引用 引用 第六章 污水的好氧生物處理 活性污泥法

引用 引用 第六章 污水的好氧生物處理 活性污泥法引用清秋雨荷的引用第六章污水的好氧生物處理-活性污泥法引用lisuke的第六章污水的好氧生物處理-活性污泥法第1節(jié)基本概念一、活性污泥二、活性污泥法的基本流程三、活性污泥降解污水中有機物的過程一、圖6-1)。污水和回流的活性污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液。曝氣池是一個生物反應(yīng)器，通過曝氣設(shè)備充人空氣，空氣中的氧溶人污水使活性污泥混合液產(chǎn)生好氧代謝反應(yīng)。曝氣設(shè)備不僅傳遞氧氣進(jìn)入混合液，且使混合液得到足夠的攪拌而呈懸浮狀態(tài)。這樣，污水中的有機物、氧氣同微生物能充分接觸和反應(yīng)。隨后混合液流人沉淀池，混合液中的懸浮固體在沉淀池中沉下來和水分離。流出沉淀池的就是凈化水。沉淀池中的污泥大部分回流，稱為回流污泥?；亓魑勰嗟哪康氖鞘蛊貧獬貎?nèi)保持一定的懸浮固體濃度，也就是保持一定的微生物濃度。曝氣池中的生化反應(yīng)引起了微生物的增殖，增殖的微生物通常從沉淀池中排除，以維持活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。這部分污泥叫剩余污泥。剩余污泥中含有大量的微生物，排放環(huán)境前應(yīng)進(jìn)行處理，防止污染環(huán)境。從上述流程可以看出，要使活性污泥法形成一個實用的處理方法，污泥除了有氧化和分解有機物的能力外，還要有良好的凝聚和沉淀性能，以使活性污泥能從混合液中分離出來，得到澄清的出水?；钚晕勰嘀械募?xì)菌是一個混合群體，常以菌膠團的形式存在，游離狀態(tài)的較少。菌膠團是由細(xì)菌分泌的多糖類物質(zhì)將細(xì)菌包覆成的粘性團塊，使細(xì)菌具有抵御外界不利因素的性能。菌膠團是活性污泥絮凝體的主要組成部分。游離狀態(tài)的細(xì)菌不易沉淀，而混合液中的原生動物可以捕食這些游離細(xì)菌，這樣沉淀池的出水就會更清徹，因而原生動物有利于出水水質(zhì)的提高。三、活性污泥降解污水中有機物的過程活性污泥在曝氣過程中，對有機物的降解(去除)過程可分為兩個階段，吸附階段和穩(wěn)定階段。在吸附階段，主要是污水中的有機物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去，這是由于活性污泥具有巨大的表面積，而表面上含有多糖類的粘性物質(zhì)所致。在穩(wěn)定階段，主要是轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機物為微生物所利用。當(dāng)污水中的有機物處于懸浮狀態(tài)和膠態(tài)時，吸附階段很短，一般在1545min左右，而穩(wěn)定階段較長。在活性污泥的曝氣過程中，廢水中有機物的變化包括兩個階段：吸附階段和穩(wěn)定階段。在吸附階段，主要是廢水中的有機物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去；在穩(wěn)定階段，主要是轉(zhuǎn)移到活性污泥上去的有機物為微生物所利用。吸附量的大小，主要取決于有機物的狀態(tài)，若廢水中的有機物處于懸浮和膠體狀態(tài)的相對量大時，則吸附量也大。分析中沒有考慮微生物的內(nèi)源呼吸。微生物的內(nèi)源呼吸也消耗氧，特別是微生物的濃度比較高時，這部分耗氧量還比較大，不能忽略。因而上面的結(jié)論是概略的，主要目的是說明活性污泥過程中的有機物吸附穩(wěn)定過程。第2節(jié)氣體傳遞原理和曝氣池一、活性污泥法基本要素二、曝氣設(shè)備三、曝氣池池型一、圖6-2)是上面幾種擴散器的簡圖。通常擴散器的氣泡愈大，氧的傳遞速率愈低，然而它的優(yōu)點是堵塞的可能性小，空氣的凈化要求也低，養(yǎng)護管理比較方便。微小氣泡擴散器由于氧的傳遞速率高，反應(yīng)時間短，曝氣池的容積可以縮小。因而選擇何種擴散器要因地制宜。擴散器一般布置在曝氣池的一側(cè)和池底，以便形成旋流，增加氣泡和混合液的接觸時間，有利于氧的傳遞，同時使混合液中的懸浮固體呈懸浮狀態(tài)。擴散器的構(gòu)造形式很多，布置形式多樣，但基本原理是一樣的。讀者可參考產(chǎn)品說明書和設(shè)計手冊。鼓風(fēng)曝氣用鼓風(fēng)機供應(yīng)壓縮空氣，常用羅茨鼓風(fēng)機和離心式鼓風(fēng)機。羅茨鼓風(fēng)機適用于中小型污水廠，但噪聲大，必須采取消音、隔音措施；離心式鼓風(fēng)機噪聲小，且效率高，適用于大中型污水廠，但國內(nèi)產(chǎn)品規(guī)格還不多。2.機械曝氣鼓風(fēng)曝氣是水下曝氣，機械曝氣則是表面曝氣。機械曝氣是用安裝于曝氣池表面的表面曝氣機來實現(xiàn)的。表面曝氣機分豎式和臥式兩類。(1)豎式曝氣機這類表曝機的轉(zhuǎn)動軸與水面垂直，裝有葉輪，當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)動時，使曝氣池表面產(chǎn)生水躍(圖6-3)，把大量的混合液水滴和膜狀水拋向空氣中，然后挾帶空氣形成水氣混合物回到曝氣池中，由于氣水接觸界面大，從而使空氣中的氧很快溶入水中。隨著曝氣機的不斷轉(zhuǎn)動，表面水層不斷更新，氧氣不斷地溶人，同時池底含氧量小的混合液向上環(huán)流和表面充氧區(qū)發(fā)生交換，從而提高了整個曝氣池混合液的溶解氧含量。因為池液的流動狀態(tài)同池形有密切的關(guān)系，故曝氣的效率不僅決定于曝氣機的性能，還同曝氣池的池形有密切關(guān)系。表曝機葉輪的淹沒深度一般在10100mm，可以調(diào)節(jié)。淹沒深度大時提升水量大，但所需功率亦會增大，葉輪轉(zhuǎn)速一般為20100r/min，因而電機需通過齒輪箱變速，同時可以進(jìn)行二擋和三擋調(diào)速，以適應(yīng)進(jìn)水水量和水質(zhì)的變化。我國目前應(yīng)用的這類表曝機有泵型，倒傘型和平板型，見(圖6-4)。其中泵型表曝機已有系列產(chǎn)品。(2)臥式曝氣刷這類曝氣機的轉(zhuǎn)動軸與水面平行，主要用于氧化溝。在垂直于轉(zhuǎn)動軸的方向裝有不銹鋼絲(轉(zhuǎn)刷)或板條，用電機帶動，轉(zhuǎn)速在5070r/min，淹沒深度為(1/31/4)轉(zhuǎn)刷直徑。轉(zhuǎn)動時，鋼絲或板條把大量液滴拋向空中，并使液面劇烈波動，促進(jìn)氧的溶解；同時推動混合液在池內(nèi)回流，促進(jìn)溶解氧的擴散。見(圖6-5)。3.曝氣設(shè)備性能指標(biāo)比較各種曝氣設(shè)備性能的主要指標(biāo)有：一是氧轉(zhuǎn)移率，單位為mg/L.h；二是充氧能力(或動力效率)即每消耗1kWh動力能傳遞到水中的氧量(或氧傳遞速率)，單位為kgq/kwh；三是氧利用率，通過鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧的百分比，單位為%。機械曝氣無法計量總供氧量，因而不能計算氧利用率。三、圖6-6)旋轉(zhuǎn)推流是在這種曝氣池中，擴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。池中的水沿池長方向流動外，還有側(cè)向旋流，形成了旋轉(zhuǎn)推流，見(圖6-7)。2.完全混合曝氣池完全混合曝氣池的池型可以為圓型也可以為方型或矩型。曝氣設(shè)備可采用表面曝氣機，置于池的表層中心，污水進(jìn)入池的底部中心。污水一進(jìn)池，在表面曝氣機的攪拌下，立即和全池混合，水質(zhì)均勻，不象推流那樣前后段有明顯的區(qū)別。完全混合曝氣池可以和沉淀池分建和合建，因此可以分為分建式和合建式。(1)分建式表面曝氣機的充氧和混合性能同池型關(guān)系密切，因而表面曝氣機的選用應(yīng)和池型配合，以達(dá)到好的效果。當(dāng)采用泵型葉輪，線速度在45m/s時，曝氣池的直徑與葉輪的直徑之比宜為4.57.5，水深與葉輪的直徑比宜為2.54.5。當(dāng)采用倒傘型和平板型葉輪時，葉輪直徑與曝氣池的直徑之比宜為1/31/5。分建式雖然不如合建式用地緊湊，且需專設(shè)的污泥回流設(shè)備，但運行上便于調(diào)節(jié)控制。(2)合建式合建式表面曝氣池，我國定名為曝氣沉淀池，國外稱為加速曝氣池。這種池型在我國曾一度流行，因為結(jié)構(gòu)緊湊，沉淀池與曝氣池合建于一個圓型池中，沉淀池設(shè)于外環(huán)，與中間的曝氣池底有回流污泥縫相通，靠表曝機造成的水位差使回流污泥循環(huán)。為了使回流污泥縫不堵塞，縫隙較大，但這樣又使回流污泥流量過大，通常達(dá)進(jìn)水量的100%以上，有的竟達(dá)500%。由于曝氣池和沉淀池合建于一個構(gòu)筑物，難于分別控制和調(diào)節(jié)，運行不靈活，出水水質(zhì)難于保證，國外已趨淘汰。合建式也可做成矩型。3.兩種池型的結(jié)合在推流曝氣池中，也可以用多個表曝機充氧和攪拌，對于每一個表曝機所影響的范圍內(nèi)，則為完全混合，而對全池而言，又近似推流，此時相鄰的表曝機旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)相反，否則兩機間的水流會互相沖突，見(圖6-8)。也可用橫向擋板在機與機之間隔開，避免互相干擾，見(圖6-9)。這種池型各池可以獨立，就成為完全混合；也可以各池串聯(lián)，成為近似推流，運行靈活。為了曝氣池投產(chǎn)時馴化活性污泥，各類曝氣池在設(shè)計時，都應(yīng)在池深1/2處留排液管。第3節(jié)活性污泥法的發(fā)展和演變傳統(tǒng)的活性污泥法或稱普通活性污泥法，經(jīng)不斷發(fā)展，已有多種運行方式。1.漸減曝氣在推流式的傳統(tǒng)曝氣池中，混合液的需氧量在長度方向是逐步下降的。因此等距離均量地布置擴散器是不合理的。實際情況是：前半段氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，后半段供氧超過需要。漸減曝氣的目的就是合理的布置擴散器，使布?xì)庋爻套兓?，而總的空氣用量不變，這樣可以提高處理效率。2.分步曝氣在30年代，紐約市污水廠的曝氣池空氣量供應(yīng)不足，廠總工程師把入流的一部分從池端引到池的中部分點進(jìn)水，見(圖6-10)，解決了問題。使同樣的空氣量，同樣的池子，得到了較高的處理效率。3.完全混合法美國1950年以前建造的曝氣池全是狹長的條形池，按推流設(shè)計。由于前段需氧量很大，因而通過漸減曝氣池來解決。但是，一般池子只有中段(約全長的1/3處)需氧速率與氧傳遞速率配合的比較好一些，見(圖6-11)。在池的前段，因食料多，微生物的生長率高，需氧率也就很大，因而即使?jié)u減曝氣也不能根本解決問題，實際的需氧速率受供氧速率控制和制約。圖中需氧和供氧率之間池前后兩塊面積應(yīng)相等。這樣的供氧和需氧情況，當(dāng)受到?jīng)_擊負(fù)荷時，前段陰影面積擴大，后段陰影面積縮小，嚴(yán)重時，后段面積全部消失，出現(xiàn)全池缺氧情況。從上面二種運行方式看，傳統(tǒng)活性污泥法的重要矛盾是供氧和需氧的矛盾，為了解決這個矛盾，漸減曝氣是通過布?xì)獾姆椒▉砀纳?，分步曝氣則是通過進(jìn)水分配的均勻性上來改善。為了根本上改善長條形池子中混合液不均勻的狀態(tài)，在分步曝氣的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步大大增加進(jìn)水點，同時相應(yīng)增加回流污泥并使其在曝氣池中迅速混合，它就是完全混合的概念，見(圖6-12)。在完全混合法的曝氣池中，需氧速率和供氧速率的矛盾在全池得到了平衡，因而完全混合法有如下特征：池液中各個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；人流出現(xiàn)沖擊負(fù)荷時，池液的組成變化也較小，因為驟然增加的負(fù)荷可為全池混合液所分擔(dān)，而不是象推流中僅僅由部分回流污泥來承擔(dān)。因而完全混合池從某種意義上來講，是一個大的緩沖器和均和池。它不僅能緩和有機負(fù)荷的沖擊，也減少有毒物質(zhì)的影響，在工業(yè)污水的處理中有一定優(yōu)點；池液里各個部分的需氧率比較均勻。為適應(yīng)完全混和的需要，機械曝氣的圓形池子也得到了發(fā)展。機械曝氣器很象攪拌機，而圓形池子便于完全混合。4.淺層曝氣1953年，派斯維爾(Pasveer)曾計算并測定氧在10靜止水中的傳遞特性，如圖14-25所示。他發(fā)現(xiàn)了氣泡形成和破裂瞬間的氧傳遞速率最大的特點。在水的淺層處用大量空氣進(jìn)行曝氣，就可獲得較高的氧傳遞速率。為了使液流保持一定的環(huán)流速率，將空氣擴散器分布在曝氣池相當(dāng)部分的寬度上，并設(shè)一條縱墻，將水池分為二部分，迫使曝氣時液體形成環(huán)流。根據(jù)聯(lián)邦德國埃姆歇實驗站的測定結(jié)果，深度與單位能量吸氧率的關(guān)系見(圖6-13)。因而擴散器的深度放置在水面以下0.60.8m范圍為宜，此時與常規(guī)深度的曝氣池相比，可以節(jié)省動力費用。此外，由于風(fēng)壓減小，風(fēng)量增加，可以用一般的離心鼓風(fēng)機。淺層曝氣池水深為34m，以淺者為好。深寬比在1.0-1.3之間，供氣量為3040 m3/3(水)h，風(fēng)壓lOkPa左右，動力效率可達(dá)1.8-2.6kg02/kWh。淺層曝氣與一般曝氣相比，空氣量是增大，但風(fēng)壓僅為一般曝氣的1/31/4，故電耗并不增加而略有下降。淺層池適用于中小型規(guī)模的污水廠。但由于布?xì)庀到y(tǒng)進(jìn)行維修上的困難，沒有得到推廣應(yīng)用。5.深層曝氣曝氣池的經(jīng)濟深度是按基建費和運行費用來決定的。根據(jù)長期的經(jīng)驗，并經(jīng)過多方面的技術(shù)經(jīng)濟比較，經(jīng)濟深度一般為45m。但隨著城市的發(fā)展，普遍感到用地緊張，為了節(jié)約用地，從60年代開始，研究發(fā)展了深層曝氣法。一般深層曝氣池水深可達(dá)1020m。70年代以來，國外又發(fā)展了超深層曝氣法，又稱豎井或深井曝氣，水深竟達(dá)150-300m，大大節(jié)省了用地面積。同時由于水深大幅度增加，可以促進(jìn)氧傳遞速率，從而提高了曝氣池處理污水的負(fù)荷。但對深層曝氣的特性和經(jīng)濟效果，還不能說已十分清楚。深井曝氣法的實際裝置直徑為1.06.0m，深度為50-150m。井中分隔成兩個部分，一面為下降管，另一面為上升管。污水及污泥從下降管導(dǎo)入，由上升管排出。在深井靠地面的井頸部分，局部擴大，以排除部分氣體。經(jīng)處理后的混合液，先經(jīng)真空脫氣(也可以加一個小的曝氣池代替真空脫氣，并充分利用混合液中的溶解氧)，再經(jīng)二次沉淀池固液分離?；旌弦阂部捎脷飧》ㄟM(jìn)行固液分離。(圖6-14a)為深井曝氣法處理流程。在深井中可利用空氣作為動力，促使液流循環(huán)。采用空氣循環(huán)的方法是啟動時先在上升管中比較淺的部位輸入空氣，使液流開始循環(huán)，待液流完全循環(huán)后，再在下降管中逐步供給空氣。液流在下降管中與輸入的空氣一起，經(jīng)過深井底部流人上升管中，并從井頸頂管排出，并釋放部分空氣。由于下降管和上升管的氣液混合物存在著密度差，故促使液流保持不斷循環(huán)。深井曝氣池簡圖見(圖6-14b)。深井曝氣法中，活性污泥經(jīng)受壓力的變化較大，有時加壓，有時減壓，實踐表明這時微生物的活性和代謝能力并無異常變化。但合成和能量的分配有一定變化，運行中發(fā)現(xiàn)二氧化碳的量比常規(guī)曝氣多30%，污泥產(chǎn)量低。深井曝氣池內(nèi)，氣液紊流大，液膜更新快，促使KI。值增大，同時氣液接觸時間增長，溶解氧的飽和濃度也由深度的增加而增加。國外已建成了幾十個深井曝氣處理廠。國內(nèi)也正在開展研究。但是，當(dāng)井壁腐蝕或受損時污水是否會通過井壁滲透，污染地下水，這個問題必須嚴(yán)肅認(rèn)真地對待。6.高負(fù)荷曝氣或變型曝氣有些污水廠只需要部分處理，因此產(chǎn)生了高負(fù)荷曝氣法。曝氣池中的MLSS，約300500mg/L，曝氣的時間比較短，約23h，處理效率僅約65%左右，有別于傳統(tǒng)的活性污泥法，故常稱變型曝氣。7.克勞斯(Kraus)法美國有一釀造廠，污水的碳水化合物含量有時特別高，給城市污水廠的運行造成很大困難，常引起污泥膨脹。膨脹的活性污泥不易在二次沉淀池中沉淀，而隨水流帶走，不僅降低了出水水質(zhì)，而且造成回流污泥量不足，進(jìn)而降低了曝氣池中混合液懸浮固體濃度。如不及時采取措施加以解決，就會使系統(tǒng)中的活性污泥愈來愈少，從根本上破壞曝氣池的運行?？藙谒构こ處煱褏捬跸纳锨逡杭拥交亓魑勰嘀幸黄鹌貧猓缓笤龠M(jìn)入曝氣池，成功地克服了高碳水化合物的污泥膨脹問題。這個過程稱為克勞斯法。消化池上清液中富有氨氮，可以供應(yīng)大量碳水化合物代謝所需的氮。此外，消化池上清液挾帶的消化污泥比重較大，有改善混合液沉淀性能的功效。8.延時曝氣延時曝氣在40年代末到50年代初在美國流行起來。特點是曝氣時間很長，達(dá)24h甚至更長，MLSS較高，達(dá)到3 000-6 000mg/L，活性污泥在時間和空間上部分處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)，剩余污泥少而穩(wěn)定，無需消化，可直接排放。適用于污水量很小的場合，最先是牛奶場，后來用于村莊和風(fēng)景區(qū)、旅社等。近年來，國內(nèi)用于高層建筑生活污水處理。設(shè)備可用鋼板裝配，由廠商供應(yīng)。對于不是24h連續(xù)來水的場合，常常不設(shè)沉淀池而采用間歇運行方式，例如20h曝氣和進(jìn)水，2h沉淀，2h放空，再運行。也有曝氣池和二沉池合建的。9.接觸穩(wěn)定法50年代德克薩斯州奧斯汀(Austin)城的污水廠由于水量增加，需要擴建。雖然另有空地，但地價昂貴，因而沒有擴建的可能性，不得不另找它法。在實驗室里，用活性污泥法處理生活污水時，混合液中液體部分的BOD5下降有一定的規(guī)律。如果測定BOD5時的取樣間隔時間較長，例如每隔1h取樣一次，那么所得的BOD5下降曲線是光滑的，如圖14-29的實線所示，表明池液中的反應(yīng)接近于一級反應(yīng)。但是，縮短取樣間隔時，發(fā)現(xiàn)在運行開始后的第一小時內(nèi)，BOD5值有一個迅速下降而后又逐漸回升的現(xiàn)象，見(圖6-15)中虛線。而且這個短暫過程中BOD5的最低值與曝氣數(shù)小時后的BOO基本相同，其值相當(dāng)?shù)?。利用這一事實，把曝氣時間縮短為1545win(MLSS為2 000 mg/L)，取得了BOD5相當(dāng)?shù)偷某鏊５?，回流污泥喪失了活性，其降低污水中BOD5的能力下降了。于是把回流污泥與人流的城市污水匯合之前預(yù)先進(jìn)行充分曝氣，這樣即可恢復(fù)它的活性。在適當(dāng)改變原曝氣池的出人口位置和增添擴散板面積后，只用了原池一半容積，就解決了超負(fù)荷問題。但是，每月總有一天出水質(zhì)量不好，調(diào)查研究后發(fā)現(xiàn)這一天是城內(nèi)牛奶場的清洗日。牛奶場污水BOD5很高而SS不高。這啟示了：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，對于溶解的有機物，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，混合液的曝氣完成了吸附作用，回流污泥的曝氣完成穩(wěn)定作用(恢復(fù)活性)。此外，還發(fā)現(xiàn)：這一方法直接用于原污水的處理比用于初沉池的出流水效果好，初沉池可以不用；剩余污泥量增加了。結(jié)果，在改造曝氣池時，只增添了空氣供應(yīng)設(shè)備的污泥處理設(shè)備。接觸穩(wěn)定法的流程簡圖(圖6-16)如下。實際上，再生池和吸附池可合建，用墻隔開。在接觸穩(wěn)定法中，回流污泥濃縮(由2000mg/L變成8000mg/L)再曝氣穩(wěn)定，池容積節(jié)省了，或者說，同樣的池子增加了處理能力。在50年代開發(fā)的氧化溝是延時曝氣法的一種特殊形式(如圖6-17所示)，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，推動溝內(nèi)液體迅速流動，取得曝氣和攪拌兩個作用，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)(圖6-18)示的是一種典型的氧化溝-卡羅塞式氧化溝，它是由荷蘭DHV公司于60年代開發(fā)的使用很廣泛的一種氧化溝，如我國昆明蘭花溝污水處理廠，桂林市東區(qū)污水處理廠及上海龍華肉聯(lián)廠的廢水處理都采用這種形式的氧化溝，它不但可以達(dá)到95%以上的BOD5去除率，還可同時達(dá)到部分脫氮除磷的目的。80年代初，美國開發(fā)了將二次沉淀池設(shè)置在氧化溝中的合建式氧化溝，(圖6-19)所示的是一種典型的合建式氧化溝-BMTS型，即在溝內(nèi)截出一個區(qū)段作為沉淀區(qū)，兩側(cè)設(shè)隔板，沉淀區(qū)底部設(shè)一排呈三角形的導(dǎo)流板，混合液的一部分從導(dǎo)流板間隙上升進(jìn)入沉淀區(qū)，沉淀的污泥也通過導(dǎo)流板回流到氧化溝，出水由設(shè)于水面的集水管排出。因省去二沉池，故節(jié)省占地，更易于管理。11.純氧曝氣以純氧代替空氣，可以提高生物處理的速度。純氧曝氣采用密閉的池子。曝氣時間較短，約1.53.0h，MLSS較高，約4000-8000mg/L。因而二沉池的運行要注意。純氧曝氣池的構(gòu)造見(圖6-20)。廠商推廣純氧曝氣池的主要論點之一是：氧的純度達(dá)98%。在密閉的容器中，溶解氧飽和濃度可提高，氧溶解的推動力也隨著提高，氧傳遞速率增加了，因而處理效果好，污泥的沉淀性能也好。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。純氧曝氣的缺點主要是純氧發(fā)生器容易出現(xiàn)故障，裝置復(fù)雜，運轉(zhuǎn)管理較麻煩。水池頂部必須密閉不漏氣，結(jié)構(gòu)要求高，施工要特別小心。如果進(jìn)水中混入大量易揮發(fā)的碳?xì)浠衔?，容易引起爆炸。同時生物代謝中生成的二氧化碳，將使氣體中的二氧化碳分壓上升，溶解于溶液中，會導(dǎo)致pH值的下降，妨礙生物處理的正常運行，影響處理效率。因而要適時排氣和進(jìn)行pH值的調(diào)節(jié)。12.活性生物濾池(ABF工藝)(圖6-21)為ABF的流程，在通常的活性污泥過程之前設(shè)置一個塔式濾池，它同曝氣池可以是串聯(lián)的，又可以是并聯(lián)的，但主要是串聯(lián)。塔式濾池濾料表面上附著很多活性污泥，因此濾料的材質(zhì)和構(gòu)造不同于一般生物濾池。通常用耐腐蝕的木板條做成柵狀板，然后平放重疊起來。柵板與柵板之間留有一定間距，塔高4-6m。塔的設(shè)計負(fù)荷率為3.2kg/m3d，去除率約65%，冬季處理效果較差，和水溫有關(guān)。塔的出流含氧量高達(dá)6-8mg/L(20)，混合液需氧速率也高，隨廢水濃度不同，可達(dá)30-300mg/Lh左右。這里的濾池也可以看作采用表面曝氣特殊形式的曝氣池，塔是一個強烈的充氧器。因而ABF可認(rèn)為是一個復(fù)合式活性污泥法。污水流過濾池的時間不到1min，但由于濾料污泥層附著水的存在，實際上污水的逗留時間要長得多。對ABF工藝國內(nèi)外都作了一些研究，但對它的技術(shù)經(jīng)濟和運行特性的研究還不夠充分。13.吸附-生物降解工藝(AB法)70年代，德國亞深工業(yè)大學(xué)的Boehnkg教授提出了吸附-生物降解工藝，簡稱AB法，其工藝流程如(圖6-22)所示。A級以高負(fù)荷或超高負(fù)荷運行(污泥負(fù)荷2.0kg BOD5/kgMLSSd)，B級以低負(fù)荷運行(污泥負(fù)荷一般為0.10.3kg BOD5/kgMLSSd)，A級曝氣池停留時間短，3060min，B級停留2-4h。該系統(tǒng)不設(shè)初沉池，A級是一個開放性的生物系統(tǒng)。A、B兩級各自有獨立的污泥回流系統(tǒng)，兩級的污泥互不相混。該工藝處理效果穩(wěn)定，具有抗沖擊負(fù)荷、pH值變化的能力，在德國以及歐洲有廣泛的應(yīng)用。該工藝還可以根據(jù)經(jīng)濟實力進(jìn)行分期建設(shè)。例如，可先建A級，以削減污水中的大量有機物，達(dá)到優(yōu)于一級處理的效果，等條件成熟，再建B級以滿足更高的處理要求。近年來，AB法在我國的青島海泊河污水處理廠，淄博污水處理廠等有應(yīng)用。14.序批式活性污泥法(SBR法)序批式活性污泥法簡稱SBR法，是早期充排式反應(yīng)器(Fill-Draw)的一種改進(jìn)，比連續(xù)流活性污泥法出現(xiàn)得更早，但由于當(dāng)時運行管理條件限制而被連續(xù)流系統(tǒng)所取代。隨著自動控制水平的提高，SBR法又引起人們的重新重視，并對它進(jìn)行了更加深入的研究與改進(jìn)，自1985年我國第一座SBR處理設(shè)施在上海市吳淞肉聯(lián)廠投產(chǎn)運行以來，SBR工藝在國內(nèi)已用于屠宰，繅絲，含酚，啤酒，化工試劑，魚品加工，制藥等工業(yè)污水和生活及城市污水的處理。傳統(tǒng)活性污泥法的曝氣池，在流態(tài)上屆推流、在有機物降解方面也是沿著空間而逐漸降解的。而SBR工藝的曝氣池，在流態(tài)上屬完全混合，在有機物降解上，卻是時間上的推流，有機物是隨著時間的推移而被降解的。(圖6-23)為SBR工藝的基本運行模式，其基本操作流程由進(jìn)水，反應(yīng)，沉淀，出水和閑置等五個基本過程組成，從污水流人到閑置結(jié)束構(gòu)成一個周期，在每個周期里上述過程都是在一個設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行的。SBR工藝與連續(xù)流活性污泥工藝相比有一些優(yōu)點，工藝系統(tǒng)組成簡單(圖6-24)所示)，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；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；反應(yīng)推動力大，易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質(zhì)；運行操作靈活，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；污泥沉淀性能好，SVI值較低，能有效地防止絲狀菌膨脹；該工藝的各操作階段及各項運行指標(biāo)可通過計算機加以控制，便于自控運行，易于維護管理。第4節(jié)活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計和運行中的一些重要問題活性污泥法系統(tǒng)的設(shè)計和運行有若干關(guān)鍵性問題，認(rèn)識和理解這些問題對系統(tǒng)的影響，顯得十分重要。它們是：水力負(fù)荷；有機負(fù)荷；微生物濃度；曝氣時間；微生物平均停留時間；氧傳遞速率；回流污泥濃度；回流污泥率；曝氣池的構(gòu)造；pH和堿度；溶解氧濃度。下面逐一進(jìn)行討論：1.水力負(fù)荷大部分污水的水力特征是不易控制的因素。當(dāng)?shù)氐纳罘绞胶图鞣秶嘟Y(jié)合形成了流向污水廠的流量變化形式。通常污水流量在一天內(nèi)是變化的。高峰常出現(xiàn)在白天，低谷則出現(xiàn)在黑夜。變化幅度隨城市大小而異。城市愈小，變化幅度愈大。在一般的設(shè)計中，高峰值約為平均流量的200%，最低值約為平均流量的50%。污水流量還隨季節(jié)變化，夏季流量大，冬季流量小。在合流制管道系統(tǒng)中，雨水的流量大，足以破壞污水處理廠的正常運行。若要保證出水的質(zhì)量，有必要將過大的流量轉(zhuǎn)移到雨水調(diào)節(jié)池中去，當(dāng)流量回跌到最大允許流量之下時，再將調(diào)節(jié)池中的雨水在控制狀態(tài)下抽送到處理構(gòu)筑物。雨水的貯存增加了處理系統(tǒng)的復(fù)雜性。在分流制系統(tǒng)中，雨水的滲入也會引起運行問題。很多處理廠用泵來提升污水進(jìn)入處理廠，由于沒有選好泵產(chǎn)生了很多問題。小廠往往只有二個人流泵，一個運行，一個備用。以前通常按每日高峰時的流量選用，該時的流量為平均流量的23倍，這樣，活性污泥法系統(tǒng)必須承受周期性的沖擊負(fù)荷，對運行十分不利。應(yīng)該選用同樣型號的幾臺泵，并和泵前集水井的容積相配合，使進(jìn)入的變化較大的流量，通過井和泵的配合調(diào)蓄后，得到相對較穩(wěn)定的流量。有時專門設(shè)置調(diào)節(jié)池平衡一日內(nèi)的流量變化。近年來，螺旋泵再次顯示了可提供可變的流量而無需專門設(shè)備的優(yōu)點，但問題是水頭相對較小。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)流量增加時，污水在曝氣池內(nèi)的停留時間縮短，影響出水質(zhì)量，同時影響曝氣池的水位。若為機械表面曝氣機，由于水位的變化，它的運行就變得不穩(wěn)定。水力影響的主要部分是二次沉淀池。2.有機負(fù)荷曝氣區(qū)容積的計算，最早以經(jīng)驗的曝氣時間作為主要的設(shè)計參數(shù)。有了曝氣時間(即停留時間)，再乘上設(shè)計流量，就可得到曝氣池的容積。現(xiàn)在則常以污泥的有機負(fù)荷率N作為設(shè)計參數(shù)。設(shè)計中要思考的主要問題是如何確定污泥負(fù)荷率和MLSS的設(shè)計值。從公式可知，這兩個設(shè)計值采用得大一些，曝氣池所需的體積可以小一些。污泥有機負(fù)荷率的大小影響處理效率。根據(jù)經(jīng)驗，當(dāng)采用活性污泥法作為完全處理時，設(shè)計的污泥負(fù)荷率一般不大于0.5kg(BOD5)/kg(MLSS)d如果要求氮素轉(zhuǎn)入硝化階段，一般采用0.3kg(BOD5)/kg(MLSS)d，通常稱為常負(fù)荷。有時為了減小曝氣池的容積，可以采用高負(fù)荷，即污泥負(fù)荷率采用1以上。采用高的污泥負(fù)荷率雖可減小曝氣池的容積，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用和困難，同時，整個處理系統(tǒng)較不耐沖擊，造成運行中的困難。因此，近年來，很多國家的科技人員不主張采用高負(fù)荷系統(tǒng)。有時為避免剩余污泥處置上的困難和要求污水處理系統(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，曝氣池中的污泥濃度維持較高，可以基本上沒有剩余活性污泥，這就是延時曝氣法。(圖6-25)顯示了污泥負(fù)荷與BOD5，去除率，污泥齡及污泥產(chǎn)量的關(guān)系。3.微生物濃度怎樣確定混合液污泥濃度MD.SS呢?提高M(jìn)LSS，可以縮小曝氣池的容積，或者說，可以降低污泥負(fù)荷率，提高處理效率。那末，在設(shè)計中采用高的MLSS是否就可以提高效益呢?這種想法是一種錯覺。其一，污泥量并不就是微生物的活細(xì)胞量。曝氣池污泥量的增加意味著泥齡的增加，泥齡的增加就使污泥中活細(xì)胞的比例減?。黄涠?，過高的微生物濃度在后續(xù)的沉淀池中難于沉淀，影響出水水質(zhì)；其三，曝氣池污泥的增加，就要求曝氣池中有更高的氧傳遞速率。否則，微生物就受到抑制，處理效率降低。而各種曝氣設(shè)備都有其合理的氧傳遞速率的范圍。例如，穿孔管的氧傳遞速率為20-30mg/Lh，微孔曝氣(微孔陶瓷管或擴散板)設(shè)備的氧傳遞速率為4060mg/Lh，純氧曝氣設(shè)備的氧傳遞速率為150mg/Lh左右。對于每一種曝氣設(shè)備，超出了它合理的氧傳遞速率范圍，其充氧動力效率將明顯降低，使能耗增加。因此，采用一定的曝氣設(shè)備系統(tǒng)，實際上只能夠采用相應(yīng)的污泥濃度，MLSS的提高是有限度的。根據(jù)長期的運行經(jīng)驗，采用鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的傳統(tǒng)活性污泥法時，曝氣池中MLSS在2000mg/L左右是適宜的。對不同的水質(zhì)、不同的工藝應(yīng)根據(jù)具體情況探索合理的微生物濃度。4.曝氣時間曝氣時間和有機負(fù)荷的關(guān)系很密切，在考慮曝氣時間時要注意一些其他有關(guān)因素。在通常情況下，城市污水的最短曝氣時間為3h，或更大些，這和滿足曝氣池需氧速率有關(guān)。當(dāng)曝氣池做得較小時，曝氣設(shè)備是按系統(tǒng)的負(fù)荷峰值控制設(shè)計的。這樣，在其它時間，供氧量過大，造成浪費，設(shè)備的能力不能充分得到利用。但若曝氣池做得大些，則可降低需氧速率，同時由于負(fù)荷率的降低，曝氣設(shè)備可以減小，曝氣設(shè)備的利用率得到提高。因而要仔細(xì)地評價曝氣設(shè)備和能源消耗的費用以及曝氣池的基建費用，使它們獲得最佳匹配。假如希望獲得硝化處理結(jié)果，那么曝氣時間長短的選擇是重要的。無論是含碳物質(zhì)代謝需氧還是硝化代謝需氧，都要求足夠的氧。長時間曝氣能降低剩余活性污泥量，這是由于好氧硝化以及內(nèi)源呼吸降低了活性物質(zhì)量所致。這樣的系統(tǒng)更能適應(yīng)沖擊負(fù)荷，但曝氣池容積增大。因而事物總是一分為二的，要結(jié)合具體的要求來選擇。5.微生物平均停留時間(MCRT)微生物在曝氣池中的平均停留時間，又稱泥齡，是活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計和運行中最重要的參數(shù)之一。選擇一定的有機負(fù)荷率和一定的MLSS濃度，就相應(yīng)決定了微生物的平均停留時間。因而有機負(fù)荷率和泥齡存在著內(nèi)在的聯(lián)系。微生物平均停留時間是工作著的活性污泥總量同每日排放的剩余污泥量的比值，單位是d。例如，活性污泥總量為5000kg，每日排泥為500kg，則微生物的停留時間為10d。這也說明，工作著的活性污泥每日更新十分之一。停留時間愈短，曝氣池中的活性污泥更新愈快，愈年輕。微生物平均停留時間至少等于水力停留時間，此時，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。當(dāng)用回流使微生物的平均停留時間大于水力停留時間時，微生物濃度增加，改善了微生物的絮凝條件，提高了微生物在二沉池中的固液分離性能。但過長的泥齡使微生物老化，絮凝條件惡化，并增加了惰性物質(zhì)引起的濁度。根據(jù)這個現(xiàn)象，微生物的停留時間應(yīng)足夠的長，促使微生物很好的絮凝，以便重力分離，但不能過長，過長反而促使絮凝條件變差。經(jīng)驗已經(jīng)表明，通常活性污泥法系統(tǒng)的微生物平均停留時間約為水力停留時間的20倍。延時曝氣系統(tǒng)的比例為30：1，甚至為40：1。對于高負(fù)荷系統(tǒng)，其比例接近10：1。通?；钚晕勰嘞到y(tǒng)的水力停留時間，對城市污水來講，為4-6h，則相應(yīng)的微生物停留時間為3.35 d。延時曝氣的水力停留時間為24h，則微生物停留時間為30d左右。高負(fù)荷系統(tǒng)曝氣時間為2-3h，微生物停留時間約為1d。這些是經(jīng)驗的數(shù)值。計算活性污泥法系統(tǒng)的MCRT是否應(yīng)包括二沉池中的活性污泥量呢?無疑在二沉池中有著可觀的活性污泥量，但由于氧的濃度很低，微生物代謝可以忽略。因而在評價時，不能只看到活性污泥總量，而要看條件。正由于此，大多數(shù)活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計時，只根據(jù)曝氣池的污泥來計算MCRT。但在接觸穩(wěn)定系統(tǒng)中，因為混合池和再曝氣池的水力停留時間不同，MLSS濃度也不同，且二次沉淀池經(jīng)常用作污泥調(diào)蓄池，在這種情況下，根據(jù)混合池和再曝氣池的運行數(shù)據(jù)計算MCRT發(fā)現(xiàn)變化很大，而考慮沉淀池污泥量后，則MCRT比較穩(wěn)定，這個問題還值得研究。其它大部分活性污泥法系統(tǒng)以天計的總有機負(fù)荷和剩余污泥量變化不大，每天計算的MCRT值比較穩(wěn)定。微生物的平均停留時間還有助于進(jìn)一步理解活性污泥法的某些機理。前面曾指出，活性污泥分兩個階段去除污水中有機物，先是吸附，后是穩(wěn)定，而且吸附的時間比較短，穩(wěn)定的時間比較長。但對穩(wěn)定時間的長短沒有具體概念。實際上，微生物平均停留時間反映了穩(wěn)定時間的長短。因而根據(jù)微生物停留時間來考察活性污泥，是認(rèn)識活性污泥的一個有效途徑。有時，微生物平均停留時間還有助于說明活性污泥中微生物的組成。世代時間長于微生物平均停留時間的那些微生物幾乎不可能在這個活性污泥中繁殖。例如，有人曾研究了亞硝化單胞菌屬的生長率，并推算了它們的世代時間，如表14-7所示。從上表可知，當(dāng)混合液溫度為20，活性污泥停留時間為2d時，亞硝化單胞菌屬就不可能在這個活性污泥中繁殖。因為在這種情況下，這屬細(xì)菌每日只能增加33%，但每日卻要排出50%。排出的多，增加的少，它們只會減少，不會增多。這時，混合液中氮氨就不會得到硝化，出水中即使有硝酸鹽，濃度必然很低。若希望出水中的氨氮含量低，就得降低污泥負(fù)荷率，提高微生物平均停留時間。6.氧傳遞速率氧傳遞速率將最終確定任一活性污泥法系統(tǒng)的能力。氧傳遞速率要考慮二個過程，即氧傳遞到水中以及真正傳遞到微生物的膜表面。通常的試驗數(shù)據(jù)只表明氧傳遞到水相，但這并不意味著同樣量的氧已達(dá)到了微生物表面，而后者則控制著微生物能力的發(fā)揮。從這個觀點來看，曝氣設(shè)備不僅要提供充分的氧，而且要創(chuàng)造足夠的紊動條件，以剪切活性污泥絮體，這樣可使被圍在污泥絮體中的細(xì)菌得到氧。因此要提高氧的傳遞速率，必須有充足的氧量，并使混合液中的懸浮固體保持懸浮狀態(tài)和紊動條件。無疑，曝氣設(shè)備的選擇，布置，以及如何同池型配合，是提高曝氣池性能的重要條件。機械表面曝氣機，是把水粉碎成小的液滴，散布于連續(xù)的大氣相中，而擴散曝氣器則是把空氣粉碎成微小氣泡，散布于連續(xù)的液相。目的都是希望從空氣中獲得氧，提高液相中的氧濃度。有人認(rèn)為，從實際的觀點來看，以液滴的方式來獲得同量的氧量比氣泡的方式容易。但這個比較是不涉及曝氣設(shè)備的性能和能耗，布置的簡易性、以及池型配套的易行性等因素，目前二種曝氣方法幾乎同樣流行。事實上曝氣設(shè)備的發(fā)展還和水力流態(tài)，即反應(yīng)器的型式有關(guān)。在氣泡曝氣中，氣泡在上升的過程，向鄰近液體傳遞氧，因而氣泡中的氧濃度降低，相鄰液體的氧濃度提高，這二個因素都使氧的傳遞速率減慢。而細(xì)的氣泡不能促使鄰近液體產(chǎn)生紊動，泡和水幾乎是同速上升。因而最大的氧傳遞速率是發(fā)生在氣泡剛形成時。基于這種認(rèn)識，要提高氧傳遞速率，就要盡可能使單位氣量分布在最寬的斷面上。但是當(dāng)把擴散板布滿大部分池底時，在同樣的氣量下，曝氣強度(單位面積上的氣體流量)不夠，MLSS要沉下來。因而把擴散板移向池的一邊，這樣能使MLSS保持懸浮狀態(tài)。機械曝氣中使用的齒輪箱和軸承的耐久性相對于氣泡曝氣來說是一個很大的問題。慢速曝氣機的混和深度為2.53m，高速曝氣機的混和深度更低。設(shè)置導(dǎo)流筒可以改善混和深度，但要增加動力消耗。慢速機械表面曝氣機的氧傳遞速率為4050mg/Lh，高速機械表面曝氣機的氧傳遞速率為20-30mg/Lh。近年來，對曝氣葉輪的減速傳動裝置不斷加以改進(jìn)，目前在一些污水處理廠中已采用直流電動機代替變速電動機。直流電動機的優(yōu)點是效率高，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，通過調(diào)整電壓的方法來改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速，以滿足需氧率的變化。從運行實踐來看，反應(yīng)普遍良好。缺點是調(diào)壓設(shè)備龐大，占地較多。有些廠已用可控調(diào)壓設(shè)備來改進(jìn)。7.回流污泥濃度在1 L的量筒中測定SVI，筒壁對活性污泥的沉降特性有影響。某些廠的SVI大于100，但也能產(chǎn)生10000mg/L的回流污泥，說明沉淀池的污泥沉降特性比量筒還要好。沉降濃縮性能略差的回流污泥，其濃度范圍在50008000mg/L，則回流量等于原污水的25%。若回流濃度為5000mg/L，則回流量為原污水的67%。8.回流污泥率正如上面指出的，回流污泥量與回流污泥濃度和所期望的MLSS濃度有關(guān)。要求的MLSS濃度高，回流量就要增大。高的污泥回流量增大了進(jìn)入沉淀池的流量，增加了二沉池的負(fù)荷，縮短了沉淀池的沉淀時間，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。目前有些廠使用螺旋泵，該泵提升水頭小，工作彈性大，適合于回流活性污泥。小廠運行時，回流污泥量可變性大，為了力爭有機負(fù)荷率保持穩(wěn)定，近年來已使用變速泵，以便有規(guī)律地來調(diào)節(jié)回流量。但是經(jīng)驗表明，控制有機負(fù)荷率不變，引起的問題還是不小。因隨著污水流量的增加而增加污泥回流量，這樣對二次沉淀池產(chǎn)生了很大的水力沖擊，惡化出流。增加MLSS等于增加需氧量，否則不能維持有機負(fù)荷的穩(wěn)定，但卻引起了曝氣系統(tǒng)的過負(fù)荷，再次促使出流惡化。研究表明，一般情況下，常量的污泥回流比變量回流好。常量的污泥回流是最簡便的運行方式。在常量回流而當(dāng)人流量較低時，沉淀池中有較多的回流污泥流人曝氣池，比從曝氣池中流人沉淀池的污泥多，這樣，在曝氣池中的MI.KG增加了，這等于為流量和有機負(fù)荷的增加作了準(zhǔn)備，而沉淀池中貯存的污泥體積變得最小。當(dāng)流量增加和有機負(fù)荷增加時，曝氣池中較高的MLSS已具備了適應(yīng)條件，這時有更多的MISS從曝氣池中流向沉淀池時，而二次沉淀池早已留出了空間。MLSS能自動地響應(yīng)流量和有機負(fù)荷的變化，以產(chǎn)生最好的出流質(zhì)量。因而，保持常量回流，并使回流量控制在相對較低的流量上，能自動調(diào)節(jié)人流量和有機負(fù)荷的變化。季節(jié)性的流量變化較大，只要幾個星期改變一次回流量即可。9.曝氣池的構(gòu)造近幾年來，很少注意曝氣池的構(gòu)造。似乎什么構(gòu)造的曝氣池都能使用。實際上，曝氣池的構(gòu)造對活性污泥法起著一個十分重要的作用。英國開發(fā)的狹長形曝氣池是考慮以連續(xù)流池來代替間歇池。當(dāng)旋流曝氣池引入美國時，開始注意曝氣池的縱向短流問題。于是在池的橫方向設(shè)置了障板，以防短流，但效果不佳，以后又拆除了。將曝氣池橫斷面的四角做成內(nèi)圓，有利于旋轉(zhuǎn)并防止死角，減少水頭損失。池深取決于曝氣器所使用的鼓風(fēng)機壓力，池寬通常為池深的一倍。用示蹤劑研究表明：示蹤劑的峰值約在停留時間的35%的長度位置上，流態(tài)傾向于完全混和。說明縱向混和很嚴(yán)重。氧消耗率的數(shù)據(jù)表明：開始時的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氧的實際傳遞能力，迫使未被處理的有機物移向曝氣池的下方，氧消耗率在35%的縱向距離之前跌得很快，然后慢慢往下跌，曝氣池底部的DO仍然為零，明顯地說明氧傳遞受到限制的情況。推流曝氣池實質(zhì)上類似串聯(lián)的幾個完全混和池。處理量小的完全混和曝氣池是一個小的圓形和矩形池，只配有一個機械曝氣機，很容易圍繞曝氣機形成混和區(qū)。但當(dāng)處理量變大后，曝氣池也相應(yīng)增大。三或四只曝氣機放在同一只大的曝氣池中，這樣，圍繞每一個曝氣機形成了一個混和區(qū)。若在曝氣池的一端進(jìn)水，另一端出水，則進(jìn)水端的混合液的氧吸收率比較高，而出水口附近的混合液氧吸收率低。這種情況說明曝氣池不是充分完全混和的。當(dāng)曝氣池很大時，設(shè)置了很多等距離的曝氣機，一端進(jìn)水，一端出水。這樣的曝氣池類似于傳統(tǒng)的曝氣池。隨著池型的發(fā)展，穿孔管曝氣已使用于20m深的曝氣池中去，在這種深度下，可以產(chǎn)生細(xì)氣泡，增加了氧的傳遞能力。機械曝氣機配合導(dǎo)流簡可用于10m深的池中。設(shè)計工程師應(yīng)將曝氣設(shè)備的特性和池型構(gòu)造有機地結(jié)合起來適應(yīng)各種有局限的空間，進(jìn)行創(chuàng)造性的工作。10.pH和堿度活性污泥通常運行在pH：6.5-8.5pH所以能保持在這個范圍，是由于污水中的蛋白質(zhì)代謝后產(chǎn)生的碳酸銨堿度和從天然水中帶來的堿度所致。生活污水中有足夠的堿度使pH保持在較好的水平。軟水地區(qū)的天然水中缺少天然堿度。由于有機酸的形成。pH可跌到5.5，甚至低于5.0。在這種系統(tǒng)中可用pH來度量進(jìn)行中的硝化作用。工業(yè)污水中經(jīng)常缺少蛋白質(zhì)，因而產(chǎn)生pH過低問題。在糖廠、淀粉廠和某些合成化學(xué)廠，這個問題尤為嚴(yán)重。糖、醛、丙酮和乙醇被細(xì)菌代謝為有機酸，它能降低pH和減慢代謝速度。堿或石灰能直接添加到曝氣池中，以維持所希望的pH。堿或石灰同代謝產(chǎn)生的Cq作用產(chǎn)生碳酸鈉或碳酸鈣可作為緩沖劑。工業(yè)污水中的有機酸通常在進(jìn)入曝氣池前進(jìn)行中和。當(dāng)有機物被代謝時，形成了相應(yīng)的碳酸鹽。氨基化合物和蛋白質(zhì)由于代謝釋放了銨離子，從而形成了碳酸銨。當(dāng)pH低于6時，刺激了霉菌和其它真菌的生長，抑制了通常細(xì)菌的繁殖。絲狀真菌的沉淀性能差，使過量的微生物流失于出流中。11.溶解氧濃度通常溶解氧濃度不是一個關(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，其代謝速率不受溶解氧濃度的影響。當(dāng)耗氧速率超過實際的氧傳遞速率時，代謝速率受氧傳遞速率控制。好氧代謝，包括硝化，僅發(fā)生在曝氣池中有剩余氧的地方。從理論上講，剩余的氧約1mg/L是足夠了。有很多人做了研究認(rèn)為，對于單個懸浮著的好氧細(xì)菌代謝，溶解氧濃度只要高于0.1-0.3 mg/L，代謝速率就不受溶解氧濃度影響。但是，活性污泥絮體是許許多多個體集結(jié)在一起的絮狀物質(zhì)，要使內(nèi)部的溶解氧濃度達(dá)到0.1-0.3mg/L，絮體周圍的溶解氧濃度一定要高得多，具體數(shù)值同絮狀體的大小、結(jié)構(gòu)及影響氧擴散性能的混和情況有關(guān)。最主要的還是混和情況。從某種意義上講，混和情況決定了絮狀體的大小和結(jié)構(gòu)。因而這個數(shù)值是和混和情況有關(guān)的一個變數(shù)。而混和、充氧都是通過曝氣設(shè)備來完成的，經(jīng)過長期的探索之后，一般認(rèn)為混合液中溶解氧濃度應(yīng)保持在0.52mg/L，以保證活性污泥系統(tǒng)正常的運行。過分的曝氣，雖溶解氧濃度很高，但由于紊動過分劇烈，導(dǎo)致絮狀態(tài)體破裂，使出水濁度升高。特別是對于耗氧速度不高，而泥齡偏長的系統(tǒng)，強烈混合使破碎的絮體不能很好的再凝聚。保證絮體很好凝聚的條件是活性物質(zhì)占整個MLSS的1/3，當(dāng)活性物質(zhì)低于10%時，絮體很易破碎而不能很好地再凝聚。這些離散的污泥沉淀性能差，往往流失于出流中。原生動物也不能去除這些顆粒，因為它缺少原生動物所需的營養(yǎng)。過分的曝氣使這些顆粒有可能積聚在沉淀池的表面，形成深褐色的浮渣。12.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50150之間；當(dāng)活性污泥不正常時，污泥就不易沉淀，反映在SVI值升高。混合液在1 000mL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?；钚晕勰嗯蛎浭腔钚晕勰喾ǖ睦洗箅y問題。因膨脹污泥不易沉淀，容易流失，既降低處理后的出水水質(zhì)，又造成回流污泥量的不足，如不及時加以控制，就會使系統(tǒng)中的污泥愈來愈少，從根本上破壞曝氣池的運行。據(jù)上海市的調(diào)查，幾乎所有采用活性污泥法的城市污水廠都曾發(fā)生過污泥膨脹問題。據(jù)前聯(lián)邦德國斯圖加特大學(xué)給水排水研究所對數(shù)百個活性污泥法城市污水廠調(diào)查的結(jié)果表明，有70%以上的污水廠都存在不同程度的污泥膨脹問題。但是，沉降性能惡化并不都是污泥膨脹現(xiàn)象，不應(yīng)混淆。例如，在二沉池中，由于反硝化生成氮氣使污泥上浮，或是部分地區(qū)積泥造成厭氧發(fā)酵而上浮等都不屬于我們所討論的污泥膨脹問題。膨脹的活性污泥，主要表現(xiàn)在壓縮性能差，沉淀性能不良，這主要表現(xiàn)在SVI值高。而它的處理功能和凈化效果并不差。作為膨脹污泥的SVI限值，目前并不統(tǒng)一。一般認(rèn)為，SVI超過200，就算污泥膨脹。活性污泥膨脹可分為：污泥中絲狀菌大量繁殖導(dǎo)致的絲狀菌性膨脹以及并無大量絲狀菌存在的非絲狀菌性膨脹。絲狀菌性膨脹是最經(jīng)常發(fā)生和最主要的一類膨脹。(1)絲狀菌性膨脹這類膨脹是污泥中的絲狀菌過度增長繁殖的結(jié)果?；钚晕勰嘀械奈⑸锸且粋€以細(xì)菌為主的群體。正常的活性污泥是絮花狀物質(zhì)，其骨干是千百個細(xì)菌結(jié)成的團粒，叫菌膠團；細(xì)菌的絮凝可能是Zooglcramigera分泌的外酶造成的。在不正常的情況下，活性污泥中菌膠團受破壞，而絲狀菌大量出現(xiàn)。膨脹污泥中的絲狀菌，據(jù)荷蘭和前聯(lián)邦德國學(xué)者的調(diào)查研究，已分離出一百多種，其中常見的有數(shù)十種。根據(jù)上海市污水廠的調(diào)查，主要是以浮游球衣細(xì)菌Sphaerotilusnatans為代表的有鞘細(xì)菌和以絲硫細(xì)菌為代表的硫細(xì)菌。當(dāng)污泥中有大量絲狀菌時，大量具有一定強度的絲狀體相互支撐、交錯，大大惡化了污泥的沉降、壓縮性能，形成污泥膨脹。造成污泥絲狀膨脹的主要因素大致為：污水水質(zhì)。研究結(jié)果表明，污水水質(zhì)是造成污泥膨脹的最主要因素。含溶解性碳水化合物高的污水往往發(fā)生由浮游球衣細(xì)菌引起的絲狀膨脹，含硫化物高的污水往往發(fā)生由硫細(xì)菌引起的絲狀膨脹。污水的水溫和pH值也對污泥膨脹有明顯的影響。水溫低于1512時，一般不會膨脹。pH低時，容易產(chǎn)生膨脹。有的研究認(rèn)為，污水中碳、氮、磷的比例對發(fā)生絲狀膨脹影響很大，氮和磷不足都易發(fā)生絲狀膨脹。但有的研究結(jié)果表明，恰恰是含氮太高促使了污泥膨脹，在試驗室的研究也表明，如以葡萄糖和牛肉膏為主配制人工污水進(jìn)行試驗，則不論碳、氮、磷的比例是高或低，都會產(chǎn)生極其嚴(yán)重的污泥膨脹。運行條件。曝氣池的負(fù)荷和溶解氧濃度都會影響污泥膨脹。曝氣池中的污泥負(fù)荷(以kg(BOD5)/kg(MLSS).d計)較高時，容易發(fā)生污泥膨脹。曾有人根據(jù)部分城市污水廠的運行資料統(tǒng)計后得出結(jié)論：活性污泥的SVI值與污泥負(fù)荷值密切相關(guān)。負(fù)荷低或高都不易發(fā)生污泥膨脹，而在0.51.5kg(BOD5)/kg(MLSS)d范圍內(nèi)SVI較高(負(fù)荷為1.0時最嚴(yán)重)，甚至導(dǎo)出了SVI與污泥負(fù)荷的關(guān)系公式。但實踐表明，這樣的結(jié)論是不恰當(dāng)?shù)?。影響污泥絲狀膨脹的最主要因素是水質(zhì)而不是污泥負(fù)荷。對某些污水，不論污泥負(fù)荷較高或較低都會發(fā)生污泥絲狀膨脹；對某些污水則相反，都不會發(fā)生污泥絲狀膨脹。污泥負(fù)荷對污泥膨脹在一定條件下有一定的影響而無必然的聯(lián)系。關(guān)于溶解氧濃度的影響，結(jié)論也往往有矛盾。多數(shù)資料表明，溶解氧濃度低時，容易發(fā)生由浮游球衣細(xì)菌和絲硫細(xì)菌引起的污泥膨脹。但也有資料表明，正是溶解氧濃度高，促進(jìn)了污泥膨脹。我們的試驗證實，對于含硫化物高的污水(例如已經(jīng)陳腐的污水)，不論曝氣池中的溶解氧濃度低或高都會產(chǎn)生由硫細(xì)菌過度繁殖引起的污泥膨脹。不過，在溶解氧低時，污泥中占優(yōu)勢的是絲硫菌；在溶解氧高時，占優(yōu)勢的是亮發(fā)菌。工藝方法。研究和調(diào)查表明，完全混合的工藝方法比傳統(tǒng)的推流方式較易發(fā)生污泥膨脹，而間歇運行的曝氣池最不容易發(fā)生污泥膨脹；不設(shè)初次沉淀池(設(shè)有沉砂池)的活性污泥法，SVI值較低，不容易發(fā)生污泥膨脹；葉輪式機械曝氣與鼓風(fēng)曝氣相比，易于發(fā)生絲狀菌性膨脹。射流曝氣的供氧方式可以有效地克服浮游球衣細(xì)菌引起的污泥膨脹。(2)非絲狀菌性膨脹發(fā)生污泥非絲狀菌性膨脹時，與絲狀菌性膨脹相類似，SVI值很高，污泥在沉淀池內(nèi)很難沉淀、壓縮。此時的處理效率仍很高，上清液也清澈。如將污泥用顯微鏡檢查，則情況就完全不同。在顯微鏡下，看不到絲狀細(xì)菌，即使看到也是數(shù)量極少的短絲狀菌。經(jīng)研究，非絲狀菌性膨脹污泥含有大量的表面附著水，細(xì)菌外面包有粘度極高的粘性物質(zhì)，這種粘性物質(zhì)是由葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖、脫氧核糖等形成的多糖類。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。微生物的負(fù)荷高，細(xì)菌吸取了大量營養(yǎng)物，但由于溫度低，代謝速度較慢，就積貯起大量高粘性的多糖類物質(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，使污泥的SVI值很高，形成膨脹污泥。在運行中，如發(fā)生污泥膨脹，可針對膨脹的類型和絲狀菌的特性，采取以下一些抑制的措施，如：控制曝氣量，使曝氣池中保持適量的溶解氧(不低于12mg/L，不超過4mg/L)；調(diào)整pH值；如氮、磷的比例失調(diào)，可適量投加氮化合物和磷化合物；投加一些化學(xué)藥劑(如鐵鹽凝聚劑、有機陽離子凝聚劑，某些黃泥等惰性物質(zhì)以及漂白粉、液氯等)。但投加藥劑費用較貴，停止加藥后又會恢復(fù)膨脹，而且并不是對各類膨脹都是有效的；城市污水廠的污水在經(jīng)過沉砂池后，跳越初沉池，直接進(jìn)入曝氣池。在設(shè)計時，對于容易發(fā)生污泥膨脹的污水，可以采取以下一些方法：減小城市污水廠的初沉池或取消初沉池，增加進(jìn)入曝氣池的污水中懸浮物，可使曝氣池中的污泥濃度明顯增加，污泥沉降性能改善；兩級生物處理法，即采用沉砂池-一級曝氣池-中間沉淀池-二級曝氣池-二次沉淀池的工藝，或是初次沉淀池-生物膜法處理-曝氣池-二次沉淀池等工藝。這種方法，實際改變了進(jìn)入后面的曝氣池時的水質(zhì)，可以有效地防止活性污泥的膨脹；對于現(xiàn)有的容易發(fā)生污泥嚴(yán)重膨脹的污水廠，可以在曝氣池的前面部分補充設(shè)置足夠的填料。這樣，既降低了曝氣池的污泥負(fù)荷，又改變了進(jìn)入后面部分曝氣池的水質(zhì)，可以有效地克服活性污泥膨脹；用氣浮法代替二次沉淀池，可以有效地使整個處理系統(tǒng)維持正常運行。但氣浮法的運行費用比二次沉淀池高。第5節(jié)二次沉淀池一、基本原理二、二次沉淀池的構(gòu)造和計算二次沉淀池是整個活性污泥法系統(tǒng)中非常重要的一個組成部分。整個系統(tǒng)的處理效能與二次沉淀池的設(shè)計和運行是否良好密切相關(guān)。從利用懸浮物與污水的密度差以達(dá)到固液分離的原理來看，二次沉淀池與一般的沉淀池并無不同；但是，二次沉淀池的功能要求不同，沉淀的類型不同，因此，二次沉淀池的設(shè)計原理和構(gòu)造上都與一般的沉淀池有所不同。二次沉淀池在功能上要同時滿足澄清(固液分離)和污泥濃縮(使回流污泥的含水率降低，回流污泥的體積減少)兩方面的要求。一、圖6-26)所示的情況。開始沉淀時，筒中液體是均勻一致的。沉淀片刻后，開始出現(xiàn)泥、水分層現(xiàn)象，且泥面清晰，上層清液中雖可能仍有微細(xì)的泥花，但為數(shù)廖廖，且不易沉降。如果取樣分析，則這時泥層B中固體濃度是均勻一致的。隨著沉淀時間的延長，泥面逐漸下沉，量筒底部出現(xiàn)泥層C。泥層B與C是不同的。泥層B的固體濃度不變。整個泥層以整體的形式緩