水污染控制工程：4-1-2-3活性污泥法.ppt

《水污染控制工程》 第四章第四章 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 《水污染控制工程》 第四章第一节第一节 基基 本本 概概 念念 《水污染控制工程》 第四章• 1880 安古斯·史密斯• 1912 克拉克和盖奇 • 1914 阿尔敦和洛凯特• 1916 曼彻斯特活性污泥法的起源《水污染控制工程》 第四章活性污泥组成 由细菌、真菌、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的絮绒状污泥《水污染控制工程》 第四章 有活性的微生物（Ma）活性污泥的组成 微生物自身氧化残留物（Me）吸附在活性污泥上不能被微生物所降解的有机物（Mi） 无机悬浮固体（Mii）菌胶团菌胶团《水污染控制工程》 第四章 一组活性污泥图片《水污染控制工程》 第四章活性污泥的性状颜色黄褐色状态似矾花状不定型絮凝体味道土壤味夹带一些霉臭味相对密度曝气池混合液：1.002～1.003回流污泥：1.004～1.006粒径0.2～1.0mm20～100cm2/mL比表面积《水污染控制工程》 第四章曝气池《水污染控制工程》 第四章《水污染控制工程》 第四章曝气池出水堰《水污染控制工程》 第四章曝气池混合液配水进入二沉池《水污染控制工程》 第四章 活性污泥中细菌含量一般在107～108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。

活性污泥的评价方法生物相观察评价《水污染控制工程》 第四章微生物浓度评价生活污水的活性污泥MLVSS/MLSS=0.7~0.8 MLSS表示曝气池单位体积混合液中活性污泥悬浮固体的质量，也叫污泥浓度； MLVSS表示混合液悬浮固体中挥发性物质的质量，表示有机物含量； MLNVSS灼烧残量，表示无机物含量 MLVSS包含了微生物量，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微生物的量《水污染控制工程》 第四章污泥沉降比：SV %活性污泥的沉降浓缩性能评价取混合液至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（%）表示污泥沉降比污泥沉降比可反映污泥的沉降性能，污泥浓度在3000mg/L左右时，正常曝气池污泥沉降比在30％左右指曝气池混合液静止30min后沉淀污泥的体积分数《水污染控制工程》 第四章活性污泥的沉降浓缩性能评价污泥体积指数：SVI指曝气池混合液沉淀30min后，每单位质量干泥形成的湿污泥的体积单位为mL/g 1L混合液沉淀30min的活性污泥体积（mL） SV(mL/L)SVI= = 1升混合液中悬浮固体干重（g） MLSS(g/L) SVI＝100～150 污泥沉降性能良好 SVI>200时 污泥沉降性能差 SVI<50时 污泥活性差《水污染控制工程》 第四章活性污泥法的基本流程 《水污染控制工程》 第四章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《水污染控制工程》 第四章活性污泥降解污水中有机物的过程污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线《水污染控制工程》 第四章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：污水中的有机物残留在污水中的有机物从污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《水污染控制工程》 第四章 曲线①反映污水中有机物的去除规律； 曲线②反映活性污泥利用有机物的规律； 曲线③反映了活性污泥吸附有机物的规律《水污染控制工程》 第四章 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①)； 污水中的有机物先是转移到(吸附)污泥上(见曲线③),然后逐渐为微生物所利用(见曲线②)； 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③)； 微生物利用有机物的过程比较缓慢(见曲线②)。

《水污染控制工程》 第四章第二节第二节 活性污泥法的发展活性污泥法的发展《水污染控制工程》 第四章曝气池的基本形式推流式曝气池封闭环流式曝气池序批式曝气池完全混合式曝气池《水污染控制工程》 第四章推流式曝气池 推流式曝气池呈长方形，污水及回流污泥从池体一端进入，另一端流出，水流呈推流型1.平面布置推流式曝气池的池长可达100m，长宽比一般为5～10，常采用鼓风曝气；为了便于布置，长池可以两折或多折进水方式不限；出水用溢流堰《水污染控制工程》 第四章 推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为1～22.横断面布置《水污染控制工程》 第四章根据横断面上的水流情况，可分为进水进水平移推流式平移推流式《水污染控制工程》 第四章推流式曝气池《水污染控制工程》 第四章推流式曝气池《水污染控制工程》 第四章完全混合曝气池 池 形 根据和沉淀池的关系 圆 形 方 形 矩 形 分建式合建式《水污染控制工程》 第四章合建式圆形曝气沉淀池合建式圆形曝气沉淀池《水污染控制工程》 第四章机械曝气完全混合曝气池《水污染控制工程》 第四章鼓风曝气完全混合曝气池《水污染控制工程》 第四章局部完全混合推流式曝气池《水污染控制工程》 第四章封闭环流式反应池《水污染控制工程》 第四章序批式反应池（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。

SBR反应池属于“注水—反应—排水”类型反应器，在流态上属于完全混合，但有机污染物却是随着反应时间的推移而降解的 进水进水 反应反应 沉淀沉淀 排水排水 闲置闲置《水污染控制工程》 第四章传统推流式 渐 减 曝 气阶 段 曝 气高负荷曝气延 时 曝 气吸附－再生法完全混合法深 层 曝 气纯 氧 曝 气克 劳 斯 法吸附－生物降解工艺（AB法）序批式活性污泥法（SBR法）氧 化 沟活性污泥法的发展和演变有机物去除和氨氮硝化《水污染控制工程》 第四章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 《水污染控制工程》 第四章 渐 减 曝 气 《水污染控制工程》 第四章 把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水 阶段 曝 气 分布曝气示意图《水污染控制工程》 第四章 部分污水厂只需要部分处理，因此产生了高负荷曝气法。

曝气池中的MLSS约为3000～5000mg/L，曝气时间比较短，约为1.5～3h，处理效率仅约70%~75％左右，有别于传统的活性污泥法，故常称变形曝气 活性污泥处于生长旺盛期，有机负荷高，曝气时间短，处理效果低，必须保证充分的搅拌和曝气高负荷曝气《水污染控制工程》 第四章 延时曝气的特点：n曝气时间很长，达24h甚至更长，MLSS较高，达到3000～6000mg/L；n活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态，剩余污泥少而稳定，无需消化，可直接排放；n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 延 时 曝 气 《水污染控制工程》 第四章 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，也叫吸附再生法混合液的曝气完成了吸附作用，回流污泥的曝气完成稳定作用《水污染控制工程》 第四章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；此方法剩余污泥量增加 吸附－再生法 《水污染控制工程》 第四章 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。

完全混合的概念《水污染控制工程》 第四章 （1）池液中各个部分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 完全混合法的特征 完 全 混 合 法 《水污染控制工程》 第四章 深 层 曝 气 深井曝气法处理流程深井曝气池简图《水污染控制工程》 第四章一般曝气池直径约1~6m，水深约10～20m深井曝气法深度为50～150m，节省了用地面积在深井中可利用空气作为动力，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，溶解氧的饱和度也由深度的增加而增加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 深 层 曝 气 《水污染控制工程》 第四章 纯氧代替空气，可以提高生物处理的速率。

纯氧曝气池的构造见右图 纯 氧 曝 气 纯氧曝气的缺点是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《水污染控制工程》 第四章 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 消化池上清液中富含氨氮，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 克 劳 斯 法 《水污染控制工程》 第四章《水污染控制工程》 第四章吸附－生物降解工艺（AB法）《水污染控制工程》 第四章A级以高负荷或超高负荷运行，B级以低负荷运行，A级曝气池停留时间短，30～60min，B级停留时间2～4h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吸附－生物降解工艺（AB法）《水污染控制工程》 第四章序批式活性污泥法（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都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的 《水污染控制工程》 第四章进水 反应 沉淀 排水 闲置 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 序批式活性污泥法（SBR法）《水污染控制工程》 第四章 (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《水污染控制工程》 第四章 (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《水污染控制工程》 第四章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0.3～0.6m/s，使活性污泥呈悬浮状态 氧 化 沟 《水污染控制工程》 第四章第三节第三节 活性污泥法数学模型基础活性污泥法数学模型基础n劳伦斯－麦卡蒂模型劳伦斯－麦卡蒂模型 （（Lawrence-Mc Carty））《水污染控制工程》 第四章建立模型的假设建立模型的假设n曝气池处于完全混合的状态曝气池处于完全混合的状态n进水中的微生物浓度与曝气池相比可认为是进水中的微生物浓度与曝气池相比可认为是0n全部可生物降解的底物都处于溶解状态全部可生物降解的底物都处于溶解状态n系统处于稳定状态系统处于稳定状态n二沉池中没有微生物活动二沉池中没有微生物活动n二沉池中没有污泥积累，泥水分离良好二沉池中没有污泥积累，泥水分离良好n剩余污泥从二沉池底部排除剩余污泥从二沉池底部排除《水污染控制工程》 第四章图图12-24 完全混合活性污泥法系统的典型流程完全混合活性污泥法系统的典型流程曝气池剩余污泥QW,Se,XRQ,S0,X0进水二沉池出水(Q-QW),Se,XeSe, X, V回流污泥RQ,Se,XR(1+R)Q,Se,X系统边界系统边界《水污染控制工程》 第四章污泥龄污泥龄Solids Retention Time, SRTn污泥龄污泥龄Ø指微生物在处理系统中的平均停留时间。

指微生物在处理系统中的平均停留时间Ø即处理系统中总的活性污泥质量与每天排出的活性即处理系统中总的活性污泥质量与每天排出的活性污泥质量的比值污泥质量的比值《水污染控制工程》 第四章完全混合活性污泥法系统的典型流程完全混合活性污泥法系统的典型流程曝气池剩余污泥QW,Se,XRQ,S0,X0进水二沉池出水(Q-QW),Se,XeSe, X, V回流污泥RQ,Se,XR(1+R)Q,Se,X系统边界系统边界系统活性污泥物料平衡：系统活性污泥物料平衡：《水污染控制工程》 第四章nθc：：污泥泥龄，污泥泥龄，dnμ：活性：活性污泥的比增长速率，污泥的比增长速率，g(新细胞新细胞)/[g(细细胞胞)·d]n通过控制污泥泥龄，可以控制微生物的比增长通过控制污泥泥龄，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速率及系统中微生物的生理状态《水污染控制工程》 第四章n出水有机物浓度出水有机物浓度仅仅是污泥龄和动力学参仅仅是污泥龄和动力学参数的函数，与进水有机物浓度无关数的函数，与进水有机物浓度无关《水污染控制工程》 第四章完全混合活性污泥法系统的典型流程完全混合活性污泥法系统的典型流程曝气池剩余污泥QW,Se,XRQ,S0,X0进水二沉池出水(Q-QW),Se,XeSe, X, V回流污泥RQ,Se,XR(1+R)Q,Se,X系统边界系统边界曝气池底物的物料平衡：曝气池底物的物料平衡：n曝气池中活性污泥浓度曝气池中活性污泥浓度与进水水质、污泥龄和与进水水质、污泥龄和动力学参数密切相关。

动力学参数密切相关《水污染控制工程》 第四章。