第4章活性污泥43-44

§4.3活性污泥法的发展和演变5深井（层）曝气深井曝气法实际装置直径可以达到1－6米，深度为50－150米。一般井中分为两部分（上升管和下降管）。一般曝气池的深度以4－5米为宜，但是为了节约用地，60年代开始研究深层曝气（10－20米）法。70年代以来，又开发了深井曝气（150－300米）技术。深井曝气法具有占地面积小、充氧动力效率高等特点，另外该工艺还有利于冬季保持水温。适用于工业废水以及高浓度废水的处理。缺点：构造复杂、维修困难、泄漏会造成地下水污染。深层曝气深井曝气法处理流程深井曝气池简图深井曝气工艺参数工艺参数变化范围井深充氧能力氧利用率曝气时间有机物负荷MLSS空隙率经济循环流速回流污泥比脱气池容积二沉池固体负荷停留时间一般为50-150m0.5-1.0kgO2/m2h，最高可达3.0kgO2/m2h40%-80%对于城市污水，1小时左右COD：10-30kg/m3d,BOD：0.5-2.0kg/kgVSSd6-10g/L不得高于0.2，否则容易发生气泡合并一般1.0-1.5m/s50%-200%尽可能大些，一般为井容的30%-50%SVI大于150：150kg/m2d；SVI小于100：300kg/m2d3.5小时以内。深井曝气于传统生物处理工艺的比较项目深井曝气活性污泥法接触氧化法停留时间（小时）COD污泥负荷（kg/kgMLSSd）COD容积负荷kg/m2dMLSS浓度kg/L污泥返送率%剩余污泥生成量kgss/kgCOD氧利用率%占地面积运转成本1.00.984.84500-6000100-1500.2-0.550-901.01.07.00.20.72500-400050-1500.5-0.65-151.61.46.50.750.2-0.65-151.41.36.接触稳定法混合液曝气过程中第一阶段BOD5的下降是由于吸附作用造成的，对于溶解的有机物，吸附作用不大或没有，因此，把这种方法称为接触稳定法，也叫吸附再生法。混合液的曝气完成了吸附作用，回流污泥的曝气完成稳定作用。6接触稳定法该工艺可直接用于原污水的处理，不需要初沉池且效果很好；另外剩余污泥量会增加。7吸附－生物降解工艺（AB法）Absorption-Biodegration70年代，德国Boehnke教授提出了AB法工艺。吸附段采用高负荷或超高负荷运行，停留时间短（30－60分钟），主要为吸附过程。而氧化段采用低负荷运行，停留时间2－4小时。两段具有独立的污泥系统，不相混合。主要特点：不设初沉池；A，B段污泥回流单独分开；A，B段负荷相差悬殊。吸附－生物降解工艺（AB法）A段B段吸附段高有机负荷F>2kg/kgd缺氧DO=0.2-0.5HRT=30-40min泥龄=0.3-0.5d污泥产量大，且由于吸附作用，有机物含量较高，如用厌氧消化处理污泥，多产气25%以上。耐冲击负荷，适应性很强生物氧化低负荷F<0.15kg/kgd好氧DO=2-3HRT=2-4h泥龄=15-20d泥量小，仅为传统工艺（CAS）的1/4-1/3耐冲击负荷吸附－生物降解工艺（AB法）开放系统原理：城市污水中存在大量微生物，污水沟渠和管道可以看成是“中间反应器”。在这个“中间反应器”中微生物存在适应、选择、生长的过程（设计中多被忽视），形成了适应改种废水的特有微生物种群。A段中有15%以上的微生物来自原废水。该段吸附，但不再生，靠该部分进入的微生物“活化”，同时，中沉池中兼性菌呼吸也有活化作用。吸附－生物降解工艺（AB法）吸附－生物降解工艺（AB法）吸附－生物降解工艺（AB法）几个问题：适用性问题：A段是关键部分，由开放系统原理可知，A段需要不断从进水中获得适应性微生物，这是有效诱导、絮凝的前提。城市污水BOD5>300mg/L。反硝化碳源问题：当B段有反硝化作用时（A/O），A段BOD去除率<50%，否则碳源不足，影响反硝化效果。A段运行时，会出现恶臭，影响卫生：高有机负荷，产生硫化氢、大粪素等气体。所以A段应加盖子，并通风除臭。8序批式活性污泥法（SBR）SequencingBatchReactor，并非“新”工艺1914年，Arden&Lockett“FillandDrawProcess”.1980年。美国印第安纳州第一个SBR污水厂建成我国，1985年，上海吴淞肉联厂污水处理设施（2400m3/d）序批间歇式的含义：1、运行操作在空间上是按序列、间歇运行的。2、每个SBR反应器运行时间上也是按次序排列间歇运行的。8序批式活性污泥法（SBR）常规除碳反应周期：进水期（F）：反应期（R）沉淀期（S）排水排泥期（D）闲置期（I）按曝气时间与充水过程时序不同分为：非限量曝气：边进水，边曝气。限量曝气：充水结束后曝气。半限量曝气：充水中后期开始曝气。SBR优势在于：复合流态（空间上完全混合，时间上理想推流）；理想沉淀池；反应堆动力大。运行中的SBR工艺T≥TR＋Ts＋TDTF＝T／NTs＋TD≤T－TF式中：T－一个周期的所需时间TF－进水时间TR－曝气时间Ts－沉淀时间TD－排水时间N－每一个系列的反应池数量F/MRSDIM脱氮F/MRS/SDDI除磷F/MRS/SDDIM滗水器浮动式重力滗水器（也称浮筒式滗水器）无动力滗水机旋转滗水机8序批式活性污泥法（SBR）工艺性能特点：流程简单，造价低(“简易”的绝无仅有！！)。对美国、加拿大等8个SBR进行比较，只有一个设置调节池，两个设置初沉池，其他全部省去预处理构筑物！！！耐冲积负荷。自动化程度高，易于维护管理。进水得到充分混合稀释；多池对高峰BOD具有分割效果运行操作灵活，可达到脱氮除磷的效果；污泥沉降性能好反应推动力大，出水水质好；SBR法处理部分工业废水效果废水pHCOD（mg/L）BOD（mg/L）SS（mg/L）主要运行参数豆汁废水原水5.8-6.510000-2000015000-300001500-3500Fw=1.5-4Kg/（m3d）MLSS=6000-10000mg/LSVI=41-60出水8.8-9.188-29014-18031-95面筋废水原水6.2-7.3900-17001000-1800100-350Fw=0.5-0.9Kg/（m3d）MLSS=4000-6000mg/LSVI=80-100出水7.8-8.210-153-122-8薯粉废水原水5.5-6.310000-2000012000-230003300-17000Fw=1.3-2.5Kg/（m3d）MLSS=8000-10000mg/LSVI=50-80出水8.0-8.3130-25080-120感光剂工业废水原水7.6-8.91800-56003700-110044-300Fw=1.9-3.9Kg/（m3d）MLSS=8000-12000mg/L出水8.7-9.1650-80080-33020-40周期循环活性污泥法(CyclicActivatedSludgeSystem，简称CASS)。美国川森维柔废水处理公司1975年研究成功，是SBR工艺的一种新的形式。CASS工艺与SBR不同之处：进水阶段不设单纯充水过程或缺氧混合过程。在反应器进水端增设生物选择区，利于创造适合微生物并选择絮凝性微生物，可以保持污泥良好性能，提高抗冲击能力。可通过调节曝气同时实现硝化和反硝化。CASS一般工艺流程反应操作历程：进水——曝气阶段：20%回流污泥进水——沉淀阶段：“竖流式沉淀池”停止进水—排水阶段：“反硝化、磷释放”闲置：一般不用单独分配时间。CASS工艺的主要优点

工艺流程简单，占地面积小，投资较低生化反应推动力大沉淀效果好运行灵活，抗冲击能力强，可实现不同的处理目标不易发生污泥膨胀适用范围广，适合分期建设剩余污泥量小，性质稳定（1.0kgBOD产生0.2～0.3kg剩余污泥）大连泉水污水处理厂CAST池尾膜工艺与生物处理的结合

——MBR膜生物反应器膜生物反应器（MBR）工艺:是指将膜分离技术中的超滤组件与污水生物处理工程中的生物反应器相互结合而成的新的开发系统。它综合了膜处理技术和生物处理技术的优点。超滤组件代替二沉池，提高了污泥浓度，延长有机物停留时间，提高了有机物氧化率，出水水质高，几乎不排除剩余污泥。MBR（MembraneBio-Reactor）开始于1966年美Dorr-oliver公司（膜制造工艺限制了发展）。20世纪70年代,MBR的研究进一步深入开展。“中水回用”，同时膜制造工艺也突飞猛进。1983-1987年，日本有13家好氧MBR处理写字楼废水，并回用。规模：50-250m3/d。目前，虽然也有处理能力在5000-20000m3/d的MBR事例，但大部分应用还是<400m3/d我国1995年，樊耀波将MBR用于石油化工污水净化的研究。MBR主要包括：膜组件；泵；生物反应器三个部分。膜分离技术，被认为是21世纪最有发展前景的高新技术之一

在水处理领域，膜分离技术的使用成为一种发展趋势

MBR（MembraneBio-Reactor）分离膜生物反应器（BSMBR——BiomassSeparationMembraneBio-Reactor）无泡曝气膜生物反应器（MABR——MembraneAerationBio-Reactor）萃取膜生物反应器（EMBR——ExtractiveMembraneBio-Reactor）MBR分离膜生物反应器（BSMBR）一体式MBRMBR装置膜组件膜表面结构进水格栅储泥池膜生物反应器（曝气池）处理后出水抽吸泵鼓风机调节池典型的MBR系统反应器优点缺点分置MBR运行稳定可靠操作管理容易易于膜的清洗、更换动力消耗大系统运行费用高其单位体积处理水的能耗是传统活性污泥法的10~20倍泵的回流造成的剪切力对微生物的活性可能造成影响一体MBR不需循环泵、抽吸泵的工作压力小，单位产水能耗小结构紧凑、体积小膜外皮层易于清洗单位膜的处理能力小膜的污染较重透水率较低无泡曝气膜生物反应器(MABR)萃取膜生物反应器(EMBR)萃取水中的特定有机物（挥发性、毒性物质），然后利用专性细菌降解。常用分置式。适用于含有挥发性、有毒有害工业废水处理。目前仍处于小试阶段。反应器优点缺点膜分离生物反应器占地面积小彻底去除出水中的固体物质出水无须消毒COD、固体和营养物可以在一个单元内被去除高负荷率低/零污泥产率流程启动快系统不受污泥膨胀的影响模块化/升级改造容易曝气受到限制膜污染膜价格高膜曝气生物反应器氧利用率高能量利用效率高占地面积小氧需要量可以在供氧时控制模块化/升级改造容易膜易于污染基建投资大无实际工程实例工艺复杂萃取膜生物反应器可处理有毒工业废水出水流量小模块化/升级改造容易细菌与废水隔离基建投资大无实际工程实例工艺复杂MBR工艺特性对污染物的去除效率高，出水水质好。具有较大的灵活性和实用性，工艺参数易于控制。设备紧凑，占地少。易于自动控制管理。解决了剩余污泥处置难的问题。膜污染导致膜通量下降，增加膜组件更换和膜清洗的频率，增加膜生物反应器的运行费用。膜污染状况膜污染是影响膜生物反应器推广应用的主要因素。由于悬浮物或可溶性物质沉积在膜的表面、孔隙和孔隙内壁，从而造成膜通量降低的过程称为膜污染

定义：危害：膜污染的控制（1）防止膜污染（2）对料液进行有效预处理（3）采用适合的操作运行条件（4）开发耐污染膜（5）膜清洗MBR处理生活污水出水部分水质指标MBR处理生活污水出水部分水质指标类

别原水水质(mg/l)处理出水(mg/l)国家一级排放标准(GB8978-1996)生活杂用水水质标准CJ25.1-89冲厕，绿化洗车，扫除BOD5

(mg/L)150~250<10201010COD(mg/L)200~400<501005050SS(mg/L)150~250<1070105NH3-N(mg/L)10~35<10152010污废水

种类处理能力

(m3/d)COD(mg/L)BOD(mg/L)NH3-N(mg/L)SS(mg/L)进水出水进水出水进水出水进水出水洗浴污水10130～322＜4099～212＜50.59～10.2～0.415～500印染废水11100～150018050040黄泔废水17900～12000＜1006805＜10130～180＜54750～5470＜10医院污水2548～278＜25200.410～241制药废水501500～4900＜180500～1633＜10297～354＜15430～1033＜10大楼污水20092～1082327～32＜839～473.5膜过滤过程的主要因素膜的性质；料液性质；膜分离的操作条件。

采用膜生物反应器工艺处理酒店洗浴废水，使之达标后用于冲厕、绿化、刷车与空调冷却水，实现了污水的资源化；凝结水回用主要是回收储存蒸汽凝结水，用于员工浴池及洗衣房的热水供应，既节水又节能。两系统各自独立，又相互关联。

中水改造所省空间用来建造冷凝系统水池，冷凝系统的热量又为活性污泥提供适宜的生长温度。工程应用项目工程应用2北京市朝阳区红领巾公园公厕的改造MBR：独立供气柱式膜生物反应器膜：圆柱式中空纤维超滤膜组件膜面积：40m2；水处理量：5～10T/D改造前：每天抽粪渣一次两车，费用300元，水消耗5～10T。MBR：180天抽粪渣一次，冲便池水封闭循环。节约费用：（300+5）*365=111325元/年。MBR与CAS工艺比较预处理初沉池二沉池曝气池预处理MBRCAS活性污泥工艺的“三大件”！！MBR与CAS经济比较CAS（ConventionalActivatedSludge）1、结构紧凑，节省基建费用。2、小水量比较经济。处理量MBR费用比CAS费用比1400m3/d1（膜占0.78）1.622500m3/d10.54§4.4气体传递原理和曝气设备一活性污泥法的基本要素具有引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥。废水中存在有机物，即处理对象、微生物的食料。混合液中含有溶解氧。没有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存也不能发挥氧化分解的作用。上面三个要素缺一不可。而溶解氧的存在就需要人为的工艺来达到这一目的。这一工艺就是“曝气”设备。二曝气的概念曝气：采用相应的设备和技术措施，使空气中的氧（或纯氧）转移到混合液中而被微生物利用的过程。曝气的主要作用为：充氧、搅动和混合。充氧：向活性污泥中的微生物提供所需溶解氧。搅动和混合：使曝气池中的污泥处于悬浮状态，从而增加废水与混合液的充分接触，提高传质效率，保证曝气池的处理效率。三曝气氧传递的基本理论曝气过程中，氧由气相向液相进行传质转移，最后为微生物所利用，目前，气液传质理论主要有：静态水体复氧的分子扩散理论模型：Fick定律紊动水体复氧的理论模型：双膜理论；浅渗理论及表面更新理论等；工程和理论应用较多的是双膜理论。1静态水体大气复氧的分子扩散理论模Fick定律对于曝气复氧过程，可以看作空气中的氧（或纯氧）穿过气水界面向水体内部的分子扩散过程，可以用Fick定律表示为：氧扩散速度（单位时间、面积通过的物质量）。氧分子扩散系数溶解氧浓度距离：扩散过程长度氧分子扩散系数DL，表示氧在水中的扩散能力，主要决定于扩散物质（氧）和介质（水）的特性和温度。该式表明：氧气扩散速率与浓度梯度成正比关系。2紊动水体大气复氧的理论模型

双膜理论1924年，Lewis和Whitman提出了双膜理论。因为其简单和普遍适用，一直受到人们关注和利用。双膜机理的假设：在气液界面存在着两层薄膜，即气膜和液膜。这两层薄膜使气体分子从一相进入另一相时形成了阻力。若气体溶解度很低时，传质阻力主要来自液膜。气膜内会出现氧气压梯度和而液膜内会出现氧浓度梯度，这些气压、浓度梯度正是氧传递的动力。由于氧是的溶解度低的气体，因此液膜阻力为扩散控制步骤。氧传递速率氧在液膜中扩散系数气体扩散通过的面积氧气在溶液中的饱和浓度可以得到传递速率的方程如下：KLa：总传质系数，1/h，该值减小，表明氧传递阻力增加。该值倒数表示曝气池中溶解氧从ρ

o变为ρso所需要的时间。如何提高氧传递速率？由上述公式可得出以下方法：提高KLa，具体手段可以提高搅拌、搅动速度，提高液相主体紊流程度（即降低xf值）；减小气泡粒径，增加表面积A。提高ρso值，可以采用纯氧曝气手段或深井曝气工艺来提高氧分压，继而提高饱和溶解氧浓度。积分KLa受水质影响，所以要把清水测出得值用于污水，要求用修正系数α，同样氧的饱和浓度也要加上修正系数β生活污水的α值约为0.4-0.5，而处理后的出水α值约为0.9-1.0。α、β值应该以实测为准如何来获得KLa得值？四曝气设备的性能测试目的：求出氧传递速率和曝气设备动力效率，验证设备是否合设计要求。可以在曝气池竣工后用清水测试，也可以在投产后进行。充氧能力：

，kgO2/h曝气设备动力效率＝OC（kg/h）/叶轮输出功率(kW)，即每消耗1kW电能，转移到混合液中的氧量。氧利用效率EA：通过鼓风曝气转移到混合液的氧量，占总供氧量的百分比。一般，鼓风曝气设备性能按氧利用效率、曝气设备动力效率两项指标评定。而机械曝气设备则按充氧能力、动力效率两项指标评定。1)清水测试：原理：步骤：计算投加药品量（还原1mgO2需要7.9mg亚硫酸钠