排水工程（水处理工程.ppt

1,生化处理技术模块,2,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,一、污水的生物处理法概念二、生物处理法的分类1、按参与处理过程的微生物分类*好氧生物处理法参与处理过程的微生物以好氧微生物为主，主要用于处理城市污水、易于生物降解的有机工业废水。*厌氧生物处理法参与处理过程的微生物以厌氧（缺氧）微生物为主，主要用于处理污泥、高浓度有机废水。,3,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,2、按微生物的生活方式分类（活性污泥法、生物膜法）*活性污泥法利用活性污泥中的活性微生物对污水中的有机物进行氧化、分解，从而使污水净化的方法自然界水体自净的（强化）模拟。,4,*生物膜法使微生物在固体介质表面（滤料或某些载体）生长、繁殖，形成膜状活性污泥（生物膜），当污水与之接触时，生物膜上的微生物摄取污水中的有机物为营养，从而使污水得以净化的方法。自然界土壤自净的（强化）模拟。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,5,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,6,活性污泥法一、基本概念及原理（一）活性污泥1、活性污泥以微生物为主体、具有吸附代谢有机物的生物絮凝体。良好的好氧活性污泥呈黄褐色。2、活性污泥的组成①具有代谢功能的活性微生物群体Ma；②内源代谢、自身氧化的残留物Me主要是细菌；③惰性有机物（原污水挟入的难为细菌降解的有机物质）Mi；④由污水挟入的无机物Mii活性污泥总量MMaMeMiMii挥发性有机物总量MvMaMeMi,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,7,3、活性污泥的生物相活性污泥微生物微生物是由细菌类、真菌类、原生动物、后生动物等异种群体所组成的混合培养体。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,8,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,9,4、活性污泥的质量评价指标（1）混合液污泥浓度X（混合液悬浮固体浓度MLSS）曝气池单位体积混合液所含活性污泥（悬浮固体）的数量（mg/L）。MLSSMMaMeMiMii（2）混合液挥发性污泥浓度Xv（混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS）曝气池单位体积混合液所含挥发性活性污泥的数量（mg/L）。MLVSSMvMaMeMi令fMLVSS/MLSS对于一定的污水，f是定值，对于生活污水，f为0.75左右。以上二项为表示及控制混合液中活性污泥微生物量的指标。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,10,（3）污泥沉降比SV（）量取1000mL曝气池混合液，在量筒内静止沉淀30min后，沉淀污泥与混合液体积之比。SV大，表示污泥沉降性能不好，活性好，SV小，表示泥沉降性能好，污泥密实，活性不好。一般SV在3040比较好。（4）污泥（容积）指数SVI曝气池出口混合液，静沉30min后，1克干污泥所占的容积（mL/g）SVI大，表示污泥沉降性能不好，活性好，SV小，表示泥沉降性能好，活性不好。对于生活污水或城市污水，一般SVI在70100比较好，SVI200表示污泥已膨胀。影响SVI值的最重要因素是微生物群体的增殖速度。,,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,11,（5）污泥龄（ts、θc）曝气池中活性污泥总量与每日排放污泥量之比。亦即活性污泥在曝气池中的平均停留时间（日）。又称为生物固体平均停留时间。（6）BOD负荷（污泥负荷Ns容积负荷Nv）*污泥负荷Ns每日供给每kg微生物（污泥）的BOD5的量（kgBOD5/kgMLSS.d）（也用F/M表示）（kgBOD5/kgMLSS.d）Q污水流量（m3/d）;La原污水有机物浓度（kg/m3）X混合液污泥浓度（kg/m3）;V曝气池容积（m3）,,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,12,*污泥负荷Nv单位曝气池容积（m3）在单位时间内（1d）能够接受，并将其降解到预定程度的有机物量（BOD）。NvQLa/VNsXNv、Ns选的高，可降低曝气池容积，经济，但处理程度低；Nv、Ns选的低，处理效果好，但曝气池容积大，成本高，工程上Nv、Ns选择很关键（Ns在0.51.5之间污泥膨胀）（二）活性污泥法基本流程活性污泥法的处理核心是曝气池,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,13,（三）活性污泥法的净化过程与机理1、吸附作用在活性污泥系统内，在污水与活性污泥接触的初期，污水中的BOD即可被大量去除，前30分钟BOD去除率可达70（初期吸附去除率）。这是活性污泥所具有的吸附作用的结果。（1）为什么活性污泥具有吸附作用a、具有大的表面积（200010000m2/m3混合液）b、表面具有多糖类粘质层。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,14,（2）影响吸附作用的因素a、含不溶解的有机物多时吸附作用强b、污泥再生（恢复活性）的好，吸附作用强（3）表层水BOD二次回升的原因a、在外酶作用下，被吸附的有机物变为可溶性有机物b、食料充足，游离菌增多（4）吸附有机物的去向a、小颗粒有机物直接渗入细菌体内b、大颗粒有机物在外酶作用下，分解为小颗粒有机物后渗入细菌体内。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,15,2、代谢作用（1）代谢模式a、氧化耗氧、放能b、合成不耗氧、耗能c、无论氧化还是合成，有机物均被去除，氧化产物（H2O、CO2）随水流走，合成产物进二沉池沉淀。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,16,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,17,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,18,（2）活性污泥的增长分析（适应期、对数增长期、减速增长期、内源呼吸期）,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,19,a、适应期b、对数增长期（a→b）有机物/微生物F/M≥2.2（食物多），有机物以最大的氧化速率进行氧化分解和合成，活性污泥增长速度与有机物浓度无关，而仅仅与活性污泥（MLVSS、Xv、Mv）的量成一级反应，微生物能量高，呈分散状态，絮凝性不好，不易沉淀，代谢速率大，耗氧多。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,20,c、减速增长期（b→c）F/M下降，微生物增长受营养物质浓度限制，污泥增长速度、有机物降解速度均与残留的有机物浓度成正比，能量水平低，细菌开始絮凝，形成絮状而沉淀，有机物降解速度、耗氧速度下降。d、内源呼吸期（c→d）F很小，F/M很小，微生物处于饥饿状态，代谢体内物质补充营养不足，污泥量减少，细菌能量水平低，絮凝好，出水水质好。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,21,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,22,3、絮凝沉淀性能（1）凝聚的原因黏液说、含能说、Ns-SVI曲线（2）曝气池中，Ns在1.52.3为高负荷；0.20.6为普通负荷；0.050.15为低负荷。Ns间隔处，SVI太高，沉淀不好，为污泥膨胀区，在设计中要避开，原因尚不明。（3）对于城市污水，SVI200沉淀不好。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,23,（四）活性污泥法的影响因素（环境因素）1、BOD负荷率Ns过高过低都不好，一般控制在0.3左右，即普通活性污泥法；在0.050.1，属于延时曝气法；达到2以上，属于高负荷活性污泥法。2、溶解氧DO混合液DO2mg/L左右为宜，DO低，效率低，易厌氧分解，丝状菌繁殖；DO高，浪费，而且导致活性污泥氧化分解。3、水温2030为宜，35以上和10以下效果不好，要采取措施。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,24,4、营养物质要求BOD5NP10051，还需要K、Na、Fe、S、Ca等，生活污水各元素均可满足，工业废水需补充缺乏元素。缺C可投加生活污水，缺N、P可加氮肥、磷酸盐。5、pH值混合液pH6.59.0为宜，微生物对pH的适应性而言，要求相对稳定，不可变化太大，特别是不可突然变化（冲击负荷）6、有毒物质CN-、Ar-OH、重金属等。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,25,二、曝气与曝气池构造1、曝气原理（双膜理论）气、液两相中存在相界面，界面两侧分别为气膜和液膜，两相中处于紊流状态，氧浓度、氧分压平衡；两膜中处于层流状态，氧浓度、氧分压不平衡，搅拌越充分，膜越薄，氧转移速率越快。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,26,影响氧转移速率的因素（1）与气膜中氧分压梯度、液膜中氧浓度梯度成正比（2）与界面积成正比，气泡越小，氧转移速率越大（3）与接触时间成正比，曝气浓度越大，氧转移速率越大（4）水温的影响，水温越高，不利于氧的转移（5）水质的影响，污水中氧的转移速率低于清水,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,27,2、需氧量即微生物代谢过程中所需的氧量，包括氧化有机物所需的氧量、细胞自身氧化所需的氧量。O2a′QLrb′VO2曝气池混合液需氧量，kgO2/da′氧化每kgBOD所需氧kg数b′污泥自身氧化率1/d，即每kg污泥（MLVSS）每天所需氧kg数,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,28,LrLrLa-LeLa进曝气池污水有机物BOD5浓度，mg/LLe二沉池出水有机物BOD5浓度，mg/LV曝气池有效容积m3Xv挥发性活性污泥浓度mg/L，对生活污水Xv/X0.753、供氧量根据供氧方式采用合适的方法计算。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,29,4、曝气设备,,,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,30,5、曝气池（推流式、完全混合式、循环混合式）,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,31,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,32,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,33,34,三、活性污泥法的发展沿革与运行方式（一）传统活性污泥法1、特点污水和回流污泥从池首端流入，推流前进，从池尾排出，吸附和代谢在同一池子进行。2、优点效率高（因污水与污泥接触时间长），可达95，出水水质稳定。3、缺点（1）供氧和需氧的矛盾,BOD沿池长逐渐降低，需氧量沿池长逐渐降低，而供氧是均匀的，前端供氧不足，后端过剩。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,35,（2）进水浓度低，不耐冲击负荷（3）负荷低，池子大，占地多（4）微生物处于生长曲线的一段，无法使整个池子处于良好工况。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,36,（二）对传统活性污泥法的改造1、扩大Ns的范围（1）高负荷法Ns0.5，效率低，曝气池容积小，污泥龄小，剩余污泥量大（短时曝气法或不完全处理活性污泥法）（2）低负荷法Ns0.1，效率高，曝气池容积大，污泥龄大，剩余污泥量小（延时曝气法）（3）多级活性污泥法,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,37,2、对进水点位置的改革（1）阶段曝气法分段进水，微生物食料均匀，活性好（2）生物吸附法（接触稳定，吸附再生）池中间某一点进水，吸附和污泥再生（代谢）在两个池子（吸附池、再生池）或一个池子的二段（吸附段、再生段）内进行。L分布较均匀，需氧量较均匀。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,38,生物吸附法,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,39,优点a、仅污泥参与再生，虽Ns不高（0.2），但Nv高，V小（吸附池停留时间短3060min，以充分利用初期吸附去除率，再生池中是回流污泥，总量少），占地少，建设费用低。b、避免污泥膨胀c、需氧较均匀d、耐冲击负荷e、易改造,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,40,缺点a、效率低，90左右，因污水与污泥接触时间短b、回流量大，回流比50100，回流污泥提升费用高。R回流污泥量QR/污水量Q,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,41,3、曝气池流型和混合特征改革（1）完全混合法优点a、耐冲击负荷（进水稀释）b、进水浓度高c、池内F/M一致，微生物工况一样，可以控制在良好的工况下工作d、Nv高（0.81.4），需氧均匀e、运行灵活，改变F/M，可改变工况缺点效率低，8590，出水较差,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,42,（2）循环混合法（氧化沟）属于延时曝气法，负荷低，V大，微生物处于内源呼吸期，剩余污泥少。4、改革曝气技术（1）减量曝气法沿池长逐渐减少曝气量（2）纯氧曝气法用氧气代替空气（3）深水曝气、深井曝气、浅层曝气,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,43,（三）活性污泥法新工艺1、氧化沟（循环曝气池）卡罗塞尔氧化沟、交替工作氧化沟、Orbal氧化沟2、间歇式活性污泥处理系统（SBR）,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,44,3、AB法污水处理工艺4、A/O法5、A/O/O法,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,45,（四）活性污泥法除磷脱氮,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,46,四、活性污泥系统设计工艺设计内容1、流程确定2、曝气池（区）容积计算，曝气区工艺设计3、需氧量、供氧量、供气量计算；曝气设备设计4、回流污泥量、剩余污泥量计算；回流设备设计,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,47,5、二沉池设计计算（一）曝气池的设计曝气池容积的设计多采用以污泥负荷率Ns为控制指标的方法1、Ns的确定（1）Ns↗→Le↗（2）Ns↗→ΔX↗（3）Ns↗→O2/XvV↗→O2/QLr↘（4）Ns与SVI的关系如曲线,,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,48,综上，Ns的确定要考虑处理水的出水水质要求（Le），同时也要具有良好的污泥沉降性能曝气池最佳设计理论。对城市污水，Ns0.30.6为宜，Ns0.4最佳，此时处理效率可达90，SVI在80150。2、选Xv、Xr、计算R（1）选Xv若Xv大，则V小，但供氧困难，二沉池负担大，回流量大且受XR控制。一般选Xv24g/L,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,49,（2）选XR（mg/L）r考虑污泥在二沉池中停留时间、池深、污泥厚度等因素有关的系数，一般1.2。当污泥有良好沉降性能时（SVI100左右），Xr812g/L。（3）计算R列二沉池固体物料衡算方程式得,,,,所以有,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,50,3、计算曝气池容积以曝气池最佳设计理论分别进行计算，取V大者作为设计参数。4、求曝气池需氧量O2a′QLrb′VXv5、选曝气设备表曝由R→R0→选曝气机械鼓风曝气由R→R0→Gs→选风机6、计算Qr、Qw，选回流设备QrRQQwΔX/fXr,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,51,（二）二沉池的设计1、二沉池的特点（1）区域沉淀（即Ⅲ型沉淀，发生条件为悬浮物浓度500mg/L以上），在沉淀过程中，沉淀速度与絮凝性能有关。（2）活性污泥重量轻，易被水带出或产生二次流和异重流，故设计二沉池时水平流速比一沉池小一半，出水堰长度增加。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,52,2、二沉池设计计算方法（要求溢流水中悬浮物浓度越小越好，底流污泥浓度越大越好，故设计池面积取决于澄清和浓缩能力，取大者）（1）表面负荷法（以表面负荷为控制参数→保证良好的出水水质）（2）固体通量法（以固体通量为控制参数→获得尽量高浓度的底泥）固体通量单位时间内通过单位面积的固体重量（kg污泥/m2.d）,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,53,五、活性污泥系统的运行管理（一）活性污泥的培养驯化（同步法、异步法）同步法培养驯化同时进行异步法先培养后驯化1、城市污水（包含全面营养物质，并有丰富的微生物）直接闷曝12天，絮凝体形成，停止曝气、静沉，除去上清液，再加污水闷曝，絮凝体增多当SV15时（710日）开始连续运行。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,54,2、工业废水（不含微生物，经常缺乏营养物质）接种用生活污水；同类污水厂污泥；土壤（现场泡水），培养同城市污水驯化逐渐增加工业废水比例，减少生活污水或其他营养物质比例驯化目的筛选菌种，诱发微生物体内产生适合工业废水的酶（二）试运行（目的选择最佳运行方式和运行参数）（三）检验（项目反应水质及处理效果的参数；反应污泥性能的参数；反应环境条件的参数）,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,55,（四）运行中异常情况1、污泥膨胀（1）现象污泥松散，SVI增高，污泥不沉淀、流失。（2）原因丝状菌大量繁殖；污泥结合水增高2、污泥解体（1）现象污泥细小，出水浑浊（2）原因DO过高；有毒物质排入3、污泥脱氮（1）现象二沉池内污泥成块上浮（2）原因污泥龄太长，发生反硝化反应，氮气将污泥带上水面。,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,56,4、污泥腐化（1）现象污泥上浮，变黑、发臭（2）原因污泥在二沉池停留时间过长5、泡沫（1）现象曝气池表面大量泡沫（2）原因合成洗涤剂；其他起泡物质,第三章水的生物处理（一）活性污泥法,