第六章污水的好氧生物处理――活性污泥法

第十四章污水的好氧生物处理（二）－活性污泥法

活性污泥工艺是一种广泛应用而行之有效的传统污水生物处理法，也是一项极有发展前景的污水处理技术，这体现在它对水质水量的广泛适应性、灵活多样的运行方式、良好的可控制性，以及通过厌氧或缺氧区的设置使之具有脱氮除磷的效能。－－摘自一博士论文的卷首语起源？大自然的启示：如果让污水进入天然水体，可通过水体中微生态系统的自净功能得到处理。活性污泥法是模仿天然水体的净水过程，从本质上与自然水体处理污水的过程相似，是自然水体净化过程的人工强化。1882年就有人做向污水中鼓入空气的试验；1912年美国的Lawlence研究所进行污水曝气试验；英国的Fowler访问该研究所回国后，让CIark和Gage进行试验，发现，对污水长时间曝气会产生一些絮状体，同时水质会得到明显的改善，Ardern和Lockett继续对这一现象进行了研究，曝气试验是在瓶中进行的，每天试验结束时把瓶子倒空，第二天重新开始，他们发现由于瓶子清洗不完善，瓶壁附着一些棕褐色的絮状体时，处理效果反而好。他们把它称为活性污泥，随后，他们在每天结束试验前，把曝气后的污水静止沉淀，只倒去上层净化清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，这样大大缩短了污水处理的时间。1914年Ardern和Lockett在英国的化学工程学会上发表了试验成果，活性污泥法就这样诞生了。于是，1916年在英国的曼彻斯特市建造了第一个处理能力946m3/d的活性污泥污水处理厂；1917年美国休斯顿建造了一个处理能力37800m3/d的活性污泥污水处理厂。第一节基本概念什么是活性污泥？由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机性及无机性物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。一组活性污泥图片活性污泥的性质颜色味道状态比重粒径比表面积黄褐色土腥味似矾花絮绒颗粒曝气池混合液：1.002-1.003；20-100cm2/mL活性污泥的组成按栖息着的微生物分：大量的细菌真菌原生动物后生动物除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主，是一个以细菌为主体的群体，除细菌外还有酵母菌、放线菌、霉菌，以及原生动物和后生动物。活性污泥中细菌含量一般在107－108个/mL；原生动物103个/mL，原生动物中以纤毛虫居多数，固着型纤毛虫可作为指示生物，固着型纤毛虫如：钟虫、等枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时，说明培养成熟且活性良好。干固体和水分：含水98％－99％干固体1％－2%MLSSMLVSSNVSS活性污泥中微生物食物链活性污泥中细菌原生动物103个/mL，原生动物中以纤毛虫居多数，固着型纤毛虫可作为指示生物，固着型纤毛虫如：钟虫、等枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时，说明培养成熟且活性良好。其它：富氧曝气、纯氧曝气活性污泥的沉降浓缩性能除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；活性污泥降解污水中有机物的过程自控方面问题：风机控制系统需要什么样的外部信号、DO或压力？使用硬线连接抑或通讯联系？接入何处？MCC与机旁控制柜之间有哪些控制信号连接？风机系统使用什么样的PLC硬件？系统与污水厂控制室之间怎么通讯联系？联系的硬件接口方式？联系的软件协议？风机系统哪些数字量信号及模拟量信号可以与中控室通讯？中控室怎么进行风机运行参数设置？等活性污泥工艺是一种广泛应用而行之有效的传统污水生物处理法，也是一项极有发展前景的污水处理技术，这体现在它对水质水量的广泛适应性、灵活多样的运行方式、良好的可控制性，以及通过厌氧或缺氧区的设置使之具有脱氮除磷的效能。双膜理论由Lewis和Whitman1924年创立。气液两相界面上物质浓度相平衡，界面上无阻力。1912年美国的Lawlence研究所进行污水曝气试验；物质从一相传递到另一相的过程称为传质过程，曝气过程中空气或纯氧中的氧从气相传递到液相中，亦是个传质过程，传质过程主要借助于扩散过程完成。活性污泥中部分微生物写真集二是废水中的有机物，它是处理对象，也是微生物的食料；机械曝气装置：纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器SV%不能确切表示污泥沉降性能，故人们想起用单位干泥形气液两相界面附近存在着作层流运动的气膜和液膜，主体流动情况影响着膜的厚度；活性污泥中原生动物活性污泥中后生动物活性污泥中原生动物及指示作用活性污泥中部分微生物写真集活性污泥中部分微生物写真集活性污泥中部分微生物写真集活性污泥中部分微生物写真集有办法知道确切的生物量吗？有人曾企图通过直接测定污泥中细胞的DNA量、有机氮量、三磷酸腺苷（ATP）量、脱氢酶的活力等指标去反映活性污泥的活力，但：既复杂又不准，且微生物的含量不断在变化。按McKinney的分析：MLSS=Ma+Me+Mi+MiiMa：具备活性细胞成分Me：内源代谢残留的微生物有机体Mi：未代谢的不可生化的有机悬浮固体Mii：吸附的无机悬浮固体按有机性和无机性成份分：MLSS表示悬浮固体物质总量，MLVSS挥发性固体成分表示有机物含量，MLNVSS灼烧残量，表示无机物含量。MLVSS包含了微生物量，但不仅是微生物的量，由于测定方便，目前还是近似用于表示微生物的量。处理生活污水的活性污泥MLVSS:70%NVSS:30%MLVSS:一般范围为55％－75％NVSS:一般范围为25％－45％活性污泥的沉降浓缩性能污泥沉降过程：活性污泥的沉降浓缩性能污泥沉降比：SV%取混合液至1000mL或100mL量筒，静止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的体积，以占混合液体积的%表示污泥沉降比。SV%不能确切表示污泥沉降性能，故人们想起用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能，简称污泥指数，单位为mL/g。污泥体积指数：SVI

活性污泥法的基本流程活性污泥降解污水中有机物的过程活性污泥在曝气过程，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段。吸附阶段由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的粘性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。稳定阶段主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。活性污泥降解污水中有机物的过程曲线①反映污水中有机物的去除规律；曲线②反映活性污泥利用有机物的规律；曲线③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：A: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①）；B:污水中的有机物先是转移到（吸附）污泥上（见曲线③），然后逐渐为微生物所利用（见曲线②）；C: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③）；D:微生物利用有机物的过程比较缓慢（见曲线②）。第二节气体传递和曝气池构成活性污泥法的三个要素

一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥；

二是废水中的有机物，它是处理对象，也是微生物的食料；

三是溶解氧，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作用。Fick扩散定律

物质从一相传递到另一相的过程称为传质过程，曝气过程中空气或纯氧中的氧从气相传递到液相中，亦是个传质过程，传质过程主要借助于扩散过程完成。

扩散过程的推动力是扩散面两侧物质存在着浓度差，使得物质分子由浓度较高一侧向着较低一侧扩散。扩散过程中单位路程长度上的浓度变化值，称之为浓度梯度，浓度梯度大小影响着扩散速率：Vd:物质的扩散速度；D扩散系数气体传递原理：双膜理论曝气充氧过程中气体分子从气相转移到液相，必须经过气液两相界面，界面两侧存在着气膜和液膜，氧通过这两层膜的传递过程用双膜理论来解释。双膜理论由Lewis和Whitman1924年创立。气体传递原理：双膜理论双膜理论的基本论点：1.气液两相界面附近存在着作层流运动的气膜和液膜，主体流动情况影响着膜的厚度；2.两膜以外的气、液相主体中，流体充分湍动，组分物质浓度均匀，不存在浓度差，也没有任何传质阻力，整个传质过程阻力仅存在于气液两层层流膜；3.气液两相界面上物质浓度相平衡，界面上无阻力。因为氧是一种难溶气体，溶解度小，故传质阻力主要在于液膜，可以认为气相主体与界面之间的氧分压差值很小；同时因为液膜厚度很小，Ci与C之间可按直线变化考虑，即：曝气的作用与曝气方式1好氧微生物的需氧代谢2兼性微生物酶的好氧合成3混合液的搅拌作用（厌氧、缺氧池另加搅拌器）曝气方式：鼓风曝气系统机械曝气装置：纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器鼓风+机械曝气系统其它：富氧曝气、纯氧曝气三种曝气方式曝气池需要空气量计算1生化反应曝气量计算：(1)有机物降解需氧量O1=a’Q(La-Le)+b’V·Xv(2)氨氮硝化需氧量O2=4.57Q(NHa-NHe)(3)反硝化提供化合态氧O3(4)合成污泥的氧当量O4O=O1＋O2－O3－O4再折算成需要的空气量曝气池需要空气量计算2搅拌需要的气量计算搅拌需要的气量根据需要的搅拌功率或单位体积的搅拌气量，一般搅拌需要空气量小于或远小于生物反应需气量3/m2.h3/m2.h机械曝气：13W/m3BioLac®曝气系统活性污泥中微生物食物链除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；曲线①反映污水中有机物的去除规律；(4)合成污泥的氧当量1好氧微生物的需氧代谢57Q(NHa-NHe)活性污泥的沉降浓缩性能A: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①）；除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；机械曝气装置：纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器自控方面问题：风机控制系统需要什么样的外部信号、DO或压力？使用硬线连接抑或通讯联系？接入何处？MCC与机旁控制柜之间有哪些控制信号连接？风机系统使用什么样的PLC硬件？系统与污水厂控制室之间怎么通讯联系？联系的硬件接口方式？联系的软件协议？风机系统哪些数字量信号及模拟量信号可以与中控室通讯？中控室怎么进行风机运行参数设置？等自控方面问题：风机控制系统需要什么样的外部信号、DO或压力？使用硬线连接抑或通讯联系？接入何处？MCC与机旁控制柜之间有哪些控制信号连接？风机系统使用什么样的PLC硬件？系统与污水厂控制室之间怎么通讯联系？联系的硬件接口方式？联系的软件协议？风机系统哪些数字量信号及模拟量信号可以与中控室通讯？中控室怎么进行风机运行参数设置？等大自然的启示：如果让污水进入天然水体，可通过水体中微生态系统的自净功能得到处理。扩散过程的推动力是扩散面两侧物质存在着浓度差，使得物质分子由浓度较高一侧向着较低一侧扩散。其它：富氧曝气、纯氧曝气他们把它称为活性污泥，随后，他们在每天结束试验前，把曝气后的污水静止沉淀，只倒去上层净化清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，这样大大缩短了污水处理的时间。鼓风曝气系统的组成常用鼓风机形式1容积式风机:罗茨鼓风机、回转风机常用鼓风机形式2单级高速离心鼓风机：高速离心丹麦HV-Turbo风机英国Howden风常用鼓风机形式2多级离心鼓风机：多级离心美国PowerMizer多级风机鼓风机应提供相关数据条件风机供应商应提供相关数据条件:工艺方面问题：供货范围及每一个供货器件的安装尺寸、风机安装间距要求、设备重量、基础要求、净荷载与动荷载、起吊要求、最大起吊重量、最大部件重量、管道布置走向与要求、进风口位置要求、消音器设置位置与要求、空气总管设置位置、鼓风机房温升要求、换气要求、噪音控制要求、管道冷凝处理问题等。电气方面问题：单台主电机功率？其它用电设备位置、对MCC柜的设计要求、MCC与风机控制柜之间的联系、MCC柜面上是否需设置柜面手动、柜面自动？是否需设置软启动、直接启动？一次接线与两次接线的配合、鼓风机系统其他用电电位置电源从MCC接入还是从机旁控制柜接入？手动或自动控制回路设置在MCC柜还是设置在机旁控制柜？防冷凝加热何时进行？什么样的控制信号给MCC柜从而控制加热器动作？等自控方面问题：风机控制系统需要什么样的外部信号、DO或压力？使用硬线连接抑或通讯联系？接入何处？MCC与机旁控制柜之间有哪些控制信号连接？风机系统使用什么样的PLC硬件？系统与污水厂控制室之间怎么通讯联系