第16章活性污泥法.

教学目的与要求了解活性污泥系统的维护管理、工艺参数检测和自动控制熟悉活性污泥法的运行方式和工艺参数熟悉曝气的理论、氧转移量和供气量的计算熟悉活性污泥新工艺的特点和研究进展掌握活性污泥法的基本原理和生物反应动力学模型掌握典型的曝气池与活性污泥处理系统的工艺设计第十六章活性污泥法重点：活性污泥法基本概念与流程、活性污泥法的净化机理与影响因素、活性污泥法的动力学基础、曝气池的需氧与供氧、活性污泥法的脱氮除磷原理及应用。难点：活性污泥法的净化机理与影响因素、活性污泥法的动力学基础、曝气池的需氧与供氧、活性污泥法的脱氮除磷原理及应用。第十六章活性污泥法16.1活性污泥处理法的基本原理16.2活性污泥净化反应的影响因素与主要、设计运行参数16.3活性污泥反应动力学16.4活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数16.5活性污泥处理系统新工艺16.6曝气的理论基础16.7曝气系统与空气扩散装置16.8活性污泥反应器——曝气池16.9活性污泥系统的工艺设计16.10活性污泥系统的维护管理第十六章活性污泥法16.1活性污泥处理法的基本原理16.1.1活性污泥法的基本概念16.1.2活性污泥法的基本流程16.1.3活性污泥法的基本形态、增长规律及有关指标16.1.4活性污泥法的净化反应过程污水生物处理是通过微生物的新陈代谢作用,将污水中有机物的一部分转化为为微生物的细胞物质,另一部分转化为比较稳定物质的方法。生物处理的主要作用者是微生物，根据反应中氧气的需求，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。活性污泥法的重要地位我国的河流97%以上都受到有机物的污染1.应用的普遍性：95%以上的城市污水35%以上工业废水2.高效性：SS，COD、90%以上3.灵活性：大，中，小水厂高，中，低负荷4.连续运行，可自动化5.工艺(运行方式多样)，功能多样化，可脱氮，除磷活性污泥法研究及应用的现状和发展1.超大型化(集中化)微型化2.高效快速(高负荷，节省体积)3.节能，减少运行费用4.深度净化功能，多功能化(N，P)5.自动化控制管理6.提高氧利用率7.减少占地面积目前，活性污泥法是生活污水、城市污水以及有机性工业废水处理中最常用的工艺16.1.1基本概念活性污泥污水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧菌为主体的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是活性污泥。活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物所组成的活性微生物为主体，此外还有一些无机物，未被微生物分解的有机物和微生物自身代谢的残留物。活性污泥法以活性污泥为主体的污水生物处理技术活性污泥法来源河流自净→启示→人工强化命名根据生物反应器中微生物存在状态(悬浮，附着)可将污水生物处理技术分为活性污泥法(悬浮的有活性的生物絮体)和生物膜法(附着的有活性的生物膜)，及后来的复合式(悬浮，附着)生物处理、技术。活性污泥法处理系统有效运行得基本条件1.污水中有足够的可溶解性易降解有机物2.混合液中含有足够的溶解氧3.活性污泥在曝气池中呈悬浮状态4.活性污泥连续回流5.及时排除剩余污泥6.没有对微生物有毒害作用的物质进入1．产生：从间歇式发展到连续式2．基本工艺流程：16.1.2活性污泥法的基本流程污水→格栅→泵间→沉砂池→初沉池→活性污泥曝气池→二沉池→消毒1.曝气池：微生物降解有机物的反应场所2.二沉池：泥水分离3.污泥回流：确保曝气池内生物量稳定4.曝气：为微生物提供溶解氧，同时起到搅拌混合的作用。曝气系统与空气扩散装置活性污泥反应器来自空压机的空气剩余污泥污泥井混合液回流污泥系统二沉池处理水进水活性污泥法基本流程图3．活性污泥法特征1）曝气池是一个生物化学反应器2）曝气池内混合是一个三相混合系统：液相—固相—气相；混合=污水+活性污泥+空气3）传质过程：气象中O2→液相中的溶解氧DO→进入微生物体内（固相）液相中的有机物→被微生物（固相）所吸收降解→降解产物返回空气相（CO2）和液相（H2O）4）物质转化过程：有机物降解→活性污泥增长1．活性污泥的形态1）外观形态：活性污泥（生物絮凝体）为黄褐色絮凝体颗粒：2）特点：(1)颗粒大小：Φ=0.02～0.2mm(2)表面积：20～100cm2/mL(3)(2000～10000)m2/m3污泥(4)%1%99固体物质：以上含水率：活性污泥形状图16.1.3活性污泥法的基本形态、增长规律及有关指标2．活性污泥组成活性污泥M=Ma+Me+Mi+Mii1）Ma—具有代谢功能的活性微生物群体好氧细菌（异养型原核细菌）真菌、放线菌、酵母菌原生动物后生动物2）Me—微生物自身氧化的残留物3）Mi—活性污泥吸附的污水中不能降解的惰性有机物有机物（75～85%）4）Mii—活性污泥吸附污水中的无机物无机物（由原污水带入的）（15～25%）挥发性活性污泥Mv+Xv=Ma+Me+Mi3．活性污泥微生物的分类（Ma）1）细菌：（1）异养型原核细菌（107～108个/mL）动胶杆菌属假单胞菌属（在含糖类、烃类污水中占优势）产碱杆菌属（在含蛋白质多的污水中占优势）黄杆菌属大肠埃希式杆菌（2）特征：G=20～30min，结合成菌胶团的絮凝体状团粒2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌3）原生动物：肉是虫鞭毛虫，纤毛虫等。通过辨认原生物的种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生物。原生物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕食者。4）后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中的不经常出现，轮虫的出现是水性稳定的标志。后生动物是细菌的第二捕食者。一组活性污泥图片（细菌）菌胶团污泥细碎菌胶团菌胶团肉足虫（变形虫）游泳型纤毛虫固着型纤毛虫（累枝虫）一组活性污泥图片（原生动物）游泳型纤毛虫（草履虫）原生动物轮虫轮虫一组活性污泥图片（后生动物）(线虫)后生动物活性污泥微生物的作用活性污泥中的有机物、细菌、原生动物与后生动物组成了小型的相对稳定的生态系统和食物链。活性污泥中的细菌以异养型细菌为主。菌胶团细菌－－构成活性污泥絮凝体的主要成分，有很强的吸附、氧化分解有机物能力。也可防止被微型动物所吞噬，并在一定程度上可免受毒物的影响，沉降性好。丝状菌－－形成活性污泥的骨架，增强沉降性，保持高的净化效率，但是大量会引起污泥膨胀。净化污水的第一承担者－－细菌净化污水的第二承担者－－原生动物指示性动物－－原生动物，通过显微镜镜检是对活性污泥质量评价的重要手段之一tK0011eMaMatMaSKdtdMa，2.2MFmaxmaxdtdMa，dtds，营养物过剩1）适应期（延迟期或调整期）：是微生物的细胞内各种酶系统对环境的适应过程长短取决于污水的主要成分和微生物对它的适应。2）对数增殖期（等速增殖期）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4.活性污泥的增长规律及有关指标MaSKdtdMa，2.2MF1.023）减速增殖期（减速增长期、私定期、平衡期）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，活性污泥水平的能量低下污泥沉降性好，出水效果好。MaKdtdMa，1.0MF3对数增长期减速增殖期a内源呼吸期量X0bcdS(BOD)（污泥）时间0氧的利用速度活性污泥增长曲线及其和有机污染物（BOD）降解、氧利用速度的关系（有机污染物一次投加）4）内源呼吸期（衰亡期）营养物缺乏，为了获得能量维持生命，分解代谢自身的能量物质，开始衰亡。同时内酶分解细胞壁，使污泥量减少。后来有机物几乎被耗尽，能量水平极低，微生物活动能力非常低，絮凝体形成速率增大，处理水显著澄清，水质良好。1．初期吸附去除（物理吸附和生物吸附）●活性污泥巨大的表面积（2000～10000m2/m3活性污泥）其表面为多糖类的粘质层，污水中悬浮和胶体状态的有机物被其凝聚和吸收而得到去除。在30min内能去除70%BOD。●一般处于饥饿状态的内源呼吸期的微生物其活性最强，吸附能力也强●初期吸附去除的过程16.1.4活性污泥净化反应过程污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线2．微生物的代谢进行代谢反应内透过细胞壁进入细胞体小分子大分子内透过细胞壁进入细胞体小分子各种内酶透膜酶催化作用胞外酶（水解酶）透膜酶催化作用HOH2yxCOO)2z4yx(OHC222zyx酶HOH)4y(2nCO)5x(n)NOHC(O)52z4yx(nnNHOHnC22n27523zyx式微生物细胞组织的化学酶HnNHOnH2nCO5nO5)NOHC(3222n275酶1〉氧化分解2〉合成代谢（合成新细胞）3〉内源代谢1.营养物质：碳源、氮源、无机盐类、某些生长素1）碳源：组成生物细胞的主要物质，对碳源的需求量较大，一般BOD5≥100mg/L2）氮源：组成细胞的重要元素，其需要按BOD：N=100：5考虑3）盐类：必不可少（1）主要的无机盐类P：按BOD5:N:P=100:5:1考虑，它是微生物需要量最多的无机元素，约占全部无机盐元素的50%还有K、Ca、Fe、S无机元素（2）微量无机元素对于生活污水，BOD5:N:P的比值为100:5:1，但经沉淀池处理后，其BOD5:N:P=100:20:2516.2活性污泥净化反应影响因素及主要设计、运行参数16.2.1活性污泥净化反应影响因素沉淀性能变差有机物降解数率污泥增长数率曝气池SeVNS沉淀性能变好有机物降解数率污泥增长数率曝气池SeVNSdtdc2．BOD——污泥负荷NS3．DO——溶解氧1）曝气池在稳定运行时，微生物的耗氧速率（Rr需氧速率）＝曝气器的供氧速率时Ns～SVI的关系，其池中的溶解氧DO不变。2）曝气池中DO浓度大小将取决于：（1）生物絮体的大小：要求生物絮体大，则要求DO浓度高，DO才能扩散转移到生物絮体内部,反之则不能。对此要求DO浓度为2mg/L左右为好。（2）考虑冲击负荷与中毒的影响，以便于操作以了解供氧量的变化急性中毒慢性中毒DO逐渐增加冲击负荷DO突然↓DO突然↑stdsstds0dtds4．水温：15～35℃之间20～30℃，效果好，活动旺盛，＜15℃，＞35℃，效果↓，活动弱，＜5℃，＞45℃，效果很差，5．pH值最佳的pH值为6.5～8.5当pH＜6.5，丝状菌繁殖，pH＜4.5，丝状菌占优势当pH＞9.0，代谢速率↓6．有毒物质主要是重金属，H2S、CN－、酚等，当超过一定浓度时，就破坏细胞结构，抑制代谢。16.2.2活性污泥净化反应系统的主要控制指标与设计、运行参数1表示混合液中活性污泥微生物量的指标2.活性污泥的沉降与浓缩性能及其评定指标3.BOD－污泥负荷与BOD－容积负荷4.污泥龄1.表示混合液中活性污泥数微生物量的指标1）MLSS浓度——混合液悬浮固体浓度〈混合液污泥浓度〉：mg/L混合液；g/L混合液；g/m3混合液；kg/m3混合液MLSS＝M=X=Ma+Me+Mi+Mii2）MLVSS浓度——混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS＝MV=XV=Ma+Me+Mi。0.75f，；0.75f：XXMLSSMLVSSfv对于城市污水对于生活污水％原混合液体积后形成沉淀污泥容积100min30SV1）SV——污泥沉降比，又叫30min污泥沉降率SV反应了曝气池正常运行的污泥量，可用于控制剩余污泥排放量，同时通过它能及早发现污泥膨胀等异常现象的发生。城市污水：SV值在15~30%左右。2.活性污泥的沉降与浓缩性能及其评定指标)L/gMLSS)L/LmSVgL1mLmin30L1SVI（（＝）（混合液中悬浮固体干重）容积（静沉后形成的活性污泥混合液经2）SVI——污泥容积指数