活性污泥法的基本原理文档格式.docx
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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。
(三)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。
(四)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
三.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
大分子(水解酶)→小分子(透膜酶)→细菌体内→微生物代谢
↗(分解代谢)→无机物+Q↗残存物质(20%)
有机物+O2(异养菌)→(合成代谢)→新细胞(内源代谢)→无机物质+Q(80%)
4.2活性污泥净化反应影响因素与主要设计运行参数
一.影响因素
1.营养物质平衡:
CNP
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-
二.活性污泥处理系统的控制指标和设计运行操作参数
目标:
{①使水质,水量得到控制
{②使活性污泥量保持相对稳定
{③控制混合液中DO浓度,满足要求
{④使活性污泥有机物和DO充分接触
控制指标(对活性污泥的评价指标)→(工程上)设计运行操作的参数
1.表示控制混合液中活性污泥微生物量的指标混合液→污泥浓度
⑴混合液悬浮固体浓度(简化混合液污泥浓度)英文:
Mixedliquidsuspendedsolids(mlss)
定义:
P106
MLSS=(活性污泥固体物总重量)/混合液体积
MLSS=Ma+Me+Mi+Mii(Me+Mi)→非活性Mii→无机
⑵混合液挥发性悬浮固体浓度
SS{MLVSS有
{MLSS无
一般用f表示=MLVSS/MLSS城市污水落石出0.7---0.8
2、活性污泥的沉降性能及评定指标
⑴污泥沉降比P107
SV=(混合液30min静沉的沉降污泥体积ml)/(原混合液体积l)
意义:
SV小,沉淀污泥体积小,污泥沉降性能好.
城市污水:
15%---30%
⑵污泥溶积指数:
(SVI)(sludgsVolumeIndex)
SVI=(混合液30min静沉形成的活性污泥溶积ml)/(混合液中悬浮固体干重g)
=((混合静沉30min的污泥体积)/(混合液体积))/((混合液悬浮固体干重)/混合液体积))
=SV/MLSS
意义:
SVI过低,无机颗粒多,污泥缺乏活性。
SVI过高,污泥沉降性能不好,易发生膨胀。
SVI:
70-100SVI=100SVI=120
工程意义:
{①SVI与OBD污泥负荷关系
{②SVI-MLSS图
3.污泥龄(sludgeage)
指曝气池内活性污泥平均停留时间,以称生物固体平均停留时间。
在曝气池内,有机物降解过程中,微生物保持系统平衡,必须排除相当于每日增长的污泥量。
所以,排除污泥量=每日增长的污泥量
△X={随上清液排放的污泥土(Q-Qw)Xe
{从二沉池底部排出的污泥QwXr
△X=(Q-Qw)Xe+Qw-Xr
污泥量定义:
曝气池内活性污泥量与每日排放的污泥量之比
Qc=XV/△X=XV/((Q-Qw)Xe+QwXV)
X:
代表微生物量XXrXeXv
S:
代表有机物量SaSeSo
回流污泥浓度等于排放剩余污泥浓度
(Xr)max=106/SVI
4.BOD—污泥负荷和BOD—容积负荷
F/M=NS=(QSa)/(XV)(kgBOD)/(kgmlssd)
V=(QSa)/(XNs)Q—日平均流量m3/s
Sa进入曝气池的原污水有机污染物(BOD)浓度
Sa=(1-η)S0(经除尘之后)
Sa=S0直接进入
在工程上:
BOD容积负荷
Nv=(QSa)/v(kgBOD)/(m2曝气池d)
Nv=NsX
Ns选取{过高,有机物降解和微生物繁殖速度都很大
{过低,有机物降解和微生物繁殖速度慢,容积大,增加了基建投资
Ns{高负荷:
1.5-2.5kgBOD5/kgMlssd
{中负荷(一般):
0.5-0.2
{低负荷:
≤0.1
SVI0.5-1.5避免易发生污泥膨胀
城市污水:
Ns:
0.5-0.3
5.有机物的降解和活性污泥增长
{合成代谢---新细胞 ↘
差值---净增值----排放
{内源代谢---减少新细胞↗
△X=aSr-bxb---自身氧化率 a---合成产率Sr=Sa-Se
(dx/dt)g=(dx/dt)s-(dx/dt)e
(dx/dt)s=Y(ds/dt)uY—合成产率系数
(dx/dt)e=kdsv
(dx/dt)g=Y(ds/dt)u-kdxv----微生物增值速度基本方程式
(ds/dt)v=(Sa-Se)/t=(Sa-Se)/(V/Q)=Q(Sa-Se)/V
△X/v=YQ(Sa-Se)/v-KdXv同乘v
△X=YQ(Sa-Se)-KdVXv→用来计算排放的剩余污泥量
YKd的确定(上式同除以VXv)
△X/VXv=YQ(Sa-Se)/VXv-Kd
BOD污泥去除负荷
Xv/△X=Qc∴1/Qc=Ynys-Kd
Nys与Qc成反比关系
用图解法确定YKd图
经验数据生活污水:
Y0.4—0.65
Kd0.05—0.1
城市污水;
Y0.4—0.5
Kd0.07
工业废水,YKd按实测数据由图解法组成
6.有机物的降解与需氧量
需氧过程{有机物降雨量降解的需氧量
{微生物内源代谢自身氧化需气量
Ov=a’Q(Sa-Se)+b’VXv用来计算曝气池内实际需氧量
a′:
有机物降解需氧量b′:
需氧率图解确定
O2/VXv=a′Q(Sa-Se)/VXv+b′=a′Nrs+b′
同除以Q(Sa-Se)
O2/QSr=a′+b′/Nrs
结论:
降解单位有机物需氧量小,BOD去除率高。
a′b′确定O2/VXv=a′+b′/Nrs
a′0.42---0.53b′0.188---0.11
4.3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
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)
4.4曝气池的理论基础
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
Vd=-Dldc/dxdc/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BOD5为250mg/l,希望处理后的出水BOD5为20mg/l,温度为20℃,曝气池悬浮固体浓度为4000mg/l,设计的Qc为10天。
要求:
采用劳-麦方程式计算V;
计算排放的剩余污泥量
计算实际所需的空气量。
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(O2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DO-0
水温:
20℃
大气压:
1个气压
步骤:
(1)脱氧剂(Na2so3N2)DO=0
(2)对清水充氧c1t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KlaCs
(1)Kla的影响Kla′=&
Kla(&
﹤1)
(2)对CS的影响CS′=CS(﹤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CS查附录1-P607
3、氧分压C:
2㎎/L
(1)鼓风曝气
(2)机械曝气
P=1C=㎎/L为定值
4、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
3.供气量的计算
根据GS确定鼓风机型号及台数
(2)机械曝气QOS=R
根据QOS可确定叶轮直径与功率
4.5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㎏O2/Kwh
每消耗1Kwh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㎏O2/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
EA=7%-14%EP=1.8-2.5㎏O2/kwh
安装:
在池底一侧或两侧
(2)扩散管
EA=10%-13%EP=2㎏O2/kwh
8-12根扩散管组成管组
(3)固定平板式微孔空气扩散皿
EA=20%-25%EP=4-6㎏O2/kwh
服务面积0.3-0.75㎡/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
EA=27%-38%EP=3.4㎏O2/kwh
服务面积1-3㎡/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
EA=18%-30%EP=4.4-5.5%㎏O2/kwh
2.中气泡空气扩散器
(1)穿孔管塑料或钢管
直径25-50㎜
孔与孔之间距离50-100㎜
EA=4-6%EP=1㎏O2/kwh
(2)网状膜扩散器
EA=12-15%EP=2.7-3.7㎏O2/kwh
服务面积0.5㎡/个
3.水力剪切式空气扩散装置
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
5、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)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4.5~5m/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
活性污泥处理系统的维护管理
一、活性污泥处理系统的投产与活性污泥培训
1、活性污泥的培训(培养与驯化)
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,SV15%~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BOD5<500mg/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:
(1)MLSS→调整
(2)供气量
(1)氧DO:
1~2mg/L
(3)搅拌混合液浓度整池均匀
(4)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PHDO
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
3.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
污泥解体处理水浑浊、污泥絮凝体微细化,处理效果变坏等则是污泥解体现象。
导致这种异常现象的原因有运行中的问题,也可能由于污水中混入了有毒物质所致。
运行不当(如曝气过量),会使活性污泥生物营养的平衡遭到破坏,微生物量减少且失去活性,吸附能力降低,絮凝体缩小;
一部分则成为不易沉淀的羽毛状污泥,SV值降低,使处理水变浑浊。
当污水中存在有毒物质时,微生物会受到抑制、伤害,污泥失去活性,导致净化能力下降。
一般可通过显微镜观察来判别产生的原因。
当鉴别出是运行方面的问题时,应对污水量、回流污泥量、空气量和排泥状态以及SV、MLSS、DO等多项指标进行检查,加以调整。
当确定是污水中混入有毒物质时,应该考虑可能是有新的工业废水混入的结果。
若确有新的废水混入,应责成其按国家排放标准加以局部处理。
(3)污泥脱氮(反硝化)污泥在沉淀池呈块状上浮的现象,并不一定是由于腐败所造成的,也可能是污泥反硝化造成。
曝气内污泥泥龄过长时,硝化过程比较充分(NO3->5mg/L),在沉淀池内产生反硝化,硝酸盐的氧被利用,氮即呈气体脱出附于污泥上,使之相对密度降低,整块上浮。
所谓反硝化是指硝酸盐被反硝化菌还原成氨或氮的作用。
反硝化作用一般在溶解氧低于0.5mg/L时发生。
试验表明,如果让硝酸盐含量高的混合液静止沉淀,在开始的30~90min左右污泥可能沉淀得很好,但不久就可以看到,由于反硝化作用所产生的氮气在泥中形成小气泡,使污泥整块地浮至水面。
在做污泥沉降比试验时,由于只检查污泥30min的沉降性能,往往会忽视污泥的反硝化作用。
这是在活性污泥法的运行中应当注意的现象,为防止这一异常现象的发生,应采取增加污泥回流或及时排除剩余污泥,或降低混合液污泥浓度,缩短污泥龄和降低溶解氧等措施。
(4)污泥腐化在沉淀池中污泥可能由于长期滞留而厌氧发酵,生成气体(H2S、CH4等)从而发生大块污泥上浮的现象。
它与污泥脱氮上浮所不同的是,污泥腐败变黑,产生恶臭。
此时也不是全部污泥上浮,大部分都是正常地排出或回流,只是沉积在死角长期滞留的污泥才腐化上浮。
防止的措施有:
①安设不使污泥外溢的浮渣设备;
②消除沉淀池的死角;
③加大池底坡度或改正池底刮泥设备,不使污泥滞留于池底。
此外,如曝气池内曝气过度,使污泥搅拌过于激烈,生成大量小气泡附聚于絮凝体上,也容易产生这种现象。
防止措施是将供气控制在搅拌所需的限度内,而脂肪和油则应在进入曝气池之前去除。
(5)泡沫问题曝气池中产生泡沫的主要原因有:
污泥停留时间、pH值、溶解氧(DO)、温度、憎水性物质、曝气方式和气温气压及水温的交替变化等。
泡沫会给生产操作带来一定困难,其危害主要有:
①泡沫一般具有黏附性,常常会将大量活性污泥等固体物质卷入曝气池的漂浮泡沫层,泡沫层又在曝气池表面翻腾,阻碍氧气进入曝气池混合液,降低充氧效率;
②生物泡沫蔓延到走道板上,影响巡视和设备维修。
夏天生物泡沫随风飘荡,将产生一系列环境卫生问题,冬季泡沫结冰后,清理困难,给巡视和维护人员带来不便;
③回流污泥中含有泡沫一起类似浮选的现象,损坏污泥的正常性能;
生物泡沫随排泥进入泥区,干扰污泥浓缩和污泥硝化的顺利进行。
消除泡沫的措施有:
喷洒水、投加杀菌剂或消泡剂、降低污泥龄、回流厌氧上清液、向曝气反应器内投加填料和化学药剂等。
喷洒水是一种最简单和最常用的物理方法,但它不能消除产生泡沫现象的根本原因。
投加杀菌剂和消泡剂存在同样的问题。
降低污泥龄能有效地抑制丝状菌的生长,以避免由其产生的泡沫问题。
有试验表明,厌氧消化池上清液也能抑制丝状菌的生长,但由于上清液中COD和NH3-N浓度很高,有可能影响最后的出水质量,应用时应慎重考虑。
据国外一些