13.0 概述 13.1 活性污泥的理论基础 13.2 活性污泥的性能指标及其有关参数 13.3 活性污泥反应动力学及其应用,第13章,活性污泥法,13.4 活性污泥法的各种演变和应用,1、传统活性污泥法,6、延时曝气活性污泥法,3、阶段进水活性污泥法,9、选择器活性污泥法,5、完全混合活性污泥法,4、 吸附再生活性污泥法,2、渐减曝气活性污泥法,7、高负荷活性污泥法,8、纯氧曝气活性污泥法,1、传统活性污泥法（Conventional activated sludge，简写CAS）,曝气池,二沉池,在二沉池处理后的污水与活性污泥分离，剩余污泥排出系统，回流污泥回流至曝气池。,预处理后的污水从曝气池首端进入池内，与由二沉池回流的污泥同步注入。,污水与回流污泥形成的混合液在池内呈推流形式流动至池的末端，然后进入二次沉淀池,供、需氧量,曝气过程（曝气池长度）,定常供氧速率,需氧量,有机物在曝气池内的降解，经历了吸附和代谢的完整过程，活性污泥也经历了一个从池首端的增长速率较快到池末端的增长速率很慢或达到内源呼吸期的过程。,由于有机物浓度沿池长逐渐降低，需氧速率也是沿池长逐渐降低（见右图）。因此，在池首端和前段混合液中的溶解氧浓度较低，甚至可能是不足的，沿池长逐渐增高，在池末端溶解氧含量就已经很充足了，一般都能够达到规定的2mg/L以上。,处理效果好，BOD5去除率可达90%以上，适于处理净化程度和稳定程度要求较高的污水；对污水的处理程度比较灵活，根据需要可适当调整。,曝气池首端有机物负荷高，耗氧速率也高，因此，为了避免溶解氧不足的问题，进水有机物负荷不宜过高；耗氧速率沿池长是变化的，而供氧速率难于与其相吻合、适应，在池前段可能出现供氧不足的现象，池后段又可能出现溶解氧过剩的现象；曝气池容积大，占用的土地较多，基建费用高；对进水水质、水量变化的适应性较低。,传统活性污泥法处理系统在工艺上的优点：,传统活性污泥法处理系统存在的问题：,曝气过程（曝气池长度）,定常供氧速率,供、需氧量,需氧量,渐减供氧速率变化曲线,2、渐减曝气活性污泥法,渐减曝气活性污泥法（Tapered Aeration）是针对传统活性污泥法中由于沿曝气池池长均匀供氧，在池末端供氧与需氧量之间的差距较大而严重浪费能源，提出一种能使供氧量和混合液需氧量相适应的运行方式，即供氧量沿池长逐步递减，使其接近需氧量（如图）。目前的传统活性污泥法一般都采用这种供氧方式。,3、阶段进水活性污泥法 (Step-feed activated sludge，简写SFAS),曝气池,二沉池,处理水,污水沿池长度分段注入曝气池，有机物负荷及需氧量得到均衡，一定程度地缩小了需氧量与供氧量之间的差距，有助于降低能耗，又能够比较充分地发挥活性污泥微生物的降解功能；污水分散均衡注入，提高了曝气池对水质、水量冲击负荷的适应能力。,吸附再生活性污泥法的理论基础,生物吸附区,沉淀表层,曝气过程,BOD,污水与活性污泥混合曝气后BOD值的变化情况,4、吸附再生活性污泥法 (Contact stabilization activated sludge，简写CSAS),吸附池,再生池,再生池 吸附池,二沉池,二沉池,回流污泥,回流污泥,剩余污泥,剩余污泥,进水,进水,分建式,合建式,40年代后期首先在美国使用，其工艺流程如右图所示。,其主要特点是将活性污泥对有机物降解的两个过程吸附与代谢稳定，分别在各自的反应器内进行。,曝气池,二沉池,污泥回流系统,处理水,5、完全混合活性污泥法(Completely mixed activated sludge，简写CMAS),污水在曝气池内分布均匀，各部位的水质相同，微生物群体的组成和数量几乎一致，各部位有机物降解工况相同，因此，通过对F/M值的调整，可将整个曝气池的工况控制在良好的状态。,进水,二次沉淀池,回流污泥,剩余污泥排放,处理水,空气,完全混合式曝气池,曝气池,6、延时曝气活性污泥法(Extended aeration activated sludge，简写EAAS),工艺优点,由于F/M负荷非常低，曝气时间长，一般多在24h以上，活性污泥在池内长期处于内源呼吸期，剩余污泥量少且稳定，勿需再进行厌氧消化处理，因此，这种工艺是污水、污泥综合处理系统。此外，本工艺还具有处理水稳定性高，对原污水水质、水量变化有较强适应性等优点。,工艺缺点,曝气时间长，池容大，基建费和运行费用都较高，占用较大的土地面积等。延时曝气法适用于处理对处理水质要求高而且又不宜采用污泥处理技术的小城镇污水和工业废水，处理水量不宜过大。,7、高负荷活性污泥法（High-Rate Activated Sludge）,其主要特点是F/M负荷高，曝气时间短，处理效果较差，一般BOD5的去除率不超过70%75%，因此，称之为不完全处理活性污泥法。与此相对， BOD5去除率在90%以上，处理水的 BOD5值在20mg/L以下的工艺则称为完全处理活性污泥法。,高负荷活性污泥法在系统和曝气池的构造方面，与传统活性污泥法相同，即传统法可以按高负荷活性污泥法系统运行，适用于处理对处理水水质要求不高的污水。,8、纯氧曝气活性污泥法(High-purity oxygen activated sludge，简写HPOAS),空气中氧的含量仅为21%，而纯氧中的含氧量为90%95%，纯氧氧分压比空气高4.44.7倍，用纯氧进行曝气能够提高氧向混合液中的传递能力。早在40年代就有人设想用氧气代替空气进行曝气，以提高曝气池内的生化反应速率。 1968年在美国纽约州的巴塔维亚污水处理厂建成了一座规模为10000m3/d的纯氧曝气池，并与鼓风曝气系统进行了对比试验。1971年美国水质管理委员会发表了该厂的对比试验报告。现在，世界上已有多座以纯氧曝气活性污泥法为主体处理技术的污水处理厂建成，其中美国底特律污水处理厂的规模达230104m3/d。,氧利用率可达80%90%，而鼓风曝气系统仅为10%左右；曝气池内混合液的MLSS值可达40007000mg/L，能够提高曝气池的容积负荷；曝气池混合液的SVI值较低，一般都低于l00，污泥膨胀现象发生的较少；产生的剩余污泥量少。,采用纯氧曝气系统的主要优点有：,9、选择器活性污泥法（Selector activated sludge，简写SAS）,它是近期发展起来，用于防止与控制丝状菌型污泥膨胀的活性污泥处理工艺。它是在曝气池前加一个水力停留时间很短的小反应器，如图所示。全部污水和回流污泥进入选择器，形成高负荷区。这种有机物浓度较高的环境有利于菌胶团菌的优先生长而抑制丝状菌的过量生长，从而改善了污泥的沉降性能。,选择器,进水,回流污泥,剩余污泥,出水,曝气池,二沉池,丝状菌和絮状菌的竞争(S或DO)生长的关系,选择器可分为好氧选择器，缺氧选择器，厌氧选择器等形式。好氧选择器需对污水进行曝气充氧,使之处于好氧状态,而缺氧选择器和厌氧选择器只搅拌不曝气。,选择器控制污泥膨胀的主要原理：,好氧选择器防止污泥膨胀的机理是提供DO适宜、底物充足的高负荷区，让菌胶团细菌优先利用有机物,从而抑制丝状菌的过量繁殖。,好氧选择器,缺氧选择器控制污泥膨胀的主要机理是绝大部分菌胶团细菌能利用选择器内硝酸盐中的化合态氧作为电子受体，进行生长繁殖，而丝状菌（球衣菌）没有这个功能，因而在选择器内受到抑制，增殖速率大大落后于菌胶团细菌，大大降低了丝状菌膨胀发生的可能。,缺氧选择器,厌氧选择器控制污泥膨胀的主要原理是绝大部分种类的丝状菌(球衣菌)都是绝对好氧的，在绝对厌氧状态下将受到抑制。而绝大部分的菌胶团细菌为兼性菌，在厌氧状态下将进行厌氧代谢，继续增殖。但是,厌氧选择器的设置，会导致产生丝硫菌污泥膨胀的可能性，因为菌胶团细菌的厌氧代谢会产生出硫化氢，从而为丝硫菌的繁殖提供条件。因此，厌氧选择器的水力停留时间不宜太长。,厌氧选择器,RS,M,RS,RS,RS,M,-进水；M-选择器；RS-回流污泥；AB-曝气池；OD-氧化沟；FC-二沉池；E-出水,OD,OD,E,E,E,E,AB,AB,AB,E,FC,FC,FC,FC,几种选择器的布设方式,RS,RS,M,13.5 曝气及曝气系统,13.5.2、氧转移原理,13.5.3、氧转移的影响因素,13.5.4、氧转移速率与供气量的计算,13.5.5、曝气系统与空气扩散装置,13.5.1、概述,曝气是采取一定的技术措施，通过曝气装置所产生的作用，使空气中的氧转移到混合液中去，并使混合液处于悬浮状态。,13.5.1、概述,13.5.2、 氧转移原理,13.5.2.1 菲克（Fick）定律,通过曝气，空气中的氧从气相传递到混合液的液相，这既是一个传质过程，也是一个物质扩散过程。扩散过程的推动力是物质在界面两侧的浓度差。物质的分子从浓度较高的一侧向着较低的一侧扩散、转移。,13.5.2.2 双膜理论,界面,层流,Xf,液相主体,（紊流）,气相主体,气膜,液膜,（紊流）,C,CS,Pi,Pg,双膜理论模型,气、液界面的两侧存在着气膜和液膜。在污水生物处理中，有关气体分子通过气膜和液膜的传递理论，一般都以刘易斯（Lewis）和怀特曼（Whitman）于1923年建立的“双膜理论”为基础。,13.5.2.3 氧总转移系数KLa值的确定,氧总转移系数KLa是计算氧转移速率的基本参数，也是评价空气扩散装置供氧能力的重要参数，通过试验求定。,13.5.4 氧转移速率与供气量的计算,13.5.4.1 氧转移速率的计算,生产厂家提供空气扩散装置的氧转移系数是在标准条件下测定的，所谓标准条件是：水温20；气压为1.013105Pa（标准大气压）；测定用水是脱氧清水。标准氧转移速率（R0）可按下式计算：,（20）,式中 C水中含有的溶解氧浓度，mg/L，脱氧清水C=0。,上式必须根据实际条件加以修正，引入各项修正系数，温度为T条件下的实际氧转移速率（R）应等于活性污泥微生物的需氧速率（Rr）：,（21）,一般，,即实际工程所需空气量较标准条件下的所需空气量多3361% 。,13.5.4.2 氧转移效率与供气量的计算,式中 EA氧转移效率，%；Oc供氧量，kg/h；,氧转移效率（氧利用效率）：,（24）,V曝气池体积,供气量：,对鼓风曝气，各种空气扩散装置在标准状态下EA值，是厂商提供的。因此，供气量可以通过式（26）确定，即：,RO值根据公式（23）确定。,（26）,对机械曝气，各种叶轮在标准条件下的充氧量与叶轮直径、线速率的关系，也是厂商通过实际测定提供的。如泵型叶轮的充氧量与叶轮直线及叶轮线速率的关系，按下式确定：,式中 Qos 泵型叶轮在标准条件下的充氧量，kg/h；,叶轮线速率，m/s； D 叶轮直径，m； K 池型结构修正系数。,（27）,13.5.5 曝气系统与空气扩散装置,空气扩散装置一般也称曝气装置或曝气头，是活性污泥系统很重要的设备之一。当前广泛应用于活性污泥系统的空气扩散装置分为鼓风曝气和机械曝气两大类。,