第十二章活性污泥法 第一节基本概念 第四节气体传递和曝气池 第二节活性污泥法的发展 第五节去除有机物的活性污泥法过程设计 第三节活性污泥数学模型 第一节基本概念 什么是活性污泥 由细菌 菌胶团 原生动物 后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的 有一定活力的 具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥 一组活性污泥图片 活性污泥的性质 曝气池 曝气池出水堰 曝气池混合液配水进入二沉池 按栖息着的微生物分 活性污泥的组成 活性污泥的评价方法 污泥沉降比 SV 活性污泥的沉降浓缩性能 取混合液至1000mL或100mL量筒 静止沉淀30min后 度量沉淀活性污泥的体积 以占混合液体积的比例 表示污泥沉降比 污泥体积指数 SVI SV不能确切表示污泥沉降性能 故人们想起用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能 简称污泥指数 单位为mL g 活性污泥法的基本流程 活性污泥降解污水中有机物的过程 污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线 活性污泥降解污水中有机物的过程 活性污泥在曝气过程中 对有机物的降解 去除 过程可分为两个阶段 对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析得到结论 废水中的有机物 曲线 反映污水中有机物的去除规律 曲线 反映活性污泥利用有机物的规律 曲线 反映了活性污泥吸附有机物的规律 这三条曲线反映出 在曝气过程中 污水中有机物的去除在较短时间 图中是5h左右 内就基本完成了 见曲线 污水中的有机物先是转移到 吸附 污泥上 见曲线 然后逐渐为微生物所利用 见曲线 吸附作用在相当短的时间 图中是45min左右 内就基本完成了 见曲线 微生物利用有机物的过程比较缓慢 见曲线 第二节活性污泥法的发展 传统活性污泥法渐减曝气分步曝气完全混合法浅层曝气深层曝气高负荷曝气或变形曝气克劳斯法延时曝气接触稳定法氧化沟纯氧曝气活性污泥生物滤池 ABF工艺 吸附 生物降解工艺 AB法 序批式活性污泥法 SBR法 活性污泥法的多种运行方式 有机物去除和氨氮硝化 在推流式的传统曝气池中 混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的 实际情况是 前半段氧远远不够 后半段供氧量超过需要 渐减曝气的目的就是合理地布置扩散器 使布气沿程变化 而总的空气量不变 这样可以提高处理效率 渐减曝气 渐减曝气 把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水 阶段曝气 阶段曝气示意图 部分污水厂只需要部分处理 因此产生了高负荷曝气法 曝气池中的MLSS约为300 500mg L 曝气时间比较短 约为1 5 3h 处理效率仅约65 左右 有别于传统的活性污泥法 故常称改良曝气 高负荷曝气 延时曝气的特点 曝气时间很长 达24h甚至更长 MLSS较高 达到3000 6000mg L 活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态 剩余污泥少而稳定 无需消化 可直接排放 适用于污水量很小的场合 近年来 国内小型污水处理系统多有使用 延时曝气 吸附再生法 混合液曝气过程中第一阶段BOD5的下降是由于吸附作用造成的 对于溶解的有机物 吸附作用不大或没有 因此 把这种方法也称为接触稳定法 也叫吸附再生法 混合液的曝气完成了吸附作用 回流污泥的曝气完成稳定作用 直接用于原污水的处理比用于初沉池的出流处理效果好 可省去初沉池 此方法剩余污泥量增加 吸附再生法 完全混合法 在分步曝气的基础上 进一步大大增加进水点 同时相应增加回流污泥并使其在曝气池中迅速混合 长条形池子中也能做到完全混合状态 完全混合的概念 1 池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同 生活环境也基本相同 2 入流出现冲击负荷时 池液的组成变化也较小 因为骤然增加的负荷可为全池混合液所分担 而不是像推流中仅仅由部分回流污泥来承担 完全混合池从某种意义上来讲 是一个大的缓冲器和均和池 在工业污水的处理中有一定优点 3 池液里各个部分的需氧量比较均匀 完全混合法的特征 完全混合法 深层曝气 深井曝气法处理流程 深井曝气池简图 一般曝气池直径约1 6m 水深约10 20m 深井曝气法深度为50 150m 节省了用地面积 在深井中可利用空气作为动力 促使液流循环 深井曝气法中 活性污泥经受压力变化较大 实践表明这时微生物的活性和代谢能力并无异常变化 但合成和能量分配有一定的变化 深井曝气池内 气液紊流大 液膜更新快 促使KLa值增大 同时气液接触时间延长 溶解氧的饱和度也由深度的增加而增加 当井壁腐蚀或受损时 污水可能会通过井壁渗透 污染地下水 深层曝气 纯氧代替空气 可以提高生物处理的速度 纯氧曝气池的构造见右图 纯氧曝气 纯氧曝气的缺置复杂 运转管理点是纯氧发生器容易出现故障 装较麻烦 在密闭的容器中 溶解氧的饱和度可提高 氧溶解的推动力也随着提高 氧传递速率增加了 因而处理效果好 污泥的沉淀性也好 纯氧曝气并没有改变活性污泥或微生物的性质 但使微生物充分发挥了作用 克劳斯工程师把厌氧消化的上清液加到回流污泥中一起曝气 然后再进入曝气池 克服了高碳水化合物的污泥膨胀问题 这个方法称为克劳斯法 消化池上清液中富有氨氮 可以供应大量碳水化合物代谢所需的氮 消化池上清液夹带的消化污泥相对密度较大 有改善混合液沉淀性能的功效 克劳斯法 吸附 生物降解工艺 AB法 A级以高负荷或超高负荷运行 B级以低负荷运行 A级曝气池停留时间短 30 60min B级停留时间2 4h 该系统不设初沉池 A级曝气池是一个开放性的生物系统 A B两级各自有独立的污泥回流系统 两级的污泥互不相混 处理效果稳定 具有抗冲击负荷和pH变化的能力 该工艺还可以根据经济实力进行分期建设 吸附 生物降解工艺 AB法 序批式活性污泥法 SBR法 SBR工艺的基本运行模式由进水 反应 沉淀 出水和闲置五个基本过程组成 从污水流入到闲置结束构成一个周期 在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的 1 工艺系统组成简单 不设二沉池 曝气池兼具二沉池的功能 无污泥回流设备 2 耐冲击负荷 在一般情况下 包括工业污水处理 无需设置调节池 3 反应推动力大 易于得到优于连续流系统的出水水质 4 运行操作灵活 通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果 5 污泥沉淀性能好 SVI值较低 能有效地防止丝状菌膨胀 6 该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制 便于自控运行 易于维护管理 序批式活性污泥法 SBR法 SBR工艺与连续流活性污泥工艺相比的优点 1 容积利用率低 2 水头损失大 3 出水不连续 4 峰值需氧量高 5 设备利用率低 6 运行控制复杂 7 不适用于大水量 序批式活性污泥法 SBR法 SBR工艺的缺点 氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式 它的池体狭长 池深较浅 在沟槽中设有表面曝气装置 曝气装置的转动 推动沟内液体迅速流动 具有曝气和搅拌两个作用 沟中混合液流速约为0 3 0 6m s 使活性污泥呈悬浮状态 氧化沟 第三节活性污泥法数学模型基础 建立模型的假设1 曝气池处于完全混合状态2 进水中微生物浓度假设为零3 全部可生物降解的底物都处于溶解状态4 系统处于稳定状态5 二沉池中没有微生物的活动6 二沉池中没有污泥累计 泥水分离良好 QS0X0 Se X V 1 R Q Se X 曝气池 剩余污泥Qw Se X 出水 Q Qw Se X 剩余污泥Qw Se X 回流污泥 RQ Se XR 二沉池 完全混合活性污泥法系统的典型流程 劳伦斯和麦卡蒂模型 污泥龄 易知 在稳态条件下 对全系统作活性污泥的物料平衡 有 根据前述假定 进水微生物浓度可以忽略 故 故 说明活性污泥法系统的出水有机物浓度仅仅是污泥龄和动力学参数的函数 与进水有机物浓度无关 QS0X0 Se X V 1 R Q Se X 曝气池 出水 Q Qw Se Xe 剩余污泥Qw Se XR 回流污泥 RQ Se XR 二沉池 在稳态条件下 作曝气池底物的物料平衡 有 说明活性污泥浓度与进出水水质 污泥龄和动力学参数密切相关 模型中的参数的测定方法法 取得倒数 并令V Q t则 对于产率系数Y Yobs可取 可以用作图法求得Y 对已城市污水 典型的动力学参数可参考表12 2 P125 一般二沉池沉淀效果良好时 出水的SS可忽略 于是污泥龄的表达式可简化为 即 此式可用于求剩余污泥量 在稳态条件下 对进入和离开曝气池的微生物体建立物料平衡方程 可推导出污泥回流比R与污泥龄之间的关系式 QS0X0 Se X V 1 R Q Se X 曝气池 出水 Q Qw Se X 剩余污泥Qw Se X 回流污泥 RQ Se XR 二沉池 令K rmax Ks 则 第四节气体传递原理和曝气设备 气体传递原理 双膜理论的基点是认为在气液界面存在着二层膜 即气膜和液膜 这一物理现象 这两层薄膜使气体分子从一相进入另一相时受到了阻力 当气体分子从气相向液相传递时 若气体的溶解度低 则阻力主要来自液膜 在废水生物处理系统中 氧的传递速率可用下式表示 式中 dm dt 气体传递速率 D 气体扩散系数 A 气体扩散通过的面积 Cs 气体在溶液中的饱和浓度 C 气体在溶液中的浓度 而dm VdC 则上式可改写成 通常DA V项用KLa来代替 由此上式变为 将上式进行积分 可求得总的传质系数 KLa值受污水水质的影响 把用于清水测出的值用于污水 要采用修正系数 同样清水的Cs值要用于污水要乘以系数 因而上式变为 式中 水温对氧的转移影响较大 水温上升 水的粘度降低 液膜厚度减小 扩散系数提高 KLa值升高 水温对溶解氧饱和度Cs值也产生影响 随着温度的增加 KLa值增大 Cs值降低 液相中氧的浓度梯度有所减小 因此 水温对氧的转移由两种相反的影响 总的来说 水温降低有利于氧的转移 氧分压和气压会影响氧气在水中的饱和溶解度 因此 在气压不是标准大气压的地区 饱和氧浓度应乘以压力修正系数 对于鼓风曝气 氧转移速率与供气量计算 在稳定条件下 氧转移速率应等于活性污泥微生物的需氧速率 上式中 F为曝气扩散设备堵塞系数 通常取0 65 0 9 设备供应商提供空气扩散装置的氧转移参数是在标准条件下测得的 在标准条件下 转移到一定体积脱氧清水中速率 故考虑了氧转移影响因素的实际速率为 对于鼓风曝气 需要将需氧速率转化为需气速率 各种空气扩散装置的生产厂商均会提供一个重要参数 氧利用率 利用氧利用率 可根据供氧量计算出供气量 根据鼓风机系统的台数 可确定单台风机的风量 一般工作台数少于3台时 应有一台备用 工作台数为4台或4台以上时 应有两台备用 鼓风机应有风量调节装置 鼓风机的选型应考虑风压 单机风量 控制方式 噪声和维护管理等因素 计算鼓风机的工作压力时 应根据扩散设备的淹没水深 扩散设备风压损失 风管的压力损失 管道中调节阀门等配件的局部压力损失等计算确定 鼓风机风压计算公式 P H hd hf此外 还应考虑2 3KPa的富余安全压力 对于机械曝气 各种设备在标准条件下的充氧量与设备的相关参数是厂商通过实际测定提供的 实际选型时只需计算出曝气池需氧量 换算成标准状态的需氧量 根据标准状态的需氧量进行选择 曝气设备 曝气设备 鼓风曝气 鼓风曝气系统的组成 过滤器与进口消音器 过滤器压力损失监测 鼓风机旁通与旁通消音器 鼓风曝气 常用鼓风机形式 1 容积式风机 罗茨鼓风机 回转风机 2 单级高速离心鼓风机 丹麦HV Turbo风机 英国Howden风机 常用鼓风机形式 常用鼓风机形式 美国PowerMizer多级风机 常用鼓风机形式 常用鼓风机形式 单级高速鼓风机进出口导叶片 三叶式罗茨鼓风机外型 离心鼓风机外型 多极离心风机 离心鼓风机房 鼓风曝气 空气净化器 鼓风机 扩散器 空气输配管系统 鼓风曝气 空气净化器 鼓风机 扩散器 空气输配管系统 微孔曝气设备 微孔曝气盘 微孔曝气管 微孔曝气管 微孔曝气设备测试 微孔曝气设备安装 微孔曝气设备的清水检验 微孔曝气设备的运行状况 射流曝气器 穿孔曝气管 机械曝气 表面曝气机 表面曝气机充氧原理 1 曝气设备的提水和输水作用 使曝气池内液体不断