第2章 活性污泥法.ppt

1、第二章 活性污泥法,第一节 基本概念,第二节 气体传递和曝气池,第三节 活性污泥法的发展和演变,第四节 活性污泥法的设计计算,第五节 二次沉淀池,第六节 活性污泥法系统设计和 运行中的一些重要问题,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和无机物质组成的、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,按栖息着的微生物分：,活性污泥的组成,按有机性和无机性成分：,活性污泥法的基本流程,初沉池,去除污水中大颗粒的悬浮物质，根据废水的特性不同，有时可以省去。,曝气池,活性污泥法的核心，是微生物吸

2、附、代谢废水中有机污染物和部分无机物的主要场所。,活性污泥法的基本流程,二沉池,对活性污泥法和已经处理过的废水进行固液分离，上层为已处理好的出水，排出沉淀池。下层为分离出的活性污泥，大部分由污泥回流系统送回曝气池（回流污泥），其余部分作为剩余污泥排除另行处理。,曝气系统,以一定的的方法与设备，使空气中的氧（或纯氧）溶解于混合液中，并提供适当的搅拌。,回流污泥,通过污泥提升设备将二沉池分离出来的活性污泥送回曝气池，维持曝气池中活性污泥的浓度。,活性污泥法的基本流程,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

3、解氧，好氧微生物既不能生存，也不能发挥氧化分解作用。,混合液悬浮固体浓度：MLSS,评价活性污泥的重要指标,曝气池中污水和活性污泥混合后混合液悬浮固体的数量，单位：mg/l。取混合液100mL，以快速滤纸过滤，105烘箱内2小时烘干至恒重，称取其中固体物质的含量。,按McKinney的分析：,MLSS=Ma+Me+Mi+Mii,式中：Ma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。,混合液挥发性悬浮固体浓度：MLVSS,评价活性污泥的重要指标,指混合液悬浮固体中有机物的数量，单位：mg/l。取测定MLSS后的滤纸与固体物

4、质一同放入焚烧炉内，经600800 灼烧至残留物无黑色，称取残留物的含量，扣除滤纸的灰分后，即为NVSS，MLSS与NVSS的则为MLVSS。,由于MLVSS中不包括Mii（吸附的无机悬浮固体），因此比MLSS更能够精确地代表活性污泥中活性生物的数量。,污泥沉降比：SV30,SV30与SVI可以表示活性污泥的沉降浓缩性能，而SVI能够更确切地反应处活性污泥的松散程度和凝絮沉降性能。,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，以占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比。,污泥体积指数：SVI,指曝气池出口处混合液经30分钟静止沉淀以后，1克干污泥所占的容

5、积，简称污泥指数，单位为mL/g。,评价活性污泥的重要指标,污泥龄：TS,评价活性污泥的重要指标,指曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥数量的比值，单位：日。,由于在稳定运行时，剩余污泥量也就是新增长的污泥量，因此污泥龄就是污泥在曝气池中的平均停留时间，或污泥增长一倍平均所需要的时间。,活性污泥降解污水中有机物的过程,活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段：,吸附阶段,稳定阶段,由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。,主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。,曲线反映污水中有机物的去除规律；

6、曲线反映活性污泥利用有机物的规律； 曲线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： 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)； 污水中的有机物先是转移到(吸附)污泥上(见曲线),然后逐渐为微生物所利用(见曲线)； 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)； 微生物利用有机物的过程比较缓慢(见曲线)。,活性污泥降解污水中有机物的过程,污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线,对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析得到结论：,废水中的有机物,残留在废水中的有机物,从废水中去除的有机物,微生物不能利用的有机物,微

7、生物能利用的有机物,微生物能利用而尚未利用的有机物,微生物不能利用的有机物,微生物已利用的有机物（氧化和合成）,（吸附量）,增殖的微生物体,氧化产物,第二节 气体传递和曝气池,曝气池的三种池型,推流式曝气池,完全混合式曝气池,两种池型结合式,按曝气池的混合方式,曝气池的三种池型,长方廊道形,方形或圆形,环形跑道形,按曝气池的形状,曝气池的二种池型,鼓风曝气式,机械曝气式,按曝气池的曝气方式,曝气池的三种池型,间歇式曝气池,连续进水间歇出水式或交替运行式,连续运行式曝气池,按曝气池的运行方式,曝气池的三种池型,合建式曝气池,曝气沉淀一体式曝气池,分建式曝气池,按曝气池与沉淀池的关系方式,推流式曝

8、气池,根据横断面上的水流情况 ，可分为,推流式曝气池,鼓风曝气完全混合曝气池,曝气池的三种池型,机械曝气完全混合曝气池,泵 形,倒伞形,平板形,微孔曝气设备安装,环形跑道曝气池,曝气转刷,测试中的曝气转碟,气 体 传 递 原 理,双膜理论的基点是认为在气液界面存在着二层膜（即气膜和液膜）这一物理现象。 这两层薄膜使气体分子从一相进入另一相时受到了阻力。当气体分子从气相向液相传递时，若气体的溶解度低，则阻力主要来自液膜。,在废水生物处理系统中，氧的传递速率可用下式表示：,式中：dm/dt气体传递速率； Kg 气体扩散系数； A 气体扩散通过的面积； s0 气体在溶液中的饱和浓度； 0 气体在溶液

9、中的浓度。 而dm=Vd0，则上式可改写成：,通常KgA/V项用KLa来代替，由此上式变为： 将上式进行积分，可求得总的传质系数：,KLa值受污水水质的影响，把用于清水测出的值用于污水，要采用修正系数，同样清水的s0值要用于污水要乘以系数，因而上式变为：,式中：,溶解在水中的憎水性有机物影响KLa值； 水中溶解的无机物影响s0值； 溶解的有机物影响KLa值； 温度也影响KLa和s0值。,影响KLa值的因素,其中：,充氧设备转移到曝气池中的总充氧量：,充氧设备转移到标准脱氧轻水中的总充氧量：,R0称为：曝气充氧设备的充氧能力（OC）,R为充氧设备转移到曝气池中的总充氧量，应等于微生物 降解有机物

10、的需氧量O2,其中：,微生物降解有机物的需氧量O2,某城市污水处理厂，设计处理流量为30000m3/d，经沉淀后的BOD5为200mg/L，希望处理后的出水BOD5为20mg/L。经计算，设计曝气池容积V10000 m3/d，MLVSS2000mg/l，要求确定： （1）若采用鼓风曝气，以微孔曝气盘作为曝气装置，EA10，若曝气池溶解氧02mg/l，温度为25，曝气盘装在水下4m，求鼓风曝气量及鼓风机选型； （2）若采用表面机械曝气时，求充氧量及表面曝气设备选型； 有关参数：a0.5，b=0.1，=0.8，=0.9,例,解： 1）鼓风曝气量的计算： 需氧量 O2aQ(S0-Se)+bVXv (

11、0.5*30000(200-20)/1000+0.1*(10000*2000)/1000 4700kgO2/d=195.8kgO2/h 充氧量R需氧量O2 曝气池内平均饱和溶解氧浓度： 曝气装置出口处的压力Pb=P+9.8*103H=101300+9.8*103*4=1.405kPa 气泡逸出曝气池表面时含氧量的百分比 查表20时饱和溶解氧CSO(20)=9.17mg/l, 25时饱和溶解氧CSO(25)=8.40mg/l 20时平均饱和溶解氧 25时平均饱和溶解氧 标准氧转移率 实际氧转移率 则： 去除1kgBOD5实际需供氧1.55kgO2,解,解,计算鼓风机供气量 气水比为：9.28：1

12、 根据风量与风压选择鼓风机设备 2、计算表面机械曝气的充氧量 求定标准状态下20脱氧清水需氧量 根据表面机械曝气的脱氧清水需氧量指标选择曝气设备,曝 气 设 备,鼓风曝气,机械曝气,空气净化器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,竖式曝气机,表面曝气机,卧式曝气机,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,鼓风机供应压缩空气,风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体呈悬浮状态。,风压要满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静

13、水压。,罗茨鼓风机：适用于中小型污水厂，噪声大，必须采取消音、隔音措施,离心式鼓风机：噪声小，效率高，适用于大中型污水厂,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,扩 散 器,空气输配管系统,负责将空气输送到空气扩散器。要求沿程阻力损失小,曝气设备各点压力均衡,空气干管和支管流速符合设计要求，配备必要的手动阀和电动调节阀门。,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,扩 散 器,扩散器的作用是将空气分散成空气泡,增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。,空气输配管系统,小气泡扩散器,中气泡扩散器,大气泡扩散器,微气泡扩散器,扩散器的类型,常用鼓风机形式,1. 容积式风机: 罗茨鼓风机、回转风机

14、,离心鼓风机外型,多极离心风机,微孔曝气设备,微孔曝气盘,微孔曝气管,微孔曝气设备测试,微孔曝气设备安装,微孔曝气设备的运行状况,穿孔曝气管,机械曝气：表面曝气机,表面曝气机充氧原理： (1)曝气设备的提水和输水作用，使曝气池内液体不断循环流动, 从而不断更新气液接触面, 不断吸氧； (2)曝气设备旋转时在周围形成水跃，并把液体抛向空中，剧烈搅动而卷进空气； (3)曝气设备高速旋转时，在后侧形成负压区而吸入空气。,机械曝气：表面曝气机,曝气的效率取决于： 曝气机的性能 曝气池的池形,这类曝气机的转动轴与水面平行,主要用于氧化沟 。,竖式曝气机,卧式曝气刷,泵 形,倒伞形,平板形,表面曝气机,倒

15、伞形机械曝气器,曝气转刷,转刷曝气机,测试中的曝气转碟,第三节 活性污泥法的发展和演变,传统活性污泥法 渐 减 曝 气 分 步 曝 气 完全混合法 浅 层 曝 气 深 层 曝 气 高负荷曝气或变形曝气 克 劳 斯 法 延 时 曝 气 接触稳定法 氧 化 沟 纯 氧 曝 气 活性污泥生物滤池（ABF工艺） 吸附生物降解工艺（AB法） 序批式活性污泥法（SBR法）,活性污泥法的多种运行方式,污水与回流污泥从池首端流入，呈推流式至池的末端流出。 进口处有机物浓度高，沿池长逐渐降低。 处理效率高，适用与大中型污水处理厂。 进水浓度不能过高，抗冲击负荷能力较差。 需氧量沿池长逐渐降低，可能造成前半段氧远

16、远不够，后半段供氧量超过需要。 体积负荷率低，曝气池庞大，占用土地较多，基建费用较高。,传统活性污泥法,传 统 曝 气,在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的。 实际情况是：前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要。 渐减曝气的目的就是合理地布置扩散器，使布气沿程变化，而总的空气量不变，这样可以提高处理效率。,渐 减 曝 气,把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水。,分 步 曝 气,分布曝气示意图,完 全 混 合 法,在分步曝气的基础上，进一步大大增加进水点，同时相应增加回流污泥并使其在曝气池中迅速混合，长条形池子中也能做到完全混合状态。,完全混合的概念,（1）池液中各

17、个部分的微生物种类和数量基本相同，生活环境也基本相同。 （2）入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小，因为骤然增加的负荷可为全池混合液所分担，而不是像推流中仅仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种意义上来讲，是一个大的缓冲器和均和池，在工业污水的处理中有一定优点。 （3）池液里各个部分的需氧量比较均匀。 （4）操作灵活，可以通过改变F：M值，使其工作点处于污泥增长曲线上所期望的某一点，从而可以得到所期望的出水水质。,完全混合法的特征,完 全 混 合 法,浅 层 曝 气,特点：气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率是最大的。在水的浅层处用大量空气进行曝气，就可以获得较高的氧传递速率。,1953年派斯

18、维尔（Pasveer）的研究：氧在10静止水中的传递特征，如下图所示。,浅 层 曝 气,扩散器的深度以在水面以下0.60.8m范围为宜，可以节省动力费用，动力效率可达1.82.6kg（O2） / kWh。 可以用一般的离心鼓风机。 浅层曝气与一般曝气相比，空气量增大，但风压仅为一般曝气的1/41/6左右，约10kPa，故电耗略有下降。 曝气池水深一般34m，深宽比1.01.3，气量比3040m3/（m3 H2O.h）。 浅层池适用于中小型规模的污水厂。 由于布气系统进行维修上的困难，没有得到推广利用。,深 层 曝 气,深井曝气法处理流程,深井曝气池简图,一般曝气池直径约16m，水深约1020m。深井曝气法深度为50150m，节省了用地面积。 在深井中可利用空气作为动力，促使液流循环。 深井曝气法中，活性污泥经受压力变化较大，实践表明这时微生物的活性和代谢能力并无异常变化，但合成和能量分配有一定的变化。 深井曝气池内，气液紊流大，液膜更新快，促使KLa值增大，同时气液接触时间延长，溶解氧的饱和度也由深度的增加而增加。 当井壁腐蚀或受损时，污水可能会通过井壁渗透，污染地下水。,深 层 曝 气,部分污水厂只需要部分处理，因此产生了高负荷曝气法。 曝气池中的MLSS约为