《生化池的设计》PPT课件.ppt

废水处理工程主讲 白春节生物与环境学院环境科学系2007-03-04,城市污水处理常用工艺流程图,格栅,沉沙池,生物处理池,二沉池,进水,出水,清渣,排沙,剩余污泥,初沉池,消毒池,污泥回流,污泥浓缩池,污泥厌氧消化,脱水外运,加药,上清液,上清液,液体,第4讲 活性污泥法设计与计算,4.1 生物处理法简介,4.2 活性污泥法设 计与计算,思考题 习题,4.1 废水的生物处理方法简介,一、生物处理原理与定义二、生物处理方法特点三、微生物生长规律四、影响微生物生长的因素五、污水可生化性评价六、生物处理方法简介,一定义与原理 废水的生物处理方法是利用生物的新陈代谢作用，对废水中的污染物质进行转化和稳定、使之无害化的处理方法。,复杂的有机物,高级有机物,H2,乙酸,CH4,4%,76%,20%,28%,72%,24%,52%,（1）水解阶段,2产氢产乙酸阶段,3产甲烷阶段,厌氧菌的生化过程,好氧菌的生化过程,二方法特点 对污染物进行转化和稳定的主体是微生物。由于微生物具有来源广、易培养、繁殖快、对环境适应性强、易变异等特性，因此在使用上能较容易地采集菌种进行培养增殖，并在特定条件下进行驯化使之适应有毒工业废水的水质条件。微生物的生存条件温和，新陈代谢过程中不需高温高压，它是不需投加催化剂的催化反应，用生化法促使污染物的转化过程与一般化学法相比优越得多。,三 微生物的生长（1）微生物的新陈代谢(i)分解代谢：好氧分解代谢：好氧菌在好氧条件下，将有机物分解为二氧化碳和水，并释放出能量的过程；厌氧分解代谢：厌氧菌在厌氧条件下，将复杂的有机物分解为简单的有机物和无机物，再被甲烷菌进一步转化为甲烷和二氧化碳等，并释放出能量的过程；(ii)合成代谢：将低能化合物合成为生物体的过程。,（2）微生物的生长繁殖规律 微生物生长分为以下四个时期：a)停滞期，细菌需要适应环境，经过一段时间后才能在新的培养基中生长繁殖，故细菌数有所减少；b)对数期，微生物适应了环境，利用环境中营养迅速增长，增长速率达到最大；c)静止期，微生物总数达到最大，并恒定一段时间，代谢产物抑制微生物生长；d)衰亡期，微生物因缺乏营养而死亡，总数减少。,四 微生物的营养及影响因素：（1）微生物生长的营养(i)主要为C、N、P称为碳源、氮源、磷源。(ii)营养对微生物的作用：a)提供合成细胞质时需要的物质；b)作为细胞增长和生物合成反应时的能源；c)充当产能反应所释放的电子的受体。,（2）环境对微生物生长的影响因素(i)温度：按细胞对温度需求分为嗜冷菌（510），中温菌（2540），嗜热菌（5060）；(ii)溶解氧：根据好氧性不同分为好氧微生物和厌氧微生物；(iii)pH：需氧微生物处理要求6.58.5，厌氧微生物处理要求6.77.4；(iv)营养物要求：好氧生物处理对营养物的要求为C：N：P=100：5：1；(v)有毒物质：抑制微生物的新陈代谢(vi)进水有机物浓度：好氧处理中进水BOD5宜在5001000之间（过高则溶解氧不足），且不低于100（过低则营养物不足）；,五 污水的可生化性评价（1）污水的可生化性定义（2）主要评价方法(i)相对耗氧速率法(ii)生化呼吸线法(iii)有关水质指标法(iv)微生物脱氢酶含量或ATP含量法,六 处理方法分类好氧法和厌氧法处理区别：起作用的微生物群不同；产物不同；反应速率不同；对环境条件要求不同；对进水BOD要求不同。,生物处理法,好氧生物法,厌氧生物法,自然条件下,人工条件下,自然条件下,人工条件下,水体自净天然水体和氧化塘,土壤净化污水灌溉,悬浮生物法活性污泥法及其变种、氧化塘、氧化沟,固着生物法生物滤池、生物转盘、接触氧化、好氧生物流化床,高温堆肥、厌氧塘,悬浮生物法厌氧消化.上流式厌氧污泥床.高温堆肥.化粪池,固着生物法厌氧滤池.厌氧流化床,活性污泥法 主要内容,1 活性污泥法的基本原理 L2 活性污泥法的分类L3 活性污泥的评价指标 L4 影响活性污泥法处理效果的因素 L5 活性污泥增长规律L,6 曝气的方法与设备 L7 活性污泥法的设计计算 L8 活性污泥法的发展和演变L9 活性污泥法的运行管理L10 活性污泥法的运行方式L,1 活性污泥法的基本原理,1）基本流程 定义：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。,出水,剩余污泥,进水,回流污泥,空气,曝气池,二沉池,活性污泥法处理印染废水,2）活性污泥的组成,活性污泥组成：（1）活性的微生物（2）微生物自身氧化的残留物（3）吸附在活性污泥上不能被生物降解的有机物和无机物组成。其中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统。,活性污泥通常为黄褐色絮状颗粒，其直径一般为0.022mm，含水率一般为99.299.8，密度因含水率不同而异。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例如：含蛋白质的污水有利于产碱杆菌属和芽孢杆菌属，而糖类污水或烃类污水则有利于假单孢菌属。在一定的能量水平(即细菌的活动能力)下，细菌构成了活性污泥的絮凝体的大部分，并形成菌胶团，具有良好的自身凝聚和沉降性能。在活性污泥中，除细菌外还出现原生动物，是细菌的首次捕食者，继之出现后生动物，是细菌的第二次捕食者。,活性污泥絮体,3）净化过程与机理,（1）初期去除与吸附作用在很多活性污泥系统里，当污水与活性污泥接触后很短的时间（1045 min)内就出现了很高的有机物(BOD)去除率。这种初期高速去除现象是吸附作用所引起的。由于污泥表面积很大(可达200010000m2/m3混合液)，且表面具有多糖类粘质层，因此，污水中悬浮的和胶体的物质是被絮凝和吸附去除的。,（2）微生物的代谢作用活性污泥中的微生物以污水中各种有机物作为营养，在有氧的条件下，将其中一部分有机物合成新的细胞物质(原生质)，对另一部分有机物则进行分解代谢，即氧化分解以获得合成新细胞所需要的能量，并最终形成CO2和H2O等稳定物质。,（3）絮凝体的形成与凝聚沉降,（i）如果形成菌体的有机物不从污水中分离出去，这样的净化不能算结束。（ii）为了使菌体从水中分离出来，现多采用重力沉降法。如果每个菌体都处于松散状态，由于其大小与胶体颗粒大体相同，它们将保持稳定悬浮状态，沉降分离是不可能的。为此，必须使菌体凝聚成为易于沉降的絮凝体。（iii）絮凝体的形成是通过丝状细菌来实现的。,2 活性污泥法的分类,1）分类：（1）按废水和回流污泥的进入方式及其在曝气池中的混合方式，活性污泥法可分为推流式和完全混合式两大类。（i）推流式活性污泥曝气池有若干个狭长的流槽，废水从一端进入，在曝气的作用下，以螺旋方式推进，流经整个曝气池，至池的另一端流出，随着水流的过程，污染物被降解。此类曝气池又可分为平行水流(并联)式和转折水流(串联)式两种。,推流式曝气池示意图（平行水流式）,出水,剩余污泥,进水,回流污泥,空气,二次沉淀池,曝气池,推流式曝气池示意图（转折水流式）,剩余污泥,进水,回流污泥,空气,二次沉淀池,出水,曝气池,推流式活性污泥法的特点：,（a）废水中污染物浓度自池首至池尾是逐渐下降的，由于在曝气池内存在这种浓度梯度，废水降解反应的推动力较大，效率较高；（b）推流式曝气池可采用多种运行方式；（c）曝气池可以做的比较大，不易产生短路，适合于处理量比较大的情况；（d）氧的利用率不均匀，入流端利用率高，出流端利用率低，会出现池尾供气过量的现象，增加动力费用。,（ii）完全混合式活性污泥法：,完全混合式曝气池，是废水进入曝气池后在搅拌的作用下迅速与池中原有的混合液充分混合，因此混合液的组成、微生物群的量和质是完全均匀一致的。这意味着曝气池中所有部位的生物反应都是同样的，氧吸收率都是相同的。,完全混合式活性污泥法的特点：,（a）抗冲击负荷的能力强，池内混合液能对废水起稀释作用。（b）由于全池需氧要求相同，能节省动力；（c）有时曝气池和沉淀池可合建，不需要单独设置污泥回流系统，便于运行管理；（d）连续进水、出水可能造成短路，易引起污泥膨胀。（e）池子体积不能太大，因此一般用于处理量比较小的情况，比较适宜处理高浓度的有机废水。,（2）按供氧方式，活性污泥可分为鼓风曝气式和机械曝气式两大类。,（i）鼓风曝气式是采用空气(或纯氧)作氧源，以气泡形式鼓入废水中。它适合于长方形曝气池，布气设备装在曝气池的一侧或池底。气泡在形成、上升和破坏时向水中传氧并搅动水流。适用于大型曝气池（ii）机械曝气式是用专门的曝气机械，剧烈地搅动水面，使空气中的氧溶解于水中。通常曝气机兼有搅拌和充氧作用，使系统接近完全混合型。适用于小型曝气池（iii）联合曝气,鼓风曝气,鼓风曝气,鼓风曝气,3 活性污泥的评价指标,（1）混合液悬浮固体(mixed liquor suspension solid,MLSS)混合液是曝气池中污水和活性污泥混合后的混合悬浮液。混合液固体悬浮物数量是指单位体积混合液中干固体的含量，单位为mg/L或g/L，工程上还常用kg/m3，也称混合液污泥浓度（一般用X表示）。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24g/L。,（2）混合液挥发性悬浮固体(mixed liquor volatile suspension solid,MLVSS)指混合液悬浮固体中的有机物的重量，单位为mg/L、g/L或kg/m3。把混合液悬浮固体在600焙烧，能挥发的部分即是挥发性悬浮固体，剩下的部分称为非挥发性悬浮固体（MLNVSS）。一般在活性污泥法中用MLVSS表示活性污泥中生物的含量。在一般情况下，MLVSS/MLSS的比值较固定，对于生活污水，常在0.75左右。对于工业废水，其比值视水质不同而异。,（3）污泥沉降比(settling volume,sludge sedimentation ratio,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30 min沉降比。正常的活性污泥在沉降30min后，可以接近它的最大密度，故污泥沉降比可以反映曝气池正常运行时的污泥量。可用于控制剩余污泥的排放。它还能及时反映出污泥膨胀等异常情况，便于及早查明原因，采取措施。污泥沉降比测定比较简单，并能说明一定问题，因此它成为评定活性污泥的重要指标之一。,（4）污泥体积指数(sludge volume index,SVI)污泥体积指数简称污泥指数（SI），系指曝气池污泥混合液经30min沉降后，1g干污泥所占的体积（以mL计）。单位为mL/g，但经常省略。计算式如下：,它与污泥沉降比有如下关系：SVI=(SV10)/MLSS式中：MLSS的单位为g/L，SVI以百分数代入。,SVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚、沉降性能。,SVl值过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附力；SVI值过高，说明污泥难于沉降分离，并使回流污泥的浓度降低，甚至出现污泥膨胀，导致污泥流失等后果。一般认为，处理生活污水时SVI200时，沉降性能不好。一般控制SVI为50150之间较好。,（5）活性污泥的生物相,活性污泥中出现的是普通的微生物。主要是细菌、放线菌、真菌、原生动物和少数其他微型动物。在正常情况下，细菌主要以菌胶团形式存在，游离细菌仅出现在未成熟的活性污泥中，也可能出现在废水处理条件变化(如毒物浓度升高、pH值过高或过低等)，使菌胶团解体时。游离细菌多是活性污泥处于不正常状态的特征。,4 影响活性污泥法处理效果的因素,一、污泥负荷,二、污泥龄(ts或c)和水力停留时间（HRT）,三、溶解氧(dissolved oxygen,DO),四、营养物(nutrients),五 pH值,六、水温(temperature),七、有毒物质(toxic materials),八 污泥回流比,一 污泥负荷（1）定义：在活性污泥法中，一般将有机物（BOD5）与活性污泥(MLSS)的重量比值(F:M)，称为污泥负荷，一般用N表示。（2）分类：污泥负荷又分为重量负荷和容积负荷。（i）重量负荷(NS）即单位重量活性污泥在单位时间内所承受的BOD5量，单位为kgBOD5/(kgMLSSd)。,污泥负荷的计算公式,式中：Q废水的处理量，m3/d；V曝气池的有效容积，m3；S0进水BOD5浓度，kg/m3；X活性污泥浓度，kgMLSS/m3。,（ii）容积负荷（NV）是曝气池单位有效容积在单位时间内所承受的BOD5量，单位为kgBOD5/(m3d)。,为了表示有机物的去除情况，也采用去除负荷Nr，即单位重量活性污泥在单位时间所去除的有机物重量。,Nr去除负荷；Se出水BOD浓度。,(3)污泥负荷的影响,（i）污泥负荷与废水处理效率、活性污泥特性、污泥生成量、氧的消耗量有很大关系，是设计活性污泥法时的主要参数。温度对污泥负荷的选择也有一定影响。（ii）污泥负荷影响活性污泥特性。采用不同的污泥负荷，微生物的营养状态不同，活性污泥絮凝和沉降性也就不同。（iii）实践表明，在一定的活性污泥法系统中，污泥的SVI值与污泥负荷之间有复杂的变化关系。,BOD负荷及水温对污泥SVI的影响,低SVI负荷区2,高SVI负荷区2,高SVI负荷区1,低SVI负荷区1,低SVI负荷区3,(iv)SVI与污泥负荷曲线是具有多峰的波形曲线，有三个低SVI的负荷区和两个高SVI的负荷区。如果在运行时负荷波动进入高SVI负荷区，污泥沉降性差，将会出现污泥膨胀。(v)一般在高负荷时应选择在1.5-2.0kgBOD/kgMLSSd范围内，中负荷时为0.2-0.4kgBOD/kgMLSSd，低负荷时为0.030.05kgBOD/kgMLSSd,二、污泥龄(ts或c)和水力停留时间（HRT）,污泥龄（sludge age)是曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的污泥量之比，单位是d。在运行稳定时，曝气池中活性污泥的量保持常数，每日排出的污泥量也就是新增长的污泥量。污泥龄也就是新增长的污泥在曝气池中平均停留时间，或污泥增长一倍平均所需要的时间。,污泥龄也称固体平均停留时间或细胞平均停留时间。污泥龄是影响活性污泥处理效果的重要参数。水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)是指水在处理系统中的停留时间，单位也是d。HRTV/Q，V是曝气池的体积；Q是废水的流量。,三、溶解氧(dissolved oxygen,DO),对推流式活性污泥法，氧的最大需要量出现在污水与污泥开始混合的曝气池首端，常供氧不足。供氧不足会出现厌氧状态，妨碍正常的代谢过程，滋长丝状菌。供氧量一般用混合液溶解氧的浓度表示。活性污泥絮凝体的大小不同，所需要的最小溶解氧浓度也就不一样。絮凝体越小，与污水的接触面积越大，也越利于对氧的摄取，所需要的溶解氧浓度就小。反之絮凝体大，则所需的溶解氧浓度就大；为了使沉降分离性能良好，较大的絮凝体是所期望的，因此溶解氧浓度以2mg/L左右为宜。,四、营养物(nutrients),在活性污泥系统里，微生物的代谢需要一定比例的营养物，除以BOD表示的碳源外，还需要氮、磷和其他微量元素。生活污水含有微生物所需要的各种元素，但某些工业废水却缺乏氮、磷等重要元素。一般认为对氮、磷的需要应满足以下比例，即BOD:N:P=100:5:1。,五 pH值,对于好氧生物处理，pH值一般以6.58.5为宜。pH值低于6.5，真菌即开始与细菌竞争，降低到4.5时，真菌将占优势，严重影响沉降分离。pH值超过8.5时，代谢速度受到阻碍。需要指出的是pH值是指混合液而言。对于碱性废水，生化反应可以起缓冲作用。对于以有机酸为主的酸性废水，生化反应也可以起缓冲作用。,六、水温(temperature),在微生物酶系统不受变性影响的温度范围内，水温上升就会使微生物活动旺盛，就能够提高反应速度。水温上升还有利于混合、搅拌、沉降等物理过程，但不利于氧的转移。对于生化过程，一般认为水温在2030时效果最好，35以上和l0以下净化效果即降低。,七、有毒物质(toxic materials),对生物处理有毒害作用的物质很多。毒物大致可分为重金属、H2S等无机物质和氰、酚等有机物质。这些物质对细菌的毒害作用，或是破坏细菌细胞某些必要的生理结构，或是抑制细菌的代谢进程。毒物的毒害作用还与pH值、水温、溶解氧、有无其他毒物及微生物的数量或是否驯化等有很大关系。,八 污泥回流比,污泥回流比是指回流污泥的流量与曝气池进水流量的比值，一般用百分数表示，符号为R。污泥回流量的大小直接影响曝气池污泥的浓度和二次沉淀池的沉降状况，所以应适当选择，一般在2050之间，有时也高达150。,5 活性污泥增长规律,活性污泥中的微生物是多菌种的混合群体，其生长繁殖规律比较复杂，但也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。在每个阶段，有机物(BOD)的去除率、去除速率、氧的利用速度及活性污泥特征等都各不相同。,活性污泥微生物增长曲线,污泥浓度,氧利用率,BOD浓度,6 曝气方法与设备,6.1 曝气的作用：（1）供氧；（2）搅拌混合作用，使活性污泥在混合液中保持悬浮状态，与废水充分接触混合。6.1 曝气的方法：鼓风曝气 机械爆气 鼓风机械曝气联合,6.3 曝气原理,气液传质过程通常遵循一定的传质扩散理论，气液传质理论目前有：双膜理论浅层理论表面更新理论目前工程和理论上应用较多的为双膜理论。,双膜理论,双膜理论认为，在气-水界面上存在着气膜和液膜，气膜外和液膜外有空气和液体流动，属紊流状态，气膜和液膜间属层流状态，不存在对流。L在一定条件下会出现气压梯度和浓度梯度。如果液膜中氧的浓度低于水中氧的饱和浓度，在其界面存在的浓度梯度将促使氧向液膜传递，空气中的氧继续向内扩散透过液膜进入水体，因而液膜和气膜将成为氧传递的障碍，这就是双膜理论。,双膜理论示意图,气相主体,界面,Cs,层流,液相主体,C,pg,pi,Pg表示气相中氧的分压,Pi表示界面处氧的分压,Cs表示界面处水中氧的浓度,C表示水中氧的浓度,氧传递过程的基本方程如下:,式中：dC/dt氧的传递速率(氧进入水的速率)，mg/(Lh)；C液相氧的实际浓度，mg/L；Cs氧的饱和浓度，mg/L；KLa液相总传质系数，1/h。,克服液膜障碍的最有效的方法是快速变换气-水界面，曝气搅拌正是如此。曝气时推动氧分子通过液膜的动力是水中氧的饱和浓度Cs和实际浓度C的差。LCs决定于空气中氧的分压，所以最终起决定作用的推动力是氧分压，而C值由微生物的耗氧速率确定。L氧的传递速率同气、液两相的界面面积成正比，由于其面积难于估算，所以把它的影响包括在传质系数内，故KLa叫总传质系数。KLa的倒数单位是时间，可以把它看作是把溶解氧浓度从C增加到Cs所需的时间。L,6.4 曝气设备,6.4.1 衡量曝气设备效能的指标有动力效率EP、氧转移效率EA和充氧能力。（i）动力效率EP是指消耗1kWh电能所转移到液体中去的氧量，单位为kg/kWh。（ii）氧转移效率EA也称氧利用率，它是指鼓风曝气转移到液体中的氧占供给氧的百分数：EA=(Ro/W)100。其中：W供氧量，kg/h；Ro吸氧量，kg/h。对于鼓风曝气，各种扩散装置在标准状态下的EA值是事先通过脱氧清水的曝气试验测定得出的，一般为515左右。（iii）充氧能力是指叶轮或转刷在单位时间内转移到液体中的氧量kg/h。,鼓风曝气,鼓风曝气是传统的曝气方法，它由加压设备、扩散装置和管道系统三部分组成。加压设备一般采用回转式鼓风机，也有采用离心式鼓风机的，为了净化空气，其进气管上常装设空气过滤器，在寒冷地区，还常在进气管前设空气预热器。,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。,扩散板是用多孔性材料制成的薄板，有陶土制、塑料制或其他材料制成的，其形状可做成方形或长方形，方形扩散板尺寸通常为300300（2540)mm，扩散板安装在池底一侧的预留槽上，空气由竖管进入槽内，然后通过扩散板进入混合液。扩散板的通气率一般为l1.5m3/m2min，氧利用率约10，充氧动力效率约为2kgO2/kWh。缺点是板的孔隙小、空气通过时压力损失大、容易堵塞。,扩散板及其安装方式,扩散管示意图,扩散管是由陶质多孔管组成，其内径4475mm，壁厚614mm，长60Omm，每l0根为一组，通气率为1215m3/根h。目前用软管代替陶质多孔管,圆帽盖型扩散器,网状膜扩散器,该曝气器采用网状膜代替曝气盘用的各种曝气板材，其网很薄，网上的孔径笔直，滤水透气效果均优于微孔板材，不易发生堵塞。网膜采用聚醋酸纤维制成的。网状膜曝气器采用底部供气，空气经分配器第一次切割后均匀分布到气室内，高速气流经切割分配到网状膜的各个部位受到阻挡，然后通过特制网膜微孔的第二次切割形成微小气泡(直径23mm)匀地分布扩散到水中。,膜片微孔曝气器,曝气器的气体扩散装置采用微孔合成橡胶膜片，膜片上开有150200m的同心圆布置的5000个自闭式孔眼。,当充气时空气通过布气管道，并通过底座上的孔眼进入膜片和底座之间，在空气的压力作用下，使膜片微微鼓起，孔眼张开，达到布气扩散的目的。,优点：不堵塞，可以省去空气滤清装置。,穿孔管曝气器及布置方式（中）,竖管（大）,竖管曝气是在曝气池的一侧布置以横管分支成梳形的竖管，竖管直径在l5mm以上，离池底150mm左右。下图所示为一种竖管扩散器及其布置的示意图。竖管属于大气泡扩散器，由于大气泡在上升时形成较强的紊流并能够剧烈地翻动水面，从而加强了气泡液膜层的更新和从大气中吸氧的过程,竖管扩散器及其布置形式,水力剪切扩散装置,属于水力剪切扩散装置的有倒盆式、射流式、固定螺旋式和撞击式等右图是倒盆式扩散器,倒盆式扩散器,射流式曝气器,固定螺旋式曝气器,国内外开始使用一种称为固定螺旋式曝气器(也称静态曝气器)的装置。它是由35节筒体组成的，每节为 300(450)300，每节内安装着90度或180度转动的固定螺旋叶片，相邻两节螺旋叶片旋转方向相反，相错90度，空气从筒底部进入曝气筒形成气水混合液。混合液在筒内反复与器壁碰撞，迂回上升，空气泡在上升的过程中被螺旋叶片反复切割，形成小气泡。,固定螺旋曝气器,6.4.3 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。曝气叶轮有安装在池中与鼓风曝气联合使用的，也有安装在池面的，后者称“表面曝气”。表面曝气具有构造简单，动力消耗小，运行管理方便，氧吸收率高的优点，故应用较多。常用的表面曝气叶轮有泵型，倒伞型和平板型。,几种叶轮曝气器,不同形式的转刷曝气器,不同的转刷曝气器,各类曝气设备的性能,标准状态是指用清水作曝气实验，水温20，标准大气压，初始水中溶解氧为0,实际数据是指用废水作实验，水温15，海拔150m，水中溶解氧保持2mg/L,6.4.3 曝气设备比较,6.4.4 曝气器的选择原则,（i）对于较小的曝气池，采用机械曝气器能减少动力费用，并省去鼓风曝气所需的管道系统和鼓风机等设备，维护管理也比较方便。这类曝气器的缺点是，转速高，其动力消耗随曝气池的增大而迅速增大，所以曝气池不能太大。这种曝气器需要较大的表面积，因此曝气池的深度也受到限制。还有，如果曝气池中产生泡沫，将严重降低充氧能力。（ii）较大的曝气池，一般用鼓风曝气。供应空气的伸缩性较大，曝气效果也较好。鼓风曝气的缺点是需要鼓风机和管道系统。曝气头易堵塞。,7 活性污泥法的计算,设计内容,生化池的尺寸,曝气设备选择,确定何种类型生化池,按照负荷或反应时间确定有效容积,按照池型确定尺寸,按照有关公式计算出需氧量并转化成所需空气量,按照空气量选择机械曝气机,按照空气量和风压选择机械鼓风机,鼓风管道系统布置,按照空气量确定风管直径,按照公式计算风压,7.1设计中需要理解的几点,Q,S0 Si,进水,曝气池V,Xave,二次沉淀池,回流污泥RQ,Se,Xr,Q+RQSe,Xave,Q-QwSe,Xe,排放污泥IQw,Xave,Se,排放污泥IIQw,Xr,Se,出水,（1）推流活性污泥法各符号的意义,（2）污泥负荷对需氧量的影响,理论上，去除lkgBOD应消耗lkgO2。从需氧量看,微生物降解过程总需氧量包括有机物去除(用于分解和合成)的需氧量以及有机体自身氧化需氧量之和，在工程上，常表示为：,式中：O2每日系统的需氧量，kg/d；a有机物代谢的需氧系数，kg/kg BOD；b污泥自身氧化需氧系数，kg/kg MLSSd；Nr去除负荷，kg BOD/kg MLSSd。,把Nr代入上式得：,等式两边除以Q(S0-Se)，得：,再把Nr代入，得：,即去除每单位质量BOD的需氧量随污泥负荷升高而减小。在活性污泥法中，一般a=0.250.76，平均0.47；b=0.100.37，平均0.17。,7.2 活性污泥法的设计计算,曝气池的设计计算 主要是根据进水情况和出水的要求，选择曝气池的类型，所需的供氧量和排除的剩余活性污泥量等。,一、有机物负荷率法（1）污泥负荷 指单位重量活性污泥在单位时间内所能承受的BOD5量 去除负荷 指单位重量活性污泥在单位时间内所去除的BOD5量,（2）容积负荷 是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受的BOD5量 NV=QS0/V NV,r=Q(S0-Se)/V,曝气池体积的计算,V=QS0/Nv 或=Q(S0-Se)/NV,r,有机物负荷率法例题,有机物负荷率法,回流比 R=Qr/Q=0.78,二、劳伦斯和麦卡蒂（Lawrence-McCarty）法,细胞平均停留时间,c V/Qw,二、劳伦斯-麦卡蒂（Lawrence-McCarty）法,细胞平均停留时间,二、劳伦斯-麦卡蒂法1、劳伦斯和麦卡蒂根据莫诺特方程提出了 曝气池中基质去除速率和微生物浓度的关系方程：,dS/dt=KSx/(Ks+S),2、微生物的增长和基质的去除关系方程：dx/dt=y(dS/dt)-Kdx或 dx/dt=yobs(dS/dt),二、劳伦斯-麦卡蒂（Lawrence-McCarty）法,稳态时，dx/dt=0，并假定 x0=0，则,因此，曝气池内污泥浓度,曝气池体积 V=cYQ(S0-Se)/x(1+kdc),对系统进行微生物量衡算,二、劳伦斯-麦卡蒂（Lawrence-McCarty）法,排除的剩余活性污泥量计算,dx/dt=yobs(dS/dt)dx/yobs=ds=(S0-Se),1/c=yQ(S0-Se)/vx kd=yx/（yobs vx）kd,所以,剩余活性污泥量（以挥发性悬浮固体表示）x=yobs Q(S0-Se),所需的空气量计算,理论耗氧量=有机物氧化的耗氧量-转化为剩余污泥的有机体的有机物耗氧量,有机物氧化的耗氧量=有机物完全氧化的需氧量BODu=Q(S0-Se)10-3/0.68（kg/d）,转化为剩余污泥的有机体的有机物耗氧量=1.42 x（kg/d）,其中，BOD5=0.68BODu氧化1kg微生物所需的氧量为1.42kg,则系统每天的需氧量为O2=Q(S0-Se)10-3/0.68-1.42 x,回流比 R=Qr/Q=0.78,8 活性污泥法的发展和演变,一、普通曝气法,全池呈推流型，停留时间为48h，污泥回流比2050%，池内污泥浓度23g/L，剩余污泥量为总污泥量的10%左右。优点在于因曝气时间长而处理效率高，一般BOD去除率为9095%，特别适用于处理要求高而水质比较稳定的废水。,二、渐减曝气,三、阶段曝气法,四、完全混合法,五、延时曝气法 曝气时间长，约2448h，污泥负荷低，约0.050.2kgBOD5/kgVSSd，曝气池中污泥浓度高，约36g/L。微生物处于内源呼吸阶段，剩余污泥少而稳定，无需消化，可直接排放。BOD去除率7595%。运行是对氮、磷的要求低，适应冲击的能力强。,六、氧化沟 当用转刷曝气时，水深不超过2.5m，沟中混合液流速0.30.6m/s。,七、接触稳定（吸附再生）法,可提高池容积负荷，适应冲击负荷的能力强，最适于处理含悬浮和胶体物质较多的废水，如制革废水、焦化废水等。,八、纯氧曝气 在密闭的容器中，溶解氧饱和浓度可提高，氧溶解的推动力提高，氧传递速率增加，污泥的沉淀性能好。曝气时间短，约1.53.0h，MLSS较高，约40008000mg/L。,九、活性生物滤池（ABF）工艺,塔高46m，设计负荷率为3.2kg/m3d，去除率65%，塔的出流含氧率达68mg/L，混合液需氧速率可达30300mg/Lh。,十、吸附-生物降解工艺（AB）,A级以高负荷或超高负荷运行（污泥负荷大于2.0kgBOD5/kgMLSSd），B级以低负荷运行（污泥符合一般为0.10.3kgBOD5/kgMLSSd），A级曝气池停留时间短，3060min，B级停留24h。,十一、序批式活性污泥法（SBR法）,返回,9 活性污泥法的运行管理,1）活性污泥的培养和驯化2）活性污泥法的试运行（1）目的：确定最佳运行条件（2）考虑因素（3）控制条件,返回目录,一、活性污泥的培养与驯化(一)活性污泥的培养(二)活性污泥的驯化,二、活性污泥运行中常见的问题(一)污泥膨胀 广义地把活性污泥的凝聚性和沉降性恶化，以及处理水混浊的现象总称为活性污泥的膨胀。描述污泥膨胀程度的指标有30min沉降比、污泥容积指数。污泥膨胀可大致区分为丝状体膨胀和非丝状体膨胀两种。,当丝状体过多，长出一般絮体的边界而伸入混合液时，其架桥作用妨碍了絮体间的密切接触，致使沉降较馒，密实性差和SVI高，这叫做丝状菌性膨胀污泥。当发生非丝状菌性污泥膨胀时，同样SVI高，污泥在沉淀池内难以沉淀、压缩。此时的处理效率仍很高，上清液也清澈。,造成丝状菌性污泥膨胀的原因(1)溶解氧浓度 丝状菌能在低溶解氧条件下生长良好，甚至能在厌氧条件下残存而不受影响。所以城市污水厂的曝气池溶解氧最低应保持在2mg/L左右。(2)冲击负荷 如果曝气池内有机物超过正常负荷，污泥膨胀程度提高，使絮体内部溶解氧消耗提高，导致了内部丝状体的发展。,(3)进水营养条件的变化 一般细菌在营养为BOD5：N：P100：5：1的条件下生长，但若磷含量不足，CN升高，这种营养情况适宜丝状菌生活。其二是硫化物的影响，过多的化粪池的腐化水及粪便废水进入活性污泥设备，会造成污泥膨胀。含硫化物的造纸废水，也会产生同样的问题。一般是加510mL/L氯加以控制或者用预曝气的方法将硫化物氧化成硫酸盐。其三是碳水化合物过多会造成膨胀。,还有pH值和水温的影响，丝状菌易在高温下生长繁殖，而菌胶团则要求温度适中；丝状菌宜在酸性环境(pH值=4.56.5)中生长，菌胶团宜在pH值68的环境中生长。,造成非丝状菌性污泥膨胀的原因 经研究，非丝状菌性膨胀污泥含有大量的表面附着水，细菌外面包有黏度极高的粘性物质，这种粘性物质是有葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖、脱氧核糖等形成的多糖类。非丝状菌性污泥膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高时。此时，细菌吸取了大量营养物，但代谢速度慢，就积贮起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的表面附着水大大增加，致使SVI升高，形成污泥膨胀。,解决污泥膨胀的办法,概括起来就是预防和抑制 预防:加强管理，及时监测水质、曝气池污泥沉降比、污泥指数、溶解氧等，发现异常情况，及时采取措施。抑制:污泥发生膨胀后，要针对发生膨胀的原因，采取相应的制止措施：当进水浓度大和出水水质差时，应加强曝气提高供氧量，最好保持曝气池溶解氧在2mgL以上；加大排泥量，提高进水浓度，促进微生物新陈代谢过程，以新污泥置换老污泥；曝气池中含碳高而且碳氮比失调时，投加含氮化合物；,加氯可以起凝聚和杀菌双重作用，在回流污泥中投加漂白粉或液氯可抑制丝状菌生长(加氯量按干污泥的0.30.4%估计)，调整pH值。,(二)污泥上浮 1、污泥脱氮上浮硝化（曝气池负荷小而供氧量过大时）反硝化（二沉池中长时间处于缺氧状态）N2使污泥上浮 防止污泥脱氮上浮的方法：减少曝气，防止硝化出现；及时排泥，增加回流量，减少污泥在沉淀池中的停留时间；减少曝气池进水量，以减少二沉池中的污泥量。,二、活性污泥运行中常见的问题,2、污泥腐化上浮 沉淀池内污泥由于缺氧而产生厌氧分解产生大量甲烷及二氧化碳气体附着在污泥体上污泥比重变小而上浮 造成污泥腐化的原因有：二沉池内污泥停留时间过长；局部区域污泥堵塞。解决腐化的措施是：加大曝气量，以提高出水溶解氧含量；疏通堵塞，及时排泥,（三）污泥的致密与减少污泥容积指数减少会使污泥失去活性。引起污泥致密的原因有：进水中无机悬浮物突然增多；环境条件恶化，有机物转化率降低；有机物浓度减少。造成污泥减少的原因有：有机物营养减少；曝气时间过长；回流比小而剩余污泥排放量大；污泥上浮而造成污泥流失等。解决方法：投加营养料；缩短曝气时间或减少曝气量；调整回流比和污泥排量；防止污泥上浮，提高沉淀效果,(四)泡沫问题当废水中含有合成洗涤剂及其它起泡物质时，就会在曝气池表面形成大量泡沫，严重时泡沫层可高达1m多。泡沫的危害表现为：表面机械曝气时，隔绝空气与水接触，减小以至破坏叶轮的充氧能力；在泡沫表面吸附大量活性污泥固体时，影响二沉池沉淀效率，恶化出水水质；有风时随风飘散，影响环境卫生。抑制泡沫的措施有：在曝气池上安装喷洒管网，用压力水(处理后的废水或自来水)喷洒，打破泡沫；定时投加除沫剂(如机油、煤油等)以破除泡沫。油类物质投加量控制在0.51.5mgL范围内；提高曝气池中活性污泥的浓度。,10 活性污泥法的运行方式,1）普通活性污泥法2）渐减曝气活性污泥法3）多点进水活性污泥法4）吸附再生活性污泥法5）完全混合活性污泥法6）延时曝气活性污泥法7）氧化沟8）AB法9）SBR法,活性污泥法二沉池设计要求,1、按照水力表面负荷设计表面积2、也可按照固体表面负荷kg/m2.d计算表面积：要求150kg/(m2.d)3、池边水深建议值：直径10-20m，深3.0m；20-30m，h=3.5，大于30，h=4m4、污泥区按不小于2小时贮泥量考虑，计算公式为：V=4（1+R）QR/（1+2R），泥斗中的污泥浓度按混合液浓度及底流浓度平均值计算。5、澄清区要求最小深度为1.5m,返回目录,例题,某城市污水处理厂设计流量Q=4167m3/h，曝气池混合液悬浮浓度X=3kg/m3，回流污泥浓度Xu=8kg/m3,回流比R=0.6,试求周边进水二次沉淀池的各部分尺寸。,