曝气和曝气池

水污染处理讲义曝气与曝气池活性污泥系统的工艺设计活性污泥系统的运行管理

曝气与曝气池

曝气原理曝气方法及设备曝气池型曝气原理

--氧传质速度的影响因素氧传递速度(双膜理论)氧传质速度的影响因素

a.水质

KLa，w=⍺Kla（KLa，w—污水中氧气的总传质系数，S-1，⍺—总传质系数的修正系数，有实验确定，一般=0.8~0.85，与水质有关，由试验确定KLa—清水中氧气的总传质系数，S-1）b.水温

KLa（T）=KLa（20）×1.024（T—20）(KLa（T）、KLa（20）—水温分别为T和20℃时清水的总传质系数；1.024—温度系数（1.006~1.047，一般取1.024）；T—实际水温，℃)曝气原理

--氧传质速度的影响因素c．压力Ci值受到氧分压（或大气压力）的影响。大气压力不足1atm的地区，氧气的溶解度Ci应乘以小于1的修正系数ρCim=Ci（+）Cim—鼓风曝气池内混合液饱和溶解氧浓度的平均值，mg／L；Ci—1atm下氧气的饱和溶解氧浓度，mg／L；Ot—曝气池液面逸出的空气中所含O2的百分浓度；EA—曝气器的氧利用率，%；Pb—曝气器出口处的绝对压力，Pa

氧转移量和供气量的计算氧转移量和供气量的计算

a.实际氧转移量

R=KLa，w（T）（ciw（T）-c）V=KLa（20）×1.024（T—20）（cim（T）-c）V(R—氧总转移量，KgO2／h；V—曝气池有效容积，m3)b.标准氧转移量标准氧转移量指的是用与测定R相同的曝气装置在标准条件下（水温20℃，气压1atm），R0=KLa（20）（cim（20）-c）V=KLa（20）cim（20）V氧转移量和供气量的计算c.供气量实际氧转移量换算成标准氧转移量，再求出供气量。(R0—标准氧转移量，kgO2／h)

如果曝气器的氧利用率为EA（%），氧气的密度为1.43kg／m3，空气中氧气的含量为20.1%（体积比），则所需供气量为

G=曝气原理--动力效率动力效率是曝气器或曝气机的性能参数之一，指单位输出功率使氧气转移到水中的量，单位为kgO2／kw·h。动力效率越高，曝气器或曝气机的性能越好，提供一定量的氧气所消耗的动力越少曝气方法及设备鼓风曝气

用风机和空气扩散装置向曝气池混合液鼓入空气的方法叫鼓风曝气。风机有离心风机和罗茨风机两种隔膜曝气头隔膜曝气管螺旋曝气器射流曝气器机械曝气机械曝气又称表面曝气，其充气装置是安装于水面的曝气机。曝气机有立式和卧式两种。

鼓风曝气螺旋曝气器又名螺旋混合器，一般用玻璃钢材料制成。外形尺寸为直径300mm~400mm，高1500mm如图5-25所示。螺旋曝气器由螺旋管和分配室组成。在螺旋管中有螺旋通道，上升的气体带动混合液螺旋式上升，使气液剧烈混合，发生气液相传质

鼓风曝气隔膜曝气头

隔膜曝气头，空气进入缓冲室，使弹性橡胶膜片向上拱起，膜片上的小空张开，空气释出。停止供气后，气压降低，胶片自动复位，气孔闭合，阻止污泥和水进入缓冲室。

鼓风曝气隔膜曝气管

空气通过套在塑料管上的多孔弹性胶管扩散到混合液中。隔膜曝气头和曝气管上的出气孔很小，释出的微气泡比表面积大，传质效果好，氧利用率高。但膜片易老化和开裂，造成空气短流，有时也发生微孔堵

鼓风曝气射流曝气器

实际上是文丘里管污水高速射流形成负压，吸入空气并将空气切割成微气泡形成气水混合物射出。气水混合物形成和气泡上升过程中，氧气溶解于水中。射流曝气器传质效率高，氧利用率也高，但动力消耗较大

机械曝气立式曝气机

立式曝气机的传动轴与水面垂直，装有叶轮,叶轮旋转时吸入混合液和空气形成水跃，水滴和水膜与空气接触夹带空气，液面不断更新，使氧气不断溶入混合液中。叶轮的搅拌使污泥呈悬浮状态，与污水和空气充分混合。立式表曝机适用于小型曝气池。机械曝气卧式曝气刷

曝气转刷的传动轴与水面平行，常用于氧化沟。转刷转动时，板条和钢丝将液滴抛向空气中，并使液面剧烈波动，氧气溶于混合液中。混合液在转刷的推动下在池内流动，污泥呈悬浮状态。

曝气池型

曝气池实质上是生化反应器，在这个反应器中，活性污泥、空气和污水充分混合，发生生物化学反应，使水质得到净化。不同运行方式的活性污泥法有不同型式的曝气池。按水力特征不同，可将曝气池分为以下三种类型推流式完全混合式组合式推流式曝气池根据横断面的水流情况，推流式曝气池又可分为平移推流式和旋转推流式两种

旋转推流式平移推流式完全混合式曝气池完全混合式曝气池可以与二沉池合建，也可以分开设置，所以有合建式和分建式两种

a.分建式

曝气池与二沉池分开设置，有专门的污泥回流系统，便于控制，应用较多。b.合建式

合建式将曝气池和二沉池合在一起建成一个池子，使该池同时具有曝气和沉淀的双重功能。国内将这种池子叫做曝气沉淀池，国外称为加速曝气池。合建式--圆形曝气沉淀池

圆形曝气沉淀池1—曝气区；2—导流区；3—回溢窗；4—曝气叶轮；5—沉淀区；6—顺流圈；7—回流缝；8—进水管；9—排泥管；10—出水槽推流—完全混合组合式曝气池

推流—完全混合组合式曝气池a—无隔板组合式曝气池；b—有隔板组合式曝气池活性污泥系统的工艺设计

活性污泥系统由曝气池、二沉池、污泥回流系统和曝气系统构成。其工艺设计主要包括：曝气池容积、供气量、曝气器布置、二沉池水面积、污泥回流量、剩余污泥量、污泥回流系统和空气管路系统等

（1）曝气池设计

（2）曝气系统的设计

（3）污泥回流设备的设计

（4）二次沉淀池的设计

曝气池设计

曝气池系统有各种计算方法，根据不同方法计算的结果也不完全相同，都是近似值。有机负荷率法根据所选定的污泥负荷率或容积负荷率计算曝气池的容积、污泥产量和需氧量等。污泥负荷（Ns）和容积负荷（Nv）曝气池容积剩余污泥排放量需氧量有机负荷的选取

曝气系统的设计曝气系统的设计包括曝气设备的选择、布置，及空气管网的计算等。对于机械曝气，前面已提及泵型叶轮曝气机的充氧能力和功率的计算①曝气器②管网设计③风机的选择

污泥回流设备的设计污泥从二沉池回流到曝气池需要提升设备。污泥提升设备常采用污泥泵或空气提升器。污泥泵的选用参见有关手册，空气提升器需要设计制作。空气提升器的效率不如污泥泵，但结构简单，管理方便，还可以向回流污泥补充氧气，所以常在鼓风曝气时采用

污泥回流设备的设计图5-35空气提升器示意图1—污泥提升管；2—空气管；3—回流污泥渠道二次沉淀池的设计活性污泥法的二次沉淀池在功能上既要满足澄清又要满足污泥浓缩的需要。二沉池可以采用平流式、辐流式、竖流式和异向流斜管沉淀池等形式。竖流式和异向流斜管式沉淀池的共同特性是沉淀污泥颗粒的运动方向与水流方向相反。随水流上升的小颗粒污泥与下沉的大颗粒污泥相互接触而絮凝，使粒径增大，沉淀速度加快。根据浅层沉淀的原理，斜管沉淀池的水力负荷理论上大大减小，沉淀效果得到改善。另外，斜管沉淀池填料表面形成的生物膜能进一步净化水质。所以斜管沉淀池常用作二沉池有机负荷的选取影响因素a．去除率的影响b．活性污泥特性的影响c．水温的影响d．水质的影响

活性污泥特性的影响图5-33BOD负荷及水温对污泥SVI值的影响

活性污泥系统的运行管理

合理的设计是活性污泥系统取得优质出水的前提，而良好的运行管理却是活性污泥系统正常运行的基本保证。水质、水量和温度等条件的变化，会直接影响处理系统的运行状态和处理效果。必须在污泥培养，试运行，正常运行和事故处理的全过程贯穿科学的管理与操作。

（1）活性污泥的培养与驯化（2）活性污泥系统运行状况检测（3）活性污泥系统的异常现象及控制措施

（4）活性污泥法的发展活性污泥的培养与驯化①菌种来源

②培养与驯化方法

根据培养和驯化的顺序，可将培养与驯化分为异步法和同步法。根据培养液的进入方式，又可分为:间歇式培养驯化当菌种来自不同水质的处理系统时，应先驯化后培养（异步法）（a）驯化（b）培养连续式培养驯化当采用相同（或相近）水质的污泥或相同（或相近）水质的粪便水等污水作菌种时，可省去驯化过程，直接用连续进水曝气培养法培养活性污泥。连续培养驯化时，必须进行污泥回流

（a）采用水质相同的污泥作菌种（b）采用水质相同的污水作菌种活性污泥系统运行状况检测①污泥性状

②处理效果

③污泥营养状况和环境条件

④其它(记录剩余污泥排量、设备状况、电耗、药剂用量和异常现象)污泥性状

SV

每天1次，控制在15~30%；MLSS（或MLVSS）3天1次，控制在2~3g／L；SVI3天1次，用同时测得的SV和MLSS值算得，一般控制在50~150。有些污水的正常SVI值较高，需由运行情况确定；污泥回流比根据混合液MLSS的目标值（3~4g／L）和回流污泥MLSS的实际值计算并控制污泥回流比，每3天1次；微生物相经常进行污泥镜检，观察它的生物相、密实性和沉淀性能。性能良好的污泥絮凝沉淀性能良好，结构密实，含大量原生动物（钟虫、轮虫等）。处理效果

处理水量1次／（12h）；进出水BOD5、NH3—N1次／周；进出水COD、SS1次／日；

PH值1次／（8h），控制出水PH=6.5~8.5污泥营养状况和环境条件

总氮和总磷1次／周,控制进水COD∶N∶P=200∶5∶1，出水达标；DO1次／（8h），调节曝气量，控制混合液DO=2~3mg／L，二沉池出水0.5~1mg／L；水温1次／（4h），控制t≤35℃

活性污泥系统的异常现象及控制措施

①污泥膨胀

②泡沫问题

③污泥增长缓慢或解体④污泥上浮

污泥膨胀正常的活性污泥比较密实，沉降性能良好，污泥沉降比SV=15~30%，污泥指数SVI=50~150异常的污泥结构松散，沉淀性能差，污泥沉降比和污泥指数很大，在二沉池固液分离效果差，造成污泥流失，这种现象叫做污泥膨胀污泥膨胀的原因

污泥膨胀的控制措施

污泥膨胀的原因丝状菌膨胀活性污泥中丝状菌过度繁殖而引起的膨胀叫丝状菌膨胀

丝状菌和菌胶团细菌的优势竞争表现在a.水质b.温度

c.溶解氧d.有机负荷e.工艺方法

非丝状菌膨胀如果污泥膨胀时，镜检找不到大量丝状菌，这种膨胀叫非丝状菌膨胀

污泥膨胀的控制措施控制污泥膨胀最有效的办法是采用抑制污泥膨胀的工艺设计，或对易发生污泥膨胀的处理设施进行工艺改造

抑制污泥膨胀的工艺运行时污泥膨胀的控制措施抑制污泥膨胀的工艺减小或取消初沉池AB法采用“沉砂—A级曝气—中间沉淀—B级曝气—二次沉淀”工艺，能改善B级进水水质“生物膜—活性污泥”组合工艺能改善活性污泥进水水质A／O（缺氧—好氧）、A2／O（缺氧—缺氧—好氧）或A2／O2（缺氧—好氧—缺氧—好氧）工艺SBR工艺气浮法代替二次沉淀池可以有效地防止污泥流失，改善出水水质运行时污泥膨胀的控制措施

调整进水水质投加化学药剂

调节水温调整曝气量

调整有机负荷率闷曝泡沫问题

a．泡沫的形成污泥膨胀泡沫

表面活性剂泡沫

泡沫是运行中常见的现象

b．泡沫的控制措施喷水除沫表面活性剂含量高时，应采用物理化学法进行预处理，再进行生化处理。采用“水解—曝气”工艺能有效抑制表面活性剂泡沫投加除沫剂（煤油等，用量0.5~1.5mg／L）加大回流比，提高污泥浓度。污泥增长缓慢或解体

污泥增长缓慢或解体的原因水质

有机物含量低或含有毒物质时，微生物的生长受到抑制，出现生长缓慢或解体。有机负荷

有机负荷太低时，营养不足，也会导致生长缓慢和解体。曝气量

曝气量太大，而营养相对缺乏时，内源呼吸显著，导致生长缓慢或解体。控制措施

针对不同的原因，采取不同的措施，如控制有毒物质含量，提高污水的可生化性，减少曝气量等

污泥上浮

污泥在二沉池（或沉淀区）浮起的现象叫污泥上浮。污泥上浮的原因很多，污泥膨胀、泡沫和污泥解体都会引起二沉池污泥上浮。此处所说的污泥上浮是指其它原因导致的污泥漂浮现象。污泥上浮的原因

污泥上浮的控制措施

污泥上浮的原因

对于合建式曝气池