第4章活性污泥43-44

§4.3活性污泥法的發(fā)展和演變5深井（層）曝氣深井曝氣法實(shí)際裝置直徑可以達(dá)到1－6米，深度為50－150米。一般井中分為兩部分（上升管和下降管）。一般曝氣池的深度以4－5米為宜，但是為了節(jié)約用地，60年代開始研究深層曝氣（10－20米）法。70年代以來，又開發(fā)了深井曝氣（150－300米）技術(shù)。深井曝氣法具有占地面積小、充氧動(dòng)力效率高等特點(diǎn)，另外該工藝還有利于冬季保持水溫。適用于工業(yè)廢水以及高濃度廢水的處理。缺點(diǎn)：構(gòu)造復(fù)雜、維修困難、泄漏會(huì)造成地下水污染。深層曝氣深井曝氣法處理流程深井曝氣池簡(jiǎn)圖深井曝氣工藝參數(shù)工藝參數(shù)變化范圍井深充氧能力氧利用率曝氣時(shí)間有機(jī)物負(fù)荷MLSS空隙率經(jīng)濟(jì)循環(huán)流速回流污泥比脫氣池容積二沉池固體負(fù)荷停留時(shí)間一般為50-150m0.5-1.0kgO2/m2h，最高可達(dá)3.0kgO2/m2h40%-80%對(duì)于城市污水，1小時(shí)左右COD：10-30kg/m3d,BOD：0.5-2.0kg/kgVSSd6-10g/L不得高于0.2，否則容易發(fā)生氣泡合并一般1.0-1.5m/s50%-200%盡可能大些，一般為井容的30%-50%SVI大于150：150kg/m2d；SVI小于100：300kg/m2d3.5小時(shí)以內(nèi)。深井曝氣于傳統(tǒng)生物處理工藝的比較項(xiàng)目深井曝氣活性污泥法接觸氧化法停留時(shí)間（小時(shí)）COD污泥負(fù)荷（kg/kgMLSSd）COD容積負(fù)荷kg/m2dMLSS濃度kg/L污泥返送率%剩余污泥生成量kgss/kgCOD氧利用率%占地面積運(yùn)轉(zhuǎn)成本1.00.984.84500-6000100-1500.2-0.550-901.01.07.00.20.72500-400050-1500.5-0.65-151.61.46.50.750.2-0.65-151.41.36.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(duì)于溶解的有機(jī)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?，回流污泥的曝氣完成穩(wěn)定作用。6接觸穩(wěn)定法該工藝可直接用于原污水的處理，不需要初沉池且效果很好；另外剩余污泥量會(huì)增加。7吸附－生物降解工藝（AB法）Absorption-Biodegration70年代，德國(guó)Boehnke教授提出了AB法工藝。吸附段采用高負(fù)荷或超高負(fù)荷運(yùn)行，停留時(shí)間短（30－60分鐘），主要為吸附過程。而氧化段采用低負(fù)荷運(yùn)行，停留時(shí)間2－4小時(shí)。兩段具有獨(dú)立的污泥系統(tǒng)，不相混合。主要特點(diǎn)：不設(shè)初沉池；A，B段污泥回流單獨(dú)分開；A，B段負(fù)荷相差懸殊。吸附－生物降解工藝（AB法）A段B段吸附段高有機(jī)負(fù)荷F>2kg/kgd缺氧DO=0.2-0.5HRT=30-40min泥齡=0.3-0.5d污泥產(chǎn)量大，且由于吸附作用，有機(jī)物含量較高，如用厭氧消化處理污泥，多產(chǎn)氣25%以上。耐沖擊負(fù)荷，適應(yīng)性很強(qiáng)生物氧化低負(fù)荷F<0.15kg/kgd好氧DO=2-3HRT=2-4h泥齡=15-20d泥量小，僅為傳統(tǒng)工藝（CAS）的1/4-1/3耐沖擊負(fù)荷吸附－生物降解工藝（AB法）開放系統(tǒng)原理：城市污水中存在大量微生物，污水溝渠和管道可以看成是“中間反應(yīng)器”。在這個(gè)“中間反應(yīng)器”中微生物存在適應(yīng)、選擇、生長(zhǎng)的過程（設(shè)計(jì)中多被忽視），形成了適應(yīng)改種廢水的特有微生物種群。A段中有15%以上的微生物來自原廢水。該段吸附，但不再生，靠該部分進(jìn)入的微生物“活化”，同時(shí)，中沉池中兼性菌呼吸也有活化作用。吸附－生物降解工藝（AB法）吸附－生物降解工藝（AB法）吸附－生物降解工藝（AB法）幾個(gè)問題：適用性問題：A段是關(guān)鍵部分，由開放系統(tǒng)原理可知，A段需要不斷從進(jìn)水中獲得適應(yīng)性微生物，這是有效誘導(dǎo)、絮凝的前提。城市污水BOD5>300mg/L。反硝化碳源問題：當(dāng)B段有反硝化作用時(shí)（A/O），A段BOD去除率<50%，否則碳源不足，影響反硝化效果。A段運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)惡臭，影響衛(wèi)生：高有機(jī)負(fù)荷，產(chǎn)生硫化氫、大糞素等氣體。所以A段應(yīng)加蓋子，并通風(fēng)除臭。8序批式活性污泥法（SBR）SequencingBatchReactor，并非“新”工藝1914年，Arden&Lockett“FillandDrawProcess”.1980年。美國(guó)印第安納州第一個(gè)SBR污水廠建成我國(guó)，1985年，上海吳淞肉聯(lián)廠污水處理設(shè)施（2400m3/d）序批間歇式的含義：1、運(yùn)行操作在空間上是按序列、間歇運(yùn)行的。2、每個(gè)SBR反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)間上也是按次序排列間歇運(yùn)行的。8序批式活性污泥法（SBR）常規(guī)除碳反應(yīng)周期：進(jìn)水期（F）：反應(yīng)期（R）沉淀期（S）排水排泥期（D）閑置期（I）按曝氣時(shí)間與充水過程時(shí)序不同分為：非限量曝氣：邊進(jìn)水，邊曝氣。限量曝氣：充水結(jié)束后曝氣。半限量曝氣：充水中后期開始曝氣。SBR優(yōu)勢(shì)在于：復(fù)合流態(tài)（空間上完全混合，時(shí)間上理想推流）；理想沉淀池；反應(yīng)堆動(dòng)力大。運(yùn)行中的SBR工藝T≥TR＋Ts＋TDTF＝T／NTs＋TD≤T－TF式中：T－一個(gè)周期的所需時(shí)間TF－進(jìn)水時(shí)間TR－曝氣時(shí)間Ts－沉淀時(shí)間TD－排水時(shí)間N－每一個(gè)系列的反應(yīng)池?cái)?shù)量F/MRSDIM脫氮F/MRS/SDDI除磷F/MRS/SDDIM潷水器浮動(dòng)式重力潷水器（也稱浮筒式潷水器）無動(dòng)力潷水機(jī)旋轉(zhuǎn)潷水機(jī)8序批式活性污泥法（SBR）工藝性能特點(diǎn)：流程簡(jiǎn)單，造價(jià)低(“簡(jiǎn)易”的絕無僅有?。?。對(duì)美國(guó)、加拿大等8個(gè)SBR進(jìn)行比較，只有一個(gè)設(shè)置調(diào)節(jié)池，兩個(gè)設(shè)置初沉池，其他全部省去預(yù)處理構(gòu)筑物?。?！耐沖積負(fù)荷。自動(dòng)化程度高，易于維護(hù)管理。進(jìn)水得到充分混合稀釋；多池對(duì)高峰BOD具有分割效果運(yùn)行操作靈活，可達(dá)到脫氮除磷的效果；污泥沉降性能好反應(yīng)推動(dòng)力大，出水水質(zhì)好；SBR法處理部分工業(yè)廢水效果廢水pHCOD（mg/L）BOD（mg/L）SS（mg/L）主要運(yùn)行參數(shù)豆汁廢水原水5.8-6.510000-2000015000-300001500-3500Fw=1.5-4Kg/（m3d）MLSS=6000-10000mg/LSVI=41-60出水8.8-9.188-29014-18031-95面筋廢水原水6.2-7.3900-17001000-1800100-350Fw=0.5-0.9Kg/（m3d）MLSS=4000-6000mg/LSVI=80-100出水7.8-8.210-153-122-8薯粉廢水原水5.5-6.310000-2000012000-230003300-17000Fw=1.3-2.5Kg/（m3d）MLSS=8000-10000mg/LSVI=50-80出水8.0-8.3130-25080-120感光劑工業(yè)廢水原水7.6-8.91800-56003700-110044-300Fw=1.9-3.9Kg/（m3d）MLSS=8000-12000mg/L出水8.7-9.1650-80080-33020-40周期循環(huán)活性污泥法(CyclicActivatedSludgeSystem，簡(jiǎn)稱CASS)。美國(guó)川森維柔廢水處理公司1975年研究成功，是SBR工藝的一種新的形式。CASS工藝與SBR不同之處：進(jìn)水階段不設(shè)單純充水過程或缺氧混合過程。在反應(yīng)器進(jìn)水端增設(shè)生物選擇區(qū)，利于創(chuàng)造適合微生物并選擇絮凝性微生物，可以保持污泥良好性能，提高抗沖擊能力?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)曝氣同時(shí)實(shí)現(xiàn)硝化和反硝化。CASS一般工藝流程反應(yīng)操作歷程：進(jìn)水——曝氣階段：20%回流污泥進(jìn)水——沉淀階段：“豎流式沉淀池”停止進(jìn)水—排水階段：“反硝化、磷釋放”閑置：一般不用單獨(dú)分配時(shí)間。CASS工藝的主要優(yōu)點(diǎn)

工藝流程簡(jiǎn)單，占地面積小，投資較低生化反應(yīng)推動(dòng)力大沉淀效果好運(yùn)行靈活，抗沖擊能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)不同的處理目標(biāo)不易發(fā)生污泥膨脹適用范圍廣，適合分期建設(shè)剩余污泥量小，性質(zhì)穩(wěn)定（1.0kgBOD產(chǎn)生0.2～0.3kg剩余污泥）大連泉水污水處理廠CAST池尾膜工藝與生物處理的結(jié)合

——MBR膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝:是指將膜分離技術(shù)中的超濾組件與污水生物處理工程中的生物反應(yīng)器相互結(jié)合而成的新的開發(fā)系統(tǒng)。它綜合了膜處理技術(shù)和生物處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。超濾組件代替二沉池，提高了污泥濃度，延長(zhǎng)有機(jī)物停留時(shí)間，提高了有機(jī)物氧化率，出水水質(zhì)高，幾乎不排除剩余污泥。MBR（MembraneBio-Reactor）開始于1966年美Dorr-oliver公司（膜制造工藝限制了發(fā)展）。20世紀(jì)70年代,MBR的研究進(jìn)一步深入開展?！爸兴赜谩保瑫r(shí)膜制造工藝也突飛猛進(jìn)。1983-1987年，日本有13家好氧MBR處理寫字樓廢水，并回用。規(guī)模：50-250m3/d。目前，雖然也有處理能力在5000-20000m3/d的MBR事例，但大部分應(yīng)用還是<400m3/d我國(guó)1995年，樊耀波將MBR用于石油化工污水凈化的研究。MBR主要包括：膜組件；泵；生物反應(yīng)器三個(gè)部分。膜分離技術(shù)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的高新技術(shù)之一

在水處理領(lǐng)域，膜分離技術(shù)的使用成為一種發(fā)展趨勢(shì)

MBR（MembraneBio-Reactor）分離膜生物反應(yīng)器（BSMBR——BiomassSeparationMembraneBio-Reactor）無泡曝氣膜生物反應(yīng)器（MABR——MembraneAerationBio-Reactor）萃取膜生物反應(yīng)器（EMBR——ExtractiveMembraneBio-Reactor）MBR分離膜生物反應(yīng)器（BSMBR）一體式MBRMBR裝置膜組件膜表面結(jié)構(gòu)進(jìn)水格柵儲(chǔ)泥池膜生物反應(yīng)器（曝氣池）處理后出水抽吸泵鼓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)池典型的MBR系統(tǒng)反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)分置MBR運(yùn)行穩(wěn)定可靠操作管理容易易于膜的清洗、更換動(dòng)力消耗大系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用高其單位體積處理水的能耗是傳統(tǒng)活性污泥法的10~20倍泵的回流造成的剪切力對(duì)微生物的活性可能造成影響一體MBR不需循環(huán)泵、抽吸泵的工作壓力小，單位產(chǎn)水能耗小結(jié)構(gòu)緊湊、體積小膜外皮層易于清洗單位膜的處理能力小膜的污染較重透水率較低無泡曝氣膜生物反應(yīng)器(MABR)萃取膜生物反應(yīng)器(EMBR)萃取水中的特定有機(jī)物（揮發(fā)性、毒性物質(zhì)），然后利用專性細(xì)菌降解。常用分置式。適用于含有揮發(fā)性、有毒有害工業(yè)廢水處理。目前仍處于小試階段。反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)膜分離生物反應(yīng)器占地面積小徹底去除出水中的固體物質(zhì)出水無須消毒COD、固體和營(yíng)養(yǎng)物可以在一個(gè)單元內(nèi)被去除高負(fù)荷率低/零污泥產(chǎn)率流程啟動(dòng)快系統(tǒng)不受污泥膨脹的影響模塊化/升級(jí)改造容易曝氣受到限制膜污染膜價(jià)格高膜曝氣生物反應(yīng)器氧利用率高能量利用效率高占地面積小氧需要量可以在供氧時(shí)控制模塊化/升級(jí)改造容易膜易于污染基建投資大無實(shí)際工程實(shí)例工藝復(fù)雜萃取膜生物反應(yīng)器可處理有毒工業(yè)廢水出水流量小模塊化/升級(jí)改造容易細(xì)菌與廢水隔離基建投資大無實(shí)際工程實(shí)例工藝復(fù)雜MBR工藝特性對(duì)污染物的去除效率高，出水水質(zhì)好。具有較大的靈活性和實(shí)用性，工藝參數(shù)易于控制。設(shè)備緊湊，占地少。易于自動(dòng)控制管理。解決了剩余污泥處置難的問題。膜污染導(dǎo)致膜通量下降，增加膜組件更換和膜清洗的頻率，增加膜生物反應(yīng)器的運(yùn)行費(fèi)用。膜污染狀況膜污染是影響膜生物反應(yīng)器推廣應(yīng)用的主要因素。由于懸浮物或可溶性物質(zhì)沉積在膜的表面、孔隙和孔隙內(nèi)壁，從而造成膜通量降低的過程稱為膜污染

定義：危害：膜污染的控制（1）防止膜污染（2）對(duì)料液進(jìn)行有效預(yù)處理（3）采用適合的操作運(yùn)行條件（4）開發(fā)耐污染膜（5）膜清洗MBR處理生活污水出水部分水質(zhì)指標(biāo)MBR處理生活污水出水部分水質(zhì)指標(biāo)類

別原水水質(zhì)(mg/l)處理出水(mg/l)國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)CJ25.1-89沖廁，綠化洗車，掃除BOD5

(mg/L)150~250<10201010COD(mg/L)200~400<501005050SS(mg/L)150~250<1070105NH3-N(mg/L)10~35<10152010污廢水

種類處理能力

(m3/d)COD(mg/L)BOD(mg/L)NH3-N(mg/L)SS(mg/L)進(jìn)水出水進(jìn)水出水進(jìn)水出水進(jìn)水出水洗浴污水10130～322＜4099～212＜50.59～10.2～0.415～500印染廢水11100～150018050040黃泔廢水17900～12000＜1006805＜10130～180＜54750～5470＜10醫(yī)院污水2548～278＜25200.410～241制藥廢水501500～4900＜180500～1633＜10297～354＜15430～1033＜10大樓污水20092～1082327～32＜839～473.5膜過濾過程的主要因素膜的性質(zhì)；料液性質(zhì)；膜分離的操作條件。

采用膜生物反應(yīng)器工藝處理酒店洗浴廢水，使之達(dá)標(biāo)后用于沖廁、綠化、刷車與空調(diào)冷卻水，實(shí)現(xiàn)了污水的資源化；凝結(jié)水回用主要是回收儲(chǔ)存蒸汽凝結(jié)水，用于員工浴池及洗衣房的熱水供應(yīng)，既節(jié)水又節(jié)能。兩系統(tǒng)各自獨(dú)立，又相互關(guān)聯(lián)。

中水改造所省空間用來建造冷凝系統(tǒng)水池，冷凝系統(tǒng)的熱量又為活性污泥提供適宜的生長(zhǎng)溫度。工程應(yīng)用項(xiàng)目工程應(yīng)用2北京市朝陽區(qū)紅領(lǐng)巾公園公廁的改造MBR：獨(dú)立供氣柱式膜生物反應(yīng)器膜：圓柱式中空纖維超濾膜組件膜面積：40m2；水處理量：5～10T/D改造前：每天抽糞渣一次兩車，費(fèi)用300元，水消耗5～10T。MBR：180天抽糞渣一次，沖便池水封閉循環(huán)。節(jié)約費(fèi)用：（300+5）*365=111325元/年。MBR與CAS工藝比較預(yù)處理初沉池二沉池曝氣池預(yù)處理MBRCAS活性污泥工藝的“三大件”??！MBR與CAS經(jīng)濟(jì)比較CAS（ConventionalActivatedSludge）1、結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省基建費(fèi)用。2、小水量比較經(jīng)濟(jì)。處理量MBR費(fèi)用比CAS費(fèi)用比1400m3/d1（膜占0.78）1.622500m3/d10.54§4.4氣體傳遞原理和曝氣設(shè)備一活性污泥法的基本要素具有引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥。廢水中存在有機(jī)物，即處理對(duì)象、微生物的食料。混合液中含有溶解氧。沒有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存也不能發(fā)揮氧化分解的作用。上面三個(gè)要素缺一不可。而溶解氧的存在就需要人為的工藝來達(dá)到這一目的。這一工藝就是“曝氣”設(shè)備。二曝氣的概念曝氣：采用相應(yīng)的設(shè)備和技術(shù)措施，使空氣中的氧（或純氧）轉(zhuǎn)移到混合液中而被微生物利用的過程。曝氣的主要作用為：充氧、攪動(dòng)和混合。充氧：向活性污泥中的微生物提供所需溶解氧。攪動(dòng)和混合：使曝氣池中的污泥處于懸浮狀態(tài)，從而增加廢水與混合液的充分接觸，提高傳質(zhì)效率，保證曝氣池的處理效率。三曝氣氧傳遞的基本理論曝氣過程中，氧由氣相向液相進(jìn)行傳質(zhì)轉(zhuǎn)移，最后為微生物所利用，目前，氣液傳質(zhì)理論主要有：靜態(tài)水體復(fù)氧的分子擴(kuò)散理論模型：Fick定律紊動(dòng)水體復(fù)氧的理論模型：雙膜理論；淺滲理論及表面更新理論等；工程和理論應(yīng)用較多的是雙膜理論。1靜態(tài)水體大氣復(fù)氧的分子擴(kuò)散理論模Fick定律對(duì)于曝氣復(fù)氧過程，可以看作空氣中的氧（或純氧）穿過氣水界面向水體內(nèi)部的分子擴(kuò)散過程，可以用Fick定律表示為：氧擴(kuò)散速度（單位時(shí)間、面積通過的物質(zhì)量）。氧分子擴(kuò)散系數(shù)溶解氧濃度距離：擴(kuò)散過程長(zhǎng)度氧分子擴(kuò)散系數(shù)DL，表示氧在水中的擴(kuò)散能力，主要決定于擴(kuò)散物質(zhì)（氧）和介質(zhì)（水）的特性和溫度。該式表明：氧氣擴(kuò)散速率與濃度梯度成正比關(guān)系。2紊動(dòng)水體大氣復(fù)氧的理論模型

雙膜理論1924年，Lewis和Whitman提出了雙膜理論。因?yàn)槠浜?jiǎn)單和普遍適用，一直受到人們關(guān)注和利用。雙膜機(jī)理的假設(shè)：在氣液界面存在著兩層薄膜，即氣膜和液膜。這兩層薄膜使氣體分子從一相進(jìn)入另一相時(shí)形成了阻力。若氣體溶解度很低時(shí)，傳質(zhì)阻力主要來自液膜。氣膜內(nèi)會(huì)出現(xiàn)氧氣壓梯度和而液膜內(nèi)會(huì)出現(xiàn)氧濃度梯度，這些氣壓、濃度梯度正是氧傳遞的動(dòng)力。由于氧是的溶解度低的氣體，因此液膜阻力為擴(kuò)散控制步驟。氧傳遞速率氧在液膜中擴(kuò)散系數(shù)氣體擴(kuò)散通過的面積氧氣在溶液中的飽和濃度可以得到傳遞速率的方程如下：KLa：總傳質(zhì)系數(shù)，1/h，該值減小，表明氧傳遞阻力增加。該值倒數(shù)表示曝氣池中溶解氧從ρ

o變?yōu)棣裺o所需要的時(shí)間。如何提高氧傳遞速率？由上述公式可得出以下方法：提高KLa，具體手段可以提高攪拌、攪動(dòng)速度，提高液相主體紊流程度（即降低xf值）；減小氣泡粒徑，增加表面積A。提高ρso值，可以采用純氧曝氣手段或深井曝氣工藝來提高氧分壓，繼而提高飽和溶解氧濃度。積分KLa受水質(zhì)影響，所以要把清水測(cè)出得值用于污水，要求用修正系數(shù)α，同樣氧的飽和濃度也要加上修正系數(shù)β生活污水的α值約為0.4-0.5，而處理后的出水α值約為0.9-1.0。α、β值應(yīng)該以實(shí)測(cè)為準(zhǔn)如何來獲得KLa得值？四曝氣設(shè)備的性能測(cè)試目的：求出氧傳遞速率和曝氣設(shè)備動(dòng)力效率，驗(yàn)證設(shè)備是否合設(shè)計(jì)要求。可以在曝氣池竣工后用清水測(cè)試，也可以在投產(chǎn)后進(jìn)行。充氧能力：

，kgO2/h曝氣設(shè)備動(dòng)力效率＝OC（kg/h）/葉輪輸出功率(kW)，即每消耗1kW電能，轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量。氧利用效率EA：通過鼓風(fēng)曝氣轉(zhuǎn)移到混合液的氧量，占總供氧量的百分比。一般，鼓風(fēng)曝氣設(shè)備性能按氧利用效率、曝氣設(shè)備動(dòng)力效率兩項(xiàng)指標(biāo)評(píng)定。而機(jī)械曝氣設(shè)備則按充氧能力、動(dòng)力效率兩項(xiàng)指標(biāo)評(píng)定。1)清水測(cè)試：原理：步驟：計(jì)算投加藥品量（還原1mgO2需要7.9mg亞硫酸鈉