1、第四章 污水的生物处理（一） 活性污泥法人工处理：活性污泥法、生物膜法自然处理4.1 活性污泥法的基本原理一 基本概念和工艺流程（一）基本概念1活性污泥法：以活性污泥为主体的污水生物处理。2活性污泥：颜色呈黄褐色，有大量微生物组成，易于与水分离，能使污水得到净化，澄清的絮凝体（二）工艺原理1曝气池：作用：降解有机物（BOD 5）2二沉池：作用：泥水分离。3曝气装置：作用于充氧化搅拌混合4回流装置：作用：接种污泥5剩余污泥排放装置： 作用：排除增长的污泥量，使曝气也内的微生物量平衡。混合液：污水回流污泥和空气相互混合而形成的液体。二 活性污泥形态和活性污泥微生物（一）形态：1、外观形态：颜色黄褐
2、色，絮绒状2特点：颗粒大小：0.020.2mm 具有很大的表面积。含水率99%,C 8.5 粘性物质破坏活性污泥结构破坏PHKsV=Vmax=k1-ds/dt=vmaxx=k1x结论：在高底物浓度下，有机底物以最大速度进行降解，与有机底物浓度无关，其降解速度只与污泥浓度有关。低底物浓度，SKsV=VmaxS/Ks=k2S (3)-ds/dt=VmaxXS/Ks=k2SX (4)结论：在低底物浓度下，有机底物降解速度与有机底物浓度有关，且成一级反应（有机物多，无机物少）由（）得 s0sds/dt= 0tk2xsdtS=S0e-k2xt 莫诺方程式在曝气池中的应用（a-Se）/v=-ds/dtQ(
3、Sa-Se)/v=Nrv ds/dt=Nrv(1)用来计算 Nrv=-ds/dt=Q(Sa-Se)/v=(Sa-Se)/tk2Xse=Q(Sa-Se)/v(2)计算rs k 2Se=Q(Sa-Se)/xv=Nrs(3)计算有机物降解率 =(Sa-Se)/S 0=1-Se/S0=k2xt/(1+k2xt) 有关 k2的确定（图解法）Q(Sa-Se)/xv 作纵轴 Se-X 斜率 k2经验数据 0.0168-0.0281三 劳麦方程式概念： （）把污泥龄改名为生物固体平均停留时间（）提出单位底物利用率概念基本方程式（）劳-麦第一方程式 /Qc=Yq-Kd（）劳 麦第二方程式 v=qv=KS/(Ks
4、+S) (ds/dt) u/xa=KS/(Ks+S)劳-麦方程式的推论及应用 SeQc 关系 XaQc Xa=YQQc(Sa-Se)/t(1+KdQc) R-Qc V 与 q 的关系 (ds/dt) u/Xa=k2Se Q(Sa-Se)/XaV=k 2Se v=Q(Sa-Se)/k2XaSe曝气池容积的计算方法Ns V=Q(Sa-Se)/NsXNrs V=Q(Sa-Se)/NrsXv劳麦 v=YQQc(Sa-Se)/Xa(1+KdQc)v=Q(Sa-Se)/k2SeXa 两种产率 X=YQ（Sa-Se）-KdVXv合成产率 微生物的净增值量Yobs=Y/(1+KdQc) X 计算 X=YQ(S
5、a-Se)-KdVXvX=YobsQ(Sa-Se)4.4 曝气池的理论基础作用：充氧搅拌方法：鼓风曝气：从鼓风机中房或空气压缩机房送来的空气，经过设置在曝气池底的空气扩散装置，溶解于水中。机械曝气：利用安装在池表面的机械曝气装置，将空气溶于水中。一 氧转移原理传质理论（一）菲克定律扩散转移d=-Dldc/dx dc/dx浓度梯度Vd=(dm/dt)/A=-Dldc/dx(二)双膜理论处理废水量 21600m3/d,经过沉淀后的 为 250mg/l,希望处理后的出水 为mg/l, 温度为，曝气池悬浮固体浓度为4000mg/l,设计的c 为天。要求：采用劳-麦方程式计算；计算排放的剩余污泥量计算实
6、际所需的空气量。1. 定义： 双膜气膜 液膜2. 基本点（1） 通过两层膜，两层膜为层流状态，气液两相主体为紊流状态（2） 传质阻力仅存在于两层膜中（3） 在气膜中存在氧分压梯度，在液膜中存在氧浓度梯度（4） 传质阻力又主要集中在液膜上（O 2难溶于水）3. 表达式：4. Kla 的确定（Kla-氧总转移系数）（1） 脱氧清水测定法充氧介质：清水条件：脱氧 DO0水温：20大气压：1 个气压步骤：（1）脱氧剂（Na 2so3 N2）DO=0（2）对清水充氧 c 1t 达饱和DS（3）C 关系作图横轴 C 纵轴（2）曝气池（了解）二、氧转移的影响因素1.污水水质 Kla Cs(1)Kla 的影响
7、 Kla= & Kla (&1 )(2)对 CS 的影响 C S C S（ 1）城市污水水质越差，取值越小2.水温 Kla 、 Cs转移速率增大（1） 对 Kla 的影响（2）对 CS影响 C S 查附录 1P607、氧分压 C: 2/L（1） 鼓风曝气（）机械曝气P1 C/L 为定值、其他影响因素气泡大小 紊流程度与气液接触时间 人为因素三、氧转移速率与供气量计算1. 标准条件下的氧转移量（1）机械曝气（2）鼓风曝气 只将 CSb即可2. 实际条件下的氧转移量（1） 鼓风曝气（）机械曝气.供气量的计算根据 GS确定鼓风机型号及台数（2）机械曝气 Q OSR根据 QOS可确定叶轮直径与功率4.
8、5 曝气系统与空气扩散装置技术性能的主要指标（1）动力效率 EP O 2/Kwh每消耗 1 Kwh 的电能，转移到混合液中 O2的量（2）氧利用率 EA（3）氧转移效率（充氧能力）EL O 2/h（1）（2）鼓风 （1）（3）机械一、鼓风曝气系统与空气扩散装置（Or 曝气装置 曝气皿）（一）鼓风曝气系统1.组成 空压机（Or 鼓风机） GS一系列连通管道空气扩散装置2.鼓风曝气过程（二）空气扩散装置1. 微气泡空气扩散装置（多孔性空气扩散装置）多孔性材料优点：EA 较高缺点：易堵塞（1） 扩散板EA714 EP1.82.5O 2/kwh安装：在池底一侧或两侧（2） 扩散管EA1013 EP2O
9、 2/kwh812 根扩散管组成管组（3） 固定平板式微孔空气扩散皿EA2025 EP46O 2/kwh服务面积 0.30.75/个 布满池底（4） 固定钟罩型设计参数同（3）平板式（5） 膜片式微孔扩散皿 合成橡胶EA2738 E P3.4O 2/kwh服务面积 13/个 不易堵塞（与其它相对而言）（1）（2）（5）尤其是（5）最常用（6）摇臂式微孔扩散器 服务面积 2/个EA1830 E P4.45.5O 2/kwh2. 中气泡空气扩散器（1） 穿孔管 塑料或钢管直径 2550孔与孔之间距离 50100EA46 E P1 O 2/kwh（2）网状膜扩散器EA1215 E P2.73.7 O
10、 2/kwh服务面积 0.5 /个3.水力剪切式空气扩散装置特点：利用装置本身的构造特点，产生水力剪切作用在气泡吹出装置前，将大气泡剪切成小气泡，从而 EA倒盆式固定螺旋 了解金山型4.水力冲击式空气扩散装置（1） 密集多喷嘴（2） 射流式空气扩散皿（射流曝气皿）原理 P157 第一段、水下空气扩散器（了解）总结扩散装置安装在池底一侧，两侧 Or 布满池底属于水下鼓气二、机械曝气装置机械曝气特点：利用安装在曝气池表面的机械曝气装置在电机的驱动下转动，从而将空气中氧转移到水中它属于表面曝气。它属于表面曝气（一）机械曝气原理（通过 3 种作用实现）1. 表面充氧2. 整池充氧3. 吸入部分空气（二
11、）机械曝气装置按传动轴的安装方向 竖轴（纵轴 ）卧轴（横轴）1. 竖轴机械愚昧落后敢装置传动轴与水面垂直，装有叶轮，叶轮上装有叶片又称竖轴叶轮曝气机（表曝机）（1）泵型叶轮表曝机 最佳线速度 4.55m/s叶轮淹没深度4目前国内已有系列产品，应用最广泛（2）K 型 最佳线速度 4 01叶轮淹没深度规定 叶轮直径与曝气池直径之比为（）倒伞型（）平板型2.卧轴式表曝机传动轴与水面平行 由传动轴和叶片组成应用转刷曝气器（曝气转刷）主要用于氧化沟 活性污泥反应器曝气池一、曝气池的分类1.按混合液的流动形态 推流式曝气池完全混合式曝气池循环混合式曝气池2. 平面形状长方廊道形 圆形 正方形 环状跑道形3
12、.按曝气方法鼓风 机械 机械鼓风4.与二沉池的关系合建式分建式二、推流式曝气池形状1. 曝气系统与空气扩散装置多采用鼓风曝气系统也可以采用机械曝气系统（1） 采用鼓风曝气系统的空气扩散装置的布置形式一侧布置：当曝气池宽度较小时采用 12 平移推流旋转推流两侧布置：当曝气池宽度较大时采用布满池底：运动形态为平移推流（2） 采用机械曝气无隔墙时，相邻两台机械装置之间的旋转方向相反设隔墙分室，相邻两中机械装置之间的旋转方向相同2. 曝气池的数目和廊道的排列组合V 根据污水厂规模确定曝气池的数目一座曝气池选用 15 个廊道廊道数为 1、3、5 进出水位曝气池的两侧廊道数为 2、4 进出水位曝气池的同侧
13、3. 曝气池的长、宽深L5070m 为宜，最长达 100m（一个廊道的长）（总长） B1 个廊道的宽选定 H 后由 H 确定 B4. 曝气池横向隔墙分室的问题设置横向隔墙作用（1） 消除纵向混合（2）消除水流死角（3）使水质稳定（2） 设置方式（1）一端紧靠5. 曝气池的顶部与底部45斜面顶部外侧设渠道，池底部设排空管（放空管）直径 801006. 曝气池的进出水设备三、完全混合式曝气池多采有机械曝气装置，出可以采用鼓风曝气1. 曝气沉淀池（合建式）（1） 圆形机械曝气曝气区：污水从底部进入，高 4m 以内导流区：高 1.5m 以上，宽 0.6m 左右，竖向挡（整）流板作用沉淀区 澄清区 污泥
14、区：排泥管设在 作用 回流缝作用 宽度 0.150.2m还设池裙（2） 正方形机械曝所（3） 长方形鼓风曝气2. 分建式完全混合曝气池3. 曝气沉淀池的优缺点优点：结构紧凑占地小缺点：去除率很低 70高浓度有机工业废水采用四、循环混合曝气池用于氧化沟工艺 活性污泥处理系统的运行方式一、 传统的活性污泥法系统（普通活性污泥法）1.工艺流程 2.工艺特征（1） 耗氧速度浓度沿池长逐渐降低（有机物沿池长所以（2） 供气速度沿池长均匀分布3.工艺参数 T48H R2575Ns=0.20.4 Mlss(X)=15003000mg/L4.优缺点：优点：去除效果很好 90%适用于处理水要求高而稳定的水质缺点
15、：（1）池容大，占地多，基建费用高（2）耗氧速度与供氧速度难于吻合适应（易出现前段氧不足，后段供氧过剩现象）改进法 ：采取分段（阶段）进水，使有机物沿池长均有分布；采取渐减曝气法，使供气量沿池长减少。（3）对水质，水量变化适应性差二、 阶段曝气活性污泥法系统（多段进水or 分段进水）1.工艺流程：与传统活性污泥法进水方式不同采取多点分散，均匀地进入每卒曝气池进水口 34 个2.工艺特征（1）耗氧速度沿池长均匀分布（）供气速度沿池长均匀分布3.工艺参数 t =35h R=25%-95%NS=0.20.4 Qc=515d Mlss=20003500mg/L4.优点（1）缩小了耗氧速度与供氧速度之间
16、的差距（2）对水质、水量、冲击负荷的能力有所提高（3）减轻了沉池的负荷三、再生曝气活性污泥法系统它是传统活性污泥法工艺的变型工艺方面 增加了再生池二沉池回流污泥直接进入再生池再生再生池作用使活性污泥本身的活性增强再生池一般不另设：曝气池 12 个廊道设计过程同传统活性污泥法（一.二.三均为推流式曝气池）四、吸附一再生活性污泥法系统（40 年代产生于美国）生物吸附活性污泥法 or 接触稳定法1. 工艺流程分建式、合建式2. 工艺特征将吸附和微生物代谢分别放在两个反应皿中进行3. 工艺参数T吸附池 （3060min）0.51h再生池 36hR=50%100% Ns=0.20.4 Qc=515dMl
17、ssi 吸附池 10003000mg/L再生池 400010000 mg/L4. 优缺点：优点：吸附再生池容积小对水质、水量冲击负荷承受能力更大缺点 对于溶解性有机物含量高的污水作用不大五、延时曝气活性污泥法系统(完全氧化活性污泥法) 50 年代处出现在美国1. 工艺流程:同传统活性污泥法2. 工艺特征：污泥负荷率 BoD5很低 Ns=0.05-0.1Kg BoD 5/Kgmlssd曝气时间很长 2448h剩余污泥量少，勿需进行厌氧消化处理完全混合式曝气池氧化沟工艺是样式曝气的一种特殊工艺循环混合式曝气池3.工艺参数 T=2448h R=60200 Ns=0.05-0.1 Qc=2030d X
18、=30006000mg/L4 缺点优点(对水质,水量冲击负荷适应能力强)不设初淀池缺点 池容大爆气时间长基建和运行费用高六 高负荷活性污泥法系统又叫不完全氧化活性污泥法工艺特征及工艺参数1. BOD-污泥符合率很高 N S=1.53.0 KgBOD 5/Mlss.d2.曝气时间短 t=1.53h 即水力停留时间短3.Mlss=200500mg/L4. 污泥回流小，只有 10%30% 污水处理厂不采用5去污率很低，只有 70%75% 适合于工业有机废水处理七 完全混合活性污泥法系统1工艺流程：同传统活性污泥法2工艺特征（1） 采用完全混合式的曝气池（2） NS稍高 0.20.6K gBOD5/K
19、gMlss.d有机物浓度分布均匀，各部分 NS相等，并且略高于推流式曝气池（3） 动力消耗低3缺点（1） 易产生污泥膨胀现象（2） 去除率较低，只有 70%左右，适用于处理高浓度有机废水处理工业废水优先考虑六，七两种运行方式八 多级活性污泥法系统当污水中有机物浓度很高时采用每一级都是独立的污水处理系统九 深水曝气活性污泥法系统 曝气池向深度方向发展 100m采用鼓风曝气 中层曝气 底层曝气十 深井曝气活性污泥法深 50100m 16m隔墙 空气提升器将水提升十一浅层曝气活性污泥法用穿孔管曝气格栅曝气十二.纯氧曝气活性污泥法 21% 90% EA:80%以上 活性污泥处理系统的新工艺一、 概述、
20、在净化功能方面:向多功能方向发展有机物降解N.P 有机物降解传统 、新工艺不仅用于污水的二级处理,还可能用于三级处理去除有机物和 N.P、在工艺方面供氧能力提高在污泥浓度方面有所提高在微生物的净化功能方面也有所提高二、 氧化沟工艺氧化沟又名循环混合曝气池50 年代荷兰 帕斯维尔1954 年世界上第一座氧化沟工艺污水处理厂建成工艺流程、工作原理与特征（）构造方面的特征 池型：环形沟渠状 长几十米上百米深度 26 米 进水装置单沟（池）运行：插一根进水管双沟以上运行连续运行：设配水井，连续向各池进水双沟以上运行交替运行：设配水井，井内设自控装置改变水流方向出水溢流堰（2）水流混合方面的特征流态：介
21、于推流式与完全混合式之间DO 浓度：曝气装置下游从高低好氧区 缺氧区厌氧 DO=O A缺氧 0.5mg/L A好氧 2 mg/LO(3)在工艺方面特征）可以不设初沉池）可以不设二沉池）污泥量很少且稳定,不需进行厌氧消化处理(排泥管)、氧化沟的曝气装置采用机械曝气1）横轴曝气装置曝气转刷 转轴长度 49m 转刷直径 0.81.0m 一般1.0m 转刷淹没深度 0.150.2m 氧化沟深度 22.5m 有时采用 3m曝气转盘2)纵轴曝气装置表曝机深度 44.5M 沿池长布置曝气转刷布置:弯道转弯处氧化沟曝气装置作用: V0.25m/s 充氧完全混合（3）推动水流以一定的流速沿池长的循环流动3常用的
22、氧化沟系统氧化沟运行方式：（1）连续运行 必须设二沉池且有污泥回流氧化沟始终作为曝气池 合建 分建（2）交替运行氧化沟一部分在不同的时段交替地作为曝气池和沉淀池，不需设二沉池，无污泥回流，（1） 卡罗塞氧化沟系统导流墙偏置：使水流流速分布均匀（2） 交替运行氧化沟（1） 单沟交替运行 aa A（2） 双沟交替运行 doubled（3） 三沟交替运行 threet 双沟交零星氧化沟工作固期第一阶段：A 沟进水，A 沟曝气区B 沟沉淀区，B 沟出水第二阶段：A 沟进水，B 沟转刷停，静沉区第三阶段第四阶段 3 沟交替第一阶段 A 沟进水 AB 沟曝气区 C 沟沉淀区 C 沟出水第二阶段 B 沟进水
23、 A 沟闷曝 B 沟曝气 C 沟沉淀 C 沟出水第三阶段 B 沟进水 A 沟转刷停，静沉区 B 沟曝气 C 沟沉淀 C 沟出水第四阶段 C 沟进水中沟：始终曝气边沟：每隔 5H，转刷工作 3H出水堰：每隔 4H（3）二沉池交替运行氧化沟系统连续式（4） 奥巴勒氧化沟系统三、 间歇式活性污泥工艺SBR 工艺 序批式1工艺流程及特征污水沉淀池间歇曝气池出水特征：（！）采用间歇曝气池（将生物降解与沉淀集成一体）（2）系统组成简单，无二沉池和回流污泥系统，节省基建费用和运行费用（3） 污泥指数低，不易产生污泥膨胀现象（4） 在多数的情况下，不必设调节池（5） 可以产行自控（6） 改变运行方式，可以进行
24、脱氮处理（7） 处理水的水质伏于传统工艺2工作原理与操作SBR 工艺与传统工艺比较相同点：有机物降解机理相同不同点：运行方式不同（1） 传统工艺连续式运行方式一般设曝气池和二沉池连续进水，连续出水在不同的时段各处理单元功能不变空间推流，流态：推流式（2） SBR 工艺间歇式运行方式只设间歇曝气池间歇进水，间蛤排水在不同的时段间歇曝气池处理单元功能改变时间推流，流态：完全混合式工作操作步骤 会画图示必考题（1） 流入工序 起调节池的作用污水注入，注满 or 注到预定高度（2） 反应工序 生物降解 脱氮处理 污水注到预定高度（3） 沉淀 时间 1。52H（4） 排放 将上清液排放，排放到最代水位并
25、留部分种泥（5） 待机、闲置阶段污泥闲置，等待下一周期开始时间 412H 自控3SBR 工艺功能的改善与强化4（1）关于待机与流入工序与多项功能相结合 强化调节池的功能与水解、酸化反应相结合（厌氧）（2）NS 和 X一般取经验数据 NS=0.20.3 X=30005000mg/L（3） 关于耗氧与供氧采取时间上的渐减曝气（4） SBR 工艺的发展及主要的变形工艺（1） ICEAS 工艺 间歇循环延时曝气工艺在反应工序“曝气好氧”+“闲歇缺氧”多次反复进行（2） CAST 工艺 循环式活性污泥工艺在进水区设置生物选择皿（3） DAT-IAT四、AB 法污水处理工艺 ：70 年代宾克吸附生物降解工
26、艺简称、工艺流程及特征工艺特征）A 段的效应，功能及设计参数负荷率高；污泥产率高；BOD 去除率 40-70%）B 段的效应，功能及设计参数 活性污泥处理系统的设计与计算一、概述、 设计内容、 原始资料和数据、 确定的主要设计参数、 确定处理工艺流程二、曝气池（区）容积的计算、按污泥负荷率计算X 的确定）供氧的经济与可能）活性污泥凝聚沉淀性能）二沉池与回流设备的造价、按污泥龄(QC) 劳麦方程式三、曝气系统与空气扩散装置的设计与计算、需氧量与空气量的计算、鼓风曝气系统的计算与设计）空气扩散装置的选定与布置(一侧.两侧.布满池底)）空气管道系统的设计与计算(1)一般规定(2)空气管道的计算D1
27、管径计算2 管径校核采用管道内压力损失管道压力损失 4.98KPA 以内,空气扩散装置 4.99.8KPA压力损失计算(1)沿程阻力(2)局部阻力H1 计算 空气压力(水深)总长度 L=实际长度&+局部阻力当量(折算)长度L =55.5KD（）空压机的压力P=（1.0+H）9.8KPA一个大气压 H-空气扩散装置的安装深度（）空压机的选定与鼓风机房的设计、机械曝气装置的设计叶轮叶轮直径 Qos校核直径(1)泵型（）倒伞 or 平板型四、污泥回流与剩余污处置1污泥回流系统的设计与计算（1） 计算回流污泥量（2） 污泥回流设备的选定污泥泵：用于大型污水处理厂空气提升皿：空气用量 Q=（3-5）QR
28、 中小型污厂螺旋泵应用广泛G=Gs+Qu、剩余污泥的处置作为第八章处理的流量五二沉池：见初沉池设计但注意参数六曝气沉淀池各部位尺寸见例题七处理水的水质BODU=溶解性（S E）+非溶解性SE=总 BOD57。16aCe习题：平均处理污水量 21600m3/d 出水中悬浮固体浓度 22mg/L总变化系数为 2.5 经沉淀后 BOD5为 250 mg/L（=S A）希望处理后出水 BOD5为 20 mg/L（总 BOD5）污水温度为 25拟采用活性污泥处理系统（1） 计算确定曝气池主要部位尺寸（2） 计算设计鼓风曝气系统（）计算每日排出的剩余污泥量 QS4.10 活性污泥处理系统的维护管理一、活性
29、污泥处理系统的投产与活性污泥培训、活性污泥的培训(培养与驯化)方法：同步培训法:培养与驯化同时进行异步培训法:先培养后驯化接种培训化(1)同步培训法 生活污水为主的城市污水(1)营养物(2)菌种具体操作:活性污泥成熟,SV 15%20%(2)异步培训法工业废水和工业废水为主的城市污水先培养:粪便水稀释 BOD5500 mg/L后驯化：在进水中加入首当其冲逐渐增加工厂业废水所占比重（3）接种培训法从附近的污水处理厂引进剩余污泥作种泥2试运行：目的：确定最佳的运行条件考虑因素：（）MLSS 调整（）供气量（1）氧 DO：12 mg/L（）搅拌混合液浓度整池均匀（）运行方式 12 种传统工艺+3 种新工艺二、运行效果的检测三、活性污泥处理系统运行中的异常情况1污泥膨胀定义原因：大量的丝状菌繁殖防治措施 PH DO 2污泥解体 处理水质变浑 污泥絮凝体微细化处理效果变坏原因（1）运行不当（2）污水中混入有毒物质污泥上浮上浮原因：（1）污泥腐化上浮长期滞留造成（3） 曝气过度上浮（3）污泥挟油上浮（4）污泥脱氮上浮过长4泡沫问题大量合成洗涤剂消泡措施（1）消泡剂（2）机械消泡（3）分段进水
