2022年环境生物技术第四章废水生物处理技术第四节废水好氧生物处理工艺活性污泥法 .pdf
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1、第四章 废水生物处理技术第四节 废水好氧生物处理工艺(1) 活性污泥法本节主要内容?第一节活性污泥法的基本原理?第二节活性污泥法的运行方式?第三节曝气的原理、方法与设备?第四节活性污泥法的反应动力学?第五节活性污泥法的工艺设计?第六节活性污泥法的运行管理第一节 活性污泥法的基本原理活性污泥法是处理城市污水最广泛使用的方法。自1912 年开始至今,活性污泥法的研究经过近百年的发展,在理论和实践上都取得了很大的进步。活性污泥法本质上与天然水体(江、湖)的自净过程相似。历史:1912年,Clark和gage发现曝气的作用; Arden 和 Lockett 发现活性污泥的作用。1916 年,英国第一座
2、活性污泥法污水处理厂。什么是活性污泥?Activated Sludge 活体。有机成分。生态系统。巨大的比表面积,吸附作用。大量微生物形成的絮凝团,外形呈黑色污泥状。与污水混合完全,在有氧条件下,将污水中有机物分解,净化水体。一、活性污泥法的工艺流程活性污泥系统的主要组成(功用 ) ?曝气池:反应的主体,有机物被降解,微生物得以增殖;?二沉池: 1)泥水分离,保证出水水质; 2)浓缩污泥,保证污泥回流,维持曝气池内的污泥浓度。?回流系统: 1)维持曝气池内的污泥浓度; 2)回流比的改变,可调整曝气池的运行工况。?剩余污泥: 1)去除有机物的途径之一;精选学习资料 - - - - - - - -
3、 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 14 页 2)维持系统的稳定运行?供氧系统:为微生物提供溶解氧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。二、活性污泥的性质1、物理性质:“ 菌胶团 ”“生物絮凝体 ”颜色:褐色、 (土)黄色、铁红色气味:泥土味 (城市污水 ) 比重:略大于1 (1.002 1.006) 粒径: 0.02 0.2 mm比表面积: 20 100cm2/ml 2、生
4、化性能:活性污泥的含水率: 99.2 99.8% 其中固体物质的组成: 1)活细胞 (Ma): 2)微生物内源代谢的残留物(Me): 3)吸附的原废水中难于生物降解的有机物(Mi): 4)无机物质 (Mii ):有机物 7585% 三、活性污泥的性能指标1.混合液悬浮固体浓度(MLSS)(Mixed Liquor Suspended Solids)表示的是在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总重量。MLSS = Ma + Me + Mi + Mii 单位: mg/L 或 g/m32.混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)(Mixed Liquor Volatile Suspende
5、d Solids )表示的是混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度。MLVSS = Ma + Me + Mi 单位: mg/L 或 g/m3 在条件一定时,SSVSSMLSSMLVSS较稳定;对于处理城市污水的活性污泥系统,一般为0.700.85 3.污泥沉降比 (SV, Sludge Volume) 定义:将曝气池中的混合液在量筒中静置30 分钟,其沉淀污泥与原混合液的体积比,一般以 %表示;功能:能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能,可用以控制排泥量和及时精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 14 页发现早期的污
6、泥膨胀;正常范围: 20 30% 4.污泥体积指数(SVI ,Sludge Volume Index) 定义:曝气池出口处混合液经30 分钟静沉后, 1g 干污泥所形成的污泥体积,( ml/g) )/()/(lgMLSSlmlSVSVI)/()/(10(%)lgMLSSlmlSVSVI功能:能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能,其值过低,说明泥粒小,密实,无机成分多,缺乏活性;其值过高,说明其沉降性能不好,将要或已经发生膨胀;正常范围: 50 150 ml/g( 处理城市污水时) 四、活性污泥法的基本工艺参数1、曝气池的有机容积负荷:1)进水 COD(BOD5) 容积负荷:2)COD( BO
7、D5 ) 去除容积负荷:2、 曝气池的有机污泥负荷:1)进水 (influent)COD(BOD5) 污泥负荷:2)COD(BOD5) 去除污泥负荷:3、曝气池的水力停留时间(HRT,Hydraulic Retention Time ) QVHRT4、曝气池的污泥停留时间(SRT,Sludge Retention Time、c) VCQLivCODVBQLivBOD5)(3dmkgCOD)(35dmkgBODVCCQLeivCOD)(VBBQLeivBOD)(5)(3dmkgCOD)(35dmkgBODVMLSSCQLisCODdkgMLSSkgCODVMLSSBQLisBOD5dkgMLSS
8、kgBOD5VMLVSSBQLisBOD5dkgMLVSSkgBOD5VMLSSCCQLeisCOD)(VMLSSBBQLeisBOD)(5dkgMLSSkgCODdkgMLSSkgBOD5精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 14 页有关概念 F/M 值: 在温度适宜、DO 充足、且不存在抑制物质的条件下,活性污泥微生物的增殖速率主要取决于微生物与有机基质的相对数量,即有机基质(Food)与微生物 (Microorganism) 的比值,即 F/M 值。F/M 值是影响有机物去除速率、氧利用速率的重要因素实际上, F/M 值
9、就是以BOD5 表示的进水污泥负荷,即:)(55dkgVSSkgBODXVBQLMFvisBOD3、污泥龄?又称 “ 生物固体平均停留时间”活性污泥处理系统保持正常、稳定运行的一项重要条件,是必须在曝气池内保持相对稳定的悬浮固体量。但是,活性污泥反应的结果,使曝气池内的活性污泥在量上有所增长,这样,每天必须从系统中排出相当于增长量的活性污泥量。X=QWXr+(Q-QW)Xe ?曝气池内活性污泥总量(Vx )与每天排放污泥量之比,称之为污泥龄,即活性污泥在曝气池内平均停留的时间。 c= Vx/ X c= Vx/ QWXr+(Q-QW)Xe 在一般情况下,Xe 值极低,可忽略不计,上式可简化为:
10、c= Vx/ QWXr 4、BOD- 污泥负荷活性污泥反应的核心是活性微生物,而参与反应的物质有:作为活性污泥微生物营养物质的有机污染物和保证活性微生物正常生理活动的溶解氧。决定有机污染物的降解速率、活性污泥增长速率以及溶解氧被利用速率的最重要的因素,是有机污染物与活性污泥量的比值F/M. F/M=QSa/XV 五、活性污泥净化反应过程(机理 ) 在活性污泥处理系统中,有机底物从废水中被去除的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程,这一过程的结果是污水得到了净化,微生物获得了能量而合成新的细胞,活性污泥得到了增长。一般将这整个净化反应过程分为三个阶段:初期吸附; (
11、吸附 ) 微生物代谢; (稳定 ) 活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩(分离 ) 活性污泥的初期吸附作用rwewrwXQXVXQQXQXVxXVSRT)(d) SVIXr6max10)(mg/l) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 14 页在活性污泥系统内,在污水开始与活性污泥接触后的较短时间(10 30min) 内,由于活性污泥具有很大的表面积因而具有很强的吸附能力,因此在这很短的时间内,就能够去除废水中大量的呈悬浮和胶体状态的有机污染物,使废水的BOD5 值 (或 COD 值)大幅度下降。但不是真正的降解,随着时间的推移,混合
12、液的BOD5 值会回升,再之后,BOD5 值才会逐渐下降。吸附量的大小,主要取决于有机物的状态,若废水中的有机物处于悬浮和胶体状态的相对量大时,则吸附量也大。六、有机物降解与微生物增殖(自学)第二节 活性污泥法的运行方式1)传统活性污泥法2)完全混合活性污泥法3)阶段曝气活性污泥法4)吸附 -再生活性污泥法5)延时曝气活性污泥法6)高负荷活性污泥法7)纯氧曝气活性污泥法8)浅层低压曝气活性污泥法9)深水曝气活性污泥法10)深井曝气活性污泥法一、传统活性污泥法:1)工艺流程 : ?主要优点: a. 处理效果好: BOD5 的去除率可达9095%; b. 对废水的处理程度比较灵活,可根据要求进行调
13、节。?主要问题: a. 为了避免池首端形成厌氧状态,不宜采用过高的有机负荷,因而池容较大,占地面积较大; b. 在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象,会浪费了动力费用; c. 对冲击负荷的适应性较弱。设计参数二、完全混合活性污泥法?工艺流程?主要特点:a. 可以方便地通过对F/M 的调节,使反应器内的有机物降解反应控制在最佳状态;b. 进水一进入曝气池,就立即被大量混合液所稀释,所以对冲击负荷有一定的抵抗能力;c. 适合于处理较高浓度的有机工业废水主要结构形式:a.合建式 (曝气沉淀池 ) b.分建式三、阶段曝气活性污泥法 分段进水法或多点进水法工艺流程?主要特点:精选学习资料 - -
14、- - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 14 页a.废水沿池长分段注入曝气池,有机物负荷分布较均衡,改善了供氧速率与需氧速率之间的矛盾,有利于降低能耗;b.废水分段注入,提高了曝气池对冲击负荷的适应能力;四、吸附再生活性污泥法 又称生物吸附法或接触稳定法?主要特点:将吸附、降解两个过程分别控制在不同的反应器内进行。活性污泥的初期吸附作用在活性污泥系统内,在污水开始与活性污泥接触后的较短时间(10 30min) 内,由于活性污泥具有很大的表面积因而具有很强的吸附能力,因此在这很短的时间内,就能够去除废水中大量的呈悬浮和胶体状态的有机污染物,使BOD5
15、值(或 COD 值)大幅度下降。但不是真正的降解,随着时间推移,混合液的BOD5 值会回升,之后BOD5 值才会逐渐下降。?活性污泥吸附作用的大小与很多因素有关: 1)废水的性质、特性:含有较高浓度呈悬浮或胶体状态的有机污染物。 2)活性污泥的状态:分的再生曝气,一般应使活性污泥微生物进入内源代谢期,才能使其吸附功能得到恢复和增强。工艺流程?主要优点:a.废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短,吸附池容积较小,再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥,因此,再生池的容积也是小的。吸附池与再生池容积之和仍低于传统法曝气池的容积,建筑费用较低;b.具有一定的承受冲击负荷的能力,当吸附池的活性污泥遭到破坏时
16、,可由再生池的污泥予以补充。?主要缺点:对废水的处理效果低于传统法,此外,对溶解性有机物含量较高的废水,处理效果更差。五、延时曝气活性污泥法 完全氧化活性污泥法?主要特点: a. 有机负荷率非常低,污泥持续处于内源代谢状态,剩余污泥少且稳定,无需再进行处理; b. 处理出水出水水质稳定性较好,对废水冲击负荷有较强的适应性; c. 在某些情况下,可不设初沉池。?主要缺点:池容大、曝气时间长,占地面积大;建设费用和运行费用高;?适用条件:出水水质高,小规模,水量一般在1000m3/d 以下。六、高负荷活性污泥法又称短时曝气法或不完全曝气法?主要特点:a. 有机负荷率高,曝气时间短,对废水的处理效果
17、较低;b. 在系统和曝气池的构造等方面与传统法相同。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 14 页七、纯氧曝气活性污泥法?工艺流程?主要特点:a. 纯氧中氧的分压比空气约高5 倍,纯氧曝气可大大提高氧的转移效率;b. 氧的转移率可提高到80-90%,而一般的鼓风曝气仅为525%左右;c. 可使曝气池内活性污泥浓度高达4000 7000mg/l ,能够大大提高曝气池的容积负荷;d. 剩余污泥产量少,SVI 值也低,污泥膨胀较少发生。八、浅层低压曝气法理论基础:只有在气泡形成和破碎的瞬间,氧的转移率最高,因此,没有必要延长气泡在水
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