污水處理廠活性污泥法

1,第12章 活性污泥法,第一節(jié) 基本概念 第二節(jié) 活性污泥法的發(fā)展 第三節(jié) 活性污泥法數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ) 第四節(jié) 氣體傳遞原理和曝氣設(shè)備 第五節(jié) 去除有機(jī)污染物的活性污泥法過程設(shè)計(jì) 第六節(jié) 脫氮除磷活性污泥法工藝及設(shè)計(jì) 第七節(jié) 活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的深化 第八節(jié) 二次沉淀池,2,第一節(jié) 基 本 概 念,3,什么是活性污泥法？,以活性污泥為主體的污水生物處理技術(shù)。 本質(zhì)：天然水體自凈化作用的人工強(qiáng)化，是好氧生物處理過程。 應(yīng)用：去除污水中溶解和膠體狀態(tài)的可生物降解有機(jī)物。,4,（一）什么是活性污泥？,由細(xì)菌、菌膠團(tuán)、原生動物、后生動物等微生物群體及吸附的污水中有機(jī)和無機(jī)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、活性污泥,5,一組活性污泥圖片,6,（二）曝氣池活性污泥的性狀,1、正常,7,（二）活性污泥的性狀,供氧不足或厭氧,黑色,灰白色,供養(yǎng)過多或營養(yǎng)不足,1、不正常,8,曝氣池,9,10,曝氣池出水堰,11,曝氣池混合液配水進(jìn)入二沉池,12,1、 棲息著的微生物,（三）活性污泥的組成,大量的細(xì)菌,真菌,原生動物,后生動物,除活性微生物外，活性污泥還挾帶著來自污水的有機(jī)物、無機(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、霉菌以及原生動物和后生動物。 活性污泥中細(xì)菌含量一般在107108個/mL；原生動物103個/mL，原生動物中以纖毛蟲居多數(shù)，固著型纖毛蟲可作為指示生物，固著型纖毛蟲如鐘蟲、等枝蟲、蓋纖蟲、獨(dú)縮蟲、聚縮蟲等出現(xiàn)且數(shù)量較多時，說明培養(yǎng)成熟且活性良好。,2、干固體和水分,含水9899,干固體12%,MLSS,13,按McKinney的分析：,混合液懸浮固體：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii,式中：Ma有活性的微生物；,Me微生物自身氧化殘留物，即內(nèi)源代謝殘留的微生物有機(jī)體;,Mi有機(jī)污染物，吸附在污泥上未被降解；,Mii無機(jī)懸浮固體，吸附在污泥上。,3、 活性污泥的組成：,有活性的微生物存在形態(tài)菌膠團(tuán)： 由細(xì)菌分泌的多糖類物質(zhì)將細(xì)菌等包覆成的粘性團(tuán)塊。,14,4、按有機(jī)性和無機(jī)性成分：,MLSS,MLVSS: 70%,MLNVSS: 30%,MLSS混合液懸浮固體濃度，也叫污泥濃度（g/L)， MLVSS混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度，表示混合液懸浮固體中有機(jī)物含量，但不僅是微生物的量，由于測定方便，目前還是近似用于表示污泥。 MLNVSS灼燒殘量，表示無機(jī)物含量。,MLVSS: 一般范圍為5575，,即MLVSS/MLSS=0.70.8，,15,污泥沉降比：SV,（四）活性污泥的沉降濃縮性能,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，以占混合液體積的比例（%）表示污泥沉降比。可反映污泥的沉降性能。,污泥沉淀30min后密度接近最大，故SV可反映沉降性能。 能反映污泥膨脹等異常情況，可控制剩余污泥的排放量。 城市污水正常值為15%30%左右。 簡單易行但SV不能確切表示污泥沉降性能。,16,污泥體積指數(shù)：SVI(污泥指數(shù)、污泥容積指數(shù),曝氣池出口處出混合液，經(jīng)30分鐘靜沉后，每g干泥所形成的濕污泥的體積，簡稱污泥指數(shù)，單位為mL/g。,反映污泥的凝聚、沉降性能。 SVI應(yīng)在100150（有說70100）。 影響SVI的最重要的因素是微生物群體所在的增殖期。 太高，沉降性能差，可能膨脹； 太低，可能處在內(nèi)源呼吸期，泥粒細(xì)小而緊密，易沉降，活性差，無機(jī)物多。 實(shí)際運(yùn)行中，一般用SV了解SVI，因?yàn)槠貧獬豈LSS變化不大。,17,二.活性污泥法的基本流程,18,三、活性污泥降解污水中有機(jī)物的過程,活性污泥在曝氣過程中，對有機(jī)物的降解（去除）過程可分為兩個階段：,吸附階段,穩(wěn)定階段,由于活性污泥具有巨大的表面積，而表面上含有多糖類的黏性物質(zhì)，導(dǎo)致污水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去。,主要是轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機(jī)物為微生物所利用。,19,曲線表示曝氣池中有機(jī)物的的去除量，反映去除規(guī)律； 曲線表示微生物已經(jīng)氧化和合成的量，反映活性污泥利用有機(jī)物的規(guī)律； 曲線表示活性污泥的吸附量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，在曝氣過程中： 污水中有機(jī)物的去除在較短時間( 圖中是5h左右)內(nèi)就基本完成了(見曲線)； 污水中的有機(jī)物先是吸附到污泥上(見曲線),然后逐漸為微生物所利用(見曲線)； 吸附作用在相當(dāng)短的時間(圖中是45min左右)內(nèi)就基本完成了(見曲線)； 微生物利用有機(jī)物的過程比較緩慢(見曲線)。,20,對活性污泥法曝氣過程中污水中有機(jī)物的變化分析得到結(jié)論：,廢水中的有機(jī)物,殘留在廢水中的有機(jī)物,從廢水中去除的有機(jī)物,微生物不能利用的有機(jī)物,微生物能利用的有機(jī)物,微生物能利用而尚未利用的有機(jī)物,微生物不能利用的有機(jī)物,微生物已利用的有機(jī)物（氧化和合成）,（吸附量）,增殖的微生物體,氧化產(chǎn)物,21,第二節(jié) 活性污泥法的發(fā)展,22,封閉環(huán)流式,序批式,一、活性污泥法曝氣反應(yīng)池的基本形式,其他曝氣池基本上是這四種池型的組合或變形,23,1、推流式曝氣池,工藝流程：見p107,水流：推流型 底物濃度分布：進(jìn)口最高，沿池長逐漸降低，出口端最低。 理想推流：橫斷面上濃度均勻，縱向無摻混,24,根據(jù)橫斷面上的水流情況 ，可分為,平流推移式,旋轉(zhuǎn)推移式,25,推流式曝氣池,26,推流式曝氣池,27,2.完全混合曝氣池,池 形,根據(jù)和沉淀池的關(guān)系,圓 形,方 形,矩 形,分建式,合建式,28,29,污水與回流污泥在進(jìn)入曝氣池后，立即與池中的混合液完全混合 池中微生物的種類和濃度、底物濃度需氧速率各點(diǎn)相同與推流式不同； 對沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)能力； 出水水質(zhì)不及傳統(tǒng)法。,完全混合法的特征,完 全 混 合 法,30,曝氣池的三種池型,31,機(jī)械曝氣完全混合曝氣池,32,鼓風(fēng)曝氣完全混合曝氣池,33,局部完全混合推流式曝氣池,34,3.封閉環(huán)流式反應(yīng)池,結(jié)合了推流和完全混合兩種流態(tài) 與推流式的區(qū)別:污水有40300次循環(huán),35,4.序批式反應(yīng)池（SBR）,SBR工藝的基本運(yùn)行模式由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置五個基本過程組成，從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個周期，在每個周期里上述過程都是在一個設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行的。,36,(1)工藝系統(tǒng)組成簡單，不設(shè)二沉池，曝氣池兼具二沉池的功能，無污泥回流設(shè)備； (2)耐沖擊負(fù)荷，在一般情況下（包括工業(yè)污水處理）無需設(shè)置調(diào)節(jié)池； (3)反應(yīng)推動力大,易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質(zhì); (4)運(yùn)行操作靈活，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)各單元操作的狀態(tài)可達(dá)到脫氮除磷的效果； (5)污泥沉淀性能好,SVI值較低,能有效地防止絲狀菌膨脹; (6)該工藝的各操作階段及各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)可通過計(jì)算機(jī)加以控制，便于自控運(yùn)行，易于維護(hù)管理。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝與連續(xù)流活性污泥工藝相比的優(yōu)點(diǎn),37,(1)容積利用率低； (2)水頭損失大； (3)出水不連續(xù)； (4)峰值需氧量高； (5)設(shè)備利用率低； (6)運(yùn)行控制復(fù)雜； (7)不適用于大水量。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝的缺點(diǎn),38,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)荷曝氣或變形曝氣 克 勞 斯 法 延 時 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）,二、活性污泥法的發(fā)展和演變,有機(jī)物去除和氨氮硝化,39,一般采用35條廊道。 充氧設(shè)備沿池長均勻分布。 在推流式的傳統(tǒng)曝氣池中，混合液的需氧量在長度方向是逐步下降的。 前半段氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，后半段供氧量超過需要，而充氧設(shè)備沿池長均勻分布。 易受沖擊負(fù)荷的影響，適應(yīng)水質(zhì)水量變化的能力差：污泥進(jìn)入池后不能立即與混合液充分混合。,1、傳統(tǒng)推流式,40,41,2、漸 減 曝 氣： 特征： 充氧設(shè)備沿池長布置與需氧量匹配。 節(jié)能,42,在推流式的傳統(tǒng)曝氣池中，混合液的需氧量在長度方向是逐步下降的。 實(shí)際情況是：前半段氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，后半段供氧量超過需要。 漸減曝氣的目的就是合理地布置擴(kuò)散器，使布?xì)庋爻套兓?，而總的空氣量不變，這樣可以提高處理效率。,漸 減 曝 氣,43,特征:把入流的一部分從池端引入到池的中部分點(diǎn)進(jìn)水。 優(yōu)點(diǎn)： 均衡了污染負(fù)荷和需氧率 提高了耐沖擊負(fù)荷的能力,3、階段曝氣（分步曝氣）,階段曝氣示意圖,44,部分污水廠只需要部分處理，因此產(chǎn)生了高負(fù)荷曝氣法。 曝氣池構(gòu)造與傳統(tǒng)推流式相同。 曝氣時間比較短，約為1.53h，BOD5處理效率僅約70%75左右。 活性污泥處于旺盛生長期。,4.高負(fù)荷曝氣（改良曝氣）,45,延時曝氣的特點(diǎn)： 曝氣時間很長，達(dá)24h甚至更長，MLSS較高，達(dá)到30006000mg/L； 活性污泥在時間和空間上部分處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)， 剩余污泥主要是一些難于生物降解的微生物內(nèi)源代謝殘留物，少而穩(wěn)定，無需消化，可直接排放； 適用于污水量很小的場合，近年來，國內(nèi)小型污水處理系統(tǒng)多有使用。 耐沖擊負(fù)荷，無需初沉池， 缺點(diǎn)：池體積大，基建費(fèi)運(yùn)行費(fèi)高,5、延 時 曝 氣,46,47,6.接 觸 穩(wěn) 定 法（吸附再生法）,混合液曝氣過程中第一階段BOD5的下降是由于吸附作用造成的，對于溶解的有機(jī)物，吸附作用不大或沒有，因此，把這種方法稱為接觸穩(wěn)定法，也叫吸附再生法。,間隔較短時間測得的曲線， 下降由吸附引起,間隔較長時間測得的曲線,48,直接用于原污水的處理比用于初沉池的出流處理效果好；可省去初沉池；此方法接觸時間短，氨氮難硝化，不適于處理溶解性有機(jī)污染物廢水，剩余污泥量多。,接 觸 穩(wěn) 定 法,混合液的曝氣完成了吸附作用，回流污泥的曝氣完成了污泥再生。,回流污泥的曝氣使污泥再生,曝氣的同時吸附,49,7.吸附生物降解工藝（AB法）,50,特征： 分為預(yù)處理段、A級和B級三段，無初沉池 A級以高負(fù)荷或超高負(fù)荷運(yùn)行，B級以低負(fù)荷運(yùn)行，A級曝氣池停留時間短，3060min，B級停留時間24h。 該系統(tǒng)不設(shè)初沉池，A級曝氣池是一個開放性的生物系統(tǒng)。A、B兩級各自有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)，兩級的污泥互不相混。 處理效果穩(wěn)定，具有抗沖擊負(fù)荷和pH變化的能力。該工藝還可以根據(jù)經(jīng)濟(jì)實(shí)力進(jìn)行分期建設(shè)。,7.吸附生物降解工藝（AB法）,51,8. 完 全 混 合 法,長條形池子的完全混合法：在分步曝氣的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步大大增加進(jìn)水點(diǎn)，同時相應(yīng)增加回流污泥并使其在曝氣池中迅速混合，長條形池子中也能做到完全混合狀態(tài)。,52,53,（1）池液中各個部分的微生物種類和數(shù)量基本相同，生活環(huán)境也基本相同。 （2）入流出現(xiàn)沖擊負(fù)荷時，池液的組成變化也較小，因?yàn)轶E然增加的負(fù)荷可為全池混合液所分擔(dān)，而不是像推流中僅僅由部分回流污泥來承擔(dān)。完全混合池從某種意義上來講，是一個大的緩沖器和均和池，在工業(yè)污水的處理中有一定優(yōu)點(diǎn)。 （3）池液里各個部分的需氧量比較均勻。,完全混合法的特征,完 全 混 合 法,54,9.深 層 曝 氣,深井曝氣法處理流程,深井曝氣池簡圖,55,一般深層曝氣池直徑約16m，水深約1020m。但深井曝氣法深度可達(dá)150300m，節(jié)省了用地面積。 在深井中可利用空氣作為動力，促使液流循環(huán)。 深井曝氣法中，活性污泥經(jīng)受壓力變化較大，實(shí)踐表明這時微生物的活性和代謝能力并無異常變化，但合成和能量分配有一定的變化。 深井曝氣池內(nèi)，氣液紊流大，液膜更新快，促使KLa值增大，同時氣液接觸時間延長，溶解氧的飽和度也隨深度的增加而增加。 需解決的問題：當(dāng)井壁腐蝕或受損時，污水可能會通過井壁滲透，污染地下水。,深 層 曝 氣,普通曝氣池經(jīng)濟(jì)深度：56m，占地面積大。,56,純氧代替空氣，可以提高生物處理的速度。純氧曝氣池的構(gòu)造見右圖。,10.純 氧 曝 氣,缺點(diǎn)：純氧發(fā)生器容易出現(xiàn)故障，裝置復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)管理較麻煩。,在密閉的容器中，溶解氧的飽和度可提高，氧溶解的推動力也隨著提高，氧傳遞速率增加了，因而處理效果好，污泥的沉淀性也好。純氧曝氣并沒有改變活性污泥或微生物的性質(zhì)，但使微生物充分發(fā)揮了作用。,采用密閉池,57,58,氧化溝是延時曝氣法的一種特殊形式，它的池體狹長，池深較淺，在溝槽中設(shè)有表面曝氣裝置。 曝氣裝置的轉(zhuǎn)動，推動溝內(nèi)液體迅速流動，具有曝氣和攪拌兩個作用，溝中混合液流速約為0.30.6m/s，使活性污泥呈懸浮狀態(tài)。5 15min完成一次循環(huán)。 廊道水流呈推流式，但總體接近完全混合反應(yīng)器,12. 氧 化 溝,59,60,13.淺 層 曝 氣,特點(diǎn)：氣泡形成和破裂瞬間的氧傳遞速率是最大的。在水的淺層處用大量空氣進(jìn)行曝氣，就可以獲得較高的氧傳遞速率。,1953年派斯維爾（Pasveer）的研究：氧在10靜止水中的傳遞特征，如下圖所示。,61,淺 層 曝 氣,擴(kuò)散器的深度以在水面以下0.60.8m范圍為宜，可以節(jié)省動力費(fèi)用，動力效率可達(dá)1.82.6kg（O2） / kWh。 可以用一般的離心鼓風(fēng)機(jī)。 淺層曝氣與一般曝氣相比，空氣量增大，但風(fēng)壓僅為一般曝氣的1/41/6左右，約10kPa，故電耗略有下降。 曝氣池水深一般34m，深寬比1.01.3，氣量比3040m3/（m3 H2O.h）。 淺層池適用于中小型規(guī)模的污水廠。 由于布?xì)庀到y(tǒng)進(jìn)行維修上的困難，沒有得到推廣利用。,62,14.活性污泥生物濾池（ABF工藝）,上圖為ABF的流程，在通常的活性污泥過程之前設(shè)置一個塔式濾池，它同曝氣池可以是串聯(lián)或并聯(lián)的。,63,塔式濾池濾料表面附著很多的活性污泥，因此濾料的材質(zhì)和構(gòu)造不同于一般生物濾池。 濾池也可以看作采用表面曝氣特殊形式的曝氣池，塔是一外置的強(qiáng)烈充氧器。因而ABF可以認(rèn)為是一種復(fù)合式活性污泥法。,活性污泥生物濾池（ABF工藝）,64,15.序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝的基本運(yùn)行模式由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置五個基本過程組成，從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個周期，在每個周期里上述過程都是在一個設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行的。,65,(1)工藝系統(tǒng)組成簡單，不設(shè)二沉池，曝氣池兼具二沉池的功能，無污泥回流設(shè)備； (2)耐沖擊負(fù)荷，在一般情況下（包括工業(yè)污水處理）無需設(shè)置調(diào)節(jié)池； (3)反應(yīng)推動力大,易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質(zhì); (4)運(yùn)行操作靈活，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)各單元操作的狀態(tài)可達(dá)到脫氮除磷的效果； (5)污泥沉淀性能好,SVI值較低,能有效地防止絲狀菌膨脹; (6)該工藝的各操作階段及各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)可通過計(jì)算機(jī)加以控制，便于自控運(yùn)行，易于維護(hù)管理。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝與連續(xù)流活性污泥工藝相比的優(yōu)點(diǎn),66,(1)容積利用率低； (2)水頭損失大； (3)出水不連續(xù)； (4)峰值需氧量高； (5)設(shè)備利用率低； (6)運(yùn)行控制復(fù)雜； (7)不適用于大水量。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝的缺點(diǎn),67,第三節(jié) 活性污泥法數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ),68,一、建立數(shù)學(xué)模型的幾點(diǎn)假定,。,（2） 曝氣池處于完全混合狀態(tài) ， （3）底物是溶解性的, （4）整個反應(yīng)過程中, 氧的供應(yīng)是充分的（對于好氧處理） （5）進(jìn)水微生物的濃度與曝氣池中的活性微生物的濃度相比可忽略 （6）二沉池中沒有微生物活動， （7）二沉池?zé)o污泥積累，泥水分離良好。,69,2、污泥齡(SRT)c： 是指微生物平均停留時間，實(shí)質(zhì)上是反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的微生物全部更新一次所用的時間，在工程上，就是指反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)微生物總量與每日排出的剩余微生物量的比值。以C表示，單位為d。定義式為,1、研究對象的流程見p122,二、勞倫斯和麥卡蒂模型,（X)T 曝氣池中活性污泥總質(zhì)量，kg （X/t)T 每天從系統(tǒng)中排出的活性污泥質(zhì)量,kg/d,70,活性污泥比增長速率,g(新細(xì)胞)/g(新細(xì)胞) d,對于p122圖12-24所示系統(tǒng),污泥泥齡為,對于p122圖12-24所示全部系統(tǒng)（系統(tǒng)邊界為虛線） 做活性污泥物料平衡,可得:,3、勞倫斯和麥卡蒂模型,71,c是生物處理的控制參數(shù) 通過控制c可以控制活性污泥比增長速率，也可控制微生物的生理狀態(tài)。,因?yàn)閺膒88圖可知，微生物的凈增長速率對應(yīng)于生長過程的不同時期，也對應(yīng)于其生理狀態(tài)。,72,可以得到出水中底物的濃度Se：,KS 飽和常數(shù)，半速率常數(shù)， Kd內(nèi)源代謝（或衰減）系數(shù)， Y 產(chǎn)率系數(shù)， rmax最大比底物利用速率。,活性污泥法系統(tǒng)的出水有機(jī)物濃度僅僅是污泥泥齡 和動力學(xué)參數(shù)的函數(shù)，與進(jìn)水有機(jī)物的濃度無關(guān). 故要控制出水有機(jī)污染物濃度，需通過污泥泥齡控制。,重點(diǎn),73,曝氣池中活性污泥濃度X：,曝氣池中活性污泥濃度與進(jìn)出水水質(zhì)、污泥泥齡 和動力學(xué)參數(shù)有關(guān). 故控制泥齡也可以控制曝氣池中活性污泥濃度。,重點(diǎn),設(shè)計(jì)曝氣池容積的一種方法,74,如何控制污泥泥齡？,對進(jìn)入和離開曝氣池的微生物體建立物料平衡方程（系統(tǒng)僅包含曝氣池），可得,故欲控制泥齡，可通過控制回流比R來實(shí)現(xiàn)。,XR/X與活性污泥沉降性能有關(guān)，也和二沉池沉淀效率有關(guān)。,75,第四節(jié) 氣體傳遞原理和曝設(shè)備,76,活性污泥：引起吸附和氧化分解作用；,有機(jī)物：是處理對象，也是微生物的食料；,溶解氧：沒有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能發(fā)揮氧化分解作用。,77,一、氣 體 傳 遞 原 理,雙膜理論 認(rèn)為在氣液界面存在著二層做層流流動的膜：氣膜和液膜。 傳質(zhì)阻力僅存于這兩層膜。氣液界面達(dá)到平衡態(tài)，無阻力。 傳質(zhì)推動力 氣膜：氧分壓差 液膜：氧濃度差 氧的傳質(zhì)阻力主要在液膜上，故液膜內(nèi)的氧的傳質(zhì)是控制步驟。,78,在廢水生物處理系統(tǒng)中，氧的傳遞速率可用下式表示：,式中：dM/dt氧傳遞率；M氧的質(zhì)量； D 液膜中氧的擴(kuò)散系數(shù)； A 氣液接觸面的面積； cs 氧在溶液中的飽和濃度； c 溶液中溶解氧的濃度。 而dM=Vdc，V為液相主體體積，則上式可改寫成：,為液膜中氧分子的傳質(zhì)系數(shù)。,表示氧分子的總傳質(zhì)系數(shù)。,為氧轉(zhuǎn)移速率液相中溶解氧濃度變化速率,氧傳遞率：單位時間通過氣液界面的氧的質(zhì)量,79,由此上式變?yōu)椋?將上式進(jìn)行積分，可求得總的傳質(zhì)系數(shù)：,KLa值受污水水質(zhì)的影響，把用于清水測出的值用于污水，要采用修正系數(shù)，同樣清水的cs值要用于污水要乘以系數(shù)，因而上式變?yōu)椋?式中：,c1，c2t1，t2時溶液中氧的濃度。,80,提高氧轉(zhuǎn)移速率的措施,提高KLa值 提高紊流程度，降低液膜厚度； 加速氣液界面的更新； 微孔曝氣，增大氣液接觸面積。 2. 提高cs值 提高氣相氧分壓，如采用純氧曝氣、深井曝氣。,81,二、氧氣轉(zhuǎn)移影響因素 （1）污水水質(zhì) 污水中的雜質(zhì)對氧氣的轉(zhuǎn)移以及溶解度有一定影響，如表面活性物質(zhì)會形成一層膜，增加楚地阻力所以引入小于1的修正系數(shù)，則有：,82,（2）水溫 水溫上升，水的粘度降低，液膜厚度減小，Kla值增高； 氧氣在水中的溶解度隨溫度上升而降低。 溫度對氧氣轉(zhuǎn)移有二種相反的影響，但不能相互抵消， 總體上，低溫有利于氧氣的轉(zhuǎn)移。,83,（3）氧分壓 氧分壓越高，越有利于氧氣的轉(zhuǎn)移。,84,曝氣設(shè)備,85,曝氣的作用與曝氣方式,曝氣方式： 1.鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng) 2.機(jī)械曝氣裝置：縱軸表面曝氣機(jī)、橫軸表面曝氣器 3.鼓風(fēng)+機(jī)械曝氣系統(tǒng) 4.其他：富氧曝氣、純氧曝氣,86,87,曝 氣 設(shè) 備,鼓風(fēng)曝氣,機(jī)械曝氣,空氣過濾器,鼓 風(fēng) 機(jī),空氣輸配管系統(tǒng),擴(kuò) 散 器,豎式曝氣機(jī),表面曝氣機(jī),臥式曝氣機(jī),液面以下,安裝于液面,88,高速單級鼓風(fēng)機(jī)曝氣系統(tǒng)的組成,不講,89,鼓風(fēng)曝氣,空氣凈化器,鼓 風(fēng) 機(jī),空氣輸配管系統(tǒng),擴(kuò) 散 器,空氣凈化器的目的是改善整個曝氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和防止擴(kuò)散器阻塞。,90,鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)的組成,過濾器與進(jìn)口消音器,過濾器壓力損失監(jiān)測,91,鼓風(fēng)機(jī)旁通與旁通消音器,92,鼓風(fēng)曝氣,空氣凈化器,鼓 風(fēng) 機(jī),空氣輸配管系統(tǒng),擴(kuò) 散 器,鼓風(fēng)機(jī)供應(yīng)壓縮空氣,風(fēng)量要滿足生化反應(yīng)所需的氧量和能保持混合液懸浮固體呈懸浮狀態(tài)。,風(fēng)壓要滿足克服管道系統(tǒng)和擴(kuò)散器的摩阻損耗以及擴(kuò)散器上部的靜水壓。,羅茨鼓風(fēng)機(jī)：適用于中小型污水廠，噪聲大，必須采取消音、隔音措施,離心式鼓風(fēng)機(jī)：噪聲小，效率高，適用于大中型污水廠,93,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),94,95,96,97,2. 單級高速離心鼓風(fēng)機(jī),丹麥HV-Turbo風(fēng)機(jī),英國Howden風(fēng)機(jī),常用鼓風(fēng)機(jī)形式,98,常用鼓風(fēng)機(jī)形式,美國Power Mizer多級風(fēng)機(jī),99,常用鼓風(fēng)機(jī)形式,100,常用鼓風(fēng)機(jī)形式,101,102,單級高速鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)出口導(dǎo)葉片,103,離心鼓風(fēng)機(jī)外型,多極離心風(fēng)機(jī),104,離心鼓風(fēng)機(jī)房,105,鼓風(fēng)曝氣,空氣凈化器,鼓 風(fēng) 機(jī),擴(kuò) 散 器,空氣輸配管系統(tǒng),負(fù)責(zé)將空氣輸送到空氣擴(kuò)散器。要求沿程阻力損失小,曝氣設(shè)備各點(diǎn)壓力均衡,空氣干管和支管流速符合設(shè)計(jì)要求，配備必要的手動閥和電動調(diào)節(jié)閥門。,106,鼓風(fēng)曝氣,空氣凈化器,鼓 風(fēng) 機(jī),擴(kuò) 散 器,擴(kuò)散器的作用是將空氣分散成空氣泡,增大空氣和混合液之間的接觸界面，把空氣中的氧溶解于水中。,空氣輸配管系統(tǒng),小氣泡擴(kuò)散器,中氣泡擴(kuò)散器,大氣泡擴(kuò)散器,微氣泡擴(kuò)散器,擴(kuò)散器的類型,107,微孔曝氣設(shè)備,圓盤式微孔擴(kuò)散器,管式微孔擴(kuò)散器,108,微孔曝氣盤,109,微孔曝氣管,110,微孔曝氣管,111,微孔曝氣設(shè)備測試,112,微孔曝氣設(shè)備安裝,113,114,微孔曝氣設(shè)備的運(yùn)行狀況,115,ZDB型振動曝氣器,116,KBB型可變微孔曝氣器,117,可變微孔曝氣器安裝,118,五龍口二期,119,鄭州市五龍口污水處理廠二期,120,機(jī)械曝氣：表面曝氣機(jī),121,機(jī)械曝氣：表面曝氣機(jī),曝氣的效率取決于： 曝氣機(jī)的性能 曝氣池的池形,這類曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)動軸與水面平行,主要用于氧化溝 。,豎式曝氣機(jī),臥式曝氣刷,122,泵 形,倒傘形,平板形,123,124,表面曝氣機(jī),125,潛水曝氣機(jī),126,127,傘形曝氣器,128,倒傘形機(jī)械曝氣器,129,130,131,曝氣轉(zhuǎn)刷,132,133,測試中的曝氣轉(zhuǎn)碟,134,表面曝氣機(jī)充氧原理： (1)曝氣設(shè)備的提水和輸水作用，使曝氣池內(nèi)液體不斷循環(huán)流動, 從而不斷更新氣液接觸面, 不斷吸氧； (2)曝氣設(shè)備旋轉(zhuǎn)時在周圍形成水躍，并把液體拋向空中，劇烈攪動而卷進(jìn)空氣； (3)曝氣設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)時，在后側(cè)形成負(fù)壓區(qū)而吸入空氣。,135,曝 氣 設(shè) 備 性 能 指 標(biāo),氧轉(zhuǎn)移速率：單位為mg（O2）/（Lh）。,充氧能力（或動力效率）：即每消耗1kWh動力能傳遞到水中的氧量（或氧傳遞速率）,單位為kg（O2）/（kWh）。,氧利用率：通過曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧的比例，單位為。,136,曝 氣 設(shè) 備 性 能,137,第五節(jié) 去除有機(jī)污染物的活性污 泥法過程設(shè)計(jì),138,活性污泥系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì),主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)進(jìn)出水質(zhì)的要求確定以下內(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)：供氧量、曝氣設(shè)備選擇； （5）污泥回流設(shè)備設(shè)計(jì)：剩余污泥量。,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),139,由于當(dāng)前兩種形式的曝氣池實(shí)際效果差不多，因而完全混合的計(jì)算模式也可用于推流式曝氣池的計(jì)算。,140,有機(jī)物負(fù)荷的兩種表示方法,141,1.有機(jī)負(fù)荷法,142,定義：指單位質(zhì)量活性污泥（干重）在單位時間內(nèi)所能夠接受，并將其降解到某一規(guī)定額數(shù)的BOD5量，即:,式中：Ls污泥負(fù)荷率,kg BOD5/（kgMLVSSd）; Q與曝氣時間相當(dāng)?shù)钠骄M(jìn)水流量，m3/d； S0曝氣池進(jìn)水的平均BOD5值，mg/L； X曝氣池中的污泥濃度，MLSS或MLVSS，mg/L,1) 污泥負(fù)荷（污泥負(fù)荷率）,143,（1）含義： 對于一定量的基質(zhì)，達(dá)到一定處理效率所需要的微生物的量; 對于一定進(jìn)水濃度的污水（S0）只有合理選擇污泥濃度（X）和恰當(dāng)?shù)奈勰嘭?fù)荷Ls才能達(dá)到指定的處理效率； 污泥負(fù)荷決定活性污泥的生長階段； Ls決定活性污泥的凝聚、沉降和系統(tǒng)的處理效率。,【1】 污泥負(fù)荷,144,(2) 曝氣池容積計(jì)算, 由Ls的定義式, 按室外排水規(guī)范的規(guī)定,式中： Se曝氣池出水的平均BOD5值，mg/L； X曝氣池中的污泥濃度，MLSS或MLVSS，mg/L,145,指曝氣池的單位容積，在單位時間內(nèi)所能夠接受，并將其降解到某一規(guī)定額數(shù)的BOD5的質(zhì)量，即:,式中：Lv容積負(fù)荷，kg (BOD5)/(m3d)。,【2】容積負(fù)荷,實(shí)際計(jì)算: X、 Ls、Lv可查p118表12-1. 對于某些工業(yè)污水，試驗(yàn)確定X、 Ls、Lv 污泥負(fù)荷法應(yīng)用方便，但需要一定的經(jīng)驗(yàn)。,146,2. 污泥泥齡法,147,曝氣池中活性污泥濃度X：,P141,148,二、排出的剩余活性污泥量計(jì)算,1、按污泥泥齡計(jì)算,2、按污泥產(chǎn)率系數(shù)計(jì)算,P142,149,三、需氧量的計(jì)算,耗氧量=氧化分解有機(jī)污染物的氧量+內(nèi)源代謝需氧量,故，O2 = aQSr + bVXV 見p143 O2混合液需氧量(速率），kgO2/d 生活污水a(chǎn)=0.420.53； b= 0.190.11,看式12-69和式12-70知： 增大污泥負(fù)荷Ls ，則降解單位質(zhì)量的BOD5所需的氧量下降，但曝氣池內(nèi)單位質(zhì)量揮發(fā)性懸浮固體所需的氧量升高。 原因Ls越大污泥泥齡越短，被吸附的部分可降解的有機(jī)物隨剩余污泥被排出。,1、根據(jù)有機(jī)物降解需氧率a 和內(nèi)源代謝需氧率b計(jì)算,150,有機(jī)物在生化反應(yīng)中有部分被氧化，有部分合成微生物，形成剩余活性污泥量。因而所需氧量為：,S0， Se 進(jìn)水和出水中BOD5的濃度， 空氣中氧的含量為23.2,氧的密度為1.201kg/ m3 。將上面求得的氧量除以氧的密度和空氣中氧的含量，即為所需的空氣量。,2、微生物對有機(jī)物的氧化分解需氧量,151,由于當(dāng)前兩種形式的曝氣池實(shí)際效果差不多，因而完全混合的計(jì)算模式也可用于推流式曝氣池的計(jì)算。,152,第五節(jié) 二次沉淀池,153,154,155,156,二次沉淀池的功能要求,1.澄清（固液分離）,2.污泥濃縮（使回流污泥的含水率降低，回流污泥的體積減少）,157,二沉池的實(shí)際工作情況,（1）二沉池中普遍存在著四個區(qū)：清水區(qū)、絮凝區(qū)、成層沉降區(qū)、壓縮區(qū)。兩個界面：泥水界面和壓縮界面。,（2）混合液進(jìn)入二沉池以后，立即被稀釋，固體濃度大大降低，形成一個絮凝區(qū)。絮凝區(qū)上部是清水區(qū)，兩者之間有一泥水界面。,（3）絮凝區(qū)后是一個成層沉降區(qū)，在此區(qū)內(nèi)，固體濃度基本不變，沉速也基本不變。絮凝區(qū)中絮凝情況的優(yōu)劣，直接影響成層沉降區(qū)中泥花的形態(tài)、大小和沉速。,（4）靠近池底處形成污泥壓縮區(qū)。,158,二沉池的實(shí)際工作情況,二沉池的澄清能力與混合液進(jìn)入池后的絮凝情況密切相關(guān)，也與二沉池的表面面積有關(guān)。,二沉池的濃縮能力主要與污泥性質(zhì)及泥斗的容積有關(guān)。,對于沉降性能良好的活性污泥，二沉池的泥斗容積可以較小。,159,基本原理,160,二次沉淀池的構(gòu)造和計(jì)算,二次沉淀池在構(gòu)造上要注意以下特點(diǎn)：,（1）二次沉淀池的進(jìn)水部分，應(yīng)使布水均勻并造成有利于絮凝的條件，使泥花結(jié)大。,（2）二沉池中污泥絮體較輕,容易被出流水挾走,要限制出流堰處的流速,使單位堰長的出水量不超過10m3/（m h）。,（3）污泥斗的容積，要考慮污泥濃縮的要求。在二沉池內(nèi)，活性污泥中的溶解氧只有消耗，沒有補(bǔ)充，容易耗盡。缺氧時間過長可能影響活性污泥中微生物的活力，并可能因反硝化而使污泥上浮，故濃縮時間一般不超過2h。,161,二次沉淀池的容積計(jì)算方法可用下列兩個公式反映：,式中：A澄清區(qū)表面積，m2； qv廢水設(shè)計(jì)流量，用最大時流量，m3/h； u沉淀效率參數(shù)，m3/（m2h）或m/h； V污泥區(qū)容積，m3； r最大污泥回流比； t污泥在二次沉淀池中的濃縮時間，h。,二次沉淀池的構(gòu)造和計(jì)算,162,第六節(jié) 活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計(jì)和 運(yùn)行中的一些重要問題,163,水力負(fù)荷 有機(jī)負(fù)荷 微生物濃度 曝氣時間 微生物平均停留時間（MCRT） 氧傳遞速率 回流污泥濃度 回流污泥率 曝氣池的構(gòu)造 十、pH和堿度 十一、溶解氧濃度 十二、污泥膨脹及其控制,164,流向污水廠的流量變化,一、水 力 負(fù) 荷,165,水力負(fù)荷的變化影響活性污泥法系統(tǒng)的曝氣池和二次沉淀池。 當(dāng)流量增大時，污水在曝氣池內(nèi)的停留時間縮短，影響出水質(zhì)量，同時影響曝氣池的水位。若為機(jī)械表面曝氣機(jī)，由于水面的變化，它的運(yùn)行就變得不穩(wěn)定。 對二次沉淀池為水力影響。,一、水 力 負(fù) 荷,166,二、有機(jī)負(fù)荷率N,污泥負(fù)荷率N和MLSS的設(shè)計(jì)值采用得大一些，曝氣池所需的體積可以小一些。 但出水水質(zhì)要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥處置的費(fèi)用和困難，同時，整個處理系統(tǒng)較不耐沖擊，造成運(yùn)行中的困難。 為避免剩余污泥處置上的困難和保持污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，可以采用低的污泥負(fù)荷率（<0.1），把曝氣池建得很大，這就是延時曝氣法。,曝氣區(qū)容積的計(jì)算，設(shè)計(jì)中要考慮的主要問題是如何確定污泥負(fù)荷率N和MLSS的設(shè)計(jì)值。,167,三、微生物濃度,在設(shè)計(jì)中采用高的MLSS并不能提高效益，原因如下：,168,四、曝 氣 時 間,在通常情況下，城市污水的最短曝氣時間為3h或更長些，這和滿足曝氣池需氧速率有關(guān)。,169,五、微生物平均停留時間(MCRT)(又稱泥齡),微生物平均停留時間至少等于水力停留時間，此時，曝氣池內(nèi)的微生物濃度很低，大部分微生物是充分分散的。,微生物的停留時間應(yīng)足夠長，促使微生物能很好地絮凝，以便重力分離，但不能過長，過長反而會使絮凝條件變差。,微生物平均停留時間還有助于說明活性污泥中微生物的組成。世代時間長于微生物平均停留時間的那些微生物幾乎不可能在該活性污泥中繁殖。,170,六、氧 傳 遞 速 率,氧傳遞速率要考慮二個過程,要提高氧的傳遞速率,171,七、回流污泥濃度,回流污泥濃度是活性污泥沉降特性和回流污泥回流速率的函數(shù)。 按右圖進(jìn)行物料衡算，可推得下列關(guān)系式：,式中：sa曝氣池中的MLSS,mg/L; sr回流污泥的懸浮固體濃度,mg/L; r 污泥回流比。,根據(jù)上式可知，曝氣池中的MLSS不可能高于回流污泥濃度，兩者愈接近，回流比愈大。限制MLSS值的主要因素是回流污泥的濃度。,172,衡量活性污泥的沉降濃縮特性的指標(biāo)，它是指曝氣池混合液沉淀30min后，每單位質(zhì)量干泥形成的濕泥的體積，常用單位是mL/g。,（1）在曝氣池出口處取混合液試樣； （2）測定MLSS（g/L）； （3）把試樣放在一個1000mL的量筒中沉淀30min，讀出活性污泥的體積（mL）； （4）按下式計(jì)算：,活性污泥體積指數(shù)SVI,SVI的測定,七、回流污泥濃度,173,八、污泥回流率,高的污泥回流率增大了進(jìn)入沉淀池的污泥流量，增加了二沉池的負(fù)荷，縮短了沉淀池的沉淀時間，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固體隨出流帶走。,活性污泥回流率的設(shè)計(jì)應(yīng)有彈性，并應(yīng)操作在可能的最低流量。這為沉淀池提供了最大穩(wěn)定性。,174,九、曝氣池的構(gòu)造,推流式曝氣池,完全混合式曝氣池,175,十、pH和堿度,176,十一、溶解氧濃度,通常溶解氧濃度不是一個關(guān)鍵因素，除非溶解氧濃度跌落到接近于零。只要細(xì)菌能獲得所需要的溶解氧來進(jìn)行代謝，其代謝速率就不受溶解氧的影響。,一般認(rèn)為混合液中溶解氧濃度應(yīng)保持在0.52mg/L，以保證活性污泥系統(tǒng)的正常運(yùn)行。,過分的曝氣使氧濃度得到提高，但由于紊動過于劇烈，導(dǎo)致絮狀體破裂，使出水濁度升高。 特別是對于好氧速度不快而泥齡偏長的系統(tǒng)，強(qiáng)烈混合使破碎的絮狀體不能很好地再凝聚。,177,十二、污泥膨脹及其控制,正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥體積指數(shù)SVI在50150之間；當(dāng)活性污泥不正常時，污泥不易沉淀，反映在SVI值升高。 混合液在1000mL量筒中沉淀30min后，污泥體積膨脹，上層澄清液減少，這種現(xiàn)象稱為活性污泥膨脹。,活性污泥膨脹可分為,178,絲 狀 菌 性 膨 脹,當(dāng)污泥中有大量絲狀菌時，大量有一定強(qiáng)度的絲狀體相互支撐、交錯，大大惡化了污泥的沉降、壓縮性能，形成了污泥膨脹。,179,絲 狀 菌 性 膨 脹的主要因素,180,絲 狀 菌 性 膨 脹的主要因素,污水水質(zhì),運(yùn)行條件,工藝方法,181,絲 狀 菌 性 膨 脹的主要因素,污水水質(zhì),運(yùn)行條件,工藝方法,182,非絲 狀 菌 性 膨 脹,非絲狀菌性膨脹主要發(fā)生在污水水溫較低而污泥負(fù)荷太高時。 微生物的負(fù)荷高，細(xì)菌吸收了大量的營養(yǎng)物，但由于溫度低，代謝速度較慢，就積貯起大量高黏性的多糖類物質(zhì)。這些多糖類物質(zhì)的積貯，使活性污泥的表面附著水大大增加，使污泥形成污泥膨脹。,發(fā)生污泥非絲狀菌性膨脹時，處理效率仍很高，上清液也清澈。,183,在運(yùn)行中，如發(fā)生污泥膨脹，針對膨脹的類型和絲狀菌的特性，可采取的抑制措施：,184,在設(shè)計(jì)時，對于容易發(fā)生污泥膨脹的污水，可以采用以下一些方法：,