水污染控制工程-第十四章2

1、第十四章 污水的好氧生物处理（二）活性污泥法 第三节 活性污泥法的发展和演变 传统活性污泥法 渐 减 曝 气分 步 曝 气完全混合法浅 层 曝 气深 层 曝 气高负荷曝气或变形曝气克 劳 斯 法延 时 曝 气接触稳定法氧 化 沟纯 氧 曝 气活性污泥生物滤池（ABF工艺）吸附生物降解工艺（AB法）序批式活性污泥法（SBR法）活性污泥法的多种运行方式有机物去除和氨氮硝化在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的。实际情况是：前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要。渐减曝气的目的就是合理地布置扩散器，使布气沿程变化，而总的空气量不变，这样可以提高处理效率。 渐 减 曝 气 渐 减

2、 曝 气 把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水。 分 步 曝 气 分布曝气示意图 完 全 混 合 法 在分步曝气的基础上，进一步大大增加进水点，同时相应增加回流污泥并使其在曝气池中迅速混合，长条形池子中也能做到完全混合状态。完全混合的概念 （1）池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，生活环境也基本相同。 （2）入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小，因为骤然增加的负荷可为全池混合液所分担，而不是像推流中仅仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种意义上来讲，是一个大的缓冲器和均和池，在工业污水的处理中有一定优点。（3）池液里各个部分的需氧量比较均匀。 完全混合法的特征 完 全 混 合

3、 法 深 层 曝 气 深井曝气法处理流程深井曝气池简图一般曝气池直径约16m，水深约1020m。深井曝气法深度为50150m，节省了用地面积。在深井中可利用空气作为动力，促使液流循环。深井曝气法中，活性污泥经受压力变化较大，实践表明这时微生物的活性和代谢能力并无异常变化，但合成和能量分配有一定的变化。二氧化碳产量高30%,污泥产量低.深井曝气池内，气液紊流大，液膜更新快，促使KLa值增大，同时气液接触时间延长，溶解氧的饱和度也由深度的增加而增加。当井壁腐蚀或受损时，污水可能会通过井壁渗透，污染地下水。 深 层 曝 气 部分污水厂只需要部分处理，因此产生了高负荷曝气法。 曝气池中的MLSS约为3

4、00500mg/L，曝气时间比较短，约为23h，处理效率仅约65左右，有别于传统的活性污泥法，故常称变形曝气。 高负荷曝气或变形曝气 克劳斯工程师把厌氧消化的上清液加到回流污泥中一起曝气，然后再进入曝气池，克服了高碳水化合物的污泥膨胀问题，这个方法称为克劳斯法。 消化池上清液中富有氨氮，可以供应大量碳水化合物代谢所需的氮。 消化池上清液夹带的消化污泥相对密度较大，有改善混合液沉淀性能的功效。 克 劳 斯 法 延时曝气的特点：曝气时间很长，达24h甚至更长，MLSS较高，达到30006000mg/L；活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态，剩余污泥少而稳定，无需消化；适用于污水量很小的场合，

5、近年来，国内小型污水处理系统多有使用。 延 时 曝 气 接 触 稳 定 法 混合液曝气过程中第一阶段BOD5的下降是由于吸附作用造成的，对于溶解的有机物，吸附作用不大或没有，因此，把这种方法称为接触稳定法，也叫吸附再生法。混合液的曝气完成了吸附作用，回流污泥的曝气完成稳定作用。直接用于原污水的处理比用于初沉池的出流处理效果好；可省去初沉池；此方法剩余污泥量增加。 接 触 稳 定 法 氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，它的池体狭长，池深较浅，在沟槽中设有表面曝气装置。曝气装置的转动，推动沟内液体迅速流动，具有曝气和搅拌两个作用，沟中混合液流速约为0.30.6m/s，使活性污泥呈悬浮状态。 氧 化

6、 沟 纯氧代替空气，可以提高生物处理的速度。纯氧曝气池的构造见右图。 纯 氧 曝 气 纯氧曝气的缺点是纯氧发生器容易出现故障，装置复杂，运转管理较麻烦。 在密闭的容器中，溶解氧的饱和度可提高，氧溶解的推动力也随着提高，氧传递速率增加了，因而处理效果好，污泥的沉淀性也好。纯氧曝气并没有改变活性污泥或微生物的性质，但使微生物充分发挥了作用。吸附生物降解工艺（AB法）A级以高负荷或超高负荷运行，B级以低负荷运行，A级曝气池停留时间短，3060min，B级停留时间24h。该系统不设初沉池，A级曝气池是一个开放性的生物系统。A、B两级各自有独立的污泥回流系统，两级的污泥互不相混。处理效果稳定，具有抗冲击

7、负荷和pH变化的能力。该工艺还可以根据经济实力进行分期建设。吸附生物降解工艺（AB法）序批式活性污泥法（SBR法） SBR工艺的基本运行模式由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的。 (1)工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回流设备； (2)耐冲击负荷，在一般情况下（包括工业污水处理）无需设置调节池； (3)反应推动力大,易于得到优于连续流系统的出水水质; (4)运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果； (5)污泥沉淀性能好,SVI值较

8、低,能有效地防止丝状菌膨胀; (6)该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，便于自控运行，易于维护管理。 序批式活性污泥法（SBR法）SBR工艺与连续流活性污泥工艺相比的优点 (1)容积利用率低； (2)水头损失大； (3)出水不连续； (4)峰值需氧量高； (5)设备利用率低； (6)运行控制复杂； (7)不适用于大水量。 序批式活性污泥法（SBR法）SBR工艺的缺点第四节 活性污泥法的设计计算 活性污泥系统工艺设计 应把整个系统作为整体来考虑，包括曝气池、二沉池、曝气设备、回流设备等，甚至包括剩余污泥的处理处置。 主要设计内容： （1） 工艺流程选择； （2） 曝气池容积和构

9、筑物尺寸的确定； （3）二沉池澄清区、污泥区的工艺设计； （4） 供氧系统设计； （5）污泥回流设备设计。 主要依据：水质水量资料 生活污水或生活污水为主的城市污水：成熟设计经验 工业废水：试验研究设计参数工艺流程的选择 需要调查研究和收集的基础资料： 1. 污水的水量水质资料 水量关系到处理规模，多种方法分析计算，注意收集率和地下水渗入量； 水质决定选用的处理流程和处理程度。 2. 接纳污水的对象资料 3. 气象水文资料 4. 污水处理厂厂址资料 厂址地形资料；厂址地质资料。 5. 剩余污泥的出路调研 流程选择是活性污泥设计中的首要问题，关系到日后运转的稳定可靠以及经济和环境效益，必须在详尽

10、调查的基础上进行技术、经济比较，以得到先进合理的流程。曝气池的计算：纯经验方法劳伦斯（Lawronce）和麦卡蒂(McCarty)法有机物负荷率法麦金尼(McKinney)法有机物负荷率的两种表示方法活性污泥负荷率NS（简称污泥负荷）曝气区容积负荷率NV（简称容积负荷） 根据某种工艺的经验停留时间和经验去除率，确定曝气池的水力停留时间。 例如：流量200m3/h，曝气池进水BOD浓150mg/L, 出水要求为15mg/L，采用多点进水，求曝气池容积。 多点进水经验去除率：85%90 经验停留时间：35h 取停留时间为4.5h，则曝气池容积： V2004.5m3=900m3经验水力停留时间：t

11、污泥负荷率是指单位质量活性污泥在单位时间内所能承受的BOD5量，即:式中：Ls污泥负荷率,kg BOD5/（kgMLVSSd）; Q与曝气时间相当的平均进水流量，m3/d； S0曝气池进水的平均BOD5值，mg/L； Se曝气池出水的平均BOD5值，mg/L； X曝气池中的污泥浓度，mg/L。 V 曝气池容积， m3 。污泥负荷率XVQSL0SS0XLQSVS0)(XLSSQVe 容积负荷是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受的BOD5量，即：式中：Lv容积负荷率，kg (BOD5)/(m3d)。容积负荷率VQSL0VV0LQSV 根据上面任何一式可计算曝气池的体积，即:S0和Q是已知的，X和

12、L可参考教材中表121选择。对于某些工业污水，要通过试验来确定X和L值。污泥负荷率法应用方便，但需要一定的经验。 XVQSL0SVQSL0VVLQSXLQSV0S0劳伦斯和麦卡蒂法 (1)曝气池体积的计算)1 ()(Cd0CKXSSQyVeV曝气池体积，m3；Y活性污泥的产率系数，gVSS/gBOD5；Q与曝气时间相当的平均进水流量，m3/d；S0曝气池进水的平均BOD5值，mg/L； Se曝气池出水的平均BOD5值，mg/L；c 污泥泥龄(SRT)，d；X曝气池中的污泥浓度MLVSS，mg/L； K Kd d 内源代谢系数，d-1 。劳伦斯和麦卡蒂法 (2)排出的剩余活性污泥量计算 CVXX

13、 X 每天排出的总固体量，gVSS/ d； X曝气池中MLVSS浓度， gVSS/ m3 ； V曝气池体积，m3；c 污泥泥龄(SRT)，d； 根据污泥产率系数或表观产率系数计算： 则剩余活性污泥量X （以挥发性悬浮固体表示的剩余活性污泥量）为：Cdobs1Kyy)(0obseSSQyXVdeVVXKQSSYX)(0劳伦斯和麦卡蒂法 根据有机物降解需氧量和内源代谢需氧量计算 (3)确定所需的空气量VrVXbQSaO2O2混合液需氧量，Kg O2 /d；a 活性污泥微生物氧化分解有机物过程的需氧率，即活性污泥微生物每代谢1 Kg BOD5所需要的氧量， Kg O2 / Kg；Q处理污水流量，m3

14、/d；Sr经活性污泥代谢活动被降解的有机物(BOD5)量， Kg / m3 ，Sr=S0 - Se ； b活性污泥微生物内源代谢的自身氧化过程的需氧率，即每1 Kg活性污泥每天自身氧化所需要的氧量， Kg O2 / (Kg. d)；V曝气池体积，m3；XV曝气池内挥发性悬浮固体(MLVSS)浓度， Kg /m3； 有机物在生化反应中有部分被氧化，有部分合成微生物，形成剩余活性污泥量。因而所需氧量为：CODbCOD合成微生物去除的耗氧量根据去除的可生物降解COD和合成的微生物COD计算 X42. 1)(02ebCODbCODQOQ处理污水流量，m3/d；bCOD0系统进水可生物降解COD浓度，g

15、 / m3 ；bCODe系统出水可生物降解COD浓度，g / m3 ； XV剩余污泥量(以MLVSS计算)浓度，g /d；1.42 污泥的氧当量系数，完全氧化1个单位的细胞（以C5H7NO2表示细胞分子式），需要1.42单位的氧。劳伦斯和麦卡蒂法 X42. 168. 0)(02eSSQO 空气中氧的含量为21,氧的密度为1.331kg/ m3 。将上面求得的氧量除以氧的密度和空气中氧的含量，即为所需的空气量。 处理污水量为21600m3/d，经沉淀后的BOD5为200mg/L,希望处理后的出水BOD5为20mg/L。该地区大气压力为1个大气压，要求确定曝气池的体积、排泥量和空气量。经研究，还确

16、立下列条件： （1）污水温度为20； （2）曝气池中混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）同混合液悬浮固体（MLSS）之比为0.8； （3）回流污泥SS浓度为10000mg/L； （4）曝气池中MLSS为3000 mg/L； （5）设计的c为10d； （6）出水中含有12mg/L生物固体，其中65是可生化的； （7）污水中含有足够的生化反应所需的氧、磷和其他微量元素； 例确定出水中悬浮固体的BOD5 ： (a)悬浮固体中可生化的部分为0.6512 mg/L =7.8mg/L (b)可生化悬浮固体的最终BODL 0.65121.42 mg/L 11mg/L (c)可生化悬浮固体的BODL为BOD50

17、.6811 mg/L 7.5mg/L (d)确定经曝气池处理后的出水溶解性BOD5 ，即Se 20 mg/L Se 7.5 mg/L ， Se 12.5 mg/L解1.估计出水中溶解性BOD5的浓度出水中总的BOD5出水中溶解性的BOD5出水中悬浮固体的BOD5已知则：解2.计算曝气池的体积)(08d. 03000mg/Lmg/L5 .12)(mg/mg6 . 0/dm21600d101d3C查表选定查表选定KXSyQVe33Cd0Cm5625m)1008.0130005 .122006 .02160010)1 ()(KXSSQyVVe取曝气池的体积为5700m3解3.计算每天排除的剩余活性污

18、泥量 计算yobs计算排除的以挥发性悬浮固体计的污泥量计算排除的以SS计的污泥量333. 01008. 016 . 01CdobsKyykg/d1350kg/d10)5 .12200(21600333. 0)(30obseVSSQyXkg/d1688kg/d8 . 01350X解按污泥龄计算的污泥量kg/d1710kg/d1010300057003-cVXX排放湿污泥量计算33171%99%10071. 1)(71. 110001710mm，tt干泥解4.计算回流污泥比R 曝气池中VSS浓度3000mg/L回流污泥VSS浓度10000mg/L%4310000)(3000QQRQQQRRR解5.

19、计算曝气池的水力停留时间 h2 . 5d217. 0d216004702vqVth33.621600245700QVt解6.计算曝气池所需的空气量 首先计算曝气池所需的氧量kg/d40391000kg/d13501.42-68. 0)5 .12200(2160042. 10.68)(O02VeXSSQ换算为标准条件下的需氧量324Kg/hkg/d7775kg/d8 . 01.0242.0)-11.061(0.950.79.174039.c.1.024-.O20)-(2020)-(T)()20(2sFccOTss解6.计算曝气池所需的空气量其次根据所需的氧量计算相应的空气量 /hm6427/hm

20、18%0.283240.28E33ASSOG鼓风机出口风压计算KPaKPahhHpfd3 .6935 . 548 . 98 . 5如选择三台风机,两用一备,则单台风机风量为3214m3/h第五节 二次沉淀池 二次沉淀池的功能要求1.澄清（固液分离）2.污泥浓缩（使回流污泥的含水率降低，回流污泥的体积减少）二沉池的实际工作情况 （1）二沉池中普遍存在着四个区：清水区、絮凝区、成层沉降区、压缩区。两个界面：泥水界面和压缩界面。 （2）混合液进入二沉池以后，立即被稀释，固体浓度大大降低，形成一个絮凝区。絮凝区上部是清水区，两者之间有一泥水界面。 （3）絮凝区后是一个成层沉降区，在此区内，固体浓度基本

21、不变，沉速也基本不变。絮凝区中絮凝情况的优劣，直接影响成层沉降区中泥花的形态、大小和沉速。 （4）靠近池底处形成污泥压缩区。二沉池的实际工作情况 二沉池的澄清能力与混合液进入池后的絮凝情况密切相关，也与二沉池的表面面积有关。 二沉池的浓缩能力主要与污泥性质及泥斗的容积有关。 对于沉降性能良好的活性污泥，二沉池的泥斗容积可以较小。基本原理二次沉淀池的构造和计算二次沉淀池在构造上要注意以下特点： （1）二次沉淀池的进水部分，应使布水均匀并造成有利于絮凝的条件，使泥花结大。 （2）二沉池中污泥絮体较轻,容易被出流水挟走,要限制出流堰处的流速,使单位堰长的出水量不超过10m3/（m h）。 （3）污泥

22、斗的容积，要考虑污泥浓缩的要求。在二沉池内，活性污泥中的溶解氧只有消耗，没有补充，容易耗尽。缺氧时间过长可能影响活性污泥中微生物的活力，并可能因反硝化而使污泥上浮，故浓缩时间一般不超过2h。二次沉淀池的容积计算方法可用下列两个公式反映：式中：A澄清区表面积，m2；Q废水设计流量，用最大时流量，m3/h；q沉淀效率参数，m3/（m2h）或m/h；V污泥区容积，m3；R最大污泥回流比；ts污泥在二次沉淀池中的浓缩时间，h;H 二沉池有效水深, m;t 水力停留时间, h.二次沉淀池的构造和计算trqVuqAvvsRQtVqQAqtAQtH第六节 活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题一水力负荷二

23、有机负荷三微生物浓度四曝气时间五微生物平均停留时间（MCRT）六氧传递速率七回流污泥浓度八回流污泥率九曝气池的构造十、pH和碱度十一、溶解氧浓度十二、污泥膨胀及其控制流向污水厂的流量变化 一、水 力 负 荷 一天内的流量变化随季节的流量变化雨水造成的流量变化泵的选择不当造成的流量变化水力负荷的变化影响活性污泥法系统的曝气池和二次沉淀池。当流量增大时，污水在曝气池内的停留时间缩短，影响出水质量，同时影响曝气池的水位。若为机械表面曝气机，由于水面的变化，它的运行就变得不稳定。水力冲击对二次沉淀池的影响尤为显著。 一、水 力 负 荷 二、有机负荷率N 污泥负荷率L和MLSS的设计值采用得大一些，曝气

24、池所需的体积可以小一些。但出水水质要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥处置的费用和困难，同时，整个处理系统较不耐冲击，造成运行中的困难。为避免剩余污泥处置上的困难和保持污水处理系统的稳定可靠，可以采用低的污泥负荷率（0.1），把曝气池建得很大，这就是延时曝气法。 曝气区容积的计算，设计中要考虑的主要问题是如何确定污泥负荷率L和MLSS的设计值。 三、微生物浓度 在设计中采用高的MLSS并不能提高效益，原因如下： 其一，污泥量并不就是微生物的活细胞量。曝气池污泥量的增加意味着泥龄的增加，泥龄的增加就使污泥中活细胞的比例减小。 其二，过高的微生物浓度使污泥在后续的沉淀池中难以沉淀，影响出水水质

25、。 其三，曝气池污泥的增加，就要求曝气池中有更高的氧传递速率，否则，微生物就受到抑制，处理效率降低。采用一定的曝气设备系统，实际上只能够采用相应的污泥浓度，MLSS的提高是有限度的。 四、曝 气 时 间 在通常情况下，城市污水的最短曝气时间为3h或更长些，这和满足曝气池需氧速率有关。 当曝气池做得较小时，曝气设备是按系统的负荷峰值控制设计的。这样，在非高峰时间，供氧量过大，造成浪费，设备的能力不能得到充分利用。 若曝气池做得大些，可降低需氧速率，同时由于负荷率的降低，曝气设备可以减小，曝气设备的利用率得到提高。 五、微生物平均停留时间(MCRT)(又称泥龄) 每日排放的剩余污泥量工作着的活性污

26、泥总量微生物平均停留时间 微生物平均停留时间至少等于水力停留时间，此时，曝气池内的微生物浓度很低，大部分微生物是充分分散的。 微生物的停留时间应足够长，促使微生物能很好地絮凝，以便重力分离，但不能过长，过长反而会使絮凝条件变差。 微生物平均停留时间还有助于说明活性污泥中微生物的组成。世代时间长于微生物平均停留时间的那些微生物几乎不可能在该活性污泥中繁殖。 六、氧 传 递 速 率 氧传递速率要考虑二个过程要提高氧的传递速率氧传递到水中氧真正传递到微生物的膜表面必须有充足的氧量必须使混合液中的悬浮固体保持悬浮状态和紊动条件七、回流污泥浓度 回流污泥浓度是活性污泥沉降特性和回流污泥回流速率的函数。

27、按右图进行物料衡算，可推得下列关系式：式中：sa曝气池中的MLSS,mg/L;sr回流污泥的悬浮固体浓度,mg/L;r 污泥回流比。 根据上式可知，曝气池中的MLSS不可能高于回流污泥浓度，两者愈接近，回流比愈大。限制MLSS值的主要因素是回流污泥的浓度。 SrSaSavvSrv1)(rrrqqrq 衡量活性污泥的沉降浓缩特性的指标，它是指曝气池混合液沉淀30min后，每单位质量干泥形成的湿泥的体积，常用单位是mL/g。 （1）在曝气池出口处取混合液试样； （2）测定MLSS（g/L）； （3）把试样放在一个1000mL的量筒中沉淀30min，读出活性污泥的体积（mL）； （4）按下式计算：活

28、性污泥体积指数SVI)g/L(MLSS)mL/L(SVI活性污泥体积SVI的测定七、回流污泥浓度 八、污泥回流率 高的污泥回流率增大了进入沉淀池的污泥流量，增加了二沉池的负荷，缩短了沉淀池的沉淀时间，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固体随出流带走。 活性污泥回流率的设计应有弹性，并应操作在可能的最低流量。这为沉淀池提供了最大稳定性。九、曝气池的构造 推流式曝气池完全混合式曝气池示踪剂的研究表明：推流式曝气池的纵向混合很严重氧消耗率的数据表明：氧的传递受到限制处理量小时，只配有一个机械曝气机，很容易围绕曝气机形成混合区处理量大时，曝气池也相应增大，曝气池不是充分完全混合的十、pH和碱度 活性污泥pH

29、通常为6.58.5。 pH之所以能保持在这个范围，是由于污水中的蛋白质代谢后产生碳酸铵碱度和从天然水中带来的碱度所致。 工业污水中经常缺少蛋白质，因而产生pH过低的问题。工业废水中的有机酸通常在进入曝气池前进行中和。 生活污水中有足够的碱度使pH保持在较好的水平。 十一、溶解氧浓度 通常溶解氧浓度不是一个关键因素，除非溶解氧浓度跌落到接近于零。只要细菌能获得所需要的溶解氧来进行代谢，其代谢速率就不受溶解氧的影响。 一般认为混合液中溶解氧浓度应保持在0.52mg/L，以保证活性污泥系统的正常运行。 过分的曝气使氧浓度得到提高，但由于紊动过于剧烈，导致絮状体破裂，使出水浊度升高。 特别是对于好氧速度不快而泥龄偏长的系统，强烈混合使破碎的絮状体不能很好地再凝聚。十二、污泥膨胀及其控制 正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥体积指数SVI在50150之间；当活性污泥不正常时，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，污泥体积膨胀，上层澄清液减少，这种现象称为活性污泥膨胀。 活性污泥膨胀可分为污泥中丝状菌大量繁殖导致的丝状菌性膨胀并无大量丝状菌存在的非丝状菌性膨胀 丝状菌性膨胀絮花状物质，其骨干是菌胶团正