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1、第五章活性污泥法处理工艺与技术 第一节废水生物处理 一、 概述 废水生物处理是通过微生物的新陈代谢作用， 将废水中有机物的一部分 转化为微生物的细胞物质， 另一部分转化为比较稳定的化学物质 （无机物或简 单有机物） 的方法。不论何种生物处理系统， 都包括三个基本要素， 即作用者、 作用对象和环境条件。 生物处理的主要作用者是微生物， 特别是其中的细菌。根据生化反应中 氧气的需求与否， 可把细菌分为好氧菌、 兼性厌氧菌和厌氧菌。主要依赖好氧 菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺， 称为好氧生物处理法； 主 要依赖厌氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺， 称为厌氧生 物处理法。
2、在绝大多数情况下， 生物处理的主要作用对象 （即充作微生物营养基质的 化学物质） 为可生化的有机物； 仅在个别情况下， 生物处理的主要对象可以是 无机物 （如好氧条件下进行的硝化处理对象是氨， 厌氧条件下进行的反硝化处 理的对象是硝酸盐） 。 生物处理需要提供众多的环境条件， 但从处理方法的分类角度看， 最基本 的环境条件当属氧的存在或供应与否。好氧生物处理必须充分供应微生物生 化反应所必需的溶解氧； 而厌氧生物处理过程则必须隔绝与氧的接触。由于 受氧的传递速率的限制， 微生物进行好氧生物处理时有机物浓度不能太高。 所以有机固体废弃物、 有机污泥、 有机废液及高浓度有机废水的生物处理， 自 然
3、是在厌氧条件下完成的。 （一） 好氧生物处理 在废水好氧生物处理过程中， 氧是有机物氧化时的最后氢受体， 正是由于 !“# 第五章活性污泥法处理工艺与技术 这种氢的转移， 才使能量释放出来， 成为微生物生命活动和合成新细胞物质的 能源， 所以， 必须不断地供给足够的溶解氧。 好氧生物处理时， 一部分被微生物吸收的有机物氧化分解成简单无机物 （如有机物中的碳被氧化成二氧化碳， 氢与氧化合成水， 氮被氧化成氨、 亚硝酸 盐和硝酸盐， 磷被氧化成磷酸盐， 硫被氧化成硫酸盐等） ， 同时释放出能量， 作 为微生物自身生命活动的能源。另一部分有机物则作为其生长繁殖所需要的 构造物质， 合成新的原生质。这
4、种氧化分解和同化合成过程可以用下列生化 反应式表示。 有机物的氧化分解 （有氧呼吸） ： !“#$% （! % ? :ABCD EFGDD= HGDIJK? 7!1） ； +( 净化水的污泥浓度 （;0!-） ； +1 回流污泥浓度 （;0!-） 。由于 +(很小， 所以： “8 “； + 产率系数， 即平均去除单位重量的 -$。 泵型叶轮的构造和离心泵叶轮十分相似， 叶片呈弧形， 上下有盖板， 提升 能力强。倒伞型叶轮由一个倒锥形旋转体组成， 锥体表面有数条肋条式叶片， 在最上部弯曲并水平外伸， 使曝气器旋转时甩出的水幕接近池中水面， 形成剧 烈的搅动和混杂。平板型叶轮由平板圆盘和其上的叶片
5、组成， 叶片与半径的 夹角是 4） ， 一般指放气口至水面距离的一半处的值， 按下式计算： 1+. 第二编水处理生物化学新工艺与新技术 !“# ! $ （ “# %， + # ,%:-。如果 ./0 , 11 负荷适当， 曝气池 各点的氧浓度可保持稳定状态， 此时4! 4( # %， 即单位时间内转移到 曝气池中的氧量 与需氧量相等， 从而有： * #!*% ! !7 （ $）, ! !“ （$%） ， /=+ !)!0。要去除的 +,).量为： !( 第二编水处理生物化学新工艺与新技术 !“#! “# $ #% %） 6） ： 2 ! . 3 ! 18, ,-3 + 3-“ ! 1&“-(
6、（4%） ,%3 第二编水处理生物化学新工艺与新技术 ! “ #$% & ($ “ )*$ （+,） （#） 设 # 个曝气池， 则每池有效容积为： ! - ! # “ ).% # “ #%$ （+.） 每池沉淀面积： “.“ #)(*/* “ %# （+ .） 沉淀区有效深度： #.“ %(, & ($ & ,() “ (). （+） （$） 曝气池尺寸计算 （图 $ 0 .)） ： 曝气区面积 “ !/# $ ， 取池深 $ “ #+， 则 “ $1+.。 图 $ 0 .)曝气池主要尺寸 曝气池直径： % “ （“ - “.） & # ! “ $1 - %# !%(*2$ “ #(# （+
7、） 曝气区直径 （包括导流区） %“ “ ! %(*2$ “ $1 ! %(*2$ “ 2(* （+） 导流区流速取 %+/3， 则导流区面积 “,为： “,“ & （ - ） % & ,() & # “ #$% （ - $） % & ,() & # “ $(), （+.） 曝气简直径 %.为： #! %. .“ “0 “, %.“ *(#+ 曝气池底直径：%,“ %()% “ 2()+ ., 第五章活性污泥法处理工艺与技术 第七节活性污泥法的发展 一、 深水曝气活性污泥法 曝气池的有效水深一般为 ! “ #$， 因此把水层更深的曝气方式叫深水曝气。 深水曝气的优点有二： 节约用地； 增大氧的
8、饱和溶解度， 加快氧的传递速率。 据介绍， 散气装置深度与氧利用率之间存在如下关系： !% !& （ “% “&） ()* （# + #,） 式中!& 、 ! % 分别为池深为 “& 、 “ % 时的氧的利用率。 散气深度是 # “ &-$ 时， 曝气动力与深度的关系如下： #% #& （ “% “&） ().* （# + .(） 由式 （# + #,） 和式 （# + .(） 可得： #% #&! !% !& （# + .&） 式中#& 、 # % 分别是水深 “& 、 “ % 时的供氧功率。 由此可知， 在不同曝气水深时， 单位电耗所传递的氧量大致相等， 即由于深水 曝气而多消耗的电能，
9、可通过提高氧的利用率所节省的供氧量而得以抵消。 但它缩小了占地面积， 减少了剩余污泥量， 缩短了曝气时间。 二、 纯氧曝气活性污泥法 以纯氧代替空气进行曝气的方法， 称为纯氧曝气活性污泥法。该法的最 大优点是提高了溶解氧的浓度， 能产生良好的去除效果。用纯氧曝气处理城 市污水的实践初步表明：（&） 曝气时间一般为空气法的 & / “ & ! ， 因此曝气池的容 积也就相应地为原来的 &0/ “ &0!；（%） 节省能源 /(1左右， 运行费省 &( “ %(1； （/） 基建费省 &( “ %(1，（!） 产泥最少 /(1左右， 因而有利于污泥的处理与利 用，（#） 耐冲击负荷， 不会产生污泥
10、膨胀现象。 为了避免浪费氧气， 纯氧曝气一般要求密闭的曝气池。目前已研制出了 %/ 第二编水处理生物化学新工艺与新技术 一种超微气泡的扩散器， 氧的转移效率可达 !“#， 因此曝气池可用敞开式。这 样还可以避免过多的二氧化碳溶入水中而使废水的 $% 值降低， 以利硝化作用 的进行。 三、 凝聚剂活性污泥法 活性污泥法系统投加凝聚剂后， 通过化学凝聚作用， 可达到以下目的：（&） 提高对有机磷、 多氯联苯和联苯胺等的凝聚去除作用， 减少营养化污染物的浓 度， 提高处理水质量；（） 将上述难降解污染物截留于污泥中， 延长其停留时 间， 增加其降解程度；（(） 截留废水中的重金属离子， 改善出水质量
11、；（)） 常投加 的化学凝聚剂有硫酸铝、 铁盐、 石灰等， 铁盐对微生物有刺激作用， 活性污泥法 和铁盐凝聚法结合， 可使出水 !“#、 *+( , ) 和 $ 分别降到 “-&、 “-& 和 &-“./01 以下， 可用于废水的深度处理。 第八节活性污泥法系统的运行管理 一、 活性污泥的培养与驯化 （一） 活性污泥的培养 对城市污水或与之类似的工业废水， 由于营养和菌种都已具备， 可用其初 步沉淀水调整 !“#2至 “ 3 (“./01 后， 在曝气池内进行连续曝气， 一般在 &23 “4下经一周左右就会出现活性污泥絮体， 要及时适当地换水和排放剩 余污泥， 以补充营养和排除代谢产物。换水的
12、方法分间断换水和连续换水。 间断换水 混合液在曝气到开始出现活性污泥絮体后， 即停止曝气， 静 止沉淀 & 3 &-25， 排放约占总体积 6“ 3 7“#的上清液， 再补充生活污水或粪便 水， 继续曝气。当沉降比大于 (“#时， 说明池中混合液污泥浓度已满足要求。 第一次换水后， 应每天换水一次， 这样重复操作 7 3 &“8， 便可达到活性污泥成 熟。此时， 污泥具有良好的凝聚和沉降性能， 含有大量的菌胺团和纤毛虫类原 生动物， 并可使 !“#2去除率达 !2#左右。 连续换水 当池容积大采用间断换水有困难时， 可改用连续换水。即 当池中出现活性污泥絮体后， 可连续地向池内投加生活污水，
13、并连续地出水和 ( 第五章活性污泥法处理工艺与技术 回流， 其投加量可控制在池内每天换水一次的程度。回流污泥量可采用进水 量的 !“#。当水温在 $! % &“时， 污泥经两周左右即可培养成熟。 （二） 活性污泥的驯化 如果工业废水的性质与生活污水相差很大时， 用生活污水培养的活性污 泥应用工业废水进行驯化。驯化的方法是混合液中逐渐增加工业废水的比 例， 直到达到满负荷。 为了缩短培养和驯化的时间， 可将两个阶段合并起来进行。就是在培养 过程中， 不断地加入少量的工业废水， 使微生物在培养过程中逐渐适应新的环 境。 二、 活性污泥法运行中常见的问题 （一） 污泥膨胀 在二次沉淀池或加速曝气池的
14、沉淀区， 有时出现污泥的膨胀与上浮现象。 这时， 污泥结构松散， 沉降性差， 造成污泥上浮而随水流失。这样不仅影响出 水水质， 而且由于污泥大量流失， 使曝气池中混合液浓度不断降低， 严重时甚 至破坏整个生化处理过程。 广义地把活性污泥的凝聚性和沉降性恶化， 以及处理水混浊的现象总称 为活性污泥的膨胀。就字面看， 活性污泥的膨胀是指污泥体积增大而密度下 降的现象。描述污泥膨胀程度的指标有 (“)*+ 沉降比、 污泥体积指数和污泥 密度指数。 污泥膨胀上浮的原因很多， 除了理化、 生物及生化方面的原因外， 还有运 行管理和构筑物结构型式等方面的因素。 污泥膨胀可大致区分为丝状体膨胀和非丝状体膨胀
15、两种。大多数污泥膨 胀是由于丝状体膨胀， 这是由于丝状微生物大量繁殖， 菌胶团的繁殖生长受到 抑制的结果。丝状体对活性污泥絮体起骨架作用， 如果没有足够的丝状体， 形 成的绒絮不牢固， 在曝气池紊动水流的冲击下， 容易被破碎成细小的针点体。 这时， 污泥沉降快， !“# 低， 但出水混浊， 这叫做非丝状体膨胀。 当丝状体过多， 长出一般絮体的边界而伸入混合液时， 其架桥作用妨碍了 絮体间的密切接触， 致使沉降较慢， 密实性差和 !“# 高， 但这时的上清液可能 很清。 当丝状体存在的数目足以形成适宜的絮体骨架而无显著分枝伸入溶液 时， 絮体大而浓密、 沉降性奸、 !“# 低、 上清液清净， 这
16、叫做非膨胀污泥。 ,&( 第二编水处理生物化学新工艺与新技术 以沉淀过的生活污水为料液的试验表明， 丝状体长度小于 !“#!$%$& 者， 为非膨胀污泥； 反之为膨胀污泥。 导致丝状体大量繁殖的原因有：（!） 溶解氧浓度曝气池内溶解氧在 “# ( )“$*%& 范围内， 虽然都可能出现丝状微生物， 但在低溶解氧条件下却能生 长良好， 甚至能在厌氧条件下残存而不受影响。所以城市污水厂的曝气池溶 解氧最低应保持在 )$*%& 左右。 （)） 冲击负荷如果曝气池内有机物超过正 常负荷， 污泥膨胀程度提高， 使絮体内部溶解氧消耗提高， 在菌胶团内部产生 了适宜丝状体生长的低溶解氧条件， 从而促使丝状微生物的分枝超出絮体， 伸 入溶液。丝状体的分枝为细菌的聚合和较大絮体的形成提供了延伸的骨架， 加剧了氧的渗透困难， 从而又导致了内部丝状体的发展。 （+） 进水化学条件的 变化一首先是营养条件
