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，達不到排放標準。一級處理屬于二級處理的預處理。 （2）二級處理，主要去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物質(zhì)（BOD、COD），去除率可達90%以上，使有機污染物達到排放標準。 （3）三級處理，是在一級、二級處理后，進一步處理難降解的有機物、磷和氮等能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的可溶性無機物等。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

2、處理概述,1、廢水的生物處理（Biological Treatment）：是通過微生物的新陳代謝作用,將廢水中有機物的一部分轉(zhuǎn)化為微生物的細胞物質(zhì),另一部分轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的化學物質(zhì)(無機物或簡單有機物)的方法。 生物處理過程的實質(zhì)是一種由微生物參與進行的有機物分解過程，分解有機物的微生物主要是細菌，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：微生物細菌； 作用對象：有機物、無機物等； 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 Trea

3、tment)、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物氧化分解成簡單無機物，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菌為主而構(gòu)成的微生物生態(tài)系統(tǒng)。 這些厭氧

4、細菌主要有兩種：一種是只要有氧存在就不能繁殖的細菌，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、對水溫的適應范圍較為寬廣。 E、能夠被降解的有機物多。 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、處理過程機理較

5、為復雜。它是多種不同性質(zhì)的微生物協(xié)同工作的過程，遠比好氧復雜。,廢水可生化處理的評價指標,一般地，可用BOD5/COD值作為有機物生物降解性的評價指標： 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

6、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廢水一類好氧生物的處理方法、這種生物絮體叫做活性污泥它由好氧生物（包括細菌、真菌、原生動物和后生動物）及其代謝的和吸附的有機物、無機物組成，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工程方法，用于去除廢水中溶解的以

7、及膠體的有機物質(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等初次處理設備。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器。這是活性污泥法的核心部分。這個反應器也就是一般所稱的曝氣池。 (2)向反應器混合液中分散空氣或純氧的氧源?？諝饣蜓鯕庖詨毫B(tài)或大氣常壓態(tài)進入混合液中。 (3)對反應器中液體進行混合的設備或手段。 (4)對混合液進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)

8、收集二次沉淀池的沉淀固體并回流到反應器的設備。 (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)則橢圓狀，在水中呈“絮狀”。 b、顏色：正常呈黃褐色，但會隨進水顏色、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，有較強的緩沖能力。其固相組分主要為有機物，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，難降解有機物

9、Mi，無機物Mii四部分組成。,微生物組成及其作用 組成：包括細菌、真菌、原生動物、后生動物及其食物鏈。 細菌：以異養(yǎng)型原核生物(細菌)為主，數(shù)量107108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，具有分解有機物的能力。 真菌：由細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物的去除），最初是肉足蟲，繼之鞭毛蟲和游泳型纖毛蟲；當處理水質(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。,,,

10、,,,,,,,,,,,,,,,后生動物(主要指輪蟲），捕食菌膠團和原生動物，是水質(zhì)穩(wěn) 定的標志。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、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，即細胞內(nèi)各種酶系統(tǒng)的適應期。此時菌體不繁殖、菌數(shù)不增加。 對數(shù)期：細胞以最快速度進行繁殖，細菌生長速度最大，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

11、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 （相當于生物一級強化工藝）。 減速增殖期：由于營養(yǎng)物質(zhì)被大量耗消，此時細胞增殖速度與死亡速度相當?；罹鷶?shù)量多且趨于穩(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)細胞出現(xiàn)自溶現(xiàn)象，細菌死亡多，增殖少，但細胞個體最大、凈化效果強（對有機物而言）。同時，自養(yǎng)菌比例上升，硝化作用加強。如氧化溝或硝化段（相當于二級半或延時曝氣工藝）。 可見不同增殖期對應于不同微生物組合，對應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

12、成由細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，它是成千上萬細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 衡量活性污泥數(shù)量和性能的指標主要有以下幾項： 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（用百分數(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

13、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確的，因為它包括了活性污泥吸附的無機惰性物質(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物及已死亡微

14、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胞量的方法以前，用MLSS或MLVSS間接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，但一般不標注。SVI的計算式為 SVISV的百分數(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

15、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 SVI2OO時，沉淀性較差，污泥易膨脹。 一般?？刂芐VI在50150之間為宜，但根據(jù)廢水性質(zhì)不同，這個指標也有差異。如廢水溶解性有機物含量高時，通常的SVI值可能較高。相反，廢水中含無機性懸浮物較多時，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，細菌以菌膠

16、團形式存在，游離細菌僅出現(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），使菌膠團解體時。所以，游離細菌多是活性污泥處于不正常狀態(tài)的特征。 除了菌膠團外，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，當環(huán)境條件適宜時，微生物代謝活

17、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志。當系統(tǒng)有機物負荷增高，曝氣不足時，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，應全面掌握生物種屬

18、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，應該指出的是，由于原生動物中大多數(shù)種屬的生存適應范圍很寬，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。因此，在利用生物種屬的變化作為廢水處理設備工作狀態(tài)的監(jiān)督手段時 應著重注意數(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、

19、活性污泥法的分類 按廢水和回流污泥的進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

20、的工況條件下工作。 當然，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曝氣式和機械曝氣式兩大類。,,第三節(jié) 活性污泥法參數(shù) 一、污泥負荷 將有機底物與活性污泥的重量比值(FM），即單位重量活性污泥(kg MLSS)或單位體積曝氣池(m3)在單位時間(d)內(nèi)所承受的有機物量(kg BOD)，稱為污泥負荷，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。 為了表示有機物的去除情況，也采用去除負荷Lr，即單位重量活性污泥在單位時間所去除的有機物重量： Se、分別表示出水的底物濃度和處理效率。,污泥負

21、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荷的選擇也有定影響。 1.污泥負荷與處理效率的關(guān)系 實踐表明，在定的污泥負荷范圍內(nèi)，隨著污泥負荷的升高，處理效率將下降，處理水的底物濃度將升高。下圖為幾種有機工業(yè)廢水處理過程中污泥負荷與BOD去除率間的關(guān)系實例。,由圖可見，污泥負荷增大，BOD去除率下降。一般來說，負荷在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、有機酸、蛋白質(zhì)等般性有機物，容易降解，即使污泥負荷升高，BOD去除率下降的趨勢也較緩慢；相反地

22、，醛類、酚類的分解需要特種微生物，當污泥負荷超過某一值后，BOD去除率顯著下降；對同一種廢水，在不同的污泥負荷范圍內(nèi)，其BOD去除率變化速度也不同； 污泥負荷與底物去除率的關(guān)系也可用數(shù)學模型來描述。 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(MLVSS)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

23、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，按酚的去除負荷計，K10.3802，n0.4586，按COD的去除負荷計，Kl6.624，n=0.5521。,2.污泥負荷對活性污泥特性的影響 采用不同的污泥負荷，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值隨著污泥負荷有復雜的變化。 SVI隨污泥負荷變化的基本規(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的負荷 區(qū)和

24、兩個高SVI的負荷區(qū)。如果在 運行時負荷波動進入高SVI負荷區(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，污泥負荷的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

25、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，從而適應了負荷提高的耗氧要求。 相反，當水溫較低時，可增大污泥濃度，減小污泥負荷，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。 水溫對污泥負荷的影響可用Arrhenius公式描述，也可用下式表示: 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荷及提高處理效率時，也應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

26、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，如果進水與池內(nèi)水溫相差0.5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，

27、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污泥負荷對需氧量的影響 理論上，去除1kgBOD應消耗lkgO2。但是，由于廢水中有機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，當污泥負荷大時，底物在系統(tǒng)中的

28、停留時間短，一些只被吸附而未經(jīng)氧化的有機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，在低負荷情況下，有機物能徹底氧化，甚至過量自身氧化，因此需氧單耗大。從需氧量看，高負荷系統(tǒng)比低負荷系統(tǒng)經(jīng)濟。 過程總需氧量包括有機物去除(用于分解和合成)的需氧量以及有機體自身氧化需氧量之和，在工程上，常表示為 O2a LrVx+b Vx 式中 O2每日系統(tǒng)的需氧量，1kgd； a 有機物代謝的需氧系數(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。

29、,單位重量底物的需氧量隨污泥負荷升高而減小。但是，系統(tǒng)供氧量無需隨負荷按比例變化，因曝氣池和污泥有一定的調(diào)節(jié)能力。,6.污泥負荷對營養(yǎng)比要求的影響 采用不同污泥負荷時，微生物處于不同生長階段。在低負荷時，污泥自身氧化程度較大，在有機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。而在一般負荷下，則要求BOD：N：P100：5：1。 二、細胞平均停留時間 細胞平均停留時間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

30、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。,在推導過程中假定有機物的降解和穩(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Qw為從回流污泥管排出的污泥流量。當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。 細胞平均停留時間與污泥負荷及出水濃

31、度的關(guān)系可由系統(tǒng)微生物的衡算推出， 累積進入一出流十凈增長,在有污泥回流的推流式系統(tǒng)中，數(shù)學模擬十分復雜，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。（機械曝氣）,KLa同曝氣設備及水的特性有關(guān)，可以通過試驗求得。通常試驗在脫氧清水中進行，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：,當試驗的曝氣設備在混合液中曝氣時，氧傳

32、遞速率應修正為：,二、曝氣設備 要求：,1、鼓風曝氣,新型高效曝氣器,鼓風曝氣就是用鼓風機（或空壓機）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)和擴散的摩阻損耗以及擴散器上部的靜水壓。擴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)小氣泡擴散器 氣泡直徑在1.5mm以下。 (2)中氣泡擴散器 常用穿孔管，孔眼直徑為35mm。 (3)大氣泡擴散器 常用豎管，直徑為15mm左右。,(4)射流擴散器 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烈混合攪拌，將氣泡粉碎為100

33、m左右，使氧迅速轉(zhuǎn)移至混合液中。 (5)固定螺旋擴散器 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。空氣由底部進入曝氣筒，形成氣水混合液在筒內(nèi)反復與器壁及螺旋板碰撞、分割、迂回上升。,2機械曝氣 機械曝氣大多以裝在曝氣池水面的葉輪快速轉(zhuǎn)動，進行表面充氧。 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)

34、曝氣池的構(gòu)造 曝氣池實質(zhì)上是一個生化反應器，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，另一端出，進水方式不限，出水多用溢流堰，一般采用鼓風曝氣擴散器。 (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0.5m。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，擴散器裝于橫斷面的一側(cè)，由于氣泡形

35、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機能提供的風壓，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，擴散器裝于水面以下0809m處，常采用1。2m以下風壓的鼓風機，雖風壓小，但風量大，故仍能形成足夠的密度差，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)推流。池的有效水深一般為34m。近 年來發(fā)展的中層曝氣法將擴散器裝于池深的中部，與底層曝氣相比，在相同的鼓風條件和處理效果時，池深一般可加大到78m，最大可達9m，從而節(jié)約了曝氣

36、池的用地。中層曝氣的擴散器也可設于池的中央，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。曝氣設備可采用表面曝氣機，置于池的表層中心，廢水從池底中部進入。廢水一進池，即在表面曝氣機的攪拌下，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置，既可使用表曝機，也可用鼓風曝氣裝置。當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

37、。分建式雖不如合建式緊湊，且需專設污泥回流設備，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，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，靠表曝機的提升力使污泥循環(huán)。為使回流縫不堵，設縫隙較大，但這樣又使回流比過大，一般Rl，有的競達5。,因此，這種曝氣池的名義停留時間雖有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

38、氣區(qū)、導流區(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

39、適用于處理要求高而水質(zhì)比較穩(wěn)定的廢水。 嚴重的缺陷：(1)由于有機物沿池長分布不均勻，進口處濃度高，因此，它對水量、水質(zhì)、濃度等變化的適應性較差，不能處理毒性較大或濃度很高的廢水；(2)由于池后段的有機物濃度低，反應速率低，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荷，將導致進口處過負荷或缺氧； (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，微生物的生長速率沿池長減小。在進口端，有機物濃度高，微生物生長較快，在末端有機物濃度較低，微生物生長緩慢，甚至進入內(nèi)源代謝期。所以，全池的微生物生長處在生

40、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物濃度和需氧量沿池長減小的特點而改進的。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。 這種曝氣方式比均勻供氣的曝氣方式更為經(jīng)濟。,3階段曝氣法 這種方式是針對普通曝氣法進口負荷過大而改進的。廢水沿池長分多點進入(一般進口為34個)，以均衡池內(nèi)有機負荷，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，當處理相同廢水時，所需池容積可減小30，BOD去除率一般可達90。此外，由于分散進水，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、

41、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，最初的實用設備用于處理小城鎮(zhèn)污水。它的平面象跑道，溝槽中設置兩個曝氣轉(zhuǎn)刷（盤），也有用表面曝氣機、射流器或提升管式曝氣裝置的。曝氣設備工作時，推動溝液迅速流動，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

42、泥處于好氧狀態(tài)，在污泥有機負荷相同時，曝氣池容積負荷可大大提高。 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，廢水分批進入池中，依次經(jīng)歷5個獨立階段，即進水、反應、沉淀、排水和閑置。一個運行周期的時間依負荷及出水要求而異，一般為412h，其中反應占40，有效池容積為周期內(nèi)進水量與所需污泥體積之和。,一、活性污

43、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，達到一定的污泥濃度。馴化則是對混合微生物群進行淘汰和誘導，不能適應環(huán)境條件和所處理廢水特性的微生物被抑制，具有分解廢水有機物活性的微生物得到發(fā)育，并誘導出能利用廢水有機物的酶體系。 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)污泥濃度、進水濃度及流量和供氧量的平衡。當其中任一項出現(xiàn)變動應相應調(diào)整另外二項；當出現(xiàn)異常情況或故障時，應判明原因并采取相應的對策，使系統(tǒng)處于最佳狀

44、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)濟性指標的項目。,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，有時達到90%，SVI達到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）當絲狀菌生長超過菌膠團細菌時，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)，阻礙茵膠團的絮凝和沉降，引起膨脹問題。,（2）在廢水水溫較低

45、而污泥負荷太高時，此時細菌吸附了大量有機物，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。 投加一些化學藥劑(如鐵鹽凝聚劑、有機陽離子絮凝 劑、硅藻土、黃泥等惰性物質(zhì)以及殺菌劑等)。 調(diào)整污泥負荷，通常用處理后水稀釋進水。 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

46、）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 導致污泥無法下沉。,控制措施：發(fā)生污泥上浮后應暫停進水，打碎或清除浮泥，判明原因。調(diào)整操作。如污泥沉降性差，可適當投加混凝劑或惰性物質(zhì)，改善沉淀性；如進水負荷過大應減小進水量或加大回流量；如污泥顆粒細小可降低曝氣機轉(zhuǎn)速；如發(fā)現(xiàn)反硝化，應減小曝氣量，增大污泥回流量或排泥量；如發(fā)現(xiàn)行泥腐化，應加大曝氣量，清除積泥，并設法改善池內(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。當采用機械曝氣時，泡沫阻隔空氣，妨礙充氧。因此，應采取適當?shù)南荽胧饕ū砻鎳娏芩虺瓌?。常用除沫劑為機油、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減小曝氣量、也能有效控制泡沫產(chǎn)生。當廢水中含表面活性物質(zhì)較多時，宜預先用泡沫分離法或其他方法去除。,