活性污泥法

会计学活性污泥法第1页/共148页污水的生化处理法按氧的利用方式不同：好氧生物处理厌氧生物处理按微生物在水中的集聚状态不同：悬浮生长系统固定膜系统第2页/共148页活性污泥法的基本概念与流程活性污泥的形态与活性污泥微生物3.活性污泥净化反应过程5-1活性污泥法的基本概念第3页/共148页当前应用最广泛的技术之一已有90多年的历史5-1活性污泥法的基本概念1.活性污泥法的基本概念与流程活性污泥法是利用某些微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团，大量絮凝和吸附废水中的污染物，并将这些物质摄入细胞体内，在有氧条件下，将这些物质同化为菌体本身的组分，或将这些物质氧化为二氧化碳、水等物质。这种具有活性的微生物菌胶团或絮状污泥颗粒的微生物群体即称为活性污泥。以活性污泥为主体的污水生物处理技术就叫活性污泥法。第4页/共148页　　活性污泥法的基本流程活性污泥反应器——曝气池核心二次沉淀池固液分离污泥回流系统补充微生物，接种曝气与空气扩散系统充氧、搅拌活性污泥法的基本流程系统清水二沉池剩余污泥曝气池回流污泥空气经预处理后的污水第5页/共148页（1）活性污泥的性状特征正常工作的活性污泥一般呈黄褐色絮状颗粒。有机物占75%-85%，主要为微生物，无机物占15-25%供氧不足或出现厌氧状态时呈黑色，供氧过多营养不足时呈灰白色。粒径：0.02-0.2mm较大比表面积：20-100cm2/mL含水率较高：＞99%比重：1.002-1.006(一般随含水率变化)固体物质：＜1%2.活性污泥的形态与活性污泥微生物第6页/共148页活性污泥的物质组成具有代谢功能活性的微生物群体（Ma）微生物内源代谢和自身氧化的残留物由原污水挟入的难降解有机物Mi由污水挟入的无机物MiiMe（也属于难降解有机物）第7页/共148页（2）活性污泥微生物及其作用活性污泥的微生物有细菌、霉菌、真菌、原生动物和后生动物等组成。细菌是活性污泥中最重要的成员，除一般的球菌、杆菌、螺旋菌外，还有许多比较高级的丝状细菌。活性污泥中的细菌以异养型的原核微生物——细菌为主。正常成熟的活性污泥上的细菌数量大致介于107~108个/mL　　在活性污泥处理系统中，有大量的原生动物和微型动物，它们以游离的细菌和有机微粒作为食物，因此可以起到提高出水水质的作用。原生动物和微型动物还可作为指示生物来推测废水处理的效果和系统运行是否正常。如果活性污泥系统运转不正常，出水水质差，则原生动物以游泳型的纤毛类为主，如草履虫（Paramecium）。如果运转正常，出水良好，原生动物则以固着的纤毛类为主，例如钟虫、累枝虫（Epistylis）等，并有后生动物出现，如轮虫、甲壳虫和线虫。第8页/共148页パラメシウム（ゾウリムシ）污泥性状不好时出现的一种原生动物草履虫第9页/共148页ボルティケラ污泥状态良好时常见到的一种原生动物钟虫第10页/共148页活性污泥法水处理过程微生物的增殖与变迁原生动物称之为活性污泥系统中的指示性生物。第11页/共148页活性污泥是高度富集的有机体，只有将其分离处理才能达到净化目的。减速增殖期（稳定期）污泥凝聚沉降性能好。对数增殖期微生物不受基质限制，细菌趋于以最大表面积的游离单体的形式存在于高浓度有机物废水中，污泥沉降性不好，不易分离，导致出水水质不好。常见于高有机负荷处理。活性污泥生长曲线与纯细菌生长曲线相似。比值F/M是重要参数。（3）活性污泥生长曲线适应期是微生物的细胞内各种酶系统对环境的适应过程。对数增长期减速增殖期a内源呼吸期量X0bcdS(BOD)（污泥）时间0氧的利用速度活性污泥增长曲线及其和有机污染物（BOD）降解、氧利用速度的关系（有机污染物一次投加）第12页/共148页内源呼吸阶段，微生物开始代谢菌胶团多糖体或自身原生质，处于饥饿状态，污泥较松散。活性污泥法废水处理，主要运行于减速增殖期。为了保证高稳定的出水，可适当进行内源呼吸阶段运行。（3）活性污泥生长曲线对数增长期减速增殖期a内源呼吸期量X0bcdS(BOD)（污泥）时间0氧的利用速度活性污泥增长曲线及其和有机污染物（BOD）降解、氧利用速度的关系（有机污染物一次投加）第13页/共148页3.活性污泥净化反应过程（1）初期吸附活性污泥有很大的比表面积，可以较高的速度吸附悬浮或胶体状污染物。一般在5-10min内，污水中的有机物可被大量去除。物理吸附与生物吸附的交织作用。生活污水处理中活性污泥在10-30分钟内可因吸附作用除去85％-90％的BOD;废水中的金属离子，有大约30％-90％能被活性污泥通过吸附除去。污水与活性污泥混和曝气后BOD5值的变化情况吸附阶段第14页/共148页（2）微生物代谢：微生物对有机物的氧化分解或代谢过程1〉氧化分解2〉合成代谢（合成新细胞）3〉内源代谢第15页/共148页（2）微生物代谢：微生物对有机物的氧化分解或代谢过程内源呼吸微生物对有机物的分解代谢与合成代谢及其产物的模式图第16页/共148页（3）凝聚沉淀二沉池内的泥水分离可降解有机物氧化1/32/3合成无机物＋能量新细胞物质残留物质无机物＋能量20％80％内源代谢微生物三项代谢活动之间的数量关系（麦金尼提出）第17页/共148页1．活性污泥净化反应影响因素2、活性污泥法的工作参数5-2活性污泥净化反应影响因素第18页/共148页1．活性污泥净化反应影响因素（1）营养物质活性污泥微生物的近似化学式为C5H7O2N，考虑磷的细胞分子式：C60H87O23N12P,原生动物的近似化学式为C7H14O3N。可按菌体的主要成分比例供给营养。研究者SawyerSimpsonMckinneyEekenfelderBOD:N:P100:4.3:190:5.3:180:5.0:1100:5.0:1营养物比例的某些研究结果5-2活性污泥净化反应影响因素第19页/共148页（5）有毒物质（2）溶解氧活性污泥法是好氧生物处理技术。但对溶解氧的要求并不严格，只要细菌能获得所需的溶解氧进行代谢，其代谢速率基本不受溶解氧浓度的影响。如果溶解氧浓度过低，就会影响代谢活动，使净化能力下降，还易于形成丝状菌占优，产生污泥膨胀现象。一般曝气池内的溶解氧应保持在2mg/L以上。（3）pH值适宜pH值为6.5-8.5之间。当pH降到4.5以下，原生动物消失，真菌优势，易产生污泥膨胀。pH超过8.5以后微生物代谢速率下降。微生物代谢活动可调节改变环境的pH值。对于pH值过大或过小的废水应作适当的预处理。（4）水温好氧处理的适宜温度为15℃-35℃。温度过高和过低时都可对污泥活性产生不利影响、BOD去除率降低。另外应避免温度的突然大幅度变化。一般应控制在±2℃以内。第20页/共148页评价活性污泥的工作状态，除了根据其中微生物种类、数量来判断外，还主要根据以下参数来分析控制活性污泥的处理过程。（1）混合液悬浮固体（MLSS，MixedLiquorSuspendedSolids）MLSS为1L曝气池混合液中所含悬浮固体的干重，单位为g/L或mg/L，一般活性污泥的MLSS控制在2g/L～4g/L。MLSS=Ma+Me+Mi+MiiMa:活性污泥中具有活性的细胞部分Me：微生物代谢残留物，这部分物质无活性难于生物降解。Mi：难于降解的有机物Mii:附着在活性污泥上的无机物（2）混合液挥发性悬浮固体（MLVSS，MixedLiquorVolatileSuspendedSolids）为1L混合液中所含挥发性悬浮固体（指能被完全燃烧的物质）的重量，单位用g/L表示，为MLSS中的有机物部分。一般城市污水的MLVSS与MLSS之比在0.75～0.85左右。　　2．活性污泥的运行参数有机物无机物(一)生物量指标第21页/共148页（1）污泥沉降比（SV）SV是指一定量的混合液静置30min以后，沉降的污泥体积与原混合液体积之比，以百分数表示。正常的污泥在静置30分钟后，可接近最大密度，所以SV反映了曝气池正常运行的污泥量。控制剩余污泥的排放量及时反映污泥膨胀等异常现象SV易测且便于说明问题，是评价活性污泥特征的重要指标。一般城市污水的SV值在15%～30%左右。SV应用1000mL或100mL量筒测定。（二）沉降性指标第22页/共148页SVI又称污泥指数，指曝气池混合液经30min静置沉降后污泥的体积与干重之比。SVI＝SVMLSS(g/mL)(mL/g)（2）污泥容积系数（SVI）它反映活性污泥的凝聚性和沉降性，一般SVI控制在70～100之间为好。SVI过低，沉降性能虽好，污泥活性差；SVI过高，表明污泥已发生膨胀。习惯上只称数字不带单位第23页/共148页V——曝气池容积m3X——曝气池的MLSS浓度kg/m3Q——废水流量m3/dQw——污泥排出量m3/dXr——排放污泥浓度kg/m3Xe——净化水的污泥浓度kg/m3（Xr）max——最大排放污泥浓度mg/Lθc=V·X(Q-Qw)Xe+Qw·Xr≈V·XQw·Xr污泥龄值高，意味着F/M低、池容积大，效率低。但由于必须考虑细菌世代时间、排放污泥量和出水质量，θc也不能过小。一般θc为3-10天，为较好的除去可溶性有机物应采用较小的θc，为使污泥有较好的沉降性应采用中等大小的θc，为减少污泥排放量应采用较长的θc。曝气池中工作的活性污泥总量与每日排放的（剩余）污泥量之比。又称微生物/或细胞/或生物固体平均停留时间（SRT），单位:d（三）污泥龄（sludgeage）水力停留时间（HRT）第24页/共148页（四）BOD—污泥负荷与BOD—容积负荷（1）BOD—污泥负荷（Ns）指单位时间内，单位重量的活性污泥所能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物量，kg（BOD）/kg（MLSS）·d。污泥负荷也可称为食物与微生物比值，即F/M，工程上用BOD-污泥负荷（Ns）。Ns过高会引起污泥膨胀，一般Ns取值在0.3d-1～0.6d-1之间。F——指BOD、COD（有机物或营养物）Sa——进水BOD，mg/LM——污泥，一般以MLVSS表示Se——出水BOD，mg/LQ——污水流量，m3/dX——MLSS，mg/LV——曝气池容积，m3Sr——去除BOD，mg/LNs——BOD-污泥负荷Nrs——BOD-污泥去除负荷区别第25页/共148页（四）BOD—污泥负荷与BOD—容积负荷（2）BOD—容积负荷率（Nv）指单位曝气池容积，在单位时间内能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物量（BOD），kg（BOD）/m3·d。则第26页/共148页污泥负荷过低时，可因两种情况引起SVI升高：其一是营养物不足时，比表面积大的丝状菌生长快、占主要优势，造成SVI升高；其二是形成菌胶团的细胞外多糖基质被细菌作为营养消耗，絮粒小，SVI升高。污泥负荷过高时，微生物营养非常丰富，游离菌生长有利，菌胶团细菌趋于解絮成单体游离菌，以增加比表面，也会使SVI升高。避免BOD污泥负荷介于0.5-1.5kg/(kgMLSS∙d)污泥容积系数（SVI）与污泥负荷的相关关系01002005004003002.52.01.01.50.50SVI(mL/g)高负荷一般负荷低负荷BOD-污泥负荷率(kgBOD/kgMLSS·d)污泥负荷与SVI值之间的关系第27页/共148页（五）有机物降解与活性污泥增长污水中的有机物得到降解去除，同时活性污泥得到增长。（1）活性污泥微生物在曝气池内每日净增殖量ΔX（kg/d）是微生物合成反应和内源代谢的综合结果，即式中：a——污泥产率（污泥转换率）Sr——污水中被降解、去除的有机污染物的浓度（BOD），kg/m3X——曝气池混合液的活性污泥浓度，MLSS,kg/m3b——自身氧化率（衰减系数），d－1（15）（16）Sa——原水中有机污染物的浓度（BOD），kg/m3Sb——出水中有机污染物的浓度（BOD），kg/m3计算剩余污泥量第28页/共148页式中：Y——污泥产率系数；Kd——微生物自身氧化率（衰减系数），d-1；对于生活污水：Kd＝0.05～0.1Xv——MLVSSa、b一般在工程设计与运行中应用，并以MLSS为基准考虑Y、Kd一般在科研和学术探讨上应用，且以MLVSS为计算基准第29页/共148页将上式各项除以VXv得活性污泥微生物净增殖（也是剩余污泥量）的基本方程式：计算污泥龄或确定Y、Kd第30页/共148页（六）有机污染物降解与需氧量微生物对有机污染物的降解包括：氧化分解和合成、内源呼吸降解，故其需氧量为：式中：a′为微生物对有机污染物氧化分解的需氧率；b′为活性污泥自身氧化的需氧率。两边同除以VXv得或两边同除以QSr得可以看出：a．（27）式为单位重量活性污泥的耗氧量，与NS有关。b．（28）式为降解1kgBOD的需氧量，其与NS的倒数有关。NS负荷越高，泥龄越短，则降解单位BOD需氧量就越低。式中a′、b′可以通过一组试验结果作图求得(P113图4－10)。a′值：生活污水为0.4～0.53。b′值：介于0.11～0.188之间。O2＝a′QSr＋b′VXvO2/VXv=a′Nrs＋b′O2/QSr=a′＋b′1/Nrs（27）（28）第31页/共148页5-3活性污泥反应动力学基础1概述2莫诺方程式3劳伦斯——麦卡蒂方程式第32页/共148页1．概述对活性污泥反应动力学更深一层研讨的目的，是对反应机理进行研究。研讨的主要内容是：（1）有机底物的降解速度与有机底物浓度、活性污泥微生物量等因素之间的关系；（2）活性污泥微生物的增殖速度（亦即活性污泥的增长速度）与有机底物浓度、微生物量等因素之间的关系。第33页/共148页2．莫诺方程μ——微生物的比增殖速度，t-1S——有机底物浓度μmax——微生物最大比增殖速度，t-1υ——有机底物的比降解速度，t-1Ks——饱和常数，为当μ=½μmax时的底物浓度υmax——有机底物的最大比降解速度，t-1微生物的比增长速率纯菌种→单一基质纯酶→单一基质酶促反应中基质比降解速率第34页/共148页——有机底物降解速度2．莫诺方程（1）莫诺基本方程第35页/共148页推论：在高浓度有机物的条件下，有机底物以最大的速度进行降解，而与有机底物浓度无关，呈零级反应关系，S-S'区段。在高浓度有机物的条件下，有机底物的降解速度与污泥浓度（生物量）有关，并呈一级反应关系。①当混合液中S>>KS，则KS可忽略不计——高底物浓度条件下2．莫诺方程（2）莫诺方程的推论Monod方程式是描述有机底物比降解速度（或微生物比增殖速度）与有机底物浓度之间的函数关系。在两种极限条件下，进行推论：第36页/共148页推论：在低底物浓度的条件下，有机底物降解与有机底物浓度遵循一级反应。0-S’’区段，其斜率即为K2。②当混合液中S<<KS，则S可忽略不计——低底物浓度条件下2．莫诺方程（2）莫诺方程的推论第37页/共148页（3）Monod公式的应用在稳定条件下，对曝气池中的有机底物进行物料平衡：＝+进入曝气池流出曝气池在曝气池降解的(1+R)QX,SeQ-QwXe,SeQS0X0=0RQ,Xr,SeVX,Se二沉池物料衡算范围完全混合连续流系统物料衡算图Qw，Xr剩余污泥第38页/共148页城市污水属低浓度污水，在完全混合曝气池内活性污泥处于减速增长期，S＝Se＜S''，且为定值，属一级反应：此式成立结合Monod方程，可得第39页/共148页而可得莫诺方程：第40页/共148页以上式中的K2、υmax及Ks等各值，对一定的污水来说，为一常数值，一般通过对实际运行污水处理厂的运行数据或试验数据进行分析可推导出。第41页/共148页（4）K2、Vmax、KS的确定①常数K2的确定第42页/共148页0Se(mg/L)S0-SeXt(kgBOD/kgMLSS·d)1组2组3组4组5组K2图4-14图解法确定K2值第43页/共148页②Vmax、KS的确定=+为纵坐标斜率为横坐标截距上式取倒数，得第44页/共148页1XtvmaxS0-Se=Ks11())(vmaxSevmax+XtS0-SeKsvmaxSe1Ks1确定常数值vmax、Ks的图解法②Vmax、KS的确定第45页/共148页（1）概述3.劳伦斯——麦卡蒂方程式①“污泥龄”的新概念：单位重量的微生物在活性污泥反应系统中的平均停留时间，“生物固体平均停留时间”，以θc表示②单位微生物量的底物利用率为一常数，以q表示异养微生物群体（活性污泥）→污水中混合有机物证实有机物降解速率也符合Monod公式Xa——单位微生物量；——微生物对有机底物的降解速度。以θc、q作为基本参数，并以第一、二两个基本方程式表达。第46页/共148页3.劳伦斯——麦卡蒂方程式③劳－麦第一基本方程式是在表示微生物净增殖速度与有机底物被微生物利用速度之间关系的式（4-20）的基础上建立的。Y——微生物产率系数，mg微生物量/mg被微生物利用（降解）的有机底物；Kd——衰减系数，微生物的自身氧化率，d-1；q——单位有机底物利用率。劳-麦第一基本方程式表示的是：生物固体平均停留时间与微生物产率系数、单位底物利用率以及微生物的衰减系数之间的关系。第47页/共148页在莫诺方程的基础上，且在概念上υ＝q。经归纳整理，劳-麦第二基本方程式：劳-麦第二基本方程表示的是：有机底物的利用速率（降解速率）与曝气池内微生物浓度Xa及有机底物浓度S之间的关系。④劳－麦第二基本方程式K1——单位微生物量的最高底物利用速度，即υmax；Xa——曝气池内微生物浓度，即活性污泥浓度，mg/L。第48页/共148页（2）劳－麦方程式的推论与应用Y——微生物产率系数：mg微生物量/mg有机物量①处理水有机底物浓度Se与生物固体平均停留时间θc的关系第49页/共148页②反应器内活性污泥浓度Xa与θc的计算t——污水在反应器内的反应时间，d③污泥回流比R与θc值之间的关系Xr——从二沉池回流的污泥浓度，剩余污泥浓度也同此值（4-11）第50页/共148页④完全混合式曝气池有机底物降解速度的推导：Monod式在低有机物浓度下，有机底物的降解速度劳－麦式：有机底物的降解速度等于其被微生物的利用速度对完全混合曝气池，可推出：或第51页/共148页⑤活性污泥的二种产率（合成产率Y与表观产率Yobs）与θc的关系Y——合成产率系数，表示微生物的增殖总量，代谢单位质量有机底物自身增殖量；Yobs——表观产率系数，实测所得微生物的增殖量，即微生物的净增殖量，已去除了因内源呼吸而消亡的那一部分。自学例题4-1第52页/共148页　5-4气体传递原理和曝气池氧转移原理影响氧转移的因素需氧量与供氧量的计算曝气池第53页/共148页现在通行的曝气 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 机械曝气鼓风-机械曝气鼓风曝气第54页/共148页1．扩散过程的基本规律——菲克（Fick）定律式中：υd——物质的扩散速度，单位时间、单位断面上通过的物质数量；DL——扩散系数；C——物质浓度；X——扩散过程的长度；5-4-1氧转移原理物质的扩散速率与浓度梯度呈正比关系。（29）第55页/共148页2．双膜理论与氧总转移系数KLaXfPgPiCsC紊流气相主体气膜液膜液相主体紊流界面（层流）双膜理论模型（1）气、液两相接触的界面两侧存在着处于层流状态的气膜和液膜，在其外侧则分别为处于紊流状态的气相主体和液相主体。气体分子以分子扩散方式从气相主体通过气膜和液膜而进入液相主体。（2）气、液两相主体的物质浓度基本上是均匀的，不存在浓度差，也不存在传质阻力，气体向液相主体的传递，阻力仅存在于气、液两层膜中。（3）在气膜中存在氧的分压梯度，在液膜中存在氧的浓度梯度，它们是氧转移的推动力。（4）氧难溶于水，氧转移决定性的阻力集中在液膜上，因此，氧分子通过液膜是氧转移过程的控制步骤。双膜理论：第56页/共148页将上式两边同除以V（液相主体的容积，m3）：第57页/共148页KLa小，则氧转移过程中阻力大；KLa大，则氧转移过程中阻力小。1/KLa的单位为h，表示曝气池中溶解氧浓度从C提高到Cs所需要的时间。提高氧转移效率的方法：（1）提高KLa值。要加强液相主体的紊流程度，降低液膜厚度，加速气、液面的更新，增大气、液接触面积等（气泡细小）。（2）提高Cs值。可提高气相中的氧分压，如采用纯氧曝气或高压下曝气如深井曝气等。KLa——氧总转移系数是评价空气扩散装置的重要参数。第58页/共148页3．KLa的测定（1）水中无氧状态下的测定法用清水，用Na2SO3（或N2）对清水脱氧，使C＝0然后进行曝气充氧，每隔一定时间，测定DO值，直至饱和为止。直线的斜率即为KLa第59页/共148页（2）对曝气池混合液KLa的测定对于混合液，氧的变化率是氧的转移率与活性污泥微生物耗氧率R之差，即：R——活性污泥微生物的耗氧速率（mg/L•min）可写为：－截距斜率第60页/共148页1．污水水质污水中存在着溶解性有机物，特别是表面活性物质，如短链脂肪酸和乙醇，是一种两亲分子，极性端亲水羧基COOH－或羟基－OH－插入液相，而非极性端疏水的碳基链则伸入气相中。由于两亲分子聚集在气液界面上，阻碍氧分子的扩散转移，增加了氧转移过程的阻力→KLa↓引入一个小于1的因子α来修正表面活性物质对KLa的影响5-4-2影响氧转移的因素第61页/共148页1．污水水质污水中含有盐类，因此，氧在水中的饱和度也受水质的影响。引入小于1的系数β因子来修正。5-4-2影响氧转移的因素表4-11为城市污水α、β参考值第62页/共148页2．水温总的来说，水温降低有利于氧的转移。30-35℃的盛夏情况不利。第63页/共148页3．氧分压式中：ρ——压力修正系数对于鼓风曝气池Cs值受氧分压或气压的影响。气压，Cs，反之则提高。在当地气压不是一个标准大气压时，C值应乘以如下修正系数：第64页/共148页Ot——气泡从曝气池逸出时氧的百分数（％）式中：EA——扩散装置（扩散器）的利用效率，一般为6～12％第65页/共148页主要影响因素概括1)气相中氧分压梯度2)液相中氧浓度梯度3)气、液之间的接触面积（气泡的大小）和接触时间4)水温5)污水性质6)水流的紊流程度第66页/共148页及气压对Cs（T）的影响（ρ）。在上式两边同乘以V（曝气池容积），则得出转移到曝气池的总氧量R为：5-4-3需氧量与供氧量的计算1．实际条件下转移到曝气池混合液的总氧量的计算第67页/共148页曝气设备在标准条件下（1atm、水温20℃、脱氧清水）脱氧清水中氧总转移量R0的计算：在标准条件下：α＝1，β＝1，ρ＝1，C＝0在标准条件下曝气设备的供氧量：2．标准条件下转移到曝气池混合液的总氧量的计算第68页/共148页而上式中的R=O2=a′QSr+b′VXv（式（4-26））实际上，处理废水需要转移到曝气池混合液中的总氧量为R，我们选定的曝气设备应满足在上述情况下总需氧量R的要求。然而曝气设备的制造厂家是在标准条件下测试得出曝气设备的性能参数。∴首先要确定曝气池混合液所需的需氧量R再求出在标准条件下曝气设备应转移的需氧量R0，这样才能满足实际废水曝气池混合液所需的需氧量R的要求，再转化成相应的供气量选定设备。第69页/共148页3．氧转移效率EA（氧的利用效率）与供气量Gs1）2）21%——氧在空气中所占百分比；1.43——氧的容重，kg/m3第70页/共148页4．机械曝气标准条件下充氧量（氧转移总量）Qos的计算υ——叶轮线速度（m/s）式中:n——叶轮转速（转/分）D——叶轮直径K1——池型修正系数（表4-14）1）Qos的计算第71页/共148页池型修正系数分建式圆形曝气沉淀池圆池正方池长方池K1K2110.640.810.91.340.85～0.980.85～0.87池型修正系数表4-14•K1——充氧量Qos的池型修正系数•K2——泵型叶轮轴功率N公式中的池型修正系数第72页/共148页2）叶轮轴功率N的计算3）机械曝气计算程序计算标准情况下的供氧量R0由下式确定叶轮直径D确定叶轮轴功率N第73页/共148页5-4-4曝气池1．曝气池的分类（1）根据混合液流动形态，可分为推流式、完全混合式和循环混合式三种；（2）根据平面形状，可分为长方廊道形、圆形、方形以及环状跑道形等四种；（3）根据采用曝气方法，可分为鼓风曝气池、机械曝气池以及二者联合使用的机械鼓风曝气池；（4）根据曝气池与二沉池之间的关系，可分为合建式（即曝气沉淀池）和分建式两种。 第74页/共148页2、常见曝气池类型①推流式曝气池②完全混合式曝气池③循环混合式曝气池：氧化沟第75页/共148页清水二降池剩余污泥曝气池初沉池回流污泥水流方向推流式普通活性污泥法宽深比一般在2以下，多为1.0~1.5。长宽比≥5~10。曝气装置在整个池内均匀安装。多采用鼓风曝气系统。空气扩散装置安装方式底部一侧底部两侧相互垂直的正交形式梅花交错式第76页/共148页（1）横向隔墙分室设计中其他问题室内呈横向流动室内上下流动（2）曝气池的顶部与底部池顶、池底45°斜面超高0.5m池底排空措施纵向2/1000左右的坡度管径80-1000mm俯视图正视图第77页/共148页第78页/共148页出水进水曝气区沉淀区曝气翼轮圆形合建式完全混合曝气池导流区多采用表面机械曝气装置，设于池顶中央。多呈圆形。由曝气区、导流区和沉淀区组成。曝气区深度一般在4m以内。导流区宽度在0.6m左右，高度在1.5m。沉淀区澄清区深度应不小于1.5m，污泥区容积应不小于2h存泥量，出水堰多采用锯齿状三角堰。第79页/共148页Complex-mixactivatedsludgereactorwithsurfaceaeration表面曝气的完全混合活性污泥反应池第80页/共148页鼓风曝气完全混合曝气池第81页/共148页二沉池剩余污泥出水进水回流污泥分建式完全混合曝气池第82页/共148页氧化沟第83页/共148页氧化沟——环状跑道形曝气池第84页/共148页　5-5活性污泥法类型第85页/共148页活性污泥法一般工艺见下图。经过预处理的污水进入一个有曝气装置的容器或构筑物，活性污泥就在这种装置中将废水中BOD降解了，并产生新的活性污泥。当BOD降到一定程度时，混合液一齐流入二次沉淀池，进行固液分离，上清液排放，沉淀下来的污泥一部分回流到曝气池中，一部分作为剩余污泥而排放。污泥除了具有氧化和分解污染物的能力外，还要有良好的凝聚和沉淀性能。活性污泥法基本流程处置清水二沉池剩余污泥曝气池回流污泥空气　5-5活性污泥法类型进水第86页/共148页普通活性污泥法工艺的污泥负荷约为0.2-0.4kgBOD/kgMLVSS∙d,混合液悬浮固体浓度1500-3000mg/L,活性污泥回流比为10%-30%，去除每公斤BOD需空气44m3-62m3。优点：处理水质好，BOD去除率高。缺点：有机负荷不高；前段供氧不足，后段供氧过剩，氧利用率低；抗负荷变化能力差。普通活性污泥法的水流为推流式，池内均匀曝气。活性污泥经历了吸附与代谢两个完整阶段。清水二降池剩余污泥曝气池初沉池回流污泥均匀供气有机负荷逐渐降低需氧量渐减供氧量恒定1.普通活性污泥法第87页/共148页第88页/共148页曝气池2沉池进水回流污泥剩余污泥空气渐减曝气活性污泥法需氧量废水推进距离供氧量对普通法的一种改进方法。将供氧量沿着废水推进方向渐渐减少，克服了供氧与需氧的不平衡，从而与同方向逐渐减少的有机物浓度和需氧量相对应。渐减曝气活性污泥法工艺流程第89页/共148页Plug-flowactivatedsludgeaerationtank推流式活性污泥曝气池第90页/共148页2.阶段曝气法（分段进水法）对普通法的一种改进，缩小了供氧与需氧的不平衡。废水沿池长多点进料，池中有机物负荷分布较均匀，避免了普通法时前段缺氧后段氧过剩的弊病，并且可以调节各个进料口的水量，有较大的灵活性。提高了曝气池的抗冲击负荷能力。此法的曝气池容积较之普通法可减小30%左右。分散进水点数一般为3-4处，增加点数，污泥浓度并不按比例增加。进水回流污泥剩余污泥2沉池曝气池曝气第91页/共148页传统活性污泥法的前端设置污泥再生池。3.再生曝气活性污泥法再生池曝气池二沉池废水出水再生曝气活性污泥法工艺流程图污泥回流剩余污泥曝气第92页/共148页工艺特点：a、提高污泥活性，使其充分代谢。b、再生池不另行设置，而是将曝气池的一部分作为再生池。曝气池的1/4到1/2作再生段。c、处理效果与传统活性污泥法相近，BOD去除率90％以上。3.再生曝气活性污泥法第93页/共148页4.吸附-再生活性污泥法吸附-再生活性污泥法是根据废水净化机理、污泥对有机污染物的初期高速吸附作用，对普通法改进而成，吸附与代谢分别在不同的反应器内进行，又称接触稳定法。2沉池剩余污泥吸附曝气池再生曝气池进水出水数十分钟充分接触、吸附吸附的有机物进一步氧化分解、恢复活性为了更好的吸附污染物，回流污泥量比普通法多，一般为50%-100%。分建式吸附再生活性污泥法工艺流程图第94页/共148页再生曝气池吸附曝气池二沉池废水出水合建式吸附-再生活性污泥法工艺流程图工艺特点：接触时间较短（30-60min），可缩小吸附池容积；再生池仅对回流污泥曝气（剩余污泥不必再生），故节约曝气量，池容小；再生池容积大于吸附池。总池容积低于传统活性污泥法。水负荷变化的适应性强，此法还利于避免丝状菌大量繁殖和污泥膨胀。缺点：去除率比普通法低，不宜处理溶解性有机物较多的污水。第95页/共148页5.延时曝气活性污泥法（完全氧化活性污泥法）延时曝气活性污泥法为长时间曝气的活性污泥法，一般曝气反应时间在24h以上。低负荷，去除率高、污泥量少，处理效果稳定。流态多为完全混合式。缺点是占地面积大、曝气量大。特点：1）曝气时间t长（24h以上），污泥处于内源呼吸期，剩余污泥量少且稳定，池容大；2）Ns非常小，只有0.05～0.10kgBOD/kgMLSS·d；3）出水水质好，对原污水有较强的适应能力，无需设初沉池，适合于小城镇污水和工业废水处理（Q≤1000m3/d）。污泥不需进行厌氧消化处理；4）基建费和运行费较高。第96页/共148页也称短时曝气活性污泥法或不完全处理活性污泥法。特点：1）曝气时间短（1.5～3.0h）。Ns高（1.5～3.0kgBOD/kgMLSS·d），ηBOD<（70～75）%。2）池容小，出水水质不好6.高负荷活性污泥法系统第97页/共148页7.合建式完全混合活性污泥法也叫合建式完全混合曝气沉淀池，简称曝气沉淀池，曝气反应与沉淀固液分离在同一个处理构筑物内完成。出水进水曝气区沉淀区曝气翼轮圆形合建式完全混合曝气池导流区沉淀区的表面水力负荷宜取于0.5~1.0m3/（m2∙d）第98页/共148页工艺特点：（1）这种工艺对冲击负荷有较强的适应能力，适用于处理高浓度工业废水；（2）曝气池内各处有机物浓度均匀一致。可通过对F/M值的调整，控制出水水质等指标。负荷率高于推流式曝气池；（3）曝气池内混和液需氧平衡，动力消耗低于推流式曝气池。存在问题：微生物对有机物的降解动力低下，活性污泥易产生膨胀现象。一般处理水质低于推流式曝气池。7.合建式完全混合活性污泥法第99页/共148页二沉池剩余污泥出水初沉池进水初沉污泥优点：对污水负荷变化适应性强，适于处理较高浓度废水。克服了普通法供氧需求不均的缺点。缺点：出水水质比普通法差，回流比调节不方便，操作性能不好。分建式完全混合曝气池第100页/共148页Complex-mixactivatedsludgereactorwithsurfaceaeration表面曝气的合建式完全混合活性污泥反应池第101页/共148页鼓风曝气完全混合曝气池第102页/共148页8.多级活性污泥法系统第103页/共148页特点：1)当污水BODu＞300mg/L，一级曝气池以采用完全混合式曝气池为好（对水质水量冲击负荷承受力强）；2)当污水BODu＜300mg/L，一级曝气池可采用推流式，推荐采用阶段曝气活性污泥法；3)当污水BODu＜150mg/L，不需采用多级4)处理水水质好，但建设费和运行费均较高8.多级活性污泥法系统第104页/共148页9.深水曝气活性污泥法系统亨利定律：Cs＝H·P式中：C——水中溶解氧饱和浓度H——亨利常数P——压力生物的增殖和有机物降解第105页/共148页工艺特点：a、由于水压加大，提高了饱和溶解氧浓度以及降低气泡直径，提高气泡的表面积，进而提高了氧的传递速率，从而利于微生物的增殖与有机污染物的降解。b、向深部发展，节省占地。按机械（曝气）设备的利用情况，分中层曝气和底层曝气，前者可以利用常用风机（5m风机），对10m深井曝气；后者需用高压风机（10m风机）。第106页/共148页10.深井曝气池活性污泥法系统（超水深曝气活性污泥法）第107页/共148页工艺特点：a、由于水压很大（井深50-100m），明显提高了饱和溶解氧浓度以及降低气泡直径，提高气泡的表面积，进而显著提高氧的传递速率，从而利于微生物的增殖与有机污染物的降解。b、向深部发展，节省占地，并利用进出水位差以及曝气提升力循环。不足之处：施工难度大，对地质条件和防渗要求高。第108页/共148页11.浅层曝气活性污泥法（殷卡曝气法）理论基础：气泡只是在形成与破碎瞬间，有着最高的氧转移率，而与水深无关。工艺特点：曝气器安装深度0.6～0.8m，适宜低压风机曝气。第109页/共148页12.纯氧曝气活性污泥法空气纯氧20℃Po2＝0.21atmCs＝9.2mg/LPo2＝（4.4～4.7）×0.21atmCs＝（4.4～4.7）×9.2mg/L当维持曝气池DO（C）＝2mg/L则氧转移的推动力：（Cs－C）＝9.2－2＝7.2mg/L（Cs－C）＝（4.4～4.7)9.2－2＝40mg/L∴纯氧曝气氧转移推动（Cs－C）比空气曝气氧转移的推动力提高了40/7.2=5.5倍，同时纯氧曝气氧转移推速率第110页/共148页工艺特点：1)氧的利用率EA＝（80～90）％，而传统活性污泥法EA仅为±10％2)MLSS＝4～7g/L，使N↑3)SVI＜100，一般不会发生污泥膨胀4)剩余污泥量小第111页/共148页第112页/共148页具体各种工艺的设计与参数见P131表4-7，具体总结如下：a、BOD负荷：一般BOD污泥负荷0.2～0.4，延时曝气法低（<0.1），高负荷活性污泥法BOD污泥负荷>1.5，按p108图4－7设计；而对特殊的深井曝气和纯氧曝气因氧的传质改善，可以把BOD负荷设计在0.5～1.5之间。b、泥龄：对一般的活性污泥法工艺以及深井曝气和纯氧曝气工艺，其泥龄一般在5～15d，多数6～8d；高负荷活性污泥法泥龄2.5d以下；而延时曝气则一般在20d以上。c、曝气池混合液浓度（X）：一般在3000mg/L左右。延时曝气、合建式完全混合活性污泥法以及深井曝气略高。d、污泥回流比：一般在100％以下，多数在50％左右；而延时曝气、合建式完全混合活性污泥法回流比在100％以上。e、曝气时间：一般在8h以下，多数为4～6h。但延时曝气一般在20h以上；高负荷工艺以及深井曝气工艺曝气时间很短。第113页/共148页13.氧化沟氧化沟为连续循环式反应池，是活性污泥法的改型，延时曝气的特殊形式。污水在氧化沟渠道内循环流动。曝气装置分区段设置，起推动水流、维持紊流状态和曝气作用。第114页/共148页氧化沟平面图以氧化沟为生物处理单元的污水处理流程第115页/共148页构造特征深度：2-6m污水在沟内流速0.4m/s，污水完成一个循环所需时间可能为4-20min，如HRT=24h，整个停留时间作72-360次循环。第116页/共148页氧化沟的类型卡鲁塞（Carrousel）氧化沟交替工作氧化沟系统奥巴勒（Orbal）氧化沟曝气－沉淀一体化氧化沟船形一体化氧化沟二沉池交替运行的氧化沟第117页/共148页卡鲁塞尔式（Carrousel）氧化沟图4-34图4-35第118页/共148页交替工作氧化沟系统返回第119页/共148页奥巴勒（Orbal）氧化沟图4-40返回第120页/共148页曝气－沉淀一体化氧化沟返回特点：（1）将二沉池建在氧化沟内，完成曝气－沉淀二个功能（2）隔墙、三角形导流板、集水管（3）机械表面曝气（4）占地省，不要污泥回流系统，节省基建费用和运行费用图4-41第121页/共148页船形一体化氧化沟返回图4-42第122页/共148页二沉池交替运行的氧化沟图4-38第123页/共148页氧化沟的构造及主要组成部分曝气设备：供氧、混合防止活性污泥沉淀，推动混合液循环流动等功能；横轴曝气转刷（转盘）；纵轴表面曝气器；进出水口位置；污水入流口在缺氧区的始端附近；混合液出口应在曝气设备的好氧位置，并应设出水溢流堰；回流污泥入流口应在污水流入位置附近；入流应设配水井。第124页/共148页曝气转刷第125页/共148页氧化沟出水溢流堰第126页/共148页运行负荷低，处理深度大；距曝气机不同距离处形成好氧缺氧以及厌氧区段，故可具有反硝化脱氮的功能。动力消耗低，在用转刷曝气时噪声极小。污泥沉降性能好；耐冲击负荷，适应性大;污泥产量少；氧化沟通常在延时曝气条件下使用，污水停留时间较长，污泥负荷较低，经运行表明，氧化沟有如下特点：第127页/共148页活性污泥处理系统新工艺第128页/共148页进水期反应期沉降期排水期闲置期序批式活性污泥法（SBR）间歇式活性污泥法（SequencingBatchReactor,简称SBR）的特点是曝气池和沉降池合二为一，分批处理废水。基本工作周期如下所示有5个阶段。第129页/共148页工艺特点：结构简单、无需另建二沉池，无污泥回流设备；耐冲击负荷，可不设调节池；控制灵活、可满足多种处理要求，可达到脱氮除磷的效果；活性污泥性状好、沉降效率高、污泥产率低（尤其有充分的闲置期时，内源呼吸将减少污泥量）；运行操作繁琐，需设自动控制装置序批式活性污泥法（SBR）第130页/共148页间歇式循环延时曝气活性污泥工艺（ICEAS）-SBR的变形连续进水、间歇排水。反应阶段，污水多次反复地经受“曝气好氧”、“闲置缺氧”的状态。在反应和闲置阶段后设沉淀和排放阶段。可将同步去除BOD、脱氮、除磷的A2O工艺集于一池。第131页/共148页循环式活性污泥工艺（CAST）-SBR的变形第132页/共148页第133页/共148页工艺特点：进水区设置生物选择器，水力停留时间为1h；活性污泥回流到反应器，回流率一般取20%；反应后顺序经沉淀、排放工序；工艺运行覆盖了SBR及多种变形工艺第134页/共148页吸附-生物降解工艺（AB法)A段B段隔栅吸附曝气沉淀沉淀出水回流污泥回流污泥剩余污泥AB法工艺流程本世纪70年代提出该工艺,具有总池容小、造价低、耐冲击负荷性好、出水水质稳定等优点。在运行控制与工艺流程方面主要有如下特点：属于两段活性污泥法范畴，但通常不设初沉池。A、B池的回流污泥截然分开,各级具有组成和功能完全不同的微生物种群。A段繁殖快、世代时间短微生物占优势；B段泥龄长，可生化性、硝化性好。A级为高负荷运行，污泥负荷达2-6kgBOD/kgMLSSd,平均泥龄较短（0.3-0.5d），HRT=30min，对不同进水水质，A级可选用好氧或缺氧方式运行。B级则以低负荷运行，污泥负荷率小于0.3kgBOD/kgMLSSd，泥龄为15-20d，HRT=2-3h。第135页/共148页膜生物反应器（Membranebioreactor,MBR）膜生物反应器是用膜分离（微滤、超滤或纳滤膜）代替二沉池进行固液分离的污水处理装置，为膜分离技术与活性污泥法的有机结合。具有出水水质好、容积负荷高、剩余污泥量少等优点。颇具发展前景的一种工艺。出水去消毒剩余污泥膜生物反应器a.一体式（内置浸没式）进水出水去消毒剩余污泥膜生物反应器b.分置式（外置式）进水截留物回流膜组件膜组件第136页/共148页一体式膜生物反应器第137页/共148页中空纤维膜（常用于一体式膜生物反应器）膜组件第138页/共148页中空纤维膜膜丝结构图第139页/共148页另一种中空纤维膜第140页/共148页管式膜第141页/共148页3.活性污泥净化反应过程（1）初期吸附活性污泥有很大的比表面积，可以较高的速度吸附悬浮或胶体状污染物。一般在5-10min内，污水中的有机物可被大量去除。物理吸附与生物吸附的交织作用。生活污水处理中活性污泥在10-30分钟内可因吸附作用除去85％-90％的BOD;废水中的金属离子，有大约30％-90％能被活性污泥通过吸附除去。污水与活性污泥混和曝气后BOD5值的变化情况吸附阶段第142页/共148页1．活性污泥净化反应影响因素2、活性污泥法的工作参数5-2活性污泥净化反应影响因素第143页/共148页⑤活性污泥的二种产率（合成产率Y与表观产率Yobs）与θc的关系Y——合成产率系数，表示微生物的增殖总量，代谢单位质量有机底物自身增殖量；Yobs——表观产率系数，实测所得微生物的增殖量，即微生物的净增殖量，已去除了因内源呼吸而消亡的那一部分。自学例题4-1第144页/共148页2．双膜理论与氧总转移系数KLaXfPgPiCsC紊流气相主体气膜液膜液相主体紊流界面（层流）双膜理论模型（1）气、液两相接触的界面两侧存在着处于层流状态的气膜和液膜，在其外侧则分别为处于紊流状态的气相主体和液相主体。气体分子以分子扩散方式从气相主体通过气膜和液膜而进入液相主体。（2）气、液两相主体的物质浓度基本上是均匀的，不存在浓度差，也不存在传质阻力，气体向液相主体的传递，阻力仅存在于气、液两层膜中。（3）在气膜中存在氧的分压梯度，在液膜中存在氧的浓度梯度，它们是氧转移的推动力。（4）氧难溶于水，氧转移决定性的阻力集中在液膜上，因此，氧分子通过液膜是氧转移过程的控制步骤。双膜理论：第145页/共148页及气压对Cs（T）的影响（ρ）。在上式两边同乘以V（曝气池容积），则得出转移到曝气池的总氧量R为：5-4-3需氧量与供氧量的计算1．实际条件下转移到曝气池混合液的总氧量的计算第146页/共148页鼓风曝气完全混合曝气池第147页/共148页工艺特点：a、由于水压很大（井深50-100m），明显提高了饱和溶解氧浓度以及降低气泡直径，提高气泡的表面积，进而显著提高氧的传递速率，从而利于微生物的增殖与有机污染物的降解。b、向深部发展，节省占地，并利用进出水位差以及曝气提升力循环。不足之处：施工难度大，对地质条件和防渗要求高。第148页/共148页