活性污泥处理法

第四章 污水的生物处理—活性污泥法

概述

1.活性污泥法在污水处理中的重要地位

我国的河流97%以上都受到有机物的污染

（1）应用的普遍性：95%以上的城市污水 ，5%以上工业废水

（2）高效性：SS ，COD、90%以上

（3）灵活性 ： 大，中，小水厂

高，中，低负荷

（4）连续运行，可自动化

（5）工艺(运行方式多样)，功能多样化，可脱氮，除磷

2.活性污泥法研究及应用的现状和发展

（1）超大型化(集中化) 微型化

（2）高效快速(高负荷，节省体积)

（3）节能

（4）多功能化(N，P)

（5）自动化控制管理，参数精密化，控制自动化

4.1 活性污泥法的基本原理

4.1.1 基本概念与流程

1.活性污泥

污水通气一段时间后，形成一种由大量微生物群体构成的易于沉淀的絮凝体。

2.活性污泥法来源

河流自净→启示→人工强化

3.命名

根据生物反应器中微生物存在状态(悬浮，附着)可将污水生物处理技术分为活性污泥法(悬浮的有活性的生物絮体)和生物膜法(附着的生物膜)，及后来的复合式(悬浮，附着)生物处理技术。

4.基本流程

污水→格栅→泵→沉砂池→初沉池→活性污泥曝气池→二沉池→消毒

活性污泥法的基本流程(完全混合式、推流式)

（1）曝气池：微生物降解有机物的反应场所

（2）二沉池：泥水分离

（3）污泥回流：确保曝气池内生物量稳定，兼生物接种的作用。

（4）曝气：为微生物提供溶解氧，同时起到搅拌混合的作用。

4.1.2 活性污泥的形态，性质，与评价指标

1.形态 多为黄褐色絮绒颗粒体，含水率超过99％。

2.组成 四部分组成

（1） Ma——活性污泥微生物；

（2） Me——活性污泥内源代谢、自身氧化的残留物；

（3） Mi——活性污泥吸附或挟带的难降解惰性有机物；

（4） Mii——活性污泥吸附的无机物。

1．活性污泥的形态

1）外观形态：

活性污泥（生物絮凝体）为黄褐色

絮凝体颗粒：

2）特点：

(1)颗粒大小：Φ=0.02～0.2 mm

(2)表面积：20～100 cm2/mL

(3)(2000～10000)m2/m3污泥

(4)含水率99%以上，比重1.002-1.006

2．活性污泥组成

活性污泥M =Ma + Me + Mi + Mii

1） Ma—具有代谢功能的活性微生物群体，如：

好氧细菌（异养型原核细菌）

真菌、放线菌、酵母菌

原生动物

后生动物

2） Me—微生物自身氧化的残留物

3） Mi—吸附或挟带的不能降解的惰性有机物

有机物（75～85%）

4） Mii—活性污泥吸附污水中的无机物

无机物（由原污水带入的）（15～25%）

3．活性污泥微生物的分

类（Ma）

1）细菌：

（1）以异养型原核细菌为主（107～108个/mL）

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

（2）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

3）原生动物：肉是虫 鞭毛虫，纤毛虫等。通过辨认原生物的种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生 物。原生物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕者。

典型生物有：草履虫、等枝虫、聚缩虫等

4）后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中的不经常出现，轮虫的出现是水性稳定的标志。后生动物是细菌的第二捕食者。

指示生物：一种生物只在某一种环境中生长，这种生物就是这一环境的指示生物

4.1.3 活性污泥增长规律

1.活性污泥增长曲线

①对数增长:

F/M较大，营养充分，氧利用最大，微生物增殖速率和有机物降解速率最大。污泥活动力强，污泥松散，不易沉降(利用有机物不足)

②减速期

F/M减小，有机物量成为增殖的限制因素，微生物增殖速率和有机物降解速率下降，污泥沉降性好，出水效果好。

③内源呼吸期

F/M最小，(衰亡期)微生物活动能力低，絮凝体，沉降性好，此时污泥量出现下降，出水水质较好。

细菌总数不减少，但是活的细菌数大量减少，细菌总重量也减少。

细菌抱团生长，共同来获取食物以增加存活几率，产芽孢细菌开始长出芽孢，大多数细菌开始进入休眠期。

4.1.4 活性污泥反应过程

1.构成活性污泥三要素

a.微生物——— 吸附氧化分解作用(污泥)

b.有机物——— 废水的处理对象 微生物底物(营养)

c.充足氧气、充分接触————好氧处理的条件

2.污泥净化反应过程

对有机物的降解可分为两个阶段

a.吸附阶段————巨大的比表面积

b.微生物降解作用

有机固形物 胶体有机物 溶解性有机物

3. 生物絮体形成机理

目前认为絮体是由细菌内源代谢分泌的聚合物在微生物之间起粘胶剂的作用，因此只有当内源代谢分泌聚合物与微生物成适当比例才能形成良好的生物絮体。如果微生物增殖率过高，内源代谢分泌的聚合物不是以粘连新增殖的微生物，使不可能形成良好的絮体。如果有机物浓度过低，内源代谢能产生的聚合物质被微生物当成食物消耗，则絮体也难以形成。

4.2.1 活性污泥反应的影响因素

1.BOD负荷率

过低，丝状菌膨胀

过高，絮体活性高，不易沉降

μ （污泥

增长）， （底物降解） ，SeV↓ ↓（倍 增时间短）

↓ （污泥增长）↓， ，Se↓V↓

4.PH

6.5～8.5 PH

PH>9时， 菌胶易解体活性污泥凝体遭到破坏。

5.营养物

C∶N∶P=100∶5∶1

6.有毒物质

重金属、硫化氢、有毒有机物

4.3有机物底物降解与活性污泥反应动力学

城市污水一般有机物浓度低，常用 描述，

一级反应

4.3.3 底物降解与需氧

微生物的总需氧速率=降低底的氧速率+自身氧化的需要速率

4.4 活性污泥法的运行方式

4.4.1 传统的活性污泥法(推流式)

1. 运行

水流一端进，另一端出，沿途曝气，推流前进。

2. 特点

①吸附→减速增长→内源呼吸

②处理效果好

③不易污泥膨胀

④供氧与需氧不平衡

⑤耐冲击负荷能力差(尤其对有毒或高浓度工业废水)

4.4.2 阶段曝气活性污泥法

1.型式：廊道式

2.流态：

推流式(多点进水)

3.特点：

①需氧和供氧较平衡

②耐冲击负荷力强

③处理效果好

4.4.3 吸附——再生活性污泥法

1.型式：

廊道式(吸附池和再生池可合建)

2.流态：中间进水，推流

3.特点： ①处理质量较差 ②耐冲击负荷强

③适合处理胶体物质含量高的工业废水

4.4.4.完全混合曝气池

特点

①抗冲击负荷能力强

②池中各点水质相同，各部分有机物降解工况点相同，便于调控

③处理效率差于推流式

④易出现污泥膨胀

4.4.5. 延时曝气活性污泥法

特点

①由于负荷低，延时曝气池容大，占地面积较大

②对水质水量变动性强

③产泥量少

④处理效果好

4.4.6. 高负荷活性污泥法

特点

①由于负荷高，高负荷活性污泥法曝气池容小，占地面积较小。

②处理效果差，60～70％

③产泥量高

④适合做预处理

4.4.6 深水曝气和深井曝气

特点：

氧利用率高、占地面积小，可以处理较高 浓度的废水。

4.4.7 纯氧曝气

特点：①Do≥8mg/L

②Mlss很高，高达4000～7000

③Δx很少

④SVI低，沉降性 好

缺点：

建设和运行费用高

4.5 活性污泥处理系统新工艺

4.4.1 氧化沟

1. 特点：

①氧化沟中形成富氧区和缺氧区，可以脱氮除磷；

②池型较大，占地面积较大，多在室外；

③负荷低，处理效果好、产泥量少；

④抗冲击负荷能力强； ⑤常不初沉池。

2.氧化沟构造和流态

环形沟渠结构，水流流态循环混合式，介于推流式和完全混合式之间

3.氧化沟技术参数

（1）污泥负荷 0.07～0.4kgBOD5/kgMLSSd?d

（2）容积负荷 0.28～2.4 kgBOD5/m3?d，

（3）泥龄 5～30d， （4）产泥率 0.6～1.2kgss/kgBOD5

（5）MLSS 3000～6000m

g/L （6） HRT 4～24h

4.4.2 间歇式活性污泥法（SBR法）

1. SBR法运行方式

运行分为：进水、曝气反应、沉淀、排水、待机（闲置）

五个阶段。

2. SBR工艺特点

(1)工艺简单，可省略二沉池和污泥回流设备

(2)反应推动力大，效率高

(3)沉淀效果好

(4)不易发生污尼膨胀

(5)通过运行方式调节(前加缺氧，厌氧时间)可脱N除P

(6)便于自动控制(时间参数)

(7) 适用于中小型污水处理装置

3.SBR的发展

在SBR基础上出现了一系列新工艺，ICEAS、CASS、 DAT-IAT、 MSBR、UNITANK。

在原有基础上增加连续进出水、生物选择器、循环混合等功能。

4.4.3 AB法废水处理工艺

1.AB法特点

①无初沉池

②A，B段各拥有自己的回流系统，两段分开，有各自的微生物群体

③由于A段的负荷高，有效好的抗冲击负荷能力

④可以分期建设，条件成熟建二级。

2. AB法工艺流程

4.4.4 水解－好氧工艺

水解酸化--好氧活性污泥在传统活性污泥法的基础上，用水解池取代传统的初沉池。

①集生物降解，物理吸附为一体，有机物去除效果显著高于初沉池，并能将水中难降大分子有机分转化为小分子有机物，提高污水可生物性。

②是固体物被水解可溶物质，降低污泥产量，使污水污泥一次性处理。

③能耗低

④停留时间短

⑤产泥少

⑥可用于工业废水处理和含有较多难生物降解物质的城市污水处理

除此之外还有A-O、A-A-O工艺等，在后面详细介绍

4.4.5 活性污泥法发展方向

①提高氧利用率

②减少占地面积

③减少运行费用

④提高运行管理自动化

⑤深度净化功能（脱N除P）

4.6 曝气理论基础

4.6.1 曝气方式和曝气作用

1. 常用曝气方式

a.鼓风曝气

b.机械曝气

c.射流曝气

d.鼓风-机械联合曝气

2. 曝气作用

a.充氧--->生化反应

b.搅拌,使水,气,液三相良好接触提高氧利用率

c.维持液体的足够速度以使水中固体物悬浮

4.6.2 菲克定律和双膜理论

1.菲克定律

其中 ?a?a物质扩散速率

?a?a扩散系数

?a?a浓度梯度

2. 双膜理论

a 气液两相接触面存在层流的气膜和液膜(分子扩散)

b 气液两相紊流不存在浓度差

c 阻力主要在气液两膜

d 气膜中存在分压梯度,液膜中有浓度梯度,梯度是推动

e 氧难溶与水,因此液膜中存在氧的主要阻力

液膜内DO浓度梯度 ，代入菲克定律有

4.6.3 氧转移影响因素

1.污水质的影响

2.水温

3.氧的分压

4.6.4 供气量计算

4.7 曝气系统与空气扩散装置

4.7.1 鼓风曝气系统和扩散装置

1.废水的曝气设备

鼓风式曝气设备

A 微孔 (

曝气器) 20%-30% (小的好,但易堵)

B 细气泡 15%-20%

c 中气泡 (扩散管) 8%-12%

d 粗气泡 喷嘴,喷射器 4%-6%

机械曝气器

叶轮、转刷、转盘、水下曝气器

2.空气扩散装置主要指标

a 动力效率Ep：每消耗1KW电转移到混合液氧量

b 氧利用效率 EA 转移到混合液的氧量占总供氧量百分比

c 氧的转移效率 El 单位时间内转移的氧量

评定鼓风 a,b 评定机械 a,c

3.空气扩散装置

（1）微气泡空气扩散器

4.8 活性污泥反应器

1.曝气池分类

（1）按混合液流态分：推流式、完全混合式、循环混合式

（2）按平面形状分：长方形廊道，方型，环状跑道

（3）按曝气方式分：鼓风、机械表面曝气二者联合使用

（4）从曝气池与二沉池之间关系分：分建式、合建式

2.推流式曝气池

1.特点：

多为鼓风曝气、采用廊道式

2.构造

①长宽比L/B≥5～10

②宽深比B/H=1～2

③超高0.5～1.0m

④纵向坡度2/1000左右

4.9 活性污泥系统的工艺设计

4.9.1.工艺设计的主要内容

(1)选定工艺流程及构筑物形式

(2)曝气池容积的计算及曝气池的工艺设计

(3)计算需氧量，供气量以及曝气系统的计算与设计

(4)计算回流污泥量、剩余污泥量与污泥回流系统的设计

(5)二次沉淀池型的选定与工艺计算、设计

4.9.2 曝气区容积的计算

4.9.3曝气系统与空气扩散装置的计算与设计

1.需氧量与供气量计算

4.9.4污泥回流系统

1.污泥回流量的计算

4.10活性污泥处理系统的维护管理

1.活性污泥的培养驯化

a 异步培养法：先培养再驯化

b 同步培养法：培养驯化同时进行

c 接种 c 接种培养培养法

将其他相 以污水厂污泥作为种泥

进水方式

a 连续进水： 适合以生活污水为主的城市污水

b 间歇进水： 一般，闷曝-->沉淀-->排除上清夜-->加新鲜水-->闷曝-->沉淀

2.活性污泥处理系统检测

处理效果指标 COD BOD TOD TOC SS 有毒物质

污泥营养及环境指标 PH 温度 N P

污泥沉降性 SV% MLSS MLVSS SVI DO

生物相 生物相观察

3.污泥处理系统的异常情况

1.污泥膨胀

活性污泥系统种的污泥沉降性质发生改变，不易沉降的现象。污泥变质时，不易沉淀，SVI增高，污泥结构松散，体积膨胀

（1）危害：a.污泥不易沉降，污泥流失，反应器中处理的污泥浓度不够

b.污泥浓度不足，处理率下降

c.排入水体，生物污染

（2）分类：a.丝状菌膨胀

b.结合水膨胀

（3）原因

丝状菌膨胀