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1、第三章废水好氧生物处理工艺(1)活性污泥法,第一节活性污泥法的基本原理第二节活性污泥法的运行方式第三节活性污泥法的反应动力学第四节曝气的原理、方法与设备第五节活性污泥法的工艺设计第六节活性污泥法的运行管理,第一节、活性污泥法的基本原理,一、活性污泥法的工艺流程,废水,活性污泥系统的主要组成,曝气池：反应的主体，有机物被降解，微生物得以增殖；二沉池：1）泥水分离，保证出水水质；2）浓缩污泥，保证污泥回流，维持曝气池内的污泥浓度。回流系统：1）维持曝气池内的污泥浓度；2）回流比的改变，可调整曝气池的运行工况。剩余污泥：1）去除有机物的途径之一；2）维持系统的稳定运行供氧系统：为微生物提供溶解氧,生
2、活污水或城市废水的处理流程,高碑店污水处理厂的工艺流程图,正在运行的曝气池,曝气池中的曝气头的布置,活性污泥系统有效运行的基本条件是：,废水中含有足够的可溶性易降解有机物；混合液含有足够的溶解氧；活性污泥在池内呈悬浮状态；活性污泥连续回流，剩余污泥及时排放，维持曝气池内稳定的活性污泥浓度；进水中不含有对微生物有毒有害的物质,二、活性污泥的性质及性能指标,1、物理性质：“菌胶团”“生物絮凝体”颜色：褐色、（土）黄色、铁红色气味：泥土味（城市污水）比重：略大于1（1.0021.006）粒径：0.020.2mm比表面积：20100cm2/ml,二、活性污泥的性质及性能指标,2、生化性能：活性污泥的含
3、水率：99.299.8%其中固体物质的组成：1）活细胞（Ma）：2）微生物内源代谢的残留物（Me）：3）吸附的原废水中难于生物降解的有机物（Mi）：4）无机物质（Mii）：,二、活性污泥的性质及性能指标,3、活性污泥中的微生物：A细菌：是活性污泥净化功能最活跃的成分主要菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等特征：1）绝大多数是好氧和兼性异养型的原核细菌；2）在好氧条件下，具有很强的分解有机物的功能；3）具有很高的增殖速率，其世代时间仅为2030分钟；4）动胶杆菌具有将大量细菌结成为“菌胶团”的功能。,B、原生动物-在活性污泥中大约为103个/m
4、l,钟虫,小口钟虫,草履虫,盖纤虫,肾形虫,变形虫,C、后生动物,线虫,轮虫,原（后）生动物作为“指示性生物”,数量,4、活性污泥的性能指标：,（1）混合液悬浮固体浓度（MLSS）（MixedLiquorSuspendedSolids）MLSS=Ma+Me+Mi+Mii单位：mg/L或g/m3（2）混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）（MixedLiquorVolatileSuspendedSolids）MLVSS=Ma+Me+Mi单位：mg/L或g/m3,在条件一定时，较稳定；对于处理城市污水的活性污泥系统，一般为0.750.85,4、活性污泥的性能指标：,（3）污泥沉降比（SV）（Slu
5、dgeVolume）定义：将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示；功能：能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀；正常范围：2030%,SV的测定,0min,15min,30min,SV=40%,4、活性污泥的性能指标：,（4）污泥体积指数（SVI）（SludgeVolumeIndex）定义：曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所形成的污泥体积，(ml/g),功能：能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多；其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀；正
6、常范围：50150ml/g（处理城市污水时）,三、活性污泥法的基本工艺参数,1、曝气池的有机容积负荷：1）进水COD（BOD5）容积负荷：,2）COD（BOD5）去除容积负荷：,2、曝气池的有机污泥负荷：1）进水COD（BOD5）污泥负荷：,2）COD（BOD5）去除污泥负荷：,三、活性污泥法的基本工艺参数,3、曝气池的水力停留时间（HRT、HydraulicRetentionTime）,4、曝气池的污泥停留时间（SRT，SludgeRetentionTime、c）,（h）,（d）,(mg/l),四、活性污泥的增殖规律及应用,活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝气池内发生反应、有机物被降解的必
7、然结果，而微生物增殖的结果则是活性污泥的增殖。活性污泥的增殖曲线,活性污泥的增殖曲线,注意：1）间歇静态培养；2）底物是一次投加,对数增殖期,减速增殖期,内源呼吸期,氧利用速率曲线,微生物增殖曲线(M),BOD变化曲线(F),适应期,有关概念,F/M值:在温度适宜、DO充足、且不存在抑制物质的条件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取决于微生物与有机基质的相对数量，即有机基质(Food)与微生物(Microorganism)的比值，即F/M值。F/M值是影响有机物去除速率、氧利用速率的重要因素。,实际上，F/M值就是以BOD5表示的进水污泥负荷，即：,活性污泥的增殖曲线的分区,可将增殖曲线分为四个
8、时期：1)适应期2)对数增殖期3)减速增殖期4)内源呼吸期,适应期,1）定义：微生物对于新的环境条件、污水中不同种类的有机物污染物等的短暂的适应过程；2）活性污泥微生物的变化：数量基本没有变化；菌体体积增大；酶系统相应调整；新的变异；等。3）水质指标基本无变化。,对数增殖期,F/M值高(2.2kgBOD/kgVSS.d)，有机物丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；微生物的增值速率与基质浓度无关，呈零级反应，仅由微生物本身特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身生理机能的限制；微生物以最高速率对有机物进行摄取，以最高速率增殖，合成新细胞；活性污泥具有高的能量水平，微生物的活动能力很强，污泥
9、质地松散，不易形成较好的絮凝体，沉淀性能不佳；活性污泥的代谢速率极高，需氧量大；一般不采用此阶段作为运行工况。（但也有，如高负荷活性污泥法）,减速增长期,F/M值下降到一定水平后，有机物的浓度成为微生物增殖的控制因素；微生物的增殖速率与残存的有机物呈正比，为一级反应；有机底物的降解速率也开始下降；微生物的增殖速率在逐渐下降，直至最终下降为零，但活性污泥的量仍持续增长并最终达到最高；絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；出水水质有较大改善，且整个系统运行稳定；大多数污水厂曝气池的运行工况。,活性污泥的增殖曲线,对数增殖期,减速增殖期,内源呼吸期,氧利用速率曲线,微生物增殖曲线(
10、M),BOD变化曲线(F),适应期,内源呼吸期,内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率，因此从整体上来说，活性污泥的量在减少，最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等；污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；一般不采用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如延时曝气法。,活性污泥增殖规律的应用：,1）活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值所控制；2）不同增殖期的活性污泥，性能不同，出水水质也不同；3）通过调整F/M值，可调控曝气池的运行工况，以达到所要求的出水水质和活性污泥的良好性能；4）推流式活性污泥法：一
11、段线段；完全混合式活性污泥法：一个点,活性污泥的增殖曲线,对数增殖,减速增殖,内源呼吸,适应期,有机物降解与微生物增殖：,活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化(内源呼吸)两项作用的综合结果，所以，微生物的净增殖速率为：,活性污泥中微生物的合成速率（kgVSS/d）；,其中：a降解1kgBOD所产生的VSS，即产率系数（kgVSS/kgBOD.d）；,活性污泥中微生物的自身氧化速率（kgVSS/d）；,其中：b活性污泥的自身氧化系数（kgVSS/kgVSS.d，一般为d-1）；,xv系统中活性污泥的总量（kgVSS）,有机物降解与微生物增殖：,因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式:,积分后，
12、得出活性污泥微生物在曝气池内每日的净增长量为:,Si进水BOD浓度(kgBOD/m3)；Se出水浓度(kgBOD/m3)。,式中:x每日的污泥增长量(kgVSS/d)；=QwXrQ每日处理废水量(m3/d)；,a、b经验值的获得：,(1)对于生活污水或相近的工业废水:a=0.50.65，b=0.050.1；(2)对于工业废水，则：,a、b经验值的获得：,（3）通过小试获得：,可改写为：,有机物降解与需氧：,氧在微生物代谢过程中的用途：(1)氧化分解有机物；(2)氧化分解自身的细胞物质。,式中：O2曝气池中混合液的需氧量，kgO2/d;a代谢每kgBOD所需的氧量，kgO2/kgBOD.d;b每
13、kgVSS每天进行自身氧化所需的氧量，kgO2/kgVSS.d。,有机物降解与需氧:,上式可改写为：,或,式中：O2/VXv单位质量污泥的需氧量，kgO2/kgVSS.d;O2=O2/QSr去除每kgBOD所需的氧量，kgO2/kgBOD.d;思考题：如何解释单位质量污泥的需氧量与负荷成正比，而去除单位质量BOD的需要量与负荷成反比？,a、b值的确定:,活性污泥法处理城市污水：,a、b值的确定:,活性污泥法处理工业污水：,a、b值的确定:,(3)试验法:,第二节活性污泥法的运行方式,1)传统活性污泥法；2)完全混合活性污泥法；3)阶段曝气活性污泥法；4)吸附再生活性污泥法；5)延时曝气活性污泥
14、法；6)高负荷活性污泥法；7)纯氧曝气活性污泥法；8)浅层低压曝气活性污泥法；9)深水曝气活性污泥法；10)深井曝气活性污泥法。,QSi,VX,QwXSe,Q-QwXeSe,QrXrSe,Q+QrXSe,一、传统活性污泥法：,1)工艺流程:,一、传统活性污泥法：,平面图,剖面图,曝气头,曝气设备,隔墙,空气管沟,一、传统活性污泥法：,供氧速率与需氧速率,微孔曝气头,一、传统活性污泥法：,主要优点：a.处理效果好：BOD5的去除率可达9095%；b.对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。4)主要问题：a.为了避免池首端形成厌氧状态，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，占地面积较大；b.
15、在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，会浪费了动力费用；c.对冲击负荷的适应性较弱。,传统活性污泥法,二、完全混合活性污泥法,工艺流程,完全混合曝气池,二、完全混合活性污泥法,主要特点：a.可以方便地通过对F/M的调节，使反应器内的有机物降解反应控制在最佳状态；b.进水一进入曝气池，就立即被大量混合液所稀释，所以对冲击负荷有一定的抵抗能力；c.适合于处理较高浓度的有机工业废水,二、完全混合活性污泥法,主要结构形式：,a.合建式（曝气沉淀池）b.分建式,合建式曝气池曝气沉淀池,合建式曝气池（曝气沉淀池）,分建式曝气池,二、完全混合活性污泥法,三、阶段曝气活性污泥法分段进水法或多点进水法,工
16、艺流程,多点进水活性污泥法的工艺流程,三、阶段曝气活性污泥法分段进水法或多点进水法,主要特点：a.废水沿池长分段注入曝气池，有机物负荷分布较均衡，改善了供氧速率与需氧速率之间的矛盾，有利于降低能耗；b.废水分段注入，提高了曝气池对冲击负荷的适应能力；,三、阶段曝气活性污泥法分段进水法或多点进水法,四、吸附再生活性污泥法又称生物吸附法或接触稳定法,主要特点：将吸附、降解两个过程分别控制在不同的反应器内进行。,活性污泥净化反应过程:,在活性污泥处理系统中，有机底物从废水中被去除的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，这一过程的结果是污水得到了净化，微生物获得了能量而合成新的细胞，活性污泥得到了增长。一般将这整个净化反应过程分为三个阶段：1）初期吸附；2）微生物代谢；3）活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩,活性污泥的初期吸附作用,曝气过程,降解,初期吸附,BOD,活性污泥的初期吸附作用,在活性污泥系统内，在污水开始与活性污泥接触后的较短时间(1030min)内，由于活性污泥具有很大的表面积因而具有
