第16章活性污泥法..

1、第16章活性污泥法16.1基本概念16.1.1活性污泥处理法的基本概念污水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧菌为主体的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是活性污泥。活性污泥是以细菌， 原生动物和后生动物所组成的活性微生物为主体，此外还有一些无机物，未被微生物分解的有机物和微生物自身代谢的残留物。16.1.2活性污泥处理法的基本流程1 产生：从间歇式发展到连续式2 .基本工艺流程气池科余污泥活性污泥法基本流程图活性污泥法特征1）曝气池是一个生物化学反应器2）曝气池内混合是一个三相混合系统：液相一固相一气相；混合=污水+活性污泥+空气3）传质过程：气象中 02t液相中的

2、溶解氧 DO进入微生物体内（固相）液相中的有机物T被微生物（固相）所吸收降解T降解产物返回空气相（C02和液相（H204）物质转化过程：有机物降解 t活性污泥增长16.1.3活性污泥的形态、增长规律及有关指标1 活性污泥的形态与组成1 ）外观形态：活性污泥（生物絮凝体）为黄褐色絮凝体颗粒:2）特点:(1) 颗粒大小：=0.02 0.2 mm(2)表面积：20 100 cm 2 /mL23(3)(200010000)m /m 污泥J含水卑(4) :活性污泥形状图活性污泥组成活性污泥 M=Ma + Me + Mi + Mii1）Ma-具有代谢功能的活性微生物群体好氧细菌（异养型原核细菌）真菌、放线

3、菌、酵母菌 原生动物后生动物2) Me微生物自身氧化的残留物3) Mi活性污泥吸附的污水中不能降解的惰性有机物有机物(7585% )4) Mii 活性污泥吸附污水中的无机物无机物(由原污水带入的)(15 25%)挥发性活性污泥 M v = X v= Ma + Me + Mi活性污泥微生物(Ma的组成活性污泥微生物 Ma 通常由细菌、真菌、原生动物、后生动物等组成。1) 细菌：(1)异养型原核细菌：107108个/mL动胶杆菌属假单胞菌属：在含糖类、烃类污水中占优势产碱杆菌属：在含蛋白质多的污水中占优势黄杆菌属大肠埃希式杆菌(2) 细菌特征： 世代时间 G 短，一般 G=2030min, 并结合

4、成菌胶团的絮凝体状团粒2) 真菌：微小的腐生或寄生丝状菌3) 原生动物：肉是虫 鞭毛虫，纤毛虫等。通过辨认原生物的种类，能够判断处理水质 的优劣，它是一种指示性生物。原生物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕食者。4) 后生动物： 主要是轮虫， 它在活性污泥中的不经常出现， 轮虫的出现是水性稳定的标 志。后生动物是细菌的第二捕食者。活性污泥微生物在活性污泥中反应中的作用：1) 细菌是活性污泥法中污水净化的第一承担者，也是主要承担者。2）原生动物是活性污泥法中外上污水净化的第二承担者，它摄食游离细菌，是细菌的首次捕食者3）后生动物是细菌的第二捕食者2. 活性污泥的增长规律及有关指标1）适应期（延迟

5、期或调整期）：是微生物的细胞内各种酶系统对环境的适应过程2）对数增殖期（等速增殖期）$22 竽二 K=Mat=Ma0 x 円营养物过剩,活性污泥能量水平很高，活性污泥处于松散状态3）减速增殖期（减速增长期、稳定期、平衡期）討2瞥K衅营养物不过剩，它已成为微生物生长的限制因素活性污泥水平的能量低下，污泥絮凝。开始衰亡。同时内酶 微生物活动能力非常4）内源呼吸期（衰亡期）营养物缺乏，为了获得能量维持生命，分解代谢自身的能量物质, 分解细胞壁，使污泥量减少；后来有机物几乎被耗尽，能量水平极低， 低，絮凝体形成速率增大，处理水显著澄清，水质良好。16.1.4活性污泥净化反应过程1 初期吸附去除（物理吸

6、附和生物吸附）活性污泥巨大的表面积（200010000mi/m3活性污泥）其表面为多糖类的粘质层，污水 中悬浮和胶体状态的有机物被其凝聚和吸收而得到去除。在30min内能去除70%BOD一般处于饥饿状态的内源呼吸期的微生物其活性最强，吸附能力也强。初期吸附去除的过程2 微生物的代谢经叫进行代谢反应小分子輛刷唯弓透过细胞壁进入细胞体內夫分子 耐釦桶即二小分子邊糊岡诚用丁透过细胞壁进入细胞体內1氧化分解 ce+（x+污）52合成代谢（合成新细胞）(C5H7NOa)n叽HyQ + nN比 + n(* + 彳 - 5)0：斗徽生物细胞组织的化学式卜曲-冋+ -（y-4）H2O-iH3内源代谢(比?10

7、几 +5n6 -SnCOj + 2nH2O+nNH3 + AH3. 絮凝体的形成与凝聚只有当微生物细胞能凝聚而形成絮凝体，才能使合成细胞物质从混合液中有效地分离出来。16.2活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数16.2.1活性污泥净化反应影响因素1. 营养物质：碳源、氮源、无机盐类、某些生长素1) 碳源：组成生物细胞的主要物质，对碳源的需求量较大，一般BOD100mg/L2) 氮源：组成细胞的重要元素，其需要按BOD N=100: 5考虑3) 盐类：必不可少(1) spa n Ian g=EN-US主要的无机盐类P :按BOD：N:P=1OO:5:1考虑，它是微生物需要量最多的无机元素

8、，约占全部无机盐元素的50%还有K、G、F e、S无机元素(2) 微量无机元素对于生活污水，BOD:N:P的比值为100:5:1，但经沉淀池处理后， 其BODN:P=1OO:2O:252 . BOD污泥负荷NS沉淀性能变差KT污泥增长数率f_皿有机物降解数率T临他M |污泥增长数率J和皿有机物降解数率尸沁TnSdn沉淀性能变好NsSVI的关系细胞分子式:简式：GH7NO复杂式：N：14X13 =12.3心昭=J?74P：-23%L 13743. DORr需氧速率)=曝气器的供氧速曝气池在稳定运行时，微生物的耗氧速率( 其池中的溶解氧 DO不变。2)曝气池中DO浓度大小将取决于：(1) 生物絮体

9、的大小：要求生物絮体大，则要求DO浓度高，DO才能扩散转移到生物絮体内部，反之则不能。对此要求 DO浓度为2mg/L左右为好。以便于操作以了解供氧量的变化(2) 考虑冲击负荷与中毒的影响，冲击负荷DO突然J急性中毒:-：DO突然f 慢性中毒:-iDO逐渐增加4 .水温：1535C之间st2030C,效果好，活动旺盛，ds |v 15C, 35C,效果活动弱，二V 5C, 45C，效果很差，5. pH 值最佳的pH值为6.58.5当pH 9.0，代谢速率J6 .有毒物质主要是重金属，H2S、CN、酚等，当超过一定浓度时， 就破坏细胞结构， 抑制代谢。16.2.2活性污泥净化反应系统的主要控制指标

10、与设计、运行参数1.表示混合液中活性污泥数量的指标(曝气池)1) MLSS浓度一一混合液悬浮固体浓度混合液污泥浓度：mg/L混合液；g/L混合液；g/m3混合液；kg/m 3混合MLSS= M=X=Ma + Me + Mi + Mii2) MLVSS浓度一一混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS= M=X=Ma + Me + MiJ导于生活械对于躺詠2化2. 表示活性污泥的沉降性能及评定指标(二沉池)1) SV污泥沉降比，又叫 30min污泥沉降率30 min后形賊沉淀污泥容积煩混合液体积xlO观SV反应了曝气池正常运行的污泥量，可用于控制剩余污泥排放量，同时通过它能及早 发现污泥膨胀等异常现象的

11、发生。2) SVI 污泥容积指数(污泥指数)曝气池出口处的混合液经 30min静沉后，每g干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积mL/g;,VT _ 1L溟合液经孔min静沉后形成的活性污泥容积(mL)IL泡合液中悬淳固体干重(呂)SV (mL/L)MLSS (g/L)SVI在习惯上只称数字，而把单位略去SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能要维持曝气池一定的 MLSS(如 3000mg/L)的情况下，SVI值越高，则要求的污泥回流比R就越大，但当SVI值高达4OOmL/g时，则难于用提高 R来维持曝气池一定的 MLSS浓度。(1)SVI =70100其活性污泥凝聚沉淀性能很好SVI值过低，活性污

12、泥颗粒细小，无机物含量高，缺乏活性。SVI值过高，沉淀性能不好，可能产生污泥膨胀。(2)影响SVI值的主要因素1) Ns的影响：见图5004002 52.00.52.53BUD-污泥负荷率 OcgEOD/kdflLSS - d)低负荷00:L0022) 丝状菌的大量繁殖，引起污泥膨胀，SVI值f影响丝状菌大量繁殖的因素：? DO不足? Ns大? PHC 4.5? 缺乏N P、Fe3)水温T水太咼3. 0 c污泥龄(生物固体平均停留时间)系统中每日增长的活性污泥量应等于每日排出的剩余污泥量( X):.AX = QwXr+(O-Qw)Xe0 C的定义式vxAX式中：必一一曝气池内活性污泥总量活性污

13、泥在曝气池内的平均停留时间一一生物固体平均停留时间。将AX式代入上式：6C冥QwXr+ (Q - Qw)XevXesO可忽咯不计QwXr1O&Xr是活性污泥特性和二沉池沉淀效果的函数。4曝气池中有机污染物与活性污泥微生物比值的指标:Ns - BOD -污泥负荷 NV-BOD -容积负荷= L = 2_kgBOD 5/kgMLSS d式中：S)原污水中有机污染物的浓度(BOD，mg/LX混合液悬浮固体(MLSS浓度，mg/Lv曝气池容积，mN厂辱kgBOD 5/m5喙气池d NV = NS.X2=f(SVI)16. 3活性污泥反应动力学16.3.1 概述其值不同，就会导致ds ifcr.、r的变

14、化动力学是研究讨论下列函数关系:dsdtKs+SdsdtXSKs+SdxdtsKsSniiK虬 H 他乂 )t 乃=arQSt+bVX dt16.3.2活性污泥反应动力学的基础一一米一门公式与莫诺德方程式隆解速率:-I比降解速率：v =X dt1.米一门公式：（1913年）纯酶T单一基质丄酶促反应中基质比降解速率X dt K +S2. Monod 公式（1942 年）纯菌种-单一基质微生物的比增长速率吩存肘他他h)3）Monod 公式（1950 年）异养微生物群体-单一基质二微生物的比增长速率丄空二虽乩X dt Ks + S2. Monod公式的推论1）当混合液中S Ks则式中Ks可忽略不计一

15、一高有机物浓度Ks+S Ks 3呈一级反应xs=k2xs积分:2）当混合液中S在SS之间一一中等有机物浓度呈分数级反应3）一相说与二相说一相说Mo nod公式是连续函数二相说Ecke nfelder 二相说非连续函数$ 亠二Ki高有机物浓度:*I dtv = k2s一治 KaXS3劳伦斯一一麦卡蒂方程式1)概述(1) 单位微生物量的底物利用率qMonod式在低有机物浓度下，有机底物的降解速度_劳-麦式：有机底物的降解速度等于其被微生物的利用速度在稳定条件下:S0-Se Q（S. - S.）对于完混合式曝汽池： 陰曰 =K何冷或一以0 c、q作为基本参数，并以第一、二两个基本方程式表达。劳麦第一

16、基本方程式1而（17-8： =YNK-Kd(3)劳一麦第一基本方程式由V= q推出有机物的降解速度等于其被微生物的利用速度。丿壮Ks + S 映Ks +S有机底物的利用速率处丿(降解速率)与曝气池内微生物浓度 X及有机底物浓度 之 间的关系。2)劳一麦方程式的推论与应用(1)处理水有机底物浓度Se计算Y微生物产率：mg微生物量/mg有机物量Ks半速度系数公式的推导：可得出：1f 2-=YNn-Kd = Y-Kd%I K# +竄丿t面等式两辺都X0C：l = Yfv-A-k-Kd6c上面等式两边都一K( +3. = 75(6(-6 fCc+Sj= SjYVM9c-Kd6tK1eKf移项整理：K(

17、+Kd8cKf=?.(YV-Kd)9c-lK+ K我卜SYV皿.弋 匚(1我赵) M峽心)-1处理水有机底物的浓度$仅取决于污湿龄氏兀为常数(2) 反应器内活性污泥浓度 Xa的计算V(VA)t(i + KdeJ公式的推导:由公式得出:移项:等式两边同K(VXj：Vxjl + KdUTQ(S0-S()I 9,YQ(s0-sJ yeJs0-sJ叫+ kJ W + kmJ(3) 污泥回流比R与B c值之间的关系1+RRJV(Yj上而:(4) 完全混合式曝气池有机底物降解速度的推导：Monod式在低有机物浓度下，有机底物的降解速度一二劳-麦式：有机底物的降解速度等于其被微生物的利用速度?；，R -:1

18、q = KaS(s在稳定条件下:附 S0-St _ Q(St - Se)Wu V -对于完尿合式曝气也:q(Sq - eJ $ *Q(s0-sJ(5) 活性污泥的二种产率(合成产率Y与表观产率Yobs )与9 c的关系Y合成产率，表示微生物的增殖总量，没有去除内源呼吸而消亡的那一部分YObs表观产率，实测所得微生物的增殖量，即微生物的净增殖量，已去除了因内源 呼吸而消亡的那一部分。1634动力学参数的测定1. Mo nod公式的应用与参数的确定全温合曝气池中匚竺公式的推耳回渝污泥则余污泥 S= Sevv S并为定值且处于减速生长期，属一级反应:适合于在稳定条件下，对完全混合曝气池中的有机物进行

19、物料平衡：QS0+RQSe = (Q + RQ)氏+ - V V dtj解的有机物量进入曝气池的有机物量流出曝气池的有机物量在曝气池降ds _ QCS0-S)dtV当賦貼 呈一圾反应，而和色在稳定条件下均为常数 454 dt麒 l7-2$-KaXSfU(l7-rt 式得出：dt 2AVAL当以Se代替莫诺方程式中的 S得出：并在等式两边同时除以 X得出:以BOD去除量为基础的 BOD 污泥去除负荷率 Nrs同理XS,Ks+S&有机物的去除率“牛邑%与残留率子a。由式可知:So - S, = K 2S( XtSo = Se + K 2SeXt = Se (k K aXt)朋机物地鱷率铝為去除率-

20、晋八會十詁亍2.K2、Vmax、Ks Y、K d、a 、b 参数的求定1）K 2的求定（图）穿我風 （nb=k2sJ以如二蛍即为纵坐标，以Q为欖坐标作區则直作图，则直线的斜率即为K Xt2）V max、忌的求定（图）将式取倒数得:为纵坐标斜率 为横坐标截距3 ) Y、K d的求定:根据公式:，盧为纵坐标，以y为横坐标作图,得出直线的斜率即为Y，截距则为Kd4)a 、b 的求定:毘Q直线根据公式：以为横坐标，以 f 为纵坐标作图，其直线的斜率即为a,与纵坐标轴的截距为 bQVV Q Xe016. 4活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数16.4.1传统活性污泥法（普通活性污泥法）1传统活性

21、污泥法的特征1）有机物的吸附与代谢在一个曝气池中连续进行2）活性污泥经历了一个生长周期：对数增长期t减速增长期t内源呼吸期。经历了吸附与代谢二个阶段。3）S由大t小，匚 由大t小。.池首往往供氧不足，后段供氧过剩，池前段DO浓度较低，沿池长逐渐增高2. 优点处理救果妹T貳忆卵3. 缺点1）不适应冲击负荷和有毒物质因为是推流式，进入池中的污水和回流污泥在理论上不与池中原有的混合液混合。 水质的变化对活性污泥影响较大；2）前段供氧不足，后段供氧过剩；3）Ns不高，曝气池 V大，占地大。16.4.2阶段曝气活性污泥法 特点1）分段多点进水，负荷分布均匀，均化了需氧量，避免了前段供氧不足，后段供氧过剩

22、 的缺点；2）提高了耐水质，水量冲击负荷的能力；3）活性污泥浓度沿池长逐渐降低。1643再生曝气活性污泥法系统J山而吸附段占的时间与容积较大1）而吸附再生活性污泥法系统V再生池很大，V吸附仅3060min,容积小1644吸附一再生活性污泥法系统特点1）吸附与再生分别进行，二沉池在二者之中；2）吸附时间较短（3060min），再生池只对回流污泥再生。.整个池容小于普通活性 污泥法；3）处理效果低于普通活性污泥法；4）具有一定的耐冲击负荷的能力；5）不宜处理溶解性有机物较多的污水。16.4.5延时曝气活性污泥法长时间曝气s低负荷；1. ,所需曝气池容积很大。2. 特点1）Ns非常小，只有 0.05

23、 0.10 kgBOD/kgMLSS2d2）曝气时间t长（24h以上），污泥处于内源呼吸期，剩余污泥量少且稳定，池容大；3）出水水质好，对原污水有较强的适应能力，无需设初沉池，只适合于小城镇污水处理 （Qc 1000m3/d ）。污泥不需进行厌氧消化处理；4）基建费和运行费较高。16.4.6高负荷活性污泥法短时曝气，不完全处理活性污泥法；t=V = tQ1. ,所需曝气池容积小。2. 特点1）曝气时间短（1.5 3.0h ）。NS高（1.5 3.0kgBOD/kgMLSS2） , n bo300mg/L, 级曝气池以采用完全混合式曝气池为好；（对水质水量冲击负荷承受力强）2）当污水BOD 30

24、0mg/L , 一级曝气池可采用推流式；3）当污水BODKLatvTtiil扩散 t=KLaT= T（idtT Jn（Cs- C）Jn L-dt.I71-S二种相反的彫响，但并不会完全抵消 dt当 1530 C时：水温低对氧转移有利3035C时：水温较高对氧转移有利4. 紊动强度1）低紊动程度液体内部对氧转移过程的阻力比液膜的阻力大得多。 液体运动对a值几乎没有影响a值达到2）中等紊动程度液体内部对氧扩散过程的阻力减小，此时液膜阻力将控制氧扩散速率，此时最小值3）高度紊动打碎液膜，a值将接近于11663氧转移效率与供气量的计算1. 氧转移效率：=空 c 3100%式中：EA氧转移效率，一般以百

25、分比表示;C供氧量,kgO2/h ； c = Gs 21% 1.331 =0.28Gs21%氧在空气中所占百分比；1.331 20C时氧的容重，kg/m3 ;Gs 供气量， m3/h。2. 供气量Gs：R。0 .28 E a3100(16-73)3. 需氧量O 2的计算（kgO 2 /d ）在曝气池内混合液需氧量（0 2 ）等于活性污泥微生物对有机物的氧化分解需氧量和微生物本身内源代谢自身氧化需氧量之和。式中：a 微生物降解有机物氧化分解的需氧率，即活性污泥微生物降解氧化1kgBOD所需要的氧量（以kg计），对于生活污水a = （ 0.42 0.53 ） kgO 2 /kgBOD 5b 微生物

26、内源代谢的需氧率，即每kg活性污泥每天自身氧化所需的氧量（以kg计），对于生活污水 b =（ 0.1880.11） kgO 2 /kg 活性污泥Sr = Sa Se，即进出曝气池水中有机物浓度（ mg/L ）Q 污水流量，m 3 /dV 曝气池容积，m 3Xv每m 3曝气池混合液内挥发性悬浮固体( MLVSS )量,kg/m 31) Csb曝气池中氧的平均饱和溶解度的计算一一Oldshue奥特休计算法(1) Csi曝气池池底气泡生成时氧饱和溶解度(mg/L)式中；Cs 一一latmTM氧的饱和溶解度(mg/L)I 池底气泡生成时氧时浓度系数I =斗 1P压力修正系数p=1013x12而 Pl.

27、OlSxlO + HxlO451 5 21 1013X105C s2气泡升至液面时氧饱和溶解度(mg/L)1.013xl051.013X105式中;冷ot气泡升至液而时氧的百分浓度.n Ot 1.D13X10521 l.OBxlO5(3)氧的平均饱和溶解度:匚丄42 2.026 x 10 J(4)求O气泡从曝气池逸出时氧的百分数()c气泡内氧量-21（1-Ea）七三气泡內空气量_加十21（1 - E J式中：Ea扩散装置（扩散器）的利用效率，一般为612 %氧转移瓯X100%1-Ea 气泡中未被转移的氧的百分数21（1-EJ一一气泡中未被转移的氧量79 + 2l（l-EA）气泡离开也面的空气量

28、2）转移到曝气池总氧量的计算一一R的计算在稳定状态下，即曝气池中 DO浓度不变（供氧速率=耗氧速率），即氧的转移速率学=徽生物细胞的需氧速率（耗氧谨率）R （kgO2/m3 d）dt托公式表达： （kgO/mj d） = Rr （kgO/mj - d）dt则曝气池所需供氧量等于微生物需氧量耗氧量）牛 7 feOa/d） = R严（kgO3/d）at若虑废水水质的彫响，潟度对的彫响（K识剛幻加5）,溶解盐的彫响（3 ）及气压对G（T）的影响（压力修正系数，将上述影响因素代入上式得出：p ）。各点血）从讪叫Jp亦-C）叽R为:两边同乘以v （曝气池容积），则得出转移到曝气池的总氧量R = Oa=V

29、 =oKLaw其 1 024Z伽亦.C）xVRr V3）曝气设备在标准条件下（1atm、水温20C、脱氧清水）脱氧清水中氧总转移量R）的计算在标准条件下：a = 1 , B = 1, p = 1 , C= 0在标准条件下曝气设备的供氧量:将-代入 ）式中，.：氏呱）得出:一般：1 = 1.33-161R而上式中的 R=O=a QS+b VXv式中：sr=s0-s,实际上，处理废水需要转移到曝气池混合液中的总氧量为R,我们选定的曝气设备应满足在上述情况下总需氧量R的要求。然而曝气设备的制造厂家是在标准条件下测试得出曝气二仏首先要确定曝气池混合液所需的总氧量R ；再求出再标准条件下曝气设备应转移的

30、总氧量R）,这样才能满足实际废水曝气池混合液所需的总氧量R的要求选定设备。机械曝气标准条件下充氧量（氧转移总量）Qs的计算1）Qos的计算Q=Ro=O37JVMDlfl8 (kgO血)式中：Qos 泵型叶轮在标准条件下充氧堇度（kgO2/h）V叶轮线速度（m/s）JnDx 丄 n （m/s）60 、式中：n叶轮转速（转/分）D叶轮直径K池型修正系数（表 17-14 ）池型修正系数池型分建式圆形曝气修正系数圆池正方池长方池沉淀池Ki10.640.90.85 0.98K210.811.340.85 0.87? Ki充氧量 Qs的池型修正系数? K2泵型叶轮轴功率 N公式中的池型修正系数2）叶轮轴功

31、率N的计算N = 0.D804V3D2%3）机械曝气计算程序由R = 02=才+bVXv计算出曝气泄混合液实际需氧壘计算标准情况下的供氧量R0_ RC疏糾厂 ogC姒t)-c10245)由(17-74 )公式确定叶轮直径 DQk=Ro = 0.379VwD1*K1确定叶轮轴功率 NN=0.i0804V3D2WKa(17-77 )3例题16-1 一个城市污水处理厂，设计流量Q = 10000m /d，一级处理出水 B0D5 =150mg/L，采用活性污泥法处理，处理水BOD5叩5mg/L。采用中微孔曝气盘作为曝气装置。曝气池容积 V = 3000m3, Xr=2000mg/L , Ea=10%,曝气池出口处溶解氧Ci =2mg/L，水温T=25C，曝气盘安装在水下 4.5m处。有关参数为：a =0.5, b = 0.=0.85, =0.95, ；=1.0求：采用鼓风曝气时，所需的供气量 Gs ( m3/min )(2) 采用表面机械曝气器时的充氧量Ro(kg02/h)解:A .鼓风曝气系统(1)按式(16-74)计算需氧量：02 = a Q(Se) + b VX RR =O2 =0.5 10000 (150 15)1000300070001000=1275kgO2/d =53.1kgO2/h(2)按式(16-62)计算20 C和2