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1、城市水工程运行与管理 电子教案,第18章 活性污泥处理系统的 运行与管理 18.1 活性污泥法工艺系统概述,18.1.1 活性污泥法的基本原理,活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。 活性污泥系统主要由活性污泥反应器曝气池、曝气系统、二沉池、污泥回流系统和剩余污泥排放系统组成。其工艺流程如图18-1所示。,18.1.2 活性污泥中的微生物及作用,1.活性污泥微生物及其在活性污泥反应中的作用 正常的处理城市污水的活性污泥在外观上呈黄褐色的絮绒颗粒状，又称之为“生物絮凝体”，这些微生物群体在活性污泥上形成食物链和相对稳定的小小生态系统。 在活性污泥处理系统中，净化污水的第一承担者，也是主
2、要承担者是细菌，而摄食处理水中游离细菌，使得污水进一步净化的原生动物则是污水净化的第二承担者。原生动物摄取细菌，是活性污泥系统的首次捕食者。后生动物摄食原生动物，则是生态系统的第二捕食者。,2.活性污泥微生物的增殖,微生物在曝气池内的增殖规律，是污水生物处理工程技术人员应该予以充分考虑和掌握的。 活性污泥的能含量，即有机物量（F）与微生物量（M）的比值（F/M）是活性污泥微生物增殖速度产生影响的主要因素，也是BOD去除速度、氧利用速度和活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影响因素。 整个增长曲线可分为四个阶段（期）： （1）适应期 （2）对数增殖期 （3）减速增殖期 （4）内源呼吸（代谢）期,决定污
3、水中微生物活体数量和增殖曲线上升、下降走向的主要因素是其周围环境中营养物质的多寡。这样，通过对污水中营养物质（有机污染物即BOD）量的控制，就能够控制微生物增殖（活性污泥增长）的走向和增殖曲线各期的延续时间。,3.活性污泥絮凝体的形成 活性污泥是活性污泥处理技术的核心。 活性污泥絮凝体的形成与曝气池内能的含量密切相关。 当曝气池内有机营养物质充沛，能的含量高，细菌增殖处于对数增殖期，即处于“壮龄”阶段，运动性能活泼，动能大于范德华力，菌体不能结合，活性污泥絮凝体不能很好的形成。,18.1.3 活性污泥净化过程,在活性污泥处理系统中，有机污染物从污水中去除过程的实质就是有机污染物作为营养物质被活
4、性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，也就是所谓“活性污泥反应”的过程。这一过程的结果是污水得到净化，微生物获得能力合成新的细胞，使得活性污泥得到增长。这一过程大致上是由下列几个净化阶段所组成。 1.初期吸附去除 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（510min）内，污水中的有机污染物即被大量去除，出现很高的BOD去除率。这种初期高速去除现象是由物理吸附和生物吸附交织在一起的吸附作用所导致产生的。活性污泥具有很强的吸附能力。,2.微生物的代谢 污水中的有机污染物，首先被吸附在有大量微生物栖息的活性污泥表面，并与微生物细胞表面接触，在微生物透膜酶的催化作用下，透过细胞壁进入微生
5、物细胞体内，小分子的有机物能够直接透过细胞壁进入微生物体内，而如淀粉、蛋白质等大分子有机物，则必须在细胞外酶水解酶的作用下，被水解为小分子后再为微生物摄入细胞体内。 被摄入细胞体内的有机污染物，在各种胞内酶的催化作用下，微生物对其进行代谢反应。微生物对一部分有机物进行氧化分解，最终形成CO2和H2O等稳定的无机物质，并从中获取合成新细胞物质所需要的能量。另一部分有机污染物为微生物用于合成新细胞，即合成代谢，所需能量取自分解代谢。,18.1.4 活性污泥净化过程的影响因素 能够影响微生物生理活动的因素较多，其中主要有：营养物质、溶解氧、pH值、温度以及有毒物质等。 1.营养物质的平衡 参与活性污
6、泥处理的微生物，在其生命活动过程中，需要不断地从其周围环境的污水中吸取其所必需的营养物质，这里包括：碳源、氮源、磷源以及无机盐类等。待处理的污水中必须充分地含有这些物质。 生活污水是活性污泥微生物的最佳营养源，其BOD：N：P的比值为100：5：1，经过初次沉淀池或水解酸化工艺等预处理后，BOD值有所降低，N及P含量的相对值则提高，这样，进入生物处理系统的污水，其BOD：N：P比值可能变化为100：20：25。,2.溶解氧含量 参与污水活性污泥处理的是以好氧呼吸的好氧菌为主体的微生物种群。这样，在曝气池内必须有足够的溶解氧。 根据活性污泥法大量的运行经验数据，若使得曝气池内的微生物保持正常的生
7、理活动，曝气池内的溶解氧浓度一般宜保持在不低于2mg/L的程度（以出口处为准）。 3.pH值 微生物的生理活动与环境的酸碱度密切相关，只有在适宜的酸碱度条件下，微生物才能进行正常的生理活动。污水生物处理的微生物，一般最佳的pH值范围，介于6.58.5之间,4.水温 在影响微生物生理活动的各项因素中，温度的作用非常重要。微生物在最适温度条件下，微生物的生理活动强劲、旺盛，裂殖速度快，世代时间短。参与活性污泥处理的微生物，多属嗜温菌，一般将活性污泥处理的最高与最低的温度值分别控制在35和15。 5.有毒物质 “有毒物质”是指对微生物生理活动具有抑制作用的某些无机物质及有机物质，如重金属离子、酚、氰
8、等，对微生物产生毒害作用，改变蛋白质性质，使其变性或沉淀，从而破坏了细胞的正常代谢作用。有毒物质对微生物的毒害作用，有一个量的概念，即在有毒物质在环境中达到某一浓度时，毒害与抑制作用才显露出来，这一浓度称之为有毒物质极限允许浓度。,18.1.5 活性污泥系统的工艺参数及活性污泥质量 1.系统的工艺参数 （1）入流水质、水量 入流污水量Q必须充分利用所设置的计量设施准确计量，它是整个活性污泥系统运行控制的基础。Q的计量不准确，必然导致运行控制的某些失误。入流水质也直接影响到运行控制。传统活性污泥工艺的主要目标是降低污水中的BOD5，因此，入流污水的BOD5必须准确测定，它是工艺调控的一个基础数据
9、。,（2）回流污泥量与回流比 回流污泥量是从二沉池补充到曝气池的污泥量，常用Qr表示。传统活性污泥工艺的R一般在25%100之间。 （3）混合液悬浮固体和回流污泥悬浮固体 混合液悬浮固体是指混合液中的悬浮固体的浓度，通常用MLSS表示。MLSS近似表示曝气池内活性微生物的浓度，是运行管理的一个重要控制参数。传统活性污泥法的MLVSS值一般在12002000mg/L之间，MLSS在15002500mg/L之间。,（4）活性污泥的有机负荷 活性污泥的有机负荷是指单位重量的活性污泥，在单位时间内要保证一定的处理效果所承担的有机污染物量，单位为kgBOD5/（kgMLSSd）。F/M通常表示有机负荷，
10、F代表食物，即有机污染物，M代表活性微生物量，即MLSS。F/M直接影响活性污泥增长速率、有机污染物的去除率、氧的利用率以及污泥的沉降性能。传统活性污泥的F/M值一般在0.20.4 kgBOD5/（kgMLSSd）之间，属于中负荷范围。F/M值较大时，活性污泥中的微生物增长速率较快，有机污染物被去除的速率也较快，但此时活性污泥的沉降性能可能较差。反之，F/M值较小时，微生物增长速,率较慢或基本不增长，此时有机物被去除的速率也必然较慢，但这时活性污泥沉降性能往往较好。运行管理中应选择合适的F/M值，在有机物去除速率满足要求的前提下，污泥的沉降性能最佳。有机负荷可用下式计算： F/MQBODI/M
11、LSSVa (18-2) 式中，Q为入流污水量（m3/d）；BODI为入流污水的BOD5（mg/L）；Va 为曝气池的有效容积（m3）；MLSS为曝气池内活性污泥浓度（mg/L）。 （5）混合液溶解氧浓度 传统活性污泥工艺主要采用好氧过程，混合液内必须维持一定的溶解氧DO浓度。DO是通过单纯扩散方式进入微生物细胞内的，因而混合液须有足够高的DO值，以保持强大的扩散动力，将微生物好氧分解所需的氧强制“注入”微生物细胞体内。传统活性污泥法一般控制曝气池出口处DO大于2.0mg/L,（6）剩余污泥排放量和污泥龄 剩余活性污泥的排放量用Qw表示。如从曝气池排放剩余活性污泥，则其浓度为混合液的污泥浓度M
12、LVSS；如果从回流污泥系统内排放剩余活性污泥，则其浓度为RSS。绝大部分处理厂都从回流污泥系统排泥，只有当二沉池入流固体量严重超负荷时，才考虑从曝气池直接排放。剩余污泥排放是活性污泥系统运行控制中一项最重要的操作，Qw的大小，直接决定污泥龄的长短。 污泥龄是指活性污泥在整个系统内的平均停留时间，用SRT表示。控制污泥龄是选择活性污泥系统中微生物种类的一种方法。,（7）曝气池和二沉池的水力停留时间 污水在曝气池和二沉池内的水力停留时间一般用或表示，计算方法有两种： 式中，为曝气池或二沉池容积；Qr为回流污泥量。,（8）二沉池的水力表面负荷、固体表面负荷和出水堰溢流负荷 二沉池的水力表面负荷是指
13、单位面积单位时间内所能沉降、分离的混合液流量，单位为m3/（m2h），是衡量二沉池固液分离能力的一个指标。取决于出水水质和污泥的沉降性能，水质要求越高，越小；沉降性能恶化，必须降低。计算如下：,传统活性污泥工艺一般不超过1.2 m3/（m2h）。 二沉池的固体表面负荷是指单位面积在单位时间内所能浓缩的混合液悬浮固体，单位为kg/（m2h），是衡量二沉池污泥浓缩能力的一个指标。越小，污泥在二沉池中浓缩效果越好，即排泥浓度越高；若污泥浓缩性能较差，则必须降低二沉池的。传统活性污泥工艺的二沉池最大不宜超过150 kgMLSS/（m2d）。计算公式如下：,出水堰溢流负荷是指单位长度的出水堰单位时间内溢
14、流的污水量，单位为m3/（mh）。出水堰溢流负荷太大，可导致出流不均匀、短流，影响沉淀效果，还可导致污泥絮体从出水中带出。传统活性污泥工艺的出水堰溢流负荷一般控制在510 m3/（mh）。 （9）二沉池的泥位和污泥层厚度 二沉池的泥位是指泥水界面的水下深度，一般用Ls表示。若泥位太高，即Ls太小，增大了出水溢流漂泥的可能性，运行管理中一般控制恒定的泥位。 污泥层厚度一般用Hs表示，Ls和Hs之和等于二沉池的水深。一般控制Hs不超过Ls的1/3。,2.活性污泥的质量 在活性污泥系统中，要完成对入流污水中有机污染物较好的去除，必须要在系统内维持足够量的活性污泥，还必须考虑活性污泥的质量。高质量的活
15、性污泥体现在四个方面：具有较高的生物活性，良好的吸附性能，良好的沉降性能以及良好的浓缩性能。几个方面是相互矛盾冲突的，实际运行时应该综合平衡。 （1）颜色和气味 （2）活性污泥的耗氧速率 （3）污泥沉降比 （4）污泥的体积指数和密度指数 （5）活性污泥的生物相,18.2 活性污泥工艺种类 18.2.1 传统活性污泥法 传统活性污泥法，又称普通活性污泥法，是早期开始使用并一直沿用至今的运行方式。 存在的问题：曝气池首端有机污染物负荷高，耗氧速率也高，为了避免由于缺氧形成厌氧状态，进水有机物负荷不宜过高，因此曝气池容积大，占用土地较多，基建费用高；耗氧速率沿曝气池池长是变化的，而供氧速率难于与其相
16、吻合、适应，在池前段可能出现耗氧速率高于供氧速率的现象，池后段又可能出现溶解氧过剩的现象；对进水水质、水量变化的适应性较低。,18.2.2 渐减曝气活性污泥法 该工艺针对传统活性污泥法中沿曝气池池长均匀供氧，池末端供氧与需氧速率之间差距较大而严重浪费能源的问题，而提出的一种能使供氧量和混合液需氧速率相适应的运行方式，即供氧速率沿着池长逐步递减，使其接近需氧速率。 18.2.3 阶段曝气活性污泥法（多点进水法） 阶段曝气活性污泥法又称分段进水活性污泥法或多段进水活性污泥法。阶段曝气活性污泥法是针对传统活性污泥法存在的问题，在工艺上作了某些改革的活性污泥处理系统。本工艺与传统活性污泥法主要不同点是污水沿着曝气池的长度分散地、均衡地进入。,18.2.4 吸附再生活性污泥法 吸附再生活性污泥法又名生物吸附活性污泥法或接触稳定法。 吸附再生活性污泥法又名生物吸附活性污泥法或接触稳定法。本工艺的主要特点是将活性污泥对有机污染物降解的两个过程吸附与代谢稳定，分别在不同池中完成。再生池，让充分吸附有机物的污泥，充分进行氧
