第六章污水的好氧生物處理――活性污泥法

第十四章污水的好氧生物處理（二）－活性污泥法

活性污泥工藝是一種廣泛應用而行之有效的傳統(tǒng)污水生物處理法，也是一項極有發(fā)展前景的污水處理技術，這體現(xiàn)在它對水質水量的廣泛適應性、靈活多樣的運行方式、良好的可控制性，以及通過厭氧或缺氧區(qū)的設置使之具有脫氮除磷的效能。－－摘自一博士論文的卷首語起源？大自然的啟示：如果讓污水進入天然水體，可通過水體中微生態(tài)系統(tǒng)的自凈功能得到處理?；钚晕勰喾ㄊ悄７绿烊凰w的凈水過程，從本質上與自然水體處理污水的過程相似，是自然水體凈化過程的人工強化。1882年就有人做向污水中鼓入空氣的試驗；1912年美國的Lawlence研究所進行污水曝氣試驗；英國的Fowler訪問該研究所回國后，讓CIark和Gage進行試驗，發(fā)現(xiàn)，對污水長時間曝氣會產生一些絮狀體，同時水質會得到明顯的改善，Ardern和Lockett繼續(xù)對這一現(xiàn)象進行了研究，曝氣試驗是在瓶中進行的，每天試驗結束時把瓶子倒空，第二天重新開始，他們發(fā)現(xiàn)由于瓶子清洗不完善，瓶壁附著一些棕褐色的絮狀體時，處理效果反而好。他們把它稱為活性污泥，隨后，他們在每天結束試驗前，把曝氣后的污水靜止沉淀，只倒去上層凈化清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，這樣大大縮短了污水處理的時間。1914年Ardern和Lockett在英國的化學工程學會上發(fā)表了試驗成果，活性污泥法就這樣誕生了。于是，1916年在英國的曼徹斯特市建造了第一個處理能力946m3/d的活性污泥污水處理廠；1917年美國休斯頓建造了一個處理能力37800m3/d的活性污泥污水處理廠。第一節(jié)基本概念什么是活性污泥？由細菌、菌膠團、原生動物、后生動物等微生物群體及吸附的污水中有機性及無機性物質組成的、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顏色味道狀態(tài)比重粒徑比表面積黃褐色土腥味似礬花絮絨顆粒曝氣池混合液：1.002-1.003；20-100cm2/mL活性污泥的組成按棲息著的微生物分：大量的細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物、無機懸浮物、膠體物；活性污泥中棲息的微生物以好氧微生物為主，是一個以細菌為主體的群體，除細菌外還有酵母菌、放線菌、霉菌，以及原生動物和后生動物?；钚晕勰嘀屑毦恳话阍?07－108個/mL；原生動物103個/mL，原生動物中以纖毛蟲居多數，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、獨縮蟲、聚縮蟲等出現(xiàn)且數量較多時，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活性污泥中微生物食物鏈活性污泥中細菌原生動物103個/mL，原生動物中以纖毛蟲居多數，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、獨縮蟲、聚縮蟲等出現(xiàn)且數量較多時，說明培養(yǎng)成熟且活性良好。其它：富氧曝氣、純氧曝氣活性污泥的沉降濃縮性能除活性微生物外，活性污泥還挾帶著來自污水的有機物、無機懸浮物、膠體物；活性污泥降解污水中有機物的過程自控方面問題：風機控制系統(tǒng)需要什么樣的外部信號、DO或壓力？使用硬線連接抑或通訊聯(lián)系？接入何處？MCC與機旁控制柜之間有哪些控制信號連接？風機系統(tǒng)使用什么樣的PLC硬件？系統(tǒng)與污水廠控制室之間怎么通訊聯(lián)系？聯(lián)系的硬件接口方式？聯(lián)系的軟件協(xié)議？風機系統(tǒng)哪些數字量信號及模擬量信號可以與中控室通訊？中控室怎么進行風機運行參數設置？等活性污泥工藝是一種廣泛應用而行之有效的傳統(tǒng)污水生物處理法，也是一項極有發(fā)展前景的污水處理技術，這體現(xiàn)在它對水質水量的廣泛適應性、靈活多樣的運行方式、良好的可控制性，以及通過厭氧或缺氧區(qū)的設置使之具有脫氮除磷的效能。雙膜理論由Lewis和Whitman1924年創(chuàng)立。氣液兩相界面上物質濃度相平衡，界面上無阻力。1912年美國的Lawlence研究所進行污水曝氣試驗；物質從一相傳遞到另一相的過程稱為傳質過程，曝氣過程中空氣或純氧中的氧從氣相傳遞到液相中，亦是個傳質過程，傳質過程主要借助于擴散過程完成?；钚晕勰嘀胁糠治⑸飳懻婕菑U水中的有機物，它是處理對象，也是微生物的食料；機械曝氣裝置：縱軸表面曝氣機、橫軸表面曝氣器SV%不能確切表示污泥沉降性能，故人們想起用單位干泥形氣液兩相界面附近存在著作層流運動的氣膜和液膜，主體流動情況影響著膜的厚度；活性污泥中原生動物活性污泥中后生動物活性污泥中原生動物及指示作用活性污泥中部分微生物寫真集活性污泥中部分微生物寫真集活性污泥中部分微生物寫真集活性污泥中部分微生物寫真集有辦法知道確切的生物量嗎？有人曾企圖通過直接測定污泥中細胞的DNA量、有機氮量、三磷酸腺苷（ATP）量、脫氫酶的活力等指標去反映活性污泥的活力，但：既復雜又不準，且微生物的含量不斷在變化。按McKinney的分析：MLSS=Ma+Me+Mi+MiiMa：具備活性細胞成分Me：內源代謝殘留的微生物有機體Mi：未代謝的不可生化的有機懸浮固體Mii：吸附的無機懸浮固體按有機性和無機性成份分：MLSS表示懸浮固體物質總量，MLVSS揮發(fā)性固體成分表示有機物含量，MLNVSS灼燒殘量，表示無機物含量。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。處理生活污水的活性污泥MLVSS:70%NVSS:30%MLVSS:一般范圍為55％－75％NVSS:一般范圍為25％－45％活性污泥的沉降濃縮性能污泥沉降過程：活性污泥的沉降濃縮性能污泥沉降比：SV%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%表示污泥沉降比。SV%不能確切表示污泥沉降性能，故人們想起用單位干泥形成濕泥時的體積來表示污泥沉降性能，簡稱污泥指數，單位為mL/g。污泥體積指數：SVI

活性污泥法的基本流程活性污泥降解污水中有機物的過程活性污泥在曝氣過程，對有機物的降解（去除）過程可分為兩個階段。吸附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粘性物質，導致污水中的有機物轉移到活性污泥上去。穩(wěn)定階段主要是轉移到活性污泥上的有機物為微生物所利用?；钚晕勰嘟到馕鬯杏袡C物的過程曲線①反映污水中有機物的去除規(guī)律；曲線②反映活性污泥利用有機物的規(guī)律；曲線③反映了活性污泥吸附有機物的規(guī)律。這三條曲線反映出，在曝氣過程中：A:污水中有機物的去除在較短時間(圖中是5h左右)內就基本完成了（見曲線①）；B:污水中的有機物先是轉移到（吸附）污泥上（見曲線③），然后逐漸為微生物所利用（見曲線②）；C:吸附作用在相當短的時間（圖中是45min左右）內就基本完成了（見曲線③）；D:微生物利用有機物的過程比較緩慢（見曲線②）。第二節(jié)氣體傳遞和曝氣池構成活性污泥法的三個要素

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。Fick擴散定律

物質從一相傳遞到另一相的過程稱為傳質過程，曝氣過程中空氣或純氧中的氧從氣相傳遞到液相中，亦是個傳質過程，傳質過程主要借助于擴散過程完成。

擴散過程的推動力是擴散面兩側物質存在著濃度差，使得物質分子由濃度較高一側向著較低一側擴散。擴散過程中單位路程長度上的濃度變化值，稱之為濃度梯度，濃度梯度大小影響著擴散速率：Vd:物質的擴散速度；D擴散系數氣體傳遞原理：雙膜理論曝氣充氧過程中氣體分子從氣相轉移到液相，必須經過氣液兩相界面，界面兩側存在著氣膜和液膜，氧通過這兩層膜的傳遞過程用雙膜理論來解釋。雙膜理論由Lewis和Whitman1924年創(chuàng)立。氣體傳遞原理：雙膜理論雙膜理論的基本論點：1.氣液兩相界面附近存在著作層流運動的氣膜和液膜，主體流動情況影響著膜的厚度；2.兩膜以外的氣、液相主體中，流體充分湍動，組分物質濃度均勻，不存在濃度差，也沒有任何傳質阻力，整個傳質過程阻力僅存在于氣液兩層層流膜；3.氣液兩相界面上物質濃度相平衡，界面上無阻力。因為氧是一種難溶氣體，溶解度小，故傳質阻力主要在于液膜，可以認為氣相主體與界面之間的氧分壓差值很?。煌瑫r因為液膜厚度很小，Ci與C之間可按直線變化考慮，即：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：鼓風曝氣系統(tǒng)機械曝氣裝置：縱軸表面曝氣機、橫軸表面曝氣器鼓風+機械曝氣系統(tǒng)其它：富氧曝氣、純氧曝氣三種曝氣方式曝氣池需要空氣量計算1生化反應曝氣量計算：(1)有機物降解需氧量O1=a’Q(La-Le)+b’V·Xv(2)氨氮硝化需氧量O2=4.57Q(NHa-NHe)(3)反硝化提供化合態(tài)氧O3(4)合成污泥的氧當量O4O=O1＋O2－O3－O4再折算成需要的空氣量曝氣池需要空氣量計算2攪拌需要的氣量計算攪拌需要的氣量根據需要的攪拌功率或單位體積的攪拌氣量，一般攪拌需要空氣量小于或遠小于生物反應需氣量3/m2.h3/m2.h機械曝氣：13W/m3BioLac?曝氣系統(tǒng)活性污泥中微生物食物鏈除活性微生物外，活性污泥還挾帶著來自污水的有機物、無機懸浮物、膠體物；曲線①反映污水中有機物的去除規(guī)律；(4)合成污泥的氧當量1好氧微生物的需氧代謝57Q(NHa-NHe)活性污泥的沉降濃縮性能A:污水中有機物的去除在較短時間(圖中是5h左右)內就基本完成了（見曲線①）；除活性微生物外，活性污泥還挾帶著來自污水的有機物、無機懸浮物、膠體物；機械曝氣裝置：縱軸表面曝氣機、橫軸表面曝氣器自控方面問題：風機控制系統(tǒng)需要什么樣的外部信號、DO或壓力？使用硬線連接抑或通訊聯(lián)系？接入何處？MCC與機旁控制柜之間有哪些控制信號連接？風機系統(tǒng)使用什么樣的PLC硬件？系統(tǒng)與污水廠控制室之間怎么通訊聯(lián)系？聯(lián)系的硬件接口方式？聯(lián)系的軟件協(xié)議？風機系統(tǒng)哪些數字量信號及模擬量信號可以與中控室通訊？中控室怎么進行風機運行參數設置？等自控方面問題：風機控制系統(tǒng)需要什么樣的外部信號、DO或壓力？使用硬線連接抑或通訊聯(lián)系？接入何處？MCC與機旁控制柜之間有哪些控制信號連接？風機系統(tǒng)使用什么樣的PLC硬件？系統(tǒng)與污水廠控制室之間怎么通訊聯(lián)系？聯(lián)系的硬件接口方式？聯(lián)系的軟件協(xié)議？風機系統(tǒng)哪些數字量信號及模擬量信號可以與中控室通訊？中控室怎么進行風機運行參數設置？等大自然的啟示：如果讓污水進入天然水體，可通過水體中微生態(tài)系統(tǒng)的自凈功能得到處理。擴散過程的推動力是擴散面兩側物質存在著濃度差，使得物質分子由濃度較高一側向著較低一側擴散。其它：富氧曝氣、純氧曝氣他們把它稱為活性污泥，隨后，他們在每天結束試驗前，把曝氣后的污水靜止沉淀，只倒去上層凈化清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，這樣大大縮短了污水處理的時間。鼓風曝氣系統(tǒng)的組成常用鼓風機形式1容積式風機:羅茨鼓風機、回轉風機常用鼓風機形式2單級高速離心鼓風機：高速離心丹麥HV-Turbo風機英國Howden風常用鼓風機形式2多級離心鼓風機：多級離心美國PowerMizer多級風機鼓風機應提供相關數據條件風機供應商應提供相關數據條件:工藝方面問題：供貨范圍及每一個供貨器件的安裝尺寸、風機安裝間距要求、設備重量、基礎要求、凈荷載與動荷載、起吊要求、最大起吊重量、最大部件重量、管道布置走向與要求、進風口位置要求、消音器設置位置與要求、空氣總管設置位置、鼓風機房溫升要求、換氣要求、噪音控制要求、管道冷凝處理問題等。電氣方面問題：單臺主電機功率？其它用電設備位置、對MCC柜的設計要求、MCC與風機控制柜之間的聯(lián)系、MCC柜面上是否需設置柜面手動、柜面自動？是否需設置軟啟動、直接啟動？一次接線與兩次接線的配合、鼓風機系統(tǒng)其他用電電位置電源從MCC接入還是從機旁控制柜接入？手動或自動控制回路設置在MCC柜還是設置在機旁控制柜？防冷凝加熱何時進行？什么樣的控制信號給MCC柜從而控制加熱器動作？等自控方面問題：風機控制系統(tǒng)需要什么樣的外部信號、DO或壓力？使用硬線連接抑或通訊聯(lián)系？接入何處？MCC與機旁控制柜之間有哪些控制信號連接？風機系統(tǒng)使用什么樣的PLC硬件？系統(tǒng)與污水廠控制室之間怎么通訊聯(lián)系