污水处理厂活性污泥法

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1、1,第12章 活性污泥法,第一节 基本概念 第二节 活性污泥法的发展 第三节 活性污泥法数学模型基础 第四节 气体传递原理和曝气设备 第五节 去除有机污染物的活性污泥法过程设计 第六节 脱氮除磷活性污泥法工艺及设计 第七节 活性污泥法系统设计方法的深化 第八节 二次沉淀池,2,第一节 基 本 概 念,3,什么是活性污泥法？,以活性污泥为主体的污水生物处理技术。 本质：天然水体自净化作用的人工强化，是好氧生物处理过程。 应用：去除污水中溶解和胶体状态的可生物降解有机物。,4,（一）什么是活性污泥？,由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具

2、有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。,一、活性污泥,5,一组活性污泥图片,6,（二）曝气池活性污泥的性状,1、正常,7,（二）活性污泥的性状,供氧不足或厌氧,黑色,灰白色,供养过多或营养不足,1、不正常,8,曝气池,9,10,曝气池出水堰,11,曝气池混合液配水进入二沉池,12,1、 栖息着的微生物,（三）活性污泥的组成,大量的细菌,真菌,原生动物,后生动物,除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主，是一个以细菌为主体的群体，除细菌外,还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物。 活性污泥中细菌含量一般在107108个/mL

3、；原生动物103个/mL，原生动物中以纤毛虫居多数，固着型纤毛虫可作为指示生物，固着型纤毛虫如钟虫、等枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时，说明培养成熟且活性良好。,2、干固体和水分,含水9899,干固体12%,MLSS,13,按McKinney的分析：,混合液悬浮固体：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii,式中：Ma有活性的微生物；,Me微生物自身氧化残留物，即内源代谢残留的微生物有机体;,Mi有机污染物，吸附在污泥上未被降解；,Mii无机悬浮固体，吸附在污泥上。,3、 活性污泥的组成：,有活性的微生物存在形态菌胶团： 由细菌分泌的多糖类物质将细菌等包覆成的粘性团块。,14,4、按有

4、机性和无机性成分：,MLSS,MLVSS: 70%,MLNVSS: 30%,MLSS混合液悬浮固体浓度，也叫污泥浓度（g/L)， MLVSS混合液挥发性悬浮固体浓度，表示混合液悬浮固体中有机物含量，但不仅是微生物的量，由于测定方便，目前还是近似用于表示污泥。 MLNVSS灼烧残量，表示无机物含量。,MLVSS: 一般范围为5575，,即MLVSS/MLSS=0.70.8，,15,污泥沉降比：SV,（四）活性污泥的沉降浓缩性能,取混合液至1000mL或100mL量筒，静止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的体积，以占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比。可反映污泥的沉降性能。,污泥沉淀30min

5、后密度接近最大，故SV可反映沉降性能。 能反映污泥膨胀等异常情况，可控制剩余污泥的排放量。 城市污水正常值为15%30%左右。 简单易行但SV不能确切表示污泥沉降性能。,16,污泥体积指数：SVI(污泥指数、污泥容积指数,曝气池出口处出混合液，经30分钟静沉后，每g干泥所形成的湿污泥的体积，简称污泥指数，单位为mL/g。,反映污泥的凝聚、沉降性能。 SVI应在100150（有说70100）。 影响SVI的最重要的因素是微生物群体所在的增殖期。 太高，沉降性能差，可能膨胀； 太低，可能处在内源呼吸期，泥粒细小而紧密，易沉降，活性差，无机物多。 实际运行中，一般用SV了解SVI，因为曝气池MLSS

6、变化不大。,17,二.活性污泥法的基本流程,18,三、活性污泥降解污水中有机物的过程,活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段：,吸附阶段,稳定阶段,由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。,主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。,19,曲线表示曝气池中有机物的的去除量，反映去除规律； 曲线表示微生物已经氧化和合成的量，反映活性污泥利用有机物的规律； 曲线表示活性污泥的吸附量反映了活性污泥吸附有机物的规律。,这三条曲线反映出，在曝气过程中： 污水中有机物的去除在较短时间( 图中是5h左右)内就基本完成了(见

7、曲线)； 污水中的有机物先是吸附到污泥上(见曲线),然后逐渐为微生物所利用(见曲线)； 吸附作用在相当短的时间(图中是45min左右)内就基本完成了(见曲线)； 微生物利用有机物的过程比较缓慢(见曲线)。,20,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,21,第二节 活性污泥法的发展,22,封闭环流式,序批式,一、活性污泥法曝气反应池的基本形式,其

8、他曝气池基本上是这四种池型的组合或变形,23,1、推流式曝气池,工艺流程：见p107,水流：推流型 底物浓度分布：进口最高，沿池长逐渐降低，出口端最低。 理想推流：横断面上浓度均匀，纵向无掺混,24,根据横断面上的水流情况 ，可分为,平流推移式,旋转推移式,25,推流式曝气池,26,推流式曝气池,27,2.完全混合曝气池,池 形,根据和沉淀池的关系,圆 形,方 形,矩 形,分建式,合建式,28,29,污水与回流污泥在进入曝气池后，立即与池中的混合液完全混合 池中微生物的种类和浓度、底物浓度需氧速率各点相同与推流式不同； 对冲击负荷有较强的适应能力； 出水水质不及传统法。,完全混合法的特征,完

9、全 混 合 法,30,曝气池的三种池型,31,机械曝气完全混合曝气池,32,鼓风曝气完全混合曝气池,33,局部完全混合推流式曝气池,34,3.封闭环流式反应池,结合了推流和完全混合两种流态 与推流式的区别:污水有40300次循环,35,4.序批式反应池（SBR）,SBR工艺的基本运行模式由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的。,36,(1)工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回流设备； (2)耐冲击负荷，在一般情况下（包括工业污水处理）无需设置调节池； (3)

10、反应推动力大,易于得到优于连续流系统的出水水质; (4)运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果； (5)污泥沉淀性能好,SVI值较低,能有效地防止丝状菌膨胀; (6)该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，便于自控运行，易于维护管理。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工艺与连续流活性污泥工艺相比的优点,37,(1)容积利用率低； (2)水头损失大； (3)出水不连续； (4)峰值需氧量高； (5)设备利用率低； (6)运行控制复杂； (7)不适用于大水量。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工艺的缺点,38,传统活性污泥法 渐 减 曝 气 分 步 曝

11、 气 完全混合法 浅 层 曝 气 深 层 曝 气 高负荷曝气或变形曝气 克 劳 斯 法 延 时 曝 气 接触稳定法 氧 化 沟 纯 氧 曝 气 活性污泥生物滤池（ABF工艺） 吸附生物降解工艺（AB法） 序批式活性污泥法（SBR法）,二、活性污泥法的发展和演变,有机物去除和氨氮硝化,39,一般采用35条廊道。 充氧设备沿池长均匀分布。 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。 前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要，而充氧设备沿池长均匀分布。 易受冲击负荷的影响，适应水质水量变化的能力差：污泥进入池后不能立即与混合液充分混合。,1、传统推流式,40,41,2、渐 减 曝

12、气： 特征： 充氧设备沿池长布置与需氧量匹配。 节能,42,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。 实际情况是：前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要。 渐减曝气的目的就是合理地布置扩散器，使布气沿程变化，而总的空气量不变，这样可以提高处理效率。,渐 减 曝 气,43,特征:把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水。 优点： 均衡了污染负荷和需氧率 提高了耐冲击负荷的能力,3、阶段曝气（分步曝气）,阶段曝气示意图,44,部分污水厂只需要部分处理，因此产生了高负荷曝气法。 曝气池构造与传统推流式相同。 曝气时间比较短，约为1.53h，BOD5处理效率仅约70%75左右。

13、 活性污泥处于旺盛生长期。,4.高负荷曝气（改良曝气）,45,延时曝气的特点： 曝气时间很长，达24h甚至更长，MLSS较高，达到30006000mg/L； 活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态， 剩余污泥主要是一些难于生物降解的微生物内源代谢残留物，少而稳定，无需消化，可直接排放； 适用于污水量很小的场合，近年来，国内小型污水处理系统多有使用。 耐冲击负荷，无需初沉池， 缺点：池体积大，基建费运行费高,5、延 时 曝 气,46,47,6.接 触 稳 定 法（吸附再生法）,混合液曝气过程中第一阶段BOD5的下降是由于吸附作用造成的，对于溶解的有机物，吸附作用不大或没有，因此，把这种方法称

14、为接触稳定法，也叫吸附再生法。,间隔较短时间测得的曲线， 下降由吸附引起,间隔较长时间测得的曲线,48,直接用于原污水的处理比用于初沉池的出流处理效果好；可省去初沉池；此方法接触时间短，氨氮难硝化，不适于处理溶解性有机污染物废水，剩余污泥量多。,接 触 稳 定 法,混合液的曝气完成了吸附作用，回流污泥的曝气完成了污泥再生。,回流污泥的曝气使污泥再生,曝气的同时吸附,49,7.吸附生物降解工艺（AB法）,50,特征： 分为预处理段、A级和B级三段，无初沉池 A级以高负荷或超高负荷运行，B级以低负荷运行，A级曝气池停留时间短，3060min，B级停留时间24h。 该系统不设初沉池，A级曝气池是一个

15、开放性的生物系统。A、B两级各自有独立的污泥回流系统，两级的污泥互不相混。 处理效果稳定，具有抗冲击负荷和pH变化的能力。该工艺还可以根据经济实力进行分期建设。,7.吸附生物降解工艺（AB法）,51,8. 完 全 混 合 法,长条形池子的完全混合法：在分步曝气的基础上，进一步大大增加进水点，同时相应增加回流污泥并使其在曝气池中迅速混合，长条形池子中也能做到完全混合状态。,52,53,（1）池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，生活环境也基本相同。 （2）入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小，因为骤然增加的负荷可为全池混合液所分担，而不是像推流中仅仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种

16、意义上来讲，是一个大的缓冲器和均和池，在工业污水的处理中有一定优点。 （3）池液里各个部分的需氧量比较均匀。,完全混合法的特征,完 全 混 合 法,54,9.深 层 曝 气,深井曝气法处理流程,深井曝气池简图,55,一般深层曝气池直径约16m，水深约1020m。但深井曝气法深度可达150300m，节省了用地面积。 在深井中可利用空气作为动力，促使液流循环。 深井曝气法中，活性污泥经受压力变化较大，实践表明这时微生物的活性和代谢能力并无异常变化，但合成和能量分配有一定的变化。 深井曝气池内，气液紊流大，液膜更新快，促使KLa值增大，同时气液接触时间延长，溶解氧的饱和度也随深度的增加而增加。 需解

17、决的问题：当井壁腐蚀或受损时，污水可能会通过井壁渗透，污染地下水。,深 层 曝 气,普通曝气池经济深度：56m，占地面积大。,56,纯氧代替空气，可以提高生物处理的速度。纯氧曝气池的构造见右图。,10.纯 氧 曝 气,缺点：纯氧发生器容易出现故障，装置复杂，运转管理较麻烦。,在密闭的容器中，溶解氧的饱和度可提高，氧溶解的推动力也随着提高，氧传递速率增加了，因而处理效果好，污泥的沉淀性也好。纯氧曝气并没有改变活性污泥或微生物的性质，但使微生物充分发挥了作用。,采用密闭池,57,58,氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，它的池体狭长，池深较浅，在沟槽中设有表面曝气装置。 曝气装置的转动，推动沟内液体

18、迅速流动，具有曝气和搅拌两个作用，沟中混合液流速约为0.30.6m/s，使活性污泥呈悬浮状态。5 15min完成一次循环。 廊道水流呈推流式，但总体接近完全混合反应器,12. 氧 化 沟,59,60,13.浅 层 曝 气,特点：气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率是最大的。在水的浅层处用大量空气进行曝气，就可以获得较高的氧传递速率。,1953年派斯维尔（Pasveer）的研究：氧在10静止水中的传递特征，如下图所示。,61,浅 层 曝 气,扩散器的深度以在水面以下0.60.8m范围为宜，可以节省动力费用，动力效率可达1.82.6kg（O2） / kWh。 可以用一般的离心鼓风机。 浅层曝气与一般曝气

19、相比，空气量增大，但风压仅为一般曝气的1/41/6左右，约10kPa，故电耗略有下降。 曝气池水深一般34m，深宽比1.01.3，气量比3040m3/（m3 H2O.h）。 浅层池适用于中小型规模的污水厂。 由于布气系统进行维修上的困难，没有得到推广利用。,62,14.活性污泥生物滤池（ABF工艺）,上图为ABF的流程，在通常的活性污泥过程之前设置一个塔式滤池，它同曝气池可以是串联或并联的。,63,塔式滤池滤料表面附着很多的活性污泥，因此滤料的材质和构造不同于一般生物滤池。 滤池也可以看作采用表面曝气特殊形式的曝气池，塔是一外置的强烈充氧器。因而ABF可以认为是一种复合式活性污泥法。,活性污泥

20、生物滤池（ABF工艺）,64,15.序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工艺的基本运行模式由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的。,65,(1)工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回流设备； (2)耐冲击负荷，在一般情况下（包括工业污水处理）无需设置调节池； (3)反应推动力大,易于得到优于连续流系统的出水水质; (4)运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果； (5)污泥沉淀性能好,SVI值较低,能有效地防止丝状菌膨胀; (6)该工艺的

21、各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，便于自控运行，易于维护管理。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工艺与连续流活性污泥工艺相比的优点,66,(1)容积利用率低； (2)水头损失大； (3)出水不连续； (4)峰值需氧量高； (5)设备利用率低； (6)运行控制复杂； (7)不适用于大水量。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工艺的缺点,67,第三节 活性污泥法数学模型基础,68,一、建立数学模型的几点假定,。,（2） 曝气池处于完全混合状态 ， （3）底物是溶解性的, （4）整个反应过程中, 氧的供应是充分的（对于好氧处理） （5）进水微生物的浓度与曝气池中的活性微生物的浓度相

22、比可忽略 （6）二沉池中没有微生物活动， （7）二沉池无污泥积累，泥水分离良好。,69,2、污泥龄(SRT)c： 是指微生物平均停留时间，实质上是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。定义式为,1、研究对象的流程见p122,二、劳伦斯和麦卡蒂模型,（X)T 曝气池中活性污泥总质量，kg （X/t)T 每天从系统中排出的活性污泥质量,kg/d,70,活性污泥比增长速率,g(新细胞)/g(新细胞) d,对于p122图12-24所示系统,污泥泥龄为,对于p122图12-24所示全部系统（系统边界为虚线） 做活

23、性污泥物料平衡,可得:,3、劳伦斯和麦卡蒂模型,71,c是生物处理的控制参数 通过控制c可以控制活性污泥比增长速率，也可控制微生物的生理状态。,因为从p88图可知，微生物的净增长速率对应于生长过程的不同时期，也对应于其生理状态。,72,可以得到出水中底物的浓度Se：,KS 饱和常数，半速率常数， Kd内源代谢（或衰减）系数， Y 产率系数， rmax最大比底物利用速率。,活性污泥法系统的出水有机物浓度仅仅是污泥泥龄 和动力学参数的函数，与进水有机物的浓度无关. 故要控制出水有机污染物浓度，需通过污泥泥龄控制。,重点,73,曝气池中活性污泥浓度X：,曝气池中活性污泥浓度与进出水水质、污泥泥龄 和

24、动力学参数有关. 故控制泥龄也可以控制曝气池中活性污泥浓度。,重点,设计曝气池容积的一种方法,74,如何控制污泥泥龄？,对进入和离开曝气池的微生物体建立物料平衡方程（系统仅包含曝气池），可得,故欲控制泥龄，可通过控制回流比R来实现。,XR/X与活性污泥沉降性能有关，也和二沉池沉淀效率有关。,75,第四节 气体传递原理和曝设备,76,活性污泥：引起吸附和氧化分解作用；,有机物：是处理对象，也是微生物的食料；,溶解氧：没有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能发挥氧化分解作用。,77,一、气 体 传 递 原 理,双膜理论 认为在气液界面存在着二层做层流流动的膜：气膜和液膜。 传质阻力仅存于这两

25、层膜。气液界面达到平衡态，无阻力。 传质推动力 气膜：氧分压差 液膜：氧浓度差 氧的传质阻力主要在液膜上，故液膜内的氧的传质是控制步骤。,78,在废水生物处理系统中，氧的传递速率可用下式表示：,式中：dM/dt氧传递率；M氧的质量； D 液膜中氧的扩散系数； A 气液接触面的面积； cs 氧在溶液中的饱和浓度； c 溶液中溶解氧的浓度。 而dM=Vdc，V为液相主体体积，则上式可改写成：,为液膜中氧分子的传质系数。,表示氧分子的总传质系数。,为氧转移速率液相中溶解氧浓度变化速率,氧传递率：单位时间通过气液界面的氧的质量,79,由此上式变为： 将上式进行积分，可求得总的传质系数：,KLa值受污水

26、水质的影响，把用于清水测出的值用于污水，要采用修正系数，同样清水的cs值要用于污水要乘以系数，因而上式变为：,式中：,c1，c2t1，t2时溶液中氧的浓度。,80,提高氧转移速率的措施,提高KLa值 提高紊流程度，降低液膜厚度； 加速气液界面的更新； 微孔曝气，增大气液接触面积。 2. 提高cs值 提高气相氧分压，如采用纯氧曝气、深井曝气。,81,二、氧气转移影响因素 （1）污水水质 污水中的杂质对氧气的转移以及溶解度有一定影响，如表面活性物质会形成一层膜，增加楚地阻力所以引入小于1的修正系数，则有：,82,（2）水温 水温上升，水的粘度降低，液膜厚度减小，Kla值增高； 氧气在水中的溶解度随

27、温度上升而降低。 温度对氧气转移有二种相反的影响，但不能相互抵消， 总体上，低温有利于氧气的转移。,83,（3）氧分压 氧分压越高，越有利于氧气的转移。,84,曝气设备,85,曝气的作用与曝气方式,曝气方式： 1.鼓风曝气系统 2.机械曝气装置：纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器 3.鼓风+机械曝气系统 4.其他：富氧曝气、纯氧曝气,86,87,曝 气 设 备,鼓风曝气,机械曝气,空气过滤器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,竖式曝气机,表面曝气机,卧式曝气机,液面以下,安装于液面,88,高速单级鼓风机曝气系统的组成,不讲,89,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,

28、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。,90,鼓风曝气系统的组成,过滤器与进口消音器,过滤器压力损失监测,91,鼓风机旁通与旁通消音器,92,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,鼓风机供应压缩空气,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。,罗茨鼓风机：适用于中小型污水厂，噪声大，必须采取消音、隔音措施,离心式鼓风机：噪声小，效率高，适用于大中型污水厂,93,常用鼓风机形式,1. 容积式风机: 罗茨鼓风机、回转风机,94,95,96,97,2. 单级高速离心鼓

29、风机,丹麦HV-Turbo风机,英国Howden风机,常用鼓风机形式,98,常用鼓风机形式,美国Power Mizer多级风机,99,常用鼓风机形式,100,常用鼓风机形式,101,102,单级高速鼓风机进出口导叶片,103,离心鼓风机外型,多极离心风机,104,离心鼓风机房,105,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,扩 散 器,空气输配管系统,负责将空气输送到空气扩散器。要求沿程阻力损失小,曝气设备各点压力均衡,空气干管和支管流速符合设计要求，配备必要的手动阀和电动调节阀门。,106,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,扩 散 器,扩散器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

30、面，把空气中的氧溶解于水中。,空气输配管系统,小气泡扩散器,中气泡扩散器,大气泡扩散器,微气泡扩散器,扩散器的类型,107,微孔曝气设备,圆盘式微孔扩散器,管式微孔扩散器,108,微孔曝气盘,109,微孔曝气管,110,微孔曝气管,111,微孔曝气设备测试,112,微孔曝气设备安装,113,114,微孔曝气设备的运行状况,115,ZDB型振动曝气器,116,KBB型可变微孔曝气器,117,可变微孔曝气器安装,118,五龙口二期,119,郑州市五龙口污水处理厂二期,120,机械曝气：表面曝气机,121,机械曝气：表面曝气机,曝气的效率取决于： 曝气机的性能 曝气池的池形,这类曝气机的转动轴与水面

31、平行,主要用于氧化沟 。,竖式曝气机,卧式曝气刷,122,泵 形,倒伞形,平板形,123,124,表面曝气机,125,潜水曝气机,126,127,伞形曝气器,128,倒伞形机械曝气器,129,130,131,曝气转刷,132,133,测试中的曝气转碟,134,表面曝气机充氧原理： (1)曝气设备的提水和输水作用，使曝气池内液体不断循环流动, 从而不断更新气液接触面, 不断吸氧； (2)曝气设备旋转时在周围形成水跃，并把液体抛向空中，剧烈搅动而卷进空气； (3)曝气设备高速旋转时，在后侧形成负压区而吸入空气。,135,曝 气 设 备 性 能 指 标,氧转移速率：单位为mg（O2）/（Lh）。,充

32、氧能力（或动力效率）：即每消耗1kWh动力能传递到水中的氧量（或氧传递速率）,单位为kg（O2）/（kWh）。,氧利用率：通过曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的比例，单位为。,136,曝 气 设 备 性 能,137,第五节 去除有机污染物的活性污 泥法过程设计,138,活性污泥系统工艺设计,主要设计内容：根据进出水质的要求确定以下内容 （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：供氧量、曝气设备选择； （5）污泥回流设备设计：剩余污泥量。,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

33、 工业废水：试验研究设计参数,139,由于当前两种形式的曝气池实际效果差不多，因而完全混合的计算模式也可用于推流式曝气池的计算。,140,有机物负荷的两种表示方法,141,1.有机负荷法,142,定义：指单位质量活性污泥（干重）在单位时间内所能够接受，并将其降解到某一规定额数的BOD5量，即:,式中：Ls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； X曝气池中的污泥浓度，MLSS或MLVSS，mg/L,1) 污泥负荷（污泥负荷率）,143,（1）含义： 对于一定量的基质，达到一定处理效率所需要的微生物

34、的量; 对于一定进水浓度的污水（S0）只有合理选择污泥浓度（X）和恰当的污泥负荷Ls才能达到指定的处理效率； 污泥负荷决定活性污泥的生长阶段； Ls决定活性污泥的凝聚、沉降和系统的处理效率。,【1】 污泥负荷,144,(2) 曝气池容积计算, 由Ls的定义式, 按室外排水规范的规定,式中： Se曝气池出水的平均BOD5值，mg/L； X曝气池中的污泥浓度，MLSS或MLVSS，mg/L,145,指曝气池的单位容积，在单位时间内所能够接受，并将其降解到某一规定额数的BOD5的质量，即:,式中：Lv容积负荷，kg (BOD5)/(m3d)。,【2】容积负荷,实际计算: X、 Ls、Lv可查p118

35、表12-1. 对于某些工业污水，试验确定X、 Ls、Lv 污泥负荷法应用方便，但需要一定的经验。,146,2. 污泥泥龄法,147,曝气池中活性污泥浓度X：,P141,148,二、排出的剩余活性污泥量计算,1、按污泥泥龄计算,2、按污泥产率系数计算,P142,149,三、需氧量的计算,耗氧量=氧化分解有机污染物的氧量+内源代谢需氧量,故，O2 = aQSr + bVXV 见p143 O2混合液需氧量(速率），kgO2/d 生活污水a=0.420.53； b= 0.190.11,看式12-69和式12-70知： 增大污泥负荷Ls ，则降解单位质量的BOD5所需的氧量下降，但曝气池内单位质量挥发性

36、悬浮固体所需的氧量升高。 原因Ls越大污泥泥龄越短，被吸附的部分可降解的有机物随剩余污泥被排出。,1、根据有机物降解需氧率a 和内源代谢需氧率b计算,150,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：,S0， Se 进水和出水中BOD5的浓度， 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。,2、微生物对有机物的氧化分解需氧量,151,由于当前两种形式的曝气池实际效果差不多，因而完全混合的计算模式也可用于推流式曝气池的计算。,152,第五节 二次沉淀池,153,154,1

37、55,156,二次沉淀池的功能要求,1.澄清（固液分离）,2.污泥浓缩（使回流污泥的含水率降低，回流污泥的体积减少）,157,二沉池的实际工作情况,（1）二沉池中普遍存在着四个区：清水区、絮凝区、成层沉降区、压缩区。两个界面：泥水界面和压缩界面。,（2）混合液进入二沉池以后，立即被稀释，固体浓度大大降低，形成一个絮凝区。絮凝区上部是清水区，两者之间有一泥水界面。,（3）絮凝区后是一个成层沉降区，在此区内，固体浓度基本不变，沉速也基本不变。絮凝区中絮凝情况的优劣，直接影响成层沉降区中泥花的形态、大小和沉速。,（4）靠近池底处形成污泥压缩区。,158,二沉池的实际工作情况,二沉池的澄清能力与混合液

38、进入池后的絮凝情况密切相关，也与二沉池的表面面积有关。,二沉池的浓缩能力主要与污泥性质及泥斗的容积有关。,对于沉降性能良好的活性污泥，二沉池的泥斗容积可以较小。,159,基本原理,160,二次沉淀池的构造和计算,二次沉淀池在构造上要注意以下特点：,（1）二次沉淀池的进水部分，应使布水均匀并造成有利于絮凝的条件，使泥花结大。,（2）二沉池中污泥絮体较轻,容易被出流水挟走,要限制出流堰处的流速,使单位堰长的出水量不超过10m3/（m h）。,（3）污泥斗的容积，要考虑污泥浓缩的要求。在二沉池内，活性污泥中的溶解氧只有消耗，没有补充，容易耗尽。缺氧时间过长可能影响活性污泥中微生物的活力，并可能因反硝

39、化而使污泥上浮，故浓缩时间一般不超过2h。,161,二次沉淀池的容积计算方法可用下列两个公式反映：,式中：A澄清区表面积，m2； qv废水设计流量，用最大时流量，m3/h； u沉淀效率参数，m3/（m2h）或m/h； V污泥区容积，m3； r最大污泥回流比； t污泥在二次沉淀池中的浓缩时间，h。,二次沉淀池的构造和计算,162,第六节 活性污泥法系统设计和 运行中的一些重要问题,163,水力负荷 有机负荷 微生物浓度 曝气时间 微生物平均停留时间（MCRT） 氧传递速率 回流污泥浓度 回流污泥率 曝气池的构造 十、pH和碱度 十一、溶解氧浓度 十二、污泥膨胀及其控制,164,流向污水厂的流量变

40、化,一、水 力 负 荷,165,水力负荷的变化影响活性污泥法系统的曝气池和二次沉淀池。 当流量增大时，污水在曝气池内的停留时间缩短，影响出水质量，同时影响曝气池的水位。若为机械表面曝气机，由于水面的变化，它的运行就变得不稳定。 对二次沉淀池为水力影响。,一、水 力 负 荷,166,二、有机负荷率N,污泥负荷率N和MLSS的设计值采用得大一些，曝气池所需的体积可以小一些。 但出水水质要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥处置的费用和困难，同时，整个处理系统较不耐冲击，造成运行中的困难。 为避免剩余污泥处置上的困难和保持污水处理系统的稳定可靠，可以采用低的污泥负荷率（0.1），把曝气池建得很大，

41、这就是延时曝气法。,曝气区容积的计算，设计中要考虑的主要问题是如何确定污泥负荷率N和MLSS的设计值。,167,三、微生物浓度,在设计中采用高的MLSS并不能提高效益，原因如下：,168,四、曝 气 时 间,在通常情况下，城市污水的最短曝气时间为3h或更长些，这和满足曝气池需氧速率有关。,169,五、微生物平均停留时间(MCRT)(又称泥龄),微生物平均停留时间至少等于水力停留时间，此时，曝气池内的微生物浓度很低，大部分微生物是充分分散的。,微生物的停留时间应足够长，促使微生物能很好地絮凝，以便重力分离，但不能过长，过长反而会使絮凝条件变差。,微生物平均停留时间还有助于说明活性污泥中微生物的组

42、成。世代时间长于微生物平均停留时间的那些微生物几乎不可能在该活性污泥中繁殖。,170,六、氧 传 递 速 率,氧传递速率要考虑二个过程,要提高氧的传递速率,171,七、回流污泥浓度,回流污泥浓度是活性污泥沉降特性和回流污泥回流速率的函数。 按右图进行物料衡算，可推得下列关系式：,式中：sa曝气池中的MLSS,mg/L; sr回流污泥的悬浮固体浓度,mg/L; r 污泥回流比。,根据上式可知，曝气池中的MLSS不可能高于回流污泥浓度，两者愈接近，回流比愈大。限制MLSS值的主要因素是回流污泥的浓度。,172,衡量活性污泥的沉降浓缩特性的指标，它是指曝气池混合液沉淀30min后，每单位质量干泥形成

43、的湿泥的体积，常用单位是mL/g。,（1）在曝气池出口处取混合液试样； （2）测定MLSS（g/L）； （3）把试样放在一个1000mL的量筒中沉淀30min，读出活性污泥的体积（mL）； （4）按下式计算：,活性污泥体积指数SVI,SVI的测定,七、回流污泥浓度,173,八、污泥回流率,高的污泥回流率增大了进入沉淀池的污泥流量，增加了二沉池的负荷，缩短了沉淀池的沉淀时间，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固体随出流带走。,活性污泥回流率的设计应有弹性，并应操作在可能的最低流量。这为沉淀池提供了最大稳定性。,174,九、曝气池的构造,推流式曝气池,完全混合式曝气池,175,十、pH和碱度,176,十

44、一、溶解氧浓度,通常溶解氧浓度不是一个关键因素，除非溶解氧浓度跌落到接近于零。只要细菌能获得所需要的溶解氧来进行代谢，其代谢速率就不受溶解氧的影响。,一般认为混合液中溶解氧浓度应保持在0.52mg/L，以保证活性污泥系统的正常运行。,过分的曝气使氧浓度得到提高，但由于紊动过于剧烈，导致絮状体破裂，使出水浊度升高。 特别是对于好氧速度不快而泥龄偏长的系统，强烈混合使破碎的絮状体不能很好地再凝聚。,177,十二、污泥膨胀及其控制,正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥体积指数SVI在50150之间；当活性污泥不正常时，污泥不易沉淀，反映在SVI值升高。 混合液在1000mL量筒中沉淀30min后，污泥

45、体积膨胀，上层澄清液减少，这种现象称为活性污泥膨胀。,活性污泥膨胀可分为,178,丝 状 菌 性 膨 胀,当污泥中有大量丝状菌时，大量有一定强度的丝状体相互支撑、交错，大大恶化了污泥的沉降、压缩性能，形成了污泥膨胀。,179,丝 状 菌 性 膨 胀的主要因素,180,丝 状 菌 性 膨 胀的主要因素,污水水质,运行条件,工艺方法,181,丝 状 菌 性 膨 胀的主要因素,污水水质,运行条件,工艺方法,182,非丝 状 菌 性 膨 胀,非丝状菌性膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高时。 微生物的负荷高，细菌吸收了大量的营养物，但由于温度低，代谢速度较慢，就积贮起大量高黏性的多糖类物质。这些多糖类物质的积贮，使活性污泥的表面附着水大大增加，使污泥形成污泥膨胀。,发生污泥非丝状菌性膨胀时，处理效率仍很高，上清液也清澈。,183,在运行中，如发生污泥膨胀，针对膨胀的类型和丝状菌的特性，可采取的抑制措施：,184,在设计时，对于容易发生污泥膨胀的污水，可以采用以下一些方法：,