第12章活性污泥法

1活性污泥法的历史进程1880年AngusSmith发现废水在池中曝气能加快有机物氧化；1910年Black及Phelps报道向池中废水强制压入空气能使腐败程度大大降低；1912~1913年，Clark和Gage在Lawrence试验站发现，对污水长时间曝气会产生污泥，同时水质得到改善；Arden和Lockett发现曝气的效果中，污泥起到重要作用，1914年发表论文并将这一过程命名为活性污泥法；1916年在曼彻斯特建成第一个活性污泥法污水处理厂。2第十二章活性污泥法12.1基本概念12.2活性污泥法的发展12.3活性污泥法数学模型基础12.4气体传递原理和曝气设备12.5去除有机污染物活性污泥法过程设计12.6脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计12.7活性污泥法系统设计方法的深化12.8二沉池12.9活性污泥法处理系统的设计、运行和管理312.1基本概念12.1.1活性污泥12.1.2活性污泥法的基本流程12.1.3活性污泥法降解污水中有机物的过程412.1.1活性污泥1．活性污泥的性状1）外观形态：活性污泥（生物絮凝体）为黄褐色絮凝体颗粒：图1-1活性污泥形状图52）特点：(1)颗粒大小：Φ=0.02～0.2mm(2)表面积：20～100cm2/mL，即(2000～10000)m2/m3污泥（4）曝气池内活性污泥一般呈茶褐色，略呈酸性，供氧不足或厌氧时呈黑色。（5）曝气池混合液相对密度为1.002~1.003，回流污泥相对密度为1.004~1.006(3)%1%99固体物质：以上含水率：62.活性污泥评价方法及指标：（1）生物相观察（光学或电子显微镜）微生物种类、数量、优势度、代谢活动等（2）混合液悬浮固体浓度（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)MLSS：曝气池内单位体积混合液中活性污泥悬浮固体的质量，也称污泥浓度（MLSS=Ma+Me+Mi+Mii）MLVSS：混合液悬浮固体中有机物的质量（MLVSS=Ma+Me+Mi）城市生活污水处理厂曝气池混合液：f=MLVSS/MLSS=0.7~0.87(3)污泥沉降比（SV）：又称30min沉降率，指曝气池混合液在量筒内静置30min后所形成的沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率。城市污水：SV取15%~30%（4）污泥体积指数（SVI）是在曝气池出口处的混合液，在经过30min静沉后，每g干污泥所形成的沉淀污泥（湿污泥）所占有的容积，以mL计。SVI是衡量活性污泥沉淀性能好坏的指标。(/)(/)SVmLLSVIMLSSgL混合液(1L)30min静沉形成的活性污泥容积(mL)混合液(1L)中悬浮固体干重(g)湿污泥（mL/L）8SVI=70～150，活性污泥凝聚沉淀性能较好SVI值过低，活性污泥颗粒细小，无机物含量高，缺乏活性SVI值过高，沉淀性能不好，可能产生污泥膨胀影响SVI值的主要因素a）污泥负荷的影响：b）丝状菌的大量繁殖，引起污泥膨胀，SVI值↑影响丝状菌大量繁殖的因素：•DO不足•pH≤4.5•缺乏N、P•水温太高01002005004003002.52.00.51.52.50SVI高负荷一般负荷低负荷BOD-污泥负荷率(kgBOD/kgMLSS·d)01000200040003000图17-2污泥负荷与SVI值之间的关系2.52.01.51.00.50(/)(/)SVmLLSVIMLSSgL混合液(1L)30min静沉形成的活性污泥容积(mL)混合液(1L)中悬浮固体干重(g)湿污泥（mL/L）9(5)污泥龄（SRT）生物固体平均停留时间或活性污泥在曝气池的平均停留时间，即曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量之比，用公式表示：θc＝X●V/△X式中：——θc为污泥龄——X为曝气池中活性污泥浓度（MLSS），kg/m3——V为曝气池容积，m3——△X为曝气池内每日增长的活性污泥量，即需排放的活性污泥量，kg/d10θc是活性污泥处理系统设计、运行的重要参数，在理论上也具重要意义。不同泥龄代表不同微生物的组成泥龄越长，微生物生长时间越长，则微生物增殖慢，但其个体大；反之，泥龄短，微生物增长速度快，个体小，出水水质相对差。世代时间长于污泥龄的微生物在曝气池中不可能繁衍成为优势菌种。θc长短与工艺组合密切相关，不同的工艺，微生物的组合、比例、个体特征有所不同。污水处理就是通过控制泥龄或排泥，优选或驯化微生物的组合，实现污染物的降解和转化。？11(6)负荷：a、BOD污泥负荷：Ns＝QSa/XV＝F/M(有机污染物量/活性污泥量)Q——污水流量，m3/dSa——原污水中有机污染物浓度（BOD），mg/L即：单位重量活性污泥，在单位时间内能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物的量（BOD）c、BOD污泥负荷和BOD容积负荷的关系式：Nv＝NsXb、BOD容积负荷：Nv＝QSa/V指：单位曝气池容积在单位时间内能够接受并将其降解到预定程度的有机污染物的量（BOD）。12BOD污泥负荷是活性污泥法设计、运行的一个重要参数。负荷与污水处理的技术经济性有关。负荷高则有机物降解速度与污泥增殖量加大，曝气池容积小，投资省，但其泥龄短，处理出水水质不高；负荷过低则曝气池容积加大，投资加大，曝气量加大，出水水质较高。应选择适宜的负荷，同时还要避开0.5~1.5kgBOD/kgMLSS.d负荷区间。01002005004003002.52.00.51.52.50SVI高负荷一般负荷低负荷BOD-污泥负荷率(kgBOD/kgMLSS·d)01000200040003000图17-2污泥负荷与SVI值之间的关系2.52.01.51.00.5013活性污泥MLSS=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—吸附在活性污泥上的不能被微生物降解的有机物4）Mii—吸附在活性污泥上的无机物3．活性污泥组成挥发性活性污泥MLVSS=Ma+Me+Mi141）细菌：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）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌3）原生动物：肉足虫、鞭毛虫、纤毛虫等。通过辨认原生动物的种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生物。原生动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。4．活性污泥微生物的分类（Ma）15活性污泥法的基本流程12.1.2161．初期吸附去除阶段（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2．微生物的代谢（有机物的稳定阶段）12.1.3活性污泥法降解污水中有机物的过程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17HOH2yxCOO)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1819对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析得到结论废水中的有机物残留在废水中的有机物从废水中去除的有机物微生物不能利用的有机物微生物能利用的有机物微生物能利用而尚未利用的有机物微生物不能利用的有机物微生物已利用的有机物（氧化和合成）（吸附量）增殖的微生物体氧化产物2012.2活性污泥的发展12.2.1活性污泥法曝气反应池的基本形式12.2.2活性污泥法的发展与演变12.2.3污水生物脱氮除磷工艺的发展12.2.4膜生物反应器（MBR）2112.2.1.1推流式曝气池污水与回流污泥一般从池体的一端进入，水流呈推流状态，理论上在曝气池推流横断面上各点浓度均匀一致，纵向不存在混流，底物浓度在进口端最多，沿池长逐渐降低，至池出口端最低。12.2.1活性污泥法曝气反应池的基本形式（1）平面布置推流曝气池长宽比为：5~10（2）横断面布置池深与有效水深之比为1~2。有效水深一般4~6m。2211068792354图17-11传统活性污泥法系统1--经预处理后的污水；2--活性污泥反应器--曝气池；3--从曝气池流出的混合液；4--二次沉淀池；5--处理后污水；6--污泥泵站；7--回流污泥系统；8--剩余污泥；9--来自空压机站的空气；10--曝气系统与空气扩散装置2312.2.1.2完全混合活性污泥法sNNFNF特点1)耐冲击负荷，特别适应于工业废水处理2)池内水质均匀一致，各点相同，3)池内需氧均匀，动力消耗小于推流式4)出水水质比推流式差，活性污泥易产生膨胀各部分工况几乎完全一致，可通过来调整工作情况完全混合活性污泥法工艺流程图242512.2.1.2封闭环流式反应器特点1)既有推流又有完全混合两种流态的特点2)进水迅速混合后在沟渠内循环流动3）循环流速0.25~0.35m/s4）停留时间10~24h5）短时间呈现推流形式，长时间呈现完全混合特征6）反应器缓冲能力高26进水曝气沉淀排水排泥注水—反应—排水的间歇式反应类型12.2.1.2序批式反应池2712.2.2活性污泥法的发展与演变12.2.2.1传统推流式（普通活性污泥法）1．传统活性污泥法的特征：1)有机物的吸附与代谢在一个曝气池中连续进行2)活性污泥经历了一个生长周期：对数增长期→减速增长期→内源呼吸期。经历了有机物吸附与代谢二个阶段。3)有机污染浓度由大→小，耗氧速率由大→小。∴池首往往供氧不足，后段供氧过剩，池前段DO浓度较低，沿池长逐渐增高2．优点：%90，BOD处理效果好3．缺点：1)不适应冲击负荷和有毒物质因为是推流式，进入池中的污水和回流污泥在理论上不与池中原有的混合液混合。∴水质的变化对活性污泥影响较大2)前段供氧不足，后段供氧过剩（延池长均匀供氧）3)Ns不高，曝气池V大，占地大传统活性污泥法流程图2811068792354图17-11传统活性污泥法系统1--经预处理后的污水；2--活性污泥反应器--曝气池；3--从曝气池流出的混合液；4--二次沉淀池；5--处理后污水；6--污泥泵站；7--回流污泥系统；8--剩余污泥；9--来自空压机站的空气；10--曝气系统与空气扩散装置2912.2.2.2渐减曝气法渐减活性污泥法的特征：供氧量沿池长逐步减少，使其接近需氧量12.2.2.3阶段曝气法特点1)分段多点进水，负荷分布均匀，均化了需氧量，避免了前段供氧不足，后段供氧过剩的缺点2)提高了耐水质、水量冲击负荷的能力3)活性污泥浓度沿池长逐渐降低303112.2.2.4高负荷活性污泥法tQVQVt；，.1不完全处理活性污泥法短时曝气2.特点1).曝气时间短（1.5～3.0h）,Ns高（1.5～3.0kgBOD/kgMLSS·d），ηBOD（65～75%)低2).池容积小3).出水水质不好3212.2.2.5延时曝气活性污泥法tQVQVt；、.1低负荷长时间曝气2.特点1)Ns非常小，只有0.05～0.10kgBOD/kgMLSS·d2)曝气时间t长（24h以上），污泥处于内源呼吸期，剩余污泥量少且稳定，池容积大3)出水水质好，对原污水有较强的适应能力，无需设初沉池，只适合于小城镇污水处理（Q≤1000m3/d）。污泥不需进行厌氧消化处理4)基建费和运行费较高