1活性污泥1-原理与工艺发展

水污染控制工程唐玉朝安徽建筑工业学院环境科学与工程系E-mail:[e-mail]talScienceandEngineering,AnhuiUniversityofArchitecture污水生物处理类型1.微生物生长状态活性污泥：微生物悬浮生长生物膜：微生物附着在载体上生长稳定塘：微生物处于自然状态2.代谢类型好氧厌氧兼性第一节活性污泥概述活性污泥概述1.1活性污泥工艺概念1.2活性污泥组成成分1.3活性污泥处理的基本过程1.4活性污泥性质参数1.5活性污泥工艺的影响因素1.6活性污泥工艺的特点WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述活性污泥概述1．1活性污泥工艺概念悬浮生长的好氧污水处理工艺,在曝气池中微生物增殖,具有活性的微生物形成菌胶团聚集为颗粒或絮体,正常呈灰褐色,这种像泥状的微生物颗粒或絮体,称为活性污泥.活性污泥一般直径0.02-0.2mm,MLSS比重1.003±,沉淀后污泥的含水通常99%.用悬浮生长的活性污泥进行污水处理的工艺称为活性污泥工艺.WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述活性污泥的形态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)含水率一般在99%以上.WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述显微镜下观察活性污泥WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述现场观察活性污泥WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述现场观察活性污泥WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述1.2活性污泥的组成1.2.1活性污泥的物质组成: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）挥发性活性污泥Ma+Me+MiWaterPollutionControlEngineering活性污泥概述1.2.2活性污泥的微生物组成（Ma）1）细菌：异养型原核细菌（107～108个/mL）特征：世代时间=20～30min，结合成菌胶团的絮凝体状具有较强的分解有机物（转化为无机物）的能力.种类：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WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌丝状菌：污泥絮凝体的骨架，并使污泥具有高的沉淀性能。但过多，会引起污泥膨胀，降低沉降性能，影响出水水质。3）原生动物：肉足虫,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，可以改善出水水质。WaterPollutionControlEngineering4）后生动物：主要是轮虫,它在活性污泥中的不经常出现,轮虫的出现是水质稳定的标志.后生动物是细菌的第二捕食者活性污泥概述WaterPollutionControlEngineering钟虫轮虫菌胶团：部分细菌形成的絮凝体状团粒--活性污泥絮凝体的主要成分。作用：具有很强的吸附氧化分解有机物的能力，防止其内的细菌被微生物吞噬和免受毒物的危害。凝聚性能。活性污泥概述WaterPollutionControlEngineering菌酵团形态活性污泥概述1.3活性污泥处理污水的基本过程污泥驯化:“菌胶团”的形成,要求细菌处于静止期，所以F/M要求低,生物活性降低,在布朗运动的作用下碰撞形成,某些细菌分泌的粘性物质有利于絮体形成.活性污泥的核心菌胶团是很多细菌相互粘附形成的生物絮体,微生物其在对数增长期,个体处于旺盛生长,其运动活性大于范得华力，菌体不能结合;但到了静止衰亡期,动能低,菌体相互粘附,形成生物絮体,因此静止期与衰亡期个体是活性污泥的重要微生物净化反应过程:吸附阶段与稳定阶段,在反应的初期,有机物主要是吸附在活性污泥,(作用是巨大的比表面和具有粘性),后期被微生物氧化和利用.WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述吸附阶段与稳定阶段:有机物首先被吸附到活性污泥表面,随后由于吸附的有机物发生水解等反应形成可溶性有机物释放到水中,BOD出现上升,最后稳定阶段,有机物浓度逐渐降低.WaterPollutionControlEngineering050100150200020406080100120minBOD图.有机物在活性污泥中的浓度变化活性污泥概述微生物的代谢被吸附的有机物粘附在絮体表面，与微生物细胞接触，在渗透膜的作用下，进入细胞体内，并在酶的作用下或被降解，或被同化成细胞本身。a、分解代谢：CXHYOZ＋(X＋0.25Y－0.5Z）O2酶XCO2＋0.5H2O＋Qb、合成代谢：nCXHYOZ＋nNH3＋n(X＋0.25Y－0.5Z）O2酶(C5H7NO2)n＋n(X－5)CO2＋0.5n(Y－4)H2OWaterPollutionControlEngineering活性污泥概述活性污泥中微生物的代谢产物模式图：有机污染物CxHyOz代谢产物CO2,H2O合成细胞物质C5H7NO2+O2微生物+能量+O2内源呼吸内源呼吸产物CO2,H2O内源呼吸残留物合成代谢分解代谢+能量WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述具体代谢产物的数量关系如下图：即33%被氧化分解，80％×2/3=54%左右通过内源呼吸降解，13%左右变成了残物。从上述结果可以看出，污染物的降解主要是通过静止期、衰亡期微生物的内源呼吸进行，并非直接的生物氧化(仅33％)。有机污染物无机物+能细胞物质20%80%无机物+能残留物质WaterPollutionControlEngineering活性污泥微生物增殖分为以下四个阶段（期）:延迟期，对数增殖期，稳定期，衰亡期。活性污泥概述WaterPollutionControlEngineering分散凝聚微生物量时间残留食物量细菌游泳型纤毛虫类有柄固着型纤毛虫类活性污泥概述基本的活性污泥工艺流程初沉淀池:去除悬浮物质,部分BOD;曝气池:主体部分,曝气,好氧,悬浮,菌胶团,BOD;二次沉淀池:泥水分离,清水出流;污泥回流:剩余污泥排放,保持活性生物量.WaterPollutionControlEngineering初沉池曝气池进水出水曝气污泥回流二沉池污泥活性污泥工艺流程活性污泥概述1.4活性污泥性质参数(1)生物量指标(对曝气池污泥)①MLSS:混合液悬浮固体浓度(MixedLiquorSuspendedSolids),污泥浓度,表示曝气池内混合液的悬浮固体物质的质量,单位g/L,一般在3000-6000mg/L,反映了污泥的多少,一定程度反映了微生物的多少,测定简单。包括Ma活性细胞,Me生物残体,Mi有机悬浮固体,Mii无机悬浮固体。MLSS＝Ma+Me+Mi+Mii。WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述②MLVSS:单位g/L,混合液挥发性悬浮固体浓度(MixedLiquorVolatileSuspendedSolids),包含Ma,Me,Mi,灼烧质量损失部分认为是有机物。f值:f=MLVSS/MLSS,在正常的处理系统,f基本稳定(0.7左右),但延时曝气可能低到0.1。f值一定程度反映了污泥有机成分(活性成分)多少。WaterPollutionControlEngineeringMaMiiMeMi微生物MLVSSMLSS活性污泥概述(2)污泥沉降性能指标(对二沉池污泥)③SV:污泥沉降比,曝气池混合液静止30min时,沉降的污泥与原混合液的体积比,单位%或mL/L,一般在15-30%左右是合适的,过小说明污泥量不足,过多可能污泥量太多或是污泥沉降性能差。污泥在静止属于成层沉淀,所以有明显的泥水界面.WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述④SVI：污泥容积指数,混合液经过30min沉淀,每g干污泥所沉淀污泥的容积,单位mL/g。SVI=,SV:mL/L；MLSS:g/L。SVI反映污泥沉降性能，数值在50~150之间，SVI高，则沉降性能差，SVI低则沉降性能好，或者是污泥无机成分太多，或者污泥量太多形成压缩沉淀。如SV＝30％，300mL/L，MLSS＝3000mg/L＝3g/L，SVI=300mL/L÷3g/L=100mL/g。WaterPollutionControlEngineeringMLSSSV活性污泥概述(3)活性污泥工艺参数①MCRT,污泥龄(θc):生物固体平均停留时间，污泥龄，是反应系统中微生物更新一次需要的时间，或反应系统中微生物总量与每日排放的微生物量的比值。②污泥负荷和容积负荷。③水力停留时间。Qt=V④污泥回流比。WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述θc=VX表示曝气池污泥体积乘微生物浓度，即微生物总量；qwXr表示排放剩余污泥量；(q-qvw)Xe表示出水带走的污泥量，出水量与出水污泥浓度。WaterPollutionControlEngineering可简化为：θc=，等于曝气池污泥总量/每日剩余污泥排放量。ewwXqqrqX)(XVXrVwqX活性污泥概述(4)污泥生物活性的评价指标①SOUR(或OUR):比耗氧速率(SpecificOxygenUptakeRate).衡量活性污泥生物活性的指标,单位重量的活性污泥单位时间内消耗的DO。SOUR与污泥浓度关系小,与DO,底物浓度,污泥龄,有机物种类性质,温度等都有关系。一般在8-20mgO2/(gMLVSS·h)。SOUR在运行管理中的重要作用在于指示入流污水是否有太多的难降解物质，以及活性污泥是否中毒。WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述1.5活性污泥工艺的影响因素(1).营养物质：碳源:BOD,城市污水满足,工业废水随性质而异。氮源:有机氮(易分解),无机氮(氨氮),亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。磷源:有机和无机磷。BOD:N:P≈100:5:1。生活污水满足特点,但工业废水可能缺乏营养物质,需要补充。此外城市,生活污水预处理后容易N,P过多,需要进一步处理。WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述(2)．水力负荷与有机负荷：活性污泥要求很稳定的环境，水力或有机负荷变化大影响其运行。水力负荷影响曝气池和沉淀池,流量大停留时间缩短影响出水水质,二沉淀池沉淀效果.机械曝气还影响曝气装置的稳定性.污泥负荷过高,曝气池容积小,但运行不稳定,出水水质差,剩余污泥多;过低负荷则曝气池体积大,出水水质优,剩余污泥少.污泥负荷大小对污泥沉淀性能有影响,SVI与污泥负荷有一定的关系.WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述SVI在高负荷,中等负荷和低负荷区分别有较低的SVI值,相对污泥沉降性能好,在0.5-1.5左右有高SVI区.05010015020025030035040045050000.511.522.53污泥负荷(kgBOD/kgMLSSd)SVIWaterPollutionControlEngineering高负荷低负荷中负荷活性污泥概述(3).