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1、1,生化处理技术模块,2,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,一、污水的生物处理法(概念) 二、生物处理法的分类 1、按参与处理过程的微生物分类： * 好氧生物处理法：参与处理过程的微生物以好氧微生物为主，主要用于处理城市污水、易于生物降解的有机工业废水。 * 厌氧生物处理法：参与处理过程的微生物以厌氧（缺氧）微生物为主，主要用于处理污泥、高浓度有机废水。,3,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,2、按微生物的生活方式分类：（活性污泥法、生物膜法） * 活性污泥法： 利用活性污泥中的活性微生物对污水中的有机物进行氧化、分解，从而使污水净化的方法自然界水体自净的（强化）模拟。,4,* 生物膜
2、法：使微生物在固体介质表面（滤料或某些载体）生长、繁殖，形成膜状活性污泥（生物膜），当污水与之接触时，生物膜上的微生物摄取污水中的有机物为营养，从而使污水得以净化的方法。自然界土壤自净的（强化）模拟。,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,6,活性污泥法 一、基本概念及原理 （一）活性污泥 1、活性污泥：以微生物为主体、具有吸附代谢有机物的生物絮凝体。良好的好氧活性污泥呈黄褐色。 2、活性污泥的组成：具有代谢功能的活性微生物群体Ma；内源代谢、自身氧化的残留物Me (主要是细菌)；惰性有机物（原污水挟入的难为细菌降解的有机物质）Mi；由污水挟入的无机物Mii 活性污泥总量： M=Ma+Me +
3、Mi+Mii 挥发性有机物总量：Mv= Ma+Me +Mi,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,7,3、活性污泥的生物相：活性污泥微生物微生物是由细菌类、真菌类、原生动物、后生动物等异种群体所组成的混合培养体。,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,8,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,9,4、活性污泥的质量评价指标 （1）混合液污泥浓度X（混合液悬浮固体浓度MLSS）：曝气池单位体积混合液所含活性污泥（悬浮固体）的数量（mg/L）。 MLSS= M=Ma+Me +Mi+Mii （2）混合液挥发性污泥浓度Xv（混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS）：曝气池单位体积混合液所含挥发性活性污泥的
4、数量（mg/L）。 MLVSS= Mv= Ma+Me +Mi 令f= MLVSS/ MLSS 对于一定的污水，f是定值，对于生活污水，f为0.75左右。 以上二项为表示及控制混合液中活性污泥微生物量的指标。,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,10,（3）污泥沉降比SV（%）：量取1000mL曝气池混合液，在量筒内静止沉淀30min后，沉淀污泥与混合液体积之比。SV大，表示污泥沉降性能不好，活性好，SV小，表示泥沉降性能好，污泥密实，活性不好。一般SV在3040%比较好。 （4）污泥（容积）指数SVI：曝气池出口混合液，静沉30min后，1克干污泥所占的容积（mL/g） SVI大，表示污泥沉
5、降性能不好，活性好，SV小，表示泥沉降性能好，活性不好。对于生活污水或城市污水，一般SVI在70100比较好，SVI200表示污泥已膨胀。影响SVI值的最重要因素是微生物群体的增殖速度。,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,11,（5）污泥龄（ts、c）：曝气池中活性污泥总量与每日排放污泥量之比。亦即活性污泥在曝气池中的平均停留时间（日）。又称为生物固体平均停留时间。 （6）BOD负荷（污泥负荷Ns容积负荷Nv） * 污泥负荷Ns每日供给每kg微生物（污泥）的BOD5的量（kgBOD5/kgMLSS.d）（也用F/M表示） （kgBOD5/kgMLSS.d） Q污水流量（m3/d）; La原
6、污水有机物浓度（kg/m3） X混合液污泥浓度（kg/m3）; V曝气池容积（m3）,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,12,* 污泥负荷Nv单位曝气池容积（m3）在单位时间内（1d）能够接受，并将其降解到预定程度的有机物量（BOD）。 Nv=QLa/V=NsX Nv、Ns选的高，可降低曝气池容积，经济，但处理程度低；Nv、Ns选的低，处理效果好，但曝气池容积大，成本高，工程上Nv、Ns选择很关键（Ns在0.51.5之间污泥膨胀） （二）活性污泥法基本流程 活性污泥法的处理核心是曝气池,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,13,（三）活性污泥法的净化过程与机理 1、吸附作用 在活性污泥系
7、统内，在污水与活性污泥接触的初期，污水中的BOD即可被大量去除，前30分钟BOD去除率可达70%（初期吸附去除率）。这是活性污泥所具有的吸附作用的结果。 （1）为什么活性污泥具有吸附作用？ a、具有大的表面积（200010000m2/m3混合液） b、表面具有多糖类粘质层。,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,14,（2）影响吸附作用的因素 a、含不溶解的有机物多时吸附作用强 b、污泥再生（恢复活性）的好，吸附作用强 （3）表层水BOD二次回升的原因 a、在外酶作用下，被吸附的有机物变为可溶性有机物 b、食料充足，游离菌增多 （4）吸附有机物的去向 a、小颗粒有机物直接渗入细菌体内 b、大颗
8、粒有机物在外酶作用下，分解为小颗粒有机物后渗入细菌体内。,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,15,2、代谢作用 （1）代谢模式 a、氧化：耗氧、放能 b、合成：不耗氧、耗能 c、无论氧化还是合成，有机物均被去除，氧化产物（H2O、CO2）随水流走，合成产物进二沉池沉淀。,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,16,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,17,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,18,（2）活性污泥的增长分析（适应期、对数增长期、减速增长期、内源呼吸期）,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,19,a、适应期 b、对数增长期（ab） 有机物/微生物=F/M2.2（食物多），
9、有机物以最大的氧化速率进行氧化分解和合成，活性污泥增长速度与有机物浓度无关，而仅仅与活性污泥（MLVSS、Xv、Mv）的量成一级反应，微生物能量高，呈分散状态，絮凝性不好，不易沉淀，代谢速率大，耗氧多。,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,20,c、减速增长期（bc） F/M下降，微生物增长受营养物质浓度限制，污泥增长速度、有机物降解速度均与残留的有机物浓度成正比，能量水平低，细菌开始絮凝，形成絮状而沉淀，有机物降解速度、耗氧速度下降。 d、内源呼吸期（cd） F很小，F/M很小，微生物处于饥饿状态，代谢体内物质补充营养不足，污泥量减少，细菌能量水平低，絮凝好，出水水质好。,第三章 水的生物
10、处理（一）活性污泥法,21,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,22,3、絮凝沉淀性能 （1）凝聚的原因：黏液说、含能说、Ns-SVI曲线 （2）曝气池中，Ns在1.52.3为高负荷；0.20.6为普通负荷；0.050.15为低负荷。Ns间隔处，SVI太高，沉淀不好，为污泥膨胀区，在设计中要避开，原因尚不明。 （3）对于城市污水，SVI200沉淀不好。,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,23,（四）活性污泥法的影响因素（环境因素） 1、BOD负荷率Ns:过高过低都不好，一般控制在0.3左右，即普通活性污泥法；在0.050.1，属于延时曝气法；达到2以上，属于高负荷活性污泥法。 2、溶解氧
11、DO:混合液DO=2mg/L左右为宜，DO低，效率低，易厌氧分解，丝状菌繁殖；DO高，浪费，而且导致活性污泥氧化分解。 3、水温：2030为宜，35以上和10以下效果不好，要采取措施。,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,24,4、营养物质：要求BOD5：N：P=100：5：1，还需要K、Na、Fe、S、Ca等，生活污水各元素均可满足，工业废水需补充缺乏元素。缺C可投加生活污水，缺N、P可加氮肥、磷酸盐。 5、pH值：混合液pH=6.59.0为宜，微生物对pH的适应性而言，要求相对稳定，不可变化太大，特别是不可突然变化（冲击负荷） 6、有毒物质：CN-、Ar-OH、重金属等。,第三章 水的生
12、物处理（一）活性污泥法,25,二、曝气与曝气池构造 1、曝气原理（双膜理论） 气、液两相中存在相界面，界面两侧分别为气膜和液膜，两相中处于紊流状态，氧浓度、氧分压平衡；两膜中处于层流状态，氧浓度、氧分压不平衡，搅拌越充分，膜越薄，氧转移速率越快。,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,26,影响氧转移速率的因素： （1）与气膜中氧分压梯度、液膜中氧浓度梯度成正比 （2）与界面积成正比，气泡越小，氧转移速率越大 （3）与接触时间成正比，曝气浓度越大，氧转移速率越大 （4）水温的影响，水温越高，不利于氧的转移 （5）水质的影响，污水中氧的转移速率低于清水,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,27
13、,2、需氧量：即微生物代谢过程中所需的氧量，包括氧化有机物所需的氧量、细胞自身氧化所需的氧量。 O2=aQLr+bV O2曝气池混合液需氧量，kgO2/d a氧化每kgBOD所需氧kg数 b污泥自身氧化率1/d，即每kg污泥（MLVSS）每天所需氧kg数,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,28,LrLr=La-Le La 进曝气池污水有机物BOD5浓度，mg/L Le 二沉池出水有机物BOD5浓度，mg/L V曝气池有效容积m3 Xv挥发性活性污泥浓度mg/L，对生活污水Xv/X=0.75 3、供氧量：根据供氧方式采用合适的方法计算。,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,29,4、曝气设
14、备,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,30,5、曝气池（推流式、完全混合式、循环混合式）,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,31,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,32,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,33,34,三、活性污泥法的发展沿革与运行方式 （一）传统活性污泥法 1、特点：污水和回流污泥从池首端流入，推流前进，从池尾排出，吸附和代谢在同一池子进行。 2、优点：效率高（因污水与污泥接触时间长），可达95%，出水水质稳定。 3、缺点： （1）供氧和需氧的矛盾,BOD沿池长逐渐降低，需氧量沿池长逐渐降低，而供氧是均匀的，前端供氧不足，后端过剩。,第三章 水的生物处理（一）活
15、性污泥法,35,（2）进水浓度低，不耐冲击负荷 （3）负荷低，池子大，占地多 （4）微生物处于生长曲线的一段，无法使整个池子处于良好工况。,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,36,（二）对传统活性污泥法的改造 1、扩大Ns的范围 （1）高负荷法：Ns0.5，效率低，曝气池容积小，污泥龄小，剩余污泥量大（短时曝气法或不完全处理活性污泥法） （2）低负荷法：Ns0.1，效率高，曝气池容积大，污泥龄大，剩余污泥量小（延时曝气法） （3）多级活性污泥法,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,37,2、对进水点位置的改革 （1）阶段曝气法：分段进水，微生物食料均匀，活性好 （2）生物吸附法（接触稳定
16、，吸附再生）：池中间某一点进水，吸附和污泥再生（代谢）在两个池子（吸附池、再生池）或一个池子的二段（吸附段、再生段）内进行。L分布较均匀，需氧量较均匀。,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,38,生物吸附法,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,39,优点： a、仅污泥参与再生，虽Ns不高（0.2），但Nv高，V小（吸附池停留时间短3060min，以充分利用初期吸附去除率，再生池中是回流污泥，总量少），占地少，建设费用低。 b、避免污泥膨胀 c、需氧较均匀 d、耐冲击负荷 e、易改造,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,40,缺点： a、效率低，90%左右，因污水与污泥接触时间短 b、回流量大，回流比50100%，回流污泥提升费用高。 R=回流污泥量QR/污水量Q,第三章 水的生物处理（一）活性污泥法,41,3、曝气池流型和混合特征改革 （1）完全混合法 优点：a、耐冲击负荷（进水稀释） b、进水浓度高 c、池内F/M一致，微生物工况一样，可以控制在良好的工况下工作 d、Nv高（0.81.4），需氧均匀 e、运行灵活，改变F/M
