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獨立之精神 自由之思想思想而不自由 毋寧死耳陳寅恪 有人一生與污泥為伴 以此為樂 第四章活性污泥法TheActivatedSludgeProcess 一家污水處理廠的模型似人間仙境 如果真實是這樣該多好 污水處理廠的設計理念融入環(huán)境與人和諧的思想 圖2 1一家污水處理廠的模型 圖4 2一家城市污水處理廠的全景 圖4 3國家主席視察獵德城市污水處理廠 曝氣池 國際奧委會綜合評估團考察北京高碑店污水處理廠 真沒想到 在中國 在北京竟有這樣一家美麗的高科技污水處理廠 圖4 6北京高碑店污水處理廠 圖4 4活性污泥法的基本流程 預處理池 曝氣池 二沉池 可能會不需要 污泥回流 活性污泥法 剩余污泥 初沉池的污泥 繼續(xù)處理或排放 進水 二沉池 來自曝氣池的微生物沉下來 這些污泥去向哪里 清水 浮渣 圖4 5輻流式二沉池 圖4 6輻流式二沉池 4 1基本概念與討論去除對象 可生物降解的有機物無機物 N和P的化合物 重金屬離子 懸浮物和溶解物 活性污泥法有優(yōu)點也有缺點 基本過程與討論 混合 微生物 污染物和DO 污染物降解反應 微生物增殖 微生物絮凝沉淀CO2 H2O 異化 有機物廢污泥 同化 一活性污泥 曝氣 aeration 絮凝體外觀及特性 呈黃褐色 易于沉淀分離 具有較大的比表面積 尺寸0 02 0 2mm 比重1 002 1 006之間 含水率99 一 組成 由具有活性微生物Ma 微生物自身氧化殘留物Me 吸附在污泥上不能為生物降解的有機物Mi 無機物Mii組成 好氧活性污泥微生物 以好氧細菌為主 也存活有真菌 原生動物 后生動物 構成穩(wěn)定生態(tài)系 細菌 降解有機物以異養(yǎng)性原核細菌為主硝化以硝化菌為主1ml正常污泥中含細菌107 108個 細菌種屬與污水中有機成分有關 真菌 種類繁多 活性污泥中較多出現(xiàn)的為腐生或寄生的絲狀菌 原生動物 為活性污泥系統(tǒng)中的指示性生物 是首次捕食者 后生動物 僅在完全氧化型活性污泥系統(tǒng)中出現(xiàn) 是水質非常穩(wěn)定的標志 是生態(tài)系的二次捕食者 微生態(tài)系統(tǒng) 二 形態(tài) 菌膠團 Zoogloea 由各種細菌及細菌所分泌的粘性物質組成的絮凝體狀團粒 顆粒化 Granular 絮狀物 絲狀 對不同形態(tài)的活性污泥你能有何思考 三 活性污泥的作用1吸附 降解 去除污染物 2絮凝 四 活性污泥的基本性狀和評價指標 1 基本性狀褐色 土色 絮狀 有絮凝性能 靜置可從水中分離 2 評價指標與討論1 生物相的觀察 種群構成和形態(tài) bulkflocandtheovergrowthoffilamentousmicroorganisms 圖4 7活性污泥形態(tài)觀察 絮狀物 絲狀菌 2 混合液懸浮物濃度 mixedliquorsuspendedsolids MLSS 混合液揮發(fā)性懸浮物濃度 mixedliquorvolatilesuspendedsolids MLVSS 用這兩個指標衡量污泥中的微生物量 組成 具有活性微生物Ma 微生物自身氧化殘留物Me 吸附在污泥上不能為生物降解的有機物Mi 無機物Mii組成 MLSS與MLVSS的區(qū)別 3 污泥沉降比 settledvolume SV 污泥的沉降性能的指標 混合液靜沉30分鐘 下部的污泥區(qū)的體積與總體積之比 Vw Vt 對相同的污泥 其SV 與哪些因素有關 污水性質 污泥濃度 顆粒大小 污泥形狀 比重 表面性質 沉降時間 Vt Vw 4 污泥體積指數(shù) sludgevolumeindex SVI 通常的SVI數(shù)值要在100 150SVI的倒數(shù)是什么意思 SVI SV MLSS三者的關系5 氧消耗速率或呼吸速率或污染物去除速率 二活性污泥的基本流程 有變型 曝氣池 三活性污泥法去除污水中的有機物的過程 吸附1污染物菌膠團 吸附的規(guī)律 污染物分解2吸附態(tài)的污染物微生物增殖 4 2活性污泥法的發(fā)展和演變發(fā)展的著眼點 歷史線索 聯(lián)系和趨勢原理和過程常用的流程 反應器的型式推流和完全混合溶氧曝氣方式 漸減曝氣法 純氧曝氣法和深井曝氣法污泥回流方式二沉池 氧化溝 SBR從進水點位置方面多點進水 微生物生長形態(tài)絮狀生長 顆?；勰?附著生長 生物膜 功能脫氮 除磷 與厭氧或缺氧組合 凈化含難降解有機物組合粉末炭 活性污泥法 采用化學 物化法 法等與活性污泥法相結合的處理方法活性污泥法朝著快速 高效 低耗 穩(wěn)定等多功能方面發(fā)展 一 曝氣池型 推流曝氣池 完全混合曝氣池 封閉環(huán)流 序批式反應器 池型的幾何 水力 水停留時間和物質分布特征 池型與池中的水力特征 plugflow completemixandmodified cyclic sequencing 曝氣設備的選用和布置必要時 要與池型相配合 并產(chǎn)生相應的水力特征 1推流曝氣池 plugflowaerationbasin 普通曝氣池或傳統(tǒng)曝氣池 平面描述和水力特征描述推流式 1 寬深比 1 2 2 長寬比 5 10 進水 出水 平推 傳統(tǒng)曝氣池中曝氣方式與水力特征曝氣頭在池底平移推流式曝氣頭在曝氣池的池底一側 旋轉推流 2完全混合曝氣池池型 圓型 方型或矩型表曝機或鼓風分建式和合建式 合建式運行證明不好 圖2 8完全混合曝氣池 3封閉環(huán)流使反應池 流態(tài) 局部推流全局完全混合循環(huán)流動濃度 推流 4序批式反應器 sequencingbatchreactor SBR 間歇運行 view 2 671 htm流態(tài)完全混合濃度推流 時間上 二 活性污泥法的發(fā)展和演變發(fā)展的著眼點 歷史線索 聯(lián)系和趨勢原理和過程常用的流程 掌握重要工藝方式的發(fā)展起因和聯(lián)系 理論依據(jù) 基本流程 競爭性 有關需氧與曝氣的工藝改進污水處理廠日常運行的能量消耗中有40 70 為曝氣電耗 曝氣量較小 平衡DO濃度較低 所需反應時間較長 所需容積較大 反之 平衡DO濃度較高 所需反應時間較短 但曝氣運行費用較大 1 傳統(tǒng)推流和漸減曝氣 taperedaeration 均勻曝氣的問題 需氧速率 供氧速率 供 需氧速率 曝氣池的位置 圖2 9曝氣池底部的曝氣頭均勻布置 漸減曝氣如何控制到合理 進一步如何動態(tài)控制曝氣 曝氣控制應用最廣泛的方法是DO控制方法 2 階段曝氣 step aeration 圖2 10階段曝氣工藝圖 3 延時曝氣 extendedaerationprocess 時間長 污泥處于內源呼吸狀態(tài) 剩余污泥少 出水水質好 但是二沉池可能有細小的懸浮物 4 接觸穩(wěn)定法 contactstabilizationprocess BOD5的濃度 BOD5的濃度測定時間間隔比較長BOD5的濃度測定時間間隔比較短 時間 圖2 11出水BOD5的濃度與時間的關系 吸附 活性污泥對水中的懸浮物 接觸 污泥與水中的懸浮物 再生 指活性污泥 穩(wěn)定 指污染物 圖2 12接觸穩(wěn)定法 5完全混合法 completedmixprocess 圖2 13完全混合法 6 深層曝氣 感興趣 可自學 促進溶解氧的傳遞 圖2 14深層曝氣法 7 純氧曝氣 pureoxygenprocess 提高了溶解氧的濃度 良好的去除效果 1 曝氣時間縮短 曝氣池的容積降為原來的1 3 1 4 2 節(jié)省能源30 左右 運行費省10 20 3 基建費省10 20 產(chǎn)泥量少 有利于污泥的處理與利用 5 耐沖擊負荷 不會產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象 超微氣泡的擴散器 氧的轉移效率可達90 曝氣池可用敞開式 避免過多的二氧化碳溶入水中 8 吸附 生物降解 AB法 adsorptionbiodegradationprocess 與接觸穩(wěn)定法 contactstabilization 有何不同 吸附池 沉淀池1 曝氣池 沉淀池2 進水 出水 A級 B級 圖2 15吸附 生物降解法 9 序批式活性污泥法 SBR sequencingbatchreactor SBR是一種近年來受到廣泛關注的反應器 它由進水 反應 沉淀 出水和預備等五個基本操作單元組成 view 2 671 htm SBR運行工藝的主要優(yōu)點 1 同一個反應器多功能 2 較短的水力停留時間 能維持較長的泥齡和較高的污泥濃度 有利于獲得較好的硝化效果 3 可實現(xiàn)全過程的自動控制 自動化水平高 管理容易 4 構筑物構成簡單 投資少 管理和運行成本低 5 濃度梯度大 推動力大 處理效率高 6 耐有機負荷和有毒物負荷沖擊能力強 運行方式靈活 出水水質好 產(chǎn)泥量少 7 厭氧 缺氧 和好氧過程交替發(fā)生 泥齡長且活性高 有利于含氮有機物的硝化和反硝化的生物脫氮和除磷 有利于有機物廢水的深度處理 8 能有效抑制絲狀菌生長 不易產(chǎn)生污泥膨脹的危害 10 氧化溝 lagoons 延時曝氣的一種 圖2 15氧化溝 氧化溝實景 曝氣轉刷 曝氣轉盤 轉刷實景1 轉刷實景2 Pasveer Orbal Carrousel卡羅塞式 BMTS式 合建式氧化溝 二沉池建在氧化溝內曝氣 沉淀 污泥回流系統(tǒng)三種功能集于一體 減少占地面積 運行操作較簡單 一體化氧化溝具有節(jié)能優(yōu)勢 其特點是用固液分離器取代了二沉池 污泥無泵自動回流 沉淀區(qū)改進型 斜人字 板整流效果 氧化溝的曝氣 定向控制的曝氣和攪動裝置 向混合液傳遞水平速度 混合液在氧化溝閉合渠道內循環(huán)流動 HRT和SRT較長 剩余污泥量少 且比較穩(wěn)定 氧化溝有完全混合式反應器和推流式反應器的特點 明顯的溶解氧濃度梯度 氧化溝斷面為矩形或梯形 平面形狀多為橢圓形 溝內水深一般為2 15 4 15m 寬深比為2 1 亦有水深達7m的 溝中水流平均速度為0 3m s 氧化溝曝氣混合設備有表面曝氣機 曝氣轉刷或轉盤 射流曝氣器和提升管式曝氣機等 近年來配合使用的還有水下推動器 迄今 歐洲已有的氧化溝污水處理廠超過2000座 北美超過800座 亞洲有上百座 中國目前正在建造和已投入運行的有數(shù)十座 11CAST 循環(huán)活性污泥法 放在脫氮除磷一節(jié)去講 4 3污水生物脫氮除磷工藝的發(fā)展 詳細內容見后4 4膜生物反應器放在膜分離一節(jié) 有關各活性污泥法的典型設計參數(shù)參閱p118 119 4 3氣體傳遞原理和曝氣設備 活性污泥法的三要素 DO 活性污泥 AS 和基質 污染物 三物一體 彼此協(xié)調 當DO高于0 1 0 3mg L時 單個的細菌的代謝不受DO的限制 當微生物以菌膠團存在 要DO高于2mg L O2 DO 微生物到內部 DO是活性污泥法處理效率的重要因素 氧的傳遞速率 氧的消耗速率氧的傳遞速率 氧的消耗速率氧的傳遞速率 氧的消耗速率 一氣體傳遞原理菲克定律 雙膜理論 四個基本論點 注意這些符號的含義和單位 雙膜理論 dm dt 質量 時間 積分 ln cs c2 ln cs c1 KLa T t如何提高dc dt 二氧轉移的影響因素和對氧傳遞速度關系的修正1水質總傳質系數(shù)KLa受水質的影響 修正系數(shù) KLa 20 污水 KLa 20 清水 氧的飽和溶解度也受水質的影響cs 20 污水 cs 20 清水 2水溫KLa t 溫度修正 KLa t 1 024t 20KLa 20 3cs的氧分壓修正 cs0 cs標 p測表曝池csO接近表層水的溶解度 氣曝池csO取平均值 氣曝池 s取池底和水面平均值 氧的傳遞速率的其它因素討論 水面氧的體積比 三修正后的氧轉移速率與供氣量 實際條件下 同樣的設備能轉移到V體積的混合液的總氧量O2 脫氧清水中的標準氧傳遞速率OS KLa 20 cs 2O V從總氧量O2計算標準氧傳遞速率OS 從O2計算Os 從Os計算供氧量S EA Os S 100 對鼓風曝氣 從供氣量確定風機臺數(shù)并要計算風機壓力P H hd hf對機械曝氣從Os計算葉輪直徑 四曝氣設備 1鼓風曝氣 1 微孔曝氣 微孔曝氣頭 2 小泡擴散器 3 中泡曝氣 管式曝氣 管式曝氣 氧利用率 微孔曝氣 200 m 用于純氧曝氣小孔曝氣 1 5mm 10中孔曝氣 1 3mm 6 8大氣泡曝氣 3mm 5 6 離心鼓風機 2機械曝氣攪拌和轉刷 轉刷曝氣 三 曝氣設備性能指標 1 氧的轉移率 mgO2 L d 2 充氧能力 kgO2 kW h 3 氧的利用率 具體指標見p139溶解氧的利用率 單位時間充氧量OC OC KLa sO V kgO2 h 充氧能力計算 或動力效率 OC 輸出功率 4 4活性污泥數(shù)學模型基礎 建模的基本方法 建模的六點假設 特別注意對六點假設的認識 1完全混合2X0 X3Se溶解態(tài)底物4系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)5二沉池沒有微生物活動6泥水分離和二沉池的排泥和污泥回流正常 二勞倫斯和麥卡蒂 Lawrence McCarty 模型1一個非常重要的概念 參數(shù) 微生物平均停留時間 solidsretentiontime 又稱污泥齡 縮寫SRT MCRT meancellretentiontime C表示 單位為d 活性污泥系統(tǒng)污泥的量是穩(wěn)定的 Q S0 X0 QW XR Se Q Qw Se Xe 活性污泥系統(tǒng)水的量是穩(wěn)定的 Q Q QW QW 單位時間剩余污泥的排量 入流的水量 污泥齡公式的文字表達 污泥齡的公式 完全混合法的典型流程 reactor SecondarySedimentationbasin Q S0 X0 Q Qw Se Xe Se X V 其它因素DO 溫度 pH COD BOD5 種群構成 Se XR RQ QW XR Se Se X 1 R Q 上面的因素之間肯定存在著什么關系 通過什么依據(jù)來建立這些獨立因素的聯(lián)系呢 方法之一是 對整個系統(tǒng) 寫出活性污泥單位時間穩(wěn)態(tài)物料衡算方程把這些因素聯(lián)系起來 單位時間輸入的污泥 認識規(guī)律是建立因素間關系的方法 單位時間排走的污泥 比增長速率的定義和比增長速率與污泥齡的關系 對于完全混合曝氣池 單位時間降解的量為 Q S0 Se 單位時間單位體積降解的底物可表達為 Q S0 Se V即dS dt Q S0 Se V 將之代入 計算曝氣池體積公式 3計算剩余污泥的公式 從表觀污泥產(chǎn)率系數(shù)計算每天剩余活性污泥的排量微生物的增長和基質的去除關系 X YobsQ S0 Se 表觀合成系數(shù) 回流污泥的近似計算公式 XR r 1 SVI 以上公式也可近似用于推流式 4 5活性污泥法的設計計算一曝氣池的設計計算活性污泥法系統(tǒng)的工藝設計包括 1 流程選擇 水質 效率 成本 技術 要求 場地 2 曝氣池容積的確定 3 供氧設備的設計 4 二次沉淀池澄清區(qū)與污泥區(qū)容積的選擇的確定 5 剩余污泥的處置 一曝氣池容積的確定1有機負荷法 設計參數(shù)來自設計規(guī)范 兩種方法 活性污泥負荷率 簡稱污泥負荷 和曝氣區(qū)容積負荷率 簡稱容積負荷 污泥負荷率的定義LS QS0 VX容積負荷率的定義Lv QS0 V污泥的去除污染物負荷率的定義LS Q S0 Se VX注意問題在計算曝氣池容積時 耍正確確定LS Lv X 1 確定恰當?shù)奈勰嘭摵蒐S 確定LS時既要考慮處理水質的要求 亦應考慮污泥的沉降性能 要使LV值對應的污泥指數(shù)SVI在正常運行范圍內 2 恰當?shù)卮_定混合液懸浮固體濃度 X X值一般指曝氣池污泥濃度 在吸附再生法里 是指吸附池和再生池污泥濃度的平均值 2從污泥齡推導出曝氣池的體積 三從BOD5的降解量確定所需的氧氣量BODL與BOD5存在什么近似關系 BODL Q S0 Se 0 68所需的氧量 Q S0 Se 0 68 1 42 X 例題 處理污水量為21600m3 d 經(jīng)沉淀后的BOD5為250mg L 希望處理后的出水BOD5為20mg L 要求確定曝氣池的體積 排泥量和空氣量 經(jīng)研究 還確定了下列條件 1 污水溫度20 2 MLVSS MLSS 0 8 3 回流污泥濃度SS 10000mg L 4 曝氣池中的MLSS 3500mg L 5 設計的 c 10d 6 出水中含22mg L生物固體 其中65 是可生化的 7 N P和其它微量元素充足 8 污水流量的總的變化系數(shù)為2 5 解例題的關鍵是對公式中的含義必須掌握清楚 有些數(shù)據(jù)可查表 注意單位 解 1 出水中的BOD5是懸浮物和可溶性的Se BOD5 之和 Se 20 7 5 12 5mg L 2 計算曝氣池的體積1 從去除污泥負荷率污泥負荷率的定義LS Q S0 Se VX計算得5400m32 從污泥齡推導的公式 計算得5625m3 3 計算水力停留時間t V Q t 實際 V 1 R Q 4 計算每天排除的剩余污泥量1 從表觀合成系數(shù)計算計算結果1350kg d 總排泥量1688kg d2 從污泥齡計算 X VX c計算結果1710kg d X YobsQ S0 Se 剩余污泥按99 的含水率計算污泥的體積 m3污泥的體積與進水流量的比 5 計算污泥回流比XrQr Qr Q XR X Xr X 6 計算曝氣池的需氧量所需的氧量 Q S0 Se 0 68 1 42 X 7 空氣量的計算將氧量換算成空氣體積 再按EA Os Gs 100 Gs 課堂問題 1活性污泥法的有機物的污泥負荷定義 2去除有機物的污泥負荷與污泥齡的關系 3污泥齡的定義和三個表達公式 4寫出剩余污泥的計算公式 4 6脫氮 除磷和脫氮除磷活性污泥法工藝和設計 如今的滇池 藍藻觸目驚心 前些年的滇池 太湖美 太湖美 太湖美呀太湖美美就美在太湖水水上有白帆哪啊水下有紅菱哪啊水邊蘆葦青水底魚蝦肥湖水織出灌溉網(wǎng)稻香果香繞湖飛哎咳唷太湖美呀太湖美 太湖美呀太湖美美就美在太湖水紅旗映綠波哪啊春風湖面吹哪啊水是豐收酒湖是碧玉杯裝滿深情盛滿愛捧給祖國報春暉哎咳唷太湖美呀太湖 太湖美 1200813605609 mp3 太湖生態(tài)系統(tǒng)迅速惡化引發(fā)無錫嚴重水危機 一段新聞 2007年5月31日起 一個多月近百萬市民因太湖藍藻暴發(fā)污染而無法提取飲用水 無錫市太湖飲用水水源地受到嚴重影響 在 太湖流域高溫少雨 太湖水位偏低 的自然條件下 嚴重的污染導致局部的環(huán)境危機 環(huán)境狀況到如此地步政府首當其責 今近兩年的太湖是這樣 前言 國外的氮磷排放標準N 15mg LP 0 5mg L中國 氨氮醫(yī)藥原料藥 染料 石油化工工業(yè)15其他排污單位15磷酸鹽 以P計 一切排污單位0 5 一生物脫氮理論和工藝 氮的化學形態(tài)生活污水中氮的形態(tài) 氨氮 蛋白質氮工業(yè)廢水中的氮有有機氮 氨態(tài)氮和硝態(tài)氮 不同的氮處理方法應考慮不同的方法 1傳統(tǒng)生物法脫氮理論 微生物法可脫去什么形態(tài)的氮 最后的形態(tài) 氨氮硝態(tài)氮有機氮 好氧硝化 缺氧反硝化 氨氮 氨化 厭氧或好氧條件 NH3 NH2OH NO2 NO3 N2 一部分氮被微生物同化 硝化和反硝化硝化菌 好氧 自養(yǎng)菌 1低產(chǎn)率系數(shù)2化能自養(yǎng)菌 低最大比增長速率3高SRT 典型值數(shù)天 十幾天4受氧控制 DO 2mg L 圖4 2 1 5低溫影響大 圖4 2 2 6受BOD5 TKN的影響大 適宜比值2 3 7受抑制因素敏感 pH7 8 如pH忽高忽低 anionicsurfactants heavymetal chlorinatedorganic 圖4 2 3 反硝化菌異養(yǎng)型兼性菌無氧條件 為什么要無氧 硝酸鹽和亞硝酸鹽還原 氮氣微生物生長的C源量和品質有氧時電子受體和電子給體 反硝化菌的性質 1 C源 2 pH 6 5 7 5 3 5 40 4 電子給體 有機碳 氨氮 5 溶解氧一般要求低于0 5mg L 2傳統(tǒng)生物脫氮工藝 1 三段生物脫氮工藝 三個相對獨立運行的系統(tǒng) 碳化 硝化 反硝化 一部分水直接進入反硝化池 為什么 碳化 好氧 有機C源 硝化 好氧 無機C源 反硝化 無分子氧 有機碳源 2 兩段生物脫氮工藝 兩個相對獨立運行的系統(tǒng) 3 前置缺氧 好氧生物脫氮工藝 一個獨立運行的系統(tǒng) 缺氧反硝化脫氮 好氧硝化 二沉池 混合液 硝化液 內循環(huán) 污泥回流 剩余污泥 4 后置缺氧 好氧生物脫氮工藝 好氧硝化 缺氧反硝化脫氮 二沉池 污泥回流 剩余污泥 6 Bardenpho工藝 缺氧段好氧段缺氧段好氧段 二沉池 進水 出水 回流 回流污泥 剩余污泥 缺氧區(qū) 反硝化 好氧區(qū) 硝化 7 同步硝化反硝化 SNDN 沒有獨立設置缺氧區(qū)而實現(xiàn)脫氮的過程解釋 反應器DO分布不均勻 原因 理論缺氧 原因 微環(huán)境理論 3 微生物學的解釋硝化菌一定是自養(yǎng)菌嗎 反硝化一定要缺氧條件嗎 反硝化菌不能進行硝化嗎 硝化菌不能進行反硝化嗎 8 短程脫氮以亞硝酸鹽為電子受體 9 厭氧氨氧化 ANAMMOX工藝 anaerobicammoniumoxidation 厭氧氨氧化的能量學分析 熱力學判斷 厭氧氨氧化ANAMMOX anaerobicammoniumoxidation 厭氧條件下氨氮以亞硝酸氮作為電子接受體直接被氧化到氮氣的過程 NH4 NO2 N2 2H2O20世紀70年代中期 Broda從自由能理論計算中預測到自然界應該有ANAMMOX現(xiàn)象 基礎理論的價值 10年之后理論預測成為現(xiàn)實 自養(yǎng)菌 以NO2 為氮源和無機碳合成細胞 反應方程式 G0 kJ mol 1 8NO3 4 5H e 1 8NH4 3 8H2O 36 11 1 3NH4 1 6N2 4 3H e 26 70 1 3NO2 4 3H e 1 6N2 2 3H2O 92 56 1 4O2 H e 1 2H2O 78 72 1 5NO3 6 5H e 1 10N2 3 5H2O 72 20銨被亞硝酸根氧化的自由能變化銨被硝酸根氧化的自由能變化氧氣直接將銨氮氧化為氮氣的自由能變化 3生物脫氮工藝過程設計 1 缺氧區(qū)的設計缺氧區(qū)的容積計算公式 設反硝化脫氮速率Kde 單位時間 單位重量揮發(fā)性污泥去除的氮 缺氧池容積為Vn 活性污泥濃度為Xv 則單位時間去除的氮 KdeVnXv 單位時間去除的氮 Q Nk Nte 0 12 X 應扣除被微生物同化 因此 KdeVnXv Q Nk Nte 0 12 XvVn Q Nk Nte 0 12 X KdeXv 2 脫氮速率Kde的討論 碳源 量和品質 對脫氮速率Kde的影響 前置缺氧 好氧生物脫氮工藝的脫氮速率Kde取值0 03 0 06沒有外來碳源的后置缺氧 好氧生物脫氮工藝脫氮速率Kde取值0 01 0 03為什么前者比后者大 前置缺氧 好氧生物脫氮工藝后置缺氧 好氧生物脫氮工藝溫度對脫氮速率Kde的影響 缺氧的攪拌方式用機械攪拌 2 好氧區(qū)容積計算 1 好氧區(qū)容積計算公式 從污泥齡得出 硝化的污泥齡 硝化菌的比增長速率 近似表達式 曾經(jīng)給出污泥齡與比增長速率的關系 考慮安全系數(shù) 從前面推導的公式 得硝化池的容積計算式 與前面的公式差別在哪里 3 需氧量的計算 去除BOD 硝化 硝態(tài)氮補充的化學氧等 單位時間所需的氧量去除BOD Q S0 Se 0 68 1 42 Xv 硝化 4 57 Q Nk Nke 0 12 Xv 硝態(tài)氮補充的化學氧 2 86 Q Nt Nke Noe 0 12 Xv 混合液回流量在好氧區(qū)對N建立質量守恒 即 內回流量中 的硝酸根 好氧區(qū)產(chǎn)生 的硝酸根 污泥回流中 的硝酸根 出水中的硝酸根 內回流比對前置缺氧 好氧生物脫氮工藝出水中硝酸根的影響 出水中的硝態(tài)氮濃度 mg L 內回流比 硝酸根的濃度35mg L 硝酸根的濃度25mg L 12345 堿度平衡硝化產(chǎn)生氫離子 而反硝化產(chǎn)生堿度 前置缺氧 好氧生物脫氮工藝中的反硝化產(chǎn)生的堿度不足以彌補硝化產(chǎn)生氫離子 前置缺氧 好氧生物脫氮要考慮堿度平衡 后置缺氧 好氧生物脫氮工藝可能堿度更是問題 二生物除磷 污水中的磷的形態(tài) 正磷酸鹽 聚磷酸鹽 有機磷 典型的生活污水中總磷含量在3 15mg L 以磷計 新鮮的原生活污水 磷酸鹽 正磷酸鹽5mg L 以磷計 三聚磷酸鹽3mg L 以磷計 焦磷酸鹽1mg L 以磷計 以及有機磷 1mg L 以磷計 4 除磷 從可溶性磷轉化為不溶性磷 方法 物理 化學 生物法 生物法除磷始自20世紀70年代 對原有廢水生化處理設備的合理利用 不需要大量額外的設備投資 同時完成對有機物的去除 較低的運行費用等優(yōu)點 該方法在合適的條件下 可以去除廢水中高達90 的磷 一 一般的除磷機理 1 聚磷菌的厭氧釋磷和 過量 攝磷 活性污泥中的聚磷菌 簡稱PAO 在厭氧條件下的釋磷量及在好氧條件下的攝磷量達到比普通活性污泥高3 7倍的程度 2 隨著厭氧與好氧過程的交替進行 PAO可以在活性污泥中形成穩(wěn)定種屬 并占據(jù)一定的優(yōu)勢來過量攝磷 3 從可溶性磷不溶性磷 富磷污泥 好氧條件下所攝取的磷 厭氧條件下所釋放的磷 攝取的磷進入好氧活性污泥 4 富磷剩余污泥排放除磷 厭氧釋磷 PAO能分解細胞內貯存的聚合物 主要是聚磷 還有部分糖原 作為能源 攝取廢水中適宜的有機物 并以聚 羥基烷酸酯 簡稱PHA 及聚乳酸等有機顆粒的形式儲存于細胞內 聚磷的分解引起細胞內磷酸鹽的積累 過多的磷酸鹽不能全部用來生物體合成 部分磷酸鹽被相應的載體蛋白通過主動擴散方式排到胞外 使主體溶液中磷酸鹽濃度升高 好氧過量攝磷 傳統(tǒng)的生物除磷是由聚磷細菌 PAO Poly phosphate accumulatingorganisms PAO利用溶解氧作為電子受體 以體內貯存的PHB及污水中可利用的有機物作為碳源和能源 供細菌生長 合成糖原及積累聚磷 此過程污泥細胞內PHB顆粒迅速減少 聚磷顆粒迅速增加 厭氧釋磷與好氧過量攝磷相輔相成 二 生物除磷的影響因素 1 原水中的易生物降解COD易生物降解COD COD濃度高則釋磷速度快 釋磷速度在較高易生物降解COD濃度下為9 06mgP gVSS h 16 14mgP gVSS h 在較低易生物降解COD濃度時降低到2 49mgP gVSS h 2 厭氧區(qū)硝酸鹽及溶解氧濃度 當外部電子受體達到一定量時 聚磷生物在同其它異養(yǎng)和兼性生物對低級脂肪酸的競爭中處于不利地位 難以達到預計的除磷效果 當硝酸鹽氮濃度大于1 5mg l時 釋磷受到明顯抑制 小于1 5mg l時影響很小 厭氧區(qū)的DO宜控制在0 3mg l以下 方可確保厭氧釋磷順利進行 3 污泥齡和污泥負荷 二者是什么關系 高污泥齡或低污泥負荷糖原消耗會降低VFA的吸收和PHB的儲存降低磷的去除量 三 除磷工藝 1 Ap O工藝 厭氧釋磷 好氧吸收磷 去除BOD 二沉池 富磷污泥回流 富磷剩余污泥 2 Phostrip除磷 生物除磷和磷酸鈣化學沉淀 三生物脫氮除磷 1工藝 1 A2 0工藝 厭氧段缺氧段好氧段 釋磷 脫氮 硝化 二沉池 硝化菌 反硝化菌 聚磷菌 異養(yǎng)菌 含磷剩余污泥 回流污泥 出水 進水 混合液回流 這個工藝在釋磷和脫氮所需要的C源有些矛盾 北京高碑店A A O污水處理廠 2 倒置A2 0工藝 缺氧段厭氧段好氧段 脫氮 釋磷 硝化 過量攝磷 二沉池 硝化菌 反硝化菌 聚磷菌 異養(yǎng)菌 含磷剩余污泥 回流污泥 出水 進水 混合液回流 這個工藝緩和了釋磷和脫氮所需要的C源的矛盾 部分進水 2 改進Bardenpho工藝 回流進水出水回流污泥剩余污泥脫氮效果好 減少硝酸鹽的影響 污泥未經(jīng)完整過程 厭氧段缺氧段好氧段缺氧段好氧段 二沉池 3 UCT工藝 減少硝酸鹽的干擾 是怎樣減少硝酸鹽的干擾的 混合液回流混合液回流進水出水回流污泥含磷剩余污泥 厭氧段缺氧段缺氧段好氧段反硝化反硝化 二沉池 4 SBR工藝 進水 DO快速減少 缺氧階段 反硝化 厭氧釋磷 曝氣階段 硝化 好氧吸磷 靜置 排水進水 除磷進展 反硝化除磷機理在厭氧 缺氧交替環(huán)境中 反硝化菌有聚磷效果 反硝化聚磷菌 denitrifyingphosphorusremovingbacteria 簡稱DPB 二 生物脫氮除磷的影響因素 溫度 pH DO 污泥齡 碳源 水利停留時間 二沉池的沉淀效果濃縮池和消化池中磷的釋放 4 7二次沉淀池 二沉池與曝氣池的內在聯(lián)系曝氣池輸送的污泥性質和濃度 流量二沉池回流的污泥濃度與初沉池的不同沉淀規(guī)律不同功能 澄清 排水的要求 和濃縮 回流污泥的要求 負荷有變化流體復雜 污泥性質 DO 濃度 池型的選擇比初沉池容易出問題設計上不同 二沉池的設計思路 成層沉降決定澄清能力濃縮要求決定濃縮的污泥濃度 二二沉池的構造和計算與初沉池的設計的不同 設計的要求要兼顧澄清和濃縮污泥的沉降規(guī)律不同污泥的性質 澄清 比重 生化 不同污泥的流態(tài)不同 1 表面負荷法設計的參數(shù)不同 請比較 1 沉淀池的表面積A Q q表面負荷q與初沉池有什么差別 成層沉降V rqvt 表面負荷 二沉池表面負荷1 0 1 5m3 m2 h 北京的高牌店污水處理廠二沉池表面負荷0 88m3 m2 h 北京的方莊污水處理廠二沉池表面負荷0 85m3 m2 h 北京的北小河污水處理廠二沉池表面負荷1 8m3 m2 h 2 二沉池的有效水深異重流 2 4m污泥區(qū)的容積污泥濃縮在污泥區(qū) 控制濃縮污泥區(qū)的容積對回流污泥濃度等的影響存泥時間2h 污泥區(qū)的容積 2 固體通量法二沉池可用固體通量法 濃縮池設計用固體通量法更貼切 設計的軟件 第八節(jié)活性污泥法設計 運行和管理的有關問題 一群互相關聯(lián)性很強的因素 設計和運行管理都很重要 科學全面規(guī)范認識 不要只見其一 不見其它 辯證思維 綜合聯(lián)系 問題的產(chǎn)生問題的含義問題的影響解決問題的目的解決問題的方法 有關問題的關系核心和聯(lián)系網(wǎng)鏈 1水力負荷 水力負荷相關的概念 對二沉池來說 qv Q A平對曝氣池來說 qh Q Vt平均 V Q水力負荷直接關聯(lián)曝氣時間 影響出水水質 流量的波動 如何調節(jié) 泵站或調節(jié)池 2有機負荷 去除有機物的污泥負荷率的定義LS Q S0 Se VX QS0 E VX負荷高低關聯(lián)到曝氣池的體積 出水水質 剩余污泥量 污泥齡等 排除的剩余活性污泥量計算 YobsLSVX X YobsQ S0 Se 設計的有機負荷有機負荷的波動和控制LS Q S0 Se VX QS0 E VX 3微生物的濃度 微生物的濃度高 氧的消耗速度也高 氧的傳遞速度也要增大 曝氣設備的氧傳遞速度限制了微生物的濃度 微生物的濃度關聯(lián)曝氣池的體積 污泥的負荷 出水水質 二沉池的沉淀效果 污泥齡 傳氧和耗氧速度 什么情況下會波動 X XRR R 1 4曝氣時間 關聯(lián)曝氣池的體積 供氧的協(xié)調 硝化的要求 污泥量 出水水質 5微生物平均停留時間 計算污泥齡是否要計算二沉池中的污泥 一般不計入二沉池中的污泥只對吸附再生法需要將二沉池中的污泥計入 微生物平均停留時間有助于理解活性污泥法的某些機理 說明活性污泥中的微生物組成 6氧傳遞速率 從氣相到液相 從液相到微生物表面和細胞內 微生物內部的溶解氧狀況 曝氣 耗氧速率 混合狀態(tài)和絮體 量和形態(tài) 對氧的擴散阻力 混合狀態(tài)與那些因素相關 絮體和顆粒狀污泥對氧的擴散阻力與那些因素相關 氣相 水相 DO 微生物 7回流污泥濃度 XRQR QR Q XR X XR X XR X R 1 R 二沉池中濃縮污泥濃度與污泥的沉降性能相關 此又與什么相關 與濃縮時間相關 活性污泥的體積指數(shù) SVI 曝氣池混合液沉淀30min后 每單位重量干泥所占污泥區(qū)的體積 mL g 8回流污泥率 回流量由回流污泥濃度和要達到的曝氣池中的污泥濃度 QR QX XR X 高回流量增加了二沉池的水力負荷 常量回流比變量回流好 必要時要調節(jié)回流比 9曝氣池的構造 完全混合與推流式 10pH和堿度 最佳pH 6 5 8 5緩沖能力來源pH變化 低pH適宜絲狀菌 11溶解氧的濃度 單個細菌0 1 0 3mg L曝氣池0 5 2mg L低DO易誘發(fā)絲狀菌過度繁殖 12污泥膨脹 bulkingofsludge 污泥膨脹定義 污泥結構極度松散 體積增大 量多大 SVI 150或200 上浮 難于沉降分離影響出水水質的現(xiàn)象 現(xiàn)象的本質 1 絲狀菌性膨脹 filamentousbulking 絲狀菌 filamentousbacterium 支撐作用Overproliferation 2 非絲狀菌性膨脹 細胞外表面有大量的親水性的多糖類物質 發(fā)生非絲狀菌膨脹時的菌膠團原因 水溫低和污泥負荷高 氮和磷缺乏 抑制多糖類物質轉化 措施 絲狀菌性膨脹的控制和預防設計中 流程選擇 參數(shù) 生物選擇器 絲狀菌性膨脹的原因 污水水質 2 水溫 3 pH 4 DO 5 微量元素缺乏加強監(jiān)管 早發(fā)現(xiàn) 及時排查 采取措施 兩家污水處理廠曝氣池面上的泡沫 有人一生與污泥為伴 以此為樂重點 1評價活性污泥的性狀指標 2重點活性污泥法 普通曝氣 完全混合法 延時曝氣 SBR反應器 氧化溝 CAST反應器 各種活性污泥法的工藝比較和聯(lián)系 活性污泥法的設計計算 氧傳遞速率及影響因素 生物脫氮 生物除磷和生物脫氮除磷工藝的原理和影響因素 流程圖 5活性污泥法系統(tǒng)設計和運行中的主要影響因素 全面分析各種重要問題的聯(lián)系和要求 6二沉池與普通沉淀池的差別 相同點 特點 與曝氣池的聯(lián)系 難點 1建立活性污泥法的思考方法 2有機物負荷法和需氧量的計算 3全面綜合分析活性污泥法系統(tǒng)設計和運行中的主要影響因素以及這些主要影響因素的聯(lián)系 4二沉池與曝氣池的聯(lián)系 作業(yè)題和思考題 活性污泥的組成 好的活性污泥表現(xiàn)在幾個方面 可用什么指標來評價 2氧總傳遞系數(shù) 如何增大氧總傳遞系數(shù) 阻礙氧向活性污泥內傳遞的因素有哪些 p189第1 第2 3題 從SVI怎樣粗略計算回流污泥濃度 自己設計一道題進行計算 從導出完全混合曝氣池的體積計算公式 11 18作業(yè)題 解析參考書解P145例題的過程 11 18作業(yè) 如果要處理的水量大 你認為是采用生物膜法還是采用活性污泥法較合適 為什么 9生物脫氮 除磷的主要影響因素是什么 說明主要生物脫氮除磷的工藝特點 10如何計算生物脫氮除磷系統(tǒng)的曝氣池容積 曝氣池需氧量和剩余污泥量 并與前面的好氧活性污泥的計算比較 說明異同之處 11如何計算生物脫氮系統(tǒng)反硝化池的容積 12生物脫氮有哪些主要進展 表現(xiàn)在哪些方面的改進 13簡述生物除磷的基本原理 14生物脫氮除磷工藝有哪些進展 15比較A A O脫氮除磷工藝與倒置A A O脫氮除磷工藝的不同 16為什么硝化菌 反硝化菌和聚磷菌可存在于生物脫氮除磷工藝中 17如何理解污泥齡的重要性 18污泥膨脹的含義和衡量 上網(wǎng)查閱實際污水處理廠控制污泥膨脹的實例 19SVI的含義 SVI SV MLSS之間的關系 SVI與回流污泥近似關系 導致SVI異常增大的主要因素因素 SVI異常增大的微生物學基本實質是什么 20硝酸鹽如何影響厭氧釋磷和吸磷 DO如何影響反硝化 污泥齡對硝化和好氧過量吸磷的影響 21你能畫出重要的生物脫氮 生物除磷和生物脫氮除磷工藝的流程圖嗎 22活性污泥法和生物膜法的思考問題的方法或學習方法的相同和不同點 23在濃縮池或污泥消化池的上清液可能含有較高濃度的溶解性磷 為什么 對這個問題有什么辦法 24請你談談以下影響活性污泥系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性的因素的個人看法 25下表是設計初沉池和二沉池的幾個重要參數(shù) 從表中看出初沉池的沉淀時間 表面水力負荷 污泥含水率設計數(shù)值都比二沉池相應的參數(shù)數(shù)值小 請你談談看法 沉淀池類型作用和位置沉淀時間 T h 表面水力負荷 Q m3 m 2 h 1 污泥含水率 初沉池單獨沉淀1 5 2 01 5 2 595 97初沉池二級處理前1 0 2 01 5 4 595 97二沉池活性污泥法后1 5 4 01 0 2 099 2 99 6二沉池生物膜法后1 5 4 00 6 1 596 98