第十二章--活性污泥法(12.1-12.3)PPT参考课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十二章 活性污泥法,第一节 活性污泥法的基本原理,第二节,活性污泥法,的运行方式,第三节,活性污泥法的反应动力学,第四节,曝气的原理、方法与设备,第五节 活性污泥法的工艺设计,第六节 活性污泥法的运行管理,1,第一节、活性污泥法的基本原理,一、活性污泥法的工艺流程,回流污泥,二次,沉淀池,废水,曝气池,初次,沉淀池,出水,空气,剩余活性污泥,2,活性污泥系统的主要组成,曝气池,：,反应的主体，有机物被降解，微生物得以增殖；,二沉池,：,1,）泥水分离，保证出水水质；,2,）浓缩污泥，保证污泥回流，维持曝气池内的污泥浓度。,回流系统,：,1,）维持曝气池内的污泥浓度；,2,）回流比的改变，可调整曝气池的运行工况。,剩余污泥,：,1,）去除有机物的途径之一；,2,）维持系统的稳定运行,供氧系统,：,为微生物提供溶解氧,3,生活污水或城市废水的处理流程,高碑店污水处理厂的工艺流程图,活性污泥系统,4,高碑店污水处理厂的工艺流程与平面布置,初沉池,曝气池,二沉池,二期,曝气池,二沉池,初沉池,5,正在运行的曝气池,6,曝气池中的曝气头的布置,7,活性污泥系统有效运行的,基本条件,是：,废水中含有足够的可溶性,易降解有机物,；,混合液含有足够的,溶解氧,；,活性污泥在池内呈,悬浮,状态；,活性污泥连续,回流,，,剩余污泥,及时排放，,维持曝气池内稳定的活性污泥浓度；,进水中不含有,对微生物,有毒有害,的物质,8,二、活性污泥的性质及性能指标,1,、,物理性质,：,“,菌胶团,”,“,生物絮凝体,”,颜色：,褐色,、,（土）黄色,、,铁红色,气味：泥土味（城市污水）,比重：略大于,1,（,1.002,1.006,）,粒径：,0.02,0.2,mm,比表面积：,20,100,cm,2,/ml,9,二、活性污泥的性质及性能指标,2,、,生化性能,：,活性污泥的含水率,：,99.2,99.8%,其中,固体物质的组成：,1,）活细胞（,M,a,）：,2,）微生物内源代谢的残留物（,Me,）：,3,）吸附的原废水中难于生物降解的有机物（,Mi,）：,4,）无机物质（,Mii,）,：,有机物,7585%,10,二、活性污泥的性质及性能指标,3,、活性污泥中的微生物：,A,细菌,：是活性污泥净化功能最活跃的成分,主要菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等,特征：,1,）绝大多数是,好氧,和,兼性,异养型的,原核细菌,；,2,）在,好氧,条件下，具有很强的,分解,有机物的功能；,3,）具有很高的,增殖速率,，其世代时间仅为,20,30,分钟；,4,）动胶杆菌具有将大量细菌结成为“,菌胶团,”的功能。,11,0.1mm,B,、,原生动物,-,在活性污泥中大约为,10,3,个,/ml,钟虫,小口钟虫,草履虫,盖纤虫,肾形虫,变形虫,12,C,、,后生动物,线虫,轮虫,13,原（后）生动物作为“,指示性生物,”,数量,14,4,、,活性污泥的性能指标：,（,1,）,混合液悬浮固体浓度,（,MLSS,）,（,M,ixed,L,iquor,S,uspended,S,olids,）,MLSS=M,a,+M,e,+M,i,+M,ii,单位：,mg/L,或,g/m,3,（,2,）,混合液挥发性悬浮固体浓度,（,MLVSS,）,（,M,ixed,L,iquor,V,olatile,S,uspended,S,olids,）,MLVSS=M,a,+M,e,+M,i,单位：,mg/L,或,g/m,3,在条件一定时，较稳定；,对于处理城市污水的活性污泥系统，一般为,0.750.85,15,4,、,活性污泥的性能指标：,（,3,）,污泥沉降比（,SV,）（,Sludge Volume,）,定义：将曝气池中的,混合液,在量筒中静置,30,分钟,，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以,%,表示；,功能：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,；,正常范围：,20,30%,16,SV,的测定,0min,15min,30min,SV=40%,17,4,、,活性污泥的性能指标：,（,4,）,污泥体积指数（,SVI,）（,Sludge Volume Index,）,定义：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，,(,ml/g,),功能：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；,正常范围：,50,150,ml/g,（处理城市污水时）,18,三、活性污泥法的基本工艺参数,1,、曝气池的有机容积负荷：,1,）,进水,COD,（,BOD,5,）容积,负荷,：,2,）,COD,（,BOD,5,）,去除,容积,负荷,：,19,2,、曝气池的有机污泥负荷：,1,）进水,COD,（,BOD,5,）污泥负荷：,2,）,COD,（,BOD,5,）去除污泥负荷：,20,三、活性污泥法的基本工艺参数,3,、曝气池的,水力停留时间,（,HRT,、,Hydraulic Retention Time,）,4,、曝气池的,污泥停留时间,（,SRT,，,Sludge Retention Time,、,c,）,（,h,）,（,d,）,(mg/l),21,四、活性污泥的增殖规律及应用,活性污泥中,微生物的增殖,是活性污泥在曝气池内发生反应、有机物被降解的必然结果，而微生物增殖的结果则是活性污泥的增殖。,活性污泥的,增殖曲线,22,微生物量,时间,活性污泥的增殖曲线,注意：,1,）间歇静态培养；,2,）底物是一次投加,对数增殖期,减速增殖期,内源呼吸期,氧利用速率曲线,微生物增殖曲线,(M),BOD,变化曲线,(F),适应期,23,有关概念,F/M,值,:,在温度适宜、,DO,充足、且不存在抑制物质的条件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取决于微生物与有机基质的相对数量，即有机基质,(,Food,),与微生物,(,Microorganism,),的比值，即,F/M,值。,F/M,值是影响有机物去除速率、氧利用速率的重要因素。,实际上，,F/M,值就是以,BOD,5,表示的,进水污泥负荷,，即：,24,活性污泥的增殖曲线的分区,可将增殖曲线分为四个时期：,1),适应期,2),对数增殖期,3),减速增殖期,4),内源呼吸期,25,适应期,1,）定义：微生物对于新的环境条件、污水中不同种类的有机物污染物等的,短暂的适应过程,；,2,）活性污泥,微生物的变化,：,数量,基本没有变化；,菌体,体积,增大；,酶系统,相应调整；,新的,变异,；等。,3,）水质,指标,基本无变化。,26,对数增殖期,F/M,值高,(,2.2,kgBOD/kgVSS.d),，有机物丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；,微生物的增值速率与基质浓度无关，呈,零级反应,，仅由微生物本身特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身生理机能的限制；,微生物以最高速率对有机物进行摄取，以,最高速率增殖,，合成新细胞；,活性污泥具有高的能量水平，微生物的活动能力很强，污泥质地松散，不易形成较好的絮凝体，,沉淀性能不佳,；,活性污泥的,代谢速率极高,，需氧量大；,一般不采用此阶段作为运行工况。（但也有，如,高负荷活性污泥法,）,27,减速增长期,F/M,值下降到一定水平后，,有机物的浓度,成为微生物增殖的控制因素；,微生物的增殖速率与残存的有机物呈正比，为,一级反应,；,有机底物的,降解速率,也开始下降；,微生物的,增殖速率,在逐渐下降，直至最终下降为,零,，但活性污泥的量仍持续增长并最终达到最高；,絮凝体开始形成,，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；,出水水质,有较大改善，且整个系统运行稳定；,大多数污水厂曝气池的,运行工况,。,28,微生物量,时间,活性污泥的增殖曲线,对数增殖期,减速增殖期,内源呼吸期,氧利用速率曲线,微生物增殖曲线,(M),BOD,变化曲线,(F),适应期,29,内源呼吸期,内源呼吸的速率在本期之初首次,超过,了合成速率，因此从整体上来说，,活性污泥的量在减少,，最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等；,污泥的无机化程度较高，,沉降性能良好,，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，,处理水质良好,；,一般不采用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如,延时曝气法,。,30,活性污泥增殖规律的应用：,1,）活性污泥的增殖状况，主要是由,F/M,值,所控制；,2,）不同增殖期的活性污泥，性能不同，,出水水质,也不同；,3,）通过调整,F/M,值，可,调控曝气池的运行工况,，以达到所要求的出水水质和活性污泥的良好性能；,4,）推流式活性污泥法：,一段线段,；,完全混合式活性污泥法：,一个点,31,微生物量,时间,活性污泥的增殖曲线,对数增殖,减速增殖,内源呼吸,适应期,32,有机物降解与微生物增殖：,活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化,(,内源呼吸,),两项作用的综合结果，所以，微生物的,净增殖速率,为：,式中：,活性污泥中微生物的净增值速率（,kgVSS/d,）；,活性污泥中微生物的合成速率（,kgVSS/d,）；,其中：,a,降解,1kgBOD,所产生的,VSS,，即产率系数（,kgVSS/kgBOD.d,）；,活性污泥中微生物的自身氧化速率（,kgVSS/d,）；,其中：,b,活性污泥的自身氧化系数（,kgVSS/kgVSS.d,，一般为,d,-1,）；,x,v,系统中活性污泥的总量（,kgVSS,）,33,有机物降解与微生物增殖：,因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式,:,积分后，得出活性污泥微生物在曝气池内每日的净增长量为,:,S,i,进水,BOD,浓度,(kgBOD/m,3,),；,S,e,出水浓度,(kgBOD/m,3,),。,式中,:,x,每日的污泥增长量,(kgVSS/d),；,=,Q,w,X,r,Q,每日处理废水量,(,m,3,/d),；,34,a,、,b,经验值的获得：,(1),对于,生活污水,或相近的工业废水,:,a=0.50.65,，,b=0.050.1,；,(2),对于,工业废水,，则：,合成纤维废水,0.38,0.10,含酚废水,0.55,0.13,制浆与造纸废水,0.76,0.016,制药废水,0.77,酿造废水,0.93,工业废水,a,b,亚硫酸浆粕废水,0.55,0.13,35,a,、,b,经验值的获得：,（,3,）通过小试获得：,可改写为：,a,b,QS,r,/,VX,v,(kgBOD/kgVSS.d),x/VXv(1/d),36,有机物降解与需氧：,氧在微生物代谢过程中的用途：,(1),氧化分解有机物；,(2),氧化分解自身的细胞物质。,式中：,O,2,曝气池中混合液的需氧量，,kgO,2,/d;,a,代谢每,kgBOD,所需的氧量，,kgO,2,/kgBOD.d;,b,每,kgVSS,每天进行自身氧化所需的氧量，,kgO,2,/kgVSS.d,。,37,有机物降解与需氧,:,上式可改写为：,或,式中：,O,2,/VX,v,单位质量污泥的需氧量,，,kgO,2,/kgVSS.d;,O,2,=O,2,/QS,r,去除每,kgBOD,所需的氧量,，,kgO,2,/kgBOD.d;,思考题：,如何解释单位质量污泥的需氧量与负荷,成正比,，而去除单位质量,BOD,的需要量与负荷,成反比,？,38,a,、,b,值的确定,:,活性污泥法处理城市污水：,运行方式,O,2,a,b,完全混合式,0.7,1.1,0.42,0.11,生物吸附法,0.7,1.1,传统曝气法,0.8,1.1,延时曝气法,1.4,1.8,0.53,0.188,39,a,、,b,值的确定,:,活性污泥法处理工业污水：,废水种类,a,b,石油化工废水,0.75,0.16,合成纤维废水,0.55,0.142,含酚废水,0.56,制浆与造纸废水,0.38,0.092,制药废水,0.35,0.354,酿造废水,0.93,漂染废水,0.5,0.6,0.065,炼油废水,0.55,0.12,亚硫酸浆粕废水,0.40,0.185,40,a,、,b,值的确定,:,(3),试验法,:,a,b,L,srBOD,(kgBOD,r,/kgVSS.d),O,2,/VX,v,(kgO,2,/kgVSS.d),41,第二节 活性污泥法的运行方式,1),传统活性污泥法,；,2),完全混合活性污泥法,；,3),阶段曝气活性污泥法；,4),吸附,再生活性污泥法,；,5),延时曝气活性污泥法；,6),高负荷活性污泥法；,7),纯氧曝气活性污泥法,；,8),浅层低压曝气活性污泥法；,9),深水曝气活性污泥法；,10),深井曝气活性污泥法,。,42,回流污泥,二次,沉淀池,废水,曝气池,初次,沉淀池,出水,空气,剩余活性污泥,QS,i,VX,Q,w,XS,e,Q-Q,w,X,e,S,e,Q,r,X,r,S,e,Q+Q,r,XS,e,一、传统活性污泥法：,1),工艺流程,:,43,一、传统活性污泥法：,平面图,剖面图,曝气头,曝气设备,隔墙,空气管沟,44,一、传统活性污泥法：,供氧速率与需氧速率,曝气池长度,供氧速率,需氧速率曲线,需氧量,45,微孔曝气头,46,一、传统活性污泥法：,主要优点：,a.,处理效果好：,BOD,5,的去除率可达,9095%,；,b.,对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。,4),主要问题：,a.,为了避免池,首端,形成,厌氧状态,，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，,占地面积较大,；,b.,在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，会,浪费了动力费用,；,c.,对冲击负荷的适应性较弱。,47,传统活性污泥法,设计参数,容积负荷,(kgBOD,5,/m,3,.d),0.3,0.6,MLSS (mg/l),1500,3000,回流比,(%),25,50,污泥负荷,(kgBOD,5,/kgMLSS.d),0.2,0.4,污泥龄,c,(d),5,15,MLVSS (mg/l),1200,2400,曝气时间,HRT (h),4,8,BOD,5,去除率,(%),85,95,48,二、完全混合活性污泥法,工艺流程,回流污泥,二次,沉淀池,废水,曝气池,初次,沉淀池,出水,空气,剩余活性污泥,完全混合曝气池,49,二、完全混合活性污泥法,主要特点：,a.,可以方便地通过对,F/M,的调节，使反应器内的有机物降解反应控制在最佳状态；,b.,进水一进入曝气池，就立即被大量混合液所稀释，所以对冲击负荷有一定的抵抗能力；,c.,适合于处理较高浓度的有机工业废水,50,二、完全混合活性污泥法,主要结构形式：,a.,合建式（曝气沉淀池）,b.,分建式,51,合建式曝气池曝气沉淀池,52,合建式曝气池（曝气沉淀池）,53,分建式曝气池,54,污泥负荷,(kgBOD,5,/kgMLSS.d),污泥龄,(d),MLVSS (mg/l),曝气时间,HRT (h),BOD,5,去除率,(%),设计参数,容积负荷,(kgBOD,5,/m,3,.d),08,2.0,MLSS (mg/l),3000,6000,回流比,(%),25,100,0.2,0.6,5,15,2400,4800,3,5,85,90,二、完全混合活性污泥法,55,三、阶段曝气活性污泥法,分段进水法或多点进水法,工艺流程,56,多点进水活性污泥法的工艺流程,出水,进水,二沉池,进水点,剩余污泥,回流污泥,回流污泥,出水,进水点,进水,剩余污泥,二沉池,进水点,57,三、阶段曝气活性污泥法,分段进水法或多点进水法,主要特点：,a.,废水沿池长分段注入曝气池，有机物负荷分布较均衡，改善了供氧速率与需氧速率之间的矛盾，有利于降低能耗；,b.,废水分段注入，提高了曝气池对冲击负荷的适应能力；,58,三、阶段曝气活性污泥法,分段进水法或多点进水法,设计参数,容积负荷,(kgBOD,5,/m,3,.d),0.6,1.0,MLSS (mg/l),2000,3500,回流比,(%),25,75,污泥负荷,(kgBOD,5,/kgMLSS.d),0.2,0.4,污泥龄,(d),5,15,MLVSS (mg/l),1600,2800,曝气时间,HRT (h),3,8,BOD,5,去除率,(%),85,90,59,四、吸附再生活性污泥法,又称生物吸附法或接触稳定法,主要特点：,将,吸附,、,降解,两个过程分别控制在不同的反应器内进行。,60,活性污泥净化反应过程,:,在活性污泥处理系统中，有机底物从废水中被去除的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，这一过程的结果是污水得到了净化，微生物获得了能量而合成新的细胞，活性污泥得到了增长。,一般将这整个净化反应过程分为三个阶段：,1,）初期吸附；,2,）微生物代谢；,3,）活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩,61,活性污泥的初期吸附作用,曝气过程,降解,初期吸附,BOD,62,活性污泥的初期吸附作用,在活性污泥系统内，在污水开始与活性污泥接触后的较短时间,(10,30min),内，由于活性污泥具有很大的表面积因而具有很强的吸附能力，因此在这很短的时间内，就能够去除废水中大量的呈悬浮和胶体状态的有机污染物，使废水的,BOD,5,值,(,或,COD,值,),大幅度下降。,但不是真正的降解，随着时间的推移，混合液的,BOD,5,值会回升，再之后，,BOD,5,值才会逐渐下降。,活性污泥吸附作用的大小与很多因素有关,:,1,）废水的性质、特性：,含有较高浓度呈悬浮或胶体状态的有机污染物。,2,）活性污泥的状态：,充分的再生曝气，一般应使活性污泥微生物进入内源代谢期，才能使其吸附功能得到恢复和增强。,63,四、吸附再生活性污泥法,又称生物吸附法或接触稳定法,工艺流程,回流污泥,进水,出水,吸附池,二沉池,剩余污泥,再生池,回流污泥,出水,进水,剩余污泥,吸附段,再生段,二沉池,64,四、吸附再生活性污泥法,又称生物吸附法或接触稳定法,1),主要优点：,a.,废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短，吸附池容积较小，再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥，因此，再生池的容积也是小的。吸附池与再生池容积只和仍低于传统法曝气池的容积，建筑费用较低；,b.,具有一定的承受冲击负荷的能力，当吸附池的活性污泥遭到破坏时，可由再生池的污泥予以补充。,2),主要缺点：,对废水的处理效果低于传统法，此外，对溶解性有机物含量较高的废水，处理效果更差。,65,四、吸附再生活性污泥法,又称生物吸附法或接触稳定法,设计参数,容积负荷,(kgBOD,5,/m,3,.d),1.0,1.2,MLSS (mg/l),吸附池：,1000,3000,再生池：,4000,10000,回流比,(%),25,100,污泥负荷,(kgBOD,5,/kgMLSS.d),0.2,0.6,污泥龄,(d),5,15,MLVSS (mg/l),吸附池：,800,2400,再生池：,3200,8000,曝气时间,HRT (h),吸附池,0.5,1.0,；,再生池,3,6,BOD,5,去除率,(%),80,90,66,五、延时曝气活性污泥法,完全氧化活性污泥法,1),主要特点：,a.,有机负荷率非常低，污泥持续处于内源代谢状态，剩余污泥少且稳定，无需再进行处理；,b.,处理出水出水水质稳定性较好，对废水冲击负荷有较强的适应性；,c.,在某些情况下，可不设初沉池。,2),主要缺点：,池容大、曝气时间长，占地面积大；,建设费用和运行费用高；,适用条件：,出水水质高，小规模，水量一般在,1000m,3,/d,以下。,67,五、延时曝气活性污泥法,完全氧化活性污泥法,设计参数,容积负荷,(kgBOD,5,/m,3,.d),0.1,0.4,MLSS (mg/l),3000,6000,回流比,(%),75,100,污泥负荷,(kgBOD,5,/kgMLSS.d),0.05,0.15,污泥龄,(d),20,30,MLVSS (mg/l),2400,4800,曝气时间,HRT (h),18,48,BOD,5,去除率,(%),95,68,六、高负荷活性污泥法,又称短时曝气法或不完全曝气活性污泥法,1),主要特点：,a.,有机负荷率高，曝气时间短，对废水的处理效果较低；,b.,在系统和曝气池的构造等方面与传统法相同。,69,六、高负荷活性污泥法,又称短时曝气法或不完全曝气活性污泥法,主要设计参数：,设计参数,容积负荷,(kgBOD,5,/m,3,.d),1.2,2.4,MLSS (mg/l),200,500,回流比,(%),5,15,污泥负荷,(kgBOD,5,/kgMLSS.d),1.5,5.0,污泥龄,(d),0.25,2.5,MLVSS (mg/l),160,400,曝气时间,HRT (h),1.5,3.0,BOD,5,去除率,(%),60,75,70,七、纯氧曝气活性污泥法,工艺流程,纯氧,进水,尾气,出水,回流污泥,气体循环泵,气体分散及搅拌装置,71,七、纯氧曝气活性污泥法,1),主要特点：,a.,纯氧中氧的分压比空气约高,5,倍，纯氧曝气可大大提高氧的转移效率；,b.,氧的转移率可提高到,80-90%,，而一般的鼓风曝气仅为,525%,左右；,c.,可使曝气池内活性污泥浓度高达,4000,7000mg/l,，能够大大提高曝气池的容积负荷；,d.,剩余污泥产量少，,SVI,值也低，污泥膨胀较少发生。,72,七、纯氧曝气活性污泥法,设计参数,容积负荷,(kgBOD,5,/m,3,.d),2.0,3.2,MLSS (mg/l),6000,10000,回流比,(%),25,50,污泥负荷,(kgBOD,5,/kgMLSS.d),0.4,1.0,污泥龄,(d),5,15,MLVSS (mg/l),4000,6500,曝气时间,HRT (h),1.5,3.0,溶解氧浓度,DO (mg/l),6,10,SVI (ml/g),30,50,BOD,5,去除率,(%),75,95,73,八、浅层低压曝气法,理论基础：只有在气泡形成和破碎的瞬间，氧的转移率最高，因此，没有必要延长气泡在水中的上升距离。,其曝气装置一般安装在水下,0.8,0.9,米处，因此可以采用风压在,1,米以下的低压风机，动力效率较高，可达,1.80,2.60kgO,2,/kw.h,；,其氧转移率较低，一般只有,2.5%,；,池中设有导流板，可使混合液呈循环流动状态。,74,八、浅层低压曝气法,微孔板,0.60.8,0.60.8,导流板,75,九、深水曝气活性污泥法,1),主要特点：,a.,曝气池水深在,7,8m,以上，,b.,由于水压较大，氧的转移率可以提高，相应也能加快有机物的降解速率；,c.,占地面积较小。,76,九、深水曝气活性污泥法,曝气装置,空气,导流墙,深水中层曝气法的示意图,空气,曝气装置,深水深层曝气法的示意图,77,十、深井曝气 活性污泥法,又称超深水 曝气法,工艺流程：,一般平面呈圆形，,直径约,1,6m,，深度为,50,150m,。,回流污泥,进水,出水,空气,78,十、深井曝气活性污泥法,又称超深水曝气法,主要特点：,a.,氧转移率高，约为常规法的,10,倍以上；,b.,动力效率高，占地少，易于维护运行；,c.,耐冲击负荷，产泥量少；,d.,一般可以不建初次沉淀池,e.,但受地质条件的限制。,79,十、深井曝气活性污泥法,又称超深水曝气法,设计参数,设计参数,容积负荷,(kgBOD,5,/m,3,.d),3.0,3.6,MLSS(mg/l),3000,5000,回流比,(%),40,80,污泥负荷,(kgBOD,5,/kgMLSS.d),1.0,1.2,污泥龄,(d),5,MLVSS(mg/l),2400,4000,曝气时间,HRT(h),1.0,2.0,BOD,5,去除率,(%),85,90,80,作业,8,、,(),普通活性污泥法、吸附再生法和完全混合法各有什么特点？在一般情况下，对于有机废水,BOD,5,的去除率如何？根据活性污泥增长曲线来看，这几种运行方式的基本区别在什么地方？各自的优缺点是什么？,11,、,(),试指出污泥沉降比,SV,、污泥浓度,MLSS,和污泥指数,SVI,的定义，以及其在水处理工程中的实际意义以及一般的正常数值范围。,5,、,(),普通活性污泥法曝气池中的,MLSS,为,3700mg/L,，,SVI,为,80mL/g,，求其,SV,和回流污泥中的悬浮固体浓度。,7,、,(),某造纸厂采用活性污泥法处理废水，废水量为,24000m,3,/d,，曝气池容积,V,为,8000m,3,。经初次沉淀，废水的,BOD,5,为,300mg/L,，曝气池对,BOD,5,的去除率为,90%,，曝气池混合液悬浮液固体浓度为,4000mg/L,，其中挥发性悬浮固体占,75%,。试求：,F/M,、每日剩余污泥量、每日需氧量和污泥龄。（已知：,a=0.76kgVSS/kgBOD,5,.d,，,b=0.016d,-1,；,a=0.38kgO,2,/kgBOD,5,，,b=0.092kgO,2,/kgVSS.d,）,81,第三节、活性污泥法的反应动力学,什么是,活性污泥法反应动力学,？,可以定量或半定量地揭示系统内,有机物降解,、,污泥增长,、,氧气的消耗,等与各项,设计,参数、,运行,参数及环境因素之间的关系；,82,活性污泥法的反应动力学的主要内容,:,(1),基质降解,的动力学，涉及基质降解与基质浓度、生物量等因素的关系；,(2),微生物增长动力学,，涉及微生物增长与基质浓度、生物量、增长常数等因素的关系；,(3),还研究底物降解与生物量增长、底物降解与需氧、营养要求等的关系。,83,建立活性污泥法反应动力学模型的假设,:,(1),反应器处于,完全混合状态,，,对于推流式曝气池系统，需加以修正；,(2),活性污泥系统的,运行,条件,绝对稳定,；,(3),二沉池内,无微生物活动,，也无污泥累积，且泥水分离效果良好；,(4),进水有机物均为溶解性有机物，且浓度恒定，,不含微生物,；,(5),进水中不含对微生物具有毒性或抑制性的物质。,84,反应动力学研究的由来,劳伦斯,麦卡蒂（,LawrenceMcCarty,）模式,酶促反应动力学公式（米,门公式）,（,MichaelisMenton,）,莫诺德（,Monod,）模式,85,(,一,),活性污泥反应动力学的基础,米,门公式,与,莫诺德模式,A,米,门公式,MichaelisMenton,提出酶的“,中间产物,”学说，通过理论推导和实验验证，提出了含单一基质单一反应的,酶促反应动力学,公式，即米,门公式：,其中：,K,m,饱和常数，或半速常数；,1/K,m,基质亲和力,E+S,ES E+P,86,米门公式的图示,v,max,K,m,v=v,max,/2,S,0,v,87,B.,莫诺德模式：,1942,年和,1950,年，,Monod,单一基质、纯菌种培养实验，,微生物比增殖速率与基质浓度,与酶促反应类似的规律，,提出活性污泥法的动力学公式，即莫诺德模式：,式中：,微生物的比增殖速率，,kgVSS/kgVSS.d,；,max,基质浓度饱和时，微生物的最大比增殖速率,kgVSS/kgVSS.d;,S,反应器内的基质浓度，,mg/l,；,K,s,饱和常数，也称半速常数。,88,B.,莫诺德模式：,随后发现，用由混合微生物群体组成的活性污泥对多种基质进行微生物增殖实验，也取得了符合这种关系的结果。,在微生物比增殖速率与底物的比降解速率之间存在下列比例关系：,89,B.,莫诺德模式：,则与,比增殖速率,相对应的,比底物降解速率,也可以用类似公式表示，即：,式中：,S,限制性底物的浓度；,对于废水处理来说，有机物的降解是其基本目的，因此上式的实际意义更大。,90,B.,莫诺德模式：,一级反应区,过渡区,零级反应区,91,l,莫诺德方程式的推论：,(1),在高底物浓度的条件下，即,SK,s,，呈,零级反应,，则有：,，,（,2,）在低底物浓度的条件下，即,S K,s,，则：,92,活性污泥法反应动力学的应用,【,例,1】如何用,动力学解释,pH,值对氨氮氧化速率的影响？,【,思考题,1】,推流式与完全混合式的比较：,19,、,(4),进水条件和出水水质要求相同时，如果单从反应动力学的角度来考虑，采用推流式曝气池和完全混合式曝气池，那种所需要的池容较小？,93,pH,值对氨氮氧化速率的影响的动力学解释,例1,：,在一个硝化反应器中，氨氮浓度为130,mg/L，T=35,C，,请通过计算给出当反应器内的,pH,值分别为6.0和8.0时的氨氧化速率的比值。,94,研究背景,亚硝化的反应方程式：,亚硝化反应是由氨氧化细菌在好氧、,pH,值中性偏碱的条件下完成的；,研究表明，亚硝化过程受,pH,值的影响很大；,最近的研究表明，氨氧化细菌的直接底物是游离态的,NH,3,，而不是离子态的,NH,4,+,；,但水质监测中所测得的氨氮浓度，实际上是总氨氮浓度，即,TNH,3,，其中包括,NH,3,和,NH,4,+,；,95,研究背景,Monod,方程认为，废水中的生化反应速率为：,上式中的,S,指的是生化反应过程中的限制性基质的浓度，即氨氧化过程中的游离氨浓度；,因此，需要计算出不同,pH,值下反应器中实际的游离氨的浓度，即,NH,3,：,（,1,）,96,水中游离氨浓度的计算,联合式（,2,）和式（,3,），可得：,（,2,）,（,3,）,再加上：,最后可得：,（,4,）,97,其它有关常数：,1825,C,时，,假定,30,C,时，,30,C,时，,30,C,时，氨氧化细菌的,K,s,=7.0mgN/L,98,具体的计算过程与结果：,pH,6,时，利用式（,4,），可计算出：,同样，,pH,8,时：,再利用式（,1,），可计算出：,pH,6,时：,pH,8,时：,所以：,99,示意图,100,C、,Lawrence,McCarty,模式：,有关基本概念：,a,、微生物比增殖速率,b,、单位基质利用率：,101,有关基本概念,（续）,：,c,、污泥停留时间（,SRT,）、平均细胞停留时间（,MCRT,）、,污泥龄,(,c,),：,102,有关基本概念：,3),与,c,的关系：,所以有：,103,(,三,),LM,模式的基本方程式：,1.,第一基本方程式：,前面已有：,式中：,Y,微生物的产率系数，,kgVSS/kgBOD,；,K,d,自身氧化系数，或衰减常数，,d,-1,，（,kgVSS/kgVSS.d,）；,经整理后：,表示的是,污泥龄,（,c,）与,产率系数,Y,、,基质比利用速率,（,q,）及,自身氧化系数,(K,d,),之间的关系。,104,2.,第二基本方程式：,认同莫诺德模式：,认为有机基质的降解速率等于其被微生物的利用速率，即：,式中：,S,反应器内的基质浓度；,q,max,单位生物量的最大基质利用速率；,K,s,半速常数。,表示的是基质利用速率与反应器内微生物浓度和基质浓度之间的关系。,105,(,四,),L-M,模式的应用（基本方程的推论）,A.,第一导出方程,出水水质,(,S,e,),与污泥龄,(,c,),之间的关系：,代入：,则有：,106,污泥龄的计算：,能否有更简便的计算方法？,传统排泥方式：,简化后，则：,107,Lawrence,McCarty,建议的排泥方式：,两种排泥方式：,I.,剩余污泥从污泥回流系统排出；,II.,剩余污泥从曝气池直接排出。,回流污泥,二次,沉淀池,废水,曝气池,初次,沉淀池,出水,空气,剩余活性污泥,QS,i,VXS,e,II.,Q,w,X,I.,Q,w,X,Q-Q,w,X,e,S,i,Q,r,X,r,S,e,108,污泥龄的计算：,从曝气池直接排泥,，则：,简化后,:,109,第二种排泥方式的优点,：,1,）减轻了二沉池的负担；,2,）可将剩余污泥单独浓缩处理；,3,）便于控制曝气池的运行。,110,(,四,),L-M,模式的应用（基本方程的推论）,B.,第二导出方程,曝气池内微生物浓度（,X,）与污泥龄,(,c,),的关系,对曝气池作有机底物的物料衡算：,底物的,净变化率,=,底物进入曝气池,中的速率,底物从曝气池,中消失的速率,111,回流污泥,二次,沉淀池,废水,曝气池,初次,沉淀池,出水,空气,剩余活性污泥,112,(,四,),L-M,模式的应用（基本方程的推论）,代入第一基本方程有：,由于,所以：,说明：曝气池中微生物浓度与有机物浓度、污泥龄和曝气时间等有关。,式中,=,c,/,t,，称为污泥循环因子，,物理意义为：活性污泥从生长到被排出系统期间与废水接触的平均次数。,113,(,四,),L-M,模式的应用（基本方程的推论）,C.,第三导出方程,回流比,R,与,c,之间的关系,对曝气池的生物量进行物料衡算：,曝气池内生物量,的净变化率,=,生物量进入,曝气池的速率,生物量离开,曝气池的速率,由于,所以：,所以：,114,回流污泥,二次,沉淀池,废水,曝气池,初次,沉淀池,出水,空气,剩余活性污泥,115,(,四,),L-M,模式的应用（基本方程的推论）,D,产率系数（,Y,）与表观产率系数（,Y,obs,）之间的关系：,产率系数（,Y,）是指单位时间内，微生物的合成量与基质降解量的比值，即：,表观产率系数（,Y,obs,）是指单位时间内，实际测定的污泥产量与基质降解量的比值，即：,116,D,产率系数（,Y,）与表观产率系数（,Y,obs,）：,由于,所以：,117,D,产率系数（,Y,）与表观产率系数（,Y,obs,）：,该式还提供了通过试验求,Y,及,K,d,的方法，将其取倒数后得：,以,1/,Y,obs,对,c,作图，即可求得,Y,及,K,d,值。其中,:,118,E.,c,与,S,e,及,E,的关系：,S,e,c,Se,E,c,0,E,c,(,c,),min,119,最小污泥龄,对于一个活性污泥系统有一个,(,c,),min,可以通过假定,S,e,=,S,i,并代入,一般,K,s,S,i,，所以,:,则有：,120,(,五,),动力学参数的测定,动力学参数,K,s,、,v,max,、,Y,、,K,d,是模式的重要组成部分，一般是通过实验来确定的。,1,、,K,s,、,v,max,的确定：,将式：,取不同的曝气时间（,t,）值，即可计算出不同的,取倒数，得：,式中,所以,图中直线的斜率为,绘制,关系图，,截距为,121,(,五,),动力学参数的测定,2.,Y,、,K,d,值的确定,取不同的,c,值，并由此可以得出不同的,S,e,值，代入上式，可得出一系列的,q,值。,绘制的,q 1/,c,的关系图，图中直线的斜率为,Y,值，截距为,K,d,值。,思考题：推导,L-M,模式中有关的公式。,122,活性污泥法动力学的主要公式,:,Monod,模式,:,两个基本方程：,推论一：高基质浓度,推论二：低基质浓度,123,LM,模式,:,基本概念,:,124,LM,模式的基本方程,:,第二基本方程,:,第一基本方程,:,125,LM,模式的导出方程,:,第四导出方程,:,第五导出方程,:,第三导出方程,:,第一导出方程,:,第二导出方程,:,126,活性污泥法反应动力学的应用,例,3,：,IAW,的,ASM,系列活性污泥法动力学模型,ASM1,、,ASM2,、,ASM2D,、,ASM3,；,127,ASM1,1986,年，,Henze,等人,有机物氧化、硝化和反硝化作用，,有机物,易生物降解、缓慢生物降解,溶解性、非溶解性；,对活性污泥生物絮体的组成也作了定性划分。,结合生物处理基本原理，综合考虑环境影响因素，以矩阵形式表述，便于计算机编程计算，还能给出生化过程物质转化的明确途径，,目前已发展成为国际上污水处理新技术开发、工艺设计方法研究，以及计算机模拟软件开发的通用平台,基于,ASM 1,开发的工艺软件能有效地模拟实际污水厂的运行情况，尤其是市政污水处