第13章1活性污泥法xin

黄天寅好氧生物处理—活性污泥系统活性污泥法起源于大自然的启示：如果让污水进入天然水体，可通过水体中微生态系统的自净功能得到处理。模仿天然水体的净水过程，于是就有了活性污泥法。因此，活性污泥法从本质上与水塘处理污水的过程相似，是水塘净水过程的人工强化。在我国，活性污泥法是处理各类有机污水最广泛使用的方法。它能从污水中去除溶解和胶体状的可生物降解有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质。磷和氮的化合物）也能部分地被去除。活性污泥法既适用于大流量的污水处理，也适用于小流量的污水处理。运行方式灵活，有机物去除效率较高，但日常运行费用以及管理要求较高。基本概念什么是活性污泥？1912年英国的CIark和Gage发现，对污水长时间曝气会产生一些絮状体，同时水质会得到明显的改善。继而Arden和Lockett对这一现象进行了研究。曝气试验是在瓶中进行的，每天试验结束时把瓶子倒空，第二天重新开始，他们发现由于瓶子清洗不完善，瓶壁附着一些棕褐色的絮状体时，处理效果反而好。因此，他们把它称为活性污泥。随后，他们在每天结束试验前，把曝气后的污水静止沉淀，只倒去上层净化清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，这样大大缩短了污水处理的时间。这个试验的工艺化便是于1916年建成的第一个活性污泥法污水处理厂。活性污泥中大量的细菌，还有真菌，原生动物和后生动物组成了一个特有的微生态系统。正是这些微生物（主要是细菌）以污水中的有机物为食料，进行代谢和繁殖，才降低了污水中有机物的含量。活性污泥如何降解水中的有机物？活性污泥法的基本流程活性污泥法是由曝气池、二次沉淀池、污泥回流设施和剩余污泥排除系统所组成。活性污泥法的基本流程活性污泥法的基本流程污水和回流活性污泥一起进人曝气池形成混合液。曝气池通过曝气设备充氧，使活性污泥混合液产生好氧代谢反应。曝气不仅传递氧气进人混合液，且使混合液得到足够的搅拌而呈悬浮状态。这样，污水中的有机物、氧气同微生物能充分接触和反应。随后混合液流人沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉下来和水分离。流出沉淀池的就是净化水。沉淀池中沉淀下来的污泥大部分回流，称为回流污泥。回流污泥的目的是使曝气池内保持一定的微生物浓度。曝气池中的生化反应引起了微生物的增殖，增殖的微生物通常从沉淀池中排除，以维持活性污泥系统的稳定运行。这部分污泥叫剩余污泥。剩余污泥中含有大量的微生物，排放环境前应进行处理，防止污染环境。从上述流程可以看出，要使活性污泥法形成一个实用的处理方法，污泥除了有氧化和分解有机物的能力外，还要有良好的凝聚和沉淀性能，以使活性污泥能从混合液中分离出来，得到澄清的出水。活性污泥中的细菌是一个混合群体，常以菌胶团的形式存在，游离状态的较少。菌胶团是由细菌分泌的多糖类物质将细菌包覆成的粘性团块，使细菌具有抵御外界不利因素的性能。菌胶团是活性污泥絮凝体的主要组成部分。另一方面，游离状态的细菌不易沉淀，而混合液中的原生动物可以捕食这些游离细菌，这样沉淀池的出水就会更清彻，因而原生动物有利于出水水质的提高。活性污泥法有那些基本要素？活性污泥法的基本要素：•活性污泥；•营养物质；•供氧；•活性污泥与水的充分接触。活性污泥指标：•活性污泥的活性怎样？•活性污泥的沉降性能怎样？•活性污泥的数量是多少？上述要素如何在曝气池中得到体现？曝气池的构造曝气池是活性污泥法处理系统的核心设施，活性污泥法系统的处理效果在很大程度上取决于曝气池的功能是否能够正常发挥。在水处理工程设计中，曝气池的工艺构造设计是前述活性污泥法四大要素的具体体现。曝气池的水力学类型曝气池作为生化反应器，它的池型与所需反应器的水力特征密切相关。反应区构造主要分为三种类型：•推流式反应器；•完全混合式反应器；•推流-混合结合型反应器。每一种类型曝气池的工艺构造主要可分为：•进水与进泥布置；•生化反应区；•曝气设备；•出水区。推流式曝气池(1)平面布置推流曝气池的长宽比一般为5～10。为了便于布置，长池可以两折或多折，污水从一端进，另一端出。进水方式不限；出水常用溢流堰。推流曝气池一般采用鼓风曝气。(2)横断面布置推流曝气池的池宽和有效水深之比一般为l～2。有效水深最小为3m，最大为9m。根据横断面上的水流情况，又可分为平移推流和旋转推流。平移推流是曝气池底铺满扩散器，池中的水流只有沿池长方向的流动。这种池型的横断面宽深比可以大些。旋转推流是在这种曝气池中，扩散器装于横断面的一侧。由于气泡形成的密度差，池水产生旋流。池中的水沿池长方向流动外，还有侧向旋流，形成了旋转推流。平流推移式旋转推流式完全混合曝气池完全混合曝气池的池型可以为圆型也可以为方型或矩型。曝气设备可采用表面曝气机，置于池的表层中心，污水进人池的底部中心。污水一进池，在表面曝气机的搅拌下，立即和全池混合，水质均匀，不象推流那样前后段有明显的区别。完全混合曝气池可以和沉淀池分建和合建，因此可以分为分建式和合建式。分建式表面曝气机的充氧和混合性能同池型关系密切。当采用泵型叶轮，线速度在4～5m／s时，曝气池的直径与叶轮的直径之比宜为4.5～7.5，水深与叶轮的直径比宜为2.5～4.5。当采用倒伞型和平板型叶轮时，叶轮直径与曝气池的直径之比宜为1／3～l／5。分建式虽然不如合建式用地紧凑，且需专设的污泥回流设备，但运行上便于调节控制。运行中的表面曝气池运行中的表面曝气池合建式合建式表面曝气池结构紧凑，沉淀池与曝气池合建于一个圆型池中，沉淀池设于外环，与中间的曝气池底有回流污泥缝相通，靠表曝机造成的水位差使回流污泥循环。为了使回流污泥缝不堵塞，缝隙较大，但这样有时又使回流污泥流量过大。由于曝气池和沉淀池合建于一个构筑物，难于分别控制和调节，运行不灵活，出水水质难于保证。合建式表面曝气池结合型曝气池在推流曝气池中，也可以用多个表曝机充氧和搅拌，对于每一个表曝机所影响的范围内，则为完全混合，而对全池而言，又近似推流。此时相邻的表曝机旋转方向应相反，否则两机间的水流会互相冲突。也可用横向挡板在机与机之间隔开，避免互相干扰。这种池型各池可以独立，就成为完全混合；也可以各池串联，成为近似推流，运行灵活。为了曝气池投产时驯化活性污泥，各类曝气池在设计时，都应在池深1/2处留排液管。使用表曝机充氧的推流式曝气池中间设有隔板的表曝机充氧推流式曝气池曝气设备曝气设备主要分为鼓风曝气和机械曝气。鼓风曝气系统是由空气净化器，鼓风机，空气输配管系统和浸没于水中的扩散器组成。鼓风机供应一定的风量，风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体呈悬浮状态；风压则要满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压；空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。扩散器是整个鼓风曝气系统的关键部件，它的作用是将空气分散成空气泡，增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。根据分散气泡的大小，扩散器又可分成几种类型：（1）小气泡扩散器典型的小气泡扩散器是由微孔材料（陶瓷、砂砾，塑料）制成的扩散板或扩散管。气泡直径可达1.5rnm以下。扩散板曝气（2）中气泡扩散器常用穿孔管和莎纶管。穿孔管的孔眼直径为2～3mm，孔口的气体流速不小于10m／s，以防堵塞。国外常用莎纶管。莎纶是一种合成纤维。莎纶管以多孔金属管为骨架，管外缠绕莎纶绳。金属管上开了许多个孔，压缩空气从小孔逸出后，从绳缝中以气泡的形式挤人混合液。空气之所以能从绳缝中挤出，是由于莎纶富有弹性。穿孔管曝气（3）大气泡扩散器常用竖管，气泡直径为15mm左右。竖管曝气（4）微气泡扩散器射流曝气器属于微气泡曝气器，气泡直径在100μm左右。它通过混合液的高速射流，将引人的空气切割粉碎为微气泡，使混合液和微气泡充分混合和接触，促进了氧的传递，提自高了反应速率。射流曝气通常扩散器的气泡愈大，氧的传递速率愈低，然而它的优点是堵塞的可能性小，空气的净化要求也低，养护管理比较方便。微小气泡扩散器由于氧的传递速率高，反应时间短，曝气池的容积可以缩小，但有时易于堵塞。因而选择何种扩散器要根据工程特点进行具体分析和选择。鼓风曝气用鼓风机供应压缩空气，常用罗茨鼓风机和离心式鼓风机。罗茨鼓风机适用于中小型污水厂，但噪声大，必须采取消音、隔音措施；离心式鼓风机噪声小，且效率高，适用于大中型污水厂，但国内产品规格还不多。机械曝气鼓风曝气是水下曝气，机械曝气则是表面曝气。机械曝气是用安装于曝气池表面的表面曝气机来实现的。（1）竖式曝气机竖式表曝机的转动轴与水面垂直，装有叶轮。当叶轮转动时，使曝气池表面产生水跃，把大量的混合液水滴和膜状水抛向空气中，然后挟带空气形成水气混合物回到曝气池中。由于气水接触界面增大，从而使空气中的氧很快溶入水中。随着曝气机的不断转动，表面水层不断更新，氧气不断地溶入，同时池底含氧量小的混合液向上环流和表面充氧区发生交换，从而提高了曝气池混合液的溶解氧含量。因为池液的流动状态同池形有密切的关系，故曝气的效率不仅决定于曝气机的性能，还同曝气池的池形有密切关系。竖式表曝机表曝机叶轮的淹没深度一般在10～100mm，可以调节。淹没深度大时提升水量大，但所需功率亦会增大，叶轮转速一般为20～100r／min，因而电机需通过齿轮箱变速，同时可以进行二挡和三挡调速，以适应进水水量和水质的变化。我国目前应用的这类表曝机有泵型，倒伞型和平板型。其中泵型表曝机已有系列产品。泵型、倒伞型和平板型表曝机（2）卧式曝气刷这类曝气机的转动轴与水面平行，主要用于氧化沟。在垂直于转动轴的方向装有不锈钢丝（转刷）或板条，用电机带动，转速在50-70r/min,淹没深度为(1/3-1/4)转刷直径。转动时，钢丝或板条把大量液滴抛向空中，并使液面剧烈波动，促进氧的溶解；同时推动混合液在池内回流，促进溶解氧的扩散。卧式曝气刷曝气设备性能指标比较各种曝气设备性能的主要指标有：•氧转移率，单位为mgO2／L·h；•充氧能力（或动力效率）即每消耗1kw·h动力能传递到水中的氧量（或氧传递速率），单位为kgO2／kw·h；•氧利用率，通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的百分比，单位为％。各类曝气设备的性能资料标准状态现场扩散空气系统小气泡40～601.2～2.00.7～1.4中气泡20～301.0～1.60.6～1.0大气泡10～200.6～1.20.3～0.9射流曝气器40～1201.2～2.40.7～1.4低速表面曝气器10～901.2～2.40.7～1.3低速表面曝气器加导管60～901.2～2.40.7～1.4高速浮动曝气机1.2～2.40.7～1.3转刷式曝气机1.2～2.40.7～1.3曝气设备氧转移率/(mg.L-1.h-1)动力效率/(kgO2.kw-1.h-1)此表中的标准状态是指用清水做曝气试验，水温20℃，大气压力为101.325kPa，最初水中的溶解氧浓度为0。现场实验用的是污水，水温为15℃，海拔150m，α＝0.85，β=0.9。表中各类曝气设备的性能都不是一个绝对值，而是一个范围，这是由于同类设备中还有不同结构的产品。同时在现场试验中，曝气池的形式和深度也影响其性能。上面已提及各类曝气设备除了要满足充氧要求外，还应满足如下最低的混合强度（常以单位池底面积，单位时间内的曝气量表示）要求：满铺的小气泡扩散器2.2m3／m2·h；旋流的大中气泡扩散器1.2m3／m2·h；机械曝气13W／m3。活性污泥法的各种工艺形式渐减曝气在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的。因此等距离均量地布置扩散器是不合理的。实际情况是：前半段氧远远不够，后半段供氧超过需要。渐减曝气的目的就是合理的布置扩散器，使布气沿程变化，而总的空气用量不变，这样可以提高处理效率。多点进水在30年代，纽约市污水厂的曝气池空进气量供应不足，厂总工程师把人流的一部分从池端引到池的中部分点进水，解决了问题。使同样的空气量，同样的池子，得到了较高的处理效率。图14—22分布曝气示意图3．完全混合法美国1950年以前建造的曝气池全是狭长的条形池，按推流设计。由于前段需氧量很大，因而通过渐减曝气池来解决。