第八讲投料活性污泥法

第八讲改良的活性污泥法

－投料活性污泥法1一、概述活性污泥法是当前世界上应用最广泛的废水处理工艺技术，具有处理能力强，出水水质优良等特点。但是多年来实践证明，传统的活性污泥法也有许多不足之处，除了基本建设费用高及能耗高的缺点外，在工艺技术上也有许多需要改进和革新之处：

2有机负荷还不够高，一般仅1kgCOD/(m3·d)；池容大，占地面积大，基本建设费用高；曝气池中生物量还是比较低的；耐冲击负荷的能力（无论是进水水量或水质的波动）较弱；易出现污泥膨胀，受其影响的废水处理厂占20%～30%或更多；剩余污泥产生量大；能耗高，运行管理费也高；对废水中的氮、磷去除能力低；运行管理也较复杂。3因此，旨在克服上述不足之处的科学研究大量开展，而投料活性污泥法是改革传统活性污泥法以提高其净化能力的措施之一，由于该方法简易可行，既可施行于新建废水处理厂，又极易推行于老的废水处理厂的扩建和改造，故颇受同行们的青睐。概括起来，投料活性污泥法拟克服传统活性污泥法的若干不足之处。4改进的方向使出水水质更好，包括BOD5、SS及N、P的去除，要求活性污泥法净化能力更强、更全面；使其运行更加稳定、可靠，防止污泥膨胀或污泥上浮等现象的出现，使运行操作更简便可行；降低能耗，节省运行管理费用；降低污泥的产生量，改善污泥性质，改善其脱水性能，简化污泥的后续处理。5投料活性污泥法的解释和所产生的影响所谓投料活性污泥法，顾名思义，即在传统的活性污泥法系统中，投加某些物质，它们可以对活性污泥产生以下种种显著影响：投加的物料能改变系统内生物相以及微生物的存在方式，例如投加载体介质就能使原先的活性污泥系统内不仅有悬浮的活性污泥存在，而且还附着生长型的微生物出现和存在，如是，使系统内生物多样性变得更加丰富。而原本常在活性污泥法系统内出现能导致污泥膨胀与流失的丝状菌找到了可以附着、栖息的介质（物料表面及孔隙），这样既可克服其膨胀、流失的弊端又能充分利用其强大的净化能力，改善系统的运行操作，提高出水水质。改变基质的分配与传质状况，由于附着型与悬浮型生物系统的存在，基质在不同型生物系统间进行不同的分配与传质反应。增加了系统的生物固体总量。污泥龄延长，使污泥繁殖特性改变。系统综合净化能力得到提高。系统氧吸收速率降低，减少了供氧，降低了能耗。6投加填料的种类投加多孔悬浮载体，如聚氨酯泡沫块。利用大量具有一定尺寸、孔隙率较大的多孔泡沫块作为生物载体，用筛网将泡沫块截留在曝气池中。投加絮凝剂及助凝剂。又可分为无机化学絮凝剂、合成有机高分子絮凝剂及微生物絮凝剂三种。其中使用较多的为三氯化铁（FeCl3）、硫化铝(Al2(SO4)3，次之为石灰（CaO）。近年来开发的微生物絮凝剂显示了其独特功能，与活性污泥系统组成具有特殊絮凝性能的活性污泥系统。投加各类小的固体介质，诸如粉末活性炭（PAC）、陶粒、黏土、粉煤灰、焦炭等。

7注意一点的是在研发过程中，有的将填装纤维填料或其他填料的如今名为“生物接触氧化反应池”的工艺也划归为投料活性污泥工艺，这是不恰当的。因生物接触氧化反应池以生物膜（固着型微生物）作为生物净化的主要机制，填料也是固置的，而投料活性污泥法以悬浮型活性污泥为生物净化的主要机制，故两者是有严格区别的，不能混淆。其次，好氧生物流化床虽也填装有细小固体颗粒介质，其本质上仍属于生物膜法，不能归属于投料活性污泥法。8二、多孔悬浮载体活性污泥法工艺原理向曝气池中投加数量众多的多孔泡沫块（或球），使其在曝气池体积约15%～50%，有的甚至达75%。这些多孔泡沫块为曝气池中的微生物提供了大量可供栖息的表面积，在较短时间里许多微生物就附着于其表面及孔隙中。有的泡沫块的生物量可达100～150mg/块，使池内生物量大为增加。据资料介绍，附着于多孔塑料泡沫块的生物量可达10～18g/L，最大达30g/L；呈悬浮状的生物量达4～7g/L。由于泡沫块仅占部分曝气池的体积，故整个系统仍属活性污泥法系统。由于系统内总的生物量剧增，因此，改变了系统内的微生物种类、存在方式及基质的分配与传质方式，大大提高了耐受负荷的能力，提高了净化效率，延长了污泥龄，完善了净化过程，使出水水质变得更好。9发展与分类从20世纪70年代末，先后开发了三种比较成熟的多孔悬浮载体系统。Captor工艺；Linpor工艺；多孔球形载体工艺。10Captor工艺该工艺由英国B.Atkinson等人（曼彻斯特科技研究所）于1979年开始研究，英国Simon-Hartley公司及美国Ashbrook-Simon-Hartley公司实行生产化。该工艺采用的载体为多孔泡沫块，含孔隙尺寸850μm，向曝所池投加量约20000～70000个/m3，约占曝气池体积的15%～75%，每个泡沫块的生物量可达100～150mg，池内附着型微生物浓度可达7～9g/L。运行过程中不断将泡沫块利用空气提升至专用设备，用压力滚筒挤压泡沫块，将过量污泥挤出并排出系统，故不必设二沉地池与污泥回流系统。试验及应用结果表明，Captor系统并不十分成功，出水中SS含量高，SS及BOD5去除率不高，一般不能达到预期出水水质要求，除非后置砂滤装置，方可以提高出水水质。

11Linpor工艺

Linpor工艺是德国Linde公司的M.R.Morper（又说是A.G.Linde）研究开发出的活性污泥法改进工艺，它与Captor工艺有相似之处，采用多孔悬浮泡沫块作为载体。该工艺按其不同功能可分为：Linpor工艺，又分为Linpor-C工艺、Linpor-C/N工艺和Linpor-N工艺；Lindox工艺（多段纯氧曝气生物反应器工艺）；Laran工艺（厌氧固定床循环反应器工艺）；Metex工艺（生物吸附法去除重金属离子的处理工艺）。12Linpor工艺与Captor工艺的区别①系统中不设二沉池及污泥回流系统；②载体采用尺寸为12mm×12mm×12mm的多孔泡沫块，利用池内水流的紊动作用产生的水力剪切以及回流量来调控生物量，无泡沫挤压装置。13Linpor-C型工艺流程14

Linpor-C/N型工艺流程

15我国的多孔悬浮载体活性污泥工艺清华大学环境科学与工程系曾于20世纪90年代研究多孔悬浮载体活性污泥工艺，采用聚氨酯泡沫载体，技术参数如下：密度20～30kg/m3，孔隙率90%，尺寸5mm×5mm×5mm，孔径1～1.5mm，另一尺寸15mm×15mm×15mm，以资相比较。试验时投加不同量的载体进行对比，考察总生物量及附着相生物浓度。除清华大学外，还有其它环保公司采用多孔塑料球，内空填充塑料细条缠绕体，以增加附着相生物浓度。曾在小型废水厂及旧厂改造时应用。16工艺特点与运行特点国内外的科学研究与生产实践表明，多孔悬浮载体能使活性污泥法工艺性状大大改善，具体表现于以下诸方面：⑴投加多孔悬浮载体可以提高活性污泥法反应器内的总生物量和附着相生物浓度，与此同时悬浮相生物浓度相对降低。Linpor工艺池内生物量状况是：附着于多孔悬浮载体的生物浓度高达10～18g/L，最大曾达30g/L，悬浮相生物浓度为4～7g/L，池内总生物量大大增加，这样改变了系统内微生物的存在方式，附着型生长的微生物的大量出现，使生物相系统有着巨大变化。传统活性污泥法系统较易孳生的丝状菌可被载体吸附于其孔隙内或表面，载体的孔隙及其表面的粗糙状况决定了其对丝状菌的捕获能力。这样，既能发挥丝状菌的强大净化能力，又能控制污泥膨胀及污泥上浮、流失给系统正常运行带来的巨大危害。17⑵载体投加量与载体上的附着生物量有紧密关系。载体投加量越大，系统中附着生物量越高，但单个载体附着生物量则下降。⑶有机负荷对两种生物相浓度影响颇大。有机负荷增高，系统内总附着型生物量及单位载体上附着的生物量均增加，而悬浮相生物则相对减少。⑷改变了系统内基质的分配及传质状况，附着型生物与悬浮型生物的传质与生物降解作用是有所不同的。⑸投加载体能防止活性污泥法系统的污泥沉降性能的恶化，反应器的生物浓度及出水水质不像传统活性污泥法对二沉池工况那样具有较大敏感性与依赖性。⑹系统内悬浮型生物相的吸氧速率有所降低。⑺延长了系统内微生物的滞留时间，即污泥龄得到延长，有助于硝化反应及氨氮的去除率。18带来的两个关键的改进载体投加法的活性污泥系统的处理能力显著提高，抗冲击负荷（水量、水质的波动）的能力也显著提高。载体投加法不仅能应用于新的废水处理厂的建设，而且也适宜于老废水处理厂的扩建改造，工程量小，投资省，却能大大扩展处理能力。

19工程应用实例多孔悬浮泡沫块载体应用于活性污泥系统，以Linpor工艺最为成熟，应用甚广；此外，芬兰的Valmet公司也开发、应用了此类技术，其填料的比表面积高达380m2/(m3填料）。填料由特殊塑料制成，使用寿命为20年，不需更换，不需反冲洗，具有明显优越性。在欧洲已建120多座采用该工艺技术的废水处理厂。20Linpor工艺处理各类废水的推广应用21三、投加混凝剂（或助凝剂）的活性污泥法工艺工艺原理向活性污泥系统中投加化学药剂（无机混凝剂或高分子合成混凝剂），均能改变活性污泥的结构，增大絮体密度，改善污泥沉降性能与脱水性能，提高二沉池固液分离条件，缩小二沉池容积及占地面积，提高污泥处理能力，抑制污泥膨胀及上浮的不良现象。同时，与废水中磷酸盐结合生成不溶性盐，有利于磷从废水中去除而进入污泥，并随污泥外排，其作用机理如下：

由于废水中含一定量碱度（一般为100～150mg/L），于是：因此，投加混凝剂是增强脱磷的重要对策之一。过程中生成的不溶性磷酸盐随Al（OH）3或Fe(OH)3絮凝体一起沉降去除。

22处理工艺混凝剂在活性污泥系统中投加的位置，对处理过程及处理效率有重要影响作用，见图235种可能的投加位置⑴在初沉池出水，回流污泥流入之前；⑵在初沉池出水，回流污泥流入之后；⑶在初沉池出水流入曝气池内附近的地方；⑷在曝气池流出口附近；⑸在曝气池出水流入终沉池的明渠中。混凝剂的种类与最适宜添加的位置有密切关系。一般来说，硫酸铝的最适宜投加位置为曝气池的流出口附近（4），而三氯化铁则在初沉池流入曝气池内的附近地方（3）。这是因为硫酸铝投入曝气池入口附近，对磷的吸收较其他处更为有利。选择合适的位置投加混凝剂，要考虑形成的絮体不致被破坏而使出水浑浊，同时合适的位置也能使混凝剂投药量节省，而功效显著。24混凝剂的种类与选用及投配量混凝剂的种类很多，一般分为无机化学药剂及高分子有机合成絮凝剂。在投药活性污泥系统中最常用的为硫酸铝Al2(SO4)3及三氯化铁(FeCl3)，次之则为石灰（CaO）等。混凝剂投加量对除磷、改善污泥沉降性和脱水性以及活性污泥法的处理效率有重要影响。一般都应经过实验室试验（batchtest）来确定投加量，并经生产实践验证。应控制Al与P摩尔比≥2．0，Fe与P摩尔比≥2．0。通常废水中含1mgP需0.87mgAl3+离子，或1.8mgFe3+离子，1mgAl3+能生成2.9mgAl(0H)3或1.9mgFe(0H)3。这些数据可在计算时参考使用。25净化效果与污泥特性日本学者曾对投加化学药剂的活性污泥法做过系列试验研究。试验对象为生活污水，水质为BOD5109mg/L，TP2.91mg/L,透明度10.6CM。曝气池BOD5负荷为0.21kgBOD5/(kgMLSS·d)时，不投加絮凝剂，出水BOD510.3mg/L,TP2.06mg/L，透明度79cm。投加Al100mg/L时，TP降至0.06mg/L；投加Fe100mg/L，TP0.01mg/L,透明度27cm;投加Al50mg/L，出水TP0.25mg/L，而透明度大于100cm。由此可见，投加不同混凝剂及投配量，对TP的去除以铁盐为最佳，但出水澄清则以铝盐为最佳，而且并不是投加量越大出水就越澄清。投加混凝剂的活性污泥法出水BOD5并不比对照组（不投加药剂）的好。26清华大学环境系也曾对投加混凝剂对污染物的去除做过实验室试验，采用的药剂有钙盐（CaO）及铁盐(FeCl3)。投药法与不投药法相比，COD去除率略有提高，HRT略可缩短（1．1～1．9h），耐冲击负荷能力有所提高。而且，由于FePO4和Ca10(PO4)6(OH)2等沉淀晶体的存在，在曝气池内出现了悬浮颗粒中附着型生物的生长，使净化能力及系统的稳定性有所提高。27投药法活性污泥工艺，对系统活性污泥生物的种类与数量均有明显影响。据日本研究，活性污泥生物总数：铝盐法（50mg/L）为801种；铝盐法（100mg/L）为468种，铁盐法（50mg/L）为154种，铁盐法（100mg/L）为613种；不投加药剂的活性污泥生物总数为2567种。由此可见，投加药剂对活性污泥生物数具有削减作用，其中铁盐（50mg/