常规活性污泥法工艺与曝气池设计教程

§常规活性污泥法工艺与曝气池设计20-Nov-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60～120mg/L；BOD5去除率达85%～98%，处理出水含量可降至10～30mg/L，一般可达到排入水体的水质标准。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、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.活性污污泥及及其评评价指指标在活性性污泥泥法中中起主主要作作用的的是活性污污泥，，由具具有活活性的的微生生物、、微生生物自自身氧氧化的的残留留物、、吸附附在活活性污污泥上上不能能被微微生物物所降降解的的有机机物和和无机机物组组成。除镜检检观察察生物物相外外，评评价活活性污污泥的的指标标还有有6种：混合液悬悬浮固体体浓度(MixedLiquorSuspendedSolid，MLSS)、混合液挥挥发性悬悬浮固体体浓度(MixedLiquorVolatileSuspendedSolid，MLVSS)、污泥沉降降比(SludgeVolume，SV％)、污泥体积积指数(SludgeVolumeIndex，SVI)、污泥龄(SludgeAge，SA)、污泥负荷荷(SludgeLoading，SL)。3.普通活性性污泥法法的技术术分析普通活性性污泥法法的优点点是处理理效果好好，适于于进水水水质较稳稳定而处处理程度度要求较较高的情情况，如如天津东东郊污水水厂，其其BOD5去除率可可达90%～95%。缺点如下下：(1)进水有机机物浓度度不能太太高，对对水质水水量变化化的适应应能力低低，运行行效果易易受水质质水量变变化的影影响。(2)曝气池的的需氧量量前大后后小，而而曝气供供氧一般般是均匀匀的，因因此曝气气池前段段供氧不不足而缺缺氧，后后段又供供氧过多多造成浪浪费。(3)曝气池池池体庞大大、曝气气时间长长(6～8h)，基建费费用高、、占地面面积大。。二、普通通活性污污泥法的的常规改改进工艺艺在传统活性污污泥法问世以以来的几十年年里，生产实实践大大推动动了活性污泥泥技术的不断断发展，相继继出现了渐减减曝气法、阶阶段曝气法、、生物吸附法法、完全混合法、、延时曝气法、、深井曝气、、氧气曝气、AB法等常规改进工工艺。注意：这里所所说的常规改改进工艺是指指不包含氧化化沟、SRB等工艺。1.渐减曝气法和和阶段曝气法法为了解决普通通活性污泥法法中推流式曝曝气池前段供供氧不足、后后段供氧过剩剩的问题，出出现了渐减曝曝气法和阶段段曝气法。将曝气池中的的曝气装置布布置成渐减方方式，即在池池前段增多，，沿池长逐渐渐减少，以适适应需氧量前前高后低的趋趋势。但这种技术只只能相对缓解解前段缺氧问问题，目前我国北京京高碑店污水水厂均采用渐渐减曝气方式式运行。为了很好地解解决曝气池前前段供氧不足足的问题，1939年在美国纽约约出现了阶段段曝气法，又称逐步负荷荷法或多段进进水法。2.完全混合法为了适应远郊郊区工业废水水需要单独处处理的要求，，出现了完全全混合法。该该法的核心是完全混混合式曝气池池，多以圆形、、方形或多边边形池子作为为单元。废水水进入池底中中心，立即与与全池混合，，水质均匀，，不像推流式式那样有明显显的上、下游游区别，因此此需氧速率和和供氧速率的的矛盾在全池池中得到了平平衡。3.延时曝气法延时曝气法也也是为了适应应远郊区工业业废水需要单单独处理的要要求而出现的的，又称完全全氧化法，其其实质是污水水处理和污泥泥好氧处理的的综合构筑物物。特点是BOD-SS负荷率很低，，所需要曝气气池容积大、、曝气时间长长，活性污泥泥长期处于内内源呼吸阶段段，不但去除除了水中的污污染物，而且且剩余污泥稳稳定、量少，，无需进行消消化处理。延时曝气法一一般采用完全全混合式的流流型，处理效效率高，出水水稳定性好，，对水质水量量变化有良好好的适应性。。不足之处是池池容积大，污污泥龄长，基基建和运行费费用都较高。。因此只适用用于要求较高高而又不便于于进行污泥处处理的小型城城镇污水和工工业废水的处处理。4.深井曝气法(deep-shaftaerationprocess)为了提高处理理负荷和供氧氧能力，节约用地和能能耗，出现了了深井曝气和和纯氧曝气技技术。深井曝曝气法又称超超深层曝气法法，是以一口地下深深竖井作为曝曝气池的高效活性污污泥工艺，深深井由下降管管和上升管两两部分组成，，废水在混合合液沿下降管管和上升管反反复循环的过过程中得到处处理。5.纯氧曝气1968年在美国首先先实现了氧气气曝气的实用用化，1986年10月天津石油化化工公司的氧氧气曝气活性性污泥装置投投入运行。与空气曝气活活性污泥法的的机理基本相相同，不同的的是纯氧浓度度是空气中氧氧浓度(21%)的4.7倍，所以纯氧氧的氧分压为为空气中氧分分压的4.7倍。当氧气向水中中转移时，其其充氧速率也也增加到4.7倍。因此，混合液液中的溶解氧氧能达到6～10mg/L，加快了好氧微微生物的新陈陈代谢和繁殖殖，增大了污污泥的活性，，提高了吸收收、吸附、分分解有机物的的能力。最常用的氧气气曝气池是多多段加盖式，，用表面曝气气机充氧，一一般采用3段串联。每段段内水流为完完全混合式，，从整体上看看为推流式；；水深一般为5m左右，气相空空间(超高)1m左右；为了在在清扫时吹脱脱曝气池内的的碳氢化合物物，曝气池应应设空气清扫扫装置，换气气率每小时2～3次。各段隔墙顶部部应留气孔和和泡沫孔，并并采用内堰出出水。一般采取安全全、防爆措施施，在池内可可燃气体浓度度达到爆炸下下限的25%时，发出警报报。德国Linde公司：LONDOX®bioreactor，在一些国家家被称为UNOX®德国Linde公司的UNOX纯氧曝气污水水处理系统是是现阶段较为为成熟的纯氧氧曝气装置，，目前全世界界有数百套装装置在运行；；英国的Vitox纯氧曝气污水水处理系统也也有广泛的应应用。EliminatingNitrogenwithPureOxygen，Alternative1:Intermittentdenitrification此外，氧气曝曝气还用于：：EliminatingNitrogenwithPureOxygen，Alternative2:Simultaneousdenitrification此外，氧气曝曝气还用于：：此外，氧气曝曝气还用于：：PureOxygenforPrepurificationofWasteWater此外，氧气曝曝气还用于：：PureOxygenforConveyingWasteWaterinPressurePipes6.生物吸附法又称为接触稳稳定法或吸附附再生法。其主要运行特特点是将活性性污泥对有机机物降解的两两个过程(吸附和代谢降降解)分别在各自的的反应器(吸附池和再生生池)内进行。污水与活性污污泥共同进入入曝气池内混混合接触15～60min，使污泥吸附附水中大部分分呈悬浮、胶胶体状的有机机物和一部分分溶解性有机机物，然后使使混合液流入入二次沉淀池池。从沉淀池分离离出的回流污污泥则先在再再生池里进行行生物代谢，，充分恢复活活性(再生吸附能力力)，再引入吸附附池。吸附池和再生生池在结构上上可以分建，，也可合建。。合建时，有有机物的吸附附和污泥的再再生在同一个个池内的两部部分进行，即即前部为再生生段，后部为为吸附段；原原水由吸附段段进入池内。。7.吸附生物氧化化法又称为吸附生生物降解(Absorption-Biodegradation)，简称AB法，由德国亚亚琛大学宾克克(B.Böhnke)教授于20世纪70年代中期开创创，从20世纪80年代开始用于于工程实践。。该法是在传统统两段活性污污泥法和高负负荷活性污泥泥法基础上开开发的一种新新工艺，属于于超高负荷活活性污泥法。。全系统共分预预处理阶段、、A段、B段等3段，预处理段段底设格栅、、沉砂池等简简易设备，不不设初沉池。两段完全分开开，每段都能能够培育出各各自独特的、、适于本段水水质特征的微微生物种群。。A段由吸附池和和中间沉淀池池组成，B段则由曝气池池及二次沉淀淀池所组成；A段和B段各自拥有独独立的污水回回流系统。近年来，AB处理工艺在我我国城市污水水处理行业也也开始得到应应用，污水处处理量为80000m3/d的青岛海泊河河污水处理厂厂便是其中的的一座，该厂厂于1993年3月开工建造，，1995年6月正式投产运运行，目前运运行正常。AB法在处理效率率、运行稳定定、工程投资资和运行费用用等方面均具具有明显的优优势。还可以根据经经济实力进行行分期建设，，例如可先建建A段以削减污水水中的大量有有机物，达到到优于一级处处理的效果；；等条件成熟熟，再建B段以满足更高高的处理要求求。三、曝气池的的设计与相关关辅助设备曝气池是一个个生化反应器器，是常规活活性污泥法废废水处理的核核心构筑物，，向其中供给给充足的氧气气以创造有利利于微生物生生长的环境，，这些微生物吸吸附降解污水水中有机物并并产生活性污污泥，经沉淀淀池泥水分离离后达到净化化的目的。曝气池的设计计应该包括工工艺设计和结结构设计两部部分。1.曝气池的工艺设计(1)处理效率的计计算(2)曝气池容积的的计算可以按照污污泥负荷率率、容积负负荷率和水水力停留时时间3种方法计算算，其中污泥负负荷率的确确定又有三三种方法(日本桥本奖奖公式、根根据污泥的的沉淀性能能、根据经经验来确定定)(3)曝气池需氧氧量的计算算(书中P212)2.曝气池的结构设计计一般曝气池池不应少于于2组，并按同同时运行设设计。由于于活性污泥泥法的不断断发展，曝曝气池的构构造型式越越来越多样样化。概括括分类如下下：根据混合液液的流型，，可以分为为推流式、、完全混合合式和循环环混合式三三种；根据平面形形状，可分分为长方廊廊道形、圆圆形、方形形和环状跑跑道形4种；根据曝气池池和二次沉沉淀池的关关系，可分分为分建式式和合建式式两种；根据运行方方式，可分分为传统式式、阶段式式、生物吸吸附式、曝曝气沉淀式式、延时式式等多种。(1)推流式曝气气池推流式曝气气池的优点点是：BOD降解菌为优优势茵，可可避免产生生污泥膨胀胀现象；运运行灵活，，可采用多多种运行方方式；运行方式适适当调整能能够增加净净化功能，，如脱氮、、除磷等。。①平面设计计推流式曝气气池为长条条形，水从从池的一端端进入，从从另一端推推流而出。。进水一般般采用淹没没式进水口口，进水流流速宜为0.2～0.4m/s，出水方式式一般采用用溢流堰或或出水孔形形式。推流式曝气气池平面结结构示意图图②横断面设设计曝气池的宽宽深比B/H(有效水深)一般采用1～2，有效水深深最小为3m，最大不超超过9m(池深与造价价和动力消消耗有密切切关系)。(1)推流式曝气气池③曝气方式式多采用鼓风风曝气，根据曝气池池横断面上上的水流状状态，分为为平移推流流式和旋转转推流式两两种类型。。一般而言，，平流推移移式曝气池池底部铺满满曝气器，，池中的水水流只沿池池长方向移移动，设计计时其宽深深比可以大大些。(1)推流式曝气气池对用于脱氮氮除磷工艺艺的平流推推移式曝气气池而言，，往往会根根据实际的的进水水质质情况和运运行工艺的的需要，或或者在厌氧氧段的池底底不铺设曝曝气器；或或者同样铺铺设曝气器器，但有控控制地开启启其中的一一部分。(1)推流式曝气气池(1)推流式曝气气池按曝气器在在竖向安装装位置的不不同，旋转转推流式曝曝气池又可可分成底层层曝气、中中层曝气和和浅层曝气气三种。采用底层曝曝气的池深深决定于鼓鼓风机提供供的风压，，根据目前前的产品规规格，有效效水深常常常为3～4.5m。(1)推流式曝气气池旋转推流式式曝气池示示意图，采采用底层曝曝气中层曝气池池示意图中层曝气的的曝气器装于池深中中部，与底底层曝气相相比，在相相同的鼓风风条件和处处理效果时时，池深一一般可以加加大到7～8m，最大的可可达9m，可以节省省曝气池的的用地。中中层曝气也也可将曝气气器安装在在池子中央央，形成两两侧流，池池形可采用用较大的深深宽比，适适于大型曝曝气池。(1)推流式曝气气池浅层曝气示示意图浅层曝气的的曝气器装于水面以以下0.8～0.9m的浅层，常常采用1.2m以下风压的的鼓风机。。虽然风压压较小，但但风量较大大，故仍能能造成足够够的密度差差产生旋转转推流，池池的有效水水深一般为为3～4m。(1)推流式曝气气池⑵完全混合合式曝气池池完全混合法法的核心是是完全混合合式曝气池池，曝气池池平面可以以是圆形、、方形或多多边形。可可以与二沉沉池分建或或合建，因因而可分为为分建式和和合建式两两种形式。。①分建式污水与回流流污泥进入入曝气池后后，立即与与池内原有有的混合液液充分混合合、循环流流动，进行行吸附和代代谢活动，，并顶替出出等量的混混合液至二二沉池，曝曝气池内各各点水质均均匀一致，，其出水也也与池内各各点水质一一致。分建式完全全混合曝气气池既可用用表面曝气气设备，也也可用鼓风风曝气设备备。(a)表曝池；(b)固定螺旋曝曝气池；(c)密集多喷嘴嘴曝气池分建式完全全混合池结结构示意图图②合建式合建式表面面曝气池是是由钢结构构制成的房房屋式构筑筑物，将将将二沉池与与曝气池合合建于一个个圆型池中中。国内称之为为曝气沉淀淀池或机械械表面曝气气活性污泥泥法(mechanicalsurfaceaerationprocess)，国外称之为为加速沉淀淀池。与机械加速速澄清池在在外形上有有些类似！！！这种合建式式生物反应应器结构紧紧凑、流程程短，有利利于新鲜污污泥及时回回流，并能能省去一套套污泥回流流设备。目目前合建式式活性污泥泥处理装置置可以建设设得规模很很大；间歇歇曝气或同同步硝化、、反硝化技技术也得到到了一定的的应用。合建式完全全混合曝气气沉淀池的的池体由曝曝气区、导导流区、回回流区、沉沉淀区几部部分组成，，沉淀池与曝曝气池合建建，锥形沉淀淀池设于外外环，与曝曝气池底部部有污泥回回流缝连通通，靠表面曝气气机造成的的水位差使使回流污泥泥循环。当合建式区区间全混合合曝气池的的平面设计计成方形或或长方形时时，沉淀区区仅在曝气气区的一边边设置。(3)两种池型的的组合在推流曝气气池中，也也可用多个个表面曝气机机进行充氧和和搅拌。对对于每一个个表面曝气气机所影响响范围内，，流态为完完全混合；；而就整个个曝气池而而言，又近近似推流，，相邻表面曝曝气机旋转转方向相反反，否则两机机间的水流流将发生冲冲突。也可可采用横挡挡板将表面面曝气机隔隔开，避免免相互干扰扰。3.深度处理用用曝气池的的相关辅助助设备主要是指潜水搅拌设设备，用于于起推流和和搅拌混合合作用，使使污泥与污污水充分混混合并保持持悬浮状态态。目前在在城市污水水和工业废废水处理工工艺AO、A2O法的缺氧池池、厌氧池池以及氧化化沟、SBR反应池等处处理构筑物物中均得到到了采用。。(1)低速潜水推推流器低速潜水推推流器适用用于市政和和工业污水水处理厂的的曝气池和和厌氧池，，用于池中中水循环及及硝化、脱脱氮和除磷磷阶段创建建水流。潜水电机经经全密封减减速箱减速速后，驱动动两叶式推推流叶轮匀匀速旋转。。采用潜水水电机与摆摆线针轮减减速机直联联式结构。。南京南蓝环环保设备制制造有限公公司(2)高速潜水推推流(搅拌)器高速潜水推推流(搅拌)器主要用于于污水处理理厂矩形和和圆形厌氧氧池、调节节池、反应应池中混合合液的搅拌拌，主要由电机机、减速器器、三叶后后掠式叶轮轮、导流筒筒、方立柱柱、升降器器等组成。。有靠墙式式和桥梁式式两种安装装方式。代表性的国国外生产厂厂家有丹麦LJM公司、瑞典典ITT飞力公司、、德国MEU公司。国内的代代表性产品品有GQT高速潜水推推流(搅拌)器、QJB系列潜水搅搅拌机、MS型潜水搅拌拌机等。LandiaPOP-IMixer===TheLandiaMixerisplanetarygeardrivenandisavailablewithmotorsizes.TheLandiaMixerisdesignedforhardworkingconditions,anditeffectivelyagitates,homogenizesandkeepssolidsinsuspensioninthewastewatersludge.TheLandiaMixerPropellerisdesignedforoptimumflowcreationandhomogenisation.Thetripleshaftsealingsystemisconstructedofoptionalmaterialsandthesturdyplanetarygearsystemgivesthepropelleridealspeedandefficiency.ThemixermotorcasingiswaterproofandpressuretestedandisIP68rated.ThemotorstatorinsulationisclassFandthermalsensorsareembeddedinthewindings.TheLandiaMixermastsystemsareavailablewithmultiplemountingandadjustmentconfigurations,andarecustomisable.1-起吊吊装装置置；；2-潜水水电电机机、、减减速速机机；；3-叶片片搅拌拌机机半半成成品品--图片片(3)潜水水推推流流(搅拌拌)器的的设设计计要要点点纵观观多多数数潜潜水水推推流流(搅拌拌)器产产品品，，其其结结构构设设计计要要点点主主要要包包括括潜潜水水电电机机、、减减速速传传动动装装置置、、搅搅拌拌器器、、密密封封装装置置、、监监控控系系统统及及其其布布置置方方式式等等。。潜水水推推流流(搅拌拌)器的的潜潜水水深深度度一一般般不不超超过过20m，无无故故障障运运行行时时间间不不小小于于4000h。①潜潜水水电电机机潜水水电电机机采采取取过过载载、、断断相相及及防防渗渗漏漏三三重重保保护护，，以以确确保保设设备备类类水水下下工工作作的的安安全全性性。。<<环境境保保护护产产品品技技术术要要求求———推流流式式潜潜水水搅搅拌拌机机>>(HJ/T279-2006)中则则规规定定，，推推流流式式潜潜水水搅搅拌拌机机的的电电控控设设备备应应符符合合GB/T3797的规规定定，，采采用用户户外外箱箱式式防防护护等等级级，，应应达达到到GB/T4942.2中IP55的规规定定。。潜潜水水电电机机的的机机械械密密封封性性能能应应良良好好，，无无渗渗漏漏，，防防护护等等级级应应符符合合GB/T4942.2中IP68级的的规规定定，，绝绝缘缘等等级级应应符符合合GB/T12785中F级的的规规定定。。为了了保保护护搅搅拌拌器器的的正正常常工工作作，，可可在在电电动动机机定定子子线线圈圈上上粘粘贴贴热热敏敏元元件件，，采采用用温温度度继继电电器器作作为为过过热热元元件件，，当当定定子子线线圈圈温温度度高高达达105℃℃时，，温温度度继继电电器器常常闭闭触触点点断断开开，，切切断断电电源源中中断断工工作作，，同同时时控控制制系系统统中中指指示示灯灯亮亮并并报报警警。。②减减速速传传动动装装置置主要要由由一一对对斜斜齿齿轮轮、、轴轴承承和和油油箱箱组组成成，，内内装装式式机机械械密密封封及及渗渗水水报报警警装装置置，，确确保保减减速速机机可可靠靠的的密密封封性性和和安安全全性性。。驱动动齿齿轮轮采采用用硬硬齿齿面面，，安安装装在在电电动动机机输输出出轴轴上上，，被被动动齿齿轮轮装装在在搅搅拌拌机机轴轴上上，，材材料料一一般般选选用用优优质质钢钢，，设计计寿寿命命为为75000h。轴轴承承在在电电动动机机转转子子轴轴端端和和搅搅拌拌机机轴轴端端均均设设有有单单列列向向心心球球轴轴承承支支承承，，而而在在电电动动机机转转子子的的另另一一端端和和搅搅拌拌机机轴轴的的另另一一端端则则采采用用单单列列圆圆锥锥滚滚子子轴轴承承，，以以承承受受轴轴向向推推力力，，轴承承设设计计寿寿命命不不低低于于100000h。油箱箱除除存存放放传传动动齿齿轮轮、、轴轴承承和和润润滑滑、、冷冷却却油油外外，，在在设设计计中中采采用用O形橡橡胶胶圈圈将将油油箱箱分分成成两两部部分分，，当当发发生生异异常常渗渗水水现现象象时时，，让水水先先进进入入第第一一油油箱箱，箱箱内内水水量量为为油油量量的的10%时，，渗渗水水传传感感器器接接通通，，渗渗水水报报警警装装置置立立即即报报警警，，同同时时延延迟迟3～4min后切切断断电电源源，，这这样样确确保保第二二油油箱箱中的的齿齿轮轮等等零零部部件件正正常常安安全全工工作作。。③搅搅拌拌器器搅拌拌器器的的叶叶轮轮多多采采用用高高强强度度耐耐腐腐蚀蚀合合金金铝铝、、不不锈锈钢钢通通过过精精铸铸或或冲冲压压成成型型，，要要求求叶叶轮轮强强度度高高、、重重量量轻轻，，耐耐腐腐蚀蚀性性强强。。目目前前可可以以采采用用船船舶舶螺螺旋旋桨桨水水力力推推进进理理论论，，对对叶叶轮轮流流线线进进行行CFD优化化设设计计。。制制造造完完毕毕后后尚尚需需进进行行静静平平衡衡校校验验