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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 二次沉淀池第九节 活性污泥法处理系统的设计、运行与管理,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。,4,什么是活性污泥?,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
2、的、有一定活力的、具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,6,1、 栖息着的微生物,(一)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;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。,真菌,
3、有菌丝 (霉菌等),无菌丝 (酵母菌等),大量的细菌,真菌,原生动物,大量的细菌,真菌,2、干固体和水分,MLSS,含水9899,干固体12%,活性污泥 = Ma + Me + Mi +Mii,活性微生物细菌 + 真菌 + 原生动物 + 后生动物,自身代谢的产物,吸附的不可生物降解的有机物,吸附的无机物,按McKinney的分析:,3、 活性污泥的组成:,8,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。,9,4、按有机性和无机性成分:,MLSS,MLVSS: 70%,MLNVSS: 30%,MLSS混合液悬浮固体浓度,指曝气池中单位体积混合液中活性污泥悬浮固
4、体的质量,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,,10,(二)曝气池活性污泥的性状,1、正常,11,(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,12,曝气池,13,14,曝气池出水堰,15,曝气池混合液配水进入二沉池,曝气池中的曝气头的布置,17,(三)活性污泥的评价方法,1、生物相观察光学显微镜或电子显微镜,2、混合液悬浮固
5、体浓度(MLSS)和混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)。,实验设计,MLSS:取一定体积的水样,然后用滤纸过滤,再将滤纸放在烤箱烘至恒重,减去干净滤纸的重量就是污泥的重量(m1),除以水样的体积。 MLVSS: 将做完 MLSS的干污泥放至电炉上碳化至不冒烟为止 再放入600的马福炉中灼烧3040 min ,降温至110 放入烘箱和干燥器中,冷却 称重记 m2(灼烧残量)。m1-m2/水样体积,19,3、污泥沉降比:SV,(三)活性污泥的评价方法,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
6、性能。,污泥沉淀30min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。,SV的测定,0min,15min,30min,SV = 40%,21,4、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,每单位质量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。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
7、性差,无机物多。实际运行中,一般用SV了解SVI,因为曝气池MLSS变化不大。,22,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,污泥负荷(污泥负荷率),习题:,1、若曝气池中的污泥浓度为2200mg/L,混合液在100mL量筒内经30min沉淀的污泥量为18mL,计算污泥体积指数。,工艺流程,回流污泥以保证曝气池内有足够的活性污泥(微生
8、物)排放剩余污泥以保证系统的正常运行,运行条件,良好的活性污泥,充足的氧,二沉池,二.活性污泥法的基本流程,活性污泥系统有效运行的基本条件是:,废水中含有足够的可溶性易降解有机物;混合液含有足够的溶解氧;活性污泥在池内呈悬浮状态;活性污泥连续回流,剩余污泥及时排放, 维持曝气池内稳定的活性污泥浓度;进水中不含有对微生物有毒有害的物质,26,二.活性污泥法的基本流程,污泥的处理处置,处理污泥占全部建设费用的20%50%,甚至70%。污水处理厂产生的污泥占处理水量的0.3%0.5%左右。污泥含大量有害有毒物质,如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子等;有用物质如植物营养素(氮、磷、钾
9、)、有机物及水分等。污泥的处理处置与其他固体废物的处理处置一样,都应遵循减量化、稳定化、无害化的原则。,28,三、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。,29,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
10、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,30,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)。,四、活性污泥法的设计与运行参数,活性
11、污泥法是一个复杂的工程化的生物系统,除了前述的污泥性能指标外,还有很多可以描述这个系统的工艺参数,下面介绍主要的几种:,(1)BOD污泥负荷率与BOD容积负荷率,(2)污泥龄c(或污泥停留时间 SRT),(3)污泥回流比 R,(4) 曝气时间t(或水力停留时间 HRT),34,第二节 活性污泥法的发展,35,封闭环流式,序批式,一、活性污泥法曝气反应池的基本形式,其他曝气池基本上是这四种池型的组合或变形,36,1、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,37,根据横断面上的水流情况,可分为,平流
12、推移式,旋转推移式,38,推流式曝气池,39,推流式曝气池,40,2.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,41,42,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; 出水水质不及推流式。,完全混合法的特征,完 全 混 合 法,43,曝气池的三种池型,44,机械曝气完全混合曝气池,45,鼓风曝气完全混合曝气池,46,局部完全混合推流式曝气池,思考:,比较推流式曝气池和完全混合式曝气池的优缺点,48,3.封闭环流式反应池,结合了推流和完全混合两种流
13、态与推流式的区别:污水有40300次循环,49,4.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。,50,(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
14、)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,51,(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,52,传统推流式活性污泥法 渐 减 曝 气分 步 曝 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
15、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,53,一般采用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,1. 传统推流式,曝 气 池,狭长方形,供O2,回流污泥,56,2、渐 减 曝 气:特征: 充氧设备沿池长布置与需氧量匹配。节能,57,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
16、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,二. 渐减曝气活性污泥法(Tapered Aeration activated sludge ),渐减曝气池供氧曲线,曝气过程(曝气池长度),需氧量,定常供氧速率,59,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),60,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。 活性污泥处于旺盛生长期。
17、,4.高负荷曝气(改良曝气),61,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,62,63,6.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,把这种方法称为接触稳定法,也叫吸附再生法。,间隔较
18、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,65,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。,吸附再生 法,回流污泥的曝气使污泥再生,曝气的同时吸附,66,7. 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。,67,进水,二次沉淀池,回流污泥,剩余污泥排放,处理水,空气,完全混合式曝气池,鼓风曝气完全混合式曝气池,7. 完 全 混 合 法,71,(1)池液中各个部分
19、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。 易产生污泥膨胀。,完全混合法的特征,完 全 混 合 法,72,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,污泥体积膨胀,上层澄清液减少,这种现象称为活性污泥膨
20、胀。,活性污泥膨胀可分为,73,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。,74,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。,75,一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
21、,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。,8. 深 层 曝 气,普通曝气池经济深度:56m,占地面积大。,76,8.深 层 曝 气,深井曝气法处理流程,深井曝气池简图,77,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。,9.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
22、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,79,克劳斯工程师把厌氧消化的上清液加到回流污泥中一起曝气,然后再进入曝气池,克服了高碳水化合物的污泥膨胀问题,这个方法称为克劳斯法。 消化池上清液中富有氨氮,可以供应大量碳水化合物代谢所需的氮。 消化池上清液夹带的消化污泥相对密度较大,有改善混合液沉淀性能的功效。,10.克 劳 斯 法,83,11.吸附生物降解工艺(AB法),84,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,
23、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。,11.吸附生物降解工艺(AB法),85,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
24、化 沟,86,87,13.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。,88,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
25、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。,89,14.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。,90,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。,活性污泥生物滤池(ABF工艺),91,15.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
26、都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的。,92,(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,93,(1)容积利用率低; (2)水头损失大
27、; (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,四、膜生物反应器(MBR)反应原理,膜生物反应器是常规活性污泥法的进一步发展。它主要由膜组件和生物反应器两部分组成,大量的微生物(活性污泥)在膜生物反应器内与基质(废水中的可降解有机物等)充分接触,通过氧化分解作用进行新陈代谢以维持自身生长、繁殖,同时使有机污染物降解。膜组件通过机械筛分、截留等作用对废水和污泥混合液进行固液分离。生物处理系统和膜组件的有机结合,不仅提高了系统的出水水质和运行的稳定性,还延长了大分子物质在生物反应器中的
28、水力停留时间,使之得到最大限度的降解。,内置式膜生物反应器(MBR),外置式膜生物反应器(MBR),以MitsubishiRayon(Japan)公司为代表,它具有膜面积大,易于安装,清洗方便等特点,三种常见的MBR膜组件,以GE的Zenon公司为代表,它具有膜面积大,占地面积小等特点 。,三种常见的MBR膜组件,以Kubota公司为代表,具有膜通量大,易于组装,清洗方便等特点。,三种常见的MBR膜组件,1、容积负荷高,水力停留时间短。,2、污泥龄较长,剩余污泥量少。,MBR的优势,3、克服了传统活性污泥法易发生污泥膨胀的弊端。,4、可以同时进行硝化和反硝化。,5、出水水质好,甚至病原微生物都
29、可以被去除。,6、设施占地面积小。,MBR工艺优越性,MBR工艺的不足,1、投资大:膜组件的造价高,导致工程的投资比常规处理方法增加约3050。,MBR的不足,2、能耗高:泥水分离的膜驱动压力;高强度曝气;为减轻膜污染需增大流速。,3、膜污染清洗。,4、膜的寿命及更换,导致运行成本高。膜组件一般使用寿命在5年左右,到期需更换。,渗滤液处理应用项目,渗滤液处理应用项目,4.1 GE-MBR中国项目,第四章.MBR案例介绍,106,第三节 活性污泥法数学模型基础,建立基础:动力学及系统的物料平衡。目的:便于对系统进行科学设计和运行管理。内容:底物降解速率与底物浓度、生物量等因素之间关系。 微生物增
30、长速率与底物浓度、生物量等因素之间关系。常见模型:劳伦斯-麦卡蒂、埃肯菲尔德、麦金尼模型。一、建立模型的假设 (1)整个反应过程中, 氧的供应是充分的(对于好氧处理 ); (2) 曝气池处于完全混合状态;(3) 进水中微生物浓度假设为零;(4) 全部可生物降解的底物都处于溶解状态;(5) 系统处于稳定状态;(6) 二沉池中没有微生物活动;(7) 二沉池中没有污泥累积,泥水分离良好,完全混合活性污泥法系统典型流程,剩余污泥排除方式:排除曝气池混合液从二沉池底部排泥管排除(普遍采用的方式),12-3 活性污泥法数学模型基础,二、劳伦斯麦卡蒂模型1. 微生物平均停留时间(污泥龄d):反应系统内微生物
31、全部更新一次所需要的时间,即系统内微生物总量与每日排出的剩余污泥量的比值,以c表示。,110,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。,12-3 活性污泥法数学模型基础,二、劳伦斯麦卡蒂模型2.根据假定条件,对系统进行微生物的物料横算:或QX0-进入反应器的微生物的量;QwX+(QQw)Xe-排除的微生物的量;,进水微生物量+回流污泥微生物量+曝气池新增微生物量=出水微生物量+剩余污泥微生物量+回流污泥微生物量,0,0,12-3 活性污泥法数学模型基础,二、劳伦斯
32、麦卡蒂模型根据假设,稳态条件下污泥不累积,进水中微生物可以忽略则:由 得:,通过控制污泥龄可以控制微生物的比增长速率及系统中微生物的生理状态。,12-3 活性污泥法数学模型基础,二、劳伦斯麦卡蒂模型由得:所以污泥浓度:,114,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,12-3 活性污泥法数学模型基础,二、劳伦斯麦卡蒂模型3.在稳态条件下对曝气池底物作物料横算:整
33、理得:结合得:,曝气池中的污泥浓度与进出水水质、泥龄和动力学参数有关。,进水有机物+回流污泥有机物=曝气池中被分解的有机物+从曝气池出来的有机物,设计曝气池容积的一种方法,重点,12-3 活性污泥法数学模型基础,二、劳伦斯麦卡蒂模型Rmax、Ks 的测定所以:取倒数:V/Q为水力停留时间,以t表示,则:,作图可以求出Ks、rmax。,12-3 活性污泥法数学模型基础,二、劳伦斯麦卡蒂模型Kd、Y 的测定由于: 得:取倒数:Yobs可根据计算:所以,可根据泥龄、HRT、污泥浓度和进出水水质求出Y和Kd,12-3 活性污泥法数学模型基础,二、劳伦斯麦卡蒂模型4. 近似计算二沉池沉淀效果好时,SS
34、小于15mg/L,随出水排除的污泥量相对剩余污泥量对泥龄的影响很小,可以忽略,泥龄简化为:利用此式可计算剩余污泥量:如果剩余污泥从曝气池排出,则上式中污泥浓度一样,故:,12-3 活性污泥法数学模型基础,二、劳伦斯麦卡蒂模型5. 稳态条件下对进入和离开曝气池的微生物建立物料平衡方程(忽略进水微生物浓度)回流微生物量+新增微生物量=出曝气池微生物浓度所以:KsS时(11-27),则有:,12-3 活性污泥法数学模型基础,二、劳伦斯麦卡蒂模型由 及得:带入 得:二沉池运行正常时可用下式估算回流污泥的最高浓度:,污泥龄是 XR/X 和回流比R的函数, XR/X 又是污泥沉降性能和二沉池沉淀效率的函数
35、,故欲控制泥龄,可通过控制回流比R来实现。,121,第四节 气体传递原理和曝气设备,122,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。,1扩散过程的基本规律菲克(Fick)定律,式中:Vd物质的扩散速率,单位时间、 单位断面上通过的物质数量 D 扩散系数,一、气 体 传 递 原 理,124,一、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
36、在液膜上,故液膜内的氧的传质是控制步骤。,125,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,126,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,
37、因而上式变为:,式中:,c1,c2t1,t2时溶液中氧的浓度。,127,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。,128,二、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:,129,(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。
38、,130,(3)氧分压 氧分压越高,越有利于氧气的转移。,四、曝气的作用与曝气方式,曝气的作用:1、供气 2、混合搅拌曝气方式:1、鼓风曝气系统2、机械曝气装置: 竖轴表面曝气机、卧轴表面曝气器3、鼓风+机械曝气系统4、其他:富氧曝气、纯氧曝气,132,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,133,134,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,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。,135,鼓风曝气系统的组成,过滤器与进口消音器,过滤器压力
39、损失监测,136,鼓风机旁通与旁通消音器,137,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,138,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。,139,鼓风曝气,
40、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,140,微孔曝气设备,圆盘式微孔扩散器,管式微孔扩散器,141,微孔曝气盘,142,微孔曝气管,143,微孔曝气管,144,微孔曝气设备测试,145,微孔曝气设备安装,146,147,微孔曝气设备的运行状况,148,ZDB型振动曝气器,149,KBB型可变微孔曝气器,150,可变微孔曝气器安装,151,郑州市五龙口污水处理厂二期,152,五龙口二期,153,机械曝气:表面曝气机,15
41、4,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平行,主要用于氧化沟 。,竖式曝气机,卧式曝气刷,155,泵 形,倒伞形,平板形,156,157,伞形曝气器,158,倒伞形机械曝气器,159,160,161,曝气转刷,162,163,测试中的曝气转碟,164,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。,165,曝 气 设 备 性 能 指 标,
42、氧转移速率:单位为mg(O2)/(Lh)。,充氧能力(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。,166,曝 气 设 备 性 能,167,第五节 去除有机污染物的活性污 泥法过程设计,168,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
43、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:试验研究设计参数,169,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。,170,有机物负荷的两种表示方法,171,1.有机负荷法,172,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),173,(1)含义:对于
44、一定量的基质,达到一定处理效率所需要的微生物的量;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,174,(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,175,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
45、际计算:X、 Ls、Lv可查p118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。,176,2. 污泥泥龄法,177,曝气池中活性污泥浓度X:,P141,178,二、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,P142,179,三、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p143O2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,180,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:,
限制150内