环境工程学第三章讲义水的生物化学处理方法Word文档格式.docx
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一般来说,大多数活性污泥处理厂是将曝气池的运行工况控制在这一范围内的。
④内源呼吸期:
内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率,因此从整体上来说,活性污泥的量在减少,最终所有的活细胞将消亡,而仅残留下内源呼吸的残留物,而这些物质多是难于降解的细胞壁等;
污泥的无机化程度较高,沉降性能良好,但凝聚性较差;
有机物基本消耗殆尽,处理水质良好;
一般不用这一阶段作为运行工况,但也有采用,如延时曝气法。
2、活性污泥增殖规律的应用:
①活性污泥的增殖状况,主要是由F/M值所控制;
②处于不同增值期的活性污泥,其性能不同,出水水质也不同;
③通过调整F/M值,可以调控曝气池的运行工况,达到不同的出水水质和不同性质的活性污泥;
④活性污泥法的运行方式不同,其在增值曲线上所处位置也不同。
3、有机物降解与微生物增殖:
活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化(内源呼吸)两项作用的综合结果,
活性污泥微生物在曝气池内每日的净增长量为:
;
式中:
每日污泥增长量(
),
;
;
——每日处理废水量(
);
——进水
浓度(
或
——出水
)。
a,b——经验值:
对于生活污水活与之性质相近的工业废水,
,
——或试验值:
通过试验获得。
4、有机物降解与需氧量:
活性污泥中的微生物在进行代谢活动时需要氧的供应,氧的主要作用有:
①将一部分有机物氧化分解;
②对自身细胞的一部分物质进行自身氧化。
因此,活性污泥法中的需氧量:
式中:
——曝气池混合液的需氧量,
——代谢每
所需的氧量,
——每
每天进行自身氧化所需的氧量,
。
二者的取值同样可以根据经验或试验来获得。
5.活性污泥反应动力学基础
一.概述
研究目的{①研究反应速度和环境因素间的关系
{②对反应的机理进行研究,使反应进行控制
反应动力学方程式{米门方程式1913 研究酶促反应速度
{莫诺方程式 1942
{劳—麦方程式1970
二.莫诺方程式
1.基本方程式形式
提出人:
莫诺时间:
1942 试验条件:
纯种生物在单一底物的培养基中
试验内容:
研究微生物的增值速度与底物浓度间的关系
结果与米门方程式相同
μ=μmaxS/(Ks+S)μ---比增值速度(单位生物量的增殖速度)
S―有机底物的浓度
Ks-饱和常数当μ=1/2μmax时,有机底物的浓度
有机物比降解速度与底物浓度关系
V=VmaxS/(Ks+S)
(1)
V=-(ds+dt)/xv=f(s)
-ds/dt=vmaxXS/(Ks+S)
(2)
2.推论
(1)对于高底物浓度条件下S>
>
Ks
V=Vmax=k1
-ds/dt=vmaxx=k1x
结论:
①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。
②低底物浓度,S<
<
V=VmaxS/Ks=k2S(3)
-ds/dt=VmaxXS/Ks=k2SX(4)
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(4)得 -∫s0sds/dt=∫0tk2xsdt
S=S0e-k2xt
3.莫诺方程式在曝气池中的应用
Q(Sa-Se)/v=-ds/dt
Q(Sa-Se)/v=Nrv∴ds/dt=Nrv
(1)用来计算Nrv=-ds/dt=Q(Sa-Se)/v=(Sa-Se)/t
k2Xse=Q(Sa-Se)/v
(2)计算Nrsk2Se=Q(Sa-Se)/xv=Nrs
(3)计算有机物降解率η=(Sa-Se)/S0=1-Se/S0=k2xt/(1+k2xt)
4.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
1.概念:
(1)把污泥龄改名为生物固体平均停留时间
(2)提出单位底物利用率概念
2.基本方程式
(1)劳---麦第一方程式 1/Qc=Yq-Kd
(2)劳
-麦第二方程式 v=q
v=KS/(Ks+S)→(ds/dt)u/xa=KS/(Ks+S)
3.劳-麦方程式的推论及应用
1Se—Qc关系
2Xa—QcXa=YQQc(Sa-Se)/t(1+KdQc)
3R---Qc
4V与q的关系(ds/dt)u/Xa=k2Se→Q(Sa-Se)/XaV=k2Se→v=Q(Sa-Se)/k2XaSe
曝气池容积的计算方法
{①NsV=Q(Sa-Se)/NsX
{②NrsV=Q(Sa-Se)/NrsXv
{③劳麦{v=YQQc(Sa-Se)/Xa(1+KdQc)
{v=Q(Sa-Se)/k2SeXa
5两种产率△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(Sa-Se)-KdVXv
{△X=YobsQ(Sa-Se)
3.2好氧悬浮生长处理技术(4学时)
好氧悬浮生长生物处理工艺主要有以下几类:
活性污泥法;
曝气氧化塘;
好氧消化法;
高负荷氧化塘。
这里重点介绍活性污泥法。
在当前污水处理技术领域中,活性污泥法是应用最为广泛的技术之一。
活性污泥法于1914年在英国曼彻斯特建成改进,特别是近几十年来,在对其生物反应和净化机理进行深入研究探讨的基础上,活性污泥法在生物学、反应动力学的理论方面以及在工艺方面都得到了长足的发展,出现了多种能够适应各种条件的工艺流程,当前,活性污泥法已成为污水特别是有机性污水处理技术的主体技术。
一、活性污泥法的基本原理
A、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(BOD5)
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)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~
2.二沉池:
泥水分离。
3.曝气装置:
作用于①充氧化②搅拌混合
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。
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
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。
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4.5~5m/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㎝0~1㎝←叶轮淹没深度
规定叶轮直径与曝气池直径之比为
(3)倒伞型
(4)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
4.回流装置:
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。
B、活性污泥形态和活性污泥微生物
(三)形态:
1、外观形态:
颜色黄褐色,絮绒状
2.特点:
①颗粒大小:
0.02-0.2mm②具有很大的表面积。
③含水率>
99%,C<
1%固体物质。
④比重1.002-1.006,比水略大,可以泥水分离。
3.组成:
有机物:
{具有代谢功能,活性的微生物群体Ma
{微生物内源代谢,自身氧化残留物Me
{源污水挟入的难生物降解惰性有机物Mi
无机物:
全部有原污水挟入Mii
(四)活性污泥微生物及其在活性污泥反应中作用
1.细菌:
占大多数,生殖速率高,世代时间性20-30分钟;
2.真菌:
丝状菌→污泥膨胀。
3.原生动物
鞭毛虫,肉足虫和纤毛虫。
捕食游离细菌,使水进一步净化。
活性污泥培养初期:
水质较差,游离细菌较多,鞭毛虫和肉足虫出现,其中肉足虫占优势,接着游泳型纤毛虫到活到活性污泥成熟,出现带柄固着纤毛虫。
☆原生动物作为活性污泥处理系统的指示性生物。
4.后生动物:
(主要指轮虫)
在活性污泥处理系统中很少出现。
吞食原生动物,使水进一步净化。
存在完全氧化型的延时曝气补充中,后生动物是不质非常稳定的标志。
(五)活性污泥微生物的增殖和活性污泥增长
四个阶段:
1.适应期(延迟期,调整期)
特点:
细菌总量不变,但有质的变化
2.对数增殖期增殖旺盛期或等速增殖期)
细菌总数迅速增加,增殖表速率最大,增殖速率大于衰亡速率。
3.减速增殖期(稳定期或平衡期)
细菌总数达最大,增殖速率等于衰亡速率。
4.内源呼吸期:
(衰亡期)
细菌总数不断减小,增殖速率小于衷亡速率,微生物的增殖要受到有机物含量的控制。
(六)活性污泥絮凝体形成
菌胶团:
P99细菌集团MLSS
原理:
活性絮凝体的形成与曝气池内的能含量有关
☆能含量:
曝气池内的有机物量与微生物量的比值,用F/M表示。
有机物F小,F/M小,能含量低,处于内源呼吸期,有利于絮凝体形成。
F大,F/M大,1/2mv2大,引力小不易结合。
F小,F/M小,V↓,易结合成小的菌胶团→生物絮凝体。
Ma+Me+Mi+Mii
C、影响活性污泥增长的因素
1.营养物质平衡:
CNP之比例
碳源N源无机盐类
C→BOD5≥100m3/L城市污水满足对某些工业废水,C低,补充碳源
N:
生活污水满足
对某些废水,N不足。
(尿素,(NH4)2SO4
Na3PO4-K3PO4C:
N:
P=100:
5:
1
2.DO:
{过低:
微生物生理活动不能正常进行,处理效果差
{过高:
①有机物降解过快,微生物因缺营养而死亡②耗能过大经济浪费
曝气池出口处DO2mg/L(局部区域进水口处较低,不宜低于1mg/L)
3.PH6.5—8.5偏碱
PH>
8.5粘性物质破坏→活性污泥结构破坏
PH<
6.5:
分子结构有变化
4.水温:
{低温细菌
{中温细菌一般化10℃--45℃污水中草药15℃--35℃
{高温细菌↘对常年或半年处于低温地区,曝气池建在室内,建在室外要有保温措施.
5.有毒物质→对微生物抑制和毒害作用
重金属离子CN-酚S2-
D、性能及其评价指标
(1)混合液悬浮固体(MLSS)浓度
又称混合液污泥浓度,它表示的是混合液中的活性污泥的浓度,即在单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总重量,即:
MLSS=Ma+Me+Mi+Mii
表示单位为mg/L混合液,但也使用g/L混合液、g/m3混合液或kg/m3混合液。
由于测定方法比较简便,在工程式上往往用本项指标表示活性微生物数量的相对值。
(2)混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)浓度
本项指标指混合液活性污泥中有机性固体物质的浓度,以重量表示,即:
MLVSS=Ma+Me+Mi
本项指标能够比较准确地表示活性污泥活性部分的数量。
但是,其中还包括Me、Mi等2项非活性的微生物降解的有机物质。
也不能说是表示活性污泥微生物数量的最理想指标,它表示的仍然是活性污泥数量的相对数值。
在一般情况下,MLVSS/MLSS的比值比较固定,对于生活污水,常为0.75左右。
(3)污泥沉降比(SV%)
又称30min沉淀率。
混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率,以%表示。
污泥沉降比能够反映反应器-曝气池正常运行时的污泥量,可用于控制剩余污泥的排放量,还能够通过它及早发现污泥膨胀等异常现象的发生。
污泥沉降比测定方法比较简单,且能说明问题,应用广泛,是评定活性污泥质量的重要指标这定。
(4)污泥体积指数(污泥指数)(SVI)
本项指标的物理意义是曝气池出口处混合液经30min静沉后,每克干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积,以mL计。
其计算式为:
SVI=混合液(1L)30min静沉形成的活性污泥容积(mL)/混合液(1L)中悬浮固体干重(g)=SV(mL/L)/MLSS(g/L)
SVI值的表示单位为mL/g,但一般都只称数字,把单位简化。
SVI值能够反映出活性污泥的凝聚、沉淀性能,一般以介于70~100之间为宜,SVI值过低,说明泥粒细小,无机物含量高,缺乏活性;
过高,说明污泥沉降性能不好,并且已有产生膨胀现象的可能。
(5)污泥负荷率
影响活性污泥法处理效果的另一个重要因素是有机底物量(F)与微生物量(M)的比值F/M,该比值通常是以BOD-污泥负荷率(Ns)来表示,即:
[kgBOD5/(kgMLSS·
d)](8-1)
Q——污水流量,m3/d;
S0——原污水中有机底物(BOD5)浓度,mg/L;
V——反应器(曝气池)容积,m3;
X——混合液悬浮固体(MLSS)浓度,mg/L。
(6)污泥龄
曝气池内活性污泥总量与每日排放的污泥量之比,称之为污泥龄,即活性污泥在曝气池内的停留时间,因之又称之为“生物固体平均停留时间”,即:
(d)(8-2)
式中t——污泥龄(生物固体平均停留时间),d;
——每日污泥增长量(即排放量),kg/d。
其它各项同前。
污泥龄是活性污泥处理系统设计与运行管理的重要参数,它能够直接影响曝气池内活性污泥的性能和其功能。
二、活性污泥净化反应过程
1.初期吸附去除阶段
5-10分钟有机物高速去除
定义:
P100,吸附去除的原因→有巨大表面积,吸附力强,外部覆盖着多糖类的粘质层。
吸附去除结果:
有机物从污水中转移到活性污泥上去
2.微生物代谢
酶:
透膜酶
图8.2有机底物分解代谢与合成代谢及其产物模式图
3.絮体凝聚沉降阶段
三、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T=4~8HR=25%~75%
Ns=0.2~0.4
Mlss(X)=1500~3000mg/L
4.优缺点:
优点:
去除效果很好η≥90%
适用于处理水要求高而稳定的水质
缺点:
(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3~4个
(1)耗氧速度沿池长均匀分布
(2)供气速度沿池长均匀分布
3.工艺参数t=3~5hR=25%-95%
NS=0.2~0.4Qc=5~15dMlss=2000~3500mg/L
4.优点
(1)缩小了耗氧速度与供氧速度之间的差距
(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1~2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(30~60min)0.5~1h
再生池3~6h
R=50%~100%Ns=0.2~0.4Qc=5~15d
Mlssi吸附池1000~3000mg/L
再生池4000~10000mg/L
4.优缺点:
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:
①污泥负荷率BoD5很低Ns=0.05-0.1KgBoD5/Kgmlssd
②曝气时间很长24-48h
③剩余污泥量少,勿需进行厌氧消化处理
④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=24-48hR=60%—200%Ns=0.05-0.1Qc=20—30dX=3000—6000mg/L
4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NS=1.5-3.0KgBOD5/Mlss.d
2.曝气时间短t=1.5-3h即水力停留时间短
3.Mlss=200-500mg/L
4.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:
2.工艺特征
(1)采用完全混合式的曝气池
(2)NS稍高0.2-0.6KgBOD5/KgMlss.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50-100m1~6m→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
四、活性污泥处理系统的新工艺
一、概述
1、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
2、在工艺方面
①供氧能力提高
②在污泥浓度方面有所提高
③在微生物的净化功能方面也有所提高
◆、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
1.工作原理与特征
(1)构造方面的特征
1池型:
环形沟渠状长几十米→上百米
深度2~6米
2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=OA
缺氧0.5mg/LA
好氧2mg/LO
(3)在工艺方面特征
1)可以不设初沉池
2)可以不设二沉池
3)污泥量很少且稳定,不需进行厌氧消化处理(排泥管)
2、氧化沟的曝气装置→采用机械曝气
1)横轴曝气装置①曝气转刷转轴长度4~9m转刷直径0.8~1.0m一般1.0m转刷淹没深度0.15~0.2m氧化沟深度2~2.5m有时采用3m
②曝气转盘
2)纵轴曝气装置→表曝机
深度4~4.5M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:
V≥0.25m/s
1充氧②完全混合(3)推动水流以一定的流速沿池长的循环流动
3.常用的氧化沟系统
氧化沟运行方式:
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