第四章41活性污泥法的基本原理

第 4章 活性污泥法4.1 活性污泥法 的 基本原理4.2 活性污泥法净化反应影响因素与主要设计参数4.3 活性污泥反应动力学基础4. 4 活性污泥处理系统的运行方式与曝气 池工艺参数4. 5 活性污泥处理系统的新工艺4.6 曝气的基础理论4.7 曝气系统与空气扩散装置4.8 活性污泥反应器 曝气池4.9 活性污泥处理系统的 工艺 设计4.10 活性污泥处理系统的运行管理思考题与习题 4. 1 活性污泥法的基本原理4.1.1 活性污泥法的基本概念与流程4.1.2 活性污泥的形态及其组成4.1.3 活性污泥净化反应过程4.1.1 活性污泥法的基本概念与流程1 活性污泥法发展历史2 基本工艺流程3活性污泥法特征 曝气池是一个生物化学反应器 曝气池内混合液是一个三相混合系统：液相 固相 气相；混合液 =污水 +活性污泥 +空气 传质过程：气象中 O2 液相中的溶解氧 DO 进入微生物体（固 相）液相中的有机物 被微生物（固相）所吸收降解 降解产物（ CO2） 和（ H2O） 返回气相和液相。 物质转化过程：有机物降解 活性污泥增长Water PollutionControl EngineeringHistorical Development suspended growth biological treatment processesEarly 1880s, Dr. Angus Smith, the aeration of wastewater in tanks to hasten the oxidation of the organic matter;In 1910, Black and Phelps, a considerable reduction in putrescibility（易腐烂） by forcing air into wastewater in basins;In 1912 and 1913, Clark and Gage, with aerated wastewater to cultivate growths of organisms in bottles and in the tanks partially filled with roofing slate（ 石板瓦） about 25mm apart and to greatly increase the degree of purification; In 1914, Ardern and Lockett, The sludge played an important part in the results obtained by aeration, in their paper they gave the name activated sludge. 活性污泥法的基本流程 1.什么是活性污泥？由细菌、菌胶团、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、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。4.1.2 活性污泥的形态及其组成一组活性污泥图片2.活性污泥的性质颜色 黄褐色状态 似矾花絮绒颗粒味道 土腥味相对密度 曝气池混合液： 1.002 1.003回流污泥： 1.004 1.006粒经 0.02 0.2mm20 100cm2/mL比表面积曝气池曝气池出水堰曝气池混合液配水进入二沉池栖息着的微生物3.活性污泥的组成大量的细菌 真菌 原生动物 后生动物活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主，是一个以细菌为主体的群体，除细菌外 ,还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物。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。干固体和水分含水 98 99干固体 1 2% MLSSMLVSSNVSS2活性微生物（ Ma） 的分类及作用（ 1）细菌： 净化污水的第一承担者 ，即主要承担者 异养型原核细菌（ 107 108个 /mL） 好养细菌 动胶杆菌属 假单胞菌属（在含糖类、烃类污水中占优势） 产碱杆菌属（在含蛋白质多的污水中占优势） 黄杆菌属 大肠埃希式杆菌 特征： G=20 30min， 结合成菌胶团的絮凝体状团粒（ 2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌，具有分解有机物的功能。若大量繁殖则会引起污泥膨胀。（ 3）原生动物：肉足虫 、 鞭毛虫 、 纤毛虫等。通过辨认原生动物的种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生物。原生动物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕 食者，它是 污水净化的第二承担者 。（ 4）后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中不经常出现， 轮虫的出现是水质稳定的标志 。后生动物是细菌的第二捕食者 。 有办法知道确切的生物量吗？有人曾企图通过直接测定污泥中细胞的 DNA量、有机氮量、三磷酸腺苷（ ATP） 量、脱氢酶的活力等指标去反映活性污泥的活力，这种方法既复杂又不准确，而且微生物的含量不断变化。按 McKinney的分析：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii MLVSS=Ma+Me+Mi式 中： Ma 具备活性细胞成分；Me 内源代谢残留的微生物有机体；Mi 未代谢的不可生化的有机悬浮固体；Mii 吸附的无机悬浮固体。按有机性和无机性成分：处理生活污水的活性污泥MLVSS: 70%NVSS: 30%MLSS表示悬浮固体物质总量， MLVSS挥发性固体成分表示有机物含量， 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。MLVSS (Mixed liquor volatile suspended solids)MLVSS: 一般范围为 55 75NVSS: 一般范围为 25 451. 活性污泥微生物的增殖（ 1）活性污泥微生物增殖曲线（图 4 -4活性污泥增长曲线及其 和有 机污染物（ BOD） 降解、氧利用速度的关系）（ 2）（ BOD） 污泥负荷率（ NS）： kg BOD 5/kgMLSSd定义：单位重量的活性污泥在单位时间内能够接受（承受）， 并 将其降解到预定程度的有机物污染量（ BOD）kg BOD 5/kgMLSSd式中： F 营养物或有机底量物M 微生物量F/M 食料比，活性污泥的能量。Q 污水流量： m 3/d S0 原污水有机底物（ BOD5） 浓度 V、 X 曝气池体积和污泥浓度NS =F/M 食料比，控制着活性污泥微生物的增殖期，是非常重要的设计与运行参数4.1.3 活性污泥净化反应过程（ 3） 活性污泥的增殖阶段 适应期（延迟期或调整期）：是微生物细胞内各种酶系统对环境的适应过程 对数增殖期（等速增殖期） 活性污泥能量水平很高，活性污泥处于松散状态 减速增殖期（减速增长期、稳定期、平衡期）特征： 营养物不过剩，它已成为微生物生长的限制因素，活性污泥水平的能量低下，污泥絮凝。 内源呼吸期（衰亡期）特征： 营养物缺乏，为了获得 能量维持生命，分解代谢自 身的能量物质，开始衰亡。 同时内酶分解细胞壁，使污 泥量减少。后来有机物几乎被耗 尽，能量水平极低，微生物 能力非常低，絮凝体形成速率增大，处理水显著澄清， 水质良好。1初期吸附去除（物理吸附和生物吸附） 活性污泥巨大的表面积（ 2000 10000m2/m3活性污泥）其表面 为多糖类的粘质层，污水中悬浮和胶体状态的有机物被其凝 聚和吸收而得到去除。在 30min 内能去除 70% BOD。 处于饥饿状态的内源呼吸期的微生物其活性最强，吸附能力也强 初期吸附去除的过程 图 4-22 Smith 史密斯实验2微生物的代谢2.活性污泥净化有机物的过程图 4-22 Smith 史密斯实验 污水与污泥混合曝气后 BOD的变化曲线1）氧化分解2）合成代谢（合成新细胞）3）内源代谢（ 4 1）（ 4 2）（ 4 3）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：废水中的有机物残留在废水中的有机物从废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污染物的吸附转化情况废水中的污染物无机悬浮固体污染物 不可生物降解有机悬浮固体污染物 可生物降解有机悬浮固体污染物 可生物降解的有机溶解性污染物 无机溶解性污染物 不可生物降解有机溶解性污染物 基本吸附于微生物表面混入污泥 转化为新的微生物体和 CO2部分转移到新的生物机体中 部分留于废水中基本留于废水中曲线 反映污水中有机物的去除规律；曲线 反映活性污泥利用有机物的规律；曲线 反映了活性污泥吸附有机物的规律。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 ) ；污水中的有机物先是转移到 (吸附 )污泥上 (见曲线 ), 然后逐渐为微生物所利用 (见曲线 ) ；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 ) ；微生物利用有机物的过程比较缓慢 (见曲线 ) 。 生物絮凝体 菌胶团 生物絮凝体的形成与凝聚沉淀主要取决于活性污泥的能量水平 活性污泥的能量水平主要取决于 Ns （ BOD 污泥负荷率 ) Ns高，能量水平高，处于对数增殖期，细菌处于 “ 壮龄 ” 阶 段，其动能大于范德华引力，污泥不易絮凝 污泥松散 Ns低，能量水平低，细菌处于减衰增殖后段或内源性呼吸 期，处于 “ 老龄 ” 阶段，动能小于范得华引力，污泥易于絮凝 ,污泥沉降性好。 活性污泥中的某些微生物（如枝状动胶杆菌，酵母菌、原生动物）分泌出粘性的胶体物质，使细菌互相连接形成菌胶团，并对微小颗粒及可溶性有机物也具有一定的粘结性能，促进生物凝絮体的形成。3活性污泥絮凝体（生物