污水的生物处理-活性污泥法

1、.PAGE ：.；PAGE 25污水的生物处置活性污泥法(Biological Treatment of Wastewater:The Activated Sludge Process) 水体自净，氧化塘 自然条件下 土壤自净，土地处置 好氧处置 人工条件下 活性污泥法生物处置 生物膜法 厌氧处置 自然条件下 ：高温堆肥、厌氧塘人工条件下 厌氧处置技术 污泥消化(Aerobic/Anaerobic Suspended-Growth Treatment Processes Attached-Growth Treatment Processes)4.1.1. 活性污泥处置法的根本概念与流程 Was

2、tewater Air Aeration tank Secondary clarifier Return Sludge Excess sludge4.1.2 活性污泥的形状与活性污泥微生物活性污泥的形状: 颜色，味，外形，比重，含水率 外表积20-100cm2/ml；有机75-85%/无机成分， 活性污泥组成：Ma +Me+Mi+Mii 微生物 惰性有机物 无机物 本身氧化残留物活性污泥微生物Ma及其在活性污泥反响中作用细菌：产碱干菌属，芽胞干菌属，动胶杆菌属，假单胞菌属，大肠杆菌属，无色杆菌属等 增殖世代时间20-30min； 数量：107-108个/mL真菌：丝状菌，霉菌；净化才干与不利影

3、响原生动物： 肉足虫类：如变形虫、滴虫，鞭毛虫类，：豆形虫、肾形虫、草履虫；纤毛虫类：钟虫、等枝虫、盖纤虫 原生动物 细菌的捕食者后生动物：轮虫；水质良好的标志 微 生 残留食物量 物 量 微生物总量 自在游泳 纤毛虫类 有柄纤毛虫类 鞭毛虫类 肉足虫类 轮虫类 Time图：原生动物在活性污泥反响过程中数量和种类的增长与递变方式活性污泥微生物的增殖与活性污泥的增长多种属的活性污泥微生物增殖规律与纯种微生物增殖规律类似微生物增殖=活性污泥增殖活性污泥的增殖受活性污泥能含量的控制 F/M有机物量/活性污泥量有机负荷 量 对数增殖 减速增殖 内源呼吸 C d X Sludge 氧利用速率 b SBO

4、D a 顺应期X0Time静态培育条件下，活性污泥增长曲线、有机物降解和氧利用速率活性污泥絮体的构成意义与作用活性污泥絮凝体构成的骨干菌胶团活性污泥构成机制： 能含量F/M； 电斥力与范德华引力细菌种类：分泌粘着物的细菌：动胶杆菌、黄杆菌、蜡状芽孢杆菌等4.1.3 活性污泥净化反响过程 有机物污染物净化有机物被微生物摄取、代谢与利用初期吸附去除 初期：5-10 min 30min内BOD去除率到达70% 活性污泥强吸附才干的产生源：具有很大的外表积：2000-10000m2/m3混合液多糖类粘质层 吸附才干影响要素：1微生物的生理形状 处于饥饿形状的微生物具有最强吸附才干2反响器中流态吸附不等

5、于降解，吸附才干是有限的，提高吸附才干污泥曝气微生物代谢小分子有机物细胞壁微生物体内内酶代谢大分子有机物水解酶小分子细胞壁微生物体内有机物的氧化方程： 新细胞的合成： 微生物本身氧化：分解代谢与合成代谢方式图： H2O，CO2，NH3 +能量 分解代谢1/3有机物 +O2 合成2/3 内源呼吸产物+能量 合成细胞物质+O2 80% 内源呼吸残留物 20%4.2 活性污泥净化反响影响要素与主要设计、运转参数4.2.1 活性污泥净化反响影响要素营养物质平衡：C：N：P= 100：5：1其他微量元素：钠、钾、钙、镁、铁溶解氧含量： DO2mg/LPH值 6.5-8.5水温 适宜：10-450C 最正

6、确：15-350C有毒物质：重金属、酚类、甲醛 经过培育驯化后， 微生物对有毒物质有顺应与降解才干 表4-4 p1054.2.2活性污泥处置系统的控制目的与设计、运转操作参数使活性污泥系统正常、高效运转的根本条件：适当的污水水质、水量具有活性和足够量的活性污泥生物量满足微生物需求的溶解氧良好的流态，气、液、固充分接触控制目的设计、运转操作参数表示及控制混合液中活性污泥微生物量的目的(1)Mixed liquor suspended solids (MLSS)(2)Mixed liquor volatile suspended solids (MLVSS) f=MLVSS/MLSS 0.75活性

7、污泥的沉降性能及其评价目的30min污泥沉降比% 30%Settling Velocity / Sludge settling VolumeSV 2污泥容积指数，Sludge Volume Index SVI 定义：曝气池出口处混合液经过30min沉降后，每克干污泥所构成的沉淀污泥所占有的容积mL/g：SVI的意义：SVI沉降性能；SVI沉降性能SVI正常范围：SVI=70-100120 城市和生活污水SVI100 沉降性能好；100SVI200 普通；SVI200，不好SVI与BOD-污泥负荷的关系城市污水：SVI 分散矾花 絮凝污泥 膨胀污泥400 SVI 差 优 差300200 高负荷

8、普通负荷 SVI ZSV100 0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 0 0.3 0.6 0.9 1.2 BOD-污泥负荷kgBOD/kgMLSS.d BOD-污泥负荷kgBOD/kg.dBOD-污泥负荷与SVI之间的关系3.污泥龄 Sludge age，Mean cellresidence time 污泥增长与剩余污泥的产生与排出剩余污泥产量： X=QWXr+Q-QWXe g/d污泥龄：曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量之比 d 当二沉池处于最正确沉淀形状下： 污泥龄的重要性：系统控制参数，生物种类控制4.BOD-污泥负荷 F/MFood-to-microorganism rat

9、io kgBOD/kgMLSS.dX=MLSS ； Q=进水流量； Sa=BODin；V=曝气池体积BOD容积负荷 kgBOD/m3.dBOD负荷对有机物降解与活性污泥增长以及污泥沉降性能的影响生物处置过程中的两个重要关系：5.有机物降解与活性污泥增长活性污泥的增殖有机物的降解活性污泥的增殖=合成反响-内源代谢活性污泥增长根本方程：污泥净增长速率=合成速率-内源代谢速率合成速率与有机物利用有关： Y-产率系数内源代谢速率与生物量有关： Kd-衰减系数d-1 霍克来金 Heukelekian方程净增长速率以天d计时：Sa-BODin；Se-BODout；Xv-MLVSSOr： Sr=Sa-Se

10、；X=MLSSa，bY， Kd Y=0.5-0.65；Kd=0.05-0.1污泥泥龄与BOD污泥去除负荷的关系的推导：由：两边同以XVV除： 令： BOD污泥去除负荷kg/kg.d而根据泥龄的定义： 那么推导出：思索题：推导出水BOD浓度与污泥泥龄的关系城市污水20OC：Y=0.4-0.8 mgVSS/mgBOD；0.25-0.4mgVSS/mgCOD Kd=0.04-0.075 d-1有机物降解与需氧 kg O2/d ；a- kg O2/kgBOD去除 ；b- kg O2/kg污泥本身氧化由以上式子也可导出两个重要关系：单位分量活性污泥需氧量与BOD污泥去除负荷： 每降解1kgBOD的需氧量

11、与BOD污泥去除负荷：a=0.42-0.53；b=0.188-0.11 (生活污水)系数 Y，Kd，a，b，；a，b 确实定： X/XVV Y Kd QSr/XVV O2/XVV a b QSr/XVV4.3 活性污泥反响动力学根底 活性污泥反响：活性污泥对有机物的代谢；活性污泥的增长；活性污泥微生物对氧的利用等生化反响 活性污泥反响动力学主要研讨活性污泥生化反响速率及其影响要素.主要内容： 有机物降解速率与有机物浓度、活性污泥生物量 活性污泥增殖速率与有机物浓度、活性污泥生物量 4.3.2 Monod 方程式 1.根本方程 由描画酶纯酶促反响的米-门公式描画纯种微生物在单一基质上增殖速率的M

12、onod方程 基质降解速度 微生物增殖速度 Vmax V=Vmax MAX V=Vmax/2 =MAX/2 V=fS Km S S=KS S 米-门关系曲线 Monod 曲线E + S ES E+ P -微生物比增殖速度，t-1 酶 基质 复合物 酶 产物 max-微生物最大比增殖速度，t-1 V-基质降解速度 Km饱和常数 进一步运用到污水处置过程混合的活性污泥菌群中： 由于微生物的比增殖速度与有机物的比降解速度v成正比： v 那么有机物比降解速度也可以用米门公式描画： vmax-有机物的最大比降解速度，t-1有机物比降解速度的定义： S0，S 进出水有机物浓度 t 反响时间所以： 有机物降

13、解速度 X=MLVSS 当 ； 2. Monod方程式的两点推论 在两种极限有机物浓度下，Monod方程式的两种简化表示式S KS 忽略KS 零级反响S KS 分母中S忽略不计 一级反响 Vmax V=Vmax 一级反响 Vmax/2 零级反响区 S=KS S在大多数污水生物处置中，用一级反响动力学表示有机物的降解速率是适当的。 积分后得： - 研讨动力学公式时的几点假定条件：系统处于稳定形状温度、PH、供氧、水质、水量进水一切可生物降解有机物为溶解性二沉淀池无微生物活动，活性污泥的絮凝、沉淀性能良好普通都模拟处于完全混合流态的曝气池3.Monod方程式的运用一完全混合活性污泥系统的物料平衡图

14、： Q S0 V Se X Q+RQ，Se，X Q，Se 进水 曝气池 二沉 出水 RQ，Xr，Se QW，Xr 回流污泥 剩余污泥列有机物物料平衡方程： R污泥回流比 进入量 排出 变化量整理： 1假设代入一级有机物降解的反响动力学方程；进而推导出BOD污泥去除负荷Nrs与出水有机物浓度的关系： kgBOD/kg .d经过整理： or 以及BOD容积去除负荷Nrv与出水有机物浓度的关系： kgBOD/m3.d2代入Monod方程的普通方式S/KS1： 同样也得到：BOD污泥去除负荷Nrs与出水有机物浓度的关系： kgBOD/kg .d以及BOD容积去除负荷Nrv与出水有机物浓度的关系： kg

15、BOD/m3.d4.动力学常数确实定一级反响方程中的k2： k2 Se2 Monod方程中的vmax，KS： KS/vmax其倒数： 1/vmax 1/Se城市污水20OC：vmax=2-10 d-1， KS=25-100 mgBOD/L 15-70 mgCOD/L 4.3.3 活性污泥动力学的另一种表示方式Lawrence-McMarty 方程式：特点：直接研讨活性污泥反响过程，强调污泥泥龄的概念： 污泥龄：活性污泥在反响器中平均停留时间 d c 生物固体平均停留时间 细胞平均停留时间定义单位底物利用率：由4-20：推出L-M第一根本方程-泥龄与单位底物利用率： 借用Monod方程建立L-M

16、第二根本方程： 设定有机物被微生物利用速率=有机物降解速率 -有机物被微生物利用速率其含义同Monod方程L-M推论的3个重要关系式：对完全混合活性污泥系统进展生物量、底物质量平衡分析： Q1+R，Xa Q-QW，Xe ，Se Q，S0 Xa，V，Se R污泥回流比RQ ，Xr ，Se X=QW.XrSe-c：经过系统中微生物的质量衡算：由根本方程： 和 推出：2)反响器中Xa与c：经过进出曝气池的底物的质量衡算：由 得：3)污泥回流比R与c： 由进出二沉池污泥量的物料平衡： Q1+RXa= Q-QWXe+X+ RQXrXe 0 有： Q1+RXa= X+ RQXr 且 所以有：4)活性污泥的

17、表观产率 Yobs Y 微生物增殖总量，没有去除由于微生物内源呼吸作用而使本身质量消亡的那一部分。实践测得的微生物增殖量，是微生物的净增殖量，称之为表观产率：Yobs=Y/1+Kdc4.4 活性污泥处置系统的运转方式与曝气池的工艺参数4.4.1 传统(普通)活性污泥法处置系统 Conventional activated sludge process 进水 Air 曝气池 Aeration tank 二沉池 出水 回流污泥工艺描画：狭长形，多廊道，推流式，吸附与代谢发生在一个池子中，供氧均匀工艺特征： BOD BOD降解 O2 需氧与供氧 污泥增长曲线 供氧 量 b x 需氧 a 减 内源代谢

18、 DO浓度 池长 池长 池长工艺优点：历史悠久；停留时间长；污泥生长周期长，处置效率高BOD去除率90-95%；运转稳定，管理操作简单，便于改革开展，污泥沉淀性能好； 特别适用于对处置要求高，而水质稳定的废水工艺缺陷：需氧与供氧不平衡；池体积大，占地多；基建费用高；不顺应冲击负荷。4.4.2 渐减曝气活性污泥法系统Tapered Aeration对普通曝气池的改良，主要处理普通曝气供氧不平衡的问题，供氧强度沿池长是变化的： 优点：节能。 O2 供氧 需氧 池长4.4.3 阶段曝气活性污泥法系统Step-feed Aeration针对普通活性污泥法集中一点进水，易受冲击负荷影响，供氧、与需氧不平

19、衡的又一中改良方式。设计多点进水，均负荷 进水 Air 曝气池 Aeration tank 二沉池 出水 回流污泥工艺特征有机物分配均匀 氧均匀 污泥浓度逐渐降低 BOD 供氧 需氧池长 池长 池长工艺优点：有利于均化负荷，耐冲击负荷；提高空气利用率；减轻二沉池污泥负荷工艺缺陷：出水水质稍差于传统法传统工艺易改为渐减曝气和阶段曝气4.4.4 吸附-再生活性污泥法系统Contact stabilization 出如今40年代后期美国Smith，根据活性污泥的初期快速吸附的才干BOD 0.5-2h 进水 吸附池 沉 回流污泥 再生池Topt Time 3-5h特征： 吸附与代谢分别在两个池子或1个池子的两部分进展； 高回流比 50-100%，充分利用活性污泥的初期吸附才干优点： 反响器总容积小于普通活性污泥法对特殊情况，有较多的应变手段两个池子的污泥改换有机物降解曲线： 微生物增长曲线 BOD 量 吸附 沉淀 再生 吸附 再生 顺应：含悬浮性、胶体性有机物较多的废水，可不设初沉池。