第五章 污水的好氧生物处理--活性污泥法1

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1、第五章 污水的好氧生物处理活性污泥法废水好氧生物处理中有机物的代谢途径内源呼吸产物 + 能量 (CO2、H2O、NH3、SO42-)污水中的可 降解有机物新细胞物质 （C5H7NO2）代谢产物 (CO2、H2O、NH3、SO42-)(1/3)分解代谢(2/3)合成代谢+ 异养微生物O2 能量净增细胞物质内源呼吸80%20%内源呼吸残留物O2无机代谢产物少量能量剩余污泥主要内容n活性污泥法基本概念n活性污泥基本性能n气体传递原理和曝气池n活性污泥法的发展和演变n活性污泥法的设计计算n活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题n二次沉淀池5.1 基本概念 活性污泥的发现 1912年开始，污水曝气产生

2、悬浮状态褐色絮 状污泥 活性污泥组成：细菌、真菌、原生动物和后 生动物 1916年第一个活性污泥法污水处理厂 城市污水处理最广泛应用的方法 活性污泥法的实质：天然水体自净作用的 人工化和强化5 A细菌：是活性污泥净化功能最活跃的成分 l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 l特征： 1）多属好氧和兼性异养型的原核细菌； 2）在有氧条件下，具有较强的分解有机物的功能； 3）具有较高的增殖速率，其世代时间为2030分钟； 4）其中的动胶杆菌具有将大量细菌结成为“菌胶团 ”的功能。 活性污泥中的微生物活性污泥中的微生物 B 其他微生物原生

3、动物活性污泥中的原生动物活性污泥中的原生动物活性污泥中的原生动物活性污泥中的原生动物11 l活性污泥系统启动初期，游离细菌居多，原生动物 肉足虫（如变形虫）游泳型纤毛虫（如豆形虫 、草履虫）。 l菌胶团培育成熟，细菌多“聚居”在活性污泥上，处 理水水质良好；原生动物以带柄固着型的纤毛虫（ 如钟虫、等枝虫等）为主。 l原生动物能不断摄食水中的游离细菌，起到进一步 净化水质的作用。 l后生动物（主要指轮虫）在活性污泥中是不经常出 现的，仅在处理水质优异的完全氧化型活性污泥系 统（如延时曝气）中出现，因此，轮虫出现是水质 非常稳定的标志。后生动物活性污泥的增殖曲线 适应期： 是活性污泥微生物对于新的

4、环境条件、污水中有机 物污染物的种类等的一个短暂的适应过程；经过适 应期后，微生物从数量上可能没有增殖，但发生了 一些质的变化： a.菌体体积有所增大； b.酶系统也已做了相应调整； c.产生了一些适应新环境的变异；等等。BOD5、COD等各项污染指标可能并无较大变化。 活性污泥的增殖曲线 对数增长期： F/M值高(2.2)，所以有机底物非常丰富，营养物 质不是微生物增殖的控制因素；微生物的增长速 率与基质浓度无关，呈零级反应，它仅由微生物 本身所特有的最小世代时间所控制，即只受微生 物自身的生理机能的限制；微生物以最高速率对 有机物进行摄取，也以最高速率增殖，而合成新 细胞；此时的活性污泥具

5、有很高的能量水平，其 中的微生物活动能力很强，导致污泥质地松散， 不能形成较好的絮凝体，污泥的沉淀性能不佳； 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，但也有采用的，如高负 荷活性污泥法。活性污泥的增殖曲线 减速增长期： F/M值下降到一定水平后，有机底物的浓度成为微 生物增殖的控制因素； 微生物的增殖速率与残存的有机底物呈正比，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，直至在本期的最后 阶段下降为零，但微生物的量还在增长； 活性污泥的能量水平已下降，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； 由于残存的有机物浓度较低，

6、出水水质有较大改善 ，并且整个系统运行稳定； 一般来说，大多数活性污泥处理厂是将曝气池的运 行工况控制在这一范围内的。 活性污泥的增殖曲线 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。活性污泥的增殖曲线 活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值所控制 ； 处于不同增殖期的活性污泥，其性能不同，出 水水质也不同；

7、 通过调整F/M值，可以调控曝气池的运行工况 ，达到不同的出水水质和不同性质的活性污泥； 活性污泥法的运行方式不同，其在增殖曲线上 所处位置也不同。活性污泥增殖规律的应用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：0.020.2 mm 比表面积：20100cm2/ml活性污泥的性质及性能指标2、生化性能： 活性污泥的含水率： 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）

8、4）无机物质（Mii）：有机物 7585%活性污泥的性能指标：污泥浓度3. 混合液悬浮固体浓度（MLSS）： （Mixed Liquor Suspended Solids）MLSS = Ma + Me + Mi + Mii 单位： mg/L 或 g/m34. 混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）（Mixed Liquor Volatile Suspended Solids ）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活性污泥的性能指标：5 污泥沉降比（SV） （Sludge Volu

9、me）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%活性污泥的性能指标：6 污泥体积指数（SVI） （Sludge Volume Index）定义：曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，每g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；正常范围： 50150 ml/g（处理城市污水时）活性污泥去除有机物是

10、分三阶段进行吸附阶段 污泥具有巨大的表面积，表面上含有多糖类黏性 物质，使活性污泥具有很好的吸附性能。污水与活性污泥 混合后，污水中的固体有机物等污染物首先被吸附转移到 活性污泥表面。 稳定阶段 （降解阶段） 吸附转移到活性污泥表面的污染 物被微生物分解转化为CO2和H2O等简单化合物及自身细 胞。 混凝阶段 曝气池中的混合液进入二沉池后，活性污泥颗粒 和游离微生物等固形物在微生物释出的羟基丁酸和黏性 物质等的作用下，相互凝聚形成大颗粒絮体。吸附和稳定在曝气池中完成，而混凝则在二沉池进行污水中有机物的降解过程回流污泥二次 沉淀池废水曝气池初次 沉淀池出水空气剩余活性污泥传统活性污泥法工艺流程：

11、 曝气池： 在池中使废水中的有机污染物质与活性污 泥充分接触，并吸附和氧化分解有机污染物质。 曝气系统：供给曝气池生物反应所需的氧气，并起 混合搅拌作用 二次沉淀池： 用以分离曝气池出水中的活性污泥， 污泥回流系统 ：把二次沉淀池中的一部分沉淀污泥 再回流到曝气池，以供应曝气池赖以进行生化反应 的微生物。 剩余污泥排放系统： 曝气池内污泥不断增殖，增殖 的污泥作为剩余污泥从剩余污泥排放系统中排出。 活性污泥法的基本组成曝气池的类型曝气池的分类：l 根据曝气池内的运行方式，可分为连续运 行与间歇运行两种； l 根据曝气池内的流态，可分为推流式、完 全混合式和封闭环流式三种； l 根据曝气方式，可

12、分为鼓风曝气池、机械曝 气池以及二者联合使用的机械-鼓风曝气池； l 根据曝气池的形状，可分为长方廊道形、圆 形、方形以及环状跑道形等四种； l 根据曝气池与二沉池之间的关系，可分为合 建式（即曝气沉淀池）和分建式两种。推流式曝气池回流活性污泥二沉池出水进水 初沉池曝气池剩余污泥初沉污泥推流式曝气池l 呈长方形；廊道的长度可达100m，但以5070m之间为 宜；长度应是宽度的510倍；宽度与有效水深之比为1-2 ； l 从池首到池尾，微生物的组成与数量、基质的组成与数 量等都在连续地变化； l 有机物的降解速率、耗氧速率也都连续地变化； l 活性污泥在池内是按增长曲线的一个线段进行增长； l

13、一般呈廊道型，可有单廊道、双廊道、三廊道和五廊道 等。完全混合式曝气池回流活性污泥二沉池出水进水 初沉池曝气池剩余污泥初沉污泥完全混合式曝气池l 废水一进入曝气池，即与池内原有混合液充分混合 ；l 混合液组成、微生物组成与数量等完全均匀一致；l 有机物的降解速率、耗氧速率等在池内各部位都是 不变的； 封闭环流式反应池（CLR）回流活性污泥二沉池出水进水曝气池剩余污泥 结合了推流和完全混合两种流态的特点。污水 进水反应池与反应池中的混合液迅速混合后， 在封闭的沟渠中进行循环流动。 流速一般为0.25-0.35m/s，完成一个循环所需 时间为5-15min，污水在反应器内停留10-24小 时（循环

14、40-300次）。封闭环流式反应池（CLR）序批式反应池（SBR）反应 （曝气）沉淀出水进水闲置反应 （曝气）5个不同阶段高碑店污水处理厂的工艺流程与平面布置初沉池曝气池二期曝气池初沉池二沉池二沉池正在运行的曝气池5.2 活性污泥法的发展和演变 传统活性污泥法；完全混合活性污泥法；吸附再生活性污泥法；延时曝气活性污泥法；高负荷活性污泥法；纯氧曝气活性污泥法；氧化沟SBR1 传统活性污泥法 主要特点：a. 曝气池推流式，废水浓度从进水端到出水端逐渐下降b. 沿曝气池长度方向曝气量相等。 主要问题： a. 池首端供氧速率低于需氧速率易形成缺氧状态，不宜 采用过高的有机负荷。b. 在池末端可能出现供

15、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（有机物浓度突然增高）的适应性较弱 。怎么解决这些问题？2、完全混合活性污泥法 主要特点： a.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；b.池液中各部分微生物种类和数量相同，有机物 浓度基本相同，需氧速率比较均匀；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 ；c. 适合于处理较高浓度的有机工业废水。3 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很强的吸 附能力，因此在这很短的时间内，就能够去除废水中大量的呈悬浮 和胶体状态的有机污染物，使废水的BOD5值(或COD值)大幅度下降 。但不是真正的降解，随着时间的推移，混合液的BOD5值会回升， 再之后，BOD5值才会逐渐下降。活性污泥吸附作用的大小与很多因素有关:1）废水的性质、特