(tǒng)必須設(shè)二沉池 分為分建和合建 主要有帕斯韋爾氧化溝 卡羅塞氧化溝和奧巴勒型氧化溝交替工作式 不單獨設(shè)二沉池 在不同時段 氧化溝系統(tǒng)的一部分交替輪流當(dāng)作沉淀池用 雙溝 DE 型和三溝 T 型卡羅塞氧化溝交替工作氧化溝二沉池交替運行氧化溝奧巴勒 ORBAL 型氧化溝曝氣 沉淀一體化氧化溝 ORBAL型氧化溝 1 工藝流程及其特征 1 工藝簡單 可省略二沉池和污泥回流設(shè)備 2 反應(yīng)推動力大 效率高 3 沉淀效果好 4 不易發(fā)生污尼膨脹 5 通過運行方式調(diào)節(jié) 前加缺氧 厭氧時間 可脫N除P 6 便于自動控制 時間參數(shù) 7 適用于中小型污水處理裝置 三 間歇式活性污泥處理系統(tǒng) 三 間歇式活性污泥處理系統(tǒng) 2 工作原理與操作流入工序反應(yīng)工序沉淀工序排放工序待機(jī)工序3 SBR工藝功能的改善與強(qiáng)化關(guān)于待機(jī)與流入工序關(guān)于SBR工藝的BOD 污泥負(fù)荷與污泥濃度關(guān)于耗氧與供氧問題4 SBR工藝的發(fā)展及主要的變形工藝 3 SBR的發(fā)展在SBR基礎(chǔ)上出現(xiàn)了一系列新工藝 ICEAS CASS DAT IAT MSBR UNITANK 在原有基礎(chǔ)上增加連續(xù)進(jìn)出水 生物選擇器 循環(huán)混合等功能 四 AB法污水處理工藝 1 AB法特點 無初沉池 A B段各擁有自己的回流系統(tǒng) 兩段分開 有各自的微生物群體 由于A段的負(fù)荷高 有效好的抗沖擊負(fù)荷能力 可以分期建設(shè) 條件成熟建二級 2 AB法工藝 3 A段的效應(yīng) 功能及設(shè)計運行參數(shù)4 B段的效應(yīng) 功能及設(shè)計運行參數(shù) A段處理過程 B段處理過程 13 4曝氣的理論基礎(chǔ)一 氧轉(zhuǎn)移原理1 菲克定律 Vd Dl dc dx而Vd dM dt A得出 dM dt Dl A dc dx2 雙膜理論 定義 在曝氣過程中 氧分子通過氣 液界面由氣相轉(zhuǎn)移到液相 在界面兩側(cè)存在著氣膜和液膜 氣體分子通過氣膜和液膜的傳遞理論基本點 在氣 液兩相接觸的界面兩側(cè)存在著氣膜和液膜 氣體分子從氣相到液相 阻力僅存在于氣 液兩層膜 在氣膜中存在氧分壓梯度 在液膜中存在氧濃度梯度 氧轉(zhuǎn)移決定性阻力又集中在液膜上 3 表達(dá)式 dc dx Cs C Xf代入菲克定律dc dt KL A V Cs C dc dt KLa Cs C 4 氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)Kla的確定二 氧轉(zhuǎn)移的影響因素1 污水水質(zhì) 對Kla的影響 引入修正系數(shù) 取0 8 0 85對Cs的影響 引入修正系數(shù) 取0 9 0 972 水溫 對Kla的影響 Kla T Kla 20 1 024 T 20 對Cs的影響 用Cs T 表示 查附錄3 氧分壓 主要對Cs的影響 三 氧轉(zhuǎn)移速率與供氣量的計算 1 標(biāo)準(zhǔn)條件下的氧總轉(zhuǎn)移量2 實際條件下的氧總轉(zhuǎn)移量3 供氣量13 5曝氣系統(tǒng)與空氣擴(kuò)散裝置空氣擴(kuò)散裝置的分類 鼓風(fēng)曝氣和機(jī)械曝氣空氣擴(kuò)散裝置的作用 充氧 攪拌 混合表示空氣擴(kuò)散裝置技術(shù)性能的主要指標(biāo) 動力效率EP 每消耗1KWh電能轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量氧利用率EA 通過鼓風(fēng)曝氣轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧量的百分比 氧轉(zhuǎn)移效率EL 通過機(jī)械曝氣 在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量 一 鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)與空氣擴(kuò)散裝置 1 鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)組成 由空壓機(jī) 空氣擴(kuò)散裝置和一系列連通管道組成 曝氣過程 空壓機(jī)將空氣通過一系列管道輸送到安裝在曝氣池底部的空氣擴(kuò)散裝置 經(jīng)過空氣擴(kuò)散裝置 使空氣形成不同尺寸的氣泡 氣泡經(jīng)過上升和隨水循環(huán)流動 最后在液面處破裂 實現(xiàn)氧向混合液的轉(zhuǎn)移 2 空氣擴(kuò)散裝置 微氣泡 中氣泡 水力剪切 水力沖擊和水下空氣擴(kuò)散裝置 安裝中的膜片微孔曝氣器 WSL型液下射流曝氣機(jī) 二 機(jī)械曝氣裝置 1 機(jī)械曝氣原理曝氣裝置轉(zhuǎn)動 水面上的污水沿曝氣器周邊不斷地以水幕狀拋向四周 形成水躍 液面劇烈攪動 將空氣卷入 曝氣器轉(zhuǎn)動 提升液體 使混合液連續(xù)地上 下循環(huán)流動 使池底含氧量小的混合液向上環(huán)流與表面充氧區(qū)發(fā)生交換 不斷地使空氣中氧轉(zhuǎn)移到液體中曝氣器轉(zhuǎn)動 其后側(cè)形成負(fù)壓區(qū) 能吸入部分空氣2 機(jī)械曝氣裝置按傳動軸的安裝方向 機(jī)械曝氣器分為豎軸 縱軸 和臥軸 橫軸 兩類 豎軸式機(jī)械曝氣裝置 葉輪式臥軸式機(jī)械曝氣裝置 曝氣轉(zhuǎn)刷 13 6活性污泥反應(yīng)器 曝氣池 一 曝氣池的分類1 從混合液流動形態(tài)方面 曝氣池分為推流式 完全混合式和循環(huán)混合式三類 2 從平面形狀方面 長方廊道形 圓形 方形和環(huán)狀跑道形四類3 從采用的曝氣方法 可分為鼓風(fēng)曝氣池 機(jī)械曝氣池和二者聯(lián)合使用的機(jī)械 鼓風(fēng)曝氣池4 從曝氣池與二沉池的關(guān)系 分為分建式和合建式兩種 二 推流式曝氣池 1 關(guān)于曝氣系統(tǒng)與空氣擴(kuò)散裝置當(dāng)采用鼓風(fēng)曝氣時 空氣擴(kuò)散裝置布置的形式 空氣擴(kuò)散裝置安裝在曝氣池廊道底部的一側(cè) 空氣擴(kuò)散裝置安裝在廊道的兩側(cè) 空氣擴(kuò)散裝置按一定形式均衡地布置在整個曝氣池底 池中水流只有沿池長方向的流動當(dāng)采用表面機(jī)械曝氣裝置時 沿池長在池中線每隔一定距離設(shè)置一臺 2 關(guān)于曝氣池的數(shù)目及廊道的排列與組合隨污水廠的規(guī)模而定 一般每座曝氣池由1 5個廊道組成 當(dāng)廊道數(shù)為單數(shù)時 進(jìn)出水口分別位于曝氣池兩端 為雙數(shù)時 進(jìn)出水口位于曝氣池同側(cè) 3 關(guān)于曝氣池廊道的長 寬 深 長 以50 70m為宜 最長可達(dá)100m寬 L B 5 10深 當(dāng)空氣擴(kuò)散裝置安設(shè)在廊道底部一側(cè)時 B H 1 2 我國當(dāng)前對推流曝氣池采用深度為3 5m 4 關(guān)于在曝氣池內(nèi)設(shè)橫向隔墻分室的問題設(shè)置方式有兩種 第一室隔墻一端緊靠池壁 另一端與池壁之間留有一定間距 逐室交替 使水從一室流入另一室第一室隔墻上端高出水面