活性污泥法课件

1、第六章 废水好氧生物处理工艺(1) 活性污泥法第一节 活性污泥法的基本原理第二节 活性污泥法的运行方式第三节 曝气的原理、方法与设备第四节 活性污泥法的反应动力学第五节 活性污泥法的工艺设计第六节 活性污泥法的运行管理第一节 活性污泥法的基本原理水体自净作用的人工化和强化。历史：1912年，Clark和gage发现曝气的作用； Arden和Lockett发现活性污泥的作用。 1916年，英国第一座活性污泥法污水处理厂。什么是活性污泥？Activated Sludge活体。有机成分。生态系统。巨大的比表面积，吸附作用。一、活性污泥法的工艺流程回流污泥二次沉淀池废水曝气池初次沉淀池出水空气剩余活性

2、污泥活性污泥系统的主要组成(功用)曝气池：反应的主体，有机物被降解，微生物得以增殖；二沉池： 1)泥水分离，保证出水水质； 2)浓缩污泥，保证污泥回流，维持曝气池内的 污泥浓度。回流系统：1)维持曝气池内的污泥浓度； 2)回流比的改变，可调整曝气池的运行工况。剩余污泥：1)去除有机物的途径之一； 2)维持系统的稳定运行供氧系统：为微生物提供溶解氧生活污水或城市废水的处理流程活性污泥系统活性污泥系统有效运行的基本条件是：废水中含有足够的可溶性易降解有机物；混合液含有足够的溶解氧；活性污泥在池内呈悬浮状态；活性污泥连续回流，剩余污泥及时排放，维持曝气池内稳定的活性污泥浓度；进水中不含有对微生物有毒

3、有害的物质。二、活性污泥的性质1、物理性质： “菌胶团”“生物絮凝体” 颜色：褐色、(土)黄色、铁红色 气味：泥土味(城市污水) 比重：略大于1 (1.0021.006) 粒径：0.020.2 mm 比表面积：20100cm2/ml2、生化性能： 活性污泥的含水率： 99.299.8% 其中固体物质的组成： 1)活细胞(Ma)： 2)微生物内源代谢的残留物(Me)： 3)吸附的原废水中难于生物降解的有机物(Mi)： 4)无机物质(Mii)：有机物7585% 三、活性污泥的性能指标1.混合液悬浮固体浓度(MLSS)(Mixed Liquor Suspended Solids) MLSS = Ma

4、 + Me + Mi + Mii 位： mg/L 或 g/m32.混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS) (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids) MLVSS = Ma + Me + Mi 单位： mg/L 或 g/m3在条件一定时， 较稳定；对于处理城市污水的活性污泥系统，一般为0.700.853.污泥沉降比(SV, Sludge Volume)定义：将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示；功能：能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀；正常范围： 2030%SV

5、的测定0min15min30minSV = 40%4.污泥体积指数(SVI，Sludge Volume Index)定义：曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所形成的污泥体积，( ml/g) 功能：能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能， 其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多； 其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀；正常范围： 50150 ml/g(处理城市污水时)四、活性污泥法的基本工艺参数1、曝气池的有机容积负荷：1)进水COD(BOD5)容积负荷： 2)COD( BOD5 )去除容积负荷：2、 曝气池的有机污泥负荷：2)COD(BOD5)去除污泥负荷：1)进水(i

6、nfluent)COD(BOD5)污泥负荷：3、曝气池的水力停留时间(HRT，Hydraulic Retention Time) 4、曝气池的污泥停留时间(SRT，Sludge Retention Time、c)(h)(d)(mg/l)有关概念F/M值:在温度适宜、DO充足、且不存在抑制物质的条件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取决于微生物与有机基质的相对数量，即有机基质(Food)与微生物(Microorganism)的比值，即F/M值。F/M值是影响有机物去除速率、氧利用速率的重要因素。实际上，F/M值就是以BOD5表示的进水污泥负荷，即：五、活性污泥净化反应过程(机理)在活性污泥处理系统

7、中，有机底物从废水中被去除的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，这一过程的结果是污水得到了净化，微生物获得了能量而合成新的细胞，活性污泥得到了增长。 一般将这整个净化反应过程分为三个阶段： 1)初期吸附；(吸附) 2)微生物代谢；(稳定) 3)活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩(分离)活性污泥的初期吸附作用曝气时间降解初期吸附BOD活性污泥的初期吸附作用在活性污泥系统内，在污水开始与活性污泥接触后的较短时间(1030min)内，由于活性污泥具有很大的表面积因而具有很强的吸附能力，因此在这很短的时间内，就能够去除废水中大量的呈悬浮和胶体状态的有机污染物，使废水的BOD5值

8、(或COD值)大幅度下降。但不是真正的降解，随着时间的推移，混合液的BOD5值会回升，再之后，BOD5值才会逐渐下降。水污染控制工程P.136140从表141中可以看出：进水水质变化很大(F0值变化很大)；混合液中活性污泥量在不断增长(MLSS的值不断增长)；F1和F2的变化规律很不一致。这一情况即反映了活性污泥(在逐步增加和“成熟”)和水质(变化很大)的影响，也反映了事物中存在的偶然性。但是，不论情况如何变化，在混合液曝气过程中，污水中去除的有机物分为两个部分这一规律是一致的。 为便于考察起见，把表142中第7号的去除量、氧化和合成量以及吸附量等数据点绘成如图143中的曲线，曲线和曲线。曲线

9、反映污水中有机物的下降(去除)规律，曲线反映活性污泥利用有机物的规律，曲线反映了活性污泥吸附有机物的规律。这三条曲线反映出:在曝气过程中，污水中有机物的去除在较短时间(图中是5h左右)内就基本完成了(见曲线)；污水中的有机物先是转移到(吸附)污泥上(见曲线)，然后逐渐为微生物所利用(见曲线)；吸附作用在相当短的时间(图中是45min左右)内就基本完成了(见曲线)；微生物利用有机物的过程比较缓慢(见曲线)。 补充说明吸附量的大小，主要取决于有机物的状态，若废水中的有机物处于悬浮和胶体状态的相对量大时，则吸附量也大。这里必须指出，上面的实验分析中没有考虑微生物的内源呼吸。微生物的内源呼吸也消耗氧，

10、特别是微生物的浓度比较高时，这部分耗氧量还比较大，不能忽略。因而上面的分析是概略的，主要目的是说明活性污泥过程中的有机物吸附稳定过程。 六、有机物降解与微生物增殖活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化(内源呼吸)两项作用的综合结果，所以，微生物的净增殖速率为：式中：活性污泥中微生物的净增值速率(kgVSS/d)；活性污泥中微生物的合成速率(kgVSS/d)；其中：a 降解1kgBOD所产生的VSS，即产率系数(kgVSS/kgBOD.d)；活性污泥中微生物的自身氧化速率(kgVSS/d)；其中：b 活性污泥的自身氧化系数(kgVSS/kgVSS.d，一般为d-1)； xv 系统中活性污泥的总

11、量(kgVSS)有机物降解与微生物增殖：因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式: 积分后，得出活性污泥微生物在曝气池内每日的净增长量为: Si进水BOD浓度(kgBOD/m3)； Se 出水浓度(kgBOD/m3)。式中: x每日的污泥增长量(kgVSS/d)；= QwXr Q 每日处理废水量(m3/d)；a、b经验值的获得： (1) 查阅文献对于生活污水或相近的工业废水: a = 0.50.65，b = 0.050.1；对于工业废水，则： 合成纤维废水0.380.10含酚废水 0.55 0.13制浆与造纸废水0.760.016制药废水 0.77酿造废水0.93工业废水ab亚硫酸浆粕废水 0.5

12、5 0.13规律？说明了什么？(2)通过小试获得a、b经验值可改写为： a bQSr/VXv(kgBOD/kgVSS.d)x/VXv(d-1)有机物降解与需氧：氧在微生物代谢过程中的用途：(1)氧化分解有机物；(2)氧化分解自身的细胞物质。式中：O2曝气池中混合液的需氧量，kgO2/d; a代谢每kgBOD所需的氧量， kgO2/kgBOD.d; b每kgVSS每天进行自身氧化所需的氧量， kgO2/kgVSS.d 。有机物降解与需氧:上式可改写为：或式中：O2/VXv单位质量污泥的需氧量，kgO2/kgVSS.d; O2=O2/QSr去除每kgBOD所需的氧量， kgO2/kgBOD.d;

13、思考题：如何解释单位质量污泥的需氧量与负荷成正比，而去除单位质量BOD的需氧量与负荷成反比？a、b值的确定:(1) 查阅文献与进水水质有关活性污泥法处理城市污水：与运行方式有关运行方式O2ab完全混合式0.71.10.420.11生物吸附法0.71.1传统曝气法0.81.1延时曝气法1.41.80.530.188a、b值的确定: (1) 查阅文献活性污泥法处理工业污水： 废水种类ab石油化工废水0.750.16合成纤维废水0.550.142含酚废水0.56制浆与造纸废水0.380.092制药废水0.350.354酿造废水0.93漂染废水0.50.60.065炼油废水0.550.12亚硫酸浆粕废

14、水0.400.185规律？说明了什么？a、b值的确定:(2)试验法: a bLsrBOD(kgBODr/kgVSS.d)O2/VXv(kgO2/kgVSS.d)第二节 活性污泥法的运行方式1)传统活性污泥法2)完全混合活性污泥法3)阶段曝气活性污泥法4)吸附-再生活性污泥法5)延时曝气活性污泥法6)高负荷活性污泥法7)纯氧曝气活性污泥法8)浅层低压曝气活性污泥法9)深水曝气活性污泥法10)深井曝气活性污泥法回流污泥二次沉淀池废水曝气池初次沉淀池出水空气剩余活性污泥 QSi VX QwXSe Q-QwXeSe QrXrSe Q+QrXSe一、传统活性污泥法：1)工艺流程:一、传统活性污泥法：平面

15、图剖面图 曝气头 曝气设备 隔墙 空气管沟一、传统活性污泥法供氧速率与需氧速率曝气池长度 供氧速率 需氧速率曲线需氧量微孔曝气头一、传统活性污泥法主要优点： a. 处理效果好：BOD5的去除率可达9095%； b. 对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。主要问题： a. 为了避免池首端形成厌氧状态，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，占地面积较大； b. 在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，会浪费了动力费用； c. 对冲击负荷的适应性较弱。传统活性污泥法设计参数容积负荷 (kgBOD5/m3.d) 0.30.6MLSS (mg/l) 15003000回流比 (%) 2550污

16、泥负荷 (kgBOD5/kgMLSS.d)0.20.4污泥龄c(d)515MLVSS (mg/l)12002400曝气时间HRT (h)48BOD5去除率 (%)8595二、完全混合活性污泥法工艺流程回流污泥二次沉淀池废水曝气池初次沉淀池出水空气剩余活性污泥 完全混合曝气池二、完全混合活性污泥法主要特点：a. 可以方便地通过对F/M的调节，使反应器内的有机物降解反应控制在最佳状态；b. 进水一进入曝气池，就立即被大量混合液所稀释，所以对冲击负荷有一定的抵抗能力；c. 适合于处理较高浓度的有机工业废水二、完全混合活性污泥法 主要结构形式：a.合建式(曝气沉淀池)b.分建式合建式曝气池曝气沉淀池合

17、建式曝气池(曝气沉淀池)分建式曝气池 污泥负荷 (kgBOD5/kgMLSS.d)污泥龄 (d)MLVSS (mg/l)曝气时间HRT (h)BOD5去除率 (%)设计参数容积负荷 (kgBOD5/m3.d)082.0MLSS (mg/l) 30006000回流比 (%) 251000.20.6515 24004800 35 8590二、完全混合活性污泥法三、阶段曝气活性污泥法分段进水法或多点进水法 工艺流程多点进水活性污泥法的工艺流程出水进水二沉池进水点剩余污泥回流污泥回流污泥出水进水点进水剩余污泥二沉池进水点三、阶段曝气活性污泥法分段进水法或多点进水法主要特点：a.废水沿池长分段注入曝气池

18、，有机物负荷分布较均衡，改善了供氧速率与需氧速率之间的矛盾，有利于降低能耗；b.废水分段注入，提高了曝气池对冲击负荷的适应能力；三、阶段曝气活性污泥法分段进水法或多点进水法设计参数容积负荷 (kgBOD5/m3.d)0.61.0MLSS (mg/l)20003500回流比 (%)2575污泥负荷 (kgBOD5/kgMLSS.d)0.20.4污泥龄 (d)515MLVSS (mg/l)16002800曝气时间HRT (h)38BOD5去除率 (%)8590四、吸附再生活性污泥法 又称生物吸附法或接触稳定法主要特点： 将吸附、降解两个过程分别控制在不同的反应器内进行。活性污泥的初期吸附作用曝气过

19、程降解初期吸附BOD活性污泥的初期吸附作用 在活性污泥系统内，在污水开始与活性污泥接触后的较短时间(1030min)内，由于活性污泥具有很大的表面积因而具有很强的吸附能力，因此在这很短的时间内，就能够去除废水中大量的呈悬浮和胶体状态的有机污染物，使BOD5值(或COD值)大幅度下降。但不是真正的降解，随着时间推移，混合液的BOD5值会回升，之后BOD5值才会逐渐下降。活性污泥吸附作用的大小与很多因素有关: 1)废水的性质、特性：含有较高浓度呈悬浮或胶体状态的有机污染物。 2)活性污泥的状态：分的再生曝气，一般应使活性污泥微生物进入内源代谢期，才能使其吸附功能得到恢复和增强。四、吸附再生活性污泥

20、法 又称生物吸附法或接触稳定法工艺流程回流污泥进水出水吸附池二沉池剩余污泥再生池回流污泥出水进水剩余污泥吸附段再生段二沉池四、吸附再生活性污泥法 又称生物吸附法或接触稳定法主要优点：a.废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短，吸附池容积较小，再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥，因此，再生池的容积也是小的。吸附池与再生池容积只和仍低于传统法曝气池的容积，建筑费用较低；b.具有一定的承受冲击负荷的能力，当吸附池的活性污泥遭到破坏时，可由再生池的污泥予以补充。主要缺点： 对废水的处理效果低于传统法，此外，对溶解性有机物含量较高的废水，处理效果更差。四、吸附再生活性污泥法(生物吸附法或接触稳定法)设计参

21、数容积负荷 (kgBOD5/m3.d)1.01.2MLSS (mg/l)吸附池：10003000再生池：400010000回流比 (%)25100污泥负荷 (kgBOD5/kgMLSS.d)0.20.6污泥龄 (d)515MLVSS (mg/l)吸附池：8002400 再生池：32008000曝气时间HRT (h)吸附池0.51.0；再生池36BOD5去除率 (%)8090五、延时曝气活性污泥法完全氧化活性污泥法 主要特点： a. 有机负荷率非常低，污泥持续处于内源代谢状态，剩余污泥少且稳定，无需再进行处理； b. 处理出水出水水质稳定性较好，对废水冲击负荷有较强的适应性； c. 在某些情况下

22、，可不设初沉池。主要缺点： 池容大、曝气时间长，占地面积大； 建设费用和运行费用高；适用条件： 出水水质高，小规模，水量一般在1000m3/d以下。五、延时曝气活性污泥法 完全氧化活性污泥法设计参数容积负荷 (kgBOD5/m3.d) 0.10.4MLSS (mg/l) 30006000回流比 (%) 75100污泥负荷 (kgBOD5/kgMLSS.d)0.050.15污泥龄 (d)2030MLVSS (mg/l)24004800曝气时间HRT (h) 1848BOD5去除率 (%) 95六、高负荷活性污泥法又称短时曝气法或不完全曝气法主要特点：a. 有机负荷率高，曝气时间短，对废水的处理效

23、果较低；b. 在系统和曝气池的构造等方面与传统法相同。六、高负荷活性污泥法又称短时曝气法或不完全曝气法主要设计参数： 设计参数容积负荷 (kgBOD5/m3.d) 1.22.4MLSS (mg/l) 200500回流比 (%) 515污泥负荷 (kgBOD5/kgMLSS.d)1.55.0污泥龄 (d) 0.252.5MLVSS (mg/l) 160400曝气时间HRT (h) 1.53.0BOD5去除率 (%) 6075七、纯氧曝气活性污泥法工艺流程纯氧进水尾气出水回流污泥气体循环泵气体分散及搅拌装置七、纯氧曝气活性污泥法主要特点：a. 纯氧中氧的分压比空气约高5倍，纯氧曝气可大大提高氧的转

24、移效率；b. 氧的转移率可提高到80-90%，而一般的鼓风曝气仅为525%左右；c. 可使曝气池内活性污泥浓度高达40007000mg/l，能够大大提高曝气池的容积负荷；d. 剩余污泥产量少，SVI值也低，污泥膨胀较少发生。七、纯氧曝气活性污泥法设计参数容积负荷 (kgBOD5/m3.d) 2.03.2MLSS (mg/l) 600010000回流比 (%) 2550污泥负荷(kgBOD5/kgMLSS.d)0.41.0污泥龄 (d)515MLVSS (mg/l)40006500曝气时间HRT (h)1.53.0溶解氧浓度DO (mg/l) 610SVI (ml/g) 3050BOD5去除率

25、(%) 7595八、浅层低压曝气法理论基础：只有在气泡形成和破碎的瞬间，氧的转移率最高，因此，没有必要延长气泡在水中的上升距离。其曝气装置一般安装在水下0.80.9米处，因此可以采用风压在1米以下的低压风机，动力效率较高，可达1.802.60kgO2/kw.h；其氧转移率较低，一般只有2.5%；池中设有导流板，可使混合液呈循环流动状态。八、浅层低压曝气法微孔板0.60.8导流板0.60.8九、深水曝气活性污泥法 主要特点： a. 曝气池水深在78m以上， b. 由于水压较大，氧的转移率可以提高，相应也能加快有机物的降解速率； c. 占地面积较小。九、深水曝气活性污泥法曝气装置空气导流墙深水中层

26、曝气法的示意图空气曝气装置深水深层曝气法的示意图十、深井曝气 活性污泥法 又称超深水 曝气法工艺流程： 一般平面呈圆形，直径约16m，深度为50150m。回流污泥进水出水空气十、深井曝气活性污泥法 又称超深水曝气法主要特点： a.氧转移率高，约为常规法的10倍以上； b.动力效率高，占地少，易于维护运行； c.耐冲击负荷，产泥量少； d.一般可以不建初次沉淀池 e.但受地质条件的限制。十、深井曝气活性污泥法又称超深水曝气法设计参数设计参数容积负荷(kgBOD5/m3.d) 3.03.6MLSS(mg/l) 30005000回流比(%) 4080污泥负荷(kgBOD5/kgMLSS.d)1.01

27、.2污泥龄(d)5MLVSS(mg/l) 24004000曝气时间HRT(h) 1.02.0BOD5去除率(%) 8590思考题普通活性污泥法、吸附再生法和完全混合法各有什么特点？在一般情况下，对于有机废水BOD5的去除率如何？根据活性污泥增长曲线来看，这几种运行方式的基本区别在什么地方？各自的优缺点是什么？ 试指出污泥沉降比SV、污泥浓度MLSS和污泥指数SVI的定义，以及其在水处理工程中的实际意义以及一般的正常数值范围。 吸附再生法中的吸附池与A-B法中的A段都可以称为“吸附池”，试分析比较其异同之处。作业普通活性污泥法曝气池中的MLSS为3700mg/L，SVI为80mL/g，求其SV和

28、回流污泥中的悬浮固体浓度。 某造纸厂采用活性污泥法处理废水，废水量为24000m3/d，曝气池容积V为8000m3。经初次沉淀，废水的BOD5为300mg/L，曝气池对BOD5的去除率为90%，曝气池混合液悬浮液固体浓度为4000mg/L，其中挥发性悬浮固体占75%。试求：F/M、每日剩余污泥量、每日需氧量和泥龄。(已知：a = 0.76 kgVSS/kgBOD5.d, b = 0.016 d-1; a = 0.38 kgO2/kgBOD5, b = 0.092kgO2/kgVSS.d) 第三节 曝气的原理、方法与设备曝气的原理*(选讲内容）曝气方法曝气设备一、双膜理论的结论由于气液界面的面积

29、难于计量，一般以氧总转移系数(KLa)代替 ： 式中： KLa氧总转移系数，h-1， (8) KLa值表示在曝气过程中氧的总传递性，当传递过程中阻力大，则KLa值低，反之则KLa值高。其倒数1/KLa的单位为(h)，它所表示的是曝气池中溶解氧浓度从CL提高到Cs所需要的时间。充氧速率的影响因素水质有机物：两性有机物主要降低KLa无机物：主要降低饱和溶解氧。水温提高充氧速率的途径为了提高dC/dt值，可以从两方面考虑：提高KLa值：加强液相主体的紊流程度，降低液膜厚度；加速气、液界面的更新；增大气、液接触面积；等。提高Cs值：提高气相中的氧分压，如纯氧曝气、深井曝气等。二、有关基本概念曝气的作用

30、：供氧、搅拌曝气的方式：鼓风曝气(气泡曝气)机械曝气(表面曝气)鼓风曝气机械曝气三、曝气设备评价指标动力效率(EP) : 每消耗1度电转移到混合液中的氧量。kgO2/(kWh)氧转移率 : mgO2/(Lh)氧利用率(EA) : 通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比。()充氧能力(R0) : 通过表面曝气装置在单位时间内转移到混合液中的氧量。kgO2/h要求供氧能力强；搅拌均匀；构造简单；能耗小；价格低廉；性能稳定；耐腐蚀性强。组成及其作用鼓风机气源 风量的要求 风压的要求 罗茨风机和离心风机输配气管道系统均匀分布在曝气池面积上曝气装置(空气扩散器) 使氧气从气相转移到液相3

31、.1鼓风曝气系统 3.2 扩散器类型大气泡扩散器小气泡扩散器中气泡扩散器水力剪切型曝气装置空气升液型曝气装置水力冲击型曝气装置原理 将空气分割成气泡，以增大气液接触面积，使空气中的氧气溶解到水中。1.(微)小气泡型曝气装置由微孔透气材料(陶土、氧化铝、氧化硅或尼龙等)制成的扩散板、扩散盘和扩散管等；气泡直径在2mm以下(在200m以下者，为微孔)；EA = 1525%， EP = 2 kgO2/kw.h以上；缺点：易堵塞，空气需经过滤处理净化，扩散阻力大。1.小气泡扩散器2.中气泡型曝气装置 气泡直径为26mm。穿孔管：钢管或塑料管，管径2550mm；在管下部两侧呈45开孔，孔眼直径35mm，

32、间距50100mm；不易堵塞，构造简单，阻力小；氧利用率(EA)低，一般为46%；动力效率(EP)可达12 kgO2/kw.h；多用于浅层曝气法，动力效率可达 2 kgO2/kw.h2.中气泡型曝气装置新型中气泡型曝气装置：气泡直径接近于小气泡；不易堵塞，布气均匀，空气不需过滤处理；氧利用率高(1215%)，动力效率也高(2.73.7 kgO2/kw.h)；构造简单，维护管理方便；单个服务面积为0.5m2左右。2.中气泡扩散器网状膜曝气器套袖式曝气器3.水力剪切型空气扩散装置利用装置本身的构造特点，产生水力剪切作用，将大气泡切割成小气泡，增加气液接触面积，达到提高效率的目的。倒盆形曝气器 空气

33、由上部进入，由壳体和橡胶板之间的缝隙向四周喷出，由于水力剪切作用，气泡变小；停止曝气时，借助橡胶板的回弹力，缝隙自动封闭，可以防止污泥倒灌。EA=6 9%，Ep=1.5 2.5 kgO2/kw.h3.水力剪切型曝气装置4.空气升液型曝气装置-固定螺旋曝气器 由圆形外壳和固定在内部的螺旋叶片组成，每个螺旋叶片的旋转角为180，相邻叶片的旋转方向相反；空气由底部进入，向上流动，产生提升作用，使混合液循环流动；空气泡在上升过程中，被叶片反复切割，形成小气泡；阻力小，搅拌力强，EA(810%)；分为固定单螺旋、双螺旋、三螺旋等。4.空气升液型曝气装置5.水力冲击型曝气器射流曝气：分为自吸式和供气式自吸

34、式射流曝气器由压力管、喷嘴、吸气管、混合室和出水管等组成；特点：EA =15 20%;噪音小，无需鼓风机房；一般适用于小规模污水厂。小结通常扩散器的气泡愈大，氧的传递速率愈低，然而它的优点是堵塞的可能性小，空气的净化要求也低，养护管理比较方便。微小气泡扩散器由于氧的传递速率高，反应时间短，曝气池的容积可以缩小。因而选择何种扩散器要因地制宜。原理叶轮转动时，在周边形成水跃，使液面剧烈搅动，从大气中将氧气卷入水中；由于叶轮的提升和输水作用，使得曝气池内液体不断流动，更新气液接触面，不断从大气中吸氧；叶轮转动时，叶轮中心及其叶片背水侧出现负压，通过小孔可以吸入空气。机械曝气装置表面曝气装置的分类竖轴

35、式表面曝气装置横轴式表面曝气装置矛盾提升能力充氧能力浸没深度叶轮转速叶轮转速30100 rpm，周边线速度25 m/s；浸没深度10100mm。竖轴式机械曝气装置泵型叶轮曝气器K型叶轮曝气器倒伞型叶轮曝气器平板型叶轮曝气器泵型叶轮曝气器呈双曲线形；浸没深度为010mm；线速度为45m/s。 K型叶轮曝气器由圆锥形壳体及连接在外表面的叶片所组成；转速在3060r/min；动力效率为22.5 kgO2/kw.h倒伞型叶轮曝气器由叶片与平板等部件组成；叶片与平板半径的角度在025之间；线速度一般在4.054.85之间。平板型叶轮曝气器卧轴式机械曝气器主要有曝气转刷和曝气转盘，也称曝气转碟；主要应用于

36、氧化沟；调节方便、维护简易、动力效率较高。卧(轴)式表曝机曝气转刷卧(轴)式表曝机曝气转碟曝气量的其他要求上面已提及各类曝气设备除了要满足充氧要求外，还应满足如下最低的混合强度(常以单位池底面积在单位时间内的曝气量表示)要求： 满铺的小气泡扩散器2.2 m3/m2.h； 旋流的大中气泡扩散器1.2 m3/m2.h； 机械曝气13 W/ m3比较曝气形式和深度影响曝气设备性能。 对于较小的曝气池，采用机械曝气装置减少动力费用，并省去鼓风机曝气所需的管道系统和鼓风机等设备，维护管理也比较方便。但是这类装置转速高，所需动力随池子的加大而迅速增大，所以池子不宜太大，而且需要较大的表面积以便能从空气中吸

37、氧。此外，曝气池中如有大量泡沫产生，则可能严重降低叶轮的充氧能力。 鼓风曝气供应空气的伸缩性较大，曝气效果也较好，一般用于较大的曝气池。 第四节 活性污泥法的反应动力学 什么是活性污泥法反应动力学？可以定量或半定量地揭示系统内有机物降解、污泥增长、氧气的消耗等与各项设计参数、运行参数及环境因素之间的关系；活性污泥法的反应动力学的主要内容:(1)基质降解的动力学，涉及基质降解与基质浓度、生物量等因素的关系；(2)微生物增长动力学，涉及微生物增长与基质浓度、生物量、增长常数等因素的关系；(3)还研究底物降解与生物量增长、底物降解与需氧、营养要求等的关系。建立活性污泥法反应动力学模型的假设:(1)反

38、应器处于完全混合状态，1. 2. 3. 对于推流式曝气池系统，需加以修正；(2)活性污泥系统的运行条件绝对稳定；(3)二沉池内无微生物活动，也无污泥累积，且泥水分离效果良好(=100%)；(4)进水有机物均为有机物，且浓度恒定，不含微生物；(5)进水中不含对微生物具有毒性或抑制性的物质。反应动力学研究的由来劳伦斯麦卡蒂(LawrenceMcCarty)模式酶促反应动力学公式(米门公式)(MichaelisMenton)莫诺德(Monod)模式莫诺德模式：式中： 微生物的比增殖速率，kgVSS/kgVSS.d； max基质浓度饱和时，微生物的最大比增殖速率, kgVSS/kgVSS.d; q底物

39、的比降解速率，kgBOD/kgVSS.d； qmax基质浓度饱和时，底物的最大比降解速率, kgBOD/kgVSS.d; S反应器内的基质浓度，mg/l； Ks饱和常数，也称半速常数。l莫诺德方程式的推论：(1) 在高底物浓度的条件下，即SKs，呈零级反应，则有： ， (2)在低底物浓度的条件下，即S Ks，则：LawrenceMcCarty模式：有关基本概念：a、微生物比增殖速率 b、单位基质利用率： 有关基本概念(续)：c、污泥停留时间(SRT)、平均细胞停留时间(MCRT)、污泥龄(c)：有关基本概念： 3) 与c的关系：所以有：1. 第一基本方程式：前面已有：式中：Y微生物的产率系数，

40、kgVSS/kgBOD； Kd 自身氧化系数，或衰减常数，d-1，(kgVSS/kgVSS.d)；经整理后： 表示的是污泥龄( c )与产率系数Y、基质比利用速率(q)及自身氧化系数(Kd)之间的关系。2. 第二基本方程式： 认同莫诺德模式 认为有机基质的降解速率等于其被微生物的利用速率，即：式中：S 反应器内的基质浓度； qmax单位生物量的最大基质利用速率； Ks半速常数。表示的是基质利用速率与反应器内微生物浓度和基质浓度之间的关系。A.第一导出方程出水水质(Se)与污泥龄(c)之间的关系：代入：则有：污泥龄的计算： 能否有更简便的计算方法？ 传统排泥方式： 简化后，则：LawrenceM

41、cCarty建议的排泥方式：两种排泥方式：I. 剩余污泥从污泥回流系统排出； II. 剩余污泥从曝气池直接排出。 回流污泥二次沉淀池废水曝气池初次沉淀池出水空气剩余活性污泥 QSi VXSe II. QwX I. QwX Q-QwXeSi QrXrSe污泥龄的计算： 从曝气池直接排泥，则： 简化后: 第二种排泥方式的优点： 1)减轻了二沉池的负担； 2)可将剩余污泥单独浓缩处理； 3)便于控制曝气池的运行。B. 第二导出方程曝气池内微生物浓度(X)与污泥龄(c)的关系对曝气池作有机物的物料衡算：底物的净变化率=底物进入曝气池中的速率底物从曝气池中消失的速率回流污泥二次沉淀池废水曝气池初次沉淀池

42、出水空气剩余活性污泥(四) L-M模式的应用(基本方程的推论)代入第一基本方程有： 由于所以：说明：曝气池中微生物浓度与有机物浓度、污泥龄和曝气时间等有关。式中= c /t，称为污泥循环因子，物理意义为：活性污泥从生长到被排出系统期间与废水接触的平均次数。C.第三导出方程回流比R与c之间的关系对曝气池的生物量进行物料衡算：曝气池内生物量的净变化率= 生物量进入曝气池的速率生物量离开曝气池的速率 由于 所以： 所以：回流污泥二次沉淀池废水曝气池初次沉淀池出水空气剩余活性污泥 D产率系数与表观产率系数之间的关系：产率系数( Y )是指单位时间内，微生物的合成量与基质降解量的比值，即： 表观产率系数

43、( Yobs )是指单位时间内，实际测定的污泥产量与基质降解量的比值，即： D产率系数(Y)与表观产率系数(Yobs)：由于所以：D产率系数(Y)与表观产率系数(Yobs)：该式还提供了通过试验求Y及Kd的方法，将其取倒数后得： 以1/Yobs对c作图，即可求得Y及Kd值。 其中:E. c与Se及E的关系： Se cSe(E)c0 E c(c)min最小污泥龄对于一个活性污泥系统有一个(c)min可以通过假定Se = Si 并代入 一般Ks9.5和4.0； DO：入口处不低于0.5 mg/L，出口处应高于2.0 mg/L； SV： MLSS、MLVSS： Xr：用于确定回流和剩余污泥量，约70

44、0012000mg/L； SVI：沉降性能，60150； LsrBOD和LvrBOD： 污泥龄(c)： HRT： 1、曝气池的运行管理(2)、对活性污泥进行镜检观察： 主要镜检对象是原(后)生动物指示性生物。活性污泥生长正常、净化功能强，出水水质良好时，主要是有柄着生型的纤毛虫，如钟虫等；活性污泥生长不好、有机负荷高，DO含量低，细菌多以游离状态存在时，出现的原生动物则主要是游泳型的纤毛虫，如草履虫、肾形虫等；DO不足时，可能出现的原生动物数量较少，主要有扭头虫等，它们的出现说明已出现厌氧反应，产生了H2S气体；曝气过度时，活性污泥絮体呈细小分散状，出现的原生动物主要是一些小型变形虫。1、曝气

45、池的运行管理(3)、对溶解氧及供气量的调节： 供气电耗占全厂电耗的一半以上(5060%)； 保证充氧出口处的DO 2mg/L； 保证足够的混合搅拌； 气水比 对于水质、水量相对稳定的大型废水处理厂，每年春秋各调节一次。1、曝气池的运行管理(4)、SV及SVI的测定与调节 维持稳定的MLSS值； 以SV值作为评定MLSS值的指标； 最佳SV值； 通过调节剩余污泥的排放量来控制SV值； 一般要求每班测一次，每天34次； 结合MLSS 则可得出SVI值。 剩余污泥量与回流污泥量的调节与控制2、二沉池的运行管理*主要的水质管理监测项目：pH值：略低于曝气池出水，一般6.87.2；透明度：一般在30度以

46、上，水质较好时可高于50度；SS：低于30mg/L；BOD5(COD)：BOD520mg/L,COD100mg/L；DO：略低于2mg/L;表面水力负荷(q) ：1.01.5m3/m2.h出水堰水力负荷：1.52.9L/m.s；HRT：1.52.5h；大肠菌群值：应小于1000个/ml三、常见问题与对策1、污泥腐化；2、污泥上浮；3、污泥解体；4、泥水界面不清；5、污泥膨胀；6、泡沫三、常见问题与对策1、污泥腐化 现象：活性污泥呈灰黑色、污泥发生厌氧反应，污泥中出现硫细菌，出水水质恶化；原因： 混合液DO不足，负荷量增高； 曝气不足； 工业废水的流入等；对策： 控制负荷量； 增大曝气量； 切断

47、或控制工业废水的流入。2、污泥上浮：SV值异常现象：污泥沉淀3060分钟后呈层状上浮，且多发生在夏季；原因：硝化作用导致在二沉池中被还原成N2，引起污泥上浮；对策： 减少污泥在二沉池中的停留时间； 减少曝气量。三、常见问题与对策三、常见问题与对策3、污泥解体现象：在沉淀后的上清液中含有大量的悬浮微小絮体，出水透明度下降。原因：曝气过度；负荷下降，活性污泥自身氧化过度；对策：减少曝气；增大负荷量4、泥水界面不清现象：污泥可以下沉，但泥水界面不清晰；原因：高浓度有机废水的流入，使微生物处于对数增长期；污泥形成的絮体性能较差；对策：降低负荷；增大回流量以提高曝气池中的MLSS，降低F/M值。三、常见

48、问题与对策三、常见问题与对策5、污泥膨胀(Sludge Bulking)丝状菌性污泥膨胀；非丝状菌污泥膨胀1.丝状菌性污泥膨胀定义：由于活性污泥絮体中丝状菌过度繁殖而导致的污泥膨胀； 主要菌种：球衣菌属、贝氏硫细菌、霉菌以及正常活性污泥中的某些丝状菌如芽孢杆菌属等；原因：污泥膨胀理论 对策：临时控制措施： 工艺运行调节措施： 永久性控制措施： 丝状菌性污泥膨胀丝状菌性污泥膨胀 污泥膨胀理论：(1)低F/M比(即低基质浓度)引起的营养缺乏型膨胀； 污泥膨胀的选择性理论 (2)低溶解氧浓度引起的溶解氧缺乏型膨胀；(3)高H2S浓度引起的硫细菌型膨胀。1.丝状菌性污泥膨胀污泥膨胀的“选择性理论”生长

49、速率基质浓度高基质浓度低基质浓度菌胶团细菌丝状菌认为活性污泥中主要存在着两大类群的细菌： 菌胶团细菌和丝状细菌 临时控制措施：污泥助沉法： 改善絮凝性，投加絮凝剂如：硫酸铝等； 改善沉降性和密实性，投加粘土、消石灰等； 灭菌法： 投加杀菌剂如氯、臭氧、过氧化氢等杀灭丝状菌； 投加硫酸铜等杀灭球衣菌。 谨慎使用 运行调节措施加强曝气 加强曝气，提高混合液的DO值； 使污泥常处于好氧状态，防止污泥腐化，加强预曝气或再生性曝气； 调节运行条件： 调节进水pH值； 调整混合液中的营养配比； 适当调节污泥负荷。工艺控制措施原理：对现有设施进行改造，或采用新的设计思路，从工艺运行上确保污泥膨胀较少发生；增

50、设生物选择器：定义：增加一个反应池，通过工艺设计造成其中中的生态环境有利于选择性地发展菌胶团细菌，应用生物竞争机制抑制丝状菌增殖，从而达到控制污泥膨胀的目的；对象：低基质浓度引起的营养缺乏型污泥膨胀 生物选择器进水选择器曝气池二沉池回流污泥出水(1)好氧选择器：在曝气池之前增加一个预曝气池，使回流污泥与进水充分混合，其停留时间(530min，多为20min)的选择非常重要；(2)缺氧选择器： 高的基质浓度； 在缺氧条件下(有NO3)，菌胶团细菌具有高的基质利用率和硝酸盐还原速率；(3)厌氧选择器： 在厌氧条件下，菌胶团细菌具有较高的聚合磷酸盐的释放速率。 生物选择器2.非丝状菌污泥膨胀粘性膨胀

51、：低粘性膨胀： 粘性膨胀现象： 处理效果良好，但污泥难于沉淀，大量污泥随出水流失；原因： 进水中溶解性有机物浓度高，F/M值太高； 氮、磷缺乏，或溶解氧不足； 细菌大量吸附有机物，但不能及时降解，分泌出过量的凝胶状的多糖类物质；这些物质具有很高亲水性，导致污泥中含有大量结合水，泥水分离困难。对策： 降低负荷，调整工况，加强曝气等。低粘性膨胀原因： 进水中含有毒性物质，使污泥中毒，使细菌不能分泌出足够的粘性物质，从而不能有效形成絮凝体，导致泥水分离困难；对策： 控制进水水质，加强上游工业废水的预处理。 作业在一个启动运行不久的处理厌氧反应器出水的活性污泥工艺中，由于负荷较低，曝气池内的溶解氧较高

52、，结果发现污泥在二沉池中有上浮的现象；从曝气池中取混合液测定其SV时发现污泥的沉降很好，但0.51.0小时后，即出现污泥成团上浮；镜检观察未发现有大量丝状菌；试分析其可能的原因并给出解决对策。试简述活性污泥膨胀的产生原因、分类、以及相应的对策。三、常见问题与对策*6、泡沫化学泡沫生物泡沫(1)化学泡沫成因： 洗涤剂或工业用表面活性物质等引起； 呈乳白色。控制： 水冲消泡 消泡剂 (2)生物泡沫成因： 诺卡氏菌属的一类丝状菌引起； 呈褐色。根本原因：诺卡氏菌在较高温、富油脂类物质的环境中易于繁殖问题：可能致病；卫生、环境；影响曝气控制：水冲或消泡剂无效； 加氯；排泥，缩短SRT作业试用选择性理论

53、解释为什么完全混合式活性污泥法比推流式更易出现由丝状菌引起的污泥膨胀？某区拟采用普通活性污泥法处理城市污水，废水量为20000m3/d，原污水的BOD5为300mg/L，初沉池的BOD5去除率为30%，要求处理后出水的BOD5为20mg/L，试设计该污水处理厂，包括工艺流程的选择、曝气池的计算与设计、曝气系统的计算与设计等，同时还要求在设计时还应使该厂能方便地改变为多点进水法和吸附再生法运行，请从设计上给出具体措施。参考学习资料曝气的原理与过程：气泡细胞BODDOCO2/H2O空气O221%N279%压力、气量供氧：FICK定律与双膜理论、KLa需氧:曝气：供气(实际废水)O279%DO=12

54、mg/L供氧与需氧供氧与供气实际与标准曝气设备：标准状态下供气量、阻力曝气的原理与过程：供氧需氧曝气EA供气EA =供氧氧的利用率(EA)：又称氧转移效率，是指通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比(%)O221%N279%O279%，则氮含量为(100- Ot )%O2的平衡:N2的平衡:曝气的原理与过程：实际供氧量？ 标准供氧量标准供氧量即曝气设备的技术指标：标准状态下测定，即： 1atm，20C，清水实际供氧量即曝气池实际运行时所需的供氧量：实际状态下， 即：实际大气压与曝气头安装水深， 实际水温， 实际的废水水质曝气的原理与过程(1)气泡细胞BODDOCO2/H2O空气

55、O221%N279%压力、气量供氧：FICK定律与双膜理论、KLaO279%DO=12mg/L供氧与需氧供氧与供气实际与标准一、曝气的原理*1、氧转移的理论基础：Fick定律双膜理论Fick定律氧的传递是一个扩散过程 曝气过程中，空气中的氧从气相中被转移或传递到废水的液相中，是一个氧在气液两相之间的扩散过程，即气相中的氧通过气液界面扩散到液相主体中。扩散过程的基本定律Fick定律； Fick定律认为：扩散过程的推动力是物质在界面两侧的浓度差，被扩散的物质分子会从浓度高的一侧向浓度低的一侧扩散、转移。Fick定律式中： vd 物质的扩散速率，即单位时间内单位断面上通过的物质的量； DL 扩散系数

56、，表示物质在某种介质中的扩散能力，主要取决于 扩散物质和介质的特性及温度； C 物质浓度； y 扩散过程的长度 dC/dy 浓度梯度，即单位长度上的浓度变化值。 物质的扩散速率与浓度梯度呈正比关系。Fick定律 如果以M表示在单位时间t内通过界面扩散的物质数量，以A表示界面面积，则有：氧转移的“双膜理论” 边界层紊流紊流层流层流ygCLCiPiPg液膜气膜气相主体液相主体yl对流扩散对流扩散分子扩散对于难溶于水的氧来说，分子扩散的阻力大于对流扩散，传质的阻力主要集中在气膜和液膜上；在气膜中存在着氧分压梯度，而液膜中同样也存在着氧的浓度梯度，由此形成了氧转移的推动力1923年，Lewis & W

57、hitman氧转移的双膜理论模式图边界层紊流紊流层流层流ClPiPg液膜气膜气相主体液相主体yl对流扩散对流扩散分子扩散CsCs：与气相主体中氧分压相当的饱和溶解氧浓度；CL：液相主体中所要求的溶解氧浓度氧转移过程中的传质推动力就可以认为主要是界面上的饱和溶解氧浓度值(Cs)与液相主体中的溶解氧浓度值(CL)之差。双膜理论设液膜厚度为yl，因此在液膜内溶解氧浓度的梯度为：式中: dM/dt 氧传递速率，kgO2/h； DL氧分子在液膜中的扩散系数，m2/h； A 气、液两相接触界面面积，m2； (CsCL)/yL在液膜内溶解氧的浓度梯度，kgO2/m3.m；双膜理论设液相主体的容积为V(m3)

58、，并用其除以上式，则得：式中: dC/dt 液相主体溶解氧浓度变化速率(或氧转移速率)，kgO2/m3.h； KL液膜中氧分子传质系数，m/h。双膜理论由于气液界面的面积难于计量，一般以氧总转移系数(KLa)代替 ： 式中： KLa氧总转移系数，h-1， (8) KLa值表示在曝气过程中氧的总传递性，当传递过程中阻力大，则KLa值低，反之则KLa值高。其倒数1/KLa的单位为(h)，它所表示的是曝气池中溶解氧浓度从CL提高到Cs所需要的时间。提高充氧速率的途径为了提高dC/dt值，可以从两方面考虑：提高KLa值：加强液相主体的紊流程度，降低液膜厚度；加速气、液界面的更新；增大气、液接触面积；等

59、。提高Cs值：提高气相中的氧分压，如纯氧曝气、深井曝气等。氧总转移系数( KLa )的求定 式中：C0当 t = 0时，液体主体中的溶解氧浓度(mg/l)； Ct当 t = t 时，液体主体中的溶解浓度(mg/l)； Cs液相主体中的饱和溶解氧浓度(mg/l)。 测定KLa值的方法与步骤： 投加Na2SO3和CoCl2，脱除水中的溶解氧； 当溶解氧完全脱除后，开始曝气充氧，并测定水中溶解氧随时间的变化情况； 计算、绘图。tKLa/2.30曝气的原理与过程(2)气泡细胞BODDOCO2/H2O空气O221%N279%压力、气量曝气：供气(实际废水)O279%DO=12mg/L供氧与需氧供氧与供气

60、实际与标准曝气设备：标准状态下供气量、阻力二、曝气系统的计算方法实际供(氧)气量？标准供(氧)气量 标准氧转移速率指脱氧清水在20C和标准大气压条件下测得的氧转移速率，一般以R0表示(kgO2/h)； 实际氧转移速率以城市废水或工业废水为对象，按当地实际情况(指水温、气压等)进行测定，所得到的为实际氧转移速率，以R表示，单位为kgO2/h。1、影响氧转移速率的主要因素水质水温气压影响氧总转移系数KLa = 0.8 0.85影响饱和溶解氧浓度Cs 0.90.97影响氧总转移系数KLa影响饱和溶解氧浓度Cs水温升高，Cs值会下降;反之，则升高。影响饱和DO浓度Cs鼓风曝气系统中Csm的计算不同温度