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厌氧
微生物
厌氧+兼性
营养物质
100:
5:
1,500BOD
200:
1,2000BOD
基建费用
低
高
运行费用
反应速率
快
慢
4.主要微生物
细菌:
最主要
真菌:
丝状菌膨胀
原后生动物:
指示生物
5.微生物生长影响因素:
营养、溶解氧、温度、pH、有毒物质
6.微生物生长规律
停滞期
对数期
静止期
内源呼吸期
增殖速率
最大
降低
变化
体积增大;
酶系统调整;
适应环境变异
沉降性能不佳;
需氧量大;
水质差
凝聚、吸附、沉淀性能好;
残存有机物低
沉降性能好;
凝聚性能差;
无有机物,水质好
工艺
高负荷活性污泥法
大多数
延时曝气法
第三章活性污泥法
1.活性污泥构成
1)具有代谢功能的微生物群体活细胞(Ma)
2)微生物内源代谢、自身氧化的残留物(Me)
3)吸附的原废水中难于生物降解的有机物(Mi)
4)由污水携入的无机物质(Mii)
2.活性污泥性能指标
名称
简写
正常范围
公式
混合液悬浮固体浓度
MLSS
混合液挥发性悬浮固体浓度
MLVSS
MLVSS/MLSS=0.75~0.85
污泥沉降比
SV
20-30%
污泥体积指数
SVI
70-100ml/g
SVI=10*SV/MLSS
污泥龄
θC
污泥有机负荷
F/M
F/M=QS/XV(X—MLSS)
容积负荷
Nv
曝气池的水力停留时间
HRT
HRT=V/Q
3.运行方式
工艺特称
抗冲击负荷
污泥负荷
HRT(h)
污泥龄(d)
传统活性污泥法
池首可能出现溶氧不足,池尾可能出现溶氧富裕
弱
0.2~0.4正常
0.3~0.6
4~8正常
5~15正常
阶段曝气
活性污泥法
废水沿池长分段注入曝气池,改善了供氧速率与需氧速率之间的矛盾,
0.2~0.4
0.6~1.0
3~8
5~15
吸附再生
将吸附、降解两个过程分别控制在不同的反应器内进行;
对可溶性有机物含量高废水处理效果差
0.2~0.6
1.0~1.2
吸附池:
0.5~1.0
再生池:
3~6
延时曝气(完全氧化)活性污泥法
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;
处理出水出水水质好
强
0.05~0.15低
0.1~0.4
18~48高
20~30高
高负荷活性污泥法(短时曝气法)
BOD-SS负荷率高,曝气时间短,
对废水的处理效果较低
1.5~5.0高
1.2~2.4
1.5~3低
0.25~0.5低
完全混合
可以方便地通过对F/M的调节,曝气池内混合液的需氧速度均衡。
容易发生污泥膨胀
0.8~2.0
3~5
5~10
纯氧曝气
纯氧曝气可大大提高氧的转移效率;
能够大大提高曝气池的容积负荷;
剩余污泥产量少,污泥膨胀较少发生。
0.4~1.0
2.0~3.2高
1.5~3.0
浅层低压曝气法
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中的上升距离。
深水曝气
曝气池水深在7∼8m以上,由于水压较大,氧的转移率可以提高,相应也能加快有机物的降解速率;
占地面积较小
深井曝气
深度为50~150m,氧转移效率高,耐冲击负荷,产泥量少
3.0~3.6高
1.0~2.0
5
阶段曝气活性污泥法
吸附再生活性污泥法
延时曝气
完全混合活性污泥法
4.反应动力学
4.1莫诺特方程
微生物比增长
基质比去除
高浓度——零级反应
低浓度——一级反应
4.2第一基本方程
4.3第二基本方程
5.曝气理论
Fick定律:
扩散过程的推动力是物质在界面两侧的浓度差
双膜理论:
气液接触界面存在层流的气膜和液膜,只有其中存在浓度差,气液两相主体不存在浓度差,传质阻力只存在于两层层流膜中,在气膜中存在氧的分压梯度,在液膜中存在氧的浓度梯度,它们是氧转移的推动力。
(氧分子进入水中的控速步骤是通过液膜)
提高充氧速率的途径:
加强液相主体的紊流程度,降低液膜厚度yL
加速气、液界面的更新DL
增大气、液接触面积A
提高气相中的氧分压Cs
影响氧转移速率的主要因素:
水质、水温、气压
6.曝气设备
性能指标
含义
氧的利用率
EA
指通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比(%)
充氧能力
RO
通过表面机械曝气装置在单位时间内转移到混合液中的氧量(kgO2/h)
动力效率
EP
每消耗1度电转移到混合液中的氧量(kgO2/kw.h)
机械曝气原理:
水跃、提升、负压。
7.曝气池
分类:
按流态:
推流式、完全混合式、循环混合式
按曝气方式:
鼓风曝气池、机械曝气池、鼓风—机械曝气池
根据曝气池与二沉池之间的关系,可分为合建式(即曝气沉淀池)和分建式
8.工艺设计内容
①选定工艺流程;
②曝气池工艺计算与设计;
③需氧量、供氧量及曝气系统的算与设计;
④计算污泥回流量、剩余污泥量污泥回流系统的设计;
⑤二沉池的计算与设计
9.污泥常见问题
问题
现象
原因
对策
污泥腐化
活性污泥呈灰黑色、污泥发生厌氧反应,污泥中出现硫细菌,出水水质恶化
①混合液DO不足,负荷量增高;
②曝气不足;
③工业废水的流入等
①控制负荷量;
②增大曝气量;
③切断或控制工业废水的流入
污泥上浮
污泥沉淀30∼60分钟后呈层状上浮,且多发生在夏季
硝化作用导致在二沉池中被还原成N2,引起污泥上浮
①减少污泥在二沉池中的停留时间;
②减少曝气量。
污泥解体
在沉淀后的上清液中含有大量的悬浮微小絮体,出水透明度下降
曝气过度;
负荷下降,活性污泥自身氧化过度;
减少曝气;
增大负荷量
泥水界面不清
污泥可以下沉,但泥水界面不清晰
高浓度有机废水的流入,使微生物处于对数增长期;
污泥形成的絮体性能较差
降低负荷;
增大回流量以提高曝气池中的MLSS,降低F/M值
污泥膨胀
丝状菌性污泥膨胀
污泥结构松散,体积膨胀,絮凝和沉降性恶化
由于活性污泥絮体中丝状菌过度繁殖而导致的污泥膨胀
①低溶解氧浓度
②有机负荷过高
③进水水质影响
①临时控制措施:
污泥助沉法、灭菌法
②工艺运行调节措施:
加强曝气、调节运行条件
③永久性控制措施:
增设生物选择器
非丝状菌污泥膨胀
粘性膨胀:
处理效果良好,但污泥难于沉淀,大量污泥随出水流
①进水中溶解性有机物浓度高,F/M值太高;
②氮、磷缺乏,或溶解氧不足;
③细菌大量吸附有机物,但不能及时降解,分泌出过量的胶状的多糖类物质;
这些物质具有很高亲水性,导致污泥中含有大量结合水,泥水分离困难。
降低负荷,调整工况,加强曝气等。
低粘性膨胀
进水中含有毒性物质,使污泥中毒,使细菌不能分泌出足够的粘性物质,从而不能有效形成絮凝体,导致泥水分离困难;
控制进水水质,加强上游工业废水的预处理。
泡沫
化学泡沫
洗涤剂或工业用表面活性物质等引起,呈乳白色
①水冲消泡②消泡剂
生物泡沫
诺卡氏菌属的一类丝状菌引起
水冲或消泡剂无效;
加氯;
排泥,缩短SRT
第四章活性污泥新工艺
工艺特点
AB两段活性污泥法
①未设初沉池,由吸附池和中间沉淀池组成的A段为一级处理系统;
②B段由曝气池和二沉池组成;
③A、B两段各自拥有独立的污泥回流系统,两段完全分开,各自有独特的微生物群体,有利于功能稳定。
A:
0.5h短
B:
2~3h
0.3~0.5d短
15~20d长
序批式活性污泥法
SBR
①从时间角度来看,是一种较理想的推流式曝气池;
从空间上看,是完全混合流态;
②工艺系统组成简单,不设二沉池,曝气池具备二沉池的功能,无污泥回流设备;
③耐负荷冲击,在一般情况下无需设置调节池;
④反应推动力大,易于得到优于连续流系统的出水水质⑤运行操作灵活,通过适当调节各单元的状态达到脱氮除磷的效果⑥污泥沉降性能好,SVI值较低,能有效防止丝状菌膨胀;
⑦调节SBR运行方式,可同时具有去除BOD和脱氮除磷功能;
沉淀期:
1~2h
排水期:
较长
氧化沟
①氧化沟呈完全混合-推流式;
沟内的混合液呈推流式快速流动(0.4∼0.5m/s),由于流速高,原废水很快就与沟内混合液相混合,因此氧化沟又是完全混合的;
②BOD负荷低,类似于活性污泥法的延时曝气法,处理出水水质良好;
③对水温、水质和水量的变动有较强的适应性;
④污泥龄长,可达15∼30d,为传统活性污泥法的3∼6倍,世代时间很长的细菌如硝化细菌能在反应器内得以生存,从而使氧化沟具有脱氮的功能。
⑤污泥产率低,剩余污泥产量少
10~24h
15~30d长
膜生物反应器
MBR
膜生物反应器是由膜分离技术与生物反应器相结合的生化反应系统;
以膜组件代替传统活性污泥法中的二沉池,起到分离活性污泥混合液中的固体微生物和大分子溶解性物质的作用。
①SRT与HRT完全分开,在维持较短HRT的同时,又可保持极长的SRT;
②膜截流的高效性可使世代时间长的硝化菌等在生物反应器内生长,因此脱氮效果较好;
③可维持很高的MLSS;
曝气池中的活性污泥浓度可达10~20g/L;
④膜分离可使大分子颗粒状难降解物质在反应器内停留较长时间,最终得以去除;
⑤可溶性大分子化合物也可被截留下来,不会影响出水水质,最终也可被降解;
⑥膜的高效截留作用可使出水悬浮物浓度极低。
AB活性污泥法的A段与吸附再生工艺的吸附段有何相同与不同:
吸附再生法中的吸附段是把污水中的大多数呈悬浮状的有机物吸附,然后出水进入二沉池沉淀后澄清水即排放。
所以吸附再生法主要用于含胶体和悬浮有机物多的污水,对于含溶解性有机物多的污水不适合。
吸附段的有机负荷不高。
AB法中的A段虽然也是靠微生物吸附把一部分有机物去除,但该段有机负荷很高,大约为吸附再生法的有机负荷的十倍左右,所以去除的并不如吸附再生法吸附段去除的多。
所以AB法中A段只是预处理,而吸附再生法中的吸附段对污水来说是最终处理。
第五章生物膜法
1.结构
厌氧膜:
除氮
好氧膜:
主要场所
2.特征
有利于世代周期长微生物:
硝化细菌
有丝状菌但不会污泥膨胀
处理低浓度废水
3.生物滤池
第一代:
普通生物滤池0.1-0.4kgBOD
滤料性能要求:
•比表面积大,有利于微生物的附着;
•能使废水以液膜状均匀分布于其表面;
•孔隙率大,使脱落的生物膜能随水流到池底,同时保证通风良好;
•适于生物膜形成与粘附,且应该既不被微生物分解,又不抑制微生物的生长;
•有较好的机械强度,不易变形和破碎。
第二代:
高负荷生物滤池0.2-2.5kgBOD
即在普通生物滤池的基础上增加回流,并且可两套装置串联)
第三代:
塔式生物滤池(大量回流)1-3kgBOD
曝气生物滤池(滤料下方有曝气系统)
4.生物转盘
5.生物接触氧化
一种介于活性污泥法和生物滤池之间生物处理技术,在反应池内填充填料,已经充氧的污水浸没全部填料,并以一定的流速经过填料,填料上布满生物膜,污水与生物膜接触,有机物被生物膜的上的微生物氧化分解
好氧生物流化床
两相
三相
第六章厌氧生物处理
1.第一代厌氧生物反应器
化粪池、双层沉淀池
2.第二代厌氧生物反应器
厌氧接触法:
0.5-2.5kgBOD
厌氧生物滤池:
0.2-16kgCOD
升流式厌氧污泥床反应器(UASB):
开敞式UASB反应器和封闭式UASB反应器
厌氧流化床、厌氧膨胀床:
出水回流
厌氧挡板反应器:
不设三相分离器
两相厌氧生物处理工艺:
将厌氧消化过程分为产酸和产甲烷两阶段的工艺
物理化学分离方法:
产酸反应器抑制剂、提高氧气、降低pH、有机酸选择性透过膜
动力学控制分离:
产酸反应器短水力停留时间
3.第三代厌氧生物器
内循环IC
厌氧膨胀颗粒污泥床EGSB
4.颗粒污泥
污泥颗粒化提高其沉降性能,防止污泥流失,保持反应器内高污泥浓度;
颗粒污泥能长期滞留在反应器内,具有很长的SRT,可缩短水力停留时间,使反应器具有很高的处理效能;
污泥颗粒形成,产甲烷菌主要集中颗粒的内部,水解发酵和产甲烷菌在表层,这种结构为产甲烷菌提供了一个保护层和缓冲层,提高污泥抗pH,温度变化、有害物质的能力,提高耐负荷冲击能力。
颗粒污泥是各种厌氧菌聚集形成的微小生态系统,各类细菌距离相对较近,可提高种间氢的转移速率。
颗粒污泥的形成,使膨胀颗粒污泥床(EGSB)和内循环反应器(IC)的开发成为可能。
生物脱氮除磷
1.脱氮原理
1.氨化过程(好氧或厌氧异养微生物):
含氮有机物→氨态氮
2.硝化过程(好养自养硝化菌):
氨氮→NO2−、NO3−
强烈好氧,不能在酸性条件下生长(自身反应会生成H+),污泥龄长
3.反硝化过程(异养反硝化菌):
NO2−、NO3−→N2、含氮有机物
2.脱氮工艺
A/O(缺氧好氧)工艺、氧化沟生物脱氮
●硝化反应器的硝化液部分回来至反硝化反应器,反硝化菌以原污水中有机物作为碳源,以回流液中硝酸盐作为电子受体,不需外加碳源。
●在反硝化反应过程中产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右;
●硝化曝气池在后,使反硝化残留的有机物得以进一步去除,无需增建后曝气池。
3.除磷原理
(1)厌氧释磷
聚磷菌将聚磷分解形成的无机磷释放回污水中。
ATP+H2O→ADP+H3PO4+能量。
绝对厌氧,无硝酸根
(2)好氧吸磷
聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动,部分供其主动吸收污水中的磷酸盐,以聚磷的形式积聚于体内。
ADP+H3PO4+能量→ATP+H2O
污泥龄短,硝态氮抑制
4.除磷工艺
An-O(厌氧好氧)工艺
5.同步脱氮除磷工艺
A2/O工艺
特点:
厌氧、缺氧、好氧交替运行,不利于丝状菌生长,污泥膨胀较少发生;
无需投药,运行费用低。
6.新工艺
SHARON工艺:
将氨氧化控制在亚硝化阶段,同时进行间歇曝气,达到反硝化
ANAMMOX工艺:
在厌氧或缺氧条件下,将NH4+直接氧化为N2的过程。
Canon工艺:
即SHARON工艺+ANAMMOX工艺(由亚硝酸细菌和厌氧氨氧化菌协同作用)
自然生物处理
1.稳定塘特点
(1)优点:
•能够充分利用地形,工程简单,建设投资省;
•能够实现污水资源化,使污水处理与利用相结•污水处理能耗少,维护方便,成本低廉
(2)缺点:
•占地面积大;
•污水处理效果受季节、气温、光照等自然因素影响;
•防渗不当会使地下水受到污染;
•卫生条件差,易发生臭气或滋生蚊蝇。
2.稳定塘分类
好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘、深度处理塘、综合生物塘
好氧塘:
高负荷好氧塘(前)、普通好氧塘(中)、深度处理好氧塘(后)
兼性塘:
塘内分层
厌氧塘:
有机负荷高,常置于系统首端
曝气塘:
完全混合曝气塘(可污泥回流)、部分混合曝气塘。
都需要沉淀
深度处理塘:
多采用好氧塘或曝气塘
3.污水的土地处理系统原理
物理过滤
物理吸附和物理沉淀
化学反应与沉淀
微生物的代谢与分解
4.土地处理分类
慢滤系统:
适用于渗透性良好的土壤。
废水经面灌或喷灌后垂直向下缓慢渗滤,其上种有农作物。
废水投配负荷一般较低,由于渗滤速度慢,废水在表层土壤(含大量微生物)中的停留时间长,废水净化效率高,出水水质好,使用寿命长。
快速渗滤系统:
适用于透水性非常良好的土壤;
废水周期性地布水(投配或灌入)和落干(休灌),使快速渗滤池的表层土壤处于厌氧、好氧交替运行的状态,对污染物去除率高。
地表漫流系统:
适用于土壤渗透性低的粘土、亚粘土。
废水要求预处理(如格栅、筛滤)后进入系统。
湿地系统:
分为天然湿地系统;
自由水面人工湿地;
人工潜流湿地系统;
地下渗滤系统:
将废水投配到具有一定构造、距地面约0.5m深,有良好渗透性土地层中,藉毛管浸润和土壤渗滤作用,使废水向四周扩散,通过过滤、沉淀、吸附、生物降解等过程使废水得到净化;
适用于分散的居民点。
污泥的处理与处置工艺
1.污泥来源
栅渣、浮渣、沉渣、初沉污泥(以无机物为主,主要对象)、二沉污泥(有机物、含水率高,主要对象)
2.污泥性质的指标
2.1含水率和含固率
含水率>
85%,污泥呈流状;
65~85%,污泥呈塑态;
<
65%,呈固态。
2.2挥发性固体VSS(有机物含量越高,污泥的稳定性就更差)
2.3有毒有害物质
2.4脱水性能
污泥过滤比阻抗值(r)(其值越大,越难过滤,其脱水性能越差)
污泥毛细管吸水时间(CST)
3.污泥中的水分
游离水(主要处理)
毛细水(次要处理)
内部水
附着水
4.污泥处置方法
污泥利用
填埋
焚烧
投放
5.污泥处置前的处理工艺
浓缩:
重力浓缩法、气浮浓缩法(密度为1的污泥)、离心浓缩法
稳定:
厌氧消化(传统消化池、高速消化池、两级消化池)、好氧稳定、加热稳定
调理(加药调理法):
铁盐、铝盐、有机调理剂
脱水与干化:
自然干化、机械脱水。
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