水污染控制工程121活性污泥法彩色

1、1Tongji University活性污泥工艺是一种广泛应用而行之有效的传统污水生物处理法，也是一项极有发展前景的污水处理技术，这体现在 它对水质水量的广泛适应性、灵活多样的运行方式、良好的 可 性，以及通过厌氧或缺氧区的设置使之具有生物脱氮除磷的效能。摘自一博士的卷首语Tongji University第十二章活性污泥法2Tongji University1882年就有人做向污水中鼓入空气的试验；1912年美国的Lawlence进行污水曝气试验；英国的Fowler该回国后，让CIark和Gage 进行试验，发现，对污水长时间曝气会产生一些絮状体，同时水质会得到明显的 ，Ardern和Loc

2、kett继续对这一现象进行了研究，曝气试验是在瓶中进行的，每天试验结束时把瓶子倒空，第二天重新开始，他们发现由于瓶子 善，瓶壁附着一些棕褐色的絮状体时，处理效果反而好。他们把它称为活性污泥，随后，他们在每天结束试验前，把曝气后的污水静止沉淀，只倒去上层净化清水，留下瓶底的污泥， 供第二天使用，这样大大缩短了污水处理的时间。1914年Ardern和Lockett在英国的化学工程学会上 了试验成果，活性污泥法就这样诞生了。于是，1916年在英国的曼彻斯特市建造了第一个处理能力946m3/d的活性污泥污水处理厂；1917年美国休斯顿建造了一个处理能力37800m3/d的活性污泥污水处理厂。Tongj

3、i University？大自然的启示：如果让污水进入天然水体， 可通过水体中微系统的自净功能得到处理。活性污泥法是模仿天然水体的净水过程，从 本质上与自然水体处理污水的过程相似，是自 然水体净化过程的人工强化。3第一节 基本概念Tongji University第一节 基本概念Tongji University4第一节 基本概念Tongji University一组活性污泥图片第一节 基本概念Tongji University什么是活性污泥？由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附着的污水中有机性及无机性物质组成的、有一定生命活力的、具有 良好的净化污水功能的絮绒状污泥。5第一节

4、 基本概念Tongji University一组活性污泥图片第一节 基本概念Tongji University一组活性污泥图片6Tongji University第一节 基本概念Tongji University活性污泥的性质20-100cm2/mL比表面积0.02-0.2mm粒经比重曝气池混合液：1.002-1.003； 回流污泥：1.004-1.006似矾花絮绒颗粒状态土腥味味道黄褐色颜色7Tongji UniversityTongji University8第一节 基本概念Tongji University活性污泥的组成除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物

5、；活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主，是一个以细菌为主体的群 体，除细菌外还有酵母菌、放射菌、霉菌，以及原生动物和后生动物。活性污泥中细菌含量一般在107108个/mL；原生动物103个/mL，原生动物中以纤毛虫居多数，固着型纤毛虫可作为指示生物，固着型纤毛虫如：钟虫、等枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时，说明培养成熟且活性良好。NVSSMLSS干固体0.81%干固体和水分：MLVSS含水9999.2后生动物原生动物真菌大量的细菌按栖息着的微生物分：Tongji University9第一节 基本概念Tongji University活性污泥中原生动物第一节 基本概念Tongj

6、i University活性污泥中细菌10第一节 基本概念Tongji University影印自“WASTEWATER ENGINEERING TREATMENT, DISPOSAL, REUSE”第一节 基本概念Tongji University活性污泥中原生动物11Tongji University1979年Mckinney教授同济大学讲学第一节 基本概念Tongji University有办法知道确切的生物量吗？有人曾企图通过直接测定污泥中细胞的DNA量、有机氮量、 三磷酸腺苷（ATP）量、脱氢酶的活力等指标去反映活性污泥的活力，但：既复杂又 ，且微生物的含量不断在变化。按McKinn

7、ey的分析：MLSS=Ma+Me+Mi+MiiMa：具备活性细胞成分Me：内源代谢残留的微生物有机体Mi：未代谢的不可生化的有机悬浮固体Mii：吸附的无机悬浮固体12Tongji University活性污泥的沉降浓缩性能污泥沉降过程：第一节 基本概念Tongji UniversityNVSS: 30%MLVSS: 一般范围为5575NVSS: 一般范围为2545处理生活污水的活性污泥MLVSS: 70%MLSS表示悬浮固体物质总量，MLVSS挥发性固体成分表示有 机物含量，MLNVSS（FSS）灼烧残量，表示无机物含量。MLVSS包含了微生物量，但不仅是微生物的量，由于测定方便，目前还是近似

8、用于表示微生物的量。按有机性和无机性成份分：13第一节 基本概念Tongji University活性污泥法的基本流程第一节 基本概念Tongji University活性污泥的沉降浓缩性能正常活性污泥SVI值：70150（ml/g）1升混合液沉淀30min的活性污泥体积（mL）SV(ml/L) SVI=1升混合液中悬浮固体干重（g）MLSS(g/L)污泥沉降比：SV%取混合液至1000mL量筒，静止沉淀30min后，度量沉淀活性 污泥的体积，以占混合液体积的%表示污泥沉降比。污泥体积指数：SVISV%不能确切表示污泥沉降性能，因此可用干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能，简称污泥指数，为m

9、L/g。MLSSMLVSSSV%非雨天雨天第一节基本概念3000100806040200To2n5g0ji0University活性污泥自然培养2000150010005000日期，日非雨天雨天进水出水去除率300250200150100500100806040200进水平均: COD:210mg/L，SS:62mg/L，水温:15日期,日非雨天雨天进水出水去除率40100806040200Tongji University硝化菌培养3020100日期,日1815129630NO2-N进水NO3-N进水NO2-N出水NO3-N出水日期,日14氨氮,mg/L4-14-54-94-134-174-

10、214-254-305-55-95-135-175-21CODCr,mg/LNO2-N,NO3-N,mg/L3-14-14-53-44-93-74-133-104-173-134-213-164-253-194-293-225-3去除率,%5-73-255-113-285-153-315-195-23去除率,%15第一节 基本概念Tongji University活性污泥降解污水中有机物的过程第一节 基本概念Tongji University活性污泥降解污水中有机物的过程由于活性污泥具有很大的 主要是吸附转表面积，而表面上含有多糖 移到活性污泥絮类的粘性物质，导致污水中 体中的有机物被的有机物

11、被吸附到活性污泥 微生物所降解利上去。用。稳定阶段吸附阶段活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段。16Tongji University第二节活性污泥法的发展第一节 基本概念Tongji University残留在废微生物能利用的有机物水中的有废机物微生物不能利用的有机物水微生物代谢残留物质SMP中的有微生物能利用而尚未机利用的有机物物（吸附量）从废水中微生物不能利用的有去除的有机物污泥絮体沉淀机物微生物已利用的有机增殖的微生物体物（氧化和）氧化产物对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析17第二节 活性污泥法的发展Tongji University1、推流式曝气池

12、（plug-flow aeration basin）第二节 活性污泥法的发展Tongji University一、曝气反应池的基本形式曝气池的几种完全混合式曝气池连续流分建式序批式完全混合与推流结合合建式封闭环流式推流式曝气池18第二节 活性污泥法的发展Tongji University加宽的堰长可以减少堰上水头，减少程水头损失，但是跌落太多削弱了该效果，甚至增加了水头的浪费。第二节 活性污泥法的发展Tongji University推流曝气池（1）平面布置推流曝气池的长宽比一般为510； 进水方式不限；出水用溢流堰。（2）横断面布置推流曝气池的池宽和有效水深之比一般为12。平移推流旋转推流根

13、据横断面上的水流情况，可分为19第二节 活性污泥法的发展Tongji University完全混合曝气池方 型池 形（曝气沉淀池）合建式根据和沉淀池的关系分建式矩 型圆 型第二节 活性污泥法的发展Tongji University2、完全混合曝气池（Completely mixed aeration basin ）20第二节 活性污泥法的发展Tongji UniversityAmOn反应池第二节 活性污泥法的发展Tongji University曝气沉淀池21第二节 活性污泥法的发展Tongji University进水反应沉淀出水待机（闲置）4、序批式反应池（Sequencing batch

14、 reactor,SBR ）第二节 活性污泥法的发展Tongji University3、封闭环流式反应池（Closed Loop Reacter CLR ）22第二节 活性污泥法的发展Tongji University序批式活性污泥系统第二节 活性污泥法的发展Tongji University序批式活性污泥系统23第二节 活性污泥法的发展Tongji University5、完全混合与推流式的结合第二节 活性污泥法的发展Tongji University序批式活性污泥系统24第二节 活性污泥法的发展Tongji University城市污水处理厂主要水质指标：CODcr BOD5 SSNH3

15、-N(TKN) TP(PO43-)出水：大肠菌群数持久性有机污染物POPs，EDs第二节 活性污泥法的发展Tongji University有机污染、营养物质、化利用、POPs等污染技术POPs等治理特保障安全征脱氮除磷富营养1916198020102015节能减排有机污染物处理消除水体黑臭回收利用25第二节 活性污泥法的发展Tongji University污水脱氮除磷工艺AN/O脱氮工艺AP/O除磷工艺A/A/O脱氮除磷工艺倒置A/A/O工艺UCT工艺改良UCT工艺VIP工艺Bardenpho工艺序批式活性污泥法（SBR法）ICEAS/CASS/CAST/CASP/C-TechUNITAN

16、K工艺MSBR工艺物化生化交互式反应器第二节 活性污泥法的发展Tongji University二、活性污泥的发展和演变传统活性污泥法渐 减曝 气分步曝气(阶段进水)有机物去除完全混合法和氨氮硝化浅层 曝气 曝气 多种运行方式高负荷曝气或变型曝气延时 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）26第二节 活性污泥法的发展Tongji University2、渐减曝气 Tapering Aeration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

17、要。渐减曝气的目的就是合理的布置，使沿程变化，而总的空气量不变，这样可以提高曝气效率。第二节 活性污泥法的发展Tongji University1、传统推流式Conventional Plug Flow27第二节 活性污泥法的发展Tongji University第二节 活性污泥法的发展Tongji UniversityTapering Aeration28第二节 活性污泥法的发展Tongji University3、阶段曝气（分步曝气） Step Feeding把入流的一部分从池端引入到池中的中部分点进水。阶段曝气法流程示意图Tongji University29第二节 活性污泥法的发展To

18、ngji University4、高负荷曝气或变型曝气第二节 活性污泥法的发展Tongji University4、高负荷曝气或变型曝气 High-rate Aeration部分污水厂对处理出水要求不高，因此产生了高负荷曝气法。 曝气池中的MLSS，约为300500mg/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，又常被称为变型曝气法。30第二节 活性污泥法的发展Tongji University5、延时曝气Conventional extended aeration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

19、性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态，剩余污 泥稳定，无需消化；适用于污水量很小的场合，近年来，国内小型污水处理处 理系统多有使用。第二节 活性污泥法的发展Tongji University31第二节 活性污泥法的发展Tongji University接触稳定法或吸附再生法这一方法直接用于原污水的处理比用于的出流效果好，可以不用；剩余污泥量增加。由于吸附接触时间较短，限制了有机物的降解和氨氮的硝化，不适应含溶解性有机物较多的污水。第二节 活性污泥法的发展Tongji University6 、接触稳定法Contact Stabilization混合液曝气过程中第一阶段BOD5的下降是由于吸

20、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。32第二节 活性污泥法的发展Tongji University池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，生化环境 也基本相同；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 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 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势；池液里各个部分的需氧量比较均匀。完全混合法的特征第二节 活性污泥法的发展Tongji University7 、

21、完全混合法 Complete Mixed Reactor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。完全混合活性污泥法流程示意图完全混合的概念33第二节 活性污泥法的发展Tongji University8 、曝气Deep aeration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，但和能量分配有一定的变化。深井曝气池内，气液紊流大，液膜更新快，促使

22、KLa值增大，同时气液接触时间增长，溶解氧的饱和度也随深度的增加而增加。当井壁腐蚀或受损时污水可能会通过井壁渗透，污染水。第二节 活性污泥法的发展Tongji University8 、曝气Deep aeration图1217深井曝气池简图图121634第二节 活性污泥法的发展Tongji University10 、Kraus process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，这个工艺称为。消化池上清液中富有氨氮，除提供氮源外，硝化产生的硝酸盐可以作为电子受体降解有机物。消化池上清液夹带的消化污泥比重较大，有混合液沉淀性能的功效

23、。第二节 活性污泥法的发展Tongji University9、纯氧曝气 High-purity oxygen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图1218。 图1218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。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，由于pH偏低，硝化功能较差。35第二节 活性污泥法的发展Tongji University11 .吸附生物降解工艺（Adsorption-Biodegratio

24、n，AB法）A级以高负荷或超高负荷运行，B级以低负荷运行，A级曝气池负荷可达26kgBOD5/kgMLSS.d，停留时间短，3060min，B级一般常规负荷0.10.3kgBOD5/kgMLSS.d ，停留时间24h。该系统不设 ，A级曝气池是一个开放性的生物系统。A、B两级各自有 的污泥回 ，两级的污泥互不相混。处理效果稳定，具有抗冲击负荷的能力。该工艺还可以根据 实力进行分期建设，对于较高浓度有机污染去除非常理想。但目前很少采用， 是后续B级都要求脱氮除磷时存在碳源不足的问题。第二节 活性污泥法的发展Tongji University11 .吸附生物降解工艺（Adsorption-Biod

25、egration，AB法）图122036第二节 活性污泥法的发展Tongji University12、序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor, SBR法）序批工艺与连续流活性污泥工艺相比的优点：工艺系统组成简单（见图），不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能， 无污泥回流设备；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；反应推动力大，易于得到优于连续的出水水质；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；污泥沉淀性能好，SVI值较低，能有效地防止丝状菌膨胀；该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以，便于自控运行，易于维护管理

26、。第二节 活性污泥法的发展Tongji University12、序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor, SBR法）图示为SBR工艺的基本运行模式，其基本操作流程由进水，反应，沉淀，出水和闲置等五个基本过程组成，从污水 流入到闲置结束一个周期，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。37第二节 活性污泥法的发展Tongji University13、氧化 沟 Oxidation Ditch氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，它的狭长，较浅，在沟槽中设有表面曝气装置。曝气装置的转动，推动沟内液体水平，取得曝气和搅拌两个作用， 沟中混合液流

27、速约为0.30.6m/s，使活性污泥呈悬浮状态。第二节 活性污泥法的发展Tongji University12、序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor, SBR法）序批工艺的缺点：容积利用率低；水头损失大；出水不连续；峰值需氧量高；设备利用率低；运行复杂；不适用于大水量。38第二节 活性污泥法的发展Tongji University14、循环活性污泥工艺 (ICEAS,CAST,CASS)第二节 活性污泥法的发展Tongji University39第二节 活性污泥法的发展Tongji University15、Countercurrent Aeration Sys

28、tem(CCAS)Tongji UniversityCASS周期运行过程40第二节 活性污泥法的发展Tongji University三、污水生物脱氮除磷工艺进展除常规A2/O脱氮除磷工艺外，目前研究热点：Ø 短程硝化反硝化到亚硝化阶段：中高温（Sharon） 工艺，或者低溶解氧（OLAND）工艺；Ø 同时硝化反硝化微环境，微生物解释，反应器溶氧不 均匀，中间产物理论；Ø 厌氧铵氧化（Anammox）；Ø 脱氮除磷补充碳源研究；Ø 反硝化除磷研究等方面，如BCFS工艺。第二节 活性污泥法的发展Tongji UniversityProcess n

29、ameTypeSRT,dF/MVolumetric LoadingMLSShRAS ofkgBOD/kgkgBOD/m3.dmg/L% ofreactorMLVSS.dinfluent41Tongji University原水活性污泥处理水MBR法与常规深度处理比较MLSS：10000 mg/LMBR的高效截留可稳定得到高品质的出水，SS几乎检不出进水水质出水水质MBR一般深度处理BOD1600.75-10COD-Cr31020-3040-50SS180检不出<10T-N355.510-15T-P40.20.4-0.7大肠菌群数(个/ml)2.3x105<0.33-5第二节 活性污

30、泥法的发展Tongji University膜生物反应器（MBR）是一种用膜分离过程取代传统活性污泥法中二次沉淀池的水处理技术。相对于传统的活性污泥法来讲，除了能维持高浓度的活性污泥的特点，同时因为使用膜孔径较细的分离介质，还具有去除悬浮颗粒并获得高质量的处理水质等许多优点。还能与脱氮除磷等工艺相结合，达到深度处理/回用的目的。出水抽滤出水微滤或超滤过滤活性污泥进水二沉微滤或超滤活性污泥剩余污泥剩余污泥四、膜生物反应器42第二节 活性污泥法的发展Tongji UniversitySand, Cloth filtrationMLSS5100umMicro-floc of Sludge, SS,

31、Polymer, alga50100kPa微滤MF 0.110umColloid，Bacteria, Big Molecule：0.02 mm 0.085 mm0.10.5MPaBacteria：0.2 mm - 10 mm超滤UF 10100nmMicro-particle， part of salt13MPa纳滤NF 130nmNaCl，CaCl2， MgSO4210MPaDissolve Matter反渗透RO 810ÅH2OTongji University43第二节 活性污泥法的发展T空气膜曝气槽曝气ongji University处理水膜用曝气处理水污泥气泡中空过滤的同时对膜进行曝气， 通过膜振动可以防止污泥对膜表面形成堵塞。第二节 活性污泥法的发展Tongji University工艺特点： 膜生物反应器（MBR）综合了生物处理和膜分离技术的优点， 具有流程简单、出水水质好、占地少、出水可以直接进行回用。Micro-floc of Fe, Al510 µm硅藻微粒20 µm沉泥