1、4. 活性污泥法 （Activated Sludge Process）,4.1 基本概念4.2 活性污泥法的发展和演变,第一节 基 本 概 念,（一) 活性污泥,活性污泥的概念有机废水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧菌为主体的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，称为活性污泥。活性污泥的特点： 结构疏松，表面积很大，对有机物有着强烈的吸附凝聚和氧化分解能力。在条件适当的时候，活性污泥还具有良好的自身凝聚和沉降性能。,（二)活性污泥的性状,1 生物相观察 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和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥
2、。,（三)活性污泥的评价方法,一组活性污泥图片,曝气池,曝气池出水堰,曝气池混合液配水进入二沉池,按栖息着的微生物分：,活性污泥的组成,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，这种方法既复杂又不准确，而且微生物的含量不断变化。,按McKinney的分析：,MLSS=Ma+Me+Mi+Mii,式中：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。,2 MLSS和MLVSS,是指将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其
3、沉淀污泥与原混合液的体积的比值，一般以%表示；能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀；正常数值 2030%,3 污泥沉降比（SV） （Sludge Volume）,曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所形成的污泥体积， 单位是 ml/g。或,4 污泥体积指数（SVI）（Sludge Volume Index）,污泥体积指数（SVI）（Sludge Volume Index）能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多；其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀现象；城市污水的SVI一般为 5015
4、0 ml/g；注意：a）对于工业废水，SVI不在上述范围内，也属正常；b）对于高浓度活性污泥系统，即使污泥沉降性能较差，由于其MLSS较高，其SVI也不会很高。,例题,在mlss为2800mg/l的曝气池完全混合内取出500ml混合液，静置30分钟后，形成污泥体积100ml,求污泥沉降比和污泥体积指数，并评价污泥沉降性能。,解：,污泥的沉降性能良好，无发生污泥膨胀可能。,(4)活性污泥有机负荷率和污泥龄,i）有机负荷率Ns：单位时间（d）单位质量（Kg）微生物(M)所能接纳（处理）的有机物质量(F).（KgBOD5/KgMlssd）相应有：有机去除负荷率：ii）容积负荷率 Nv：单位容积曝气池
5、内单位时间所能接纳的BOD5量.相应有：容积去除负荷率：,）面积负荷率：每m2反应池表面每日所能接受的BOD5量。 ）水力负荷率:每m2反应池表面每日所能接受的污水量。 )污泥龄(c)曝气池中活性污泥总量与每次排出的污泥量之比, X每日污泥增长量 （排污量）Kg/d,污泥龄：曝气池内生物反应的结果是有机物不断降解去除，而活性污泥不断增长。为了使处理系统中的活性污泥不至于累积起来，保证曝气池内的反应处于稳定状态，必须每天从曝气池排出一定量的污泥，以便保持量的平衡。 用来表示曝气池内活性污泥总量与每日排放的污泥量之比的参数，即称之为“污泥龄”，也即活性污泥在曝气池内的停留时间，或曝气池中活性污泥全
6、部更新一次所需的时间 ，用”c”表示，单位：“d”。 X每日污泥增长量 （排泥量）Kg/d*污泥龄是活性污泥处理系统设计与运行中的重要参数，又被称为“生物固体平均停留时间”,曝气池每日处理污水量7000立方米。已知入流BOD浓度320mg/l，日污泥增长量550kg/d，污泥有机负荷率为0.5 KgBOD5/KgMlssd ，求曝气池污泥龄。,例 题,曝气池每日处理污水量7000立方米。已知入流BOD浓度320mg/l，日污泥增长量550kg/d，污泥有机负荷率为0.5 KgBOD5/KgMlssd ，求曝气池污泥龄。解：,例 题,曝气池每日处理污水量7000立方米。已知入流BOD浓度320m
7、g/l，日污泥增长量550kg/d，BOD污泥负荷率为0.5，求曝气池污泥龄。解：答：曝气池污泥龄为8天。,二活性污泥法的基本流程,活性污泥法的主要构成,曝气池：反应、供氧、搅拌混合。二沉池： 进行泥水分离，保证出水水质； 浓缩回流污泥。回流系统: 保证曝气池内维持足够的污泥浓度； 通过改变回流比，改变曝气池的运行工况剩余污泥: 是去除有机物的途径之一； 维持系统的稳定运行。供氧系统：提供足够的溶解氧。,三 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黏性物质，导致污水中
8、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。,活性污泥降解污水中有机物的过程,污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线,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：,废水中的有机物,残留在废水中的有机物,从废水中去除的有机物,微生物不能利用的有机物,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,微生物不能利用的有机物,微生物已利用的有机物（氧化和合成）,（吸附量）,增殖的微生物体,氧化产物,曲线反映污水中有机物的去除规律； 曲线反映活性污泥利用有机物的规律； 曲线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： 污水中有机物的去除
9、在较短时间( 图中是5h左右)内就基本完成了(见曲线)； 污水中的有机物先是转移到(吸附)污泥上(见曲线),然后逐渐为微生物所利用(见曲线)； 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)； 微生物利用有机物的过程比较缓慢(见曲线)。,4.2 活性污泥法的发展和演变,1.推流式曝气池始于1920年，一直应用普遍，多采用鼓风曝气；长宽比一般：510，池长可多折；横断面宽深比：12，有效水深一般：46；断面水流可分为：平移推流和旋转推流。（p107）,一.活性污泥法曝气反应池的基本形式,旋转推流式,2. 完全混合式曝气池形状有圆形、方形或矩形；表面曝气和鼓风曝气均可；曝气
10、池内各点的浓度、需氧速率均相等；有较强的耐冲击负荷能力。 （p108）,一.活性污泥法曝气反应池的基本形式,3. 封闭循环式反应池结合了推流和完全混合两种流态的特点；污水停留时间一般1024h，属延时曝气；循环流速一般为0.250.35m/s；有较强的耐冲击负荷能力。 （p108）,一.活性污泥法曝气反应池的基本形式,一.活性污泥法曝气反应池的基本形式,4.序批式反应池（SBR）工艺基本运行模式：在同一个反应池中间歇地完成进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程；不需设二沉池，可灵活地调节运行时间和周期。,1.推流式曝气池 （p110）一般采用35个廊道；存在问题：池首浓度高，池尾低，不均匀；
11、进水不易与整个池子的污水混合，易受冲击负荷影响。,二.活性污泥法的发展和演变,1.传统推流式,在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的。实际情况是：前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要。渐减曝气的目的就是合理地布置扩散器，使布气沿程变化，而总的空气量不变，这样可以提高处理效率。,2.渐 减 曝 气法,入流污水在曝气池中分34点进水，均衡氧量；,3.阶段曝气,部分污水厂废水只需部分处理便可达到要求，因此产生了高负荷曝气法。 曝气池中的MLSS约为300500mg/L，曝气时间比较短，约为1.53.0h，处理效率低，BOD5仅约7075%左右，有别于传统的活性污泥法。,4.高
12、负荷曝气（改良曝气）,曝气时间很长，达24h以上，污泥龄长，SRT在2030d，活性污泥处于内源呼吸期，有机负荷非常低，剩余污泥少而稳定；处理过程稳定性高，对进水水质水量变化适应性强，不需要初沉池；适用于污水量较小的场合，近年来，国内小型污水处理系统多有使用。,5.延 时 曝 气,污水在吸附池内停留时间较短（3060分），容积小；再生池仅对回流污泥曝气，池子也较小；直接用于原污水的处理比用于初沉池的出流处理效果好；可省去初沉池；此方法剩余污泥量有所增加；不适合含溶解性有机物较多的污水。,6.吸附再生法 （又名：接触稳定法）,接 触 稳 定 法,混合液曝气过程中第一阶段BOD5的下降是由于吸附作
13、用造成的，对于溶解的有机物，吸附作用不大或没有，因此，把这种方法称为吸附再生法，也叫接触稳定法。混合液的曝气完成了吸附作用，回流污泥的曝气完成稳定作用。,7.完 全 混 合 法,在阶段曝气的基础上，进一步大大增加进水点，同时相应增加回流污泥并使其在曝气池中迅速混合，长条形池子中也能做到完全混合状态。,完全混合的概念,（1）池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，生活环境也基本相同。 （2）入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小，因为骤然增加的负荷可为全池混合液所分担，而不是像推流中仅仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种意义上来讲，是一个大的缓冲器和均和池，在工业污水的处理中有一定优点。
14、（3）池液里各个部分的需氧量比较均匀。,完全混合法的特征,7.完 全 混 合 法,8.深 层 曝 气法,一般曝气池直径约16m，水深约1020m。深井曝气法深度为50150m，节省了用地面积。在深井中可利用空气作为动力，促使液流循环。深井曝气法中，活性污泥经受压力变化较大，实践表明这时微生物的活性和代谢能力并无异常变化，但合成和能量分配有一定的变化。深井曝气池内，气液紊流大，液膜更新快，促使KLa值增大，同时气液接触时间延长，溶解氧的饱和度也由深度的增加而增加。当井壁腐蚀或受损时，污水可能会通过井壁渗透，污染地下水。,深 层 曝 气 法,浅 层 曝 气,特点：气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率是最
15、大的。在水的浅层处用大量空气进行曝气，就可以获得较高的氧传递速率。,1953年派斯维尔（Pasveer）的研究：氧在10静止水中的传递特征，如下图所示。,浅 层 曝 气,扩散器的深度以在水面以下0.60.8m范围为宜，可以节省动力费用，动力效率可达1.82.6kg（O2） / kWh。可以用一般的离心鼓风机。浅层曝气与一般曝气相比，空气量增大，但风压仅为一般曝气的1/41/6左右，约10kPa，故电耗略有下降。曝气池水深一般34m，深宽比1.01.3，气量比3040m3/（m3 H2O.h）。浅层池适用于中小型规模的污水厂。由于布气系统进行维修上的困难，没有得到推广利用。,纯氧代替空气，可以提
16、高生物处理的速度。纯氧曝气池的构造见右图。,纯 氧 曝 气,纯氧曝气的缺点是纯氧发生器容易出现故障，装置复杂，运转管理较麻烦。,在密闭的容器中，溶解氧的饱和度可提高，氧溶解的推动力及氧传递速率也随之被提高，处理效果改善，污泥的沉淀性也较好。 纯氧曝气并没有改变活性污泥或微生物的性质，但使微生物充分发挥了作用。,常规活性污泥法处理氮源含量不足的废水很困难。克劳斯在1955年采用在一单独的再曝气池中，使来自污泥厌氧消化池的上清液和部分回流污泥一起曝气约24h，将氨氮转化为硝酸盐，然后使再曝气液与其余回流污泥混合，送入曝气池进行常规活性污泥处理。 消化池上清液中富有氨氮，可以供应大量碳水化合物代谢所
17、需的氮。 消化池上清液夹带的消化污泥相对密度较大，有改善混合液沉淀性能的功效。,克 劳 斯 法,吸附生物降解工艺（AB法）,A级以高负荷或超高负荷运行，停留时间短，3060min，污泥负荷26kgBOD5/(kgMLSSd) ，泥龄0.30.5d；B级以低负荷运行，停留时间24h，污泥负荷0.10.3kgBOD5/(kgMLSSd) ，泥龄1520d；系统不设初沉池，A级曝气池是一个开放性的生物系统。A、B两级各自有独立的污泥回流系统，两级的污泥互不相混。处理效果稳定，具有抗冲击负荷和抗pH变化的能力，该工艺还可以根据经济实力进行分期建设。,11. 吸附生物降解工艺（AB法）,12.序批式活性
18、污泥法（SBR法）,SBR工艺的基本运行模式由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的。,(1)工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回流设备； (2)耐冲击负荷，在一般情况下（包括工业污水处理）无需设置调节池； (3)反应推动力大,易于得到优于连续流系统的出水水质; (4)运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果； (5)污泥沉淀性能好,SVI值较低,能有效地防止丝状菌膨胀; (6)该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，便于自
19、控运行，易于维护管理。 (7)进、出水不连续，运行控制复杂； (8)不适用于大水量。,序批式活性污泥法（SBR法）,SBR工艺与连续流活性污泥工艺相比的优、缺点,滗水器,SBR进展,序批式活性污泥法(SBR)是由美国Irvine在20世纪70年代初开发的，80年代初出现了连续进水的ICEAS工艺，随之Goranzy教授开发了CASS和CAST工艺，90年代比利时的SEGHERS公司又开发了UNITANK系统，把经典SBR的时间推流与连续系统的空间推流结合了起来。我国也于80年代中期开始对SBR进行研究，目前应用已比较广泛。,周期循环延时曝气活性污泥法(ICEAS),在SBR池内增加了一个生物选
20、择器，实现了连续进水（沉淀期、排水期仍连续进水），间歇排水。设置生物选择器的主要目的是使系统选择出絮凝性细菌 。在ICEAS池进水端增加一个设计合理的生物选择器，可以有效地抑制丝状菌的生长和繁殖，克服污泥膨胀，提高系统的运行稳定性。,ICEAS工艺的模式为：连续进水曝气反应沉淀排水,CASS（CAST）工艺循环式活性污泥法,CASS工艺在结构上为长方形，近似平流沉淀池，长宽比一般为（24）：1；预反应区容积占整个池子的10左右；利用滗水器间歇排水。,CASS工艺运行,废水在预反应区，有机物被吸附去除，高负荷运行；在主反应区，废水低负荷运行，有机物处于降解阶段，同时完成污泥再生；系统运行周期一般
21、为46h,两个池子交替运行，不同时曝气和排水；连续进水，间歇出水，周期循环运行。,新型改良型 SBR 工艺,UNITANK 工艺其主要特征是反应、沉淀一体化 。结构 :三等大池子， 底部连通每个池都设搅拌 和曝气装置两侧池设出水装 置，三池均可进水,运行:交替式运行方式。达到总体连续运行的效果。,改良型 SBR 工艺,优点： 与传统SBR相比较之，有水位恒定，水力负荷稳定，可使用固定出水堰，可降低对管道、阀门、水泵等设备的要求，降低成本。 结构紧凑，减少占地，不设初沉、二沉池及污泥回流，占地仅为传统工艺的1/31/2，减少费用。 连续进水，操作方便，管理人员仅传统工艺的1/41/2。 投资费用
22、仅传统工艺的1/22/3左右。,改良型 SBR 工艺,c. DATIAT反应器：（Demand Aeration -Intermittent Aeration Tank ）结构：两个池为一组三组一系统运行：DAT池始终曝气；IAT池间歇运行；第1小时：曝、沉、出第2小时：沉、出、曝第3小时：出、曝、沉,优点：连续进水，连续曝气，起到了水力均衡作用，稳定。不设初沉、二沉及污泥回流，构筑物极少，占地省，投资省。有脱氮除磷的作用，交替出现好氧、缺氧、厌氧。连续出水，运行管理方便。,*除此以外还有：ICEAS（Intermittent Cycle Extended Aeration）法间歇式循环延时曝
23、气活性污泥法 ；MSBR法等工艺。,MSBR,MSBR不需要设置初沉、二沉池，仍能连续进水、出水，并且水位恒定。采用单池多格形式，大大节省了连接管道，泵及阀门。由于不再间断排水，使池容及设备利用率达到最大。MSBR工艺广泛应用于市政污水及各类工业废水的处理。,50年代荷兰人帕斯维尔 （PASVEER）研制构造特征：平面椭圆形，沟渠状，总长可达几十至上百米，沟深26m；有单池、双池、多池结构，双池以上需设配水井（并联），或串联交替运行，设控制水流方向可调节的装置；流态上：介于完全混合与推流之间。沟内的流态是完全混合的，但在曝气装置下游、溶解氧浓度从高低，甚至出现缺氧段。,氧 化 沟,氧化沟是延时
24、曝气法的一种特殊形式。沟槽中设有表面曝气装置，曝气装置的转动，推动沟内液体迅速流动，具有曝气和搅拌两个作用，沟中混合液流速约为0.250.3m/s，使活性污泥呈悬浮状态。,氧 化 沟,Carrousel 式氧化沟,工艺方面特征：延时曝气， BOD负荷低，对水温、水质、水量的变动有较强的适应性。泥龄可达1530d，为传统活性污泥法36倍，可存活世代时间较长的细菌，有一定硝化、脱氮功能。污泥量低，且多已稳定无需消化处理。可不设初沉池、二沉池等（P161），节省回流装置，称为“一体化氧化沟（合建式）氧化沟”。常用的氧化沟：卡罗塞式，交替式，一体化氧化沟,氧 化 沟,一体化氧化沟：利用固液分离器实现泥
25、水分离和污泥无泵自动回流，效率高；它在工程投资、占地和能耗上具有极大的优势，是适合我国国情的一种污水处理新技术，非常适合中小城市污水处理。,MBR膜生物反应器,MBR是用超滤膜代替二沉池进行泥水分离的污水处理装置，是膜分离技术与活性污泥法的结合；超滤膜孔径一般在0.10.4m,出水常可作为回用水，有很好的应用前景。,容积负荷高、水力停留时间短，占地小；污泥龄较长，剩余污泥量减少；避免了因为丝状菌膨胀或其它问题而影响曝气反应区的MLSS浓度；在低溶解氧浓度运行时，可以同时进行硝化和反硝化，有脱氮除磷功能；出水水质好，甚至致病微生物都可被截留。由于膜组建造价高，所以运行费用高。,MBR工艺的优、缺点,
