活性污泥法课件

第4章污水的生物处理

—活性污泥法概述1.活性污泥法在污水处理中的重要地位我国的河流97%以上都受到有机物的污染（1）应用的普遍性：95%以上的城市污水，5%以上工业废水（2）高效性：SS，COD，90%以上（3）灵活性：大，中，小水厂高，中，低负荷（4）连续运行，可自动化（5）工艺(运行方式多样)，功能多样化，可脱N，除P2.活性污泥法研究及应用的现状和发展（1）超大型化(集中化)微型化（2）高效快速(高负荷，节省体积)（3）自动化控制管理，参数精密化，控制自动化（4）多功能化(N，P)（5）节能活性污泥是活性污泥法系统中使有机污染物质得以转化的主体。由于它不是一般的污泥，而是栖息着具有生命活力的微生物群体的絮状污泥，故人们称之为活性污泥。活性污泥通常呈流态，为黄褐色絮状颗粒（绒粒），通称生物絮凝体。活性污泥直径一般为0.02－2mm，含水率一般为99.2－99.8％，密度（含固率）因含水率不同而异，一般为1.002－1.006g/cm3。4.1活性污泥法的基本原理4.1.1基本概念与流程1.活性污泥污水通气一段时间后，形成一种由大量微生物群体构成的易于沉淀的絮凝体。3.命名活性污泥法(悬浮的有活性的生物絮体)生物膜法(附着的生物膜)4.基本流程污水→格栅→泵间→沉砂池→初沉池→活性污泥曝气池→二沉池→消毒2.活性污泥法来源河流自净→启示→人工强化二、基本流程活性污泥系统a.主体：曝气池和二沉池；b.辅助设施：实现曝气、回流、污泥处置的设备；活性污泥、回流污泥和剩余污泥；二沉池：固液分离（澄清）、污泥浓缩（使回流污泥的含水率降低，回流污泥的体积减少）初沉池：预处理，满足生物处理的需要（去除20～30%BOD5和40～60%的悬浮物）。出水剩余污泥进水回流污泥空气曝气池二沉池4.1.2活性污泥的形态、性质与评价指标1.形态多为黄褐色絮体，含水率超过99％2.组成四部分组成（1）Ma——活性污泥微生物；（2）Me——活性污泥代谢产物；（3）Mi——活性污泥吸附的难降解惰性有机物；（4）Mii——活性污泥吸附的无机物。3.微生物组成细菌、真菌、原生动物、后生动物活性污泥增长规律1.活性污泥增长曲线p97①对数增长：F/M较大，营养充分，氧利用最大，微生物增殖速率和有机物降解速率最大。污泥活动力强，污泥松散，不易沉降(利用有机物不足)②减速期：

F/M减小，有机物量成为增殖的限制因素，微生物增殖速率和有机物降解速率下降，污泥沉降性好，出水效果好。③衰减期：F/M最小，(内源呼吸期)微生物活动能力低，絮凝体，沉降性好，此时污泥量出现下降，出水水质较好。4.1.3净化过程与机理（1）初期去除与吸附作用（2）微生物的代谢作用（3）絮凝体的形成与凝聚沉降在很多活性污泥系统里，当污水与活性污泥接触后很短的时间（5－10min)内就出现了很高的有机物(BOD)去除率。这种初期高速去除现象是吸附作用所引起的。由于污泥表面积很大(可达2000－10000m2/m3混合液)，且表面具有多糖类粘质层，因此，污水中悬浮的和胶体的物质是被吸附去除的。（1）初期去除与吸附作用

活性污泥中的微生物以污水中各种有机物作为营养，在有氧的条件下，将其中一部分有机物合成新的细胞物质(原生质)，对另一部分有机物则进行分解代谢，即氧化分解以获得合成新细胞所需要的能量，并最终形成CO2和H2O等稳定物质。（2）微生物的代谢作用如果形成菌体的有机物不从污水中分离出去，这样的净化不能算结束。为了使菌体从水中分离出来，现多采用重力沉降法。如果每个菌体都处于松散状态，由于其大小与胶体颗粒大体相同，它们将保持稳定悬浮状态，沉降分离是不可能的。为此，必须使菌体凝聚成为易于沉降的絮凝体。絮凝体的形成是通过丝状细菌来实现的。（3）絮凝体的形成与凝聚沉降2.温度

酶的温度活性15～400C，安全15～350C3.DODO↗，↗，↗Se↓运行费用高，不低于2mg/L4.2活性污泥反应的影响因素1.BOD负荷率

过低，丝状菌膨胀过高，絮体活性高，不易沉降↗（污泥增长）↗，（底物降解）↗，Se↗V↓↓（倍增时间短）↓（污泥增长）↓，，Se↓V↓↗p110↓4.pH

6.5～8.5pH<6.5，真菌增长利于丝状菌易膨胀pH>9时，菌胶易解体活性污泥凝体遭到破坏5.营养物

C∶N∶P=100∶5∶16.有毒物质重金属、硫化氢、有毒有机物1.混合液活性污泥微生物量的评价指标：（1）污泥浓度1L曝气池污泥混合液所含干污泥的重量，用重量法测定；（2）悬浮物浓度(MLSS，mg/L、g/L或kg/m3)：计量曝气池中活性污泥数量多少的指标；一般为2～4g/L。（3）挥发性悬浮物浓度(MLVSSmg/L、g/L或kg/m3)：

表示活性污泥中生物的含量；一般情况下，MLVSS/MLSS=0.75左右。是指曝气池混合液在l000mL量筒中，静置沉降30min后，沉降污泥所占的体积与混合液总体积之比的百分数。所以也常称为30min沉降比SV30。正常的活性污泥在沉降30min后，可以接近它的最大密度，故污泥沉降比可以反映曝气池正常运行时的污泥量。可用于控制剩余污泥的排放。它还能及时反映出污泥膨胀等异常情况，便于及早查明原因，采取措施。污泥沉降比测定比较简单，并能说明一定问题，因此它成为评定活性污泥的重要指标之一。2.活性污泥沉降性能评价指标

（1）污泥沉降比(SV)污泥体积指数也称污泥容积指数，是指曝气池出口处混合液，经30min静置沉降后，沉降污泥体积中1g干污泥所占的容积的mL数，单位为mL/g，但一般不标出。它与污泥沉降比、浓度有如下关系：SVI=SV/X式中：污泥浓度X的单位为g/L，SV以百分数代入。（2）污泥容积(体积）指数（SVI）SVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚、沉降性能。SVl值过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附力；SVI值过高，说明污泥难于沉降分离，并使回流污泥的浓度降低，甚至出现污泥膨胀，导致污泥流失等后果。一般认为，处理生活污水时SVI<50时，沉降性能一般；SVI为50～150时，沉降性能良好；SVI>150时，沉降性能不好。一般控制SVI为50～150之间较好。(70～100之间)3.污泥龄(ts或c)污泥龄也就是新增长的污泥在曝气池中平均停留时间，或污泥增长一倍平均所需要的时间，也称固体平均停留时间或细胞平均停留时间。污泥龄：是曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的污泥量之比，单位是d。在运行稳定时，曝气池中活性污泥的量保持常数，每日排出的污泥量也就是新增长的污泥量。污泥龄污泥龄是影响活性污泥处理效果的重要参数。21分为重量负荷和容积负荷。重量负荷F/M：即单位重量活性污泥单位时间内所承受的BOD5量，单位为kgBOD5/(kgMLSSd)。容积负荷：是曝气池单位有效容积在单位时间内所承受的BOD5量，单位为kgBOD5/(m3曝气池d)。4.污泥负荷污泥负荷的影响：污泥负荷与废水处理效率、活性污泥特性、污泥生成量、氧的消耗量有很大关系，是设计活性污泥法时的主要参数。温度对污泥负荷的选择也有一定影响。污泥负荷影响活性污泥特性。采用不同的污泥负荷，微生物的营养状态不同，活性污泥絮凝和沉降性也就不同。实践表明，在一定的活性污泥法系统中，污泥的SVI值与污泥负荷之间有复杂的变化关系。--图4-75.水力停留时间（）水力停留时间：是指污水在处理系统中的停留时间，单位也是d。污泥回流比是指回流污泥的流量与曝气池进水流量的比值，一般用百分数表示，符号为R。污泥回流量的大小直接影响曝气池污泥的浓度和二次沉淀池的沉降状况，所以应适当选择，一般在20％～50％之间，有时也高达150％。6.污泥回流比244.3有机物底物降解与活性污泥反应动力学4.3.1有机物降解动力学 ——单位质量微生物的增殖速率(kg/kg•d)d-1——微生物最大比增殖速度t-1 ——饱和常数S——微生物周围的即反应器曝气池中的底物浓度(mg/L)1.莫诺方程底物降解速率2.Monod方程式的推论城市污水一般有机物浓度低，常用描述，一级反应3.应用——完全混合曝气池中底物降解速率及动力学常数确定微生物的总需氧速率=降低底的氧速率+自身氧化的需要速率式中——曝气池中的混合液需氧量(kgO2/d)

——去除单位底物的需氧量(kgO2/kgBOD.d)——单位污泥自身氧化的需氧量(kgO2/kgMLSS.d)

4.3.3底物降解与需氧----P112动力学成立的假定条件①曝气池为完全混合式；②在稳定状态下；③进水和出水中没有微生物；④二沉池中不发生微生物对有机物的降解；⑤底物浓度、用可降解的有机物浓度表示；⑥温度不变，进水有机物成分性质不变。4.4活性污泥法的运行方式1传统的活性污泥法(推流式)

又称普通活性污泥法1.运行水流一端进，另一端出，沿途曝气，推流前进。①对数增长→减速增长→内源呼吸完全生长周期②处理效果好，BOD去除率达90%③不易污泥膨胀④供氧与需氧不平衡逐渐减少，但还可以满足要求2mg/L⑤耐冲击负荷能力差(尤其对有毒或高浓度工业废水)2.特点2阶段曝气活性污泥法1.型式：廊道式2.流态：推流式(多点进水)3.特点：①有机物负荷（需氧）和供氧较平衡②耐冲击负荷力强③处理效果好3、再生曝气活性污泥法

（即传统活性污泥法的前端先设置污泥再生）工艺特点：a、提高污泥活性，使其充分代谢。b、再生池不另行设置，而是将曝气池的一部分在再生池。曝气池一般3或6廊道，1/3或1/6作再生段。C、处理效果与传统活性污泥法相近，BOD去除率90％以上。1.型式：廊道式(吸附池和再生池可合建)，吸附与代谢过程分二个池或二段。2.流态：中间进水，推流3.特点：①处理质量较差由于吸附段池容较小（部分为再生池容积），泥水接触时间短（30～60min），出水BOD去除率一般小于90％。②适合处理胶体物质含量高的工业废水③耐冲击负荷强4、吸附——再生活性污泥法适宜对出水水质要求高的场合。如氧化沟、A/O法和A2/O工艺等。水量小于10000m3/L。工艺特点：负荷低，曝气时间长（24h以上），活性污泥处于内源呼吸期，剩余污泥少且稳定，污泥不需要消化处理，工艺也不需要设初沉池。不足：池容大、负荷小、曝气量大、投资与运行费用高。5、延时曝气活性污泥法工艺特点：构筑物与普通活性污泥法以及吸附再生工艺相同，但其停留时间短，BOD负荷高、曝气时间短。不足：BOD去除率不高（70～75%），出水水质不达标，适合做预处理。6、高负荷活性污泥法（又叫短时曝气活性污泥法）工艺特点：a、污水进入曝气池后迅速被稀释混匀，水质水量变化对系统影响小。b、由于水质在各处相同，因而各处微生物群体与组成相同，降解工况相同。c、需氧速度均衡，动力消耗略省。不足：池内未有污染物浓度、微生物浓度与种群的梯度或链群，导致微生物的有机物降解动力低下，易出现污泥膨胀。效果：处理效率差于推流式类型：按构筑物形状分合建式与分建式。7、完全混合活性污泥法当进水有机污染浓度很高时采用此工艺工艺特点：a、污水处理单元串联。b、负荷高（一级），且耐冲击负荷，二级负荷低。c、各级污泥Qc不同，微生物种群各异.不足：投资与运行费用高，管理麻烦（各种设备多）。8、多级活性污泥法工艺特点：a、由于水压加大，提高了饱和溶解氧浓度以及降低气泡直径，提高气泡的表面积，进而提高了氧的传递速率，从而利于微生物的增殖与有机污染物的降解。b、向深部发展，节省占地。按机械（曝气）设备的利用情况，分中层曝气和底层曝气，前者可以利用常用风机（5m风机），对10m深井曝气；后者需用高压风机（10m风机）。9、深水曝气活性污泥法工艺特点：a、由于水压很大（井深50-100m），明显提高了饱和溶解氧浓度以及降低气泡直径，提高气泡的表面积，进而显著提高氧的传递速率，从而利于微生物的增殖与有机污染物的降解。b、向深部发展，节省占地，并利用进出水位差以及曝气提升力循环。不足之处：施工难度大，对地质条件和防渗要求高。10、深井曝气活性污泥法理论基础：气泡只是在形成与破碎瞬间，有着最高的氧转移率，而与水深无关。工艺特点：曝气器安装深度0.6～0.8m，适宜低压水机曝气。11、浅层曝气活性污泥法原理：提高氧的分压，强化氧的传质能力，增加MLSS浓度和容积负荷，提高生化反应速率。不足之处：要密闭运行，工艺运行管理复杂。12、纯氧曝气活性污泥法。a、BOD负荷：一般BOD污泥负荷0.2～0.4，延时曝气法低（<0.1），高负荷活性污泥法BOD污泥负荷>1.5，按p108图4－7设计；而对特殊的深井曝气和纯氧曝气因氧的传质改善，可以把BOD负荷设计在0.5～1.5之间。b、泥龄：对一般的活性污泥法工艺以及深井曝气和纯氧曝气工艺，其泥龄一般在5～15d，多数6～8d；高负荷活性污泥法泥龄2.5d以下；而延时曝气则一般在20d以上。c、曝气池混合液浓度（X）：一般在3000mg/L左右。延时曝气、合建式完全混合活性污泥法以及深井曝气略高。d、污泥回流比R：一般在100％以下，多数在50％左右；而延时曝气、合建式完全混合活性污泥法回流比在100％以上。e、曝气时间：一般在8h以下，多数为4～6h。但延时曝气一般在20h以上；高负荷工艺以及深井曝气工艺曝气时间很短。具体各种工艺的特点：①强化不同微生物的作用（群落），如高负荷、多级、延时曝气等工艺。②提高氧的传质，降低能耗（纯氧曝气、深水曝气、深井曝气以及浅层曝气等）。③节省占地（深井）。④保证出水水质（延时曝气、多级曝气等）。⑤活性污泥特性（吸附再生、再生以及高负荷活性污泥法等）。⑥易管理与构筑物单元少，如合建式完全混合活性污泥法与SBR等。⑦利于污泥处置，延时曝气以及A2/0等。各种工艺技术的重点包括：4.5活性污泥处理系统新工艺4.5.1概述1.特点：①氧化沟中形成富氧区和缺氧区，可以脱氮除磷；②池型较大，占地面积较大，多在室外；③负荷低，处理效果好，产泥量少；④抗冲击负荷能力强（水温，水量，水质）；⑤常不设初沉池,不单设二沉池，合建，省去污泥回流装置。4.5.2氧化沟2.氧化沟构造和流态环形沟渠结构，水流流态循环混合式，介于推流式和完全混合式之间。（1）污泥负荷0.07～0.4kgBOD5/kgMLSSd·d（2）容积负荷0.28～2.4kgBOD5/m3·d（3）泥龄15～30d（4）产泥率0.6～1.2kgss/kgBOD5（5）MLSS3000～6000mg/L（6）HRT4～24h3.氧化沟技术参数4.氧化沟种类4.5.3间歇式活性污泥法（SBR法）1.SBR法运行方式

运行分为：进水、曝气反应、沉淀、排水、待机（闲置）五个阶段。(1)工艺简单，可省略二沉池和污泥回流设备(2)反应推动力大，效率高(3)沉淀效果好(4)不易发生污尼膨胀(5)通过运行方式调节(前加缺氧，厌氧时间)可脱N除P(6)便于自动控制(时间参数)(7)适用于中小型污水处理装置处理水2.SBR工艺特点在SBR基础上出现了一系列新工艺，ICEAS、CASS、DAT-IAT、MSBR、UNITANK。在原有基础上增加连续进出水、生物选择器、循环混合等功能3.SBR的发展4.5.4AB法废水处理工艺1.AB法特点①无初沉池②A，B段各拥有自己的回流系统，两段分开，有各自的微生物群体③由于A段的负荷高，有效好的抗冲击负荷能力④可以分期建设，条件成熟建二级。2.AB法工艺4.5.5水解－好氧工艺水解酸化--好氧活性污泥在传统活性污泥法的基础上，用水解池取代传统的初沉池。①集生物降解，物理吸附为一体，有机物去除效果显著高于初沉池，并能将水中难降大分子有机分转化为小分子有机物，提高污水可生物性。②是固体物被水解可溶物质，降低污泥产量，使污水污泥一次性处理。③能耗低④停留时间短⑤产泥少⑥可用于工业废水处理和含有较多难生物降解物质的城市污水处理除此之外还有A-O、A-A-O工艺等，在后面详细介绍4.5.6活性污泥法发展方向①提高氧利用率②减少占地面积③减少运行费用④提高运行管理自动化⑤深度净化功能（脱N除P）4.6曝气理论基础1.常用曝气方式a.鼓风曝气b.机械曝气c.射流曝气d.鼓风-机械联合曝气2.曝气作用a.充氧--->生化反应b.搅拌,使水、气、液三相良好接触提高氧利用率c.维持液体的足够速度以使水中固体物悬浮4.6.1曝气方式和曝气作用1.菲克定律

（式4-62）

其中——物质扩散速率——扩散系数

——浓度梯度4.6.2菲克定律和双膜理论a气液两相接触面存在层流的气膜和液膜(双膜)；B气、液两相紊流不存在浓度差c阻力主要存在气膜中的分压梯度,液膜中有浓度梯度,梯度是推动d氧难溶于水,因此液膜是氧传递的主要阻力。2.双膜理论3.氧的转移模式由菲克定律：根据双膜模型a气膜阻力小Pg=Pi==>Cs是氧分区Pg时溶解氧饱和浓度b设液膜厚度为Xf(很低)液膜内DO浓度梯度，代入菲克定律有——O2转移速率，kgO2/（m3·h）；——液膜氧传质系数，m/h，氧的总转移系数：氧向水中转移模式：提高氧转移速率的方法：（1）提高,加强液相主体紊动，降低液膜厚度，可以提高氧转移速率。例如微孔曝气。（2）提高CS，可以提高氧转移速率。例如纯氧曝气、深水曝气。测定：采用充氧试验（清水）对曝气池混合液，反应器氧转移速率

4.6.3氧转移影响因素1.污水质的影响

2.水温修正：3.氧的分压表面活性剂影响含盐量影响其中：H：曝气装置的淹没深度，m；Ea：曝气装置的氧利用率，％。4.6.4供气量计算Ea——指脱氧、清水、20℃，1大气压的氧利用率，（％）S——鼓风机供氧量(kgO2/h)——转移到曝气池中的氧量(kgO2/h)＝0.3GsGs——鼓风机供气量(m3/h)稳定情况下，氧的转移速率=活性微生物需氧率对机械曝气：——叶轮在标准条件下的充氧量，kg/L；v——叶轮线速度，m/s；

D——叶轮直径，m；K——修正系数。**例题4.7曝气系统与空气扩散装置供氧；搅拌混合作用，使活性污泥在混合液中保持悬浮状态，与废水充分接触混合。曝气装置的作用：（1）动力效率Ep是指消耗1kWh电能所转移到混合液中的氧量，单位为kgO2/kW.h。（2）氧利用效率EA是指鼓风曝气系统转移到混合液中的氧占供给氧的百分数，单位为%。（3）氧转移效率EL(也称充氧能力)是指叶轮或转刷在单位时间内转移到混合液中的氧量速率，kgO2/h。评定鼓风曝气设备(1),(2)评定机械曝气设备(1),(3)。衡量曝气设备性能的指标：1.曝气设备分类（1）鼓风式曝气设备A微孔(曝气器)20%-30%(小的好,但易堵)B细气泡15%-20%c中气泡(扩散管)8%-12%d粗气泡喷嘴,喷射器4%-6%（2）机械曝气器叶轮、转刷、转盘、水下曝气器4.7.1鼓风曝气系统和空气扩散装置（1）微气泡空气扩散器（2）中气泡空气扩散器（3）水力剪切空气扩散器池内曝气器采用进口橡胶制成微孔膜板，可张性大，充氧效率高，每只微孔曝气器充氧面积为0.3—0.6m2/个，规格有ф215、ф250两种，材质有ABS、中刚玉等。大型污水曝气池

4.7.2机械曝气装置曝气机理：①形成水跃，卷入空气②提升与输出，更新水面从空气复氧③形成负压，吸入空气1.竖轴曝气装置——叶轮2.横轴曝气装置——转刷转刷曝气器设备类型

氧利用率/％

动力效率/kgO2/kWh标准实际小气泡扩散器

10~301.2~2.00.7~1.4中气泡扩散器

6~151.0~1.60.6~1.0大气泡扩散器

4~80.6~1.20.3~0.9射流曝气器

10~251.5~2.40.7~1.4低速表面曝气器

1.2~2.70.7~1.3高速表面曝气器

1.2~2.40.7~1.3转刷式曝气器

1.2~2.4各类曝气设备的性能标准状态是指用清水作曝气实验，水温20℃，标准大气压，初始水中溶解氧为0实际数据是指用废水作实验，水温15℃，海拔150m，水中溶解氧保持2mg/L（3）曝气设备比较4.8活性污泥反应器——曝气池1.曝气池分类（1）按混合液流态：推流式、完全混合式、循环混合式（2）按平面形状：长方形廊道、方型、环状跑道（3）按曝气方式：鼓风、机械表面曝气，二者联合使用（4）从曝气池与二沉池之间关系：分建式、合建式1.特点：多为鼓风曝气、采用矩形廊道式2.构造P164①长宽比L/B≥5～10②宽深比B/H=1～1.5（2）③超