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(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。,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(gè)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(jī)物(Mi)吸附的無(wú)機(jī)物(Mii)。,其細(xì)菌以異養(yǎng)型的原核細(xì)菌為主(107109個(gè)/L)，優(yōu)勢(shì)菌屬有產(chǎn)堿桿菌屬、芽孢桿菌屬、黃桿菌屬、動(dòng)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(xì)菌可分泌黏性物質(zhì)構(gòu)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(lèi)、鞭毛類(lèi)、纖毛類(lèi)是常見(jiàn)的三類(lèi)原生動(dòng)物，以細(xì)菌為食，其種類(lèi)鑒別可間接判斷水處理的效果。,活性污泥的評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)污泥沉淀性能；c（污泥齡，污泥在曝氣中的平均停留時(shí)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(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。,活性污泥法處理污水的機(jī)理分析,活性污泥降解有機(jī)物的過(guò)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(fù)荷曝氣或變型曝氣克勞斯法延時(shí)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(yùn)行方式,有機(jī)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(jìn)口高于液面下，由進(jìn)水閘板控制，出水用溢流堰或淹沒(méi)孔控制，廊道長(zhǎng)一般在5070m，最長(zhǎng)可達(dá)100m，有效水深46m；寬深比為12；長(zhǎng)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(yùn)行中的三個(gè)主要控制參數(shù)。,吸附-再生法、吸附-降解(AB)法及其演變。,對(duì)于吸附再生法，吸附段接觸時(shí)間為3060min，再生時(shí)間為36h；當(dāng)處理城市污水時(shí)，吸附區(qū)的容積不應(yīng)小于總?cè)莘e的1/4；吸附池的水力停留時(shí)間不小于30min。需注意的是其出水水質(zhì)較差，同時(shí)當(dāng)有機(jī)物以溶解性BOD為主時(shí)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(jī)負(fù)荷2，水力停留時(shí)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(jī)物。B段的污泥BOD有機(jī)負(fù)荷為0.150.3,水力停留時(shí)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(jī)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(guó)學(xué)者Ardern和Locket發(fā)明了的水處理工藝。70年代初，美國(guó)NatreDame大學(xué)的R.Irvine教授采用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模對(duì)SBR工藝進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，并于1980年在美國(guó)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(gè)SBR法污水處理廠(chǎng)。,SBR池就是將傳統(tǒng)中的各個(gè)階段集成在同一池中按時(shí)間序列完成；典型的SBR包括進(jìn)水（正常進(jìn)水、限制、半限制及非限制曝氣）、反應(yīng)（曝氣或曝氣攪拌等）、沉淀、排水、排泥及靜置工序，典型的運(yùn)行周期一般按4/6/8/12h設(shè)定，各工序占比一般為25/35/20/15/5%。SBR按要求設(shè)置運(yùn)行周期，如脫氮運(yùn)行模式（進(jìn)水?dāng)嚢?曝氣/攪拌/沉淀/出水/排泥）、脫磷運(yùn)行模式（進(jìn)水?dāng)嚢?曝氣/攪拌/沉淀+排泥/出水）、脫氮除磷運(yùn)行模式（進(jìn)水?dāng)嚢?曝氣/攪拌/沉淀排泥/出水）等。SBR的控制參數(shù)主要是運(yùn)行時(shí)間和DO及工藝污泥負(fù)荷，如進(jìn)水工序（脫磷保持厭氧，其DO1h，其他則盡可能短）、曝氣（DO2.5，時(shí)間在24h）、沉淀排水（DO0.3m/s曝氣時(shí)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(chǎng)1991年建成投入以來(lái)，大部分出水指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計(jì)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(dòng)力不足，使氧化溝中存在污泥沉淀，有時(shí)還比較嚴(yán)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(dòng)力學(xué)關(guān)系式，目的是建立SRT與運(yùn)行參數(shù)間的關(guān)系，主要由以下二個(gè)方程組成：,引申出的關(guān)系式：,曝氣池出水有機(jī)物濃度（Se）與污染齡的關(guān)系：,曝氣池微生物濃度（X）與污染齡的關(guān)系：,污泥回流比（R）與污染齡的關(guān)系：,有機(jī)物在高或低濃度時(shí)的降解關(guān)系：,活性污泥表觀(guān)產(chǎn)率（Yobs）與污染產(chǎn)率Y的關(guān)系：,常見(jiàn)的動(dòng)力學(xué)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(fēng)曝氣法和(2)機(jī)械曝氣法。有時(shí)也有用鼓風(fēng)曝氣供應(yīng)氧氣，而用機(jī)械進(jìn)行攪拌的。這種聯(lián)合使用鼓風(fēng)和機(jī)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(shè)備效能的指標(biāo)有動(dòng)力效率(Ep)和氧的轉(zhuǎn)移效率(EA)或充氧能力。動(dòng)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(shí))，氧轉(zhuǎn)移效率是指鼓風(fēng)曝氣轉(zhuǎn)移到液體中的氧占所供給的百分?jǐn)?shù)(%)，而充氧能力則指機(jī)械曝氣在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移到液體中的氧量(公斤/時(shí))。良好的曝氣設(shè)備應(yīng)當(dāng)具有較高的動(dòng)力效率和氧轉(zhuǎn)移效率(或充氧能力)。,機(jī)械曝氣和鼓風(fēng)曝氣的比較,對(duì)于較小的曝氣池，機(jī)械曝氣裝置確能減少動(dòng)力費(fèi)用，并省去鼓風(fēng)曝氣所需的空氣管道系統(tǒng)和鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備，另外維護(hù)管理也較方便，但裝置的轉(zhuǎn)速高，所需動(dòng)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(jī)械攪動(dòng)水面與空氣接觸而吸收氧氣，所以機(jī)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(fēng)曝氣供應(yīng)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(shè)計(jì)計(jì)算,課件制作：劉雷,活性污泥系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì),應(yīng)把整個(gè)系統(tǒng)作為整體來(lái)考慮，包括曝氣池、二沉池、曝氣設(shè)備、回流設(shè)備等，甚至包括剩余污泥的處理處置。,主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：1工藝流程選擇；2曝氣池容積和構(gòu)筑物尺寸的確定；3二沉池澄清區(qū)、污泥區(qū)的工藝設(shè)計(jì)；4供氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)；5污泥回流設(shè)備設(shè)計(jì),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(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)工業(yè)廢水：試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)參數(shù),工藝流程的選擇,需要調(diào)查研究和收集的基礎(chǔ)資料：1污水的水量水質(zhì)資料水量關(guān)系到處理規(guī)模，多種方法分析計(jì)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(duì)象資料3氣象水文資料4污水處理廠(chǎng)廠(chǎng)址資料廠(chǎng)址地形資料；廠(chǎng)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(shè)計(jì)中的首要問(wèn)題，關(guān)系到日后運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，必須在詳盡調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，以得到先進(jìn)合理的流程。,曝氣池容積和構(gòu)筑物尺寸的確定,1、負(fù)荷率法：2、McCart法：3、McKinney法：,曝氣池實(shí)質(zhì)上是一個(gè)生化反應(yīng)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(lèi)。曝氣設(shè)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(zhǎng)寬比一般為510m，受場(chǎng)地限制時(shí)，長(zhǎng)池可以折流，廢水從一端進(jìn)，另一端出，進(jìn)水方式不限，出水多用溢流堰，一般采用鼓風(fēng)曝氣擴(kuò)散器。完全混合曝氣池平面可以是圓形、方形或矩形。曝氣設(shè)備可采用表面曝氣機(jī)，置于池的表層中心，廢水從池底中部進(jìn)入。廢水一進(jìn)池，即在表面曝氣機(jī)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(shè)計(jì),需氧量可根據(jù)以下幾種方式求得：1、合成系數(shù)法計(jì)算：2、工程經(jīng)驗(yàn)估算：生產(chǎn)實(shí)踐表明，對(duì)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(dāng)轉(zhuǎn)移效率為5或10%時(shí)供氣量分別為70140m3或3570m3。3、實(shí)驗(yàn)測(cè)定：因鼓風(fēng)曝氣的擴(kuò)散設(shè)備的EA值可通過(guò)實(shí)驗(yàn)求取，如果實(shí)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(dāng)采用空氣曝氣時(shí)，上式中W=G21%1.43=0.3G(kg/h)，G為總供氣量。,補(bǔ)充曝氣設(shè)備設(shè)計(jì),補(bǔ)充：純理論計(jì)算方式：,各系數(shù)說(shuō)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(jī)氮和氨氮，但氨化過(guò)程不變)；反硝化過(guò)程氧回收率為0.62；細(xì)菌氧化按C5H7NO2表示，則氧當(dāng)量為1.42kgO2/kgMLVSS；,補(bǔ)充曝氣設(shè)備設(shè)計(jì),例：已知平均設(shè)計(jì)流量=0.32m3/s，最大設(shè)計(jì)流量0.80m3/s，進(jìn)水BOD5=240mg/L，TSS=280mg/L，出水BOD520mg/L，TSS24mg/L，水溫為20，操作參數(shù)和動(dòng)力學(xué)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(shè)(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(shè)計(jì)一個(gè)完全混合活性污泥處理系統(tǒng)。,解：1、計(jì)算一級(jí)出水的BOD、TSS；2、計(jì)算出水中溶解性BOD，S0；3、計(jì)算曝氣池的容積；確定各部分尺寸；4、計(jì)算剩余污泥量，估算每日污泥產(chǎn)生量；5、計(jì)算活性污泥的回流比（污泥的物料平衡）；6、校核：水力停留時(shí)間、污泥負(fù)荷；7、計(jì)算理論需氧量并計(jì)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(jì)算二沉池的面積，利用表面溢流率進(jìn)行校核；9、計(jì)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(shí)間進(jìn)行校核。,第六節(jié)：活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的一些重要問(wèn)題,課件制作：劉雷,水力負(fù)荷有機(jī)負(fù)荷微生物濃度曝氣時(shí)間微生物平均停留時(shí)間（MCRT）氧傳遞速率回流污泥濃度回流污泥率曝氣池的構(gòu)造10.pH和堿度11.溶解氧濃度12.污泥膨脹及其控制,1、負(fù)荷,在活性污泥法中，一般將有機(jī)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(shí)間(d)內(nèi)所承受的有機(jī)物量(kgBOD)，稱(chēng)為污泥負(fù)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(shí)，為了表示有機(jī)物的去除情況，也采用去除負(fù)荷Lr，即單位重量活性污泥在單位時(shí)間所去除的有機(jī)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(fù)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(guān)系，污泥負(fù)荷與污泥的沉降性能之間也具有一定的關(guān)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?jǐn)?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(shí)也稱(chēng)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(biāo)注。,3、MCRT,污泥齡常稱(chēng)平均細(xì)胞停留時(shí)間(MCRT)或稱(chēng)污泥滯留時(shí)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(shí)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(xì)菌、放線(xiàn)菌、真菌、原生動(dòng)物和少數(shù)其他微型動(dòng)物。在正常情況下，細(xì)菌主要以菌膠團(tuán)形式存在，游離細(xì)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?xiàng)l件變化(如毒物濃度升高、PH值過(guò)高或過(guò)低等)使菌膠團(tuán)解體時(shí)。所以，游離細(xì)菌多是活性污泥處于不正常狀態(tài)的特征。除了菌膠團(tuán)外，成熟的活性污泥中還常常存在絲狀菌，在正常時(shí)，其絲狀體長(zhǎng)度不大，活性污泥的密度略大于水。但如絲狀菌過(guò)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(chēng)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(guò)過(guò)濾的濃糞便水投人曝氣池，再用生活污水或自來(lái)水稀釋(稀釋至BOD5約200300mg/l左右)，進(jìn)行連續(xù)曝氣。,馴化的方法可在進(jìn)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(yīng)新的生活條件。開(kāi)始時(shí)，工業(yè)廢水的加入量可以用曝氣池設(shè)計(jì)負(fù)荷的2040%，達(dá)到較好的處理效率后，再繼續(xù)增加(每次以增加設(shè)計(jì)負(fù)荷的1020%為宜，每次增加負(fù)荷后須待微生物適應(yīng)鞏固后再繼續(xù)增加)直至滿(mǎn)負(fù)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(dāng)活性污泥變質(zhì)時(shí)，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(xì)菌(特別是球衣細(xì)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(huì)引起污泥膨脹。,(2).污泥的脫氮：當(dāng)曝氣時(shí)間長(zhǎng)或曝氣量大時(shí)，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(dāng)進(jìn)水中含有較多的氮化合物時(shí))。這時(shí)，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(shí)發(fā)生，氮?dú)馍仙龝r(shí)攜帶污泥一起升起。,(3).污泥腐化：如果操作不當(dāng)，曝氣量過(guò)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(yàn)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(jī)物去除量為基礎(chǔ)的污泥負(fù)荷(U)。2).經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法：對(duì)于初步設(shè)計(jì)可按經(jīng)驗(yàn)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(shè)計(jì)，過(guò)去常采用一般的表面負(fù)荷法或沉淀時(shí)間法或固體通量法。這種計(jì)算方法只考慮了沉淀池的澄清分離作用，沒(méi)有考慮它的濃縮作用。這樣有時(shí)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(yùn)行。近年來(lái)考慮了混合液污泥濃度高，產(chǎn)生擁擠沉淀過(guò)程的特點(diǎn)，使設(shè)計(jì)更為合理。對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的池子，設(shè)計(jì)時(shí)可參閱高濁度水沉淀池的計(jì)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(guò)靜水沉淀試驗(yàn)后計(jì)算，并乘以安全系數(shù)1.3，然后取兩者中的大者作為設(shè)計(jì)表面積。池中停留時(shí)間可取1.52小時(shí)。由此即可求得沉淀池的有效深度。,謝謝,在設(shè)計(jì)中要思考的主要問(wèn)題是如何確定污泥負(fù)荷和X值。對(duì)活性污泥法的認(rèn)識(shí)目前還是很不夠的，還沒(méi)有確定這兩個(gè)設(shè)計(jì)值的法則，一般只憑判斷和試驗(yàn)決定。對(duì)于污泥負(fù)荷主要考慮的是它對(duì)于處理效率的影響。當(dāng)作為高級(jí)處理或所謂完全