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1、精选优质文档-倾情为你奉上第 4 章 活性污泥处理设施Mogens Henze著建造活性污泥处理设施的目的是将污水中有机物去除，从而避免出现Joseph Heller在有朝一日一文中所描述的情景：“人们在湖泊、河流中将再也找不到鱼儿，而只能在罐头中才能看到。城市消亡，石油四溢，金钱万能”。活性污泥设施的原理是通过搅拌或曝气使大量的活性污泥在水中运动。除有生命的生物群之外，悬浮固体还包含有机物和无机物，有些有机物经水解作用被降解了，而有些则是不可降解的（惰性物质）。在处理装置中，悬浮固体数量的控制是通过悬浮固体的循环以及去除剩余污泥来实现的，有机物只有三个去处：二氧化碳、剩余污泥、出水。4.1
2、质量平衡活性污泥设施通过从第三章中导出的反应公式所建立起的质量平衡，我们现将公式中每一项都标定了符号，假如该物质被去除了，则符号为负。4.1.1 无回流的“活性污泥”设施最简单的活性污泥设施。无回流的活性污泥反应器如图4.1。这种类型的设施在实际中并不采用，但其它类型的装置在作用上与其很相似（如曝气池塘）。在此引用可对活性污泥工艺的原理进行简要介绍。图4.1 无回流的活性污泥池原理示意图可以对此处理装置建立起几种不同的质量平衡。水量平衡如下：Q1 = Q3 （4.1）总质量平衡如下：Q1C1 - rv,sV2 = Q3C3（4.2）转化项rv,sV2也可以用另一种形式表达即池子体积V2与活性污
3、泥浓度XB,2分别表达，即rv,sV2XB,2 。专心-专注-专业采用质量平衡有三个目的（如表4.1），即为设计、函数的测定/分析、动力学研究。从式（4.2）来看，每单个符号并没有作出定义。C是各种固体的浓度（COD，BOD，N，TOC等），rx,s是反应率，其单位必须与V2及X2（活性污泥浓度）同时定义。以活性污泥浓度X2为例，它可以采用kg SS/m3，kg VSS/m3，kg COD(B)/m3几种单位表示，每个单位所代表的含义应由各具体情况而定。例如VSS可能是污泥中VSS的总含量，也可能是硝化细菌（以VSS计）、反硝化细菌含量等等。但假如X2用活性生物量（活性细菌）表示时，则平均反应
4、率rx,s在分母中一定要用相同的单位。通过活性污泥装置的质量平衡所得到的计算（符号见图4.1）表4.1目的未知已知设计函数预测、分析动态学研究容积，V2流出液浓度，C3反应率rx,sQ1,C1,X2,C3,Q3,rx,sQ1,C1,V2,X2,Q3,rx,sQ1,C1,V2,X2,Q3,C3 质量平衡式（4.2）是以最简单的方式建立的，所有的物质转换都集中于一项即rV,SV2之内。其它各项都是传输，用来表达固体的输入和输出量。实际上，各种工艺对上述所考虑过的物质常会有影响，使质量平衡更加复杂。表4.2是一张简化的无硝化处理的活性污泥装置工艺矩阵表，可以设想三种过程对物质转化（生物生长、生物衰减
5、、生物水解），反应率在最右栏，各个系数为化学计量系数，通过此表可建立起质量平衡方程式，例如对于易降解有机物SS在理想混合池中的质量平衡，传输是显而易见的，而两个反应项则可以通过表4.2 SS栏中的化学计量系数与右边栏中的反应率相乘而得到。无硝化活性污泥装置工艺矩阵表4.2成份SsXsX1XB,HSO2反应率，rV工艺好氧异养生长1异养衰减-1水解1-1单位kgCOD/m3易降解有机物难降解有机物惰性悬浮有机物异养生物量氧输入水解生长（4.3）表4.2还表明好氧生物的增长对SS、XB,H,2、SO2三种成份的影响。使用质量平衡矩阵要用统一单位（此处用COD）。因此，当氧表示为“-COD”好象鼓入
6、一定量氧气，而并没有氧的需求，但这一定量的氧却能去除等量的COD！对无回流的活性污泥装置，如果所测表现生长常数Yobs是已知的，则活性污泥浓度XB,2即可求出。应用如下：XB,2=Yobs (C1-C3)（4.4）式中生长常数Yobs 是以离开处理装置的污泥质量为基础估算的即时值。根据这一定义进水中无论有无污泥（悬浮固体）都是无关紧要的。【例4.1】已知一个无回流活性污泥装置的污泥浓度为XB,2，进水、出水的浓度分别为500gCOD(S)/m3和80gCOD(S)/m3。所观测到的生长常数分别为0.35kgCOD(B)/kgCOD(S)，或0.25kgVSS/kgCOD(S)从式4.4，得出：
7、XB,2 =Yobs(C1-C3)=(0.35kgCOD(B)/kgCOD(S) (0.5kgCOD(S)/m3-0.08kgCOD(S)/m3) = 0.147kgCOD(B)/m3如果生长常数以VSS表示，那么XB,2同样可以用kgVSS/m3进行计算。即Yobs = 0.25kg VSS/kg COD。因此，XB,2 = 0.105kg VSS/m3。【例4.2】按照图4.1设计一套活性污泥处理装置（求出必要的体积），已知下列数据：进水：Q1=1,000m3/d C1=500gCOD(S)/m3 出水：Q3=1000m3/d C3=60gCOD(S)m3 (管理部门要求)并已知：rx,s
8、=3kgCOD(S)/(kgCOD(B)d)Yobs=0.3kgCOD(B)/kgCOD(S)由式4.2可求曝气池体积V2：V2=(Q1C1 - Q3C3)/(rx,sXB,2)唯一的未知量是XB,2，但按例4.1用同样方法即可求出：XB,2=YObs(C1-C3)=0.3(0.5-0.06)=0.132kgCOD(B)/m3将已知值代入公式：V2=(1000500-100060)/(30.132)=1,111,111m3最好连单位一起代入，而不是仅代入数值，这样不仅可以检查是否替换了相应的值，还可以检查表达式对于设计内容而言是否正确。将各个值代入公式后：V2=(1,000m3/d500gCO
9、D(S)/m3 -1,000m3/d60gCOD(S)/m3)/(3kgCOD(S)/(kgCOD(B)d)0.132kgCOD(B)/m3)=1,111,111m3gCOD(S)/kgCOD(S)但是这里好像有什么地方不对，我们可以将C1和C3的单位换成kgCOD(S)/m3也可以把结果乘以生长常数1,000gCOD(S)/kgCOD(S)，上式就对了。V2=1,111,111m3gCOD(S)/(1,000gCOD(S)/kgCOD(S)kgCOD(S)=1,111m3这就是正确的答案。4.1.2 有回流的活性污泥装置回流式活性污泥装置的设计如图4.2所示。回流的目的是增加增加曝气池的污泥
10、浓度。由于泥龄与水力停留时间是分开的，回流的结果使泥龄增长，用此方法使得积累既包含快速生长又包含慢速生长的生物群落成为可能。这对于污泥的沉淀和絮凝的特性都是很重要的。图4.3显示出活性污泥的污泥絮凝体结构。通常污泥在回流入曝气池之前都要在沉淀池中进行浓缩，有时还要对污泥进行浮选和离心分离。从工艺上看，图4.1和4.2 两种污泥处理装置没什么差别，由于回流式污泥处理设施的污泥浓度XB,.2较高而去除率也较大一些，这就意味着容积V2可以减小。在图4.2所示的更为复杂的装置中有可能建立起更复杂的质量平衡，如果包括整个处理设施为对象建立质量平衡，那就与公式4.1、4.2的质量平衡很类似了。质量平衡也可
11、以在图4.2的a、b两点建立。对于污泥在a点建立质量平衡，可被用于计算入流污泥浓度（进入曝气池）X2.1.Q1XB,1 + Q4XB,4 = (Q1 + Q4)XB,2.1（4.5）如果从沉淀池出流和底流污泥浓度（XB,3和XB,4），以及曝气池出流的污泥浓度XB,2.2是已知的，那么就能够用b点相似的质量平衡来计算回流污泥Q4的流量。图4.2 回流式活性污泥装置(Q1 + Q4)XB,2.2 = Q3XB,3 + Q4XB,4Q4 =(Q1XB2.2 - Q3XB,3) / (XB,4 - XB,2.2)当污泥流过曝气池时，污泥浓度增加了，围绕曝气池的污泥物质平衡可用来计算出流污泥的浓度XB
12、,2.2（参见图4.2）。(Q1 + Q4)XB,2.1 +(Q1+Q4)(C2.1-C2.2)Yobs = (Q1 Q4)XB,2.2或XB,2.2 = XB,2.1 +(C2.1 -C2.2)Yobs（4.6）图4.3显示放大了200倍的活性污泥絮体，絮凝体包括微生物、有机微粒、无机微粒，它们被细菌产生的聚合物胶接在一起，絮体与原生动物有规则的密集在一起，说明生物活性很好。当生物的生长受抑制或处理不妥，原生动物将与絮体的解聚同时死亡，丝状菌（此片中看不到）降低了絮体沉降和浓缩的能力。例4.3说明了如何计算从曝气池的出流污泥浓度。曝气池内污泥浓度依池内水力情况而定，若池内的混合情况比较理想则
13、XB,2 = XB,2.2如果曝气池是推流系统，那么污泥的浓度从进水的XB,2.1到出水的XB,2.2贯穿池子进行变化。对于有回流的活性污泥装置，经常会利用X2.1X2.2，而无回流活性污泥装置则不用。【例4.3】计算一个活性污泥装置中曝气池内活性污泥的排出浓度XB,2.2，下例各数是已知的（符号见图4.2）：XB,2.1 = 4.5kg SS/m3C1 = 0.4kg BOD/m3C3 = 0.015kg BOD/m3(15mg BOD/1)Yobs = 0.9kg SS/kgBODQ1 = 2,500m3/dQ4 = 2,000m3/dXB,2.2可以从公式4.6得出XB,2.2 = XB
14、,2.1 (C2.1 C2.2 )Yobs （4.6）C2.1和C2.2是未知的C2.1和C2.2不是总BOD浓度，可假设代表原污水BOD含量（在处理装置中原污水带着很高的BOD浓度被混合到活性污泥中）。通常假定沉淀池里不发生反应，即C2.2 =C3。借助图4.2中a点BOD的质量平衡可以得出：Q1C1 + Q4C4 = (Q1 + Q4)C2.1假定只在曝气池内进行去除，C4=C3=C2.2，代入上式：C2.1 = (Q1C1Q4C3)/(Q1Q4)用所给值代入：C2.1 =(2,5000.42,0000.015)/(2,5002,000)=0.229kgBOD/m3用所给值替换代入式4.6得出：XB,2.2 = 4.5(0.2290.015)0.9 = 4.69kg SS/m3例4.3说明变量范围从曝气进水的流入到出水的排出，在此情况下污泥浓度仅增加了45%，考虑到进入量测试数值不稳定，对变量常常忽略不计，而整个曝气池的污泥浓度就假定为是恒定值。注意：当计算污泥产率时必须计算此变化（详见4.2章）。4.2 活性污泥工艺的概念及定义有关活性污泥装置的原理及定义有好几种，其中有些概念和定义并不适用，不合乎逻辑，但有必要了解一下这些定义适用于何处，简要介绍如下：处理率我们通常用“处理率”来描述包括活性污泥池及沉淀池在内的处理工艺整体效率。因此处理效率定义为：
