第八章污水的好氧生物處理PPT課件

1、11/17/20211 污水的生物處理是現(xiàn)代生物工程的一個(gè)重要組成部分。 根據(jù)參與代謝的微生物種類不同可分為：好氧生物處理和厭氧生物處理 好氧生物處理： 活性污泥法：水體自凈的人工強(qiáng)化 生物膜法：土壤凈化的強(qiáng)化 生物處理主要去除水中的溶解狀態(tài)和膠體狀態(tài)的有機(jī)物。第1頁/共116頁11/17/202121 微生物的代謝作用2 影響好氧處理的主要因素： （1）溶解氧(DO) DO=24ml/l 為宜; DO保持一定水平，使好氧微生物正常生長(zhǎng)，維持較好的出水水質(zhì)，使活性污泥和生物膜結(jié)構(gòu)正常，沉降和絮凝性能良好。 第2頁/共116頁11/17/20213（2）水溫 中溫性細(xì)菌為主，最適溫度：20-35

2、。 第3頁/共116頁11/17/20214 （3） pH值 最佳：6.58.5 維持適宜的pH值,可以使微生物生長(zhǎng)繁殖良好，使菌膠團(tuán)產(chǎn)生較好的粘性物質(zhì)，形成較好的絮狀物，取得良好的處理效果。 pH9 生化反應(yīng)即受到抑制 pH6.5 絲狀菌生長(zhǎng)，易發(fā)生污泥膨脹第4頁/共116頁11/17/20215（4）營養(yǎng)平衡 BOD5:N:P=100:5:1 廢水生物處理時(shí)要考慮C、N、P的配比。當(dāng)N、P 不足時(shí)，應(yīng)投加氮源和磷源。 生活污水：營養(yǎng)豐富，是最佳營養(yǎng)源。 工業(yè)污水：宜與生活污水合并后處理。第5頁/共116頁11/17/20216（5）有毒物質(zhì) 廢水中含有一些物質(zhì)如重金屬離子、酚對(duì)微生物有毒害

3、作用或抑制作用。 當(dāng)然，它們對(duì)微生物的毒害作用是相對(duì)而言的，在一定濃度范圍內(nèi)是沒有影響的。若微生物經(jīng)馴化后，可能承受較高濃度的有毒物質(zhì)。第6頁/共116頁11/17/20217第二節(jié) 活性污泥法第7頁/共116頁11/17/20218 目前，活性污泥法是廢水生物處理應(yīng)用最為廣泛的一種方法，該法已成為污水處理的主體技術(shù)。 1912年，英國人克拉克和蓋奇的廢水曝氣試驗(yàn)。 1914年，英國曼切斯特建成了第一座活性污泥水處理廠。 特別在近2030年，對(duì)生物反應(yīng)的凈化機(jī)理進(jìn)行了深入研究，出現(xiàn)了多種工藝流程。第8頁/共116頁11/17/20219一 基本原理： 1 基本流程： 初沉池曝氣池二沉池回流污泥

4、剩余污泥進(jìn)水出水第9頁/共116頁11/17/202110 初沉池：去除懸浮固體，減輕生物處理負(fù)荷； 曝氣池：廢水、微生物和氧氣在此充分混合和反應(yīng)； 二沉池：使泥水分離，去除剩余污泥； 回流系統(tǒng)：保持曝氣池中一定的污泥濃度； 曝氣系統(tǒng)：供氧，使污泥呈懸浮態(tài)。第10頁/共116頁11/17/2021112 活性污泥的性能指標(biāo) （1）形態(tài) 外觀呈黃褐色的絮絨顆粒狀; 粒經(jīng)：0.020.2mm,有較大的表面積; 含水率在99%以上; 密度：1.0021.006g/ml。第11頁/共116頁11/17/202112 （2）組成 活性微生物群體(Ma) 微生物自身代謝殘留物(Me) 污泥吸附的惰性有機(jī)物

5、(Mi) 污水中的無機(jī)物(Mii)第12頁/共116頁11/17/202113（3）混合液懸浮固體濃度(MLSS) 即污泥濃度 MLSS=Ma+Me+Mi+Mii 普通活性污泥法: MLSS=23g/l 完全混合法和吸附再生法： MLSS=46g/l 混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS):指污泥中有機(jī)固體物質(zhì)的濃度,，較準(zhǔn)確的表示其中活性成分。第13頁/共116頁11/17/202114（4）污泥沉降比(SV) 指曝氣池混合液沉淀30min后，形成的沉淀污泥和原混合液體積之比。 城市污水：SV=1530%。 可反映曝氣池運(yùn)行時(shí)的污泥量，用于控制剩余污泥的排放，還可及早發(fā)現(xiàn)污泥膨脹等異?，F(xiàn)象的

6、發(fā)生。第14頁/共116頁11/17/202115 （5）污泥體積指數(shù)(SVI) 指曝氣池混合液經(jīng)30min沉淀后，每克干污泥所占的體積。 )/()/(lgMLSSlmlSVSVI 城市污水：SVI=50150ml/g。 該數(shù)值反映活性污泥的疏散程度和凝聚沉降性能。第15頁/共116頁11/17/202116（6）污泥齡(SRT) 又稱為： “新增細(xì)胞在反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間” “反應(yīng)器中全部微生物更新一次所需要的時(shí)間” “生物固體平均停留時(shí)間”等 第16頁/共116頁11/17/202117污泥齡可由下式計(jì)算：每日污泥排放量曝氣池中微生物總量第17頁/共116頁11/17/202118（7）

7、水力停留時(shí)間(HRT) HRT=V/Q 式中：V: 曝氣池容積 Q: 污水流量第18頁/共116頁11/17/2021193 活性污泥增長(zhǎng)規(guī)律 活性污泥中微生物是多菌種的混合群體，仍可用純菌種的生長(zhǎng)曲線表示。（見Fig.11-3 P62) 第19頁/共116頁11/17/202120 適應(yīng)期對(duì)數(shù)期靜止期衰老期微生物生長(zhǎng)曲線時(shí)間細(xì)菌對(duì)數(shù)第20頁/共116頁11/17/202121 活性污泥增長(zhǎng)受營養(yǎng)物質(zhì)(food)和微生物量(microorganism)的影響，即F/M值。 F/M=QS0/XV 式中：Q: 污水流量 S0: 污水起始濃度 X: MLSS濃度 V: 反應(yīng)器體積第21頁/共116頁

8、11/17/202122 （1）對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期 F/M值較大（ 2.2)； 污泥增長(zhǎng)不受食物限制； 污泥活性強(qiáng)，具有很高的能量水平； 凝聚性能差，松散，不易沉降； 出水水質(zhì)差。第22頁/共116頁11/17/202123 （2）靜止期 F/M值一般(0.30.6)； 污泥增長(zhǎng)受食物的限制，增長(zhǎng)速 率下降； 污泥活性較強(qiáng)，能量水平一般； 污泥凝聚性能和沉降性能好； 出水水質(zhì)好； 一般情況下，活性污泥的工作階 段。第23頁/共116頁11/17/202124 （3）內(nèi)源呼吸期（衰老期） F/M值最低(0.1)； 營養(yǎng)物質(zhì)很少，微生物開始分解，代謝自身的細(xì)胞物質(zhì)，污泥減少； 污泥活性弱； 污泥凝聚性能差

9、，沉降性能好； 出水水質(zhì)好。第24頁/共116頁11/17/2021254 活性污泥凈化反應(yīng)過程 該過程分成二個(gè)階段： （1）初期吸附階段 活性污泥有很大的表面積，且表面上的微生物分泌較多的粘性物質(zhì)，在與水相接觸時(shí)可吸附大量的有機(jī)物。 該過程進(jìn)行較快， 1030min 即可完成，BOD5去除率達(dá)8590%。第25頁/共116頁11/17/202126 反應(yīng)時(shí)間有機(jī)物濃度有機(jī)物降解曲線第26頁/共116頁11/17/202127 （2）穩(wěn)定階段有機(jī)物細(xì)胞內(nèi)透膜酶胞內(nèi)酶合成與分解代謝第27頁/共116頁11/17/202128二 活性污泥反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 1 勞倫斯-麥卡蒂模式 微生物的增長(zhǎng)與底物降解的

10、關(guān)系： XkdtdSYdtdXddtdSYdtdXobs或第28頁/共116頁11/17/202129式中：dX/dt: 微生物凈增長(zhǎng)速度 Y: 理論合成系數(shù) kd: 內(nèi)源呼吸代謝系數(shù) Yobs: 可檢合成系數(shù) 第29頁/共116頁11/17/202130活性污泥每日凈增長(zhǎng)量： X=Y(S0-Se)Q-kdVXv 式中：S0: 進(jìn)水有機(jī)物濃度 Se: 出水有機(jī)物濃度 Q: 進(jìn)水流量 VXv: 混合液中MLSS第30頁/共116頁11/17/202131 式中 ： : 污泥齡(d) : 污泥負(fù)荷 (KgBOD5/KgMLVSSd)dvrvkVXQSYVXXcvVXX1svevrNVXSSQVXQ

11、S0(cdsckYN 1第31頁/共116頁11/17/202132出水濃度： 反應(yīng)器中活性污泥濃度：回流污泥濃度：回流比：11maxdccdsekYqkKScdecktSSYX102 . 1106SVIXrrrSVIX12 . 1106第32頁/共116頁11/17/202133三 活性污泥法的運(yùn)行方式 1 普通活性污泥法 廢水和回流污泥從池首端流入，以推流形式到末端。初沉池 曝氣池 二沉池回流污泥剩余污泥進(jìn)水出水第33頁/共116頁11/17/202134 說明： （1）氧氣的供應(yīng)與消耗 在前1/3階段，有機(jī)物較多 ，氧氣不足，利用率高；后1/3階段，氧氣供大于求，利用率低。（見Fig.1

12、4-23) 第34頁/共116頁11/17/202135供氧曲線需氧曲線供氧和需氧率曲線第35頁/共116頁11/17/202136（2）該法處理效果好，BOD5去除率達(dá)9095%。第36頁/共116頁11/17/202137 （3）運(yùn)行參數(shù)： 污泥濃度：MLSS=23g/l 污泥負(fù)荷： F/M=0.20. 4 KgBOD5/KgMLVSSd 污泥回流比：r=2550% 曝氣時(shí)間：t=48h第37頁/共116頁11/17/202138 （4）存在的問題 曝氣池容積大，占地多； 水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)能力差； 池前端供氧不足，后端供氧過剩， 所以動(dòng)力消耗大，容積負(fù)荷小。第38頁/共116頁11/1

13、7/202139 2 漸減曝氣活性污泥法 改變傳統(tǒng)活性污泥法的等距離均量布置擴(kuò)散器的缺點(diǎn)，而是合理的布置空氣擴(kuò)散器，使布?xì)庋爻套兓?，以提高處理效率。?9頁/共116頁11/17/202140供氧曲線需氧曲線第40頁/共116頁11/17/202141第41頁/共116頁11/17/2021423 階段曝氣活性污泥法 （分步進(jìn)水活性污泥法或多點(diǎn)進(jìn)水活性污泥法） 污水沿池長(zhǎng)度分散進(jìn)入，并不集中進(jìn)入； 污水分段進(jìn)入，提高了反應(yīng)器對(duì)水質(zhì)、水量的沖擊負(fù)荷的適應(yīng)能力； 易于由普通活性污泥法改建，使用較普遍。第42頁/共116頁11/17/202143第43頁/共116頁11/17/202144 運(yùn)行參數(shù)

14、： MLSS=23.5g/l F/M=0.20.4kgBOD5/kgMLVSSd r=0.250.75 t=35h第44頁/共116頁11/17/202145 4 完全混合活性污泥法 污水與回流污泥在進(jìn)入曝氣池后，立即與池中的混合液完全混合。 池中微生物的種類和數(shù)量相等； 對(duì)沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)能力； 池中有機(jī)物濃度相同，需氧均勻； 出水水質(zhì)不及傳統(tǒng)法。第45頁/共116頁11/17/202146第46頁/共116頁11/17/2021475 高負(fù)荷活性污泥法 （短時(shí)曝氣活性污泥法或不完全處理活性污泥法） 負(fù)荷高： F/M=1.55.0 kgBOD5/KgMLVSSd 曝氣時(shí)間短：t=1.53

15、.0h第47頁/共116頁11/17/202148 處理效果低：7075% MLSS濃度低：200500mg/l 適宜于處理對(duì)出水水質(zhì)要求不高的污水。第48頁/共116頁11/17/202149 6 延時(shí)曝氣法 （完全氧化活性污泥法） 曝氣時(shí)間長(zhǎng)：t=1836h 負(fù)荷低： F/M=0.050.15 kgBOD5/kgMLVSSd MLSS濃度高：30006000mg/l 污泥量少且穩(wěn)定，不需另行處理可排放第49頁/共116頁11/17/202150 出水水質(zhì)好 池容大 適用于對(duì)處理水質(zhì)要求高，且又不宜處理污泥的小城鎮(zhèn)污水和工業(yè)污水，水量不宜超過1000m3/d。第50頁/共116頁11/17/

16、202151第51頁/共116頁11/17/2021527 接觸穩(wěn)定法 （生物吸附活性污泥法或吸附-再生活性污泥法） 活性污泥的凈化分成二個(gè)階段：吸附階段和穩(wěn)定階段。使這二個(gè)階段在不同的池中進(jìn)行，即為接觸穩(wěn)定法。第52頁/共116頁11/17/202153第53頁/共116頁11/17/202154 8 純氧曝氣法 純氧代替空氣，氧氣利用率提高，污水處理效果好，污泥性能良好； 剩余污泥少； 設(shè)備復(fù)雜，管理煩瑣； 應(yīng)不斷調(diào)節(jié)pH值。第54頁/共116頁11/17/202155第55頁/共116頁11/17/2021569 吸附生物降解工藝（ AB法）（1） 工藝流程及特點(diǎn) 不設(shè)初沉池； A、B兩

17、段各自擁有獨(dú)立的回流系統(tǒng)，有各自獨(dú)立的微生物群體，處理效果穩(wěn)定。第56頁/共116頁11/17/202157吸 附沉 淀沉淀剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥A 段B 段曝氣進(jìn)水出水第57頁/共116頁11/17/202158第58頁/共116頁11/17/202159第59頁/共116頁11/17/202160第60頁/共116頁11/17/202161（2） A段的效應(yīng)與運(yùn)行參數(shù) A段時(shí)一個(gè)開放性的生物系統(tǒng)； 負(fù)荷高，26kgBOD5/kgMLSSd； 停留時(shí)間短，3060min； 有機(jī)物去除主要靠絮凝體的吸附作用，生物降解只占1/3。第61頁/共116頁11/17/202162（3） B段

18、效應(yīng)與運(yùn)行參數(shù) B段所接收廢水的水質(zhì)、水量都較穩(wěn)定，則可以充分發(fā)揮其凈化功能； 負(fù)荷低，0.10.3kgBOD5/kgMLSSd； 污泥齡長(zhǎng)，可部分脫氮。第62頁/共116頁11/17/202163 該工藝處理效果穩(wěn)定，具有一定的抗沖擊負(fù)荷的能力。第63頁/共116頁11/17/20216410 序批式活性污泥法（SBR法）（1）工藝流程 由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水、閑置等基本過程組成。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有二沉池和污泥回流設(shè)備。第64頁/共116頁11/17/202165格柵沉砂池初沉池間歇式曝氣池進(jìn)水出水SBR工藝流程圖第65頁/共116頁11/17/202166（2）特征 SBR法在流態(tài)上屬完全

19、混合，有機(jī)物降解上卻是時(shí)間上的推流； 耐沖擊負(fù)荷； 出水水質(zhì)好； 可以脫氮除磷； 污泥沉降性能好，可有效的防止污泥膨脹； 便于自控運(yùn)行，易于維護(hù)管理。第66頁/共116頁11/17/202167四 曝氣原理和曝氣池 （一）曝氣原理 1 雙膜原理 基本點(diǎn)： 在氣液界面兩側(cè)存在氣膜和液膜； 氣液兩相處于紊流狀態(tài)，其中物質(zhì)濃度均勻，不存在濃度差，也不存在傳質(zhì)阻力，阻力僅存在于氣液膜中；第67頁/共116頁11/17/202168氣體液體層流紊流紊流po氣膜液膜soPi 界面第68頁/共116頁11/17/202169 氣膜中存在氧氣的分壓梯度，液膜中存在氧氣的濃度梯度，它們是氧轉(zhuǎn)移的推動(dòng)力； 氧氣難

20、溶于水中，其轉(zhuǎn)移的阻力主要存在于液膜上。第69頁/共116頁11/17/202170 氧氣通過液膜的傳遞速率為： osogAKdtdm 式中：dm/dt: 氣體傳遞速率 Kg: 氣體擴(kuò)散系數(shù) A: 氣體擴(kuò)散通過的面積 so : 氣體在溶液中的飽和濃度 o : 氣體在溶液中的濃度 第70頁/共116頁11/17/202171 而 ，則有： 對(duì)上式積分可得：oVddmosogoVAKdtd0soLaK1212log13 . 2sosoLattK第71頁/共116頁11/17/202172 2 氧氣轉(zhuǎn)移影響因素 （1）污水水質(zhì) 污水中的雜質(zhì)對(duì)氧氣的轉(zhuǎn)移以及溶解度有一定影響，所以引入修正系數(shù)，則有：

21、osoLaoKdtd第72頁/共116頁11/17/202173 （2）水溫 水溫上升，水的粘度降低，液膜厚度減小，Kla值增高； 氧氣在水中的溶解度隨溫度上升而降低。 溫度對(duì)氧氣轉(zhuǎn)移有二種相反的影響，但不能相互抵消，總之，低溫有利于氧氣的轉(zhuǎn)移。第73頁/共116頁11/17/202174 （3）氧分壓 氧分壓越高，越有利于氧氣的轉(zhuǎn)移。第74頁/共116頁11/17/202175（二）曝氣設(shè)備 曝氣設(shè)備主要有二種：鼓風(fēng)曝氣和機(jī)械曝氣。 1 鼓風(fēng)曝氣 （1）系統(tǒng)組成 空氣凈化器、鼓風(fēng)機(jī)、空氣輸配 管系統(tǒng)和擴(kuò)散器。 第75頁/共116頁11/17/202176 （2）擴(kuò)散器的作用及種類 作用： 將

22、空氣分散成小氣泡，以增大與水的接觸面積。 種類： 小氣泡擴(kuò)散器 中氣泡擴(kuò)散器 大氣泡擴(kuò)散器 微氣泡擴(kuò)散器第76頁/共116頁11/17/202177第77頁/共116頁11/17/202178第78頁/共116頁11/17/202179第79頁/共116頁11/17/202180 2 機(jī)械曝氣 （1）豎式曝氣機(jī) （2）臥式曝氣刷 第80頁/共116頁11/17/202181第81頁/共116頁11/17/202182第82頁/共116頁11/17/202183第83頁/共116頁11/17/202184第84頁/共116頁11/17/2021853 曝氣設(shè)備性能指標(biāo) （1）氧轉(zhuǎn)移效率 (mgO

23、2/lh) （2）充氧能力 (kgO2/kWh) （3）氧利用效率 (%)第85頁/共116頁11/17/2021864 曝氣設(shè)備的性能測(cè)試 原理： 以氯化鈷作為催化劑，用還原劑亞硫酸鈉脫氧，然后測(cè)試復(fù)氧過程中水中溶解氧的濃度，計(jì)算總傳質(zhì)系數(shù)Kla和氧的傳遞速率。第86頁/共116頁11/17/202187進(jìn)氣進(jìn)水第87頁/共116頁11/17/202188過程： 曝氣筒中注入清水，曝氣10min至飽和，測(cè)溶解氧的飽和值，計(jì)算水中的氧氣總量和投藥量； 投加藥劑，當(dāng)水中溶解氧為零后，開始曝氣，間隔一定時(shí)間取樣分析，至溶解氧為飽和值的95%。 計(jì)算總傳質(zhì)系數(shù)Kla和氧的傳遞速率。 第88頁/共11

24、6頁11/17/202189數(shù)據(jù)處理：總傳質(zhì)系數(shù)： 以t對(duì)ln(so- o)作圖，得一直線，斜率即為Kla值。tKKdtdLasoosoosoLaoln)ln()(/)20()20(024. 1TLaLaKK第89頁/共116頁11/17/202190氧轉(zhuǎn)移速率：soLaAKE(mgO2/lh)第90頁/共116頁11/17/202191動(dòng)力效率： 式中：V：水的體積 N：輸入功率NVKEsoLap（kgO2/kWh）第91頁/共116頁11/17/202192（三）曝氣池池型 1 推流曝氣池 2 完全混合曝氣池 分建式 合建式 3 兩種池型的結(jié)合第92頁/共116頁11/17/202193第

25、93頁/共116頁11/17/202194第94頁/共116頁11/17/202195第95頁/共116頁11/17/202196第96頁/共116頁11/17/202197 五 活性污泥法的設(shè)計(jì)計(jì)算 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 選定工藝流程； 曝氣池容積計(jì)算及工藝設(shè)計(jì)； 曝氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算； 污泥回流系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 二沉池池型選擇及計(jì)算。第97頁/共116頁11/17/2021982 設(shè)計(jì)依據(jù) 處理水量、一級(jí)處理出水后的水質(zhì)和出水水質(zhì)。第98頁/共116頁11/17/2021993 曝氣池容積計(jì)算 負(fù)荷法 VqNxsovs式中：Ns: 污泥負(fù)荷率(kgBOD5/kgMLSSd) qv: 進(jìn)水流量 so : 進(jìn)水

26、的平均BOD5值 x: 曝氣池中的污泥濃度第99頁/共116頁11/17/20211004 曝氣系統(tǒng) （1）需氧量和供氣量的計(jì)算 對(duì)完全混合曝氣池： cdockXSSQYV1 式中：V: 曝氣池容積 c: 污泥齡 Q: 進(jìn)水流量 Y: 合成系數(shù) S0、S : 進(jìn)水、出水有機(jī)物濃度 kd: 內(nèi)源呼吸系數(shù)第100頁/共116頁11/17/2021101（2）剩余活性污泥量 （3）需氧量為：)(0SSQYPobsxcdobskYY1xPSSQO42. 168. 0)(02第101頁/共116頁11/17/2021102 （4）空氣量 AairEOV20. 1%2 .232 式中: ：安全系數(shù) 23.

27、2% ：空氣中氧氣的百分含量 1.201：氧氣的密度 EA：氧的利用率 第102頁/共116頁11/17/2021103 （4）曝氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)：空壓機(jī)、空氣輸送管和空氣擴(kuò)散器 機(jī)械曝氣系統(tǒng)：選擇葉輪的形式和確定其直徑第103頁/共116頁11/17/20211045 污泥回流系統(tǒng) 回流污泥系統(tǒng)濃度 回流污泥量的計(jì)算 污泥的提升設(shè)備選擇 污泥泵 空氣提升泵 螺旋泵第104頁/共116頁11/17/2021105 6 二次沉淀池 選池型 沉淀池設(shè)計(jì)計(jì)算第105頁/共116頁11/17/2021106六 活性污泥系統(tǒng)的運(yùn)行管理 1 活性污泥的培養(yǎng)與馴化 異步培訓(xùn)法 同步培訓(xùn)法 接種培訓(xùn)法第106頁/共116頁11/17/2021107異步培