第六章好氧生物法

第四章好氧生物法4.1好氧生物法的基本原理一基本概念所谓“好氧”：是指这类生物必须在有分子态氧气（O2）的存在下，才能进行正常的生理生化反应。所谓“厌氧”：是能在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化反应的生物。废水好氧生物处理过程中有机物的代谢及微生物的合成，可用下列基本图式来表示：二、好氧生物处理的基本反应1、氧化与合成反应：HOHCONOHCONHOHCHOHCOOOHC－－＋－＋－－＋＋＋和化学方程式：＋＋－＋＋22n27523zyx222zyx4y2n5xn52z4yxnnn2yx2z4yx2、内源呼吸反应微生物对自身的细胞物质进行氧化分解，并提供能量即内源呼吸。内源呼吸反应式如下：3、有机物在微生物作用下的好氧代谢的总反应为HNHOHCOONOHC＋＋＋＋3222n275nn2n5n5322e2752zyxNHOHCOMNOHCOOHC＋＋＋（残留物质）（细胞原生质）（有机物）三影响好氧生物处理的因素1、营养物质C、H、O、N约占90～97%，其余3～10%为无机元素。生活污水一般不需再投加营养物质；对于好氧生物处理工艺，应按BODNP=10051投加N和P。其它无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；2、温度是重要因素之一，在一定范围内，随着温度的升高，生化反应的速率加快，增殖速率也加快；细胞的组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或降并超过一定限度时，会有不可逆的破坏；最适宜温度15～30C。3、pH值一般好氧微生物的最适宜pH在6.59之间；pH6.5时，真菌将占优势，引起污泥膨胀；另一方面，微生物的活动也会影响混合液的pH值。4、溶解氧废水的好氧生物处理中，反应器中必须保证有足够的溶解氧，使微生物进行有氧呼吸，一般为2～4mg/L为宜。5、有毒物质工业废水中，存在着对微生物有抑制、毒害作用的化学物质，如重金属及其化合物、酚、氰等。6.2活性污泥法一、概述1912年美国的Lawlence研究所开始进行活性污泥实验，1914年，活性污泥法诞生；1917年在英国的曼彻斯特和美国的休斯顿分别建造了活性污泥法污水处理厂，并开始投入运行；此后，高负荷活性污泥法、延时曝气法、氧化沟等方法相继问世并得到发展。二、活性污泥法的基本流程L向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它有巨大的表面积和很强的吸附性能，称为活性污泥。三、活性污泥降解废水中有机物的过程活性污泥法在曝气过程中，对有机物的去除分两个阶段，吸附阶段和稳定阶段。BOD5吸附降解曝气过程四、活性污泥的性能及其评价指标1、活性污泥的组成微生物是活性污泥的主要组成部分。活性污泥中的微生物又是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等多种微生物群体相结合所组成的一个生态系。活性污泥通常为黄褐色絮状颗粒，其直径一般为0.02～2mm，含水率一般为99.2～99.8％，密度因含水率不同而异，一般为1.002～1.006g/cm3。细菌是活性污泥组成和净化功能的中心，是微生物的最主要部分。污水中有机物的性质决定那些种属的细菌占优势。2、活性污泥评价指标（1）混合液悬浮固体浓度(MLSS)，也称为污泥浓度。单位为mg/L或g/L。它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。一般活性污泥法中，MLSS浓度一般为2～3g/L。（2）混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)指活性污泥中有机固体物质的浓度，单位为mg/L或g/L。（3）污泥沉降比(SV)污泥沉降比是指曝气池混合液在l00mL量筒中，静置沉降30min后，沉降污泥所占的体积与混合液总体积之比的百分数。所以也常称为30min沉降比。（4）污泥体积指数(SVI)也称污泥容积指数，是指曝气池出口处混合液，经30min静置沉降后，沉降污泥体积中1g干污泥所占的容积的毫升数，单位为mL/g，但一般不标出。它与污泥沉降比有如下关系：SVI=(SV×10)/X式中：X的单位为g/L，SVI以百分数代入。（5）泥龄（θc）也称细胞平均停留时间（MCRT）或污泥滞留时间（SRT）。指每日新增长的活性污泥在曝气池的平均停留时间，即曝气池全部活性污泥平均更新一次所需要的时间，或曝气池内活性污泥的总量与每日排放污泥量之比，单位：d。普通活性污泥法的泥龄一般采用5～15d。五、活性污泥净化水的机理1、活性污泥的增长规律可用其增长曲线表示一般规律。活性污泥的增长过程可分为对数增长期、减速增长期和内源呼吸期三个阶段。活性污泥的增长曲线如下图所示：有机物、活性污泥微生物及耗氧关系2、有机物的降解与微生物的增殖活性污泥微生物每日在曝气池内的增殖量可用下式表示：式中Q—处理废水量(m3/d)Sr—去除BOD５量（Kg/m3）V—曝气池容积(m3)a——污泥增长系数，kgVSS/kgBOD5；b——污泥自身氧化率，kgVSS/kgVSS。由方程，求设a、b常见的几种工业废水的a、b值废水类型a值b值合成纤维废水0.380.10纸浆和造纸废水0.760.016含酚废水0.70酿造废水0.93生活污水0.5～0.650.05～0.13、有机物的降解与需氧曝气池的耗氧包括，一部分氧化有机物（异化分解）以取得能量，另一部分转化为新的原生质（同化合成）和贮藏物质。式中a′—平均转化lkg的BOD的需氧量，kg/kg；b′—微生物(以VSS计)自身氧化的需氧量，kg/kg·d式中Ro/VX——氧的比耗速度，即每公斤活性污泥(以VSS计)平均每天的耗氧量，kg/kg·d，常用Kr表示；Ro/QSr——比需氧量，即去除lkg的B0D的需氧量，kg/kg。六曝气方法和曝气池的构造曝气的理论基础——双膜理论浅层理论表面更新理论：（1）气—液界面存在着二层膜——气膜和液膜（2）这两层膜使气体分子从一相进入另一相时受到阻力（3）当气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。氧传递过程的基本方程如下：。，清水中氧的实际溶解度—；，清水中氧的饱和溶解度—；，清水中氧的总转移系数—）；（移速率，单位体积清水中氧的转—）（＝LCLCLKLCCCKCLL/mg/mgh/h/mgdtddtdsasa影响氧转移的因素：（1）污水水质（2）水温水温对KLa的影响关系式为：KLa（T）＝KLa（20）·1.024（T－20）式中：KLa（T）——水温为T℃时的氧总转移系数；KLa（20）——水温为20℃时的氧总转移系数；T——设计温度；1.024——温度系数。（3）氧的分压Cs瘦氧分压的影响，其校正修正系数：ρ=所在地区实际气压（Pa）/1.013×105（4）曝气装置的安装深度曝气方法和设备鼓风曝气机械曝气表示曝气设备技术性能的主要指标是：动力效率（EP）：每消耗1kWh电能转移到清水中的氧量，以kgO2/kWh计。氧的利用率(EA)：通过鼓风曝气转移到清水中的氧量占总供氧量的百分比％。充氧能力（EL）：通过机械曝气装置，在单位时间内转移到清水中的氧量，以kgO2/h计。对曝气设备的要求：较高的动力效率和氧转移效率（a）搅拌均匀；（b）构造简单；（c）能耗少；（d）价格低；（e）性能稳定，故障少；（f）不产生噪音及其它公害；（g）对某些工业废水耐腐蚀性强。（1）鼓风曝气鼓风曝气是传统的曝气方法，它由鼓风机、空气扩散装置和风管组成。扩散装置的分类：小气泡扩散装置：扩散板、扩散管或扩散盘属小气泡扩散装置；中气泡扩散装置：穿孔管属中气泡扩散装置；大气泡扩散装置：竖管曝气属大气泡扩散装置；水力剪切扩散装置：倒盆式、撞击式和射流式属水力剪切扩散装置机械剪切扩散装置：涡轮式属机械剪切扩散装置。扩散管示意图曝气头布置曝气池（2）机械曝气机械曝气设备的式样较多，大致可归纳为叶轮和转刷两大类。常用的表面曝气叶轮有泵型，倒伞型和平板型。机械曝气装置按传动轴的安装方向可分为竖轴式和卧轴式两种。曝气池的类型与构造从混合液流型可分为推流式、完全混合式和循环混合式三种；从平面形状可分为长方廊道形、圆形或方形、环形跑道形三种；从采用的曝气方法可分为鼓风曝气式、机械曝气式以及两者联合使用的联合式三种；从曝气池与二次沉淀池的关系可分为分建式和合建式两种。（1）推流式曝气池推流式曝气池为长方廊道形池子，常采用鼓风曝气，扩散装置排放在池子的一侧，见下图。这样布置可使水流在池中呈螺旋状前进，增加气泡和水的接触时间。曝气池的数目随污水厂大小和流量而定，在结构上可以分成若干单元，每个单元包括几个池子，每个池子常由一至四个折流的廊道组成。为了使水流更好的旋转前进，宽深比不大于2，常在1.5－2之间。池深常在3－5m。曝气池进水口一般淹没在水面以下，以免污水进入曝气池后沿水面扩散，造成短流，影响处理效果。曝气池出水设备可用溢流堰或出水孔。通过出水孔的水流流速一般较小(0.1－0.2m/s)，以免污泥受到破坏。（2）完全混和式曝气池完全混合式曝气池常采用叶轮供氧，多以圆形、方形或多边形池子作单元，主要是因为需要和叶轮所能作用的范围相适应。改变叶轮的直径可以适应不同直径(边长)、不同深度的池子需要。长方形曝气池可以分成一系列相互衔接的方形单元，每个单元设置一个叶轮。使用完全混合式曝气池时，为了节约占地面积，常常是把曝气池和沉淀池合建。（3）循环混和式曝气池循环混合式曝气池多采用转刷供氧，其平面形状如环形跑道，如下图所示。循环混合式曝气池也称氧化渠或氧化沟，是一种简易的活性污泥系统，属于延时曝气法。七活性污泥法的运行方式活性污泥法包括：普通活性污泥法、渐减曝气活性污泥法、阶段曝气活性污泥法、吸附再生活性污泥法、完全混和活性污泥法、延时曝气活性污泥法、高负荷活性污泥法、纯氧曝气活性污泥法、深井曝气活性污泥法等。（1）普通活性污泥法优点：曝气时间长，吸附量大，去除率高90～95%。污泥颗粒大，易沉降。污泥量少，剩余污泥量占不到回流的10%。缺点：不适于水质变化大的水质。长廊式供氧利用率低，能耗较高。处理时间长，曝气4～8h（2）渐减曝气活性污泥法普通法的需氧率沿池长降低，而供氧沿池长均匀分布，造成浪费，改变为沿池长减渐供氧，以达到供氧与需氧均衡。针对普通法池首BOD负荷高，池尾低，改变为沿池长分级注水，多点进水法也称逐步曝气法。优点：有机场分配均匀，需氧量均匀。活性污泥浓度不均匀。在相同的BOD负荷条件下，逐步曝气法的BOD容积负荷可明显增大，去除一定量的BOD，曝气池容积仅为普通法的一半，减少占地面积。缺点：工艺复杂，运行管理要求高。渐减曝气或多点进水管线，阀门增多（3）阶段曝气活性污泥法也称多点进水或分段进水活性污泥法.（4）吸附再生活性污泥法优点：有利于提高吸附氧化有机物的能力。有利于活性污泥的活化。调济平衡能力强，回流比大50～100%。缺点：吸附时间短，处理效率低85～90%；污泥回流量多，增加回流污泥泵的容量。（5）完全混和活性污泥法完全混和活性污泥法的典型工艺流程为：工艺优点：原污水在水质水量方面的变化对活性污泥的影响较小，各部位的水质、微生物数量和组成几乎一致。因此可通过对F/M值的调整，将整个曝气池的工矿控制在最佳条件。工艺不足：连续进出水时可能产生短流，出水水质不及推流式，活性污泥较易产生膨胀现象。（6）延时曝气活性污泥法延时曝气活性污泥法的特征是曝气时间很长，一般为24h左右，微生物生长处于内源代谢阶段，污水中的有机物几乎完全被氧化，出水水质较好。剩余污泥量少，甚至可以长期不排泥，且剩余污泥的稳定性很好，不必进行厌氧消化。（7）高负荷活性污泥法又称短时曝气活性污泥法。本工艺的特点时BOD负荷高，曝气时间短，处理效率低，一般BOD去除率为70～75%，因此称之为不完全处理活性污泥法。（8）纯氧曝气活性污泥法主要特点：