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第四章 活性污泥法

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第四章 活性污泥法. 活性污泥工艺是一种广泛应用而行之有效的传统污水生物处理法,也是一项极有发展前景的污水处理技术,这体现在它对水质水量的广泛适应性、灵活多样的运行方式、良好的可控制性,以及通过厌氧或缺氧区的设置使之具有脱氮除磷的效能。. 起源? 大自然的启示:如果让污水进入天然水体,可通过水体中微生态系统的自净功能得到处理。 活性污泥法是模仿天然水体的净水过程,从本质上与自然水体处理污水的过程相似,是自然水体净化过程的人工强化。. 1882 年就有人做向污水中鼓入空气的试验;

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Presentation Transcript
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起源?

大自然的启示:如果让污水进入天然水体,可通过水体中微生态系统的自净功能得到处理。

活性污泥法是模仿天然水体的净水过程,从本质上与自然水体处理污水的过程相似,是自然水体净化过程的人工强化。

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1882年就有人做向污水中鼓入空气的试验;

1912年美国的Lawlence研究所进行污水曝气试验;英国的

Fowler访问该研究所回国后,让CIark和Gage 进行试验,发现,

对污水长时间曝气会产生一些絮状体,同时水质会得到明显的改

善,Ardern和Lockett继续对这一现象进行了研究,曝气试验是在

瓶中进行的,每天试验结束时把瓶子倒空,第二天重新开始,他

们发现由于瓶子清洗不完善,瓶壁附着一些棕褐色的絮状体时,

处理效果反而好。他们把它称为活性污泥,随后,他们在每天结

束试验前,把曝气后的污水静止沉淀,只倒去上层净化清水,留

下瓶底的污泥,供第二天使用,这样大大缩短了污水处理的时

间。1914年Ardern和Lockett在英国的化学工程学会上发表了试验

成果,活性污泥法就这样诞生了。

于是,1916年在英国的曼彻斯特市建造了第一个处理能力

946m3/d的活性污泥污水处理厂;

1917年美国休斯顿建造了一个处理能力37800m3/d的活性污泥

污水处理厂。

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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性及无机性物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。
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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

比重

曝气池混合液:1.002-1.003;

回流污泥:1.004-1.006

粒经 0.02-0.2mm

比表面积 20-100cm2/mL

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活性污泥的组成

按栖息着的微生物分:

大量的细菌 真菌 原生动物 后生动物

除活性微生物外,活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物;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、放射菌、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% MLSS

NVSS

MLVSS

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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,但:既复杂又不准,且微生物的含量不断在变化。

按McKinney的分析:

MLSS=Ma+Me+Mi+Mii

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

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按有机性和无机性成份分:

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: 70%

处理生活污水的活性污泥

NVSS: 30%

MLVSS: 一般范围为55%-75%

NVSS: 一般范围为25%-45%

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活性污泥的沉降浓缩性能

污泥沉降比:SV%

取混合液至1000mL或100mL量筒,静止沉淀30min后,度量沉淀活性污泥的体积,以占混合液体积的%表示污泥沉降比.

污泥体积指数:SVI

SV%不能确切表示污泥沉降性能,故人们想起用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能,简称污泥指数,单位为mL/g。

1升混合液沉淀30min的活性污泥体积(mL)

SV(ml/L)

=

SVI=

MLSS(g/L)

1升混合液中悬浮固体干重(g)

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活性污泥降解污水中有机物的过程

活性污泥在曝气过程中,对有机物的降解(去除)过程可分为两个阶段。

吸附阶段

稳定阶段

由于活性污泥具有巨大

的表面积,而表面上含有多

糖类的粘性物质,导致污水

中的有机物转移到活性污泥

上去。

主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。

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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

微生物不能利用的有机物

残留在废水中的有机物

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

(吸附量)

微生物不能利用的有

机物

从废水中去除

的有机物

增殖的微生物体

微生物已利用的有机

物(氧化和合成)

氧化产物

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曲线①反映污水中有机物的去除规律;

曲线②反映活性污泥利用有机物的规律;

曲线③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:

A: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①);

B:污水中的有机物先是转移到(吸附)污泥上(见曲线③),

然后逐渐为微生物所利用(见曲线②);

C: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③);

D:微生物利用有机物额过程比较缓慢(见曲线②)。

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第二节

气体传递和曝气设备

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构成活性污泥法的三个要素

一是引起吸附和氧化分解作用的微生物,也就是活性污泥;

二是废水中的有机物,它是处理对象也是微生物的食料;

三是溶解氧,没有充足的溶解氧,好氧微生物既不能生存也不能发挥氧化分解作用。

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Fick扩散定律

物质从一相传递到另一相的过程称为传质过程,曝气过程中空气或纯氧中的氧从气相传递到液相中,亦是个传质过程,传质过程主要借助于扩散过程完成。

扩散过程的推动力是扩散面两侧物质存在着浓度差,使得物质分之由浓度较高一侧向着较低一侧扩散。扩散过程中单位路程长度上的浓度变化值,称之为浓度梯度,浓度梯度大小影响着扩散速率:

dC

-D

Fick扩散定律:

Vd

=

dX

Vd

:物质的扩散速度;D扩散系数

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Fick扩散定律

如果Vd写成:

即:

所以:

M:时间t内通过界面扩散的物质数量;

A:界面面积

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气体传递原理:

双膜理论

曝气充氧过程中气体分子从气相转移到液相,必须经过气液两相界面,界面两侧存在着气膜和液

膜,氧通过这两层膜的传递过程用双膜理论来解释。

双膜理论由Lewis和Whitman1924年创立。

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气体传递原理:双膜理论

双膜理论的基本论点:

1.气液两相界面附近存在着作层流运动的气膜和液膜,主体流动情况影响着膜的厚度;

2.两膜以外的气、液相主体中,流体充分湍动,组分物质浓度均匀,不存在浓度差,也没有任何传质阻力,整个传质过程阻力仅

存在于气液两层层流膜;

3.气液两相界面上物质浓度相平衡,界面上无阻力。

因为氧是一种难溶气体,溶解度小,故传质阻力主要在于液膜,可以认为气相主体与界面之间的氧分压差值很小;

同时因为液膜厚度很小,Ci与C之间可按直线变化考虑,即:

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气体传递原理:双膜理论

代入

设液相主体的体积为V,除上式:

上式写成

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水处理教材中,氧的传递速率表示为:

式中:dm/dt—气体传递速率;

Kg—气体扩散系数;

A—气体扩散通过的面积;

ρs0—气体在溶液中的饱和浓度;

ρ0—气体在溶液中的浓度。

而dm=Vdρ0,则前式可改写成:

slide33

通常KgA/V项用KLa来代替,由此(14-2)式变为:通常KgA/V项用KLa来代替,由此(14-2)式变为:

将上式进行积分,可求得总的传质系数:

KLa为总传质系数,单位:时间-1;(s-1 or H-1)

怎么理解KLa ?

传递阻力大时, KLa值小;传递阻力小时, KLa值大

1/KLa单位为小时,可以看着为全池水溶液溶解氧从ρ0增

加到ρS0的时间

KLa也可看着是混合系数

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从上式可以看出,为了提高氧转移速率,可以从:从上式可以看出,为了提高氧转移速率,可以从:

1.提高KLa值:增加液体紊动、减小液膜厚度、更换气水界面、

使气泡变小,增加气水接触面积;

2.提高ρS0值:设法增加大气中的氧分压,如:纯氧曝气、富

氧曝气、深水曝气

氧转移的影响因素

1.溶氧的饱和度;

2.液体温度;

3.废水性质;

4.液体紊流程度

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1.溶解氧的饱和度

水中溶氧饱和度与水中含盐量、温度及氧分压有关

Eckenfelder和O’Connor提出溶氧饱和值计算值:

S:水中溶解固体浓度,g/L

T:水的温度,℃

如果当地大气压不等于760mmHg,则应修正:

P:当地大气压,mmHg

Pv:饱和水蒸汽压强,mmHg,与温度有关

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该值系指水表面的数值,适用于表面曝气,如为水下曝气,则,应考虑水深而增加的氧分压,平均ρS0计算式为:该值系指水表面的数值,适用于表面曝气,如为水下曝气,则,应考虑水深而增加的氧分压,平均ρS0计算式为:

Ot:池表面溢出气体中的含氧率,一般取6-10%

Pb:池底压强,以大气压计。

2.温度

T:水温,℃

同时温度升高,饱和溶解氧浓度ρs0降低

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3.废水性质

废水中的各种杂质,对氧的传递有一定的影响,用α表示:

废水中含有的溶解盐等影响溶解氧饱和值,影响系数用

β表示:

改写为:

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KLa的测定

测定dρ0/dt-ρ0的直线方程:

或改写为:

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曝气的作用与曝气方式

1 好氧微生物的需氧代谢

2 兼性微生物酶的好氧合成

3 混合液的搅拌作用(厌氧、缺氧池另加搅拌器)

曝气方式:

􀂾鼓风曝气系统

􀂾机械曝气装置:纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器

􀂾鼓风+机械曝气系统

􀂾其它:富氧曝气、纯氧曝气

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曝气池需要空气量计算

1 生化反应曝气量计算:

(1)有机物降解需氧量

O1=a’Q(La-Le) + b’V· Xv

(2)氨氮硝化需氧量

O2=4.57Q(NHa - NHe)

(3)反硝化提供化合态氧

O3=2.86NO

(4)合成污泥的氧当量

O4=1.42Px

O=O1 + O2 - O3 - O4

再折算成需要的空气量

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曝气池需要空气量计算

2 .搅拌需要的气量计算

搅拌需要的气量根据需要的搅拌功率或单位体积的搅拌气

量,一般搅拌需要空气量小于或远小于生物反应需气量

曝气池需要空气量计算

满铺的小气泡扩散器: 2.2m3/m2.h

旋流的大中气泡扩散器:1.2m3/m2.h

机械曝气: 13W/m3

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常用鼓风机形式

1 容积式风机: 罗茨鼓风机、回转风机

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常用鼓风机形式

2 单级高速离心鼓风机:高速离心

丹麦HV-Turbo风机

英国Howden风机

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常用鼓风机形式

3 多级离心鼓风机:多级离心

美国Power Mizer多级风机

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1.5mm

2-3mm

15mm

0.1mm

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泵型

倒伞型

平板型

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曝气设备性能指标

比较各种曝气设备性能的主要指标

氧转移率,单位为mgO2/L·h;

充氧能力(或动力效率),即每消耗1kW·h动力能传递到水中的氧量(或氧传递速率),单位为kgO2/kW·h;

氧利用率,通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的百分比,单位为%。

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曝气设备性能

满足混合要求的曝气量

满铺的小气泡扩散器: 2.2m3/m2.h

旋流的大中气泡扩散器:1.2m3/m2.h

机械曝气: 13W/m3

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曝气池的三种池型

推流式

曝气池

完全混合

式曝气池

两种池型

结合型

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推流曝气池

(1)平面布置

推流曝气池的长宽比一般为5~10;

进水方式不限;出水用溢流堰。

(2)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。

根据横断面上的水流情况,可分为

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完全混合曝气池

圆型

池形

方型

矩型

分建式

根据和沉淀池的关系

合建式