延时曝气活性污泥法.docx

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延时曝气活性污泥法

延时曝气活性污泥法

第五章活性污泥法

第一节基本原理与分类

第二节活性污泥法参数

第三节曝气

第四节曝气池的构造与设计

第五节运行与管理

第一节基本原理与分类

一、基本原理

二、活性污泥法的基本流程

三、活性污泥指标

四、活性污泥法的分类

一、基本原理

活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水一类好氧生物的处理方法。

这种生物絮体叫做活性污泥，它由好气性微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成，具有降解废水中有机污染物的能力，显示生物化学活性。

图13-1活性污泥形状图

活性污泥法净化废水的三个主要过程

1、吸附废水与活性污泥微生物充分接触，形成悬浊混合液,废水中污染物被比表面积巨大且表面上含有多糖类粘性物质的微生物吸附和粘连。

是胶态的大分子有机物被吸附后，首先被水解酶作用，分解为小分子物质，然后这些小分子与溶解性有机物一道在透膜酶的作用下或在浓差推动下选择性渗入细胞体内。

2、微生物的代谢微生物吸收进入细胞体内的污染物通过微生物的代谢反应而被降解，一部分经过一系列中间状态氧化为最终产物CO2和H2O等。

另一部分则转化为新的有机体，使细胞增殖。

一般地说，自然界中的有机物都可以被某些微生物所分解，多数合成有机物也可以被经过驯化的微生物分解。

不同的微生物对不同的有机物其代谢途径各不相同，对同一种有机物也可能有几条代谢途径。

3、凝聚与沉淀产生凝聚的主要原因：

细菌体内积累的聚β-羟基丁酸释放到液相，促使细菌间相互凝聚，结成线粒；微生物摄食过程释放的粘性物质促进凝聚；在不同的条件下，细菌内部的能量不同，当外界营养不足时，细菌内部能量降低，表面电荷减少，细菌颗粒间的结合力大于排斥力，形成线粒；而当营养物充足时，细菌内部能量大，表面电荷增大，形成的线粒重新分散。

沉淀是混合液中固相活性污泥颗粒同废水分离的过程。

固液分离的好坏，直接影响出水水质。

二、活性污泥法的基本流程

1、产生：

从间歇式发展到连续式

2、基本工艺流程：

废水经过适当预处理后，进入曝气池与池内活性污泥混合成混合液，并在池内充分曝气，废水中有机物在曝气池内被活性污泥吸附、吸收和氧化分解后，混合液进入二次沉淀池，进行固液分离，净化的废水排出。

图13-2活性污泥法基本流程图

3、活性污泥法特征1）曝气池是一个生物化学反应器2）曝气池内混合是一个三相混合系统：

液相-固相-气相3）

传质过程：

气相中O2→液相中DO→进入微生物体内液相中的有机物→被微生物所吸收降解→降解产物返回空气相和液相4）物质转化过程：

有机物降解→活性污泥增长5）污泥回流的目的是使曝气池内保持足够数量的活性污泥。

污泥回流后，净增值的细胞物质将作为剩余污泥排入污泥处理系统。

三、活性污泥指标

污泥沉降比指一定量的曝气池混合液液静置30min后，沉淀污泥与原混合液的体积比，即

污泥沉降比（SV）

=混合液经30min静置沉淀后的污泥体积混合液体积

通常，曝气池混合液的沉降比正常范围为15％-30%。

污泥浓度指1升混合液内所含的悬浮固体或挥发性悬浮固体的重量，单位为g/L或mg/L。

污泥浓度的大小可间接地反映混合液中所含微生物的浓度。

一般在活性污泥曝气池内常保持MISS浓度在2～6g/L之间，多为3～4g/L。

污泥容积指数

指曝气池混合液经30min沉淀

后，1克干污泥所占有沉淀污泥容积的毫升数，单位为mL/g，但一般不标注。

SVI的计算式为:

SVI=SV的百分数´10MLSS（g/L）

当SVI＜100时，沉淀性良好；当SVI=100～200时，沉淀性一般；当SVI＞200时，沉淀性较差，污泥易膨胀。

生物相指示活性污泥中出现的生物是普通的微生物。

钟虫的出现频率高、数量大，而且在生物演替中有着较为严密的规律性，因此，一般都以钟虫属作为活性污泥法的特征指示生物。

四、活性污泥法的分类

按废水和回流污泥的进入方式及其在曝气池中的混合方式，活性污泥法可分为推流式和完全混合式两大类。

推流式是废水从一端进入，另一端流出。

随着水流的过程，废物降解，微生物增长，F/M沿程变化，系统处于生长曲线某一段上工作。

完全混合式是废水进入曝气池后，在搅拌下与池内活性污泥混合液混合，从而使污泥与废水得到充分混合，池内各点水质均匀、F/M一定。

系统处于生长曲线某一点上工作。

第二节活性污泥法参数

一、污泥负荷

在活性污泥法中，一般将有机底物与活性污泥的重量比值，也即单位重量活性污泥或单位体积曝气池在单位时间内所承受的有机物量，称为污泥负荷，常用L表示。

QS0L=Vx

式中Q、S0和V分别代表废水流量、BOD浓度和曝气池容积。

1、污泥负荷与处理效率的关系由右图可见，BOD负荷增大，BOD去除率下降。

一般来说，负荷在/kgMLSS·d以下时，可得到90％以上的BOD去除率。

对不同的底物，L-η关系有很大差别。

所含底物是糖类、有机酸、蛋

内质等一般性有机物的废水，容易降解，即使污泥负荷升高，BOD去除率下降的趋势也较缓慢。

相反地，醛类、酚类的分解需要特种微生物，当污泥负荷超过某一值后，BOD去除率显著下降。

2、污泥负荷对活性污泥特性的影响如图所示SVI-L曲线是具有多峰的波形曲线，有三个低SVI的负荷区和两个高SVI的负荷区。

如果在运行时负荷波动进入高SVI负荷区，污泥沉淀性差，将会出现污泥膨胀。

一般在高负荷时应选择在～／kgMSS·d范围内,中负荷时为～/，低负荷时为～/kgMLSS·d。

3、水温对污泥负荷的影响温度对微生物的新陈代谢作用有很大影响。

在一定的水温范围内，提高水温，可以提高BOD的去除速度和能力，此外，还可以降低废水的粘性，从而有利于活性污泥絮体的形成和沉淀。

水温变化时，污泥负荷的选定也有一定的变化。

应注意温度变化带来的不利影响。

一方面，水温过高，微生物受到抑制；另一方面，水温的变化速率对污泥分离效果也有很大影响。

dxdxDx=aVxLtYYbVx式中Δx污泥合成系数；b—废水的饱和溶解氧的浓度。

试验温度和实际废水温度不同时，KLa应进行温度修正KLa（T）

=KLa（20）

·qT20brcsm（T）

cL）

T0）

csm（20）

曝气池在稳态下操作供氧速度将等于系统的耗氧速度rr，即

rr=dc=aKLa（20）

（brcsm（T）

20dt

测定耗氧速度rr时，先将混合液曝气，直到接近饱和溶解氧值，停止曝气，测定一定时间内溶液溶解氧降低量。

β值的测定方法比较简单，用脱氧清水及经消

毒或用

HgCl

2、CuSO4抑制的混合液曝气至氧饱和，测定混合液饱和溶解氧和清水饱和溶解氧。

计算其比值即得。

如果已知曝气池混合液的耗氧量Rt，用某一曝气器供氧。

要求该曝气器向清水的供氧量为R0,有

R0=

a（brsm（T）

20

EA=R0´100%W

Rrcsm（20）

如果实际供气量为W，则废水的氧吸收率为

当采用空气曝气时，上式中W=G×21%×=

对于鼓风曝气，鼓入气量可以实测，从而可以预先测定标准状态下的EA，利用式由要求的R0可求出供气量G。

如果采用机械曝气，则可由所需的R0值计算叶轮直径和转速。

理论上，每去除1kgBOD需消耗1kgO2，即相当于标准状态下的空气，因鼓风曝气的利用率为5%～10％，故去除1kgBOD需供给空气量为35～70m3。

实际上，由于曝气池的负荷和运行方式不同，供气量需放大～倍。

二、曝气设备

曝气方法可分成以下三种：

1）鼓风曝气：

空气加压设备→管道系统→扩散装置2）机械曝气：

借叶轮、转刷等对液面进行搅动3）鼓风-机械曝气：

由上述两者组合

1、鼓风曝气

鼓风曝气就是用鼓风机向曝气池充入一定压力的空气。

气量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体均匀混合，气压要足以克服管道系统和扩散的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压。

扩散器将空气分散成空气泡，增大气液接触界面，把空气中的氧溶解于水中。

新型高效曝气器

小气泡扩散器气泡直径在以下。

中气泡扩散器常用穿孔管，孔眼直径为3～5mm。

大气泡扩散器常用竖管，直径为15mm左右。

射流扩散器用泵打入混合液，在射流器的喉管处形成高速射流，与吸入或压入的空气强烈混合搅拌，将气泡粉碎为100μm左右，使氧迅速转移至混合液中。

固定螺旋扩散器由圆筒组成，内部装着按180度扭曲的固定螺旋元件5～6个，相邻两个元件的螺旋方向相反。

空气由底部进入曝气筒，形成气水混合液在筒内反复与器壁及螺旋板碰撞、分割、迂回上升。

2、机械曝气

机械曝气大多以装在曝气池水面的叶轮快速转动，进行表面充氧。

表面曝气叶轮的供氧是通过下述三种途径来实现的。

①由于叶轮的提升和输水作用，使曝气池内液体不断循环流动，更新气液接触面，不断从大气中吸氧。

②叶轮旋转时，在周边处形成水跃，使液面剧烈搅动，从大气中将氧卷入水中。

③叶轮旋转时，叶轮中心及叶片背水侧出现背压，通过小孔可以吸入空气。

第四节

曝气池的构造与设计

一、曝气池的构造

按水力特征可分为推流式和完全混合式及二者结合式

三类。

1、推流式曝气池平面布置推流曝气池的长宽比一般为5～10，受场地限制时，长池可以折流，废水从一端进，另一端出，进水方式不限，出水多用溢流堰，一般采用鼓风曝气扩散器。

横断面布置推流曝气池的池宽和有效水深之比一般为1～2，有效水深最小为3m，最大为9m，超高。

根据横断面上的水流情况，又可分为平推流和旋转椎流。

在平推流曝气池底铺满扩散器，池中水流只有沿池长方向的流动。

在旋转推流曝气池中，扩散器装于横断面的一侧，由于气泡形成的密度差，池水产生旋流，即除沿池长方向流动外，还有侧向流动。

为了保证池内有良好的旋流运动，池两侧墙的墙脚都宜建成外凸45度的斜面。

根据扩散器在竖向上的位置不同，又可分为底层曝气、中层曝气和浅层曝气。

2、完全混合曝气池

分建式曝气池和沉淀池分别设置，既可使用表曝机，也可用鼓风曝气装置。

当采用泵型叶轮且线速在4～5m/s时，曝气池直径与叶轮的直径之比宜为～，水深与叶轮直径比宜为～。

当采用倒伞型和平板型叶轮时，曝气池直径与叶轮直径之比宜为3～5。

分建式虽不如合建式紧凑，且需专设污泥回流设备，但调节控制方便，曝气池与二次沉淀池互不干扰，回流比明确，应用较多。

合建式曝气和沉淀在一个池子不同部位完成，我国称为曝气沉淀池，国外称为加速曝气池。

由曝气区、导流区、回流区、沉淀区几部分组成。

曝气区相当于分建式系统的曝气池，它是微生物吸附和氧化有机物的场所。

混合液经曝气后由导流区流入沉淀区进行泥水分离。

导流区既可使曝气区出流中挟带的小气泡分离，又可使细小的活性污泥凝聚成较大的颗粒。

3、两种池型的结合

在推流曝气池中，也可用多个表曝机充氧和搅拌。

对于每一个表曝机所影响的范围内，流态为完全混合，而就全池而言，又近似推流。

此时相邻的表曝机旋转方向应相反，否则两机间的水流会互相冲突，也可用横挡板将表曝机隔开，避免相互干扰。

二、曝气池的设计计算

曝气池的经验设计计算方法主要有负荷法和泥龄法。

污泥负荷法是通过试验或参照同类型企业的设备工作状况，选择合适的污泥负荷计算曝气池容积V。

V=QS0Lx

或

V=

采用泥龄作设计依据时，由式有

Q（S0QW）xeV=qcx根据Lawrence-McCarty模式，有

V=

qcYQ（S02

活性污泥法的设计参数

三、曝气池的运行方式及特点

1、普通曝气法废水与回流污泥从长方形池的一端进入，另一端流出，全

池呈推流型。

在曝气池内，废水有机物浓度和需氧量沿池长逐步下降，而供氧量沿池长均匀分布，可能出现前段供氧不足，后段供氧过剩的现象。

优点：

处理效率高，适于处理要求高而水质稳定的废水。

缺陷：

对水量、水质、浓度等变化的适应件较差，不能处理毒性较大或浓度很高的废水；单位池容积的处理能力小，占地大充分利用活性污泥的初期去除能力，在较短的时间里通过吸附去除废水中悬浮的和胶态的有机物，再通过液固分离，废水即获得净化，BOD5可去除85％～90％左右。

吸附饱和的活性污泥中，一部分需要回流，引入再生池进一步氧化分解，恢复其活性；另一部分剩余污泥排入污泥处理系统。

5、延时曝气法延时曝气法也称完全氧化法。

与普通法相比，由于采用的污泥负荷很低，约/kg·d，曝气时间长，约24～48h，因而曝气池容积较大，处理单位废水所消耗的空气量较多，仅适用于废水流量较小的场合。

氧化沟是延时曝气法的一种特殊型式，最初的实用设备用于处理小城镇污水。

它的平面象跑道，沟槽中设置两个曝气转刷，也有用表面曝气机、射流器或提升管式曝气装置的。

曝气设备工作时，推动沟液迅速流动，实现供氧和搅拌作用。

6、纯氧曝气法用纯氧或富氧空气作气源曝气，显著提高了氧在水中的溶解度和传递速度，从而可以使高浓度活性污泥处于好氧状态，在污泥有机负荷相同时，曝气池容积负荷可大大提高。

随着氧浓度提高，加大了氧在污泥絮体颗粒内的渗透深度，使絮体中好氧微生物所占比例增大，污泥活性保持在较高水平上；不会发生由于缺氧而引起的丝状菌污泥膨胀；硝化菌的生长不会受到限制，有利于生物脱氮过程；系统耐负荷冲击和工作稳定性都好。

7、间歇活性污泥法间歇活性污泥法也称

序批式活性污泥法，它由个或多个SBR池组成，运行时，废水分批进入池中，依次经历5个独立阶段，即进水、反应、沉淀、排水和闲置。

一个运行周期的时间依负荷及出水要求而异，一般为4～12h，其中反应占40％，有效池容积为周期内进水量与所需污泥体积之和。

第五节

运行与管理

一、活性污泥的培养与驯化

活性污泥的培养与驯化是活性污泥法试验和生产运行的第一步。

通过培养，使微生物数量增加，达到一定的污泥浓度。

驯化则是对混合微生物群进行淘汰和诱导，不能适应环境条件和所处理废水特性的微生物被抑制，具有分解废水有机物活性的微生物得到发育，并诱导出能利用废水有机物的酶体系。

根据培养和驯化的程序，有异步法和同步法两种。

二、日常管理

活性污泥系统的操作管理，核心在于维持系统中微生物、营养、供氧三者的平衡，即维持曝气池内污泥浓度、进水浓度及流量和供氧量的平衡。

当其中任一项出现变动应相应调整另外二项；当出现异常情况或故障时，应判明原因并采取相应的对策，使系统处于最佳状态。

一般人工控制所需监测的项目有四项:

反映活性污泥性状的项目反映活性污泥营养状况及环境条件的项目反映活性污泥处理效率的项目反映运转经济性指标的项目。

三、异常现象与控制措施

1、污泥膨胀

主要特征：

污泥结构松散，质量变轻，沉淀压缩性差；SV值增大，有时达到90%，SVI达到300以上，大量污泥流失，出水浑浊，二次沉淀池难以固液分离，回流污泥浓度低，无法维持曝气池正常工作。

污泥膨胀的成因：

当丝状菌生长超过菌胶团细菌时，大量的丝状菌从污泥絮体中伸出很长的菌丝体，菌丝体互相搭接，构成一个框架结构，阻碍茵胶团的絮凝和沉降，引起膨胀问题。

在废水水温较低而污泥负荷太高时，此时细菌吸附了大量有机物，来不及代谢，在胞外积贮大量高粘性的多糖类物质，使表面附着水大大增加，很难沉淀压缩。

采取的措施有：

①控制曝气量，保持溶解氧1～4mg/L。

②调整pH值。

③适量投加含N、P化合物，使BOD5:

N:

P＝100:

5:

1。

④投加一些化学药剂。

⑤调整污泥负荷，通常用处理后水稀释进水。

⑥短期内间歇曝气。

2、污泥上浮

原因：

污泥被破碎，沉速减小而不能下沉污泥颗粒挟带气体或油滴，密度减小而上浮曝气量过小，池底污泥厌氧分解，产生大量气体，促使污泥上浮。

曝气时间长或曝气量大时，在沉淀池中可能由于反硝

化而产生大量N2或NH3，而使污泥上浮。

废水中含油量过大时，污泥可能挟油上浮。

废水温度较高时，在沉淀池中形成温差异重流导致污泥无法下沉。

控制措施：

发生污泥上浮后应暂停进水，打碎或清除浮泥，判明原因。

调整操作。

如污泥沉降性差，可适当投加混凝剂或惰性物质，改善沉淀性；如进水负荷过大应减小进水量或加大回流量；如污泥颗粒细小可降低曝气机转速；如发现反硝化，应减小曝气量，增大污泥回流量或排泥量；如发现行泥腐化，应加大曝气量，清除积泥，并设法改善池内水力条件。

3、泡沫问题工业废水中常含有各种表面活性物质，在采用活性污泥法时，曝气池面常出现大量泡沫，泡沫过多时将从池面逸出，影响操作环境，带走大量污泥。

当采用机械曝气时，泡沫阻隔空气，妨碍充氧。

因此，应采取适当的消泡措施，主要包括表面喷淋水或除沫剂。

常用除沫剂为机油、煤油、硅油等，投量为～/L。

通过增加曝气池污泥浓度或适当减小曝气量、也能有效控制泡沫产生。

当废水中含表面活性物质较多时，宜预先用泡沫分离法或其他方法去除。