高等教育--污水的好氧生物处理.pptx

绪论绪论 19121912年英国的克拉克年英国的克拉克(Clark)(Clark)和盖奇和盖奇(Gage)(Gage)发现，发现，对污水长对污水长时间曝气会产生污泥，同时水质会得到明显的改善。继而时间曝气会产生污泥，同时水质会得到明显的改善。继而阿尔阿尔敦敦(Arden)(Arden)和洛开脱和洛开脱(Lockett)(Lockett)对这一现象进行了研究。曝气试对这一现象进行了研究。曝气试验是在瓶中进行的，每天试验结束时把瓶子倒空，第二天重新验是在瓶中进行的，每天试验结束时把瓶子倒空，第二天重新开始，他们偶然发现，由于瓶子清洗不完善，瓶壁附着污泥时，开始，他们偶然发现，由于瓶子清洗不完善，瓶壁附着污泥时，处理效果反而好。由于认识了瓶壁留下污泥的重要性，他们把处理效果反而好。由于认识了瓶壁留下污泥的重要性，他们把它称为活性污泥。随后，他们在每天结束试验前，把曝气后的它称为活性污泥。随后，他们在每天结束试验前，把曝气后的污水静止沉淀，只倒去上层净化清水，留下瓶底的污泥，供第污水静止沉淀，只倒去上层净化清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，这样大大缩短了污水处理的时间。这个试验的工艺二天使用，这样大大缩短了污水处理的时间。这个试验的工艺化便是于化便是于19161916年建成的第一个活性污泥法污水处理厂。年建成的第一个活性污泥法污水处理厂。活性污泥法是处理城市污水最广泛使用的方法。活性污泥法是处理城市污水最广泛使用的方法。它能它能从污从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解有机物以及能被活性污泥水中去除溶解的和胶体的可生物降解有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质。无机盐类吸附的悬浮固体和其他一些物质。无机盐类(磷和氮的化合物磷和氮的化合物)也能部分地被去除也能部分地被去除。活性污泥法既适用于活性污泥法既适用于大流量的污水处理大流量的污水处理，也适用于小流量，也适用于小流量的污水处理。运行方式灵活，日常运行费用较低，但管理要求的污水处理。运行方式灵活，日常运行费用较低，但管理要求较高。较高。活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。第一节第一节 基本概念基本概念一、活性污泥和活性污泥法一、活性污泥和活性污泥法 有机废水经过一段时间的暴气后，水中会产生一中有机废水经过一段时间的暴气后，水中会产生一中以好氧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，这种菌为主体的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是污泥絮体就是活性污泥活性污泥。活性污泥是以细菌，原生动物和后生活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物所组成的活性微生物为主体，此外还有一些无机物，未被动物所组成的活性微生物为主体，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。微生物分解的有机物和微生物自身代谢的残留物。活性污泥结活性污泥结构疏松，表面嫉恨大，对有机物有着强烈的吸附凝聚和氧化分构疏松，表面嫉恨大，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，大部分絮凝体在和沉降性能，大部分絮凝体在0.02-0.2mm0.02-0.2mm范围内。从废水处理范围内。从废水处理角度来看，这些特点都是十分可贵的。角度来看，这些特点都是十分可贵的。活性污泥法活性污泥法就是就是以含于废水中的有机污染物为培养基，在有溶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，在利用其吸附凝聚和氧解氧的条件下，连续地培养活性污泥，在利用其吸附凝聚和氧化分解作用净化废水中有机污染物。化分解作用净化废水中有机污染物。由污水、回流污泥和空气相互混合形成液体，成为由污水、回流污泥和空气相互混合形成液体，成为混合液混合液。活性污泥法净化废水的能力强，效率高，占地面积小，臭活性污泥法净化废水的能力强，效率高，占地面积小，臭味轻微，当产生剩余污泥量大，对水质水量的变化比较敏感，味轻微，当产生剩余污泥量大，对水质水量的变化比较敏感，缓冲能力强。缓冲能力强。二、活性污泥法的基本流程二、活性污泥法的基本流程 活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系统所组成除系统所组成，见图，见图14-114-1活性污泥法的基本流程。活性污泥法的基本流程。污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。曝气污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。曝气池是一个生物反应器，通过曝气设备充入空气，空气中的氧溶池是一个生物反应器，通过曝气设备充入空气，空气中的氧溶入污水使活性污泥混合液产生好氧代谢反应。曝气设备不仅传入污水使活性污泥混合液产生好氧代谢反应。曝气设备不仅传递氧气进入混合液，且使混台液得到足够的搅拌而呈悬浮状态。递氧气进入混合液，且使混台液得到足够的搅拌而呈悬浮状态。这样，这样，污水中的有机物、氧气同微生物能充分接触和反应。污水中的有机物、氧气同微生物能充分接触和反应。随随后混合液流人沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉下来后混合液流人沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉下来和水分离。流出沉淀池的就是净化水。和水分离。流出沉淀池的就是净化水。沉淀池中的污泥大部分沉淀池中的污泥大部分回流，称为回流，称为回流污泥回流污泥。回流污泥的。回流污泥的目的是使曝气池内保持一定目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度。曝气池中的生化反应引起了微生物的增殖，增殖的微生物通常曝气池中的生化反应引起了微生物的增殖，增殖的微生物通常从沉淀池中排除，以维持活性污泥系统的稳定运行。这部分污从沉淀池中排除，以维持活性污泥系统的稳定运行。这部分污泥叫泥叫剩余污泥剩余污泥。剩余污泥中含有大量的微生物，排放环境前应。剩余污泥中含有大量的微生物，排放环境前应进行处理，防止污染环境。进行处理，防止污染环境。从上述流程可以看出，从上述流程可以看出，污泥除了有氧化和分解有机物的能污泥除了有氧化和分解有机物的能力外，还要有良好的凝聚和沉淀性能，以使活性污泥能从混合力外，还要有良好的凝聚和沉淀性能，以使活性污泥能从混合液中分离出来，得到澄清的出水。液中分离出来，得到澄清的出水。活性污泥中的细菌是一个棍活性污泥中的细菌是一个棍合群体，常以菌胶团的形式存在，游离状态的较少。菌胶团是合群体，常以菌胶团的形式存在，游离状态的较少。菌胶团是由细菌分泌的多糖类物质将细菌包覆成的粘性团块，使细菌具由细菌分泌的多糖类物质将细菌包覆成的粘性团块，使细菌具有抵御外界不利因素的性能。菌胶团是活性污泥絮凝体的主要有抵御外界不利因素的性能。菌胶团是活性污泥絮凝体的主要组成部分。游离状态的细菌不易沉淀，而混合液中的原生动物组成部分。游离状态的细菌不易沉淀，而混合液中的原生动物可以捕食这些游离细菌，这样沉淀池的出水就会更清彻，因而可以捕食这些游离细菌，这样沉淀池的出水就会更清彻，因而原生动物有利于出水水质的提高。原生动物有利于出水水质的提高。三、活性污泥降解污水中有机物的过程三、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，对有机物的降解活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解(去除去除)过程可分过程可分为为两个阶段，吸附阶段和稳定阶段。两个阶段，吸附阶段和稳定阶段。在在吸附阶段，吸附阶段，主要是污水主要是污水中的有机物转移到活性污泥上去，这是由于活性污泥具有巨大中的有机物转移到活性污泥上去，这是由于活性污泥具有巨大的表面积，而裹面上含有多糖类的粘性物质所致。在的表面积，而裹面上含有多糖类的粘性物质所致。在稳定阶段，稳定阶段，主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。当污水中的有机物处于悬浮状态和胶态时，吸附阶段很短，一当污水中的有机物处于悬浮状态和胶态时，吸附阶段很短，一般在般在15-45 min15-45 min左右，而稳定阶段较长。左右，而稳定阶段较长。实验：实验：把某厂的污水同活性污泥混合，曝气，每隔一定的时间把某厂的污水同活性污泥混合，曝气，每隔一定的时间取样，用离心机分离污水，测其耗氧量取样，用离心机分离污水，测其耗氧量(替代替代BODBOD5 5测定测定)，并观，并观察耗氧量的下降过程。图察耗氧量的下降过程。图14-214-2是莱次实验的结果。是莱次实验的结果。这次实验中，混合液内活性污泥浓度这次实验中，混合液内活性污泥浓度(即混合液的悬浮固体，即混合液的悬浮固体，符号符号MLSS)MLSS)为为2500mg/L2500mg/L，污水的初始耗氧量为，污水的初始耗氧量为120mg120mgL L，图中曲，图中曲线线1 1是污水耗氧量的残留量曲线，曲线是污水耗氧量的残留量曲线，曲线2 2是耗氧量的去除率曲线，是耗氧量的去除率曲线，去除率下降量与初始量的百分比。从图中可以看出，随着曝气去除率下降量与初始量的百分比。从图中可以看出，随着曝气过程的推进，曲线过程的推进，曲线1 1的斜率迅速降低，这表明污水耗氧量的下降的斜率迅速降低，这表明污水耗氧量的下降速率很快；同时从曲线速率很快；同时从曲线2 2上可以看出，在上可以看出，在40min40min内去除了内去除了6969的的耗氧量，到耗氧量，到2 2小时后也只去除了小时后也只去除了7676，即后面的，即后面的80min80min去除去除7 7。上述实验的开始阶段有机物下降得这么快，从污水去除的上述实验的开始阶段有机物下降得这么快，从污水去除的有机物是不是都被活性污泥中的微生物氧化分解了呢有机物是不是都被活性污泥中的微生物氧化分解了呢?不是，被不是，被微生物吸附表面，因吸附时间短。微生物吸附表面，因吸附时间短。在好氧微生物的活动下，有在好氧微生物的活动下，有机物先是被氧化分解为中间产物，接着有些中间产物合成为细机物先是被氧化分解为中间产物，接着有些中间产物合成为细胞物质，另一些中间产物氧化为无机的最终产物。在此过程中，胞物质，另一些中间产物氧化为无机的最终产物。在此过程中，微生物消耗水中的溶解氧，溶解氧的消耗就是通常所说的微生物消耗水中的溶解氧，溶解氧的消耗就是通常所说的生化生化需氧量需氧量。概括分析如下：概括分析如下：结论：结论：从上述分析可见，在活性污泥的曝气过程中，从上述分析可见，在活性污泥的曝气过程中，废水中有废水中有机物的变化包括两个阶段：吸附阶段和稳定阶段。在吸附阶段，机物的变化包括两个阶段：吸附阶段和稳定阶段。在吸附阶段，主要是废水中的有机物转移到活性污泥上去；在稳定阶段，主主要是废水中的有机物转移到活性污泥上去；在稳定阶段，主要是转移到活性污泥上去的有机物为微生物所利用。要是转移到活性污泥上去的有机物为微生物所利用。吸附量的吸附量的大小，主要取决于有机物的状态，若废水中的有机物处于悬浮大小，主要取决于有机物的状态，若废水中的有机物处于悬浮和胶体状态的相对量大时，则吸附量也大。和胶体状态的相对量大时，则吸附量也大。第二节第二节 气体传递原理和曝气池气体传递原理和曝气池 活性污泥法有三个基本要素：活性污泥法有三个基本要素：引起吸附和氧化分解作用引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是的微生物，也就是活性污泥活性污泥；废水中的废水中的有机物有机物，它是处理对，它是处理对象，也是微生物的食料；象，也是微生物的食料；溶解氧溶解氧，没有充足的溶解氧，好氧，没有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存也不能发挥氧化分解作用。作为一个有效的微生物既不能生存也不能发挥氧化分解作用。作为一个有效的处理工艺，还必须使处理工艺，还必须使微生物，有机物和氧充分接触，才能相互微生物，有机物和氧充分接触，才能相互作用。作用。因而在充氧的同时，必须使混合液悬浮固体处于悬浮状因而在充氧的同时，必须使混合液悬浮固体处于悬浮状态。充氧和混合是通过曝气设备来实现。态。充氧和混合是通过曝气设备来实现。曝气的好坏决定了活性污泥法的能耗和处理的效果。曝气的好坏决定了活性污泥法的能耗和处理的效果。要达要达到好的效果，曝气设备的选择还必须和曝气池的构造相配合。到好的效果，曝气设备的选择还必须和曝气池的构造相配合。一、气体传递原理一、气体传递原理活性污泥法是采取人工措施，创造适宜条件，强化活性污泥微活性污泥法是采取人工措施，创造适宜条件，强化活性污泥微生物的新陈代谢功能，加速污水中有机污染物降解的污水生物生物的新陈代谢功能，加速污水中有机污染物降解的污水生物处理技术。处理技术。对此，重要的人工措施之一是向活性污泥反应器对此，重要的人工措施之一是向活性污泥反应器曝气池中的混合液提供足够的曝气池中的混合液提供足够的溶解氧和使混合液中的活性污溶解氧和使混合液中的活性污泥与污水充分接触泥与污水充分接触，这两项任务是通过曝气这一手段实现的。，这两项任务是通过曝气这一手段实现的。现在通行的现在通行的曝气法有：鼓风曝气、机械曝气和两者联合的曝气法有：鼓风曝气、机械曝气和两者联合的鼓风鼓风机械曝气。机械曝气。1.1.菲克（菲克（Fick)Fick)定律定律 通过曝气，空气中的氧，从气相传递到混合液的液相中，通过曝气，空气中的氧，从气相传递到混合液的液相中，这既是一个传质过程，也是一个榔质扩散过程。扩散过程的推这既是一个传质过程，也是一个榔质扩散过程。扩散过程的推动力是物质在界面两侧的浓度差。物质的分子从浓度较高的侧动力是物质在界面两侧的浓度差。物质的分子从浓度较高的侧向着较低的一侧扩散、转移。向着较低的一侧扩散、转移。扩散过程的基本规律可以用菲克扩散过程的基本规律可以用菲克(Fick)(Fick)定律加以概括，即定律加以概括，即 （14-114-1）Vd-Vd-物质的扩散速度，在单位时间内单位断面上通过的物质数物质的扩散速度，在单位时间内单位断面上通过的物质数量；量；D DL L-扩散系数，表示物质在某种介质中的扩散能力，主要决定扩散系数，表示物质在某种介质中的扩散能力，主要决定于扩散物质和介质的特性及温度；于扩散物质和介质的特性及温度；2.2.双膜理论双膜理论 19241924年路易斯（年路易斯（Lewis)Lewis)和怀特曼和怀特曼(Whitman)(Whitman)提出双膜理论，提出双膜理论，基本点基本点：(1)(1)在气、液两相接触的界面两侧存在着处于在气、液两相接触的界面两侧存在着处于层流状态的气膜和层流状态的气膜和液膜，液膜，在其外侧则分别为气相主体和液相主体，在其外侧则分别为气相主体和液相主体，两个主体均处两个主体均处于紊流状态。于紊流状态。(2)(2)由于气、液两相的主体均处于紊流状态，其中物质浓度基本由于气、液两相的主体均处于紊流状态，其中物质浓度基本上是均匀的，不存在浓度差，也不存在传质阻力，气体分子从上是均匀的，不存在浓度差，也不存在传质阻力，气体分子从气体主体传递到液相主体，气体主体传递到液相主体，阻力仅存在于气、液两层层流膜中。阻力仅存在于气、液两层层流膜中。(3)(3)在在气膜中存在着氧的分压梯度气膜中存在着氧的分压梯度，在液膜中存在着氧的浓度梯，在液膜中存在着氧的浓度梯度，它们是氧转移的推动力。度，它们是氧转移的推动力。(4)(4)氧难溶于水，因此，氧难溶于水，因此，氧转移决定性的阻力又集中在液膜上氧转移决定性的阻力又集中在液膜上，因此，氧分子通过液膜是氧转移过程的控制步骤，通过液膜的因此，氧分子通过液膜是氧转移过程的控制步骤，通过液膜的转移速度是氧转移过程的转移速度是氧转移过程的控制速度控制速度。二、曝气设备二、曝气设备 曝气设备主要分为曝气设备主要分为鼓风曝气和机械曝气鼓风曝气和机械曝气。1 1鼓风曝气鼓风曝气选择：选择：鼓风曝气用鼓风机供应压缩空气，常用鼓风曝气用鼓风机供应压缩空气，常用罗茨鼓风机和罗茨鼓风机和离心式鼓风机。离心式鼓风机。罗茨鼓风机适用于中小型污水厂，但噪声大，罗茨鼓风机适用于中小型污水厂，但噪声大，必须采取消音、隔音措施；离心式鼓风机噪声小，且效率高，必须采取消音、隔音措施；离心式鼓风机噪声小，且效率高，适用于大中型污水厂，但国内产品规格还不多适用于大中型污水厂，但国内产品规格还不多。组成：组成：由空气净化器，鼓风机，空气输配管系统和浸没于混由空气净化器，鼓风机，空气输配管系统和浸没于混合液中的扩散器组成。合液中的扩散器组成。风量满足的条件：风量满足的条件：1 1）满足生化反应所需的氧量和能满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体呈悬浮状态；保持混合液悬浮固体呈悬浮状态；2）满足克服管道系统和扩满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压；散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压；3）空气净化器的空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。扩散器：扩散器：作用是将空气分散成空气泡，增大空气和混合液之作用是将空气分散成空气泡，增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。扩散器的类型：扩散器的类型：1 1）小气泡扩散器）小气泡扩散器 典型的是由微孔材料典型的是由微孔材料(陶瓷、砂砾，塑料陶瓷、砂砾，塑料)制成的扩散板或扩制成的扩散板或扩散管。气泡直径可达散管。气泡直径可达1.5mm1.5mm以下。以下。2)2)中气泡扩散器中气泡扩散器 常用穿孔管和莎纶管。穿孔管的孔眼直径为常用穿孔管和莎纶管。穿孔管的孔眼直径为2-3mm2-3mm，孔口的，孔口的气体流速不小于气体流速不小于10m/s10m/s，以防堵塞。国外用莎纶管。莎纶是一种，以防堵塞。国外用莎纶管。莎纶是一种合成纤维。莎纶管以多孔金属管为骨架，管外缠绕莎纶绳。金合成纤维。莎纶管以多孔金属管为骨架，管外缠绕莎纶绳。金属管上开了许多小孔，压缩空气从小孔逸出后，从绳缝中以气属管上开了许多小孔，压缩空气从小孔逸出后，从绳缝中以气泡的形式挤入混合液。空气之所以能从绳缝中挤出，是由于莎泡的形式挤入混合液。空气之所以能从绳缝中挤出，是由于莎纶富有弹性。纶富有弹性。3)3)大气泡扩散器大气泡扩散器 常用竖管，气泡直径为常用竖管，气泡直径为15mm15mm左右。左右。4)4)微气泡扩散器微气泡扩散器 新型的扩散器，气泡直径在新型的扩散器，气泡直径在100100m m左右。左右。射流曝气器属于射流曝气器属于微气泡曝气器，它通过混合液的高速射流，将鼓风机引人的空微气泡曝气器，它通过混合液的高速射流，将鼓风机引人的空气切割粉碎为微气泡，使混合液和微气泡充分混合和接触，促气切割粉碎为微气泡，使混合液和微气泡充分混合和接触，促进了氧的传递，提高了反应速率。进了氧的传递，提高了反应速率。也可设计成负压自吸式的射也可设计成负压自吸式的射流器，这样可以省掉鼓风机，避免鼓风机引起的噪声。图流器，这样可以省掉鼓风机，避免鼓风机引起的噪声。图14-514-5是上面几种扩散器的简图。是上面几种扩散器的简图。扩散器的气泡愈大，氧的传递速率愈低，然而它的优点是堵塞扩散器的气泡愈大，氧的传递速率愈低，然而它的优点是堵塞的可能性小，空气的净化要求也低，养护管理比较方便。微小的可能性小，空气的净化要求也低，养护管理比较方便。微小气泡扩散器由于氧的传递速率高，反应时间短，曝气池的容积气泡扩散器由于氧的传递速率高，反应时间短，曝气池的容积可以缩小。可以缩小。扩散器一般扩散器一般布置布置在曝气池的一侧和池底，以便形成旋流，增在曝气池的一侧和池底，以便形成旋流，增加气泡和混合液的接触时间，有利于氧的传递，同时使混合液加气泡和混合液的接触时间，有利于氧的传递，同时使混合液中的悬浮固体呈悬浮状态。中的悬浮固体呈悬浮状态。2 2机械曝气机械曝气 鼓风曝气是水下曝气，机械曝气则是表面曝气。鼓风曝气是水下曝气，机械曝气则是表面曝气。机械曝气机械曝气是用安装于曝气池表面的表面曝气机来实现的。表面曝是用安装于曝气池表面的表面曝气机来实现的。表面曝气机分气机分竖式和卧式两类竖式和卧式两类。(1)(1)竖式曝气机竖式曝气机 这类表曝机的转动轴与水面垂直，装有叶这类表曝机的转动轴与水面垂直，装有叶轮，当叶轮转动时，使曝气池表面产生水跃轮，当叶轮转动时，使曝气池表面产生水跃(见图见图146)146)把大，把大量的混合液水滴和膜状水抛向空气中，然后挟带空气形成水气量的混合液水滴和膜状水抛向空气中，然后挟带空气形成水气混合物回到曝气池中，由于气水接触界面大，从而使空气中的混合物回到曝气池中，由于气水接触界面大，从而使空气中的氧很快溶入水中。随着曝气机的不断转动，表面水层不断更新，氧很快溶入水中。随着曝气机的不断转动，表面水层不断更新，氧气不断地溶人，同时池底含氧量小的混合液向上环流和表面氧气不断地溶人，同时池底含氧量小的混合液向上环流和表面充氧区发生交换，从而提高了整个曝气池混合液的溶解氧含量。充氧区发生交换，从而提高了整个曝气池混合液的溶解氧含量。目前有泵型、倒伞型和平面型，见图目前有泵型、倒伞型和平面型，见图14-714-7所示。所示。(2)(2)卧式曝气刷卧式曝气刷 这类曝气机的转动轴与水面平行，主要用于氧这类曝气机的转动轴与水面平行，主要用于氧化沟。在垂直于转动轴的方向装有不锈钢丝化沟。在垂直于转动轴的方向装有不锈钢丝(转刷转刷)或板条，用或板条，用电机带动，转速在电机带动，转速在505070r70rminmin，淹没深度为，淹没深度为(1(13 31 14)4)转转刷直径。转动时，钢丝或板条把大量液滴抛向空中，并使液面刷直径。转动时，钢丝或板条把大量液滴抛向空中，并使液面剧烈波动，促进氧的溶解：同时推动混合液在池内回流，促进剧烈波动，促进氧的溶解：同时推动混合液在池内回流，促进溶解氧的扩散。见图溶解氧的扩散。见图148148。3 3曝气设备性能指标曝气设备性能指标 曝气设备性能指标：曝气设备性能指标：是氧转移率，单位为是氧转移率，单位为mgOmgO2 2Lh;Lh;是充氧能力是充氧能力(或动力效率或动力效率)即每消耗即每消耗1kwh1kwh动力能传递到水中的动力能传递到水中的氧量氧量(或氧传递速率或氧传递速率)，单位为，单位为kgOkgO2 2kwh;kwh;是氧利用率，通是氧利用率，通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的百分比，单过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的百分比，单位为。位为。各类曝气设备除了要满足充氧要求外，还应满足最低的混各类曝气设备除了要满足充氧要求外，还应满足最低的混合强度合强度(常以单位池底面积，单位时间内的曝气量表示常以单位池底面积，单位时间内的曝气量表示)要求：要求：满铺的小气泡扩散器满铺的小气泡扩散器 2.2m2.2m3 3m m2 2hh；旋流的大中气泡扩散器旋流的大中气泡扩散器 1.2m1.2m3 3m m2 2hh 机械曝气机械曝气 13W13Wm m3 3三、三、曝气池池型曝气池池型 曝气池实质上是一个反应器，它的池型和所需的反应器的曝气池实质上是一个反应器，它的池型和所需的反应器的水力特征密切相关。主要分为推流式和完全混合式以及二池结水力特征密切相关。主要分为推流式和完全混合式以及二池结合型三大类。合型三大类。1 1推流曝气池推流曝气池 (1)(1)平面布置平面布置 推流曝气池的长宽比一般为推流曝气池的长宽比一般为5-105-10。为了便于布。为了便于布置，长池可以两折或多折，污水从一端进，另一端出。进水方置，长池可以两折或多折，污水从一端进，另一端出。进水方式不限；出水都用溢流堰。式不限；出水都用溢流堰。推流曝气池一般采用鼓风曝气。推流曝气池一般采用鼓风曝气。(2)(2)横断面布置横断面布置 推流曝气池的池宽和有效水深之比一般为推流曝气池的池宽和有效水深之比一般为1-1-2 2。有效水深最小为。有效水深最小为3m3m，最大为，最大为9m9m。根据横断面上的水流情况，。根据横断面上的水流情况，又可分为平移推流和旋转推流。又可分为平移推流和旋转推流。平移推流是曝气池底铺满扩散器，池中的水流只有沿池长方向平移推流是曝气池底铺满扩散器，池中的水流只有沿池长方向的流动。这种池型的横断面宽深比可以大些，见图的流动。这种池型的横断面宽深比可以大些，见图14-914-9。旋转椎流是在这种曝气池中，扩散器装于横断面的一侧。由于旋转椎流是在这种曝气池中，扩散器装于横断面的一侧。由于气泡形成的密度差，池水产生旋流。池中的水沿池长方向流动气泡形成的密度差，池水产生旋流。池中的水沿池长方向流动外，还有侧向旋流，形成了旋转推流，见图外，还有侧向旋流，形成了旋转推流，见图14-1014-10。2 2完全混合曝气池完全混合曝气池 圆型、方型或矩型。采用表面曝气机，搅拌下，立即和全池圆型、方型或矩型。采用表面曝气机，搅拌下，立即和全池混合，水质均匀。完全混合曝气池可以和沉淀池分建和合建。混合，水质均匀。完全混合曝气池可以和沉淀池分建和合建。(1)(1)分建式分建式 表面曝气机的充氧和混合性能同池型关系密切，因表面曝气机的充氧和混合性能同池型关系密切，因而表面曝气机的选用应和池型配合，以达到好的效果。而表面曝气机的选用应和池型配合，以达到好的效果。(2)(2)合建式合建式 合建式表面曝气池，（曝气沉淀池、加速曝气池）。合建式表面曝气池，（曝气沉淀池、加速曝气池）。结构紧凑，沉淀池与曝气池合建于一个圆型池中，沉淀池设于结构紧凑，沉淀池与曝气池合建于一个圆型池中，沉淀池设于外环，与中间的曝气池底有回流污泥缝相通，靠表曝机造成的外环，与中间的曝气池底有回流污泥缝相通，靠表曝机造成的水位差使回流污泥循环。见图水位差使回流污泥循环。见图14-1114-11。3 3两种池型的结合两种池型的结合 在推流曝气池中，也可以用多个表曝机充氧和搅拌，对于在推流曝气池中，也可以用多个表曝机充氧和搅拌，对于每一个表曝机所影响的范围内，则为完全混合，而对全池而言，每一个表曝机所影响的范围内，则为完全混合，而对全池而言，又近似推流，此时相邻的表曝机旋转方向应相反，否则两机间又近似推流，此时相邻的表曝机旋转方向应相反，否则两机间的水流会互相冲突，见图的水流会互相冲突，见图14121412。也可用横向挡板在机与机之。也可用横向挡板在机与机之间隔开，避免互相于扰，见图间隔开，避免互相于扰，见图14131413。这种池型各池可以独立，。这种池型各池可以独立，就成为完全混合；也可以各池串联，成为近似推流，运行灵活。就成为完全混合；也可以各池串联，成为近似推流，运行灵活。四、曝气设备的性能测试四、曝气设备的性能测试验证设备是否符合设计要求。验证设备是否符合设计要求。1 1清水中的测试清水中的测试（1)1)原理：原理：用还原剂用还原剂亚硫酸钠消氧亚硫酸钠消氧。为了加快消氧过程可用。为了加快消氧过程可用氯氯化钴作为催化剂化钴作为催化剂。然后测出复氧过程，计算总传质系数。然后测出复氧过程，计算总传质系数K KLaLa和氧和氧的传递速率。的传递速率。（2)2)步骤步骤:为了使测试的全池均匀混合，还原反应应在曝气设为了使测试的全池均匀混合，还原反应应在曝气设备开动的情况下进行。这样，备开动的情况下进行。这样，一面消氧，一面还在充氧一面消氧，一面还在充氧，因而，因而必须加大还原剂的用量。按化学反应式计算：必须加大还原剂的用量。按化学反应式计算：NaNa2 2SOSO3 3+1/2O+1/2O2 2NaNa2 2SOSO4 4 还原还原1mg1mg氧需氧需7.9mg7.9mg的亚硫酸钠。当水温为的亚硫酸钠。当水温为2020时，氧的饱时，氧的饱和浓度约为和浓度约为9mg9mgL L，消氧的亚硫酸钠用量约为，消氧的亚硫酸钠用量约为71mg71mgL L，但根据，但根据经验，实用量为经验，实用量为100mg/L100mg/L，过量约过量约5050。催化剂氯化钻的用量按催化剂氯化钻的用量按CoCo2+2+浓度浓度0.5mg0.5mgL L计算。计算。测定溶解氧：当溶解氧浓度逐渐趋近于零后，由于曝气设测定溶解氧：当溶解氧浓度逐渐趋近于零后，由于曝气设备的充氧，水中的溶解氧会逐渐上升，按一定的时间间隔测定备的充氧，水中的溶解氧会逐渐上升，按一定的时间间隔测定溶解氧浓度，可以取得一系列的溶解氧浓度随时间变化的数据。溶解氧浓度，可以取得一系列的溶解氧浓度随时间变化的数据。溶解氧的测定最好采用溶氧仪，既快速又方便。氯化钴的用量溶解氧的测定最好采用溶氧仪，既快速又方便。氯化钴的用量不能超过。不能超过。采样点分布见图采样点分布见图14141414。注意：注意：做曝气测试时，必须测定功率、水温、气压和水中氧的做曝气测试时，必须测定功率、水温、气压和水中氧的饱和值。饱和值。(3)(3)结果分析结果分析 目的是求氧传递速率和动力效率。目的是求氧传递速率和动力效率。通过测试可以取得一组曝气设备随时间变化的溶解氧数值。通过测试可以取得一组曝气设备随时间变化的溶解氧数值。若数据表明池水混合完善，测试相对比较稳定，则可用来推求若数据表明池水混合完善，测试相对比较稳定，则可用来推求K KLaLa值和氧传递速率。从公式值和氧传递速率。从公式第三节第三节 活性污泥法的发展和演变活性污泥法的发展和演变1.1.渐减曝气渐减曝气 在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长度方向是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。渐减曝气的目的就是合理的布置扩散器，逐步下降的。渐减曝气的目的就是合理的布置扩散器，使布气使布气沿程逐渐变小沿程逐渐变小，这样可以提高处理效率。，这样可以提高处理效率。2 2分步曝气分步曝气 入流的一部分从池端引到池的中部分点进水入流的一部分从池端引到池的中部分点进水，见图，见图14-2214-22，得，得到了较高的处理效率。到了较高的处理效率。3 3完全混合法完全混合法一般池子只有中段一般池子只有中段(约全长的约全长的1/31/3处处)需氧速率与氧传递速率配合需氧速率与氧传递速率配合的比较好一些，见图的比较好一些，见图14-2314-23。改善长条形池子中混合液不均匀的状态，在分步曝气的基改善长条形池子中混合液不均匀的状态，在分步曝气的基础上，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，见图在曝气池中迅速混合，见图14-2414-24。特征：特征：池液中各个部分的微生物种类和数量基本相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；同，生活环境也基本相同；入流出现冲击负荷时，入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小；池液的组成变化也较小；池液需氧率比较均匀。池液需氧率比较均匀。4.4.浅层曝气浅层曝气 派斯维尔派斯维尔(hmwr)(hmwr)：气泡形成和破裂瞬间的氧传递：气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率最大，曝气时液体形成环流。图速率最大，曝气时液体形成环流。图14-2514-25所示。所示。深度与单位能量吸氧率的关系见图深度与单位能量吸氧率的关系见图14142626。扩散。扩散器的深度放置在水面下器的深度放置在水面下0.60.60.8m0.8m范围为宜，可节省动范围为宜可节省动力费。应选离心鼓风机。力费。应选离心鼓风机。设计：设计：浅层曝气池水深浅层曝气池水深3-4m3-4m，以浅为好。深宽比，以浅为好。深宽比1.0-1.0-1.31.3，供气量，供气量30-40m30-40m3 3/m/m2 2(H(H2 2O O）h,h,风压风压10KPa10KPa左右，动左右，动力效率力效率1.8-2.6KgO1.8-2.6KgO2 2/KW h/KW h。5.5.深层曝气深层曝气 一般深层曝气池水深可达一般深层曝气池水深可达10-20m10-20m。超深层曝气法，。超深层曝气法，(竖井或深井曝气竖井或深井曝气)，水探竟达，水探竟达150-300m150-300m，大大节省了，大大节省了用地面积。同时促进氧传递速率，从而提高了曝气池用地面积。同时促进氧传递速率，从而提高了曝气池处理污水的负荷。处理污水的负荷。深井曝气法的实际装置直径为深井曝气法的实际装置直径为1.0-6.0m1.0-6.0m，深度为，深度为50-150m50-150m。井中分隔成两个部分，一面为下降管，另。井中分隔成两个部分，一面为下降管，另一面为上升管。污水及污泥从下降管导人，由上升管一面为上升管。污水及污泥从下降管导人，由上升管排出。在深井靠地面的井颈部分，局部扩大，以排除排出。在深井靠地面的井颈部分，局部扩大，以排除部分气体。经处理后的棍合液，先经真空脱气部分气体。经处理后的棍合液先经真空脱气(也可以也可以加一个小的曝气池代替真空脱气，并充分利用混合液加一个小的曝气池代替真空脱气，并充分利用混合液中的溶解氧中的溶解氧)，再经二次沉淀池固液分离。混合液也可，再经二次沉淀池固液分离。混合液也可用气浮法进行固液分离。图用气浮法进行固液分离。图14-2714-27为深井曝气法处理流为深井曝气法处理流程。程。在深井中可利用空气作为动力，促使液流循环。采用在深井中可利用空气作为动力，促使液流循环。采用空气循环的方法足启动时先在上升管中比较浅的部位输入空气循环的方法足启动时先在上升管中比较浅的部位输入空气，使液流开始循环，待液流完全循环后，再在下降管空气，使液流开始循环，待液流完全循环后，再在下降管中逐步供给空气。液流在下降管中与输入的空气一起，经中逐步供给空气。液流在下降管中与输入的空气一起，经过深井底部流人上升管中，并从井颈顶管排出，并释放部过深井底部流人上升管中，并从井颈顶管排出，并释放部分空气。由于下降管和上升臂的气液混合物存在着密度差，分空气。由于下降管和上升臂的气液混合物存在着密度差，故促使液流保持不断循环。深井曝气池见图故促使液流保持不断循环。深井曝气池见图14-2814-28。深井曝气法中，活性污泥经受压力的变化较大，有时深井曝气法中，活性污泥经受压力的变化较大，有时加压，有时减压，微生物的活性和代谢能力并无异常变化。加压，有时减压，微生物的活性和代谢能力并无异常变化。二氧化碳的量比常规曝气多二氧化碳的量比常规曝气多3030，污泥产量低。，污泥产量低。深井曝气池内，气液紊流大，液膜更新快，促使深井曝气池内，气液紊流大，液膜更新快，促使KLaKLa值增大，同时气液接触时间增长，溶解氧的饱和浓度也由值增大，同时气液接触时间增长，溶解氧的饱和浓度也由深度的增加而增加。深度的增加而增加。6 6高负荷曝气或变型曝气高负荷曝气或变型曝气 有些污水厂只需要部分处理，因此产生了高负荷有些污水厂只需要部分处理，因此产生了高负荷曝气法。曝气池中的曝气法。曝气池中的MLSSMLSS，约，约300-500mg300-500mgL L，曝气的，曝气的时间比较短，约时间比较短，约2 23h3h，处理效率仅约，处理效率仅约65%65%左右，有别左右，有别于传统的活性污泥法，故常称变型曝气。于传统的活性污泥法，故常称变型曝气。7 7克劳斯克劳斯(Kraus)(Kraus)法法 美国有一酿造厂，污水的碳水化合物含量有时特美国有一酿造厂，污水的碳水化合物含量有时特别高，给城市污水厂的运行造成很大困难，常引起污别高，给城市污水厂的运行造成很大困难，常引起污泥膨胀。泥膨胀。膨胀的活性污泥不易在二次沉淀池中沉淀，膨胀的活性污泥不易在二次沉淀池中沉淀，面随水流带走，不仅降低了出水水质，而且造成回流面随水流带走，不仅降低了出水水质，而且造成回流污泥量不足，进而降低了曝气池中混合液悬浮固体浓污泥量不足，进而降低了曝气池中混合液悬浮固体浓度。如不及时采取措施加以解决，就会使系统中的活度。如不及时采取措施加以解决，就会使系统中的活性污泥愈来愈少，从根本上破坏曝气池的运行。性污泥愈来愈少，从根本上破坏曝气池的运行。克劳斯工程师克劳斯工程师把厌氧消化的上清液加到回流污泥中一把厌氧消化的上清液加到回流污泥中一起曝气，然后再进入曝气池，成功地克服了高碳水化起曝气，然后再进入曝气池，成功地克服了高碳水化合物的污泥膨胀问题。这个过程称为合物的污泥膨胀问题。这个过程称为克劳斯法克劳斯法消化消化池上清液中富有氨氮，可以供应大量碳水化合物代谢池上清液中富有氨氮，可以供应大量碳水化合物代谢