水污染控制工程第12-2章.ppt
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1、第六章 污水的好氧生物处理(二)活性污泥法,第五节 去除有机污染物的活性污泥法过程设计,活性污泥系统工艺设计,应把整个系统作为整体来考虑,包括曝气池、二沉池、曝气设备、回流设备等,甚至包括剩余污泥的处理处置。,主要设计内容:(1)工艺流程选择;(2)曝气池容积和构筑物尺寸的确定;(3)二沉池澄清区、污泥区的工艺设计;(4)供氧系统设计;(5)污泥回流设备设计。,主要依据:水质水量资料 生活污水或生活污水为主的城市污水:成熟设计经验 工业废水:试验研究设计参数,工艺流程的选择,需要调查研究和收集的基础资料:1.污水的水量水质资料 水量关系到处理规模,多种方法分析计算,注意收集率和地下水渗入量;水
2、质决定选用的处理流程和处理程度。2.接纳污水的对象资料 3.气象水文资料 4.污水处理厂厂址资料 厂址地形资料;厂址地质资料。5.剩余污泥的出路调研,流程选择是活性污泥设计中的首要问题,关系到日后运转的稳定可靠以及经济和环境效益,必须在详尽调查的基础上进行技术、经济比较,以得到先进合理的流程。,一、曝气池容积的计算:纯经验方法,劳伦斯(Lawronce)和麦卡蒂(McCarty)法,有机物负荷率法,麦金尼(McKinney)法,有机物负荷率的两种表示方法,活性污泥负荷率NS(简称污泥负荷),曝气区容积负荷率NV(简称容积负荷),1、有机物负荷法,重点,难点,污泥负荷率是指单位质量活性污泥在单位
3、时间内所能承受的BOD5量,即:,式中:Ns污泥负荷率,kg BOD5/(kgMLVSSd);qv与曝气时间相当的平均进水流量,m3/d;s0曝气池进水的平均BOD5值,mg/L;s曝气池中的污泥浓度,mg/L。,污泥负荷率,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,即:,式中:Nv容积负荷率,kg(BOD5)/(m3d)。,容积负荷率,根据上面任何一式可计算曝气池的体积,即:,s0和qv是已知的,x和N可参考教材中表145选择。对于某些工业污水,要通过试验来确定x和N值。污泥负荷率法应用方便,但需要一定的经验。,qv进水流量;Qvw排除的剩余活性污泥流量;qvr污泥回流量;
4、x 曝气池中的微生物浓度;xe出流水中带走的微生物浓度;xr回流污泥中的微生物浓度;s0进水基质浓缩;s出流基质浓度;V曝气池体积。,2、污泥龄法,微生物平均停留时间,又称污泥龄,是指反应系统内的微生物全部更新一次所用的时间,在工程上,就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩余微生物量的比值。以C表示,单位为d。(掌握),对上图所示系统进行微生物量的物料平衡计算:,整理后即得,污水中的x0很小,可以忽略不计,因而x0=0,在稳定状态下dx/dt=0且,二、剩余活性污泥量计算,1、按污泥龄计算,根据yobs以及上面的物料平衡式可推得:,则剩余活性污泥量Px(以挥发性悬浮固体表示的剩余活性污泥量)
5、为:,(重要),表观产率系数,2、按污泥表观产率系数计算,难点,三、确定所需的空气量,难点,仔细看课本P143-147,1、根据有机物降解需氧量、率和内源代谢需氧率计算 O2=a Q Sr+b V Xv P143(12-68)以上计算为平均需氧量。O2(max)=k a Q Sr+b V Xv k=1.2,有机物在生化反应中有部分被氧化,有部分合成微生物,形成剩余活性污泥量。因而所需氧量为:,空气中氧的含量为23.2,氧的密度为1.201kg/m3。将上面求得的氧量除以氧的密度和空气中氧的含量,即为所需的空气量。,K为氧当量系数。当M表示为C5H7NO2时,k=1.42;当M表示为C5H9O2
6、.5N时,k=1.37,2、微生物对有机物的氧化分解需氧量,难点、重点,P144(12-73),城市污水的深度处理,第六节 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,城市污水经传统的二级处理以后,虽然绝大部分悬浮固体和有机物被去除了,但还残留微量的悬浮固体和溶解的有害物,如氮和磷等的化合物。氮、磷为植物营养物质,能助长藻类和水生生物,引起水体的富营养化,影响饮用水水源。,太湖的富营养化,第一小节 氮、磷的去除,一、氮的去除,废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。,1.化学法除氮,(1)吹脱法:,2.生物法脱氮,(1)生物脱氮机理,生物脱氮是在微生物的作用下,将有机氮和氨态氮转化为N2和
7、NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。,同化作用去除的氮依运行条件和水质而定,如果微生物细胞中氮含量以12.5%计算,同化氮去除占原污水BOD的2%5%,氮去除率在8%20%。,硝化反应是在好氧条件下,将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。,总反应式为:,硝化细菌是化能自养菌,生长率低,对环境条件变化较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄、pH、有机负荷等都会对它产生影响。,硝化反应:,硝化过程的影响因素:,(a)好氧环境条件,并保持一定的碱度:硝化菌为了获得足够的能量用于生长,必须氧化大量的NH3和NO2-,氧是硝化反应的电子受体,反应器内溶解氧含量的高低,必将影响硝化反应的进程,
8、在硝化反应的曝气池内,溶解氧含量不得低于1mg/L,多数学者建议溶解氧应保持在1.22.0mg/L。在硝化反应过程中,释放H+,使pH下降,硝化菌对pH的变化十分敏感,为保持适宜的pH,应当在污水中保持足够的碱度,以调节pH的变化,lg氨态氮(以N计)完全硝化,需碱度(以CaCO3计)7.14g。对硝化菌的适宜的pH为8.08.4。,硝化过程的影响因素:,(b)混合液中有机物含量不应过高:硝化菌是自养菌,有机基质浓度并不是它的增殖限制因素,若BOD值过高,将使增殖速度较快的异养型细菌迅速增殖,从而使硝化菌不能成为优势种属。(c)硝化反应的适宜温度是2030,15以下时,硝化反应速度下降,5时完
9、全停止。,(d)除有毒有害物质及重金属外,对硝化反应产生抑制作用的物质还有高浓度的NH4-N、高浓度的NOx-N、高浓度的有机基质、部分有机物以及络合阳离子等。,反硝化反应是指在无氧的条件下,反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。,反硝化菌属异养兼性厌氧菌,在有氧存在时,它会以O2为电子进行呼吸;在无氧而有NO3-或NO2-存在时,则以NO3-或NO2-为电子受体,以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。,总反应式为:,反硝化反应:,在反硝化菌代谢活动的同时,伴随着反硝化菌的生长繁殖,即菌体合成过程,反应如下:,式中:C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。
10、反硝化还原和微生物合成的总反应式为:,从以上的过程可知,约94的NO3-N经异化过程还原,6经同化过程合成微生物。,反硝化过程的影响因素:,(a)碳源:能为反硝化菌所利用的碳源较多,从污水生物脱氮考虑,可有下列三类:一是原污水中所含碳源,对于城市污水,当原污水BOD5/TKN35时,即可认为碳源充足;二是外加碳源,多采用甲醇(CH3OH),因为甲醇被分解后的产物为CO2和H2O,不留任何难降解的中间产物;三是利用微生物组织进行内源反硝化。(b)pH:对反硝化反应,最适宜的pH是6.57.5。pH高于8或低于6,反硝化速率将大为下降。,注意,反硝化过程的影响因素:,(c)溶解氧浓度:反硝化菌属异
11、养兼性厌氧菌,在无分子氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的条件下,它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸,使硝酸盐还原。另一方面,反硝化菌体内的某些酶系统组分,只有在有氧条件下,才能够合成。这样,反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条件下进行,溶解氧应控制在0.5 mg/L以下。(d)温度:反硝化反应的最适宜温度是2040,低于15反硝化反应速率最低。为了保持一定的反硝化速率,在冬季低温季节,可采用如下措施:提高生物固体平均停留时间;降低负荷率;提高污水的水力停留时间。,在反硝化反应中,最大的问题就是污水中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。,注意了,(2)生物脱氮工艺,(a)三段生物脱氮工
12、艺:P148,将有机物氧化、硝化以及反硝化段独立开来,每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。,两段式,(b)前置缺氧好氧生物脱氮工艺:P149,该工艺将反硝化段设置在系统的前面,又称前置式反硝化生物脱氮系统。,反硝化反应以水中的有机物为碳源,曝气池中含有大量的硝酸盐的回流混合液,在缺氧池中进行反硝化脱氮。,缺氧-好氧生物脱氮工艺,其特点,见P149,后置,与前置式相反。,(C)Bardenpho生物脱氮工艺:P150,设立两个缺氧段,第一段利用原水中的有机物为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液进行反硝化反应。,为进一步提高脱氮效率,废水进入第二段反硝化反应器,利用内源呼吸
13、碳源进行反硝化。,曝气池用于吹脱废水中的氮气,提高污泥的沉降性能,防止在二沉池发生污泥上浮现象。,机理:1、反应器DO分布不均理论:氧化沟系统2、缺氧微环境理论:活性污泥絮体3、微生物学理论:反硝化菌硝化,硝化菌反硝化,(d)同步硝化反硝化(SNdN)过程 P150,磷也是有机物中的一种主要元素,是仅次于氮的微生物生长的重要元素。磷主要来自:人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。危害:促进藻类等浮游生物的繁殖,破坏水体耗氧和复氧平衡;使水质迅速恶化,危害水产资源。,二、污水中磷的去除,常规活性污泥法的微生物同化和吸附;,如何去除以达到排放标准?,生物强化除磷;,投加化学药剂除磷。
14、,常规活性污泥法的微生物同化和吸附,普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重的1.5%2.0%,通过同化作用可去除磷12%20%。,生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥中磷含量占到干重5%6%。,生物强化除磷工艺,如果还不能满足排放标准,就必须借助化学法除磷。,生物强化除磷工艺,利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对污水中溶解性磷酸盐过量吸收作用,然后沉淀分离而除磷。,污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为乙酸苷;而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态下,将体内积聚的聚磷分解,分解产生的能量一部分供聚磷菌生存,另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB(聚-羟基丁酸)的形态储藏
15、于体内。,聚磷分解形成的无机磷释放回污水中,这就是厌氧释磷。,厌氧环境中:,进入好氧状态后,聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动,部分供其主动吸收污水中的磷酸盐,以聚磷的形式积聚于体内,这就是好氧吸磷。,剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌,也就是从污水中去除的含磷物质。,普通活性污泥法通过同化作用除磷率可以达到12%20%。而具生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥中含磷量可以占到干重5%6%,去除率基本可满足排放要求。,好氧环境中:,生物除磷机理,(1)厌氧环境条件:(a)氧化还原电位:Barnard、Shapiro等人研究发现,在批式试验中,反硝化完成后,
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