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1、第四章,活性污泥法,4.1 概述,活性污泥工艺是一种应用最广泛的废水好氧生化处理技术，是一种好氧悬浮生长过程。,优点：工艺灵活、可靠、容易控制、出水质量高，除了有机污染物以外，还可以去除部分N、P。对抗短时有机负荷和水利负荷的能力也比较强。,缺点：工艺运行相对复杂，需要有资格和有经验的人员运行维护，投资和运行费用尽管合理，但仍然比较大。一种活性污泥系统的成功运行需要充分的资金、人力资源来保证。,其实，活性污泥并不是传统意义上的泥，在显微镜下，褐色的絮状活性污泥中，有大量的细菌、真菌、藻类、原生、后生动物等微生物存在，组成了一个特殊的生态系统。正是这个特殊的生态系统将水中的有机污染物转化为细胞物
2、质或者氧化为低能量的化合物。,1 基本概念,1912年英国克拉克（Clark）和盖奇（Gage）发现长时间曝气会产生污泥，同时水质明显改善。继而，阿尔敦（Arden）和络开脱（Lockett）发现了正是这些污泥对水质改善有着关键作用，所以把 这些污泥称为Activated Sludge(活性污泥)。1916年第一个活性污泥法污水处理厂建成。,活性污泥（Activated Sludge）：,细菌最基本的形态,螺旋状,球状,杆状,原生动物,肉足类：可以任意改变形状,鞭毛类：有一根或多根鞭毛,纤毛类：分为自由游泳型和固着型,线虫,轮虫,水处理系统中的后生动物,2 活性污泥的性状,活性污泥通常为黄褐色
3、（有时为铁红色），絮绒状颗粒，一般直径有0.02-2mm ，含水率99.2%-99.8%，密度因含水率不同而不同，一般在1.002-1.006g/cm3范围内，比表面积大，大约20-100cm2/mL。,3 活性污泥系统的指标,1）污泥浓度指标：,MLSS,（混合液悬浮固体浓度），或混合液污泥浓度。 单位，mg/L或kg/m3，表示活性污泥在曝气池 混合液中的浓度。MLSS=Ma+Me+Mi+Mii,MLVSS,混合液挥发性悬浮固体浓度，表示有机悬浮固体的浓度，mg/L或kg/m3。MLVSS=Ma+Me+Mi,一般，MLVSS/MLSS的值比较稳定，城市污水一般在0.75-0.85之间。对于
4、不同废水，该值不同。,活性污泥由四部分物质组成： 具有活性的微生物群体(Ma)；微生物自身氧化的残留物质(Me)；原污水挟入的不能被微生物降解或暂时没有降解的有机物质(Mi)；原污水挟入的无机物质(Mii)。,2）污泥沉降性能指标：,SV,污泥沉降比，又称30min沉淀率 在曝气池中取出100ml混合液于量筒中，静置30min后，测量污泥沉淀体积与原混合液体积的比值，一般用%表示。对于大部分城市污水处理厂的活性污泥，该值在20%-30%之间。 SV值测定方法简单快捷，能相对地反映出污泥浓度、污泥凝聚、沉降性能等，可用于控制排泥量和及时发现初期的污泥膨胀。,SVI,污泥体积指数 指曝气池出口处的
5、混合液经过30min静置沉淀后，1g干污泥所形成的沉淀污泥体积。SVI更能准确地评价污泥凝聚性能及沉淀性能。SVI值低，则表明污泥粒径小、密实、无机成分含量高；SVI值高，表明污泥沉降性能不好，将要发生或已经发生污泥膨胀。,SVI值可以衡量活性污泥的沉降浓缩特性。他的测量受到很多因素影响，如容器直径、污泥浓度等，所以，各个污水处理厂的SVI值没有可比性。,3）溶解氧（DO）及溶解氧消耗速率：,活性污泥系统曝气池中的溶解氧浓度一般要维持在24mg/L，不宜低于1mg/L。,DO消耗速率：即单位时间、单位体积的溶解氧消耗量（mg/Lmin），该参数可以看作污泥活性的量化指标。,获得方法：不同时间测
6、量混合溶液的DO值，作曲线，其斜率即溶解氧消耗速度。,以上五个参数（即MLSS,MLVSS、SV、SVI、DO消耗速度）是工艺运行中监测的重要指标。,活性污泥微生物各增值期特点比较,活性污泥的营养物或有机底物量(F)与微生物量(M)的比值(FM)是活性污泥微生物增厚、增殖的重要影响因素，也是有机底物降解速率、氧利用速率、活性污泥的絮凝、吸附性能的重要影响因素。可以通过调整F/M的值，来使活性污泥停留在我们需要的阶段。,4）投配比F/M（kgBOD或COD/kgMLSSd）,一般投配比在0.10.2左右可以保证活性污泥稳定在工艺需要期。,5）去除率负荷,容积去除率负荷：单位工作体积，单位时间去除
7、BOD或COD的量，单位（kgBOD/m3d或kgCOB/m3d）,污泥去除负荷率：单位质量活性污泥，单位时间去除COD或BOD的量，单位（kgBOD/kgMLSSd或kgCOD/kgMLSSd）,4 活性污泥系统(CAS)组成,曝气池：活性污泥工艺的核心，活性污泥与水中有机污染物充分混合接触，进而将其分解吸收的场所。 曝气装置：向曝气池提供氧气，满足微生物需求。 二沉池：将活性污泥与处理完的水分离。 回流污泥系统：回流部分活性污泥，保证曝气池有足够的微生物浓度。回流污泥泵要求大流量、低扬程，转速不能太快以免破坏絮体。 剩余污泥排放：一般需要后续处理。,5活性污泥法的基本流程,活性污泥工艺在污
8、水工艺中的位置,6 活性污泥工艺分类简介,运行中的SBR反应池,悬链曝气技术,7 活性污泥工艺的共同特点,利用含微生物的絮状污泥（混合液悬浮固体MLSS）去除水溶解性及颗粒态有机物;,利用静置沉淀法去除工艺流程中的MLSS，产生含悬浮固体物低的出水;,沉淀下来的污泥作为浓缩污泥由沉淀池重新回流生物反应池;,利用剩余污泥控制污泥停留时间，使其达到所需值.,8 活性污泥降解有机物的过程,活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解去除过程可分为以下两个阶段：,吸附阶段,污水中的有机物转移到活性污泥上去。 活性污泥具有巨大的表面积，含有多糖类粘性物质，极易吸附水中的各种悬浮物质。,稳定阶段,转移、吸附到活性
9、污泥上的有机物被微生物利用的过程。 微生物将可以降解的有机物分解，部分形成新的细胞，部分矿化为二氧化碳和水。从而达到净化污水的目的。,一般，吸附阶段时间很短，大约15-45min左右。 而稳定阶段时间持续较长，是活性污泥法降解有机污染物的主要阶段。,9 活性污泥中的食物链,细菌,原生动物,后生动物,处理水,剩余污泥,食料移动,代谢产物移动,10 活性污泥和生物膜食物链的比较,11 对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析,废水中的有机物,残留在废水中的有机物,从废水中去除的有机物,微生物不能利用的有机物,微生物能利用的有机物,微生物能利用而尚未利用的有机物,微生物不能利用的有机物,微生物已
10、利用的有机物（氧化和合成）,（吸附量）,增殖的微生物体,氧化产物,4.2 曝气反应池的基本形式,曝气池实际上是一个反应器，主要分为推流式、完全混合式、封闭环流式和序批式。曝气设备的选用及布置要与池型和水力要求相配合。,推流式曝气池：多采用矩形廊道式曝气池，污水和回流污泥从池首进入，混合液以活塞流的流态逐渐向池尾部流动，从池末端出水堰流出，进入二沉池。,优点： 推流式曝气池应用时间比较长，是一种比较成熟的运行方式； 处理效果好，运行稳定； BOD5去除率较高，可达90%以上，城市污水处理多采用这种方式运行。,缺点： 曝气池池首端污泥负荷率高，好氧速度快，所以设计时不宜采用过高BOD负荷率； 耗氧
11、速度沿池长逐渐降低，但是供氧速度恒定，造成浪费； 抗负荷率冲击能力不强，对水质、水量变化是应性较差。,曝气池,活性污泥形式之一：平流推流式,根据断面上的水流情况，又可分为平移推流式和旋转推流式,平移推流式：曝气池底铺满扩散器，池中水流只有沿池长方向流动，这种池型的横断面宽深比可以大些。,旋转推流式：曝气池中，扩散器装于横断面一侧，由于气泡形成的密度差，池水产生旋流。池水中水沿池长方向流动外，还有侧向旋流，形成了旋转推流。,扩散器位置不同还可分为：底层曝气（池深决定于鼓风机提供的风压，一般为34.5m）、浅层曝气（水面以下0.30.9m）和中层曝气（池深一般可达78m，最大可以达到9m）。,推流
12、式曝气池,完全混合式曝气池,池型可以为圆形，也可以为方形或矩形。曝气设备可采用表面曝气机，置于池的表面中心，废水从池底进入，在曝气机的搅拌下和全池混合，水质均匀。不像推流曝气池那样上下段有明显的区别。完全混合曝气池可以和沉淀池分建或合建，因此可以分为分建式和合建式。,分建式：表面曝气机的充氧和混合性能同池型关系密切，因而表面曝气机的选用应和池型配合，已达到最好的效果。分建式虽然不如合建式紧凑，而且需要专设污泥回流设备，但运行上便于调节。,合建式：我国定名为曝气沉淀池（国外称为加速曝气池），沉淀池和曝气池合建于一个圆形池中，沉淀池在外环。结构紧凑，但是很难分别控制和调节。我国仍有利用，国外已经趋
13、于淘汰。,活性污泥形式之二：完全混合式,完全混合式曝气池,两种池型的结合,使用表曝机充氧的推流式曝气池,中间设有挡板的表曝机充氧的推流式曝气池,封闭环流式反应池,序批式反应池（SBR）,4.3 活性污泥法的发展和演变,1 传统活性污泥法,传统活性污泥法（CAS）：早期工艺，反应器为矩形，水流为准推流，底部或一侧设曝气设备。,应用实例,处理造纸废水,2 渐减曝气和分段进水活性污泥法,在推流式曝气池中，混合液的需氧量在长度方向上是逐步下降的，因此，等距离均量布置扩散器是不合理的，实际情况是：前半段水中氧量远远不够，而后半部分则超出了需要。基于以上分析，有人提出并采用了渐减曝气和分段进水（SFAS）
14、的工艺。,3 完全混合法,完全混合法（CMAS）出现于20世纪50年代后期，用来处理高负荷工业废水，尤其是含有抑制性有机物的工业废水。进水均匀分布于整个反应器中，使反应器内个点的可生物降解有机物浓度比较低，即使进水中有机物有毒性，其毒性仍然可以减低，生物降解也会得以进行。,4 延时曝气活性污泥法,延时曝气40年代末到50年代初在美国流行。特点是曝气时间很长，MLSS较高（可达3000-6000mg/L），活性污泥在时间和空间上部分出于内源呼吸状态，产生污泥少而稳定，从而减少需要处置的污泥量，同时长时间曝气可以提高工程的稳定性。代价是反应器体积较大。,主要有氧化沟和完全混合式曝气沉淀池两种曝气池
15、结构。,完全混合式曝气沉淀池形式与前面设计一致，只需要延长曝气时间即可，一般20-48小时。,氧化沟（Oxidation Dictch）,氧化沟（Oxidation Dictch）：延时曝气的一种特殊形式。又称连续环式反应池。,20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所（TNO）研制成功，第一家氧化沟污水处理厂在1954年荷兰Voorshoper投产，称为Pasveer氧化沟，由Kessenser转刷曝气。水深1.5m。,1968年，DHV公司将立式表曝机用于氧化沟，建立了Carrousel氧化沟。水深达到4.5m，新型号Carrousel3000，水深达到8m，全球近850座 。,1970年，Hu
16、isman在南非开发了使用转盘曝气的Orbal氧化沟。后将技术专利转让给美国Envirex公司，目前美国有200多座。,一体式氧化沟工艺以及交替式氧化沟工艺（VR、D、T）。,特征为： (a)呈环状沟渠，平面多为椭圆形或圆形。总长为几十米至百米以上； (b)沟深取决于曝气装置，一般为26m； (c)流态特性介于完全混合和推流之间。 特点： (a)对水温、水质和水量的变动有较强的适应性； (b)污泥龄一般可达1530d； (c)污泥产率低且多已达到稳定的程度，不需再进行消化处理,氧化沟（Oxidation Dictch）,氧化沟在国内的应用,Carrousel氧化沟,Carrousel2000是在标准Carrousel工艺基础上，增设一个占总容积15%-25%的预反硝化反应区。提高脱氮效果。BOD去除率达90%-95%，而脱氮效率可达80%-90%。,OXYRATOR 表曝机：OXYRATOR 是一种低速垂直轴表面曝气机，是DHV公司（荷兰）为在CARROUSEL （卡鲁塞尔 ）系列氧化沟反应器中使用而专门设计的曝气设备。它是在多年的研究和开发工作的基础上发明出来的。,
