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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
2、 供氧系统：为微生物提供溶解氧,生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,高碑店污水处理厂的工艺流程与平面布置,初沉池,曝气池,二沉池,二期,曝气池,二沉池,初沉池,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
3、.0021.006） 粒径：0.020.2 mm 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
4、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/ml,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） （Mixed Liquor Suspended Solids）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）（Mixed Liquor Volatile Suspended Solids
5、）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） （Sludge Volume）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） （Sludge Volume I
6、ndex） 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； 正常范围： 50150 ml/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、Hyd
7、raulic Retention Time）,4、曝气池的污泥停留时间（SRT，Sludge Retention Time、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
8、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(2.2 kgBOD/kgVSS.d)，有机物丰
9、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
10、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(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，
11、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（
12、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，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
13、.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
14、，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,
15、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. 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
16、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；,
