好氧活性污泥法的基本原理课件.ppt

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1、水污染治理技术,第三章 3.1好氧活性污泥法的基本原理,3.1好氧活性污泥法的基本原理,活性污泥法的定义 以“活性污泥”为主体的污水处理方法，是污水中污染物生物自然降解净化的人工强化方法。活性污泥：微生物群体及其吸附的有机物质和无机物质的总称，悬浮态存在污水中。,一、活性污泥法基本工艺流程,活性污泥法基本工艺组成1.初沉池（初次沉淀池）功能：去除可沉物和漂浮物，减轻后续处理设施的负荷。（去除可沉物、油脂和漂浮物的50%、BOD的20%）促进胶体颗粒吸附絮凝，强化分离效果。调节水质和水量，减缓对后续处理系统的冲击。可在初沉池前投加含铁混凝剂，强化除磷效果。,适用范围：生活污水和悬浮物较高的工业污

2、水均易采用初沉池预处理主要形式：平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池、斜板沉淀池2.曝气池功能：提供泥、水充分接触的混合条件，提供污水停留时间，满足好氧微生物所需溶解氧量，实现分解水中的各类污染污。即实现人工强化的场所。是整个活性污泥处理工艺的核心,主要形式：推流式、完全混合式、封闭环流式（根据污水在池内的流动形态）推流式曝气池：污水一端进入，水平推进，另一端流出 池中污染物浓度沿流动方向递减,优缺点：运行经验较多，运行稳定耐冲击能力较低，适用于进水水质稳定的污水占地面积大，基建费用高曝气方式：多为鼓风曝气布置形式：单廊道和多廊道典型工艺：传统活性污泥法、阶段曝气法、生物吸附法的曝气池,完

3、全混合式曝气池 池体一般呈圆形、方形或矩形，水深一般3-5m；圆形和方形池从中间进水，周边出水；矩形池从一边长边进水，另一长边出水；全池污染物浓度基本一致，有较强抗冲击负荷能力,优缺点：具有较强的抗冲击负荷能力池中需氧量均衡，动力消耗低于推流式曝气池完全混合曝气池传质推动力小，容易发生短流出水水质较推流式差，易发生污泥膨胀曝气方式：机械曝气和鼓风曝气布置形式：合建式和分建式,封闭环流式曝气池上述两种类型的一种综合。污水进入反应池后，在曝气设备的作用下快速、均匀的与反应池中混合液混合，混合后的水在封闭的沟渠中循环流动。曝气池的平面形状：长方形廊道、圆形及环形；曝气方式：鼓风曝气、机械曝气及机械鼓

4、风曝气式。典型工艺：氧化沟,3.沉淀池功能：进行泥水分离，使混合液澄清保证出水水质，使沉淀污泥得到浓缩；提供回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度。它的作用效果直接影响活性污泥处理系统的出水水质和回流污泥的浓度。主要形式：平流式沉淀池、竖流式沉淀池和辐流式沉淀池（根据水流方向）其中以辐流式应用最广。,4.曝气系统 功能：提供好氧微生物新陈代谢过程所需要的溶解氧；混合搅拌的作用，使微生物和污染物充分接触，强化生化反应的传质过程。主要分类：鼓风曝气装置和机械曝气装置。鼓风曝气装置组成：鼓风机房和布气系统、曝气装置,5.污泥回流系统功能：维持曝气池内污泥浓度相对平衡；组成：由回流污泥泵、回流污泥管道或渠道

5、组成；回流泵将二沉池沉淀污泥回流到曝气池，维持曝气池的污泥浓度，保证曝气池的处理效果；同时通过调整回流量的大小，控制曝气池的运行状况。6.剩余污泥处理系统功能：维护活性污泥的浓度，保护生物的活性，需要稳定地向系统外排放污泥，这部分污泥就是剩余污泥。,二、活性污泥的组成与性状1.活性污泥的组成具有新陈代谢功能的微生物；微生物内源呼吸而自身氧化的残留物；被污泥絮体吸附的难降解有机物；被污泥絮体吸附的无机物。废水生物处理的主体:微生物,细菌、真菌、藻类、原生动物及后生动物。,细菌：废水生物处理过程中最主要的微生物。细菌以异养型的原核细菌为主细菌是以溶解性物质为食物的单细胞微生物。存在形式：菌胶团,球

6、菌,杆菌,螺旋菌,分类:根据需氧情况不同:根据能源利用情况的不同:根据生长温度的不同:特点：具有较高的增殖速率具有较强分解有机物并将其转化为无机物质的功能。具有数量的优势，每毫升成熟活性污泥中细菌数大致在107109个,好氧细菌兼性细菌厌氧细菌,自养菌异养菌,低温菌(1015C)中温菌(1545C)高温菌(45C),真菌多细胞的异养型微生物，属于专性好氧微生物特点:能在低温和低pH值的条件生长 在生长过程中对氮的要求较低 能降解纤维素。,丝状菌大量出现，会产生污泥膨胀现象,霉菌,原生动物和后生动物作用：促进生物絮凝；净化作用；(3)指示性作用。原生动物和后生动物的种属与数量的变化，与出水水质相

7、关，可作为指示生物。水质好（BOD2030）：鞭毛类原生动物、根足虫、变形虫,活性污泥中常见的三类原生动物：肉足类、鞭毛类、纤毛类。它们的主要食物对象是细菌。净化作用仅次于细菌,变形虫,草履虫,吸管虫,活性污泥中常出现的后生动物：轮虫、线虫和寡毛类，它们通常以细菌、原生动物以及活性污泥碎片为食,轮虫,钟虫,2.活性污泥的性状深（黄）褐色的絮绒状颗粒呈不定形状，微具土壤味。絮体大小介于0.020.2mm之间；具有较大的表面积（20100cm2/mL）；较高的含水率（一般在99以上）；污泥中的主要成分为有机物，占75%85%,3.活性污泥的结构与功能活性污泥工艺中，细菌是以菌胶团的形式存在菌胶团发

8、育良好，活性污泥的絮凝、吸附及沉淀等功能才能正常发挥，才有助于污泥沉淀菌胶团和丝状菌形成一个共同的微生物体系。丝状菌作为污泥絮体的骨架，菌胶团附着在其表面上，形成结构紧密、沉降性能良好的污泥絮体。处于平衡状态时，沉淀性能较好；不平衡时，细菌离散，污泥膨胀，沉淀性差。,活性污泥的功能主要功能是去除有机物同时还存在硝化细菌和反硝化细菌脱氮除磷，通过聚磷菌的厌氧释磷、好氧吸磷，然后排泥去污水中的磷,三、活性污泥法生物降解与增长规律1.生物降解的过程及原理 是物理、化学、物理化学以及生物化学等综合反应的过程。结果是污水得到净化，微生物获得能量合成新的细胞，使活性污泥得到增长活性污泥净化反应过程初期吸附

9、去除；微生物的代谢；絮凝与沉淀。,初期吸附去除 污水开始与活性污泥接触的较短时间（大概为510min）内，污水中的有机污染物被大量吸附到活性污泥的表面，从而与水分离。,图3.2曝气时间与BOD的关系,在30min内，BOD的去除率可高达70,被吸附的悬浮态和胶态有机物，在细菌胞外酶的作用下，变成可溶性有机物扩散到污水中，致使污水中的BOD回升,初期吸附的速度主要取决于两点：微生物的活性；决定着活性污泥的吸附、凝聚功能 反应器内水力扩散程度与水动力学的规律。影响了活性污泥和污染物的接触程度,因此，曝气池内对活性污泥进行足够的曝气，提高污泥活性和接触程度，一定程度上可促进吸附，但过分曝气，将导致活

10、性污泥自身氧化过分，也会降低吸附去除效果。,微生物的代谢,分解代谢（异化作用）,合成代谢（同化作用）,內源代谢反应缺乏营养物质,无论分解代谢还是合成代谢，都能够去除污水中的有机污染物，但产物不同，分解代谢产物主要是二氧化碳和水，一般可直接排入环境；而合成代谢产物是新生的微生物细胞和內源代谢的残渣，通常以剩余污泥的形式排出系统，对其应采取妥善处理，否者会造成二次污染。,絮凝与沉淀絮凝与沉淀：参与有机物代谢的微生物，在代谢反应过程中会形成絮凝体颗粒，进入沉淀池后，从混合液中沉淀分离出来，这一过程就是活性污泥的絮凝与沉淀过程絮凝体的形成是污泥沉淀的关键：它是活性污泥的基本结构。它能够防止微型动物对游

11、离细菌的吞噬，并承受曝气等外界不利因素的影响，更有利于与处理水的分离。,絮体形成的原因细菌体内积累的聚-羟基丁酸释放到液相中，促使细菌间相互凝聚，结成绒粒；微生物摄食过程释放的黏性物质促进凝聚外界营养不足时细菌内部能量降低，表面电荷减少，细菌颗粒间的结合力大于排斥力，形成絮体颗粒固液分离的好坏，直接影响出水水质。固液分离的方法有重力沉淀（常用）和气浮法沉淀是混合液中固相活性污泥颗粒同污水分离的过程。,2.微生物的增长规律定义：污染物降解过程中，微生物的生长、增值规律，常用增殖曲线描述。增殖曲线是指在某些关键的环境条件下（温度、溶解氧等满足微生物生长要求），营养物质一次充分投加后，一定量初始微生

12、物种群进行代谢活动，产生的微生物数量随时间的增殖和衰减规律。微生物的增长曲线可以分成四个阶段：停滞期、对数增殖期、减速增殖期和内源呼吸期（见图3.4）,图3.4 活性污泥增长曲线,生物处理过程三要素,（1）停滞期停滞期也称适应期、调整期或延迟期。培养的初期，微生物刚进入新的培养环境中，细胞中的酶系统对环境的适应阶段。停滞期的特点：经过这一时期后，微生物从数量上没有较大增殖；菌体体积有所增大；对应的酶系统已经形成；产生了适应新环境的变异，为污水净化做了充足准备 BOD5、COD等各项污染指标并无较大变化,(2)对数增殖期也称对数生长期或等速增殖期。适应期后，有机营养物丰富，是微生物快速度增加的阶

13、段对数增殖期的特点：微生物数量上以几何级数N=N02n关系增加；有机物降解速度非常快，溶解氧的需求量大；微生物活性很强，污泥质地松散，不能形成较好的絮凝体，污泥的沉淀性能不佳；不宜采用此阶段作为实际活性污泥处理的运行工况,(3)减速增殖期也称稳定期或平衡期。营养物质成为微生物增殖的控制因素的阶段。微生物增殖减慢，活的微生物总数趋近稳定减速增殖期的特点：活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；污水中残存的有机物浓度较低，且整个系统运行稳定；减速增殖期的长短可控：与菌种和外界环境有关，通过添加营养物质，并排出代谢物，可控制微生物在对数增殖期。实际运行中多将曝气池的运行工况控制在减速增殖期。,(4)

14、内源呼吸期又称为衰减期。微生物开始利用自身贮存的物质甚至菌体组成成分作为养料，维持生命。内源呼吸期的特点：活的微生物总量下降：微生物自身代谢而逐步死亡；溶解氧的需要量也下降；污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差。实际运行中个别活性污泥法工艺的工况设置在这一阶段，如延时曝气法。,增值曲线的意义：综上所述，决定污水中微生物数量和增殖曲线上升或下降的主要因素是环境中的营养物质。实际应用中，可通过对污水中营养物质（有机污染物）的控制，控制污水处理系统中微生物的增长和增殖曲线各个阶段的延续时间，对活性污泥处理系统有着重要的意义。,3.活性污泥增长曲线的应用 活性污泥增长曲线反应的主要关系：有

15、机物质微生物数量 我们把污水中有机物的量与微生物的量的比值简称为食料比F/M（也表示为污泥负荷，F代表营养物，M代表微生物量）F/M随着培养时间是不断变化的，不同时期值不同，初期比值较高，后期比值低。,F/M值高低对微生物的代谢影响；当F/M值高时，营养物量相对过剩，微生物繁殖快，活力很强，处理污水能力高，微生物的絮凝、沉淀效果差，出水中所含的有机物含量高，如在对数增殖期就是这种状况。F/M值相对较低，微生物多处于老龄阶段，活性有所降低，运动能力差，范德华引力占优，形成絮凝、沉降性能好的菌胶团，生物处理出水有机物含量低，另外溶解氧供给量也相对小，如减速增殖期或内源呼吸期对应该状况。,因此，F/

16、M是非常重要的活性污泥法工艺设计、运行指标。可通过F/M值控制指导实际运行,完全混合曝气池：池中的有机物浓度基本相同，其工作点可以是A点、B点或其他点A点的F/M值要高于B点F/M值,推流式曝气池，沿曝气池长度方向的有机物浓度不相同，沿池长的F/M值是由高到低变化，所以此时生物处理的F/M值工作点在活性污泥的增殖曲线是一曲线段,一般运行正常的曝气池中控制F/M使活性污泥主要处于减速增长期。曝气池中活性污泥处于对数增值期，即处于“青年阶段”时，活性污泥具有较好的运动性能，不易形成较大的絮体。曝气池内活性污泥处于内源呼吸期，即处于“老龄阶段”时，活性污泥的运动性能较弱，动能较低，细菌之间容易结合，

17、能够形成较大的活性污泥絮体。但活性污泥的活性较差。可通过进水位置、进水有机物浓度、排泥等控制,四、影响活性污泥处理的环境因素主要影响因素包括：营养条件温度pH值溶解氧有毒物质等,1.营养物质微生物细胞组成中，C、H、O、N约占90-97%，其余3-10%为无机营养元素，其中主要为P 细胞的实验式常表示为C5H7O2N(好氧菌)、C5H9NO3(厌氧菌)。活性污泥系统中微生物需要的营养物质主要包括可降解有机物、无机盐类及某些生长素等（无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Co、Ni、Mo等）；,生活污水处理中一般不需再投加营养物质某些工业废水需要投加营养物质：好氧生物处理：应

18、按BOD5：N：P=100：5：1投加厌氧生物处理：应按COD：N：P=200：5：1投加对含碳量低的工业废水，应补充投加可降解有机物。如生活污水、可降解有机废水等。,工业废水含氮量不能满足要求时，应补充投加，如尿素、硫酸铵等。工业废水中缺少磷，需另行投加磷酸钾、磷酸钠、过磷酸钙以及磷酸等 微量的无机盐类则有铜、锌、钴、锰、钼等，它们是酶辅基的组成部分，需求量很少 氮、磷是工业废水中常需要补充的营养元素可参考下表计算投加,表3.1 生物氮磷营养物质,2.温度（水温）是重要的影响因素之一。最适宜温度15-35，在该范围内，随着温度的升高，反应、增殖速率加快；一般温度每升高10，反应速率会增高1倍

19、。10 或40时，会有不利影响。细胞内的如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或突降并超过一定限度时，会有不可逆的破坏；,当水温低于13时，生物处理效果开始快速下降。当水温低于4时，几乎无处理效果。,北方地区，冬季应注意保温，可将构筑物建于室内或采用余热保温，同时还可在冬季水温低时维持曝气池有较高的MLSS，使之仍保留有一定的处理效果。,对水温高的工业废水应予以降温（45）。在运行管理中应注意防止水温的突变。,在最适生长温度向最高生长温度过渡的温度范围，细菌的代谢速率很高，可使胶体基质作为呼吸基质而消耗，使污泥结构松散或解絮，出水出现飘泥，SS升高，出水BOD反而升高。温度升高会使水体溶解氧降

20、低，甚至出现溶解氧不足、污泥腐化而影响处理效果。,3.pH值pH的变化对好氧微生物的影响：引起微生物表面的电荷改变，从而影响微生物对营养的吸收；酶只有在适宜的pH值时才能发挥其最大的活性，不适宜的pH使酶的活性降低，影响微生物细胞的生化过程；一般好氧微生物的最适宜pH在之间；低于4.5：原生动物消失，丝状菌占优势 高于9.0：微生物的代谢受抑制,活性污泥中的细菌经驯化后对酸碱度的适应范围可进一步提高。在生化处理中，若工业废水的pH值过高或过低时，须预先用酸、碱加以调整。在调整pH值时，可选用附近工厂生产中排放的废酸、废碱液。在日常管理时，我们应注意防止pH值的突变。,4.溶解氧（DO）DO是活

21、性污泥法净化污水的三要素之一好氧性微生物只有在有氧的情况下才能生长和繁殖。只有溶解在水中的氧气微生物才能利用，氧在水体中的溶解度与水温和大气压力有关。低温时，氧的溶解度大;高温时，氧的溶解度小压力越大，氧气越易容越水。,溶解氧过低会影响微生物的代谢速率，导致出水水质变差，BOD、SS等指标升高。溶解氧过高，增加能耗，强烈的空气搅拌还会使絮体打碎，并易使污泥老化，会使SS增高而影响出水水质。曝气池中溶解氧浓度以不低于2mg/L为宜（出水堰处）。,控制溶解氧的方法：鼓风曝气系统控制进气量 机械曝气系统调整曝气翼轮的浸水深度曝气池中溶解氧长期偏低的原因：是活性污泥负荷过高；是供氧设施功率过小或效率过

22、低。,5.有毒物质 重金属：蛋白质的沉淀剂 氰化物 硫化物 卤族元素及其化合物：酚、醇、醛：使蛋白质变性或脱水 染料注意：当有毒物质在水中达到某一浓度时，抑制和毒害作用才显现出来。各种有毒物质只要低于这一浓度，微生物的生理功能不受影响。有毒物质极限允许浓度 如下表,活性污泥系统中有毒物质的最高允许浓度：,五、评价活性污泥法的性能指标 活性污泥处理系统运行的主要参数指标包括：混合液悬浮固体浓度（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）、污泥沉降比（SV30）污泥容积指数（SVI）BOD负荷、污泥龄（SRT）污泥回流比（R）水力停留时间（HRT）等。,1.混合液悬浮固体（MLSS）又称为

23、污泥浓度，指曝气池中单位体积活性污泥混合液中悬浮固体的重量，常用MLSS表示。是运行管理的一个重要的控制参数。由四部分组成式中：Ma为具有代谢功能的微生物群体；Me为微生物内源代谢、自身氧化的残留物；Mi为原污水带入的难降解有机物；Mii为原污水带入的无机物。,MLSS的测定：称干燥后取滤纸的重量W1，取100ml混合液过滤，将过滤后得到的物质放入烘箱中105度烘2h，冷却后取出称重为W2。,作用（1）MLSS用于判断微生物量的，不能够精确表示具有生物降解功能的“活”的微生物的数量，但测定方法简单，在实际工程上常以MLSS作为间接计量活性污泥微生物量的指标。（2）活性污泥工艺的MLSS通常在2

24、0006000mg/L的范围，最佳范围为20004000mg/L（3）MLSS只含30%50%活的微生物体。该指标更适合用于污泥管理和处理的污泥量计算等。,2.混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）是混合液活性污泥中有机性固体物质的浓度由三部分组成 Ma为具有代谢功能的微生物群体；Me为微生物内源代谢、自身氧化的残留物；Mi为原污水带入的难降解有机物；,MLVSS的测定：称量干燥（在105烘2h）后定量滤纸重量m0；将样品100ml用滤纸过滤，干燥（105烘2h）称重量m1；将干净坩埚干燥1h，冷却至平衡温度，称重量为m2；将滤纸和泥放在坩埚中，然后放入冷的马弗炉中，600灼烧1h，在干燥器中冷却

25、并称重为m3；（从温度达到600开始计时）MLVSS=(m1+m2-m0)-m3/0.1,作用（1）MLVSS在表征活性污泥活性部分的数量上，比MLSS更为准确。（2）MLVSS液也不能正确的表征活性污泥中微生物的量，只能表示活性污泥量的相对值。（3）测定较为复杂，可通过MLSS与MLVSS的比值（用f表示）确定。一般的情况下，生活污水的f值比较固定，在0.75左右。传统活性污泥法的MLSS在20004000mg/L之间。,3.污泥沉降比(SV30)1L曝气池混合液静止沉降30min后污泥所占体积。测定污泥沉降性能和浓缩性能最为简便的方法。作用：（1）反映曝气池中污泥量，用于控制调节剩余污泥排

26、放量；（2）反映活性污泥的沉降性能，判断有无污泥膨胀发生。是活性污泥数量和质量的重要指标。（3）传统的活性污泥处理系统，SV一般在1530之间。,4.污泥容积指数（SVI）污泥容积指数（SVI），也称为污泥体积指数，是指曝气池中的污泥污水混合液经30min沉降后，相应的每克干污泥形成的沉淀污泥所占的体积，其单位为ml/g。计算公式：,作用：（1）SVI更好地反映了污泥的凝聚和沉降性能，是工艺管理中的重要指标，比SV30更能准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能。（2）SVI值过低，表明活性污泥泥粒小、密实、无机成分多；（3）SVI值过高，表明其污泥絮体松散、沉降性能不好，将要或已经发生膨胀现象。（

27、4）对于城市污水，SVI介于50150 ml/g之间。如果SVI大于200 ml/g，通常表明发生了污泥膨胀。,5.BOD负荷BOD负荷有BOD污泥负荷（Ls）和BOD容积负荷（Lv）（1）BOD污泥负荷（Ls）又称活性污泥的有机负荷，是指单位重量的活性污泥，单位时间内在保证一定的处理效果的前提下，所能承受的有机污染物的量，单位是kgBOD5/(kgMLSSd)。计算公式式中：Q进入曝气池的污水流量，m3/d；S0曝气池进入污水中BOD5的浓度，kg/m3；Va曝气池有效容积，m3；MLSS曝气池中混合液悬浮固体浓度，kg/m3；,(2)BOD容积负荷（Lv）BOD容积负荷是指单位曝气池容积，

28、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。单位是kgBOD5/(m3d)。计算公式 BOD容积负荷和BOD污泥负荷的关系Ls和Lv的关系如式:,特点与作用（1）F/M也可以表示污泥负荷，F表示食物，即有机污染物；M代表活性微生物量，即MLSS。（2）F/M的值，代表了微生物的量与食物量之间的一种平衡关系，它的大小直接的影响活性污泥增长速率、有机污染物的去除效率、氧的利用率以及污泥的沉降性能。（3）传统活性污泥F/M值一般为0.20.4kgBOD5/(kgMLSSd)即每千克活性污泥每天承受（代谢）0.20.4kgBOD5。（4）运行管理中应该选择合适的F/M值，在保证有机物去除

29、效率的前提下，使污泥的沉降性能最佳。,6.生物固体平均停留时间（SRT）生物固体平均停留时间（Sludge Retention Time，简写SRT），简称污泥龄，是指活性污泥在系统内的平均停留时间，即反应系统内的微生物全部更新一次所需要的时间表达式,SRT生物固体平均停留时间，d；Va曝气池有效容积，m3；MLSS曝气池中混合液悬浮固体浓度，kg/m3；X每日排出系统的污泥量。,Qw剩余污泥排放量，m3/d；Xr剩余污泥的浓度，mg/L；SVI污泥容积指数，mL/g。,作用（1）通过控制SRT，选择活性污泥系统中微生物的种类，以达到降解目的。（2）通过调节SRT，可以选择适宜的微生物年龄，获

30、得较好的处理效果（分解和沉降性能）。（3）传统活性污泥工艺（以降解有机物为主）一般控制SRT在35d（分解有机物的绝大多数微生物的世代期都小于3d；硝化细菌世代期为5d）。,7.污泥回流比（R）污泥回流比是指污泥回流流量和进水流量的比值表示为：式中：Qr污泥回流流量；Q进水流量。R=MLSS/（Xr-MLSS）R一般保持相对恒定，可以根据实际运行的需要加以调整。,特点与应用（1）污泥回流比的调节，可以实现曝气池活性污泥微生物量的稳定，调整污泥负荷，改变工艺的运行状态。（2）对于正常运行的工艺系统，保证污泥泥回流比恒定非常重要。（3）传统活性污泥工艺的R一般在控制在25100之间。,8 水力停留

31、时间（HRT）是指待处理污水在反应器内的平均停留时间，也就是污水与生物反应器内微生物接触作用的平均反应时间计算方式（名义水力停留时间）：,式中：HRT水力停留时间，h；Va反应器的有效容积，m3；Q反应器进水流量，m3/h。,考虑回流流量（RQ）后称为实际水力停留时间HRT：,作用（1）水力停留时间就是微生物对污染物的处理时间（2）决定了进水流量（处理量）、池容大小和处理效果（3）传统活性污泥曝气池的名义水力停留时间一般为812h，二沉池的名义停留时间一般控制在23h之间，实际停留时间则取决于回流比。,六、活性污泥系统的启动与调试活性污泥处理系统在正式运行前的首要工作是培养与驯化活性污泥（微生

32、物）1.活性污泥的培养活性污泥的培养是给活性污泥提供一定的生长繁殖条件：均衡营养物质、适宜溶解氧、温度和酸碱度等，促进污泥繁殖增长，达到处理污水所需的污泥浓度,培菌方法 活性污泥的培养方法通常分为两种，即接种培菌法和自然培菌法。（1）接种培菌法 接种培菌法的培养时间短，是常用的活性污泥培养方法，适合用于大部分的污水处理厂采用回流污泥接种培菌：适用于附近有活性污泥工艺污水处理厂，通常启动时F/M值控制在5-10,采用脱水污泥饼接种培菌 脱水机房的污泥饼是干污泥，含水率在80%左右，体积小，运输、投加相对方便，但是，其有效成分不高，活性也差，培菌速度低于直接接种回流活性污泥的速度。使用时应用少量水

33、搅匀后投加，防止污泥中的无机颗粒进入系统。适用于邻近无生化处理系统的偏僻地区,接种污泥的投加量,M接种污泥的投加量，m3；Q 进入曝气池的污水流量，m3/d；S0曝气池进入污水中BOD5的浓度，kg/m3；Xr接种污泥的浓度，kg/m3。,培菌方法：首先是闷曝过程，即曝气池不进水、不出水、不排泥，进行曝气，曝气量比平常曝气量小得多，通常为正常曝气量的一半左右。目的是激活处于休眠状态的活性污泥，时间24h左右，期间可采用间歇曝气。采用低流量废水进入生化系统，曝气量保证生化池混合液溶解氧浓度值在2-3mg/L。逐步提高进水量，在一个月内提高到正常处理水量规模，同时及时调整减少投入系统的营养剂含量。

34、,在第三周开始，适当的排泥，排掉系统中无机惰性沉淀物质和老化污泥。采用少量多次排泥，以保证活性污泥混合液MLSS值不降低为原则。一个月左右，通常能够看到初具规模的活性污泥浓度，系统基本进入正常运行阶段。如果气温适宜，该过程可提前完成。,（2）自然培菌法 自然培菌法也称直接培菌法。它是利用废水中原有的少量微生物，逐步繁殖的培养过程。城市污水和一些营养成份较全、毒性小的工业废水，如食品加工企业废水、肉类加工厂废水等容易生化降解的有机废水，可以考虑这种培养方法，但培养时间相对较长。自然培菌法可分为间歇培菌和连续培菌二种。,间歇培菌 闷曝数天沉淀1 h 排出池内上层废水（1/5）注入相同量的新鲜污水反

35、复进行闷曝、静沉和进水三个过程在春秋季节，约二、三周就可初步培养出污泥。当曝气池混合液污泥浓度达到1克/升左右时，就可连续进水和曝气。,连续培菌 先将曝气池注满废水，然后停止进水，闷曝半天至一天后可连续进水，连续曝气，进水量从小到大逐渐增加，连续运行一段时间后，就会有活性污泥出现并逐渐增多。当污泥量达到工艺所需的浓度时，按工艺要求进行控制。自然培菌法特点培养周期长，污泥适应性强，稳定，在实际污水处理中较少采用，受地理位置的影响，无法及时或方便运输接种污泥的地方，需要进行自然培菌；对于一些特殊的污水或废水，很难找到适宜的接种污泥，也需要进行自然培菌。,2.活性污泥的驯化驯化：在以工业废水为主体的

36、城市污水处理系统培菌的后期阶段，逐渐减少生活污水和外加营养的投加量，逐步增加工业废水的比例，最后全部受纳工业废水，这个过程称为驯化。污泥驯化过程中微生物的变化 适者生存，不适者淘汰；,驯化事项（1）开始进入少量生活污水或废水，进入量不超过驯化前处理能力的20。同时补充新鲜水、粪便水等营养物（2）达到较好处理后，可增加生产废水的进水量，每次增加不超过1020，并适当减少营养物质的投加，直到完全停止投加。（3）投加比例变化后，须保持数天，待运行稳定后，才可再次变动配比，直到驯化结束。（4）对有毒成分较少、营养较全的工业废水，可同时进行培菌和驯化。,3.污泥培养与驯化过程中生物相的演替培菌初期：游离

37、细菌、鞭毛虫、变形虫。培菌中期：掠食细菌能力更强的纤毛虫类原生动物（豆形虫、肾形虫、漫游虫、裂口虫和草 履虫、钟虫）等出现。钟虫类固着型纤毛虫的出现和增长标志着活性污泥逐步行程和增长培菌后期：轮虫 轮虫的出现是污泥成熟及净化程度高的标志。,1)传统活性污泥法；2)完全混合活性污泥法；3)阶段曝气活性污泥法；4)吸附再生活性污泥法；5)延时曝气活性污泥法；6)高负荷活性污泥法；7)纯氧曝气活性污泥法；8)浅层低压曝气活性污泥法；9)深水曝气活性污泥法；10)深井曝气活性污泥法。,补充：活性污泥的处理工艺,QSi,VX,QwXSe,Q-QwXeSe,QrXrSe,Q+QrXSe,一、传统活性污泥法

38、：,1)工艺流程:,(一)传统活性污泥法：,平面图,剖面图,曝气头,曝气设备,隔墙,空气管沟,（一）传统活性污泥法：,供氧速率与需氧速率,微孔曝气头,（一）传统活性污泥法：,主要优点：a.处理效果好：BOD5的去除率可达9095%；b.对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。4)主要问题：a.为了避免池首端形成厌氧状态，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，占地面积较大；b.在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，会浪费了动力费用；c.对冲击负荷的适应性较弱。,传统活性污泥法,（二）完全混合活性污泥法,工艺流程,完全混合曝气池,（二）完全混合活性污泥法,主要特点：a.可以方便地通过对

39、F/M的调节，使反应器内的有机物降解反应控制在最佳状态；b.进水一进入曝气池，就立即被大量混合液所稀释，所以对冲击负荷有一定的抵抗能力；c.适合于处理较高浓度的有机工业废水,（二）完全混合活性污泥法,主要结构形式：,a.合建式（曝气沉淀池）b.分建式,合建式曝气池曝气沉淀池,合建式曝气池（曝气沉淀池）,分建式曝气池,（二）完全混合活性污泥法,（三）阶段曝气活性污泥法 分段进水法或多点进水法,工艺流程,多点进水活性污泥法的工艺流程,（三）阶段曝气活性污泥法 分段进水法或多点进水法,主要特点：a.废水沿池长分段注入曝气池，有机物负荷分布较均衡，改善了供氧速率与需氧速率之间的矛盾，有利于降低能耗；b

40、.废水分段注入，提高了曝气池对冲击负荷的适应能力；,（三）阶段曝气活性污泥法 分段进水法或多点进水法,（四）吸附再生活性污泥法 又称生物吸附法或接触稳定法,主要特点：将吸附、降解两个过程分别控制在不同的反应器内进行。,活性污泥净化反应过程:,在活性污泥处理系统中，有机底物从废水中被去除的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，这一过程的结果是污水得到了净化，微生物获得了能量而合成新的细胞，活性污泥得到了增长。一般将这整个净化反应过程分为三个阶段：1）初期吸附；2）微生物代谢；3）活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩,活性污泥的初期吸附作用,曝气过程,降解,初期吸附,BOD,活

41、性污泥的初期吸附作用,在活性污泥系统内，在污水开始与活性污泥接触后的较短时间(1030min)内，由于活性污泥具有很大的表面积因而具有很强的吸附能力，因此在这很短的时间内，就能够去除废水中大量的呈悬浮和胶体状态的有机污染物，使废水的BOD5值(或COD值)大幅度下降。但不是真正的降解，随着时间的推移，混合液的BOD5值会回升，再之后，BOD5值才会逐渐下降。活性污泥吸附作用的大小与很多因素有关:1）废水的性质、特性：含有较高浓度呈悬浮或胶体状态的有机污染物。2）活性污泥的状态：充分的再生曝气，一般应使活性污泥微生物进入内源代谢期，才能使其吸附功能得到恢复和增强。,四、吸附再生活性污泥法 又称生

42、物吸附法或接触稳定法,工艺流程,（四）吸附再生活性污泥法 又称生物吸附法或接触稳定法,1)主要优点：a.废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短，吸附池容积较小，再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥，因此，再生池的容积也是小的。吸附池与再生池容积只和仍低于传统法曝气池的容积，建筑费用较低；b.具有一定的承受冲击负荷的能力，当吸附池的活性污泥遭到破坏时，可由再生池的污泥予以补充。2)主要缺点：对废水的处理效果低于传统法，此外，对溶解性有机物含量较高的废水，处理效果更差。,（四）吸附再生活性污泥法 又称生物吸附法或接触稳定法,设计参数,容积负荷(kgBOD5/m3.d),1.01.2,MLSS(mg/l

43、),吸附池：10003000再生池：400010000,回流比(%),25100,（五）延时曝气活性污泥法 完全氧化活性污泥法,1)主要特点：a.有机负荷率非常低，污泥持续处于内源代谢状态，剩余污泥少且稳定，无需再进行处理；b.处理出水出水水质稳定性较好，对废水冲击负荷有较强的适应性；c.在某些情况下，可不设初沉池。2)主要缺点：池容大、曝气时间长，占地面积大；建设费用和运行费用高；适用条件：出水水质高，小规模，水量一般在1000m3/d以下。,（五）延时曝气活性污泥法 完全氧化活性污泥法,设计参数,容积负荷(kgBOD5/m3.d),0.10.4,MLSS(mg/l),30006000,回流

44、比(%),75100,（六）高负荷活性污泥法 又称短时曝气法或不完全曝气活性污泥法,1)主要特点：a.有机负荷率高，曝气时间短，对废水的处理效果较低；b.在系统和曝气池的构造等方面与传统法相同。,(六)高负荷活性污泥法 又称短时曝气法或不完全曝气活性污泥法,主要设计参数：,设计参数,容积负荷(kgBOD5/m3.d),1.22.4,MLSS(mg/l),200500,回流比(%),515,(七)纯氧曝气活性污泥法,工艺流程,气体循环泵,气体分散及搅拌装置,(七)纯氧曝气活性污泥法,1)主要特点：a.纯氧中氧的分压比空气约高5倍，纯氧曝气可大大提高氧的转移效率；b.氧的转移率可提高到80-90%

45、，而一般的鼓风曝气仅为525%左右；c.可使曝气池内活性污泥浓度高达40007000mg/l，能够大大提高曝气池的容积负荷；d.剩余污泥产量少，SVI值也低，污泥膨胀较少发生。,（七）纯氧曝气活性污泥法,设计参数,容积负荷(kgBOD5/m3.d),2.03.2,MLSS(mg/l),600010000,回流比(%),2550,（八）浅层低压曝气法,理论基础：只有在气泡形成和破碎的瞬间，氧的转移率最高，因此，没有必要延长气泡在水中的上升距离。其曝气装置一般安装在水下0.80.9米处，因此可以采用风压在1米以下的低压风机，动力效率较高，可达1.802.60kgO2/kw.h；其氧转移率较低，一般

46、只有2.5%；池中设有导流板，可使混合液呈循环流动状态。,（八）浅层低压曝气法,（九）深水曝气活性污泥法,1)主要特点：a.曝气池水深在78m以上，b.由于水压较大，氧的转移率可以提高，相应也能加快有机物的降解速率；c.占地面积较小。,（九）深水曝气活性污泥法,深水中层曝气法的示意图,空气,曝气装置,深水深层曝气法的示意图,（十）深井曝气 活性污泥法 又称超深水 曝气法,工艺流程：一般平面呈圆形，直径约16m，深度为50150m。,（十）深井曝气活性污泥法 又称超深水曝气法,主要特点：a.氧转移率高，约为常规法的10倍以上；b.动力效率高，占地少，易于维护运行；c.耐冲击负荷，产泥量少；d.一

47、般可以不建初次沉淀池 e.但受地质条件的限制。,（十）深井曝气活性污泥法 又称超深水曝气法,设计参数,设计参数,容积负荷(kgBOD5/m3.d),3.03.6,MLSS(mg/l),30005000,回流比(%),4080,补充：曝气池计算,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

48、：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。,曝气池的计算：纯经验方法,根据某种工艺的经验停留时间和经验去除率，确定曝气池的水力停留时间。,例如：流量200m3/h，曝气池进水BOD浓150mg

49、/L,出水要求为15mg/L，采用多点进水，求曝气池容积。多点进水经验去除率：85%-90 经验停留时间：3-5h 取停留时间为4.5h，则曝气池容积：V2004.5m3=900m3,经验水力停留时间：t,有机物负荷率的两种表示方法,1、有机物负荷率,污泥负荷率是指单位质量活性污泥在单位时间内所能承受的BOD5量，即:,式中：Ns污泥负荷率,kg BOD5/（kgMLVSSd）;Q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；Xv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

50、，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:,Q和S0是已知的，Nx和NS可选择。对于某些工业污水，要通过试验来确定。污泥负荷率法应用方便，但需要一定的经验。,七、气体传递和曝气池,气 体 传 递 原 理,双膜理论的基点是认为在气液界面存在着二层膜（即气膜和液膜）这一物理现象。这两层薄膜使气体分子从一相进入另一相时受到了阻力。当气体分子从气相向液相传递时，若气体的溶解度低，则阻力主要来自液膜。,气体传递速率为,式中：氧的传递速率，g/h；Kg液膜部分氧的扩散系数，m/h；A气液界面接触面积，m2；sO液相中氧的饱和浓度，mg/L；O液相内氧的实际浓度，