水處理工程活性污泥

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1、第十一章 活性污泥法 第一節(jié) 污水生物處理簡介 現(xiàn)代污水處理程度劃分,（1）一級處理，主要去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)，物理處理法大部分只能完成一級處理的要求。經(jīng)過一級處理后的污水，BOD一般可去除30%左右，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。一級處理屬于二級處理的預(yù)處理。 （2）二級處理，主要去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機(jī)污染物質(zhì)（BOD、COD），去除率可達(dá)90%以上，使有機(jī)污染物達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 （3）三級處理，是在一級、二級處理后，進(jìn)一步處理難降解的有機(jī)物、磷和氮等能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的可溶性無機(jī)物等。主要方法有生物脫氮除磷法，混凝沉淀法，砂濾法，活性炭吸附法，離子交換法和電滲析法等。,廢水生物處

2、理概述,1、廢水的生物處理（Biological Treatment）：是通過微生物的新陳代謝作用,將廢水中有機(jī)物的一部分轉(zhuǎn)化為微生物的細(xì)胞物質(zhì),另一部分轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)(無機(jī)物或簡單有機(jī)物)的方法。 生物處理過程的實質(zhì)是一種由微生物參與進(jìn)行的有機(jī)物分解過程，分解有機(jī)物的微生物主要是細(xì)菌，其它微生物如藻類和原生動物也參與該過程，但作用較小。 2、生物處理的三大要素 作用者：微生物細(xì)菌； 作用對象：有機(jī)物、無機(jī)物等； 條件：最基本的條件是供氧情況，即氧的傳遞速率。 3、操作單元（Operating Units） ：好氧生物處理(Aerobic Biological Treatment)、

3、厭氧生物處理(Anaerobic Biological Treatment).,廢水生物處理概述,. 好氧生物處理 好氧生物處理時，一部分被微生物吸收的有機(jī)物氧化分解成簡單無機(jī)物，同時釋放出能量，作為微生物自身生命活動的能源。另一部分有機(jī)物則作為其生長繁殖所需要的構(gòu)造物質(zhì)，合成新的原生質(zhì)。 好氧生物處理方法： 活性污泥法：1）普通活性污泥法；2）分步曝氣法；3）氧化溝：4）SBR反應(yīng)器；5）接觸穩(wěn)定法； 6）接觸氧化池；7）生物濾池；8）生物轉(zhuǎn)盤；9）生物流化床；,廢水生物處理概述,.厭氧生物處理 厭氧污泥實際上是以厭氧細(xì)菌為主而構(gòu)成的微生物生態(tài)系統(tǒng)。 這些厭氧細(xì)菌主要有兩種：一種是只要有氧存

4、在就不能繁殖的細(xì)菌，稱為絕對厭氧菌；另一種是不論有氧存在與否都能增長的細(xì)菌，稱為兼性厭氧菌。 厭氧生物處理方法：普通厭氧消化池、厭氧接觸工藝、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器、厭氧生物濾池、厭氧流化床、厭氧生物轉(zhuǎn)盤,好氧與厭氧生物處理的特征,與好氧生物處理相比，厭氧生物處理具有以下特征： A、應(yīng)用范圍廣。好氧適用低濃度廢水，厭氧可直接處理高濃度廢水處理。 B、能量需求低，還可以產(chǎn)生能量。 C、污泥產(chǎn)量極低。 D、對水溫的適應(yīng)范圍較為寬廣。 E、能夠被降解的有機(jī)物多。 但: F、厭氧處理啟動時間較長。 G、處理出水水質(zhì)較差。 H、對pH值較為敏感。 I、處理過程機(jī)理較為復(fù)雜。它是多種不同性質(zhì)的微生物協(xié)同工

5、作的過程，遠(yuǎn)比好氧復(fù)雜。,廢水可生化處理的評價指標(biāo),一般地，可用BOD5/COD值作為有機(jī)物生物降解性的評價指標(biāo)： BOD5/COD0.45時為易生物降解； BOD5/COD0.30 時為可生物降解； BOD5/COD0.30 時為較難生物降解； BOD5/COD0.20時為不宜生物降解。 BOD5/ThOD(理論需氧量） 0.30 時為可生物降解 0.10時為不宜生物降解。,第二節(jié) 活性污泥法的基本概念 一、基本原理 活性污泥：是由多種好氧微生物、某些兼性或厭氧微生物以及廢水中的固體物質(zhì)、膠體等交織在一起的呈黃褐色絮體。 活性污泥法是利用懸浮生長的微生物絮體處理有機(jī)廢水一類好氧生物的處理方法

6、、這種生物絮體叫做活性污泥它由好氧生物（包括細(xì)菌、真菌、原生動物和后生動物）及其代謝的和吸附的有機(jī)物、無機(jī)物組成，具有降解廢水中有物質(zhì)污染物（也有些可部分利用無機(jī)物）的能力。,活性污泥形狀圖,活性污泥法凈化廢水包括下述三個主要過程 吸附 BOD 曝氣時間,微生物的代謝 活性污泥法是多底物多菌種的混合培養(yǎng)系統(tǒng)，存在錯綜復(fù)雜的代謝方式和途徑。 凝聚與沉淀,二、基本流程 活性污泥法是利用懸浮培養(yǎng)體來處理廢水的一種生物化學(xué)工程方法，用于去除廢水中溶解的以及膠體的有機(jī)物質(zhì)?；钚晕勰喾ㄊ且环N通常所稱的二級處理方法，它接納從初次沉淀池的來水進(jìn)行需氧生物氧化處理。完整的活性污泥法廠一般包括了初次沉淀池以及除砂

7、等初次處理設(shè)備。但是，根據(jù)廢水的特性，初次沉淀池有時可以省略?；镜幕钚孕心喾ㄈ鐖D所示:,(1)發(fā)生需氧生物氧化過程的反應(yīng)器。這是活性污泥法的核心部分。這個反應(yīng)器也就是一般所稱的曝氣池。 (2)向反應(yīng)器混合液中分散空氣或純氧的氧源。空氣或氧氣以壓力態(tài)或大氣常壓態(tài)進(jìn)入混合液中。 (3)對反應(yīng)器中液體進(jìn)行混合的設(shè)備或手段。 (4)對混合液進(jìn)行固液分離的沉淀池，把混合液分成沉淀的生物固體與經(jīng)處理后的廢水兩部分。這一沉淀池稱為二次沉淀池或二沉池。 (5)收集二次沉淀池的沉淀固體并回流到反應(yīng)器的設(shè)備。 (6)從系統(tǒng)中廢棄一部分生物固體的手段。,三、活性污泥的特征與微生物 特征 a、形態(tài)：在顯微鏡下呈不規(guī)

8、則橢圓狀，在水中呈“絮狀”。 b、顏色：正常呈黃褐色，但會隨進(jìn)水顏色、曝氣程度而變（如發(fā)黑為曝氣不足，發(fā)黃為曝氣過度）。 c、理化性質(zhì)：=1.0021.006，含水率99%，直徑大小0.020.2mm，表面積20100cm2/ml，pH值約6.7，有較強(qiáng)的緩沖能力。其固相組分主要為有機(jī)物，約占7585%。 d、生物特性：具有一定的沉降性能和生物活性。（理解：自我繁殖、生物吸附與生物氧化）。 e、組成：由微生物群體Ma，微生物殘體Me，難降解有機(jī)物Mi，無機(jī)物Mii四部分組成。,微生物組成及其作用 組成：包括細(xì)菌、真菌、原生動物、后生動物及其食物鏈。 細(xì)菌：以異養(yǎng)型原核生物(細(xì)菌)為主，數(shù)量10

9、7108個/ml，自養(yǎng)菌數(shù)量略低。其優(yōu)勢菌種：產(chǎn)堿桿菌屬等，它是降解污染物質(zhì)的主體，具有分解有機(jī)物的能力。 真菌：由細(xì)小的腐生或寄生菌組成，具分解碳水化合物，脂肪、蛋白質(zhì)的功能，但絲狀菌大量增殖會引發(fā)污泥膨脹。 原生動物：肉足蟲，鞭毛蟲和纖毛蟲3類、捕食游離細(xì)菌。其出現(xiàn)的順序反映了處理水質(zhì)的好壞（這里的好壞是指有機(jī)物的去除），最初是肉足蟲，繼之鞭毛蟲和游泳型纖毛蟲；當(dāng)處理水質(zhì)良好時出現(xiàn)固著型纖毛蟲，如鐘蟲、等枝蟲、獨縮蟲、聚縮蟲、蓋纖蟲等。,后生動物(主要指輪蟲），捕食菌膠團(tuán)和原生動物，是水質(zhì)穩(wěn) 定的標(biāo)志。因而利用鏡檢生物相評價活性污泥質(zhì)量與污水處理的質(zhì)量。,微生物增殖與活性污泥的增長： a、

10、微生物增值：在污水處理系統(tǒng)或曝氣池內(nèi)微生物的增殖規(guī)律與純菌種的增殖規(guī)律相同，即停滯期（適應(yīng)期），對數(shù)期，靜止期（也減速增殖期）和衰亡期（內(nèi)源呼吸期）。 b、從時間上看： 停帶期：污泥馴化培養(yǎng)的最初階段，即細(xì)胞內(nèi)各種酶系統(tǒng)的適應(yīng)期。此時菌體不繁殖、菌數(shù)不增加。 對數(shù)期：細(xì)胞以最快速度進(jìn)行繁殖，細(xì)菌生長速度最大，此時微生物的營養(yǎng)物質(zhì)豐富，生物生長繁殖不受底物或基質(zhì)限制。如A段；在此階段微生物增長的對數(shù)值與時間呈直線關(guān)系。其微生物數(shù)量大，但個體小，其凈化速度快，但效果較差，只能用于前段處理 （相當(dāng)于生物一級強(qiáng)化工藝）。 減速增殖期：由于營養(yǎng)物質(zhì)被大量耗消，此時細(xì)胞增殖速度與死亡速度相當(dāng)?；罹鷶?shù)量多且

11、趨于穩(wěn)定，個體趨于成熟。,衰亡期：營養(yǎng)物基本耗盡，微生物只能利用菌體內(nèi)貯存物質(zhì)，大多數(shù)細(xì)胞出現(xiàn)自溶現(xiàn)象，細(xì)菌死亡多，增殖少，但細(xì)胞個體最大、凈化效果強(qiáng)（對有機(jī)物而言）。同時，自養(yǎng)菌比例上升，硝化作用加強(qiáng)。如氧化溝或硝化段（相當(dāng)于二級半或延時曝氣工藝）。 可見不同增殖期對應(yīng)于不同微生物組合，對應(yīng)于不同生物處理工藝。 C、從空間看： 由前至后污染物濃度不斷降低，微生物數(shù)量由對數(shù)期逐步過渡至衰亡期，微生物組成由細(xì)菌逐步過度為輪蟲等，水質(zhì)逐步變好類似于水體自凈這一污水處理的原型。 絮體形成： 活性污泥的核心菌膠團(tuán)，它是成千上萬細(xì)菌相互粘附形成的生物絮體。其在對數(shù)增長期，個體處于旺盛生長，其運動活性大于

12、范性華力，菌體不能結(jié)合；但到了衰亡期，動能低微，范德華力大，菌體相互粘附，形成生物絮體，因此靜止期與衰亡期個體是活性污泥的重要微生物。,四、活性污泥指標(biāo) 衡量活性污泥數(shù)量和性能的指標(biāo)主要有以下幾項： 污泥沉降比（SV） 指一定量的曝氣池混合液靜置30min后，沉淀污泥與原混合液的體積比（用百分?jǐn)?shù)表示），即 污泥沉降比（SV）混合液經(jīng)30min沉降后的污泥體積/混合液體積 SV是污泥沉淀性能的依據(jù)?？杀硎疚勰鄶?shù)量、控制污泥回流量（絮凝沉淀性能好）,污泥濃度 指1升混合液內(nèi)所含的懸浮固體（常表示為MLSS）或揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）的重量，單位為g/l或mg/l表示。污泥濃度的大小可間接地反映

13、混合液中所含微生物的濃度。一般在活性污泥曝氣池內(nèi)常保持MLSS濃度在26g/l之間，多數(shù)為34g/l。 用懸浮固體濃度（MLSS）表示微生物量是不準(zhǔn)確的，因為它包括了活性污泥吸附的無機(jī)惰性物質(zhì)，這部分物質(zhì)沒有生物活性。在生活污水活性污泥法處理中，MLSS中只有3050為活的微生物體，而在延時曝氣法中此比例降為10以下。采用揮發(fā)性懸浮固體濃度來表示，也不能排除非生物有機(jī)物及已死亡微生物的惰性部分。然而，在正常的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，一定的廢水和廢水處理系統(tǒng)，MLSS與MLVSS之間以及MLSS與活性微生物量之間具有相對穩(wěn)定的相關(guān)關(guān)系、因而在沒有更精確的直接測定活細(xì)胞量的方法以前，用MLSS或MLVSS間接

14、代表微生物的濃度還是可行的，多用MLSS.,污泥容積指數(shù)（SVI） 指曝氣池混合液經(jīng)30min沉淀后，1g干污泥所占有沉淀污泥容積的毫升數(shù)，單位為ml/g，但一般不標(biāo)注。SVI的計算式為 SVISV的百分?jǐn)?shù)10/MLSS（g/L） 例如，曝氣池混合液污泥沉降比（SV）為 20，污泥濃度為 2.5g/l，則污泥容積指數(shù)為 SVI2010/2.5=80 在一定的污泥量下，SVI反映了活性污泥的凝聚沉淀性、如SVI較高，表示SV值較大，沉淀性差；如SVI較小，污泥顆粒密實，礦化度高，沉淀性能好；但太低，吸附性能和活性都較差。通常SVI100,沉淀性能良好，100200時，沉淀性一般；而當(dāng) SVI2O

15、O時，沉淀性較差，污泥易膨脹。 一般常控制SVI在50150之間為宜，但根據(jù)廢水性質(zhì)不同，這個指標(biāo)也有差異。如廢水溶解性有機(jī)物含量高時，通常的SVI值可能較高。相反，廢水中含無機(jī)性懸浮物較多時，正常的SVI值可能較低。,生物指示相 活性污泥中出現(xiàn)的微生物是普通的微生物，主要是細(xì)菌、放線菌、真菌、原生動物和少數(shù)其它微型動物，通常情況下，細(xì)菌以菌膠團(tuán)形式存在，游離細(xì)菌僅出現(xiàn)在未成熟的活性污泥中，也可能出現(xiàn)在廢水處理條件變化（如毒物濃度升高、pH值過高或過低等），使菌膠團(tuán)解體時。所以，游離細(xì)菌多是活性污泥處于不正常狀態(tài)的特征。 除了菌膠團(tuán)外，成熟的活性污泥中還常常存在絲狀菌，過量增殖，會使SVI值上

16、升，造成污泥流失，這種現(xiàn)象稱為污泥膨脹。 活性污泥中的原生動物種類很多，常見的有肉足類、鞭毛類和纖毛類等，尤其以固著型纖毛類，如鐘蟲、蓋蟲、累枝蟲等占優(yōu)勢。在這些固著型纖毛蟲中，鐘蟲的出現(xiàn)頻率高、數(shù)量大，而且在生物演替中有著較為嚴(yán)密的規(guī)律性，因此，一般都以鐘蟲屬作為活性污泥法的特征指示生物。 經(jīng)驗表明，當(dāng)環(huán)境條件適宜時，微生物代謝活力旺盛，繁殖活躍，可觀察到鐘蟲的纖毛回環(huán)擺動較快，食物泡數(shù)量多，個體大。在環(huán)境條件惡劣時，原生動物活力減弱鐘蟲口緣纖回毛停止擺動，伸縮泡停止收縮，還會脫去尾柄，蟲體變成圓柱體，甚至越變越長，終至死亡。 鐘蟲頂端有氣泡是水中缺氧的標(biāo)志。當(dāng)系統(tǒng)有機(jī)物負(fù)荷增高，曝氣不足時

17、，活性污泥惡化，此時出現(xiàn)的原生動物主要有滴蟲、屋滴蟲、側(cè)滴蟲及波豆蟲、腎形蟲、豆形蟲、草履蟲等。當(dāng)曝氣過度時 出現(xiàn)的原生動物主要是變形蟲。,因此，以原生動物作為廢水水質(zhì)和處理效果好壞的指示生物是可行的，同時，原生動物的觀察與鑒別比細(xì)菌方便得多，所以了解活性污泥的生物組成及其演替是十分有用的、在利用生物指示時，應(yīng)全面掌握生物種屬的組合及其變化，如數(shù)量的增減 優(yōu)勢種屬的變化、生物活動和存在狀態(tài)的變化等、但是，應(yīng)該指出的是，由于原生動物中大多數(shù)種屬的生存適應(yīng)范圍很寬，因此，任何原生動物種屬的偶然或少量出現(xiàn)，也是可能的。從廢水處理的角度看。這種偶然的出現(xiàn)，沒有實際的指示作用，只能作為相對的種屬組成而已

18、。因此，在利用生物種屬的變化作為廢水處理設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)督手段時 應(yīng)著重注意數(shù)量組成和優(yōu)勢種屬的類別。另外，由于工業(yè)廢水水質(zhì)差異很大，不同的廢水處理系統(tǒng)所出現(xiàn)的原生動物優(yōu)勢種或組合都會有一定差別。所以，生物相的觀察和指示作用決不能代替水質(zhì)的理化分析和其他各項監(jiān)督工作。而且，生物指示也僅僅是定性的，在運行監(jiān)督中起輔助作用。,五、活性污泥法的分類 按廢水和回流污泥的進(jìn)入方式及其在曝氣池中的混合方式，活性污泥法可分為推流式和完全混合式兩大類。 推流式活性污泥曝氣池有若干個狹長的流槽，廢水從一端進(jìn)入，另一端流出、此類曝氣池又可分為平行水流（并聯(lián)）式和轉(zhuǎn)折水流（串聯(lián)）式兩種。隨著水流的過程，底物降解，微

19、生物增長，F(xiàn)/M沿程變化，系統(tǒng)處于生長曲線某一段上工作。 完全混合式是廢水進(jìn)入曝氣地后，在攪拌下立即與池內(nèi)活性污泥混合液混合，從而使進(jìn)水得到良好的稀釋，污泥與廢水得到充分混合，可以最大限度地承受廢水水質(zhì)變化的沖擊。同時 由于池內(nèi)各點水質(zhì)均勻，F(xiàn)/M一定，系統(tǒng)處于生長曲線某一點上工作。運行時，可以調(diào)節(jié)FM，使曝氣池處于良好的工況條件下工作。 當(dāng)然，理論的推流式和完全混合式是沒有的 一般實際運行的曝氣池的流型都介于兩者之間。 按供氧方式，活性污泥可分為鼓風(fēng)曝氣式和機(jī)械曝氣式兩大類。,第三節(jié) 活性污泥法參數(shù) 一、污泥負(fù)荷 將有機(jī)底物與活性污泥的重量比值(FM），即單位重量活性污泥(kg MLSS)或

20、單位體積曝氣池(m3)在單位時間(d)內(nèi)所承受的有機(jī)物量(kg BOD)，稱為污泥負(fù)荷，常用L表示。 Q、S0、V分別代表廢水流量、BOD濃度和曝氣池容積。 為了表示有機(jī)物的去除情況，也采用去除負(fù)荷Lr，即單位重量活性污泥在單位時間所去除的有機(jī)物重量： Se、分別表示出水的底物濃度和處理效率。,污泥負(fù)荷與廢水處理效率、活性污泥特性、污泥生成量、氧的消耗量有很大關(guān)系，廢水溫度對活性污泥負(fù)荷的選擇也有定影響。 1.污泥負(fù)荷與處理效率的關(guān)系 實踐表明，在定的污泥負(fù)荷范圍內(nèi)，隨著污泥負(fù)荷的升高，處理效率將下降，處理水的底物濃度將升高。下圖為幾種有機(jī)工業(yè)廢水處理過程中污泥負(fù)荷與BOD去除率間的關(guān)系實例。

21、,由圖可見，污泥負(fù)荷增大，BOD去除率下降。一般來說，負(fù)荷在0.4kgBODkgMLSS.d以下時，可得到90以上的BOD去除率。對不同的底物，L-關(guān)系有很大差異。糞便污水、食品工業(yè)廢水等所含底物是糖類、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)等般性有機(jī)物，容易降解，即使污泥負(fù)荷升高，BOD去除率下降的趨勢也較緩慢；相反地，醛類、酚類的分解需要特種微生物，當(dāng)污泥負(fù)荷超過某一值后，BOD去除率顯著下降；對同一種廢水，在不同的污泥負(fù)荷范圍內(nèi)，其BOD去除率變化速度也不同； 污泥負(fù)荷與底物去除率的關(guān)系也可用數(shù)學(xué)模型來描述。 對圖所示的完全混合系統(tǒng)，在底 物濃度較低時，底物降解速率為,式中 xv 曝氣池混合液揮發(fā)性懸浮固體(M

22、LVSS)濃度，mg/L； K底物(BOD)的降解速度常數(shù)。Eckenfelder等人推薦城市生活污水和性質(zhì)與其類似的工業(yè)廢水的K值為0.00070.00117Lmgh，我國某城市污水廠的實測K值為0.000835Lmgh。 式中Kl和n為經(jīng)驗常數(shù)。日本橋本獎統(tǒng)計了美國46個城市污水廠的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，得到上式中K1=0.01295，n1.1918(相關(guān)系數(shù)r0.821)；國內(nèi)某石油化工廠廢水活性污泥法處理系統(tǒng)的K1=0.0326，n1.33(相關(guān)系數(shù)r0.92)；某煤氣廠廢水，按酚的去除負(fù)荷計，K10.3802，n0.4586，按COD的去除負(fù)荷計，Kl6.624，n=0.5521。,2.污泥負(fù)荷

23、對活性污泥特性的影響 采用不同的污泥負(fù)荷，微生物的營養(yǎng)狀態(tài)不同，活性污泥絮凝沉淀性也就不同。實踐表明，在一定的活性污泥法系統(tǒng)中，污泥的SVI值隨著污泥負(fù)荷有復(fù)雜的變化。 SVI隨污泥負(fù)荷變化的基本規(guī)律如圖所示。 由圖可見，SVI-L曲線是具有多峰 的波形曲線，有三個低SVI的負(fù)荷 區(qū)和兩個高SVI的負(fù)荷區(qū)。如果在 運行時負(fù)荷波動進(jìn)入高SVI負(fù)荷區(qū)， 污泥沉淀 性差，將會出現(xiàn)污泥膨脹。,3.水溫對污泥負(fù)荷的影響 溫度對微生物的新陳代謝作用有很大影響。在一定的水溫范圍內(nèi)，提高水溫，可以提高BOD的去除速度和能力，此外，還可以降低廢水的粘性，從而有利于活性污泥絮體的形成和沉淀。水溫變化時，污泥負(fù)荷的

24、選定也有一定的變化。由上圖可見，水溫由21變?yōu)?8. 2，SVI曲線的波形變得平緩，污泥膨脹負(fù)荷有所升高。因此，從SVI角度看，水溫較高時，可以選用較高的污泥負(fù)荷，不致使污泥膨脹。 在運轉(zhuǎn)過程中，為了保證系統(tǒng)正常工作，當(dāng)水溫升高時，微生物代謝旺盛，耗氧速度大， 可以降低回流比，減小污泥濃度，從而減少了污泥的自身代謝耗氧，這樣就相對提高了污泥負(fù)荷。同時，污泥濃度減小了，氧的傳遞速率也有所提高，從而適應(yīng)了負(fù)荷提高的耗氧要求。 相反，當(dāng)水溫較低時，可增大污泥濃度，減小污泥負(fù)荷，此時由于氧傳遞速率相對減小，代 謝速率減慢、供氧和耗氧也能相互適應(yīng)。 水溫對污泥負(fù)荷的影響可用Arrhenius公式描述，也

25、可用下式表示: 式中L20和LT分別表示水溫為20和T時的污泥負(fù)荷；為溫度系數(shù)，對含酚廢水， 1.045。,在考慮水溫升高有利于增大污泥負(fù)荷及提高處理效率時，也應(yīng)注意溫度變化帶來的不利影響。 一方面，水溫過高，微生物受到抑制。一般來說，水溫在35以上時，活性污泥中微型動物受到明顯抑制，因此，水溫宜控制在2035范圍內(nèi)； 另一方面，水溫的變化速率對污泥分離效果也有很大影響。由于水溫的突變，在二沉池形成密度股流和短流現(xiàn)象，降低沉淀效率。實踐表明，溫度變化速度在0.3/h，即顯示有影響，如達(dá)0.7h并持續(xù)34h，活性污泥結(jié)構(gòu)變得松散，原生動物改變原有形態(tài)。在二次沉淀池里，如果進(jìn)水與池內(nèi)水溫相差0.5

26、時，沉淀池的工作將受到干擾，相差0.7時，污泥將會成塊流失。,4.污泥負(fù)荷對污泥生成量的影響 活性污泥在混合液中的濃度凈增長速度為 Y微生物增長常數(shù)，即每消耗單位底物所形成的微生物量，一般為0.350.8mgMLVSSmgBOD5； kd微生物自身氧化率，時間-1，一般為0.05一0.1d-1。 在工程上常采用平均值計算，即 x=aVxLr_bVx 式中 x 每天污泥增加量，kgd； a污泥合成系數(shù)，即每去除1kgBOD5形成的活性污泥的kg數(shù)。 b污泥自身氧化系數(shù)，d-1。 一般在活性污泥法中，a0.30.72，平均為0.52，b0.020.18,平均為0.07。,5污泥負(fù)荷對需氧量的影響

27、理論上，去除1kgBOD應(yīng)消耗lkgO2。但是，由于廢水中有機(jī)物的存在形式及運轉(zhuǎn)條件不同，需氧量有所不同。廢水中膠體和懸浮狀態(tài)的有機(jī)物首先被污泥表面吸附、水解、再吸收和氧化，其降解途徑和速度因溶解性底物種類而不同。因此，當(dāng)污泥負(fù)荷大時，底物在系統(tǒng)中的停留時間短，一些只被吸附而未經(jīng)氧化的有機(jī)物可能隨污泥排出處理系統(tǒng)，使去除單位BOD的需氧量減少。相反，在低負(fù)荷情況下，有機(jī)物能徹底氧化，甚至過量自身氧化，因此需氧單耗大。從需氧量看，高負(fù)荷系統(tǒng)比低負(fù)荷系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)。 過程總需氧量包括有機(jī)物去除(用于分解和合成)的需氧量以及有機(jī)體自身氧化需氧量之和，在工程上，常表示為 O2a LrVx+b Vx 式中 O

28、2每日系統(tǒng)的需氧量，1kgd； a 有機(jī)物代謝的需氧系數(shù)，kgkgBOD， b 一一污泥自身氧化需氧系數(shù)，kgkgMLSSd 在活性污泥法中，一般a 0.25一0.76，平均0.47；b 0.100.37，平均0.17。,單位重量底物的需氧量隨污泥負(fù)荷升高而減小。但是，系統(tǒng)供氧量無需隨負(fù)荷按比例變化，因曝氣池和污泥有一定的調(diào)節(jié)能力。,6.污泥負(fù)荷對營養(yǎng)比要求的影響 采用不同污泥負(fù)荷時，微生物處于不同生長階段。在低負(fù)荷時，污泥自身氧化程度較大，在有機(jī)體氧化過程中釋出氮、磷成分，所以氮、磷的需要量減小，如在延時曝氣法中，BOD：N：P100:1:0.2時即可使微生物正常生長。而在一般負(fù)荷下，則要求

29、BOD：N：P100：5：1。 二、細(xì)胞平均停留時間 細(xì)胞平均停留時間c也稱泥齡，表示微生物在曝氣池中的平均培養(yǎng)時間，也即曝氣池內(nèi)活性污泥平均更新一遍所需的時間。在間歇試驗裝置里， c 與水力停留時間相等。但在實際的連續(xù)流活性污泥系統(tǒng)中，由于存在著污泥回流， c將比大得多. 細(xì)胞平均停留時間是比生長速度的倒數(shù)。在圖所示的系統(tǒng)內(nèi)，可以通過排出的微生物量與系統(tǒng)容積的關(guān)系求得。,在推導(dǎo)過程中假定有機(jī)物的降解和穩(wěn)定化僅在曝氣池中發(fā)生，因此，計算c 時，僅考慮曝氣池的容積。這個假定是偏于保守的，實際上廢水在二沉池及管道內(nèi)還有一定程度的降解。 由圖有,如果剩余活性污泥從回流污泥管或二沉池底排出，則 式中Q

30、w為從回流污泥管排出的污泥流量。當(dāng)xe極小時， 由上兩式可見，通過控制每日從系統(tǒng)中排出的污泥量，即可控制細(xì)胞平均停留時間。且直接從曝氣池排除剩余污泥，操作控制容易。 細(xì)胞平均停留時間與污泥負(fù)荷及出水濃度的關(guān)系可由系統(tǒng)微生物的衡算推出， 累積進(jìn)入一出流十凈增長,在有污泥回流的推流式系統(tǒng)中，數(shù)學(xué)模擬十分復(fù)雜，但可以利 用Lawrence及McCarty的如下假說，使問題簡單化。,第四節(jié) 曝氣 一、氧傳遞原理 氧吸收率：向混合液供給1千克氧時，水中所能獲得的氧千克數(shù)。（多用于鼓風(fēng)曝氣） 動力效率：單位動力在單位時間內(nèi)所轉(zhuǎn)移的氧量。（機(jī)械曝氣）,KLa同曝氣設(shè)備及水的特性有關(guān)，可以通過試驗求得。通常試

31、驗在脫氧清水中進(jìn)行，先用Na2S2O3脫氧（CoCl2作催化劑)，攪拌均勻后測定脫氧水中溶解氧量C0,連續(xù)曝氣t1后，溶解氧升至CL,則在此界面內(nèi)積分上式：,當(dāng)試驗的曝氣設(shè)備在混合液中曝氣時，氧傳遞速率應(yīng)修正為：,二、曝氣設(shè)備 要求：,1、鼓風(fēng)曝氣,新型高效曝氣器,鼓風(fēng)曝氣就是用鼓風(fēng)機(jī)（或空壓機(jī)）向曝氣池充入一定壓力的空氣（或氧氣）。氣量要滿足生化反應(yīng)所需的氧量和能保持混合液懸浮固體均勻混合，氣壓要足以克服管道系統(tǒng)和擴(kuò)散的摩阻損耗以及擴(kuò)散器上部的靜水壓。擴(kuò)散器將空氣分散成空氣泡，增大氣液接觸界面，把空氣中的氧溶解于水中。,(1)小氣泡擴(kuò)散器 氣泡直徑在1.5mm以下。 (2)中氣泡擴(kuò)散器 常用

32、穿孔管，孔眼直徑為35mm。 (3)大氣泡擴(kuò)散器 常用豎管，直徑為15mm左右。,(4)射流擴(kuò)散器 用泵打入混合液，在射流器的喉管處形成高速射流，與吸入或壓入的空氣強(qiáng)烈混合攪拌，將氣泡粉碎為100m左右，使氧迅速轉(zhuǎn)移至混合液中。 (5)固定螺旋擴(kuò)散器 由圓筒組成，內(nèi)部裝著按180度扭曲的固定螺旋元件56個，相鄰兩個元件的螺旋方向相反。空氣由底部進(jìn)入曝氣筒，形成氣水混合液在筒內(nèi)反復(fù)與器壁及螺旋板碰撞、分割、迂回上升。,2機(jī)械曝氣 機(jī)械曝氣大多以裝在曝氣池水面的葉輪快速轉(zhuǎn)動，進(jìn)行表面充氧。 表面曝氣葉輪的供氧是通過下述三種途徑來實現(xiàn)的。 由于葉輪的提升和輸水作用，使曝氣池內(nèi)液體不斷 循環(huán)流動，更新

33、氣液接觸面，不斷從大氣中吸氧。 葉輪旋轉(zhuǎn)時，在周邊處形成水躍，使液面劇烈攪 動，從大氣中將氧卷入水中。 葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉輪中心及葉片背水側(cè)出現(xiàn)背壓，通 過小孔可以吸入空氣。,第五節(jié) 曝氣池的構(gòu)造 曝氣池實質(zhì)上是一個生化反應(yīng)器，按水力特征可分為推流式和完全混合式以及二者結(jié)合式三大類。曝氣設(shè)備的選用和布置必須與池型和水力要求相配合。 一、推流曝氣池 (1)平面布置 推流曝氣池的長寬比一般為510，受場地限制時，長池可以折流，廢水從一端進(jìn)，另一端出，進(jìn)水方式不限，出水多用溢流堰，一般采用鼓風(fēng)曝氣擴(kuò)散器。 (2)橫斷面布置 推流曝氣池的池寬和有效水深之比一般為12，有效水深最小為3m，最大為9m，超高0

34、.5m。根據(jù)橫斷面上的水流情況，又可分為平推流和旋轉(zhuǎn)推流。在平推流曝氣池底鋪滿擴(kuò)散器，池中水流只有沿池長方向的流動。在旋轉(zhuǎn)推流曝氣池中，擴(kuò)散器裝于橫斷面的一側(cè)，由于氣泡形成的密度差，池水產(chǎn)生旋流，即除沿池長方向流動外，還有側(cè)向流動。為了保證池內(nèi)有良好的旋流運動，池兩側(cè)墻的墻腳都宜建成外凸45度的斜面。,根據(jù)擴(kuò)散器在豎向上的位置不同，又可分為底層曝氣、中層曝氣和淺層曝氣。采用底層曝氣的池深決定于鼓風(fēng)機(jī)能提供的風(fēng)壓，根據(jù)目前的產(chǎn)品規(guī)格，有效水深常為345m。采 用淺層曝氣時，擴(kuò)散器裝于水面以下0809m處，常采用1。2m以下風(fēng)壓的鼓風(fēng)機(jī)，雖風(fēng)壓小，但風(fēng)量大，故仍能形成足夠的密度差，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)推流。池

35、的有效水深一般為34m。近 年來發(fā)展的中層曝氣法將擴(kuò)散器裝于池深的中部，與底層曝氣相比，在相同的鼓風(fēng)條件和處理效果時，池深一般可加大到78m，最大可達(dá)9m，從而節(jié)約了曝氣池的用地。中層曝氣的擴(kuò)散器也可設(shè)于池的中央，形成兩個側(cè)流。這種池型可采用較大的寬深比，適于大型曝氣池。,二、完全混合曝氣池 完全混合曝氣池平面可以是圓形、方形或矩形。曝氣設(shè)備可采用表面曝氣機(jī)，置于池的表層中心，廢水從池底中部進(jìn)入。廢水一進(jìn)池，即在表面曝氣機(jī)的攪拌下，立即與全池混合均勻，不象推流那樣上下段有明顯的區(qū)別。完全混合曝氣池可以和沉淀池分建或合建。 (1)分建式 曝氣池和沉淀池分別設(shè)置，既可使用表曝機(jī)，也可用鼓風(fēng)曝氣裝置

36、。當(dāng)采用泵型葉輪且線速在45ms時，曝氣池直徑與葉輪的直徑之比宜為4575，水深與葉輪直徑比宜為2545。當(dāng)采用倒傘型和平板型葉輪時，曝氣池直徑與葉輪直徑之比宜為35。分建式雖不如合建式緊湊，且需專設(shè)污泥回流設(shè)備，但調(diào)節(jié)控制方便，曝氣池與二次沉淀池互不干擾，回流比明確，應(yīng)用較多。 (2)合建式 曝氣和沉淀在一個池子的不同部位完成，我國稱為曝氣沉淀池，國外稱為加速曝氣池。平面多為圓型，曝氣區(qū)在池中央，一般采用表面曝氣機(jī)，二次沉淀區(qū)在外環(huán)，與曝氣區(qū)底部有污泥回流縫相通，靠表曝機(jī)的提升力使污泥循環(huán)。為使回流縫不堵，設(shè)縫隙較大，但這樣又使回流比過大，一般Rl，有的競達(dá)5。,因此，這種曝氣池的名義停留時

37、間雖有35h，但實際停留時間往往不到lh，故一般出水水質(zhì)較普通曝氣池差。加之控制和調(diào)節(jié)困難，運行不靈活，國外漸趨淘汰。 普通曝氣沉淀池構(gòu)造如圖1323所示。它由曝氣區(qū)、導(dǎo)流區(qū)、回流區(qū)、沉淀區(qū)幾部分組成。,三、曝氣池的運行方式及特點 1普通曝氣法 這種曝氣池是活性污泥法的原始工業(yè)形式，故亦稱為傳統(tǒng)曝氣法。廢水與回流污泥從長方形池的端進(jìn)入，另一端流出，全池呈推流型。廢水在曝氣池內(nèi)停留時間常為48h，污泥回流比一般為2550，池內(nèi)污泥濃度23g/L，剩余污泥量為總污泥量的l0左右。在曝氣池內(nèi)，廢水有機(jī)物濃度和需氧量沿池長逐步下降，而供氧量沿池長均勻分布，可能出現(xiàn) 前段供氧不足，后段供氧過剩的現(xiàn)象，見

38、圖1327。 若要維持前段有足夠的溶解氧， 后段供氧量往往大大超過需 氧量，因而增加處理費用。,優(yōu)點：曝氣時間長而處理效率高，一般BOD去除率為9095，特別適用于處理要求高而水質(zhì)比較穩(wěn)定的廢水。 嚴(yán)重的缺陷：(1)由于有機(jī)物沿池長分布不均勻，進(jìn)口處濃度高，因此，它對水量、水質(zhì)、濃度等變化的適應(yīng)性較差，不能處理毒性較大或濃度很高的廢水；(2)由于池后段的有機(jī)物濃度低，反應(yīng)速率低，單位池容積的處理能力小，占地大，若人為提高池后段的容積負(fù)荷，將導(dǎo)致進(jìn)口處過負(fù)荷或缺氧； (3)為了保證回流污泥的活性，所有污泥(包括剩余污泥)都應(yīng)在池內(nèi)充分曝氣再生，因而不必要地增大了池容積和動力消耗。 在普通曝氣池中

39、，微生物的生長速率沿池長減小。在進(jìn)口端，有機(jī)物濃度高，微生物生長較快，在末端有機(jī)物濃度較低，微生物生長緩慢，甚至進(jìn)入內(nèi)源代謝期。所以，全池的微生物生長處在生長曲線的某一段范圍內(nèi)。,2漸減曝氣法 這種方式是針對普通曝氣法有機(jī)物濃度和需氧量沿池長減小的特點而改進(jìn)的。通過合理布置曝氣器，使供氣量沿池長逐漸減小，與底物濃度變化相對應(yīng)。 這種曝氣方式比均勻供氣的曝氣方式更為經(jīng)濟(jì)。,3階段曝氣法 這種方式是針對普通曝氣法進(jìn)口負(fù)荷過大而改進(jìn)的。廢水沿池長分多點進(jìn)入(一般進(jìn)口為34個)，以均衡池內(nèi)有機(jī)負(fù)荷，克服池前段供氧不足，后段供氧過剩的缺點，單位池容積的處理能力提高。同普通曝氣法相比，當(dāng)處理相同廢水時，所

40、需池容積可減小30，BOD去除率一般可達(dá)90。此外，由于分散進(jìn)水，廢水在池內(nèi)稀釋程度較高，污泥濃度也沿池長降低，從而有利于二次沉淀池的泥水分離。,5、延時曝氣法,延時曝氣法也稱完全氧化法。與普通法相比，由于采用的污泥負(fù)荷很低，約0.05-0.2kgBOD5/kgd，曝氣時間長，約2448h，因而曝氣池容積較大，處理單位廢水所消耗的空氣量較多，僅適用于廢水流量較小的場合。,該法大多采用完全混合曝氣池，也不設(shè)初次沉淀池,氧化溝是延時曝氣法的一種特殊型式，最初的實用設(shè)備用于處理小城鎮(zhèn)污水。它的平面象跑道，溝槽中設(shè)置兩個曝氣轉(zhuǎn)刷（盤），也有用表面曝氣機(jī)、射流器或提升管式曝氣裝置的。曝氣設(shè)備工作時，推動

41、溝液迅速流動，實現(xiàn)供氧和攪拌作用。,6、純氧（或富氧）曝氣法,用純氧或富氧空氣作氣源曝氣，顯著提高了氧在水中的溶解度和傳遞速度，從而可以使高濃度活性污泥處于好氧狀態(tài)，在污泥有機(jī)負(fù)荷相同時，曝氣池容積負(fù)荷可大大提高。 隨著氧濃度提高，加大了氧在污泥絮體顆粒內(nèi)的滲透深度，使絮體中好氧微生物所占比例增大，污泥活性保持在較高水平上；不會發(fā)生由于缺氧而引起的絲狀菌污泥膨脹；硝化菌的生長不會受到限制，有利于生物脫氮過程；系統(tǒng)耐負(fù)荷沖擊和工作穩(wěn)定性都好。,7、間歇活性污泥法,間歇活性污泥法也稱序批式活性污泥法（SBR），它由一個或多個SBR池組成，運行時，廢水分批進(jìn)入池中，依次經(jīng)歷5個獨立階段，即進(jìn)水、反應(yīng)

42、、沉淀、排水和閑置。一個運行周期的時間依負(fù)荷及出水要求而異，一般為412h，其中反應(yīng)占40，有效池容積為周期內(nèi)進(jìn)水量與所需污泥體積之和。,一、活性污泥的培養(yǎng)與馴化 活性污泥的培養(yǎng)與馴化是活性污泥法試驗和生產(chǎn)運行的第一步。通過培養(yǎng)，使微生物數(shù)量增加，達(dá)到一定的污泥濃度。馴化則是對混合微生物群進(jìn)行淘汰和誘導(dǎo)，不能適應(yīng)環(huán)境條件和所處理廢水特性的微生物被抑制，具有分解廢水有機(jī)物活性的微生物得到發(fā)育，并誘導(dǎo)出能利用廢水有機(jī)物的酶體系。 根據(jù)培養(yǎng)和馴化的程序，有異步法和同步法兩種。,第五節(jié) 運行與管理,二、日常管理,活性污泥系統(tǒng)的操作管理，核心在于維持系統(tǒng)中微生物、營養(yǎng)、供氧三者的平衡，即維持曝氣池內(nèi)污泥

43、濃度、進(jìn)水濃度及流量和供氧量的平衡。當(dāng)其中任一項出現(xiàn)變動應(yīng)相應(yīng)調(diào)整另外二項；當(dāng)出現(xiàn)異常情況或故障時，應(yīng)判明原因并采取相應(yīng)的對策，使系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。 一般人工控制所需監(jiān)測的項目有四項:(1)反映活性污泥性狀的項目 (2)反映活性污泥營養(yǎng)狀況及環(huán)境條件的項目 (3)反映活性污泥處理效率的項目 (4)反映運轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的項目。,三、異?，F(xiàn)象與控制措施,1、污泥膨脹 主要特征：污泥結(jié)構(gòu)松散，質(zhì)量變輕，沉淀壓縮性差；SV值增大，有時達(dá)到90%，SVI達(dá)到300以上，大量污泥流失，出水渾濁，二次沉淀池難以固液分離，回流污泥濃度低，無法維持曝氣池正常工作。 污泥膨脹的成因： （1）當(dāng)絲狀菌生長超過菌膠團(tuán)細(xì)

44、菌時，大量的絲狀菌從污泥絮體中伸出很長的菌絲體，菌絲體互相搭接，構(gòu)成一個框架結(jié)構(gòu)，阻礙茵膠團(tuán)的絮凝和沉降，引起膨脹問題。,（2）在廢水水溫較低而污泥負(fù)荷太高時，此時細(xì)菌吸附了大量有機(jī)物，來不及代謝，在胞外積貯大量高粘性的多糖類物質(zhì)，使表面附著水大大增加，很難沉淀壓縮。 采取的措施有： 控制曝氣量，保持溶解氧14mg/L。調(diào)整pH值。 適量投加含N、P化合物，使BOD5:N:P100:5:1。 投加一些化學(xué)藥劑(如鐵鹽凝聚劑、有機(jī)陽離子絮凝 劑、硅藻土、黃泥等惰性物質(zhì)以及殺菌劑等)。 調(diào)整污泥負(fù)荷，通常用處理后水稀釋進(jìn)水。 短期內(nèi)間歇曝氣(悶曝)。,2、污泥上浮,原因：（1）污泥被破碎，沉速減小

45、而不能下沉 （2）污泥顆粒挾帶氣體或油滴，密度減小而上浮 （3）曝氣量過小，池底污泥厭氧分解，產(chǎn)生大量氣 體，促使污泥上浮。 （4）曝氣時間長或曝氣量大時，在沉淀池中可能由 于反硝化而產(chǎn)生大量N2或NH3，而使污泥上浮。 （5）廢水中含油量過大時，污泥可能挾油上浮。 （6）廢水溫度較高時，在沉淀池中形成溫差異重流 導(dǎo)致污泥無法下沉。,控制措施：發(fā)生污泥上浮后應(yīng)暫停進(jìn)水，打碎或清除浮泥，判明原因。調(diào)整操作。如污泥沉降性差，可適當(dāng)投加混凝劑或惰性物質(zhì)，改善沉淀性；如進(jìn)水負(fù)荷過大應(yīng)減小進(jìn)水量或加大回流量；如污泥顆粒細(xì)小可降低曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速；如發(fā)現(xiàn)反硝化，應(yīng)減小曝氣量，增大污泥回流量或排泥量；如發(fā)現(xiàn)行泥腐化，應(yīng)加大曝氣量，清除積泥，并設(shè)法改善池內(nèi)水力條件。,3、泡沫問題 工業(yè)廢水中常含有各種表面活性物質(zhì)，在采用活性污泥法時，曝氣池面常出現(xiàn)大量泡沫，泡沫過多時將從池面逸出，影響操作環(huán)境，帶走大量污泥。當(dāng)采用機(jī)械曝氣時，泡沫阻隔空氣，妨礙充氧。因此，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)南荽胧?，主要包括表面噴淋水或除沫劑。常用除沫劑為機(jī)油、煤油、硅油等，投量為0.51.5mg/L。通過增加曝氣池污泥濃度或適當(dāng)減小曝氣量、也能有效控制泡沫產(chǎn)生。當(dāng)廢水中含表面活性物質(zhì)較多時，宜預(yù)先用泡沫分離法或其他方法去除。,