5vm章 活性污泥污水生物处理工艺

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1、北京林业大学北京林业大学 环境科学与工程学院环境科学与工程学院水污染控制工程水污染控制工程Water Pollution Control Engineering主讲人：张立秋（环境科学与工程学院）主讲人：张立秋（环境科学与工程学院） 20102010年年0303月月第六章第六章 活性污泥污水生物处理工艺活性污泥污水生物处理工艺主要内容：pp 基本原理基本原理pp 活性污泥净化反应影响因素与技术参数活性污泥净化反应影响因素与技术参数pp 活性污泥反应动力学基础活性污泥反应动力学基础pp 活性污泥法运行方式活性污泥法运行方式pp 活性污泥处理系统新工艺活性污泥处理系统新工艺pp 曝气理论与曝气系统

2、曝气理论与曝气系统pp 活性污泥法工艺设计活性污泥法工艺设计pp 活性污泥系统运行、维护与管理活性污泥系统运行、维护与管理本章内容需重点掌握。1 基本原理 污水的处理技术中，活性污泥法是应用最为广泛的技术之一。活性污泥法于1914年在英国曼彻斯特建成试验厂以来，已有近百年的历史。1 基本原理 曝气池曝气池二沉池二沉池进水进水出水出水 剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥 活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。处理技术。 活性污泥法的基本流程如下：活性污泥法的基本流程如下：1 基本原理（1）活性污泥的形态和组成 正常的活性污泥在外观上呈黄褐色的絮绒颗粒

3、状，其粒径一般介于0.02-0.2mm，含水率很高，一般都在99%以上。活性污泥具有较大的比表面积，20-100cm2/mL。 活性污泥由4部分组成：具有活性的微生物群体；微生物自身氧化的残留物；原污水挟入的不能为微生物降解的惰性有机物质；原污水挟入的无机物质。1 基本原理（2）活性污泥微生物及其作用 活性污泥微生物是由细菌类、真菌类、原生动物、后生动物等异种群体所组成的混合培养体。这些微生物在活性污泥上形成食物链和相对稳定的小小生态系。1 基本原理n 细菌活性污泥净化污水的主力军。活性污泥上的细菌数量大致介于107-108个/mL活性污泥之间。n 与活性污泥处理系统有关的真菌是微小的腐生或寄

4、生的丝状菌，这种真菌具有分解碳水化合物、脂肪、蛋白质和其它含氮化合物的功能，但丝状菌若大量的增殖会引起污泥膨胀现象。n 原生动物有肉足虫、鞭毛虫和纤毛虫等3类。原生动物的主要摄食对象是细菌，因此活性污泥中的原生动物在种属和数量上是随处理水的水质和细菌的状态变化而改变的。根据原生动物的出现情况，可以判断处理水质的优劣，故称之为活性污泥系统中的指示性生物。n 后生动物（主要指轮虫）仅在处理水质优异情况下出现，是水质非常稳定的标志。1 基本原理（3）活性污泥增长规律对数增长对数增长: : F/M较大，营养充分，氧利用最大，微生物增殖速率和有机物降解速率最大。污泥活动力强，污泥松散，不易沉降(利用有机

5、物不足)减速期（稳定期）减速期（稳定期） F/M减小，有机物量成为增殖的限制因素，微生物增殖速率和有机物降解速率下降，污泥沉降性好，出水效果好。衰减期衰减期 F/M最小，(内源呼吸期)微生物活动能力低，絮凝体，沉降性好，此时污泥量出现下降，出水水质较好。1 基本原理2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数（1）活性污泥净化反应过程活性污泥反应三要素：活性污泥反应三要素：a.a.微生物微生物 吸附氧化分解作用吸附氧化分解作用( (污泥污泥) )b.b.有机物有机物 废水的处理对象废水的处理对象 微生物底物微生物底物( (营养营养) )c.c.充足氧气、充分接触充足氧气、充分接触好氧处理的条件好氧处

6、理的条件污泥净化反应过程：污泥净化反应过程： 对有机物的降解可分为两个阶段对有机物的降解可分为两个阶段a.a.吸附阶段吸附阶段巨大的比表面积巨大的比表面积b.b.微生物降解作用微生物降解作用2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数n 初期吸附去除 活性污泥有着较大的比表面积，与污水开始接触的较短时间（5-10min）内，有机污染物即可得到较大去除，被称为“初期吸附去除”。初期吸附去除能够在30min内完成，BOD去除率可达70%，它的速度取决于：1）微生物的活性程度；2）反应器内水力扩散程度与水动力学的规律。一般来说，处于内源呼吸期“饥饿”状态的微生物，其吸附活性最强。2 活性污泥净化反应影响因

7、素与技术参数n 微生物的代谢（降解作用） 吸附到活性污泥表面的有机物，在微生物透过酶的催化作用下进入微生物细胞体内，在各种胞内酶的作用下进行代谢反应。污水中有机污染物CxHyOz+O2微生物分解代谢代谢产物H2O、CO2、NH3+能量合成细胞物质C5H7NO2合成代谢+O2内源呼吸内源呼吸产物H2O、CO2、NH3+能量内源呼吸残留物2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数n 氧化、合成、代谢数量关系：可降可降解有解有机物机物无机物无机物+能量能量氧化1/3合成2/3新细胞物质新细胞物质无机物无机物+能量能量80%20%代谢残留物质代谢残留物质内源代谢2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数（2）

8、活性污泥净化反应影响因素n 营养物质平衡n 溶解氧n 水温n pH值n 有毒物质2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数n 营养物质平衡 微生物在生命活动过程中，需要不断地从周围环境的污水中微生物在生命活动过程中，需要不断地从周围环境的污水中吸收必需的营养物质，包括吸收必需的营养物质，包括碳源、氮源、无机盐类及某些生长碳源、氮源、无机盐类及某些生长素素等。等。氮是组成微生物细胞内蛋白质和核酸氮是组成微生物细胞内蛋白质和核酸的重要元素；的重要元素；磷是磷是合成核蛋白、卵磷脂及其他磷化合物合成核蛋白、卵磷脂及其他磷化合物的重要元素；微生物对无的重要元素；微生物对无机盐的需求量很少，但却是必不可少的；

9、机盐的需求量很少，但却是必不可少的；硫是合成细胞蛋白质硫是合成细胞蛋白质不可缺少的；不可缺少的；钠在微生物细胞中调节渗透压钠在微生物细胞中调节渗透压所必需的；所必需的；钾是多钾是多种酶的激化剂种酶的激化剂；钙具有降低细胞质的透性钙具有降低细胞质的透性，调节酸度及中和其，调节酸度及中和其他阳离子所造成危害的作用；他阳离子所造成危害的作用；镁在细胞质合成及糖的分解中镁在细胞质合成及糖的分解中起起活化作用，参与菌绿素的合成；活化作用，参与菌绿素的合成；铁在氧的活化过程中，起着重铁在氧的活化过程中，起着重要的催化作用要的催化作用。 2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数n 溶解氧 根根据据运运行行经经

10、验验数数据据，曝曝气气池池内内的的溶溶解解氧氧浓浓度度一一般般应应保保持持在在不不低低于于2mg/L2mg/L的的程程度度（以以曝曝气气池池出出口口处处为为准准）。过过低低的的溶溶解解氧氧浓浓度度，会会影影响响曝曝气气池池的的处处理理效效果果；但但曝曝气气池池内内溶溶解解氧氧浓浓度度也也不不宜宜过过高高，过过高高的的溶溶解解氧氧会会导导致致有有机机物物分分解解过过快快，从从而而使使微微生生物物缺缺乏乏营营养养，活活性性污污泥泥易易于于老老化化，结结构构松松散散。同同时，溶解氧过高，也会增加供氧的能耗，增加运行成本。时，溶解氧过高，也会增加供氧的能耗，增加运行成本。2 活性污泥净化反应影响因素与

11、技术参数n 水温 在在影影响响微微生生物物生生理理活活动动的的各各项项因因素素中中，温温度度的的作作用用非非常常重重要要。温温度度适适宜宜，能能够够促促进进、强强化化微微生生物物的的生生理理活活动动，温温度度不不适适宜宜，能能够够减减弱弱甚甚至至破破坏坏微微生生物物的的生生理理活活动动。 参参与与活活性性污污泥泥处处理理的的微微生生物物，多多属属嗜嗜温温菌菌，其其适适宜宜温温度度介介于于10-4510-45之之间间。一一般般将将活活性性污污泥泥处处理理的的最最高高与与最最低低温温度度值值分分别别控控制制在在3535和和1515。对对于于低低温温地地区区，应应考考虑虑将将曝气池建于室内，或考虑采

12、用适当的保温措施。曝气池建于室内，或考虑采用适当的保温措施。2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数n pH值 微微生生物物的的生生理理活活动动与与环环境境的的酸酸碱碱度度（氢氢离离子子浓浓度度）密密切切相相关关，只只有有在在适适宜宜的的酸酸碱碱度度条条件件下下，微微生生物物才才能能进进行行正正常常的的生生理理活活动动。pHpH值值过过大大地地偏偏离离适适宜宜数数值值，微微生生物物酶酶系系统统的的催催化化功功能能就就会会减减弱弱，甚甚至至消消失失。高高浓浓度度的的氢氢离离子子浓浓度度可可导导致致菌菌体体表表面面蛋蛋白白质质和和核核酸酸水水解解而而变变性性。参参与与污污水水生生物物处处理理的的微微

13、生生物物，一一般般最最佳佳的的pHpH值值范范围围，介介于于6.5-8.56.5-8.5之间。之间。2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数n 有毒物质 有有毒毒物物质质是是指指对对微微生生物物的的生生理理活活动动具具有有抑抑制制作作用用的的某某些些无无机机物物质质及及有有机机物物质质，如如重重金金属属离离子子、酚酚、氰氰等等。重重金金属属离离子子（如如铅铅、镉镉、铬铬、铜铜、锌锌等等）对对微微生生物物都都会会产产生生毒毒害害作作用用，它它们们能能够够和和细细胞胞的的蛋蛋白白质质结结合合，而而使使其其变变性性或或沉沉淀淀。汞汞、银银、砷砷的的离离子子对对微微生生物物的的亲亲和和力力较较大大，能能

14、与与微微生生物物酶酶蛋蛋白白结结合合，抑抑制制其其正正常常的的代代谢谢功功能能。甲甲醛醛能能够够与与蛋蛋白白质质的的氨氨基基相相结结合合，而而使使蛋蛋白白质质变变性性，破破坏坏菌菌体体的的细细胞胞质质。应应注注意意，有有毒毒物物质质对对微微生生物物的的毒毒害害作作用用，有有一一个个量量的的概概念念，即即只只有有当有毒物质在环境中达到某一浓度时才显露毒性。当有毒物质在环境中达到某一浓度时才显露毒性。2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数（3）主要技术参数n 活性污泥微生物量n 污泥沉降性能n 污泥龄n BOD污泥负荷和BOD容积负荷n 有机物降解与活性污泥增长2 活性污泥净化反应影响因素与技术参

15、数n 活性污泥微生物量 常用以下两个指标表示：常用以下两个指标表示：(1)(1)混混合合液液悬悬浮浮固固体体浓浓度度（MLSSMLSS），又又称称混混合合液液污污泥泥浓浓度度，是是指指单单位位容容积积内内混混合合液液所所含含有有的的活活性性污污泥泥固固体体物的总量。物的总量。(2)(2)混混合合液液挥挥发发性性悬悬浮浮固固体体浓浓度度（MLVSSMLVSS），是是指指混混合合液活性污泥中有机固体物质部分的浓度。液活性污泥中有机固体物质部分的浓度。2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数n 污泥沉降性能（1 1）污污泥泥沉沉降降比比，又又称称30min30min沉沉降降率率，是是指指混混合合液液在

16、在量量筒筒内内静静置置30min30min后后所所形形成成沉沉淀淀污污泥泥的的容容积积占占原原混混合合液液容容积积的的百百分分率率，以以% %表表示示。污污泥泥沉沉降降比比的的测测定定方方法法简简单单易易行行，可可以以在在曝气池现场进行。曝气池现场进行。（2 2）污污泥泥容容积积指指数数，简简称称污污泥泥指指数数。是是指指在在曝曝气气池池出出口口处处的的混混合合液液，经经过过30min30min静静沉沉后后，每每g g干干污污泥泥所所形形成成的的沉沉淀淀污污泥泥所占的容积，单位是所占的容积，单位是mL/gmL/g。2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数 污泥容积指数能够反映活性污泥的凝聚、沉降

17、性能，对于生污泥容积指数能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能，对于生活污水和城市污水，此值介于活污水和城市污水，此值介于70-10070-100之间之间为宜。为宜。SVISVI值过低，值过低，说明泥粒细小，无机质含量高，缺乏活性；说明泥粒细小，无机质含量高，缺乏活性；SVISVI值过高，说明值过高，说明污泥的沉降性能不好，并且已有产生污泥膨胀的可能。污泥的沉降性能不好，并且已有产生污泥膨胀的可能。 试验结果表明，影响试验结果表明，影响SVISVI值的重要因素是活性污泥微生物群值的重要因素是活性污泥微生物群体的增殖速度。一般说来，微生物群体处在内源呼吸期，其体的增殖速度。一般说来，微生物群体处在内源

18、呼吸期，其SVISVI值较低。值较低。 如活性污泥的如活性污泥的SVISVI值增高，其在二沉池内的浓缩浓度就会降值增高，其在二沉池内的浓缩浓度就会降低，为了使曝气池内混合液的活性污泥浓度保持一定，就需要低，为了使曝气池内混合液的活性污泥浓度保持一定，就需要加大污泥的回流量。加大污泥的回流量。2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数n 污泥龄 污泥龄，一般也称为“生物固体平均停留时间”，是曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量的比值。式中：式中：QW剩余污泥排除量；剩余污泥排除量；Xe净化水的污泥浓度；净化水的污泥浓度；Xr剩余污泥浓剩余污泥浓度（度（mg/L）。由于随着净化水排出的）。由于随着净化

19、水排出的Xe很小，所以：很小，所以： 2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数n BOD污泥负荷与BOD容积负荷 BOD- BOD-污泥负荷是指曝气池内单位重量（污泥负荷是指曝气池内单位重量（kgkg）活性污）活性污泥，在单位时间（泥，在单位时间（1d1d）内能够接受，并将其降解到预定）内能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物量（程度的有机污染物量（BODBOD）。）。活性污泥处理系统设计中，还使用活性污泥处理系统设计中，还使用BOD-BOD-容积负荷：容积负荷：2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数nBOD-BOD-污污泥泥负负荷荷高高：有有机机污污染染物物的的降降解解速速度度与与活活性性

20、污污泥泥增增长长速速度度加加快快，曝曝气气池池容容积积降降低低，经经济济上上比比较较适适宜宜，但但处处理理水水质未必能够达到预定的要求。质未必能够达到预定的要求。nBOD-BOD-污污泥泥负负荷荷低低：有有机机污污染染物物的的降降解解速速度度和和活活性性污污泥泥的的增增长长速速度度降降低低，曝曝气气池池容容积积加加大大，建建设设费费用用有有所所增增高高，但但处处理水的水质可能提高。理水的水质可能提高。nBOD-BOD-污泥负荷还与活性污泥的污泥膨胀现象有直接关系。污泥负荷还与活性污泥的污泥膨胀现象有直接关系。2 活性污泥净化反应影响因素与技术参数n 有机物降解与活性污泥增长3 活性污泥反应动力

21、学基础 活性污泥反应动力学是要探讨活性污泥对有机底物的代谢、降解过程，揭示反应过程的本质。 重点内容是：（1）有机底物的降解速度与有机底物浓度、活性污泥微生物量等因素之间的关系；（2）活性污泥微生物的增殖速度与有机底物浓度、活性污泥微生物量等因素之间的关系。3 活性污泥反应动力学基础n 莫诺特方程式n 劳伦斯-麦卡蒂方程式3 活性污泥反应动力学基础（1）莫诺特方程式零零级级反反应应莫诺特方程式米门方程式3 活性污泥反应动力学基础底物浓度与微生物比增殖速率之间关系：底物浓度与有机物比降解速率之间关系：式中：max微生物最大比增殖速率；S有机底物浓度；KS饱和常数，当为max一半时的底物浓度； v

22、max有机物最大比降解速率。3 活性污泥反应动力学基础有机底物的比降解速率，按物理意义考虑，有：将 代入上式：3 活性污泥反应动力学基础 莫诺特方程式是描述微生物比增殖速率（有机底物比降解速率）与有机底物浓度与之间的函数关系。 （1）在高底物浓度条件下，即SKS，有 上式说明，高浓度有机底物条件下，有机底物以最大的速度进行降解，而与有机底物的浓度无关，呈零级反应关系。 上式说明，高浓度有机底物条件下，有机底物的降解速度与污泥浓度（生物量）有关，并呈一级反应关系。3 活性污泥反应动力学基础 （2）在低底物浓度条件下，即S0.5纯氧法80.4-0.82.0-3.25-15-5 活性污泥法处理系统新

23、工艺n 氧化沟活性污泥工艺n SBR法活性污泥工艺n A/B法活性污泥工艺n 膜生物反应器工艺5 活性污泥法处理系统新工艺n氧化沟活性污泥工艺： 氧化沟工艺又称循环曝气池，于20世纪50年代由荷兰的巴斯韦尔所开发的一种污水生物处理技术。5 活性污泥法处理系统新工艺 氧化沟结构方面特征： 氧化沟呈环形沟状，平面多为椭圆形或圆形，长度可达几十米，甚至百米以上，沟深取决于曝气装置，从2m-6m。 单池进水装置简单，对于双池以上并联工作时，要设置配水井。配水井内还要设自动控制装置，以变换水流方向。5 活性污泥法处理系统新工艺 氧化沟水流混合方面特征： 在流态上，氧化沟介于完全混合与推流之间，污水在沟内

24、的流速平均为0.4m/s。污水在池内循环流动，循环次数几十甚至几百次，可以认为氧化沟内的水质几乎是一致的。但是氧化沟又具有某些推流式的特征，如曝气装置的下游，溶解氧浓度从高向低变动，甚至可能出现缺氧段。这种水流特征，有利于生物絮凝和提高脱氮效率。5 活性污泥法处理系统新工艺 氧化沟工艺方面特征：p 可考虑取消初沉池p 可考虑不单设二次沉淀池，使氧化沟与二次沉淀池合建，可省去污泥回流装置p BOD负荷低，对水温、水质、水量变化有较强的适应性p 污泥龄较长，具有脱氮功能p 污泥产率低5 活性污泥法处理系统新工艺 曝气装置的功能：p 向混合液供氧；p 使混合液中的有机污染物、活性污泥、溶解氧三者充分

25、混合、接触。 5 活性污泥法处理系统新工艺 氧化沟常用形式：p 卡罗塞氧化沟p 交替工作氧化沟p 奥巴勒氧化沟5 活性污泥法处理系统新工艺n 卡罗塞氧化沟 60年代由荷兰某公司开发，是由多沟串联氧化沟、二沉池、污泥回流系统组成。 BOD去除率达95%-99%，脱氮效果达90%以上，除磷率50%左右。5 活性污泥法处理系统新工艺n 交替工作氧化沟 由丹麦某公司开发，有2池和3池两种。 各沟交替作为曝气池和沉淀池，勿需设置污泥回流系统。本系统处理水质优良，污泥稳定。5 活性污泥法处理系统新工艺n 奥巴勒氧化沟 由多个呈椭圆形同心沟渠组成的氧化沟系统。污水首先进入最外环的沟渠，依次进入下一层，最后由

26、位于中心的沟渠流出进入二次沉淀池。5 活性污泥法处理系统新工艺 （1 1）污泥负荷：）污泥负荷：0.070.070.4kgBOD0.4kgBOD5 5/kgMLSSd/kgMLSSdd d （2 2）容积负荷：）容积负荷：0.280.282.4 kgBOD2.4 kgBOD5 5/m/m3 3d d （3 3）泥龄：）泥龄：5 530d30d （4 4）产泥率：）产泥率：0.60.60.8kgSS/kgBOD0.8kgSS/kgBOD5 5 （5 5）MLSSMLSS：300030006000mg/L 6000mg/L （6 6）HRTHRT：4 424h24h 氧化沟设计参数：5 活性污泥法

27、处理系统新工艺nSBR活性污泥工艺： SBR工艺又称间歇式活性污泥法，或序批式活性污泥法，是一种既古老又年轻的污水处理技术。 SBR工艺具有某些独特的优越性，从上世纪80年代开始在我国受到重视，并得到了广泛的应用，主要用于中小规模的污水厂。5 活性污泥法处理系统新工艺SBR工艺特征：p 有机物的降解和固液分离在同一池内完成p 不需污泥回流，不设二次沉淀池p 多数情况下不用设置调节池p SVI值低，污泥易沉淀，不易发生污泥膨胀p 通过调整运行方式，可实现脱氮除磷p 可程序化控制p 运行管理得当，处理水质优于连续式5 活性污泥法处理系统新工艺SBR工作原理与操作：SBR工艺的运行操作包括以下工序：

28、n 流入工序（进水阶段）n 反应工序（生物降解）n 沉淀工序（泥水分离）n 排放工序（排水阶段）n 待机工序（闲置阶段）5 活性污泥法处理系统新工艺SBR工艺运行工序：5 活性污泥法处理系统新工艺nAB法污水处理工艺： 吸附-生物降解工艺的简称，是德国亚琛工业大学宾克教授于上世纪70年代中期开创的，80年代开始用于生产实践。5 活性污泥法处理系统新工艺nAB工艺主要特征：p 可不设初沉池可不设初沉池p A A，B B段段各各拥拥有有自自己己的的回回流流系系统统，两两段段分分开开，有有各各自自的的微生物群体微生物群体p 由于由于A A段的负荷高，有效好的抗冲击负荷能力段的负荷高，有效好的抗冲击负

29、荷能力p 可以分期建设，条件成熟建二级可以分期建设，条件成熟建二级5 活性污泥法处理系统新工艺nAB工艺主要设计参数： A A段曝气池：段曝气池： （1 1）污泥负荷：）污泥负荷：2 26kgBOD6kgBOD5 5/kgMLSSd/kgMLSSdd d （2 2）泥龄：）泥龄：0.30.30.5d0.5d （3 3）水力停留时间）水力停留时间30min30min （4 4）溶解氧浓度）溶解氧浓度0.2-0.7mg/L0.2-0.7mg/L B段曝气池：段曝气池： （1 1）污泥负荷：）污泥负荷：0.150.150.3kgBOD0.3kgBOD5 5/kgMLSSd/kgMLSSdd d （2

30、 2）泥龄：）泥龄：151520d20d （3 3）水力停留时间）水力停留时间2-3h2-3h （4 4）溶解氧浓度）溶解氧浓度1-2mg/L1-2mg/L5 活性污泥法处理系统新工艺n膜生物反应器工艺： 膜生物反应器(MBR)是一种新型的污水处理技术，将膜分离工艺和生物降解工艺有机结合，用膜组件替代了传统的二沉池，使得流程大大简化5 活性污泥法处理系统新工艺Published papers about MBR in China5 活性污泥法处理系统新工艺膜生物反应器工艺特点：p 出水水质好p 剩余污泥产量低p 脱氮效果好p 占地面积小p 抗冲击负荷能力强p 应用方便p 除磷效果差；膜污染；膜

31、造价；膜寿命5 活性污泥法处理系统新工艺膜生物反应器分类：p 分体式MBRp 一体式（浸没式）MBRp 复合式MBR5 活性污泥法处理系统新工艺分体式MBR流程生物反应器 泵 膜组件 出水进水浓缩液回流5 活性污泥法处理系统新工艺 出水 抽吸泵生物反应器进水 膜组件淹没式MBR流程图5 活性污泥法处理系统新工艺 抽吸泵 出水生物反应器进水 膜组件复合式MBR流程图填料5 活性污泥法处理系统新工艺膜污染：膜组件使用过程中，污染物在膜表面和膜孔内 累积造成膜通量下降的现象。膜污染原因：p 膜表面浓差极化p 污染物在膜表面的沉积吸附p 膜孔内的生物污染5 活性污泥法处理系统新工艺混合液边界层JCDd

32、cdxCbCmJcpCpX0膜膜表面的浓差极化5 活性污泥法处理系统新工艺污染物在膜表面的吸附沉积污染物在膜表面的吸附沉积Unused membraneAfter used membrane5 活性污泥法处理系统新工艺膜孔内的生物污染膜孔内的生物污染5 活性污泥法处理系统新工艺膜污染防治措施： 间歇运行方式 投加粉末活性炭 控制污泥浓度 控制曝气强度 提高温度 控制操作压力5 活性污泥法处理系统新工艺膜生物反应器设计：p 污泥浓度：8000-10000mg/Lp 有机物-污泥负荷：0.1-0.3kgCOD/kgMLSS.dp 确定生物反应器容积Vp 有效水深：4.0mp 膜面积计算：0.01-

33、0.12m3/m2.hp 膜组件选择p 配套设备选择（抽吸、清洗等）6 曝气理论与曝气系统 曝气不仅能向活性污泥法系统的液相供给溶解氧，还能起搅拌和混合作用。 通常采用的曝气方法有鼓风曝气，机械曝气以及二者联合使用的混合曝气，某些情况下也采用射流曝气。 鼓风曝气是将压缩空气通过管道系统送入池内的散气设备，以气泡形式分散进入混合液。 机械曝气则利用装设在曝气池内的叶轮的转动，剧烈地搅动水面，使液体循环流动，不断更新液面并产生剧烈水跃，从而使空气中的氧与水滴或水气的界面充分接触，转入液相中去。 射流曝气则是利用水射流泵将空气吸入，使空气与水充分混合并溶解的曝气方式。 6 曝气理论与曝气系统（1）氧

34、转移原理n 菲克（Fick）定律n 双膜理论n 氧总转移系数KLan 氧转移的影响因素6 曝气理论与曝气系统n 菲克定律：式中：vd-物质的扩散速度，在单位时间内单位断面上通过的物质数量； DL-扩散系数，表示物质在某种介质中的扩散能力，主要决定于扩散物质和介质的特性及温度； C-物质浓度； X-扩散过程的长度； dC/dX-浓度梯度，即单位长度内的浓度变化值。6 曝气理论与曝气系统n 双膜理论：界面气膜液膜液相主体气相主体（紊流）（层流）（紊流）pgpiCsCXf 双膜理论的基点是认为在气液界面存在着二层膜（即气膜和液膜）这一物理现象。 这两层薄膜使气体分子从一相进入另一相时受到了阻力。当气

35、体分子从气相向液相传递时，若气体的溶解度低，则阻力主要来自液膜。6 曝气理论与曝气系统n氧总转移系数KLa： 以M表示在单位时间t内通过界面扩散的物质数量，以A表示界面面积，则有下式成立：6 曝气理论与曝气系统 设液膜厚度为Xf，则液膜内溶解氧的浓度梯度为：式中：dM/dt-氧传递率，kgO2/h； DL-氧分子在液膜中的扩散系数，m2/h； A-气、液两相接触界面面积，m2； （Cs-C）/Xf-液膜内溶解氧的浓度梯度，kgO2/(m3.m)。6 曝气理论与曝气系统 设液相主体的容积为V，将上式整理后得：式中：dC/dt-液相中氧浓度变化速度，kgO2/（m3.h）； KL-液膜中氧分子传质

36、系数，m/h。 6 曝气理论与曝气系统 由于A值难测，采用总转移系数KLa，将上式改写为：式中：KLa-氧总转移系数，表示曝气过程中氧的总传递性，当传递过程中阻力大，则该值低，反之该值高。 为了提高dC/dt值，可从方面考虑：（1）提高KLa值：加强液相主体的紊流程度，降低液膜厚度，加速气、液界面的更新，增大气、液接触面积等。（2）提高Cs值。提高气相中的氧分压，如采用纯氧曝气、深井曝气等。6 曝气理论与曝气系统n氧转移影响因素：p 污水的性质p 水温p 气相中氧分压p 液相中氧的浓度梯度p 气液之间的接触面积和接触时间p 水流的紊流程度等6 曝气理论与曝气系统p 污水的性质： 污水的各种杂质

37、，会对氧的转移产生一定的影响，特别是某些表面活性物质，聚集在气液界面上，形成一层分子膜，阻碍氧分子的扩散转移。因此，引入小于1的修正系数a。 污水的盐类会降低氧在水中的饱和度，因此，引入小于1的修正系数来修正Cs。6 曝气理论与曝气系统p 水温： 水温对氧的转移影响较大，水温升高，粘滞性降低，扩散系数提高，液膜厚度随着降低，KLa值升高。 水温对溶解氧饱和度Cs值也产生影响， Cs值因温度上升而降低。可见，水温对氧转移有两种相反的影响，但二者并不能抵消。总的来说，水温降低有利于氧的转移。6 曝气理论与曝气系统p 氧分压： Cs值受氧分压或气压影响。气压降低，Cs值随之下降。因此，在气压不是标准

38、大气压的地区，C值应乘以如下的压力修正系数： 对于鼓风曝气池，安装在池底扩散器出口处的氧分压最大，Cs值也最大；随气泡上升至水面，气体压力逐渐降低至一个大气压。曝气池中Cs值应按出口处至液面的平均值计算：6 曝气理论与曝气系统式中：Csb-曝气池内溶解氧饱和度的平均值，mg/L； Cs- 在大气压力条件下，氧的饱和度，mg/L； Pb- 空气扩散装置出口处的绝对压力，Pa;Pb=P+9800H H- 空气扩散装置的安装深度,m； P- 大气压力，P=1.103105Pa； Ot-气泡离开池面时，氧的百分比。式中：EA-空气扩散装置的氧转移效率，一般在6%-12%。（2）曝气系统 曝气系统（装置

39、）是活性污泥系统至关重要的设备之一，分为鼓风曝气和机械曝气两大类。6 曝气理论与曝气系统 曝 气 设 备 鼓风曝气机械曝气空气净化器 鼓 风 机 空气输配管系统 扩 散 器 竖式曝气机表面曝气机卧式曝气机n鼓风曝气系统6 曝气理论与曝气系统鼓鼓风风曝曝气气系系统统的的组组成成过滤器与进口消音器 过滤器压力损失监测鼓风曝气空气净化器 鼓 风 机 空气输配管系统 扩 散 器 鼓风机供应压缩空气 风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体呈悬浮状态。 风压要满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压。罗茨鼓风机：适用于中小型污水厂，噪声大，必须采取消音、隔音措施离心式鼓风机：噪

40、声小，效率高，适用于大中型污水厂6 曝气理论与曝气系统n常用鼓风机形式： 容积式风机: 罗茨鼓风机、回转风机6 曝气理论与曝气系统单级高速离心鼓风机丹麦HV-Turbo风机英国Howden风机6 曝气理论与曝气系统鼓风曝气空气净化器 鼓 风 机 扩 散 器 空气输配管系统 负责将空气输送到空气扩散器。要求沿程阻力损失小,曝气设备各点压力均衡,空气干管和支管流速符合设计要求，配备必要的手动阀和电动调节阀门。鼓风曝气空气净化器 鼓 风 机 扩 散 器 扩散器的作用是将空气分散成空气泡,增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。空气输配管系统小气泡扩散器中气泡扩散器大气泡扩散器微气泡扩

41、散器扩散器的类型微孔曝气设备n机械曝气系统6 曝气理论与曝气系统表面曝气机沉水曝气机射流曝气机6 曝气理论与曝气系统转刷曝气机7 活性污泥法工艺设计（1）活性污泥处理系统的设计内容n 选定工艺流程n 曝气池容积的计算及曝气池的工艺设计n 计算需氧量、供气量以及曝气系统的计算与设计n 计算回流污泥量、剩余污泥量与污泥回流系统的设计n 二次沉淀池池型的选定与工艺计算、设计7 活性污泥法工艺设计（2）设计原始资料与数据n 污水流量（平均流量和最大流量）n 原污水和经过一级处理后水质的各项水质指标n 处理水的出路及各项指标应达到数据（排放水质标准）n 对所产生的污泥处理与处置的要求n 原污水中所含有的

42、有毒有害物质、浓度及生物处理可能7 活性污泥法工艺设计（3）设计中应确定的主要参数n BOD-污泥负荷率（COD-污泥负荷率）n 混合液污泥浓度（MLSS）n 污泥回流比7 活性污泥法工艺设计（4 4）曝气池容积的确定）曝气池容积的确定 式中K2与污水种类有关，对于城市污水K2介于0.0168-0.0281之间。 式中： r表示相关系数，一般取1.2；SVI值取100120；R取值一般为50%-100%。7 活性污泥法工艺设计污泥龄法计算曝气池容积：污泥龄法计算曝气池容积： 式中：Y污泥产率系数； Kd污泥自身氧化速率； c污泥龄。7 活性污泥法工艺设计（5 5）需氧量与供气量计算）需氧量与供

43、气量计算 * 曝气量也可按气水比经验值进行确定。n根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算：根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算：7 活性污泥法工艺设计n根据微生物对有机物的氧化分解需氧量计算：根据微生物对有机物的氧化分解需氧量计算： 式中：S0系统进水可生物降解有机物浓度，g/m3； Se系统出水可生物降解有机物浓度，g/m3； 1.42污泥的氧当量系数，完全氧化1个单位的细胞（以C5H7NO2表示），需要1.42单位的氧； XV剩余污泥量，g/d。 实实际际使使用用中中，常常用用BODBOD5 5作作为为污污水水中中可可生生物物降降解解的的有有机机物物浓浓度度，而而BODBOD5 5

44、=0.68BOD=0.68BODL L，则上式可写为：，则上式可写为：7 活性污泥法工艺设计（6 6）空气管道的布置计算）空气管道的布置计算(1)空气扩散装置的选定与布置(2)空气管道布置 根据空气量求管径:(一般干管1015m/s，支管35m/s)(3)空气管道的水头损失计算 H=h1+h2 h1 沿程损失 ； h2 局部损失 7 活性污泥法工艺设计（7 7）鼓风机选择与鼓风机房布置）鼓风机选择与鼓风机房布置风压扩散装置水头损失扩散装置的出口压力管道水头损失（沿程和局部）鼓风机进出管道水头损失安全值风压调整为常见的 5米H2O （ 49kpa ）， 7米H2O （ 68.6kpa ）离心鼓风

45、机：大中型处理厂，效率高，流量变化大，流量易调整可变频，适合中高压力；罗茨鼓风机：中小型处理厂，噪音大出口流量变化小，流量不易调整，适合中低压；轴流风机：极低风压1.2m，浅层曝气；工作机组3台，设1台备用，工作机组4台，设2台备用； 基础间距1.5m以上；鼓风机房包括机器间、值班室、配电间、进风室、空气净化设备、消音设备、冷却设备、自控设备。同一供气系统尽量采用同型号风机7 活性污泥法工艺设计（8 8）污泥回流系统设计）污泥回流系统设计 要维持一定的X，则R就应加以调整变化，同时X也需要根据进水负荷的变化而加以调整，为调整X也需要调整R 设计应按Rmax设计，并有较小回流比条件下工作的可能性

46、，使R可以调整7 活性污泥法工艺设计（9 9）剩余污泥量的计算）剩余污泥量的计算7 活性污泥法工艺设计 【例例题题】某某污污水水处处理理厂厂处处理理规规模模为为21600m3/d21600m3/d，经经预预处处理理沉沉淀淀后后BODBOD为为200mg/L200mg/L，希希望望经经过过生生物物处处理理后后的的出出水水BODBOD小小于于20mg/L20mg/L。该该地地区区大大气气压压为为1.0131.01310105 5PaPa，要要求求设设计计曝曝气气池池的的容容积积、剩剩余余污污泥泥量量和和需需氧氧量量。相相关关参参数数可可按按下下列列条条件件选选取取：（1 1）污污水水温温度度为为2

47、020；（2 2）MLVSSMLVSS与与MLSSMLSS之之比比为为0.80.8；（3 3）回回流流污污泥泥浓浓度度10000mg/L10000mg/L；（4 4）曝曝气气池池中中MLSSMLSS为为3000mg/L3000mg/L；（5 5）污污泥泥龄龄为为10d10d；（6 6）二二沉沉池池出出水水中中TSSTSS浓浓度度为为12mg/L12mg/L，其其中中VSSVSS占占65%65%；（7 7）污污水水中中含含有有足足够够的的生生化化反应所需的氮、磷和其他微量元素。反应所需的氮、磷和其他微量元素。7 活性污泥法工艺设计 【解解】（1 1）计算出水中溶解性）计算出水中溶解性BOD5BO

48、D5浓度：浓度： 出出水水中中BOD5BOD5由由两两部部分分组组成成，一一是是没没有有被被生生物物降降解解的的溶溶解解性性BOD5BOD5，二二是是没没有有沉沉淀淀下下来来随随出出水水漂漂走走的的悬悬浮浮固固体体。悬悬浮浮固体所占固体所占BOD5BOD5计算：计算：1 1）悬浮固体中可生物降解部分为）悬浮固体中可生物降解部分为0.650.6512=7.8mg/L12=7.8mg/L2 2）可生物降解悬浮固体产生）可生物降解悬浮固体产生BODBODL L=7.8=7.81.42=11mg/L1.42=11mg/L3 3）可生物降解悬浮固体的）可生物降解悬浮固体的BODBODL L换算为换算为B

49、ODBOD5 5=0.68=0.6811=7.5mg/L11=7.5mg/L4 4）确定经生物处理后要求的溶解性有机物浓度）确定经生物处理后要求的溶解性有机物浓度S Se e=20-7.5=12.5mg/L=20-7.5=12.5mg/L7 活性污泥法工艺设计 （2 2）计算曝气池容积：）计算曝气池容积：1 1）按污泥负荷计算：）按污泥负荷计算： 取污泥负荷为取污泥负荷为0.25kgBOD5/(kgMLSS.d),0.25kgBOD5/(kgMLSS.d),则则2 2）按污泥龄计算：）按污泥龄计算： 取取Y=0.6kgMLVSS/kgBOD5Y=0.6kgMLVSS/kgBOD5，K Kd d

50、=0.08d=0.08d-1-1，则，则 取取V=5700mV=5700m3 3。7 活性污泥法工艺设计 （3 3）计算曝气池水力停留时间：）计算曝气池水力停留时间： （4 4）计算每天排除的剩余污泥量：）计算每天排除的剩余污泥量：1 1）按表观污泥产率计算：）按表观污泥产率计算： 计算系统排除的以挥发性悬浮固体计的干污泥量：计算系统排除的以挥发性悬浮固体计的干污泥量：7 活性污泥法工艺设计2 2）按污泥龄计算：）按污泥龄计算： 3 3）排放湿污泥量计算：）排放湿污泥量计算： 剩余污泥含水率按剩余污泥含水率按99%99%计算，每天排放湿污泥量为：计算，每天排放湿污泥量为： 7 活性污泥法工艺设

51、计 （5 5）计算污泥回流比）计算污泥回流比R R： 曝曝气气池池中中悬悬浮浮固固体体（MLSSMLSS）浓浓度度为为3000mg/L3000mg/L，回回流流污污泥泥浓浓度度为为10000mg/L10000mg/L，有：，有： （6 6）计算曝气池需氧量：）计算曝气池需氧量： 7 活性污泥法工艺设计 （7 7）空气量计算：）空气量计算： 采采用用鼓鼓风风曝曝气气，有有效效水水深深6.0m6.0m，扩扩散散器器安安装装距距池池底底0.2m0.2m，则则扩扩散散器器上静水压上静水压5.8m5.8m，其他相关参数选择：，其他相关参数选择： 值值取取0.70.7，值值取取0.950.95，=1=1，

52、曝曝气气设设备备堵堵塞塞系系数数F F取取0.80.8，采采用用管管式式微微孔孔扩扩散散设设备备，E EA A=18%=18%，扩扩散散器器压压力力损损失失4kPa4kPa，2020水水中中溶溶解解氧氧的饱和度为的饱和度为9.17mg/L9.17mg/L。 扩散器出口处绝对压力为：扩散器出口处绝对压力为： 7 活性污泥法工艺设计 空气离开曝气池表面时，气泡含氧体积分数：空气离开曝气池表面时，气泡含氧体积分数： 2020时曝气池混合液中平均氧饱和度为：时曝气池混合液中平均氧饱和度为： 将需氧量换算为标准条件下（将需氧量换算为标准条件下（2020，脱氧清水）充氧量：，脱氧清水）充氧量： 7 活性污

53、泥法工艺设计 曝气池供气量为：曝气池供气量为： 选择选择3 3台风机，台风机，2 2用用1 1备，单台风机风量为备，单台风机风量为3214m3/h3214m3/h。 （8 8）鼓风机出口压力计算：）鼓风机出口压力计算： 选选择择一一条条最最不不利利空空气气管管路路计计算算损损失失（为为5.5kPa5.5kPa），扩扩散散器器压压力力损损失失为为4kPa4kPa，则出口风压为：，则出口风压为： 8 活性污泥系统运行、维护与管理n 活性污泥的培养与驯化n 活性污泥处理系统运行效果的检测n 活性污泥处理系统运行中的异常情况8 活性污泥系统运行、维护与管理（1）活性污泥的培养与驯化n 异步培训法n 同

54、步培训法n 接种培训法 异步法是先培养污泥然后驯化；同步法则是污泥培养和驯化同时进行；接种法是利用其他污水处理厂的剩余污泥，再进行适当培训。对城市污水一般都采用同步培训法。8 活性污泥系统运行、维护与管理活性污泥的两个要素：菌种和营养物 对于城市污水，菌种和营养物都具备，因此可直接进行培养。具体方法是：污水引入曝气池充分曝气开动污泥回流设备及时换水（通过二沉池排出50%-70%污水）循环运行7-10d，即可基本完成污泥的培养（此时，污泥30min沉降比达到15%-20%）。8 活性污泥系统运行、维护与管理 对于工业废水或以工业废水为主的城市污水，缺乏专性菌种和足够的营养，应考虑外加菌种和营养。

55、 在工业废水站，先可用粪便水或生活污水培养活性污泥，因为这类污水中细菌种类多，本身营养也丰富。当采用粪便水培养时，应进行静态培养（闷曝气）。1-2d后考虑换水，引入新鲜污水。 当污泥培养成熟后，逐步增加工业废水比重，使微生物得到驯化。8 活性污泥系统运行、维护与管理试运行： 目的：确定最佳的运行条件，包括曝气池内最佳的污泥浓度、曝气量、污泥回流比等。 注意：曝气池在设计过程中可考虑按照多种运行方式进行。如传统的活性污泥法可以设计成多点进水（阶段曝气）、吸附-再生工艺等。8 活性污泥系统运行、维护与管理（2）活性污泥处理系统运行效果的检测n 反映处理效果的项目：进出水中BOD、COD、SS、有毒

56、物质浓度等n 反映污泥情况的项目：污泥沉降比（SV%）、MLSS、MLVSS、污泥容积指数（SVI）、溶解氧、微生物观察等n 反映污泥营养和环境条件的项目：氮、磷、水温、pH值等n 检测频率：1次/班、1次/天8 活性污泥系统运行、维护与管理（3）活性污泥处理系统运行中的异常情况n 污泥膨胀n 污泥解体n 污泥腐化n 污泥上浮n 泡沫问题8 活性污泥系统运行、维护与管理问题一：污泥膨胀 正常的活性污泥含水率99%左右，沉降性能良好。当污泥变质时，污泥不易沉淀，SVI值升高，污泥的结构松散和体积膨胀，含水率上升，澄清液稀少，这就是“污泥膨胀”。 90%以上的污泥膨胀现象是由丝状菌过量繁殖引起的，

57、也有由污泥中结合水异常增多导致的污泥膨胀。 污水中碳水化合物较多、氮磷缺乏、溶氧不足、水温升高或pH值较低都容易引起污泥膨胀。8 活性污泥系统运行、维护与管理问题二：污泥解体 处理水质混浊、污泥絮体微细化、处理效果变坏等现象出现时则是污泥解体现象。 导致污泥解体的原因：一是运行中出现问题；二是污水中混入了有毒物质。 如曝气过量，会使污泥失去活性，絮凝体缩小质密，吸附能力降低，SVI值降低。 当污水中存在有毒物质时，微生物受到抑制和伤害，净化功能下降或完全停止，从而污泥失去活性。8 活性污泥系统运行、维护与管理问题三：污泥腐化 在二次沉淀池由于污泥长期滞留而产生厌氧发酵生成气体，从而使大块污泥上

58、浮的现象。 防止措施：n 安设不使污泥外溢的浮渣清除设备n 消除沉淀池的死角地区n 加大池底坡度或改进刮泥设备，不使污泥滞留于池底。8 活性污泥系统运行、维护与管理问题四：污泥上浮 污泥上浮也是发生在二次沉淀池，只是污泥上浮的原因并不是由污泥腐化造成的，而是由于曝气池内污泥龄过长，硝化程度较高，在沉淀池底部产生了反硝化，产生氮气，粘附在污泥上形成上浮。 防止措施：加大污泥回流比、及时排除剩余污泥。8 活性污泥系统运行、维护与管理问题五：泡沫问题 污水中含有大量合成洗涤剂或其他起泡物质时，曝气池中会产生泡沫问题。 泡沫问题会给污水处理厂的生产操作带来一定困难，影响操作环境，带走大量污泥。 消除泡沫的措施：n 进行喷水或投加除沫剂n 风机机械消泡。