活性污泥法原理與應用.ppt

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1,活性污泥法,一、活性污泥法起源,1.1活性污泥法背景18世紀60年代歐洲工業(yè)革命，工業(yè)和城市化快速發(fā)展，大量的工業(yè)廢水、生活污水未經處理直接排入水體，成為當時污染最為嚴重的地區(qū)。,圖11858年，倫敦發(fā)生“大惡臭(TheGreatStink)”事件,1.2活性污泥法起源大事記1865年，英國成立河流污染皇家委員會1898年，成立污水處理皇家委員會，是污水處理技術發(fā)展的里程碑事件1908年，污水處理皇家委員會提出著名的“30:20(SS:30mg/L、BOD:20mg/L)+完全硝化”出水標準，1912年該標準被采納，當時被視為污水處理工藝發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)。,1.3活性污泥法發(fā)明過程第一階段：認識到氧氣對污水凈化的作用1882年，英國的安格斯史密斯博士嘗試向污水中鼓入空氣，發(fā)現(xiàn)在任何情況下曝氣都會使污水腐敗延遲，且更易形成硝酸鹽氮。1891~1898年，英國人洛可克在著名的勞倫斯試驗站，采用生物濾池對污水進行了類似的曝氣研究。1897年，英國曼徹斯特大學吉爾伯特福勒教授進行了污水曝氣試驗，產生了清澈的出水；同時也產生了快速沉淀的顆粒物，但福勒當時認為這些沉淀物是試驗的失敗之處。,結論：認識到氧的存在會使污水中的物質得到良好降解，但污水處理效率的提高卻收效甚微。,1.3活性污泥法發(fā)明過程第二階段：認識到活性污泥對污水的凈化作用1911年，勞倫斯試驗站的首席化學家克拉克(Clark)和蓋奇(Gage)進行污水曝氣實驗，發(fā)現(xiàn)隨著污水的不斷加入和曝氣時間的增長，池內出現(xiàn)了絮狀沉淀物；并發(fā)現(xiàn)當曝氣停止后，隨著沉淀物排出，出水開始變清。--首次發(fā)現(xiàn)了絮狀沉淀物對污水的凈化作用。1913年，英國曼徹斯特戴維漢姆實驗室的化學工程師阿登(Arden)和洛克(Locket)特進行了曝氣實驗，在實驗室過程中未將絮狀物排出，而是把絮狀物留存下來繼續(xù)曝氣，發(fā)現(xiàn)污水凈化周期從初始的3周減少到24h內。--首次驗證了絮狀沉淀物對污水的凈化作用。,阿登在《無需濾池的污水氧化試驗1》一文中首次提出“活性污泥”的概念，對活性污泥的發(fā)明具有劃時代的意義,6,什么是活性污泥法？,以活性污泥為主體的污水生物處理技術。本質：天然水體自凈化作用的人工強化，是好氧生物處理過程。應用：去除污水中溶解和膠體狀態(tài)的可生物降解有機物。,7,（一）什么是活性污泥？,由細菌、菌膠團、原生動物、后生動物等微生物群體及吸附的污水中有機和無機物質組成的、有一定活力的、具有良好的凈化污水功能的絮絨狀污泥。,一、活性污泥,8,8,一組活性污泥圖片,9,（二）曝氣池活性污泥的性狀,1、正常,10,（二）活性污泥的性狀,供氧不足或厭氧,黑色,灰白色,供養(yǎng)過多或營養(yǎng)不足,1、不正常,11,11,曝氣池,12,12,13,13,曝氣池出水堰,14,14,曝氣池混合液配水進入二沉池,15,1、棲息著的微生物,（三）活性污泥的組成,大量的細菌,真菌,原生動物,后生動物,除活性微生物外，活性污泥還挾帶著來自污水的有機物、無機懸浮物、膠體物；活性污泥中棲息的微生物以好氧微生物為主，是一個以細菌為主體的群體，除細菌外,還有酵母菌、放線菌、霉菌以及原生動物和后生動物。活性污泥中細菌含量一般在107～108個/mL；原生動物103個/mL，原生動物中以纖毛蟲居多數，固著型纖毛蟲可作為指示生物，固著型纖毛蟲如鐘蟲、等枝蟲、蓋纖蟲、獨縮蟲、聚縮蟲等出現(xiàn)且數量較多時，說明培養(yǎng)成熟且活性良好。,2、干固體和水分,含水98％~99％,干固體1％~2%,MLSS,,,16,按McKinney的分析：,混合液懸浮固體：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii,式中：Ma——有活性的微生物；,Me——微生物自身氧化殘留物，即內源代謝殘留的微生物有機體;,Mi——有機污染物，吸附在污泥上未被降解；,Mii——無機懸浮固體，吸附在污泥上。,3、活性污泥的組成：,有活性的微生物存在形態(tài)——菌膠團：由細菌分泌的多糖類物質將細菌等包覆成的粘性團塊。,17,4、按有機性和無機性成分：,MLSS,,MLVSS:70%,MLNVSS:30%,MLSS——混合液懸浮固體濃度，也叫污泥濃度（g/L)，MLVSS——混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度，表示混合液懸浮固體中有機物含量，但不僅是微生物的量，由于測定方便，目前還是近似用于表示污泥。MLNVSS——灼燒殘量，表示無機物含量。,MLVSS:一般范圍為55％~75％，,即MLVSS/MLSS=0.7~0.8，,18,污泥沉降比：SV,（四）活性污泥的沉降濃縮性能,取混合液至1000mL或100mL量筒，靜止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的體積，以占混合液體積的比例（%）表示污泥沉降比。可反映污泥的沉降性能。,污泥沉淀30min后密度接近最大，故SV可反映沉降性能。能反映污泥膨脹等異常情況，可控制剩余污泥的排放量。城市污水正常值為15%～30%左右。簡單易行但SV不能確切表示污泥沉降性能。,19,19,污泥體積指數：SVI(污泥指數、污泥容積指數,曝氣池出口處出混合液，經30分鐘靜沉后，每g干泥所形成的濕污泥的體積，簡稱污泥指數，單位為mL/g。,反映污泥的凝聚、沉降性能。SVI應在100～150（有說70～100）。影響SVI的最重要的因素是微生物群體所在的增殖期。太高，沉降性能差，可能膨脹；太低，可能處在內源呼吸期，泥粒細小而緊密，易沉降，活性差，無機物多。實際運行中，一般用SV了解SVI，因為曝氣池MLSS變化不大。,20,6、污泥齡(SRT)θc：是指微生物平均停留時間，實質上是反應系統(tǒng)內的微生物全部更新一次所用的時間，在工程上，就是指反應系統(tǒng)內微生物總量與每日排出的剩余微生物量的比值。以θC表示，單位為d。定義式為,（X)T——曝氣池中活性污泥總質量，kg（ΔX/Δt)T——每天從系統(tǒng)中排出的活性污泥質量,kg/d,21,（1）含義：對于一定量的基質，達到一定處理效率所需要的微生物的量;對于一定進水濃度的污水（S0）只有合理選擇污泥濃度（X）和恰當的污泥負荷Ls才能達到指定的處理效率；污泥負荷決定活性污泥的生長階段；Ls決定活性污泥的凝聚、沉降和系統(tǒng)的處理效率。,【7】污泥負荷,22,指曝氣池的單位容積，在單位時間內所能夠接受，并將其降解到某一規(guī)定額數的BOD5的質量，即:,式中：Lv——容積負荷，kg(BOD5)/(m3d)。,【8】容積負荷,實際計算:X、Ls、Lv可查p118表12-1.對于某些工業(yè)污水，試驗確定X、Ls、Lv污泥負荷法應用方便，但需要一定的經驗。,23,23,二.活性污泥法的基本流程,24,三、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,穩(wěn)定階段,由于活性污泥具有巨大的表面積，而表面上含有多糖類的黏性物質，導致污水中的有機物轉移到活性污泥上去。,主要是轉移到活性污泥上的有機物為微生物所利用。,25,第二節(jié)活性污泥法數學模型基礎,26,莫諾特（Monod）模式方程式,研究微生物的比生長速率與底物的濃度之間的關系——探討微生物生長動力學,27,微生物增長速度和微生物本身的濃度、底物濃度之間的關系是廢水生物處理中的一個重要課題。有多種模式反映這一關系。當前公認的是莫諾特方程式：式中：S——限制微生物增長的底物濃度，mg/L；μ——微生物比增長速度，即單位生物量的增長速度。,,,,,微生物實際增長模型：,其中μmax為最大比生長速率(T-1);Ks為微生物生長速率為最大比生長速率1/2時的基質濃度(g/L);Kd為微生物內源衰減速率,,微生物實際增長模型（考慮衰亡）,29,在生化反應中，反應速度是指單位時間里底物的減少量、最終產物的增加量或細胞的增加量。在廢水生物處理中，是以單位時間里底物的減少或細胞的增加來表示生化反應速度。圖中的生化反應可以用下式表示：即該式反映了底物減少速率和細胞增長速率之間的關系，是廢水生物處理中研究生化反應過程的一個重要規(guī)律。,及,式中：反應系數又稱產率系數，mg（生物量）/mg（降解的底物）,,,,,基質降解模型：,其中μmax為最大比生長速率(T-1);Ks為微生物生長速率為最大比生長速率1/2時的基質濃度(g/L);Kd為微生物內源衰減速率,,基質降解速率模型,31,,微生物增長與底物降解的基本關系式,式中：,Y——產率系數；Kd——內源呼吸（或衰減）系數；X——反應器中微生物濃度。,32,在實際工程中,產率系數（微生物增長系數）Y常以實際測得的觀測產率系數（微生物凈增長系數）Yobs代替。故式從上式得：式中：μ′為微生物比凈增長速度。上列諸式表達了生物反應處理器內,微生物的凈增長和底物降解之間的基本關系，亦可稱廢水微生物處理工程基本數學模式。,或,反應器動力學-物料平衡,如何建立物料平衡方程？關鍵步驟：第一步：確定處理系統(tǒng)的組成第二步：必須確定控制單元第三步：建立某一種物質組分物料平衡方程總原則：一個物料方程只能針對一種成分?。?反應器動力學-物料平衡,Q=Qin-Qout+QpQ-控制單元內物質累積速率Qin-物質流進速率Qout-物質流進速率Qp-物質產生速率,控制單元內某成分物料平衡總方程：,,Qin,Qout,Qp,,某控制單元內某組分物料圖,間歇反應器動力學模型,Q=Qin-Qout+Qp其中Qin=0,Qout=0,以反應器中底物降解與微生物生長為例：,,Qin,Qout,Qproduce,,某控制單元內某組分物料圖,,控制單元內只需考慮反應器內部底物的降解和微生物積累，無外源添加或排出。,,,,,間歇反應器污染物降解與微生物增長動力學模型:,微生物增長模型：,其中μmax為最大比生長速率(T-1);K為微生物生長速率為最大比生長速率1/2時的基質濃度(g/L);b為微生物內源衰減速率,,,,,,,間歇反應器動力學模型,,,,從底物S降解和微生物Xa增長方程，可以看出兩者均隨時間t變化，同時又相互依賴,由于Monod方程為非線性方向,無法得到底物S或微生X與反應t分析解,底物降解：,微生物增長：,,,,,,間歇反應器底物降解動力學模型求解：,,,,,,,,,,,,,,,,,,根據邊界條件(S(0)=S0;Xa(0)=Xa0)，，可得出污水間歇處理系統(tǒng)中反應時間t-底物濃度S函數關系圖（S-t關系太過復雜）,污水間歇處理系統(tǒng)中，初始微生物接種濃度Xa0對微生物生長和底物降解影響顯著接種污泥初始濃度過低，可顯著增加污水凈化所需時間，從而增大整個反應器體積和造價,,,,,,,間歇反應器底物降解動力學模型求解：,40,第三節(jié)活性污泥法的發(fā)展,活性污泥法典型工藝組成,典型好氧活性污泥法處理工藝流程,工藝主要組成部分及功能,1、生化反應池:通過生化池中的微生物群落（活性污泥）多種物理（吸附、絡合、沉淀）或生長代謝（主要化能異養(yǎng)、化能自養(yǎng)），實現(xiàn)廢水中有機物降解去除。,2、供氣或曝氣系統(tǒng):由曝氣風機或曝氣器為微生物呼吸作用提供足夠的溶解氧，是整個工藝的主要能耗部分。,3、沉淀/回流系統(tǒng):1）進行泥水分離，保證出水水質；2）保證回流污泥，維持曝氣池內的污泥濃度。,43,封閉環(huán)流式,序批式,活性污泥法曝氣反應池的基本形式,其他曝氣池基本上是這四種池型的組合或變形,44,1、推流式曝氣池,工藝流程：見p107,水流：推流型底物濃度分布：進口最高，沿池長逐漸降低，出口端最低。理想推流：橫斷面上濃度均勻，縱向無摻混,45,根據橫斷面上的水流情況，可分為,,,平流推移式,旋轉推移式,46,46,推流式曝氣池,47,47,推流式曝氣池,48,2.完全混合曝氣池,池形,根據和沉淀池的關系,圓形,方形,矩形,分建式,合建式,49,,50,污水與回流污泥在進入曝氣池后，立即與池中的混合液完全混合池中微生物的種類和濃度、底物濃度需氧速率各點相同——與推流式不同；對沖擊負荷有較強的適應能力；出水水質不及傳統(tǒng)法。,完全混合法的特征,完全混合法,51,51,曝氣池的三種池型,52,52,機械曝氣完全混合曝氣池,53,53,鼓風曝氣完全混合曝氣池,54,54,局部完全混合推流式曝氣池,55,55,,3.封閉環(huán)流式反應池,結合了推流和完全混合兩種流態(tài)與推流式的區(qū)別:污水有40～300次循環(huán),56,4.序批式反應池（SBR）,SBR工藝的基本運行模式由進水、反應、沉淀、出水和閑置五個基本過程組成，從污水流入到閑置結束構成一個周期，在每個周期里上述過程都是在一個設有曝氣或攪拌裝置的反應器內依次進行的。,57,(1)工藝系統(tǒng)組成簡單，不設二沉池，曝氣池兼具二沉池的功能，無污泥回流設備；(2)耐沖擊負荷，在一般情況下（包括工業(yè)污水處理）無需設置調節(jié)池；(3)反應推動力大,易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質;(4)運行操作靈活，通過適當調節(jié)各單元操作的狀態(tài)可達到脫氮除磷的效果；(5)污泥沉淀性能好,SVI值較低,能有效地防止絲狀菌膨脹;(6)該工藝的各操作階段及各項運行指標可通過計算機加以控制，便于自控運行，易于維護管理。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝與連續(xù)流活性污泥工藝相比的優(yōu)點,58,(1)容積利用率低；(2)水頭損失大；(3)出水不連續(xù)；(4)峰值需氧量高；(5)設備利用率低；(6)運行控制復雜；(7)不適用于大水量。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝的缺點,59,傳統(tǒng)活性污泥法漸減曝氣分步曝氣完全混合法淺層曝氣深層曝氣高負荷曝氣或變形曝氣克勞斯法延時曝氣接觸穩(wěn)定法氧化溝純氧曝氣活性污泥生物濾池（ABF工藝）吸附－生物降解工藝（AB法）序批式活性污泥法（SBR法）,二、活性污泥法的發(fā)展和演變,有機物去除和氨氮硝化,60,,一般采用3～5條廊道。充氧設備沿池長均勻分布。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。前半段氧遠遠不夠，后半段供氧量超過需要，而充氧設備沿池長均勻分布。易受沖擊負荷的影響，適應水質水量變化的能力差：污泥進入池后不能立即與混合液充分混合。,1、傳統(tǒng)推流式,61,62,2、漸減曝氣：特征：充氧設備沿池長布置與需氧量匹配。節(jié)能,63,,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。實際情況是：前半段氧遠遠不夠，后半段供氧量超過需要。漸減曝氣的目的就是合理地布置擴散器，使布氣沿程變化，而總的空氣量不變，這樣可以提高處理效率。,漸減曝氣,64,特征:把入流的一部分從池端引入到池的中部分點進水。優(yōu)點：均衡了污染負荷和需氧率提高了耐沖擊負荷的能力,3、階段曝氣（分步曝氣）,階段曝氣示意圖,65,部分污水廠只需要部分處理，因此產生了高負荷曝氣法。曝氣池構造與傳統(tǒng)推流式相同。曝氣時間比較短，約為1.5～3h，BOD5處理效率僅約70%～75％左右?；钚晕勰嗵幱谕⑸L期。,4.高負荷曝氣（改良曝氣）,66,,延時曝氣的特點：曝氣時間很長，達24h甚至更長，MLSS較高，達到3000～6000mg/L；活性污泥在時間和空間上部分處于內源呼吸狀態(tài)，剩余污泥主要是一些難于生物降解的微生物內源代謝殘留物，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，近年來，國內小型污水處理系統(tǒng)多有使用。耐沖擊負荷，無需初沉池，缺點：池體積大，基建費運行費高,5、延時曝氣,67,67,,68,6.接觸穩(wěn)定法（吸附再生法）,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。,,間隔較短時間測得的曲線，下降由吸附引起,間隔較長時間測得的曲線,69,,直接用于原污水的處理比用于初沉池的出流處理效果好；可省去初沉池；此方法接觸時間短，氨氮難硝化，不適于處理溶解性有機污染物廢水，剩余污泥量多。,接觸穩(wěn)定法,,混合液的曝氣完成了吸附作用，回流污泥的曝氣完成了污泥再生。,回流污泥的曝氣使污泥再生,曝氣的同時吸附,70,,7.吸附－生物降解工藝（AB法）,71,特征：分為預處理段、A級和B級三段，無初沉池A級以高負荷或超高負荷運行，B級以低負荷運行，A級曝氣池停留時間短，30～60min，B級停留時間2～4h。該系統(tǒng)不設初沉池，A級曝氣池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。處理效果穩(wěn)定，具有抗沖擊負荷和pH變化的能力。該工藝還可以根據經濟實力進行分期建設。,7.吸附－生物降解工藝（AB法）,72,8.完全混合法,長條形池子的完全混合法：在分步曝氣的基礎上，進一步大大增加進水點，同時相應增加回流污泥并使其在曝氣池中迅速混合，長條形池子中也能做到完全混合狀態(tài)。,73,,74,（1）池液中各個部分的微生物種類和數量基本相同，生活環(huán)境也基本相同。（2）入流出現(xiàn)沖擊負荷時，池液的組成變化也較小，因為驟然增加的負荷可為全池混合液所分擔，而不是像推流中僅僅由部分回流污泥來承擔。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，在工業(yè)污水的處理中有一定優(yōu)點。（3）池液里各個部分的需氧量比較均勻。,完全混合法的特征,完全混合法,75,75,9.深層曝氣,深井曝氣法處理流程,深井曝氣池簡圖,,,76,76,一般深層曝氣池直徑約1~6m，水深約10～20m。但深井曝氣法深度可達150～300m，節(jié)省了用地面積。在深井中可利用空氣作為動力，促使液流循環(huán)。深井曝氣法中，活性污泥經受壓力變化較大，實踐表明這時微生物的活性和代謝能力并無異常變化，但合成和能量分配有一定的變化。深井曝氣池內，氣液紊流大，液膜更新快，促使KLa值增大，同時氣液接觸時間延長，溶解氧的飽和度也隨深度的增加而增加。需解決的問題：當井壁腐蝕或受損時，污水可能會通過井壁滲透，污染地下水。,深層曝氣,普通曝氣池經濟深度：5～6m，占地面積大。,77,純氧代替空氣，可以提高生物處理的速度。純氧曝氣池的構造見右圖。,10.純氧曝氣,缺點：純氧發(fā)生器容易出現(xiàn)故障，裝置復雜，運轉管理較麻煩。,在密閉的容器中，溶解氧的飽和度可提高，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，污泥的沉淀性也好。純氧曝氣并沒有改變活性污泥或微生物的性質，但使微生物充分發(fā)揮了作用。,,采用密閉池,78,,79,,氧化溝是延時曝氣法的一種特殊形式，它的池體狹長，池深較淺，在溝槽中設有表面曝氣裝置。曝氣裝置的轉動，推動溝內液體迅速流動，具有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)。5～15min完成一次循環(huán)。廊道水流呈推流式，但總體接近完全混合反應器,12.氧化溝,,80,81,13.淺層曝氣,特點：氣泡形成和破裂瞬間的氧傳遞速率是最大的。在水的淺層處用大量空氣進行曝氣，就可以獲得較高的氧傳遞速率。,1953年派斯維爾（Pasveer）的研究：氧在10℃靜止水中的傳遞特征，如下圖所示。,,82,淺層曝氣,擴散器的深度以在水面以下0.6～0.8m范圍為宜，可以節(jié)省動力費用，動力效率可達1.8～2.6kg（O2）/kWh。可以用一般的離心鼓風機。淺層曝氣與一般曝氣相比，空氣量增大，但風壓僅為一般曝氣的1/4~1/6左右，約10kPa，故電耗略有下降。曝氣池水深一般3～4m，深寬比1.0～1.3，氣量比30～40m3/（m3H2O.h）。淺層池適用于中小型規(guī)模的污水廠。由于布氣系統(tǒng)進行維修上的困難，沒有得到推廣利用。,83,14.活性污泥生物濾池（ABF工藝）,上圖為ABF的流程，在通常的活性污泥過程之前設置一個塔式濾池，它同曝氣池可以是串聯(lián)或并聯(lián)的。,,84,塔式濾池濾料表面附著很多的活性污泥，因此濾料的材質和構造不同于一般生物濾池。濾池也可以看作采用表面曝氣特殊形式的曝氣池，塔是一外置的強烈充氧器。因而ABF可以認為是一種復合式活性污泥法。,活性污泥生物濾池（ABF工藝）,85,15.序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝的基本運行模式由進水、反應、沉淀、出水和閑置五個基本過程組成，從污水流入到閑置結束構成一個周期，在每個周期里上述過程都是在一個設有曝氣或攪拌裝置的反應器內依次進行的。,86,(1)工藝系統(tǒng)組成簡單，不設二沉池，曝氣池兼具二沉池的功能，無污泥回流設備；(2)耐沖擊負荷，在一般情況下（包括工業(yè)污水處理）無需設置調節(jié)池；(3)反應推動力大,易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質;(4)運行操作靈活，通過適當調節(jié)各單元操作的狀態(tài)可達到脫氮除磷的效果；(5)污泥沉淀性能好,SVI值較低,能有效地防止絲狀菌膨脹;(6)該工藝的各操作階段及各項運行指標可通過計算機加以控制，便于自控運行，易于維護管理。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝與連續(xù)流活性污泥工藝相比的優(yōu)點,87,(1)容積利用率低；(2)水頭損失大；(3)出水不連續(xù)；(4)峰值需氧量高；(5)設備利用率低；(6)運行控制復雜；(7)不適用于大水量。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工藝的缺點,88,第四節(jié)氣體傳遞原理和曝設備,89,活性污泥：引起吸附和氧化分解作用；,有機物：是處理對象，也是微生物的食料；,溶解氧：沒有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能發(fā)揮氧化分解作用。,90,一、氣體傳遞原理,雙膜理論①認為在氣液界面存在著二層做層流流動的膜：氣膜和液膜。②傳質阻力僅存于這兩層膜。氣液界面達到平衡態(tài)，無阻力。③傳質推動力氣膜：氧分壓差液膜：氧濃度差④氧的傳質阻力主要在液膜上，故液膜內的氧的傳質是控制步驟。,,91,在廢水生物處理系統(tǒng)中，氧的傳遞速率可用下式表示：,式中：dM/dt——氧傳遞率；M——氧的質量；D——液膜中氧的擴散系數；A——氣液接觸面的面積；cs——氧在溶液中的飽和濃度；c——溶液中溶解氧的濃度。而dM=Vdc，V為液相主體體積，則上式可改寫成：,為液膜中氧分子的傳質系數。,表示氧分子的總傳質系數。,為氧轉移速率——液相中溶解氧濃度變化速率,氧傳遞率：單位時間通過氣液界面的氧的質量,92,由此上式變?yōu)椋簩⑸鲜竭M行積分，可求得總的傳質系數：,KLa值受污水水質的影響，把用于清水測出的值用于污水，要采用修正系數α，同樣清水的cs值要用于污水要乘以系數β，因而上式變?yōu)椋?式中：,c1，c2——t1，t2時溶液中氧的濃度。,93,93,提高氧轉移速率的措施,提高KLa值提高紊流程度，降低液膜厚度；加速氣液界面的更新；微孔曝氣，增大氣液接觸面積。2.提高cs值提高氣相氧分壓，如采用純氧曝氣、深井曝氣。,94,,二、氧氣轉移影響因素（1）污水水質污水中的雜質對氧氣的轉移以及溶解度有一定影響，如表面活性物質會形成一層膜，增加楚地阻力所以引入小于1的修正系α數，則有：,95,,（2）水溫水溫上升，水的粘度降低，液膜厚度減小，Kla值增高；氧氣在水中的溶解度隨溫度上升而降低。溫度對氧氣轉移有二種相反的影響，但不能相互抵消，總體上，低溫有利于氧氣的轉移。,96,（3）氧分壓氧分壓越高，越有利于氧氣的轉移。,97,曝氣的作用與曝氣方式,曝氣方式：1.鼓風曝氣系統(tǒng)2.機械曝氣裝置：縱軸表面曝氣機、橫軸表面曝氣器3.鼓風+機械曝氣系統(tǒng)4.其他：富氧曝氣、純氧曝氣,98,98,常用鼓風機形式,99,微孔曝氣設備,圓盤式微孔擴散器,管式微孔擴散器,100,微孔曝氣盤,101,101,微孔曝氣管,102,102,微孔曝氣管,103,微孔曝氣設備測試,104,104,微孔曝氣設備安裝,105,105,微孔曝氣設備的運行狀況,106,可變微孔曝氣器安裝,107,五龍口二期,108,機械曝氣：表面曝氣機,109,機械曝氣：表面曝氣機,曝氣的效率取決于：曝氣機的性能曝氣池的池形,這類曝氣機的轉動軸與水面平行,主要用于氧化溝。,豎式曝氣機,臥式曝氣刷,110,110,曝氣轉刷,111,112,112,測試中的曝氣轉碟,113,第五節(jié)去除有機污染物的活性污泥法過程設計,114,114,活性污泥系統(tǒng)工藝設計,主要設計內容：根據進出水質的要求確定以下內容（1）工藝流程選擇；（2）曝氣池容積和構筑物尺寸的確定；（3）二沉池澄清區(qū)、污泥區(qū)的工藝設計；（4）供氧系統(tǒng)設計：供氧量、曝氣設備選擇；（5）污泥回流設備設計：剩余污泥量。,主要依據：水質水量資料生活污水或生活污水為主的城市污水：成熟設計經驗工業(yè)廢水：試驗研究設計參數,115,污泥泥齡法,由于當前兩種形式的曝氣池實際效果差不多，因而完全混合的計算模式也可用于推流式曝氣池的計算。,116,有機物負荷的兩種表示方法,117,1.有機負荷法,118,定義：指單位質量活性污泥（干重）在單位時間內所能夠接受，并將其降解到某一規(guī)定額數的BOD5量，即:,式中：Ls——污泥負荷率,kgBOD5/（kgMLVSSd）;Q——與曝氣時間相當的平均進水流量，m3/d；S0——曝氣池進水的平均BOD5值，mg/L；X——曝氣池中的污泥濃度，MLSS或MLVSS，mg/L,1)污泥負荷（污泥負荷率）,119,（1）含義：對于一定量的基質，達到一定處理效率所需要的微生物的量;對于一定進水濃度的污水（S0）只有合理選擇污泥濃度（X）和恰當的污泥負荷Ls才能達到指定的處理效率；污泥負荷決定活性污泥的生長階段；Ls決定活性污泥的凝聚、沉降和系統(tǒng)的處理效率。,【1】污泥負荷,120,(2)曝氣池容積計算,①由Ls的定義式,②按《室外排水規(guī)范》的規(guī)定,式中：Se——曝氣池出水的平均BOD5值，mg/L；X——曝氣池中的污泥濃度，MLSS或MLVSS，mg/L,121,指曝氣池的單位容積，在單位時間內所能夠接受，并將其降解到某一規(guī)定額數的BOD5的質量，即:,式中：Lv——容積負荷，kg(BOD5)/(m3d)。,【2】容積負荷,實際計算:對于某些工業(yè)污水，試驗確定X、Ls、Lv污泥負荷法應用方便，但需要一定的經驗。,第七節(jié)活性污泥法系統(tǒng)設計方法的深化,122,,水質特征的表征1、污水中C成分分析2、污水中N的組成3、污水中固體顆粒組成活性污泥法模型,123,124,第九節(jié)活性污泥法系統(tǒng)設計、運行與管理,125,水力負荷有機負荷微生物濃度曝氣時間微生物平均停留時間（MCRT）氧傳遞速率,回流污泥濃度污泥回流比曝氣池的構造pH和堿度溶解氧濃度污泥膨脹及其控制,126,流向污水廠的流量變化,一、水力負荷,127,水力負荷的變化影響活性污泥法系統(tǒng)的曝氣池和二次沉淀池。當流量增大時，污水在曝氣池內的停留時間縮短，影響出水質量，同時影響曝氣池的水位。若為機械表面曝氣機，由于水面的變化，它的運行就變得不穩(wěn)定。對二次沉淀池造成水力沖擊影響。,一、水力負荷,128,二、有機負荷率N,污泥負荷率N和MLSS的設計值采用得大一些，曝氣池所需的體積可以小一些。但出水水質要降低，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。為避免剩余污泥處置上的困難和保持污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，可以采用低的污泥負荷率（<0.1），把曝氣池建得很大，這就是延時曝氣法。,曝氣區(qū)容積的計算，設計中要考慮的主要問題是如何確定污泥負荷率N和MLSS的設計值。,129,129,三、微生物濃度,在設計中采用高的MLSS并不能提高效益，原因如下：,130,四、曝氣時間,在通常情況下，城市污水的最短曝氣時間為3h，這與滿足曝氣池需氧速率有關。,131,五、微生物平均停留時間(MCRT)(又稱泥齡),,微生物平均停留時間至少等于水力停留時間，此時，曝氣池內的微生物濃度很低，大部分微生物是充分分散的。,微生物的停留時間應足夠長，促使微生物能很好地絮凝，以便重力分離，但不能過長，過長反而會使絮凝條件變差。,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該活性污泥中繁殖。,132,六、氧傳遞速率,氧傳遞速率要考慮二個過程,要提高氧的傳遞速率,133,七、回流污泥濃度,回流污泥濃度是活性污泥沉降特性和回流污泥回流速率的函數。按右圖進行物料衡算，可推得下列關系式：,式中：X——曝氣池中的MLSS,mg/L;XR——回流污泥的懸浮固體濃度,mg/L;R——污泥回流比。,根據上式可知，曝氣池中的MLSS不可能高于回流污泥濃度，兩者愈接近，回流比愈大。限制MLSS值的主要因素是回流污泥的濃度。,,134,134,衡量活性污泥的沉降濃縮特性的指標，它是指曝氣池混合液沉淀30min后，每單位質量干泥形成的濕泥的體積，常用單位是mL/g。,（1）在曝氣池出口處取混合液試樣；（2）測定MLSS（g/L）；（3）把試樣放在一個1000mL的量筒中沉淀30min，讀出活性污泥的體積（mL）；（4）按下式計算：,活性污泥體積指數SVI,,SVI的測定,七、回流污泥濃度,135,八、污泥回流率,高的污泥回流率增大了進入沉淀池的污泥流量，增加了二沉池的負荷，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計應有彈性，并應操作在可能的最低流量。這為沉淀池提供了最大穩(wěn)定性。,136,九、曝氣池的構造,推流式曝氣池,完全混合式曝氣池,137,十、pH和堿度,138,十一、溶解氧濃度,通常溶解氧濃度不是一個關鍵因素，除非溶解氧濃度跌落到接近于零。只要細菌能獲得所需要的溶解氧來進行代謝，其代謝速率就不受溶解氧的影響。,一般認為混合液中溶解氧濃度應保持在0.5～2mg/L，以保證活性污泥系統(tǒng)的正常運行。,過分的曝氣使氧濃度得到提高，但由于紊動過于劇烈，導致絮狀體破裂，使出水濁度升高。特別是對于好氧速度不快而泥齡偏長的系統(tǒng)，強烈混合使破碎的絮狀體不能很好地再凝聚。,139,十二、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SVI在50～150之間；當活性污泥不正常時，污泥不易沉淀，反映在SVI值升高?；旌弦涸?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。,活性污泥膨脹可分為,140,絲狀菌性膨脹,當污泥中有大量絲狀菌時，大量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，形成了污泥膨脹。,141,絲狀菌性膨脹的主要因素,142,絲狀菌性膨脹的主要因素,污水水質,運行條件,工藝方法,143,143,絲狀菌性膨脹的主要因素,污水水質,運行條件,工藝方法,144,非絲狀菌性膨脹,非絲狀菌性膨脹主要發(fā)生在污水水溫較低而污泥負荷太高時。微生物的負荷高，細菌吸收了大量的營養(yǎng)物，但由于溫度低，代謝速度較慢，就積貯起大量高黏性的多糖類物質。這些多糖類物質的積貯，使活性污泥的表面附著水大大增加，使污泥形成污泥膨脹。,發(fā)生污泥非絲狀菌性膨脹時，處理效率仍很高，上清液也清澈。,145,在運行中，如發(fā)生污泥膨脹，針對膨脹的類型和絲狀菌的特性，可采取的抑制措施：,146,146,在設計時，對于容易發(fā)生污泥膨脹的污水，可以采用以下一些方法：,