第2章活性污泥法

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1、第二章 活性污泥法 第一節(jié) 基 本 概 念 什么是活性污泥？由細菌、菌膠團、原生動物、后生動物等微生物群體及吸附的污水中有機和無機物質組成的、有一定活力的、具有良好的凈化污水功能的絮絨狀污泥。一組活性污泥圖片活性污泥的性質顏色黃褐色狀態(tài)似礬花絮絨顆粒味道土腥味相對密度曝氣池混合液：1.0021.003回流污泥：1.0041.006粒徑0.020.2mm20100cm2/mL比表面積 按棲息著的微生物分：活性污泥的組成大量的細菌真菌原生動物后生動物 除活性微生物外，活性污泥還挾帶著來自污水的有機物、無機懸浮物、膠體物；活性污泥中棲息的微生物以好氧微生物為主，是一個以細菌為主體的群體，除細菌外,還

2、有酵母菌、放線菌、霉菌以及原生動物和后生動物。活性污泥中細菌含量一般在107108個/mL；原生動物103個/mL，原生動物中以纖毛蟲居多數，固著型纖毛蟲可作為指示生物，固著型纖毛蟲如鐘蟲、等枝蟲、蓋纖蟲、獨縮蟲、聚縮蟲等出現且數量較多時，說明培養(yǎng)成熟且活性良好。干固體和水分含水9899干固體12%MLSSMLVSSNVSS按有機性和無機性成分：處理生活污水的活性污泥MLVSS:70%NVSS:30%MLSS表示懸浮固體物質總量，MLVSS揮發(fā)性固體成分表示有機物含量，MLNVSS灼燒殘量，表示無機物含量。MLVSS包含了微生物量，但不僅是微生物的量，由于測定方便，目前還是近似用于表示微生物的

3、量。MLVSS:一般范圍為5575NVSS:一般范圍為2545活性污泥法的基本流程 初沉池 去除污水中大顆粒的懸浮物質，根據廢水的特性不同，有時可以省去。曝氣池 活性污泥法的核心，是微生物吸附、代謝廢水中有機污染物和部分無機物的主要場所。活性污泥法的基本流程二沉池 對活性污泥法和已經處理過的廢水進行固液分離，上層為已處理好的出水，排出沉淀池。下層為分離出的活性污泥，大部分由污泥回流系統(tǒng)送回曝氣池（回流污泥），其余部分作為剩余污泥排除另行處理。曝氣系統(tǒng) 以一定的的方法與設備，使空氣中的氧（或純氧）溶解于混合液中，并提供適當的攪拌?；亓魑勰?通過污泥提升設備將二沉池分離出來的活性污泥送回曝氣池，維

4、持曝氣池中活性污泥的濃度?；钚晕勰喾ǖ幕玖鞒?活性污泥法的三個要素構成 一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥；二是廢水中的有機物，它是處理對象，也是微生物的食料；三是溶解氧，沒有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能發(fā)揮氧化分解作用。混合液懸浮固體濃度：MLSS評價活性污泥的重要指標 曝氣池中污水和活性污泥混合后混合液懸浮固體的數量，單位：mg/l。取混合液100mL，以快速濾紙過濾，105烘箱內2小時烘干至恒重，稱取其中固體物質的含量。按McKinney的分析：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii式中：Ma具備活性細胞成分；Me內源代謝殘留的微生物有機體；Mi未代謝的不可生

5、化的有機懸浮固體；Mii吸附的無機懸浮固體?；旌弦簱]發(fā)性懸浮固體濃度：MLVSS評價活性污泥的重要指標 指混合液懸浮固體中有機物的數量，單位：mg/l。取測定MLSS后的濾紙與固體物質一同放入焚燒爐內，經600800 灼燒至殘留物無黑色，稱取殘留物的含量，扣除濾紙的灰分后，即為NVSS，MLSS與NVSS的則為MLVSS。由于MLVSS中不包括Mii（吸附的無機懸浮固體），因此比MLSS更能夠精確地代表活性污泥中活性生物的數量。污泥沉降比：SV30 SV30與SVI可以表示活性污泥的沉降濃縮性能，而SVI能夠更確切地反應處活性污泥的松散程度和凝絮沉降性能。取混合液至1000mL或100mL量筒

6、，靜止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的體積，以占混合液體積的比例（%）表示污泥沉降比。污泥體積指數：SVI 指曝氣池出口處混合液經30分鐘靜止沉淀以后，1克干污泥所占的容積，簡稱污泥指數，單位為mL/g。1L混合液沉淀30min的活性污泥體積（mL）SV(mL/L)SVI=1升混合液中懸浮固體干重（g）MLSS(g/L)評價活性污泥的重要指標污泥齡：TS評價活性污泥的重要指標 指曝氣池中工作著的活性污泥總量與每日排放的剩余污泥數量的比值，單位：日。由于在穩(wěn)定運行時，剩余污泥量也就是新增長的污泥量，因此污泥齡就是污泥在曝氣池中的平均停留時間，或污泥增長一倍平均所需要的時間。活性污泥降解污水中

7、有機物的過程 活性污泥在曝氣過程中，對有機物的降解（去除）過程可分為兩個階段：吸附階段穩(wěn)定階段 由于活性污泥具有巨大的表面積，而表面上含有多糖類的黏性物質，導致污水中的有機物轉移到活性污泥上去。主要是轉移到活性污泥上的有機物為微生物所利用。曲線反映污水中有機物的去除規(guī)律；曲線反映活性污泥利用有機物的規(guī)律；曲線反映了活性污泥吸附有機物的規(guī)律。這三條曲線反映出，在曝氣過程中：污水中有機物的去除在較短時間(圖中是5h左右)內就基本完成了(見曲線)；污水中的有機物先是轉移到(吸附)污泥上(見曲線),然后逐漸為微生物所利用(見曲線)；吸附作用在相當短的時間(圖中是45min左右)內就基本完成了(見曲線)

8、；微生物利用有機物的過程比較緩慢(見曲線)?；钚晕勰嘟到馕鬯杏袡C物的過程污水與污泥混合曝氣后BOD的變化曲線對活性污泥法曝氣過程中污水中有機物的變化分析得到結論：廢水中的有機物殘留在廢水中的有機物從廢水中去除的有機物微生物不能利用的有機物微生物能利用的有機物微生物能利用而尚未利用的有機物微生物不能利用的有機物微生物已利用的有機物（氧化和合成）（吸附量）增殖的微生物體氧化產物第二節(jié) 氣體傳遞和曝氣池 曝氣池的三種池型推流式曝氣池完全混合式曝氣池兩種池型結合式按曝氣池的混合方式曝氣池的三種池型長方廊道形方形或圓形環(huán)形跑道形按曝氣池的形狀曝氣池的二種池型鼓風曝氣式機械曝氣式按曝氣池的曝氣方式曝氣池

9、的三種池型間歇式曝氣池連續(xù)進水間歇出水式或交替運行式連續(xù)運行式曝氣池按曝氣池的運行方式曝氣池的三種池型合建式曝氣池曝氣沉淀一體式曝氣池分建式曝氣池按曝氣池與沉淀池的關系方式推流式曝氣池 推流式曝氣池的長寬比一般為510；進水方式不限；出水用溢流堰。1.平面布置 推流式曝氣池的池寬和有效水深之比一般為12。2.橫斷面布置根據橫斷面上的水流情況，可分為推流式曝氣池鼓風曝氣完全混合曝氣池曝氣池的三種池型機械曝氣完全混合曝氣池泵 形倒傘形平板形微孔曝氣設備安裝 環(huán)形跑道曝氣池曝氣轉刷測試中的曝氣轉碟氣 體 傳 遞 原 理 雙膜理論的基點是認為在氣液界面存在著二層膜（即氣膜和液膜）這一物理現象。這兩層薄

10、膜使氣體分子從一相進入另一相時受到了阻力。當氣體分子從氣相向液相傳遞時，若氣體的溶解度低，則阻力主要來自液膜。在廢水生物處理系統(tǒng)中，氧的傳遞速率可用下式表示：式中：dm/dt氣體傳遞速率；Kg 氣體擴散系數；A 氣體擴散通過的面積；s0 氣體在溶液中的飽和濃度；0 氣體在溶液中的濃度。而dm=Vd0，則上式可改寫成：)(ddosogAKtm)(ddosogoVAKt 通常KgA/V項用KLa來代替，由此上式變?yōu)椋簩⑸鲜竭M行積分，可求得總的傳質系數：1S02S012Lalg13.2ttK KLa值受污水水質的影響，把用于清水測出的值用于污水，要采用修正系數，同樣清水的s0值要用于污水要乘以系數，

11、因而上式變?yōu)椋菏街校?(ddosoLao Kt)(ddosoLaoKt)()()()(sosoLaLa清水污水清水污水KK溶解在水中的憎水性有機物影響KLa值；水中溶解的無機物影響s0值；溶解的有機物影響KLa值；溫度也影響KLa和s0值。影響KLa值的因素其中：充氧設備轉移到曝氣池中的總充氧量：)/O(024.1R2)20(ssm20LahkgVKT）（）（；）；1003.0;100)1(2179)1(21O42066.2(0s0smsAbAAttbGREHrPPEEOP 充氧設備轉移到標準脫氧輕水中的總充氧量：)/O(R2sm20La0hkgVK）（R0稱為：曝氣充氧設備的充氧能力（OC）

12、)/O(024.1)OC(R2)20(ssms00hkgRT）（R為充氧設備轉移到曝氣池中的總充氧量，應等于微生物降解有機物的需氧量O2其中：微生物降解有機物的需氧量O2)/O(O22hkgMLSSVbQa）。體濃度（曝氣池混合液揮發(fā)性固）曝氣池體積（）濃度（進水）每日所處理的水量（日）；量（活性污泥自身氧化需氧）；所需氧的公斤數（氧化每公斤lgMLVSSMVlgBODdMQkgBODkgOa/;/;/1b/BOD332 某城市污水處理廠，設計處理流量為30000m3/d，經沉淀后的BOD5為200mg/L，希望處理后的出水BOD5為20mg/L。經計算，設計曝氣池容積V10000 m3/d，

13、MLVSS2000mg/l，要求確定：（1）若采用鼓風曝氣，以微孔曝氣盤作為曝氣裝置，EA10，若曝氣池溶解氧02mg/l，溫度為25，曝氣盤裝在水下4m，求鼓風曝氣量及鼓風機選型；（2）若采用表面機械曝氣時，求充氧量及表面曝氣設備選型；有關參數：a0.5，b=0.1，=0.8，=0.9 例解：1）鼓風曝氣量的計算：需氧量 O2aQ(S0-Se)+bVXv (0.5*30000(200-20)/1000+0.1*(10000*2000)/1000 4700kgO2/d=195.8kgO2/h 充氧量R需氧量O2曝氣池內平均飽和溶解氧濃度：曝氣裝置出口處的壓力Pb=P+9.8*103H=1013

14、00+9.8*103*4=1.405kPa 氣泡逸出曝氣池表面時含氧量的百分比 查表20時飽和溶解氧CSO(20)=9.17mg/l,25時飽和溶解氧CSO(25)=8.40mg/l 20時平均飽和溶解氧 25時平均飽和溶解氧 標準氧轉移率 實際氧轉移率 則：去除1kgBOD5實際需供氧1.55kgO2 解lmgOPCCtbsosm/14.10)423.19066.2405.1(*17.9)42066.2()20()20(lmgOPCCtbsosm/29.9)423.19066.2405.1(*4.8)42066.2()25()25(VCKCKVdtdCRsmLasmLa)20()20()20

15、()20(0)0(2)()20(*)(024.1OVCCKRTsmTLahkgOCCCRRTsmTsm/9.347)229.9*9.0(024.1*8.014.10*8.195)(024.1*2)2025()()20()20(0%3.19%100*)10.01(*2179)10.01(*21%100*)1(*2179)1(*21AAEEOt解計算鼓風機供氣量 氣水比為：9.28：1 根據風量與風壓選擇鼓風機設備2、計算表面機械曝氣的充氧量 求定標準狀態(tài)下20脫氧清水需氧量根據表面機械曝氣的脫氧清水需氧量指標選擇曝氣設備min/3.193/7.11596100*10*3.09.347100*3.

16、0%100*3.03300MhMERGsGsREAAhkgOCCCRRss/1.363)24.8*9.0(024.1*8.017.9*8.195)(024.1*2)2025()25()2025()20(0 曝 氣 設 備 鼓風曝氣機械曝氣空氣凈化器 鼓 風 機 空氣輸配管系統(tǒng) 擴 散 器 豎式曝氣機表面曝氣機臥式曝氣機鼓風曝氣空氣凈化器 鼓 風 機 空氣輸配管系統(tǒng) 擴 散 器 空氣凈化器的目的是改善整個曝氣系統(tǒng)的運行狀態(tài)和防止擴散器阻塞。鼓風曝氣空氣凈化器 鼓 風 機 空氣輸配管系統(tǒng) 擴 散 器 鼓風機供應壓縮空氣 風量要滿足生化反應所需的氧量和能保持混合液懸浮固體呈懸浮狀態(tài)。風壓要滿足克服管

17、道系統(tǒng)和擴散器的摩阻損耗以及擴散器上部的靜水壓。羅茨鼓風機：適用于中小型污水廠，噪聲大，必須采取消音、隔音措施離心式鼓風機：噪聲小，效率高，適用于大中型污水廠鼓風曝氣空氣凈化器 鼓 風 機 擴 散 器 空氣輸配管系統(tǒng) 負責將空氣輸送到空氣擴散器。要求沿程阻力損失小,曝氣設備各點壓力均衡,空氣干管和支管流速符合設計要求，配備必要的手動閥和電動調節(jié)閥門。鼓風曝氣空氣凈化器 鼓 風 機 擴 散 器 擴散器的作用是將空氣分散成空氣泡,增大空氣和混合液之間的接觸界面，把空氣中的氧溶解于水中。空氣輸配管系統(tǒng)小氣泡擴散器中氣泡擴散器大氣泡擴散器微氣泡擴散器擴散器的類型常用鼓風機形式 1.容積式風機:羅茨鼓風

18、機、回轉風機離心鼓風機外型多極離心風機微孔曝氣設備微孔曝氣盤 微孔曝氣管微孔曝氣設備測試 微孔曝氣設備安裝 微孔曝氣設備的運行狀況 穿孔曝氣管機械曝氣：表面曝氣機 表面曝氣機充氧原理：(1)曝氣設備的提水和輸水作用，使曝氣池內液體不斷循環(huán)流動,從而不斷更新氣液接觸面,不斷吸氧；(2)曝氣設備旋轉時在周圍形成水躍，并把液體拋向空中，劇烈攪動而卷進空氣；(3)曝氣設備高速旋轉時，在后側形成負壓區(qū)而吸入空氣。機械曝氣：表面曝氣機 曝氣的效率取決于：曝氣機的性能曝氣池的池形倒傘形平板形泵 形 這類曝氣機的轉動軸與水面平行,主要用于氧化溝。豎式曝氣機臥式曝氣刷泵 形倒傘形平板形表面曝氣機倒傘形機械曝氣器

19、曝氣轉刷轉刷曝氣機測試中的曝氣轉碟第三節(jié) 活性污泥法的發(fā)展和演變 傳統(tǒng)活性污泥法 漸 減 曝 氣分 步 曝 氣完全混合法淺 層 曝 氣深 層 曝 氣高負荷曝氣或變形曝氣克 勞 斯 法延 時 曝 氣接觸穩(wěn)定法氧 化 溝純 氧 曝 氣活性污泥生物濾池（ABF工藝）吸附生物降解工藝（AB法）序批式活性污泥法（SBR法）活性污泥法的多種運行方式污水與回流污泥從池首端流入，呈推流式至池的末端流出。進口處有機物濃度高，沿池長逐漸降低。處理效率高，適用與大中型污水處理廠。進水濃度不能過高，抗沖擊負荷能力較差。需氧量沿池長逐漸降低，可能造成前半段氧遠遠不夠，后半段供氧量超過需要。體積負荷率低，曝氣池龐大，占用

20、土地較多，基建費用較高。傳統(tǒng)活性污泥法 傳 統(tǒng) 曝 氣 在推流式的傳統(tǒng)曝氣池中，混合液的需氧量在長度方向是逐步下降的。實際情況是：前半段氧遠遠不夠，后半段供氧量超過需要。漸減曝氣的目的就是合理地布置擴散器，使布氣沿程變化，而總的空氣量不變，這樣可以提高處理效率。漸 減 曝 氣 把入流的一部分從池端引入到池的中部分點進水。分 步 曝 氣 分布曝氣示意圖 完 全 混 合 法 在分步曝氣的基礎上，進一步大大增加進水點，同時相應增加回流污泥并使其在曝氣池中迅速混合，長條形池子中也能做到完全混合狀態(tài)。完全混合的概念 （1）池液中各個部分的微生物種類和數量基本相同，生活環(huán)境也基本相同。（2）入流出現沖擊負

21、荷時，池液的組成變化也較小，因為驟然增加的負荷可為全池混合液所分擔，而不是像推流中僅僅由部分回流污泥來承擔。完全混合池從某種意義上來講，是一個大的緩沖器和均和池，在工業(yè)污水的處理中有一定優(yōu)點。（3）池液里各個部分的需氧量比較均勻。（4）操作靈活，可以通過改變F：M值，使其工作點處于污泥增長曲線上所期望的某一點，從而可以得到所期望的出水水質。完全混合法的特征 完 全 混 合 法 淺 層 曝 氣 特點：氣泡形成和破裂瞬間的氧傳遞速率是最大的。在水的淺層處用大量空氣進行曝氣，就可以獲得較高的氧傳遞速率。1953年派斯維爾（Pasveer）的研究：氧在10靜止水中的傳遞特征，如下圖所示。淺 層 曝 氣

22、 擴散器的深度以在水面以下0.60.8m范圍為宜，可以節(jié)省動力費用，動力效率可達1.82.6kg（O2）/kWh?？梢杂靡话愕碾x心鼓風機。淺層曝氣與一般曝氣相比，空氣量增大，但風壓僅為一般曝氣的1/41/6左右，約10kPa，故電耗略有下降。曝氣池水深一般34m，深寬比1.01.3，氣量比3040m3/（m3 H2O.h）。淺層池適用于中小型規(guī)模的污水廠。由于布氣系統(tǒng)進行維修上的困難，沒有得到推廣利用。深 層 曝 氣 深井曝氣法處理流程深井曝氣池簡圖一般曝氣池直徑約16m，水深約1020m。深井曝氣法深度為50150m，節(jié)省了用地面積。在深井中可利用空氣作為動力，促使液流循環(huán)。深井曝氣法中，活

23、性污泥經受壓力變化較大，實踐表明這時微生物的活性和代謝能力并無異常變化，但合成和能量分配有一定的變化。深井曝氣池內，氣液紊流大，液膜更新快，促使KLa值增大，同時氣液接觸時間延長，溶解氧的飽和度也由深度的增加而增加。當井壁腐蝕或受損時，污水可能會通過井壁滲透，污染地下水。深 層 曝 氣 部分污水廠只需要部分處理，因此產生了高負荷曝氣法。曝氣池中的MLSS約為300500mg/L，曝氣時間比較短，約為23h，處理效率僅約65左右，有別于傳統(tǒng)的活性污泥法，故常稱變形曝氣。高負荷曝氣或變形曝氣 克勞斯工程師把厭氧消化的上清液加到回流污泥中一起曝氣，然后再進入曝氣池，克服了高碳水化合物的污泥膨脹問題，

24、這個方法稱為克勞斯法。消化池上清液中富有氨氮，可以供應大量碳水化合物代謝所需的氮。消化池上清液夾帶的消化污泥相對密度較大，有改善混合液沉淀性能的功效。克 勞 斯 法 延時曝氣的特點：曝氣時間很長，達24h甚至更長，MLSS較高，達到30006000mg/L；活性污泥在時間和空間上部分處于內源呼吸狀態(tài)，剩余污泥少而穩(wěn)定，無需消化，可直接排放；適用于污水量很小的場合，近年來，國內小型污水處理系統(tǒng)多有使用。由于符合率低，所需要的池容積大，占地面積大，微生物長期處于內源呼吸期，污泥齡長。因此基建費用和動力消耗較大。延 時 曝 氣 氧化溝是延時曝氣法的一種特殊形式，它的池體狹長，池深較淺，在溝槽中設有表

25、面曝氣裝置。曝氣裝置的轉動，推動溝內液體迅速流動，具有曝氣和攪拌兩個作用，溝中混合液流速約為0.30.6m/s，使活性污泥呈懸浮狀態(tài)。氧 化 溝 接 觸 穩(wěn) 定 法 混合液曝氣過程中第一階段BOD5的下降是由于吸附作用造成的，對于溶解的有機物，吸附作用不大或沒有，因此，把這種方法稱為接觸穩(wěn)定法，也叫吸附再生法?；旌弦旱钠貧馔瓿闪宋阶饔茫亓魑勰嗟钠貧馔瓿煞€(wěn)定作用。直接用于原污水的處理比用于初沉池的出流處理效果好；可省去初沉池；此方法剩余污泥量增加。接 觸 穩(wěn) 定 法 純氧代替空氣，可以提高生物處理的速度。純氧曝氣池的構造見右圖。純 氧 曝 氣 純氧曝氣的缺點是純氧發(fā)生器容易出現故障，裝置復雜

26、，運轉管理較麻煩。在密閉的容器中，溶解氧的飽和度可提高，氧溶解的推動力也隨著提高，氧傳遞速率增加了，因而處理效果好，污泥的沉淀性也好。純氧曝氣并沒有改變活性污泥或微生物的性質，但使微生物充分發(fā)揮了作用。吸附生物降解工藝（AB法）A級以高負荷或超高負荷運行，B級以低負荷運行，A級曝氣池停留時間短，3060min，B級停留時間24h。該系統(tǒng)不設初沉池，A級曝氣池是一個開放性的生物系統(tǒng)。A、B兩級各自有獨立的污泥回流系統(tǒng)，兩級的污泥互不相混。處理效果穩(wěn)定，具有抗沖擊負荷和pH變化的能力。該工藝還可以根據經濟實力進行分期建設。吸附生物降解工藝（AB法）序批式活性污泥法（SBR法）SBR工藝的基本運行模

27、式由進水、反應、沉淀、出水和閑置五個基本過程組成，從污水流入到閑置結束構成一個周期，在每個周期里上述過程都是在一個設有曝氣或攪拌裝置的反應器內依次進行的。(1)工藝系統(tǒng)組成簡單，不設二沉池，曝氣池兼具二沉池的功能，無污泥回流設備；(2)耐沖擊負荷，在一般情況下（包括工業(yè)污水處理）無需設置調節(jié)池；(3)反應推動力大,易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質;(4)運行操作靈活，通過適當調節(jié)各單元操作的狀態(tài)可達到脫氮除磷的效果；(5)污泥沉淀性能好,SVI值較低,能有效地防止絲狀菌膨脹;(6)該工藝的各操作階段及各項運行指標可通過計算機加以控制，便于自控運行，易于維護管理。序批式活性污泥法（SBR法）SB

28、R工藝與連續(xù)流活性污泥工藝相比的優(yōu)點 (1)容積利用率低；(2)水頭損失大；(3)出水不連續(xù)；(4)峰值需氧量高；(5)設備利用率低；(6)運行控制復雜；(7)不適用于大水量。序批式活性污泥法（SBR法）SBR工藝的缺點 (1)CAST工藝；(2)ICEAS工藝；(3)DATIAT工藝；(4)UNITANK工藝；(5)MSBR工藝；序批式活性污泥法（SBR法）SBR工藝的變型活性污泥膜生物反應器（MBR法）以超濾膜分離活性污泥，污泥濃度可達10g/l15g/l，污泥負荷率低，出水水質好，SS去除率可達100。該系統(tǒng)可不設初沉池，不設沉淀池，一體式MBRA無需污泥回流。容積符合率高，占地面積小。

29、處理效果穩(wěn)定，具有抗沖擊負荷和pH變化的能力。適合與處理高濃度、難降解工業(yè)廢水的處理。膜組件投資較高，膜污染是影響MBR推廣應用的主要障礙。第四節(jié) 活性污泥法過程的設計 活性污泥系統(tǒng)工藝設計 應把整個系統(tǒng)作為整體來考慮，包括曝氣池、二沉池、曝氣設備、回流設備等，甚至包括剩余污泥的處理處置。主要設計內容：（1）工藝流程選擇（包括運行方式與曝氣池型）；（2）曝氣池容積和構筑物尺寸的確定；（3）需氧量、供氣量的計算和供氧系統(tǒng)設計；（4）污泥回流量、剩余污泥量的計算與污泥回流設備設計。（5）二沉池的工藝設計；主要依據：水質水量資料 生活污水或生活污水為主的城市污水：成熟設計經驗 工業(yè)廢水：試驗研究設計

30、參數工藝流程的選擇 需要調查研究和收集的基礎資料：1.污水的水量水質資料 水量關系到處理規(guī)模，多種方法分析計算，注意收集率和地下水滲入量；水質決定選用的處理流程和處理程度。2.接納污水的對象資料 3.氣象水文資料 4.污水處理廠廠址資料 廠址地形資料；廠址地質資料。5.剩余污泥的出路調研 流程選擇是活性污泥設計中的首要問題，關系到日后運轉的穩(wěn)定可靠以及經濟和環(huán)境效益，必須在詳盡調查的基礎上進行技術、經濟比較，以得到先進合理的流程。曝氣池的計算：純經驗方法和理論法勞倫斯（Lawronce）和麥卡蒂(McCarty)法有機物負荷率法麥金尼(McKinney)法 根據某種工藝的經驗停留時間和經驗去除

31、率，確定曝氣池的水力停留時間。例如：流量200m3/h，曝氣池進水BOD濃150mg/L,出水要求為15mg/L，采用多點進水，求曝氣池容積。多點進水經驗去除率：85%90 經驗停留時間：35h 取停留時間為4.5h，則曝氣池容積：V2004.5m3=900m3經驗水力停留時間：t有機物負荷率的兩種表示方法活性污泥負荷率NS（簡稱污泥負荷）曝氣區(qū)容積負荷率NV（簡稱容積負荷）負荷法 污泥負荷率是指單位質量活性污泥在單位時間內所能承受的BOD5量，即:式中：Ns污泥負荷率,kg BOD5/（kgMLVSSd）;qv與曝氣時間相當的平均進水流量，m3/d；s0曝氣池進水的平均BOD5值，mg/L；

32、x曝氣池中的污泥濃度，mg/L。污泥負荷率VqNXS0vS 容積負荷是指單位容積曝氣區(qū)在單位時間內所能承受的BOD5量，即：式中：Nv容積負荷率，kg(BOD5)/(m3d)。容積負荷率XSS0vVNVqN根據上面任何一式可計算曝氣池的體積，即:s0和qv是已知的，x和N可參考教材中表145選擇。對于某些工業(yè)污水，要通過試驗來確定x和N值。污泥負荷率法應用方便，但需要一定的經驗。VqNXS0vSXSS0vVNVqNVS0vXSS0vNqNqV 某城市污水處理廠，設計處理流量為30000m3/d，時變化系數為1.5，經沉淀后的BOD5為200mg/L，總氮為30mg/l，總磷為3mg/l，擬采用

33、活性污泥法進行處理，希望處理后的出水BOD5為20mg/L。試計算與設計該活性污泥法處理系統(tǒng)。例解1.工藝流程的選擇計算處理效率E：根據提供的條件，采用傳統(tǒng)推流式活性污泥法，曝氣池采用推流廊道式，運行時考慮階段曝氣法和生物吸附再生法運行的可能性，其流程如下：原廢水 初沉池 曝氣池 二沉池 處理出水 回流污泥 剩余污泥 9010020020200E解(a)污泥負荷的確定：根據實驗或經驗以及所要求的處理效果，本曝氣池采用的污泥負荷率（Ns）為：0.27kgBOD5/kgMLSS.d。（一般為0.20.4kgBOD5/kgMLSS.d）(b)污泥濃度的確定：根據Ns值，SVI值在80150之間，設計

34、取SVI130，污泥回流比為35(50%左右)，經計算曝氣池污泥的污泥濃度x為：2.曝氣池的計算與設計lmgRRlmgSVIxwx/20007700)35.01(35.0)1(/77001301010wx66曝氣池污泥濃度回流污泥濃度解(c)曝氣池容積的確定：根據計算，曝氣池有效容積V為：(d)曝氣池停留時間的校合：2.曝氣池的計算與設計小時曝氣池停留時間824300001000024QVT31000027.02000)20200(30000MNQVsxs解(e)曝氣池主要尺寸的確定：曝氣池的面積：設計2座曝氣池（n=2），每座曝氣池的有效的有效水深（H1）取4.0m，則每座曝氣池的面積（F1

35、）為：曝氣池的寬度：設計曝氣池的寬度（B）為6m，校合寬深比B/H6/4=1.5，在12之間，符合要求。曝氣池的長度：LF1/B=1250/6=208m，設計取210m，校合長寬比L/B=210/6=3510，符合要求。曝氣池的總高度：設計取超高（保護高度H2）為0.8m，則曝氣池的總高度HH1H24.8m2.曝氣池的計算與設計21125042100001mHnVF解 曝氣池的平面形式：設計曝氣池為3廊道形式，則每廊道長L1=L/3=210/3=70m。則曝氣池的平面尺寸為：曝氣池長L1=70m；曝氣池寬B1B36318m。曝氣池的進水方式：為使曝氣池的能夠按多種方式運行，將曝氣池的進水與污泥

36、回流安排在每一廊道的首端以及廊道的中間部分。若從曝氣池的第一廊道首端進水并回流污泥，則為傳統(tǒng)推流方式運行；若從曝氣池的第一廊道的首端回流污泥，從第三廊道的中間進水，則為生物吸附再生方式運行；若從曝氣池的第一廊道回流污泥，而沿每一廊道的池長多點進水，則為階段曝氣方式（逐步曝氣）運行。2.曝氣池的計算與設計解3.曝氣系統(tǒng)的計算與設計 采用直徑為300mm的圓盤式微孔曝氣釋放器，安裝在距離曝氣池的池底200mm處。根據第二節(jié)的計算，鼓風機的供氣量為193.3m3/min，設計取200m3/min；根據計算，鼓風機房至最不利點的空氣管道壓力損失為1.735kPa，則取微孔曝氣盤及其配管的空氣壓力損失為

37、4.9kPa。則總壓力損失為1.735+4.9=6.635kPa。取釋放器出口剩余壓力3kPa。鼓風機所需壓力為P(4.0-0.2)9.86.635+3=46.9kPa。設計采用風量為70m3/min，風壓為49kPa的羅茨鼓風機4臺，3用1備，常開3臺，風量210 m3/min，高峰時4臺全開，風量280m3/min，低負荷時可開2臺，風量140m3/min。解4.二沉池的計算與設計 二沉池采用幅流式沉淀池，用表面負荷法計算，設計取表面負荷q=1.0m3/m2.h(一般為0.751.5)。（1）表面積：廢水最大小時流量Qmax1.5Q/241.530000/24=1875m3/h；沉淀池表面

38、積AQmax/q=1875/1.0=1875m2；設計選擇4座沉淀池（n=4），則每座二沉池的表面積A1為：A1A/n=1875/4=468.75m2：(2)二沉池直徑：每座二沉池的直徑設計取D125m;（3）有效水深：設計取分離澄清時間t為2小時（1.52.5h），則有效水深（H1）為：H1Qmaxt/A=18752/1875=2m。選用直徑為25米的刮泥設備，取超高300mm，緩沖區(qū)高度300mm。根據刮泥設備的要求設計二沉池池底及泥斗部分。mAD4.2414.375.4684141解5.剩余污泥量的計算 每日污泥的增長量（剩余污泥量）為：根據實驗或手冊，取a值為0.6，b值為0.075，

39、則剩余污泥量為：每天排放含水率為99.2%的剩余污泥量為：217.5噸。xsesbVaQX)(0dtdgX/74.1/1740000200010000075.0)20200(300006.0解6.回流污泥系統(tǒng)的計算與設計 采用污泥回流比35，最大回流比為70，按最大回流比計算：污泥回流量QrRQ0.7030000/24=875m3/h；采用螺旋泵進行污泥提升，其提升高度按實際高程布置來確定，本設計定為2.5m，根據污泥回流量，選用外徑為700mm，提升量為300m3/h的螺旋泵4臺，3用1備。解7.營養(yǎng)物的平衡計算（1）每日所去除的BOD5量為：BOD530000（0.2-0.02）=5400

40、kg/d；（2）氮（N）：每日從廢水中可獲得的總氮量為：N10.0330000900kg/d；每日污泥所需要的氮量為：BOD5：N100：5；則N270kg/d；每日隨出水排除的N量為：900270630kg/d，相當于21mg/l;（3）磷（P）每日從廢水中可獲得的總磷量為：P10.0033000090kg/d；每日污泥所需要的氮量為：BOD5：N100：1；則P54kg/d；每日隨出水排除的N量為：905436kg/d，相當于1.2mg/l;廢水中N和P營養(yǎng)源能夠滿足微生物生長繁殖需求，無需向廢水中補充氮源和磷源，但出水中氮和磷的濃度不能滿足廢水一級排放標準的要求。第五節(jié) 活性污泥法系統(tǒng)設

41、計和運行中的一些重要問題一、水力負荷二、有機負荷三、微生物濃度四、曝氣時間五、微生物平均停留時間（MCRT）六、氧傳遞速率七、回流污泥濃度八、回流污泥率九、曝氣池的構造十、pH和堿度十一、溶解氧濃度十二、污泥膨脹及其控制流向污水廠的流量變化 一、水 力 負 荷 一天內的流量變化隨季節(jié)的流量變化雨水造成的流量變化泵的選擇不當造成的流量變化水力負荷的變化影響活性污泥法系統(tǒng)的曝氣池和二次沉淀池。當流量增大時，污水在曝氣池內的停留時間縮短，影響出水質量，同時影響曝氣池的水位。若為機械表面曝氣機，由于水面的變化，它的運行就變得不穩(wěn)定。對二次沉淀池為水力影響。一、水 力 負 荷 二、有機負荷率N 污泥負荷

42、率N和MLSS的設計值采用得大一些，曝氣池所需的體積可以小一些。但出水水質要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥處置的費用和困難，同時，整個處理系統(tǒng)較不耐沖擊，造成運行中的困難。為避免剩余污泥處置上的困難和保持污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，可以采用低的污泥負荷率（0.1），把曝氣池建得很大，這就是延時曝氣法。曝氣區(qū)容積的計算，設計中要考慮的主要問題是如何確定污泥負荷率N和MLSS的設計值。三、微生物濃度 在設計中采用高的MLSS并不能提高效益，原因如下：其一，污泥量并不就是微生物的活細胞量。曝氣池污泥量的增加意味著泥齡的增加，泥齡的增加就使污泥中活細胞的比例減小。其二，過高的微生物濃度使污泥在后續(xù)

43、的沉淀池中難以沉淀，影響出水水質。其三，曝氣池污泥的增加，就要求曝氣池中有更高的氧傳遞速率，否則，微生物就受到抑制，處理效率降低。采用一定的曝氣設備系統(tǒng)，實際上只能夠采用相應的污泥濃度，MLSS的提高是有限度的。四、曝 氣 時 間 在通常情況下，城市污水的最短曝氣時間為3h或更長些，這和滿足曝氣池需氧速率有關。當曝氣池做得較小時，曝氣設備是按系統(tǒng)的負荷峰值控制設計的。這樣，在非高峰時間，供氧量過大，造成浪費，設備的能力不能得到充分利用。若曝氣池做得大些，可降低需氧速率，同時由于負荷率的降低，曝氣設備可以減小，曝氣設備的利用率得到提高。五、微生物平均停留時間(MCRT)(又稱泥齡)每日排放的剩余

44、污泥量工作著的活性污泥總量微生物平均停留時間 微生物平均停留時間至少等于水力停留時間，此時，曝氣池內的微生物濃度很低，大部分微生物是充分分散的。微生物的停留時間應足夠長，促使微生物能很好地絮凝，以便重力分離，但不能過長，過長反而會使絮凝條件變差。微生物平均停留時間還有助于說明活性污泥中微生物的組成。世代時間長于微生物平均停留時間的那些微生物幾乎不可能在該活性污泥中繁殖。六、氧 傳 遞 速 率 氧傳遞速率要考慮二個過程要提高氧的傳遞速率氧傳遞到水中氧真正傳遞到微生物的膜表面必須有充足的氧量必須使混合液中的懸浮固體保持懸浮狀態(tài)和紊動條件七、回流污泥濃度 回流污泥濃度是活性污泥沉降特性和回流污泥回流

45、速率的函數。按右圖進行物料衡算，可推得下列關系式：式中：sa曝氣池中的MLSS,mg/L;sr回流污泥的懸浮固體濃度,mg/L;r 污泥回流比。根據上式可知，曝氣池中的MLSS不可能高于回流污泥濃度，兩者愈接近，回流比愈大。限制MLSS值的主要因素是回流污泥的濃度。SrSaSavvSrv6Sa1)(10rrrqqrqSVI 衡量活性污泥的沉降濃縮特性的指標，它是指曝氣池混合液沉淀30min后，每單位質量干泥形成的濕泥的體積，常用單位是mL/g。（1）在曝氣池出口處取混合液試樣；（2）測定MLSS（g/L）；（3）把試樣放在一個1000mL的量筒中沉淀30min，讀出活性污泥的體積（mL）；（4

46、）按下式計算：活性污泥體積指數SVI)g/L(MLSS)mL/L(SVI活性污泥體積SVI的測定七、回流污泥濃度 八、污泥回流率 高的污泥回流率增大了進入沉淀池的污泥流量，增加了二沉池的負荷，縮短了沉淀池的沉淀時間，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固體隨出流帶走?；钚晕勰嗷亓髀实脑O計應有彈性，并應操作在可能的最低流量。這為沉淀池提供了最大穩(wěn)定性。九、曝氣池的構造 推流式曝氣池完全混合式曝氣池示蹤劑的研究表明：推流式曝氣池的縱向混合很嚴重氧消耗率的數據表明：氧的傳遞受到限制處理量小時，只配有一個機械曝氣機，很容易圍繞曝氣機形成混合區(qū)處理量大時，曝氣池也相應增大，曝氣池不是充分完全混合的十、pH和堿度

47、 活性污泥pH通常為6.58.5。pH之所以能保持在這個范圍，是由于污水中的蛋白質代謝后產生碳酸銨堿度和從天然水中帶來的堿度所致。工業(yè)污水中經常缺少蛋白質，因而產生pH過低的問題。工業(yè)廢水中的有機酸通常在進入曝氣池前進行中和。生活污水中有足夠的堿度使pH保持在較好的水平。十一、溶解氧濃度 通常溶解氧濃度不是一個關鍵因素，除非溶解氧濃度跌落到接近于零。只要細菌能獲得所需要的溶解氧來進行代謝，其代謝速率就不受溶解氧的影響。一般認為混合液中溶解氧濃度應保持在0.52mg/L，以保證活性污泥系統(tǒng)的正常運行。過分的曝氣使氧濃度得到提高，但由于紊動過于劇烈，導致絮狀體破裂，使出水濁度升高。特別是對于好氧速

48、度不快而泥齡偏長的系統(tǒng)，強烈混合使破碎的絮狀體不能很好地再凝聚。十二、污泥膨脹及其控制 正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥體積指數SVI在50150之間；當活性污泥不正常時，污泥不易沉淀，反映在SVI值升高?；旌弦涸?000mL量筒中沉淀30min后，污泥體積膨脹，上層澄清液減少，這種現象稱為活性污泥膨脹。活性污泥膨脹可分為污泥中絲狀菌大量繁殖導致的絲狀菌性膨脹并無大量絲狀菌存在的非絲狀菌性膨脹 絲狀菌性膨脹絮花狀物質，其骨干是菌膠團正常的活性污泥絲狀菌大量出現，主要是有鞘細菌和硫細菌不正常的情況下 當污泥中有大量絲狀菌時，大量有一定強度的絲狀體相互支撐、交錯，大大惡化了污泥的沉降、壓縮性能，

49、形成了污泥膨脹。絲狀菌性膨脹的主要因素污水水質運行條件工藝方法 污水水質是造成污泥膨脹的最主要因素。含溶解性碳水化合物多的污水往往發(fā)生由浮游球衣細菌引起的絲狀膨脹。含硫化物多的污水往往發(fā)生由硫細菌引起的絲狀膨脹。水溫低于15時，一般不會發(fā)生膨脹。pH低時，容易產生膨脹。絲狀菌性膨脹的主要因素污水水質運行條件工藝方法 污泥負荷對污泥膨脹在一定條件下有一定的影響，但兩者無必然的聯系。溶解氧濃度并不一定影響污泥的膨脹。絲狀菌性膨脹的主要因素污水水質運行條件工藝方法 完全混合的工藝方法比傳統(tǒng)的推流方式較易發(fā)生污泥膨脹。間歇運行的曝氣池最不容易發(fā)生污泥膨脹。不設初次沉淀池的活性污泥法，不容易發(fā)生污泥膨脹

50、。葉輪式機械曝氣與鼓風曝氣相比，易于發(fā)生絲狀菌性膨脹。射流曝氣的供氧方式可以有效地克制浮游球衣細菌引起的污泥膨脹。非絲狀菌性膨脹 非絲狀菌性膨脹主要發(fā)生在污水水溫較低而污泥負荷太高時。微生物的負荷高，細菌吸收了大量的營養(yǎng)物，但由于溫度低，代謝速度較慢，就積貯起大量高黏性的多糖類物質。這些多糖類物質的積貯，使活性污泥的表面附著水大大增加，使污泥形成污泥膨脹。發(fā)生污泥非絲狀菌性膨脹時，處理效率仍很高，上清液也清澈。在運行中，如發(fā)生污泥膨脹，針對膨脹的類型和絲狀菌的特性，可采取的抑制措施：(1)控制曝氣量，使曝氣池中保持適量的溶解氧；(2)調整pH；(3)如磷、氮的比例失調，可適量投加氮化合物和磷化

51、合物；(4)投加一些化學藥劑；(5)城市污水廠的污水在經過沉砂池后，跳躍初沉池，直接進入曝氣池。在設計時，對于容易發(fā)生污泥膨脹的污水，可以采用以下一些方法：(1)減少城市污水廠的初沉池或取消初沉池，增加進入曝氣池的污水中的懸浮物，可使曝氣池中的污泥濃度明顯提高，污泥沉降性能改善；(2)兩級生物處理法，即采用沉砂池一級曝氣池中間沉淀池二級曝氣池二次沉淀池的工藝等工藝；(3)對于現有的容易發(fā)生污泥嚴重膨脹的污水廠，可以在曝氣池的前面部分補充設置足夠的填料（降低了曝氣池的污泥負荷，也改變了進入后面部分曝氣池的水質）；(4)用氣浮法代替二次沉淀池，可以有效地使這個處理系統(tǒng)維持正常運行。第六節(jié) 二沉池二

52、次沉淀池的功能要求1.澄清（固液分離）2.污泥濃縮（使回流污泥的含水率降低，回流污泥的體積減少）二沉池的實際工作情況 （1）二沉池中普遍存在著四個區(qū)：清水區(qū)、絮凝區(qū)、成層沉降區(qū)、壓縮區(qū)。兩個界面：泥水界面和壓縮界面。（2）混合液進入二沉池以后，立即被稀釋，固體濃度大大降低，形成一個絮凝區(qū)。絮凝區(qū)上部是清水區(qū)，兩者之間有一泥水界面。（3）絮凝區(qū)后是一個成層沉降區(qū)，在此區(qū)內，固體濃度基本不變，沉速也基本不變。絮凝區(qū)中絮凝情況的優(yōu)劣，直接影響成層沉降區(qū)中泥花的形態(tài)、大小和沉速。（4）靠近池底處形成污泥壓縮區(qū)。二次沉淀池的容積計算方法可用下列兩個公式反映：式中：A澄清區(qū)表面積，m2；Q廢水設計流量，用最大時流量，m3/h；q沉淀效率參數，m3/（m2h）或m/h；V污泥區(qū)容積，m3；r最大污泥回流比；ts污泥在二次沉淀池中的濃縮時間，h。二次沉淀池的構造和計算htrQtVhtqtAQtHsmmqqQAss2;45.1;/5.02.0;