第二章活性污泥法

第二章活性污泥法第一節(jié)基本概念

第二節(jié)氣體傳遞和曝氣池

第三節(jié)活性污泥法的發(fā)展和演變

第四節(jié)活性污泥法的設(shè)計計算

第五節(jié)二次沉淀池

第六節(jié)活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)行中的一些重要問題第一節(jié)基本概念

什么是活性污泥？

由細(xì)菌、菌膠團(tuán)、原生動物、后生動物等微生物群體及吸附的污水中有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)組成的、有一定活力的、具有良好的凈化污水功能的絮絨狀污泥。

一組活性污泥圖片活性污泥的性質(zhì)顏色黃褐色狀態(tài)似礬花絮絨顆粒味道土腥味相對密度曝氣池混合液：1.002～1.003回流污泥：1.004～1.006粒經(jīng)0.02～0.2mm20～100cm2/mL比表面積曝氣池曝氣池出水堰

按棲息著的微生物分：活性污泥的組成大量的細(xì)菌真菌原生動物后生動物

除活性微生物外，活性污泥還挾帶著來自污水的有機(jī)物、無機(jī)懸浮物、膠體物；活性污泥中棲息的微生物以好氧微生物為主，是一個以細(xì)菌為主體的群體，除細(xì)菌外,還有酵母菌、放線菌、霉菌以及原生動物和后生動物?；钚晕勰嘀屑?xì)菌含量一般在107～108個/mL；原生動物103個/mL，原生動物中以纖毛蟲居多數(shù)，固著型纖毛蟲可作為指示生物，固著型纖毛蟲如鐘蟲、等枝蟲、蓋纖蟲、獨(dú)縮蟲、聚縮蟲等出現(xiàn)且數(shù)量較多時，說明培養(yǎng)成熟且活性良好。

干固體和水分含水98％~99％干固體1％~2%MLSSMLVSSNVSS按有機(jī)性和無機(jī)性成分：處理生活污水的活性污泥MLVSS:70%NVSS:30%MLSS表示懸浮固體物質(zhì)總量，MLVSS揮發(fā)性固體成分表示有機(jī)物含量，MLNVSS灼燒殘量，表示無機(jī)物含量。

MLVSS包含了微生物量，但不僅是微生物的量，由于測定方便，目前還是近似用于表示微生物的量。MLVSS:一般范圍為55％~75％NVSS:一般范圍為25％~45％混合液懸浮固體濃度：MLSS評價活性污泥的重要指標(biāo)

曝氣池中污水和活性污泥混合后混合液懸浮固體的數(shù)量，單位：mg/l。取混合液100mL，以快速濾紙過濾，105℃烘箱內(nèi)2小時烘干至恒重，稱取其中固體物質(zhì)的含量。按McKinney的分析：

MLSS=Ma+Me+Mi+Mii式中：Ma——具備活性細(xì)胞成分；Me——內(nèi)源代謝殘留的微生物有機(jī)體；Mi——未代謝的不可生化的有機(jī)懸浮固體；Mii——吸附的無機(jī)懸浮固體。混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度：MLVSS評價活性污泥的重要指標(biāo)

指混合液懸浮固體中有機(jī)物的數(shù)量，單位：mg/l。取測定MLSS后的濾紙與固體物質(zhì)一同放入焚燒爐內(nèi)，經(jīng)600℃～800℃灼燒至殘留物無黑色，稱取殘留物的含量，扣除濾紙的灰分后，即為NVSS，MLSS與NVSS的則為MLVSS。

由于MLVSS中不包括Mii（吸附的無機(jī)懸浮固體），因此比MLSS更能夠精確地代表活性污泥中活性生物的數(shù)量。污泥沉降比：SV30SV30與SVI可以表示活性污泥的沉降濃縮性能，而SVI能夠更確切地反應(yīng)處活性污泥的松散程度和凝絮沉降性能。

取混合液至1000mL或100mL量筒，靜止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的體積，以占混合液體積的比例（%）表示污泥沉降比。污泥體積指數(shù)：SVI

指曝氣池出口處混合液經(jīng)30分鐘靜止沉淀以后，1克干污泥所占的容積，簡稱污泥指數(shù)，單位為mL/g。

1L混合液沉淀30min的活性污泥體積（mL）SV(mL/L)SVI==1升混合液中懸浮固體干重（g）

MLSS(g/L)評價活性污泥的重要指標(biāo)污泥齡：TS評價活性污泥的重要指標(biāo)

指曝氣池中工作著的活性污泥總量與每日排放的剩余污泥數(shù)量的比值，單位：日。

由于在穩(wěn)定運(yùn)行時，剩余污泥量也就是新增長的污泥量，因此污泥齡就是污泥在曝氣池中的平均停留時間，或污泥增長一倍平均所需要的時間?；钚晕勰喾ǖ幕玖鞒坛醭脸?/p>

去除污水中大顆粒的懸浮物質(zhì)，根據(jù)廢水的特性不同，有時可以省去。曝氣池

活性污泥法的核心，是微生物吸附、代謝廢水中有機(jī)污染物和部分無機(jī)物的主要場所?；钚晕勰喾ǖ幕玖鞒潭脸?/p>

對活性污泥法和已經(jīng)處理過的廢水進(jìn)行固液分離，上層為已處理好的出水，排出沉淀池。下層為分離出的活性污泥，大部分由污泥回流系統(tǒng)送回曝氣池（回流污泥），其余部分作為剩余污泥排除另行處理。曝氣系統(tǒng)

以一定的的方法與設(shè)備，使空氣中的氧（或純氧）溶解于混合液中，并提供適當(dāng)?shù)臄嚢琛；亓魑勰?/p>

通過污泥提升設(shè)備將二沉池分離出來的活性污泥送回曝氣池，維持曝氣池中活性污泥的濃度。活性污泥法的基本流程活性污泥降解污水中有機(jī)物的過程

活性污泥在曝氣過程中，對有機(jī)物的降解（去除）過程可分為兩個階段：吸附階段穩(wěn)定階段

由于活性污泥具有巨大的表面積，而表面上含有多糖類的黏性物質(zhì)，導(dǎo)致污水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去。

主要是轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機(jī)物為微生物所利用。

曲線①反映污水中有機(jī)物的去除規(guī)律；曲線②反映活性污泥利用有機(jī)物的規(guī)律；曲線③反映了活性污泥吸附有機(jī)物的規(guī)律。

這三條曲線反映出，在曝氣過程中：污水中有機(jī)物的去除在較短時間(圖中是5h左右)內(nèi)就基本完成了(見曲線①)；污水中的有機(jī)物先是轉(zhuǎn)移到(吸附)污泥上(見曲線③),然后逐漸為微生物所利用(見曲線②)；吸附作用在相當(dāng)短的時間(圖中是45min左右)內(nèi)就基本完成了(見曲線③)；微生物利用有機(jī)物的過程比較緩慢(見曲線②)?；钚晕勰嘟到馕鬯杏袡C(jī)物的過程污水與污泥混合曝氣后BOD的變化曲線對活性污泥法曝氣過程中污水中有機(jī)物的變化分析得到結(jié)論：廢水中的有機(jī)物殘留在廢水中的有機(jī)物從廢水中去除的有機(jī)物微生物不能利用的有機(jī)物微生物能利用的有機(jī)物微生物能利用而尚未利用的有機(jī)物微生物不能利用的有機(jī)物微生物已利用的有機(jī)物（氧化和合成）（吸附量）增殖的微生物體氧化產(chǎn)物第二節(jié)氣體傳遞和曝氣池

曝氣池的三種池型推流式曝氣池完全混合式曝氣池兩種池型結(jié)合式按曝氣池的混合方式曝氣池的三種池型長方廊道形方形或圓形環(huán)形跑道形按曝氣池的形狀曝氣池的二種池型鼓風(fēng)曝氣式機(jī)械曝氣式按曝氣池的曝氣方式曝氣池的三種池型間歇式曝氣池連續(xù)進(jìn)水間歇出水式或交替運(yùn)行式連續(xù)運(yùn)行式曝氣池按曝氣池的運(yùn)行方式曝氣池的三種池型合建式曝氣池曝氣沉淀一體式曝氣池分建式曝氣池按曝氣池與沉淀池的關(guān)系方式推流式曝氣池

推流式曝氣池的長寬比一般為5～10；進(jìn)水方式不限；出水用溢流堰。1.平面布置

推流式曝氣池的池寬和有效水深之比一般為1～2。2.橫斷面布置根據(jù)橫斷面上的水流情況，可分為推流式曝氣池曝氣池的三種池型機(jī)械曝氣完全混合曝氣池泵形倒傘形平板形鼓風(fēng)曝氣完全混合曝氣池微孔曝氣設(shè)備安裝局部完全混合推流式曝氣池環(huán)形跑道曝氣池曝氣轉(zhuǎn)刷測試中的曝氣轉(zhuǎn)碟

活性污泥法的三個要素構(gòu)成

一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥；

二是廢水中的有機(jī)物，它是處理對象，也是微生物的食料；

三是溶解氧，沒有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能發(fā)揮氧化分解作用。氣體傳遞原理

雙膜理論的基點是認(rèn)為在氣液界面存在著二層膜（即氣膜和液膜）這一物理現(xiàn)象。這兩層薄膜使氣體分子從一相進(jìn)入另一相時受到了阻力。當(dāng)氣體分子從氣相向液相傳遞時，若氣體的溶解度低，則阻力主要來自液膜。

在廢水生物處理系統(tǒng)中，氧的傳遞速率可用下式表示：式中：dm/dt——?dú)怏w傳遞速率；

Kg——?dú)怏w擴(kuò)散系數(shù)；

A——?dú)怏w擴(kuò)散通過的面積；

ρs0——?dú)怏w在溶液中的飽和濃度；

ρ0——?dú)怏w在溶液中的濃度。而dm=Vdρ0，則上式可改寫成：

通常KgA/V項用KLa來代替，由此上式變?yōu)椋簩⑸鲜竭M(jìn)行積分，可求得總的傳質(zhì)系數(shù)：

KLa值受污水水質(zhì)的影響，把用于清水測出的值用于污水，要采用修正系數(shù)α，同樣清水的ρs0值要用于污水要乘以系數(shù)β，因而上式變?yōu)椋菏街校喝芙庠谒械脑魉杂袡C(jī)物影響KLa值；水中溶解的無機(jī)物影響ρs0值；溶解的有機(jī)物影響KLa值；溫度也影響KLa和ρs0值。影響KLa值的因素其中：

充氧設(shè)備轉(zhuǎn)移到曝氣池中的總充氧量：

充氧設(shè)備轉(zhuǎn)移到標(biāo)準(zhǔn)脫氧輕水中的總充氧量：R0稱為：曝氣充氧設(shè)備的充氧能力（OC）R為充氧設(shè)備轉(zhuǎn)移到曝氣池中的總充氧量，應(yīng)等于微生物降解有機(jī)物的需氧量O2其中：微生物降解有機(jī)物的需氧量O2

某城市污水處理廠，設(shè)計處理流量為30000m3/d，經(jīng)沉淀后的BOD5為200mg/L，希望處理后的出水BOD5為20mg/L。經(jīng)計算，設(shè)計曝氣池容積V＝10000m3/d，MLVSS＝2000mg/l，要求確定：（1）若采用鼓風(fēng)曝氣，以微孔曝氣盤作為曝氣裝置，EA＝18％，若曝氣池溶解氧ρ0＝2mg/l，溫度為25℃，曝氣盤裝在水下4m，求鼓風(fēng)曝氣量及鼓風(fēng)機(jī)選型；（2）若采用表面機(jī)械曝氣時，求充氧量及表面曝氣設(shè)備選型；有關(guān)參數(shù)：a‘＝0.5，b’=0.1，α=0.8，β=0.9

例曝氣的作用與曝氣方式

1.好氧微生物的需氧代謝2.兼性微生物酶的好氧合成3.混合液的攪拌作用（厭氧、缺氧池另加攪拌器）曝氣方式：1.鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)2.機(jī)械曝氣裝置：縱軸表面曝氣機(jī)、橫軸表面曝氣器3.鼓風(fēng)+機(jī)械曝氣系統(tǒng)4.其他：富氧曝氣、純氧曝氣

曝氣設(shè)備鼓風(fēng)曝氣機(jī)械曝氣空氣凈化器

鼓風(fēng)機(jī)空氣輸配管系統(tǒng)

擴(kuò)散器豎式曝氣機(jī)表面曝氣機(jī)臥式曝氣機(jī)鼓風(fēng)曝氣空氣凈化器

鼓風(fēng)機(jī)空氣輸配管系統(tǒng)

擴(kuò)散器

空氣凈化器的目的是改善整個曝氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和防止擴(kuò)散器阻塞。鼓風(fēng)曝氣空氣凈化器

鼓風(fēng)機(jī)空氣輸配管系統(tǒng)

擴(kuò)散器鼓風(fēng)機(jī)供應(yīng)壓縮空氣

風(fēng)量要滿足生化反應(yīng)所需的氧量和能保持混合液懸浮固體呈懸浮狀態(tài)。

風(fēng)壓要滿足克服管道系統(tǒng)和擴(kuò)散器的摩阻損耗以及擴(kuò)散器上部的靜水壓。羅茨鼓風(fēng)機(jī)：適用于中小型污水廠，噪聲大，必須采取消音、隔音措施離心式鼓風(fēng)機(jī)：噪聲小，效率高，適用于大中型污水廠鼓風(fēng)曝氣空氣凈化器

鼓風(fēng)機(jī)

擴(kuò)散器空氣輸配管系統(tǒng)

負(fù)責(zé)將空氣輸送到空氣擴(kuò)散器。要求沿程阻力損失小,曝氣設(shè)備各點壓力均衡,空氣干管和支管流速符合設(shè)計要求，配備必要的手動閥和電動調(diào)節(jié)閥門。鼓風(fēng)曝氣空氣凈化器

鼓風(fēng)機(jī)

擴(kuò)散器

擴(kuò)散器的作用是將空氣分散成空氣泡,增大空氣和混合液之間的接觸界面，把空氣中的氧溶解于水中。空氣輸配管系統(tǒng)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)散器擴(kuò)散器的類型常用鼓風(fēng)機(jī)形式

1.容積式風(fēng)機(jī):羅茨鼓風(fēng)機(jī)、回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)2.單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)丹麥HV-Turbo風(fēng)機(jī)英國Howden風(fēng)機(jī)常用鼓風(fēng)機(jī)形式

高速單級鼓風(fēng)機(jī)曝氣系統(tǒng)的組成

鼓風(fēng)機(jī)旁通與旁通消音器常用鼓風(fēng)機(jī)形式

美國PowerMizer多級風(fēng)機(jī)常用鼓風(fēng)機(jī)形式

單級高速鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)出口導(dǎo)葉片離心鼓風(fēng)機(jī)外型多極離心風(fēng)機(jī)離心鼓風(fēng)機(jī)房微孔曝氣設(shè)備微孔曝氣盤微孔曝氣管微孔曝氣管微孔曝氣設(shè)備測試微孔曝氣設(shè)備安裝微孔曝氣設(shè)備的運(yùn)行狀況穿孔曝氣管膜片式微孔曝氣器微孔曝氣器實際安裝情況微孔曝氣器安裝示意圖雙螺旋曝氣器ZDB型振動曝氣器KBB型可變微孔曝氣器機(jī)械曝氣：表面曝氣機(jī)

表面曝氣機(jī)充氧原理：

(1)曝氣設(shè)備的提水和輸水作用，使曝氣池內(nèi)液體不斷循環(huán)流動,從而不斷更新氣液接觸面,不斷吸氧；

(2)曝氣設(shè)備旋轉(zhuǎn)時在周圍形成水躍，并把液體拋向空中，劇烈攪動而卷進(jìn)空氣；

(3)曝氣設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)時，在后側(cè)形成負(fù)壓區(qū)而吸入空氣。機(jī)械曝氣：表面曝氣機(jī)

曝氣的效率取決于：曝氣機(jī)的性能曝氣池的池形倒傘形平板形泵形

這類曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)動軸與水面平行,主要用于氧化溝。豎式曝氣機(jī)臥式曝氣刷泵形倒傘形平板形表面曝氣機(jī)倒傘形機(jī)械曝氣器曝氣轉(zhuǎn)刷轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)測試中的曝氣轉(zhuǎn)碟沉水曝氣機(jī)射流曝氣器

曝氣設(shè)備性能指標(biāo)比較各種曝氣設(shè)備性能的主要指標(biāo)

氧轉(zhuǎn)移率：單位為mg（O2）/（L·h）。

充氧能力（或動力效率）：即每消耗1kW·h動力能傳遞到水中的氧量（或氧傳遞速率）,單位為kg（O2）/（kW·h）。

氧利用率：通過鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧的比例，單位為％。

曝氣設(shè)備性能

滿足混合要求的曝氣量滿鋪的小氣泡擴(kuò)散器：2.2m3/（m2·h）旋流的大中氣泡擴(kuò)散器：1.2m3/（m2·h）機(jī)械曝氣：13W/m3

曝氣設(shè)備性能測試測試途徑清水中的測試在運(yùn)行條件下的測試麥金尼（Ross．E．Mckinney）方法機(jī)械曝氣性能檢測清水中的測試

最通用的方法是用還原劑亞硫酸鈉消氧。為了加快消氧過程，可用氯化鈷作為催化劑。然后測出復(fù)氧過程，計算總傳質(zhì)系數(shù)KLa和氧的傳遞速率。

原理步驟

一邊曝氣，一邊加入Na2SO3（同時利用CoCl2作催化劑）進(jìn)行還原反應(yīng)，使測試在全池均勻進(jìn)行

當(dāng)溶解氧濃度逐漸趨近于零時，開始測定，由于曝氣，水中溶解氧開始上升，按一定的時間間隔測定氧濃度，測得的數(shù)據(jù)取平均值重復(fù)測定多次

同時測定水溫、氣壓，水中溶解氧的飽和值、曝氣機(jī)功率清水中的測試結(jié)果分析測定KLa求氧傳遞速率和動力效率

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