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1、第4章活性污泥处理设施Mogens Henze 者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质量平衡一活性污泥设施通
2、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。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。elclyx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：Q = Q（ 4.1）总质量平衡如下：QG - r v,s V2 = QQ（4.2 ）转化项rv,sV2也可以用另一种形式表达即池子体积V2与活性污泥浓度 Xb,2分别表达
3、，即r v,sV2Xb,2。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，则平均反应率rx,s在分
4、母中一定要用相冋的单位。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目的未知已知设计容积，VQ, C, X ,C3, Q3,r x,s函数预测、分析流出液浓度，GQ, C, V/,Q,r”,s动态学研究反应率rx,sQ, G, V2, X2, Q, G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、生物水解），反
5、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。输入水解生长Qi Ss,i1 kh Xs,2V2iAriax, HYmax,HSs,2Ss,2 KsSo2,2Ks,O2,H So2,2X b,h,2 V2 = Q3 S3无硝化活性污泥装置工艺矩阵表4.2成份SsXsXXb,hSO2反应率，rv工艺好氧异养生长11 _Ymax HY Hu h i Ss !So2XHmax，H1 K Xb，H十KS /I K S,O2 H
6、 十S021异养衰减1fXB. X1fXB,X1-1bH X B,H水解1-1Kh Xs单位3kgCOD/m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（4.3 ）表4.2还表明好氧生物的增长对Ss、Xb,h,2、S02三种成份的影响。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CODYobs是已知的，则活性污泥浓度Xb,2对无回流的活性污泥装置，如果所测表现生长常数 即可求出。应用如下：XB,2=Yobs ( C-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
7、。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 3十3500gCOD(S)/m 和 80gCOD(S)/m。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:3-0.08kgCOD(S)/m 3)Xb,2 =YObs(C-G)=(O.35kgCOD(B)/kgCOD(S) (0.5kgCOD(S)/m=0.147kgCOD(B)/m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
8、= 0.25kgVSS/kg COD。因此,Xb,2 = 0.105kg VSS/m【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：Q=1,000m3/dC出水：31=500gCOD(S)/m3Q=1000m/dC并已知：3=60gCOD(S)m (管理部门要求)rx,s=3kgCOD(S)/(kgCOD(B) 0)YObs=0.3kgCOD(B)/kgCOD(S)由式4.2可求曝气池体积 V2：V=(Q1 C - Q 3C3)/(r x,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:3XB,2=Ycbs(C1-C3)=O.3(O
9、.5-O.O6)=O.132kgCOD(B)/m将已知值代入公式：V2=(1000 X 500-1000 X 60)/(3 X 0.132)=1,111,111m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：3333V2=(1,000m/d -500gCOD(S)/m T,000m/d -60gCOD(S)/m )/(3kgCOD(S)/(kgCOD(B)-d)33-0.132kgCOD(B)/m )=1,111,111m- gCOD(S)/kgCOD(S)但是这里好像有什么地方不对，我们可以将G和C3
10、的单位换成kgCOD(S)/m3也可以把结果乘以生长常数1,OOOgCOD(S)/kgCOD(S)，上式就对了。V2=1,111,111m 3 gCOD(S)/(1,000gCOD(S)/kgCOD(S)kgCOD(S)=1,111m这就是正确的答案。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
11、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.QXb,i 亠 QXb,4 = （ Q 亠 Q） 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
12、流的污泥浓度沧,2.2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Q的流量。（Q +Q）冷2.2 =QXb,3QXmQ =（ 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,2.2 （参见图4.2 ）。(Q1+ Q)Xb,2.1+(Q+Q)(C2.1-C2.2) Yobs= ( Q + Q)Xb,2.2(4.6 )Xb,2.2 =Xb,2.1 +( C2.1 - C2.2 ) Yobs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
13、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
14、例各数是已知的（符号见图 4.2 ）Xb,2.i = 4.5kg SS/mC1 = 0.4kg BOD/m3C3 = 0.015kg BOD/m 3(15mg BOD/1)Yobs = 0.9kg SS/kgBOD3Q1 = 2,500m 3/d3Q4 = 2,000m 3/dXB,2.2 可以从公式 4.6 得出XB,2.2 = X B,2.1 (C 2.1 C2.1 和 C2.2 是未知的C2.2 ) Yobs4.6)C2.1和G.2不是总BOM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 =C3o 借助图4.2中a点BOD的质量平衡可以得出：Q C + Q 4 C4 = (Q i + Q 4) C2.1假定只在曝气池内进行去除，G=G=C2.2，代入上式:C2.i = (Q i Ci+ Q C3)/(Q i + Q) 用所给值代入：C2.i =(2,5003 0
