常规活性污泥法工艺与曝气池设计教程

1、常规活性污泥法工艺与曝气池设计25-Jul-22 废水的生化处理就是利用自然界广泛存在、以有机物为营养物质的微生物来降解或分解废水中溶解状态和胶体状态的有机物，并将其转化为CO2和H2O等稳定无机物的方法，通常又称为生物处理。 从1916年开始到现在，废水生物处理技术经历了从简单到复杂、从单一功能到多种功能、从低效率到较高效率的纵向发展阶段；从英国到世界各地，废水生物处理技术经历了由点到面、由生活污水处理到各种工业废水处理的横向发展阶段。目前CODcr去除率达80%92%，处理后出水含量约60120mg/L；BOD5去除率达85%98%，处理出水含量可降至1030mg/L，一般可达到排入水体的

2、水质标准。已经成为城市污水和工业废水净化的主要工艺，在世界各国的水污染治理中发挥了巨大作用。 生物处理的主要作用者是微生物，特别是其中的细菌。根据生化反应中是否需求氧气，可把细菌分为好氧菌、兼性厌氧菌和厌氧菌。主要依赖好氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺，称为好氧生物处理法；主要依赖厌氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺，称为厌氧生物处理法。 由于受氧传递速度的限制，进行好氧生物处理时有机物浓度不能太高，所以有机固体废弃物、有机污泥、有机废液及高浓度有机废水的生物处理，是在厌氧条件下完成的。有机物的好氧分解过程有机物厌氧分解图式本 节 内 容 提 要一、普通活性污泥法二、

3、普通活性污泥法的常规改进工艺三、曝气池的设计与相关辅助设备计四、二沉池及污泥回流系统设计 常规活性污泥法工艺与曝气池设计 1. 基本流程 活性污泥法开创于1916年的英国，即习惯所称的普通活性污泥法或传统活性污泥法。由初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池、曝气设备以及污泥回流设备等组成，主要构筑物是曝气池和二次沉淀池。一、普通活性污泥法青岛市团岛污水处理厂工艺流程图2. 活性污泥及其评价指标 在活性污泥法中起主要作用的是活性污泥，由具有活性的微生物、微生物自身氧化的残留物、吸附在活性污泥上不能被微生物所降解的有机物和无机物组成。 除镜检观察生物相外，评价活性污泥的指标还有6种： 混合液悬浮固体浓度(

4、Mixed Liquor Suspended Solid，MLSS)、 混合液挥发性悬浮固体浓度(Mixed Liquor Volatile Suspended Solid，MLVSS)、 污泥沉降比(Sludge Volume，SV)、污泥体积指数(Sludge Volume Index，SVI)、污泥龄(Sludge Age，SA)、污泥负荷(Sludge Loading，SL)。3. 普通活性污泥法的技术分析 普通活性污泥法的优点是处理效果好，适于进水水质较稳定而处理程度要求较高的情况，如天津东郊污水厂，其BOD5去除率可达90%95%。 缺点如下： (1)进水有机物浓度不能太高，对水质

5、水量变化的适应能力低，运行效果易受水质水量变化的影响。 (2)曝气池的需氧量前大后小，而曝气供氧一般是均匀的，因此曝气池前段供氧不足而缺氧，后段又供氧过多造成浪费。 (3)曝气池池体庞大、曝气时间长(68h)，基建费用高、占地面积大。二、普通活性污泥法的常规改进工艺 在传统活性污泥法问世以来的几十年里，生产实践大大推动了活性污泥技术的不断发展，相继出现了渐减曝气法、阶段曝气法、生物吸附法、完全混合法、延时曝气法、深井曝气、氧气曝气、AB法等常规改进工艺。 注意：这里所说的常规改进工艺是指不包含氧化沟、SRB等工艺。 1. 渐减曝气法和阶段曝气法 为了解决普通活性污泥法中推流式曝气池前段供氧不足

6、、后段供氧过剩的问题，出现了渐减曝气法和阶段曝气法。 将曝气池中的曝气装置布置成渐减方式，即在池前段增多，沿池长逐渐减少，以适应需氧量前高后低的趋势。但这种技术只能相对缓解前段缺氧问题，目前我国北京高碑店污水厂均采用渐减曝气方式运行。 为了很好地解决曝气池前段供氧不足的问题，1939年在美国纽约出现了阶段曝气法，又称逐步负荷法或多段进水法。 2. 完全混合法 为了适应远郊区工业废水需要单独处理的要求，出现了完全混合法。该法的核心是完全混合式曝气池，多以圆形、方形或多边形池子作为单元。废水进入池底中心，立即与全池混合，水质均匀，不像推流式那样有明显的上、下游区别，因此需氧速率和供氧速率的矛盾在全

7、池中得到了平衡。 3.延时曝气法 延时曝气法也是为了适应远郊区工业废水需要单独处理的要求而出现的，又称完全氧化法，其实质是污水处理和污泥好氧处理的综合构筑物。 特点是BOD-SS负荷率很低，所需要曝气池容积大、曝气时间长，活性污泥长期处于内源呼吸阶段，不但去除了水中的污染物，而且剩余污泥稳定、量少，无需进行消化处理。延时曝气法一般采用完全混合式的流型，处理效率高，出水稳定性好，对水质水量变化有良好的适应性。 不足之处是池容积大，污泥龄长，基建和运行费用都较高。因此只适用于要求较高而又不便于进行污泥处理的小型城镇污水和工业废水的处理。4.深井曝气法(deep-shaft aeration pro

8、cess) 为了提高处理负荷和供氧能力，节约用地和能耗，出现了深井曝气和纯氧曝气技术。深井曝气法又称超深层曝气法，是以一口地下深竖井作为曝气池的高效活性污泥工艺，深井由下降管和上升管两部分组成，废水在混合液沿下降管和上升管反复循环的过程中得到处理。 5.纯氧曝气 1968年在美国首先实现了氧气曝气的实用化，1986年10月天津石油化工公司的氧气曝气活性污泥装置投入运行。 与空气曝气活性污泥法的机理基本相同，不同的是纯氧浓度是空气中氧浓度(21%)的4.7倍，所以纯氧的氧分压为空气中氧分压的4.7倍。当氧气向水中转移时，其充氧速率也增加到4.7倍。 因此，混合液中的溶解氧能达到610mg/L，加

9、快了好氧微生物的新陈代谢和繁殖，增大了污泥的活性，提高了吸收、吸附、分解有机物的能力。 最常用的氧气曝气池是多段加盖式，用表面曝气机充氧，一般采用3段串联。每段内水流为完全混合式，从整体上看为推流式；水深一般为5m左右，气相空间(超高)1m左右；为了在清扫时吹脱曝气池内的碳氢化合物，曝气池应设空气清扫装置，换气率每小时23次。各段隔墙顶部应留气孔和泡沫孔，并采用内堰出水。一般采取安全、防爆措施，在池内可燃气体浓度达到爆炸下限的25%时，发出警报。德国Linde公司：LONDOX bioreactor，在一些国家被称为UNOX 德国Linde公司的UNOX 纯氧曝气污水处理系统是现阶段较为成熟的

10、纯氧曝气装置，目前全世界有数百套装置在运行；英国的Vitox纯氧曝气污水处理系统也有广泛的应用。Eliminating Nitrogen with Pure Oxygen， Alternative 1: Intermittent denitrification此外，氧气曝气还用于：Eliminating Nitrogen with Pure Oxygen， Alternative 2: Simultaneous denitrification此外，氧气曝气还用于：此外，氧气曝气还用于：Pure Oxygen for Prepurification of Waste Water此外，氧气曝气还用

11、于：Pure Oxygen for Conveying Waste Water in Pressure Pipes 6. 生物吸附法 又称为接触稳定法或吸附再生法。其主要运行特点是将活性污泥对有机物降解的两个过程(吸附和代谢降解)分别在各自的反应器(吸附池和再生池)内进行。 污水与活性污泥共同进入曝气池内混合接触1560min，使污泥吸附水中大部分呈悬浮、胶体状的有机物和一部分溶解性有机物，然后使混合液流入二次沉淀池。从沉淀池分离出的回流污泥则先在再生池里进行生物代谢，充分恢复活性(再生吸附能力)，再引入吸附池。 吸附池和再生池在结构上可以分建，也可合建。合建时，有机物的吸附和污泥的再生在同一

12、个池内的两部分进行，即前部为再生段，后部为吸附段；原水由吸附段进入池内。 7. 吸附生物氧化法 又称为吸附生物降解(Absorption-Biodegradation)，简称AB法，由德国亚琛大学宾克(B.Bhnke)教授于20世纪70年代中期开创，从20世纪80年代开始用于工程实践。该法是在传统两段活性污泥法和高负荷活性污泥法基础上开发的一种新工艺，属于超高负荷活性污泥法。 全系统共分预处理阶段、A段、B段等3段，预处理段底设格栅、沉砂池等简易设备，不设初沉池。 两段完全分开，每段都能够培育出各自独特的、适于本段水质特征的微生物种群。 A段由吸附池和中间沉淀池组成，B段则由曝气池及二次沉淀池

13、所组成；A段和B段各自拥有独立的污水回流系统。 近年来，AB处理工艺在我国城市污水处理行业也开始得到应用，污水处理量为80000m3/d的青岛海泊河污水处理厂便是其中的一座，该厂于1993年3月开工建造，1995年6月正式投产运行，目前运行正常。 AB法在处理效率、运行稳定、工程投资和运行费用等方面均具有明显的优势。还可以根据经济实力进行分期建设，例如可先建A段以削减污水中的大量有机物，达到优于一级处理的效果；等条件成熟，再建B段以满足更高的处理要求。三、曝气池的设计与相关辅助设备 曝气池是一个生化反应器，是常规活性污泥法废水处理的核心构筑物，向其中供给充足的氧气以创造有利于微生物生长的环境，

14、这些微生物吸附降解污水中有机物并产生活性污泥，经沉淀池泥水分离后达到净化的目的。 曝气池的设计应该包括工艺设计和结构设计两部分。1.曝气池的工艺设计 (1)处理效率的计算 (2)曝气池容积的计算 可以按照污泥负荷率、容积负荷率和水力停留时间3种方法计算，其中污泥负荷率的确定又有三种方法(日本桥本奖公式、根据污泥的沉淀性能、根据经验来确定) (3)曝气池需氧量的计算 (书中P212) 2.曝气池的结构设计 一般曝气池不应少于2组，并按同时运行设计。由于活性污泥法的不断发展，曝气池的构造型式越来越多样化。概括分类如下： 根据混合液的流型，可以分为推流式、完全混合式和循环混合式三种； 根据平面形状，

15、可分为长方廊道形、圆形、方形和环状跑道形4种； 根据曝气池和二次沉淀池的关系，可分为分建式和合建式两种； 根据运行方式，可分为传统式、阶段式、生物吸附式、曝气沉淀式、延时式等多种。 (1)推流式曝气池 推流式曝气池的优点是：BOD降解菌为优势茵，可避免产生污泥膨胀现象；运行灵活，可采用多种运行方式；运行方式适当调整能够增加净化功能，如脱氮、除磷等。 平面设计 推流式曝气池为长条形，水从池的一端进入，从另一端推流而出。进水一般采用淹没式进水口，进水流速宜为0.20.4m/s，出水方式一般采用溢流堰或出水孔形式。推流式曝气池平面结构示意图 横断面设计 曝气池的宽深比B/H (有效水深)一般采用12

16、，有效水深最小为3m，最大不超过9m(池深与造价和动力消耗有密切关系)。(1)推流式曝气池 曝气方式 多采用鼓风曝气，根据曝气池横断面上的水流状态，分为平移推流式和旋转推流式两种类型。 一般而言，平流推移式曝气池底部铺满曝气器，池中的水流只沿池长方向移动，设计时其宽深比可以大些。(1)推流式曝气池 对用于脱氮除磷工艺的平流推移式曝气池而言，往往会根据实际的进水水质情况和运行工艺的需要，或者在厌氧段的池底不铺设曝气器；或者同样铺设曝气器，但有控制地开启其中的一部分。(1)推流式曝气池(1)推流式曝气池 按曝气器在竖向安装位置的不同，旋转推流式曝气池又可分成底层曝气、中层曝气和浅层曝气三种。采用底

17、层曝气的池深决定于鼓风机提供的风压，根据目前的产品规格，有效水深常常为34.5 m。 (1)推流式曝气池旋转推流式曝气池示意图，采用底层曝气 中层曝气池示意图 中层曝气的曝气器装于池深中部，与底层曝气相比，在相同的鼓风条件和处理效果时，池深一般可以加大到78m，最大的可达9m，可以节省曝气池的用地。中层曝气也可将曝气器安装在池子中央，形成两侧流，池形可采用较大的深宽比，适于大型曝气池。(1)推流式曝气池浅层曝气示意图 浅层曝气的曝气器装于水面以下0.80.9m的浅层，常采用1.2m以下风压的鼓风机。虽然风压较小，但风量较大，故仍能造成足够的密度差产生旋转推流，池的有效水深一般为34m。(1)推

18、流式曝气池 完全混合式曝气池 完全混合法的核心是完全混合式曝气池，曝气池平面可以是圆形、方形或多边形。可以与二沉池分建或合建，因而可分为分建式和合建式两种形式。 分建式 污水与回流污泥进入曝气池后，立即与池内原有的混合液充分混合、循环流动，进行吸附和代谢活动，并顶替出等量的混合液至二沉池，曝气池内各点水质均匀一致，其出水也与池内各点水质一致。 分建式完全混合曝气池既可用表面曝气设备，也可用鼓风曝气设备。(a)表曝池； (b)固定螺旋曝气池； (c) 密集多喷嘴曝气池分建式完全混合池结构示意图 合建式 合建式表面曝气池是由钢结构制成的房屋式构筑物，将将二沉池与曝气池合建于一个圆型池中。 国内称之

19、为曝气沉淀池或机械表面曝气活性污泥法(mechanical surface aeration process)，国外称之为加速沉淀池。与机械加速澄清池在外形上有些类似！ 这种合建式生物反应器结构紧凑、流程短，有利于新鲜污泥及时回流，并能省去一套污泥回流设备。目前合建式活性污泥处理装置可以建设得规模很大；间歇曝气或同步硝化、反硝化技术也得到了一定的应用。 合建式完全混合曝气沉淀池的池体由曝气区、导流区、回流区、沉淀区几部分组成，沉淀池与曝气池合建，锥形沉淀池设于外环，与曝气池底部有污泥回流缝连通，靠表面曝气机造成的水位差使回流污泥循环。 当合建式区间全混合曝气池的平面设计成方形或长方形时，沉淀区

20、仅在曝气区的一边设置。 (3)两种池型的组合 在推流曝气池中，也可用多个表面曝气机进行充氧和搅拌。对于每一个表面曝气机所影响范围内，流态为完全混合；而就整个曝气池而言，又近似推流，相邻表面曝气机旋转方向相反，否则两机间的水流将发生冲突。也可采用横挡板将表面曝气机隔开，避免相互干扰。3.深度处理用曝气池的相关辅助设备 主要是指潜水搅拌设备，用于起推流和搅拌混合作用，使污泥与污水充分混合并保持悬浮状态。目前在城市污水和工业废水处理工艺AO、A2O法的缺氧池、厌氧池以及氧化沟、SBR反应池等处理构筑物中均得到了采用。 (1)低速潜水推流器 低速潜水推流器适用于市政和工业污水处理厂的曝气池和厌氧池，用

21、于池中水循环及硝化、脱氮和除磷阶段创建水流。潜水电机经全密封减速箱减速后，驱动两叶式推流叶轮匀速旋转。采用潜水电机与摆线针轮减速机直联式结构。南京南蓝环保设备制造有限公司(2)高速潜水推流(搅拌)器 高速潜水推流(搅拌)器主要用于污水处理厂矩形和圆形厌氧池、调节池、反应池中混合液的搅拌，主要由电机、减速器、三叶后掠式叶轮、导流筒、方立柱、升降器等组成。有靠墙式和桥梁式两种安装方式。 代表性的国外生产厂家有丹麦LJM公司、瑞典ITT飞力公司、德国MEU公司。国内的代表性产品有GQT高速潜水推流(搅拌)器、QJB系列潜水搅拌机、MS型潜水搅拌机等。 Landia POP-I Mixer = The

22、 Landia Mixer is planetary gear driven and is available with motor sizes. The Landia Mixer is designed for hard working conditions, and it effectively agitates, homogenizes and keeps solids in suspension in the wastewater sludge. The Landia Mixer Propeller is designed for optimum flow creation and h

23、omogenisation. The triple shaft sealing system is constructed of optional materials and the sturdy planetary gear system gives the propeller ideal speed and efficiency. The mixer motor casing is waterproof and pressure tested and is IP68 rated. The motor stator insulation is class F and thermal sens

24、ors are embedded in the windings. The Landia Mixer mast systems are available with multiple mounting and adjustment configurations, and are customisable.1-起吊装置；2-潜水电机、减速机；3-叶片搅拌机半成品-图片(3)潜水推流(搅拌)器的设计要点 纵观多数潜水推流(搅拌)器产品，其结构设计要点主要包括潜水电机、减速传动装置、搅拌器、密封装置、监控系统及其布置方式等。潜水推流(搅拌)器的潜水深度一般不超过20m，无故障运行时间不小于4000h

25、。 潜水电机 潜水电机采取过载、断相及防渗漏三重保护，以确保设备类水下工作的安全性。(HJ/T 279-2006)中则规定，推流式潜水搅拌机的电控设备应符合GB/T 3797 的规定，采用户外箱式防护等级，应达到GB/T 4942.2 中IP55的规定。潜水电机的机械密封性能应良好，无渗漏，防护等级应符合GB/T4942.2中IP68级的规定，绝缘等级应符合GB/T 12785中F级的规定。 为了保护搅拌器的正常工作，可在电动机定子线圈上粘贴热敏元件，采用温度继电器作为过热元件，当定子线圈温度高达105时，温度继电器常闭触点断开，切断电源中断工作，同时控制系统中指示灯亮并报警。 减速传动装置

26、主要由一对斜齿轮、轴承和油箱组成，内装式机械密封及渗水报警装置，确保减速机可靠的密封性和安全性。驱动齿轮采用硬齿面，安装在电动机输出轴上，被动齿轮装在搅拌机轴上，材料一般选用优质钢，设计寿命为75000h。轴承在电动机转子轴端和搅拌机轴端均设有单列向心球轴承支承，而在电动机转子的另一端和搅拌机轴的另一端则采用单列圆锥滚子轴承，以承受轴向推力，轴承设计寿命不低于100000h。 油箱除存放传动齿轮、轴承和润滑、冷却油外，在设计中采用O形橡胶圈将油箱分成两部分，当发生异常渗水现象时，让水先进入第一油箱，箱内水量为油量的10%时，渗水传感器接通，渗水报警装置立即报警，同时延迟34min后切断电源，这样确保第二油箱中的齿轮等零部