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1、4.3活性污泥法一、基本原理活性污泥与活性污泥法有机废水经过一段时间曝气后，水中会产生一种褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是活性污泥。活性污泥是以大量的活性微生物为主体，主要由菌胶团细菌、原生动物和后生动物民组成，此外，还有一些无机物，未被微生物分解的有机物和微生物自身代谢的残留物。活性污泥结构疏松，表面积很大，对有机污染物有着强烈的吸附凝聚和氧化分解能力，在条件适宜的时候，活性污泥又具有良好的自身凝聚和沉降性能。从废水处理角度看，这些特点都是十分可贵的。活性污泥法就是以含于废水中的有机污染物为培养基，在有溶解氧的条件下，连续地培养活性污泥，再利用其吸附凝聚和氧化分解作用交
2、货废水中有机污染物。普通活性污泥法处理流程由以下几个部分组成。初次沉淀池用以除去水中原生悬浮物。悬浮物少时，也可不设。曝气池使废水中有机污染物与活性污泥充分接触，并吸附和氧化分解有机污染物。曝气系统供给曝气池生物反应所必需的氧气，并起混合搅拌作用。二交沉淀池用以分离曝气池出水中的活性污泥。污泥回收系统把二次沉淀池中的一部分沉淀污泥再回流到曝气池，以保证曝气池有足够的微生物浓度。剩余污泥排放系统在曝气池内，污泥不断繁殖，这部分净增的污泥量构成所谓剩余污泥，通过排入系统将其排放。活性污泥法具有以下特点：净化效率高，占地面积较少，臭味轻微；产生剩余污泥量大。对水质水量的变动比较敏感，缓冲能力弱。活性
3、污泥中的微生物及其变化规律。活性污泥是由细菌、真菌、原子动物和后生动物等不同种属的微生物组成的。在净化废水时，它们与废水中的有机营养物形成了极为复杂的食物链。最先担当交货任务的是异养型细菌和腐生性真菌，其中细菌无论从组成还是功能上，都是极重要的万分。在一定能量条件下，大部分细菌形成菌胶团。而真菌由于多呈丝状，对形成具有良好沉淀性能的絮凝体有妨碍，一般并不希望更多的真菌出现。当条件合适时，会促进真菌生长繁殖。原生动物吞食活的细菌，是细菌的一次捕食者。活性污泥中常见的原生动物有鞭毛虫类，肉足虫类、纤毛虫类和吸管虫类。但这些原子动物长非同时出现，而是随条件及水质的变化而变化。一般在曝气的初期，肉足虫
4、和鞭毛虫占优势；按着是自由游动型的纤毛虫逐渐成熟，固着型的纤毛虫又相继占优势，特别是钟虫出现且较多时，则说明污泥成熟。所以原生动力折演替变化，可以用来评定活性污泥的质量及废水处理的情况。后生二次捕食者。活性污泥中的后生动物象轮虫、线虫等，只能在氧很充足的条件下才出现，所以后生动物出现是水质处理相当好的标志。活性污泥净化废水的机理活性污泥对废水中悬浮或溶解性有机污染物（少数无机污染物）的净化，是由活性污泥吸附与凝聚和氧化与合成两个活性作用完成的。在废水处理中，要使活性污泥维持良好的状态，吸附凝聚与氧化合成应持适当的平衡。只要条件适当，活性污泥在与废水初期接触的20-30min，就可以去除75%以
5、上的BOD，这种现象称为活性污泥的初期吸附或生物吸附。初期吸附的基本原因，在于活性污泥具有巨大的表面积，介于2000-10000M2（混合液），且其表面具有多糖类粘液层。如果废水中悬浮的或胶体的有机物多，则这种初期吸附去除的比率就大。此外，还与污泥状态有关：如果吸附与氧化分解失去适当的平衡，原吸附的有机物未氧化分解完全，则初期吸附量就小；如果原吸附于污染上的有机和代谢彻底，则二次吸附时的初期吸附量就大。但若回流污泥经历了长时间曝气，使微生物进入了内源呼吸期，活性降低，则再吸附能力也降低，所以初期吸附量就低。活性污泥微生物以溶解的有机物为营养，当有机营养物质和氧充足，则以合成为主。但是在新细胞全
6、盛的同时，部分细胞物质的氧化分解还是存在的。在有机营养缺乏时，这种自身分解则成为主要的获能方式；生物处理的内源呼吸也就是指的这种情况。经过活性污泥微生物的降解作用，虽然使一部分有机物无机化了，但是转化为细胞物质的有机物仅仅是改变了存在状态，就净化废水的意义来讲，总是并未完结。只有将其与水分离，才算打到净化目的。菌体一般略在于胶体颗粒，仍能以稳定的悬浮状态分散于水中，难以沉淀分离。只有在其变成絮凝体以后，进行有效的分离才有可能。活性污泥中的菌胶团以及常见的产碱杆菌、无色杆菌、黄杆菌、假单胞菌等，都是易于形成絮凝体的。但是在营养丰富和能量水平较高的情况下，由于细菌活力强，难以结合民絮凝体。只有在营
7、养不足和能量水平较低的情况下，细菌活力低，运动能量弱，彼此才易结合成絮凝体。在活性污泥法混合液中，如果营养与污泥之间的比值高，微生物处于对数增长期，其含能水平高，污泥凝聚性差；反之，营养与污泥微生物比值降低，致使微生物增长处于增长率下降段或其后期，由于含能量低故易于凝聚，普通活性污泥法的曝气池的末端即呈现后一状态。二、性污泥法降解有机物的规律污染对有机物的转化过程，也就是代谢过程，它由微生物的合成（活性污泥的增长），有机物的氧化分解（包括部分细胞物质的分解），以及溶解氧的消耗所组成。所以基南BOD浓度与其去除速度，污泥的繁殖与BOD去除速度、耗氧速度与BOD去除速度之间的关系，是研究净化理论的
8、核心。1.基质浓度及其去除速度的关系单位污泥降解有机物的速度（V），根据米一门氏酶反应关系，可用下式表示：式中：以Vss表示的活性污泥浓度，mgVss/l以BOD表示的基质浓度，mgBOD/l；最大反应速度常数；米氏常数，其值等于基质去除速度为最大值的一半时的基质浓度。由此式可知，基质浓度很高时LLKm，基质去除速度与其浓度无关，即V=K，达最大值。当基质浓度很低时，LKm，基质去除速度为一（级）次反应。当活性污泥浓度不同时，Km越小，即1/Km越大，去除速度大，可将1/Km视为恬性污泥与基质结合的亲合力。由式可变换为1/V和1/L的直线式，按各时刻其质平衡浓度L和单位污泥反应速度V的一系列实
9、验数据，用图解法求得K和Km，Echenfelder等人则将基质降解按高浓度相与低浓度相分别予以表示。在高基质浓度下，即BOD5/Vss为以上时，少性污泥的增长速度与BOD浓度无关，仅与活性污泥微生物量一级关系：式中s为t时刻的污泥浓度，时的活性污泥微生物a为去每公斤BOD所产生的污泥量，LR为去除的BOD量(kg)，K1为高基质浓度时的污泥增长常数。积分式，并代入S与S0的关系，得由式可知，在BOD基质浓度高的时候，BOD去除浓度Lr和BOD残余L余并无关系。在活性污泥法中，BOD基质浓度高，则污泥絮体分散，所以这种情况仅用于预处理，使其浓度降低，以适于正常的活性污泥法的处理。在低基质BOD
10、浓度(L0Se，QwSrQse所以：这说明污泥令和增殖之间有密切关系，用污泥令控制剩余污泥量，已是一个重要方法。污泥令还有助于说明微生物的组成；世代时间比污泥令长的微生物在系统中的逐渐淘汰。所以要达到预期的处理效果，必须使污泥令适当，使活性污泥中净化微物生得到充分的增殖。4污泥沉降比（Pv）污泥沉降比是指曝气池混合液在100ml量筒中，静置沉降3min后，沉降污泥与混合液之体积比（%）。正常污泥在静置30min后，一般可达到它的最大密度。所以沉降比可反映曝气池正常运行的污泥数量，可以用于控制剩余污泥的排放，还能反映出污泥膨胀等异常情况。由于测定简单，便于说明问题，所以是评定活性污泥特性的重要指
11、示之一。5污泥体积指数与污泥密度指数（1）污泥体积指数（SVI或Iv）曝气池出口混合液在静置30min情况下，1克活性污泥悬浮固体所占的体积（ml）称为污泥体积指数（SVI）例题：某曝气池污泥沉降比Pv=30%，混事液活性污泥浓度为3000mg/l，求污泥指数（2）污泥密度指数（SDI或Ld）曝气池混合液在静置30min的情况下，含于100ml沉降污泥中的活性污泥中的活性污泥悬浮固体的克数，称为污泥密度指数（SDI）：（污泥密度指数）上例中的SDI=3000/10030=1Sa活性污泥悬浮固体浓度污泥沉降比，当局泥指数都是表示活性污泥的凝聚沉降和浓缩性能的指标。一般应用污泥指数，它对曝气池的运
12、行具有指导意义。SVI低时，沉长性能好，但吸附性能较差。SVI高时，沉降性能不好，即使具有良好的吸附性能，也不能很好控制泥水分离。一般认为：（污泥体积指数）SVI100污泥沉降性能好100SVI200污泥沉降性能一般SVI200污泥沉降性能不好BOD-SS负荷在0.2-0.5kgBODMLSS日（混合液悬浮固体）范围内时，SVI在100左右比较合适。在曝气系统盍中，有时会出现污泥指数增高和污泥膨胀的现象。，其原因很多，但主要与污泥负荷有关，处理这业废水时，还与水质特性有关。奥福特（0rford）认为，当BOD-SS（ss为悬浮固体成悬浮物）负荷在0.17-.05kgBOD/kgMLSS日范围时
13、，Ls与SVI的关系为：SVU=353Ls0.983在废水处理的设计与运行中，一般采用BOD负荷为0.2-0.5，延时曝气法为0.03-0.05效率较低而负荷较高的方法如改良曝气法为2.0以上各种工业废水的污泥负荷和SVI的关系曲线应通过试验求得。温度对污泥负荷与SVI的关系的影响甚大，即温度高时，相应的负荷区间向污泥负荷值高的一侧移动。原因是温度影响微生物增殖速度。四、运行中常见的问题：污泥膨胀在二次沉淀池或加速曝气池的沉淀区，有时出现污泥的膨胀与上浮现象。膨胀了的污泥结构松散，沉降性差，造成污泥上升而随水流失。这样不仅影响出水水质，而且由于污泥大量流失，使曝气池中混合液浓度不断降低，严重时
14、，甚至破坏整个生化处理过程。广义地把活性污泥的凝聚性和沉降性恶化，以及处理水混浊的现象总称为活性污泥的膨胀。就字面看，活性污泥的膨胀是指污泥体积增大而密度下降的现象。描述污泥膨胀程度的指标有30min沉降比Pv、污泥体积指数SVI、和污泥密度指数SDI。污泥膨胀上浮的原因很多，除了理化，生物及生化方面的原因外，还有运行管理和构筑物结构型式等方面的因素。污泥膨胀可大致区分为丝状体膨胀和非丝状体膨胀两种。丝状体膨胀是由于比状微生物大量繁殖，菌胶团的繁殖生长受到抑制的结果。大多数污泥膨胀属于这一类。丝状体对活性污泥絮体起骨架作用，如果没有足够的丝状体，形成的絮不牢固，在曝气池紊动水流的冲击下容易被破
15、碎成细小的针点体。这时污泥沉降快，SVI低，但出水混浊，这叫做非丝状体膨胀。当丝状体过多，长出一般絮体的边界面伸入混合液时，其架桥妨碍了絮体间的密切接触，致使沉降较慢，密实性差和SVI（污泥体积指数）高，但这时的上清液可能很清。当丝状体存在的数目足以形成适宜的絮体骨架而无显著分枝伸入溶液时，絮体大而浓颏，沉降性好，SVI低，上清液清净，这叫做非膨胀污泥。以沉淀过的生活污水为料液的试验表明，丝状体长度小于107m/ml者，为非膨胀污泥；反之为膨胀污泥。导致丝状体大量繁殖的原因有：溶解氧浓度曝气池内溶解氧在0.7-2.0mg/l范围内，虽然都可能出现丝状微生物，但在低溶解氧条件下却能生长良好，甚至
16、能在厌氧条件下残存而不受影响。所以城市污水厂的曝气池溶解氧最低应保持在2mg/l左右。冲击负荷如果曝气池内有机物超过正常负荷，污泥膨胀程度提高，引起絮体内部溶解氧消耗增高，在菌胶团内部产生了适宜丝状体生长的低溶解氧条件，从而促使丝状微生物的分枝超出絮体，伸入溶液。丝状体的分枝为细菌的聚合和较大絮体的形成提供了延伸的骨架，加剧了氧的渗透困难，从而又导致了内部丝状体的发展。进水化系条件的变化首先是营养条件变化，一般细菌在营养为BOD5:N:P=100:5:1的条件下生长，但若P含量不足，C/N升高，这种营养状况适宜丝状菌生活。其二是硫化物的影响，过多的化粪池的腐化水及粪便废水进入活性污泥设备，会造
17、成膨胀。含硫化物的造纸废水，也会产生同样的总是一般是加5-10ML/l氧加以控制或者有预曝气的方法将硫化物氧化成硫酸盐。其三是碳水化合物过多会造成膨胀。其四是有毒重金属的冲击负荷可抑制丝状菌，但不能使丝状菌消失并产生针点絮体，造成出水悬浮的提高和SVI降低。还有PH值和水温的影响，丝状菌宜在高温下生长繁殖，而菌胶团则要求温度适中；丝状菌宜在酸性环境（PH值=4.5-6.5）中生长，菌胶团宜在PH=6-8的环境中生长。解决污泥膨胀的办法因产生原因而异，概括起来就是预防和抑制预防污泥膨胀的措施如下：保持一定的活性污泥悬浮物浓度：控制每天排除的活性污泥净增量，以得到沉淀性能和出水水质都好的混合液污泥
18、并将其控制为定值。这种方法仅以活性污泥悬浮物质来控制，忽视了F/M作用，因而不能控制出水水质和污泥沉淀性。控制F/M：经常测定进水的BOD量，及时调整混合液悬浮固体S，固体但缺点是必须连续测定时进水的BOD和调整回流污泥量Qr，这样的操作复杂又费功，有时甚至出现有差的情况。例如，增大Qr时，一般也是进水量Q比较大的时候，曝气池出水量亦特别大，会严惩冲击二沉池，影响出水水质。保持污泥会不变：在公式ts=vs/Qwsr(回流污泥浓度)中，如维持Qw不变，让排出污泥固体自动调节，使之适应F/M的变化。当曝气池进水量BOD量高时，二沉池由于曝气池进水BOD5低时的影响，所以污泥量小，排出污泥浓度低；当
19、BOD5高峰结束时，二沉池泥面升高，浓度增大，所在QW虽未变，由于浓度的变化，因而污泥排出量也是变的，这样正好是要MLSS高时，排出量少，不要求时排出量少，不要求时排出量大。也可以采用Qr不变的方法，依靠系统内的调节，以适应BOD5的变化，由于污泥令和Qr有如下关系：当废水量Q处于低潮，由于r不变，因则二沉池污泥向曝气池转移（流入曝气池的污泥多，而流出的少），自动升高；当废水量处于高峰时，曝气池污泥量也在高峰这时流流出的污泥多于流入的，污泥由曝气池向二次沉淀池转移，开始下降，到低潮再次来临，处在最低水平。这种方法事实上是用生物自身调节能力来适应F/M的变化的方法。当然应该按进水有机物量和出水处
20、理的效果，及时改变供氧量，使曝气池混合保持有氧状态。污泥膨胀后，要针对发生膨胀的原因，采取相应的措施以制止之，当进水浓度大和出水水质差时，应加强曝气，提高供氧量；最好保持曝气池溶解氧在2.0mg/l以上；加大排泥量，提高进水浓度，促进微生物新陈代谢过程，以新的污泥置换老化污泥；曝气池中含碳高而使碳、氮比失调时，投加含氮化合物；加氮可以起凝聚和杀菌双重作用，在回流污泥中投加白粉或液氧可抑制丝状菌生长，加氯量按干污泥的0.2-0.3%计，调整PH值。污泥上浮污泥脱氮上浮：在曝气池负荷小而供气量过大时，出水中的溶解氧有可能很高，使废水中氨氮被消化功菌转化为硝酸盐，此过程称为硝化。这种混合液若在二沉池
21、中经历较长时间的缺氧状态（0.5mg/l以下）则仅硝化过程中形成的氨重新溶于废水，只有氮以气体以气体形式存在于水中。当活性污泥上氮气吸附过多时，由于比重降低，污泥就随气体浮上水面。防止方法有：减少曝气，防止硝化的出现；及时排泥，增加回流量，减少污泥在沉淀池中的停留时间；减少沉淀池进水量，以减少池中污泥量。污泥腐化上浮：在沉淀池内污泥由于缺氧而腐化（污泥产生厌气分解），产生大量CH4和CO2气体，同样附着在污泥固体上，使污泥上浮。上浮的污泥发发臭。造成污泥腐化的原因有：二沉池中污泥停留时间过长；局部区域污泥堵塞。解决腐化的措施是加大曝气量，以提高出水溶解氧含量。通堵塞，及时排泥。此外，结构不合理
22、也能引起污泥上浮，主要是污泥回流缝太大，使大量微气泡从缝隙中窜出，携带污泥上浮；还有导流区断面太小，气水分离较差，影响污泥沉淀。污泥的致密和减少污泥体积指数减少会引起污泥失去活性。在运行中，虽不及前一问题重要，但也应引起足够重视。引起污泥致密性降低原因有：进水中无机悬浮物突然增多；环境条件恶化，有机物转化率降低；有机物浓度减小。造成污泥减少的原因有：有机物营养减少；曝气时间过长；回流比大而剩余污泥排放量大；污泥上浮而造成的流失等。解决以上问题的方法有：投加营养料；缩短曝气时间或减少曝气量；高速加流比和污泥排放量；防止污泥上浮，提高沉淀效果。泡沫问题当废水中含有合成洗涤剂及其它起泡物质时，就会在
23、曝气池表面形成大量泡沫，总是严重时，泡沫层可高达多。泡沫的危害性表现为；表面机械曝气时，隔绝废水与大气的接触，减少甚至破坏叶轮的充氧能力；在泡沫表面吸附大量活性污泥固体，影响二沉池沉淀效率，恶化出水水质；有风时，泡沫随风飘扬，影响环境卫生。凶制泡沫的措施有：在曝气池上安装喷洒管网，用压力板（处理后的废水或自来水）喷洒，打破泡沫。定时投加除沫剂，（如机油、煤油）以破除泡沫、油类物质的投加量控制在0.5-1.5mg/l范围内，油类也是一种污染物质，投量过多会引起二次污染，且对微生物的活也有影响，提高曝气池中活性污泥的浓度，这是一种比较有效的控制泡沫的方法。如果泡沫十分严重，在设计时，应考虑用鼓风曝气式活性污泥法系统。