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1,活性污泥法,一、活性污泥法起源,1.1活性污泥法背景18世紀(jì)60年代歐洲工業(yè)革命，工業(yè)和城市化快速發(fā)展，大量的工業(yè)廢水、生活污水未經(jīng)處理直接排入水體，成為當(dāng)時(shí)污染最為嚴(yán)重的地區(qū)。,圖11858年，倫敦發(fā)生“大惡臭(TheGreatStink)”事件,1.2活性污泥法起源大事記1865年，英國成立河流污染皇家委員會(huì)1898年，成立污水處理皇家委員會(huì)，是污水處理技術(shù)發(fā)展的里程碑事件1908年，污水處理皇家委員會(huì)提出著名的“30:20(SS:30mg/L、BOD:20mg/L)+完全硝化”出水標(biāo)準(zhǔn)，1912年該標(biāo)準(zhǔn)被采納，當(dāng)時(shí)被視為污水處理工藝發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)。,1.3活性污泥法發(fā)明過程第一階段：認(rèn)識(shí)到氧氣對(duì)污水凈化的作用1882年，英國的安格斯史密斯博士嘗試向污水中鼓入空氣，發(fā)現(xiàn)在任何情況下曝氣都會(huì)使污水腐敗延遲，且更易形成硝酸鹽氮。1891~1898年，英國人洛可克在著名的勞倫斯試驗(yàn)站，采用生物濾池對(duì)污水進(jìn)行了類似的曝氣研究。1897年，英國曼徹斯特大學(xué)吉爾伯特福勒教授進(jìn)行了污水曝氣試驗(yàn)，產(chǎn)生了清澈的出水；同時(shí)也產(chǎn)生了快速沉淀的顆粒物，但福勒當(dāng)時(shí)認(rèn)為這些沉淀物是試驗(yàn)的失敗之處。,結(jié)論：認(rèn)識(shí)到氧的存在會(huì)使污水中的物質(zhì)得到良好降解，但污水處理效率的提高卻收效甚微。,1.3活性污泥法發(fā)明過程第二階段：認(rèn)識(shí)到活性污泥對(duì)污水的凈化作用1911年，勞倫斯試驗(yàn)站的首席化學(xué)家克拉克(Clark)和蓋奇(Gage)進(jìn)行污水曝氣實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著污水的不斷加入和曝氣時(shí)間的增長，池內(nèi)出現(xiàn)了絮狀沉淀物；并發(fā)現(xiàn)當(dāng)曝氣停止后，隨著沉淀物排出，出水開始變清。--首次發(fā)現(xiàn)了絮狀沉淀物對(duì)污水的凈化作用。1913年，英國曼徹斯特戴維漢姆實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)工程師阿登(Arden)和洛克(Locket)特進(jìn)行了曝氣實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室過程中未將絮狀物排出，而是把絮狀物留存下來繼續(xù)曝氣，發(fā)現(xiàn)污水凈化周期從初始的3周減少到24h內(nèi)。--首次驗(yàn)證了絮狀沉淀物對(duì)污水的凈化作用。,阿登在《無需濾池的污水氧化試驗(yàn)1》一文中首次提出“活性污泥”的概念，對(duì)活性污泥的發(fā)明具有劃時(shí)代的意義,6,什么是活性污泥法？,以活性污泥為主體的污水生物處理技術(shù)。本質(zhì)：天然水體自凈化作用的人工強(qiáng)化，是好氧生物處理過程。應(yīng)用：去除污水中溶解和膠體狀態(tài)的可生物降解有機(jī)物。,7,（一）什么是活性污泥？,由細(xì)菌、菌膠團(tuán)、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等微生物群體及吸附的污水中有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)組成的、有一定活力的、具有良好的凈化污水功能的絮絨狀污泥。,一、活性污泥,8,8,一組活性污泥圖片,9,（二）曝氣池活性污泥的性狀,1、正常,10,（二）活性污泥的性狀,供氧不足或厭氧,黑色,灰白色,供養(yǎng)過多或營養(yǎng)不足,1、不正常,11,11,曝氣池,12,12,13,13,曝氣池出水堰,14,14,曝氣池混合液配水進(jìn)入二沉池,15,1、棲息著的微生物,（三）活性污泥的組成,大量的細(xì)菌,真菌,原生動(dòng)物,后生動(dòng)物,除活性微生物外，活性污泥還挾帶著來自污水的有機(jī)物、無機(jī)懸浮物、膠體物；活性污泥中棲息的微生物以好氧微生物為主，是一個(gè)以細(xì)菌為主體的群體，除細(xì)菌外,還有酵母菌、放線菌、霉菌以及原生動(dòng)物和后生動(dòng)物?；钚晕勰嘀屑?xì)菌含量一般在107～108個(gè)/mL；原生動(dòng)物103個(gè)/mL，原生動(dòng)物中以纖毛蟲居多數(shù)，固著型纖毛蟲可作為指示生物，固著型纖毛蟲如鐘蟲、等枝蟲、蓋纖蟲、獨(dú)縮蟲、聚縮蟲等出現(xiàn)且數(shù)量較多時(shí)，說明培養(yǎng)成熟且活性良好。,2、干固體和水分,含水98％~99％,干固體1％~2%,MLSS,,,16,按McKinney的分析：,混合液懸浮固體：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii,式中：Ma——有活性的微生物；,Me——微生物自身氧化殘留物，即內(nèi)源代謝殘留的微生物有機(jī)體;,Mi——有機(jī)污染物，吸附在污泥上未被降解；,Mii——無機(jī)懸浮固體，吸附在污泥上。,3、活性污泥的組成：,有活性的微生物存在形態(tài)——菌膠團(tuán)：由細(xì)菌分泌的多糖類物質(zhì)將細(xì)菌等包覆成的粘性團(tuán)塊。,17,4、按有機(jī)性和無機(jī)性成分：,MLSS,,MLVSS:70%,MLNVSS:30%,MLSS——混合液懸浮固體濃度，也叫污泥濃度（g/L)，MLVSS——混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度，表示混合液懸浮固體中有機(jī)物含量，但不僅是微生物的量，由于測定方便，目前還是近似用于表示污泥。MLNVSS——灼燒殘量，表示無機(jī)物含量。,MLVSS:一般范圍為55％~75％，,即MLVSS/MLSS=0.7~0.8，,18,污泥沉降比：SV,（四）活性污泥的沉降濃縮性能,取混合液至1000mL或100mL量筒，靜止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的體積，以占混合液體積的比例（%）表示污泥沉降比。可反映污泥的沉降性能。,污泥沉淀30min后密度接近最大，故SV可反映沉降性能。能反映污泥膨脹等異常情況，可控制剩余污泥的排放量。城市污水正常值為15%～30%左右。簡單易行但SV不能確切表示污泥沉降性能。,19,19,污泥體積指數(shù)：SVI(污泥指數(shù)、污泥容積指數(shù),曝氣池出口處出混合液，經(jīng)30分鐘靜沉后，每g干泥所形成的濕污泥的體積，簡稱污泥指數(shù)，單位為mL/g。,反映污泥的凝聚、沉降性能。SVI應(yīng)在100～150（有說70～100）。影響SVI的最重要的因素是微生物群體所在的增殖期。太高，沉降性能差，可能膨脹；太低，可能處在內(nèi)源呼吸期，泥粒細(xì)小而緊密，易沉降，活性差，無機(jī)物多。實(shí)際運(yùn)行中，一般用SV了解SVI，因?yàn)槠貧獬豈LSS變化不大。,20,6、污泥齡(SRT)θc：是指微生物平均停留時(shí)間，實(shí)質(zhì)上是反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的微生物全部更新一次所用的時(shí)間，在工程上，就是指反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)微生物總量與每日排出的剩余微生物量的比值。以θC表示，單位為d。定義式為,（X)T——曝氣池中活性污泥總質(zhì)量，kg（ΔX/Δt)T——每天從系統(tǒng)中排出的活性污泥質(zhì)量,kg/d,21,（1）含義：對(duì)于一定量的基質(zhì)，達(dá)到一定處理效率所需要的微生物的量;對(duì)于一定進(jìn)水濃度的污水（S0）只有合理選擇污泥濃度（X）和恰當(dāng)?shù)奈勰嘭?fù)荷Ls才能達(dá)到指定的處理效率；污泥負(fù)荷決定活性污泥的生長階段；Ls決定活性污泥的凝聚、沉降和系統(tǒng)的處理效率。,【7】污泥負(fù)荷,22,指曝氣池的單位容積，在單位時(shí)間內(nèi)所能夠接受，并將其降解到某一規(guī)定額數(shù)的BOD5的質(zhì)量，即:,式中：Lv——容積負(fù)荷，kg(BOD5)/(m3d)。,【8】容積負(fù)荷,實(shí)際計(jì)算:X、Ls、Lv可查p118表12-1.對(duì)于某些工業(yè)污水，試驗(yàn)確定X、Ls、Lv污泥負(fù)荷法應(yīng)用方便，但需要一定的經(jīng)驗(yàn)。,23,23,二.活性污泥法的基本流程,24,三、活性污泥降解污水中有機(jī)物的過程,活性污泥在曝氣過程中，對(duì)有機(jī)物的降解（去除）過程可分為兩個(gè)階段：,吸附階段,穩(wěn)定階段,由于活性污泥具有巨大的表面積，而表面上含有多糖類的黏性物質(zhì)，導(dǎo)致污水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去。,主要是轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機(jī)物為微生物所利用。,25,第二節(jié)活性污泥法數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ),26,莫諾特（Monod）模式方程式,研究微生物的比生長速率與底物的濃度之間的關(guān)系——探討微生物生長動(dòng)力學(xué),27,微生物增長速度和微生物本身的濃度、底物濃度之間的關(guān)系是廢水生物處理中的一個(gè)重要課題。有多種模式反映這一關(guān)系。當(dāng)前公認(rèn)的是莫諾特方程式：式中：S——限制微生物增長的底物濃度，mg/L；μ——微生物比增長速度，即單位生物量的增長速度。,,,,,微生物實(shí)際增長模型：,其中μmax為最大比生長速率(T-1);Ks為微生物生長速率為最大比生長速率1/2時(shí)的基質(zhì)濃度(g/L);Kd為微生物內(nèi)源衰減速率,,微生物實(shí)際增長模型（考慮衰亡）,29,在生化反應(yīng)中，反應(yīng)速度是指單位時(shí)間里底物的減少量、最終產(chǎn)物的增加量或細(xì)胞的增加量。在廢水生物處理中，是以單位時(shí)間里底物的減少或細(xì)胞的增加來表示生化反應(yīng)速度。圖中的生化反應(yīng)可以用下式表示：即該式反映了底物減少速率和細(xì)胞增長速率之間的關(guān)系，是廢水生物處理中研究生化反應(yīng)過程的一個(gè)重要規(guī)律。,及,式中：反應(yīng)系數(shù)又稱產(chǎn)率系數(shù)，mg（生物量）/mg（降解的底物）,,,,,基質(zhì)降解模型：,其中μmax為最大比生長速率(T-1);Ks為微生物生長速率為最大比生長速率1/2時(shí)的基質(zhì)濃度(g/L);Kd為微生物內(nèi)源衰減速率,,基質(zhì)降解速率模型,31,,微生物增長與底物降解的基本關(guān)系式,式中：,Y——產(chǎn)率系數(shù)；Kd——內(nèi)源呼吸（或衰減）系數(shù)；X——反應(yīng)器中微生物濃度。,32,在實(shí)際工程中,產(chǎn)率系數(shù)（微生物增長系數(shù)）Y常以實(shí)際測得的觀測產(chǎn)率系數(shù)（微生物凈增長系數(shù)）Yobs代替。故式從上式得：式中：μ′為微生物比凈增長速度。上列諸式表達(dá)了生物反應(yīng)處理器內(nèi),微生物的凈增長和底物降解之間的基本關(guān)系，亦可稱廢水微生物處理工程基本數(shù)學(xué)模式。,或,反應(yīng)器動(dòng)力學(xué)-物料平衡,如何建立物料平衡方程？關(guān)鍵步驟：第一步：確定處理系統(tǒng)的組成第二步：必須確定控制單元第三步：建立某一種物質(zhì)組分物料平衡方程總原則：一個(gè)物料方程只能針對(duì)一種成分?。?反應(yīng)器動(dòng)力學(xué)-物料平衡,Q=Qin-Qout+QpQ-控制單元內(nèi)物質(zhì)累積速率Qin-物質(zhì)流進(jìn)速率Qout-物質(zhì)流進(jìn)速率Qp-物質(zhì)產(chǎn)生速率,控制單元內(nèi)某成分物料平衡總方程：,,Qin,Qout,Qp,,某控制單元內(nèi)某組分物料圖,間歇反應(yīng)器動(dòng)力學(xué)模型,Q=Qin-Qout+Qp其中Qin=0,Qout=0,以反應(yīng)器中底物降解與微生物生長為例：,,Qin,Qout,Qproduce,,某控制單元內(nèi)某組分物料圖,,控制單元內(nèi)只需考慮反應(yīng)器內(nèi)部底物的降解和微生物積累，無外源添加或排出。,,,,,間歇反應(yīng)器污染物降解與微生物增長動(dòng)力學(xué)模型:,微生物增長模型：,其中μmax為最大比生長速率(T-1);K為微生物生長速率為最大比生長速率1/2時(shí)的基質(zhì)濃度(g/L);b為微生物內(nèi)源衰減速率,,,,,,,間歇反應(yīng)器動(dòng)力學(xué)模型,,,,從底物S降解和微生物Xa增長方程，可以看出兩者均隨時(shí)間t變化，同時(shí)又相互依賴,由于Monod方程為非線性方向,無法得到底物S或微生X與反應(yīng)t分析解,底物降解：,微生物增長：,,,,,,間歇反應(yīng)器底物降解動(dòng)力學(xué)模型求解：,,,,,,,,,,,,,,,,,,根據(jù)邊界條件(S(0)=S0;Xa(0)=Xa0)，，可得出污水間歇處理系統(tǒng)中反應(yīng)時(shí)間t-底物濃度S函數(shù)關(guān)系圖（S-t關(guān)系太過復(fù)雜）,污水間歇處理系統(tǒng)中，初始微生物接種濃度Xa0對(duì)微生物生長和底物降解影響顯著接種污泥初始濃度過低，可顯著增加污水凈化所需時(shí)間，從而增大整個(gè)反應(yīng)器體積和造價(jià),,,,,,,間歇反應(yīng)器底物降解動(dòng)力學(xué)模型求解：,40,第三節(jié)活性污泥法的發(fā)展,活性污泥法典型工藝組成,典型好氧活性污泥法處理工藝流程,工藝主要組成部分及功能,1、生化反應(yīng)池:通過生化池中的微生物群落（活性污泥）多種物理（吸附、絡(luò)合、沉淀）或生長代謝（主要化能異養(yǎng)、化能自養(yǎng)），實(shí)現(xiàn)廢水中有機(jī)物降解去除。,2、供氣或曝氣系統(tǒng):由曝氣風(fēng)機(jī)或曝氣器為微生物呼吸作用提供足夠的溶解氧，是整個(gè)工藝的主要能耗部分。,3、沉淀/回流系統(tǒng):1）進(jìn)行泥水分離，保證出水水質(zhì)；2）保證回流污泥，維持曝氣池內(nèi)的污泥濃度。,43,封閉環(huán)流式,序批式,活性污泥法曝氣反應(yīng)池的基本形式,其他曝氣池基本上是這四種池型的組合或變形,44,1、推流式曝氣池,工藝流程：見p107,水流：推流型底物濃度分布：進(jìn)口最高，沿池長逐漸降低，出口端最低。理想推流：橫斷面上濃度均勻，縱向無摻混,45,根據(jù)橫斷面上的水流情況，可分為,,,平流推移式,旋轉(zhuǎn)推移式,46,46,推流式曝氣池,47,47,推流式曝氣池,48,2.完全混合曝氣池,池形,根據(jù)和沉淀池的關(guān)系,圓形,方形,矩形,分建式,合建式,49,,50,污水與回流污泥在進(jìn)入曝氣池后，立即與池中的混合液完全混合池中微生物的種類和濃度、底物濃度需氧速率各點(diǎn)相同——與推流式不同；對(duì)沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)能力；出水水質(zhì)不及傳統(tǒng)法。,完全混合法的特征,完全混合法,51,51,曝氣池的三種池型,52,52,機(jī)械曝氣完全混合曝氣池,53,53,鼓風(fēng)曝氣完全混合曝氣池,54,54,局部完全混合推流式曝氣池,55,55,,3.封閉環(huán)流式反應(yīng)池,結(jié)合了推流和完全混合兩種流態(tài)與推流式的區(qū)別:污水有40～300次循環(huán),56,4.序批式反應(yīng)池（SBR）,SBR工藝的基本運(yùn)行模式由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置五個(gè)基本過程組成，從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個(gè)周期，在每個(gè)周期里上述過程都是在一個(gè)設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行的。,57,(1)工藝系統(tǒng)組成簡單，不設(shè)二沉池，曝氣池兼具二沉池的功能，無污泥回流設(shè)備；(2)耐沖擊負(fù)荷，在一般情況下（包括工業(yè)污水處理）無需設(shè)置調(diào)節(jié)池；(3)反應(yīng)推動(dòng)力大,易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質(zhì);(4)運(yùn)行操作靈活，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)各單元操作的狀態(tài)可達(dá)到脫氮除磷的效果；(5)污泥沉淀性能好,SVI值較低,能有效地防止絲狀菌膨脹;(6)該工藝的各操作階段及各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)可通過計(jì)算機(jī)加以控制，便于自控運(yùn)行，易于維護(hù)管理。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝與連續(xù)流活性污泥工藝相比的優(yōu)點(diǎn),58,(1)容積利用率低；(2)水頭損失大；(3)出水不連續(xù)；(4)峰值需氧量高；(5)設(shè)備利用率低；(6)運(yùn)行控制復(fù)雜；(7)不適用于大水量。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝的缺點(diǎn),59,傳統(tǒng)活性污泥法漸減曝氣分步曝氣完全混合法淺層曝氣深層曝氣高負(fù)荷曝氣或變形曝氣克勞斯法延時(shí)曝氣接觸穩(wěn)定法氧化溝純氧曝氣活性污泥生物濾池（ABF工藝）吸附－生物降解工藝（AB法）序批式活性污泥法（SBR法）,二、活性污泥法的發(fā)展和演變,有機(jī)物去除和氨氮硝化,60,,一般采用3～5條廊道。充氧設(shè)備沿池長均勻分布。在推流式的傳統(tǒng)曝氣池中，混合液的需氧量在長度方向是逐步下降的。前半段氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，后半段供氧量超過需要，而充氧設(shè)備沿池長均勻分布。易受沖擊負(fù)荷的影響，適應(yīng)水質(zhì)水量變化的能力差：污泥進(jìn)入池后不能立即與混合液充分混合。,1、傳統(tǒng)推流式,61,62,2、漸減曝氣：特征：充氧設(shè)備沿池長布置與需氧量匹配。節(jié)能,63,,在推流式的傳統(tǒng)曝氣池中，混合液的需氧量在長度方向是逐步下降的。實(shí)際情況是：前半段氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，后半段供氧量超過需要。漸減曝氣的目的就是合理地布置擴(kuò)散器，使布?xì)庋爻套兓?，而總的空氣量不變，這樣可以提高處理效率。,漸減曝氣,64,特征:把入流的一部分從池端引入到池的中部分點(diǎn)進(jìn)水。優(yōu)點(diǎn)：均衡了污染負(fù)荷和需氧率提高了耐沖擊負(fù)荷的能力,3、階段曝氣（分步曝氣）,階段曝氣示意圖,65,部分污水廠只需要部分處理，因此產(chǎn)生了高負(fù)荷曝氣法。曝氣池構(gòu)造與傳統(tǒng)推流式相同。曝氣時(shí)間比較短，約為1.5～3h，BOD5處理效率僅約70%～75％左右。活性污泥處于旺盛生長期。,4.高負(fù)荷曝氣（改良曝氣）,66,,延時(shí)曝氣的特點(diǎn)：曝氣時(shí)間很長，達(dá)24h甚至更長，MLSS較高，達(dá)到3000～6000mg/L；活性污泥在時(shí)間和空間上部分處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)，剩余污泥主要是一些難于生物降解的微生物內(nèi)源代謝殘留物，少而穩(wěn)定，無需消化，可直接排放；適用于污水量很小的場合，近年來，國內(nèi)小型污水處理系統(tǒng)多有使用。耐沖擊負(fù)荷，無需初沉池，缺點(diǎn)：池體積大，基建費(fèi)運(yùn)行費(fèi)高,5、延時(shí)曝氣,67,67,,68,6.接觸穩(wěn)定法（吸附再生法）,混合液曝氣過程中第一階段BOD5的下降是由于吸附作用造成的，對(duì)于溶解的有機(jī)物，吸附作用不大或沒有，因此，把這種方法稱為接觸穩(wěn)定法，也叫吸附再生法。,,間隔較短時(shí)間測得的曲線，下降由吸附引起,間隔較長時(shí)間測得的曲線,69,,直接用于原污水的處理比用于初沉池的出流處理效果好；可省去初沉池；此方法接觸時(shí)間短，氨氮難硝化，不適于處理溶解性有機(jī)污染物廢水，剩余污泥量多。,接觸穩(wěn)定法,,混合液的曝氣完成了吸附作用，回流污泥的曝氣完成了污泥再生。,回流污泥的曝氣使污泥再生,曝氣的同時(shí)吸附,70,,7.吸附－生物降解工藝（AB法）,71,特征：分為預(yù)處理段、A級(jí)和B級(jí)三段，無初沉池A級(jí)以高負(fù)荷或超高負(fù)荷運(yùn)行，B級(jí)以低負(fù)荷運(yùn)行，A級(jí)曝氣池停留時(shí)間短，30～60min，B級(jí)停留時(shí)間2～4h。該系統(tǒng)不設(shè)初沉池，A級(jí)曝氣池是一個(gè)開放性的生物系統(tǒng)。A、B兩級(jí)各自有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)，兩級(jí)的污泥互不相混。處理效果穩(wěn)定，具有抗沖擊負(fù)荷和pH變化的能力。該工藝還可以根據(jù)經(jīng)濟(jì)實(shí)力進(jìn)行分期建設(shè)。,7.吸附－生物降解工藝（AB法）,72,8.完全混合法,長條形池子的完全混合法：在分步曝氣的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步大大增加進(jìn)水點(diǎn)，同時(shí)相應(yīng)增加回流污泥并使其在曝氣池中迅速混合，長條形池子中也能做到完全混合狀態(tài)。,73,,74,（1）池液中各個(gè)部分的微生物種類和數(shù)量基本相同，生活環(huán)境也基本相同。（2）入流出現(xiàn)沖擊負(fù)荷時(shí)，池液的組成變化也較小，因?yàn)轶E然增加的負(fù)荷可為全池混合液所分擔(dān)，而不是像推流中僅僅由部分回流污泥來承擔(dān)。完全混合池從某種意義上來講，是一個(gè)大的緩沖器和均和池，在工業(yè)污水的處理中有一定優(yōu)點(diǎn)。（3）池液里各個(gè)部分的需氧量比較均勻。,完全混合法的特征,完全混合法,75,75,9.深層曝氣,深井曝氣法處理流程,深井曝氣池簡圖,,,76,76,一般深層曝氣池直徑約1~6m，水深約10～20m。但深井曝氣法深度可達(dá)150～300m，節(jié)省了用地面積。在深井中可利用空氣作為動(dòng)力，促使液流循環(huán)。深井曝氣法中，活性污泥經(jīng)受壓力變化較大，實(shí)踐表明這時(shí)微生物的活性和代謝能力并無異常變化，但合成和能量分配有一定的變化。深井曝氣池內(nèi)，氣液紊流大，液膜更新快，促使KLa值增大，同時(shí)氣液接觸時(shí)間延長，溶解氧的飽和度也隨深度的增加而增加。需解決的問題：當(dāng)井壁腐蝕或受損時(shí)，污水可能會(huì)通過井壁滲透，污染地下水。,深層曝氣,普通曝氣池經(jīng)濟(jì)深度：5～6m，占地面積大。,77,純氧代替空氣，可以提高生物處理的速度。純氧曝氣池的構(gòu)造見右圖。,10.純氧曝氣,缺點(diǎn)：純氧發(fā)生器容易出現(xiàn)故障，裝置復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)管理較麻煩。,在密閉的容器中，溶解氧的飽和度可提高，氧溶解的推動(dòng)力也隨著提高，氧傳遞速率增加了，因而處理效果好，污泥的沉淀性也好。純氧曝氣并沒有改變活性污泥或微生物的性質(zhì)，但使微生物充分發(fā)揮了作用。,,采用密閉池,78,,79,,氧化溝是延時(shí)曝氣法的一種特殊形式，它的池體狹長，池深較淺，在溝槽中設(shè)有表面曝氣裝置。曝氣裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)溝內(nèi)液體迅速流動(dòng)，具有曝氣和攪拌兩個(gè)作用，溝中混合液流速約為0.3～0.6m/s，使活性污泥呈懸浮狀態(tài)。5～15min完成一次循環(huán)。廊道水流呈推流式，但總體接近完全混合反應(yīng)器,12.氧化溝,,80,81,13.淺層曝氣,特點(diǎn)：氣泡形成和破裂瞬間的氧傳遞速率是最大的。在水的淺層處用大量空氣進(jìn)行曝氣，就可以獲得較高的氧傳遞速率。,1953年派斯維爾（Pasveer）的研究：氧在10℃靜止水中的傳遞特征，如下圖所示。,,82,淺層曝氣,擴(kuò)散器的深度以在水面以下0.6～0.8m范圍為宜，可以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用，動(dòng)力效率可達(dá)1.8～2.6kg（O2）/kWh?？梢杂靡话愕碾x心鼓風(fēng)機(jī)。淺層曝氣與一般曝氣相比，空氣量增大，但風(fēng)壓僅為一般曝氣的1/4~1/6左右，約10kPa，故電耗略有下降。曝氣池水深一般3～4m，深寬比1.0～1.3，氣量比30～40m3/（m3H2O.h）。淺層池適用于中小型規(guī)模的污水廠。由于布?xì)庀到y(tǒng)進(jìn)行維修上的困難，沒有得到推廣利用。,83,14.活性污泥生物濾池（ABF工藝）,上圖為ABF的流程，在通常的活性污泥過程之前設(shè)置一個(gè)塔式濾池，它同曝氣池可以是串聯(lián)或并聯(lián)的。,,84,塔式濾池濾料表面附著很多的活性污泥，因此濾料的材質(zhì)和構(gòu)造不同于一般生物濾池。濾池也可以看作采用表面曝氣特殊形式的曝氣池，塔是一外置的強(qiáng)烈充氧器。因而ABF可以認(rèn)為是一種復(fù)合式活性污泥法。,活性污泥生物濾池（ABF工藝）,85,15.序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝的基本運(yùn)行模式由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置五個(gè)基本過程組成，從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個(gè)周期，在每個(gè)周期里上述過程都是在一個(gè)設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行的。,86,(1)工藝系統(tǒng)組成簡單，不設(shè)二沉池，曝氣池兼具二沉池的功能，無污泥回流設(shè)備；(2)耐沖擊負(fù)荷，在一般情況下（包括工業(yè)污水處理）無需設(shè)置調(diào)節(jié)池；(3)反應(yīng)推動(dòng)力大,易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質(zhì);(4)運(yùn)行操作靈活，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)各單元操作的狀態(tài)可達(dá)到脫氮除磷的效果；(5)污泥沉淀性能好,SVI值較低,能有效地防止絲狀菌膨脹;(6)該工藝的各操作階段及各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)可通過計(jì)算機(jī)加以控制，便于自控運(yùn)行，易于維護(hù)管理。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝與連續(xù)流活性污泥工藝相比的優(yōu)點(diǎn),87,(1)容積利用率低；(2)水頭損失大；(3)出水不連續(xù)；(4)峰值需氧量高；(5)設(shè)備利用率低；(6)運(yùn)行控制復(fù)雜；(7)不適用于大水量。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝的缺點(diǎn),88,第四節(jié)氣體傳遞原理和曝設(shè)備,89,活性污泥：引起吸附和氧化分解作用；,有機(jī)物：是處理對(duì)象，也是微生物的食料；,溶解氧：沒有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能發(fā)揮氧化分解作用。,90,一、氣體傳遞原理,雙膜理論①認(rèn)為在氣液界面存在著二層做層流流動(dòng)的膜：氣膜和液膜。②傳質(zhì)阻力僅存于這兩層膜。氣液界面達(dá)到平衡態(tài)，無阻力。③傳質(zhì)推動(dòng)力氣膜：氧分壓差液膜：氧濃度差④氧的傳質(zhì)阻力主要在液膜上，故液膜內(nèi)的氧的傳質(zhì)是控制步驟。,,91,在廢水生物處理系統(tǒng)中，氧的傳遞速率可用下式表示：,式中：dM/dt——氧傳遞率；M——氧的質(zhì)量；D——液膜中氧的擴(kuò)散系數(shù)；A——?dú)庖航佑|面的面積；cs——氧在溶液中的飽和濃度；c——溶液中溶解氧的濃度。而dM=Vdc，V為液相主體體積，則上式可改寫成：,為液膜中氧分子的傳質(zhì)系數(shù)。,表示氧分子的總傳質(zhì)系數(shù)。,為氧轉(zhuǎn)移速率——液相中溶解氧濃度變化速率,氧傳遞率：單位時(shí)間通過氣液界面的氧的質(zhì)量,92,由此上式變?yōu)椋簩⑸鲜竭M(jìn)行積分，可求得總的傳質(zhì)系數(shù)：,KLa值受污水水質(zhì)的影響，把用于清水測出的值用于污水，要采用修正系數(shù)α，同樣清水的cs值要用于污水要乘以系數(shù)β，因而上式變?yōu)椋?式中：,c1，c2——t1，t2時(shí)溶液中氧的濃度。,93,93,提高氧轉(zhuǎn)移速率的措施,提高KLa值提高紊流程度，降低液膜厚度；加速氣液界面的更新；微孔曝氣，增大氣液接觸面積。2.提高cs值提高氣相氧分壓，如采用純氧曝氣、深井曝氣。,94,,二、氧氣轉(zhuǎn)移影響因素（1）污水水質(zhì)污水中的雜質(zhì)對(duì)氧氣的轉(zhuǎn)移以及溶解度有一定影響，如表面活性物質(zhì)會(huì)形成一層膜，增加楚地阻力所以引入小于1的修正系α數(shù)，則有：,95,,（2）水溫水溫上升，水的粘度降低，液膜厚度減小，Kla值增高；氧氣在水中的溶解度隨溫度上升而降低。溫度對(duì)氧氣轉(zhuǎn)移有二種相反的影響，但不能相互抵消，總體上，低溫有利于氧氣的轉(zhuǎn)移。,96,（3）氧分壓氧分壓越高，越有利于氧氣的轉(zhuǎn)移。,97,曝氣的作用與曝氣方式,曝氣方式：1.鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)2.機(jī)械曝氣裝置：縱軸表面曝氣機(jī)、橫軸表面曝氣器3.鼓風(fēng)+機(jī)械曝氣系統(tǒng)4.其他：富氧曝氣、純氧曝氣,98,98,常用鼓風(fēng)機(jī)形式,99,微孔曝氣設(shè)備,圓盤式微孔擴(kuò)散器,管式微孔擴(kuò)散器,100,微孔曝氣盤,101,101,微孔曝氣管,102,102,微孔曝氣管,103,微孔曝氣設(shè)備測試,104,104,微孔曝氣設(shè)備安裝,105,105,微孔曝氣設(shè)備的運(yùn)行狀況,106,可變微孔曝氣器安裝,107,五龍口二期,108,機(jī)械曝氣：表面曝氣機(jī),109,機(jī)械曝氣：表面曝氣機(jī),曝氣的效率取決于：曝氣機(jī)的性能曝氣池的池形,這類曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與水面平行,主要用于氧化溝。,豎式曝氣機(jī),臥式曝氣刷,110,110,曝氣轉(zhuǎn)刷,111,112,112,測試中的曝氣轉(zhuǎn)碟,113,第五節(jié)去除有機(jī)污染物的活性污泥法過程設(shè)計(jì),114,114,活性污泥系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì),主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)進(jìn)出水質(zhì)的要求確定以下內(nèi)容（1）工藝流程選擇；（2）曝氣池容積和構(gòu)筑物尺寸的確定；（3）二沉池澄清區(qū)、污泥區(qū)的工藝設(shè)計(jì)；（4）供氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)：供氧量、曝氣設(shè)備選擇；（5）污泥回流設(shè)備設(shè)計(jì)：剩余污泥量。,主要依據(jù)：水質(zhì)水量資料生活污水或生活污水為主的城市污水：成熟設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)工業(yè)廢水：試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)參數(shù),115,污泥泥齡法,由于當(dāng)前兩種形式的曝氣池實(shí)際效果差不多，因而完全混合的計(jì)算模式也可用于推流式曝氣池的計(jì)算。,116,有機(jī)物負(fù)荷的兩種表示方法,117,1.有機(jī)負(fù)荷法,118,定義：指單位質(zhì)量活性污泥（干重）在單位時(shí)間內(nèi)所能夠接受，并將其降解到某一規(guī)定額數(shù)的BOD5量，即:,式中：Ls——污泥負(fù)荷率,kgBOD5/（kgMLVSSd）;Q——與曝氣時(shí)間相當(dāng)?shù)钠骄M(jìn)水流量，m3/d；S0——曝氣池進(jìn)水的平均BOD5值，mg/L；X——曝氣池中的污泥濃度，MLSS或MLVSS，mg/L,1)污泥負(fù)荷（污泥負(fù)荷率）,119,（1）含義：對(duì)于一定量的基質(zhì)，達(dá)到一定處理效率所需要的微生物的量;對(duì)于一定進(jìn)水濃度的污水（S0）只有合理選擇污泥濃度（X）和恰當(dāng)?shù)奈勰嘭?fù)荷Ls才能達(dá)到指定的處理效率；污泥負(fù)荷決定活性污泥的生長階段；Ls決定活性污泥的凝聚、沉降和系統(tǒng)的處理效率。,【1】污泥負(fù)荷,120,(2)曝氣池容積計(jì)算,①由Ls的定義式,②按《室外排水規(guī)范》的規(guī)定,式中：Se——曝氣池出水的平均BOD5值，mg/L；X——曝氣池中的污泥濃度，MLSS或MLVSS，mg/L,121,指曝氣池的單位容積，在單位時(shí)間內(nèi)所能夠接受，并將其降解到某一規(guī)定額數(shù)的BOD5的質(zhì)量，即:,式中：Lv——容積負(fù)荷，kg(BOD5)/(m3d)。,【2】容積負(fù)荷,實(shí)際計(jì)算:對(duì)于某些工業(yè)污水，試驗(yàn)確定X、Ls、Lv污泥負(fù)荷法應(yīng)用方便，但需要一定的經(jīng)驗(yàn)。,第七節(jié)活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的深化,122,,水質(zhì)特征的表征1、污水中C成分分析2、污水中N的組成3、污水中固體顆粒組成活性污泥法模型,123,124,第九節(jié)活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行與管理,125,水力負(fù)荷有機(jī)負(fù)荷微生物濃度曝氣時(shí)間微生物平均停留時(shí)間（MCRT）氧傳遞速率,回流污泥濃度污泥回流比曝氣池的構(gòu)造pH和堿度溶解氧濃度污泥膨脹及其控制,126,流向污水廠的流量變化,一、水力負(fù)荷,127,水力負(fù)荷的變化影響活性污泥法系統(tǒng)的曝氣池和二次沉淀池。當(dāng)流量增大時(shí)，污水在曝氣池內(nèi)的停留時(shí)間縮短，影響出水質(zhì)量，同時(shí)影響曝氣池的水位。若為機(jī)械表面曝氣機(jī)，由于水面的變化，它的運(yùn)行就變得不穩(wěn)定。對(duì)二次沉淀池造成水力沖擊影響。,一、水力負(fù)荷,128,二、有機(jī)負(fù)荷率N,污泥負(fù)荷率N和MLSS的設(shè)計(jì)值采用得大一些，曝氣池所需的體積可以小一些。但出水水質(zhì)要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥處置的費(fèi)用和困難，同時(shí)，整個(gè)處理系統(tǒng)較不耐沖擊，造成運(yùn)行中的困難。為避免剩余污泥處置上的困難和保持污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，可以采用低的污泥負(fù)荷率（<0.1），把曝氣池建得很大，這就是延時(shí)曝氣法。,曝氣區(qū)容積的計(jì)算，設(shè)計(jì)中要考慮的主要問題是如何確定污泥負(fù)荷率N和MLSS的設(shè)計(jì)值。,129,129,三、微生物濃度,在設(shè)計(jì)中采用高的MLSS并不能提高效益，原因如下：,130,四、曝氣時(shí)間,在通常情況下，城市污水的最短曝氣時(shí)間為3h，這與滿足曝氣池需氧速率有關(guān)。,131,五、微生物平均停留時(shí)間(MCRT)(又稱泥齡),,微生物平均停留時(shí)間至少等于水力停留時(shí)間，此時(shí)，曝氣池內(nèi)的微生物濃度很低，大部分微生物是充分分散的。,微生物的停留時(shí)間應(yīng)足夠長，促使微生物能很好地絮凝，以便重力分離，但不能過長，過長反而會(huì)使絮凝條件變差。,微生物平均停留時(shí)間還有助于說明活性污泥中微生物的組成。世代時(shí)間長于微生物平均停留時(shí)間的那些微生物幾乎不可能在該活性污泥中繁殖。,132,六、氧傳遞速率,氧傳遞速率要考慮二個(gè)過程,要提高氧的傳遞速率,133,七、回流污泥濃度,回流污泥濃度是活性污泥沉降特性和回流污泥回流速率的函數(shù)。按右圖進(jìn)行物料衡算，可推得下列關(guān)系式：,式中：X——曝氣池中的MLSS,mg/L;XR——回流污泥的懸浮固體濃度,mg/L;R——污泥回流比。,根據(jù)上式可知，曝氣池中的MLSS不可能高于回流污泥濃度，兩者愈接近，回流比愈大。限制MLSS值的主要因素是回流污泥的濃度。,,134,134,衡量活性污泥的沉降濃縮特性的指標(biāo)，它是指曝氣池混合液沉淀30min后，每單位質(zhì)量干泥形成的濕泥的體積，常用單位是mL/g。,（1）在曝氣池出口處取混合液試樣；（2）測定MLSS（g/L）；（3）把試樣放在一個(gè)1000mL的量筒中沉淀30min，讀出活性污泥的體積（mL）；（4）按下式計(jì)算：,活性污泥體積指數(shù)SVI,,SVI的測定,七、回流污泥濃度,135,八、污泥回流率,高的污泥回流率增大了進(jìn)入沉淀池的污泥流量，增加了二沉池的負(fù)荷，縮短了沉淀池的沉淀時(shí)間，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固體隨出流帶走。,活性污泥回流率的設(shè)計(jì)應(yīng)有彈性，并應(yīng)操作在可能的最低流量。這為沉淀池提供了最大穩(wěn)定性。,136,九、曝氣池的構(gòu)造,推流式曝氣池,完全混合式曝氣池,137,十、pH和堿度,138,十一、溶解氧濃度,通常溶解氧濃度不是一個(gè)關(guān)鍵因素，除非溶解氧濃度跌落到接近于零。只要細(xì)菌能獲得所需要的溶解氧來進(jìn)行代謝，其代謝速率就不受溶解氧的影響。,一般認(rèn)為混合液中溶解氧濃度應(yīng)保持在0.5～2mg/L，以保證活性污泥系統(tǒng)的正常運(yùn)行。,過分的曝氣使氧濃度得到提高，但由于紊動(dòng)過于劇烈，導(dǎo)致絮狀體破裂，使出水濁度升高。特別是對(duì)于好氧速度不快而泥齡偏長的系統(tǒng)，強(qiáng)烈混合使破碎的絮狀體不能很好地再凝聚。,139,十二、污泥膨脹及其控制,正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥體積指數(shù)SVI在50～150之間；當(dāng)活性污泥不正常時(shí)，污泥不易沉淀，反映在SVI值升高。混合液在1000mL量筒中沉淀30min后，污泥體積膨脹，上層澄清液減少，這種現(xiàn)象稱為活性污泥膨脹。,活性污泥膨脹可分為,140,絲狀菌性膨脹,當(dāng)污泥中有大量絲狀菌時(shí)，大量有一定強(qiáng)度的絲狀體相互支撐、交錯(cuò)，大大惡化了污泥的沉降、壓縮性能，形成了污泥膨脹。,141,絲狀菌性膨脹的主要因素,142,絲狀菌性膨脹的主要因素,污水水質(zhì),運(yùn)行條件,工藝方法,143,143,絲狀菌性膨脹的主要因素,污水水質(zhì),運(yùn)行條件,工藝方法,144,非絲狀菌性膨脹,非絲狀菌性膨脹主要發(fā)生在污水水溫較低而污泥負(fù)荷太高時(shí)。微生物的負(fù)荷高，細(xì)菌吸收了大量的營養(yǎng)物，但由于溫度低，代謝速度較慢，就積貯起大量高黏性的多糖類物質(zhì)。這些多糖類物質(zhì)的積貯，使活性污泥的表面附著水大大增加，使污泥形成污泥膨脹。,發(fā)生污泥非絲狀菌性膨脹時(shí)，處理效率仍很高，上清液也清澈。,145,在運(yùn)行中，如發(fā)生污泥膨脹，針對(duì)膨脹的類型和絲狀菌的特性，可采取的抑制措施：,146,146,在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于容易發(fā)生污泥膨脹的污水，可以采用以下一些方法：,