高等教育--污水的好氧生物处理.pptx
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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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、
8、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
9、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
10、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
11、 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
12、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/L250
13、0mg/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
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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-V
20、d-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
21、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
22、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
23、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;
24、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
25、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)
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