第13章 污水的生物处理（一） -活性污泥法,13.1 活性污泥法的基本原理 一、活性污泥法的基本概念与流程 1、基本概念： 活性污泥：以具有活性的微生物为主要构成的絮状悬浮物，易于沉淀分离，并使污水得到澄清。 活性污泥法：是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。 2、工艺流程,出水,活性污泥法的基本流程,曝气与空气扩散系统,曝气池,进水 来自初沉池,二沉池,回流污泥,剩余污泥,二、活性污泥形态与活性污泥微生物,1、活性污泥形态 外观形态：黄褐色的絮绒颗粒状-活性 污泥又称为生物絮凝体。 特点：颗粒大小：0.020.2 mm 具有较大的表面积 含水率很高，达99% 比重介于1.0021.006之间 组成： 具有代谢功能活性的微生物群体Ma 微生物内源代谢、自身氧化的残留物Me 原污水挟入的难生物降解的惰性有机物质Mi 原污水挟入的无机物质Mii,活性污泥照片,2、活性污泥微生物及其在活性污泥反应中的作用,细菌：以异养型的原核细菌为主，世代时间为 2030min,主要细菌有：产碱杆菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属、动胶杆菌属、假单胞菌属、丛毛单胞菌属、大肠埃希氏杆菌等。 真菌：主要是丝状菌 原生动物：肉足虫、鞭毛虫和纤毛虫三类。主要摄食游离的细菌，起到进一步净化水质的作用。 后生动物：主要指轮虫。在活性污泥系统中不经常出现，仅在处理水质很好的完全氧化型的活性污泥系统中出现。,弧状菌,丝状菌,葡萄球菌,变形虫,小口钟虫,草履虫,吸管虫属,累枝虫,圆筒盖虫,轮虫,3、活性污泥微生物的增殖与活性污泥的增长,增殖规律用增殖曲线表示。根据微生物的生长速度，整个曲线分为四个阶段： 适应期（延迟期或调整期）：微生物不裂殖，数量不增加，但在质方面却开始出现变化。,对数增殖期（增殖旺盛期）：增殖速度达最大，且为常数，所以又称等速增殖期。 减速增殖期（稳定期或平衡期）：增殖速度变慢，直至为0，细菌总数仍然增加直至最大。 内源呼吸期（内源代谢期或衰亡期）：细菌进行内源代谢，细菌总数在减少，增殖速度为负。 4、活性污泥絮凝体的形成：有多种学说。 普遍认为：活性污泥絮凝体形成的实际情况来看，活性污泥絮凝体的形成与曝气池内能含量有关。能含量用F/M表示。 F：代表有机物含量 M：代表微生物的含量,三、活性污泥净化反应过程,1、初期吸附去除阶段：这一过程进行较快，能够在30min内完成，污水的去除率达70%。 2、微生物代谢：将第一阶段转移到活性污泥上去的有机污染物被微生物利用。 13.2 活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数 一、活性污泥净化因素反应的影响： 1、营养物质平衡：BOD5：N：P=100：5：1 2、DO含量：曝气池出口处一般保持在2mg/l左右。 3、PH值：最佳PH 范围为6.5-8.5 4、水温：适宜温度范围为：15-35 5、有毒物质：如重金属离子、酚、氰化物等。,1、表示活性污泥微生物量的指标 （1）混合液悬浮固体浓度(mg/L) MLSS=Ma+Me+Mi+Mii （2）混合液挥发性悬浮固体浓度(mg/L) MLVSS=Ma+Me+Mi f=MLVSS/MLSS 一般情况下，f取0.7-0.8,二、 活性污泥系统的控制指标与设计、运行参数,二、沉降性与浓缩性评价指标 1. 污泥沉降比：SV% 又称30min沉降比、混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污混容积占混合液容积的百分比。 2. 污泥容积指数：SVI 静置30min后，1g干污泥所占的容积，（ml/g）,一般为70150(ml/g)时沉降性能较好 ，过低无机物含量过高，污泥活性不好，过高易出现污泥膨胀。,Q-Qw、Xe,出水,曝气与空气扩散系统,曝气池,V、X,进水 来自初沉池,二沉池,回流污泥,Xr,剩余污泥,Qw、Xr,3、污泥龄：又称生物固体平均停留时间,污泥龄定义：曝气池内活性污泥总量（VX）与每日排放的污泥量(X )之比。,4、BOD污泥负荷与BOD容积负荷,在具体工程应用上， BOD污泥负荷以F/M表示。 F/M=Ns=Q.Sa/X.V(kg/kgMLSS.d) 又称BODSS负荷率 定义：曝气池内单位重量活性污泥在单位时间内能够接受并将其降解到预定程度的有机物量BOD。 另外，还使用BOD容积负荷用Nv表示 Nv=Q.Sa/V(kgBOD/m3.d) 定义：单位曝气池容积在单位时间内，能够接受并将其降解到预定程度的有机物量 选定适宜的BOD污泥负荷的意义 Ns:0.20.5 kg/kgMLSS.d为一般负荷区 0.1 kg/kgMLSS.d为低负荷区 1.5-2.5 kg/kgMLSS.d为高负荷区 0.5-1.5 kg/kgMLSS.d为污泥膨胀区，一般不取。,5 、有机污染物降解与活性污泥增长,微生物的增殖是通过微生物合成与内源代谢两项生理活动完成的。 微生物增殖的基本方程式： 上式 变形为：XV=Y（Sa-Se）Q/V- Kd.Xv 剩余污泥量计算： Xv= Y（Sa-Se）Q- Kd.Xv BOD-污泥去除负荷：Nrs=Q.Sr/V.Xv 1/c=Y.Nrs-Kd Y、Kd的取值：经验数据，城市污水：Y取0.4-0.6；Kd取0.05-0.1 6、有机污染物降解与需氧 O2=aQSr+bVXv 其中：对于城市污水，a取0.42-0.53；b取0.188-0.11,13.3 活性污泥反应动力学基础,一、概述 1、 活性污泥反应动力学的目的： 明确有机底物浓度、活性污泥微生物量、DO等各项因素对反应速度的影响 对反应机理进行研究 2、常用的反应动力学方程：米-门方程、莫诺方程式和劳仑斯-麦卡蒂方程式 二、莫诺方程式：1942年由莫诺提出。 1、基本方程式： :微生物的比增殖速度即单位生物量的增殖速度 =dx/dt/X Ks:饱和常数，当=1/2 max时的底物浓度，又称为半速度常数。,v 或 =v 有机底物比降解速度v: v:有机底物的比降解速度即单位生物量的降解速度,底物降解速率,2. Monod 方程式的推论,结论：在高底物浓度条件下，有机底物以最大的速度进行降解，而与有机底物浓度无关，呈零级反应；而有机底物的降解速度与污泥浓度的一次方成正比关系，并呈一级反应。,结论：在低底物浓度的条件下，有机底物的降解速度与有机底物的浓度的一次方成正比，呈级反应。,3、莫诺方程式对完全混合曝气池的应用,计算BOD污泥去除负荷率Nrs Nrs=Q(S0-Se)/X.V=(S0-Se)/x.t=k2Se 计算容积去除负荷率： Nrv=Q(S0-Se)/V=(S0-Se)/t=k2XSe 计算有机底物降解率 =1-1/（1+k2Xt） 4、常数值K2、Vmax、 ks的确定 常数值K2的确定：采用图解法确定 (S0-Se)/x.t=k2.Se可按Y=aX形式作图 VmaxKs的确定 K2的取值：0.01680.0281,3、莫诺方程式对完全混合曝气池的应用,计算BOD污泥去除负荷率Nrs Nrs=Q(S0-Se)/X.V=(S0-Se)/x.t=k2Se 计算容积去除负荷率： Nrv=Q(S0-Se)/V=(S0-Se)/t=k2XSe 计算有机底物降解率 =1-1/（1+k2Xt） 4、常数值K2、Vmax、 ks的确定 常数值K2的确定：采用图解法确定 (S0-Se)/x.t=k2.Se可按Y=aX形式作图 VmaxKs的确定 K2的取值：0.01680.0281,三、劳伦斯-麦卡蒂方程式,1、概述 于1970年建立了活性污泥反应动力学方程式。 两个新概念: 生物固体平均停留时间或细胞平均停留时间：单位重量的微生物在活性污泥反应系统中的平均停留时间。 单位底物利用率：单位微生物量的底物利用率q q=(ds/dt)u/Xa 两个基本方程式： 第一基本方程式：1/=Y.q-Kd 第二基本方程式：(ds/dt)u=k.xa.S/(Ks+S),2、劳伦斯-麦卡蒂方程式的推论与应用,处理水有机底物浓度Se与生物固体平均停留时间关系 反应器内活性污泥浓度与c的关系 污泥回流比与c之间的关系 有机底物的降解速度等于其被微生物的利用速度 计算曝气池容积的公式： V=Q.Sa/X.V V=Q.(S0-Se)/K2.Se.Xa V=Q.c.Y.(S0-Se)/(Xa.(1+Kdc) 活性污泥的两种产率与c关系 合成产率：微生物增殖总量，没有去除由于微生物内源呼吸作用而使其本身重量减少的部分，用Y表示 表观产率：实际上测得的微生物增殖量，没有包括由于内源呼吸而减少的那部分微生物量，用Yobs表示 Yobs=Y/(1+Kdc),13.7 活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数,一、传统活性污泥法处理系统 又称普通活性污泥法，是早期开始使用并一直沿用至今的运行方式，1912年。 1、工艺流程：,传统活性污泥法工艺流程,2、工艺特征：,需氧速度沿池长逐渐降低 供气量沿池长均匀分布，采用鼓风曝气。 3、工艺参数 4、优缺点： 优点：处理效果好，去除率达90%以上，适于处理要求高而水质稳定的污水。 缺点：曝气池容积大，占地多，基建费用高 耗氧速度与供氧速度沿池长难于吻合 对水质水量变化适应性,二、阶段曝气活性污泥法系统,1、工艺流程 2、工艺特征 有机物浓度沿池长均匀分布； 供气量沿池长均匀分布，采用鼓风曝气。 3、工艺参数 4、优点： 缩小了耗氧速度与供氧速度之间的差距 减轻了二沉池的负荷 曝气池对水质水量冲击负荷的适应能力有所提高。,三、再生曝气活性污泥法系统,它是传统活性污泥法系统的一种变形工艺。在工艺方面的改进：将回流污泥不直接进入曝气池，而是进入再生池，进行曝气，使污泥得到充分再生后，在进入曝气池。 四、吸附-再生活性污泥法系统 1、工艺流程:如图 2、工艺特征： 3、工艺参数 4、优缺点,五、延时曝气活性污泥系统,1、工艺流程:如图 2、工艺特征： 3、工艺参数 4、优缺点 六、高负荷活性污泥法系统 1、工艺流程 2、工艺特征： 3、工艺参数 4、优缺点,七、完全混合式活性污泥法,八、多级活性污泥法系统 九、深水曝气活性污泥法系统 十、深井曝气活性污泥法系统 十一、浅层曝气活性污泥法系统 十二、纯氧曝气活性污泥法系统 原理见图,13.8 活性污泥处理系统的新工艺,一、概述 1、在净化功能方面 2、在工艺方面 二、氧化沟 1、氧化沟的工作原理与特征 构造方面：池型：呈环形沟渠状，平面为椭圆或圆形。 进水装置：双池以上设配水井、自控装置 水流混合方面：介于完全混合与推流之间 工艺方面：可考虑不设初沉池；可考虑不单设二沉池；BOD负荷低 曝气装置：可采用横轴和纵轴曝气装置,3、常用的氧化沟系统 氧化沟的运行方式： 连续工作式：氧化沟只作曝气池使用，因此氧化沟系统必须设二沉池，分为分建和合建;主要有帕斯韦尔氧化沟,卡罗塞氧化沟和奥巴勒型氧化沟 交替工作式：不单独设二沉池，在不同时段，氧化沟系统的一部分交替轮流当作沉淀池用,双沟(DE)型和三沟(T)型 卡罗塞氧化沟 交替工作氧化沟 二沉池交替运行氧化沟 奥巴勒(ORBAL)型氧化沟 曝气-沉淀一体化氧化沟,ORBAL型氧化沟,1、工艺流程及其特征 (1)工艺简单，可省略二沉池和污泥回流设备 (2)反应推动力大，效率高 (3)沉淀效果好 (4)不易发生污尼膨胀 (5)通过运行方式调节(前加缺氧，厌氧时间)可脱N除P (6)便于自动控制(时间参数) (7) 适用于中小型污水处理装置,三、间歇式活性污泥处理系统,三、间歇式活性污泥处理系统,2、工作原理与操作 流入工序 反应工序 沉淀工序 排放工序 待机工序 3、SBR工艺功能的改善与强化 关于待机与流入工序 关于SBR工艺的BOD-污泥负荷与污泥浓度 关于耗氧与供氧问题 4、SBR工艺的发展及