【環(huán)境課件】水污染控制工程

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1、水污染控制工程 目 錄 第一篇 污水的物理化學(xué)處理方法 第一章 緒論 第二章 水體的自凈及水污染控制的基本方法、工藝流程 第三章 混凝 第四章 沉淀與澄清 第五章 過濾 第六章 消毒 第七章 氣浮 第八章 氧化還原 第九章 膜分離 第十章 其他物化方法 第十一章 水的軟化與除鹽 第十二章 循環(huán)水的冷卻和穩(wěn)定 第二篇 污水的生物處理方法 第一章 概述 第二章 好氧生物處理（原理與工藝） 第三章 厭氧生物處理 第四章 營(yíng)養(yǎng)元素的生物去除 第五章 天然條件下的生物處理 第六章 污泥的處

2、理與處置 主要參考書目： 1）《水處理工程》，第一版，顧夏聲等，清華大學(xué)出版社，1985 2)《現(xiàn)代廢水生物處理新技術(shù)》，錢易等，中國(guó)科技出版社，1993 3）《排水工程》，第三版，張自杰等，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996 4）《水污染治理工程》，黃銘榮、胡紀(jì)萃，高教出版社，1995 5）《廢水生物處理數(shù)學(xué)模型》，第二版，顧夏聲，清華大學(xué)出版社，1995 6）《水處理微生物學(xué)》，第三版，顧夏聲等，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998 第一章 概述 1.1 生物處理的目的和

3、重要性 廢水生物處理的目的：1) 絮凝和去除廢水中不可自然沉淀的膠體狀固體物；2) 穩(wěn)定和去除廢水中的有機(jī)物；3) 去除營(yíng)養(yǎng)元素氮和磷。 廢水生物處理的重要性：1)城市污水中約有60%以上的有機(jī)物只有用生物法去除才最經(jīng)濟(jì)；2)廢水中氮的去除一般來說只有依靠生物法；3)目前世界上已建成的城市污水處理廠有90%以上是生物處理法；4)大多數(shù)工業(yè)廢水處理廠也是以生物法為主體的。 微生物在廢水生物處理中主要有三個(gè)作用：1)去除有機(jī)物（以COD或BOD5表示），去除其它無機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素如N、P等；2)絮凝沉淀和降解膠體狀固體物；3)穩(wěn)定有機(jī)物。 微生物代謝過程簡(jiǎn)介： 有機(jī)物 微生物 新的細(xì)胞物質(zhì)

4、 CO2、H2O 生物殘?jiān)? 內(nèi)源呼吸 分解 合成 微生物代謝所需要的幾個(gè)基本要素：能源；碳源；無機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素——N、P、S、K、Ca、Mg等；有時(shí)還需要一些特殊的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物（也稱生長(zhǎng)因子，如維生素、生物素等） 廢水生物處理中涉及的微生物代謝過程主要有：化能異養(yǎng)型代謝；化能自養(yǎng)型代謝；光合異養(yǎng)型代謝；光合自養(yǎng)型代謝。 生物處理中的重要微生物 ①細(xì)菌：細(xì)菌——包括了真細(xì)菌(eubacteria)和古細(xì)菌(archaebacteria)；——是廢水生物處理工程中最主要的微生物；根據(jù)需氧情況不同：好氧細(xì)菌、兼性細(xì)菌和厭氧細(xì)菌；根據(jù)能源碳源利用情況的不同：光合細(xì)菌——光能自養(yǎng)菌、光能

5、異養(yǎng)菌；非光合細(xì)菌——化能自養(yǎng)菌、化能異養(yǎng)菌；根據(jù)生長(zhǎng)溫度的不同：低溫菌(-10C~15 C)、中溫菌(15 C ~45 C)和高溫菌(>45 C) ②真菌：真菌的三個(gè)主要特點(diǎn)：1)能在低溫和低pH值的條件生長(zhǎng)；2)在生長(zhǎng)過程中對(duì)氮的要求較低（是一般細(xì)菌的1/2）；3)能降解纖維素。真菌在廢水處理中的應(yīng)用：1)處理某些特殊工業(yè)廢水；2)固體廢棄物的堆肥處理 ③原生動(dòng)物、后生動(dòng)物：原生動(dòng)物主要以細(xì)菌為食；其種屬和數(shù)量隨處理出水的水質(zhì)而變化，可作為指示生物。后生動(dòng)物以原生動(dòng)物為食；也可作為指示生物。 1.2 生物處理法在廢水處理中的地位 有機(jī)物在廢水中的存在形式及其主要去除方法：顆粒

6、狀有機(jī)物(>1mm)：可以采用機(jī)械沉淀法進(jìn)行去除的顆粒物；膠體狀有機(jī)物(1nm~100nm)：不能采用機(jī)械沉淀法進(jìn)行去除的較小的有機(jī)顆粒物；溶解性有機(jī)物(<1nm)：以分散的分子狀態(tài)存在于水中的有機(jī)物 生物法處理的主要對(duì)象：廢水中呈膠體狀和溶解狀態(tài)的有機(jī)物；廢水中溶解狀態(tài)的營(yíng)養(yǎng)元素N和P。 廢水處理程度的分級(jí)：一級(jí)處理——預(yù)處理或前處理；二級(jí)處理——生物處理；三級(jí)處理——深度處理 一級(jí)處理：去除效果：EBOD 30%, ESS 50%；功能：去除顆粒狀有機(jī)物，減輕后續(xù)生物處理的負(fù)擔(dān)；2）調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)、水溫等，有利于后續(xù)的生物處理。主要方法：物化法，如：沉砂、沉淀、氣浮、除油、中和、

7、調(diào)節(jié)、加熱或冷卻等 二級(jí)處理：去除效果：EBOD 85~90%，ESS 90%；功能：大量去除膠體狀和溶解狀有機(jī)物，保證出水達(dá)標(biāo)排放；方法：各種形式的生物處理工藝 三級(jí)處理：目的：去除二級(jí)處理出水中殘存的SS、有機(jī)物，或脫色、殺菌，或脫氮、除磷——防止水體富營(yíng)養(yǎng)化；方法：物化法——超濾、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；生物法——生物法脫氮除磷，等 我國(guó)水環(huán)境中有機(jī)物污染的嚴(yán)重狀況 ①?gòu)U水排放量巨大；②我國(guó)水環(huán)境中量大面廣的污染物是有機(jī)物；③N、P的污染也日益嚴(yán)重 有機(jī)污染的主要來源：①生活污水：COD = 400~500mg/l，BOD5 = 200~300mg/l；②工

8、業(yè)廢水：主要有石油化工、輕工、食品等行業(yè)，如：啤酒廢水：8~20m3廢水/m3酒，COD = 2000~3500mg/l；酒精廢水：12~15 m3廢水/m3酒，COD = 3~6 萬mg/l；味精廢水：25~35 m3廢水/噸味精，COD = 6~10 萬mg/l；造紙黑液：120~600 m3廢水/噸紙漿，COD = 10~15萬mg/l 1.3 生物處理法的分類 生物處理法 天然生物處理 人工生物處理 生物穩(wěn)定塘 土地處理系統(tǒng) 好氧生物處理 厭氧生物處理 活性污泥法 生物膜法 傳統(tǒng)厭氧消化 現(xiàn)代高速厭氧反應(yīng)器 第二章 好氧生物處理（原理與工藝）

9、2.1 基本概念 2.1.1 好氧生物處理的基本生物過程 所謂“好氧”：是指這類生物必須在有分子態(tài)氧氣（O2）的存在下，才能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)，主要包括大部分微生物、動(dòng)物以及我們?nèi)祟悾? 所謂“厭氧”：是能在無分子態(tài)氧存在的條件下，能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)的生物，如厭氧細(xì)菌、酵母菌等。 好氧生物處理過程的生化反應(yīng)方程式： l 分解反應(yīng)（又稱氧化反應(yīng)、異化代謝、分解代謝） 異氧微生物 CHONS + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- ++能量 （有機(jī)物的組成元素） 異氧微生物 l 合成反應(yīng)（也稱合成

10、代謝、同化作用） C、H、O、N、S + 能量 C5H7NO2 l 內(nèi)源呼吸（也稱細(xì)胞物質(zhì)的自身氧化） 微生物 C5H7NO2 + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- ++能量 在正常情況下，各類微生物細(xì)胞物質(zhì)的成分是相對(duì)穩(wěn)定的，一般可用下列實(shí)驗(yàn)式來表示： 細(xì)菌： C5H7NO2； 真菌： C16H17NO6； 藻類： C5H8NO2；原生動(dòng)物： C7H14NO3 分解與合成的相互關(guān)系： 1） 二者不可分，而是相互依賴的； a． 分解過程為合成提供能量和前物，而合

11、成則給分解提供物質(zhì)基礎(chǔ)； b．分解過程是一個(gè)產(chǎn)能過程，合成過程則是一個(gè)耗能過程。 2) 對(duì)有機(jī)物的去除，二者都有重要貢獻(xiàn)； 3）合成量的大小， 對(duì)于后續(xù)污泥的處理有直接影響（污泥的處理費(fèi)用一般可以占整個(gè)城市污水處理廠的40~50%）。 不同形式的有機(jī)物被生物降解的歷程也不同： 一方面： l 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小分子、可溶性物質(zhì)，直接進(jìn)入細(xì)胞壁； l 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大分子、膠體狀或顆粒狀的物質(zhì)，則首先被微生物吸附，隨后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有機(jī)物，再進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。 另一方面：有機(jī)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，其降解過程也會(huì)不同： 如： 糖類 TCA循環(huán) 脂類 蛋白

12、質(zhì) 2.1.2 影響好氧生物處理的主要因素 1）溶解氧（DO）： 約1~2mg/l 2）水溫：是重要因素之一， a. 在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生化反應(yīng)的速率加快，增殖速率也加快； b. 細(xì)胞的組成物如蛋白質(zhì)、核酸等對(duì)溫度很敏感，溫度突升或降并超過一定限度時(shí)，會(huì)有不可逆的破壞； 最適宜溫度 15~30C； >40C 或< 10C后，會(huì)有不利影響。 3)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)： 細(xì)胞組成中，C、H、O、N約占90~97% 其余3~10%為無機(jī)元素，主要的是P。 生活污水一般不需再投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)； 而某些工業(yè)廢水則需要， 一般對(duì)于好氧生物處理工藝，應(yīng)按BOD

13、: N : P = 100 : 5 : 1 投加N和P。 其它無機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素：K、Mg、Ca、S、Na等； 微量元素： Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等； 4) pH值： 一般好氧微生物的最適宜pH在6.5~8.5之間； pH < 4.5時(shí)，真菌將占優(yōu)勢(shì)，引起污泥膨脹； 另一方面，微生物的活動(dòng)也會(huì)影響混合液的pH值。 5)有毒物質(zhì)（抑制物質(zhì)） 主要有： 重金屬 蛋白質(zhì)的沉淀劑（變性；與-SH結(jié)合而失活） 氰化物； H2S； 鹵族元素及其化合物 酚、醇、醛 使蛋白質(zhì)變性或脫水 染料等； 活性污泥系統(tǒng)

14、中有毒物質(zhì)的最高允許濃度： 有毒物質(zhì) 允許濃度 有毒物質(zhì) 允許濃度 銅化合物(以Cu計(jì)) 0.5~1.0 苯 10 鋅化合物(以Zn計(jì)) 5~13 氯苯 10 鎳化合物(以Ni計(jì)) 2 對(duì)苯二酚 15 鉛化合物(以Pb計(jì)) 1.0 間苯二酚 450 銻化合物(以Sb計(jì)) 0.2 鄰苯二酚 100 鎘化合物(以Cd計(jì)) 1~5 間苯三酚 100 釩化合物(以V計(jì)) 5 鄰苯三酚 100 銀化合物(以Ag計(jì)) 0.25 苯胺 100 鉻化合物(以Cr計(jì)) 2~5 二硝基甲苯 12 (以Cr3+計(jì))

15、2.7 甲醛 160 (以Cr6+計(jì)) 0.5 乙醛 1000 硫化物(以S2-計(jì)) 5~25 二甲苯 7 (以H2S計(jì)) 20 甲苯 7 氫氰酸氰化鉀 1~8 氯苯 10 硫氰化物 36 吡啶 400 砷化合物(以As3+計(jì)) 0.7~2.0 烷基苯磺酸鹽 15 汞化合物(以Hg計(jì)) 0.5 甘油 5 6）有機(jī)負(fù)荷率：污水中的有機(jī)物本來是微生物的食物，但太多時(shí)，也會(huì)不利于微生物。 7）氧化還原電位：好氧細(xì)菌： +300 ~ 400 mV， 至少要求大于+100 mV。 厭氧細(xì)菌： 要

16、求小于+100 mV，對(duì)于嚴(yán)格厭氧細(xì)菌，則<-100 mV，甚至<-300 mV。 2.1.3 廢水可生化性和可生化程度的判別 生物降解性能是指在微生物的作用下，使某一物質(zhì)改變?cè)瓉淼幕瘜W(xué)和物理性質(zhì)，在結(jié)構(gòu)上引起的變化程度。 可分為三類： 1） 初級(jí)生物降解——指有機(jī)物原來的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了部分變化，改變了分子的完整性； 2） 環(huán)境可接受的生物降解——指有機(jī)物失去了對(duì)環(huán)境有害的特性； 3） 完全降解——在好氧條件下，有機(jī)物被完全無機(jī)化；在厭氧條件下，有機(jī)物被完全轉(zhuǎn)化為CH4、CO2等。 有機(jī)物生物降解性能的分類： 1） 易生物降解——易于被微生物作為碳源和能源物質(zhì)而

17、被利用； 2） 可生物降解——能夠逐步被微生物所利用； 3） 難生物降解——降解速率很慢或根本不降解。 注意：1）“難、易”是相對(duì)的； 2）同一種化合物在不同種屬微生物的作用下，其降解情況也會(huì)有不同。 鑒定和評(píng)價(jià)廢水中有機(jī)污染物的好氧生物降解性的方法： 分類 方法 方法要點(diǎn) 方法評(píng)價(jià) 根據(jù)氧化所耗氧量 水質(zhì)指標(biāo)法 采用BOD5/COD作為有機(jī)物評(píng)價(jià)指標(biāo)。方法改進(jìn)：日本通產(chǎn)省測(cè)試法，以ThOD代替COD，采用BOD自動(dòng)測(cè)定儀測(cè)定有機(jī)物28天的生化需氧量，并以BOD28/ThOD來評(píng)價(jià)有機(jī)物的生物降解性能； 比較簡(jiǎn)單，但精度不高，可粗略反映

18、有機(jī)物的降解性能； 瓦呼儀法 根據(jù)有機(jī)物的生化呼吸線與內(nèi)源呼吸線的比較來判斷有機(jī)物的生物降解性能。測(cè)試時(shí)，接種物可采用活性污泥，接種量為1~3 gSS/l； 較好地反應(yīng)微生物氧化分解特性，但試驗(yàn)水量少，對(duì)結(jié)果有影響； 根據(jù)有機(jī)物的去除效果 靜置燒瓶篩選試驗(yàn) 以10ml沉淀后的生活污水上清液作為接種物，90ml含有5mg酵母膏和5mg受試物的BOD標(biāo)準(zhǔn)稀釋水作為反應(yīng)液，兩者混合，室溫下培養(yǎng)，1周后測(cè)受試物濃度，并以該培養(yǎng)液作為下周培養(yǎng)的接種物，如此連續(xù)4周，同時(shí)進(jìn)行已知降解化合物的對(duì)照試驗(yàn)； 操作簡(jiǎn)單，但在靜態(tài)條件下混合及充氧不好； 振蕩培養(yǎng)試驗(yàn)法 在燒瓶中

19、加入接種物、營(yíng)養(yǎng)液及受試物等，在一定溫度下振蕩培養(yǎng)，在不同的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)測(cè)定反應(yīng)液中受試物含量，以評(píng)價(jià)受試物的生物降解性； 生物作用條件好，但吸附對(duì)測(cè)定有影響； 半連續(xù)活性污泥法 測(cè)試時(shí)，采用試驗(yàn)組及對(duì)照組二套反應(yīng)器間歇運(yùn)行，測(cè)定反應(yīng)器內(nèi)COD、TOD或DOC的變化，通過二套反應(yīng)器結(jié)果的比較來評(píng)價(jià)； 試驗(yàn)結(jié)果可靠，但仍不能模擬處理廠實(shí)際運(yùn)行條件； 活性污泥模型試驗(yàn) 模擬連續(xù)流活性污泥法生物處理工藝，采用試驗(yàn)組與對(duì)照組，通過兩套系統(tǒng)對(duì)比和分析來評(píng)價(jià)； 結(jié)果最為可靠，但方法較復(fù)雜； 根據(jù)CO2量 斯特姆測(cè)試法 采用活性污泥上清液作為接種液，反應(yīng)時(shí)間28天，溫度25C，有機(jī)物降解以

20、CO2產(chǎn)量占理論CO2產(chǎn)量的百分率來判斷； 系統(tǒng)復(fù)雜，可反映有機(jī)物的無機(jī)化程度； 根據(jù)微生物生理生化指標(biāo) 主要有：ATP測(cè)試法、脫氫酶測(cè)試法、細(xì)菌標(biāo)準(zhǔn)平板計(jì)數(shù)測(cè)試法等 試驗(yàn)結(jié)果可靠，但測(cè)試程序較為復(fù)雜。 影響有機(jī)物生物降解性能的因素： 1） 與化學(xué)物質(zhì)的種類性質(zhì)有關(guān)的因素（化學(xué)組成、理化性質(zhì)、濃度、與它種基質(zhì)的共存）； 2） 與微生物的種類、性質(zhì)有關(guān)的因素（微生物的來源、數(shù)量、種屬間的關(guān)系）； 3） 與有機(jī)物、微生物所處的環(huán)境有關(guān)的因素（pH值、DO、溫度、營(yíng)養(yǎng)物等）。 2.2 懸浮生長(zhǎng)的好氧生物處理工藝 2.2.1 活性污泥法 （Activated Sludge

21、 Process） 2.2.1.1 活性污泥法的基本原理 曝氣池：反應(yīng)主體 二沉池： 1）進(jìn)行泥水分離，保證出水水質(zhì)； 2）保證回流污泥，維持曝氣池內(nèi)一定的污泥濃度。 回流系統(tǒng)： 1）保證曝氣池內(nèi)維持足夠的污泥濃度； 2）通過改變回流比，改變曝氣池的運(yùn)行工況。 剩余污泥： 1）是去除有機(jī)物的途徑之一； 2）維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 供氧系統(tǒng)： 提供足夠的溶解氧 l 活性污泥系統(tǒng)有效運(yùn)行的基本條件是： 1） 廢水中含有足夠的可容性易降解有機(jī)物； 2） 混合液含有足夠的溶解氧； 3） 活性污泥在池內(nèi)呈

22、懸浮狀態(tài)； 4） 活性污泥連續(xù)回流、及時(shí)排除剩余污泥，使混合液保持一定濃度的活性污泥； 5） 沒有對(duì)微生物有毒有害的物質(zhì)流入。 2.2.1.2 活性污泥的性質(zhì)及性能指標(biāo) 1． 物理性能：——“菌膠團(tuán)”——“生物絮凝體” 顏色：褐色、（土）黃色、鐵紅色 氣味：泥土味（城市污水） 比重：略大于1 （1.002~1.006） 粒徑：0.02~0.2 mm 比表面積：20~100cm2/ml 2． 生化性能： a． 活性污泥的含水率： 99.2~99.8% b． 固體物質(zhì)的組成： 有機(jī)物 75—85% 1） 活細(xì)胞（Ma）： 2） 微生物內(nèi)源代謝的殘留物（

23、Me）： 3） 吸附的原廢水中難于生物降解的有機(jī)物（Mi）： 4） 無機(jī)物質(zhì)（Mii）： 3．活性污泥中的微生物： A．細(xì)菌： 是活性污泥凈化功能最活躍的成分 主要菌種有： 動(dòng)膠桿菌屬、假單胞菌屬、微球菌屬、黃桿菌屬、芽胞桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、無色桿菌屬等 特征： 1）多屬好氧和兼性異養(yǎng)型的原核細(xì)菌； 2）在有氧條件下，具有較強(qiáng)的分解有機(jī)物的功能； 3）具有較高的增殖速率，其世代時(shí)間為20~30分鐘； 4）其中的動(dòng)膠桿菌具有將大量細(xì)菌結(jié)成為“菌膠團(tuán)”的功能。 B.其它微生物------原生動(dòng)物----在活性污泥中大

24、約為103個(gè)/ml 原生動(dòng)物在活性污泥反應(yīng)過程中數(shù)量和種類的增長(zhǎng)與遞變的模式 l 活性污泥系統(tǒng)啟動(dòng)初期，游離細(xì)菌居多，原生動(dòng)物肉足蟲（如變形蟲）——游泳型纖毛蟲（如豆形蟲、草履蟲）。 l 菌膠團(tuán)培育成熟，細(xì)菌多“聚居”在活性污泥上，處理水水質(zhì)良好；原生動(dòng)物以帶柄固著型的纖毛蟲（如鐘蟲、等枝蟲等）為主。 l 原生動(dòng)物能不斷攝食水中的游離細(xì)菌，起到進(jìn)一步凈化水質(zhì)的作用。 l 后生動(dòng)物（主要指輪蟲）在活性污泥中是不經(jīng)常出現(xiàn)的，僅在處理水質(zhì)優(yōu)異的完全氧化型活性污泥系統(tǒng)（如延時(shí)曝氣）中出現(xiàn)，因此，輪蟲出現(xiàn)是水質(zhì)非常穩(wěn)定的標(biāo)志。 4.活性污泥的性能指標(biāo)： （1）混合液懸浮固體濃度（MLSS）

25、（Mixed Liquor Suspended Solids） MLSS = Ma + Me + Mi + Mii 單位： mg/l g/m3 （2）混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）（Mixed Volatile Liquor Suspended Solids） MLVSS = Ma + Me + Mi 在條件一定時(shí)，MLVSS/MLSS是較穩(wěn)定的，對(duì)城市污水，一般是0.75—0.85 （3）污泥沉降比（SV） （Sludge Volume） ——是指將曝氣池中的混合液在量筒中靜置30分鐘，其沉淀污泥與原混合液的體積比，一般以%

26、表示； ——能相對(duì)地反映污泥數(shù)量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期的污泥膨脹； ——正常數(shù)值 20~30% （4）污泥體積指數(shù)（SVI） （Sludge Volume Index） ——曝氣池出口處混合液經(jīng)30分鐘靜沉后，1g干污泥所形成的污泥體積， 單位是 ml/g。 SV（%）10（ml/l） 或 SVI = SVI = SV（ml/l） MLSS（g/l） MLSS（g/l） ——能更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)污泥的凝聚性能和沉降性能， 其值過低，說明泥粒小，密實(shí)，無機(jī)成分多； 其值過高，說明其沉降性能不好，將要或已經(jīng)發(fā)生膨

27、脹現(xiàn)象； ——城市污水的SVI一般為 50~150 ml/g； ——注意：1）對(duì)于工業(yè)廢水，SVI不在上述范圍內(nèi)，有時(shí)也屬正常； 2）對(duì)于高濃度活性污泥系統(tǒng)，即使污泥沉降性能較差，由于MLSS較高，其SVI也不會(huì)很高。 5.關(guān)于活性污泥法運(yùn)行控制中常用的一些參數(shù)： 流量 COD BOD 微生物濃度（MLSS） A Q C i B i X i B、C Q + Qr C B X D Q – Qw

28、 Ce Be Xe E Qw Cr Br Xr F Qr Cr Br Xr 1） 曝氣池的有機(jī)容積負(fù)荷： ; 曝氣池的有機(jī)容積去除負(fù)荷：用Ci – Ce 代替上式中的Ci，用Bi – Be 代替上式中的Bi 2) 曝氣池的有機(jī)污泥負(fù)荷： ; 曝氣池的有機(jī)污泥去除負(fù)荷：用Ci – Ce 代替上式中的Ci，用Bi – Be 代替上式中的Bi 3）曝氣池的水力停留時(shí)間（Hydr

29、aulic Retention Time）： （h） 4）曝氣池的污泥停留時(shí)間（Sludge Retention Time）： SRT =V X /（Qw Xr）（h 或 d） (Xr)max = 10 6 / SVI 2.2.1.3 活性污泥的增長(zhǎng)規(guī)律 1、活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝氣池內(nèi)發(fā)生反應(yīng)、有機(jī)物被降解的必然結(jié)果，而微生物增殖的結(jié)果則是活性污泥的增長(zhǎng)。 2、一般可用活性污泥的增長(zhǎng)曲線來描述: 注意：1

30、)間歇靜態(tài)培養(yǎng)；2)底物是一次投加；3)圖中同時(shí)還表示了有機(jī)底物降解和氧的消耗曲線。 l F/M值: 在溫度適宜、DO充足、且不存在抑制物質(zhì)的條件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取決于微生物與有機(jī)基質(zhì)的相對(duì)數(shù)量，即有機(jī)基質(zhì)(Food)與微生物(Microorganism)的比值，即F/M值。 F/M值也是影響有機(jī)物去除速率、氧利用速率的重要因素。 實(shí)際上，F(xiàn)/M值就是以BOD5表示的進(jìn)水污泥負(fù)荷()，即： 注：此處的Xv即Xi，也就是進(jìn)水的MLSS 3、一般來說，可將增長(zhǎng)曲線分為以下四個(gè)時(shí)期： （1）適應(yīng)期；(2)對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期；(3)減速增長(zhǎng)期

31、；(4)內(nèi)源呼吸期。 l 適應(yīng)期: (1) 是活性污泥微生物對(duì)于新的環(huán)境條件、污水中有機(jī)物污染物的種類等的一個(gè)短暫的適應(yīng)過程； (2) 經(jīng)過適應(yīng)期后，微生物從數(shù)量上可能沒有增殖，但發(fā)生了一些質(zhì)的變化：a.菌體體積有所增大；b.酶系統(tǒng)也已做了相應(yīng)調(diào)整；c.產(chǎn)生了一些適應(yīng)新環(huán)境的變異；等等。 (3) BOD5、COD等各項(xiàng)污染指標(biāo)可能并無較大變化。 l 對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期： F/M值高(>2.2)，所以有機(jī)底物非常豐富，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不是微生物增殖的控制因素； (1) 微生物的增長(zhǎng)速率與基質(zhì)濃度無關(guān)，呈零級(jí)反應(yīng)，它僅由微生物本身所特有的最小世代時(shí)間所控制，即只受微生物自身的生理機(jī)能的限制； (

32、2) 微生物以最高速率對(duì)有機(jī)物進(jìn)行攝取，也以最高速率增殖，而合成新細(xì)胞； (3) 此時(shí)的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活動(dòng)能力很強(qiáng)，導(dǎo)致污泥質(zhì)地松散，不能形成較好的絮凝體，污泥的沉淀性能不佳； (4) 活性污泥的代謝速率極高，需氧量大； (5) 一般不采用此階段作為運(yùn)行工況，但也有采用的，如高負(fù)荷活性污泥法。 l 減速增長(zhǎng)期: (1) F/M值下降到一定水平后，有機(jī)底物的濃度成為微生物增殖的控制因素； (2) 微生物的增殖速率與殘存的有機(jī)底物呈正比，為一級(jí)反應(yīng)； (3) 有機(jī)底物的降解速率也開始下降； (4) 微生物的增殖速率在逐漸下降，直至在本期的最后階段下降為零，

33、但微生物的量還在增長(zhǎng)； (5) 活性污泥的能量水平已下降，絮凝體開始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均較好； (6) 由于殘存的有機(jī)物濃度較低，出水水質(zhì)有較大改善，并且整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定； (7) 一般來說，大多數(shù)活性污泥處理廠是將曝氣池的運(yùn)行工況控制在這一范圍內(nèi)的。 l 內(nèi)源呼吸期: （1）內(nèi)源呼吸的速率在本期之初首次超過了合成速率，因此從整體上來說，活性污泥的量在減少，最終所有的活細(xì)胞將消亡，而僅殘留下內(nèi)源呼吸的殘留物，而這些物質(zhì)多是難于降解的細(xì)胞壁等； （2）污泥的無機(jī)化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較差；有機(jī)物基本消耗殆盡，處理水質(zhì)良好； （3）一般不采用這一階段作

34、為運(yùn)行工況，但也有采用，如延時(shí)曝氣法。 4、活性污泥增殖規(guī)律的應(yīng)用： (1) 活性污泥的增殖狀況，主要是由F/M值所控制； (2) 處于不同增長(zhǎng)期的活性污泥，其性能不同，處理出水的水質(zhì)也不同； (3) 可以通過調(diào)整F/M值，來調(diào)控曝氣池的運(yùn)行工況，以達(dá)到所要求的出水水質(zhì)和活性污泥的良好性能； (4) 推流式： 一段線段； 完全混合式： 一個(gè)點(diǎn) 5、有機(jī)物降解與微生物增殖： 活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化(內(nèi)源呼吸)兩項(xiàng)作用的綜合結(jié)果，所以，微生物的凈增殖速率為： 式中：——活性污泥微生物的凈增殖速率（）；

35、 ——活性污泥微生物的合成速率； ——降解每所產(chǎn)生的值，即產(chǎn)率系數(shù)（）； ——活性污泥微生物自身氧化速率； ——每每日自身氧化的數(shù)，即自身氧化系數(shù)（）； ——。 因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式: 積分后，得出活性污泥微生物在曝氣池內(nèi)每日得凈增長(zhǎng)量為: 式中: 每日污泥增長(zhǎng)量(),； ； ——每日處理廢水量()； ——進(jìn)水濃度(或)； ——出水濃度(或)。 l 的經(jīng)驗(yàn)值： (1

36、) 對(duì)于生活污水活與之性質(zhì)相近的工業(yè)廢水，，； (2) 幾種工業(yè)廢水的值: 廢水 合成纖維廢水 0.38 0.10 含酚廢水 0.55 0.13 制漿與造紙廢水 0.76 0.016 制藥廢水 0.77 釀造廢水 0.93 亞硫酸漿粕廢水 0.55 0.13 l 通過小試求得： 將上式改寫為: 6、有機(jī)物降解與需氧: 微生物的代謝需要氧：(1)需要將一部分有機(jī)物氧化分解； (2)也需要對(duì)自身細(xì)胞的一部分物質(zhì)進(jìn)行自身氧化。 需氧量: 式中——曝氣池混

37、合液的需氧量，； ——代謝每所需的氧量，； ——每每天進(jìn)行自身氧化所需的氧量，。 上式可改寫成: 或 其中: ——單位重量污泥的需氧量，； ——去除每的需氧量，。 l 值的確定: (1) 活性污泥法處理城市污水時(shí)的和值: 運(yùn)行方式 DO2 a’ b’ 完全混合式 0.7~1.1 0.42 0.11 生物吸附法 0.7~1.1 傳統(tǒng)曝氣法 0.8~1.1 延時(shí)曝氣法 1.4~1.8 0.53 0.1

38、88 (2)幾種工業(yè)廢水的值: 廢水 a’ b’ 石油化工廢水 0.75 0.16 合成纖維廢水 0.55 0.142 含酚廢水 0.56 制漿與造紙廢水 0.38 0.092 制藥廢水 0.35 0.354 釀造廢水 0.93 漂染廢水 0.5~0.6 0.065 煉油廢水 0.55 0.12 亞硫酸漿粕廢水 0.40 0.185 (3)試驗(yàn)法:將上述方程式改寫成: 7、活性污泥凈化反應(yīng)過程: BOD 吸附 降解 曝氣過程 在活性污泥處理系統(tǒng)中，有機(jī)底物從廢水中被去除的實(shí)質(zhì)就是有機(jī)底物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被活性污泥

39、微生物攝取、代謝與利用的過程，這一過程的結(jié)果是污水得到了凈化，微生物獲得了能量而合成新的細(xì)胞，活性污泥得到了增長(zhǎng)。 一般將這整個(gè)凈化反應(yīng)過程分為三個(gè)階段：初期吸附；微生物代謝；活性污泥的凝聚、沉淀與濃縮 初期吸附: 在活性污泥系統(tǒng)內(nèi)，在污水開始與活性污泥接觸后的較短時(shí)間(10~30min)內(nèi)，由于活性污泥具有很大的表面積因而具有很強(qiáng)的吸附能力，因此在這很短的時(shí)間內(nèi)，就能夠去除廢水中大量的呈懸浮和膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物，使廢水的BOD5值(或COD值)大幅度下降。但這并不是真正的降解，隨著時(shí)間的推移，混合液的BOD5值會(huì)回升（由于胞外水解酶將吸附的非溶解狀態(tài)的有機(jī)物水解成為溶解

40、性小分子后，部分有機(jī)物又進(jìn)入污水中使BOD值上升。此時(shí)，活性污泥微生物進(jìn)入營(yíng)養(yǎng)過剩的對(duì)數(shù)增殖期，能量水平很高，微生物處于分散狀態(tài)，污水中存活著大量的游離細(xì)菌，也進(jìn)一步促使BOD值上升 ），再之后，BOD5值才會(huì)逐漸下降（活性污泥微生物進(jìn)入減速增殖期和內(nèi)源呼吸期，BOD值又行緩慢下降）。 活性污泥吸附作用的大小與很多因素有關(guān):1）廢水的性質(zhì)、特性：對(duì)于含有較高濃度呈懸浮或膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物的廢水，具有較好的效果；2)活性污泥的狀態(tài)：在吸附飽和后應(yīng)給以充分的再生曝氣，使其吸附功能得到恢復(fù)和增強(qiáng)，一般應(yīng)使活性污泥微生物進(jìn)入內(nèi)源代謝期。 2.2.1.4 活性污泥系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式 迄今為止，

41、在活性污泥法工程領(lǐng)域，應(yīng)用著多種各具特色的運(yùn)行方式。主要有以下幾種： （一）傳統(tǒng)活性污泥法： 1)主要優(yōu)點(diǎn)：a.處理效果好：BOD5的去除率可達(dá)90-95%；b.對(duì)廢水的處理程度比較靈活，可根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。2)主要問題：a.為了避免池首端形成厭氧狀態(tài)，不宜采用過高的有機(jī)負(fù)荷，因而池容較大，占地面積較大；b.在池末端可能出現(xiàn)供氧速率高于需氧速率的現(xiàn)象，會(huì)浪費(fèi)了動(dòng)力費(fèi)用；c.對(duì)沖擊負(fù)荷的適應(yīng)性較弱。 （二）完全混合活性污泥法 1）主要特點(diǎn)：a.可以方便地通過對(duì)F/M的調(diào)節(jié)，使反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物降解反應(yīng)控制在最佳狀態(tài)；b.進(jìn)水一進(jìn)入曝氣池，就立即被大量混合液所稀釋，所以對(duì)沖擊負(fù)荷有一定的抵抗

42、能力；c.適合于處理較高濃度的有機(jī)工業(yè)廢水。d.問題：微生物對(duì)有機(jī)物的降解動(dòng)力低，易產(chǎn)生污泥膨脹；處理水水質(zhì)較差。 2）主要結(jié)構(gòu)形式：a.合建式（曝氣沉淀池）：b.分建式 （三）階段曝氣活性污泥法——又稱分段進(jìn)水活性污泥法或多點(diǎn)進(jìn)水活性污泥法 工藝流程主要特點(diǎn)：a.廢水沿池長(zhǎng)分段注入曝氣池，有機(jī)物負(fù)荷分布較均衡，改善了供養(yǎng)速率與需氧速率間的矛盾，有利于降低能耗；b.廢水分段注入，提高了曝氣池對(duì)沖擊負(fù)荷的適應(yīng)能力。c.混合液中的活性污泥濃度沿池長(zhǎng)逐步降低，出流混合液的污泥較低，減輕二次沉淀池的負(fù)荷，有利于提高二次沉淀池固、液分離效果。 （四）吸附再生活性污泥法——又稱生物吸附法或

43、接觸穩(wěn)定法。 主要特點(diǎn)是將活性污泥法對(duì)有機(jī)污染物降解的兩個(gè)過程——吸附、代謝穩(wěn)定，分別在各自的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。1)主要優(yōu)點(diǎn)：a.廢水與活性污泥在吸附池的接觸時(shí)間較短，吸附池容積較小，再生池接納的僅是濃度較高的回流污泥，因此，再生池的容積也是小的。吸附池與再生池容積只和仍低于傳統(tǒng)法曝氣池的容積，建筑費(fèi)用較低；b.具有一定的承受沖擊負(fù)荷的能力，當(dāng)吸附池的活性污泥遭到破壞時(shí)，可由再生池的污泥予以補(bǔ)充。2)主要缺點(diǎn)：對(duì)廢水的處理效果低于傳統(tǒng)法；對(duì)溶解性有機(jī)物含量較高的廢水，處理效果更差。 （五）延時(shí)曝氣活性污泥法——完全氧化活性污泥法 1)主要特點(diǎn)：a.有機(jī)負(fù)荷率非常低，污泥持續(xù)處于內(nèi)源代謝狀態(tài)，

44、剩余污泥少且穩(wěn)定，勿需再進(jìn)行處理；b.處理出水出水水質(zhì)穩(wěn)定性較好，對(duì)廢水沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性；c.在某些情況下，可以不設(shè)初次沉淀池。2)主要缺點(diǎn)：池容大、曝氣時(shí)間長(zhǎng)，建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都較高，而且占地大；一般適用于處理水質(zhì)要求高的小型城鎮(zhèn)污水和工業(yè)污水，水量一般在1000m3/d以下。 （六）高負(fù)荷活性污泥法——又稱短時(shí)曝氣法或不完全曝氣活性污泥法 主要特點(diǎn)：有機(jī)負(fù)荷率高，曝氣時(shí)間短，對(duì)廢水的處理效果較低；在系統(tǒng)和曝氣池的構(gòu)造等方面與傳統(tǒng)法相同。 （七）純氧曝氣活性污泥法 主要特點(diǎn)：a.純氧中氧的分壓比空氣約高5倍，純氧曝氣可大大提高氧的轉(zhuǎn)移效率；b.氧的轉(zhuǎn)移率可提高到80-90%，

45、而一般的鼓風(fēng)曝氣僅為10%左右；c.可使曝氣池內(nèi)活性污泥濃度高達(dá)4000~7000mg/l，能夠大大提高曝氣池的容積負(fù)荷；d.剩余污泥產(chǎn)量少，SVI值也低，一般無污泥膨脹之慮。 （八）淺層低壓曝氣法——又稱Inka曝氣法 1)理論基礎(chǔ)：只有在氣泡形成和破碎的瞬間，氧的轉(zhuǎn)移率最高，因此，沒有必要延長(zhǎng)氣泡在水中的上升距離；2)其曝氣裝置一般安裝在水下0.8~0.9米處，因此可以采用風(fēng)壓在1米以下的低壓風(fēng)機(jī)，動(dòng)力效率較高，可達(dá)1.80~2.60kgO2/kw.h；3)其氧轉(zhuǎn)移率較低，一般只有2.5%；4)池中設(shè)有導(dǎo)流板，可使混合液呈循環(huán)流動(dòng)狀態(tài)。 （九）深水曝氣活性污泥法 1)主要特點(diǎn)：a.

46、曝氣池水深在7~8m以上，b.由于水壓較大，氧的轉(zhuǎn)移率可以提高，相應(yīng)也能加快有機(jī)物的降解速率；c.占地面積較小。2)一般有兩種形式：a.深水中層曝氣法（空氣擴(kuò)散裝置設(shè)在深4m左右處）； b.深水深層曝氣法（空氣擴(kuò)散裝置仍設(shè)于池底部）。 （十）深井曝氣活性污泥法——又稱超深水曝氣法 1)工藝流程：一般平面呈圓形，直徑約介于1~6m，深度一般為50~150m。2)主要特點(diǎn)：a.氧轉(zhuǎn)移率高，約為常規(guī)法的10倍以上；b.動(dòng)力效率高，占地少，易于維護(hù)運(yùn)行；c.耐沖擊負(fù)荷，產(chǎn)泥量少；d.一般可以不建初次沉淀池；e.但受地質(zhì)條件的限制。 各種活性污泥法的設(shè)計(jì)參數(shù)(處理城市污

47、水,僅為參考值) 設(shè)計(jì)參數(shù) 傳統(tǒng)活性污泥法 完全混合活性污泥法 階段曝氣活性污泥法 BOD5—SS負(fù)荷(kgBOD5/kgMLSS.d) 0.2~0.4 0.2~0.6 0.2~0.4 容積負(fù)荷(kgBOD5/m3.d) 0.3~0.6 08~2.0 0.6~1.0 污泥齡(d) 5~15 5~15 5~15 MLSS(mg/l) 1500~3000 3000~6000 2000~3500 MLVSS(mg/l) 1200~2400 2400~4800 1600~2800 回流比(%) 25~50 25~100 25~75 曝氣時(shí)間HR

48、T(h) 4~8 3~5 3~8 BOD5去除率(%) 85~95 85~90 85~90 設(shè)計(jì)參數(shù) 吸附再生活性污泥法 延時(shí)曝氣活性污泥法 高負(fù)荷活性污泥法 BOD5—SS負(fù)荷(kgBOD5/kgMLSS.d) 0.2~0.6 0.05~0.15 1.5~5.0 容積負(fù)荷(kgBOD5/m3.d) 1.0~1.2 0.1~0.4 1.2~2.4 污泥齡(d) 5~15 20~30 0.25~2.5 MLSS(mg/l) 吸附池1000~3000 再生池4000~10000 3000~6000 200~500 MLVSS(mg/l)

49、吸附池800~2400 再生池3200~8000 2400~4800 160~400 回流比(%) 25~100 75~100 5~15 曝氣時(shí)間HRT(h) 吸附池0.5~1.0 再生池3~6 18~48 1.5~3.0 BOD5去除率(%) 80~90 95 60~75 設(shè)計(jì)參數(shù) 純氧曝氣活性污泥法 深井曝氣活性污泥法 BOD5—SS負(fù)荷(kgBOD5/kgMLSS.d) 0.4~1.0 1.0~1.2 容積負(fù)荷(kgBOD5/m3.d) 2.0~3.2 3.0~3.6 污泥齡(d) 5~15 5 MLSS(mg/l) 6000~

50、10000 3000~5000 MLVSS(mg/l) 4000~6500 2400~4000 回流比(%) 25~50 40~80 曝氣時(shí)間HRT(h) 1.5~3.0 1.0~2.0 溶解氧濃度DO(mg/l) 6~10 SVI(ml/g) 30~50 BOD5去除率(%) 75~95 85~90 2.2.1.5 活性污泥系統(tǒng)的曝氣 一、曝氣池的型式與構(gòu)造 (一)曝氣池的分類：根據(jù)混合液在曝氣池內(nèi)的流態(tài)，可分為推流式、完全混合式和循環(huán)混合式三種；根據(jù)曝氣方式，可分為鼓風(fēng)曝氣池、機(jī)械曝氣池以及二者聯(lián)合使用的機(jī)械鼓風(fēng)曝氣池；根據(jù)曝氣池的形狀，可

51、分為長(zhǎng)方廊道形、圓形、方形以及環(huán)狀跑道形等四種；根據(jù)曝氣池與二沉池之間的關(guān)系，可分為合建式（即曝氣沉淀池）和分建式兩種。 (二)曝氣池的流態(tài)——推流式、完全混合式、循環(huán)混合式 1、推流式曝氣池 2、完全混合式曝氣池 3、循環(huán)混合式曝氣池：氧化溝 (三)曝氣池的構(gòu)造 曝氣池在構(gòu)造上應(yīng)滿足曝氣充氧、混合的要求，因此，曝氣池的構(gòu)造首先取決于曝氣方式和所采用的曝氣裝置。 二、曝氣的原理、方法及設(shè)備 (一)曝氣的原理 1.曝氣的作用：?充氧：向活性污泥微生物提供足夠的溶解氧，以滿足其在代謝過程中所需的氧量。?攪動(dòng)混合：使活性污泥在曝氣池內(nèi)處于劇烈攪動(dòng)的懸浮狀態(tài)能夠與廢水充分接觸

52、。 2.氧轉(zhuǎn)移的理論基礎(chǔ)： 雙膜理論模型的示意圖：(或稱氧轉(zhuǎn)移模式圖（雙膜理論）) 邊界層 紊流 紊流 層流 層流 yg yi CL Ci Pi Pg 液膜 氣膜 氣相主體 液相主體 （1） 式中：——氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)，h-1，此值表示在曝氣過程中氧的總傳遞性，當(dāng)傳遞過程中阻力大，則值低，反之則值高。的倒數(shù)1/KLa的單位為（h），它所表示的是曝氣池中溶解氧濃度從提高到Cs所需要的時(shí)間。為了提高dC/dt值，可以從兩方面考慮：①提高值——加強(qiáng)液相主體的紊流程度，降低液膜厚度，加速氣、液界面的更新，增大氣、液接觸面積等。②提高Cs值——提高氣相中的

53、氧分壓，如采用純氧曝氣、深井曝氣等。 氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（）的求定：氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（）是計(jì)算氧轉(zhuǎn)移速率的基本參數(shù)，一般通過試驗(yàn)求得。 將式（1）整理，得： （2），積分后得： （3），換成的以10為底，則 (4)，式中：C0——當(dāng)t=0時(shí)，液體主體中的溶解氧濃度(mg/l)；Ct——當(dāng)t=t時(shí)，液體主體中的溶解濃度(mg/l)；Cs——是在實(shí)際水溫、當(dāng)?shù)貧鈮合氯芙庋踉谝合嘀黧w中飽和濃度(mg/l)。由式（4）可見與t之間存在著直線關(guān)系，直線的斜率即為KLa/2.3。 測(cè)定值的方法與步驟如下：?向受試清水中投加Na2SO3和CoCl2，以脫除水中的氧；?當(dāng)水中溶解

54、氧完全脫除后，開始曝氣充氧，一般每隔10分鐘取樣一次，取6~10次，測(cè)定水樣的溶解氧；?計(jì)算值，繪制與t之間的關(guān)系曲線，直線的斜率即為KLa/2.3。 3.氧轉(zhuǎn)移速率的影響因素： 標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速率——指脫氧清水在20C和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下測(cè)得的氧轉(zhuǎn)移速率，一般以R0表示（kgO2/h）； 實(shí)際氧轉(zhuǎn)移速率——以城市廢水或工業(yè)廢水為對(duì)象，按當(dāng)?shù)貙?shí)際情況（指水溫、氣壓等）進(jìn)行測(cè)定，所得到的為實(shí)際氧轉(zhuǎn)移速率，以R表示，單位為kgO2/h。 影響氧轉(zhuǎn)移速率的主要因素：——廢水水質(zhì)、水溫、氣壓等 a. 水質(zhì)對(duì)氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLa）值的影響：廢水中的污染物質(zhì)將增加氧分子轉(zhuǎn)移的阻力，使K

55、La值降低；為此引入系數(shù)a，對(duì)KLa值進(jìn)行修正： 式中 KLaw——廢水中的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；a值可以通過試驗(yàn)確定，一般a = 0.8~0.85 b. 水質(zhì)對(duì)飽和溶解氧濃度（Cs）的影響：廢水中含有的鹽分將使其飽溶解氧濃度降低，對(duì)此，以系數(shù)b加以修正：，式中Csw——廢水的飽和溶解氧濃度，mg/l；b值一般介于0.9~0.97之間。 c.水溫對(duì)氧總轉(zhuǎn)移系（KLa）的影響：水溫升高，液體的粘滯度會(huì)降低，有利于氧分子的轉(zhuǎn)移，因此KLa值將提高；水溫降低，則相反。溫度對(duì)KLa值的影響以下式表示： 式中 KLa（T）和KLa（20）——分別為水溫TC和20C時(shí)的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；T——設(shè)計(jì)水

56、溫 C； d.水溫對(duì)水的飽和溶解氧化濃度（Cs）的影響：水溫升高，Cs值就會(huì)下降，在不同溫度下，蒸餾水中的飽和溶解氧濃度可以從表中查出。 e．壓力對(duì)水中飽和溶解氧濃度（Cs）值的影響：壓力增高，Cs值提高，Cs值與壓力(P)之間存在著如下關(guān)系： ， 其中 ，對(duì)于鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，曝氣裝置是被安裝在水面以下，其Cs值以擴(kuò)散裝置出口和混合液表面兩處飽和溶解氧濃度的平均值Csm計(jì)算，如下所示：， 式中Ot——從曝氣池逸出氣體中含氧量的百分率，%； 其中EA——氧利用率，%，一般在6%~12%之間；Pb——安裝曝氣裝置處的絕對(duì)壓力，可以按下式計(jì)算：，P——曝氣池水面的大氣壓力，P＝1.01310

57、5 Pa；H——曝氣裝置距水面的距離，m。 4. 氧轉(zhuǎn)移速率與供氣量的計(jì)算： A．氧轉(zhuǎn)移速率的計(jì)算： 標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速度（R0）為： ，式中 CL——水中的溶解氧濃度，對(duì)于脫氧清水CL=0; V——曝氣池的體積，（m3）；為求得水溫為T，壓力為P條件下的廢水中的實(shí)際氧轉(zhuǎn)移速率（R），則需對(duì)上式加以修正，需引入各項(xiàng)修正系數(shù)，即：，因此，R0/R為： ，一般來說：R0/R = 1.33~1.61。 將上式重寫： (24)，式中CL——曝氣池混合液中的溶解氧濃度，一般按2mg/l來考慮。 B.氧轉(zhuǎn)移效率與供氣量的計(jì)算： ?氧轉(zhuǎn)移效率：，式中 EA——氧轉(zhuǎn)移效率，一般的百

58、分比表示；OC——供氧量，kgO2/h；，21%——氧在容氣中的占的百分比； 1.331——20C時(shí)氧的容重，kg/m3；Gs ——供氧量，m3/h。 ?供氣量Gs： （27） 對(duì)于鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，各種曝氣裝置的EA值是制造廠家通過清水試驗(yàn)測(cè)出的，隨產(chǎn)品向用戶提供； 對(duì)于機(jī)械曝氣系統(tǒng)，先求出的R0值，又稱為充氧能力，廠家也會(huì)向用戶提供其設(shè)備的R0值。 ?需氧量：活性污泥系統(tǒng)中的供氧速率與耗氧速率應(yīng)保持平衡，因此，曝氣池混合液的需氧量應(yīng)等于供氧量。需氧量是可以根據(jù)下式求得： (28) 5．曝氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般程序： A.

59、鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)：?求風(fēng)量即供氣量： 由式(28)求得需氧速率O2 根據(jù)供氧速率 =需氧速率，則有：R=O2，根據(jù)式（24）求得標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速率R0：，根據(jù)式（27）求得供氣量（m3/d） Gs’ (m3/min)；?求要求的風(fēng)壓（風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓）：根據(jù)管路系統(tǒng)的沿程阻力、局部阻力、靜水壓力再加上一定的余量，得到所要求的最小風(fēng)壓。?根據(jù)風(fēng)量與風(fēng)壓選擇合適的風(fēng)機(jī)。 B.機(jī)械曝氣系統(tǒng)：充氧能力R0的計(jì)算：根據(jù)式（28）求得需氧量O2；R=O2；，進(jìn)而根據(jù)R0值選配合適的機(jī)械曝氣設(shè)備。 (二)曝氣方法與設(shè)備 1．曝氣裝置的分類：曝氣裝置，又稱為空氣擴(kuò)散裝置，是活性污泥處理系統(tǒng)的重要設(shè)備，按曝

60、氣方式可以將其分為鼓風(fēng)曝氣裝置和表面曝氣裝置兩種。 技術(shù)性能指標(biāo)：動(dòng)力效率（Ep）：每消耗1度電轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量（kgO2/kw.h）；氧的利用率（EA）：又稱氧轉(zhuǎn)移效率，是指通過鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧量的百分比（%）；充氧能力（R0）：通過表面機(jī)械曝氣裝置在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量（kgO2/h）。 2．鼓風(fēng)曝氣裝置：鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)、空氣輸送管道以及曝氣裝置所組成。鼓風(fēng)曝氣裝置可分為：（微）小氣泡型、中氣泡型、大氣泡型、水力剪切型、水力沖擊型等 a. （微）小氣泡型曝氣裝置：由微孔透氣材料（陶土、氧化鋁、氧化硅或尼龍等）制成的擴(kuò)散板、擴(kuò)散盤和擴(kuò)散管等；

61、氣泡直徑在2mm以下（氣泡在200mm以下者，為微孔）；氧的利用率較高，EA=15~25%，動(dòng)力效率在2 kgO2/kw.h以上；缺點(diǎn)：易堵塞，空氣需經(jīng)過濾處理凈化，擴(kuò)散阻力大。 b.中氣泡型曝氣裝置：氣泡直徑為2~6mm。①穿孔管：②新型中氣泡型曝氣裝置： c.水力剪切型空氣擴(kuò)散裝置：利用裝置本身的構(gòu)造特點(diǎn)，產(chǎn)生水力剪切作用，將大氣泡切割成小氣泡，增加氣液接觸面積，達(dá)到提高效率的目的。②固定螺旋曝氣器 d.水力沖擊型曝氣器：射流曝氣：分為自吸式和供氣式——自吸式射流曝氣器由壓力管、噴嘴、吸氣管、混合室和出水管等組成；EA = 20%；噪音小，無需鼓風(fēng)機(jī)房；一般適用于小規(guī)模污水廠。

62、3．機(jī)械曝氣裝置，又稱表面曝氣裝置 a. 曝氣的原理：①水躍——曝氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，表面的混合液不斷地從周邊被拋向四周，形成水躍，液面被強(qiáng)烈攪動(dòng)而卷入空氣；②提升——曝氣機(jī)具有提升作用，使混合液連續(xù)地上下循環(huán)流動(dòng)，不斷更新氣液接觸界面，強(qiáng)化氣、液接觸；③負(fù)壓吸氣——曝氣器的轉(zhuǎn)動(dòng)，使其在一定部位形成負(fù)壓區(qū)，而吸入空氣。分類：按轉(zhuǎn)動(dòng)軸的安裝形式，可分為豎軸式和橫軸式兩大類。 豎軸式機(jī)械曝氣裝置：在我國(guó)常用的這類曝氣裝置有：泵型葉輪曝氣器、K型葉輪曝氣器、倒傘型葉輪曝氣器和平板型葉輪曝氣器等四種。 [例題1]某城鎮(zhèn)污水量Q＝10000m3／d，原污水經(jīng)初次沉淀池處理后BOD5值Sa＝ 15

63、0mg/L，要求處理水BOD5值 Se＝1515mg/L，去除率90％，求定鼓風(fēng)曝氣時(shí)的供氣量和采 用機(jī)械曝氣時(shí)所需的充氧量。有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)為： 混合液活性污泥濃度(揮發(fā)性)Xv＝2000mg/L；曝氣池出口處溶解氧濃度 C=2mg/L； 計(jì)算水溫25℃。 有關(guān)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)系數(shù)為：a’＝0.5，b’＝0.1；α=0.85；β=0.95；ρ=1；EA=10％。 經(jīng)計(jì)算曝氣池有效容積V＝3000m3，空氣擴(kuò)散裝置安設(shè)在水下4.5m處。 [解](1)求定需氧量 代入各值 (2)計(jì)算曝氣池內(nèi)平均溶解氧飽和度，按公式 計(jì)算，為此，確定式中各參數(shù)值：

64、 1)求定空氣擴(kuò)散裝置出口處的絕對(duì)壓力 Pb值， 2)求定氣泡離開池表面時(shí)，氧的百分比Ot值， 3)確定計(jì)算水溫20℃和25℃條件下的氧的飽和度、查表得： Cs(20℃)＝9.17mg/L Cs(25℃)=8.4mg/L 代入各值，得： (3)計(jì)算20℃時(shí)脫氧清水的需氧量，按公式 (4)計(jì)算供氣量，按公式 (5)求定采用表面機(jī)械曝氣時(shí)，所需的充氧量。 1)計(jì)算20℃時(shí)脫氧清水的需氧量，按公式代人各值，得： 注意：表面機(jī)械曝氣時(shí)：C sm(T) =C s(T) ，不需要換算

65、。 2）充氧量：充氧量=需氧量 Qos=87.43Kg/h 2.2.1.6 活性污泥法反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用 l 活性污泥法反應(yīng)動(dòng)力學(xué): ——可以定量或半定量地揭示系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)物降解、污泥增長(zhǎng)、耗氧等作用與各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)以及環(huán)境因素之間的關(guān)系； ——它主要包括: (1) 基質(zhì)降解的動(dòng)力學(xué)，涉及基質(zhì)降解與基質(zhì)濃度、生物量等因素的關(guān)系； (2) 微生物增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，涉及微生物增長(zhǎng)與基質(zhì)濃度、生物量、增長(zhǎng)常數(shù)等因素的關(guān)系； (3) 還研究底物降解與生物量增長(zhǎng)、底物降解與需氧、營(yíng)養(yǎng)要求等的關(guān)系。 在建立活性污泥法反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型時(shí),有以下假設(shè): (1) 除特別

66、說明外，都認(rèn)為反應(yīng)器內(nèi)物料是完全混合的，對(duì)于推流式曝氣系統(tǒng)，則是在此基礎(chǔ)上加以修正； (2) 活性污泥系統(tǒng)的運(yùn)行條件絕對(duì)穩(wěn)定； (3) 二次沉淀池內(nèi)無微生物活動(dòng)，也無污泥累積并且水與固體分離良好； (4) 進(jìn)水基質(zhì)均為溶解性的，并且濃度不變，也不含微生物； (5) 系統(tǒng)中不含有毒物質(zhì)和抑制物質(zhì)。 主要介紹： 勞倫斯——麥卡蒂（Lawrence—McCarty）模式 莫諾德（Monod）模式 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式（米—門公式）（Michaelis—Menton） (一)活性污泥反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)——米—門公式與莫諾德模式 A.米—門公式 Michaelis—Menton提出酶的“中間產(chǎn)物”學(xué)說，通過理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出了含單一基質(zhì)單一反應(yīng)的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式，即米—門公式： 式中：——酶促反應(yīng)中產(chǎn)物生成的反應(yīng)速率； ——產(chǎn)物生成的最高速率； ——米氏常數(shù)（又稱飽和常數(shù)，半速常數(shù)）； ——基質(zhì)濃度。 中間產(chǎn)物學(xué)說： vmax v=v