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1、第十二章第十二章 活性污泥法活性污泥法第一节第一节 基本概念基本概念第二节第二节 活性污泥法活性污泥法的发展的发展第三节第三节 气体传递原理和曝气设备气体传递原理和曝气设备第四节第四节 去除有机污染物的活性污泥法过程设计去除有机污染物的活性污泥法过程设计第五节第五节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及设计脱氮、除磷活性污泥法工艺及设计第六节第六节 二沉池二沉池第七节第七节 活性污泥法处理系统运行管理活性污泥法处理系统运行管理第一节第一节 基本概念基本概念一、活性污泥一、活性污泥（一）活性污泥的组成（一）活性污泥的组成 有活性的微生物（有活性的微生物（Ma）、微生物自身氧化残留）、微生物自身氧化残留物（
2、物（Me）、吸附的不能降解的有机物（）、吸附的不能降解的有机物（Mi）、无）、无机悬浮固体（机悬浮固体（Mii）。）。（二）活性污泥性状（二）活性污泥性状 粒径粒径2001000m，比表面积，比表面积20100cm2/mL。一般一般呈茶褐色呈茶褐色，略显酸性略显酸性，含水率，含水率99%左右，相左右，相对密度为对密度为1.0021.00；具有；具有凝聚沉降性能和生物凝聚沉降性能和生物活性活性。（三）活性污泥的评价方法（三）活性污泥的评价方法（1）生物相观察：观察污泥中微生物的种）生物相观察：观察污泥中微生物的种类、数量、优势度及代谢情况。类、数量、优势度及代谢情况。（2）混合液悬浮固体浓度（）
3、混合液悬浮固体浓度（MLSS,又称污又称污泥浓度泥浓度）：指曝气池中单位体积混合液中）：指曝气池中单位体积混合液中悬浮固体的质量，包括悬浮固体的质量，包括Ma、Me、Mi、Mii。单位：单位：mg/L或或g/L。混合液挥发性悬浮固体浓度混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）：指混合液悬浮固体中有机物的）：指混合液悬浮固体中有机物的质量，包括质量，包括Ma、Me、Mi。（3）污泥沉降比（）污泥沉降比（SV）:曝气池混合液静曝气池混合液静置置30min后沉淀污泥的体积分数，单位后沉淀污泥的体积分数，单位%。（4）污泥体积指数（）污泥体积指数（SVI）：指曝气池混）：指曝气池混合液沉淀合液沉淀30m
4、in后，每克干污泥形成的湿污后，每克干污泥形成的湿污泥体积，单位泥体积，单位 mL/g。二、活性污泥法基本流程二、活性污泥法基本流程回流污泥回流污泥二次二次沉淀池沉淀池废废水水曝气池曝气池初次初次沉淀池沉淀池出水出水 空气空气剩余活性污泥剩余活性污泥图图12.1 活性污泥法基本流程图活性污泥法基本流程图曝气装置：供氧，使活性污泥与污水充分曝气装置：供氧，使活性污泥与污水充分接触。接触。曝气池：微生物降解有机物的场所。曝气池：微生物降解有机物的场所。二沉池：泥水分离，浓缩活性污泥。二沉池：泥水分离，浓缩活性污泥。污泥回流：保持曝气池中一定的微生物浓污泥回流：保持曝气池中一定的微生物浓度。度。剩余
5、污泥：维持系统的稳定运行。剩余污泥：维持系统的稳定运行。由图由图12.1示：示：三、活性污泥降解污水中有机物过程三、活性污泥降解污水中有机物过程1、吸附阶段、吸附阶段 时间短（时间短（1045min），BOD5去除率高。污水中悬去除率高。污水中悬浮物和胶体的有机物浓度高，浮物和胶体的有机物浓度高，吸附量大。吸附量大。2、稳定阶段稳定阶段 时间长，微生物对吸附的的时间长，微生物对吸附的的有机物氧化分解。有机物氧化分解。BOD5图图12.2 曝气时间曝气时间吸附吸附稳定稳定第二节第二节 活性污泥法的发展活性污泥法的发展一、曝气池的基本形式一、曝气池的基本形式1、推流式曝气池、推流式曝气池 进水进水
6、 初沉初沉池池 初沉污泥初沉污泥曝气池曝气池 出出水水剩余污泥剩余污泥 回流污泥回流污泥二沉池二沉池图图12-3 推流式曝气池工艺流程推流式曝气池工艺流程2、完全混合曝气池、完全混合曝气池进进水水 初沉池初沉池 曝气池曝气池初沉污泥初沉污泥回流活性污泥回流活性污泥剩余污泥剩余污泥出水出水二沉池二沉池图图12-3 完全混合曝气池工艺流程完全混合曝气池工艺流程3、封闭环流式反应池、封闭环流式反应池二沉池二沉池污泥回流污泥回流 出水出水剩余污泥剩余污泥进水进水图图12-4 封闭式环流反应池流程封闭式环流反应池流程具有推流和完全混合反应池的特点具有推流和完全混合反应池的特点4、序批式反应池、序批式反应
7、池流入流入反应反应沉淀沉淀排放排放待机（闲置）待机（闲置）图图 12-4 12-4 序批式反应工艺的操作流程序批式反应工艺的操作流程曝气池和沉淀池合二为一。工作周期由进水、反曝气池和沉淀池合二为一。工作周期由进水、反应、沉淀、排放和闲置组成。应、沉淀、排放和闲置组成。二、活性污泥的发展和演变二、活性污泥的发展和演变1 1、传统推流式、传统推流式特点特点：污染：污染物浓度沿池物浓度沿池长逐渐降低，长逐渐降低，处理效果好处理效果好;耐冲击力差。耐冲击力差。氧利用率不氧利用率不均，能耗较均，能耗较高。高。需氧曲线需氧曲线供氧曲线供氧曲线图图 12-5 12-5 推流式需氧与供氧曲线推流式需氧与供氧曲
8、线供供需需氧氧量量2、渐减曝气法、渐减曝气法供供、需需氧氧速速率率曝气池推流过程曝气池推流过程需氧需氧速率速率供氧速率供氧速率特点特点：供氧沿池长逐渐供氧沿池长逐渐递减，节约能耗递减，节约能耗图图12-612-63、阶段曝气法、阶段曝气法曝气池曝气池 二沉池二沉池进水出水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥图图 12-7 12-7 阶段曝气法示意图阶段曝气法示意图污水沿池长分段进入，使曝气池内供氧需氧平污水沿池长分段进入，使曝气池内供氧需氧平衡衡4、高负荷曝气法、高负荷曝气法又称改良曝气法，其特点是：又称改良曝气法，其特点是：有机物容积负荷或污泥负荷高；有机物容积负荷或污泥负荷高；曝气时间短（曝气
9、时间短（1-3h1-3h）处理效率低，产泥量较多。处理效率低，产泥量较多。适用于对处理水质要求不高的场合。适用于对处理水质要求不高的场合。5、延时曝气法、延时曝气法有机物负荷非常低；有机物负荷非常低；曝气时间长，一般多在曝气时间长，一般多在24h24h以上；以上；剩余污泥少；剩余污泥少；耐冲击负荷；耐冲击负荷；占地面积大，建设、运行费用高。占地面积大，建设、运行费用高。6 6、吸附再生法、吸附再生法进进水水吸附池吸附池再生池再生池二二沉沉池池剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥进水进水再生段再生段 吸附段吸附段二沉池二沉池剩余剩余污泥污泥回流污泥回流污泥分建式分建式 合建式合建式图图 12-8 1
10、2-8 吸附再生活性污泥法系统吸附再生活性污泥法系统吸附池：快速去除有机物；吸附池：快速去除有机物；再生池：使回流污泥恢复活性。再生池：使回流污泥恢复活性。7 7、完全混合法、完全混合法特点：微生物浓度、特点：微生物浓度、污染物浓度在池内污染物浓度在池内均匀分布，需氧速均匀分布，需氧速率均衡；耐冲击负率均衡；耐冲击负荷。荷。进水进水曝气池曝气池二沉池二沉池出水出水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥混合液混合液图图 12-9 12-9 完全混合法处理流程完全混合法处理流程8 8、深层曝气法、深层曝气法图图 12-10 12-10 深层曝气池处理流程及曝气简图深层曝气池处理流程及曝气简图1 1、沉砂
11、池、沉砂池 2 2、深井曝气池、深井曝气池 3 3、脱气塔、脱气塔 4 4、二沉池、二沉池特点：特点：DODO浓度高，污泥浓度高，占地面积少。当井壁腐蚀或浓度高，污泥浓度高，占地面积少。当井壁腐蚀或受损时污水可能污染地下水受损时污水可能污染地下水9 9、纯氧曝气法、纯氧曝气法优点：纯氧代替空气，曝气时间短，处理效果好，优点：纯氧代替空气，曝气时间短，处理效果好，污泥的沉淀性能好，产生的剩余污泥量少污泥的沉淀性能好，产生的剩余污泥量少;缺点：纯氧发生器容易出现故障，装置复杂，运缺点：纯氧发生器容易出现故障，装置复杂，运行管理较麻烦。行管理较麻烦。1010、克劳斯法、克劳斯法1111、吸附、吸附-
12、生物降解工艺（生物降解工艺（ABAB法）法）图图12-11 AB12-11 AB法工艺流程图法工艺流程图由预处理段、由预处理段、A A级、级、B B级三部分组成，不设初级三部分组成，不设初沉池；沉池；A A级由吸附池和中间沉淀池组成，级由吸附池和中间沉淀池组成，B B级由曝级由曝气池及二沉池组成；气池及二沉池组成；A A、B B段各有其污泥回流系统和适应本段水段各有其污泥回流系统和适应本段水质的微生物种群质的微生物种群。1212、序批式活性污泥法（、序批式活性污泥法（SBRSBR）图图 12-12 SBR 12-12 SBR工艺操作流程工艺操作流程特点：工艺系统简单，曝气池兼二沉池功能；特点：
13、工艺系统简单，曝气池兼二沉池功能；耐冲击负荷；运行操作灵活，具有脱氮除磷功耐冲击负荷；运行操作灵活，具有脱氮除磷功能，出水水质好；适合于水量少的场合。能，出水水质好；适合于水量少的场合。13、氧化沟图图 12-13 12-13 氧化沟处理系统氧化沟处理系统特点：由氧化沟、二沉池和污泥回流系统组成。特点：由氧化沟、二沉池和污泥回流系统组成。沟内设有机械曝气和推进装置，具有推流和完全沟内设有机械曝气和推进装置，具有推流和完全混合反应池的特点；可生物脱磷除氮，剩余污泥混合反应池的特点；可生物脱磷除氮，剩余污泥量少量少1414、循环活性污泥工艺（、循环活性污泥工艺（CASTCAST）SBRSBR的一种
14、变形，池体由体积比为的一种变形，池体由体积比为1:2:201:2:20的生物选择区、兼性区和主反应的生物选择区、兼性区和主反应区组成，混合液由第三区回流到第一区。区组成，混合液由第三区回流到第一区。三、污水生物脱氮除磷工艺的发展三、污水生物脱氮除磷工艺的发展2020世纪世纪8080年代以前，污水处理主要以去除有机物年代以前，污水处理主要以去除有机物为主要目的，随着随体富营养化和排放要求的不为主要目的，随着随体富营养化和排放要求的不断提高，很多高效的生物脱氮除磷的污水处理工断提高，很多高效的生物脱氮除磷的污水处理工艺被研发出来。艺被研发出来。生物脱氮过程一般要完成从生物脱氮过程一般要完成从NHN
15、H3 3-N-N氧化为氧化为NONOx x-N-N，及，及将将NOx-NNOx-N还原为还原为N N2 2的过程。的过程。生物除磷过程需要设置厌氧区和好氧区，同时活生物除磷过程需要设置厌氧区和好氧区，同时活性污泥需要不断经过厌氧区磷释放和好氧区磷吸性污泥需要不断经过厌氧区磷释放和好氧区磷吸收，通过排除经过好氧区以后富含磷的污泥使污收，通过排除经过好氧区以后富含磷的污泥使污水中的磷得以有效去除。水中的磷得以有效去除。四、膜生物反应器（四、膜生物反应器（MBRMBR）膜生物反应器（膜生物反应器（SBRSBR）是用超滤膜代替二沉）是用超滤膜代替二沉池进行污泥固液分离的污水处理装置，为池进行污泥固液分
16、离的污水处理装置，为膜分离技术与活性污泥法的有机结合。膜分离技术与活性污泥法的有机结合。优点：优点：容积负荷高、水力停留时间短容积负荷高、水力停留时间短;污泥龄较长，剩余污泥量少；污泥龄较长，剩余污泥量少；污水处理设施占地面积小。污水处理设施占地面积小。第三节第三节 活性污泥法数学模型基础活性污泥法数学模型基础一、建立模型的假设一、建立模型的假设 1 1、曝气池处于完全混合状态；、曝气池处于完全混合状态；2 2、微生物浓度假设为零；、微生物浓度假设为零；3 3、全部可生物降解的底物都处于溶解状态；、全部可生物降解的底物都处于溶解状态；4 4、系统处于稳定状态；、系统处于稳定状态；5 5、二沉池
17、中没有微生物的活动；、二沉池中没有微生物的活动；6 6、二沉池中没有污泥积累，泥水分离良好、二沉池中没有污泥积累，泥水分离良好。二、劳伦斯和麦卡斯模型二、劳伦斯和麦卡斯模型强调了生物固体停留时间即强调了生物固体停留时间即污泥泥龄污泥泥龄这一这一运行参数的重要性运行参数的重要性。污泥泥龄污泥泥龄被定义为在处理系统中微生物的被定义为在处理系统中微生物的平均停留时间，常用平均停留时间，常用c c表示表示 c =(X)T/(X/t)T 第四节第四节 气体传递原理和曝气设备气体传递原理和曝气设备构成活性污泥法有三个基本要素：构成活性污泥法有三个基本要素：引起吸附和氧化分解作用的微生物，也引起吸附和氧化分
18、解作用的微生物，也就是活性污泥；就是活性污泥；污水中的有机物，它是处理对象，也是污水中的有机物，它是处理对象，也是微生物的食料；微生物的食料；是溶解氧，没有充足的是溶解氧，没有充足的DODO，好氧微生，好氧微生物既不能生存也不能发挥氧化分解作用。物既不能生存也不能发挥氧化分解作用。一、气体传递原理一、气体传递原理1、菲克定律 式中：式中：v vd d-物质的扩散速率，以单位时间内通过单物质的扩散速率，以单位时间内通过单位截面积的物质数量表示：位截面积的物质数量表示：D-D-扩散系数，表明物质在介质中的扩散能力。扩散系数，表明物质在介质中的扩散能力。2 2、双膜理论、双膜理论界面界面3 3、氧传递方程、氧传递方程