第四章活性污泥法教材

第一节基本概念第二节活性污泥法的发展第三节气体传质原理和曝气设备第四节去除有机污染物活性污泥法过程设计第五节脱氮、除磷活性污泥法工艺及设计第六节二沉池第七节活性污泥法处理系统运行管理第四章活性污泥法第一节基本概念一、概述2.活性污泥组成活性微生物（Ma，主体，主要是细菌、真菌等，以菌胶团形式存在)、自身氧化残留物(Me)、吸附的不能降解的有机物(Mi)和无机悬浮物(Mii)。3.活性污泥性状(P102)粒径200～1000μm，比表面积20～100cm2/mL。一般呈茶褐色，略显酸性，含水率99％左右，相对密度1.002～1.006；具有凝聚沉降性能和生物活性。1.活性污泥法产生过程（P100)4.活性污泥评价方法（P103)⑵混合液悬浮固体浓度（MLSS）和混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）MLSS，又称污泥浓度，指曝气池中单位体积混合液悬浮固体的质量，包括Ma、Me、Mi、Mii。单位：mg/L或g/L。MLVSS，又称活性污泥浓度，指曝气池中单位体积混合液悬浮固体中有机物的质量，包括Ma、Me、Mi。MLSS、MLVSS都是微生物浓度近似值，MLVSS更接近活性微生物的浓度。生活污水MLVSS/MLSS=0.7～0.8。⑴生物相观察:观察活性污泥中微生物的种类、数量、优势度及代谢情况。⑶污泥沉降比（SV）：曝气池混合液静置30min后沉淀污泥的体积分数，单位：%。⑷污泥体积指数(SVI)：指曝气池混合液沉淀30min后，每克干污泥形成的湿污泥体积，单位mL/g。SVI反映污泥的沉降性能和活性。城市污水SVI正常值100～150mL/g。SVI过低时，污泥含无机物较多，污泥活性差。SVI过高时，污泥颗粒松散，沉降性能差。)/(10/)/LgMLSSSVLgMLSSLmlSVI）（沉淀污泥体积（如:SV=30%，MLSS=3000mg/L，求SVI=100mL/g。二、活性污泥法基本流程(P103)曝气装置：供氧、搅拌，使混合液处于悬浮状态。曝气池：微生物降解有机物的场所；二沉池：泥水分离，浓缩活性污泥；污泥回流系统：保持曝气池中一定的微生物浓度；剩余污泥排放系统：维持系统的稳定运行。出水剩余污泥排放回流污泥进水二沉池曝气池初沉池曝气装置图12-1活性污泥法基本流程三、活性污泥降解污水中有机物过程1.吸附阶段：时间短（10－45min)，BOD5去除率高。污水中悬浮和胶体有机物浓度越高，吸附效果越明显。2.稳定阶段：时间长；微生物对吸附的有机物氧化分解。吸附稳定曝气时间/min图12-2活性污泥降解有机物过程BOD5(mg/L)推流式曝气池示意图（平行水流式）出水曝气池剩余污泥进水回流污泥空气二沉池曝气池一、曝气池基本形式（P106)第二节活性污泥法的发展1.推流式曝气池废水及回流污泥由池一端进入，水流呈推流型，沿池长方向污染物浓度逐渐降低。根据断面上水流情况，分为平移推流式和旋转推流式。平移推流式：曝气池底铺满扩散器，水流沿池长方向流动旋转推流式：扩散器装于横断面一侧。水流除沿池长方向流动外，还有侧向旋流，形成了旋转推流。旋转推流式示意图2.完全混合曝气池（P108)池内各点的底物浓度、微生物浓度、需氧速率一致，耐冲击负荷。3.封闭环流式反应池(P109)图12-8封闭环流式处理系统流程具有推流和完全混合反应池的特点。进水二沉池出水回流活性污泥剩余污泥曝气转刷4.序批式反应池（P109)曝气池和沉淀池合二为一。工作周期由进水、反应、沉淀、排水和闲置组成。流入反应沉淀排放待机（闲置）图12-9序批式反应工艺操作流程1.传统推流式（图12-4）二、活性污泥法的发展和演变特点：污染物浓度沿池长逐渐降低，处理效果好；耐冲击能力差。氧利用率不均，能耗较高。图12-10推流式供氧和需氧率曲线供氧曲线需氧曲线供需氧量2.渐减曝气法特点：供氧沿池长逐渐递减，节能。3.阶段曝气法（分段进水法）污水沿池长分段进入，曝气池内供氧需氧平衡。出水剩余污泥回流污泥进水二沉池曝气池图12-12阶段曝气法示意图4.高负荷曝气法有机物容积负荷或污泥负荷高；停留时间短(1.5～3h)，活性污泥处于对数增长期；处理效果低，产泥量多；适用于对处理水质要求不高的场合。5.延时曝气法（低负荷曝气法)有机物容积负荷或污泥负荷低；曝气时间长（≥24h)，剩余污泥少，出水水质好；耐冲击负荷；占地面积大，运行费用高。6.吸附再生法（又称接触稳定法，P112)图12-13吸附再生法活性污泥法系统剩余污泥回流污泥进水二沉池吸附池再生池剩余污泥回流污泥进水二沉池再生段吸附段分建式合建式吸附池：快速去除有机物,容积较小；再生池：使回流污泥恢复活性。处理效果低，适用于含有机悬浮物和胶体较多的污水。7.完全混合法特点：微生物浓度、底物浓度在池内均匀分布，需氧速率均衡；耐冲击负荷；图12-15完全混合法处理流程8.深层曝气法（P113)特点：DO和污泥浓度高，占地面积小。井壁腐蚀或受损时可能污染地下水。图12-6深层曝气法处理流程⑴沉砂池；⑵深井曝气池；⑶脱气塔；⑷二沉池。（）（）（）（）9.纯氧曝气法（P115):图12-18纯氧曝气池结构简图纯氧代替空气，曝气时间短，MLSS较高；设备需密封，结构要求高。11.吸附-生物降解工艺（AB法,P116）⑴由预处理段、A级、B级三段组成，无初沉池；⑵A级由吸附池和沉淀池组成，负荷高、停留时间短；B级由曝气池和二沉池组成，负荷低，停留时间长；⑶A、B段各有污泥回流系统和适合的微生物种群；图12-20AB法工艺流程图剩余污泥回流污泥进水沉砂池格栅剩余污泥回流污泥A级沉淀池吸附池沉淀池曝气池出水B级12.序批式活性污泥法（SBR）SBR操作过程.swf特点：工艺简单，曝气池兼二沉池功能；耐冲击负荷；具有脱氮除磷功能；适合于水量少的场合。流入反应沉淀排放待机（闲置）图12-9序批式反应工艺的操作流程特点：由氧化沟、二沉池和污泥回流系统组成。沟内设机械曝气和推进装置，具有推流和完全混合反应池特点；可生物除磷脱氮，剩余污泥量少；图12-21氧化沟处理系统13.氧化沟（P117)1.（）是活性污泥在组成和净化功能上的中心，是微生物的主要成分。A、细菌；B、真菌；C、原生动物；D、后生动物2.某曝气池的污泥沉降比为25％，MLSS浓度2000mg/L，污泥体积指数为（）mL/g。A.25B.100C.125D.1503.关于污泥体积指数，正确的是（）。A.SVI高，活性污泥沉降性能好B.SVI低，活性污泥沉降性能好C.SVI过高，污泥细小而紧密D.SVI过低，污泥会发生膨胀4.下列关于各种活性污泥运行方式不正确的是（）。A.渐减曝气法克服了传统推流式供氧与需氧间的矛盾；B.多点进水法比普通曝气池出水水质要高；C.吸附再生法采用的污泥回流比比普通曝气池要大；D.完全混合法克服了普通曝气池不耐冲击负荷的缺点。5.活性污泥增长曲线如图4-2，图中1、2、3分别代表（）。A.BOD降解曲线、氧利用速率曲线、微生物增殖曲线；B.微生物增殖曲线、氧利用速率曲线、内源分解曲线；C.微生物增殖曲线、氧利用速率曲线、BOD降解曲线；D.氧利用速率曲线、BOD降解曲线、内源分解曲线；6.下图是吸附一再生活性污泥法流程图，图中1、2、3、4、5各代（）。A.吸附段、再生段、曝气池、回流污泥、剩余污泥；B.吸附段、再生段、二沉池、回流污泥、剩余污泥；C.再生段、吸附段、二沉池、回流污泥、剩余污泥；D.再生段、吸附段、二沉池、剩余污泥、回流污泥；第三节气体传递原理和曝气设备一、气体传质原理(P128)1.菲克定律：ddcDvdvd―物质的扩散速率,以单位时间通过单位截面积的物质数量表示，kmoL/m2.s；D―扩散系数,与扩散物质和介质的特性及温度有关;ddc－浓度梯度;表明物质在静止或层流状态下分子扩散的规律。⑴气、液接触界面附近存在着气膜和液膜，外侧分别是气相主体和液相主体；⑵气体从气相主体传递到液相主体，传质阻力仅存在于气、液两层层流膜；⑶气膜中氧的分压梯度，液膜中氧的浓度梯度是氧转移的推动力；⑷液膜的传质速率是氧转移的控制速率。2.双膜理论（P128)图12-25气体传质双膜理论简图3.氧传递方程)(LSccDAdtdMD―液膜中氧分子扩散系数，m2/h；A―气液接触面积，m2；Cs―溶液中氧的饱和浓度值，kgO2/m3；C―溶液中氧的实际浓度值，kgO2/m3。―氧传递速率（kgO2/h）dtdM132mmkgOccLS/溶解氧浓度梯度，δL―液膜厚度，m；设液相主体体积为V，上式两边同除以V得：)(ccVADVdtdMsL）（氧转移速率，hmkgOdtdc32/1,－氧分子总传质系系数令hVADKLLa提高氧转移速率方法：⑴提高KLa值；⑵提高CS值。)(ccKdtdcsaL(12-37)1.污水水质KLa（T）—T℃时氧总转移系数；KLa（20）—20℃时氧总转移系数;T—设计温度；1.024—温度系数。1KKLaLa（清水）污水）(污水中有机物含盐量1CCs（清水）污水）(S)20()20((024.1TLTLKK）二、氧转移的影响因素（P130)2.水温温度对溶解氧饱和度和氧转移有相反的影响，但不是相互抵消。总的来说，温度降低有利于氧转移。3.氧分压（P131）)(Pa5101.013)所在地区大气压(Paρ).()(211001312210521dsssspCCCC⑵鼓风曝气池Cs值21,SsCCCS1、CS2—池底、池面混合液DO饱和浓度，mg/L；;/LmgDOC浓度，标准状态时混合液spd—空气扩散装置出口处的压力（Pa）Hpp3108.9dPap大气压力，%0积分数，气泡离开池面时氧的体%E12179E121AA0）（）（EA—空气扩散装置的氧转移效率，%；H—空气扩散装置安装深度，m；⑴压力修正系数三、氧转移速率与供气量的计算（P132)1.理论供氧量标准条件下，氧转移量OS(kg/h)实际情况下，氧转移量O2：联解上面两式：VcKOSLaS)20()20((12-49)F―曝气扩散设备堵塞系数，其他参数同前。VFccKOTTSLa)20()()20(2024.1][(12-50)FcccOOTTsss)20()()20(2024.1][（12-51）氧利用效率EA(%)：实际供氧量S与供气量GS关系：2.供气量联解以上两式得曝气系统所需供气量：0.21―氧在空气中所占体积百分数；1.331―20℃时氧气的密度，kg/m3；%100SOESA(12-52)sSGGS28.0331.121.0(12-53)ASSEOG28.0(12-54)鼓风曝气图四、曝气设备（P134）1.鼓风曝气：由空气净化器、鼓风机、空气输配管系统、扩散器组成。⑴微气泡扩散器多孔刚性材料扩散器特点：气泡直径100um左右，气液接触面积大，氧利用率高；易堵塞，压力损失大。图12-27圆盘微孔扩散器微孔曝气设备安装⑵小气泡扩散器气泡直径1.5mm以下。⑶中气泡扩散器常用穿孔管和莎纶管。孔直径2～3mm，气泡直径2～6mm。氧利用率较高，压力损失较小；⑷大气泡扩散器气泡直径15mm左右，氧利用率低。⑸剪切分散空气扩散器如：射流空气扩散器、水下空气扩散器。扩散器形成的气泡直径越大，氧利用率越低，空气净化设备要求越低；反之亦然。选择扩散器要因地制宜。叶轮盖板构造.swf2.机械曝气（表面曝气）⑴竖轴式曝气器表面曝气机曝气现状1.MPG充氧原理：叶轮提升混合液，气液接触液面更新，空气中氧转移。曝气装置后侧形成负压，吸入空气；⑵卧轴式曝气器转动轴与水面平行，主要用于氧化沟。能够充氧和推动混合液在池内流动。3.曝气设备性能指标（P138）⑴氧转移速率：mgO2/L.h；⑵充氧能力（或动力效率）：kgO2/kw.h；⑶氧利用率：通过鼓风曝气转移到混合液中的氧量占总供氧的百分比，％。鼓风曝气⑵、⑶评